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(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】2024-09-12
(54)【発明の名称】イオンビーム強度変調のための偏向器ゲート
(51)【国際特許分類】
H01J 49/02 20060101AFI20240905BHJP
H01J 49/24 20060101ALI20240905BHJP
H01J 49/06 20060101ALI20240905BHJP
【ＦＩ】
H01J49/02 200
H01J49/24
H01J49/06 300
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024518644
(86)(22)【出願日】2022-09-28
(85)【翻訳文提出日】2024-04-11
(86)【国際出願番号】 IB2022059261
(87)【国際公開番号】W WO2023053041
(87)【国際公開日】2023-04-06
(31)【優先権主張番号】63/249,944
(32)【優先日】2021-09-29
(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】510075457
【氏名又は名称】ディーエイチ テクノロジーズ デベロップメント プライベート リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100078282
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 秀策
(74)【代理人】
【識別番号】100113413
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 夏樹
(74)【代理人】
【識別番号】100181674
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 貴敏
(74)【代理人】
【識別番号】100181641
【弁理士】
【氏名又は名称】石川 大輔
(74)【代理人】
【識別番号】230113332
【弁護士】
【氏名又は名称】山本 健策
(72)【発明者】
【氏名】ハウフラー， ロバート
(72)【発明者】
【氏名】ロイド， ウィリアム
(57)【要約】
一側面において、質量分析計が開示され、質量分析計は、イオンビームが伝播できるイオン経路と、イオン経路内に位置付けられ、イオン経路の上流セクションから受けた取ったイオンビームの下流セクションへの移動を変調するように構成されたイオンビーム偏向器とを含み、前記イオンビーム偏向器は、イオンビームが通過できる開口を提供するように互いに対して位置付けられた少なくとも１つの導電性電極を備え、２つの電極は、他の電極が維持されるＤＣ電位とは独立したＤＣ電位に各電極を維持することを可能にするために互いに対して電気的に絶縁されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量分析計であって、前記質量分析計は、イオンビームが伝播できるイオン経路と、
前記イオン経路内に位置付けられたイオンビーム偏向器であって、前記イオンビーム偏向器は、前記イオン経路の上流セクションから受けた取ったイオンビームの下流セクションへの移動を変調するように構成され、前記イオンビーム偏向器は、少なくとも１つの導電性電極を備えている、イオンビーム偏向器と、
前記少なくとも１つの導電性電極へのＤＣの印加のために前記少なくとも１つの導電性電極に動作可能に結合された少なくとも１つのＤＣ電圧源と、
前記少なくとも１つのＤＣ電圧源と通信するコントローラと
を備え、
前記少なくとも１つのＤＣ電圧源は、前記少なくとも１つの導電性電極に印加されるＤＣ電圧を変調することによって、前記少なくとも１つの電極に印加される前記ＤＣ電圧を前記イオンビームが実質的に偏向されずに前記イオン偏向器を通過する第１のレベルと、前記イオンビームが前記イオン経路から偏向される第２のレベルとの間で、前記少なくとも１つの導電性電極に印加される前記ＤＣ電圧を移行させる、質量分析計。
【請求項2】
前記偏向されたイオンビームを収集するために前記イオンビーム偏向器の下流側に配置された少なくとも１つのビーム収集電極をさらに備えている、請求項１に記載の質量分析計。
【請求項3】
前記イオン経路の少なくとも一部が内部に配置された少なくとも１つの真空チャンバをさらに備えている、請求項１または２に記載の質量分析計。
【請求項4】
前記少なくとも１つの真空チャンバは、第１の真空チャンバと、前記第１の真空チャンバの下流側に位置付けられた第２の真空チャンバとを備え、前記第１の真空チャンバおよび前記第２の真空チャンバは、異なる圧力に維持されるように差動式にポンプ圧送される、請求項３に記載の質量分析計。
【請求項5】
前記ビーム偏向器は、前記２つの真空チャンバ間に位置付けられている、請求項４に記載の質量分析計。
【請求項6】
前記イオン偏向器の上流側に配置されたイオンレンズをさらに備えている、先行する請求項のいずれか一項に記載の質量分析計。
【請求項7】
前記イオンレンズは、前記イオンビームが通過できる開口を備えている、請求項６に記載の質量分析計。
【請求項8】
前記コントローラは、前記少なくとも１つの導電性電極および前記イオンレンズが同じ電位に維持され、前記イオンビームが前記イオンビーム偏向器を偏向されずに通過することを可能にする第１のレベルと、前記少なくとも１つの導電性電極および前記イオンレンズが異なる電位に維持され、前記イオンビームが前記イオンビーム偏向器を通過するときに前記イオンビームに偏向させる第２のレベルとの間で、前記少なくとも１つの導電性電極に印加されるＤＣ電圧を前記少なくとも１つのＤＣ電圧源に調整させるように構成されている、請求項６または７に記載の質量分析計。
【請求項9】
前記第２のレベルの前記ＤＣ電位は、前記イオン経路に対して約５度～約６０度の範囲の角度で前記イオンビームの偏向を引き起こすように選択される、請求項８に記載の質量分析計。
【請求項10】
前記少なくとも１つの導電性電極は、前記イオンビームが通過できる開口を提供するように互いに対して位置付けられた少なくとも２つの導電性電極を含み、随意に、前記２つの導電性電極は、間隙を形成するように互いに分離されたイオンレンズの２つの導電性電極を備え、前記イオンビームは、前記２つの導電性電極間の前記間隙を通過できる、請求項１に記載の質量分析計。
【請求項11】
前記コントローラは、前記イオンビームが前記イオンビーム偏向器を実質的に偏向されずに通過することを可能にするために、前記２つの電極に対して実質的に同様のＤＣ電圧を前記少なくとも１つのＤＣ電圧源に印加させるように構成されている、請求項１０に記載の質量分析計。
【請求項12】
