▶ ザ・トラスティーズ・オブ・インディアナ・ユニバーシティーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-06
(54)【発明の名称】電荷測定装置を有する質量分析計
(51)【国際特許分類】
H01J 49/40 20060101AFI20230227BHJP
H01J 49/02 20060101ALI20230227BHJP
H01J 49/42 20060101ALI20230227BHJP
【ＦＩ】
H01J49/40
H01J49/02 500
H01J49/42 900
H01J49/42 100
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022537367
(86)(22)【出願日】2020-12-16
(85)【翻訳文提出日】2022-08-17
(86)【国際出願番号】 US2020065301
(87)【国際公開番号】W WO2021126972
(87)【国際公開日】2021-06-24
(31)【優先権主張番号】62/949,554
(32)【優先日】2019-12-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520477485
【氏名又は名称】ザ・トラスティーズ・オブ・インディアナ・ユニバーシティー
(74)【代理人】
【識別番号】100118902
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 修
(74)【代理人】
【識別番号】100106208
【弁理士】
【氏名又は名称】宮前 徹
(74)【代理人】
【識別番号】100196508
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100173565
【弁理士】
【氏名又は名称】末松 亮太
(74)【代理人】
【識別番号】100195408
【弁理士】
【氏名又は名称】武藤 陽子
(72)【発明者】
【氏名】ジャロルド，マーティン・エフ
(72)【発明者】
【氏名】クレマー，デヴィッド・イー
(57)【要約】
質量分析計は、サンプルからイオンを生成するように構成されたイオン発生器を備えるイオン源領域と、イオンを検出し、対応するイオン検出信号を生成するように構成されたイオン検出器と、イオン源領域とイオン検出器との間に配置され、生成されたイオンがイオン検出器に向かって軸方向にドリフトする電気的フィールドフリードリフト領域と、ドリフト領域を通って軸方向にドリフトするイオンが通過するドリフト領域に離れて配置された複数の電荷検出シリンダーと、それぞれが複数の電荷検出シリンダーの異なる電荷検出シリンダーに結合され、それぞれが複数の電荷検出シリンダーのうちの対応するそれぞれの電荷検出シリンダーを通過する生成されたイオンのうちの１つまたは複数のイオンの電荷の大きさに対応する電荷検出信号を生成するように構成された複数の電荷増幅器と、を有し得る。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
サンプルからイオンを生成するように構成されたイオン発生器を備えるイオン源領域と、イオンを検出し、対応するイオン検出信号を生成するように構成されたイオン検出器と、
前記イオン源領域と前記イオン検出器との間に配置され、生成された前記イオンが前記イオン検出器に向かって軸方向にドリフトする電気的フィールドフリードリフト領域と、
前記ドリフト領域を通って軸方向にドリフトする前記イオンが通過する前記ドリフト領域に離れて配置された複数の電荷検出シリンダーと、
それぞれが前記複数の電荷検出シリンダーの異なる電荷検出シリンダーに結合され、それぞれが前記複数の電荷検出シリンダーのうちの対応するそれぞれの電荷検出シリンダーを通過する生成された前記イオンのうちの１つまたは複数のイオンの電荷の大きさに対応する電荷検出信号を生成するように構成された複数の電荷増幅器と、
を備える質量分析計。
【請求項2】
前記イオン源領域と前記ドリフト領域との間に配置されたイオン領域または器具と、前記イオン領域または器具に電気的に接続され、生成された前記イオンを前記フィールドフリードリフト領域に加速するように配向された前記イオン領域または器具内に電界を構築するために少なくとも１つの電圧を選択的に生成するように構成された少なくとも１つの電圧源と
をさらに備える、請求項１に記載の質量分析計。
【請求項3】
前記質量分析計は、少なくとも１つのプロセッサと、
前記イオン領域または器具内に前記電界を構築するために前記少なくとも１つの電圧を生成する前記少なくとも１つの電圧源を制御するように、前記プロセッサによって実行可能な命令が格納された少なくとも１つのメモリと
をさらに備える、請求項２に記載の質量分析計。
【請求項4】
前記少なくとも１つのメモリに格納された前記命令は、（ａ）基準時刻ＲＴに前記イオン加速領域内に前記電界を構築するために前記少なくとも１つの電圧を生成する前記少なくとも１つの電圧源を制御し、
（ｂ）加速された前記イオンが前記フィールドフリードリフト領域を通って前記イオン検出器に向かって軸方向にドリフトする時に、前記複数の電荷増幅器のそれぞれによって生成された前記電荷検出信号のサンプルを前記少なくとも１つのメモリに格納し、
（ｃ）前記イオン検出器を監視し、加速された前記イオンの少なくともサブセットのそれぞれの前記イオン検出器による検出時刻（ＤＴ）を格納し、
（ｄ）それぞれがＲＴを基準とした前記検出時刻ＤＴのそれぞれの検出時刻ＤＴに基づいて、前記ドリフト領域通って加速された前記イオンの前記少なくともサブセットの飛行時間（ＴＯＦ）を決定し、
（ｅ）その前記それぞれのＴＯＦに基づいて、前記複数の電荷増幅器によって生成された前記電荷検出信号の格納された前記サンプルの大きさに基づいて、ならびに、前記ドリフト領域、前記複数の電荷検出シリンダーのそれぞれ、およびその間の間隙の軸方向の長さに基づいて、加速された前記イオンの前記少なくともサブセットのそれぞれの電荷の大きさまたは電荷状態を決定する、前記プロセッサによって実行可能な命令をさらに含む、請求項３に記載の質量分析計。
【請求項5】
前記少なくとも１つのメモリに格納された前記命令は、（ｉ）加速された前記イオンの前記少なくともサブセットの速度のそれぞれを、その前記それぞれのＴＯＦと、前記ドリフト領域の前記軸方向の長さとに基づいて決定し、
（ｉｉ）加速された前記イオンの前記少なくともサブセットのそれぞれに対して、前記イオンの決定された前記速度と前記軸方向の長さとに基づいて複数の時間ウィンドウを決定し、前記複数の時間ウィンドウのそれぞれは、前記イオンのＲＴまたはＤＴを基準として、前記イオンが前記複数の電荷検出シリンダーの異なるそれぞれの電荷検出シリンダーを通過する時間ウィンドウに対応し、
（ｉｉｉ）前記複数の電荷増幅器のそれぞれに対して、前記電荷検出信号の大きさを加速された前記イオンの前記少なくともサブセットの大きさに関連付ける１組の方程式を決定するために、加速された前記イオンの前記少なくともサブセットのそれぞれに対して前記それぞれの時間ウィンドウ中に前記電荷増幅器によって生成される前記電荷検出信号の前記サンプルを処理し、
（ｉｖ）加速された前記イオンの前記少なくともサブセットのそれぞれの電荷の大きさまたは電荷状態を決定するために複数組の方程式を解く、
ことによって加速された前記イオンの前記少なくともサブセットのそれぞれの前記電荷の大きさまたは電荷状態を決定する、前記プロセッサによって実行可能な命令をさらに含む、請求項４に記載の質量分析計。
【請求項6】
前記イオン領域または器具は、離れて配置された第１および第２のゲートを有するイオン加速領域を備え、前記第１のゲートは前記イオン源領域と隣り合っており、前記第２のゲートは前記フィールドフリードリフト領域と隣り合っており、前記少なくとも１つの電圧源は前記第１および第２のゲートに電気的に接続され、前記イオン加速領域内に前記電界を構築するために前記第１および第２のゲートのうちの少なくとも１つに対して前記電圧源によって印加される電圧を選択的に制御するように構成された、請求項２から５のいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項7】
前記イオン領域または器具は、イオントラップを備え、前記少なくとも１つの電圧源は前記イオントラップに電気的に接続され、前記イオントラップ内に前記電界を構築するために、前記イオントラップに印加される電圧を選択的に制御するように構成された、請求項２から５のいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項8】
前記イオン領域または器具は質量電荷比フィルタを備え、前記少なくとも１つの電圧源は前記質量電荷比フィルタに電気的に接続され、前記質量電荷比フィルタ内に前記電界を構築するために、前記質量電荷比フィルタに印加される電圧を選択的に制御するように構成された、請求項２から５のいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項9】
前記質量分析計は、前記イオン源と前記イオン領域または器具との間に配置された質量電荷比フィルタをさらに備え、前記イオン領域または器具はイオントラップを備え、
前記少なくとも１つの電圧源は前記質量電荷比フィルタおよび前記イオントラップに電気的に接続され、前記少なくとも１つの電圧源は、選択された質量電荷比を有するイオンのみ、または質量電荷比の選択された範囲内の質量電荷比を有するイオンのみが通過するように前記質量電荷比フィルタを構成する少なくとも第１の電圧を選択的に生成し、前記イオントラップ内に前記電界を選択的に構築する少なくとも第２の電圧を生成するように構成された、請求項２から５のいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項10】
前記質量分析計は、前記イオン源と前記イオン領域または器具との間に配置された第１の質量電荷比フィルタと、
前記第１の質量電荷比フィルタと前記イオン領域または器具との間に配置され、通過するイオンを解離するように構成された解離段と、
前記イオン源と前記イオン領域または器具との間に配置された第２の質量電荷比フィルタとをさらに備え、
前記少なくとも１つの電圧源は前記第１および第２の質量電荷比フィルタのそれぞれに電気的に接続され、前記少なくとも１つの電圧源は、第１の選択された質量電荷比を有するイオンのみ、または質量電荷比の第１の選択された範囲内の質量電荷比を有するイオンのみが通過するように前記第１の質量電荷比フィルタを構成する少なくとも第１の電圧を選択的に生成し、選択された第２の質量電荷比を有するイオンのみ、または第２の質量電荷比の選択された範囲内の質量電荷比を有するイオンのみが通過するように前記第２の質量電荷比フィルタを構成する少なくとも第２の電圧を生成するように構成された、請求項２から５のいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項11】
前記少なくとも１つのメモリに格納された前記命令は、その前記それぞれのＴＯＦと、前記ドリフト領域の前記軸方向の長さとに基づいて、加速された前記イオンの前記少なくともサブセットの質量電荷比のそれぞれを決定する、前記プロセッサによって実行可能な命令をさらに含む、請求項４から１０のいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項12】
前記少なくとも１つのメモリに格納された前記命令は、そのそれぞれの決定された前記質量電荷比と、そのそれぞれの決定された前記電荷の大きさまたは電荷状態とに基づいて、加速された前記イオンの前記少なくともサブセットの質量値のそれぞれを決定する、前記プロセッサによって実行可能な命令をさらに含む、請求項１１に記載の質量分析計。
【請求項13】
前記イオン検出器は、マイクロチャネルプレート検出器を備える、請求項１から１２のいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項14】
前記イオン検出器は、イオン光子変換検出器を備える、請求項１から１２のいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項15】
前記イオン検出器は、ファラデーカップ検出器を備える請求項１から１２のいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項16】
前記イオン検出器は、電子増倍検出器を備える、請求項１から１２のいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項17】
前記質量分析計は、前記イオン検出器と、前記複数の電荷増幅器のそれぞれとに動作可能に結合された少なくとも１つのプロセッサと、
前記少なくとも１つのプロセッサに、前記イオン検出信号に基づいて前記ドリフト領域を通ってドリフトするイオンの質量電荷比を決定させ、前記複数の電荷増幅器のうちの１つまたは複数の電荷増幅器によって生成された前記電荷検出信号に基づいて前記イオンの対応電荷を決定させる、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行可能な命令を格納した少なくとも１つのメモリと
