イオン処理用の二次元の電極構造
【課題】電極の開口部を含むことに関連した問題を改善する、イオン処理装置に用いる電極構造を提供する。
【解決手段】例えばイオントラップのような装置に使用される電極は、通常、第１の軸方向端部から第２の軸方向端部へと中心軸の方向に延びる軸長、および内側表面を有している。この内側表面は、第１の軸方向端部から第２の軸方向端部にわたって均一、または少なくとも軸方向に沿った均一部分長さについて均一である表面形状を含む。電極は、少なくとも均一部分の長さについては、延びている溝のような細長い表面形状を含んでもよい。開口部は溝とつながっている。電極は軸方向に領域に分割されている。領域間の隙間は、中心軸に直交する平面に対して角度をつけて向けられている。電極は細長い内部空間の近傍に同軸に配列された電極構造として構成された数個の電極のうちの１つであってもよい。
【解決手段】例えばイオントラップのような装置に使用される電極は、通常、第１の軸方向端部から第２の軸方向端部へと中心軸の方向に延びる軸長、および内側表面を有している。この内側表面は、第１の軸方向端部から第２の軸方向端部にわたって均一、または少なくとも軸方向に沿った均一部分長さについて均一である表面形状を含む。電極は、少なくとも均一部分の長さについては、延びている溝のような細長い表面形状を含んでもよい。開口部は溝とつながっている。電極は軸方向に領域に分割されている。領域間の隙間は、中心軸に直交する平面に対して角度をつけて向けられている。電極は細長い内部空間の近傍に同軸に配列された電極構造として構成された数個の電極のうちの１つであってもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は以下の同時係属米国特許出願に関係するものであり、その特許は本願との共通の譲受人に譲渡された「線形イオン処理装置における場の欠陥に対する補償」、「異なる作動形態に対する線形イオン処理装置の場の条件の調整」、「線形処理におけるイオン励起に対する場の条件の改善」、「線形イオン処理装置における回転励起場」のそれぞれが、２００６年１月３０日に本出願と同時出願されている。
【０００２】
本発明は一般的に、イオンの操作や処理において利用できる電極や電極のセットのような、二次元または線形構造の電極構造に関連する。本発明はまた、電極構造を使用することができるイオンの操作および処理の方法や装置に関係する。電極構造は例えば、質量分析スペクトルと共に使用することができる。
【背景技術】
【０００３】
イオントラップのような線形または二次元イオン処理装置は、装置の中心（ｚ）軸の同軸上に配置した中心軸の方向に細長い電極のセットで形成されている。各電極は、通常中心軸に対して直交する（ｘ−ｙ）平面に中心軸から径方向の距離に位置している。電極の内側表面は、通常内部で中心軸に対向する双曲線になっている。その結果、電極の構成が反対方向の内側表面の間の装置の軸方向に細長い内側の空間を規定する。操作において、イオンは導入され、捕捉され、蓄積され、分離されて内部空間において様々な反応の影響を受け、検出のために内部空間から排出される。このような操作には、電極構造の物理的構成要素の形状、製作および組立と共に、内部空間にあるイオンの動きに対する正確な制御が要求される。ｘ−ｙ平面に沿ったイオンの径方向運動は、対向する電極の組の間の二次元的ＲＦトラップ場を印加することにより制御してもよい。イオンの軸方向の運動、または中心軸に沿ったイオンの運動は、電極の軸方向端部の間にある軸方向ＤＣトラップ場を印加することにより制御してもよい。さらに補助的または補足的ＲＦ場を対向する電極対の間に印加することにより、電極対の軸に沿った選沢された質量対電荷比イオンの振動の振幅を増大し、それにより、イオンの排出、衝突誘起解離（ＣＩＤ）を含む、種々の目的のためのイオンの運動エネルギーを増加することができる。
【０００４】
電極セットの内部空間にあるイオンは、内部空間においてアクティブな電場に反応し、またイオンの運動もそれらに影響される。これらの場には上記で述べたＤＣやＲＦ場といった場合に電気的手段によって意図的に印加される場も含まれ、また電極セットの物理的／幾何学的特徴により本質的に（機械的に）発生する場も含まれる。本質的に発生する場には意図的なものもそうでないものもあり、操作のモードにより、望ましいまたは最適なものもあり、そうでないものもある。印加される場は、用いられる操作のパラメーター（振幅、振動数、位相等）により左右されるだけでなく、電極間の間隔を含む電極のサイズによっても左右される。本質的に発生する場もまた電極のサイズや間隔に左右される。印加される場も本質的に発生する場も両方とも、内部空間に露出している電極の内側表面の形態（外形、形状、特徴等）に左右される。双曲電極の先端線のような中心軸に最も近い内側表面の端部は、ＲＦトラップ場に最も大きな影響を与え、そのためにＲＦトラップ場により中心軸の周りに大量に抑制されているイオンにも大きな影響を与える。
【０００５】
理想的なケースでは、電極の物理的特徴と配置とは、アクティブな場における欠陥が存在せず、場が電極セットの中心軸に沿って均一になる。電極は漸近線に向かって無限に延びる完全な放物表面である。場に対するイオンの反応は完全に予測可能かつ制御可能であり、質量分析器または同様の装置としての性能が完璧に最適化されている。しかしながら実際は、電極は種々のタイプの場の欠陥を引き起こす異なる色々な特徴や、イオンの反応の操作および挙動に悪影響を与える歪みを含んでいる。例えば、イオン捕捉装置として採用されるほとんどの電極のセットは、内部空間から中心軸に対して直交する半径（ｘまたはｙ）の方向にイオンを排出する。多くの用途において径方向の排出は、２つの対向する電極がその上に位置する軸に沿って直接影響するときに最も効果がある。電極を通しての径方向の排出は、電極がイオンの出口としての開口部、通常軸（ｚ）方向に細長いスロット形状をした排出開口を有することを必要とする。スロットは、操作のある段階の間、イオンの望ましい操作や処理にとって有害となる場の欠陥の深刻な原因となりうる。そのために、スロットにより生じる場の欠陥を除去し、または少なくとも最小化することが好都合である。
【０００６】
従来の技術的構成においては、スロットの長さは、排出されるイオンが、有害な場の歪みが顕著に現れる電極の軸方向端部から離れたところに保たれるように、電極の全体の長さよりも著しく短くなっている。スロットの影響を最小化するための様々なその他の設計の検討が提案されている。例えばスロットのサイズや断面域（例：長さや幅）の最小化、スロットの断面領域の均一性の最大化、電極の他の物理的特徴の変更、スロットの存在を補償するための追加的な物理的特徴の付与、などである。このような提案にもかかわらず、単にスロットが存在することで場の歪みが生じる。なぜならばスロットの先端が幾何学的な非連続性を構成しているからである。その結果、スロットの近傍でアクティブな場は、電極セットの他の領域における場とは異なるのである。電極セットの中心軸に沿った軸方向位置に関連する場の何らかの差異は、イオンの望ましい反応に悪影響を与えることがあり、その結果、イオン処理装置としての電極セットの性能にも悪影響を与える。例えば、電極セットがイオントラップ質量分析器として用いられる場合、中心軸に沿った場の不均一性は質量対電荷比が同じであるイオンが異なる時間に放出される原因となり、その結果質量分解能の損失をもたらす。
【特許文献１】米国特許第６，７９７，９５０号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００２／０１８５５９６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，０８７，６５７号明細書
【特許文献４】米国特許第５，８８６，３４６号明細書
【非特許文献１】Shwartz et al., “A Two-Dimensional Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometer”J.AM.Soc.MASS.SPECTROM, Vol3、3659-669（２００２年４月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述を考慮すると、そのような電極の開口部を含むことに関連した問題や、電極セットにおいて有害な場の影響となるその他の誘因をよりよく解決する、または電極の使用により発生する電場の均一性を改善する、イオン処理装置に用いる電極構造を備えることが有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の問題を全体的であれ部分的であれ、および／または当業者により観察されたその他の問題を解決するために、以下に実施形態として述べるように、本開示は方法、処理過程、システム、器具、機器、装置を提供する。
ある局面によれば、イオンを取扱う電極構造が提供されている。電極構造は中心軸と同軸上に配置した複数個の電極を備えている。各電極は大略的に中心軸の方向に延びた軸長を持っている。各電極は、当該電極構造の内部空間から大略的に外方を向く第１の軸方向端部、第２の軸方向端部および外側表面と、前記内部空間に大略的に面し、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる内側表面とを含む複数の電極を備えている。少なくとも前記電極の一つは、前記内側表面から前記外側表面へ径方向に延びる開口部を有する開口された電極である。前記開口された電極の前記内側表面は表面形状を有し、前記表面形状は前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ前記軸方向に沿って均一である。
【０００９】
別の局面によれば、開口部は、開口された電極の第１の軸方向端部から第２の軸方向端部に沿って均一である。
別の局面によれば、開口された電極の内側表面は第１の軸方向端部から軸方向端部まで延びている細長い表面形状を含んでいる。１つの実施形態においては、細長い表面形状は開口部とつながった溝を含む。
【００１０】
別の局面によれば、電極構造はさらに第１の端部電極部分と、第１の端部電極部分から中心軸に沿って離間した第２の端部電極部分とを含む。複数個の電極は第１の端部電極部分と第２の端部電極部分との間に軸方向に沿って入っている。
別の局面によれば、各電極は、第１の端部部分と、前記第１の端部部分から軸方向に離間した中心部分と、前記中心部分から軸方向に離間した第２の端部部分とに分割されている。前記開口された電極の前記内側表面の前記表面形状が、前記中心部分の前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ前記軸方向に沿って均一であり、前記表面形状の前記均一性は、少なくとも前記第１の軸方向端部に最も近い前記開口された電極の前記第１の端部部分の一部と、少なくとも前記第２の軸方向端部に最も近い前記開口された電極の前記第２の端部部分の一部とにわたって連続している。
【００１１】
別の局面によれば、前記表面形状の前記均一性は、前記開口された電極の前記第１の端部部分の全長と、前記開口された電極の前記第２の端部部分の全長とにわたって連続している。
別の局面によれば、前記開口された電極は、前記中心軸に直交し径方向軸および横軸によって規定される平面における断面を含んでいる。前記断面は、前記横軸に沿った幅と、前記径方向軸に沿った深さとを有する。前記開口部は、前記幅の中心において前記径方向軸に沿って径方向に延びている。前記断面は、前記開口部と横方向に関して中心を合わせられた断面部分であって、前記内側表面から前記深さを越えて前記開口された電極へと径方向に延びる均一な断面部分を含んでいる。前記均一な断面部分は前記開口された電極の前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ軸方向に沿って均一である。
【００１２】
別の局面によれば、前記開口された電極は、前記内部空間に面する平面であって、前記開口された電極の軸長と前記中心軸に対して直交する方向に向いた横軸とによって規定される平面における断面を含んでおり、前記断面は前記横軸に沿った幅を有する。前記複数の電極は、前記中心軸に対して前記開口された電極の反対に配置された対向電極を含み、前記対向電極は、前記内部空間に面する平面であって、前記開口された電極の前記断面に対向する平面における断面を含む。前記開口された電極および前記対向電極の前記断面は、前記開口された電極および前記対向電極のそれぞれの前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ前記軸方向に沿って同じである。
【００１３】