前記コントローラは、、前記イオン経路に対して約５度～約６０度の範囲の角度で前記イオンビームの偏向を引き起こすために、前記２つの電極間にＤＣ電位差を前記少なくとも１つのＤＣ電圧源に印加させるように構成されている、請求項１０に記載の質量分析計。
【請求項13】
前記第１のチャンバは、０．１Ｔｏｒｒ～約１０Ｔｏｒｒの範囲の圧力に維持されている、請求項４に記載の質量分析計。
【請求項14】
前記第２のチャンバは、約０．００１Ｔｏｒｒ～約０．１Ｔｏｒｒの範囲の圧力に維持されている、請求項１２に記載の質量分析計。
【請求項15】
前記コントローラは、約０．１～約１の範囲のデューティサイクルで前記イオンビーム偏向器を通した前記イオンビームの通過を変調するように、前記イオンビーム偏向器に印加される前記電圧を変調するように維持されている、先行する請求項のいずれか一項に記載の質量分析計。
【請求項16】
前記ＤＣ電圧の前記第２のレベルは、前記イオンビームを偏向させ、前記第２のチャンバ内への前記イオンビームの通過を実質的に阻止するように構成されている、請求項４から７のいずれか一項に記載の質量分析計。
【請求項17】
前記少なくとも１つの導電性電極は、半球形状を有し、前記少なくとも１つの導電性電極は、導電性プレートを備えている、請求項１に記載の質量分析計。
【請求項18】
前記真空チャンバ内に配置されたイオンガイドをさらに備えている、請求項３から１７のいずれか一項に記載の質量分析計。
【請求項19】
前記イオンガイドは、前記真空チャンバ内に配置された複数のロッドを備え、前記ロッドは、通路を提供する多重極形態で配置され、前記通路は、前記イオンビームの通過のためである、請求項１８に記載の質量分析計。
【請求項20】
電磁場を発生させるために前記ロッドにＲＦ電圧を印加するためのＲＦ電圧源をさらに備え、前記電磁場は、前記イオンが前記通路を通過するときの前記イオンビームにおけるイオンの径方向閉じ込めのために構成されている、請求項１９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）
本出願は、２０２１年９月２９日に出願された米国仮出願第６３／２４９，９４４号の優先権を主張し、該仮出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２１年９月２９日に出願された米国仮出願第６３／２４９，９４４号の優先権を主張し、該仮出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
（技術分野）
本開示は、一般に、質量分析に関し、特に、質量分析計で使用されるイオンビームの強度を変調するためのシステムおよび方法に関する。
本開示は、一般に、質量分析に関し、特に、質量分析計で使用されるイオンビームの強度を変調するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0003】
本教示は、一般に、質量分析計においてイオンビーム強度を調節するためのシステムおよび方法に関する。
【0004】
質量分析（ＭＳ）は、定性的および定量的な用途の両方で試験化学物質の構造を決定するための分析技術である。ＭＳは、未知の化合物を識別すること、分子中の原子元素の組成を決定すること、化合物の断片化の観察によって化合物の構造を決定すること、および混合試料中の特定の化合物の量を定量化することに有用であり得る。質量分析計は、化学物質をイオンとして検出し、その結果、分析物の荷電イオンへの変換が、サンプリングプロセス中に起こらなければならない。
【0005】
多くの質量分析計では、試料のイオン化により発生したイオンビームが質量分析計を通して伝播するとき、そのイオンビームの強度を変調する必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0006】
一側面において、質量分析計が開示され、質量分析計は、イオンビームが伝播できるイオン経路と、イオン経路内に位置付けられ、イオン経路の上流セクションから受けた取ったイオンビームの下流セクションへの移動を変調するように構成されたイオンビーム偏向器とを含み、前記イオンビーム偏向器は、イオンビームが通過できる開口を提供するように互いに対して位置付けられた少なくとも２つの導電性電極を備え、２つの電極は、他の電極が維持されるＤＣ電位とは独立したＤＣ電位に各電極を維持することを可能にするために互いに対して電気的に絶縁される。
【0007】
幾つかの実施形態において、イオン偏向器は、少なくとも２つの可能な方向のうちの１つに沿って所与の電荷極性を伴うイオンビームを偏向することを可能にするように互いに対して位置付けられる複数の導電性電極として実装され得る。コントローラは、イオンビームが偏向される方向を調整するために、それらの電極に印加される電圧のパターン、例えば、それらの電極に印加される電圧の極性を調整するように、イオン偏向器の導電性電極に電圧を供給する少なくとも１つの電圧源に動作可能に結合され得る。例として、以下でより詳細に説明されるように、幾つかの実施形態において、イオン偏向器は、イオンが通過できる２つの交差するスリットを提供するように互いに対して成形され、位置付けられる４つの導電性電極を含むことができる。導電性電極に印加される電圧（例えば、電圧の極性）を調整することによって、所与の電荷極性のイオンビームが、２つの方向に沿って偏向されることができ、一方は、スリットのうちの１つ内にあり、他方は、他のスリット内にある。
【0008】
少なくとも１つのＤＣ電圧源は、２つの導電性電極に動作可能に結合され、導電性電極にＤＣ電圧を印加する。質量分析計は、イオンビームが実質的に偏向されずに前記イオン偏向器を通過する第１のレベルと、イオンビームが前記イオン経路から偏向される第２のレベルとの間で、２つの電極にわたるＤＣ電位差を移行させるように、前記２つの導電性電極に印加されるＤＣ電圧を変調するための前記少なくとも１つのＤＣ電圧源と通信するコントローラをさらに含む。
【0009】
例として、２つの導電性電極は、イオンビームが通過できる間隙によって分離される２つの導電性プレートであることができる。プレート間にわたってＤＣ電圧差を印加することは、間隙を通過するイオンビームの偏向を引き起こし得る電界を発生させることができる。他の実施形態において、導電性電極は、それらの間のイオンビームの通過を可能にするために互いに分離された２つのロッドの形態であることができる。２つのロッド間にわたって印加される電圧差は、ロッド間を通過するイオンビームを対象の方向に沿って操向するように変調され得る。さらに他の実施形態において、導電性電極は、イオンビームが通過することができる通路を提供するように互いに分離された２つの導電性プレートの形態であることができる。プレート間にわたって印加される電圧差は、例えばイオンビームを電極の一方に向かって偏向させることによって、イオンビームの伝播経路に影響を及ぼすように調整され得る。
【0010】
幾つかの実施形態において、偏向されたイオンビームを収集するために、少なくとも１つのビーム収集電極は、イオンビーム偏向器の下流側に配置されることができる。
【0011】
