イオン光学システム
多様な実施形態において、イオン光学システムが提供され、イオン光学システムは、対に配置された偶数個のイオンミラーを備えたイオン光学システムであって、イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、イオンがイオン光学システムに入るときに持っていたイオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、イオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、偶数個のイオンミラーが配列されている。多様な実施形態において、イオン光学システムが提供され、イオン光学システムは、前記イオンミラーは、複数の対に配列されており、各対の第１の要素と第２の要素とは、その対の該第１の要素が、その対の該第２の要素の位置に対して、第１の平面に対して鏡面対称である位置を有するように、該第１の平面の対向する側に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（導入）
飛行時間（ＴＯＦ）の質量分析法（ＭＳ）は、広く使用される分析技術となった。質量分析法の装置性能の２つの重要な評価指標は、分解能および感度である。質量分析法において、測定値の質量分解能は、異なった質量電荷比（ｍ／ｚ）値のイオンを分離する能力と関係がある。質量分析法の装置の感度は、ソースから検出器へのイオン透過の効率およびイオン検出の効率と関係がある。ＴＯＦ装置を含む多様な質量分光器において、感度を犠牲にして分解能を改良することは可能であり、逆もそうである。
【０００２】
ＴＯＦ質量解析器の分解能を本来的に制限し得るＴＯＦ ＭＳの幾つかの局面がある。具体的には、イオンは、ソース領域において、異なる時間に、異なる位置で、異なる初速で、形成され得る。イオン形成時間、位置および速度におけるこれらの広がりは、同じｍ／ｚで異なった運動エネルギを達成する一部のイオン（および異なったｍ／ｚで同じ運動エネルギを達成する一部のイオン）という結果になり、なぜならイオンが電場を抽出する（ｅｘｔｒａｃｔ）のに費やす時間の長さにおける相違、イオンが形成される電場の強さにおける相違、および／または異なる最初の運動エネルギのためである。結果として、ＴＯＦ質量分析器装置の分解能および性能は、劣化され得る。
【０００３】
質量分析器の質量の分解能は、比ｍ／δｍとして表現され得、ここに、ｍは、特定の一価のイオンの質量であり、δｍは、質量単位におけるピークの幅である。伝統的なＴＯＦ装置においては、イオンは、検出器へのイオンの飛行時間ｔに従って分離され、ほとんどの場合には、質量／電荷比は、飛行時間の平方に比例する。それゆえ、分解能Ｒは、ＴＯＦ装置においては、
【０００４】
【数１】
として表現され得る。
【０００５】
イオン源を含む簡易な線形のＴＯＦ装置において、イオン源でイオンが形成され最終エネルギーまで加速され、最終エネルギーは、実質的にイオンのｍ／ｚ比に対して独立であり、飛行時間は、実効飛行距離に比例し、イオンエネルギの平方根に反比例し、および質量／電荷比の平方根に直接的に比例する。特定のｍ／ｚのイオンに対する運動エネルギまたは実効飛行時間のなんらかの変動は、飛行時間の変動および分解能における対応する減少を引き起こす。
【０００６】
多くの場合に、分解能を制限する主要な要因は、イオンの運動エネルギにおける広がりであり得る。これらの場合に、イオンミラーが、しばしば、一次的および二次的に、飛行時間上での運動エネルギの影響を補償するために使用され、それによって、ＴＯＦ装置の分解能を改良する。しかしながら、先行技術のイオンミラーの１つの特性は、イオンミラーがエネルギ分散を生成し、それによって、異なる運動エネルギのイオンは、特定の焦点面に時間収束され得るが、イオンの運動エネルギに従って該平面に平行な方向に変位される。多くの応用において、これは、問題にはなり得ないが、他の応用においては、質量解析器の分解能および感度の両方を制限し得る。例えば、単一段のＴＯＦ装置においては、このエネルギ分散によって、異なる運動エネルギのイオンを、検出器上の異なる地点に衝突させ得るが、該検出器が十分に大きく、検出器の平面が正確に焦点面と配列される場合には、分解能または感度のいずれかにおける損失は、実質的に生じない。しかしながら、イオンミラーがＴＯＦ−ＴＯＦシステムの第１段で使用される応用では、第１段におけるエネルギ分散は、装置の第２段において感度および分解能の両方にかなりの損失を引き起こし得る。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（概要）
本教示は、質量解析システムのためのイオン光学システムに関する。
【０００８】
イオンミラーは、イオンを、第１の焦点面（対物面）から第２の焦点面（像面）に反射させるために使用され得、その結果、第１の焦点面のイオンは、第２の焦点面に、第１の焦点面でこれらのイオンの間に存在した運動エネルギの相違にかかわらず、実質的に同じ時間で、到達する。本明細書中で我々は、異なった運動エネルギを有するイオンを、空間中の特定の平面に、実質的に同じ時間に持って来るプロセスを「エネルギ収束」として言及する。しかしながら、対物面でのイオン間の運動エネルギの相違にかかわららず、イオンは、像面に実質的に同時に到着させられ得るけれども、異なる運動エネルギを有するイオンは、像面上で同じ空間的位置に到着しない。むしろ、異なる運動エネルギを有するイオンの退出の軌道は、像面（または該像面に実質的に平行である平面）と、異なる空間的位置で交わり、異なる空間的位置は、一般的には、文字通りこのような平面に渡って分散される。このプロセスは、例えば、「エネルギ分散(ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ)」として言及されてきた。なぜなら、例えば、このプロセスは、イオンの運動エネルギの相違の原因であるイオンの軌道の空間分散に言及するからである。
【０００９】
当業者は、本明細書中で、エネルギ分散、エネルギ収束、対物面および像面という用語を使用して記載された概念は、異なる用語を使用して記載され得ることを理解する。イオンミラーは、異なる運動エネルギを有するイオンを、空間中の特定の平面に実質的に同時に持って来るために使用され得るので、このプロセスは、「エネルギ収束（ｅｎｅｒｇｙ ｆｏｃｕｓｉｎｇ）」、「時間収束（ｔｉｍｅ ｆｏｃｕｓｉｎｇ）」および「一時的収束（ｔｅｍｐｏｒａｌ ｆｏｃｕｓｉｎｇ）」を含む当業における幾つかの用語によって言及されてきた。さらに、例えば、「空間収束（ｓｐａｃｅ ｆｏｃｕｓ）」、「空間収束面（ｓｐａｃｅ ｆｏｃｕｓ ｐｌａｎｅ）」、「空間焦点面（ｓｐａｃｅ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ）」、「時間収束（ｔｉｍｅ ｆｏｃｕｓ）」および「時間収束面（ｓｐａｃｅ ｆｏｃｕｓ ｐｌａｎｅ）」は、すべて、本明細書中で対物面および像面として言及されるもののうちの１つ以上に言及するために当業で使用されてきた。不幸にも、「エネルギ収束（ｅｎｅｒｇｙ ｆｏｃｕｓｉｎｇ）」、「時間収束（ｔｉｍｅ ｆｏｃｕｓｉｎｇ）」、「一時的収束（ｔｅｍｐｏｒａｌ ｆｏｃｕｓｉｎｇ）」、「空間収束（ｓｐａｃｅ ｆｏｃｕｓ）」、「空間収束面（ｓｐａｃｅ ｆｏｃｕｓ ｐｌａｎｅ）」、「空間焦点面（ｓｐａｃｅ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ）」、「時間収束（ｔｉｍｅ ｆｏｃｕｓ）」および「時間収束面（ｓｐａｃｅ ｆｏｃｕｓ ｐｌａｎｅ）」はまた、イオンミラーのエネルギ収束とは本質的に異なるプロセスを記載するために飛行時間質量分析技術において使用されてきた。したがって、質量分析技術に見出される用語の複雑な使用が与えられるので、本明細書中で使用される「エネルギ分散（ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）」、「エネルギ収束（ｅｎｅｒｇｙ ｆｏｃｕｓｉｎｇ）」、「対物面（ｏｂｊｅｃｔ ｐｌａｎｅ）」および「像面（ｉｍａｇｅ ｐｌａｎｅ）」という用語は、説明における正確性および首尾一貫性のためにのみ選択され、本教示の文脈から記述された要旨を決して制限する意味にとってはならない。
【００１０】
本教示は、２つ以上のイオンミラーを備えているイオン光学システムを提供する。多様な実施形態において、本教示は、イオンがイオン光学システムに入るときに有し得た運動エネルギの相違に起因した実質的な空間分散が、ないイオンのエネルギ収束を提供し得るイオン光学システムを提供する。イオンがイオン光学システムに入った後に生じ得る他のプロセス（例えば、空間電荷効果、イオンの断片化などを含むがこれに限定されない）に起因するイオンの運動エネルギにおける相違は、本教示によってイオンがイオン光学システムに入ったときに有する運動エネルギの相違とは考えられないことが理解されるべきである。多様な実施形態において、本教示に従うイオン光学システムのイオンミラーは、平面の回りに実質的に鏡面対称に配列される。
【００１１】
イオンミラーの広く多様な配列は、本教示の範囲内に存在する。例えば、イオン光学システムから出るイオンの軌道は、イオン光学システムに入る対応するイオンの軌道と関連して、実質的に平行であり、実質的に反平行であり、または、その軌道間でほとんど任意の角度になるように、イオンミラーは、配列され得る。イオン光学システムに入るイオンの軌道およびイオン光学システムから出るイオンの軌道は、対称な平面の対向する側上にあり得る。
【００１２】
多様な実施形態において、イオンミラーは、入ってくるイオン軌道と対応する出て行くイオン軌道との間で、横方向の変位を提供するか、または実質的に横方向の変位を提供しないように配列され得る。例えば、多様な実施形態において、イオン光学システムから出るイオンの軌道が、イオン光学システムに入るイオンの軌道と実質的に一致し、イオン光学システムに入るイオンの軌道に対して平行であるか、反平行であるように、イオンミラーは、配列され得る。
【００１３】
多様な局面において、本教示は、偶数個のイオンミラーを備えたイオン光学システムであって、該イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオン光学システムに入るときにイオンが持っていたイオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該イオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わる該軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されている、イオン光学システムを提供する。多様な実施形態において、前記イオンミラーは、複数の対になって配列されており、各対の第１の要素と第２の要素とは、第１の平面の対向する側に配置されており、その結果、該対の該第１の要素は、該対の該第２の要素の位置に関して、該第１の平面に対して鏡面対称である位置を有することになる。
【００１４】
多様な局面において、本教示は、第１のイオンミラーと、第２のイオンミラーとを備え、該第２のイオンミラーを出るイオンの軌道であって、該イオン光学システムに入るときにイオンが持っていたイオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該第２のイオンミラーの像焦点面に実質的に平行である面と交わる該軌道が提供され得るように、該第１のイオンミラーと該第２のイオンミラーとが配列されている、イオン光学システムを提供する。多様な実施形態において、該第１のイオンミラーと該第２のイオンミラーとは、第１の平面に関して鏡面対称になるように、前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーとは、該第１の平面の対向する側に配置されている。したがって、多様な実施形態において、第１のイオンミラーの電場は、第２のイオンミラーの電場に関して第１の平面に対して実質的に鏡面対称である。
【００１５】
多様な局面において、本教示は、イオン光学システムであって、イオンミラーの２つ以上の対を備え、イオンミラーの各対の該要素は、イオンミラーの対の該第１の要素が、該対の該第２の要素の位置に対して第１の平面に対して鏡面対称になるように、該第１の平面の対向する側に配置されている、イオン光学システムを提供する。多様な実施形態において、該イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオン光学システムの焦点面に実質的に平行である面と、該イオン光学システムに入るときに該イオンが持っていた該イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で交わる該軌道が、提供され得るように、イオンミラーが配列されている。
【００１６】
多様な局面において、本教示は、４つのイオンミラーを備えたイオン光学システムであって第１のイオンミラーと第２のイオンミラーとは、該第１のイオンミラーは、該第２のイオンミラーの位置に対して、第１の平面に対して鏡面対称になる位置を有するように、該第１の平面の対向する側に配置されており、第３のイオンミラーと第４のイオンミラーとが、該第３のイオンミラーは、該第４のイオンミラーの位置に対して、第１の平面に対して実質的に鏡面対称になる位置を有するように、該第１の平面の対向する側に配置されている、イオン光学システムを提供する。多様な実施形態において、前記第４のイオンミラーを出るイオンの軌道であって、該第４のイオンミラーの像焦点面に実質的に平行である面と、該第１のイオンミラーに入るときに該イオンが持っていた、イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で交わる該軌道が、提供され得るように、該イオンミラーが配列されている。
【００１７】
本教示のイオン光学システムの多様な実施形態において、イオン光学システムは、イオン源、イオンセレクタ、イオンフラグメンタ、イオン検出器の一つ以上を備えている。イオン光学システムは、さらに、イオンガイド（例えば、ＲＦ多極、、ガイドワイア）、イオン収束素子（例えば、エインゼルレンズ（ｅｉｎｚｅｌ ｌｅｎｓ））およびイオン操縦素子（例えば、ディフレクタ板）のうちの１つ以上をさらに備えている。多様な実施形態において、イオンセレクタは、選択運動エネルギを有するイオンの透過を防止するためにイオン光学システムの２つのイオンミラーの間に配置される。このような配置は、イオン光学システムの少なくとも２つのイオンミラーの間に存在し得るエネルギ分散を利用し得る。適切なイオンセレクタは、イオンの位置に基づいてイオンの透過を防止し得る任意の構造を含む。
【００１８】
多様な実施形態において、本教示のイオン光学システムは、第１のイオン光学システムおよび第２のイオン光学システムを備えている。多様な実施形態において、該第１のイオン光学システムは、偶数個のイオンミラーを備え、該第１のイオン光学システムを出るイオンの軌道であって、イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該第１のイオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わる該軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されており；第２のイオン光学システムは、偶数個のイオンミラーを備え、該第２のイオン光学システムを出るイオンの軌道であって、イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該イオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わる該軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されている。該第１のイオン光学システムのイオンミラー、該第２のイオン光学システムのイオンミラー、または両方のイオンミラーは、複数の対に配列されており、各対の第１の要素と第２の要素とは、その対の該第１の要素が、その対の該第２の要素の位置に対して、第１の平面に対して鏡面対称である位置を有するように、該第１の平面の対向する側に配置されている。
【００１９】
多様な実施の形態において、イオンフラグメンタは、第１のイオン光学システムと第２のイオン光学システムとの間に配置される。一部の実施形態において、該イオンフラグメンタは、該イオンフラグメンタへの入口が、第１のイオン光学システムの像面（例えば、像平面）と実質的に一致するように配置される。一部の実施の形態において、該イオンフラグメンタは、該イオンフラグメンタの該出口が、該第２のイオン光学システムの焦点面（例えば、対物焦点面）に実質的に一致するように配置される。多様な実施形態において、イオンセレクタは、例えば、第１のイオン光学システムの２つのイオンミラーの間の選択運動エネルギを有するイオンの透過を防止するように、第１のイオン光学システムのイオンミラーの間に配置され得、それによって、第１のイオン光学システムによって透過されたイオン運動エネルギの範囲を選択する。したがって、多様な実施形態において、第１のイオン光学システムは、イオンフラグメンタへの導入のために、選択されたエネルギ範囲における運動エネルギを有する一次イオンを選択し、第２のイオン光学システムは、フラグメントイオンの少なくとも一部を透過するように構成されている。
【００２０】
多様な局面において、本教示は、イオン光学システムと、一つ以上の質量分析器とを備えた質量分析器システムを提供する。一つ以上の質量分析器は、例えば、飛行時間、四重極、ＲＦ多極、磁気セクタ、静電セクタ、イオントラップ、およびイオン移動度分光計の少なくとも一つを備える。質量分析器システムは、一つ以上のイオンガイド（例えば、ＲＦ多極ガイド、ガイドワイヤ）、イオン収束素子（例えば、エインゼルレンズ）、イオン操縦素子（例えば、ディフレクタ板）、イオン源、イオンセレクタ、イオンフラグメンタ、およびイオン検出器をさらに備え得る。多様な実施形態において、本教示が提供し得る質量分析器システムは、タンデムＴＯＦ−ＴＯＦ質量分析システムのための第１の飛行時間（ＴＯＦ）質量セレクタ；およびＴＯＦ−ＴＯＦ質量分析システムを含むが、それらに限定されるものではない。
【００２１】
多様な実施形態において、本教示は、第１のイオン光学システムと第１の質量分析器を備えた質量分析器システムを提供する。第１のイオン光学システムは、偶数個のイオンミラーを備え、該イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオンが該第１のイオン光学システムに入るときに持っていたイオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該イオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わる該軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されており；第１の質量分析器は、飛行時間、四重極、ＲＦ多極、磁気セクタ、静電セクタ、イオントラップ、およびイオン移動度分光計の少なくとも１つを備えている。多様な実施形態において、第１のイオン光学システムは、イオンフラグメンタへの導入のための一次イオンを選択し、質量分析器は、フラグメントイオンスペクトルの少なくとも一部を分析する。
【００２２】
多様な実施形態において、質量分析器システムは、１つ以上のセレクタを備える。多様な実施形態において、イオンセレクタは、イオン光学システムおよび質量分析器の間に配置され、イオン光学システムの２つのイオンミラーは、選択運動エネルギーを有するイオンの透過をさせるためのものであり、またはその両方である。例えば、多様な実施形態において、イオンセレクタは、イオンセレクタの位置が第１のイオン光学システムの像面（例えば、像平面）に実質的に一致するように、イオン光学システムと質量分析器との間に配置される。適切なイオンセレクタは、例えば、時限イオンセレクタを含む。多様な実施形態において、第１のイオン光学系からのイオンの軌道は、イオンセレクタの軸と実質的に同軸である。多様な実施形態において、イオンセレクタは、電力を通されて、選択されたｍ／ｚ比の範囲内のイオンのみを、例えば、イオンフラグメンタに透過し、そのイオンフラグメンタは、イオンセレクタおよび質量分析器の間に配置されている。したがって、多様な実施形態において、イオンセレクタは、イオンフラグメンタの中への導入のために（イオン光学システムから透過されたイオンからの）一次イオンを選択し、質量分析器は、フラグメントイオンの少なくとも一部を分析するように構成される。
【００２３】
多様な実施形態において、イオンセレクタは、選択運動エネルギを有するイオンの透過を避けるように第１のイオン光学システムの２つのイオンミラーの間に置かれる。そのような配置は、イオン光学システムの少なくとも２つのイオンミラーの間に存在し得るエネルギ分散を利用し得る。適切なイオンセレクタは、イオン位置に基づいてイオンの透過を避け得る任意の構造を含む。
【００２４】
したがって、多様な実施形態において、イオンセレクタを有するイオン光学システムは、イオンセレクタの中への導入のために選択されたエネルギ範囲における運動エネルギを有する一次イオンを選択し、質量分析器は、フラグメントイオンの少なくとも一部を分析するように構成される。多様な実施形態において、イオンセレクタを有する第１のイオン光学システムは、フラグメンタの中にイオンを導入するために、選択されたエネルギ範囲における運動エネルギを有する一次イオンを選択し、第２のイオン光学システムは、透過のために選択されたエネルギ範囲の運度エネルギを有するフラグメントイオンの少なくとも一部を選択し、質量分析器は、選択されたフラグメントイオンの少なくとも一部を分析するように構成される。
【００２５】
多様な実施形態において、本教示は、第１の質量分析器と、第１のイオン光学システムと、第２の質量分析器とを備えた質量分析器システムを提供し、第１のイオン光学システムは、偶数個のイオンミラーを備え、該第１のイオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオンが第１のイオン光学システムに入るときに持っていたイオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該第１のイオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されている。第１の質量分析器は、例えば、飛行時間、四重極、ＲＦ多極、磁気セクタ、静電セクタ、イオントラップ、およびイオン移動度分光計の少なくとも一つを備え、第２の質量分析器は、飛行時間、四重極、ＲＦ多極、磁気セクタ、静電セクタ、イオントラップ、およびイオン移動度分光計の少なくとも一つを備える。多様な実施形態において、第１および第２の質量分析器は、各々、飛行時間（例えば、実質的にゼロ電界領域）を備える。
【００２６】
多様な実施形態において、イオンセレクタは、例えば、イオン光学システムの２つのイオンミラーの間で選択運動エネルギを有するイオンの透過を避けるように本教示のイオン光学システムのイオンミラーの間に配置され得、それによって、イオン光学システムによって透過されたイオン運動エネルギの範囲を選択する。したがって、多様な実施形態において、イオンセレクタを有するイオン光学システムは、イオンフラグメンタの中への導入のために選別されたエネルギ範囲での運動エネルギで、一次イオンを選択し、質量分析器は、フラグメントイオンの少なくとも一部を分析するように構成される。
【００２７】
多様な実施形態において、イオンセレクタ（例えば、時限イオンセレクタ）は、第１のイオン光学システムおよび質量分析器との間に配置される。イオンセレクタは、一部の実施形態において、イオンセレクタの位置が、第１のイオン光学システムの像面（例えば、像平面）に実質的に一致するように配置される。多様な実施形態において、第１のイオン光学システムからのイオンの軌道は、イオンセレクタの軸と実質的に同軸である。一部の実施形態において、イオンセレクタは、電力を通されて、選択されたｍ／ｚ範囲内のイオンのみを透過する。従って、多様な実施形態において、イオンセレクタは、イオンフラグメンタの中への導入のために一次イオン（イオン光学システムによって透過されたイオンから）を選択し、質量分析器は、フラグメントイオンの少なくとも一部を分析するよう構成される。
【００２８】
多様な実施形態において、第１のイオンセレクタは、イオン光学システムによって透過されたイオン運動エネルギの範囲を選択するよう、イオン光学システムのイオンミラーの間に配置され得る。したがって、多様な実施形態において、イオンセレクタを有するイオン光学システムは、選択されたエネルギ範囲における運動エネルギを有するイオンを選択し、第２のイオンセレクタ（例えば、時間イオン選択）は、イオン光学システムおよび質量分析器の間に配置され、イオンフラグメンタの中へ導入するために一次イオンを選択し、質量分析器は、フラグメントイオンの少なくとも一部を分析するように構成される。
【００２９】
多様な実施形態において、本教示の質量分析器システムは、第２のイオン光学システムをさらに備える。多様な実施形態において、第２のイオン光学システムは、偶数個のイオンミラーを備え、該第２のイオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオンが該第２のイオン光学システムに入るときに持っていたイオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該第２のイオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されている。第１のイオン光学システムのイオンミラー、第２のイオン光学システムのイオンミラー、または両方は、複数の対に配列され、各対の第１の要素と第２の要素とは、その対の該第１の要素が、その対の該第２の要素の位置に対して、第１の平面に対して鏡面対称である位置を有するように、該第１の平面の対向する側に配置され得る。
【００３０】
多様な実施形態において、イオンセレクタは、第１のイオン光学システムと第２のイオン光学システムとの間に配置されている。イオンセレクタは、一部の実施形態において、イオンセレクタの位置が、第１のイオン光学システムの像面（例えば、像平面）に一致するように、配置され、第１のイオン光学システムからのイオンの軌道は、イオンセレクタの軸と実質的に同軸である。一部の実施形態において、イオンセレクタは、電力を通されて、選択されたｍ／ｚ比の範囲内のイオンのみを透過する。したがって、多様な実施形態において、イオンセレクタは、フラグメンタの中にイオンを導入するために一次イオン（第１のイオン光学システムから透過されたイオンから）を選択し、第２のイオン光学システムは、フラグメントイオンの少なくとも一部を質量分析器に透過するように構成され、該質量分析器は、選択されたフラグメントイオンの少なくとも一部を分析するように構成される。
【００３１】
イオンセレクタは、多様な実施形態において、例えば、選択運動エネルギを有するイオンの透過を避けるように、本教示のイオン光学システムのイオンミラーの間に配置され、質量分析器の一つ以上のイオン光学システムは、多様な実施形態において、イオン運動エネルギの選択範囲におけるイオンのみを実質的に透過するように構成される。
【００３２】
前述の局面、および他の局面、実施形態、および本教示の特徴は、添付図面と関連して次の記述からより完全に理解し得る。図面において、類似の参照符号は、様々な図面を通して類似の特徴および構造的要素を参照する。図面は、縮尺を合わす必要がなく、その代わりに、強調が、教示の原理を例示することに置かれている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