別の局面によれば、イオンを操作する電極構造が提供されている。この電極構造は、中心軸に同軸に配列された複数の電極であって、各電極は前記中心軸の方向に大略的に延びる軸長を有し、各電極は当該電極構造の内部空間から大略的に外方を向く第１の軸方向端部、第２の軸方向端部および外側表面と、前記内部空間に大略的に面し、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと軸方向に延びる内側表面とを含む複数の電極を備えている。少なくとも前記電極の一つは、前記軸方向に、および前記内側表面から前記外側表面へ径方向に延びる開口部を有する開口された電極であり、前記開口された電極の前記内側表面は表面形状を有し、前記表面形状は前記軸方向に均一な部分長に沿って均一であり、前記開口は前記均一な部分長に沿って位置しており、前記均一な部分長は前記開口部の軸方向長さよりも長い。
【００１４】
別の局面によれば、前記開口された電極の前記内側表面が、前記均一な部分長に沿って延びる細長い表面形状を含んでいる。１つの局面においては、細長い表面形状は開口部とつながっている溝を含んでいる。
別の局面によれば、イオン処理装置において電場を発生させる電極が提供されている。この電極は、第１の軸方向端部、第２の軸方向端部、および前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる細長い長さを含む。この電極はさらに、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる外側表面であって、当該外側表面は、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる湾曲部分を含み、前記湾曲部分は、大略的に先端線に中心を合わされた端部領域を含むとともに、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びて前記先端線と整列する細長い表面形状を含んでいる外側表面を含む。１つの局面においては、前記細長い表面形状が、前記湾曲部分から、前記先端線と整列する前記電極の厚みを貫通して径方向に延びるとともに、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと軸方向に延びる開口部を含む。別の局面では、前記細長い表面形状が、前記先端線と整列する前記電極へ径方向に延びるとともに前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと軸方向に延びる溝を含を含む。また別の局面では、細長い表面形状は溝を含み、電極は溝と連通する開口部を持っている。
【００１５】
別の局面によれば、イオン処理装置において電場を発生させる電極が提供されている。電極は本体を含む。この本体は、第１の軸方向端部、反対側の第２の軸方向端部、および前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる細長い長さと、前記細長い長さに対して直交する断面平面に位置する厚みと、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる外側表面とを含む。外側表面は、第１の軸方向端部から第２の軸方向端部に延びている湾曲部分を含む。前記本体は、第１の端部部分と、前記第１の端部部分から軸方向に第１の間隙によって離間した中心部分と、前記中心部分から軸方向に第２の間隙によって離間した第２の端部部分とに分割されている。前記第１の間隙の少なくとも一部と、前記第２の間隙の少なくとも一部とが前記断面平面に対してある角度をなすように向けられている。１つの局面では、前記湾曲部分が、前記中央部分の全長に沿って軸方向に延びる細長い表面形状を含む。
【００１６】
分割された本体を持つ電極の１つの局面によれば、前記第１の端部部分が第１の端部部分の内側表面を含み、前記中央部分が第１の中央部分の内側表面および対向する第２の中央部分の内側表面を含み、前記第２の端部部分が前記第２の端部部分の内側表面を含む。前記第１の端部部分の内側表面、前記第１の中央部分の内側表面、前記第２の中央部分の内側表面、および前記第２の端部部分の内側表面のそれぞれが、前記直交する平面に対して湾曲している。
【００１７】
分割された本体を持つ電極の別の局面によれば、前記中央部分が、第１の幅を狭くした端部領域と、対向する第２の幅を狭くした端部領域とを含み、前記第１の端部部分は、前記第１の幅を狭くした端部領域を収容する第１の凹部領域であって、前記第１の幅を狭くした端部領域と第１の間隙によって離間した第１の凹部領域を含み、前記第２の端部部分は、前記第２の幅を狭くした端部領域を収容する第２の凹部領域であって、前記第２の幅を狭くした端部領域と第２の間隙によって離間した第２の凹部領域を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
一般的に、「つながる（連通する）」という語（例えば、第１の部分が、第２の部分と「連通する」または「連通状態である」など）は、本明細書において、２つ以上の構成部分（または要素、特徴など）の間の構造的、機能的、機械的、電気的、光学的、磁気的、イオン的、または流体的関係を示すために使用されている。このように１つの部分が第２の部分とつながっているということは、第１の部分と第２の部分との間に追加の部分が存在したり、第１の部分や第２の部分に動作可能な関連または係合し、たりする可能性を排除することを意図するものではない。
【００１９】
本開示において提供されている主題は、一般的に、イオンの操作、処理または制御のための装置において用いられるタイプの電極および電極の構成に関する。電極の構成は様々な機能の実施において利用が可能である。これらに限定されるものではないが、電極の構成は、中性分子をイオン化するチャンバ、イオンを集束、ゲーティングおよび／または輸送のためのレンズまたはイオンガイド、イオンの冷却または熱運動のための装置として、イオンの捕捉、蓄積および／または排出のための装置、望ましくないイオンから望ましいイオンを分離するための装置、質量分析器または分別装置として、質量フィルターとして、タンデム質量分析または多段型質量分光分析（ＭＳ／ＭＳまたはＭＳｎ）を実効する段階として、前駆イオンの断片化または解離のための衝突セルとして、連続ビーム、連続分析器、パルス化または時系列に基づくイオン処理の段階として、イオン・サイクロトロン・セルとして、極性の異なるイオンを分離する装置として使用できる。しかしながら、本開示において記載されている電極および電極の構成の様々な応用はこれらのタイプの手順、装置およびシステムに限られるものではない。装置および方法における電極および電極の構成ならびに関連実施形態は図１〜図９を参照して以下により詳しく記述する。
【００２０】
図１〜図３はイオンの操作または処理に使用できる電極構造、構成、システム、装置、または線形（二次元）のロッドセット１００の例である。図１〜図３はまた参照目的でデカルト（直交）（ｘ，ｙ，ｚ）座標のフレームを含んでいる。記載目的のために、ｚ軸に沿った方向または方位は軸方向と称し、直交するｘ軸およびｙ軸に沿う方向または方位を径方向または横方向として称する。図４〜図８は電極構造１００に設けることができる電極の追加例を示している。
【００２１】
図１を参照して、電極構造１００はｚ軸に沿って細長い複数の電極１０２，１０４，１０６，１０８を含んでいる。つまり、各電極１０２，１０４，１０６，１０８は、ｚ軸と略平行な方向に延びている主寸法または長手寸法（例えば、長さ）を有している。多くの実施形態において、電極１０２，１０４，１０６，１０８はｚ軸に厳密に平行であるか、または実際に可能な限り平行である。この平行性によって、その中でＲＦ場（電界）が電極構造１００に適用されるとき、イオンの操作および処理に関連した操作中にイオンの挙動の予測性能や制御性能を向上する。なぜならば、そのような場合、イオンが遭遇するＲＦ場の強さ（振幅）は、電極構造１００のイオンの軸位置によって変わらないからである。このように、他の場の欠陥がないと仮定すれば、イオンのマチウパラメーターｑの数値は軸位置に依存しなくなる。ｑの値が軸位置から独立している場合、軸位置が質量のスペクトルピークを広げる、またはアウトプットされるデータの質量分解能に付属する品質低下を招くことなく、イオンを電極構造１００から純粋に質量依存ベースで排出することができる。さらに、平行電極１０２、１０４、１０６、１０８を用いると、電極構造１００の端部から端部に与えられるＤＣ電位の大きさが軸位置により変わることがない。
【００２２】
図１に示されている例では、複数の電極１０２、１０４、１０６、１０８は４個の電極を含む。すなわち、第１の電極１０２、第２の電極１０４、第３の電極１０６、第４の電極１０８である。この例において、第１の電極１０２と第２の電極１０４とは大略的にｙ軸に沿った対向する一対の電極として配置されている。そして第３の電極１０６と第４の電極１０８とはｘ軸に沿った対向する一対として配置されている。したがって、第１および第２の電極１０２、１０４はｙ電極と称し、第３および第４の電極１０６、１０８はｘ電極と称することができる。この例は他の四重極のイオン処理装置同様、線形イオントラップとしての四重極電極構成の典型である。他の実施形態においては、電極１０２、１０４、１０６、１０８の数は４個以外であってもよい。各電極１０２、１０４、１０６、１０８は、電極構造１００の中で望ましい電場を発生させるために、必要に応じて、他の電極１０２、１０４、１０６、１０８の１つ以上の電極と電気的に相互接続可能である。また図１に示されているように、電極１０２、１０４、１０６、１０８は、それぞれ電極構造１００の中心に向いている各内側表面１１２、１１４、１１６、１１８を有する。
【００２３】
図２はｘ−ｙ平面における電極構造の断面図を示している。電極構造１００は、大略的に電極１０２、１０４、１０６、１０８の間に規定されている内部空間、つまりチャンバ２０２を有している。内部空間２０２はｚ軸に沿って電極１０２、１０４、１０６、１０８が延びている結果として、ｚ軸に沿って延びている。電極１０２、１０４、１０６、１０８の内側表面１１２、１１４、１１６、１１８は、大略的に内部空間２０２に面しており、実際には内部空間２０２に存在するイオンに対して露出されている。電極１０２、１０４、１０６、１０８はまた、内部空間２０２とほぼ反対向きのそれぞれの外側表面２１２、２１４、２１６、２１８を含んでいる。図２にも示されているように、電極１０２、１０４、１０６、１０８は、電極構造１００またはその内部空間２０２の主たるまたは中心の縦軸の周囲に同軸に配置されている。多くの実施形態において、中心軸２２６は電極構造１００の幾何学的中心と一致している。各電極１０２、１０４、１０６、１０８は、中心軸２２６からｘ−ｙ平面においていくらかの径方向距離ｒ０に配置されている。ある実施形態においては、中心軸２２６に相対する電極１０２、１０４、１０６、１０８のそれぞれの径方向の位置は同等である。その他の実施形態においては、ある種の電場効果を導入したり、または他の望ましくない場の効果を補償したりする目的で、電極１０２、１０４、１０６、１０８の１つ以上の径方向の位置を意図的にその他の電極１０２、１０４、１０６、１０８の径方向と異ならせてもよい。
【００２４】
各電極１０２、１０４、１０６、１０８は外側表面を有し、外側表面の少なくとも一部が湾曲していてもよい。この例においては、各電極１０２、１０４、１０６、１０８のｘ−ｙ平面の横断面の形状または少なくとも内側表面１１３、１１４、１１６、１１８の形状は湾曲している。いくつかの実施形態においては、ｘ−ｙ平面の断面の形状は、四重極のイオントラップ場の使用を促進するために双曲線になっている。というのは、双曲線の形状は四重極の場に情報を与える等電位線の等高線にほぼ一致しているからである。双曲線の形状は完全な双曲線、または完全な双曲線から幾分ずれていてもよい。いくつかの実施形態においては、場の効果を望ましいものに修正するために、意図的にずらしてある。どちらの場合においても、各内側表面１１２、１１４、１１６、１１８は曲線をなしており、単一の変曲点を有し、したがってｚ軸に沿った線状に延びている各頂点２３２、２３４、２３６、２３８を有している。各頂点２３２、２３４、２３６、２３８は、通常、対応する内側表面１１２、１１４、１１６、１１８上で、内部空間２０２の中心軸２２６に最も近い点である。この例においては、中心軸２２６をｚ軸とすれば、第１の電極１０２および第２の電極１０４の各端部２３２、２３４はほぼｙ軸上にあり、第３の電極１０６および第４の電極１０８の各端部２３６、２３８はほぼｘ軸上にある。このような実施形態において、径方向距離ｒ０は中心軸２２６と、対応する電極１０２、１０４、１０６、１０８の端部２３２、２３４、２３６、２３８との間で規定される。
【００２５】