幾つかの実施形態において、質量分析計は、イオン経路の少なくとも一部が内部に配置された少なくとも１つの真空チャンバを含むことができる。例えば、質量分析計は、流体連通して異なる圧力に維持されるように差動的にポンプ圧送される２つの真空チャンバを含むことができる。そのような実施形態において、イオン偏向器は、２つのチャンバ間に位置付けられ、それらの２つのチャンバ間で移動するイオンビームの強度を変調することを可能にし得る。
【0012】
イオンビーム偏向器は、２つの真空チャンバ間に位置付けられることができる。幾つかのそのような実施形態において、イオンレンズは、イオン偏向器の上流側に位置付けられることができる。そのような実施形態において、ＤＣ電圧源は、イオンビームがイオン偏向器を通過するときにイオンビームを偏向させるための電界を上流イオンレンズとイオン偏向器との間に発生させるために上流イオンレンズとイオン偏向器との間に電圧差を印加するように構成され得る。
【0013】
質量分析計は、イオン偏向器を通るイオンビームの透過を変調するためにイオン偏向器の導電性電極に印加される電圧を調整するために電圧源を制御するように構成されるコントローラをさらに含むことができる。例として、コントローラは、イオンビームが実質的に偏向されずにイオンビーム偏向器を通過することを可能にするために、またはイオンビームがイオン偏向器を通過するときにイオンビームの偏向を引き起こすために、電圧源に、イオン偏向器の２つの導電性電極に実質的に同様の電圧または異なる電圧を印加させることができる。幾つかの実施形態において、導電性電極は、ステンレス鋼、銅、銅合金、金メッキされたセラミック、金メッキされたＰＣＢ、およびモリブデン合金などの適切な金属で形成されることができる。
【0014】
例として、コントローラは、電圧源に、イオンビームをある偏向角だけ、例えば約５～約６０度の範囲の偏向角だけ偏向させるようにイオン偏向器の２つの電極間にわたって電圧差を印加させることができるが、他の偏向角も利用されることができる。幾つかの実施形態において、コントローラは、２つの電極間にわたって電圧差を印加するように電圧源を制御して、一方の真空チャンバから他方の真空チャンバへのイオンビームの通過を実質的に阻止することができ、これらの真空チャンバ間にイオン偏向器が位置付けられる。
【0015】
幾つかの実施形態において、イオンビーム偏向器は、イオンが通過できる開口を有するイオンレンズの形態であることができる。幾つかのそのような実施形態において、イオンレンズは、互いに絶縁され、イオンビームが通過するための少なくとも１つの開口を提供するように分離される２つの導電性電極（例えば、２つの半円形電極）として形成され得る。一例として、２つの導電性電極は、イオンビームが通過できるスリットによって分離され得る。
【0016】
幾つかの実施形態において、第１のチャンバは、約０．１Ｔｏｒｒ～約１０Ｔｏｒｒの範囲の圧力に維持されることができ、第２のチャンバは、約０．００１Ｔｏｒｒ～約０．１Ｔｏｒｒの範囲の圧力に維持されることができる。
【0017】
幾つかの実施形態において、イオンが通過できる通路を提供する多重極形態に配置されるロッドの組は、真空チャンバのいずれかに配置され得る。幾つかの実施形態において、ＤＣおよび／またはＲＦ電圧が、ロッド組がイオンガイドおよび／または質量分析器として機能するように、例えば１つ以上のＤＣおよび／またはＲＦ電圧源を介して、多重極ロッドに印加されることができる。
【0018】
幾つかの実施形態において、コントローラは、イオンビームを対象の方向で操向するように本教示に従ってイオン偏向器の導電性電極に印加されるＤＣ電圧を制御することができる。例えば、コントローラは、イオンが偏向される方向を変えるためにイオンが通過するスリットを提供するために互いに分離された２つの導電性電極に印加される電圧の極性を切り替える。例として、幾つかの実施形態において、本教示によるイオン偏向器は、交差スリットを提供するように互いに対して位置付けられる４つの導電性電極、例えば４つのくさび形導電性電極を含むことができる。導電性電極に印加される電圧を調整することによって、イオンビームを異なる方向、例えば、右、左、上または下に沿って操向することができる。
【0019】
関連する側面において、イオンビームが伝播できるイオン経路と、前記イオン経路内に位置付けられ、イオン経路の上流セクションから受けた取ったイオンビームの下流セクションへの移動を変調するように構成されたイオンビーム偏向器であって、イオンビーム偏向器は、少なくとも１つの導電性電極を備えている、イオンビーム偏向器と、前記少なくとも１つの導電性電極にＤＣ電圧を印加するために前記少なくとも１つの導電性電極に動作可能に結合された少なくとも１つのＤＣ電圧源と、前記少なくとも１つの導電性電極に印加されるＤＣ電圧を変調するために前記少なくとも１つのＤＣ電圧源と通信し、前記少なくとも１つの電極に印加されるＤＣ電圧をイオンビームが実質的に偏向されずに前記イオン偏向器を通過する第１のレベルと、イオンビームが前記イオン経路から偏向される第２のレベルとの間で移行させるコントローラとを備えている質量分析計が開示される。幾つかの実施形態において、少なくとも１つの導電性電極は、イオン経路の上方または下方のいずれかに位置付けられる単一の電極を含む。幾つかの実施形態において、第２のレベルのＤＣ電圧は、イオン経路に対して約５～約６０度の範囲の角度でイオンビームの偏向を引き起こすように構成される。
【0020】
幾つかの実施形態において、イオンレンズがイオンビーム偏向器の上流側に位置付けられ、コントローラは、前記少なくとも１つのＤＣ電圧源に、少なくとも１つの導電性電極およびイオンレンズが同じ電位に維持され、イオンビームが偏向されずにイオンビーム偏向器を通過することを可能にする第１のレベルと、少なくとも１つの導電性電極およびイオンレンズが異なる電位に維持され、イオンビームがイオンビーム偏向器を通過するときにイオンビームに偏向させる第２のレベルとの間で、前記少なくとも１つの導電性電極に印加されるＤＣ電圧を調整させるように構成される。
【0021】
一側面において、イオン経路に沿って伝播するイオンビームの強度を変調するための方法が開示され、方法は、ＤＣ電圧が印加される導電性電極に対してイオンビームを通過させることと、イオンビームがその伝播経路に沿って実質的に偏向されずに伝播し続ける第１のレベルと、イオンビームがその伝播経路から偏向される第２のレベルとの間で、例えば約０．００１～約１の範囲のデューティサイクルで、印加されたＤＣ電圧を変調することとを含む。
【0022】
関連する側面において、イオン経路に沿って伝播するイオンビームの強度を変調するための方法が開示され、方法は、イオンビームを互いに絶縁された２つの電極間に通過させ、それらの電極間でＤＣ電位差を維持することを可能にすることと、ＤＣ電位差が前記第１のレベルにあるときにイオンビームがその経路に沿って実質的に偏向されずに伝播し続け、ＤＣ電位差が前記第２のレベルにあるときにイオンビームがその伝播経路から偏向されるように、少なくとも第１のレベルと第２のレベルとの間で２つの電極間にわたるＤＣ電位差を変調することとを含む。