当業者は、ここに記述された図面は、例示の目的のためのみであることを理解する。図面において、本教示は、単一段のイオンミラーを用いて例示されるが、本技術で知られた任意のイオンミラーは、各段で適用される異なった場を有する２つ以上の段を使用するグリッド(ｇｒｉｄｄｅｄ)イオンミラーも、グリッドレス（ｇｒｉｄｌｅｓ）イオンミラーも含むがこれに限定されずに使用され得る。図面は、本教示の範囲を決して限定することを意図されない。
【００３４】
（多様な実施形態の説明）
本教示をより良く理解するために、一様な電場を使用する、従来の単一段のイオンミラーにおけるイオンの動作の実施例が提供され、一様な電場を使用する、２つのイオンミラーの従来の平行する配列におけるイオンの動作の実施例が提供される。
【００３５】
（単一のイオンミラー）
本教示をより良く理解するために、一様な電場を使用する従来の単一段のイオンミラーにおけるイオンの動作の実施例は、図１Ａで概略的に示され、この単一段のイオンミラーのイオン収束は、図１Ｂで示される。一般的な従来の単一段のイオンミラー１００において、一様な電場を使用しており、イオンは、接地された入口電極１０２の開口部（一般的には格子）を通って、接地された入口電極１０２での電場に対する法線１０６に関して角度αで、軌道１０４に沿って、反射器の電場に入る。電位の勾配(ｇｒａｄｉｅｎｔ)の、入口電極１０２と、イオンミラー１００の平行である端末電極１０８とに垂直な方向の成分は、入口および端末電極の間の距離ｄによって、加えられる電圧Ｖの差を、割り算したものである。この記述は、電極の、電場に平行な方向（図１Ａにおける方向ｙ、１１０）の範囲は、距離ｄに比べて十分大きく、その結果イオンによってサンプリングされる領域の電場が基本的に一様であり、図１Ａにおけるｘ方向１１２と直交する方向の電場がゼロであることを、仮定している。図１Ａの単一段のイオンミラーの電場におけるイオンの運動方程式は、
【００３６】
【数２】
として書かれ得、ここに、記号ｍは、イオンの質量を表し；ｚは、イオンの電荷を表し；Ｖは、入口電極１０２と端末電極１０８との間の電位差を示し；ｄは、入口電極と端末電極との間の、方向ｘに沿った距離を表わし；αは、図１Ａに示されるように、入口電極１０２での電場１０６に対する垂直線に関する入口のイオン軌道の角度を示し；ｔは、時間であり；Ｖ０は、単一段のイオンミラー１００に入るときのイオンの速度であり；ａｘは、図１Ａのｘ方向１１２におけるイオンの加速度であり；ａｙは、図１Ａのｙ方向１１０におけるイオンの加速度であり；ｖｘは、図１Ａのｘ方向１１２におけるイオンの速度であり；ｖｙは、図１Ａのｙ方向１１０におけるイオンの速度であり；ｘは、図１Ａのｘ方向１１２における時刻ｔでのイオンの位置であり、ｙは、図１Ａのｙ方向１１０におけるイオンの位置である（ここに、ｔ＝０は、イオンが電場に入る時刻であり、図１Ａのｘおよびｙ座標系の原点は、示された座標の交点１２０である）。
【００３７】
ｖｘ＝０が時間ｔ１を与えるとき、すなわち電場への最大侵入に対応するとき、式（３）をｔについて解いて、
【００３８】
【数３】
式（５）および（６）におけるｔ１に代入すると時刻ｔ１でのイオンの位置を与える：
【００３９】
【数４】
【００４０】
【数５】
ここに、
【００４１】
【数６】
時刻２ｔ１で、イオンは、イオンミラーから出て（図１Ａのイオンミラーに対して再度イオンの位置ｘ＝０のとき）、ｙ方向におけるイオンの速度が変化されず、ｘ方向のイオンの速度の大きさ（速さ）が、イオンの入口の速度に等しく、しかし、入口電極１０２から離れる向きに、入口電極１０２での電場１０６の垂直線に関してほぼ−αに等しい角度１２１である。ｙ方向に時刻２ｔ１で進んだ距離は、
【００４２】
【数７】
によって与えられ得る。
【００４３】
イオンが、イオンミラーの中で電場がないときにｘ方向に時刻ｔ１で進む距離、すなわちｘ（ｅｆｆ）は、
【００４４】
【数８】
によって与えられ得る。
【００４５】
単一段におけるイオンミラーは、図１Ａに概略的に示されるように、放物線状の軌道に従う。より低い運動エネルギ（Ｅ１）を有するイオンは、軌道１２２に従い、軌道１２２は、より高い運動エネルギ（Ｅ２）を有する軌道１２４よりもより浅い（例えば、より低いｘ（ｔ１）値を有する）。単一段のイオンミラーを通るイオンの飛行時間のエネルギ依存性と、単一段のイオンミラーから出るイオン軌道とを決定する目的のために、現実のイオン軌道は、仮想平面ミラーから反射することによって結果として生じる軌道によって置き換えられ得、該仮想平面ミラーは、入射するイオン軌道に関して角度αで傾斜されている。この場合、仮想平面ミラーは、単一段のイオンミラーに対する入口に関して実効距離ｄ（ｅｆｆ）に配置される。該実効距離ｄ（ｅｆｆ）は、
【００４６】
【数９】
によって与えられ得る。
【００４７】
式（１０）および（１３）から理解され得るように、図１Ａに例示されているように、所定のｍ／ｚ値を有するイオンに対し、より低い運動エネルギ（例えば、Ｅ１）を有するイオンは、より高い運動エネルギ（例えば、Ｅ２）を有するイオンより、より短いｄ（ｅｆｆ）を有しており、ここに、ｄｅｆｆ（Ｅ１）＜ｄeｆｆ（Ｅ２）である。
【００４８】
一定の速度Ｖ０をもって進むイオンに対して、ｄ（ｅｆｆ）を進むのに必要な時間は、
【００４９】
【数１０】
によって与えられ、時刻２ｔ１にｙ方向に進められた距離は、
【００５０】
【数１１】
によって与えられ得る。
【００５１】
したがって、単一段のイオンミラーにおけるイオンの滞在時間、および単一段のイオンミラーから出たイオンの最終的な方向は、両方とも、平面鏡から弾性的に反射されたイオンの仮想的な場合と実質的に同一である。後者は、無限の加速を必要とするので、物理的には不可能であるが、後者は、誤差または近似を導入することなしに、例示するべきかつ試験されるべきミラーの組み合わせの効果を与える。
【００５２】
単一段のイオンミラーにおいて、イオンミラーに入るときのイオンの運動エネルギの相違のために、ｙ方向におけるイオンのエネルギ分散、空間分散は、エネルギＶ０に関してｙの微分係数によって与えられ得る。Ｖ０に関して式（１５）を微分して
【００５３】
【数１２】
を与える。
【００５４】
図１Ａを再度参照して、エネルギ分散によって、より高いおよびより低いイオンのエネルギに対して最初の一致したイオンの軌道１０４が、空間的に分散させられ、結果として、イオンミラーを出るイオン軌道になり、そのイオン軌道は、イオンミラーに入るときにイオンが持っていた運動エネルギーに依存する。したがって、イオンミラーから出るより低いエネルギのイオンに対する軌道は、像面と実質的に平行な表面と位置１２６で交わり、位置１２６は位置１２８とは異なり、位置１２８でより高いエネルギのイオンの軌道が表面と交わる。
【００５５】
図１Ａの一様な電場を有する単一段のイオンミラーに対する焦点距離は、図１Ｂに示される。ゼロ電界領域で、速度ｖ０で距離離ｄｆｆを進むために必要な時間は、
【００５６】
【数１３】
によって与えられ得る。ゼロ電界領域とイオンミラーからなる質量分析器システムに対して、全飛行時間ｔ（ｔｏｔａｌ）は、
【００５７】
【数１４】
によって与えられ得る。
一次の時間収束のための条件は、速度に関するｔ（ｔｏｔａｌ）の微分係数がゼロにならなければならないことであり、すなわち、
【００５８】
【数１５】
である。
式（１０）からｖ０を代入し、ｄｆｆに対して解けば、単一段のイオンミラーに対する時間収束条件を与え得る、
【００５９】
【数１６】
したがって、図１Ｂに示されるように、入って来るイオンの軌道１５４上で距離ｄ２１５２における焦点面、つまりイオンミラーの対物面でのイオンは、出て行くイオンの軌道１５８上でｄ１１５６における像面で時間収束され（すなわち、イオンは全て実質上同じ時刻に距離ｄ１に到着する）、その結果、
【００６０】
【数１７】
となり、ここに、ｄは、図１Ａに関して上述されたように、入口電極１６０と端末電極１６２との間の距離である。距離ｄ１における焦点面１５６は、像面として言及され得、距離ｄ２における焦点面１５２は、対物面として言及される。
【００６１】
（平行なイオンミラー）
本教示をより良く理解するために、一様な電場を使用する２つのイオンミラー２００の従来の平行である配列におけるイオンの動作の実施例が、図２に示される。図２を参照して、２つのイオンミラー２０２および２０３は、第１のイオンミラー２０２の入口電極２０４と背中合わせに配列され、第１のイオンミラー２０２の入口電極２０４は、第２のイオンミラー２０３の入口電極２０６に面し、第１のイオンミラー２０２の入口電極２０４と端末電極２０６との間の距離、および第２のイオンミラー２０３の入口電極２０５と端末電極２０７との間の距離は、実質的に同じであり、第１のイオンミラー２０２の入口電極２０４と端末電極２０６との間の電位差（Ｖ）は、第２のイオンミラー２０３の入口電極２０５と端末電極２０７との間の電位差と同じである。図２の２つのイオンミラーの組み合わせのイオン滞在時間、実効時間焦点距離、およびエネルギ分散は、２つのイオンミラーの合計に等しい長さを有するイオンミラーに対する式によって与えられ得る。図２の組み合わされたイオンミラーの焦点面ｄ１およびｄ２は、組み合わされたイオンミラーと関連して位置付けられ、例えば、対物面の距離ｄ２２０８は、入口から第１のイオンミラー２０２まで適切な入射するイオンの軌道に沿って決定され、像面の距離ｄ１２０９は、入口から第２のイオンミラー２０３まで適切な出てゆくイオンの軌道に沿って決定される。対物面２０８と像面２０９との間のゼロ電界領域であって、ミラー（２０４〜２０５）の間の場のない空間を含むゼロ電界領域におけるイオン経路の全長は、式（２０）によって与えられた個々のミラーに対する全長の２倍に実質的に等しい。図２に示されるイオン軌道２１０、２１３、２１４および２１５は、イオンが平面ミラーから弾性的に反射される仮想的な場合に対する軌道であり、平面ミラーは、イオンミラー内でイオンの放物線の飛行経路を例示しないが、イオンミラーの外側で適切にイオン軌道を例示する。
【００６２】
図２に示されるように、背中合わせの２つの平行であるイオンミラーを使用する１つの効果は、第２のイオンミラーから出るイオン軌道２１３および２１５は、第１のイオンミラーに入る対応するイオン軌道２１０および２１４に対して、平行でありかつ横に変位されることである。しかしながら、異なる入口運動エネルギを有するイオンの出口軌道における分散は、なお最終的なイオン軌道で生じる。より低い運動エネルギを有するイオンは、軌道２１０、２１３に従い、軌道２１０、２１３は、エネルギ分散のために、より高い運動エネルギを有するイオンの軌道２１４、２１５から横に変位される。
【００６３】
（イオン光学システム）
広く多様なイオンミラーは、本教示のイオン光学システムにおいて使用され得、イオンミラーは、単一段、二段および多段のミラーを含むが、これらに限定されない。適切なイオンミラーにおける電位は、線形または非線形であり得る。図におけるイオンミラーは、概略的に示されていることが理解されるべきである。例えば、イオンミラーは、一般的には、その中に電場を確立するための多数の電極を備えており、浮遊電場がゼロ電界領域に入るのを防止するために保護電極を含み得る。適切なイオンミラーの電極は、格子を備え得、格子なしであり得、または格子と格子なしの電極との混合であり得る。さらに、入口電極の電位は、しばしばゼロと注記されるが、これは、純粋に本明細書中に現れる式における表記の便利さおよび簡潔さのためであることが理解されるべきである。当業者は、入口電極における電位が真の地面の接地電位にあることが本教示に必要ではないことを容易に認識する。例えば、入口電極における電位は、真の地面の接地より著しく（例えば、数千ボルト以上だけ）上（または下）にある「浮遊接地」であり得る。したがって、本明細書中におけるゼロまたは接地としての電位の記載は、地面の接地に関して、電位の値を制限すると、決して解釈されるべきではない。
【００６４】
図１Ｂ〜９に概略的に示されるイオン軌道は、イオンが平面ミラーから弾性的に反射される仮想的な場合のためであり、図１Ｂ〜９は、イオンミラー内のイオンの放物線の経路を例示しないが、イオンミラーの外側でのイオン軌道を適切に例示している。
【００６５】
図３を参照して、多様な実施形態において、イオン光学システム３００であって、偶数個のイオンミラーを備え、偶数個のイオンミラーは、イオン光学システムに入るときにイオンが持っていた運動エネルギの相違のための空間分散が、実質的にない状態で、イオンがイオン光学システムを出るように、配列された２つのイオンミラーを備えたイオン光学システム３００。多様な実施形態において、第１のイオンミラー３０２および第２のイオンミラー３０４は、イオンがイオン光学システム３００に入るときに持っていた運動エネルギの相違のための空間分散が実質的にない状態でイオンが像面３０７に到着するように配列されている。
【００６６】
図３に示される、２つのイオンミラー３０２、３０４の対称な配列は、イオン光学システム３００に対するエネルギ分散が実質的にないが、滞在時間および実効時間の焦点距離が、２つのイオンミラーの結合された長さに等しい１つのイオンミラーに対する焦点距離と同一であるという特性を有する。エネルギ分散は、第１のイオンミラー３０２で発生するが、このエネルギ分散は、第２のイオンミラー３０４で実質的に補償され得ることにより、イオンは、最初の軌道３１０に沿って入射し、最後の軌道３１２に沿って出て行き、このことは、第１のイオンミラー３０２に入るとイオンが有する運動エネルギから実質的に独立している。
【００６７】
多様な実施形態において、２つのイオンミラーは、第１の平面３１３（第１の平面とページの面との交線として図示される）の対向する側に配置されることにより、第１のイオンミラー３０２および第２のイオンミラー３０４は、第１の平面３１３に対して、実質的に鏡面対称に配列される。最初の軌道３１０と最後の軌道３１２との間の角度３１４は、第１のイオンミラーの入口電場への法線３１８に対する最初の軌道３１０の角度αの約４倍に等しい。
【００６８】
入射するイオン軌道と入口電極の電場に対する法線との間の角度αは、任意の角度であり得る。この入射角は、例えば、入射するイオン軌道と出射するイオン軌道との間の望ましい角度に基づいて、選択され得る。実質的に平坦ではない入口電極の電場に対して、入射イオン軌道の交わる点または交わる領域における入口電極の電場に対する接平面は、入口電極の電場の平面として得られ得る。入射軌道と法線との間の角度は、いかなる値でもあり得るが、実施の理由で、最小の実施角度は、イオンミラー電圧からのゼロ電界領域において、イオンビーム（連続したビームまたはパルスビーム）を遮蔽するために使用される構造によって制限され得る。通常は、ゼロ電界距離に関連するイオンミラーの物理サイズは、入射角が増加すると、増加するが、所与の運動エネルギに対して印加される電圧は、角度の増加に伴い、通常減少する。
【００６９】
図４を参照して、多様な実施形態において、本教示に従って、イオン光学システム４００は、第１の平面４０６（第１の平面とページの平面との交線として図示される）の対向する側に配置された第１のイオンミラー４０２と第２のイオンミラー４０４とを備えていることにより、第１のイオンミラー４０２および第２のイオンミラー４０４は、第１の平面４０６に対して、実質的に鏡面対称に配列される。図４に図示されるイオン軌道は、入射するイオン軌道４０８、４１０に対するものであり、これは、入口電極の電場と、入口電極の電場の法線４１２に対して約２２．５度の角度αで交わり、約９０度の入射するイオン軌道４０８、４１０と、対応する出射するイオン軌道４１４、４１６との間の角度を結果として生じる。
【００７０】
多様な実施形態において、第１のイオンミラーが配置されることにより、第１のイオンミラーの入口電極の電場の平面は、ほぼ角度βで第１の平面と交わる平面に実質的に位置し、第２のイオンミラーの入口電極の電場の平面は、ほぼ角度βで第１の平面と交わる平面に実質的に位置する。実質的に平坦ではない入口電極の電場に対して、入射イオン軌道の交わる点または交わる領域における入口電極の電場に対する接平面は、入口電極の電場の平面として得られ得る。
【００７１】
例えば、図４を再び参照して、第１のイオンミラーの入口電極４１８の電場は、ほぼ角度β＝α＝２２．５度で、第１の平面と交わる平面４２０内に実質的に位置し、第２のイオンミラーの入口電極の電場はまた、ほぼ角度β＝α＝２２．５度で第１の平面４０６と交わる平面４２２内に実質的に位置する。
【００７２】
第１のイオンミラー４０２に入る２つの異なるイオン運動エネルギＥ１およびＥ２を有する（ここでＥ１＜Ｅ２）イオンに対するイオン軌道の例はまた、図４に図示される。より低いエネルギＥ１のイオンの軌道の入射部分４０８は、単に明確にするために、より高いエネルギのイオンＥ２のイオンの軌跡の入射部分４１０からわずかな距離δ変位されている。図４から見られ得るように、第１のイオンミラーのエネルギ分散は、第１のイオンミラー４０２に存在するより低いエネルギのイオンの軌道４３６と、より高いエネルギのイオンの軌道４３８との間の空間的間隔における増加を引き起こす。第２のイオンミラー４０４が、第１のイオンミラー４０２に対して配置されることにより、第２のイオンミラーのエネルギ分散が、第１のイオンミラー４０２によって引き起こされたエネルギ分散を実質的に補償する。結果として、多様な実施形態において、第２のイオンミラーを出て行くより低いエネルギのイオン４１０およびより高いエネルギのイオン４１６の軌道は、エネルギ分散を実質的に示さないが、これらの軌道の任意の実際の元の変位δは、実質的に維持される。
【００７３】
入射軌道の角度αおよび該角度βのうちの１つ以上は、約２２．５度よりも大きくあり得る。例えば、図５を参照して、多様な実施形態において、イオン光学システム５００は、第１の平面５０６（第１の平面とページの平面との交線）の対向する側に配置された第１のイオンミラー５０２と第２のイオンミラー５０４とを備えていることにより、第１のイオンミラー５０２および第２のイオンミラー５０４は、第１の平面５０６に対して実質的に鏡面対称に配列され、第１のイオンミラーの入口電極の電場５０７は、第１の平面５０６と約４５度で交わる平面５０８に実質的に位置し、第２のイオンミラーの入口電極の電場５０９はまた、第１の平面５０６と約４５度で交わる平面５１０に実質的に位置する。約４５度という入射するイオン軌道の角度に対して、このようなイオン光学システムは、出力イオンを出射するイオン軌道５２０に沿って方向付けるために使用され、出射するイオン軌道５２０は、入射するイオン軌道５２２から１８０度（反平行）である。さらに、出射するイオン軌道は、２つのイオンミラー間の距離を選択することによって、（出力ビームに対するエネルギ分散を導入することなしに）入射するビームからの選択された距離Δ変位され得る。イオンミラー間の距離の増加が変位距離Δを増加させる。
【００７４】
第１のイオンミラー５０２に入る２つの異なるイオン運動エネルギＥ１およびＥ２を有するイオン軌道の例はまた、図５に図示される。より低いエネルギＥ１のイオンの軌道の入射部分５２２は、単に明確にするために、より高いエネルギＥ２のイオンの軌道の入射部分５３２からのわずかな距離δ変位されている。図５から見られ得るように、第１のイオンミラーのエネルギ分散は、第１のイオンミラー５０２を出て行くより低いエネルギのイオンの軌道５３４と、より高いエネルギのイオンの軌道５３６との間の空間的な間隔における増加を引き起こす。第２のイオンミラー５０４が、第１のイオンミラー５０２に対して配置されることにより、第２のイオンミラー５０４のエネルギ分散は、第１のイオンミラー５０２によって引き起こされたエネルギ分散に対して実質的に補償する。結果として、多様な実施形態において、第２のイオンミラーを出て行くより低いエネルギのイオン軌道５２０およびより高いエネルギのイオン軌道５４０は、第１のイオンミラーに入る際にイオンの運動エネルギの違いに起因する空間分散を実質的に示さないが、これらの軌道の任意の実際の元の変位δは、実質的に維持される。
【００７５】
多様な実施形態において、イオンセレクタが第１のイオンミラーと第２のイオンミラーとの間に配置され、例えば、第１のイオンミラーから第２のイオンミラーまでの選択運動エネルギを有するイオンの透過を防ぐ。このような配置は２つのイオンミラー間の軌道のエネルギ分散を利用し得る。適切なイオンセレクタは、イオンの位置に基づいて、第１のイオンミラーと第２のイオンミラーとの間のイオンの透過を防ぎ得る任意の構造を含む。適切なイオンセレクタの例は、イオンディフレクタおよび１つ以上の開口部（例えば、スリット、アパーチャなど）を含む構造を含むがこれらに限定はされない。開口部は、一定または変更可能であり得る。１つ以上の開口部を含む適切な構造の例は、開口されたプレート、シャッタおよびチョッパ（例えば、ロータリーチョッパ）を含むがこれらに限定はされない。一部の実施形態において、イオンセレクタは、第１のイオンミラーと第２のイオンミラーとの間を通る対称面に配置されている。
【００７６】
図３〜図５を参照すると、多様な実施形態において、イオンセレクタ３６０、４６０、５６０は、第１のミラー３０２、４０２、５０２と、第２のミラー３０４、４０４、５０４との間に配置され得、例えば、エネルギフィルタを有するイオン光学システムを提供し、これは、エネルギ分散を実質的に示さない出射するイオン軌道をさらに提供するイオンを選択するために、第１のイオンミラーのエネルギ分散を使用し得る。例えば、小さいアパーチャまたはスリットを有するプレートが第１の平面３１３、４０６、５０６に配置される場合には、狭い範囲の運動エネルギ内のイオンのみが第２のイオンミラーに透過される。
【００７７】
多様な局面において、本教示は、２つ以上の対のイオンミラーを備えているイオン光学システムを提供し、ここでイオンミラーの各対の要素は、第１の平面の対向する側に配置されることにより、１対のイオンミラーの第１の要素が、第１の平面に対して、該対の第２の要素の位置に対して、実質的に鏡面対称な位置を有する。図６〜図１０を参照して、多様な実施形態において、イオン光学システム６００、７００、８００は、第１のイオンミラー６０２、７０２、８０２と、第１の平面６０６、７０６、８０６（第１の面とそれぞれの図のページの面との交線として図示される）の対向する側に配置された第２のミラー６０４、７０４、８０４とを、実質的に鏡面対称の関係性で備えており、第３のイオンミラー６０８、７０８、８０８と第１の平面６０６、７０６、８０６の対向する側に配置される第４のイオンミラー６１０、７１０、８１０とを、実質的に鏡面対称の関係性で備えている。
【００７８】
多様な実施形態において、イオンミラーが配列されることにより、イオン光学システムを出て行くイオンの軌道６２０、７２０、８２０（すなわち、イオンが出て行くイオン光学システムの最後のミラー６１０、７１０、８０４の焦点面）が、第４のイオンミラー６１０、７１０、８１０の焦点面６２２、７２２、８２２（例えば、焦点面（ｆｏｃｕｌ ｐｌａｎｅ））に実質的に平行な表面に、イオン光学システムに入る際に（例えば、第１のイオンミラー６０２、７０２、８０２に入る際に）イオンが有する運動エネルギから実質的に独立する位置において交わるように提供され得る。
【００７９】
イオンミラーは、入射するイオン軌道と入口電極の電場に対する法線との間の選択された角度αを提供するように配列され得る。図６〜図９において、角度αは、入射するイオン軌道と、第１のイオンミラーの入口電極の電場に対する法線との間の角度である。実質的に平坦ではない入口電極の電場に対して、入射するイオン軌道の交わる点または交わる領域における入口電極の電場に対する接平面は、入口電極の電場の平面として得られ得る。入射する軌道と法線との間の角度は、任意の値であり得るが、実践的な理由で、最小および最大の実践角が制限され得る。
【００８０】
多様な実施形態において、イオンミラーは配列されることにより、イオン光学システムを出て行くイオン軌道が、イオン光学システムに入る対応するイオン軌道と実質的に反平行（１８０度）である。例えば、図６において、光学システム６００を出て行くイオン軌道６２０は、イオン光学システムに入る対応するイオン軌道に実質的に反平行である。多様な実施形態において、イオンミラーは配列されることにより、イオン光学システムを出て行くイオン軌道が、イオン光学システムに入る対応するイオン軌道に実質的に平行である。例えば、図７において、イオン光学システム７００から出て行くイオン軌道７２０は、イオン光学システムに入る対応するイオン軌道７２３と実質的に平行である。
【００８１】
多様な実施形態において、図６および図７のイオン光学システムは、第１の平面に対して実質的に鏡面対称に配置された図４のイオン光学システムに実質的に類似する２つのイオン光学システムの組み合わせである。例えば、図６のイオン光学システムは、第１のイオン光学システムであって、該第１のイオン光学システムは、（第１のイオンミラーと第３のイオンミラーとを備えている）第１の対のイオンミラーを備え、第１の平面６０６に対して、第２のイオン光学システムに対して実質的に鏡面対称に配置された第１のイオン光学システムと、該第２のイオン光学システムとの組み合わせとして見られ得、該第２のイオン光学システムは、（第２のイオンミラーと第４のイオンミラーとを備えている）第２の対のイオンミラーを備えている。さらに、図６のイオン光学システムは、追加の配列として見られ得る。なぜならば、図６のイオン光学システムに入るイオン軌道は、イオン光学システムに入る対応するイオン軌道に対する約１８０度の角度を形成するからである（このことは、図４のイオン光学システムにおいてイオンが出て行く軌道と入射するイオン軌道との間で形成された約９０度の角度の加算である）。
【００８２】
同様に、図７のイオン光学システムは第１のイオン光学システムであって、該第１のイオン光学システムは、（第１のイオンミラーと第２のイオンミラーとを備えている）第１の対のイオンミラーを備え、第２のイオン光学システムに対して、第１の平面７０６に対して実質的に鏡面対称配置された第１のイオン光学システムと該第２のイオン光学システムとの組み合わせとして見られ得、該第２のイオン光学システムは、（第３のイオンミラーと第４のイオンミラーとを備えている）第２の対のイオンミラーを備え、減算的配列（ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）により配列されている。なぜならば、図７のイオン光学システムを出て行くイオン軌道は、イオン光学システムに入る対応するイオン軌道に対して約０度の角度を形成するからである。
【００８３】
図６および図７のイオン光学システムに対する出射するイオン軌道はまた、複数の対のイオンミラー間（例えば、図４のイオン光学システムに実質的に対応する上記の第１の対と第２の対との間）の距離を選択することによって、（出力ビームに対してエネルギ分散を導入することなしに）入射ビームから選択された距離Δ変位され得る。
【００８４】
第１のイオンミラー６０２、７０２に入る際に２つの異なるイオン運動エネルギＥ１およびＥ２（ここでＥ１＜Ｅ２）を有するイオンに対するイオン軌道の例はまた、図６および図７に図示される。より低いエネルギＥ１のイオンの軌道の入射部分６２３、７２３は、単に明確にするために、より高いエネルギＥ２のイオンの軌道の入射部分６２４、７２４からわずかな距離δ変位されている。図面から見られ得るように、エネルギ分散は、軌道に沿った多様な位置６２５、６２６、７２５、７２６におけるより低いエネルギのイオンの軌道とより高いエネルギのイオンの軌道との空間的な間隔における増加を引き起こす。イオンミラーは、エネルギ分散を実質的に補償するように互いに対して配置される。結果として、多様な実施形態において、第４のイオンミラーに入るより低いエネルギのイオンの軌道６２０、７２０およびより高いエネルギのイオンの軌道６２７、７２７は、第１のイオンミラーに入る際のイオンの運動エネルギにおける違いに起因する実質的に空間分散を示さないが、これらの軌道の任意の実際の元の変位δは実質的に維持される。
【００８５】