他の実施形態においては、電極１０２、１０４、１０６、１０８の断面形状は、開口部１７２近くの電極１０２上の隆起または突起２４２および／または電極１０４もしくはその他の開口部のない電極上の隆起もしくは突起２４４のような、隆起または突起により、理想的ではない双曲線形状であってもよい。そのような隆起または突起２４２、２４４が存在することに付随するいくつかの利点は、２００４年５月２６日に出願された同時係属中の米国特許出願第１０／８５５，７６０号「線形イオントラップ装置および非対称のトラップ場を使用する方法」に記載されている。この特許出願も本開示の譲渡人に譲渡されるものである。同様の隆起または突起は、米国カリフォルニア州パロアルトのバリアン社からSaturn（登録商標）およびTitan（商標）MS-４０００装置など、市販の三次元イオントラップ装置にも備えられている。
【００２６】
その他の実施形態においては、電極１０２、１０４、１０６、１０８の断面形状は、円形のような他の理想的ではない双曲線形状であってもよく、その場合、電極１０２、１０４、１０６、１０８は円柱ロッドとして特徴づけることができる。さらに他の実施形態においては、電極１０２、１０４、１０６、１０８の断面形状はより直線的であってもよく、その場合、電極１０２、１０４、１０６、１０８は湾曲平面として特徴づけることができる。「大略的に双曲線形状」および「湾曲した」という語は、全てのこのような実施形態を包含するように意図されている。このような全ての実施形態において、各電極１０２、１０４、１０６、１０８は、電極構造１００の内部空間２０２に面するそれぞれの端部２３２、２３４、２３６、２３８を有するものとして特徴づけることができる。
【００２７】
図１の例として示されているように、いくつかの実施形態において、電極構造１００は、ｚ軸に対して複数の部分または領域１２２、１２４、１２６、１２８に軸方向に分割されている。この例では、最初の端部領域１２２、中心領域１２４、および第２の領域１２６の少なくとも３つの領域がある。別の言い方をすれば、電極構造１００の電極１０２、１０４、１０６、１０８は、第１の端部部分１３２、１３４、１３６、１３８、中心部分１４２、１４４、１４６、１４８、および第２の端部領域１５２、１５４、１５６、１５８に、軸方向にそれぞれ分割されていると考えることができる。したがって、第１の端部電極部分１３２、１３４、１３６、１３８が、第１の端部領域１２２を規定し、中心の電極部分１４２、１４４、１４６、１４８が中心領域１２４を規定し、そして第２の端部電極部分１５２、１５４、１５６、１５８は第２の端部領域１２６を規定する。第１の端部電極部分１３２、１３４、１３６、１３８および第２の端部電極部分１５２、１５４、１５６、１５８を、ガード電極または外部電極と称してもよい。この四重極の例示による電極構造１００は、１２個の軸電極１３２、１３４、１３６、１３８、１４２、１４４、１４６、１４８、１５２、１５４、１５６、１５８を含んでいると考えることもできる。別の実施形態によれば、電極構造１００は３つ以上の軸領域１２２、１２４、１２６を含んでもよい。
【００２８】
図３はｙ−ｚ平面の電極構造１００の断面図であるが、ｙ電極１０２、１０４のみを示している。中心軸２２６に沿った電極構造１００の細長い寸法、細長い内部空間２０２、および電極構造１００の軸の任意の分割が全て明瞭にはっきりと分かる。さらにこの例では、電極構造１００の領域１２２、１２４、１２６への分割部分（つまり電極１０２、１０４、１０６、１０８のそれぞれの部分に入っている分割）は物理的なものである。これは、それぞれの隙間３０２、３０４（軸の間隔）が近接領域または部分１２２と領域１２４との間および領域１２４と領域１２６との間に存在するということである。他の実施形態においては、電極１０２、１０４、１０６、１０８は、単一のまたは単独部分の構造であり、隙間３０２、３０４がなく、物理的に明確な領域１２２、１２４、１２６もないということである。しかし軸の分割は下記において論じられているような有利性を与える。
【００２９】
電極１００の操作において、様々な電圧信号が、電極１０２、１０４、１０６、１０８の１つ以上に印加され、イオンの処理および操作に関する異なる目的のために、内部空間２０２においての軸方向や径方向に向いた種々の電場を発生させる。電場は、イオンを内部空間２０２に注入したり、内部空間２０２のイオンを捕捉したり、イオンをある期間蓄積したり、質量スペクトルを生成するためにイオンを内部空間２０２から質量選別的に排出したり、望ましくないイオンを内部空間２０２から排出することにより、内部空間２０２において選別されたイオンを分離したり、タンデム質量分光法の一部として内部空間２０２におけるイオンの解離を促進したり、といった様々な機能を果たす。
【００３０】
例えば、適切な振幅の１つ以上のＤＣ電圧の信号を、電極１０２、１０４、１０６、１０８に印加することができる。また、内部空間２０２に注入するイオンを制御する軸（ｚ軸）方向のＤＣ電位を生じるためのかつ／もしくは軸が先端に位置するレンズまたは他の導電構造が用いられる。いくつかの実施形態においては、イオンは、図１および図３の矢印１６２により示されているように、通常ｚ軸に沿った最初の端部領域１２２を介して内部空間２０２に軸方向に注入される。第１の端部領域１２２の電極部分１３２、１３４、１３６、１３８および／もしくは軸方向の前方にあるイオン集中レンズまたは多重極イオンガイドはこの目的のためのイオンのゲートとして操作される。軸方向注入のいくつかの有利な点は、２００４年５月２６日に出願された同時継続中の米国特許出願第１０／８５５，７６０号に記載されており、その特許も本開示と共通の譲受人に譲渡されるものである。しかしながら一般的に、電極構造１００は、外部のイオン化の場合、または内部やトラップ内で中性分子や原子がイオン化される場合、任意の適切な方法で、また任意の適切な入り口の場所を介して内部空間２０２にイオンを受け入れることができる。別の方法としては、近隣の電極１０２，１０４，１０６，１０８の間の空間を通して、または電極１０２，１０４，１０６，１０８の１つの中に形成された開口部を通しての径方向注入がある。しかしながら、これらの別の方法は、先立って発生したイオンが注入される場合（外部イオン化）、イオンが末端の場、エネルギー障壁、およびその他の注入を損なう、または望ましくない放出を生じる、もしくは注入されたイオンの消滅／中性化といった条件に直面するため、しばしば不利であると考えられる。
【００３１】
いったんイオンが注入、または内部空間２０２において生成されると、領域１２２、１２４、１２６の１つ以上、軸方向に先立ち続くレンズ、またはその他の導電構造に印加されるＤＣ電圧信号が、イオンが電極構造１００の軸方向端部から出るのを防ぐために適切に調整される。さらに、ＤＣ電圧信号は、内部空間２０２内で注入されたイオンの望ましい領域への軸（ｚ軸）移動を抑制する、軸方向に、より狭いＤＣ電位ウェルを作り出すために調整される。例えば、端部領域１２２、１２６におけるＤＣ電圧レベルは、処理されるイオンの極性により、中心に位置する電位ウェルを作り出すために、中心領域１２４でのＤＣ電圧レベルを高くまたは低くして設定することができる。
【００３２】
ＤＣ電位に加えて、適切な振幅および周波数のＲＦ電圧信号が、径方向に沿った質量対電荷比（ｍ／ｚ比、または単純に「質量」）の範囲の安定した（トラップ可能な）イオンの動きを抑制する二次元（ｘ−ｙ）の主要ＲＦ四重極トラップ場を発生させるために、電極１０２，１０４，１０６，１０８に印加される。例えば、主要な四重極トラップ場はＲＦ信号を対向するｙ電極１０２、１０４に印加して、同時に、第１のＲＦ信号と同じ振幅および周波数のＲＦ信号であるが、第１のＲＦ信号から１８０度位相のずれたＲＦ信号を、対向するｘ電極１０６、１０８に印加することにより発生させることができる。ＤＣ軸障壁（バリア）場と主要ＲＦ四重極トラップ場との組合せは、電極構造１００において、基本的な線形イオントラップを形成する。
【００３３】
ＲＦ四重極トラップ場による分力は、通常電極構造１００の内部空間２０２の中心軸２２６において最少であるため（電気四重極が中心軸２２６に対して対称であると仮定した場合）、四重極の操作パラメーターの中で安定しているｍ／ｚ比を有する全てのイオンは、イオンが占める容量内で動くように、または中心軸２２６にほぼ沿って分布される位置に集まるように抑制される。このように、このイオンが占める容積は、中心軸２２６に沿って延びているが、内部空間２０２の全容積よりはかなり小さい。さらに、イオンが占める容積は、上記の軸電位ウェルを含む非四重極のＤＣトラップ場を印加することにより、電極構造１００の中心領域１２４に軸方向に集中することができる。多くの実施形態において、周知なイオン冷却および加熱処理法は、イオンの占める容積のサイズをさらに小さくすることができるだろう。イオン冷却処理は例えば、ヘリウムのような適当な不活性バックグラウンドガスを内部空間２０２に導入することを伴う。イオンとガス分子との間の衝突が動的なエネルギーを失わせるので、それによりイオンの動きを衰退させる。図２に示されているように、電極構造１００の全ての適切な開口部、または電極構造１００の収容物に連通する全ての適当なガス供給源２４２はこの目的のために備えられてもよい。イオンの衝突による冷却は、場の欠陥の影響を減らし、質量分解能をある程度改善する。
【００３４】
ＤＣおよび主要ＲＦトラップ信号に加えて、適切な振幅および周波数（通常両者とも主要ＲＦトラップ信号よりも小さい）の追加ＲＦ電圧信号は、選択されたｍ／ｚ比の捕捉されたイオンを共鳴励起する補助的なＲＦ双極励起場を生じさせるために、少なくとも一組の対向する電極１０２／１０４または１０６／１０８に印加される。補助的ＲＦ場は主要ＲＦ場が印加されている間に印加され、そしてその結果としての場の重ね合わせが組合わされたまたは複合されたＲＦ場として特徴づけられる。共鳴による励起は衝突誘起解離（ＣＩＤ）、またはその他のイオン分子の相互作用、または試薬ガスの反応を助成・促進するために採用される。さらに、励起場の構成成分の強さは、選択された質量のイオンがＲＦトラップ場により与えられた復元力を克服でき、除去、イオンの分離、質量選沢走査、検出のために電極構造１００から排出されるように充分に強くなるように調整することができる。このように、いくつかの実施形態においては、イオンは中心軸２２６に直交する方向に沿って、すなわちｘ−ｙ平面内で径方向に内部空間２０２から排出することができる。例えば、図１および図３に示されているように、イオンは矢印１６４によって示されているようにｙ軸に沿って放出される。しかしながら双極共鳴励起は、イオンの動きの振幅を増加させ、線形イオントラップから径方向に排出する技術の１つの例でしかない。他の技術も知られており、未だ開発されていない、公知な技術の変形例と同様に、本開示において記載されている電極構造に適用することができる。
【００３５】
径方向の排出を促進するため、１つ以上の開口部が電極１０２、１０４、１０６、１０８の内の１つ以上に形成されている。図１〜図３に示されている具体例において、開口部１７２はｙ電極１０２、１０４間に作られる適切な補助的ＲＦ双極場に対応するｙ軸に沿った方向における排出を促進するためｙ電極１０２の１つに形成されている。開口部１７２はｚ軸に沿って延びており、その場合開口部１７２はスロットまたはスリットとして特徴づけられ、電極構造１００の細長い内部空間２０２の中で生成される細長いイオンの占める容積に相当するものである。実際においては、適切なイオン検知器（図示せず）が排出されたイオンの流れを測定するため、開口部１７２と一直線上に整列するように設置される。開口部１７２を規定しイオン検出器に到達する周壁上に影響を与えることなく完全に開口部１７２を通って通過する排出イオンの数を最大にするために、開口部１７２は電極１０２の頂点２３２（図２）に添って集中するので、イオン放出に用いられる開口部１７２の断面領域は均一で、電極１０２の厚みを介した開口部１７２の深さは最適化することができる。電極１０２中に、外側表面２１２（図２）から開口部１７２まで延び、開口部１７２を取り囲む凹面１７４が作られ、排出されたイオンが、通過しなければならない開口部１７２の径方向チャネルまたは開口部１７２の深さを最少にする。このような凹部１７４は、もし形成されるとすれば、外側表面２１２の一部であると考えられる。
【００３６】
内部空間２０２の中で発生する電場における望ましい程度の対称性を維持するため、別の対応するイオン検出器が備えられなかったとしても、別の開口部１７６が電極１０２の反対側の電極１０４の中に形成されてもよい。同様に開口部は電極１０２、１０４、１０６、１０８の全てに形成されてもよい。いくつかの実施形態においてイオンは、上記米国特許出願第１０／８５５，７６０号に記載されているように、適切な電圧信号の重ね合わせや他の操業条件を提供することにより、好ましくは単一の開口部を通って単一の方向に選択的に排出される。
【００３７】