【0023】
上記方法の幾つかの実施形態において、イオン偏向器の電極間にわたって印加されるＤＣ電圧差は、デューティサイクルで、例えば約０．００１～約１の範囲で変調され得る。
【0024】
本教示の様々な側面の更なる理解は、以下で簡単に説明される関連する図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1A】図１Ａは、質量分析計に使用されることができる従来のイオン偏向システムを示し、イオン偏向システムは２つのイオンレンズを含み、これらのイオンレンズは、軸方向で分離されるとともに、イオンビームがイオンレンズを通過するときにイオンビームの偏向を引き起こすために電圧差が印加され得る。
【図1B】図１Ｂは、質量分析計に使用されることができる従来のイオン偏向システムを示し、イオン偏向システムは２つのイオンレンズを含み、これらのイオンレンズは、軸方向で分離されるとともに、イオンビームがイオンレンズを通過するときにイオンビームの偏向を引き起こすために電圧差が印加され得る。
【発明を実施するための形態】
【0026】
明確にするために、以下の説明は、本開示の実施形態の様々な側面を詳しく説明するが、そうするのに都合がよい場合、または適切である場合、ある特定の詳細を省略することが理解され得る。例えば、代替的な実施形態における類似または類似の特徴の説明は、幾分省略され得る。周知の概念または概念は、簡潔にするために、詳細に説明されないこともある。当業者は、本開示の幾つかの実施形態が実施形態の完全な理解を提供するためにのみ本明細書に記載されている全ての実装において特定の具体的に記載された詳細を必要としないこともあることを認めるであろう。同様に、記載された実施形態は、本開示の範囲から逸脱することなく、共通の一般知識に従って変更または変形を受けやすいことが明らかであろう。以下の実施形態の詳細な説明は、いかなる方法でも本出願人の教示の範囲を限定すると見なされるべきではない。
【0027】
本明細書で使用される場合、「約（ａｂｏｕｔ）」および「実質的に等しい（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｅｑｕａｌ）」という用語は、例えば、現実世界における測定または取り扱い手順によって、これらの手順における不注意な誤りによって、組成物または試薬の製造、供給源または純度の違いによって起こり得る数値量の変動を指す。典型的に、本明細書で使用される「約」および「実質的に」という用語は、記載された値または値の範囲、または完全な状態または状態より１０％大きいことまたは小さいことを意味する。例えば、約３０％または実質的に３０％に等しい濃度値は、２７％～３３％の濃度を意味し得る。この用語は、変形形態が従来技術によって実施される既知の値を包含しないかぎり、当業者によって同等であると認識されるであろうそのような変形形態も指す。
【0028】
本明細書で使用される場合、「および／または」という用語は、関連するリストアップされた項目のうちの１つ以上の任意またはすべての組み合わせを含み、「／」と省略され得る。
【0029】
図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、従来の質量分析計では、異なる圧力に維持され、２つのデバイス１３および１５（例えば、２つのイオンガイド）が配置された２つの差動的にポンプ圧送されたチャンバ１０および１２間を通過するイオンビーム１の強度は、２つのイオンレンズ１４および１６を使用して変調されることができ、２つのイオンレンズ１４および１６は、互いに軸方向に離れ、イオンビームが通過できる開口を含む。イオンレンズ１４は、上流面１４ａと下流面１４ｂとを含み、イオンレンズ１６は、上流面１６ａと下流面１６ｂとを有する。
【0030】
図１Ｂに示されるように、イオンレンズ１４、１６に同じＤＣ電圧を印加することは、その伝播方向における変化なしで、イオンビームがレンズを通過ですることを可能にする。典型的に、イオンレンズは、例えば上流および／または下流の多重極ロッドのいずれかに対する電圧オフセットを介して、チャンバ１０からチャンバ１２へのイオンビームの通過を容易にするＤＣ電位に維持される。
【0031】
チャンバ１０からチャンバ１２へのイオンビームの通過を止めるために、図１に示すように、差電圧が、２つのイオンレンズ１４および１６にわたって印加されることによって、イオンが２つのレンズ間を通過するとき、イオンを減速させ、イオンがレンズ１６の下流面１６ｂに衝突するように、それらの伝播方向における反転を引き起こすことができる。レンズ１６の下流面１６ｂへのイオンの衝突は、そのレンズ表面の汚染を引き起こし得、それは、次に、２つのチャンバおよびイオンレンズが組み込まれている質量分析計の性能の低下を引き起こし得る。
【0032】
２つのイオンレンズ間に印加される電圧差を変調することによって、２つのチャンバ１０、１２間のイオンビームの通過は、変調されることができる。例として、図２は、仮想例を示し、２つのチャンバ間のイオンビームの移動は、２つのイオンレンズ間に印加される電圧差の周期的変化を介して周期的に変調される。実線のトレースは、イオン偏向器の一方の導電性電極に印加される電圧を示し、破線のトレースは、イオン偏向器の他方の導電性電極に印加される電圧を示す。特に、この例は、２つのイオンレンズ間の電圧差がゼロであるとき、イオンビームがチャンバ１０からチャンバ１２内に通過すること、および、２つのチャンバ間のその通過が、２つのイオンレンズ間の消滅しない電圧差の印加によってチャンバ１０からチャンバ１２内への通過が阻止されることができることを示している。
【0033】
以下でより詳細に説明されるように、実施形態において、イオンビームの反転およびレンズ表面への衝突を引き起こすのではなく、複数の導電性電極（本明細書ではイオン偏向電極とも呼ばれる）が、使用されることができ、それによって、イオンビームは、イオンビームが２つの電極間に提供された間隙を通過するとき、それらの電極に適切な電圧を印加することによって偏向される。
【0034】
幾つかの実施形態において、イオンビームの偏向角は、イオンビームが第２のチャンバに入ることを阻止されるようなものである。偏向電極間に印加される電圧差を変調することによって、第１のチャンバから第２のチャンバへのイオンビームの通過は、制御することができる。以下でさらに説明されるように、イオン偏向電極は、異なる形状および構成を有し得る。例として、幾つかの実施形態において、イオン偏向電極は、イオンビームが通過できる間隙によって互いに分離された２つのプレートの形態であることができる。他の実施形態において、導電性電極は、イオンレンズの２つの部分の形態であることができ、イオンレンズの２つの部分は、互いに対して絶縁され、イオンビームが通過できるそれらの間の開口を含む。導電性電極の他の適切な形状および／または配置も、使用されることができる。