再び図６を参照して、多様な実施形態において、イオン光学システムはイオンセレクタをさらに備え得る。実施形態は、第１のイオンミラー６０２と第３のイオンミラー６０８との間に配置されたイオンセレクタ６３０、第２のイオンミラー６０４と第４のイオンミラー６１０との間に配置されたイオンセレクタ６３２、またはその両方を含むがこれらに限定はされない。例えば、多様な実施形態において、イオンセレクタ６３０は、第１と第３のイオンミラーとの間に配置され得、イオンセレクタ６３２は、第２と第４のイオンミラーとの間に配置され得、イオンフラグメンタ６４０は、第３と第４のイオンミラーとの間に配置される。一部の実施形態において、このような配列は、例えば、一次イオンの運動エネルギの選択および娘イオンの運動エネルギ分布の確認が可能なＴＯＦ−ＴＯＦを提供し得る。
【００８６】
多様な実施形態において、イオンセレクタ６６０（例えば、時限のイオンセレクタ）は、第３と第４のイオンミラーとの間に配置され得る。イオンセレクタ６６０は配置され得ることにより、一部の実施形態において、イオンセレクタの位置は、第１のイオン光学システム（例えば、第１のイオンミラー６０２と第３のイオンミラー６０８を共に得る）の像面（例えば、像平面）、対称平面６０６またはその両方と実質的に一致する。多様な実施形態において、第１のイオン光学システムからのイオンの軌道は、イオンセレクタの軸に実質的に同軸である。一部の実施形態において、イオンセレクタは活性化されることにより、選択されたｍ／ｚ値の範囲内のイオンのみを透過させる。従って、多様な実施形態において、イオンセレクタは、（イオン光学システムによって透過されたイオンからの）一次イオンをフラグメンタ６４０の中に導入するために選択する。多様な実施形態において、第２のイオン光学システム（例えば、第２のイオンミラー６０４および第４のイオンミラー６１０が共に得られる）は、透過処理のために選択されたエネルギ範囲内の運動エネルギを有するフラグメントイオンの少なくとも一部を選択するように構成されている。
【００８７】
図７および図９を参照すると、多様な実施形態において、イオン光学システムは、イオンセレクタをさらに備え得る。実施形態は、第１のイオンミラー７０２と第２のイオンミラー７０４との間に配置されたイオンセレクタ７３０；第３のイオンミラー７０８と第４のイオンミラー７１０との間に配置されるイオンセレクタ７３２；またはその両方を含むがこれらに限定はされない。例えば、多様な実施形態において、イオンセレクタ７３０は、第１と第２のイオンミラーとの間に配置され得、イオンセレクタ７３２は、第３と第４のイオンミラーとの間に配置され得、イオンフラグメンタ７４０は、第２と第３のイオンミラーとの間に配置される。一部の実施形態において、このような配列は、例えば、一次イオンの運動エネルギの選択および娘イオンの運動エネルギの分散の確認が可能なＴＯＦ−ＴＯＦを提供し得る。
【００８８】
多様な実施形態において、イオンセレクタ７６０（例えば、時限のイオンセレクタ）は、第２と第３のイオンミラーとの間に配置され得る。一部の実施形態において、イオンセレクタ７６０が配置されることにより、イオンセレクタの位置が、第１のイオン光学システム（例えば、第１のイオンミラー７０２と第２のイオンミラー７０４が共に得られる）の像面（例えば、像平面）、対称平面７０６またはそれら両方と実質的に一致する。多様な実施形態において、第１のイオン光学システムからのイオンの軌道は、イオンセレクタの軸と実質的に同軸である。一部の実施形態において、イオンセレクタは活性化され、選択されたｍ／ｚ値の範囲内のイオンのみが透過される。従って、多様な実施形態において、イオンセレクタは、イオンフラグメンタ７４０への導入のために、一次イオン（イオン光学システムによって透過されたイオン）を選択する。多様な実施形態において、第２のイオン光学システム（例えば、第３のイオンミラー７０８と第４のイオンミラー７１０が共に得られる）は、透過のための選択されたエネルギ範囲内の運動エネルギを有するフラグメントイオンの少なくとも一部を選択するように構成されている。
【００８９】
再び図８および図１０を参照すると、多様な実施形態において、第１の平面の同一の側のイオンミラーのセットは、共通の入口電極を利用し得る。例えば、一部の実施形態において、第１のイオンミラー８０２および第３のイオンミラー８０８は、共通の入口電極８４０を利用し得るが、個別の出口電極８４２、８４４を利用し得、第２のイオンミラー８０４および第４のイオンミラー８１０は、共通の入口電極８５０を利用し得るが、個別の出口電極８５２、８５４を利用し得る。多様な実施形態において、入口電極８４０、８５０は、接地電位において維持され（これは浮遊接地であり得る）、異なる電圧が出口電極８４２、８４４、８５２、８５４に印加され、イオンを、イオンミラーのセットの入口から、イオンミラーのセットからの出口までの放物線状の経路内を進ませる。
【００９０】
第１のイオンミラー８０２の入口上の２つの異なる運動エネルギＥ１およびＥ２（ここでＥ１＜Ｅ２）を有するイオンに対するイオン軌道の例が、図８に図示される。図８において、より低いエネルギＥ１のイオンの軌道の入射部分８５６は、より高いエネルギのイオンの軌道の入射部分８５６に対して変位されない。図８から見られ得るように、第１および第３のイオンミラーのエネルギ分散は、第３のイオンミラー８０８を出て行くより低いエネルギのイオンの軌道８６０とより高いエネルギのイオンの軌道８６２との間の空間的な間隔における増加を引き起こす。第２および第４のイオンミラーが、第１および第３のイオンミラーに関して配置されることにより、第１および第３のイオンミラーによって引き起こされたエネルギ分散は、第２および第４のイオンミラーによって実質的に補償される。結果として、多様な実施形態において、第２のイオンミラー８０４を出て行くより低いエネルギのイオン軌道およびより高いエネルギのイオン軌道は、第１のイオンミラー８０２に入る際にイオンが有する運動エネルギにおける違いに起因する空間分散を実質的に示さない。
【００９１】
多様な実施形態において、イオンミラーは、イオン光学システムを出て行くイオン軌道が、イオン光学システムに入る対応するイオン軌道と実質的に一致し、実質的に平行か、または実質的に反平行かのいずれかであるように配列され得る。例えば、図８において、イオン光学システム８００を出て行くイオン軌道８２０は、イオン光学システムに入る対応するイオン軌道８５６に実質的に平行である。イオン光学システム８００から出て行くイオン軌道８２０はまた、イオン光学システムに入る対応するイオン軌道８５６と実質的に一致し得る。例えば、図８において、出射するイオン軌道８２０は、入射するイオン軌道８５６に実質的に垂直な方向に実質的に変位されない。すなわち、変位距離Δは、実質的にゼロに等しい。
【００９２】
図８および図１０を参照すると、多様な実施形態において、イオンセレクタ８８０は、第３のイオンミラー８０８と第４のイオンミラー８１０との間に配置され得ることにより、例えば、エネルギフィルタを有するイオン光学システムを提供し、これは、エネルギ分散を実質的に示さない出射するイオン軌道を提供するイオンを選択するために第１および第３のイオンミラーの結合されたエネルギ分散を使用し得る。例えば、小さいアパーチャまたはスリットを有するプレートが第１の平面８０６に配置される場合には、運動エネルギの狭い範囲内のイオンのみが、第４のイオンミラー８１０まで透過される。
【００９３】
多様な局面において、本教示は、第１のイオン光学システムと、イオン源、イオンセレクタ、イオンフラグメンタ、イオン検出器のうちの１つ以上と、イオンガイド、イオン収束エレメント、イオン操縦エレメントおよび１つ以上の質量分析器（例えば、飛行時間型、四重極、ＲＦ多極、磁気セクタ、静電気セクタ、イオントラップおよびイオン移動度分光測定器のうちの１つ以上）を備えている質量分析器システムを提供する。偶数のイオンミラーを備えている第１のイオン光学システムが配列されることにより、第１のイオン光学システムを出て行くイオンの軌道が、イオン光学システムの像焦点面に実質的に平行な平面を、第１のイオン光学システムに入る際にイオンが持っていた運動エネルギから実質的に独立する位置で交わるように提供され得る。多様な実施形態において、第１のイオン光学システムのイオンミラーは、第１の要素を有する対で配列され、各対の第２の要素は、第１の平面の対向する側に配置されることにより、各対の第１の要素は、第１の平面に対して、該組の第２の要素の位置に関して実質的に鏡面対称な位置を有する。質量分析器システムは、１つ以上のイオンガイド（例えば、ＲＦ多極ガイド、ガイドワイア）、イオン収束エレメント（例えば、エインゼルレンズ）およびイオン操縦エレメント（そらせ板）をさらに備え得る。
【００９４】
適切なイオン源は、電子衝撃（ＥＩ）イオン化、電気スプレーイオン化（ＥＳＩ）およびマトリクス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）供給源を含むがこれらには限定されない。適切なイオン検出器は、電子増倍管、チャネルトロン（ｃｈａｎｎｅｌｔｒｏｎ）、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）および電荷結合素子（ＣＣＤ）を含むがこれらに限定されない。
【００９５】
適切なフラグメンタは、衝突誘起解離（ＣＩＤ、衝突支援解離（ＣＡＤ）とも呼ばれる）、光誘起解離（ＰＩＤ）、表面誘起解離（ＳＩＤ）、ポストソース分解またはそれらを組み合わせた原理で動作するフラグメンタを含むがこれらに限定はされない。適切なイオンフラグメンタの例は、衝突セル（ここにおいて、イオンは、イオンを中性の気体分子と衝突させることによって断片化される）、光解離セル（ここにおいて、イオンは、イオンを光子ビームに照射させることによって断片化される）、表面解離フラグメンタ（ここにおいて、イオンは、イオンを固体表面または液体表面に衝突させることによって、断片化される）を含むがこれらには限定されない。
【００９６】
多様な実施形態において、本教示のイオン光学システム、質量分析器システム、またはその両方が、イオンセレクタを備えている。ＴＯＦ質量分析器の多くのアプリケーションにおいて、それは通常、イオン源によって生成されたエネルギ範囲内のイオンの全てを透過させることが望ましいが、一部のアプリケーションにおいては、イオンの運動エネルギの選択範囲のみが、関心がある。異なった運動エネルギを有するイオン源において、直接生成されたイオンに加えて、例えば、イオン源加速場またはイオン源に続くゼロ電界スペースにおける生成の後のイオンの断片化に起因するエネルギの損失によって、より低い運動エネルギを示すイオンがあり得る。多様な実施形態において、これらのイオンは、イオンセレクタを、本教示のイオン光学システムにおけるエネルギフィルタとして用いることによって取り除かれ得る。
【００９７】
適切なイオンセレクタの例は、イオンディフレクタ、１つ以上の開口部（例えば、スリット、アパーチャなど）を含む構造を含むが、これらには限定されない。開口部は、一定または変更可能であり得る。１つ以上の開口部を含む適切な構造の例は、開口されたプレート、シャッタおよびチョッパ（例えば、ロータリチョッパ）を含むが、これらに限定はされない。
【００９８】
イオン光学システム内にイオンセレクタを備えている多種の実施形態の多種のアプリケーションにおいて、異なった質量のイオンの運動エネルギ分布を決定することが所望され得る。このことは、多様な実施形態において、イオンミラーの間に狭いスリットまたはアパーチャを配置することによって達成され得、ここにわずかなエネルギの増分の範囲内のイオンのみが透過されるように、運動エネルギの差に起因してイオン軌道が空間的に分散される。例えば、イオン検出器において、イオンの信号の強度をイオンミラーに印加される電圧の関数として測定することによって、検出されるイオンの全てに対するエネルギ分布が、イオン検出器に、異なる時間で到着する様々な質量のイオンを用いて、測定され得る。
【００９９】
多様な実施形態において、質量分析器システムは、イオン源と、イオン光学システムと、イオン検出器と、１つ以上の質量分析器と（例えば、飛行時間として提供され得る、実質的にゼロ電界の領域）を備えており、ここでイオン光学システムは、偶数個のイオンミラーを備えたイオン光学システムであって、該イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオンが該イオン光学システムに入るときに持っていたイオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該イオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されている。
【０１００】
例えば、パルスイオン源、イオン検出器、質量分析器（例えば、ゼロ電界領域）を、図３〜図８に図示される任意の構成に追加することは、ＴＯＦ質量分析器システムを提供し得る。図９は、ＴＯＦ質量分析器システム９００の多様な実施形態を、図７の１つ以上の構成に基づいて概略的に描く一方で、図１０は、ＴＯＦ質量分析器システム１０００の多様な実施形態を、図８の１つ以上の構成に基づいて概略的に描く。
【０１０１】
図９を参照すると、多様な実施形態において、第１のイオンミラー７０２に印加された電圧が変更され（停止され）得ることにより、第１のイオンミラー７０２を介して電界ゼロ領域を生成し、イオンが、単純な線形のＴＯＦにある場合には、イオン源９０２からイオン検出器９０４までを進むことを可能にする。あるいは、多様な実施形態において、適切な電圧がイオンミラーに印加されると、イオンは、イオンミラー７０２、７０４、７０８、７１０内の放物線状の経路に沿って進み、イオン検出器９０４まで到達し、質量分析器システムは、従来の反射ＴＯＦ分析器におけるものと同一の機能の１つ以上を達成するために使用され得るが、入射する軌道９０８に実質的に平行で、第１のセットのイオンミラー９１４に対する第２のセットのイオンミラー９１２の変位によって決定された量９１０だけ変位される、出射するイオン軌道９０６をも提供し得、そして、第１のイオンミラーに入るイオンの運動エネルギにおける差に起因する空間分散を実質的に有さない出射するイオン軌道９０６を提供し得る。質量分析器は、例えば、イオン源とイオン光学システムとの間の領域９２０、イオン検出器とイオン光学システムとの間の領域９２２またはそれらの両方において提供され得る。質量分析器は、例えば、飛行時間質量分析器として役立ち得る実質的にゼロ電界領域であり得る。
【０１０２】
図１０を参照すると、多様な実施形態において、質量分析器１０００はまた、イオンミラー８０２、８０４、８０８、８１０の電圧を、ゼロ電界領域の電圧に設定することによって、線形のＴＯＦとして動作され得、ゼロ電界領域は、イオンミラーを介して作成され得、イオンがイオンミラー電極を直接通過することを可能にし、イオンがイオン源１００２からイオン検出器１００４までを進むことを可能にする。正確な電圧がイオンミラー８０２、８０４、８０８、８１０に印加されると、イオンは、図１０に概略的に示される効果的な経路１００６、１００７、１００８を進み、質量分析器システムは、従来の反射ＴＯＦ分析器におけるものと同一の機能のうちの１つ以上を達成するために使用され得るが、出射するイオン軌道１００８も提供し得、出射するイオン軌道１００８は、イオンが第１のイオンミラーに入るときに持っていた運動エネルギの相違に起因する空間分散を実質的に有さないで、入射するイオン軌道１００６と実質的に平行である。質量分析器は、例えば、イオン源とイオン光学システムとの間の領域１０２０、イオン検出器とイオン光学システムとの間の領域１０２２またはそれらの両方に提供され得る。質量分析器は、例えば、飛行時間質量分析器として役立ち得る実質的にゼロ電界領域であり得る。
【０１０３】
多様な局面において、本教示は、イオン光学システムと質量分析器とを備えている質量分析器システムを提供する。イオン光学システムは、偶数個のイオンミラーを備え、該イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオンが該第１のイオン光学システムに入るときに持っていたイオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該イオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されており；質量分析器は、飛行時間型、イオントラップ、四重極、ＲＦ多極、磁気セクタ、静電気セクタおよびイオン移動度分光測定器の少なくとも１つを備えている。
【０１０４】
多様な実施形態において、イオンフラグメンタは、イオン光学システムと質量分析器との間に配置される。イオンフラグメンタは、一部の実施形態において、イオンフラグメンタの入口が実質的にイオン光学システムの像面（例えば、像平面）と実質的に一致するように配置される。一部の実施形態において、イオンフラグメンタは、イオンフラグメンタの出口が、質量分析器の焦点面（例えば、対物焦点面）と実質的に一致するように配置される。
【０１０５】
多様な実施形態において、イオンセレクタは、第１のイオン光学システムのイオンミラーの間に配置され得ることにより、例えば、第１のイオン光学システムの２つのイオンミラーの間の選択運動エネルギを有するイオンの透過を防ぎ、それによって、第１のイオン光学システムによって透過されるイオン運動エネルギの範囲を選択する。従って、多様な実施形態において、第１のイオン光学システムは、イオンフラグメンタへの導入のための選択されたエネルギ範囲内の運動エネルギを有する一次イオンを選択し、質量分析器は、フラグメントイオンスペクトルの少なくとも一部を分析するように構成されている。
【０１０６】
図９および図１０を再び参照すると、多様な実施形態において、イオンセレクタ９８５、１０８５（例えば、時限イオンセレクタ）は、イオン光学システム（図９における第１〜第４のイオンミラー７０２、７０４、７０８、７１０全体として、図１０における８０２，８０４、８０８、８１０全体として）と質量分析器（例えば、イオン光学システムとイオン検出器との間の領域９２２、１０２２に配置される）との間に配置される。イオンセレクタは、一部の実施形態において、イオンセレクタの位置がイオン光学システムの像表面（例えば、像平面）と実質的に一致するように配置される。多様な実施形態において、イオン光学システムからのイオンの軌道は、イオンセレクタの軸と実質的に同軸である。一部の実施形態において、イオンセレクタは活性化されることにより、選択されたｍ／ｚ値の範囲内のイオンのみを透過させる。従って、多様な実施形態において、イオンセレクタ９８５、１０８５は、イオンフラグメンタ９９０、１０９０への導入のために一次イオンを（イオン光学システムによって透過されたイオンから）選択し、質量分析器は、フラグメントイオンの少なくとも一部を分析するように構成されている。
【０１０７】
図９を参照すると、多様な実施形態において、１つ以上のイオンセレクタ７３０、７３２は、イオン光学システムのイオンミラーの間に配置され得ることにより、イオン光学システムによって透過されたイオン運動エネルギの範囲を選択する。従って、多様な実施形態において、イオンセレクタ（例えば、７３０、７３２）を有するイオン光学システムは、選択されたエネルギ範囲内の運動エネルギを有するイオンを選択し、イオン光学システムと質量分析器との間に配置される第２のイオンセレクタ９８５（例えば、時限イオンセレクタ）は、イオンフラグメンタ９９０へ導入するための一次イオンを選択し、質量分析器は、フラグメントイオンの少なくとも一部を分析するように構成されている。
【０１０８】
多様な実施形態において、イオン光学システムは、質量分析器のゼロ電界領域に配置され得、エネルギ分散を実質的に有さないイオンビームを提供する。例えば、図３〜図８に図示される任意のイオン光学システム構成を、ＴＯＦ質量分析器のゼロ電界に追加することは、ＴＯＦ質量分析器システムを提供し得る。イオン光学システムへの挿入の例は、変更されたＴＯＦ質量分析器の概略的な位置エネルギダイアグラム１１００として、図１１に図示され、ここでｘ座標１１０２は、イオン軌道に沿った位置を表し、ｙ座標１１０４は、イオンエネルギを表す。多様な実施形態において、本教示のイオン光学システム１１０６は、ＴＯＦ−ＴＯＦ質量分析器の第１のゼロ電界領域１１０８に配置され得ることにより、ＴＯＦ−ＴＯＦ質量分析器システムを提供する。多様な実施形態において、イオンは、エネルギＶ１１００を有するパルスイオン源から生成され、供給源の動作条件は、特定のｍ／ｚ値のイオンが時限イオンセレクタ（ＴＩＳ）において時間どおりに収束され、ＴＩＳは、ＴＩＳの到達時間、従ってｍ／ｚ値に基づいてイオンを選択するように配置される。時限イオンセレクタは、イオン源１１１２から距離Ｄ１における第１のゼロ電界領域１１０８またはイオン源１１１６から距離Ｄ２における第２のゼロ電界領域１１１４のいずれかに位置され得る。イオン源とイオン光学システム１１０６との間の第１のゼロ電界領域の一部は、多様な実施形態において、飛行時間分析器として役立ち得る。多様な実施形態において、イオン源は、遅延型抽出パルスイオン源であり、イオン光学システムの対物平面は、イオン源の焦点（例えば、タイムラグ焦点）に配置される。
【０１０９】
（例えば、イオンフラグメンタを用いて）第２のゼロ電界領域において生成された選択されたイオンおよびそのフラグメントは、それらが追加のエネルギＶｃｃ１１２０を提供する第２のイオン加速器１１１８によって追加の距離Ｄ３を進んだ後で、さらに加速され得る。多様な実施形態において、選択されたイオンおよびそのフラグメントは、第２のイオン加速器１１１８の入口から距離Ｆで収束され得る。加速されたイオンおよびフラグメントは、第２の質量分析器１１２２において分離され得、かつ分析され得る。距離Ｆは、第２の質量分析器１１２２の焦点面までの距離であり得る。時限イオンセレクタは、第１のゼロ電界領域１１０８および第２のゼロ電界領域１１２２と共に、タンデムのＴＯＦ−ＴＯＦ質量分析器を備えており、ここにおいて、イオンを選択するための分析器の第１の段は、線形ＴＯＦ（第１のゼロ電界領域１１０８）であり、ここでフラグメント分析のための分析器の第２の段（第２のゼロ電界領域１１２２）は、線形または反射分析器であり得る。
【０１１０】
しかしながら、このような機器の第１の段における線形の分析器の使用は、イオン源が、同一のｍ／ｚ値を有するが、異なった運動エネルギを有するイオンを提供する状況において、解像度を減少させ得る。例えば、ＭＡＬＤＩ供給源によって生成されたエネルギ分布は、典型的に、レーザフルエンス、ＭＡＬＤＩマトリクスの特性および他の変量に依存することによって、時限イオンセレクタへの特定のｍ／ｚ値のイオンの到着時間分布は、制御されない様式で変更し得る。従来の反射分析器は、第１の段に対して解像度を向上させるために使用され得るが、従来の反射分析器の出射する軌道は、入射するイオンが非常に小さい直径のビームに制限され得る場合でも、入射するイオンの運動エネルギに依存する。このようなエネルギ分散は、効率的に収束され得ないイオンビームを作成し、典型的なＴＯＦ−ＴＯＦ機器の残りを介してより高い透過効率を可能にする。多様な実施形態において、第１のゼロ電界領域に挿入された本教示に従ったイオン光学システムの使用は、この問題を克服することを促進する。
【０１１１】
例えば、（偶数個のイオンミラーを備えた第１のイオン光学システムであって、該第１のイオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオンが該第１のイオン光学システムに入るときに持っていたイオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該第１のイオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されている）第１のイオン光学システム１１０６は、ＴＯＦ−ＴＯＦシステムの第１のゼロ電界領域１１０８に挿入され得る。この構成において、第１のイオン光学システム１１０６に対する時間焦点にイオン源に対する時間焦点を加算したものが選択されることにより、選択された質量のイオンが時限イオンセレクタ（ＴＩＳ）において時間通りに収束され得る。通常は、第１のイオン光学システム１１０６に対する焦点距離は、イオン源に対する焦点距離よりも十分に長くなるように選択されることにより、焦点上の供給源の条件の効果を減少し得る。
【０１１２】
本教示の局面、実施形態および特性は、以下の実施例からさらに理解され得、これはいかなる場合においても本教示の範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。
【実施例】
【０１１３】
実施例１および２は、第１のゼロ電界領域と図１２Ａおよび１２Ｂに図示されるイオン光学システム（これは図８のイオン光学システムに概略的、実質的に類似する）に実質的に類似するイオン光学システムとを含むように変更された（８５０ Ｌｉｎｃｏｌｎ Ｃｅｎｔｒｅ Ｄｒｉｖｅ，Ｆｏｓｔｅｒ Ｃｉｔｙ，ＣＡ ９４４０４，Ｕ．Ｓ．Ａ．のＡｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓによって販売された）Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ（登録商標）４７００ Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて取得された結果を示す。
【０１１４】
図１２Ａおよび１２Ｂを参照すると、挿入されたイオン光学システム１２００は、実質的に鏡面対称の関係性で第１の平面１２０６の対向する側に配置された第１の単一段のイオンミラー１２０２と第２の単一段のイオンミラー１２０４；および実質的に鏡面対称の関係性で第１の平面の対向する側に配置された第３の単一段のイオンミラー１２０８と第４の単一段のイオンミラー１２１０を備えている。変更されていない４７００Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒの動作を、イオン光学システム１２００が挿入されたものと比較するために、イオンミラー１２０２、１２０４、１２０８、１２１０の電位は、ゼロ電界領域の電気電位に設定され、それぞれミラー１２０２および１２０４の出口電極における開口部１２１２および１２１４は、イオンがイオン光学システムを介して透過されることを可能にした。図１２Ａを参照して、この「変更されていない４７００Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒ」動作モードにおいて、時限イオンセレクタおよび第２の質量分析器に進む前に、イオン源領域１２３０から、挿入されたイオン光学システム１２００によって変更されていない飛行経路を有するゼロ電界領域を介してイオン軌道１２３２に沿って、遮蔽チューブ１２３４、１２３６を通って、イオンは進む。
【０１１５】
図１２Ｂを参照して、挿入されたイオン光学システム１２００が利用される場合には、時限イオンセレクタおよび第２の質量分析器に進む前に、イオン源領域１２３０からイオンミラー１２０２、１２０４、１２０８、１２１０および（遮蔽チューブによって、浮遊電場から保護される）ゼロ電界領域１２４２、１２４４、１２４６を介して、イオン軌道１２４０に沿って、イオンは進む。多様な実施形態において、イオンセレクタは、第３のイオンミラー１２０８と第４のイオンミラー１２１０との間のゼロ電界領域に配置され得、例えば、エネルギフィルタを提供する。
【０１１６】
（実施例１：ＴＯＦ測定）
この実施例は、「変更されていない４７００Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒ」動作モードおよび挿入されたイオン光学システム１２００を利用するモードにおけるＴＯＦ質量分析器として動作される上記の変更された４７００Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて取得された実験データを示す。図１３Ａ〜１６Ｂにおいて、変更されていない４７００Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒ動作モードのデータは、「４７００線形スペック」として記され、挿入されたイオン光学システム１２００を利用するモードにおける動作に対するデータは、「４７００リフレクタスペック」として記される。これらのデータは、変更されていない４７００Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒにおける時限イオンセレクタの位置の近くに配置されるイオン検出器を用いて取得された。