をさらに備える、請求項１に記載の質量分析計。
【請求項18】
前記イオン発生器および前記サンプルの両方は、前記イオン源領域内に配置される、請求項１から１７のいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項19】
前記イオン発生器および前記サンプルは、前記イオン源領域の外側に配置され、前記イオン発生器は、前記サンプルからイオンを生成し、生成された前記イオンを前記イオン源領域に供給するように構成された、請求項１から１７のいずれか１項に記載の質量分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０１９年１２月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／９４９，５５４号に対してその利点および優先権を主張するものであり、その開示は、全体として参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
[0001]本出願は、２０１９年１２月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／９４９，５５４号に対してその利点および優先権を主張するものであり、その開示は、全体として参照により本明細書に明示的に組み込まれる。
【0002】
[0002]本開示は、一般に質量分析器具に関し、より詳しくは、イオン質量電荷比およびイオン電荷を同時に測定するように構成された質量分析器具に関する。
【背景技術】
【0003】
[0003]従来の質量分析計および質量分析器は、物質から生成された気相イオンの質量電荷比を測定することによって、その物質の化学成分の識別を図る。従来の質量分析計および質量分析器が粒子電荷を測定する機能を欠いているため、そのような器具によって生成されたスペクトル情報は、質量電荷比情報に限定されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
[0004]本開示は、添付の特許請求の範囲に記載の特徴のうちの１つまたは複数、および／または以下の特徴およびその組み合わせのうちの１つまたは複数を含み得る。一態様において、質量分析計は、サンプルからイオンを生成するように構成されたイオン発生器を備えるイオン源領域と、イオンを検出し、対応するイオン検出信号を生成するように構成されたイオン検出器と、イオン源領域とイオン検出器との間に配置され、生成されたイオンがイオン検出器に向かって軸方向にドリフトする電気的フィールドフリードリフト領域と、ドリフト領域を通って軸方向にドリフトするイオンが通過するドリフト領域に離れて配置された複数の電荷検出シリンダーと、それぞれが複数の電荷検出シリンダーの異なる電荷検出シリンダーに結合され、それぞれが複数の電荷検出シリンダーのうちの対応するそれぞれの電荷検出シリンダーを通過する生成されたイオンのうちの１つまたは複数のイオンの電荷の大きさに対応する電荷検出信号を生成するように構成された複数の電荷増幅器と、を備え得る。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【図1】質量電荷比に応じてイオンを分離および測定し、イオンが分離した時にイオンの電荷の大きさまたは電荷状態を測定するように構成された質量分析計の簡略図である。
【図3】質量電荷比に応じてイオンを分離および測定し、イオンが分離した時にイオンの電荷の大きさまたは電荷状態を測定するために、図１および図２のＴＯＦ質量分析計を動作するための簡略化されたプロセスの実施形態を図示するフローチャートである。
【図4A】フィールドフリードリフト領域において軸方向に配置された３つの電荷検出シリンダーを備える図１および図２の分析計の説明的な例の一部の簡略図であり、時刻Ｔ０＜Ｔ１での分析計の加速領域からの荷電粒子の加速後に、時刻Ｔ１に異なる質量電荷比を有する２つの例示的な荷電粒子がフィールドフリードリフト領域に入る例を示す。
【図5】時間に対する電荷の大きさのプロットであり、図４Ａ～図４Ｄに図示するように、２つの例示的な荷電粒子が、時間ウィンドウＴ１～Ｔ４（Ｔ０を基準とする）中に加速領域の出口と隣り合ったドリフト領域に配置された第１の電荷検出シリンダーを通過する時の電荷増幅器ＣＡ１の例示的な出力を示す。
【図6】時間に対する電荷の大きさのプロットであり、図４Ｃ～図４Ｈに図示するように、２つの例示的な荷電粒子が、時間ウィンドウＴ３～Ｔ８（Ｔ０を基準とする）中に第１の電荷検出シリンダーと第３の電荷検出シリンダーとの間のドリフト領域に配置された第２の電荷検出シリンダーを通過する時の電荷増幅器ＣＡ２の例示的な出力を示す。
【図7】時間に対する電荷の大きさのプロットであり、図４Ｇ～図４Ｌに図示するように、２つの例示的な荷電粒子が、時間ウィンドウＴ７～Ｔ１２（Ｔ０を基準とする）中に第２の電荷検出シリンダーに隣り合っておりイオン検出器に隣り合ったドリフト領域に配置された第３の電荷検出シリンダーを通過する時の電荷増幅器ＣＡ３の例示的な出力を示す。
【図10】質量電荷比に応じてイオンを測定し、分析計のフィールドフリードリフト領域でイオンが分離した時にイオンの電荷を測定する、図１および図９の質量電荷比走査可能質量分析計を動作するための簡略化されたプロセスの実施形態を図示するフローチャートである。
【図11】質量電荷比走査可能質量分析計の他の実施形態として図１の分析計を構成する、イオン解離領域によって分離された２つの質量電荷比フィルタの形態で具現化された図１の分析計のイオン処理領域の簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【0006】
[0031]本開示の原理の理解を促す目的のため、添付図面に示された多くの例示的な実施形態を以下で参照し、それを説明するために、特定の表現が使用される。
【0007】
[0032]本開示は、荷電粒子の質量電荷比を測定するため、さらに荷電粒子がドリフト領域を通って移動する時の電荷の大きさまたは電荷状態を測定する装置および技法に関し、さらに、測定された質量電荷比ならびに測定された電荷の大きさまたは電荷状態に応じて荷電粒子の質量を決定するための装置および技法に関する。本文書の目的のため、「荷電粒子」および「イオン」という用語は、入れ替え可能に使用されてもよく、両方の用語は、正味の正電荷または負電荷を有する粒子を指すことが意図される。
【0008】
[0033]ここで図１を参照すると、荷電粒子の質量電荷比を測定し、さらに荷電粒子の電荷の大きさまたは電荷状態を測定するように構成された質量分析計１０の図が示される。図示された実施形態では、質量分析計１０は、イオン処理領域１４のイオン入口Ａ１に結合されたイオン源領域１２を含み、イオン処理領域１４のイオン出口Ａ２は、ドリフト領域１６の一端部に結合される。イオン検出器１８は、ドリフト領域１６の反対側の端部に配置される。一実施形態では、イオン検出器１８は、ドリフト領域１６に対向する検出面１８Ａを有する従来のマイクロチャネルプレート検出器であるが、他の実施形態では、イオン検出器１８は、ドリフト領域１６を通って移動するイオンのその時点での検出に応答して信号を生成するように構成および動作可能な従来の検出器でもよい。イオン検出器として実施され得る他の従来の器具および装置の例は、イオン光子変換検出器、ファラデーカップ検出器、電子増倍検出器、任意のソリッドステート検出器、高電圧衝突ダイノードを有する任意の検出器、または同様のものを含み得るが、これに限定されない。
【0009】
[0034]図１に図示された実施形態では、ドリフト領域１６は、細長いドリフト管１６Ａ内に画定された線形のドリフト領域である。ドリフト領域１６は、イオン処理領域１４の出口Ａ２とイオン検出器１８のイオン検出面１８Ａとの間に長さＤＲＬを有し、長手方向軸３４が、ドリフト領域１６の中央を通って、さらにイオン処理領域１４の入口Ａ１および出口Ａ２のそれぞれの中央をそれぞれ通って延在する。ドリフト領域１６が線形のドリフト領域の形態で図１に図示されているが、ドリフト領域１６は、代替の実施形態では、全体として、または部分的に非線形でもよいことを理解されるであろう。非限定的な一例として、ドリフト領域１６は、従来のイオン入口（すなわち導入口）およびイオン出口（すなわち導出口）構造を含む円形のドリフト領域の形で提供されてもよい。当業者は、少なくとも部分的に非線形のドリフト領域の他の例に想到し、そのような代替の構成は、本開示の範囲内に存在することが意図されることが理解されるであろう。
【0010】
[0035]以下で詳述するように、イオン源１２は、例示的に、サンプル２２からイオンを生成するための任意の従来のデバイスまたは装置２０を含み、１つまたは複数の分子的特徴にしたがってイオンを分離、収集、および／または濾過するため、ならびに／もしくはおよび／またはイオンを解離、たとえば断片化させるための１つまたは複数のデバイスおよび／または器具２４１～２４Ｆをさらに含んでもよい。例示的な一例として、決して限定的と考えられるべきでないが、イオン発生器２０は、従来のエレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）源、マトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）源、またはサンプル２２からイオンを生成するように構成された他の従来のイオン発生器を含み得る。イオンが生成されるサンプル２２は、任意の生物由来材料または他の材料でもよい。
【0011】
[0036]電圧源２６は、Ｊ個の信号経路を介してイオン源またはイオン源領域１２に電気的に接続され、Ｋ個の信号経路を介してイオン処理領域１４に電気的に接続され、ここでＪおよびＫは、それぞれ任意の正の整数でもよい。いくつかの実施形態では、電圧源２６は、単一の電圧源の形態で実施されてもよく、他の実施形態では、電圧源２６は、任意の数の個別の電圧源を含み得る。いくつかの実施形態では、電圧源２６は、選択可能な大きさの１つまたは複数の時不変（すなわちＤＣ）電圧を生成して供給するように構成または制御され得る。代替的または追加的に、電圧源２６は、１つまたは複数の切り換え可能な時不変の電圧、すなわち１つまたは複数の切り換え可能なＤＣ電圧を生成して供給するように構成または制御され得る。代替的または追加的に、電圧源２６は、選択可能な形状、デューティーサイクル、最大振幅および／または周波数の１つまたは複数の時変信号を生成して供給するように構成されてもよく、または制御可能でもよい。後者の実施形態の特定の一例として、決して限定的と考えられるべきではないが、電圧源２６は、無線周波数（ＲＦ）範囲の１つまたは複数の正弦波（または他の形状の）電圧の形態で１つまたは複数の時変電圧を生成して供給するように構成されてもよく、または制御可能でもよい。
【0012】
[0037]電圧源２６は、Ｍ個の信号経路によって、従来のプロセッサ２８に電気的に接続されているものとして例示的に示され、ここでＭは任意の正の整数でもよい。イオン検出器１８は、少なくとも１つの信号経路を介してプロセッサ２８にも電気的に接続される。プロセッサ２８は、例示的に従来のものであり、単一の処理回路または複数の処理回路を備え得る。プロセッサ２８は、例示的に、命令が格納されたメモリ３０を備える、またはメモリ３０と結合されており、命令は、プロセッサ２８によって実行されると、プロセッサ２８に、イオン源領域１２の動作を選択的に制御するための１つまたは複数の出力電圧と、イオン処理領域１４の動作を選択的に制御するための１つまたは複数の出力電圧を生成するように、電圧源２６を制御させる。メモリ３０に格納された命令は、さらに例示的に、従来の手法でイオン質量電荷比値を決定するために、イオン検出器１８によって生成されたイオン検出信号を処理するための命令を含む。いくつかの実施形態では、プロセッサ２８は、１つまたは複数の従来のマイクロプロセッサまたはコントローラの形態で実施してもよく、そのような実施形態において、メモリ３０は、１つまたは複数のマイクロプロセッサ実行可能命令または命令セットの形態で命令を格納する１つまたは複数の従来のメモリユニットの形態で実施されてもよい。他の実施形態では、プロセッサ２８は、代替的または追加的に、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または同様のサーキットリーの形態で実施されてもよく、そのような実施形態において、メモリ３０は、内部で命令がプログラムされ格納されているＦＰＧＡ中に、および／またはその外部に含まれたプログラマブル論理ブロックの形態で実施されてもよい。さらに他の実施形態では、プロセッサ２８および／またはメモリ３０は、１つまたは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）の形態で実施されてもよい。当業者は、プロセッサ２８および／またはメモリ３０が実施され得る他の形態を認識し、そのような実施の他の形態は、本開示によって企図され、本開示の範囲内に存在することが意図されることが理解されるであろう。いくつかの代替の実施形態では、電圧源２６は、１つまたは複数の不変および／または時変出力電圧を選択的に生成するようにそれ自体がプログラム可能でもよい。