【0035】
図３Ａおよび図３Ｂは、２つのイオンガイド１，２間に位置付けられる一実施形態によるイオン偏向器アセンブリ３００を概略的に示しており、イオンガイド１は真空ゾーン１（例えば、一方の真空チャンバ内）に配置され、イオンガイド２は真空ゾーン２（例えば、他方の真空チャンバ内）に配置される。真空ゾーン１および２は、異なる圧力に維持されるように差動的にポンプ圧送される。
【0036】
イオン偏向器アセンブリ３００は、イオンが通過できる開口３０２ａを有するイオンレンズ３０２と、イオンレンズ３０２の下流側に配置される本教示の一実施形態によるイオン偏向器３０４とを含む。本実施形態において、イオン偏向器３０４は、２つの半円形の導電性電極３０４ａ／３０４ｂを含み、２つの半円形の導電性電極３０４ａ／３０４ｂは、互い分離され、それらの間にイオンが通過できるスリット３０４ｃを形成している。さらに、半円形部分は、スリット内の電界を変調し、それによってスリットを通過するイオンの伝播経路に影響を及ぼすために、互いに電気的に絶縁され、導電性部分への独立した電圧の印加を可能にする。例えば、図３Ａに示されるように、イオンレンズ３０２と２つの導電性電極３０４ａ／３０４ｂとが同じ電圧に維持される場合、イオンは偏向されることなくイオン偏向器３０４を通過し、下流側のイオンガイド２に到達する。
【0037】
対照的に、図３Ｂは、イオンガイド１を介してイオン偏向器により受けられたイオンビームがイオンガイド２の入口から離れるように偏向させられ、それによって、イオンガイド１からイオンガイド２へのイオンの通過を阻止するために、イオンレンズ３０２およびイオン偏向器３０４の導電性電極に印加されることができる電圧の一例を示す。この例では、ＤＣ電圧１および２は同じ極性であるが異なる大きさを有し、一方、ＤＣ電圧２および３は同じ大きさであるが反対の極性を有する。この方法において、イオンは、イオンレンズ３０２とイオン偏向器３０４との間の空間に誘導され、初期伝播方向から離れるように偏向されることができ、それによって、イオンは、イオンガイド２に入ることを阻止される。
【0038】
幾つかの実施形態において、イオン偏向アセンブリは、イオン偏向アセンブリを通る通路を介して偏向されたイオンを収集するためのイオン収集電極を含むことができる。例えば、図４Ａおよび図４Ｂは、タンデムに配置されて互いに流体連通する２つの差動的にポンプ圧送されるチャンバ４００および４０２を概略的に示す。チャンバ４００および４０２は、互いに対して差圧に維持されるように、１つ以上のポンプを介して排気される。差動的にポンプ圧送されるチャンバ４００、４０２は、質量分析計に組み込まれることができる。この実施形態において、チャンバ４００および４０２は、それぞれ、
それらの各々が四重極形態に配置された４つのロッドを含む２つのロッド組４０１および４０３を収容するが、他の多重極形態も、使用されることができる。ロッド組のロッドは、ロッド組を通過するイオンのためのイオン伝播経路ＩＰＰ１およびＩＰＰ２を提供するように配置される。
それらの各々が四重極形態に配置された４つのロッドを含む２つのロッド組４０１および４０３を収容するが、他の多重極形態も、使用されることができる。ロッド組のロッドは、ロッド組を通過するイオンのためのイオン伝播経路ＩＰＰ１およびＩＰＰ２を提供するように配置される。
【0039】
１つ以上のＤＣおよび／またはＲＦ電圧源（図示せず）は、ＤＣおよび／またはＲＦ電圧を２つのロッド組に印加することができ、それによって、２つのロッド組は、例えばイオンガイドおよび／または質量分析器として、それぞれの機能を提供することができる。この実施形態ではチャンバ４００および４０２がロッド組を収容するが、他の実施形態において、他のデバイスが、これらのチャンバのいずれかに配置されることができる。言い換えれば、本教示は、多重極ロッド組を通過するイオンビームを変調することに限定されず、イオンビームをその伝播経路に沿って偏向するためにより一般的に適用すされることができる。
【0040】
チャンバ４００は、入口４００ａから出口４００ｂまで延び、チャンバ４０２は、入口４０２ａから出口４０２ｂまで延びている。チャンバ４００の出口４００ｂは、チャンバ４００からチャンバ４０２へのイオンの通過を可能にするために、チャンバ４０２の入口４０２ａと流体連通している。この実施形態において、イオン偏向器アセンブリ４０４は、チャンバ４００の出口４００ｂとチャンバ４０２の入口４０２ａとの間に位置付けられている。イオン偏向器アセンブリ４０４は、通過するイオンの集束を提供することができるイオンレンズ４０５と、チャンバ４００からチャンバ４０２へのイオンビームの移動を変調することができるイオン偏向器４０７とを含む。イオン偏向器４０７によって偏向されたイオンを捕捉するために、イオン収集電極４０９がイオン偏向器４０７の下流側に位置付けられる。
【0041】
特に図４Ｃおよび図５Ａを参照すると、この実施形態において、イオン偏向器４０７は、互いに電気的に絶縁され、それらの間にスリット４０７ｃを形成するために分離された２つの導電性電極４０７ａおよび４０７ｂを含み、イオンは、スリット４０７ｃを通過できる。例として、図５Ａに示すように、電気絶縁ガスケットが、質量分析計の２つのチャンバ間にイオン偏向器４０７の２つの導電性電極を維持するのを助けることができる一方、これらのチャンバ間の真空シールのみならず、導電性電極間の電気絶縁も提供する。イオンレンズ４０５と、イオン偏向器４０７およびイオン収集電極４０９の組み合わせとの間に印加される電圧差は、イオン偏向器４０７を通過するイオンの移動を変調するために使用されることができる。
【0042】
再び図４Ａを参照すると、電圧源４１０ａがイオンレンズ４０５にＤＣ電圧１を印加することができ、ＤＣ電圧源４１０ｂはイオン偏向器４０７とイオン収集電極４０９との組み合わせに対してＤＣ電圧２を印加することができる。この実施形態では２つの別個の電圧源が示されるが、イオンレンズ４０５とイオン偏向器４０７およびイオン収集電極４０９の組み合わせとへのＤＣ電圧の印加は、単一の電圧源、例えば、２つのＤＣ電源を有する単一の電圧源を介して達成されることができる。
【0043】
電圧源４１０ａ／４１０ｂと通信するコントローラ４１２は、電圧１および電圧２を調整するようにそれらの電圧源を制御することができる。例えば、コントローラは、チャンバ４０１からチャンバ４０２へのイオンビームＩＢの伝送を制御するための電圧１および２の調整をもたらすことができる。
【0044】
例えば、図４Ａに示すように、コントローラ４１０は、イオンレンズ４０５と、イオン偏向器４０７およびイオン収集電極４０９の組み合わせとに同じＤＣ電圧を電圧源４１０ａ／４１０ｂに印加させることができる（すなわち、電圧１＝電圧２）。この状態では、イオンビームＩＢは偏向されずにイオン偏向器アセンブリ４０４を通過し、チャンバ４０２に到達する。
【0045】