【０１１７】
図１３Ａ〜Ｄは、２つの異なるレーザフルエンス；低いレーザフルエンス（図１３Ａ、１３Ｂ）および高いレーザフルエンス（図１３Ｃ、１３Ｄ）に対して取得されるマトリクスダイマ（ｍ／ｚ ３７９．１）のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ測定値を比較し、「変更されていない４７００Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒ」動作モード（図１３Ａ、１３Ｃ）において取得されたスペクトルを、挿入されたイオン光学システム１２００を利用するモード（図１３Ｂ、１３Ｄ）における動作に対するスペクトルと比較する。
【０１１８】
図１４Ａ〜Ｄは、２つの異なるレーザフルエンス；低いレーザフルエンス（図１４Ａ、１４Ｂ）および高いレーザフルエンス（図１４Ｃ、１４Ｄ）に対して取得されるｄｅｓ−Ａｒｇブラジキニン（ｍ／ｚ ３７９．１）の測定値を比較し、「変更されていない４７００Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒ」動作モード（図１４Ａ、１４Ｃ）において取得されたスペクトルを、挿入されたイオン光学システム１２００を利用するモード（図１４Ｂ、１４Ｄ）における動作に対するスペクトルと比較する。
【０１１９】
図１５Ａは、挿入されたイオン光学システム１２００を利用する高いレーザ強度において取得されたｄｅｓ−Ａｒｇブラジキニン、アンギオテンシンＩおよびｇｌｕＩフィブリノペプチドタイン（ｆｉｂｒｉｎｏｐｅｐｔｉｄｔｅｉｎ）を含む標準のペプチドの混合物に対するＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量スペクトルを描き、図１５Ｂ〜１５Ｄは、それぞれ約９０４、１２９６および１５７０という基準ｍ／ｚ値におけるプロトン化された分子イオンの領域における図１５Ａの拡大された部分を描く。
【０１２０】
図１６Ａは、図１５Ａのスペクトルの一部の拡大図を描き、１６Ｂは、より低いレーザフルエンスにおいて取得された類似の結果である。
【０１２１】
図１３、１４および１６における垂線は、ＴＯＦ−ＴＯＦ機器における前駆体選択に対する適用に対する、これらの実施例における検出器の位置に配置された時限イオンセレクタに対して選択され得る時間ウィンドウを表す。図１６Ａにおいて、例えば、質量９０４．４６を透過させるように設定された時限イオンセレクタに対する１９ナノ秒のウィンドウの使用は、ｍ／ｚ９０４．４６の約９６％が、高いレーザ強度においてｍ／ｚ９０５．４６の隣接するピークの１％未満の透過を用いて透過されることを可能にする。このことは、挿入されるイオン光学システム１２００を利用しない図１４Ｃと比較され得、ここで隣接するピークは、時限イオンセレクタの任意の設定を用いて分離され得ない。
【０１２２】
（実施例２：ＴＯＦ−ＴＯＦ測定値）
この実施例は、挿入されたイオン光学システム１２００を利用する「４７００ Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒ」ＴＯＦ−ＴＯＦ質量分析器として動作される上記の変更された４７００ Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて取得された実験データを示す。ＴＯＦ−ＴＯＦ動作モード（またはＭＳ／ＭＳモード）において、イオンは、４７００ Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒの時限イオンセレクタを用いる解析の第２段に対して選択される。
【０１２３】
図１７Ａおよび１７Ｂは、３つの合成ペプチド：ＡＰＬＡＶＧＡＴＫ（ｍ／ｚ８２７．５；配列番号１）；ＡＶＬＡＶＧＡＴＫ（ｍ／ｚ８２９．５；配列番号２）；およびＡＴＬＡＶＧＡＴＫ（ｍ／ｚ８３１．５；配列番号３）の混合物に対するＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量スペクトルの分子イオン領域を描く。図１７Ａにおいて、時限イオンセレクタは、相対的に広いｍ／ｚ範囲を透過させるように設定されることにより、３つ全部のペプチドに対する前駆体イオンが透過し、図１７Ｂにおいて、時限イオンセレクタは、ｍ／ｚ値８２７．５を糖化させるように設定される。
【０１２４】
図１８Ａおよび１８Ｂは、それぞれ、図１７Ａおよび１７Ｂにおいて描かれるスペクトルに対する、フラグメントイオンを含む完全なスペクトルを描く。
【０１２５】
図１９Ａおよび１９Ｂは、それぞれ、図１８Ａおよび１８Ｂの拡大された部分を描く。
【０１２６】
図１７Ａ〜２１におけるフラグメントイオンは、当該分野において公知の従来技術に従ってラベルされ、ここにおいてＣ付着端上の電荷とのペプチド結合の分割から形成されたフラグメントは、ｙイオンとしてラベルされ、Ｎ付着端上の電荷とのペプチド結合の分割から形成されたフラグメントは、ｂイオンとしてラベルされる。両方の場合において、数字はフラグメント内のアミノ酸残基の数を示し、括弧内の数字は、電荷状態である。このテスト混合物に存在するペプチドに対して、ｙ８よりも小さいｙイオンは、全部で３つのペプチドに共通であり、ｂ２よりも大きいｂイオンは、それぞれ、プロリン（Ｐ）、バリン（Ｖ）、スレオニン（Ｔ）の質量差に対応する約２質量単位だけ異なる。図１７Ａ〜２０Ｃにおいて、Ｎ付着端からの第２の位置においてＰを有する質量８２７．５のフラグメントがラベルされる。質量８２７．５の選択に対応する、図１８Ｂおよび１９Ｂにおいて、質量８２７．５のフラグメントに対応して実質的に全てのフラグメントのピークが検出され、ラベルされた。対照的に、図１８Ａおよび１９Ａにおいて、全部で３つの成分のより低い解像度の選択に対応して、質量８２７．５からのｂイオンは、その他の２つの成分からのよりより高い質量のｂフラグメントによって付随される。
【０１２７】
図２０Ａ〜２０Ｃは、時限イオンセレクタによって選択されたｍ／ｚ８３１．５で、図１５Ａの３つのペプチドの同一の混合物に対して取得されたＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量スペクトルを描く。図２０Ａ〜２０Ｃにおいて、ラベルされたｂフラグメントは、アミノ酸スレオニン（Ｔ）を含むフラグメントに対応し、混合物中のその他のペプチドからの、よりより低い質量のｂフラグメントは検出されない。
【０１２８】
図２１は、全部で３つのペプチドに共通なフラグメントイオン、ｙ４の強度を、時限イオンセレクタによって選択されたｍ／ｚ値の関数として描く。これらの結果は、フラグメントイオンに対する解像度が、対応する前駆体イオンに対する解像度と本質的に同一であることを示す。
【０１２９】
本出願において引用された全ての文献および類似する資料は、このような文献および類似する資料のフォーマットにかかわらず、特許、特許出願、記事、書籍、論文およびウェブページを含むが、これらに限定はされず、それらの全体が、参考として明確に援用される。援用された文献および類似する資料のうちの１つ以上が、定義される用語、用語の使用、記載される技術などを含むがこれらに限定はされない本出願と異なる、または該出願を否定する場合には、本出願が支配する。
【０１３０】
本明細書で使用されるセクションの見出しは、構成上の目的のみのためであり、記載される対象事項をいかなる方法においても制限するものと解釈されるべきではない。
【０１３１】
本教示は、多様な実施形態および実施例と関連して記載されているが、本教示がこのような実施形態または実施例に制限されることは意図されない。反対に、本教示は、当業者によって認識されるように多様な代替物、変更物および均等物を包含する。
【０１３２】
特許請求の範囲は、その効果に対して述べられない限り、記載される順序またはエレメントに制限されるように読まれるべきではない。添付される特許請求の範囲から逸脱することなく、形態および詳細における多様な変更がなされ得ることが理解されるべきである。例として、任意の開示された特徴が任意の他の開示された特徴と組合わされ得ることにより、本教示に従ったイオン光学システムまたは質量分析器システムを提供する。例えば、イオン光学システムの任意の多様な開示された実施形態は、イオン源、イオンセレクタ、イオンフラグメンタおよびイオン検出器のうちの１つ以上、イオンガイド、イオン収束エレメント、イオン操縦エレメント、別のイオン光学システムならびに１つ以上の質量分析器（例えば、飛行時間、イオントラップ、四重極、ＲＦ多極、磁気セクタ、静電気セクタおよびイオン移動度分光測定器）を組み合わせ得ることにより、本教示に従った、質量分析器および質量分析器システムを提供する。結果として、添付する特許請求の範囲およびその均等物の範囲および精神の範囲内の全ての実施形態が主張される。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１Ａ】図１Ａは、単一段のイオンミラーおよび異なる運動エネルギを有するイオンの代表的なイオン軌道を概略的に描写する。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの単一段のイオンミラーのイオン収束を概略的に描写する。
【図２】図２は、２つの単一段のイオンミラーおよび２つの異なる運動エネルギを有するイオンの代表的なイオン軌道を概略的に描写する。
【図３】図３は、２つの対称的に配列されたイオンミラーおよび代表的なイオン軌道を備えたイオン光学システムの多様な実施形態を概略的に描写する。
【図４】図４は、２つの対称的に配置されたイオンミラーおよび異なる運動エネルギを有する代表的なイオン軌道を備えたイオン光学システムの多様な実施形態を概略的に描写し、ここに、該イオン光学システムから出るイオンの軌道は、該イオン光学システムに入る対応するイオン軌道に実質的に垂直である。
【図５】図５は、２つの対称的に配置されたイオンミラーおよび異なる運動エネルギを有する代表的なイオン軌道を備えているイオン光学システムの多様な実施形態を概略的に描写し、ここに、該イオン光学システムから出るイオンの軌道は、該イオン光学システムに入る対応するイオン軌道に実質的に反平行である。
【図６】図６は、４つの対称的に配置されたイオンミラーおよび異なる運動エネルギを有する代表的なイオン軌道を備えているイオン光学システムの多様な実施形態を概略的に描写し、ここに、該イオン光学システムから出るイオンの軌道は、該イオン光学システムに入る対応するイオン軌道に実質的に反平行である。
【図７】図７は、４つの対称的に配置されたイオンミラーおよび異なる運動エネルギを有する代表的なイオン軌道を備えているイオン光学システムの多様な実施形態を概略的に描写し、ここに、該イオン光学システムから出るイオンの軌道は、該イオン光学システムに入る対応するイオン軌道に実質的に平行であるが、そこから横に変位される。
【図８】図８は、４つの対称的に配置されたイオンミラーおよび異なる運動エネルギを有する代表的なイオン軌道を備えているイオン光学システムの多様な実施形態を概略的に描写し、ここに、該イオン光学システムから出るイオンの軌道は、該イオン光学システムに入る対応するイオン軌道に実質的に平行である。
【図９】図９は、図７で概略的に描写されるイオン光学システムを備えた質量解析器システムを概略的に描写する。
【図１０】図１０は、図８で概略的に描写されるイオン光学システムを備えた質量解析器システムを概略的に描写する。
【図１１】図１１は、実質的に図８で概略的に描写されるようなイオン光学システムを組み込んでいる質量解析器システムの電位のダイアグラムを概略的に描写する。
【図１２Ａ】図１２Ａおよび図１２Ｂは、４つの対称的に配列されたイオンミラーを備たイオン光学システムを有する質量解析器システムの一部分の断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａおよび図１２Ｂは、４つの対称的に配列されたイオンミラーを備たイオン光学システムを有する質量解析器システムの一部分の断面図である。
【図１３】図１３は、本教示に従ってイオン光学システムを使用し、および使用しないで獲得されたＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量スペクトルを比較する実施例１の実験データを描写する。
【図１４】図１４は、本教示に従ってイオン光学システムを使用し、および使用しないで獲得されたＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量スペクトルを比較する実施例１の実験データを描写する。
【図１５】図１５は、本教示に従ってイオン光学システムを使用し、および使用しないで獲得されたＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量スペクトルを比較する実施例１の実験データを描写する。
【図１６】図１６は、本教示に従ってイオン光学システムを使用し、および使用しないで獲得されたＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量スペクトルを比較する実施例１の実験データを描写する。
【図１７】図１７は、本教示に従ってイオン光学システムを使用して獲得されたＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＴＯＦ質量スペクトルを比較した実施例２の実験データを描写する。
【図１８】図１８は、本教示に従ってイオン光学システムを使用して獲得されたＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＴＯＦ質量スペクトルを比較した実施例２の実験データを描写する。
【図１９】図１９は、本教示に従ってイオン光学システムを使用して獲得されたＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＴＯＦ質量スペクトルを比較した実施例２の実験データを描写する。
【図２０】図２０は、本教示に従ってイオン光学システムを使用して獲得されたＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＴＯＦ質量スペクトルを比較した実施例２の実験データを描写する。
【図２１】図２１は、選択された前駆体の機能として実施例２の３つのペプチドすべてに共通である断片の透過を描写する。
【背景技術】
【０００１】
（導入）
飛行時間（ＴＯＦ）の質量分析法（ＭＳ）は、広く使用される分析技術となった。質量分析法の装置性能の２つの重要な評価指標は、分解能および感度である。質量分析法において、測定値の質量分解能は、異なった質量電荷比（ｍ／ｚ）値のイオンを分離する能力と関係がある。質量分析法の装置の感度は、ソースから検出器へのイオン透過の効率およびイオン検出の効率と関係がある。ＴＯＦ装置を含む多様な質量分光器において、感度を犠牲にして分解能を改良することは可能であり、逆もそうである。
【０００２】
ＴＯＦ質量解析器の分解能を本来的に制限し得るＴＯＦ ＭＳの幾つかの局面がある。具体的には、イオンは、ソース領域において、異なる時間に、異なる位置で、異なる初速で、形成され得る。イオン形成時間、位置および速度におけるこれらの広がりは、同じｍ／ｚで異なった運動エネルギを達成する一部のイオン（および異なったｍ／ｚで同じ運動エネルギを達成する一部のイオン）という結果になり、なぜならイオンが電場を抽出する（ｅｘｔｒａｃｔ）のに費やす時間の長さにおける相違、イオンが形成される電場の強さにおける相違、および／または異なる最初の運動エネルギのためである。結果として、ＴＯＦ質量分析器装置の分解能および性能は、劣化され得る。
【０００３】
質量分析器の質量の分解能は、比ｍ／δｍとして表現され得、ここに、ｍは、特定の一価のイオンの質量であり、δｍは、質量単位におけるピークの幅である。伝統的なＴＯＦ装置においては、イオンは、検出器へのイオンの飛行時間ｔに従って分離され、ほとんどの場合には、質量／電荷比は、飛行時間の平方に比例する。それゆえ、分解能Ｒは、ＴＯＦ装置においては、
【０００４】
【数１】
として表現され得る。
【０００５】
イオン源を含む簡易な線形のＴＯＦ装置において、イオン源でイオンが形成され最終エネルギーまで加速され、最終エネルギーは、実質的にイオンのｍ／ｚ比に対して独立であり、飛行時間は、実効飛行距離に比例し、イオンエネルギの平方根に反比例し、および質量／電荷比の平方根に直接的に比例する。特定のｍ／ｚのイオンに対する運動エネルギまたは実効飛行時間のなんらかの変動は、飛行時間の変動および分解能における対応する減少を引き起こす。
【０００６】
多くの場合に、分解能を制限する主要な要因は、イオンの運動エネルギにおける広がりであり得る。これらの場合に、イオンミラーが、しばしば、一次的および二次的に、飛行時間上での運動エネルギの影響を補償するために使用され、それによって、ＴＯＦ装置の分解能を改良する。しかしながら、先行技術のイオンミラーの１つの特性は、イオンミラーがエネルギ分散を生成し、それによって、異なる運動エネルギのイオンは、特定の焦点面に時間収束され得るが、イオンの運動エネルギに従って該平面に平行な方向に変位される。多くの応用において、これは、問題にはなり得ないが、他の応用においては、質量解析器の分解能および感度の両方を制限し得る。例えば、単一段のＴＯＦ装置においては、このエネルギ分散によって、異なる運動エネルギのイオンを、検出器上の異なる地点に衝突させ得るが、該検出器が十分に大きく、検出器の平面が正確に焦点面と配列される場合には、分解能または感度のいずれかにおける損失は、実質的に生じない。しかしながら、イオンミラーがＴＯＦ−ＴＯＦシステムの第１段で使用される応用では、第１段におけるエネルギ分散は、装置の第２段において感度および分解能の両方にかなりの損失を引き起こし得る。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（概要）
本教示は、質量解析システムのためのイオン光学システムに関する。
【０００８】
イオンミラーは、イオンを、第１の焦点面（対物面）から第２の焦点面（像面）に反射させるために使用され得、その結果、第１の焦点面のイオンは、第２の焦点面に、第１の焦点面でこれらのイオンの間に存在した運動エネルギの相違にかかわらず、実質的に同じ時間で、到達する。本明細書中で我々は、異なった運動エネルギを有するイオンを、空間中の特定の平面に、実質的に同じ時間に持って来るプロセスを「エネルギ収束」として言及する。しかしながら、対物面でのイオン間の運動エネルギの相違にかかわららず、イオンは、像面に実質的に同時に到着させられ得るけれども、異なる運動エネルギを有するイオンは、像面上で同じ空間的位置に到着しない。むしろ、異なる運動エネルギを有するイオンの退出の軌道は、像面（または該像面に実質的に平行である平面）と、異なる空間的位置で交わり、異なる空間的位置は、一般的には、文字通りこのような平面に渡って分散される。このプロセスは、例えば、「エネルギ分散(ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ)」として言及されてきた。なぜなら、例えば、このプロセスは、イオンの運動エネルギの相違の原因であるイオンの軌道の空間分散に言及するからである。
【０００９】
当業者は、本明細書中で、エネルギ分散、エネルギ収束、対物面および像面という用語を使用して記載された概念は、異なる用語を使用して記載され得ることを理解する。イオンミラーは、異なる運動エネルギを有するイオンを、空間中の特定の平面に実質的に同時に持って来るために使用され得るので、このプロセスは、「エネルギ収束（ｅｎｅｒｇｙ ｆｏｃｕｓｉｎｇ）」、「時間収束（ｔｉｍｅ ｆｏｃｕｓｉｎｇ）」および「一時的収束（ｔｅｍｐｏｒａｌ ｆｏｃｕｓｉｎｇ）」を含む当業における幾つかの用語によって言及されてきた。さらに、例えば、「空間収束（ｓｐａｃｅ ｆｏｃｕｓ）」、「空間収束面（ｓｐａｃｅ ｆｏｃｕｓ ｐｌａｎｅ）」、「空間焦点面（ｓｐａｃｅ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ）」、「時間収束（ｔｉｍｅ ｆｏｃｕｓ）」および「時間収束面（ｓｐａｃｅ ｆｏｃｕｓ ｐｌａｎｅ）」は、すべて、本明細書中で対物面および像面として言及されるもののうちの１つ以上に言及するために当業で使用されてきた。不幸にも、「エネルギ収束（ｅｎｅｒｇｙ ｆｏｃｕｓｉｎｇ）」、「時間収束（ｔｉｍｅ ｆｏｃｕｓｉｎｇ）」、「一時的収束（ｔｅｍｐｏｒａｌ ｆｏｃｕｓｉｎｇ）」、「空間収束（ｓｐａｃｅ ｆｏｃｕｓ）」、「空間収束面（ｓｐａｃｅ ｆｏｃｕｓ ｐｌａｎｅ）」、「空間焦点面（ｓｐａｃｅ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅ）」、「時間収束（ｔｉｍｅ ｆｏｃｕｓ）」および「時間収束面（ｓｐａｃｅ ｆｏｃｕｓ ｐｌａｎｅ）」はまた、イオンミラーのエネルギ収束とは本質的に異なるプロセスを記載するために飛行時間質量分析技術において使用されてきた。したがって、質量分析技術に見出される用語の複雑な使用が与えられるので、本明細書中で使用される「エネルギ分散（ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）」、「エネルギ収束（ｅｎｅｒｇｙ ｆｏｃｕｓｉｎｇ）」、「対物面（ｏｂｊｅｃｔ ｐｌａｎｅ）」および「像面（ｉｍａｇｅ ｐｌａｎｅ）」という用語は、説明における正確性および首尾一貫性のためにのみ選択され、本教示の文脈から記述された要旨を決して制限する意味にとってはならない。
【００１０】
本教示は、２つ以上のイオンミラーを備えているイオン光学システムを提供する。多様な実施形態において、本教示は、イオンがイオン光学システムに入るときに有し得た運動エネルギの相違に起因した実質的な空間分散が、ないイオンのエネルギ収束を提供し得るイオン光学システムを提供する。イオンがイオン光学システムに入った後に生じ得る他のプロセス（例えば、空間電荷効果、イオンの断片化などを含むがこれに限定されない）に起因するイオンの運動エネルギにおける相違は、本教示によってイオンがイオン光学システムに入ったときに有する運動エネルギの相違とは考えられないことが理解されるべきである。多様な実施形態において、本教示に従うイオン光学システムのイオンミラーは、平面の回りに実質的に鏡面対称に配列される。
【００１１】
イオンミラーの広く多様な配列は、本教示の範囲内に存在する。例えば、イオン光学システムから出るイオンの軌道は、イオン光学システムに入る対応するイオンの軌道と関連して、実質的に平行であり、実質的に反平行であり、または、その軌道間でほとんど任意の角度になるように、イオンミラーは、配列され得る。イオン光学システムに入るイオンの軌道およびイオン光学システムから出るイオンの軌道は、対称な平面の対向する側上にあり得る。
【００１２】
多様な実施形態において、イオンミラーは、入ってくるイオン軌道と対応する出て行くイオン軌道との間で、横方向の変位を提供するか、または実質的に横方向の変位を提供しないように配列され得る。例えば、多様な実施形態において、イオン光学システムから出るイオンの軌道が、イオン光学システムに入るイオンの軌道と実質的に一致し、イオン光学システムに入るイオンの軌道に対して平行であるか、反平行であるように、イオンミラーは、配列され得る。
【００１３】
多様な局面において、本教示は、偶数個のイオンミラーを備えたイオン光学システムであって、該イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオン光学システムに入るときにイオンが持っていたイオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該イオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わる該軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されている、イオン光学システムを提供する。多様な実施形態において、前記イオンミラーは、複数の対になって配列されており、各対の第１の要素と第２の要素とは、第１の平面の対向する側に配置されており、その結果、該対の該第１の要素は、該対の該第２の要素の位置に関して、該第１の平面に対して鏡面対称である位置を有することになる。
【００１４】
多様な局面において、本教示は、第１のイオンミラーと、第２のイオンミラーとを備え、該第２のイオンミラーを出るイオンの軌道であって、該イオン光学システムに入るときにイオンが持っていたイオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該第２のイオンミラーの像焦点面に実質的に平行である面と交わる該軌道が提供され得るように、該第１のイオンミラーと該第２のイオンミラーとが配列されている、イオン光学システムを提供する。多様な実施形態において、該第１のイオンミラーと該第２のイオンミラーとは、第１の平面に関して鏡面対称になるように、前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーとは、該第１の平面の対向する側に配置されている。したがって、多様な実施形態において、第１のイオンミラーの電場は、第２のイオンミラーの電場に関して第１の平面に対して実質的に鏡面対称である。
【００１５】
多様な局面において、本教示は、イオン光学システムであって、イオンミラーの２つ以上の対を備え、イオンミラーの各対の該要素は、イオンミラーの対の該第１の要素が、該対の該第２の要素の位置に対して第１の平面に対して鏡面対称になるように、該第１の平面の対向する側に配置されている、イオン光学システムを提供する。多様な実施形態において、該イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオン光学システムの焦点面に実質的に平行である面と、該イオン光学システムに入るときに該イオンが持っていた該イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で交わる該軌道が、提供され得るように、イオンミラーが配列されている。
【００１６】
多様な局面において、本教示は、４つのイオンミラーを備えたイオン光学システムであって第１のイオンミラーと第２のイオンミラーとは、該第１のイオンミラーは、該第２のイオンミラーの位置に対して、第１の平面に対して鏡面対称になる位置を有するように、該第１の平面の対向する側に配置されており、第３のイオンミラーと第４のイオンミラーとが、該第３のイオンミラーは、該第４のイオンミラーの位置に対して、第１の平面に対して実質的に鏡面対称になる位置を有するように、該第１の平面の対向する側に配置されている、イオン光学システムを提供する。多様な実施形態において、前記第４のイオンミラーを出るイオンの軌道であって、該第４のイオンミラーの像焦点面に実質的に平行である面と、該第１のイオンミラーに入るときに該イオンが持っていた、イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で交わる該軌道が、提供され得るように、該イオンミラーが配列されている。
【００１７】
本教示のイオン光学システムの多様な実施形態において、イオン光学システムは、イオン源、イオンセレクタ、イオンフラグメンタ、イオン検出器の一つ以上を備えている。イオン光学システムは、さらに、イオンガイド（例えば、ＲＦ多極、、ガイドワイア）、イオン収束素子（例えば、エインゼルレンズ（ｅｉｎｚｅｌ ｌｅｎｓ））およびイオン操縦素子（例えば、ディフレクタ板）のうちの１つ以上をさらに備えている。多様な実施形態において、イオンセレクタは、選択運動エネルギを有するイオンの透過を防止するためにイオン光学システムの２つのイオンミラーの間に配置される。このような配置は、イオン光学システムの少なくとも２つのイオンミラーの間に存在し得るエネルギ分散を利用し得る。適切なイオンセレクタは、イオンの位置に基づいてイオンの透過を防止し得る任意の構造を含む。