【0013】
[0038]プロセッサ２８は、さらに例示的に、Ｐ個の信号経路を介して１つまたは複数の周辺デバイス３２（ＰＤ）へ結合され、ここでＰは、任意の正の整数でもよい。１つまたは複数の周辺デバイス３２は、信号入力をプロセッサ２８へ提供するための１つまたは複数のデバイス、および／またはプロセッサ２８が信号出力を提供する１つまたは複数のデバイスを含んでもよい。いくつかの実施形態では、周辺デバイス３２は、従来のディスプレイモニタ、プリンタ、および／または他の出力デバイスのうちの少なくとも１つを含み、そのような実施形態では、メモリ３０には、プロセッサ２８によって実行された時に、プロセッサ２８に、格納されたデジタル化電荷検出信号の解析を表示および／または記録するように１つまたは複数の上記出力周辺デバイス３２を制御させる命令が格納されている。
【0014】
[0039]図示された実施形態では、イオン源またはイオン源領域１２は、例示的に、電圧源２６に結合された少なくとも１つのイオン発生器２０を備える。プロセッサ２８は、例示的に、たとえばメモリ３０に格納された命令によって、イオン発生器２０にサンプル２２からイオンを生成させるために１つまたは複数の電圧を生成するように電圧源２６を制御するようにプログラムされる。いくつかの実施形態では、イオン発生器２０およびサンプル２２はイオン源領域１２内に配置され、他の実施形態では、イオン発生器２０およびサンプル２２の両方がイオン源領域１２の外部に配置され、さらに他の実施形態では、サンプル２２がイオン源領域１２の外部に配置され、イオン発生器２０がイオン源領域１２の内部に配置されるが、図１の破線表現によって図示されるように、サンプル２２に、流動的に、または他のやり方で動作可能に結合される。一実施形態では、イオン発生器２０は、荷電液滴の霧状ミストの形態でサンプルからイオンを生成するように構成された従来のエレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）源である。代替の実施形態では、イオン発生器２０は、従来のマトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）源でもよく、またはそれを備えてもよい。ＥＳＩおよびＭＡＬＤＩが２つの従来のイオン発生器を表すに過ぎず、イオン発生器２０は、代替的に、サンプルからイオンを生成するための任意の従来のデバイスまたは装置の形態で提供されてもよいことが理解されるであろう。
【0015】
[0040]いくつかの実施形態では、イオン源またはイオン源領域１２は、１つまたは複数のイオン処理段２４１～２４Ｆをさらに備えてもよく、ここでＦは任意の正の整数でもよい。そのような実施形態では、プロセッサ２８は、例示的に、１つまたは複数のイオン処理段２４１～２４Ｆの動作を制御する１つまたは複数の電圧を生成するために電圧源２６を制御するようにプログラムされる。そのようなイオン処理段２４１～２４Ｆの例は、１つまたは複数の分子的特徴にしたがって荷電粒子を分離、収集、および／または濾過するための１つまたは複数のデバイスおよび／または器具、ならびに／もしくは荷電粒子を解離、たとえば断片化させるための１つまたは複数のデバイスおよび／または器具を、任意の順序および／または組み合わせで備えてもよいが、それに限定されない。１つまたは複数の分子的特徴にしたがって荷電粒子を分離するための１つまたは複数のデバイスおよび／または器具の例は、１つまたは複数の質量分析計または質量分析器、１つまたは複数のイオンモビリティ分析計、１つまたは複数のガスクロマトグラフおよび液体クロマトグラフ、および同様のものを含むが、それに限定されない。質量分析計または質量分析器の例は、１つまたは複数の質量分析計または質量分析器を備えるイオン源１２の実施形態では、飛行時間（ＴＯＦ）質量分析計、リフレクトロン質量分析計、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（ＦＴＩＣＲ）質量分析計、四重極質量分析計、トリプル四重極質量分析計、磁場形質量分析計、または同様のものを含むが、それに限定されない。イオンモビリティ分析計の例は、１つまたは複数のイオンモビリティ分析計を備えるイオン源１２の実施形態では、単管線形イオンモビリティ分析計、多重管線形イオンモビリティ分析計、円管イオンモビリティ分析計、または同様のものを含むが、それに限定されない。荷電粒子を収集するための１つまたは複数のデバイスおよび／または器具の例は、四重極イオントラップ、六重極イオントラップ、または同様のものを含むが、それに限定されない。荷電粒子を濾過するための１つまたは複数のデバイスおよび／または器具の例は、質量電荷比にしたがって荷電粒子を濾過するための１つまたは複数のデバイスまたは器具、粒子モビリティにしたがって荷電粒子を濾過するための１つまたは複数のデバイスまたは器具、および同様のものを含むが、それに限定されない。荷電粒子を解離するための１つまたは複数のデバイスおよび／または器具の例は、衝突誘起解離（ＣＩＤ）、表面誘起解離（ＳＩＤ）、電子捕獲解離（ＥＣＤ）および／または光誘起解離（ＰＩＤ）、または同様のものによって電荷粒子を解離するための１つまたは複数のデバイスまたは器具を含むが、それに限定されない。イオン処理段２４１～２４Ｆは、任意の上記のような従来のイオン分離器具および／またはイオン処理器具のうちの１つまたは任意の組み合わせを任意の順序で含んでもよく、いくつかの実施形態は、任意の上記のような従来のイオン分離器具および／またはイオン処理器具のうちの複数の隣り合った器具または離れて配置された器具を含んでもよいことを理解されるであろう。
【0016】
[0041]電荷検出器アレイ４０は、例示的に、ドリフト領域１６の内部に配置される、またはドリフト領域１６と一体化されている。図１に図示する実施形態では、電荷検出器アレイ４０は、例示的に、複数のＮ個の離れて配置された直列の電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎを含み、ここでＮは、２より大きい任意の正の整数でもよい。決して限定的とは考えられるべきでない例示的の一実施形態では、Ｎはおよそ１００でもよいが、他の実施形態では、Ｎは１００未満、または１００よりも大きくてもよい。いずれの場合でも、電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎは、それぞれ、イオンがそれぞれのシリンダーを通過できるようにするために全体にわたってボアを画定し、例示された実施形態では、電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎは、ドリフト領域１６の中央の長手方向軸３４がそれぞれの中央を通るように、端と端を付けて配置される。図示された実施形態では、それぞれの電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎは、イオン入口端とイオン出口端との間の長さＣＤＬを画定するが、代替の実施形態では、電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎのうちの１つまたは複数は、ＣＤＬより長い長さ、または短い長さを有してもよい。最短のＣＤＬは、例示的に、物理的に認識可能で、そこを通過する１つまたは複数のイオンへの電気的に検出可能な信号応答を生成するものである。理論上はＣＤＬの上限は存在しないが、利用可能な空間および器具の動作条件などの実践上で考慮しなければならない事柄は、特定の用途において最長の有用なＣＤＬを通常制限する。
【0017】
[0042]図示された実施形態では、複数の接地リング４２１～４２Ｎ－１のそれぞれは、電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎ－１のうちのそれぞれの隣り合った対の間に画定された空間内に配置され、もう１つ他の接地リング４２Ｎは、最後の電荷検出シリンダー４０Ｎのイオン出口に隣り合って配置される。それぞれの接地リング４２１～４２Ｎは、例示的に、貫通したリング開口ＲＡを画定し、長手方向軸３４がその中心を通り、ここで、ＲＡは、例示的に、電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎの内径以下である。図示された実施形態では、電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎは、空間長ＳＬだけ、互いから軸方向に離れている。図示された実施形態では、接地リング４２１～４２Ｎ－１のそれぞれは、それぞれの接地リング４２１～４２Ｎと電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎのうちのそれぞれの隣り合った電荷検出シリンダーとの間の距離がＳＬ／２となるように、電荷検出シリンダー４０２～４０Ｎのうちのそれぞれの隣り合った電荷検出シリンダーのイオン入口とイオン出口との間の空間ＳＬを半径方向に二等分するように配置され、接地リング４２Ｎは、接地リング４２Ｎからそれぞれへの距離がＳＬ／２となるように、電荷検出シリンダー４０Ｎのイオン出口と、イオン検出器１８の検出面１８Ａとの間の空間ＳＬを二等分するように配置される。いくつかの実施形態では、接地リング４２１～４２Ｎのうちの１つまたは複数は省略されてもよい。
【0018】
[0043]例示的な一実施形態では、ドリフト管１６Ａが、例示的に地電位（図１に図示）または他の基準電位に結合され、その内部に複数の電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎが適切に装着された導電性シリンダーの形態で提供される。１つまたは複数の接地リング４２１～４２Ｎを含む上記の実施形態では、そのような１つまたは複数の接地リングが導電性シリンダーの内面に電気的および機械的に結合されてもよく、または、導電性シリンダーおよび１つまたは複数の接地リング４２１～４２Ｎが単体の構造を有するように導電性シリンダーと一体的に形成されてもよい。他の例示的な実施形態では、ドリフト管１６Ａは、相互接続された一連の交互の導電性または電気絶縁スペーサーと、内部に複数の電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎが適切に装着され得る複数の接地リング４２１～４２Ｎのそれぞれとで形成されてもよい。さらに他の例示的な実施形態では、ドリフト管１６Ａは、複数の離れて配置された平行な導電性ストリップが取り付けられた、または複数の離れて配置された平行な導電性ストリップが、たとえば従来の金属元型堆積技法を使用するなどの従来の手法で形成された、たとえば可撓性の回路基板などの可撓性または半可撓性の電気絶縁材料の巻き取り可能なシートの形態で提供されてもよい。この実施形態の非限定的な例が図１３～図１５に図示され、以下で詳細に説明される。当業者は、ドリフト管１６Ａおよび／または電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎおよび／または１つまたは複数の接地リング４２１～４２Ｎ（それらを含む実施形態において）が提供され得る他の形態を認識し、そのような他の形態は本開示の範囲内に存在することが意図されることが理解されるであろう。
【0019】
[0044]各電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎは、Ｎ個の電荷増幅器ＣＡ１～ＣＡＮの対応する電荷増幅器の信号入力に電気的に接続され、各電荷増幅器ＣＡ１～ＣＡＮの信号出力は、プロセッサ２８に電気的に接続される。イオン処理領域１４のイオン出口Ａ２から荷電粒子がドリフト管１６Ａに入ると、入ってきた荷電粒子は、ドリフト領域１６を通ってイオン検出器１８の検出面１８Ａに向かって軸方向に移動して入る。荷電粒子がドリフト管１６Ａを通って軸方向に移動する時、そのような荷電粒子のそれぞれは、複数の電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎを順次通過する。それぞれのそのような荷電粒子がそれぞれの連続した電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎを通過した時、その荷電粒子によって電荷が誘起され、誘起された電荷は、その粒子の電荷の大きさに比例した大きさを有する。電荷増幅器ＣＡ１～ＣＡＮは、それぞれ例示的には従来のものであり、その出力で対応するそれぞれの電荷検出信号を生成するために、電荷検出器４０１～４０Ｎのそれぞれの電荷検出器上で荷電粒子によって誘起された電荷に反応する。電荷増幅器ＣＡ１～ＣＡＮによって生成された電荷検出信号は、プロセッサ２８に供給される。電荷増幅器ＣＡ１～ＣＡＮによって生成された電荷検出信号の大きさは、任意の時点において、（ｉ）電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎの対応するそれぞれを通過する単一の荷電粒子の場合、その単一の荷電粒子の電荷の大きさ、または（ｉｉ）電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎの対応するそれぞれを同時に通過する複数の荷電粒子の場合、それらの複数の荷電粒子の合成の電荷の大きさ、と比例する。プロセッサ２８は、次に、電荷増幅器ＣＡ１～ＣＡＮのそれぞれによって生成された電荷検出信号を受信およびデジタル化し、プロセッサ２８に結合された、または他のやり方でプロセッサ２８によってアクセス可能であるメモリ３０または１つまたは複数の他のメモリユニットにデジタル化された電荷検出信号を格納するように、例示的に動作可能である。