一般的に、焦点レンズとしての先端平面との組合わせによる単断面電極を用いた線形イオントラップに比較して、図３に示されている電極構造１００の物理的に明確な領域１２２，１２４，１２６への軸方向分割は、イオン捕捉および質量分析の多くの実施形態において有利であると考えられる。単断面電極を用いた電極構造の場合、ＤＣ軸トラップ電位はＤＣ電圧信号を電極構造の各軸方向端部に位置する端部レンズに印加することにより発生しなければならない。これらの端部レンズ近傍では、それらの場所において存在する有意な構造／幾何学的場、および場の非連続性により、電極構造に印加される非線形の末端の歪みまたは摂動が径方向捕捉および励起場において存在する。これらの末端の場は電極構造中のイオンに対する悪影響を有することがある。例えば、上記米国特許出願第１０／８５５，７６０号、上記非特許文献１および上記特許文献１を参照のこと。例えば、末端の場は、望まない時のイオン排出につながる軸方向および径方向のイオン励起の原因となることがある。さらに、末端の場は、予期したり制御したりするのが難しい適用場へのイオンの反応を与えることがある。これは異なる軸に沿ったイオンの動きの結合と、軸に沿ったイオンの永続周波数のずれとのためである。
【００３８】
一方、図１〜図３に示されている軸により分割された電極構造１００において、中心領域１２４は端部領域１２２、１２６の間に物理的に挿入されている。この配置により、中心領域１２４は電極構造１００の軸方向端部および全てのレンズ、またはその他の電極１００中の軸方向に外側の他の導電機能から離れたところに位置している。電極１００の各領域１２２、１２４、１２６に印加される種々のＤＣおよびＲＦ信号は個々に調整され、もし望まれれば中心領域１２４が電極構造１００の分析部として機能することを可能にしている。例えば、イオンは軸方向および径方向の双方において中心領域１２４内に抑制（捕捉）され、質量を選択された排出は中心領域１２４の開口部１７２を通してのみ生じる。このように、電極１００の軸方向分割は端部に位置した末端の場からの望ましくない影響を避けながら、イオンの処理および操作を促進する。
【００３９】
しかしながら、軸方向に分割することは、場の不完全化に関連する問題に対し部分的にのみ対処する。軸方向の分割は電極構造１００の操作に用いられる種々の場における不均一性の全ての原因を取り除くわけではない。図１〜図３に示されている電極構造１００のような多くの構造の特徴は、イオン処理および操作を含むある種のタイプの操作に有害な影響を与える場の歪みを生じることがある。例えば、中心領域１２４と端部領域１２２、１２６との間は、望ましくない場の変化の源泉である。中心軸１２４からの排出のために用いられている開口または開口部１７２は、望ましくない変化の別の源泉である。領域１２２、１２４、１２６の間の隙間３０２、３０４の存在、および開口部１７２の存在は、四重極のトラップ場を歪める場の欠陥を導き良くない分解能や正確でない質量につながることがある。
【００４０】
これらの問題を解決する１つの方法は、開口部１７２のサイズ（長さと幅）を最小化することであった。上記特許文献１参照。しかしながら、そのような最小化には限界がある。電極構造１００内でのイオントラップ容量または集団は、イオンの排出／検出レベルを受容可能なものに維持するために細長く保存されなければならない。というのは開口部１７２のサイズは、どれ位の量のイオンが実際に開口部１７２を通してうまく排出されイオン検出装置に届くかを決定するからである。一方、ＤＣ電圧はイオントラップ容積を軸方向に圧縮するように調整できる。これは空間電荷を増やすことになり、その結果質量スペクトルのピークのずれを増加する。別のアプローチは、望ましくない場の影響を補償するために、開口部１７２を含む電極１０２、１０４の対向する一対の間の距離を延ばす（増加する）ことである。また、別のアプローチは電極１０２、１０４、１０６、１０８のうちの１つ以上を理論的に理想的なパラメーターからずらすという方法で成形するというものである。例えば、上記特許文献２、上記特許文献３および上記非特許文献１を参照のこと。
【００４１】
単純に開口部１７２のサイズを最小化することに加え、性能を最適化する試みとして開口部１７２の他の設計についての種々の検討が提案されたが、部分的な解決を提供しただけであった。例えば、末端の場の影響を避けて質量の分解能と正確さとを改善するために、中心電極部分１４２の開口部１７２の軸方向の長さを中心電極部分１４２の全長の百分率で、８０％〜９５％として特定する。さらに開口部１７２の幅を、電極構造１００の内部空間２０２の中心軸２２６から電極１０２の頂点２３２までの半径距離ｒ０の小さな百分率５％〜１０％に特定した。上記特許文献１参照。
【００４２】
上記の考察より明らかなように、電極１０２、１０４、１０６、１０８に開口部１７２を備えることは電極構造１００からのイオンの径方向放出を促進するのに有益であるが、開口部１７２の存在は電極構造１００の線形イオントラップ装置、質量分析器、その他の装置としての性能を損なうことがある。上述のような設計の検討の実施にもかかわらず、電極構造１００中の電極１０２に開口部１７２が単に存在することによって、与えられた操作ステージにおいて電極構造１００に印加する複合電場における望ましくない不均一性およびその他の欠陥を引き起こすおそれのある幾何学的非連続性の原因となる。例えば、開口部１７２の軸の長さを中心電極部分１４２の軸の全長よりも短く設定するとことは、電極構造１００の中心領域１２４における場が第１の端部領域１２２および第２の端部領域１２６における場から必ず異なることを意味する。開口部１７２を決定する端縁は開口部１７２が備えられている限り存在する不連続である。
【００４３】
例示として、下記に述べる、電極、電極の構成、関連する構成要素、および方法をこれらの問題の解決のために提供する。
図４は本開示の１つの実施形態によって提供される電極４００の斜視図である。電極４００は図１〜図３に示されている、またはその他の適切な電極の線形構成中において示されている、電極構造１００の電極１０２、１０４、１０６、１０８の１つ以上として用いられてもよい。図４はその内側表面４１２を見た電極４００であり、これは実際には電極セットの内部に面している電極４００の外側表面の一部である。いくつかの実施形態においては、電極４００は単断面または一体構造となっている。他の実施形態においては、図４に示されているように、電極４００は軸方向に第１の端部部分４２２、中心部分４２４、第２の端部部分４２６に分割されており、それぞれの隙間４０２、４０４が近傍部分４２２、４２４の間および部分４２４、４２６の間を決定する。第１の端部部分４２２は第１の軸方向端部つまり先端面４３２、第２の軸方向端部つまり先端面４３４を含み、中心部分４２４は第１の軸方向端部つまり先端面４３６および軸方向に関して反対側の第２の軸方向端部つまり先端面４３８を含む。第２の端部部分４２６は第１の軸方向端部つまり先端面４４２および軸方向に関して反対側の第２の軸方向端部つまり先端面４４４を含んでいる。電極部分４２２、４２４、４２６は、隙間４０２、４０４を決定する。特に第１の端部部分４２２の第２の先端面４３４および中心部分４２４の第１の先端面４３６は、第１の隙間４０２を決定し、中心部分４２４の第２の先端面４３８および第２の端部部分４２６の第１の先端面４４２は、第２の隙間４０４を決定する。さらに電極４０４は相対する外側の端縁、つまりｚ軸に沿って延びる表面を含む。したがって軸方向に分割されているとき、第１の端部部分４２２は相対する端縁４５６、４５８を含み、中心部分４２４は相対する外側端縁４５６、４５８を含み、第２の端部部分４２６は相対する外側端縁４６２、４６４を含んでいる。第１の端部部分４２２、中心部分４２４および第２の端部部分４２６に対応する、電極４００の内側表面４１２の各部分は、第１および第２の先端面４３２／４３４、４３６／４３８、４４２／４４４、ならびに外側の端縁４５２／４５４、４５６／４５８、４６２／４６４によってそれぞれ囲まれている。
【００４４】
電極４００の外側表面の少なくとも一部は湾曲した部分である。図４に示されている例では、電極４００、または少なくともその内側表面４１２は、大略的に湾曲したまたは双曲線形状を持つ。その形状の頂点４７２は、一般的に電極４００の幅の中央線に対応する。ここで、電極４００の幅は一般的に電極４００の外側端縁（例、４５２および４５４）の間の横寸法として決定される。（図４のｘ方向）。電極構造１００（図１〜図３）の一部として、例えば線形イオントラップとして、組立てられるとき、頂点４７２は電極構造１００の中心軸２２６に最も近い内側表面４１２の一部である。電極４００は、一般的に電極４００の頂点４７２または中央線と同一線上にある開口部またはスロット４７６のような軸に沿った細長い表面特性を有していてもよい。電極４００はこのように開口部付き、または開口部を含むものとして参照される。図に示された例において、開口部４７６の軸方向の長さは頂点４７２における中心電極部分４２４の軸の長さの１００％である。つまり、電極構造１００の内部空間２０２に面する電極４００側にあり、開口部分４７６は、中心電極部分４２４の第１の先端面４３６から第２の先端面４３８に至る中心電極部分４２４の全長に沿って全体に延びている。
【００４５】
１つの非限定的例示において、主要電極４００は約７０ｍｍの軸長と約２３ｍｍの横幅を有している。第１の端部部分４２２および第２の端部部分４２６は、それぞれ、頂点において約１９ｍｍ、外側端縁において約１１ｍｍの軸長を有している。そして中心部分４２４は頂点において約３０ｍｍ、外側端縁において約３８ｍｍの軸長を有している。隙間４０２、４０４は、それぞれ約１ｍｍの軸長を有している。開口部４７６は約３０ｍｍの軸長と、約０．５ｍｍの横幅とを有している。
【００４６】
いくつかの実施形態において、図４に示されているように、中心電極部分４２４の先端面４３６、４３８は、ｘ軸およびｙ面に対して傾斜している。先端面４３６、４３８のそれぞれの向きは、中心電極部分４２４の内側表面４１２の軸長が頂点４７２において外側端縁４５６、４５８においてよりも短くなるようになっている。この構造は、その長さが中心電極部分４２４の内側表面４１２の１００％の長さである開口部４７６を備えることを容易にする。第１の電極部分４２２の第２の先端面３４４および第２の電極部分４２６の第１の先端面４４２は幾何学的均一性を維持し、隙間４０２、４０４を最少にするために、傾斜して相補的な角度になっている。かくして隙間４０２、４０４も傾斜している。従来の分割された電極では、先端面と隙間とはｚ軸に対して垂直、すなわち完全に平面でｘ−ｙ平面に沿って位置している。
【００４７】
角度における電極４００の分割は、さらに図５にも示されており、電極４００を、電極構造１００（図２および図３）の内部空間２０２に露出していない電極４００の外側表面５０２の視点から示している。図５に示されているように、電極４００の外側の開口部４７６の軸長は、この外側の視点から見た中心電極部分４２４の全長よりも短くてもよい。しかしながら、電極４００の外側の開口部４７６の境界は、イオンの動きが、印加される場により影響される内側のものほど重要ではない。開口部４７６の軸長は、依然として、図４に示されているように、内側の斜視図からの中心電極部分の長さの１００％である。電極４００を角度をなすように分割すると、開口部４７６の１００％の長さを有する電極４００の組立が容易になることがわかる。開口部４７６は中心電極部分４２４（図４）の内側表面４１２わたって延びており、中心電極部分４２４はこの実施形態によっても単一または一体構造を有することができる。
【００４８】
図４に戻り、追加の実施形態において、電極４００、つまり、より詳しくは、示されている内側表面４１２のような組立てられた電極構造１００（図２および図３）の内側表面２０３に露出されている電極４００の部分は、軸方向寸法に沿って延びている特徴を有する。いくつかの実施形態においては、軸方向に延びた表面の特徴は、電極４００の全長に沿って、１つの先端面４３２からもう一方の先端面４４４にまで、そして各電極部分４２２、４２４、４２６にわたって形成される軸溝４８２である。あるいは、溝４８２は主要電極４００の一部分だけに沿って延びている。電極４００の内側表面４１２が湾曲したまたは放物線の形状を有しており、その形状の端部４７２が電極４００の中央線に沿って配置されている場合、溝４８２は一般的に内側表面４１２の端部４７２に位置している。したがって、中心軸４２４の軸長にわたる溝４８２の部分、またはこの部分のより短い下位部分は、開口部４７６として、または電極構造１００の内部空間２０２からイオンが排出される開口部４７６の始まりとして機能する。軸溝４８２から開口部４７６の深さは、もし提供されるとすれば、電極４００の厚みを軸方向に貫通して、外側表面５０２、または外側表面５０２の凹部分５００まで径方向に続く（図５）。しかしながら、これらの端部４２２，４２６が開口部を有していなくても、溝４８２は第１の端部電極部分４２２および第２の端部電極部分４２６を軸方向に貫通している。これらの電極部分４２２、４２６に広がる溝４８２の部分は、電極部分４２２、４２６の中へある程度の深さまで延びているが、しかし、開口部４７６の場合のように、ボアや電極４００の外側表面５０２へ連通するチャネルを貫通するほど長くはなくい。例えば、溝４８２の深さは開口部４７６の幅とおよそ同じか、または開口部４７６の幅よりも大きいかまたは小さい。いくつかの実施形態においては、溝４８２の幅は開口部４７６の幅と同じか実質的に同じである。ある意味では、少なくとも電極構造１００の内部空間２０２および内部空間２０２に存在する何らかのイオンの視点図からは、端部電極部分４２２、４２６にわたる溝４８２の部分は中心電極部分４２４の開口部４７６を模倣しているとして特徴づけられる。