【００１８】
多様な実施形態において、本教示のイオン光学システムは、第１のイオン光学システムおよび第２のイオン光学システムを備えている。多様な実施形態において、該第１のイオン光学システムは、偶数個のイオンミラーを備え、該第１のイオン光学システムを出るイオンの軌道であって、イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該第１のイオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わる該軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されており；第２のイオン光学システムは、偶数個のイオンミラーを備え、該第２のイオン光学システムを出るイオンの軌道であって、イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該イオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わる該軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されている。該第１のイオン光学システムのイオンミラー、該第２のイオン光学システムのイオンミラー、または両方のイオンミラーは、複数の対に配列されており、各対の第１の要素と第２の要素とは、その対の該第１の要素が、その対の該第２の要素の位置に対して、第１の平面に対して鏡面対称である位置を有するように、該第１の平面の対向する側に配置されている。
【００１９】
多様な実施の形態において、イオンフラグメンタは、第１のイオン光学システムと第２のイオン光学システムとの間に配置される。一部の実施形態において、該イオンフラグメンタは、該イオンフラグメンタへの入口が、第１のイオン光学システムの像面（例えば、像平面）と実質的に一致するように配置される。一部の実施の形態において、該イオンフラグメンタは、該イオンフラグメンタの該出口が、該第２のイオン光学システムの焦点面（例えば、対物焦点面）に実質的に一致するように配置される。多様な実施形態において、イオンセレクタは、例えば、第１のイオン光学システムの２つのイオンミラーの間の選択運動エネルギを有するイオンの透過を防止するように、第１のイオン光学システムのイオンミラーの間に配置され得、それによって、第１のイオン光学システムによって透過されたイオン運動エネルギの範囲を選択する。したがって、多様な実施形態において、第１のイオン光学システムは、イオンフラグメンタへの導入のために、選択されたエネルギ範囲における運動エネルギを有する一次イオンを選択し、第２のイオン光学システムは、フラグメントイオンの少なくとも一部を透過するように構成されている。
【００２０】
多様な局面において、本教示は、イオン光学システムと、一つ以上の質量分析器とを備えた質量分析器システムを提供する。一つ以上の質量分析器は、例えば、飛行時間、四重極、ＲＦ多極、磁気セクタ、静電セクタ、イオントラップ、およびイオン移動度分光計の少なくとも一つを備える。質量分析器システムは、一つ以上のイオンガイド（例えば、ＲＦ多極ガイド、ガイドワイヤ）、イオン収束素子（例えば、エインゼルレンズ）、イオン操縦素子（例えば、ディフレクタ板）、イオン源、イオンセレクタ、イオンフラグメンタ、およびイオン検出器をさらに備え得る。多様な実施形態において、本教示が提供し得る質量分析器システムは、タンデムＴＯＦ−ＴＯＦ質量分析システムのための第１の飛行時間（ＴＯＦ）質量セレクタ；およびＴＯＦ−ＴＯＦ質量分析システムを含むが、それらに限定されるものではない。
【００２１】
多様な実施形態において、本教示は、第１のイオン光学システムと第１の質量分析器を備えた質量分析器システムを提供する。第１のイオン光学システムは、偶数個のイオンミラーを備え、該イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオンが該第１のイオン光学システムに入るときに持っていたイオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該イオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わる該軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されており；第１の質量分析器は、飛行時間、四重極、ＲＦ多極、磁気セクタ、静電セクタ、イオントラップ、およびイオン移動度分光計の少なくとも１つを備えている。多様な実施形態において、第１のイオン光学システムは、イオンフラグメンタへの導入のための一次イオンを選択し、質量分析器は、フラグメントイオンスペクトルの少なくとも一部を分析する。
【００２２】
多様な実施形態において、質量分析器システムは、１つ以上のセレクタを備える。多様な実施形態において、イオンセレクタは、イオン光学システムおよび質量分析器の間に配置され、イオン光学システムの２つのイオンミラーは、選択運動エネルギーを有するイオンの透過をさせるためのものであり、またはその両方である。例えば、多様な実施形態において、イオンセレクタは、イオンセレクタの位置が第１のイオン光学システムの像面（例えば、像平面）に実質的に一致するように、イオン光学システムと質量分析器との間に配置される。適切なイオンセレクタは、例えば、時限イオンセレクタを含む。多様な実施形態において、第１のイオン光学系からのイオンの軌道は、イオンセレクタの軸と実質的に同軸である。多様な実施形態において、イオンセレクタは、電力を通されて、選択されたｍ／ｚ比の範囲内のイオンのみを、例えば、イオンフラグメンタに透過し、そのイオンフラグメンタは、イオンセレクタおよび質量分析器の間に配置されている。したがって、多様な実施形態において、イオンセレクタは、イオンフラグメンタの中への導入のために（イオン光学システムから透過されたイオンからの）一次イオンを選択し、質量分析器は、フラグメントイオンの少なくとも一部を分析するように構成される。
【００２３】
多様な実施形態において、イオンセレクタは、選択運動エネルギを有するイオンの透過を避けるように第１のイオン光学システムの２つのイオンミラーの間に置かれる。そのような配置は、イオン光学システムの少なくとも２つのイオンミラーの間に存在し得るエネルギ分散を利用し得る。適切なイオンセレクタは、イオン位置に基づいてイオンの透過を避け得る任意の構造を含む。
【００２４】
したがって、多様な実施形態において、イオンセレクタを有するイオン光学システムは、イオンセレクタの中への導入のために選択されたエネルギ範囲における運動エネルギを有する一次イオンを選択し、質量分析器は、フラグメントイオンの少なくとも一部を分析するように構成される。多様な実施形態において、イオンセレクタを有する第１のイオン光学システムは、フラグメンタの中にイオンを導入するために、選択されたエネルギ範囲における運動エネルギを有する一次イオンを選択し、第２のイオン光学システムは、透過のために選択されたエネルギ範囲の運度エネルギを有するフラグメントイオンの少なくとも一部を選択し、質量分析器は、選択されたフラグメントイオンの少なくとも一部を分析するように構成される。
【００２５】
多様な実施形態において、本教示は、第１の質量分析器と、第１のイオン光学システムと、第２の質量分析器とを備えた質量分析器システムを提供し、第１のイオン光学システムは、偶数個のイオンミラーを備え、該第１のイオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオンが第１のイオン光学システムに入るときに持っていたイオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該第１のイオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されている。第１の質量分析器は、例えば、飛行時間、四重極、ＲＦ多極、磁気セクタ、静電セクタ、イオントラップ、およびイオン移動度分光計の少なくとも一つを備え、第２の質量分析器は、飛行時間、四重極、ＲＦ多極、磁気セクタ、静電セクタ、イオントラップ、およびイオン移動度分光計の少なくとも一つを備える。多様な実施形態において、第１および第２の質量分析器は、各々、飛行時間（例えば、実質的にゼロ電界領域）を備える。
【００２６】
多様な実施形態において、イオンセレクタは、例えば、イオン光学システムの２つのイオンミラーの間で選択運動エネルギを有するイオンの透過を避けるように本教示のイオン光学システムのイオンミラーの間に配置され得、それによって、イオン光学システムによって透過されたイオン運動エネルギの範囲を選択する。したがって、多様な実施形態において、イオンセレクタを有するイオン光学システムは、イオンフラグメンタの中への導入のために選別されたエネルギ範囲での運動エネルギで、一次イオンを選択し、質量分析器は、フラグメントイオンの少なくとも一部を分析するように構成される。
【００２７】
多様な実施形態において、イオンセレクタ（例えば、時限イオンセレクタ）は、第１のイオン光学システムおよび質量分析器との間に配置される。イオンセレクタは、一部の実施形態において、イオンセレクタの位置が、第１のイオン光学システムの像面（例えば、像平面）に実質的に一致するように配置される。多様な実施形態において、第１のイオン光学システムからのイオンの軌道は、イオンセレクタの軸と実質的に同軸である。一部の実施形態において、イオンセレクタは、電力を通されて、選択されたｍ／ｚ範囲内のイオンのみを透過する。従って、多様な実施形態において、イオンセレクタは、イオンフラグメンタの中への導入のために一次イオン（イオン光学システムによって透過されたイオンから）を選択し、質量分析器は、フラグメントイオンの少なくとも一部を分析するよう構成される。
【００２８】
多様な実施形態において、第１のイオンセレクタは、イオン光学システムによって透過されたイオン運動エネルギの範囲を選択するよう、イオン光学システムのイオンミラーの間に配置され得る。したがって、多様な実施形態において、イオンセレクタを有するイオン光学システムは、選択されたエネルギ範囲における運動エネルギを有するイオンを選択し、第２のイオンセレクタ（例えば、時間イオン選択）は、イオン光学システムおよび質量分析器の間に配置され、イオンフラグメンタの中へ導入するために一次イオンを選択し、質量分析器は、フラグメントイオンの少なくとも一部を分析するように構成される。
【００２９】
多様な実施形態において、本教示の質量分析器システムは、第２のイオン光学システムをさらに備える。多様な実施形態において、第２のイオン光学システムは、偶数個のイオンミラーを備え、該第２のイオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオンが該第２のイオン光学システムに入るときに持っていたイオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該第２のイオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されている。第１のイオン光学システムのイオンミラー、第２のイオン光学システムのイオンミラー、または両方は、複数の対に配列され、各対の第１の要素と第２の要素とは、その対の該第１の要素が、その対の該第２の要素の位置に対して、第１の平面に対して鏡面対称である位置を有するように、該第１の平面の対向する側に配置され得る。
【００３０】
多様な実施形態において、イオンセレクタは、第１のイオン光学システムと第２のイオン光学システムとの間に配置されている。イオンセレクタは、一部の実施形態において、イオンセレクタの位置が、第１のイオン光学システムの像面（例えば、像平面）に一致するように、配置され、第１のイオン光学システムからのイオンの軌道は、イオンセレクタの軸と実質的に同軸である。一部の実施形態において、イオンセレクタは、電力を通されて、選択されたｍ／ｚ比の範囲内のイオンのみを透過する。したがって、多様な実施形態において、イオンセレクタは、フラグメンタの中にイオンを導入するために一次イオン（第１のイオン光学システムから透過されたイオンから）を選択し、第２のイオン光学システムは、フラグメントイオンの少なくとも一部を質量分析器に透過するように構成され、該質量分析器は、選択されたフラグメントイオンの少なくとも一部を分析するように構成される。
【００３１】
イオンセレクタは、多様な実施形態において、例えば、選択運動エネルギを有するイオンの透過を避けるように、本教示のイオン光学システムのイオンミラーの間に配置され、質量分析器の一つ以上のイオン光学システムは、多様な実施形態において、イオン運動エネルギの選択範囲におけるイオンのみを実質的に透過するように構成される。
【００３２】
前述の局面、および他の局面、実施形態、および本教示の特徴は、添付図面と関連して次の記述からより完全に理解し得る。図面において、類似の参照符号は、様々な図面を通して類似の特徴および構造的要素を参照する。図面は、縮尺を合わす必要がなく、その代わりに、強調が、教示の原理を例示することに置かれている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
当業者は、ここに記述された図面は、例示の目的のためのみであることを理解する。図面において、本教示は、単一段のイオンミラーを用いて例示されるが、本技術で知られた任意のイオンミラーは、各段で適用される異なった場を有する２つ以上の段を使用するグリッド(ｇｒｉｄｄｅｄ)イオンミラーも、グリッドレス（ｇｒｉｄｌｅｓ）イオンミラーも含むがこれに限定されずに使用され得る。図面は、本教示の範囲を決して限定することを意図されない。
【００３４】
（多様な実施形態の説明）
本教示をより良く理解するために、一様な電場を使用する、従来の単一段のイオンミラーにおけるイオンの動作の実施例が提供され、一様な電場を使用する、２つのイオンミラーの従来の平行する配列におけるイオンの動作の実施例が提供される。
【００３５】
（単一のイオンミラー）
本教示をより良く理解するために、一様な電場を使用する従来の単一段のイオンミラーにおけるイオンの動作の実施例は、図１Ａで概略的に示され、この単一段のイオンミラーのイオン収束は、図１Ｂで示される。一般的な従来の単一段のイオンミラー１００において、一様な電場を使用しており、イオンは、接地された入口電極１０２の開口部（一般的には格子）を通って、接地された入口電極１０２での電場に対する法線１０６に関して角度αで、軌道１０４に沿って、反射器の電場に入る。電位の勾配(ｇｒａｄｉｅｎｔ)の、入口電極１０２と、イオンミラー１００の平行である端末電極１０８とに垂直な方向の成分は、入口および端末電極の間の距離ｄによって、加えられる電圧Ｖの差を、割り算したものである。この記述は、電極の、電場に平行な方向（図１Ａにおける方向ｙ、１１０）の範囲は、距離ｄに比べて十分大きく、その結果イオンによってサンプリングされる領域の電場が基本的に一様であり、図１Ａにおけるｘ方向１１２と直交する方向の電場がゼロであることを、仮定している。図１Ａの単一段のイオンミラーの電場におけるイオンの運動方程式は、
【００３６】
【数２】
として書かれ得、ここに、記号ｍは、イオンの質量を表し；ｚは、イオンの電荷を表し；Ｖは、入口電極１０２と端末電極１０８との間の電位差を示し；ｄは、入口電極と端末電極との間の、方向ｘに沿った距離を表わし；αは、図１Ａに示されるように、入口電極１０２での電場１０６に対する垂直線に関する入口のイオン軌道の角度を示し；ｔは、時間であり；Ｖ０は、単一段のイオンミラー１００に入るときのイオンの速度であり；ａｘは、図１Ａのｘ方向１１２におけるイオンの加速度であり；ａｙは、図１Ａのｙ方向１１０におけるイオンの加速度であり；ｖｘは、図１Ａのｘ方向１１２におけるイオンの速度であり；ｖｙは、図１Ａのｙ方向１１０におけるイオンの速度であり；ｘは、図１Ａのｘ方向１１２における時刻ｔでのイオンの位置であり、ｙは、図１Ａのｙ方向１１０におけるイオンの位置である（ここに、ｔ＝０は、イオンが電場に入る時刻であり、図１Ａのｘおよびｙ座標系の原点は、示された座標の交点１２０である）。
【００３７】
ｖｘ＝０が時間ｔ１を与えるとき、すなわち電場への最大侵入に対応するとき、式（３）をｔについて解いて、
【００３８】
【数３】
式（５）および（６）におけるｔ１に代入すると時刻ｔ１でのイオンの位置を与える：
【００３９】
【数４】
【００４０】
【数５】
ここに、
【００４１】
【数６】
時刻２ｔ１で、イオンは、イオンミラーから出て（図１Ａのイオンミラーに対して再度イオンの位置ｘ＝０のとき）、ｙ方向におけるイオンの速度が変化されず、ｘ方向のイオンの速度の大きさ（速さ）が、イオンの入口の速度に等しく、しかし、入口電極１０２から離れる向きに、入口電極１０２での電場１０６の垂直線に関してほぼ−αに等しい角度１２１である。ｙ方向に時刻２ｔ１で進んだ距離は、
【００４２】
【数７】
によって与えられ得る。
【００４３】
イオンが、イオンミラーの中で電場がないときにｘ方向に時刻ｔ１で進む距離、すなわちｘ（ｅｆｆ）は、
【００４４】
【数８】
によって与えられ得る。
【００４５】
単一段におけるイオンミラーは、図１Ａに概略的に示されるように、放物線状の軌道に従う。より低い運動エネルギ（Ｅ１）を有するイオンは、軌道１２２に従い、軌道１２２は、より高い運動エネルギ（Ｅ２）を有する軌道１２４よりもより浅い（例えば、より低いｘ（ｔ１）値を有する）。単一段のイオンミラーを通るイオンの飛行時間のエネルギ依存性と、単一段のイオンミラーから出るイオン軌道とを決定する目的のために、現実のイオン軌道は、仮想平面ミラーから反射することによって結果として生じる軌道によって置き換えられ得、該仮想平面ミラーは、入射するイオン軌道に関して角度αで傾斜されている。この場合、仮想平面ミラーは、単一段のイオンミラーに対する入口に関して実効距離ｄ（ｅｆｆ）に配置される。該実効距離ｄ（ｅｆｆ）は、
【００４６】
【数９】
によって与えられ得る。
【００４７】
式（１０）および（１３）から理解され得るように、図１Ａに例示されているように、所定のｍ／ｚ値を有するイオンに対し、より低い運動エネルギ（例えば、Ｅ１）を有するイオンは、より高い運動エネルギ（例えば、Ｅ２）を有するイオンより、より短いｄ（ｅｆｆ）を有しており、ここに、ｄｅｆｆ（Ｅ１）＜ｄeｆｆ（Ｅ２）である。
【００４８】
一定の速度Ｖ０をもって進むイオンに対して、ｄ（ｅｆｆ）を進むのに必要な時間は、
【００４９】
【数１０】
によって与えられ、時刻２ｔ１にｙ方向に進められた距離は、
【００５０】
【数１１】
によって与えられ得る。
【００５１】
したがって、単一段のイオンミラーにおけるイオンの滞在時間、および単一段のイオンミラーから出たイオンの最終的な方向は、両方とも、平面鏡から弾性的に反射されたイオンの仮想的な場合と実質的に同一である。後者は、無限の加速を必要とするので、物理的には不可能であるが、後者は、誤差または近似を導入することなしに、例示するべきかつ試験されるべきミラーの組み合わせの効果を与える。
【００５２】
単一段のイオンミラーにおいて、イオンミラーに入るときのイオンの運動エネルギの相違のために、ｙ方向におけるイオンのエネルギ分散、空間分散は、エネルギＶ０に関してｙの微分係数によって与えられ得る。Ｖ０に関して式（１５）を微分して
【００５３】
【数１２】
を与える。
【００５４】
図１Ａを再度参照して、エネルギ分散によって、より高いおよびより低いイオンのエネルギに対して最初の一致したイオンの軌道１０４が、空間的に分散させられ、結果として、イオンミラーを出るイオン軌道になり、そのイオン軌道は、イオンミラーに入るときにイオンが持っていた運動エネルギーに依存する。したがって、イオンミラーから出るより低いエネルギのイオンに対する軌道は、像面と実質的に平行な表面と位置１２６で交わり、位置１２６は位置１２８とは異なり、位置１２８でより高いエネルギのイオンの軌道が表面と交わる。
【００５５】
図１Ａの一様な電場を有する単一段のイオンミラーに対する焦点距離は、図１Ｂに示される。ゼロ電界領域で、速度ｖ０で距離離ｄｆｆを進むために必要な時間は、
【００５６】
【数１３】
によって与えられ得る。ゼロ電界領域とイオンミラーからなる質量分析器システムに対して、全飛行時間ｔ（ｔｏｔａｌ）は、
【００５７】
【数１４】
によって与えられ得る。
一次の時間収束のための条件は、速度に関するｔ（ｔｏｔａｌ）の微分係数がゼロにならなければならないことであり、すなわち、
【００５８】
【数１５】
である。
式（１０）からｖ０を代入し、ｄｆｆに対して解けば、単一段のイオンミラーに対する時間収束条件を与え得る、
【００５９】
【数１６】
したがって、図１Ｂに示されるように、入って来るイオンの軌道１５４上で距離ｄ２１５２における焦点面、つまりイオンミラーの対物面でのイオンは、出て行くイオンの軌道１５８上でｄ１１５６における像面で時間収束され（すなわち、イオンは全て実質上同じ時刻に距離ｄ１に到着する）、その結果、
【００６０】
【数１７】
となり、ここに、ｄは、図１Ａに関して上述されたように、入口電極１６０と端末電極１６２との間の距離である。距離ｄ１における焦点面１５６は、像面として言及され得、距離ｄ２における焦点面１５２は、対物面として言及される。
【００６１】
（平行なイオンミラー）
本教示をより良く理解するために、一様な電場を使用する２つのイオンミラー２００の従来の平行である配列におけるイオンの動作の実施例が、図２に示される。図２を参照して、２つのイオンミラー２０２および２０３は、第１のイオンミラー２０２の入口電極２０４と背中合わせに配列され、第１のイオンミラー２０２の入口電極２０４は、第２のイオンミラー２０３の入口電極２０６に面し、第１のイオンミラー２０２の入口電極２０４と端末電極２０６との間の距離、および第２のイオンミラー２０３の入口電極２０５と端末電極２０７との間の距離は、実質的に同じであり、第１のイオンミラー２０２の入口電極２０４と端末電極２０６との間の電位差（Ｖ）は、第２のイオンミラー２０３の入口電極２０５と端末電極２０７との間の電位差と同じである。図２の２つのイオンミラーの組み合わせのイオン滞在時間、実効時間焦点距離、およびエネルギ分散は、２つのイオンミラーの合計に等しい長さを有するイオンミラーに対する式によって与えられ得る。図２の組み合わされたイオンミラーの焦点面ｄ１およびｄ２は、組み合わされたイオンミラーと関連して位置付けられ、例えば、対物面の距離ｄ２２０８は、入口から第１のイオンミラー２０２まで適切な入射するイオンの軌道に沿って決定され、像面の距離ｄ１２０９は、入口から第２のイオンミラー２０３まで適切な出てゆくイオンの軌道に沿って決定される。対物面２０８と像面２０９との間のゼロ電界領域であって、ミラー（２０４〜２０５）の間の場のない空間を含むゼロ電界領域におけるイオン経路の全長は、式（２０）によって与えられた個々のミラーに対する全長の２倍に実質的に等しい。図２に示されるイオン軌道２１０、２１３、２１４および２１５は、イオンが平面ミラーから弾性的に反射される仮想的な場合に対する軌道であり、平面ミラーは、イオンミラー内でイオンの放物線の飛行経路を例示しないが、イオンミラーの外側で適切にイオン軌道を例示する。
【００６２】
図２に示されるように、背中合わせの２つの平行であるイオンミラーを使用する１つの効果は、第２のイオンミラーから出るイオン軌道２１３および２１５は、第１のイオンミラーに入る対応するイオン軌道２１０および２１４に対して、平行でありかつ横に変位されることである。しかしながら、異なる入口運動エネルギを有するイオンの出口軌道における分散は、なお最終的なイオン軌道で生じる。より低い運動エネルギを有するイオンは、軌道２１０、２１３に従い、軌道２１０、２１３は、エネルギ分散のために、より高い運動エネルギを有するイオンの軌道２１４、２１５から横に変位される。
【００６３】
（イオン光学システム）
広く多様なイオンミラーは、本教示のイオン光学システムにおいて使用され得、イオンミラーは、単一段、二段および多段のミラーを含むが、これらに限定されない。適切なイオンミラーにおける電位は、線形または非線形であり得る。図におけるイオンミラーは、概略的に示されていることが理解されるべきである。例えば、イオンミラーは、一般的には、その中に電場を確立するための多数の電極を備えており、浮遊電場がゼロ電界領域に入るのを防止するために保護電極を含み得る。適切なイオンミラーの電極は、格子を備え得、格子なしであり得、または格子と格子なしの電極との混合であり得る。さらに、入口電極の電位は、しばしばゼロと注記されるが、これは、純粋に本明細書中に現れる式における表記の便利さおよび簡潔さのためであることが理解されるべきである。当業者は、入口電極における電位が真の地面の接地電位にあることが本教示に必要ではないことを容易に認識する。例えば、入口電極における電位は、真の地面の接地より著しく（例えば、数千ボルト以上だけ）上（または下）にある「浮遊接地」であり得る。したがって、本明細書中におけるゼロまたは接地としての電位の記載は、地面の接地に関して、電位の値を制限すると、決して解釈されるべきではない。
【００６４】
図１Ｂ〜９に概略的に示されるイオン軌道は、イオンが平面ミラーから弾性的に反射される仮想的な場合のためであり、図１Ｂ〜９は、イオンミラー内のイオンの放物線の経路を例示しないが、イオンミラーの外側でのイオン軌道を適切に例示している。
【００６５】
図３を参照して、多様な実施形態において、イオン光学システム３００であって、偶数個のイオンミラーを備え、偶数個のイオンミラーは、イオン光学システムに入るときにイオンが持っていた運動エネルギの相違のための空間分散が、実質的にない状態で、イオンがイオン光学システムを出るように、配列された２つのイオンミラーを備えたイオン光学システム３００。多様な実施形態において、第１のイオンミラー３０２および第２のイオンミラー３０４は、イオンがイオン光学システム３００に入るときに持っていた運動エネルギの相違のための空間分散が実質的にない状態でイオンが像面３０７に到着するように配列されている。
【００６６】
図３に示される、２つのイオンミラー３０２、３０４の対称な配列は、イオン光学システム３００に対するエネルギ分散が実質的にないが、滞在時間および実効時間の焦点距離が、２つのイオンミラーの結合された長さに等しい１つのイオンミラーに対する焦点距離と同一であるという特性を有する。エネルギ分散は、第１のイオンミラー３０２で発生するが、このエネルギ分散は、第２のイオンミラー３０４で実質的に補償され得ることにより、イオンは、最初の軌道３１０に沿って入射し、最後の軌道３１２に沿って出て行き、このことは、第１のイオンミラー３０２に入るとイオンが有する運動エネルギから実質的に独立している。
【００６７】
多様な実施形態において、２つのイオンミラーは、第１の平面３１３（第１の平面とページの面との交線として図示される）の対向する側に配置されることにより、第１のイオンミラー３０２および第２のイオンミラー３０４は、第１の平面３１３に対して、実質的に鏡面対称に配列される。最初の軌道３１０と最後の軌道３１２との間の角度３１４は、第１のイオンミラーの入口電場への法線３１８に対する最初の軌道３１０の角度αの約４倍に等しい。
【００６８】
入射するイオン軌道と入口電極の電場に対する法線との間の角度αは、任意の角度であり得る。この入射角は、例えば、入射するイオン軌道と出射するイオン軌道との間の望ましい角度に基づいて、選択され得る。実質的に平坦ではない入口電極の電場に対して、入射イオン軌道の交わる点または交わる領域における入口電極の電場に対する接平面は、入口電極の電場の平面として得られ得る。入射軌道と法線との間の角度は、いかなる値でもあり得るが、実施の理由で、最小の実施角度は、イオンミラー電圧からのゼロ電界領域において、イオンビーム（連続したビームまたはパルスビーム）を遮蔽するために使用される構造によって制限され得る。通常は、ゼロ電界距離に関連するイオンミラーの物理サイズは、入射角が増加すると、増加するが、所与の運動エネルギに対して印加される電圧は、角度の増加に伴い、通常減少する。