【0020】
[0045]質量分析計１０のドリフト領域１６はフィールドフリードリフト領域（すなわち非電界）であり、イオン処理領域１４のイオン出口Ａ２を介してドリフト管１６Ａに初期速度で入る荷電粒子イオンは、ほぼ不変速度でイオン検出器１８の検出面１８Ａに向かってドリフトする。この点に関して、イオン源１２および／またはイオン処理領域１４は、初期速度でドリフト管１６Ａへイオンを通過させる原動力を通常提供する。その原動力は、いくつかの異なる形態のうちの任意の一形態または任意の組み合わせにおいて例示的に提供されてもよく、その例は、１つまたは複数のイオン加速電界、１つまたは複数の磁界、外部環境とイオン源１２との間の圧力差および／またはイオン源１２とドリフト管１６Ａとの間の圧力差、ならびに同様のものを含み得るが、これに限定されない。いずれの場合でも、荷電粒子がフィールドフリードリフト領域１６を通ってドリフトすると、荷電粒子は、質量電荷比にしたがって時間において分離し、より低い質量電荷比を有する荷電粒子は、より高い質量電荷比を有する荷電粒子よりも速くイオン検出器１８に到達する。
【0021】
[0046]簡単に上述したように、メモリ３０は、例示的に、（ａ）プロセッサ２８に、（ｉ）イオン発生器２０に、荷電粒子を生成させ、（ｉｉ）イオン処理領域１４からドリフト領域１６へ、荷電粒子のうちの個々の荷電粒子を通過させる、荷電粒子の所定のグループまたはセットを通過させる、または生成した荷電粒子の全てを通過させ、ドリフト領域１６を通って荷電粒子はそれぞれが不変エネルギーを有して軸方向にイオン検出器１８へ移動するために、従来の手法で電圧源２６を制御させ、（ｂ）検出器１８に到達する荷電粒子の質量電荷比を決定するために、従来の手法でイオン検出器１８によって生成された検出信号を処理する、プロセッサ２８によって実行可能な命令を含む。図１に図示された質量分析計１０の実施形態では、メモリ３０は、さらに例示的に、ドリフト領域１６を通って軸方向に移動した荷電粒子のそれぞれの電荷の大きさおよび／または電荷状態を決定するために、さらに、その後、測定された粒子質量電荷比ならびに測定された粒子電荷の大きさまたは電荷状態に基づいて粒子質量を決定するために、イオン検出器１８によって生成された検出信号、および電荷増幅器ＣＡ１～ＣＡＮのそれぞれ、または少なくともいくつかによって生成された検出信号を処理する、プロセッサ２８によって実行可能な命令を含む。いくつかの実施形態では、たとえば、イオン源１２および／またはイオン処理領域１４が複数のイオンを生成し、たとえばイオン処理領域１４のイオン出口Ａ２からドリフト領域１６に同時に供給するように構成された場合、図１に例として図示されるように、イオン処理領域１４のイオン出口Ａ２と第１の電荷検出シリンダー１６１のイオン入口端との間（または第１の電荷検出シリンダー１６１のイオン入口端の前方に配置され得る接地リングのイオン出口Ａ２とイオン入口との間）に長さＰＲＬのアレイ前空間を含むようにドリフト管１６Ａを構成することが望ましい場合がある。これによって、ドリフト領域１６を通って軸方向に移動している荷電粒子は、電荷検出器アレイ１６による電荷測定を実行前に、（フィールドフリー領域１６における質量電荷比に応じた）何らかの量の時間的な軸方向の分離が行われることを可能にして、それにより、電荷増幅器ＣＡ１～ＣＡＮのうちの最初の１つまたは複数の電荷増幅器によって生成された電荷検出信号の品質および有用性を高め得る。アレイ前空間１６Ｂの長さＰＲＬは、用途に基づいて例示的に選択されてもよく、いくつかの実施形態では、アレイ前空間１６Ｂは、全体的に省略され得る。
【0022】
[0047]ここで図２を参照すると、イオン加速領域１４’の形態で実施されたイオン処理領域１４の実施形態が示される。図２で図示された実施形態では、イオン加速領域１４’は、イオン入口Ａ１を画定する導電性ゲート３６と、イオン出口Ａ２を画定する他の導電性ゲート３８とを含む。ゲート３６、３８は、軸方向に、互いから離れて配置され、ゲート３６がイオン源領域１２に隣り合って配置され、ゲート３８がドリフト管１６Ａの入口端に隣り合って配置される。一実施形態では、ゲート３６、３８は、例示的に、それぞれの入口Ａ１／出口Ａ２を画定する導電性プレートまたはリングの形態でそれぞれが提供される。いくつかのそのような実施形態では、イオン加速領域１４’は、たとえば、イオン出口Ａ２によって荷電粒子を配向するために、プロセッサ２８によって従来の手法で構成および／または制御される１つまたは複数の従来の放射集束構造またはデバイスを備え得る。いくつかの代替の実施形態では、ゲート３６、３８の一方または両方は、導電性グリッドまたは他の従来の導電性ゲート構造の形態で提供され得る。いずれの場合でも、電圧源２６の電圧出力ＶＳ１は、導電性ゲート３６に電気的に接続され、電圧源２６の他の電圧出力ＶＳ２は導電性ゲート３８に電気的に接続される。
【0023】
[0048]イオン加速領域１４’の動作は、１つまたは複数の生成されたイオンがイオン入口Ａ１を介してイオン加速領域１４’に入った場合、プロセッサ２８は、イオン出口Ａ２を通ってドリフト管１６Ａの入口端に入るようにイオンを加速するように配向されたゲート３６、３８間に電界Ｅを生成するように電圧源２６を制御するように動作可能である点で従来通りである。正荷電粒子の場合、電圧ＶＳ１およびＶＳ２は、図２に図示された方向で、ゲート３６、３８間に電界Ｅを生成するように選択され、負荷電粒子の場合、電圧ＶＳ１およびＶＳ２は、図２に図示された方向とは逆方向で、ゲート３６、３８間に電界を生成するように選択される。いずれの場合も、生成された電界Ｅは、イオン加速領域１４’に含まれた１つまたは複数の生成されたイオンをドリフト領域１６へ加速するように動作し、ドリフト領域１６を通って、１つまたは複数の生成されたイオンは、それぞれ不変エネルギーでイオン検出器１８に向かって軸方向にドリフトする。イオン処理領域１４が図２に例として図示されるようにイオン加速領域１４’として実施される場合、質量分析計１０は、構造上、フィールドフリードリフト管１６Ａに、またはその一部として、またはそれを画定して軸方向に配置される電荷検出器アレイ４０を有する飛行時間（ＴＯＦ）質量分析計である。
【0024】
[0049]ここで図３を参照すると、イオン質量電荷比、イオン電荷（大きさおよび／または電荷状態）ならびにイオン質量を測定するように、図１および図２のＴＯＦ質量分析計（すなわち、イオン処理領域１４として実施される図２のイオン加速領域１４’を有する図１の質量分析計１０）を動作するための例示的なプロセス１００を図示する簡略フローチャートが示される。プロセス１００は、例示的に、粒子質量電荷比、粒子電荷および粒子質量の測定を実行する、プロセッサ２８によって実行可能な命令の形態でメモリ３０に格納される。プロセス１００は、例示的に、イオン発生器２０によって生成された１つまたは複数の荷電粒子がイオン加速領域１４’内、すなわちゲート３６、３８間に存在する時点で開始する。プロセス１００の前に、プロセッサ２８は、イオン発生器２０に複数のイオンを生成させるために従来の手法で電圧源２６を制御する。イオン源１２がイオン処理段２４１～２４Ｆを全く備えない（図１参照）実施形態では、生成された複数のイオンの全てではないが大部分が、入口Ａ１を通過し、イオン加速領域１４’に存在し、場合によっては、出力電圧ＶＳ１、ＶＳ２の一方または両方を、存在するのであればイオン発生器２０に印加された電圧に関して制御するように、電圧源２６の制御により支援される。
【0025】
[0050]イオン源１２がイオン処理段２４１～２４Ｆ（図１を参照）のうちの１つまたは複数を備える代替の実施形態では、プロセッサ２８は、生成された複数のイオンのサブセットをイオン加速領域１４’に供給するために、および／または生成された複数のイオンの修正セットをイオン加速領域１４’に供給するために従来の手法で１つまたは複数のイオン処理段２４１～２４Ｆを制御する、または他のやり方で動作させるように電圧源２６を制御するように動作可能である。例示的な一実施形態では、決して限定的とは考えられるべきでないが、１つまたは複数のイオン処理段２４１～２４Ｆは、たとえば四重極フィルタなどの従来の質量電荷比フィルタの形態で実施されてもよく、プロセッサ２８は、この例示的な実施形態では、閾値の質量電荷比値を上回る質量電荷比または閾値の質量電荷比値を下回る質量電荷比を有する、もしくは質量電荷比の所定の範囲内の質量電荷比を有する複数の生成されたイオンのサブセットをイオン加速領域１４’へ通過させるために、電圧源２６を制御するように動作可能でもよい。他の例示的な実施形態では、同様に決して限定的とは考えられるべきでないが、１つまたは複数のイオン処理段２４１～２４Ｆは、代替的または追加的に、複数の生成されたイオンまたはサブセットを解離、たとえば断片化し、その場合、生成された複数の荷電粒子の修正セットをイオン加速領域１４’へ通過させるように、プロセッサ２８によって動作可能または制御可能な解離段を備える。さらに他の例示的な実施形態では、決して限定的とは考えられるべきでないが、１つまたは複数のイオン処理段２４１～２４Ｆは、閾値のイオンモビリティ値を上回るイオンモビリティ値または閾値のイオンモビリティ値を下回るイオンモビリティ値を有する、もしくはイオンモビリティ値の所定の範囲内のイオンモビリティ値を有する複数の生成されるイオンのサブセットをイオン加速領域１４’へ通過させるようにプロセッサ２８によって制御可能なイオンモビリティ分析計を備え得る。当業者は、１つまたは複数のイオン処理段２４１～２４Ｆとして実施され得る他の器具または段、および器具または段の組み合わせを認識し、任意のそのような他の器具または段ならびに／もしくは器具または段の組み合わせが本開示の範囲内に存在することが意図されることが理解されるであろう。全体として、１つまたは複数のイオン処理段２４１～２４Ｆは、１つまたは複数のイオン処理段２４１～２４Ｆを備えるイオン源１２の実施形態では、１つまたは複数の分子的特徴にしたがってイオンを分離、収集および／または濾過する、ならびに／もしくはイオンを解離、たとえば断片化するように構成された１つまたは複数の器具または段および／またはその様々な組み合わせの形態で実施され得る。
【0026】
[0051]再度図３を参照すると、プロセス１００は、例示的に、プロセッサ２８が、例示的に、ドリフト領域１６の寸法情報（ＤＩ）の少なくとも一部をメモリ３０に格納するように動作可能なステップ１０２で開始する。いくつかの実施形態では、ステップ１０２は、プロセッサ２８によって部分的に実行され、たとえば、プロセッサ２８に結合された周辺デバイス３２を使用して寸法情報をメモリ３０に入力することによって手動で部分的に実行され、他の実施形態では、プロセッサ２８は、たとえば、メモリ３０またはプロセッサ２８に結合された周辺デバイス３２によって読み込み可能な外部メモリデバイスに格納されたファイルからＤＩを読み込むことによって、ステップ１０２を全体的に実行し得る。一実施形態では、ＤＩは、例示的に、少なくとも、ドリフト領域１６、すなわちイオン加速領域１４’のイオン出口Ａ２とイオン検出器１８のイオン検出面１８Ａとの間の全長ＤＲＬ、複数の電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎの長さＣＤＬ、隣り合った電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎ間の空間の長さＳＬ、電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎの総個数Ｎ、存在する場合のアレイ前の長さＰＲＬ、および、ＳＬと異なる場合は、最後の電荷検出シリンダー４０Ｎのイオン出口端とイオン検出器のイオン検出面１８Ａとの距離を含む。寸法情報（ＤＩ）は、例示的に、ドリフト領域１６を軸方向に通過する荷電粒子のそれぞれを、荷電粒子が、軸方向に、電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎのそれぞれ、または電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎの少なくともサブセットを通過する対応時刻と一致させることを目的として格納される。
【0027】
[0052]ステップ１０２の後、プロセス１００はステップ１０４に進み、プロセッサ２８は、電圧源２６に、荷電粒子のそれぞれが、それぞれの不変速度で、ドリフト領域１６を軸方向にドリフトするように、電圧ＶＳ１およびＶＳ２を生成させる、または電圧ＶＳ１およびＶＳ２を、イオン加速領域１４’に存在する荷電粒子をイオン出口Ａ２を通ってドリフト領域１６へ加速するように配向されたイオン加速領域１４’においてイオン加速電界を構築する値に切り換えさせるように、基準時刻ＲＴに電圧源２６を制御するように動作可能である。プロセス１００を説明する目的上、ＲＴにおいて、Ｍ個の荷電粒子がイオン加速領域１４’からドリフト領域１６へ加速されることが仮定され、ここでＭは任意の正の整数でもよい。