対照的に、図４Ｂに示すように、コントローラ４１０は、イオンレンズ４０５と、イオン偏向器４０７とイオン収集電極４０９との組み合わせとに異なる電圧を印加し、チャンバ４０２への通過を実質的に阻止するのに十分なイオンビームの偏向を引き起こすための制御信号を電圧源４１０ａおよび４１０ｂに送信することができる。チャンバ４０２へのイオンビームの通過を実質的に阻止するために必要な偏向角は、とりわけ、チャンバ４００の出口とチャンバ４０２の入口との間の軸方向の分離を含むがこれに限定されない幾何学的要因などのシステム特有の要因に応じて変化し得る。一般に、実施形態において、イオン偏向器アセンブリは、約５～約６０度の範囲の偏向角でのイオンビームの偏向を引きおこるために使用されることができるが、他の偏向角も、使用され得る。
【0046】
さらに、２つのチャンバ間のイオンビームの移動を抑制するのではなく、イオンレンズ４０５と、イオン偏向器４０７とイオン収集電極４０９との組み合わせとにわたって印加される電圧差は、イオンビーム中の他のイオンが実質的に偏向されていないチャンバ４０２に到達することを可能にしながらイオンの一部のチャンバ４０２の中への通過を抑制し、それによってイオンビームがチャンバ４００からチャンバ４０２に入るときのイオンビームの強度を変調するために、調整されることができる。一例として、イオンレンズ４０５とイオン偏向器４０７の組み合わせとの間の偏向電圧差は、ビーム中の他のイオンが下流チャンバ４０２に到達し続ける間にイオンの一部がチャンバ４０２に入ることを阻止されるように、偏向角が十分に小さいように、例えば１度などの約５度未満の角度であるように選択されることができる。
【0047】
図５Ｂは、レンズ４０５と、イオン偏向器４０７とイオン収集電極４０９との組み合わせとの間の電圧差を周期的に変化させることによって、イオン偏向器アセンブリ４０４を使用してチャンバ４００と４０２との間のイオンの透過を変調する例を示す。幾つかの実施形態において、変調は、あるデューティサイクルで、例えば約０．１～約１の範囲で実行されることができる。他の実施形態において、イオン偏向器４０７は、他の形状を有し得る。
【0048】
例として、図６Ａは、イオンが通過することができる通路１００１をそれらの間に提供するために互いに分離された２つの板１０００ａ／１０００ｂを含むそのようなイオン偏向器１０００を概略的に示す。これらのプレートにわたるＤＣ電圧の印加は、イオンが通路１００１を通過するとき、イオンの偏向を引き起こすことができる電界を発生させることができる。
【0049】
幾つかの実施形態において、板１０００ａ／１０００ｂの長さおよび印加電圧が、偏向されたイオンが通路を出て、例えば前述のようにイオン収集電極によって必要に応じて捕捉されることを可能にするように選択されることができる。他の実施形態において、偏向されたイオン（またはその少なくとも一部）がプレートの１つに衝突し、したがってイオン偏向器を出ないように、プレートの長さおよび印加される電界を選択されることができる。
【0050】
図６Ｂは、前述の偏向器１０００を組み込む偏向ゲート１００２が、イオンガイド１からイオンガイド２へのイオンビーム１００５の通過を調節できるようにするために、真空ゾーン１に配置された上流イオンガイド１と真空ゾーン２に配置された下流イオンガイド２との間に位置付けられた本教示の一実施形態による質量分析計の部分概略図である。この実施形態において、開口レンズ１００５は、イオン偏向器１０００のイオン偏向板１０００ａ／１０００ｂの上流側に位置付けられる。イオンレンズ１００５に提供された開口１００５ａは、イオンがイオンレンズを通過することを可能にすることができる。本明細書で説明されるように、コントローラ（この図には示されていない）の制御下で動作する電圧源は、偏向板１０００ａ／１０００ｂにわたって印加されるＤＣ電圧差を変調することができ、それによってイオンガイド１からイオンガイド２へのイオンビームの通過を変調する。例えば、イオン偏向板にわたって印加されるＤＣ電圧差は、特定の時間期間中、イオンガイド２へのその通過を阻止するようにイオンを偏向させることができる。
【0051】
幾つかの実装では、プレート間に印加されるＤＣ電圧差の周期的変調は、イオンガイド１とイオンガイド２との間を通過するイオンビームの強度の周期的変調を提供することができる。
【0052】
図６Ｃは、２つのイオン偏向板２０００ａおよび２０００ｂを含む、本教示の別の実施形態によるイオン偏向器２０００を概略的に示す。この実施形態は、偏向板（２０００ａおよび２０００ｂ）が開口／レンズ（２００１）に隣接して配置された端面図を示す。偏向板（２０００ａと２０００ｂ）間に電位差が印加されると、イオンはこのデバイスを超えて移されないであろう。共通電位を有すると、イオンはイオン経路の次の段階に移されるであろう。
【0053】
図６Ｄは、本教示による一実施形態によるイオン偏向器２０００を概略的に示しており、イオン偏向器２０００は、真空ゾーン１，２にそれぞれ位置付けられた２つのイオンガイド１，２間のイオンビームの伝播方向を変更するために、２つの真空ゾーン１，２（それらの各々は、真空チャンバの形態であり得る）間に位置付けられている。イオン偏向器２０００は、イオンが通過することができる２つの直交スリット２０００ａ／２０００ｂを提供するように互いに分離された４つの導電性電極２００１／２００２／２００３／２００４を含む。イオン偏向器の各導電性電極は、他の導電性電極と（例えば、導電性電極を囲む溝内に配置された誘電ガスケット２００５を介して）電気的に絶縁されている。この実施形態において、導電性電極は同じサイズおよび形状を有し（それらは、くさび形である）、それらの上面が単一の平面内にあり、イオン偏向器が、その中心を通過し、前述の単一の平面に垂直な推定軸まわりの９０度の回転に関して対称であるように、互いに対して位置付けられている。
【0054】
イオン偏向器２０００の導電性電極に印加されるＤＣ電圧は、例えば、イオンがスリット２０００ａ／２０００ｂを通過するときにイオンビームを所望の方向（例えば、上、下、右または左）に偏向するように、本明細書に開示されているものなどのコントローラの制御下で調整されることができる。
【0055】
例えば、イオン偏向器の導電性電極２００１／２００２／２００３／２００４に印加される電圧１、２、３および４が等しい場合、イオンビームは偏向することなくイオン偏向器を通過する。典型的に、イオンガイド２は、イオン偏向器の導電性電極に印加される電圧が等しいときにイオンビームがイオンビーム偏向器の中心（すなわち、２つのスリットの交差部）を通過するようにイオン偏向器に対して位置合わせされている。例として、イオンガイド１を通ってイオンガイド２ビームに向かって伝播する正イオンビームを右に操向するために、イオン偏向器の導電性電極に印加される電圧の大きさは、正極性を有する電圧Ｖ１およびＶ２、および負極性を有する電圧Ｖ３およびＶ４と同じであり得る。
【0056】