【００６９】
図４を参照して、多様な実施形態において、本教示に従って、イオン光学システム４００は、第１の平面４０６（第１の平面とページの平面との交線として図示される）の対向する側に配置された第１のイオンミラー４０２と第２のイオンミラー４０４とを備えていることにより、第１のイオンミラー４０２および第２のイオンミラー４０４は、第１の平面４０６に対して、実質的に鏡面対称に配列される。図４に図示されるイオン軌道は、入射するイオン軌道４０８、４１０に対するものであり、これは、入口電極の電場と、入口電極の電場の法線４１２に対して約２２．５度の角度αで交わり、約９０度の入射するイオン軌道４０８、４１０と、対応する出射するイオン軌道４１４、４１６との間の角度を結果として生じる。
【００７０】
多様な実施形態において、第１のイオンミラーが配置されることにより、第１のイオンミラーの入口電極の電場の平面は、ほぼ角度βで第１の平面と交わる平面に実質的に位置し、第２のイオンミラーの入口電極の電場の平面は、ほぼ角度βで第１の平面と交わる平面に実質的に位置する。実質的に平坦ではない入口電極の電場に対して、入射イオン軌道の交わる点または交わる領域における入口電極の電場に対する接平面は、入口電極の電場の平面として得られ得る。
【００７１】
例えば、図４を再び参照して、第１のイオンミラーの入口電極４１８の電場は、ほぼ角度β＝α＝２２．５度で、第１の平面と交わる平面４２０内に実質的に位置し、第２のイオンミラーの入口電極の電場はまた、ほぼ角度β＝α＝２２．５度で第１の平面４０６と交わる平面４２２内に実質的に位置する。
【００７２】
第１のイオンミラー４０２に入る２つの異なるイオン運動エネルギＥ１およびＥ２を有する（ここでＥ１＜Ｅ２）イオンに対するイオン軌道の例はまた、図４に図示される。より低いエネルギＥ１のイオンの軌道の入射部分４０８は、単に明確にするために、より高いエネルギのイオンＥ２のイオンの軌跡の入射部分４１０からわずかな距離δ変位されている。図４から見られ得るように、第１のイオンミラーのエネルギ分散は、第１のイオンミラー４０２に存在するより低いエネルギのイオンの軌道４３６と、より高いエネルギのイオンの軌道４３８との間の空間的間隔における増加を引き起こす。第２のイオンミラー４０４が、第１のイオンミラー４０２に対して配置されることにより、第２のイオンミラーのエネルギ分散が、第１のイオンミラー４０２によって引き起こされたエネルギ分散を実質的に補償する。結果として、多様な実施形態において、第２のイオンミラーを出て行くより低いエネルギのイオン４１０およびより高いエネルギのイオン４１６の軌道は、エネルギ分散を実質的に示さないが、これらの軌道の任意の実際の元の変位δは、実質的に維持される。
【００７３】
入射軌道の角度αおよび該角度βのうちの１つ以上は、約２２．５度よりも大きくあり得る。例えば、図５を参照して、多様な実施形態において、イオン光学システム５００は、第１の平面５０６（第１の平面とページの平面との交線）の対向する側に配置された第１のイオンミラー５０２と第２のイオンミラー５０４とを備えていることにより、第１のイオンミラー５０２および第２のイオンミラー５０４は、第１の平面５０６に対して実質的に鏡面対称に配列され、第１のイオンミラーの入口電極の電場５０７は、第１の平面５０６と約４５度で交わる平面５０８に実質的に位置し、第２のイオンミラーの入口電極の電場５０９はまた、第１の平面５０６と約４５度で交わる平面５１０に実質的に位置する。約４５度という入射するイオン軌道の角度に対して、このようなイオン光学システムは、出力イオンを出射するイオン軌道５２０に沿って方向付けるために使用され、出射するイオン軌道５２０は、入射するイオン軌道５２２から１８０度（反平行）である。さらに、出射するイオン軌道は、２つのイオンミラー間の距離を選択することによって、（出力ビームに対するエネルギ分散を導入することなしに）入射するビームからの選択された距離Δ変位され得る。イオンミラー間の距離の増加が変位距離Δを増加させる。
【００７４】
第１のイオンミラー５０２に入る２つの異なるイオン運動エネルギＥ１およびＥ２を有するイオン軌道の例はまた、図５に図示される。より低いエネルギＥ１のイオンの軌道の入射部分５２２は、単に明確にするために、より高いエネルギＥ２のイオンの軌道の入射部分５３２からのわずかな距離δ変位されている。図５から見られ得るように、第１のイオンミラーのエネルギ分散は、第１のイオンミラー５０２を出て行くより低いエネルギのイオンの軌道５３４と、より高いエネルギのイオンの軌道５３６との間の空間的な間隔における増加を引き起こす。第２のイオンミラー５０４が、第１のイオンミラー５０２に対して配置されることにより、第２のイオンミラー５０４のエネルギ分散は、第１のイオンミラー５０２によって引き起こされたエネルギ分散に対して実質的に補償する。結果として、多様な実施形態において、第２のイオンミラーを出て行くより低いエネルギのイオン軌道５２０およびより高いエネルギのイオン軌道５４０は、第１のイオンミラーに入る際にイオンの運動エネルギの違いに起因する空間分散を実質的に示さないが、これらの軌道の任意の実際の元の変位δは、実質的に維持される。
【００７５】
多様な実施形態において、イオンセレクタが第１のイオンミラーと第２のイオンミラーとの間に配置され、例えば、第１のイオンミラーから第２のイオンミラーまでの選択運動エネルギを有するイオンの透過を防ぐ。このような配置は２つのイオンミラー間の軌道のエネルギ分散を利用し得る。適切なイオンセレクタは、イオンの位置に基づいて、第１のイオンミラーと第２のイオンミラーとの間のイオンの透過を防ぎ得る任意の構造を含む。適切なイオンセレクタの例は、イオンディフレクタおよび１つ以上の開口部（例えば、スリット、アパーチャなど）を含む構造を含むがこれらに限定はされない。開口部は、一定または変更可能であり得る。１つ以上の開口部を含む適切な構造の例は、開口されたプレート、シャッタおよびチョッパ（例えば、ロータリーチョッパ）を含むがこれらに限定はされない。一部の実施形態において、イオンセレクタは、第１のイオンミラーと第２のイオンミラーとの間を通る対称面に配置されている。
【００７６】
図３〜図５を参照すると、多様な実施形態において、イオンセレクタ３６０、４６０、５６０は、第１のミラー３０２、４０２、５０２と、第２のミラー３０４、４０４、５０４との間に配置され得、例えば、エネルギフィルタを有するイオン光学システムを提供し、これは、エネルギ分散を実質的に示さない出射するイオン軌道をさらに提供するイオンを選択するために、第１のイオンミラーのエネルギ分散を使用し得る。例えば、小さいアパーチャまたはスリットを有するプレートが第１の平面３１３、４０６、５０６に配置される場合には、狭い範囲の運動エネルギ内のイオンのみが第２のイオンミラーに透過される。
【００７７】
多様な局面において、本教示は、２つ以上の対のイオンミラーを備えているイオン光学システムを提供し、ここでイオンミラーの各対の要素は、第１の平面の対向する側に配置されることにより、１対のイオンミラーの第１の要素が、第１の平面に対して、該対の第２の要素の位置に対して、実質的に鏡面対称な位置を有する。図６〜図１０を参照して、多様な実施形態において、イオン光学システム６００、７００、８００は、第１のイオンミラー６０２、７０２、８０２と、第１の平面６０６、７０６、８０６（第１の面とそれぞれの図のページの面との交線として図示される）の対向する側に配置された第２のミラー６０４、７０４、８０４とを、実質的に鏡面対称の関係性で備えており、第３のイオンミラー６０８、７０８、８０８と第１の平面６０６、７０６、８０６の対向する側に配置される第４のイオンミラー６１０、７１０、８１０とを、実質的に鏡面対称の関係性で備えている。
【００７８】
多様な実施形態において、イオンミラーが配列されることにより、イオン光学システムを出て行くイオンの軌道６２０、７２０、８２０（すなわち、イオンが出て行くイオン光学システムの最後のミラー６１０、７１０、８０４の焦点面）が、第４のイオンミラー６１０、７１０、８１０の焦点面６２２、７２２、８２２（例えば、焦点面（ｆｏｃｕｌ ｐｌａｎｅ））に実質的に平行な表面に、イオン光学システムに入る際に（例えば、第１のイオンミラー６０２、７０２、８０２に入る際に）イオンが有する運動エネルギから実質的に独立する位置において交わるように提供され得る。
【００７９】
イオンミラーは、入射するイオン軌道と入口電極の電場に対する法線との間の選択された角度αを提供するように配列され得る。図６〜図９において、角度αは、入射するイオン軌道と、第１のイオンミラーの入口電極の電場に対する法線との間の角度である。実質的に平坦ではない入口電極の電場に対して、入射するイオン軌道の交わる点または交わる領域における入口電極の電場に対する接平面は、入口電極の電場の平面として得られ得る。入射する軌道と法線との間の角度は、任意の値であり得るが、実践的な理由で、最小および最大の実践角が制限され得る。
【００８０】
多様な実施形態において、イオンミラーは配列されることにより、イオン光学システムを出て行くイオン軌道が、イオン光学システムに入る対応するイオン軌道と実質的に反平行（１８０度）である。例えば、図６において、光学システム６００を出て行くイオン軌道６２０は、イオン光学システムに入る対応するイオン軌道に実質的に反平行である。多様な実施形態において、イオンミラーは配列されることにより、イオン光学システムを出て行くイオン軌道が、イオン光学システムに入る対応するイオン軌道に実質的に平行である。例えば、図７において、イオン光学システム７００から出て行くイオン軌道７２０は、イオン光学システムに入る対応するイオン軌道７２３と実質的に平行である。
【００８１】
多様な実施形態において、図６および図７のイオン光学システムは、第１の平面に対して実質的に鏡面対称に配置された図４のイオン光学システムに実質的に類似する２つのイオン光学システムの組み合わせである。例えば、図６のイオン光学システムは、第１のイオン光学システムであって、該第１のイオン光学システムは、（第１のイオンミラーと第３のイオンミラーとを備えている）第１の対のイオンミラーを備え、第１の平面６０６に対して、第２のイオン光学システムに対して実質的に鏡面対称に配置された第１のイオン光学システムと、該第２のイオン光学システムとの組み合わせとして見られ得、該第２のイオン光学システムは、（第２のイオンミラーと第４のイオンミラーとを備えている）第２の対のイオンミラーを備えている。さらに、図６のイオン光学システムは、追加の配列として見られ得る。なぜならば、図６のイオン光学システムに入るイオン軌道は、イオン光学システムに入る対応するイオン軌道に対する約１８０度の角度を形成するからである（このことは、図４のイオン光学システムにおいてイオンが出て行く軌道と入射するイオン軌道との間で形成された約９０度の角度の加算である）。
【００８２】
同様に、図７のイオン光学システムは第１のイオン光学システムであって、該第１のイオン光学システムは、（第１のイオンミラーと第２のイオンミラーとを備えている）第１の対のイオンミラーを備え、第２のイオン光学システムに対して、第１の平面７０６に対して実質的に鏡面対称配置された第１のイオン光学システムと該第２のイオン光学システムとの組み合わせとして見られ得、該第２のイオン光学システムは、（第３のイオンミラーと第４のイオンミラーとを備えている）第２の対のイオンミラーを備え、減算的配列（ｓｕｂｔｒａｃｔｉｖｅ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）により配列されている。なぜならば、図７のイオン光学システムを出て行くイオン軌道は、イオン光学システムに入る対応するイオン軌道に対して約０度の角度を形成するからである。
【００８３】
図６および図７のイオン光学システムに対する出射するイオン軌道はまた、複数の対のイオンミラー間（例えば、図４のイオン光学システムに実質的に対応する上記の第１の対と第２の対との間）の距離を選択することによって、（出力ビームに対してエネルギ分散を導入することなしに）入射ビームから選択された距離Δ変位され得る。
【００８４】
第１のイオンミラー６０２、７０２に入る際に２つの異なるイオン運動エネルギＥ１およびＥ２（ここでＥ１＜Ｅ２）を有するイオンに対するイオン軌道の例はまた、図６および図７に図示される。より低いエネルギＥ１のイオンの軌道の入射部分６２３、７２３は、単に明確にするために、より高いエネルギＥ２のイオンの軌道の入射部分６２４、７２４からわずかな距離δ変位されている。図面から見られ得るように、エネルギ分散は、軌道に沿った多様な位置６２５、６２６、７２５、７２６におけるより低いエネルギのイオンの軌道とより高いエネルギのイオンの軌道との空間的な間隔における増加を引き起こす。イオンミラーは、エネルギ分散を実質的に補償するように互いに対して配置される。結果として、多様な実施形態において、第４のイオンミラーに入るより低いエネルギのイオンの軌道６２０、７２０およびより高いエネルギのイオンの軌道６２７、７２７は、第１のイオンミラーに入る際のイオンの運動エネルギにおける違いに起因する実質的に空間分散を示さないが、これらの軌道の任意の実際の元の変位δは実質的に維持される。
【００８５】
再び図６を参照して、多様な実施形態において、イオン光学システムはイオンセレクタをさらに備え得る。実施形態は、第１のイオンミラー６０２と第３のイオンミラー６０８との間に配置されたイオンセレクタ６３０、第２のイオンミラー６０４と第４のイオンミラー６１０との間に配置されたイオンセレクタ６３２、またはその両方を含むがこれらに限定はされない。例えば、多様な実施形態において、イオンセレクタ６３０は、第１と第３のイオンミラーとの間に配置され得、イオンセレクタ６３２は、第２と第４のイオンミラーとの間に配置され得、イオンフラグメンタ６４０は、第３と第４のイオンミラーとの間に配置される。一部の実施形態において、このような配列は、例えば、一次イオンの運動エネルギの選択および娘イオンの運動エネルギ分布の確認が可能なＴＯＦ−ＴＯＦを提供し得る。
【００８６】
多様な実施形態において、イオンセレクタ６６０（例えば、時限のイオンセレクタ）は、第３と第４のイオンミラーとの間に配置され得る。イオンセレクタ６６０は配置され得ることにより、一部の実施形態において、イオンセレクタの位置は、第１のイオン光学システム（例えば、第１のイオンミラー６０２と第３のイオンミラー６０８を共に得る）の像面（例えば、像平面）、対称平面６０６またはその両方と実質的に一致する。多様な実施形態において、第１のイオン光学システムからのイオンの軌道は、イオンセレクタの軸に実質的に同軸である。一部の実施形態において、イオンセレクタは活性化されることにより、選択されたｍ／ｚ値の範囲内のイオンのみを透過させる。従って、多様な実施形態において、イオンセレクタは、（イオン光学システムによって透過されたイオンからの）一次イオンをフラグメンタ６４０の中に導入するために選択する。多様な実施形態において、第２のイオン光学システム（例えば、第２のイオンミラー６０４および第４のイオンミラー６１０が共に得られる）は、透過処理のために選択されたエネルギ範囲内の運動エネルギを有するフラグメントイオンの少なくとも一部を選択するように構成されている。
【００８７】
図７および図９を参照すると、多様な実施形態において、イオン光学システムは、イオンセレクタをさらに備え得る。実施形態は、第１のイオンミラー７０２と第２のイオンミラー７０４との間に配置されたイオンセレクタ７３０；第３のイオンミラー７０８と第４のイオンミラー７１０との間に配置されるイオンセレクタ７３２；またはその両方を含むがこれらに限定はされない。例えば、多様な実施形態において、イオンセレクタ７３０は、第１と第２のイオンミラーとの間に配置され得、イオンセレクタ７３２は、第３と第４のイオンミラーとの間に配置され得、イオンフラグメンタ７４０は、第２と第３のイオンミラーとの間に配置される。一部の実施形態において、このような配列は、例えば、一次イオンの運動エネルギの選択および娘イオンの運動エネルギの分散の確認が可能なＴＯＦ−ＴＯＦを提供し得る。
【００８８】
多様な実施形態において、イオンセレクタ７６０（例えば、時限のイオンセレクタ）は、第２と第３のイオンミラーとの間に配置され得る。一部の実施形態において、イオンセレクタ７６０が配置されることにより、イオンセレクタの位置が、第１のイオン光学システム（例えば、第１のイオンミラー７０２と第２のイオンミラー７０４が共に得られる）の像面（例えば、像平面）、対称平面７０６またはそれら両方と実質的に一致する。多様な実施形態において、第１のイオン光学システムからのイオンの軌道は、イオンセレクタの軸と実質的に同軸である。一部の実施形態において、イオンセレクタは活性化され、選択されたｍ／ｚ値の範囲内のイオンのみが透過される。従って、多様な実施形態において、イオンセレクタは、イオンフラグメンタ７４０への導入のために、一次イオン（イオン光学システムによって透過されたイオン）を選択する。多様な実施形態において、第２のイオン光学システム（例えば、第３のイオンミラー７０８と第４のイオンミラー７１０が共に得られる）は、透過のための選択されたエネルギ範囲内の運動エネルギを有するフラグメントイオンの少なくとも一部を選択するように構成されている。
【００８９】
再び図８および図１０を参照すると、多様な実施形態において、第１の平面の同一の側のイオンミラーのセットは、共通の入口電極を利用し得る。例えば、一部の実施形態において、第１のイオンミラー８０２および第３のイオンミラー８０８は、共通の入口電極８４０を利用し得るが、個別の出口電極８４２、８４４を利用し得、第２のイオンミラー８０４および第４のイオンミラー８１０は、共通の入口電極８５０を利用し得るが、個別の出口電極８５２、８５４を利用し得る。多様な実施形態において、入口電極８４０、８５０は、接地電位において維持され（これは浮遊接地であり得る）、異なる電圧が出口電極８４２、８４４、８５２、８５４に印加され、イオンを、イオンミラーのセットの入口から、イオンミラーのセットからの出口までの放物線状の経路内を進ませる。
【００９０】
第１のイオンミラー８０２の入口上の２つの異なる運動エネルギＥ１およびＥ２（ここでＥ１＜Ｅ２）を有するイオンに対するイオン軌道の例が、図８に図示される。図８において、より低いエネルギＥ１のイオンの軌道の入射部分８５６は、より高いエネルギのイオンの軌道の入射部分８５６に対して変位されない。図８から見られ得るように、第１および第３のイオンミラーのエネルギ分散は、第３のイオンミラー８０８を出て行くより低いエネルギのイオンの軌道８６０とより高いエネルギのイオンの軌道８６２との間の空間的な間隔における増加を引き起こす。第２および第４のイオンミラーが、第１および第３のイオンミラーに関して配置されることにより、第１および第３のイオンミラーによって引き起こされたエネルギ分散は、第２および第４のイオンミラーによって実質的に補償される。結果として、多様な実施形態において、第２のイオンミラー８０４を出て行くより低いエネルギのイオン軌道およびより高いエネルギのイオン軌道は、第１のイオンミラー８０２に入る際にイオンが有する運動エネルギにおける違いに起因する空間分散を実質的に示さない。
【００９１】
多様な実施形態において、イオンミラーは、イオン光学システムを出て行くイオン軌道が、イオン光学システムに入る対応するイオン軌道と実質的に一致し、実質的に平行か、または実質的に反平行かのいずれかであるように配列され得る。例えば、図８において、イオン光学システム８００を出て行くイオン軌道８２０は、イオン光学システムに入る対応するイオン軌道８５６に実質的に平行である。イオン光学システム８００から出て行くイオン軌道８２０はまた、イオン光学システムに入る対応するイオン軌道８５６と実質的に一致し得る。例えば、図８において、出射するイオン軌道８２０は、入射するイオン軌道８５６に実質的に垂直な方向に実質的に変位されない。すなわち、変位距離Δは、実質的にゼロに等しい。
【００９２】
図８および図１０を参照すると、多様な実施形態において、イオンセレクタ８８０は、第３のイオンミラー８０８と第４のイオンミラー８１０との間に配置され得ることにより、例えば、エネルギフィルタを有するイオン光学システムを提供し、これは、エネルギ分散を実質的に示さない出射するイオン軌道を提供するイオンを選択するために第１および第３のイオンミラーの結合されたエネルギ分散を使用し得る。例えば、小さいアパーチャまたはスリットを有するプレートが第１の平面８０６に配置される場合には、運動エネルギの狭い範囲内のイオンのみが、第４のイオンミラー８１０まで透過される。
【００９３】
多様な局面において、本教示は、第１のイオン光学システムと、イオン源、イオンセレクタ、イオンフラグメンタ、イオン検出器のうちの１つ以上と、イオンガイド、イオン収束エレメント、イオン操縦エレメントおよび１つ以上の質量分析器（例えば、飛行時間型、四重極、ＲＦ多極、磁気セクタ、静電気セクタ、イオントラップおよびイオン移動度分光測定器のうちの１つ以上）を備えている質量分析器システムを提供する。偶数のイオンミラーを備えている第１のイオン光学システムが配列されることにより、第１のイオン光学システムを出て行くイオンの軌道が、イオン光学システムの像焦点面に実質的に平行な平面を、第１のイオン光学システムに入る際にイオンが持っていた運動エネルギから実質的に独立する位置で交わるように提供され得る。多様な実施形態において、第１のイオン光学システムのイオンミラーは、第１の要素を有する対で配列され、各対の第２の要素は、第１の平面の対向する側に配置されることにより、各対の第１の要素は、第１の平面に対して、該組の第２の要素の位置に関して実質的に鏡面対称な位置を有する。質量分析器システムは、１つ以上のイオンガイド（例えば、ＲＦ多極ガイド、ガイドワイア）、イオン収束エレメント（例えば、エインゼルレンズ）およびイオン操縦エレメント（そらせ板）をさらに備え得る。
【００９４】
適切なイオン源は、電子衝撃（ＥＩ）イオン化、電気スプレーイオン化（ＥＳＩ）およびマトリクス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）供給源を含むがこれらには限定されない。適切なイオン検出器は、電子増倍管、チャネルトロン（ｃｈａｎｎｅｌｔｒｏｎ）、マイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）および電荷結合素子（ＣＣＤ）を含むがこれらに限定されない。
【００９５】
適切なフラグメンタは、衝突誘起解離（ＣＩＤ、衝突支援解離（ＣＡＤ）とも呼ばれる）、光誘起解離（ＰＩＤ）、表面誘起解離（ＳＩＤ）、ポストソース分解またはそれらを組み合わせた原理で動作するフラグメンタを含むがこれらに限定はされない。適切なイオンフラグメンタの例は、衝突セル（ここにおいて、イオンは、イオンを中性の気体分子と衝突させることによって断片化される）、光解離セル（ここにおいて、イオンは、イオンを光子ビームに照射させることによって断片化される）、表面解離フラグメンタ（ここにおいて、イオンは、イオンを固体表面または液体表面に衝突させることによって、断片化される）を含むがこれらには限定されない。
【００９６】
多様な実施形態において、本教示のイオン光学システム、質量分析器システム、またはその両方が、イオンセレクタを備えている。ＴＯＦ質量分析器の多くのアプリケーションにおいて、それは通常、イオン源によって生成されたエネルギ範囲内のイオンの全てを透過させることが望ましいが、一部のアプリケーションにおいては、イオンの運動エネルギの選択範囲のみが、関心がある。異なった運動エネルギを有するイオン源において、直接生成されたイオンに加えて、例えば、イオン源加速場またはイオン源に続くゼロ電界スペースにおける生成の後のイオンの断片化に起因するエネルギの損失によって、より低い運動エネルギを示すイオンがあり得る。多様な実施形態において、これらのイオンは、イオンセレクタを、本教示のイオン光学システムにおけるエネルギフィルタとして用いることによって取り除かれ得る。
【００９７】
適切なイオンセレクタの例は、イオンディフレクタ、１つ以上の開口部（例えば、スリット、アパーチャなど）を含む構造を含むが、これらには限定されない。開口部は、一定または変更可能であり得る。１つ以上の開口部を含む適切な構造の例は、開口されたプレート、シャッタおよびチョッパ（例えば、ロータリチョッパ）を含むが、これらに限定はされない。
【００９８】
イオン光学システム内にイオンセレクタを備えている多種の実施形態の多種のアプリケーションにおいて、異なった質量のイオンの運動エネルギ分布を決定することが所望され得る。このことは、多様な実施形態において、イオンミラーの間に狭いスリットまたはアパーチャを配置することによって達成され得、ここにわずかなエネルギの増分の範囲内のイオンのみが透過されるように、運動エネルギの差に起因してイオン軌道が空間的に分散される。例えば、イオン検出器において、イオンの信号の強度をイオンミラーに印加される電圧の関数として測定することによって、検出されるイオンの全てに対するエネルギ分布が、イオン検出器に、異なる時間で到着する様々な質量のイオンを用いて、測定され得る。
【００９９】
多様な実施形態において、質量分析器システムは、イオン源と、イオン光学システムと、イオン検出器と、１つ以上の質量分析器と（例えば、飛行時間として提供され得る、実質的にゼロ電界の領域）を備えており、ここでイオン光学システムは、偶数個のイオンミラーを備えたイオン光学システムであって、該イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオンが該イオン光学システムに入るときに持っていたイオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該イオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されている。
【０１００】
例えば、パルスイオン源、イオン検出器、質量分析器（例えば、ゼロ電界領域）を、図３〜図８に図示される任意の構成に追加することは、ＴＯＦ質量分析器システムを提供し得る。図９は、ＴＯＦ質量分析器システム９００の多様な実施形態を、図７の１つ以上の構成に基づいて概略的に描く一方で、図１０は、ＴＯＦ質量分析器システム１０００の多様な実施形態を、図８の１つ以上の構成に基づいて概略的に描く。
【０１０１】
図９を参照すると、多様な実施形態において、第１のイオンミラー７０２に印加された電圧が変更され（停止され）得ることにより、第１のイオンミラー７０２を介して電界ゼロ領域を生成し、イオンが、単純な線形のＴＯＦにある場合には、イオン源９０２からイオン検出器９０４までを進むことを可能にする。あるいは、多様な実施形態において、適切な電圧がイオンミラーに印加されると、イオンは、イオンミラー７０２、７０４、７０８、７１０内の放物線状の経路に沿って進み、イオン検出器９０４まで到達し、質量分析器システムは、従来の反射ＴＯＦ分析器におけるものと同一の機能の１つ以上を達成するために使用され得るが、入射する軌道９０８に実質的に平行で、第１のセットのイオンミラー９１４に対する第２のセットのイオンミラー９１２の変位によって決定された量９１０だけ変位される、出射するイオン軌道９０６をも提供し得、そして、第１のイオンミラーに入るイオンの運動エネルギにおける差に起因する空間分散を実質的に有さない出射するイオン軌道９０６を提供し得る。質量分析器は、例えば、イオン源とイオン光学システムとの間の領域９２０、イオン検出器とイオン光学システムとの間の領域９２２またはそれらの両方において提供され得る。質量分析器は、例えば、飛行時間質量分析器として役立ち得る実質的にゼロ電界領域であり得る。
【０１０２】