【0028】
[0053]ステップ１０４の後、プロセス１００はステップ１０６へ進み、プロセッサ２８は、電荷増幅器ＣＡ１～ＣＡＮのそれぞれによって生成された電荷検出信号、または少なくともそのサブセットを、ドリフト領域１６へ加速されたＭ個の荷電粒子がイオン検出器１８に向かって軸方向にドリフトしたＲＴに関連して、記録、すなわち格納するように動作可能である。一実施形態では、プロセッサ２８は、ステップ１０６で、電荷増幅器ＣＡ１～ＣＡＮによって生成された電荷検出信号を、選択されたサンプルレートでサンプリングするように動作可能である。いくつかの実施形態では、プロセッサ２８は、電荷検出信号がアクティビティを停止した時、すなわちステップ１０４でドリフト領域１６に加速された荷電粒子の全てがそれぞれの電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎを通過した後に、それぞれの電荷検出信号のサンプリングを連続的に中止するように動作可能でもよい。他の実施形態では、プロセッサ２８は、イオン検出器１８での荷電粒子のうちの最後の荷電粒子の検出後にサンプリングを中止するように動作可能でもよい。
【0029】
[0054]いずれの場合でも、プロセスはステップ１０６からステップ１０８へ進み、プロセッサ２８は、Ｍ個の荷電粒子のそれぞれがイオン検出器１８の検出面１８Ａに到達して、検出された基準時刻ＲＴを基準として、検出時刻ＤＴ１～ＤＴＭを記録、すなわちメモリ３０に格納するように動作可能である。その後、ステップ１１０で、プロセッサ２８は、それぞれが基準時刻ＲＴと、格納された検出時刻ＤＴ１～ＤＴＭのうちの対応する検出時刻、たとえば、ＴＯＦ１－Ｍ＝（ＤＴ１－Ｍ－ＲＴ）とに応じて、Ｍ個の荷電粒子の飛行時間（ＴＯＦ）を計算し、メモリ３０に格納するように動作可能である。それによって、イオン検出器１８におけるＭ番目の荷電粒子の検出後、メモリ３０は、Ｍ個の飛行時間値ＴＯＦ１－Ｍをそれ自体に格納する。
【0030】
[0055]ステップ１１０の後、プロセス１００はステップ１１２に進み、プロセッサ２８は、たとえばＣＨ１－Ｍ＝Ｆ（ＤＩ，ＴＯＦ１－Ｍ，ＣＡ１～ＣＡＮ）など、格納済み寸法情報ＤＩ、それぞれの格納済み飛行時間ＴＯＦ１－Ｍ、および電荷増幅器ＣＡ１～ＣＡＮの全部または少なくともサブセットによって生成された格納済み電荷検出信号、に基づいて、またはその関数としてＭ個の荷電粒子の電荷の大きさまたは電荷状態（ＣＨ）を計算してメモリ３０に格納するように動作可能である。
【0031】
[0056]ステップ１１２の後、プロセス１００はステップ１１４に進み、プロセッサ２８は、たとえばｍ／ｚ１－Ｍ＝Ｆ（ＴＯＦ１－Ｍ，ＤＲＬ，Ｕ）など、それぞれの飛行時間ＴＯＦ１－Ｍ、ドリフト領域１６の長さＤＲＬ、および荷電粒子をイオン加速領域１４’からドリフト領域１６へ加速する電圧ＶＳ１、ＶＳ２の大きさに関係した電位Ｕの既知の関数として、既知の関数として、従来の手法でＭ個の荷電粒子の質量電荷比（ｍ／ｚ）を計算してメモリ３０に格納するように動作可能である。
【0032】
[0057]ステップ１１４の後、プロセス１００はステップ１１６に進み、プロセッサ２８は、たとえば、ｍ１－Ｍ＝ｍ／ｚ１－Ｍ＊ＣＨ１－Ｍなど、たとえばｍ／ｚとＣＨの積として、従来の手法でＭ個の荷電粒子の質量値（ｍ）を計算してメモリ３０に格納するように動作可能である。
【0033】
[0058]最後の荷電粒子Ｍがイオン検出器１８に到達した後のいずれの時でも荷電粒子の新規のセットまたはサブセットがイオン加速領域１４’に存在することを仮定すると、プロセス１００はステップ１０４に戻り得ることが理解されるであろう。これによって、プロセス１００は、図３の破線表現で図示されるように、ステップ１０８～１１６のいずれかの後にステップ１０４に戻ってもよく、ループ後のステップ１１０～１１６の残りは、質量分析計１０の制御された動作から分離して実行され得る。
【0034】
[0059]プロセッサ２８は、例示的に、様々な異なるプロセスまたはアルゴリズムを使用して、プロセス１００のステップ１１２を実行し得る。プロセス１００のステップ１１２の実行のためのそのような一プロセス２００の一例が図８に図示され、以下で詳述される。ただし、このプロセスを説明する前に、軸方向に配置された３つの電荷検出シリンダー４０１～４０３を含む簡略化されたドリフト領域１６を通って軸方向に移動する、異なる質量電荷比を有する２つの荷電粒子Ｐ１およびＰ２の簡略化された例が図４Ａ～図７を参照して説明され、この例は、図８に図示されるプロセス２００の動作を実演するために使用される。
【0035】
[0060]ここで図４Ａ～図４Ｌを参照すると、イオン加速領域１４’のゲート３８のイオン出口Ａ２とイオン検出器１８のイオン検出面１８Ａとの間でドリフト領域１６に軸方向に配置された３つの電荷検出シリンダー４０１～４０３を含む、図１および図２のＴＯＦ質量分析計１０の一部の簡略化された例が示される。この簡略化された質量分析計を用いて、図４Ａ～図４Ｌは、ドリフト領域１６に加速され、時間に応じて、３つの電荷検出シリンダー４０１～４０３のそれぞれを通って連続してドリフトする２つの荷電粒子Ｐ１、Ｐ２を図示し、ここで、Ｐ１はＰ２よりも低い質量電荷比を有する。図５は、荷電粒子が通過する時に第１の電荷増幅器ＣＡ１によって生成される例示的な電荷検出信号を図示し、図６および図７は、第２の電荷増幅器ＣＡ２および第３の電荷増幅器ＣＡ３それぞれによって生成される例示的な電荷検出信号を図示する。
【0036】
[0061]図４Ａに図示されるように、荷電粒子Ｐ１およびＰ２は、基準時刻Ｔ＝Ｔ０に、イオン加速領域１４’からドリフト領域１６へ加速される。この例では、荷電粒子Ｐ１およびＰ２は、両方とも、Ｔ＝Ｔ０にイオン加速領域１４’のイオン出口Ａ２を通過し、Ｔ＝Ｔ０にドリフト領域を通る軸方向のドリフトを開始することが理解される。プロセス１００のステップ１０４に関して上述しように、プロセッサ２８は、基準時刻ＲＴをＲＴ＝Ｔ０として記録するように動作可能である。
【0037】
[0062]後続の時刻Ｔ１＞Ｔ０に、第１の荷電粒子Ｐ１および第２の荷電粒子Ｐ２の両方は、図１にも図示されるように、第１の電荷検出シリンダー４０１に入る。図４Ｂに図示されるように、時刻Ｔ２＞Ｔ１に荷電粒子Ｐ１は電荷検出シリンダー４０１を出て、図４Ｄに図示されるように、時刻Ｔ４＞Ｔ２に荷電粒子Ｐ２は電荷検出シリンダー４０１を出る。図５に図示するように、荷電粒子Ｐ１およびＰ２の両方が電荷検出シリンダー４０１を通って移動するＴ１とＴ２との間で、荷電粒子Ｐ１およびＰ２は、ともに、電荷検出シリンダー４０１上で大きさＣ１の電荷を誘起する。同様に図５に図示するように、その後、Ｔ２とＴ４との間で、粒子Ｐ２のみが電荷検出シリンダー４０１を通って移動することを継続し、電荷検出シリンダー４０１上で大きさＣ２の電荷を誘起する。
【0038】
[0063]図４Ｃ～図４Ｈに図示するように、荷電粒子Ｐ１およびＰ２は、それぞれ時刻Ｔ３およびＴ５に第２の電荷検出シリンダー４０２に入り、ここでＴ５＞Ｔ４＞Ｔ３である。時刻Ｔ６＞Ｔ５に、荷電粒子Ｐ１は電荷検出シリンダー４０２を出て、時刻Ｔ８＞Ｔ６に、荷電粒子Ｐ２は電荷検出シリンダー４０２を出る。図６に図示するように、Ｔ３とＴ５との間で粒子Ｐ１のみが電荷検出シリンダー４０２を通って移動する場合、荷電粒子Ｐ１は、電荷検出シリンダー４０２上で大きさＣ３の電荷を誘起する。同様に図６に図示されるように、荷電粒子Ｐ１およびＰ２の両方が電荷検出シリンダー４０２を通って移動するＴ５とＴ６との間で、荷電粒子Ｐ１およびＰ２はともに電荷検出シリンダー４０２上で大きさＣ４＞Ｃ３の電荷を誘起し、荷電粒子Ｐ２のみが電荷検出シリンダー４０２を通って移動するＴ６とＴ８の間で、荷電粒子Ｐ２は、電荷検出シリンダー４０２上でＣ５＜Ｃ３の電荷を誘起する。
【0039】
[0064]図４Ｇ～図４Ｌに図示するように、荷電粒子Ｐ１およびＰ２は、それぞれ時刻Ｔ７およびＴ９に第３の電荷検出シリンダー４０３に入り、ここでＴ９＞Ｔ８＞Ｔ７である。時刻Ｔ１０＞Ｔ９に、荷電粒子Ｐ１は電荷検出シリンダー４０３を出て、時刻Ｔ１１＞Ｔ１０に、荷電粒子Ｐ１はイオン検出器１８の検出面１８Ａに接触する。プロセス１００のステップ１０８に関して上述したように、イオン検出器１８は、Ｔ＝Ｔ１１で荷電粒子Ｐ１の検出時に検出信号を生成し、プロセッサ２８は、荷電粒子Ｐ１の検出時刻ＤＴＰ１をＤＴＰ１＝Ｔ１１として記録するように動作可能である。
【0040】
[0065]時刻Ｔ１２＞Ｔ１１に、荷電粒子Ｐ２は電荷検出シリンダー４０３を出て、時刻Ｔ１３＞Ｔ１２に、荷電粒子Ｐ２はイオン検出器１８の検出面１８Ａに接触する。プロセス１００のステップ１０８に関して上述したように、イオン検出器１８は、Ｔ＝Ｔ１３で荷電粒子Ｐ２の検出時に検出信号を生成し、プロセッサ２８は、荷電粒子Ｐ２の検出時刻ＤＴＰ２をＤＴＰ２＝Ｔ１３として記録するように動作可能である。
【0041】
[0066]図７に図示するように、Ｔ７とＴ９との間で、第３の電荷検出シリンダー４０３を通って移動する荷電粒子Ｐ１のみが、電荷検出シリンダー４０３上で大きさＣ６の電荷を誘起する。荷電粒子Ｐ１およびＰ２の両方が電荷検出シリンダー４０３を通って移動するＴ９とＴ１０との間で、荷電粒子Ｐ１およびＰ２はともに電荷検出シリンダー４０３上で大きさＣ７＞Ｃ６の電荷を誘起し、荷電粒子Ｐ２のみが電荷検出シリンダー４０３を通って移動するＴ１０とＴ１２との間で、荷電粒子Ｐ２は、電荷検出シリンダー４０３上でＣ８＜Ｃ６の電荷を誘起する。
【0042】
[0067]ここで図８を参照すると、図３に図示され上述されたプロセス１００のステップ１１２を実行するための例示的なプロセス２００を図示する簡略化されたフローチャートが示される。プロセス２００は、例示的に、図１および図２に図示される飛行時間質量分析計１０のドリフト領域１６を通って移動する荷電粒子の電荷の大きさまたは電荷状態の測定を実行する、プロセッサ２８によって実行可能な命令の形態で、メモリ３０に格納される。プロセス２００は、例示的に、プロセッサ２８がカウンタｉを１または何らかの他の定数に設定するように動作可能であるステップ２０２で開始する。その後、ステップ２０４で、プロセッサ２８は、例示的に、たとえば、ＴＷｉ，１－Ｎ＝Ｆ（ＤＩ，ＴＯＦｉ）など、ｉ番目の荷電粒子がプロセス１００の一部としてＮ個の電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎのそれぞれを通過する時刻または時間ウィンドウＴＷｉ，１－Ｎを決定し、メモリ３０に格納するために、寸法情報ＤＩとともに、プロセス１００のステップ１１０で決定された（図３に図示されたプロセス１００にしたがってドリフト領域１６を通過した合計Ｍ個の荷電粒子のうちの）ｉ番目の荷電粒子の飛行時間値ＴＯＦｉを処理するように動作可能である。
【0043】
[0068]一実施形態では、プロセッサ２８は、関係ｖｉ＝ＤＲＬ／ＴＯＦｉにしたがってドリフト領域１６におけるｉ番目の荷電粒子の（不変）速度ｖｉを最初に決定することによってステップ２０４を実行するように動作可能である。ここでｉ番目の荷電粒子のｖｉが既知の場合、プロセッサ２８は、ドリフト領域内の既知の位置、ｉ番目の荷電粒子の速度ｖｉ、および基準時刻ＲＴとｉ番目の荷電粒子の検出時刻ＤＴｉとの一方または両方を基準として、電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎのイオン入口端および／または出口端の間の距離に基づいて、Ｎ個の時間ウィンドウＴＷｉ，１－Ｎを決定するように動作可能である。一例として、ｉ番目の荷電粒子が第１の電荷検出シリンダー４０１を通過する時間ウィンドウに対応する時間ウィンドウＴＷｉ，１は、関係ＴＷｉ，１＝ＰＲＬ／ｖｉから（ＰＲＬ＋ＣＤＬ）／ｖｉにしたがって、基準時刻ＲＴを基準としてプロセッサ２８によって決定され得る。ｉ番目の荷電粒子が第２の電荷検出シリンダー４０２を通過する時間ウィンドウに対応する時間ウィンドウＴＷｉ，２は、同様に、関係ＴＷｉ，２＝（ＰＲＬ＋ＣＤＬ＋ＳＬ）／ｖｉから（ＰＲＬ＋２ＣＤＬ＋ＳＬ）／ｖｉなどにしたがって、基準時刻ＲＴを基準としてプロセッサ２８によって決定され得る。他の例として、時間ウィンドウＴＷｉ，１は、関係ＴＷｉ，１＝［ＤＴｉ－Ｎ（ＣＤＬ＋ＳＬ）／ｖｉ］から｛ＤＴｉ－［（Ｎ－１）（ＣＤＬ）＋（Ｎ）（ＳＬ）］／ｖｉ｝などにしたがってｉ番目の荷電粒子の検出時刻ＤＴｉを使用して、基準時刻ＲＴを基準としてプロセッサ２８によって決定され得る。他の実施形態では、プロセッサ２８は、検出時刻ＤＴｉに関連して、またはＲＴとＤＴｉとの間の時刻を基準として、時間ウィンドウＴＷｉ，１－Ｎを計算するように動作可能でもよい。いずれの場合でも、Ｎ個の電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎのそれぞれをｉ番目の荷電粒子が通過するＲＴ、ＤＴｉ、またはその間の何らかの基準時間を基準として時間ウィンドウに対応する時間ウィンドウＴＷｉ，１－Ｎのそれぞれがステップ２０４で決定されると、プロセス２００はステップ２０６および２０８に進み、カウンタｉを１だけ増分し、荷電粒子のうちの全Ｍ個の荷電粒子の時間ウィンドウＴＷ１－Ｍ，１－Ｎが決定されるまでステップ２０４が再実行される。ステップ２０４～２０８の完了後、メモリ３０は、時間ウィンドウＴＷ１－Ｍ，１－ＮのＭ×Ｎの行列をそれ自体に格納し、Ｍ行のそれぞれは、Ｍ個の荷電粒子の対応するそれぞれの荷電粒子の時間ウィンドウデータを含み、Ｎ列のそれぞれは、Ｎ個の電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎの対応するそれぞれの電荷検出シリンダーの時間ウィンドウデータを含む。