【００４９】
上述の通り、溝４８２の軸長は主要電極４００の全長よりは短くても、長くても、中心電極部分４２４の軸長よりも短くても同じでもよく、さらにもし開口部４７６が備わっているとすれば、開口部４７６の軸長よりも長くてもよい。いくつかの実施形態において、溝４８２の軸長は開口部４７６の軸長の約２倍またはそれより大きく、開口部４７６は軸方向に溝４８２の軸の範囲に集中している。ほとんどの重要なｚ座標が開口部４７６の近傍にあり、それを通してイオンが排出され不都合な場の影響を受けやすいということから、これらの実施形態も有用である。これらの実施形態において、内側表面４１２の表面形状は、少なくともｚ軸に沿った電極４００の均一部分の長さにわたって均一である。均一な部分の長さは、細長い表面形状の軸の範囲（例えば１００％の長さの開口部４７６または本開示において記載されている溝４８２）と対応する。
【００５０】
いくつかの実施形態において、開口部４７６は中央電極部分４２４にわたる溝４８２の一部であると考えられる。開口部４７６と溝４８２とは異なったものであると考えられる。溝４８２は内側表面４１２の特徴であり、したがって溝４８２中の容積は内部空間２０２（図２および図３）の一部であると考えられる。実施形態において、開口部４７６および／または溝４８２は内側表面４１２の端部４７２のラインと整列しており、端部４７２は実際には中央の電極４００の一部でなくてもよい。これは開口部４７６または溝４８２が、空間の領域、または物質が存在しないことを規定するためである。このように、これらの実施形態において、端部４７２は内側表面４１２を越えて延びるカーブの屈折部分の空間に位置するものとして特徴づけられる。開口部４７２および／または溝７８２は端部４３２に位置して端部４３２と整列しているか、または端部４３２の近くの主要電極４００の端部領域に位置しているものとして特徴づけられる。
【００５１】
前述の通り、電極構造１００の内部空間２０２内でのイオンの動きは、内部空間２０２の電場によって左右される。これらの電場は、少なくとも部分的には、内側表面４１２の形状により決定される。図４から、１００％の長さの開口部４７６、軸溝４８２、または内側表面４１２上の開口部４７６の軸長を効果的に延ばす軸溝４８２を備えている実施形態が、ｚ軸に沿った場の均一性をどのように改善するかがわかる。他の有利性の中でも特に、１００％の長さの開口部４７６および／または軸溝４８２が、ＲＦ場がｚ座標にほぼ依存していないｘ軸に沿った長さを効果的に延ばすことが挙げられる。例えば、電極４００が、それを通してイオンがｙ方向に排出される開口部４７６を有するｙ電極であるということを考えてみる。１００％の長さの開口部４７６を有する、中心電極４２４のｘ−ｙ平面内の湾曲した内部形状は、たとえ任意のｚ値と同じであり、特に典型的な四重極トラップ場の中心に最も近い端部４７２の領域においては、ｚ軸に沿って一定のままである。これはまた、その中で開口部４７６の軸長が中心電極部分４２４の軸長の１００％以下であり、その代わりに、中心電極部分４２４の軸長の少なくとも１００％の軸溝４８２を備えている実施形態においてもまたその通りである。溝４８２が電極４００の全軸長に沿って延びている実施形態においては、ｘ−ｙ平面における内部形状は、開口部４７６の存在にもかかわらず、電極４００の全長に沿って均一のままである。軸溝４８２が中心電極部分４２４の軸長の１００％以下で、しかし開口部４７６の軸長よりは長い実施形態においても、構造的均一性を高め、場の欠陥を最小化するのに大きく貢献している。また溝４８２をより短い開口部４７６の上に重ね合わせることにより、中心電極４２４または電極４００全体（溝４８２の長さによる）の内側の直線的形状が、内部空間２０２に面しているｘ−ｚ平面の視点から、開口部４７６が中心電極部分４２４の１００％の長さであるかそれより短いかには関係なく、ｚ軸に沿って均一になることが観察できる。均一性はまた、溝４８２が中央電極部分４２２を超え、溝４８２が第１の端部電極部分４２２および第２の端部電極部分４２６の部分にのみにわたって連続するようにする。
【００５２】
図６は、図４および図５に示されている電極４００の上部の立面図で、内側表面４１２が、電極構造１００（図２および図３）の内部空間２０２が位置する紙面の下部に向いていることを示している。図６は、電極４００の本体または厚みを貫通して、細長い開口部４７６が中心電極部分４２４の長さの１００％を横切って、また軸溝４８２が電極４００の先端線４７２に沿って電極４００の１００％の長さで横切っている例を示している。内部空間２０２の中のイオンにとって明らかな電極４００の構造または形状が電極４００の長さに沿って全面的に均一であることが観察できる。電極４００の軸長に沿った内部空間２０２内で、どの角度から見ても、開口部４７６と溝４８２との間に物理的な違いはない。複数部分を有する電極４００に必要な隙間４０２、４０４はつながったものではない。軸溝４８２があれば、開口部４７６の存在に伴う全ての不連続を効果的に取り除く。さらに、矢印６０６が示しているように、開口部４７６の最大１００％が、末端の場からの好ましい影響がなくても、イオン排出のために利用できる。
【００５３】
図４〜図６に示されている例を含む上記の実施形態は、電極構造１００のｚ軸に沿った場の歪みを除去、または少なくとも大幅に最小化するのに有効であり、この歪みは電極構造１００の中心領域１２４と端部領域１２２、１２６との間の界面領域における開口部４７６および末端の場の近傍の場の不完全さをも含む。これらの実施形態において、内部空間２０２に露出している電極４００の１つ以上の軸方向部分４２２、４２４、４２６は、ｘ−ｙ平面や、またはｘ−ｚ（またはｙ−ｚ）平面で見て同じ構造的形状を有しており、特に内部空間２０２に最も深く延びている電極４００の端部領域に関してはそうである。場の不完全さを除去または最小化することにより、電極構造１００の少なくとも中心領域１２４の中にある全てのイオンは、電極構造１００に印加される場に対して同じ反応を示す。このように質量分解能は、開口部４７６が存在しても低下することはない。さらに、電極構造１００の全ての電極１０２、１０４、１０６、１０８が同様に細長い表面の特徴と共に構成されると、電極構造１００により表される全体の構造的形状は、内部空間２０２および内部空間２０２にあるイオンから判るように均一である。このように、本開示により記載されている実施形態は、１つ以上の電極４００が使用されるイオントラップやその他のイオン処理装置において性能を高めることができる。例えば、これらの実施形態は、質量分解能やイオン信号の強さを増大させ、電極構造１００がイオントラップに基づく質量分析器として用いられるＭＳ実験から得られる質量スペクトルにおいて、ピークが広がってしまう事態の発生を最小化する。
【００５４】
比較により、開口部の長さが中心電極部分よりもかなり短い、または溝４８２のような細長い表面の特徴を欠く先行技術の実施形態において、開口部の軸の終了部分（先端）は、中心電極部分の終了地点（先端面または軸方向端部）に加え、形状的不連続をも表している。その結果、たとえ開口部の長さが開口部が形成されている電極部分の全長の何らかの望ましい割合に特定されていたとしても、質量分析能はそれでも低下する。反対に、図４〜図６に示されている電極４００の実施形態においては、開口部４７６の終了地点が中心電極部分４２４の終了地点と一致しており、そのために電極４００の構造が開口部４７６を含むことにより必然的に伴う形状的不連続を少なくともいくらか取り除く。
【００５５】
伸長された開口部４７６の全軸長を、電極構造１００（図２および図３）の内部空間２０２からイオンを排出させるのに用いる必要がないことに留意されたい。なぜならＤＣの電圧レベルは別々の各電極領域４２２、４２４、４２６において個々に調整できるからであり、軸方向ＤＣ電位はｚ軸に沿ったイオンの動きを、イオンの処理および操作に悪影響を与える可能性のある何らかの残っている場の摂動を避けるための中心電極部分４２４と端部電極部分４２２、４２６とが軸方向につながる部分から充分に離れた中心電極部分４２４の中心下位領域に閉じ込めるように、軸方向のＤＣ電位ウェルを生じさせてもよい。しかしながら、図４〜図６に示されている実施形態においては、開口部４７６の全長またはほとんど１００％に近いものが、場の欠陥による明らかな悪影響なしにイオンの排出に使用することができる。
【００５６】
図７〜図１０はさらに、イオン処理の過程においてイオンが暴露される電極面の均一性を改善することによる利点を示している。図７および図８は先行技術の典型的な構造を有する電極７００（または分割された電極の中心部分）の単純化した断面図である。図７は電極７００の先端面７３２を示している。破線により示されているように、開口部７７６は先端面７３２（紙面への方向）からの軸距離（ｚ）における電極７００の径方向厚み（ここにおいてはｙ方向）を貫通して形成されており、湾曲した内側表面７１２の端部領域７７２に集中している。内側表面７１２の形状は先端面７３２から開口部７７６がある点または面まで電極７００に軸方向に沿う動きとして連続している、または妨げられていない。比較として、図８は開口部７７６が始まる点または面における電極７００の断面を示している。開口部７７６がある電極７００の領域においては、実際にはイオントラップのようなイオン処理装置と連携するイオンの占める容積に面している内側表面７１２の外側形状は、ここでは開口部７７６により作り出される空間または隙間により不連続となっている。表面形状も、図７に示されている開口部７７６がなく、そのために電極７００の本体がｘ−ｙ平面にわたって堅固である領域において不連続である。さらに、連続表面形状から不連続表面形状への推移は必然的に突然（急激）である。したがって、電極７００の表面形状は開口部７７６の端縁のために均一性を欠いている。その結果、図７に示されている電極７００の領域近傍のイオンは、図８に示されている電極７００の領域近傍のイオンと比較して異なった電気的または磁気的な場の影響を受けることになる。
【００５７】
比較として、図９および図１０は、１００％の長さの開口部および／または溝を設けた本開示において述べられている実施形態により構成された電極９００（または分割された電極の中心部分）の単純化した断面図である。図９は電極９００の先端面９３２を示している。溝９８２は先端面９３２で始まり、電極９００の湾曲した内側表面９１２の端部９７３に集まっている。破線により示されているように、もし電極９００が開口部のある電極として作られているのであれば、開口部９７６が先端面９３２からの軸（ｚ）に対して離間して追加形成され、同様に内側表面９１２の端部９７２と中心があわせられる。開口部９７６の幅（ここではｘ方向）は、溝９８２の幅と同じかまたはほとんど同じである。この例における溝９８２は、電極９００（または分割された電極の中心部分）の全長に及ぶ。このように、反対側の先端面における電極９００の断面は図９に示されているものの鏡像であることがわかる。図７および図８に示されている開口部７７６のように、溝９８２は内側表面４１２の連続性を妨げる。しかしながら、溝９８２は電極９００の軸方向端部から別の軸方向端部まで延びているので、内側表面９１２のこの不連続性は電極９００の長さを変えることはない。このように、内側表面９１２の形状は均一のままである。
【００５８】
図１０は、開口部９７６が始まる点または面における電極９００を示している。図１０はたとえ電極９００の領域に沿った部分が開口部９７６を含んでいたとしても、内側表面９１２の形状は電極９００の全長にわたって均一であることを示している。その結果、電極９００の内側表面４１２の片側にあるイオンは、それらのイオンの軸（ｚ）方向に関係なく同じまたはほとんど同じ電気的または磁気的な場の影響を受けることになる。これは溝９８２の深さが、例えば、溝９８２の幅とほとんど同じかまたはそれよりも大きく選択される特別な場合である。この例において、溝９８２の深さは溝９８２の端部９７２から底部までの距離により表される。図９および図１０において、溝９８２の底部は比較的平坦で、電極９００の本体を貫いて概念上の弦の線に沿って位置するようになっている。また電極９００は、均一な表面形状を有していることに加えて、電極９００の軸長にわたり均一な断面部分９９４を有していることがわかる。図９および図１０から、断面部分９９４は、一般的に、端部９７２と弦の線９９２との間のｘ−ｙ平面における電極９００の一部である。均一な表面の形状と横断面部分９９４とは、図９および図１０に示されている開口部９７６との組合わせで、電極９００の全軸長にわたる溝９８２を提供する、または溝９８２なしで１００％の長さの開口部９７６を提供することにより得られることに留意されたい。さらに、電極セットにおける１つ以上の他の電極が、同じ均一な表面形状および断面部分９９４を有していてもよく、この場合、このセットの当該１つの電極に、開口部９７６が形成されており、すべての電極または当該電極に、１００％の長さの開口部９７６または１００％の長さの溝９８２が形成されていることがわかる。