図１０を参照すると、多様な実施形態において、質量分析器１０００はまた、イオンミラー８０２、８０４、８０８、８１０の電圧を、ゼロ電界領域の電圧に設定することによって、線形のＴＯＦとして動作され得、ゼロ電界領域は、イオンミラーを介して作成され得、イオンがイオンミラー電極を直接通過することを可能にし、イオンがイオン源１００２からイオン検出器１００４までを進むことを可能にする。正確な電圧がイオンミラー８０２、８０４、８０８、８１０に印加されると、イオンは、図１０に概略的に示される効果的な経路１００６、１００７、１００８を進み、質量分析器システムは、従来の反射ＴＯＦ分析器におけるものと同一の機能のうちの１つ以上を達成するために使用され得るが、出射するイオン軌道１００８も提供し得、出射するイオン軌道１００８は、イオンが第１のイオンミラーに入るときに持っていた運動エネルギの相違に起因する空間分散を実質的に有さないで、入射するイオン軌道１００６と実質的に平行である。質量分析器は、例えば、イオン源とイオン光学システムとの間の領域１０２０、イオン検出器とイオン光学システムとの間の領域１０２２またはそれらの両方に提供され得る。質量分析器は、例えば、飛行時間質量分析器として役立ち得る実質的にゼロ電界領域であり得る。
【０１０３】
多様な局面において、本教示は、イオン光学システムと質量分析器とを備えている質量分析器システムを提供する。イオン光学システムは、偶数個のイオンミラーを備え、該イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオンが該第１のイオン光学システムに入るときに持っていたイオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該イオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されており；質量分析器は、飛行時間型、イオントラップ、四重極、ＲＦ多極、磁気セクタ、静電気セクタおよびイオン移動度分光測定器の少なくとも１つを備えている。
【０１０４】
多様な実施形態において、イオンフラグメンタは、イオン光学システムと質量分析器との間に配置される。イオンフラグメンタは、一部の実施形態において、イオンフラグメンタの入口が実質的にイオン光学システムの像面（例えば、像平面）と実質的に一致するように配置される。一部の実施形態において、イオンフラグメンタは、イオンフラグメンタの出口が、質量分析器の焦点面（例えば、対物焦点面）と実質的に一致するように配置される。
【０１０５】
多様な実施形態において、イオンセレクタは、第１のイオン光学システムのイオンミラーの間に配置され得ることにより、例えば、第１のイオン光学システムの２つのイオンミラーの間の選択運動エネルギを有するイオンの透過を防ぎ、それによって、第１のイオン光学システムによって透過されるイオン運動エネルギの範囲を選択する。従って、多様な実施形態において、第１のイオン光学システムは、イオンフラグメンタへの導入のための選択されたエネルギ範囲内の運動エネルギを有する一次イオンを選択し、質量分析器は、フラグメントイオンスペクトルの少なくとも一部を分析するように構成されている。
【０１０６】
図９および図１０を再び参照すると、多様な実施形態において、イオンセレクタ９８５、１０８５（例えば、時限イオンセレクタ）は、イオン光学システム（図９における第１〜第４のイオンミラー７０２、７０４、７０８、７１０全体として、図１０における８０２，８０４、８０８、８１０全体として）と質量分析器（例えば、イオン光学システムとイオン検出器との間の領域９２２、１０２２に配置される）との間に配置される。イオンセレクタは、一部の実施形態において、イオンセレクタの位置がイオン光学システムの像表面（例えば、像平面）と実質的に一致するように配置される。多様な実施形態において、イオン光学システムからのイオンの軌道は、イオンセレクタの軸と実質的に同軸である。一部の実施形態において、イオンセレクタは活性化されることにより、選択されたｍ／ｚ値の範囲内のイオンのみを透過させる。従って、多様な実施形態において、イオンセレクタ９８５、１０８５は、イオンフラグメンタ９９０、１０９０への導入のために一次イオンを（イオン光学システムによって透過されたイオンから）選択し、質量分析器は、フラグメントイオンの少なくとも一部を分析するように構成されている。
【０１０７】
図９を参照すると、多様な実施形態において、１つ以上のイオンセレクタ７３０、７３２は、イオン光学システムのイオンミラーの間に配置され得ることにより、イオン光学システムによって透過されたイオン運動エネルギの範囲を選択する。従って、多様な実施形態において、イオンセレクタ（例えば、７３０、７３２）を有するイオン光学システムは、選択されたエネルギ範囲内の運動エネルギを有するイオンを選択し、イオン光学システムと質量分析器との間に配置される第２のイオンセレクタ９８５（例えば、時限イオンセレクタ）は、イオンフラグメンタ９９０へ導入するための一次イオンを選択し、質量分析器は、フラグメントイオンの少なくとも一部を分析するように構成されている。
【０１０８】
多様な実施形態において、イオン光学システムは、質量分析器のゼロ電界領域に配置され得、エネルギ分散を実質的に有さないイオンビームを提供する。例えば、図３〜図８に図示される任意のイオン光学システム構成を、ＴＯＦ質量分析器のゼロ電界に追加することは、ＴＯＦ質量分析器システムを提供し得る。イオン光学システムへの挿入の例は、変更されたＴＯＦ質量分析器の概略的な位置エネルギダイアグラム１１００として、図１１に図示され、ここでｘ座標１１０２は、イオン軌道に沿った位置を表し、ｙ座標１１０４は、イオンエネルギを表す。多様な実施形態において、本教示のイオン光学システム１１０６は、ＴＯＦ−ＴＯＦ質量分析器の第１のゼロ電界領域１１０８に配置され得ることにより、ＴＯＦ−ＴＯＦ質量分析器システムを提供する。多様な実施形態において、イオンは、エネルギＶ１１００を有するパルスイオン源から生成され、供給源の動作条件は、特定のｍ／ｚ値のイオンが時限イオンセレクタ（ＴＩＳ）において時間どおりに収束され、ＴＩＳは、ＴＩＳの到達時間、従ってｍ／ｚ値に基づいてイオンを選択するように配置される。時限イオンセレクタは、イオン源１１１２から距離Ｄ１における第１のゼロ電界領域１１０８またはイオン源１１１６から距離Ｄ２における第２のゼロ電界領域１１１４のいずれかに位置され得る。イオン源とイオン光学システム１１０６との間の第１のゼロ電界領域の一部は、多様な実施形態において、飛行時間分析器として役立ち得る。多様な実施形態において、イオン源は、遅延型抽出パルスイオン源であり、イオン光学システムの対物平面は、イオン源の焦点（例えば、タイムラグ焦点）に配置される。
【０１０９】
（例えば、イオンフラグメンタを用いて）第２のゼロ電界領域において生成された選択されたイオンおよびそのフラグメントは、それらが追加のエネルギＶｃｃ１１２０を提供する第２のイオン加速器１１１８によって追加の距離Ｄ３を進んだ後で、さらに加速され得る。多様な実施形態において、選択されたイオンおよびそのフラグメントは、第２のイオン加速器１１１８の入口から距離Ｆで収束され得る。加速されたイオンおよびフラグメントは、第２の質量分析器１１２２において分離され得、かつ分析され得る。距離Ｆは、第２の質量分析器１１２２の焦点面までの距離であり得る。時限イオンセレクタは、第１のゼロ電界領域１１０８および第２のゼロ電界領域１１２２と共に、タンデムのＴＯＦ−ＴＯＦ質量分析器を備えており、ここにおいて、イオンを選択するための分析器の第１の段は、線形ＴＯＦ（第１のゼロ電界領域１１０８）であり、ここでフラグメント分析のための分析器の第２の段（第２のゼロ電界領域１１２２）は、線形または反射分析器であり得る。
【０１１０】
しかしながら、このような機器の第１の段における線形の分析器の使用は、イオン源が、同一のｍ／ｚ値を有するが、異なった運動エネルギを有するイオンを提供する状況において、解像度を減少させ得る。例えば、ＭＡＬＤＩ供給源によって生成されたエネルギ分布は、典型的に、レーザフルエンス、ＭＡＬＤＩマトリクスの特性および他の変量に依存することによって、時限イオンセレクタへの特定のｍ／ｚ値のイオンの到着時間分布は、制御されない様式で変更し得る。従来の反射分析器は、第１の段に対して解像度を向上させるために使用され得るが、従来の反射分析器の出射する軌道は、入射するイオンが非常に小さい直径のビームに制限され得る場合でも、入射するイオンの運動エネルギに依存する。このようなエネルギ分散は、効率的に収束され得ないイオンビームを作成し、典型的なＴＯＦ−ＴＯＦ機器の残りを介してより高い透過効率を可能にする。多様な実施形態において、第１のゼロ電界領域に挿入された本教示に従ったイオン光学システムの使用は、この問題を克服することを促進する。
【０１１１】
例えば、（偶数個のイオンミラーを備えた第１のイオン光学システムであって、該第１のイオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオンが該第１のイオン光学システムに入るときに持っていたイオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該第１のイオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されている）第１のイオン光学システム１１０６は、ＴＯＦ−ＴＯＦシステムの第１のゼロ電界領域１１０８に挿入され得る。この構成において、第１のイオン光学システム１１０６に対する時間焦点にイオン源に対する時間焦点を加算したものが選択されることにより、選択された質量のイオンが時限イオンセレクタ（ＴＩＳ）において時間通りに収束され得る。通常は、第１のイオン光学システム１１０６に対する焦点距離は、イオン源に対する焦点距離よりも十分に長くなるように選択されることにより、焦点上の供給源の条件の効果を減少し得る。
【０１１２】
本教示の局面、実施形態および特性は、以下の実施例からさらに理解され得、これはいかなる場合においても本教示の範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。
【実施例】
【０１１３】
実施例１および２は、第１のゼロ電界領域と図１２Ａおよび１２Ｂに図示されるイオン光学システム（これは図８のイオン光学システムに概略的、実質的に類似する）に実質的に類似するイオン光学システムとを含むように変更された（８５０ Ｌｉｎｃｏｌｎ Ｃｅｎｔｒｅ Ｄｒｉｖｅ，Ｆｏｓｔｅｒ Ｃｉｔｙ，ＣＡ ９４４０４，Ｕ．Ｓ．Ａ．のＡｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓによって販売された）Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ（登録商標）４７００ Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて取得された結果を示す。
【０１１４】
図１２Ａおよび１２Ｂを参照すると、挿入されたイオン光学システム１２００は、実質的に鏡面対称の関係性で第１の平面１２０６の対向する側に配置された第１の単一段のイオンミラー１２０２と第２の単一段のイオンミラー１２０４；および実質的に鏡面対称の関係性で第１の平面の対向する側に配置された第３の単一段のイオンミラー１２０８と第４の単一段のイオンミラー１２１０を備えている。変更されていない４７００Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒの動作を、イオン光学システム１２００が挿入されたものと比較するために、イオンミラー１２０２、１２０４、１２０８、１２１０の電位は、ゼロ電界領域の電気電位に設定され、それぞれミラー１２０２および１２０４の出口電極における開口部１２１２および１２１４は、イオンがイオン光学システムを介して透過されることを可能にした。図１２Ａを参照して、この「変更されていない４７００Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒ」動作モードにおいて、時限イオンセレクタおよび第２の質量分析器に進む前に、イオン源領域１２３０から、挿入されたイオン光学システム１２００によって変更されていない飛行経路を有するゼロ電界領域を介してイオン軌道１２３２に沿って、遮蔽チューブ１２３４、１２３６を通って、イオンは進む。
【０１１５】
図１２Ｂを参照して、挿入されたイオン光学システム１２００が利用される場合には、時限イオンセレクタおよび第２の質量分析器に進む前に、イオン源領域１２３０からイオンミラー１２０２、１２０４、１２０８、１２１０および（遮蔽チューブによって、浮遊電場から保護される）ゼロ電界領域１２４２、１２４４、１２４６を介して、イオン軌道１２４０に沿って、イオンは進む。多様な実施形態において、イオンセレクタは、第３のイオンミラー１２０８と第４のイオンミラー１２１０との間のゼロ電界領域に配置され得、例えば、エネルギフィルタを提供する。
【０１１６】
（実施例１：ＴＯＦ測定）
この実施例は、「変更されていない４７００Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒ」動作モードおよび挿入されたイオン光学システム１２００を利用するモードにおけるＴＯＦ質量分析器として動作される上記の変更された４７００Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて取得された実験データを示す。図１３Ａ〜１６Ｂにおいて、変更されていない４７００Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒ動作モードのデータは、「４７００線形スペック」として記され、挿入されたイオン光学システム１２００を利用するモードにおける動作に対するデータは、「４７００リフレクタスペック」として記される。これらのデータは、変更されていない４７００Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒにおける時限イオンセレクタの位置の近くに配置されるイオン検出器を用いて取得された。
【０１１７】
図１３Ａ〜Ｄは、２つの異なるレーザフルエンス；低いレーザフルエンス（図１３Ａ、１３Ｂ）および高いレーザフルエンス（図１３Ｃ、１３Ｄ）に対して取得されるマトリクスダイマ（ｍ／ｚ ３７９．１）のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ測定値を比較し、「変更されていない４７００Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒ」動作モード（図１３Ａ、１３Ｃ）において取得されたスペクトルを、挿入されたイオン光学システム１２００を利用するモード（図１３Ｂ、１３Ｄ）における動作に対するスペクトルと比較する。
【０１１８】
図１４Ａ〜Ｄは、２つの異なるレーザフルエンス；低いレーザフルエンス（図１４Ａ、１４Ｂ）および高いレーザフルエンス（図１４Ｃ、１４Ｄ）に対して取得されるｄｅｓ−Ａｒｇブラジキニン（ｍ／ｚ ３７９．１）の測定値を比較し、「変更されていない４７００Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒ」動作モード（図１４Ａ、１４Ｃ）において取得されたスペクトルを、挿入されたイオン光学システム１２００を利用するモード（図１４Ｂ、１４Ｄ）における動作に対するスペクトルと比較する。
【０１１９】
図１５Ａは、挿入されたイオン光学システム１２００を利用する高いレーザ強度において取得されたｄｅｓ−Ａｒｇブラジキニン、アンギオテンシンＩおよびｇｌｕＩフィブリノペプチドタイン（ｆｉｂｒｉｎｏｐｅｐｔｉｄｔｅｉｎ）を含む標準のペプチドの混合物に対するＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量スペクトルを描き、図１５Ｂ〜１５Ｄは、それぞれ約９０４、１２９６および１５７０という基準ｍ／ｚ値におけるプロトン化された分子イオンの領域における図１５Ａの拡大された部分を描く。
【０１２０】
図１６Ａは、図１５Ａのスペクトルの一部の拡大図を描き、１６Ｂは、より低いレーザフルエンスにおいて取得された類似の結果である。
【０１２１】
図１３、１４および１６における垂線は、ＴＯＦ−ＴＯＦ機器における前駆体選択に対する適用に対する、これらの実施例における検出器の位置に配置された時限イオンセレクタに対して選択され得る時間ウィンドウを表す。図１６Ａにおいて、例えば、質量９０４．４６を透過させるように設定された時限イオンセレクタに対する１９ナノ秒のウィンドウの使用は、ｍ／ｚ９０４．４６の約９６％が、高いレーザ強度においてｍ／ｚ９０５．４６の隣接するピークの１％未満の透過を用いて透過されることを可能にする。このことは、挿入されるイオン光学システム１２００を利用しない図１４Ｃと比較され得、ここで隣接するピークは、時限イオンセレクタの任意の設定を用いて分離され得ない。
【０１２２】
（実施例２：ＴＯＦ−ＴＯＦ測定値）
この実施例は、挿入されたイオン光学システム１２００を利用する「４７００ Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒ」ＴＯＦ−ＴＯＦ質量分析器として動作される上記の変更された４７００ Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて取得された実験データを示す。ＴＯＦ−ＴＯＦ動作モード（またはＭＳ／ＭＳモード）において、イオンは、４７００ Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ Ａｎａｌｙｚｅｒの時限イオンセレクタを用いる解析の第２段に対して選択される。
【０１２３】
図１７Ａおよび１７Ｂは、３つの合成ペプチド：ＡＰＬＡＶＧＡＴＫ（ｍ／ｚ８２７．５；配列番号１）；ＡＶＬＡＶＧＡＴＫ（ｍ／ｚ８２９．５；配列番号２）；およびＡＴＬＡＶＧＡＴＫ（ｍ／ｚ８３１．５；配列番号３）の混合物に対するＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量スペクトルの分子イオン領域を描く。図１７Ａにおいて、時限イオンセレクタは、相対的に広いｍ／ｚ範囲を透過させるように設定されることにより、３つ全部のペプチドに対する前駆体イオンが透過し、図１７Ｂにおいて、時限イオンセレクタは、ｍ／ｚ値８２７．５を糖化させるように設定される。
【０１２４】
図１８Ａおよび１８Ｂは、それぞれ、図１７Ａおよび１７Ｂにおいて描かれるスペクトルに対する、フラグメントイオンを含む完全なスペクトルを描く。
【０１２５】
図１９Ａおよび１９Ｂは、それぞれ、図１８Ａおよび１８Ｂの拡大された部分を描く。
【０１２６】
図１７Ａ〜２１におけるフラグメントイオンは、当該分野において公知の従来技術に従ってラベルされ、ここにおいてＣ付着端上の電荷とのペプチド結合の分割から形成されたフラグメントは、ｙイオンとしてラベルされ、Ｎ付着端上の電荷とのペプチド結合の分割から形成されたフラグメントは、ｂイオンとしてラベルされる。両方の場合において、数字はフラグメント内のアミノ酸残基の数を示し、括弧内の数字は、電荷状態である。このテスト混合物に存在するペプチドに対して、ｙ８よりも小さいｙイオンは、全部で３つのペプチドに共通であり、ｂ２よりも大きいｂイオンは、それぞれ、プロリン（Ｐ）、バリン（Ｖ）、スレオニン（Ｔ）の質量差に対応する約２質量単位だけ異なる。図１７Ａ〜２０Ｃにおいて、Ｎ付着端からの第２の位置においてＰを有する質量８２７．５のフラグメントがラベルされる。質量８２７．５の選択に対応する、図１８Ｂおよび１９Ｂにおいて、質量８２７．５のフラグメントに対応して実質的に全てのフラグメントのピークが検出され、ラベルされた。対照的に、図１８Ａおよび１９Ａにおいて、全部で３つの成分のより低い解像度の選択に対応して、質量８２７．５からのｂイオンは、その他の２つの成分からのよりより高い質量のｂフラグメントによって付随される。
【０１２７】
図２０Ａ〜２０Ｃは、時限イオンセレクタによって選択されたｍ／ｚ８３１．５で、図１５Ａの３つのペプチドの同一の混合物に対して取得されたＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量スペクトルを描く。図２０Ａ〜２０Ｃにおいて、ラベルされたｂフラグメントは、アミノ酸スレオニン（Ｔ）を含むフラグメントに対応し、混合物中のその他のペプチドからの、よりより低い質量のｂフラグメントは検出されない。
【０１２８】
図２１は、全部で３つのペプチドに共通なフラグメントイオン、ｙ４の強度を、時限イオンセレクタによって選択されたｍ／ｚ値の関数として描く。これらの結果は、フラグメントイオンに対する解像度が、対応する前駆体イオンに対する解像度と本質的に同一であることを示す。
【０１２９】
本出願において引用された全ての文献および類似する資料は、このような文献および類似する資料のフォーマットにかかわらず、特許、特許出願、記事、書籍、論文およびウェブページを含むが、これらに限定はされず、それらの全体が、参考として明確に援用される。援用された文献および類似する資料のうちの１つ以上が、定義される用語、用語の使用、記載される技術などを含むがこれらに限定はされない本出願と異なる、または該出願を否定する場合には、本出願が支配する。
【０１３０】
本明細書で使用されるセクションの見出しは、構成上の目的のみのためであり、記載される対象事項をいかなる方法においても制限するものと解釈されるべきではない。
【０１３１】
本教示は、多様な実施形態および実施例と関連して記載されているが、本教示がこのような実施形態または実施例に制限されることは意図されない。反対に、本教示は、当業者によって認識されるように多様な代替物、変更物および均等物を包含する。
【０１３２】
特許請求の範囲は、その効果に対して述べられない限り、記載される順序またはエレメントに制限されるように読まれるべきではない。添付される特許請求の範囲から逸脱することなく、形態および詳細における多様な変更がなされ得ることが理解されるべきである。例として、任意の開示された特徴が任意の他の開示された特徴と組合わされ得ることにより、本教示に従ったイオン光学システムまたは質量分析器システムを提供する。例えば、イオン光学システムの任意の多様な開示された実施形態は、イオン源、イオンセレクタ、イオンフラグメンタおよびイオン検出器のうちの１つ以上、イオンガイド、イオン収束エレメント、イオン操縦エレメント、別のイオン光学システムならびに１つ以上の質量分析器（例えば、飛行時間、イオントラップ、四重極、ＲＦ多極、磁気セクタ、静電気セクタおよびイオン移動度分光測定器）を組み合わせ得ることにより、本教示に従った、質量分析器および質量分析器システムを提供する。結果として、添付する特許請求の範囲およびその均等物の範囲および精神の範囲内の全ての実施形態が主張される。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１Ａ】図１Ａは、単一段のイオンミラーおよび異なる運動エネルギを有するイオンの代表的なイオン軌道を概略的に描写する。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａの単一段のイオンミラーのイオン収束を概略的に描写する。
【図２】図２は、２つの単一段のイオンミラーおよび２つの異なる運動エネルギを有するイオンの代表的なイオン軌道を概略的に描写する。
【図３】図３は、２つの対称的に配列されたイオンミラーおよび代表的なイオン軌道を備えたイオン光学システムの多様な実施形態を概略的に描写する。
【図４】図４は、２つの対称的に配置されたイオンミラーおよび異なる運動エネルギを有する代表的なイオン軌道を備えたイオン光学システムの多様な実施形態を概略的に描写し、ここに、該イオン光学システムから出るイオンの軌道は、該イオン光学システムに入る対応するイオン軌道に実質的に垂直である。
【図５】図５は、２つの対称的に配置されたイオンミラーおよび異なる運動エネルギを有する代表的なイオン軌道を備えているイオン光学システムの多様な実施形態を概略的に描写し、ここに、該イオン光学システムから出るイオンの軌道は、該イオン光学システムに入る対応するイオン軌道に実質的に反平行である。
【図６】図６は、４つの対称的に配置されたイオンミラーおよび異なる運動エネルギを有する代表的なイオン軌道を備えているイオン光学システムの多様な実施形態を概略的に描写し、ここに、該イオン光学システムから出るイオンの軌道は、該イオン光学システムに入る対応するイオン軌道に実質的に反平行である。
【図７】図７は、４つの対称的に配置されたイオンミラーおよび異なる運動エネルギを有する代表的なイオン軌道を備えているイオン光学システムの多様な実施形態を概略的に描写し、ここに、該イオン光学システムから出るイオンの軌道は、該イオン光学システムに入る対応するイオン軌道に実質的に平行であるが、そこから横に変位される。
【図８】図８は、４つの対称的に配置されたイオンミラーおよび異なる運動エネルギを有する代表的なイオン軌道を備えているイオン光学システムの多様な実施形態を概略的に描写し、ここに、該イオン光学システムから出るイオンの軌道は、該イオン光学システムに入る対応するイオン軌道に実質的に平行である。
【図９】図９は、図７で概略的に描写されるイオン光学システムを備えた質量解析器システムを概略的に描写する。
【図１０】図１０は、図８で概略的に描写されるイオン光学システムを備えた質量解析器システムを概略的に描写する。
【図１１】図１１は、実質的に図８で概略的に描写されるようなイオン光学システムを組み込んでいる質量解析器システムの電位のダイアグラムを概略的に描写する。
【図１２Ａ】図１２Ａおよび図１２Ｂは、４つの対称的に配列されたイオンミラーを備たイオン光学システムを有する質量解析器システムの一部分の断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａおよび図１２Ｂは、４つの対称的に配列されたイオンミラーを備たイオン光学システムを有する質量解析器システムの一部分の断面図である。
【図１３】図１３は、本教示に従ってイオン光学システムを使用し、および使用しないで獲得されたＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量スペクトルを比較する実施例１の実験データを描写する。
【図１４】図１４は、本教示に従ってイオン光学システムを使用し、および使用しないで獲得されたＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量スペクトルを比較する実施例１の実験データを描写する。
【図１５】図１５は、本教示に従ってイオン光学システムを使用し、および使用しないで獲得されたＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量スペクトルを比較する実施例１の実験データを描写する。
【図１６】図１６は、本教示に従ってイオン光学システムを使用し、および使用しないで獲得されたＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量スペクトルを比較する実施例１の実験データを描写する。
【図１７】図１７は、本教示に従ってイオン光学システムを使用して獲得されたＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＴＯＦ質量スペクトルを比較した実施例２の実験データを描写する。
【図１８】図１８は、本教示に従ってイオン光学システムを使用して獲得されたＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＴＯＦ質量スペクトルを比較した実施例２の実験データを描写する。
【図１９】図１９は、本教示に従ってイオン光学システムを使用して獲得されたＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＴＯＦ質量スペクトルを比較した実施例２の実験データを描写する。