【0044】
[0069]ステップ２０６におけるＹＥＳ分岐の後に、プロセッサ２８は、例示的に、ステップ２１０で、カウンタｉを１または何らかの他の定数にリセットするように動作可能である。その後、ステップ２１２で、プロセッサ２８は、例示的に、それぞれの時間ウィンドウ中にＭ個の荷電粒子のうちの対応する荷電粒子によって寄与されたｉ番目の電荷増幅器ＣＡｉによって生成された異なる電荷の大きさと一致するように、時間ウィンドウ行列のｉ番目の列の各時間ウィンドウ中にｉ番目の電荷増幅器ＣＡｉによって生成された電荷検出の大きさを処理するように動作可能である。たとえば、Ｍ個の荷電粒子のうちの第１の荷電粒子がｉ番目の電荷検出シリンダー４０ｉを通過する時間ウィンドウＴＷ１，ｉ中に、第１の荷電粒子は、時間ウィンドウＴＷ１，ｉ中にｉ番目の電荷増幅器ＣＡｉによって生成された電荷検出信号で捕捉された電荷をｉ番目の電荷検出シリンダー４０ｉ上で誘起する。同様に、Ｍ個の荷電粒子のうちの第２の荷電粒子がｉ番目の電荷検出シリンダー４０ｉを通過する時間ウィンドウＴＷ２，ｉ中に、第２の荷電粒子は、その時間ウィンドウＴＷ２，ｉ中にｉ番目の電荷増幅器ＣＡｉによって生成された電荷検出信号で捕捉された電荷をｉ番目の電荷検出シリンダー４０ｉ上で誘起する。さらに、Ｍ個の荷電粒子のうちの第１および第２の荷電粒子の両方がｉ番目の電荷検出シリンダー４０ｉを通過する時間ウィンドウＴＷ１，ｉとＴＷ２，ｉとの間の重複の間、第１および第２の荷電粒子は、ともに、その時間ウィンドウ重複中などにｉ番目の電荷増幅器ＣＡｉ上で合成電荷を誘起する。したがって、時間ウィンドウ行列のｉ番目の列の時間ウィンドウ中に、ｉ番目の電荷増幅器ＣＡｉによって生成された電荷検出信号を処理することによって、Ｍ個の荷電粒子および／またはその様々な組み合わせのそれぞれを、対応する電荷の大きさの値にマッピングする方程式のセットを生成する。ステップ２１２の後、プロセス２００はステップ２１４および２１６に進み、カウンタｉを１だけ増分し、Ｎ個の電荷増幅器ＣＡ１～ＣＡＮのそれぞれによって生成された電荷検出信号の大きさが、Ｍ個の荷電粒子のうちの対応する荷電粒子および／または様々な組み合わせにマッピングされるまで、ステップ２１２が再実行される。ステップ２１２～２１６の完了後、メモリ３０が、Ｍ個の荷電粒子および／またはその様々な組み合わせのそれぞれを、それぞれの電荷の大きさの値に関係付ける連立方程式を格納する。ステップ２１６の後、プロセッサ２８はステップ２１８に進み、その連立方程式または少なくともそのサブセットを解いて、Ｍ個の荷電粒子のそれぞれの電荷の大きさＣＨ１－Ｍを決定し、またはＭ個の荷電粒子の少なくともサブセットの電荷の大きさを決定する。いくつかの実施形態では、プロセッサ２８は、ステップ２１８で、たとえば、関係ＣＳｉ＝ＣＨｉ／ｅにしたがって、決定された電荷の大きさの値ＣＨ１－Ｍのうちの１つまたは複数を電荷状態値ＣＳ１－Ｍに変換するようにさらに動作可能でもよく、ここでｅは素電荷（定数）である。
【0045】
[0070]再度、図４Ａ～図７に図示された簡略例を参照すると、荷電粒子の簡略化されたセットおよび簡略化された質量分析計構造に対する適用による各プロセスの動作をさらに説明するために、ここで、プロセス１００および２００のステップがその例に適用される。この簡略例において、Ｍ＝２（２つの荷電粒子Ｐ１およびＰ２）およびＮ＝３（３つの電荷検出シリンダー４０１～４０３およびそれぞれの電荷増幅器ＣＡ１～ＣＡ３）である。以下の説明では、時間ウィンドウは、例示的に、上述したように基準時刻ＲＴを基準として決定されるが、時間ウィンドウは、いくつかの非限定的な例が上述された質量分析計１０の動作と関連する１つまたは複数の他の時間イベントを基準として決定されてもよいことが理解されるであろう。
【0046】
[0071]ステップ１０４で、プロセッサ２８は、基準時刻ＲＴ＝Ｔ０に、Ｐ１およびＰ２をドリフト領域１６に加速するために電圧源２６を制御するように動作可能である。その後、ステップ１０６で、プロセッサ２８は、図４Ａ～４Ｌに図示されるように荷電粒子Ｐ１およびＰ２がイオン検出器１８に向かってドリフトして入る時に、３つの電荷増幅器ＣＡ１～ＣＡ３のそれぞれによって生成された電荷検出信号のサンプルをメモリに格納するように動作可能である。ステップ１０８で、プロセッサ２８は、イオン検出器１８による荷電粒子Ｐ１の検出時刻ＤＴＰ１をＤＴＰ１＝Ｔ１１としてメモリ３０に格納し（図４Ｋ参照）、イオン検出器１８の荷電粒子Ｐ２の検出時刻ＤＴＰ２をＤＴＰ２＝Ｔ１３（図４Ｌ参照）としてメモリ３０に格納するように動作可能である。その後、ステップ１１０で、プロセッサ２８は、第１の荷電粒子Ｐ１の飛行時間ＴＯＦＰ１をＴＯＦＰ１＝（ＤＴＰ１－ＲＴ）として計算し、第２の荷電粒子Ｐ２の飛行時間ＴＯＦＰ２をＴＯＦＰ２＝（ＤＴＰ２－ＲＴ）として計算するように動作可能である。その後、ステップ１１２で、プロセス２００はプロセッサ２８によって実行される。
【0047】
[0072]プロセス２００のステップ２０４でｉ＝１の場合、プロセッサ２８は、関係ｖ１＝ＤＲＬ／ＴＯＦＰ１にしたがって、ドリフト領域１６を通る第１の荷電粒子Ｐ１の（不変）速度ｖ１を最初に決定するように動作可能である。その後、プロセッサ２８は、ステップ２０４で、ＴＷ１，１を、図４Ａおよび図４Ｂに図示されるように、ＰＲＬ／ｖ１＝Ｔ１から（ＰＲＬ＋ＣＤＬ）／ｖ１＝Ｔ２もしくはＴ１からＴ２、または簡便な表記法を使用するとＴ１－Ｔ２として決定するように動作可能である。プロセッサ２８は、その後、ステップ２０４で、ＴＷ１，２を、図４Ｃ～図４Ｆに図示されるように、（ＰＲＬ＋ＣＤＬ＋ＳＬ）／ｖ１＝Ｔ３から（ＰＲＬ＋２ＣＤＬ＋ＳＬ）／ｖ１＝Ｔ６、またはＴ３－Ｔ６として決定するように動作可能である。最後に、プロセッサ２８は、ステップ２０４で、ＴＷ１，３を、図４Ｇ～図４Ｊに図示されるように、（ＰＲＬ＋２ＣＤＬ＋２ＳＬ）／ｖ１＝Ｔ７から（ＰＲＬ＋３ＣＤＬ＋２ＳＬ）／ｖ１＝Ｔ１０、またはＴ７－Ｔ１０として決定するように動作可能である。その後、プロセス２００は、ステップ２０６を通るループを実行し、ステップ２０８でｉをｉ＝２に増分し、ｉ＝２としてステップ２０４を再実行する。関係ｖ２＝ＤＲＬ／ＴＯＦＰ２にしたがってプロセッサ２８によって決定されたドリフト領域１６における第２の荷電粒子Ｐ２の（不変）速度ｖ２の場合、プロセッサ２８は、それぞれ図４Ａ～図４Ｄ、図４Ｅ～図４Ｈ、および図４Ｉ～図４Ｌに図示されるように、後続の時間ウィンドウＴＷ２，１＝Ｔ１－Ｔ４、ＴＷ２，２＝Ｔ５－Ｔ８、およびＴＷ２，３＝Ｔ９－Ｔ１２を決定するために進む。ステップ２０６でｉ＝２＝Ｍが満たされると、プロセス２００は以下の２×３（すなわちＭ×Ｎ）時間ウィンドウ行列ＴＷ：
を用いて、ステップ２１０～２１６に進む。
【数1】
【0048】
[0073]プロセス２００のステップ２１２でｉ＝１の場合、プロセッサ２８は、ＣＡ１の大きさを、Ｐ１およびＰ２によって個々におよび／または集合的になされた寄与に対して整合またはマッピングするために、ＴＷの列１の時間ウィンドウに対してＣＡ１を処理するように動作可能である。図５を参照すると、２つの列１の時間ウィンドウＴＷ１，１＝（Ｔ１－Ｔ２）およびＴＷ２，１＝（Ｔ１－Ｔ４）から、Ｔ１とＴ２との間の電荷検出信号ＣＡ１の大きさＣ１は、Ｐ１およびＰ２がともに電荷検出シリンダー４０１上で合成電荷を誘起し、それによってＣＨＰ１＋ＣＨＰ２＝Ｃ１が得られた結果であることが明らかであり、ここでＣＨＰ１は、荷電粒子Ｐ１の電荷の大きさであり、ＣＨＰ２は荷電粒子Ｐ２の電荷の大きさである。時間ウィンドウＴＷ１，１およびＴＷ２，１から、Ｔ２とＴ４との間の電荷検出信号ＣＡ１の大きさは、Ｐ２のみが電荷検出シリンダー４０１上で電荷を誘起し、それによってＣＨＰ２＝Ｃ２が得られた結果であることがさらに明らかである。
【0049】
[0074]プロセス２００は、ステップ２１４および２１６を通るループを実行し、カウンタｉをｉ＝２に増分し、プロセッサ２８は、その後、ステップ２１２で、ＣＡ２の大きさをＰ１およびＰ２によって個々におよび／または集合的になされた寄与に対して整合またはマッピングするために、ＴＷ行列の列２の時間ウィンドウに対してＣＡ２を処理するように動作可能である。図６を参照すると、２つの列２の時間ウィンドウＴＷ１，２＝（Ｔ３－Ｔ６）およびＴＷ２，２＝（Ｔ５－Ｔ８）から、Ｔ３とＴ５との間の電荷検出信号ＣＡ１の大きさＣ３は、Ｐ１のみが電荷検出シリンダー４０２上でその電荷を誘起し、それによってＣＨＰ１＝Ｃ３が得られた結果であることが明らかである。ＴＷ１，２およびＴＷ２，２から、Ｔ５とＴ６との間の電荷検出信号ＣＡ２の大きさＣ４は、Ｐ１およびＰ２がともに電荷検出シリンダー４０２上で合成電荷を誘起し、それによってＣＨＰ１＋ＣＨＰ２＝Ｃ４が得られた結果であることがさらに明らかである。最後に、ＴＷ１，２およびＴＷ２，２から、Ｔ６とＴ８との間の電荷検出信号ＣＡ２の大きさＣ５は、Ｐ２のみが電荷検出シリンダー４０２上で電荷を誘起し、それによってＣＨＰ２＝Ｃ５が得られた結果であることが明らかである。
【0050】
[0075]プロセス２００は、再度、ステップ２１４および２１６を通るループを実行し、カウンタｉをｉ＝３に増分し、プロセッサ２８は、その後、ステップ２１２で、ＣＡ３の大きさをＰ１およびＰ２によって個々におよび／または集合的になされた寄与に対して整合またはマッピングするために、ＴＷ行列の列３の時間ウィンドウに対してＣＡ３を処理するように動作可能である。図７を参照すると、ＣＡ２に関するステップ２１２の動作と同様にして、ＣＡ３の３つの大きさＣ６、Ｃ７およびＣ８は、結果としてＣＨＰ１＝Ｃ６、ＣＨＰ１＋ＣＨＰ２＝Ｃ７、およびＣＨＰ２＝Ｃ８が得られることが明らかである。それによって、ステップ２１４のＹＥＳ分岐後に、プロセス２００は、以下の連立方程式を用いてステップ２１８に進む。
【0051】
[0076]Ｃ１＝ＣＨＰ１＋ＣＨＰ２
[0077]Ｃ２＝ＣＨＰ２
[0078]Ｃ３＝ＣＨＰ１
[0079]Ｃ４＋ＣＨＰ１＋ＣＨＰ２
[0080]Ｃ５＝ＣＨＰ２
[0081]Ｃ６＝ＣＨＰ１
[0082]Ｃ７＝ＣＨＰ１＋ＣＨＰ２
[0083]Ｃ８＝ＣＨＰ２
[0077]Ｃ２＝ＣＨＰ２
[0078]Ｃ３＝ＣＨＰ１
[0079]Ｃ４＋ＣＨＰ１＋ＣＨＰ２
[0080]Ｃ５＝ＣＨＰ２
[0081]Ｃ６＝ＣＨＰ１
[0082]Ｃ７＝ＣＨＰ１＋ＣＨＰ２
[0083]Ｃ８＝ＣＨＰ２
【0052】
[0084]ステップ２１８で、プロセッサ２８は、ＣＨＰ１およびＣＨＰ２に対する前述の連立方程式を解くように動作可能である。プロセッサ２８は、任意の従来の数学的手法を使用して、前述の連立方程式を解くようにプログラムされてもよい。一例として、プロセッサ２８は、ＣＨＰ１およびＣＨＰ２それぞれを個々の測定結果の代数平均として計算し、その後、個々の測定結果とともに合成された測定結果を満たすように、必要に応じて、それらの値の一方または両方を修正することによって、図４Ａ～図７の例において連立方程式を解くようにプログラムされてもよい。したがって、たとえば、プロセッサ２８は、ステップ２１８で、関係ＣＨＰ１＝（Ｃ３＋Ｃ６）／２およびＣＨＰ２＝（Ｃ２，＋Ｃ５＋Ｃ８）／３にしたがって、この例のＣＨＰ１およびＣＨＰ２を決定し、その後、上記の２つの方程式とともに方程式ＣＨＰ１＋ＣＨＰ２＝（Ｃ１＋Ｃ４＋Ｃ７）／３を満たすためにＣＨＰ１および／またはＣＨＰ２を修正するように動作可能でもよい。代替の実施形態では、プロセッサ２８は、例として最小２乗法または他の回帰技法などの１つまたは複数の回帰分析技法、ルンゲクッタ法または他の反復技法などの１つまたは複数の反復技法、または同様のものを含み得るが、これに限定されない、従来の数学的方程式解法のうちの任意の１つまたは組み合わせを使用して、および／または従来のデータフィッティング技法のうちの任意の１つまたは組み合わせを使用して、ステップ２１０～２１６の結果として得られた連立方程式を解くことによってステップ２１８を実行するようにプログラムされてもよいことが理解されるであろう。
【0053】
[0085]この例を完了するために再度図３のプロセス１００に戻り、プロセッサ２８は、ステップ１１４で、２つの荷電粒子Ｐ１およびＰ２の質量電荷比のそれぞれを、ｍ／ｚＰ１＝Ｆ（ＴＯＦＰ１，ＤＲＬ，Ｕ）およびｍ／ｚＰ２＝Ｆ（ＴＯＦＰ２，ＤＲＬ，Ｕ）など、ドリフト領域１６の長さＤＲＬのそれぞれの測定された飛行時間ＴＯＦＰ１およびＴＯＦＰ２、ならびにイオン加速領域１４’からドリフト領域１６へ荷電粒子を加速する電圧ＶＳ１，ＶＳ２の大きさに関係する電位Ｕの従来の関数として計算するように動作可能である。その後、ステップ１６で、プロセッサ２８は、関係ｍＰ１＝（ｍ／ｚＰ１）（ＣＨＰ１）およびｍＰ２＝（ｍ／ｚＰ２）（ＣＨＰ２）にしたがって荷電粒子Ｐ１およびＰ２それぞれの質量ｍＰ１およびｍＰ２を計算するように動作可能である。