【００５９】
図１１および図１２は本開示の別の実施形態により提供される電極１１００の斜視図である。図４〜図６に示されたものと似ているこれらの特徴および要素は、同様の参照符号によって示した。図１１は電極構造１００（図２および図３）の内部空間２０２に面している内側表面１１１２を見た電極１１００を示している。図１２は内部空間２０２から外方向を向く外側表面１２０２を見た電極１１００を示している。図４〜図６に示されている電極４００の場合のように、電極１１００の内側表面１１１２は先端線１１７２に沿って位置している細長い表面形状１１８６を備えている。細長い表面形状１１８６は、内側表面１１１２の横の中心電極部分１１２４の全長に沿って延びる開口部、または内側表面１１１２の横の中心電極部分１１２４の全長に沿って延びる溝であってもよい。溝が備えられている場合、電極１１００は、溝と整列し、通常溝に対して軸方向に中心があわせられた開口部を有していてもよい。そのような開口部は溝と貫通しており、排出されたイオンが電極１１００の径方向または横方向の厚みを貫通して内側表面１１１２から移動する経路を提供する。この例において、表面形状１１８６は端部部分１１２２、１１２６にわたって連続することはない。図４〜図６に示されている電極４００の場合のように、それぞれの軸方向端部は電極部分１１２２，１１２４，１１２６の内側の軸方向先端面１１３４，１１３６，１１３８，１１４２に面しており、その結果として得られる隙間１１０２、１１０４は、電極１１００の長手軸（例えば、ｚ軸）に直交する電極１１００の平面（例えば、ｘ−ｙ平面）に垂直ではない方向を向いている。この例においては、内側の先端面１１３４，１１３６，１１３８，１１４２が平坦な面にされる代わりに湾曲している、または扇形をしていることに留意されたい。この配置は中心部分１１２４の全長にわたる表面形状１１８６を有する単体としての電極１１００の中心部分１１２４の製造を容易にする。
【００６０】
図１３および図１４は本開示の別の実施形態により提供される電極１３００の斜視図である。図４〜図６に示されているものと類似した特徴および要素は、同様の参照符号によって示している。図１３は電極構造１００（図２および図３）の内部空間２０２に面している内側表面１３１２を見た電極１３００を示したものである。図１４は内部空間２０２と反対方向を向く外側表面１４０２を見た電極１３００を示したものである。電極１３００の内側表面１３１２は、先端線１３７２に沿って位置する細長い表面形状１３８６を有している。細長い表面形状１３８６は、内側表面１３１２の横の中心の電極部分１３２４の全長に沿って延びる開口部、または内側表面１３１２の横の中心電極部分１３２４の全長に沿って延びる溝であってもよい。溝があるとき、電極１３００は、溝と直線的に整列し、電極１３００の厚みを貫通する開口部を有していてもよい。この例において、表面形状１３８６は端部領域１３２２、１３２６わたって連続している。またこの例においては、図１４に示されているように、電極１３００は、幅を狭くした端部領域１４２２、１４２４と、この幅を狭くした端部領域１４２２、１４２４を受ける相補的に窪んだ、つまり切り込まれた領域１４３２、１４３４を有する端部領域１３２２、１３２６をそれぞれ有するように組立てられ分割されている。その結果、図１３に示されているように、電極１３００の内側表面１３１２において、それぞれの軸方向内側の端面１３３４、１３３６、１３３８、１３４２は電極１３２２、１３２４、１３２６に面しており、その結果としての隙間１３０２、１３０４はｘ−ｙ平面に対し垂直に向いている。この構成はまた、中心部分１３２４の全長にわたる表面形状１３８６を持つ単体としての電極１３００の中心部分１３２４の組立を容易にする。
【００６１】
図１１〜図１４に示されている電極１１００、１３００は、その他の態様においては、図４〜図６に示されている電極４００と類似している。電極１１００、１３００は図４〜図６に示されている電極４００と併せて、上記と同様の有利な点を有する。
本開示において記載されている電極は、任意の適切な技術により組立てることができる。いくつかの実施形態においては、電極の種々の特徴は電線による放電加工（ＥＤＭ）による精密加工されたものであってもよい。例えば、ＥＤＭの使用は、開口部および溝を同じ処理中にカットして形成することを可能にするだろう。さらに、このプロセスは開口部や溝の構成を確かなものにし、電極の内部に面する形状は互いに正確で精密なものとなる。これは高分解能特性にとって重要なことである。
【００６２】
図１５はイオンを操作したり処理したりする（イオンの捕捉、イオンの蓄積等）装置１５００の、またはそのような装置１５００の部分の斜視図であり、本開示の中で述べられている実施形態に基づいて提供され得る。装置１５００は複数の電極１５０２、１５０４、１５０６、１５０８を備えており、それらは適切な筐体１５２２の中に取り付ける電極構成１５１０を形成する。筐体１５２２は真空チャンバ、または真空チャンバの一部であり、また真空チャンバの中に設置することもできる。（図示せず）。このような真空チャンバは、適切なポンプや他の脱気方法により望ましいマイナス気圧に脱気することができる。一例に過ぎないが、図１５に示されている電極構造は、４個の軸方向に延びた四重極構造を有しており、分割された電極１５０２，１５０４，１５０６，１５０８が、図１〜図３に示されている電極構造１００の場合のように備えられている。電極１５０２、１５０４、１５０６、１５０８のうちの１つ以上の電極が上述の、かつ図４〜図６および図９〜図１４に示されている電極のように構成されている。イオンの径方向排出のために、電極１５０２、１５０４、１５０６、１５０８の電極の１つ以上が、電極１５０２、１５０４、１５０６、１５０８の厚みを貫通するチャネルに関連する開口部１５４２を有する。筐体１５２２は１つ以上の開口部１５４２と列をなす開口部１５８２を有し、排出されたイオンが、電極構造１５１０に対して外側に取り付けられた１つ以上の検出器（図示せず）に到達する経路を提供する。電極１５０２，１５０４，１５０６，１５０８の１つ以上は、図４〜図６および図９〜図１４に示されているように、１００％の長さかそれより短い開口部１５４２、軸に沿った溝１５８６のような細長い表面形状、または開口部１５４２と軸溝１５８６との両方を有していてもよい。したがって、電極１５０２、１５０４、１５０６、１５０８の１つ以上は、上に述べた改善された形状および電気的均一性を備えてもよい。装置１５００は適切な質量スペクトル関連の器機またはシステムとして提供されてもよい。
【００６３】
図１６は、線形イオントラップに基づく質量分光（ＭＳ）システム１６００の極めて一般化されかつ単純化された概略図である。ＭＳシステム１６００は図１６に示されているが、一例にしか過ぎず、本開示において述べられている実施形態を適用可能である。本開示において述べられている実施形態の使用は別として、図１６に示されている種々の構成要素または機能は一般的に公知であり、そのため簡単な概略のみを必要とする。
【００６４】
ＭＳシステム１６００は線形または二次元のイオントラップ１６０２を含み、上述の、そして図１〜図６および図９〜図１５に示されている構成要素および形状と結びついた電極構造１００または１５１０のような電極構造を有することができる。種々のＤＣおよびＡＣ（ＲＦ）電圧源が、上に述べたようなイオントラップ１６０２の種々の導電部品と作用的につながっている。電圧源はＤＣ信号発生器１６１２、ＲＦトラップ場信号発生器１６１４、およびＲＦ補助場信号発生器１６１６を含む。イオン源１６２２のサンプルは、内部イオン化の場合に、イオン化されるサンプル物質の導入、または外部イオン化の場合に導入されるイオンのためにイオントラップ１６０２と組合わせることができる。イオン検出器１６３２は、イオン検出器１６３２から出力される信号を受信するために、検出後の信号の処理器１６３４とつながっている。検出後の信号処理器１６３４は、出力データと質量スペクトルとを取得するための増幅、加算、記憶等の信号処理器能を実行するために種々の回路や構成部品を表すものであってもよい。図１６の信号ラインに示されているように、ＭＳシステム１６００の種々の構成要素および機能実体は、任意の適切な電子コントローラー１６４２とつながっている。電子コントローラー１６４２は１つ以上の計算または電子処理装置を表すものであってもよく、ハードウェアおよびソフトウェア両方の特質を有してもよい。例として電子コントローラー１６４２は、操作のパラメーターおよびＤＣ信号発生器１６１２、ＲＦトラップ場信号発生器１６１４、ＲＦ補助場信号発生器１６１６によりイオントラップ１６０２に供給される電圧のタイミングを制御することができる。さらに、電子コントローラー１６４２は、全体的にまたは部分的に、本開示において述べられている方法の１つ以上の工程について実行および制御ができる。
【００６５】
本開示において述べられている方法および装置は、上記において一般的に述べられている、または図１６に例示として示されているように、ＭＳシステム１６００において実行できることがわかる。しかしながら本主題は図１６に示されている特定のＭＳシステム１６００または図１６に示されている回路や部品の特定の構成に限定されるものではない。さらに、本主題はＭＳに基づく適用に限定されるものでもない。
【００６６】
本開示における主題は、イオンを捕捉するために磁場を用い、イオンをトラップ場（またはイオンシクロトロンセル）から排出するのに電場を用いるフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（ＦＴ−ＩＣＲ）に基づくイオン捕捉操作にも適用できる。本主題はまた、上記特許文献４に記載のような静電トラップにも適用できる。これらのイオントラップおよび質量スペクトル技術の装置や方法は、当業者には周知であるので、本明細書においてさらに詳しく述べる必要はない。
【００６７】
本発明の種々の局面または詳細は、発明の範囲を逸脱することなく変更してもよいことがさらに理解されるであろう。さらに、上記の記載は例示の目的のみであり、限定を加えるためのものではなく、本発明は特許請求の範囲により定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本開示に記載されている実施形態により提供される電極構造の一例の斜視図である。
【図２】図１に示されている電極構造の、当該電極構造の中心軸に直交する径方向面の断面図である。
【図３】図１に示されている電極構造の、中心軸に直交する軸方向面の断面図である。
【図４】本開示に記載されている実施形態により提供される電極の一例の斜視図である。
【図５】図４に示されている電極の反対側からの斜視図である。
【図６】図４および５に示されている電極の上部の立面図である。
【図７】公知の電極の端部の立面図である。
【図８】図７に示されている電極の横断面である。
【図９】本開示で記載されている実施形態により提供される電極の他の例の端部の立面図である。
【図１０】図９に示されている電極の断面図である。
【図１１】本開示に記載されている実施形態により提供される電極の他の例の斜視図である。
【図１２】図１１に示されている電極の反対側からの斜視図である。
【図１３】本開示で記載されている実施形態により提供される電極の他の例の斜視図である。
【図１４】図１３に示されている電極の反対側からの斜視図である。
【図１５】本開示に記載されている電極を実施できる装置の例である。
【図１６】質量分析システムの概略図である。
【技術分野】
【０００１】
本出願は以下の同時係属米国特許出願に関係するものであり、その特許は本願との共通の譲受人に譲渡された「線形イオン処理装置における場の欠陥に対する補償」、「異なる作動形態に対する線形イオン処理装置の場の条件の調整」、「線形処理におけるイオン励起に対する場の条件の改善」、「線形イオン処理装置における回転励起場」のそれぞれが、２００６年１月３０日に本出願と同時出願されている。
【０００２】
本発明は一般的に、イオンの操作や処理において利用できる電極や電極のセットのような、二次元または線形構造の電極構造に関連する。本発明はまた、電極構造を使用することができるイオンの操作および処理の方法や装置に関係する。電極構造は例えば、質量分析スペクトルと共に使用することができる。
【背景技術】
【０００３】