【図２０】図２０は、本教示に従ってイオン光学システムを使用して獲得されたＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＴＯＦ質量スペクトルを比較した実施例２の実験データを描写する。
【図２１】図２１は、選択された前駆体の機能として実施例２の３つのペプチドすべてに共通である断片の透過を描写する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偶数個のイオンミラーを備えたイオン光学システムであって、該イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該イオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されている、イオン光学システム。
【請求項２】
前記イオンミラーは、複数の対に配列されており、各対の第１の要素と第２の要素とは、その対の該第１の要素が、その対の該第２の要素の位置に対して、第１の平面に対して鏡面対称である位置を有するように、該第１の平面の対向する側に配列されている、請求項１に記載のイオン光学システム。
【請求項３】
第１のイオンミラーと、
第２のイオンミラーとを備え、
該第２のイオンミラーを出るイオンの軌道であって、イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該第２のイオンミラーの像焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、該第１のイオンミラーと該第２のイオンミラーとが配列されている、イオン光学システム。
【請求項４】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーとは、該第１のイオンミラーと該第２のイオンミラーとが、第１の平面に対して鏡面対称になるように、該第１の平面の対向する側に配列されている、請求項３に記載のイオン光学システム。
【請求項５】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーとの間に配置されたイオンセレクタをさらに備えた、請求項３に記載のイオン光学システム。
【請求項６】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーとは、該第２のイオンミラーを出るイオンの軌道が該第１のイオンミラーに入る該イオンの軌道と実質的に垂直となるように、配列されている、請求項３に記載のイオン光学システム。
【請求項７】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーとは、該第２のイオンミラーを出るイオンの軌道が該第１のイオンミラーに入る該イオンの軌道と実質的に反平行になるように、配列されている、請求項３に記載のイオン光学システム。
【請求項８】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーとは、該第２のイオンミラーを出るイオンの軌道が該第１のイオンミラーに入る該イオンの軌道から、該第１のイオンミラーに入る該軌道と実質的に垂直となる方向に変位されるように、配列されている、請求項７に記載のイオン光学システム。
【請求項９】
第１のイオンミラーと、
第２のイオンミラーであって、該第１のイオンミラーと該第２のイオンミラーとは、該第１のイオンミラーが、該第２のイオンミラーの位置に対して、第１の平面に対して鏡面対称になるように、該第１の平面の対向する側に配置されている、第２のイオンミラーと、
第３のイオンミラーと、
第４のイオンミラーであって、該第３のイオンミラーと該第４のイオンミラーとは、該第３のイオンミラーが、該第４のイオンミラーの位置に対して、第１の平面に対して実質的に鏡面対称になるように、該第１の平面の対向する側に配置されている、該第４のイオンミラーとを備えた、イオン光学システム。
【請求項１０】
前記イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該イオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーと前記第３のイオンミラーと前記第４のイオンミラーとが配列されている、請求項９に記載のイオン光学システム。
【請求項１１】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーと前記第３のイオンミラーと前記第４のイオンミラーとは、前記イオン光学システムを出るイオンの軌道が、該イオン光学システムに入る該イオンの軌道と実質的に平行になるように、配列されている、請求項９記載のイオン光学システム。
【請求項１２】
前記イオン光学システムを出るイオンの前記軌道は、該イオン光学システムに入る該イオンの該軌道と実質的に一致する、請求項１１に記載のイオン光学システム。
【請求項１３】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーと前記第３のイオンミラーと前記第４のイオンミラーとは、前記イオン光学システムを出るイオンの前記軌道が、該イオン光学システムに入る前記イオンの該軌道から、該イオン光学システムに入る該軌道と実質的に垂直である方向に変位されるように、配列されている、請求項１１に記載のイオン光学システム。
【請求項１４】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーと前記第３のイオンミラーと前記第４のイオンミラーとは、前記イオン光学システムを出るイオンの軌道が、該イオン光学システムに入る該イオンの軌道と実質的に垂直になるように、配列されている、請求項９に記載のイオン光学システム。
【請求項１５】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーと前記第３のイオンミラーと前記第４のイオンミラーとは、前記イオン光学システムを出るイオンの軌道が、該イオン光学システムに入る該イオンの軌道と実質的に反平行になるように、配置されている、請求項９に記載のイオン光学システム。
【請求項１６】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーと前記第３のイオンミラーと前記第４のイオンミラーとは、前記イオン光学システムを出るイオンの前記軌道が、該イオン光学システムに入る該イオンの該軌道から、該イオン光学システムに入る該軌道と実質的に垂直である方向に変位されるように、配列されている、請求項１５に記載のイオン光学システム。
【請求項１７】
前記イオン光学システムの前記イオンミラーの２つの間に配置されたイオンセレクタをさらに備えた、請求項９に記載のイオン光学システム。
【請求項１８】
イオン光学システムであって、
イオンミラーの２つ以上の対であって、イオンミラーの各対は、第１の要素と第２の要素とを備えたイオンミラーの該２つ以上の対を備え、
イオンミラーの各対の該要素は、イオンミラーの対の該第１の要素が、該対の該第２の要素の位置に対して、該第１の平面に対して鏡面対称になるように、該第１の平面の対向する側に配置されており、
イオンミラーの該２つ以上の対は、該イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオン光学システムに入る該イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該イオン光学システムの焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、配列されている、イオン光学システム。
【請求項１９】
イオンミラーの前記２つ以上の対は、前記イオン光学システムを出るイオンの軌道が、該イオン光学システムに入る該イオンの軌道と実質的に平行になるように、配列されている、請求項１８に記載のイオン光学システム。
【請求項２０】
前記イオン光学システムを出るイオンの前記軌道は、該イオン光学システムに入る該イオンの該軌道と実質的に一致する、請求項１９に記載のイオン光学システム。
【請求項２１】
イオンミラーの前記２つ以上の対は、前記イオン光学システムを出るイオンの前記軌道が、該イオン光学システムに入る該イオンの該軌道から、該イオン光学システムに入る該軌道と実質的に垂直である方向に変位されるように、配列されている、請求項１９に記載のイオン光学システム。
【請求項２２】
イオンミラーの前記２つ以上の対は、前記イオン光学システムを出るイオンの軌道が、該イオン光学システムに入る該イオンの軌道と実質的に垂直になるように、配列されている、請求項１８に記載のイオン光学システム。
【請求項２３】
イオンミラーの前記２つ以上の対は、前記イオン光学システムを出るイオンの軌道が、該イオン光学システムに入る該イオンの軌道と実質的に反平行になるように、配列されている、請求項１８に記載のイオン光学システム。
【請求項２４】
イオンミラーの前記２つ以上の対は、前記イオン光学システムを出るイオンの前記軌道が、該イオン光学システムに入る該イオンの該軌道から、該イオン光学システムに入る該軌道と実質的に垂直である方向に変位されるように、配列されている、請求項２３に記載のイオン光学システム。
【請求項２５】
前記イオン光学システムの前記イオンミラーの２つの間に配置されたイオンセレクタをさらに備えた、請求項１８に記載のイオン光学システム。
【請求項２６】
質量分析器システムであって、
偶数個のイオンミラーを備えたイオン光学システムであって、
該イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該イオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されている、イオン光学システムと、
質量分析器システムであって、該質量器分析システムは、該イオン光学システムを出るイオンの少なくとも一部を受け取るように配置された質量分析器システムと、
を備えた、質量分析器システム。
【請求項２７】
前記イオンミラーは、複数の対になって配列されており、各対の第１の要素と第２の要素とは、その対の該第１の要素が、その対の該第２の要素の位置に対して、第１の平面に対して鏡面対称である位置を有するように、該第１の平面の対向する側に配置されている、請求項２６に記載の質量分析器システム。
【請求項２８】
イオンのパルスを提供し得るイオン源であって、前記イオン光学システムは、該イオン源によって提供されるイオンのパルスの少なくとも一部を受け取るように配置されているイオン源と、
イオン検出器であって、該イオン検出器は、前記質量分析器を出るイオンのパルスの少なくとも一部を受け取るように配置されているイオン検出器とを
備えた、請求項２６に記載の質量分析器システム。
【請求項２９】
前記質量分析器は、四重極、ＲＦ多極、イオントラップ、飛行時間（ＴＯＦ）およびそれらの組み合わせの１つ以上を備えている、請求項２６に記載の質量分析器システム。
【請求項３０】
前記イオン光学システムと前記質量分析器との間に配置されるイオンセレクタおよびイオンフラグメンタのうちの１つ以上を備えている、請求項２６に記載の質量分析器システム。
【請求項３１】
イオン源、イオンセレクタ、イオンフラグメンタ、イオン検出器、イオンガイド、イオン収束素子、イオン案内素子、およびそれらの組み合わせをさらに備えている、請求項２６に記載の質量分析器システム。
【請求項３２】
質量分析器システムであって、
イオン光学システムであって、該イオン光学システムは、
イオンミラーの２つ以上の対を備え、イオンミラーの各対は、第１の要素と第２の要素とを備え、イオンミラーの各対の該要素は、イオンミラーの対の該第１の要素が、その対の該第２の要素の位置に対して、第１の平面に対して鏡面対称になるように、該第１の平面の対向する側に配置されている、イオン光学システムと、
質量分析器システムであって、該質量器分析システムは、該イオン光学システムを出るイオンの少なくとも一部を受け取るように配置された質量分析器システムと
を備えた質量分析器システム。
【請求項３３】
イオンミラーの該２つ以上の対は、該イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、配列されている、請求項３２に記載の質量分析器システム。
【請求項３４】
イオンのパルスを提供し得るイオン源であって、前記イオン光学システムは、該イオン源によって提供されるイオンのパルスの少なくとも一部を受け取るように配置されているイオン源と、
イオン検出器であって、該イオン検出器は、前記質量分析器を出るイオンのパルスの少なくとも一部を受け取るように配置されているイオン検出器とを
さらに備えた、請求項３２に記載の質量分析器システム。
【請求項３５】
前記質量分析器は、四重極、ＲＦ多極、イオントラップ、飛行時間（ＴＯＦ）およびそれらの組み合わせの１つ以上を備えている、請求項３２に記載の質量分析器システム。
【請求項３６】
前記イオン光学システムと前記質量分析器との間に、１つ以上のイオンセレクタおよびイオンフラグメンタを備えている、請求項３２に記載の質量分析器システム。
【請求項３７】
イオン源、イオンセレクタ、イオンフラグメンタ、イオン検出器、イオンガイド、イオン収束素子、イオン案内素子、およびそれらの組み合わせをさらに備えている、請求項３２に記載の質量分析器システム。
【請求項１】
偶数個のイオンミラーを備えたイオン光学システムであって、該イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該イオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されている、イオン光学システム。
【請求項２】
前記イオンミラーは、複数の対に配列されており、各対の第１の要素と第２の要素とは、その対の該第１の要素が、その対の該第２の要素の位置に対して、第１の平面に対して鏡面対称である位置を有するように、該第１の平面の対向する側に配列されている、請求項１に記載のイオン光学システム。
【請求項３】
第１のイオンミラーと、
第２のイオンミラーとを備え、
該第２のイオンミラーを出るイオンの軌道であって、イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該第２のイオンミラーの像焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、該第１のイオンミラーと該第２のイオンミラーとが配列されている、イオン光学システム。
【請求項４】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーとは、該第１のイオンミラーと該第２のイオンミラーとが、第１の平面に対して鏡面対称になるように、該第１の平面の対向する側に配列されている、請求項３に記載のイオン光学システム。
【請求項５】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーとの間に配置されたイオンセレクタをさらに備えた、請求項３に記載のイオン光学システム。
【請求項６】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーとは、該第２のイオンミラーを出るイオンの軌道が該第１のイオンミラーに入る該イオンの軌道と実質的に垂直となるように、配列されている、請求項３に記載のイオン光学システム。
【請求項７】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーとは、該第２のイオンミラーを出るイオンの軌道が該第１のイオンミラーに入る該イオンの軌道と実質的に反平行になるように、配列されている、請求項３に記載のイオン光学システム。
【請求項８】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーとは、該第２のイオンミラーを出るイオンの軌道が該第１のイオンミラーに入る該イオンの軌道から、該第１のイオンミラーに入る該軌道と実質的に垂直となる方向に変位されるように、配列されている、請求項７に記載のイオン光学システム。
【請求項９】
第１のイオンミラーと、
第２のイオンミラーであって、該第１のイオンミラーと該第２のイオンミラーとは、該第１のイオンミラーが、該第２のイオンミラーの位置に対して、第１の平面に対して鏡面対称になるように、該第１の平面の対向する側に配置されている、第２のイオンミラーと、
第３のイオンミラーと、
第４のイオンミラーであって、該第３のイオンミラーと該第４のイオンミラーとは、該第３のイオンミラーが、該第４のイオンミラーの位置に対して、第１の平面に対して実質的に鏡面対称になるように、該第１の平面の対向する側に配置されている、該第４のイオンミラーとを備えた、イオン光学システム。
【請求項１０】
前記イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該イオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーと前記第３のイオンミラーと前記第４のイオンミラーとが配列されている、請求項９に記載のイオン光学システム。
【請求項１１】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーと前記第３のイオンミラーと前記第４のイオンミラーとは、前記イオン光学システムを出るイオンの軌道が、該イオン光学システムに入る該イオンの軌道と実質的に平行になるように、配列されている、請求項９記載のイオン光学システム。
【請求項１２】
前記イオン光学システムを出るイオンの前記軌道は、該イオン光学システムに入る該イオンの該軌道と実質的に一致する、請求項１１に記載のイオン光学システム。
【請求項１３】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーと前記第３のイオンミラーと前記第４のイオンミラーとは、前記イオン光学システムを出るイオンの前記軌道が、該イオン光学システムに入る前記イオンの該軌道から、該イオン光学システムに入る該軌道と実質的に垂直である方向に変位されるように、配列されている、請求項１１に記載のイオン光学システム。
【請求項１４】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーと前記第３のイオンミラーと前記第４のイオンミラーとは、前記イオン光学システムを出るイオンの軌道が、該イオン光学システムに入る該イオンの軌道と実質的に垂直になるように、配列されている、請求項９に記載のイオン光学システム。
【請求項１５】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーと前記第３のイオンミラーと前記第４のイオンミラーとは、前記イオン光学システムを出るイオンの軌道が、該イオン光学システムに入る該イオンの軌道と実質的に反平行になるように、配置されている、請求項９に記載のイオン光学システム。
【請求項１６】
前記第１のイオンミラーと前記第２のイオンミラーと前記第３のイオンミラーと前記第４のイオンミラーとは、前記イオン光学システムを出るイオンの前記軌道が、該イオン光学システムに入る該イオンの該軌道から、該イオン光学システムに入る該軌道と実質的に垂直である方向に変位されるように、配列されている、請求項１５に記載のイオン光学システム。
【請求項１７】
前記イオン光学システムの前記イオンミラーの２つの間に配置されたイオンセレクタをさらに備えた、請求項９に記載のイオン光学システム。
【請求項１８】
イオン光学システムであって、
イオンミラーの２つ以上の対であって、イオンミラーの各対は、第１の要素と第２の要素とを備えたイオンミラーの該２つ以上の対を備え、
イオンミラーの各対の該要素は、イオンミラーの対の該第１の要素が、該対の該第２の要素の位置に対して、該第１の平面に対して鏡面対称になるように、該第１の平面の対向する側に配置されており、
イオンミラーの該２つ以上の対は、該イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオン光学システムに入る該イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該イオン光学システムの焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、配列されている、イオン光学システム。
【請求項１９】
イオンミラーの前記２つ以上の対は、前記イオン光学システムを出るイオンの軌道が、該イオン光学システムに入る該イオンの軌道と実質的に平行になるように、配列されている、請求項１８に記載のイオン光学システム。
【請求項２０】
前記イオン光学システムを出るイオンの前記軌道は、該イオン光学システムに入る該イオンの該軌道と実質的に一致する、請求項１９に記載のイオン光学システム。
【請求項２１】
イオンミラーの前記２つ以上の対は、前記イオン光学システムを出るイオンの前記軌道が、該イオン光学システムに入る該イオンの該軌道から、該イオン光学システムに入る該軌道と実質的に垂直である方向に変位されるように、配列されている、請求項１９に記載のイオン光学システム。
【請求項２２】
イオンミラーの前記２つ以上の対は、前記イオン光学システムを出るイオンの軌道が、該イオン光学システムに入る該イオンの軌道と実質的に垂直になるように、配列されている、請求項１８に記載のイオン光学システム。
【請求項２３】
イオンミラーの前記２つ以上の対は、前記イオン光学システムを出るイオンの軌道が、該イオン光学システムに入る該イオンの軌道と実質的に反平行になるように、配列されている、請求項１８に記載のイオン光学システム。
【請求項２４】
イオンミラーの前記２つ以上の対は、前記イオン光学システムを出るイオンの前記軌道が、該イオン光学システムに入る該イオンの該軌道から、該イオン光学システムに入る該軌道と実質的に垂直である方向に変位されるように、配列されている、請求項２３に記載のイオン光学システム。
【請求項２５】
前記イオン光学システムの前記イオンミラーの２つの間に配置されたイオンセレクタをさらに備えた、請求項１８に記載のイオン光学システム。
【請求項２６】
質量分析器システムであって、
偶数個のイオンミラーを備えたイオン光学システムであって、
該イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、該イオン光学システムの像焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、該偶数個のイオンミラーが配列されている、イオン光学システムと、
質量分析器システムであって、該質量器分析システムは、該イオン光学システムを出るイオンの少なくとも一部を受け取るように配置された質量分析器システムと、
を備えた、質量分析器システム。
【請求項２７】
前記イオンミラーは、複数の対になって配列されており、各対の第１の要素と第２の要素とは、その対の該第１の要素が、その対の該第２の要素の位置に対して、第１の平面に対して鏡面対称である位置を有するように、該第１の平面の対向する側に配置されている、請求項２６に記載の質量分析器システム。
【請求項２８】
イオンのパルスを提供し得るイオン源であって、前記イオン光学システムは、該イオン源によって提供されるイオンのパルスの少なくとも一部を受け取るように配置されているイオン源と、
イオン検出器であって、該イオン検出器は、前記質量分析器を出るイオンのパルスの少なくとも一部を受け取るように配置されているイオン検出器とを
備えた、請求項２６に記載の質量分析器システム。
【請求項２９】
前記質量分析器は、四重極、ＲＦ多極、イオントラップ、飛行時間（ＴＯＦ）およびそれらの組み合わせの１つ以上を備えている、請求項２６に記載の質量分析器システム。
【請求項３０】
前記イオン光学システムと前記質量分析器との間に配置されるイオンセレクタおよびイオンフラグメンタのうちの１つ以上を備えている、請求項２６に記載の質量分析器システム。
【請求項３１】
イオン源、イオンセレクタ、イオンフラグメンタ、イオン検出器、イオンガイド、イオン収束素子、イオン案内素子、およびそれらの組み合わせをさらに備えている、請求項２６に記載の質量分析器システム。
【請求項３２】
質量分析器システムであって、
イオン光学システムであって、該イオン光学システムは、
イオンミラーの２つ以上の対を備え、イオンミラーの各対は、第１の要素と第２の要素とを備え、イオンミラーの各対の該要素は、イオンミラーの対の該第１の要素が、その対の該第２の要素の位置に対して、第１の平面に対して鏡面対称になるように、該第１の平面の対向する側に配置されている、イオン光学システムと、
質量分析器システムであって、該質量器分析システムは、該イオン光学システムを出るイオンの少なくとも一部を受け取るように配置された質量分析器システムと
を備えた質量分析器システム。
【請求項３３】
イオンミラーの該２つ以上の対は、該イオン光学システムを出るイオンの軌道であって、該イオンの運動エネルギから実質的に独立した位置で、焦点面に実質的に平行である面と交わるイオンの軌道が提供され得るように、配列されている、請求項３２に記載の質量分析器システム。
【請求項３４】
イオンのパルスを提供し得るイオン源であって、前記イオン光学システムは、該イオン源によって提供されるイオンのパルスの少なくとも一部を受け取るように配置されているイオン源と、
イオン検出器であって、該イオン検出器は、前記質量分析器を出るイオンのパルスの少なくとも一部を受け取るように配置されているイオン検出器とを
さらに備えた、請求項３２に記載の質量分析器システム。
【請求項３５】
前記質量分析器は、四重極、ＲＦ多極、イオントラップ、飛行時間（ＴＯＦ）およびそれらの組み合わせの１つ以上を備えている、請求項３２に記載の質量分析器システム。
【請求項３６】
前記イオン光学システムと前記質量分析器との間に、１つ以上のイオンセレクタおよびイオンフラグメンタを備えている、請求項３２に記載の質量分析器システム。
【請求項３７】
イオン源、イオンセレクタ、イオンフラグメンタ、イオン検出器、イオンガイド、イオン収束素子、イオン案内素子、およびそれらの組み合わせをさらに備えている、請求項３２に記載の質量分析器システム。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公表番号】特表２００８−５２９２２１（Ｐ２００８−５２９２２１Ａ）
【公表日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５５２３５０（Ｐ２００７−５５２３５０）
【出願日】平成１８年１月２４日（２００６．１．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００２３３８
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０８１２０４
【国際公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【出願人】（５０５１２３６９７）アプレラ コーポレイション (21)
【出願人】（５０６１８３１３３）エムディーエス インコーポレーテッド (7)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月２４日（２００６．１．２４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００２３３８
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０８１２０４
【国際公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【出願人】（５０５１２３６９７）アプレラ コーポレイション (21)
【出願人】（５０６１８３１３３）エムディーエス インコーポレーテッド (7)
【Ｆターム（参考）】
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