【0054】
[0086]図４Ａ～図７に図示された例は、図１および図２に図示されたタイプの簡略化された飛行時間質量分析計の例示的な動作を説明する目的でのみ提供され、決して限定的であることが意図されないことが理解されるであろう。当業者は、上述したプロセスまたはその変形が、たとえば数百、数千、またはそれ以上などの多くの荷電粒子の質量電荷比、電荷の大きさおよび／または電荷状態、ならびに質量値の決定に直接適用され得ることを理解するであろう。代替的に、当業者は、電荷増幅器ＣＡ１～ＣＡＮによって生成された電荷検出信号のうちの１つまたは複数に基づいて複数の荷電粒子の大きさおよび／または電荷状態を決定するための他の技法を認識し、そのような他の技法は、本開示の範囲内に存在することが意図されることを理解されるであろう。
【0055】
[0087]図１に図示した質量分析計１０において、粒子電荷値を決定するために、電荷検出信号の全てが使用されなくてもよいことをさらに理解されるであろう。荷電粒子が塊となってイオン処理領域１４を出るいくつかの実施形態では、たとえば、最初の１つまたはいくつかの電荷増幅器によって生成された電荷検出信号は、プロセッサ２８によって無視されてもよい。代替的または追加的に、ドリフト管１６Ａは、上述したように、そのような塊となった粒子が複数の電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎの１つ目を通過する前にドリフト領域１６の軸方向に分離するのを少なくとも開始できる任意の所望の長さを有するアレイ前空間１６Ｂを含むように構成され得る。
【0056】
[0088]ここで図９を参照すると、従来のイオントラップ６２の後段の従来の質量電荷比フィルタ（ｍ／ｚフィルタ）６０の形態で実施されるイオン処理領域１４の他の実施形態１４”が示される。図９に図示された実施形態では、質量電荷比フィルタ６０の一端部がイオン処理領域１４”のイオン入口Ａ１を画定し、イオントラップ６２のイオン出口端がイオン処理領域１４”のイオン出口Ａ２を画定する。質量電荷比（ｍ／ｚ）フィルタ６０は、従来のものであり、例示的に、電圧源２６に動作可能に結合された四重極または他の器具の形態で実施されてもよい。図示された実施形態では、たとえば、電圧源２６の出力電圧ＶＳ１は、Ｋ個の信号経路を介してｍ／ｚフィルタ６０に動作可能に結合され、ここでＫは任意の正の整数でもよく、電圧源２６の他の出力電圧ＶＳ２は、同様に、Ｌ個の信号経路を介してｍ／ｚフィルタ６０に動作可能に結合され、ここでＬは任意の正の整数でもよい。いくつかの実施形態では、ＶＳ１は、たとえば、互いに１８０度位相がずれた一対の逆相電圧の形態でｍ／ｚフィルタ６０に供給された選択可能な周波数および最大振幅の時変電圧信号であり、ＶＳ２は、選択可能な振幅の不変電圧、たとえば、ＤＣ電圧である。そのような実施形態において、プロセッサ２８は、例示的に、選択された質量電荷比の質量電荷比を有するイオン、または質量電荷比の選択された範囲内の質量電荷比を有するイオンのみが、ｍ／ｚフィルタ６０を通過するために選択されたｍ／ｚフィルタ６０内の電界条件を創り出すために従来の手法で出力電圧ＶＳ１およびＶＳ２を制御するようにプログラムされる、またはプログラム可能である。いくつかの代替の実施形態では、ＶＳ１のみがｍ／ｚフィルタ６０に印加され、閾値質量電荷比を上回る質量電荷比を有するイオンのみがｍ／ｚフィルタ６０を通過するために選択されたｍ／ｚフィルタ６０内に電界条件を創り出すようにプロセッサ２８によって制御される。
【0057】
[0089]図９に図示された実施形態では、イオントラップ６２は同様に従来のものであり、例示的に、入口ゲート６４を有する四重極、六重極または他の器具の形態で、たとえば、イオントラップ６２のイオン入口Ａ２’および出口ゲート６６を画定する従来のエンドキャップの形態で、たとえば、イオン処理領域１４”のイオン出口Ａ２を画定する他の従来のエンドキャップの形態で、実施され得る。図示された実施形態では、電圧源２６の出力電圧ＶＳ３は、入口エンドキャップ６４に動作可能に結合され、電圧源２６の出力電圧ＶＳ４は出口エンドキャップ６６に動作可能に結合され、出力電圧ＶＳ５はＪ個の信号経路を介してイオントラップ６２の本体に動作可能に結合され、ここでＪは任意の正の整数でもよい。いくつかの実施形態では、ＶＳ３およびＶＳ４は、選択可能な振幅を有する切り換え可能なＤＣ電圧であり、ＶＳ５は、たとえば、互いに１８０度位相がずれた一対の逆相電圧の形態でイオントラップ６２に供給された選択可能な周波数および最大振幅の時変電圧信号である。そのような実施形態では、プロセッサ２８は、例示的に、イオン入口Ａ２’を介してイオントラップ６２へ荷電粒子を選択的に通過させ、荷電粒子をイオントラップ６２内に閉じ込め、閉じ込められたイオンをイオントラップ６２からイオン出口Ａ２を通って選択的に放出するために従来の手法で出力電圧ＶＳ３～ＶＳ５を制御するようにプログラムされる、またはプログラム可能である。いくつかの代替の実施形態では、ｍ／ｚフィルタ６０およびイオントラップ６２は、たとえば、エンドキャップを有する従来の四重極質量電荷比フィルタの形態の単一の器具に統合され得る。いずれの場合でも、結果として得られた質量分析計１０は、例示的に、単一の質量電荷比質量分析計、質量電荷比質量分析計の単一の範囲、および／または質量電荷比走査質量分析計として動作するように制御可能である。ただし、いずれの動作モードでも、質量分析計１０は、粒子質量電荷比、粒子電荷の大きさまたは電荷状態、および粒子質量値を決定するように構成される。
【0058】
[0090]ここで図１０を参照すると、イオン質量電荷比、イオン電荷（大きさおよび／または電荷状態）ならびにイオン質量を測定するように、図１および図９の質量分析計（すなわち、イオン処理領域１４として実施される図９のイオン処理領域１４”を有する図１の質量分析計１０）を動作するための例示的なプロセス３００を図示する簡略フローチャートが示される。プロセス３００は、例示的に、粒子質量電荷比、粒子電荷および粒子質量の測定を実行する、プロセッサ２８によって実行可能な命令の形態でメモリ３０に格納される。プロセス３００は、例示的に、１つまたは複数の荷電粒子がイオン発生器２０によって生成され、イオン源領域１２に、またはその一部に構築されたイオン加速構造および／または圧力差条件を介してイオン処理領域１４”に向かって進み、そこを通る時点で開始する。プロセス３００は、例示的に、プロセス１００のステップのうちの多くを含み、したがって同様のステップは、同様の番号で識別され、そのようなステップ中のプロセッサ２８の動作は、図３に関して上述された通りである。
【0059】
[0091]プロセス３００は、例示的に、プロセス１００のステップ１０２を開始し、ドリフト領域寸法情報（ＤＩ）がメモリ３０に格納される。その後、ステップ３０２で、プロセッサ２８がカウンタｉ＝１または何らかの他の定数に設定するように動作可能である。その後、ステップ３０４で、プロセッサ２８は、例示的に、第１の選択された質量電荷比ｍ／ｚｉを有するイオンのみ、または質量電荷比の第１の選択された範囲ｉ内の質量電荷比を有するイオンのみが通過するようにｍ／ｚフィルタ６０を構成するように電圧源２６を制御するように動作可能である。その後、ステップ３０６で、プロセッサ２８は、例示的に、ｍ／ｚフィルタ６０を出る荷電粒子を収集および捕捉するようにイオントラップ６２を制御または構成するように電圧源２６を制御するように動作可能である。例示的に、プロセッサ２８は、複数の荷電粒子をイオントラップ６２で収集するために、事前に定義された期間、イオントラップ６２の上記の制御を維持するように動作可能である。事前に定義された期間は、異なる用途および／または異なるサンプル２２によって異なり得る。いずれの場合でも、プロセッサ２８がイオントラップ６２の上記の制御を維持するように動作可能である事前に定義された時間の満了後、プロセス３００はステップ３０８に進み、プロセッサ２８は捕捉された荷電粒子をイオントラップ６２から加速するように電圧源２６を制御するように動作可能である。そのような制御は、例示的に、ゲート６４、６６の一方または両方に印加されたＤＣ電圧を適切に切り換えることによって実現され、いずれの場合でも、イオントラップ６２から解放された荷電粒子が質量分析計１０のドリフト領域１６を通ってドリフトを開始する基準時刻ＲＴを設定する。ステップ３０８の後、プロセッサ２８は、例示的に、全て上述したように、ドリフト領域１６を通ってドリフトする荷電粒子の質量電荷比、電荷の大きさまたは電荷状態、ならびに質量値を決定するために、図３に図示したプロセス１００のステップ１０６～１１６を実行するように動作可能である。
【0060】
[0092]ｍ／ｚフィルタ６０が選択された質量電荷比の荷電粒子を選択的に通過させる、または質量電荷比値の非常に狭い範囲内の質量電荷比を有する荷電粒子を通過させるように制御されるいくつかの実施形態では、ドリフト領域１６を通ってドリフトする荷電粒子の質量電荷比が既知であり、ステップ１１４が省略可能なようにステップ１１４で計算される必要がない。ただし、いくつかのそのような実施形態では、たとえばｍ／ｚフィルタ６０を較正する際に使用される追加の質量電荷比情報を提供するために、および／または質量電荷比分解能の改善を実現するために、ステップ１１４は含まれる場合がある。いずれの場合でも、プロセス３００はステップ１１６からステップ３１０へ進み、プロセッサ２８は、カウンタｉをカウント値Ｑと比較するように動作可能である。ｉ＜Ｑの場合、プロセス３００はステップ３１２に進み、ステップ３１２でカウンタｉを増分し、ステップ３０４に戻って第２の選択された質量電荷比ｍ／ｚｉを有するイオンのみ、または質量電荷比の第２の所定範囲ｉ内の質量電荷比を有するイオンのみが通過するようにｍ／ｚフィルタ６０を構成するように電圧源２６を制御し、第２の選択された質量電荷比または質量電荷比の第２の選択された範囲は、第１の選択された質量電荷比または質量電荷比の第１の選択された範囲とは増加的に異なり、たとえば、それよりも大きくなる、または小さくなる。ステップ３１０で、ｉ＝Ｑの場合、質量電荷比の範囲は走査および処理され、プロセス３００が終了する。選択された質量電荷比または質量電荷比の選択された範囲における値Ｑおよび徐々に増えるステップサイズは、例示的に、質量電荷比値の任意の所望範囲を走査するように選択されてもよい。
【0061】
[0093]ｍ／ｚフィルタ６０およびイオントラップ６２が、上述したように単一の器具となるように結合される代替の実施形態では、プロセス３００は、それに応じて、ステップ３０４およびステップ３０６を結合して、プロセッサ２８がｍ／ｚｉのイオンのみを捕捉するように結合された器具を構成するように電圧源２６を制御するように動作可能である単一のステップとする、またはステップ３０６および３０８を結合して、プロセッサ２８がｍ／ｚｉのイオンのみを結合された器具から放出するように電圧源２６を制御するように動作可能である単一のステップとするように修正され得る。いくつかの代替の実施形態では、ｍ／ｚフィルタ６０を出た荷電粒子がドリフト領域１６に直接入るように、イオントラップ６２が省略されてもよい。ただし、そのような実施形態では、基準時刻ＲＴを設定するためにイオン加速領域がイオン源領域１２に含まれ、ｍ／ｚフィルタ６０が、そのような実施形態では、ドリフト領域の一部となるため、寸法情報ＤＩは、少なくとも軸方向におけるｍ／ｚフィルタ６０の寸法情報を含む。
【0062】
[0094]ここで図１１を参照すると、解離段７２が間に配置された２つの従来の質量電荷比フィルタ（ｍ／ｚフィルタ）７０、７４の形態で実施されるイオン処理領域１４の他の実施形態１４”’が示される。図１１に図示された実施形態では、質量電荷比フィルタ７０の一端部がイオン処理領域１４”’のイオン入口Ａ１を画定し、質量電荷比フィルタ７４のイオン出口端がイオン処理領域１４”’のイオン出口Ａ２を画定する。質量電荷比（ｍ／ｚ）フィルタ７０、７４は、従来のものであり、それぞれが、例示的に、電圧源２６に動作可能に結合された四重極または他の器具の形態で実施されてもよく、解離段７２は、同様に従来のものであり、図示された実施形態では、電圧源２６に動作可能に結合される。
【0063】
[0095]図示された実施形態では、電圧源２６の出力電圧ＶＳ１は、Ｈ個の信号経路を介してｍ／ｚフィルタ７０に動作可能に結合され、ここでＨは任意の正の整数でもよく、電圧源２６の他の出力電圧ＶＳ２は、同様に、Ｉ個の信号経路を介してｍ／ｚフィルタ７０に動作可能に結合され、ここでＩは任意の正の整数でもよい。電圧源２６の他の出力電圧ＶＳ３は、Ｌ個の信号経路を介してｍ／ｚフィルタ７４に動作可能に結合され、ここでＬは任意の正の整数でもよく、電圧源２６の他の出力電圧ＶＳ４は、同様に、Ｒ個の信号経路を介してｍ／ｚフィルタ７４に動作可能に結合され、ここでＲは任意の正の整数でもよい。いくつかの実施形態では、ＶＳ１およびＶＳ３は、たとえば、互いに１８０度位相がずれた一対の逆相電圧の形態でそれぞれｍ／ｚフィルタ７０、７４に供給された選択可能な周波数および最大振幅の時変電圧信号であり、ＶＳ２およびＶ４は、選択可能な振幅の不変電圧、たとえば、ＤＣ電圧である。そのような実施形態において、プロセッサ２８は、例示的に、選択された質量電荷比のうちの質量電荷比を有するイオンのみ、または質量電荷比の選択された範囲内の質量電荷比を有するイオンのみが、ｍ／ｚフィルタ７０、７４を通過するために選択されたｍ／ｚフィルタ７０、７４内の電界条件を創り出すために従来の手法でＶＳ１～ＶＳ４を制御するようにプログラムされる、またはプログラム可能である。いくつかの代替の実施形態では、ＶＳ１のみがｍ／ｚフィルタ７０に印加され、閾値質量電荷比を上回る質量電荷比を有するイオンのみがｍ／ｚフィルタ７０を通過するために選択されたｍ／ｚフィルタ７０内に電界条件を創り出すようにプロセッサ２８によって制御される。代替的または追加的に、ＶＳ３のみがｍ／ｚフィルタ７４に印加され、閾値質量電荷比を上回る質量電荷比を有するイオンのみがｍ／ｚフィルタ７４を通過するために選択されたｍ／ｚフィルタ７４内に電界条件を創り出すようにプロセッサ２８によって制御される。