対照的に、イオンビームを左に操向するために、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３およびＶ４は、正極性を有する電圧Ｖ３およびＶ４、および負極性を有する電圧Ｖ１およびＶ２と同じ大きさを有し得る。イオンビームを上方向に操向するために、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４の大きさは、正極性の電圧Ｖ２およびＶ３、および負極性の電圧Ｖ１およびＶ４と同じであり得、イオンビームを下方向に操向するために、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４の大きさは、正極性の電圧Ｖ１およびＶ４、および負極性の電圧Ｖ２およびＶ３と同じであり得る。
【0057】
上記のイオン偏向器２０００は、イオン偏向の方向を時々変えることを可能にする。より具体的に、上記イオン偏向器は、イオンビームを左、右、上、および下の４方向の各々に沿って偏向させることを可能にする。幾つかの実施形態において、イオン偏向の方向を時々変更することによって、偏向されたイオンによって引き起こされる潜在的な汚染およびそれらの悪影響は、最小限にされ、好ましくは排除されることができる。一例として、イオン偏向器２０００に動作可能なコントローラは、例えば、所定の時間スケジュールに基づいて、イオン偏向器の４つの導電性電極に印加される電圧のパターンを変更するために、イオンビームの偏向を上記の４つの方向の間で修正するようにプログラムされることができる。
【0058】
更なる例示として、図６Ｅは、イオンガイド１とイオンガイド２との間に位置付けられたイオン偏向器３０００を概略的に示す。前述の実施形態と同様、イオンガイド１および２は、典型的に、異なる圧力に維持された真空ゾーン１および２内に配置されている。この実施形態において、イオン偏向器３０００は、独立した電圧の印加を可能にするために互いに分離され、電気的に絶縁された２つのロッド３００１／３００２を含む。この実施形態において、イオン偏向器３０００の２つのロッド３００１／３００２の間の通路を介したイオンガイド１からイオンガイド２へのイオンビームの伝播を容易にするために、イオンレンズ３００３が、イオン偏向器３０００の上流側に位置付けられている。
【0059】
２つのロッド３００１／３００２の間に印加される電圧差は、イオンビームの伝播経路を変調するために調整されることができる。一例として、ロッド３００１および３００２にそれぞれ印加される電圧Ｖ１およびＶ２が等しいとき（すなわち、２つのロッド間の電圧差が０である場合）、イオンビームは、偏向されずにイオン偏向器を通過する。正極性のイオンビームがイオンガイド１を通過してイオン偏向器に到達するようにイオンビームを上方に偏向するために、電圧Ｖ１およびＶ２は、それぞれ、正極性および負極性で同じ大きさを有し得る。対照的に、イオンビームを下方に偏向させるために、電圧Ｖ１およびＶ２は、それぞれ、負極性および正極性で同じ大きさを有し得る。イオンビームの所望の偏向（操向）を達成するために、電圧の他の構成も利用されることができることを理解すべきである。例えば、印加電圧の大きさは、異なり得る。
【0060】
本教示によるイオン偏向器は、様々な質量分析計に組み込まれることができる。一例として、図７を参照すると、本教示の一実施形態による質量分析計１００は、イオン源１０４を含み、イオン源１０４は、試料源１０２から試料を受け取り、複数のイオンを発生させ、複数のイオンは、ポート１５を介して排気されるチャンバ１４に導入される。
【0061】
イオンの少なくとも一部は、オリフィス板３０のオリフィス３１を通過し、イオンガイド１４０（本明細書ではＱＪｅｔ（登録商標）イオンガイドとも呼ばれる）が配置されているチャンバ１２１に入る。
【0062】
チャンバ１２１は、例えば、約１Ｔｏｒｒ～約３Ｔｏｒｒの範囲の圧力に維持されることができる。ＱＪｅｔ（登録商標）イオンガイドは、イオンが通過することができる通路をそれらの間に提供するために四重極形態に従って配置される４つのロッド（図ではそのうちの２つ１３０が見える）を含む。ＲＦ電圧が、イオンを径方向に閉じ込めるために、かつ本教示の一実施形態によるイオンフィルタ１０８が配置される下流チャンバ１２２に伝送するためにイオンを集束させるために、例えば、以下でさらに説明する下流イオンガイドＱ０への容量結合を介して、または、独立したＲＦ電圧源を介して、ＱＪｅｔ（登録商標）イオンガイドのロッドに印加されることができる。
【0063】
この実施形態において、イオンレンズ、イオン偏向器およびイオン収集電極を含む、図４Ａおよび図４Ｂに関連して前述したようなイオン偏向器アセンブリ１０７が、真空チャンバ１２２と真空チャンバ１２１との間に位置付けられ、真空チャンバ１２１と真空チャンバ１２２との間のイオンの移動を調整するのに役立つ。特に、前述したように、イオン偏向器と上流レンズとの間に印加される電圧差が、真空チャンバ１２１から真空チャンバ１２２へのイオンの通過を可能にするために、またはそれを阻止するために、使用されることができる。
【0064】
チャンバ１２２は、チャンバ１２１が維持される圧力より低い圧力に維持されることができる。例として、チャンバ１２２は、約２ｍＴｏｒｒ～約１５ｍＴｏｒｒの範囲の圧力に維持されることができる。この実施形態において、イオンガイドＱ０がチャンバ１２２内に位置付けられている。イオンガイドＱ０は、多重極形態で配置された複数のロッド（図示せず）を含む。ＲＦ電圧源１９７は、通過するイオンの径方向の閉じ込めを提供するために、Ｑ０イオンガイドのロッドにＲＦ電圧を印加する。
【0065】
この実施形態において、ＤＣ電圧源１９３ａは、イオン偏向器アセンブリ１０７のイオンレンズ（前述のイオンレンズ４０５を参照されたい）にＤＣ電圧を印加し、ＤＣ電圧源１９３ｂは、イオン偏向器とイオン偏向器アセンブリのイオン収集電極との組み合わせ（イオン偏向器４０７およびイオン収集電極４０９を参照されたい）にＤＣ電圧を印加する。幾つかの実施形態において、ＤＣ電圧源も、Ｑ０イオンガイドのロッドにＤＣ電圧を印加し、例えば、ＱＪＥＴイオンガイドを出るイオンをＱ０イオンガイドに向かって加速するために、ＱＪＥＴイオンガイドとＱ０イオンガイドとの間に電圧差を発生させるために、使用されることができる。
【0066】
コントローラ３０００は、ＲＦ電圧源１９７、およびＤＣ電圧源１９３ａおよび１９３ｂの動作を制御する。特に、コントローラは、例えば本明細書で説明されるように、真空チャンバ１２１と１２２との間のイオンの伝達を変調するようにＤＣ電圧源１９３ａおよび１９３ｂの動作を制御することができる。
【0067】
質量分析器Ｑ１ １１０は、イオンガイドＱ０を通過したイオンをイオンレンズＩＱ１および１つの短く太いレンズＳＴ１を介して受け取る。この実施形態において、質量分析器Ｑ１ １１０は、四重極構成に配置され、目標範囲内のｍ／ｚ比を有するイオンを選択するためにＲＦおよび／またはＤＣ電圧を印加することができる４つのロッドを含む。質量分析器Ｑ１ １１０を伝播するイオン（ここでは前駆イオンと称する）は、スタブレンズＳＴ２およびイオンレンズＩＱ２を通過して衝突セル１１２（ｑ２）に到達する。
【0068】