イオントラップのような線形または二次元イオン処理装置は、装置の中心（ｚ）軸の同軸上に配置した中心軸の方向に細長い電極のセットで形成されている。各電極は、通常中心軸に対して直交する（ｘ−ｙ）平面に中心軸から径方向の距離に位置している。電極の内側表面は、通常内部で中心軸に対向する双曲線になっている。その結果、電極の構成が反対方向の内側表面の間の装置の軸方向に細長い内側の空間を規定する。操作において、イオンは導入され、捕捉され、蓄積され、分離されて内部空間において様々な反応の影響を受け、検出のために内部空間から排出される。このような操作には、電極構造の物理的構成要素の形状、製作および組立と共に、内部空間にあるイオンの動きに対する正確な制御が要求される。ｘ−ｙ平面に沿ったイオンの径方向運動は、対向する電極の組の間の二次元的ＲＦトラップ場を印加することにより制御してもよい。イオンの軸方向の運動、または中心軸に沿ったイオンの運動は、電極の軸方向端部の間にある軸方向ＤＣトラップ場を印加することにより制御してもよい。さらに補助的または補足的ＲＦ場を対向する電極対の間に印加することにより、電極対の軸に沿った選沢された質量対電荷比イオンの振動の振幅を増大し、それにより、イオンの排出、衝突誘起解離（ＣＩＤ）を含む、種々の目的のためのイオンの運動エネルギーを増加することができる。
【０００４】
電極セットの内部空間にあるイオンは、内部空間においてアクティブな電場に反応し、またイオンの運動もそれらに影響される。これらの場には上記で述べたＤＣやＲＦ場といった場合に電気的手段によって意図的に印加される場も含まれ、また電極セットの物理的／幾何学的特徴により本質的に（機械的に）発生する場も含まれる。本質的に発生する場には意図的なものもそうでないものもあり、操作のモードにより、望ましいまたは最適なものもあり、そうでないものもある。印加される場は、用いられる操作のパラメーター（振幅、振動数、位相等）により左右されるだけでなく、電極間の間隔を含む電極のサイズによっても左右される。本質的に発生する場もまた電極のサイズや間隔に左右される。印加される場も本質的に発生する場も両方とも、内部空間に露出している電極の内側表面の形態（外形、形状、特徴等）に左右される。双曲電極の先端線のような中心軸に最も近い内側表面の端部は、ＲＦトラップ場に最も大きな影響を与え、そのためにＲＦトラップ場により中心軸の周りに大量に抑制されているイオンにも大きな影響を与える。
【０００５】
理想的なケースでは、電極の物理的特徴と配置とは、アクティブな場における欠陥が存在せず、場が電極セットの中心軸に沿って均一になる。電極は漸近線に向かって無限に延びる完全な放物表面である。場に対するイオンの反応は完全に予測可能かつ制御可能であり、質量分析器または同様の装置としての性能が完璧に最適化されている。しかしながら実際は、電極は種々のタイプの場の欠陥を引き起こす異なる色々な特徴や、イオンの反応の操作および挙動に悪影響を与える歪みを含んでいる。例えば、イオン捕捉装置として採用されるほとんどの電極のセットは、内部空間から中心軸に対して直交する半径（ｘまたはｙ）の方向にイオンを排出する。多くの用途において径方向の排出は、２つの対向する電極がその上に位置する軸に沿って直接影響するときに最も効果がある。電極を通しての径方向の排出は、電極がイオンの出口としての開口部、通常軸（ｚ）方向に細長いスロット形状をした排出開口を有することを必要とする。スロットは、操作のある段階の間、イオンの望ましい操作や処理にとって有害となる場の欠陥の深刻な原因となりうる。そのために、スロットにより生じる場の欠陥を除去し、または少なくとも最小化することが好都合である。
【０００６】
従来の技術的構成においては、スロットの長さは、排出されるイオンが、有害な場の歪みが顕著に現れる電極の軸方向端部から離れたところに保たれるように、電極の全体の長さよりも著しく短くなっている。スロットの影響を最小化するための様々なその他の設計の検討が提案されている。例えばスロットのサイズや断面域（例：長さや幅）の最小化、スロットの断面領域の均一性の最大化、電極の他の物理的特徴の変更、スロットの存在を補償するための追加的な物理的特徴の付与、などである。このような提案にもかかわらず、単にスロットが存在することで場の歪みが生じる。なぜならばスロットの先端が幾何学的な非連続性を構成しているからである。その結果、スロットの近傍でアクティブな場は、電極セットの他の領域における場とは異なるのである。電極セットの中心軸に沿った軸方向位置に関連する場の何らかの差異は、イオンの望ましい反応に悪影響を与えることがあり、その結果、イオン処理装置としての電極セットの性能にも悪影響を与える。例えば、電極セットがイオントラップ質量分析器として用いられる場合、中心軸に沿った場の不均一性は質量対電荷比が同じであるイオンが異なる時間に放出される原因となり、その結果質量分解能の損失をもたらす。
【特許文献１】米国特許第６，７９７，９５０号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００２／０１８５５９６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，０８７，６５７号明細書
【特許文献４】米国特許第５，８８６，３４６号明細書
【非特許文献１】Shwartz et al., “A Two-Dimensional Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometer”J.AM.Soc.MASS.SPECTROM, Vol3、3659-669（２００２年４月）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述を考慮すると、そのような電極の開口部を含むことに関連した問題や、電極セットにおいて有害な場の影響となるその他の誘因をよりよく解決する、または電極の使用により発生する電場の均一性を改善する、イオン処理装置に用いる電極構造を備えることが有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の問題を全体的であれ部分的であれ、および／または当業者により観察されたその他の問題を解決するために、以下に実施形態として述べるように、本開示は方法、処理過程、システム、器具、機器、装置を提供する。
ある局面によれば、イオンを取扱う電極構造が提供されている。電極構造は中心軸と同軸上に配置した複数個の電極を備えている。各電極は大略的に中心軸の方向に延びた軸長を持っている。各電極は、当該電極構造の内部空間から大略的に外方を向く第１の軸方向端部、第２の軸方向端部および外側表面と、前記内部空間に大略的に面し、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる内側表面とを含む複数の電極を備えている。少なくとも前記電極の一つは、前記内側表面から前記外側表面へ径方向に延びる開口部を有する開口された電極である。前記開口された電極の前記内側表面は表面形状を有し、前記表面形状は前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ前記軸方向に沿って均一である。
【０００９】
別の局面によれば、開口部は、開口された電極の第１の軸方向端部から第２の軸方向端部に沿って均一である。
別の局面によれば、開口された電極の内側表面は第１の軸方向端部から軸方向端部まで延びている細長い表面形状を含んでいる。１つの実施形態においては、細長い表面形状は開口部とつながった溝を含む。
【００１０】
別の局面によれば、電極構造はさらに第１の端部電極部分と、第１の端部電極部分から中心軸に沿って離間した第２の端部電極部分とを含む。複数個の電極は第１の端部電極部分と第２の端部電極部分との間に軸方向に沿って入っている。
別の局面によれば、各電極は、第１の端部部分と、前記第１の端部部分から軸方向に離間した中心部分と、前記中心部分から軸方向に離間した第２の端部部分とに分割されている。前記開口された電極の前記内側表面の前記表面形状が、前記中心部分の前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ前記軸方向に沿って均一であり、前記表面形状の前記均一性は、少なくとも前記第１の軸方向端部に最も近い前記開口された電極の前記第１の端部部分の一部と、少なくとも前記第２の軸方向端部に最も近い前記開口された電極の前記第２の端部部分の一部とにわたって連続している。
【００１１】
別の局面によれば、前記表面形状の前記均一性は、前記開口された電極の前記第１の端部部分の全長と、前記開口された電極の前記第２の端部部分の全長とにわたって連続している。
別の局面によれば、前記開口された電極は、前記中心軸に直交し径方向軸および横軸によって規定される平面における断面を含んでいる。前記断面は、前記横軸に沿った幅と、前記径方向軸に沿った深さとを有する。前記開口部は、前記幅の中心において前記径方向軸に沿って径方向に延びている。前記断面は、前記開口部と横方向に関して中心を合わせられた断面部分であって、前記内側表面から前記深さを越えて前記開口された電極へと径方向に延びる均一な断面部分を含んでいる。前記均一な断面部分は前記開口された電極の前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ軸方向に沿って均一である。
【００１２】
別の局面によれば、前記開口された電極は、前記内部空間に面する平面であって、前記開口された電極の軸長と前記中心軸に対して直交する方向に向いた横軸とによって規定される平面における断面を含んでおり、前記断面は前記横軸に沿った幅を有する。前記複数の電極は、前記中心軸に対して前記開口された電極の反対に配置された対向電極を含み、前記対向電極は、前記内部空間に面する平面であって、前記開口された電極の前記断面に対向する平面における断面を含む。前記開口された電極および前記対向電極の前記断面は、前記開口された電極および前記対向電極のそれぞれの前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ前記軸方向に沿って同じである。
【００１３】
別の局面によれば、イオンを操作する電極構造が提供されている。この電極構造は、中心軸に同軸に配列された複数の電極であって、各電極は前記中心軸の方向に大略的に延びる軸長を有し、各電極は当該電極構造の内部空間から大略的に外方を向く第１の軸方向端部、第２の軸方向端部および外側表面と、前記内部空間に大略的に面し、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと軸方向に延びる内側表面とを含む複数の電極を備えている。少なくとも前記電極の一つは、前記軸方向に、および前記内側表面から前記外側表面へ径方向に延びる開口部を有する開口された電極であり、前記開口された電極の前記内側表面は表面形状を有し、前記表面形状は前記軸方向に均一な部分長に沿って均一であり、前記開口は前記均一な部分長に沿って位置しており、前記均一な部分長は前記開口部の軸方向長さよりも長い。
【００１４】
別の局面によれば、前記開口された電極の前記内側表面が、前記均一な部分長に沿って延びる細長い表面形状を含んでいる。１つの局面においては、細長い表面形状は開口部とつながっている溝を含んでいる。
別の局面によれば、イオン処理装置において電場を発生させる電極が提供されている。この電極は、第１の軸方向端部、第２の軸方向端部、および前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる細長い長さを含む。この電極はさらに、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる外側表面であって、当該外側表面は、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる湾曲部分を含み、前記湾曲部分は、大略的に先端線に中心を合わされた端部領域を含むとともに、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びて前記先端線と整列する細長い表面形状を含んでいる外側表面を含む。１つの局面においては、前記細長い表面形状が、前記湾曲部分から、前記先端線と整列する前記電極の厚みを貫通して径方向に延びるとともに、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと軸方向に延びる開口部を含む。別の局面では、前記細長い表面形状が、前記先端線と整列する前記電極へ径方向に延びるとともに前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと軸方向に延びる溝を含を含む。また別の局面では、細長い表面形状は溝を含み、電極は溝と連通する開口部を持っている。
【００１５】