【0064】
[0096]図１１に図示された実施形態では、電圧源２６は、２つの電圧出力ＶＳ５およびＶＳ６を介して解離段７２に動作可能に結合されるとして示される。そのような電圧源接続は、解離段７２が荷電粒子を解離、たとえば断片化するために１つまたは複数の電圧信号によって制御可能なデバイスまたは器具の形態で実施された実施形態でのみ含まれることが理解されるであろう。そのような実施形態では、ＶＳ５は、選択可能な周波数および最大振幅を有する時変電圧信号でもよく、ＶＳ６は、選択可能な振幅を有する不変電圧、たとえばＤＣ電圧でもよい。いくつかのそのような実施形態では、電圧源２６はＶＳ５のみを生成してもよく、他の実施形態では、電圧源２６はＶＳ６のみを生成してもよい。他の実施形態では、解離段７２は、電圧源２６に全く接続されていない場合もあり、その代わりに１つまたは複数のガス源（不図示）にのみ結合されてもよく、解離段７２は、１つまたは複数のガス源によって提供された１つまたは複数のガスとの衝突によって荷電粒子を解離、たとえば断片化するように動作可能である。いずれの場合でも、結果として得られた質量分析計１０は、例示的に、単一の質量電荷比質量分析計、単一の範囲の質量電荷比質量分析計、単一の質量電荷比走査質量分析計（たとえば、ｍ／ｚフィルタ７０またはｍ／ｚフィルタ７４で質量電荷比の範囲を走査する）および／または二倍質量電荷比走査質量分析計（たとえば、ｍ／ｚフィルタ７０およびｍ／ｚフィルタ７４の両方で質量電荷比の範囲を走査する）として動作するように制御可能である。ただし、いずれの動作モードでも、質量分析計１０は、粒子質量電荷比、粒子電荷の大きさまたは電荷状態、ならびに粒子質量値を決定するように構成される。
【0065】
[0097]ここで図１２を参照すると、イオン質量電荷比、イオン電荷（大きさおよび／または電荷状態）ならびにイオン質量を測定するように、図１および図１１の質量分析計（すなわち、イオン処理領域１４として実施される図１１のイオン処理領域１４”’を有する図１の質量分析計１０）を動作するための例示的なプロセス４００を図示する簡略フローチャートが示される。プロセス４００は、例示的に、粒子質量電荷比、粒子電荷および粒子質量の測定を実行する、プロセッサ２８によって実行可能な命令の形態でメモリ３０に格納される。プロセス３００と同様に、プロセス４００は、例示的に、１つまたは複数の荷電粒子がイオン発生器２０によって生成され、イオン源領域１２に、またはその一部に構築されたイオン加速構造および／または圧力差条件を介してイオン処理領域１４”’に向かって進み、そこを通る時点で開始する。プロセス４００は、例示的に、プロセス１００のステップのうちの多くを含み、したがって同様のステップは、同様の番号で識別され、そのようなステップ中のプロセッサ２８の動作は、図３に関して上述された通りである。
【0066】
[0098]プロセス４００は、例示的に、プロセス１００のステップ１０２を開始し、ドリフト領域寸法情報（ＤＩ）がメモリ３０に格納される。その後、ステップ４０２で、プロセッサ２８が２つのカウンタｉ＝１およびｊ＝１、または何らかの他の定数に設定するように動作可能である。その後、ステップ４０４で、プロセッサ２８は、例示的に、第１の選択された質量電荷比ｍ／ｚｉを有するイオンのみ、または質量電荷比の第１の選択された範囲内の質量電荷比を有するイオンのみが通過するようにｍ／ｚフィルタ７０を構成するように電圧源２６を制御するように動作可能である。その後、ステップ４０６で、プロセッサ２８は、例示的に、ｍ／ｚフィルタ７０を出る荷電粒子を解離、たとえば断片化する解離段７２を構成するように電圧源２６を制御するように動作可能である。電圧源２６が解離段７２を制御するように動作可能でない実施形態では、ステップ４０６は、省略されてもよく、または解離領域７２のガスフローまたは他の制御特徴を制御する適切な制御ステップによって置き換えられてもよい。その後、ステップ４０８で、プロセッサ２８は、例示的に、解離段を出た解離済みイオンのうちの、第１の選択された質量電荷比ｍ／ｚｊを有するイオンのみ、または質量電荷比の第１の選択された範囲ｊ内の質量電荷比を有するイオンのみが通過するようにｍ／ｚフィルタ７４を構成するように電圧源２６を制御するように動作可能である。
【0067】
[0099]いくつかの実施形態では、ｍ／ｚフィルタ７４は、図９のｍ／ｚフィルタ６０に関して上述したように、イオン捕捉機能を備えるように、従来の手法で構成されてもよく、そのような実施形態で、プロセッサ２８は、ステップ４０８で、何らかの期間、ｍ／ｚフィルタ７４内の荷電粒子を収集および捕捉するように電圧源２６を制御し、その後、ｍ／ｚフィルタ７４から解放された荷電粒子が質量分析計１０のドリフト領域１６を通るドリフトを開始する基準時刻ＲＴを設定するｍ／ｚフィルタ７４からの捕捉済み荷電粒子を加速するように電圧源２６を制御するようにさらに動作可能である。上記のようなイオン捕捉機能を備えないｍ／ｚフィルタ７４の実施形態では、基準時刻ＲＴを設定するためにイオン加速領域がイオン源領域１２に含まれ、ｍ／ｚフィルタ７０、７４および解離段７２が、そのような実施形態では、ドリフト領域１６の一部となるため、寸法情報ＤＩは、少なくとも軸方向におけるｍ／ｚフィルタ７０、７４および解離段７２の寸法情報を含む。他のそのような実施形態では、たとえば従来のイオントラップまたは他のイオン加速段などの形態でのイオン加速段は、解離段７２の一部として備えられてもよく、または、複数の荷電粒子を収集し基準時刻ＲＴを設定する目的のため、解離段７２とｍ／ｚフィルタ７４との間で質量分析計１０に挿入されてもよい。さらに他のそのような実施形態では、従来のイオントラップまたは他のイオン加速段は、複数の荷電粒子を収集し基準時刻ＲＴを設定する目的のため、図９に図示されたイオン処理領域１４’の実施形態に例として図示されるように、ｍ／ｚフィルタ７４とドリフト領域１６との間で質量分析計１０に挿入されてもよい。
【0068】
[00100]ステップ４０８の後、プロセッサ２８は、例示的に、全て上述したように、ドリフト領域１６を通ってドリフトする荷電粒子の質量電荷比、電荷の大きさまたは電荷状態、ならびに質量値を決定するために、図３に図示したプロセス１００のステップ１０６～１１６を実行するように動作可能である。ｍ／ｚフィルタ７４が選択された質量電荷比の荷電粒子を選択的に通過させる、または質量電荷比値の非常に狭い範囲内の質量電荷比を有する荷電粒子を通過させるように制御されるいくつかの実施形態では、ドリフト領域１６を通ってドリフトする荷電粒子の質量電荷比が既知であり、ステップ１１４が省略可能なようにステップ１１４で計算される必要がない。ただし、いくつかのそのような実施形態では、たとえばｍ／ｚフィルタ７４を較正する際に使用される追加の質量電荷比情報を提供するために、および／または質量電荷比分解能の改善を実現するために、ステップ１１４は含まれる場合がある。いずれの場合でも、プロセス４００は、ステップ１１６からステップ４１０に進み、プロセッサ２８はカウンタｊをカウント値Ｒと比較するように動作可能である。ｊ＜Ｒの場合、プロセス４００はステップ４１２に進み、ステップ４１２でカウンタｊを増分し、ステップ４０８に戻って第２の選択された質量電荷比ｍ／ｚｊを有するイオンのみ、または質量電荷比の第２の所定範囲ｊ内の質量電荷比を有するイオンのみが通過するようにｍ／ｚフィルタ７４を構成するように電圧源２６を制御し、第２の選択された質量電荷比または質量電荷比の第２の選択された範囲は、第１の選択された質量電荷比または質量電荷比の第１の選択された範囲とは増加的に異なり、たとえば、それよりも大きくなる、または小さくなる。
【0069】
[00101]ステップ４１０で、ｊ＝Ｒの場合、質量電荷比の範囲は、ｍ／ｚフィルタ７４によって走査され、処理され、プロセス４００はステップ４１４に進み、プロセッサ２８は、カウンタｉをカウント値Ｑと比較するように動作可能である。ｉ＜Ｑの場合、プロセス４００はステップ４１６に進み、ステップ４１６でカウンタｉを増分し、ステップ４０４に戻って第２の選択された質量電荷比ｍ／ｚｉを有するイオンのみ、または質量電荷比の第２の所定範囲ｉ内の質量電荷比を有するイオンのみが通過するようにｍ／ｚフィルタ７４を構成するように電圧源２６を制御し、第２の選択された質量電荷比または質量電荷比の第２の選択された範囲は、第１の選択された質量電荷比または質量電荷比の第１の選択された範囲とは増加的に異なり、たとえば、それよりも大きくなる、または小さくなる。ステップ４１４で、ｉ＝Ｑの場合、質量電荷比の範囲は、ｍ／ｚフィルタ７０によって走査され、処理され、プロセス４００が終了する。選択された質量電荷比または質量電荷比の選択された範囲における値ＲおよびＱとともに、徐々に増えるステップサイズは、例示的に、質量電荷比値の任意の所望範囲を走査するように選択されてもよい。
【0070】
[00102]ここで図１３～図１５を参照すると、上述した質量分析計の形態のいずれかで実施され得る質量分析計１０のドリフト領域１６の実施形態が示される。図示された実施形態では、ドリフト管１６Ａは、離れて配置された複数の平行な導電性ストリップが取り付けられた、または離れて配置された複数の平行な導電性ストリップが、たとえば従来の金属元型堆積技法を使用するなどの従来の手法で形成された、たとえば可撓性の回路基板材料などの可撓性または半可撓性の電気絶縁材料の細長いシートの形態で提供されてもよい。この実施形態では、たとえば図１４に図示されるような細長いシリンダーを形成するために、可撓性または半可撓性シートのそれぞれの反対の側部が接合された時に、離れて配置された複数の平行な導電性ストリップが、複数の電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎと、１つまたは複数の接地リング４２１～４２Ｎとを形成するように、導電性ストリップが例示的に配向される。いくつかの代替の実施形態では、接地リング４２１～４２Ｎのうちの１つまたは複数もしくは全部が省略されてもよい。当業者は、ドリフト管１６Ａおよび／または電荷検出シリンダー４０１～４０Ｎおよび／または１つまたは複数の接地リング４２１～４２Ｎ（それらを含む実施形態において）が提供され得る他の形態を認識し、そのような他の形態は本開示の範囲内に存在することが意図されることが理解されるであろう。
【0071】
[00103]本開示は上述した図面および記載において図示および詳細に説明されたが、これらの開示は例示的で、特徴において限定的でないと考えられるべきであり、その例示的な実施形態が示され、説明されたに過ぎず、本開示の趣旨内の全ての変更および変形は保護されることが望ましいことが理解される。たとえば、いくつかの構造は、荷電粒子を加速および／または他のやり方で荷電粒子に対して動作するように構成および配向される、明細書において１つまたは複数の電界を構築するように制御可能および／または構成可能であるとして、添付図面において図示され、本明細書で説明され、当業者は、荷電粒子の加速および／または荷電粒子に対する他の動作が、いくつかの場合において、代替的または追加的に、１つまたは複数の磁界によって実現され得ることを認識するであろう。したがって、本明細書に記載の電界のうちの１つまたは複数を１つまたは複数の適切な磁界と置き換える、または向上させる任意の従来の構造および／または機構は、本開示の範囲内に存在することが意図されることが理解されるであろう。他の例として、ドリフト管１６Ａの様々な実施形態は、全体的に線形構造、すなわち線形ドリフト管として添付図面で図示され、本明細書で説明されたが、本明細書に記載の考え方は他の形状および構成のドリフト管に直接適用可能であり、その例は、リフレクトロン飛行時間質量分析計において従来実施されるようなＶ形ドリフト管、マルチリフレクトロン飛行時間質量分析計において従来実施されるようなＷ形ドリフト管、Ｌ形ドリフト管、または同様のものを含むがそれに限定されないことが理解されるであろう。ドリフト管１６Ａの形状に関して限定がないことが意図され、決して推論されるべきではない。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図4D】
【図4E】
【図4F】
【図4G】
【図4H】
【図4I】
【図4J】
【図4K】
【図4L】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【国際調査報告】