前駆イオンの少なくとも一部は衝突セル１１２内で断片化され、複数の生成イオンを発生させる。生成イオンは、イオンレンズＩＱ３および短く太いレンズＳＴ３を通過して下流側の他の質量分析器Ｑ３に到達する。この実施形態において、質量分析器Ｑ３は、四重極形態に配置され、対象のｍ／ｚ比を有する生成イオンの通過を可能にするためにＲＦおよび／またはＤＣ電圧を印加されることができる４つのロッドを含む。質量分析器Ｑ３を通過した生成イオンは、出口レンズ１１５を通過してイオン検出器１１８で検出される。幾つかの実施形態において、四重極質量分析器Ｑ３は、飛行時間型（ＴｏＦ）質量分析器または任意の他の適切な質量分析器と置き換えられることができる。分析モジュール１１９は、イオン検出器１１８によって生成された検出信号を受信し、それらの信号を処理し、検出されたイオンのマススペクトルを発生させることができる。
【0069】
電圧源１９３ａおよび１９３ｂと通信するコントローラ３０００は、イオンレンズと、イオン偏向器とイオン収集電極との組み合わせとに印加される電圧を調整し、前述のように、ＱＪＥＴとＱ０イオンガイドとの間のイオンビームの通過を変調するように、これらの電圧源を制御することができる。コントローラ３０００は、ＲＦ電圧源の動作を制御することもできる。さらに、電圧源１９３ａおよび／または１９３ｂが質量分析計のイオンガイドおよび／または質量分析器のロッドにＤＣ電圧を印加するために使用される実施形態において、コントローラ３０００は、それらのデバイスに印加される電圧を調整するように電圧源を制御することもできる。
【0070】
図９Ａおよび図９Ｂを参照すると、幾つかの実施形態において、イオン偏向器９００が、利用されることができ、イオン偏向器９００は、イオンビーム９０３が通過することができる切り欠き９０２を有する単一の導電性電極９０１、例えば上記に開示されたものなどの金属電極を含む。以下でより詳細に説明されるように、単一の導電性電極９０１は、イオンレンズの下流側に位置付けられることができ、例えばコントローラの制御下で動作するＤＣ電圧源を介して単一の導電性電極９０１に印加される電圧は、イオンビームが偏向されていない状態で通過することを可能にするように、またはイオンビームの偏向を引き起こすように調整されることができる。導電性電極９０１は、イオンビームの下方または上方に位置付けられることができるとともに、それにＤＣ電圧を印加することによってバイアスがかけられ、イオンビームを電極から離れるように、例えば上方または下方に偏向させることができる。
【0071】
導電性電極９０１は、図９Ｂに概略的に示すように、イオンが通過するときにビーム中のイオンをはじくためのＤＣバイアス電圧を印加することによってバイアスされ、それによって、イオンビームを電極から偏向させることができる。そのような実施形態の１つの利点は、偏向されたイオンによるイオン偏向電極の汚染を減らし、好ましくは排除することである。言い換えれば、この実施形態において、イオンビームの偏向を引き起こすために「プッシュ」電極と「プル」電極の両方を利用するのではなく、「プッシュ」電極のみが利用される。これは、イオン衝撃による「プル」電極の潜在的な汚染を排除することができる。
【0072】
例として、図４Ａに示す実施形態は、図４Ｃに示すような導電性電極４０７ａおよび４０７ｂを有するイオン偏向器４０７をそれらの導電性電極のうちの１つ（例えば、図９Ａおよび図９Ｂに概略的に示すような、例えば、導電性電極４０７ａまたは導電性電極４０７ｂ）のみと置き換えるように修正されることができる。そのような修正された実施形態において、コントローラ４１２の制御下で動作するＤＣ電圧源、例えばＤＣ電圧源４１０ａは、導電性電極９０１に印加されるバイアスＤＣ電圧を調整することができる。例えば、イオンビームが偏向されずに導電性電極の上または下を通過することを可能にするために、導電性電極は、上流イオンレンズ４０５と同じＤＣ電圧に維持されることができる。ＤＣバイアス電圧は、イオンビーム偏向が望まれるときに導電性電極から離れるようにイオンビームの偏向を引き起こすように変更されることができる。
【0073】
図９Ｃおよび図９Ｄを参照すると、幾つかの実施形態において、単一の導電性電極は、導電性バー９１０または導電性ワイヤ９１２の形態であり得る。本明細書で説明されるように、導電性バー９１０または導電性ワイヤ９１２にＤＣバイアス電圧を印加すると、導電性バーまたはワイヤの上または下を通過するイオンビーム９０３の偏向を引き起こすことができる。例として、導電性バー９１０は、約１ｍｍ～約５０ｍｍの範囲の長さおよび約０．１ｍｍ～約１０ｍｍの範囲の幅／厚さを有する正方形の断面プロファイルを有し得る。幾つかの実施形態において、導電性ワイヤ９１２は、例として、約０．５ｍｍの直径を有し得る。導電性電極がＤＣバイアス電圧を電極に印加することによってイオンビームの偏向を引き起こすことができる限り、他の形状も利用されることができる。
【0074】
コントローラ３０００は、本教示によって知らされるように、当技術分野における既知の技術を使用してハードウェア、ファームウェア、および／またはソフトウェアで実装されることができる。
【0075】
例として、図８は、当技術分野で一般的に知られている他の要素の中でも、プロセッサ５００ａ（例えば、マイクロプロセッサ）、少なくとも１つの永続メモリモジュール５００ｂ（例えば、ＲＯＭ）、少なくとも１つの過渡メモリモジュール（例えば、ＲＡＭ）５００ｃ、およびバス５００ｄを含むそのようなコントローラ５００の実装形態の一例を概略的に示す。
【0076】
バス５００ｄは、プロセッサとコントローラの様々な他の構成要素との間の通信を可能にする。この例では、コントローラ５００は、信号の送受信を可能にするように構成された通信モジュール５００ｅをさらに含むことができる。
【0077】
例えば補助電極に印加されるＤＣ電圧を調整するためのコントローラ５００によって使用される命令は、永続メモリモジュール５００ｂに記憶されることができ、実行のためのランタイム中に過渡メモリモジュール５００ｃに転送されることができる。コントローラ５００は、とりわけ、イオンガイドおよび質量分析器などの質量分析計の他の構成要素の動作を制御するように構成されることもできる。
【0078】
本教示は、イオンビームの強度を調整するための従来技術と比較して利点を提供することができる。例えば、本教示を使用するイオンビームの変調は、例えば、イオンビームが１つのイオンチャンバから下流チャンバに通過するとき、イオンビームの強度を減らすために使用される従来のパルス化技術より均一なイオンビームを提供することができ、一方で、２つのチャンバ間に配置されたイオン光学系の汚染を減らし、好ましくは排除する。
【0079】
当業者であれば分かるように、上記の実施形態は、本教示の範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えられることができる。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【国際調査報告】