別の局面によれば、イオン処理装置において電場を発生させる電極が提供されている。電極は本体を含む。この本体は、第１の軸方向端部、反対側の第２の軸方向端部、および前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる細長い長さと、前記細長い長さに対して直交する断面平面に位置する厚みと、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる外側表面とを含む。外側表面は、第１の軸方向端部から第２の軸方向端部に延びている湾曲部分を含む。前記本体は、第１の端部部分と、前記第１の端部部分から軸方向に第１の間隙によって離間した中心部分と、前記中心部分から軸方向に第２の間隙によって離間した第２の端部部分とに分割されている。前記第１の間隙の少なくとも一部と、前記第２の間隙の少なくとも一部とが前記断面平面に対してある角度をなすように向けられている。１つの局面では、前記湾曲部分が、前記中央部分の全長に沿って軸方向に延びる細長い表面形状を含む。
【００１６】
分割された本体を持つ電極の１つの局面によれば、前記第１の端部部分が第１の端部部分の内側表面を含み、前記中央部分が第１の中央部分の内側表面および対向する第２の中央部分の内側表面を含み、前記第２の端部部分が前記第２の端部部分の内側表面を含む。前記第１の端部部分の内側表面、前記第１の中央部分の内側表面、前記第２の中央部分の内側表面、および前記第２の端部部分の内側表面のそれぞれが、前記直交する平面に対して湾曲している。
【００１７】
分割された本体を持つ電極の別の局面によれば、前記中央部分が、第１の幅を狭くした端部領域と、対向する第２の幅を狭くした端部領域とを含み、前記第１の端部部分は、前記第１の幅を狭くした端部領域を収容する第１の凹部領域であって、前記第１の幅を狭くした端部領域と第１の間隙によって離間した第１の凹部領域を含み、前記第２の端部部分は、前記第２の幅を狭くした端部領域を収容する第２の凹部領域であって、前記第２の幅を狭くした端部領域と第２の間隙によって離間した第２の凹部領域を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
一般的に、「つながる（連通する）」という語（例えば、第１の部分が、第２の部分と「連通する」または「連通状態である」など）は、本明細書において、２つ以上の構成部分（または要素、特徴など）の間の構造的、機能的、機械的、電気的、光学的、磁気的、イオン的、または流体的関係を示すために使用されている。このように１つの部分が第２の部分とつながっているということは、第１の部分と第２の部分との間に追加の部分が存在したり、第１の部分や第２の部分に動作可能な関連または係合し、たりする可能性を排除することを意図するものではない。
【００１９】
本開示において提供されている主題は、一般的に、イオンの操作、処理または制御のための装置において用いられるタイプの電極および電極の構成に関する。電極の構成は様々な機能の実施において利用が可能である。これらに限定されるものではないが、電極の構成は、中性分子をイオン化するチャンバ、イオンを集束、ゲーティングおよび／または輸送のためのレンズまたはイオンガイド、イオンの冷却または熱運動のための装置として、イオンの捕捉、蓄積および／または排出のための装置、望ましくないイオンから望ましいイオンを分離するための装置、質量分析器または分別装置として、質量フィルターとして、タンデム質量分析または多段型質量分光分析（ＭＳ／ＭＳまたはＭＳｎ）を実効する段階として、前駆イオンの断片化または解離のための衝突セルとして、連続ビーム、連続分析器、パルス化または時系列に基づくイオン処理の段階として、イオン・サイクロトロン・セルとして、極性の異なるイオンを分離する装置として使用できる。しかしながら、本開示において記載されている電極および電極の構成の様々な応用はこれらのタイプの手順、装置およびシステムに限られるものではない。装置および方法における電極および電極の構成ならびに関連実施形態は図１〜図９を参照して以下により詳しく記述する。
【００２０】
図１〜図３はイオンの操作または処理に使用できる電極構造、構成、システム、装置、または線形（二次元）のロッドセット１００の例である。図１〜図３はまた参照目的でデカルト（直交）（ｘ，ｙ，ｚ）座標のフレームを含んでいる。記載目的のために、ｚ軸に沿った方向または方位は軸方向と称し、直交するｘ軸およびｙ軸に沿う方向または方位を径方向または横方向として称する。図４〜図８は電極構造１００に設けることができる電極の追加例を示している。
【００２１】
図１を参照して、電極構造１００はｚ軸に沿って細長い複数の電極１０２，１０４，１０６，１０８を含んでいる。つまり、各電極１０２，１０４，１０６，１０８は、ｚ軸と略平行な方向に延びている主寸法または長手寸法（例えば、長さ）を有している。多くの実施形態において、電極１０２，１０４，１０６，１０８はｚ軸に厳密に平行であるか、または実際に可能な限り平行である。この平行性によって、その中でＲＦ場（電界）が電極構造１００に適用されるとき、イオンの操作および処理に関連した操作中にイオンの挙動の予測性能や制御性能を向上する。なぜならば、そのような場合、イオンが遭遇するＲＦ場の強さ（振幅）は、電極構造１００のイオンの軸位置によって変わらないからである。このように、他の場の欠陥がないと仮定すれば、イオンのマチウパラメーターｑの数値は軸位置に依存しなくなる。ｑの値が軸位置から独立している場合、軸位置が質量のスペクトルピークを広げる、またはアウトプットされるデータの質量分解能に付属する品質低下を招くことなく、イオンを電極構造１００から純粋に質量依存ベースで排出することができる。さらに、平行電極１０２、１０４、１０６、１０８を用いると、電極構造１００の端部から端部に与えられるＤＣ電位の大きさが軸位置により変わることがない。
【００２２】
図１に示されている例では、複数の電極１０２、１０４、１０６、１０８は４個の電極を含む。すなわち、第１の電極１０２、第２の電極１０４、第３の電極１０６、第４の電極１０８である。この例において、第１の電極１０２と第２の電極１０４とは大略的にｙ軸に沿った対向する一対の電極として配置されている。そして第３の電極１０６と第４の電極１０８とはｘ軸に沿った対向する一対として配置されている。したがって、第１および第２の電極１０２、１０４はｙ電極と称し、第３および第４の電極１０６、１０８はｘ電極と称することができる。この例は他の四重極のイオン処理装置同様、線形イオントラップとしての四重極電極構成の典型である。他の実施形態においては、電極１０２、１０４、１０６、１０８の数は４個以外であってもよい。各電極１０２、１０４、１０６、１０８は、電極構造１００の中で望ましい電場を発生させるために、必要に応じて、他の電極１０２、１０４、１０６、１０８の１つ以上の電極と電気的に相互接続可能である。また図１に示されているように、電極１０２、１０４、１０６、１０８は、それぞれ電極構造１００の中心に向いている各内側表面１１２、１１４、１１６、１１８を有する。
【００２３】
図２はｘ−ｙ平面における電極構造の断面図を示している。電極構造１００は、大略的に電極１０２、１０４、１０６、１０８の間に規定されている内部空間、つまりチャンバ２０２を有している。内部空間２０２はｚ軸に沿って電極１０２、１０４、１０６、１０８が延びている結果として、ｚ軸に沿って延びている。電極１０２、１０４、１０６、１０８の内側表面１１２、１１４、１１６、１１８は、大略的に内部空間２０２に面しており、実際には内部空間２０２に存在するイオンに対して露出されている。電極１０２、１０４、１０６、１０８はまた、内部空間２０２とほぼ反対向きのそれぞれの外側表面２１２、２１４、２１６、２１８を含んでいる。図２にも示されているように、電極１０２、１０４、１０６、１０８は、電極構造１００またはその内部空間２０２の主たるまたは中心の縦軸の周囲に同軸に配置されている。多くの実施形態において、中心軸２２６は電極構造１００の幾何学的中心と一致している。各電極１０２、１０４、１０６、１０８は、中心軸２２６からｘ−ｙ平面においていくらかの径方向距離ｒ０に配置されている。ある実施形態においては、中心軸２２６に相対する電極１０２、１０４、１０６、１０８のそれぞれの径方向の位置は同等である。その他の実施形態においては、ある種の電場効果を導入したり、または他の望ましくない場の効果を補償したりする目的で、電極１０２、１０４、１０６、１０８の１つ以上の径方向の位置を意図的にその他の電極１０２、１０４、１０６、１０８の径方向と異ならせてもよい。
【００２４】
各電極１０２、１０４、１０６、１０８は外側表面を有し、外側表面の少なくとも一部が湾曲していてもよい。この例においては、各電極１０２、１０４、１０６、１０８のｘ−ｙ平面の横断面の形状または少なくとも内側表面１１３、１１４、１１６、１１８の形状は湾曲している。いくつかの実施形態においては、ｘ−ｙ平面の断面の形状は、四重極のイオントラップ場の使用を促進するために双曲線になっている。というのは、双曲線の形状は四重極の場に情報を与える等電位線の等高線にほぼ一致しているからである。双曲線の形状は完全な双曲線、または完全な双曲線から幾分ずれていてもよい。いくつかの実施形態においては、場の効果を望ましいものに修正するために、意図的にずらしてある。どちらの場合においても、各内側表面１１２、１１４、１１６、１１８は曲線をなしており、単一の変曲点を有し、したがってｚ軸に沿った線状に延びている各頂点２３２、２３４、２３６、２３８を有している。各頂点２３２、２３４、２３６、２３８は、通常、対応する内側表面１１２、１１４、１１６、１１８上で、内部空間２０２の中心軸２２６に最も近い点である。この例においては、中心軸２２６をｚ軸とすれば、第１の電極１０２および第２の電極１０４の各端部２３２、２３４はほぼｙ軸上にあり、第３の電極１０６および第４の電極１０８の各端部２３６、２３８はほぼｘ軸上にある。このような実施形態において、径方向距離ｒ０は中心軸２２６と、対応する電極１０２、１０４、１０６、１０８の端部２３２、２３４、２３６、２３８との間で規定される。
【００２５】
他の実施形態においては、電極１０２、１０４、１０６、１０８の断面形状は、開口部１７２近くの電極１０２上の隆起または突起２４２および／または電極１０４もしくはその他の開口部のない電極上の隆起もしくは突起２４４のような、隆起または突起により、理想的ではない双曲線形状であってもよい。そのような隆起または突起２４２、２４４が存在することに付随するいくつかの利点は、２００４年５月２６日に出願された同時係属中の米国特許出願第１０／８５５，７６０号「線形イオントラップ装置および非対称のトラップ場を使用する方法」に記載されている。この特許出願も本開示の譲渡人に譲渡されるものである。同様の隆起または突起は、米国カリフォルニア州パロアルトのバリアン社からSaturn（登録商標）およびTitan（商標）MS-４０００装置など、市販の三次元イオントラップ装置にも備えられている。
【００２６】
その他の実施形態においては、電極１０２、１０４、１０６、１０８の断面形状は、円形のような他の理想的ではない双曲線形状であってもよく、その場合、電極１０２、１０４、１０６、１０８は円柱ロッドとして特徴づけることができる。さらに他の実施形態においては、電極１０２、１０４、１０６、１０８の断面形状はより直線的であってもよく、その場合、電極１０２、１０４、１０６、１０８は湾曲平面として特徴づけることができる。「大略的に双曲線形状」および「湾曲した」という語は、全てのこのような実施形態を包含するように意図されている。このような全ての実施形態において、各電極１０２、１０４、１０６、１０８は、電極構造１００の内部空間２０２に面するそれぞれの端部２３２、２３４、２３６、２３８を有するものとして特徴づけることができる。
【００２７】
図１の例として示されているように、いくつかの実施形態において、電極構造１００は、ｚ軸に対して複数の部分または領域１２２、１２４、１２６、１２８に軸方向に分割されている。この例では、最初の端部領域１２２、中心領域１２４、および第２の領域１２６の少なくとも３つの領域がある。別の言い方をすれば、電極構造１００の電極１０２、１０４、１０６、１０８は、第１の端部部分１３２、１３４、１３６、１３８、中心部分１４２、１４４、１４６、１４８、および第２の端部領域１５２、１５４、１５６、１５８に、軸方向にそれぞれ分割されていると考えることができる。したがって、第１の端部電極部分１３２、１３４、１３６、１３８が、第１の端部領域１２２を規定し、中心の電極部分１４２、１４４、１４６、１４８が中心領域１２４を規定し、そして第２の端部電極部分１５２、１５４、１５６、１５８は第２の端部領域１２６を規定する。第１の端部電極部分１３２、１３４、１３６、１３８および第２の端部電極部分１５２、１５４、１５６、１５８を、ガード電極または外部電極と称してもよい。この四重極の例示による電極構造１００は、１２個の軸電極１３２、１３４、１３６、１３８、１４２、１４４、１４６、１４８、１５２、１５４、１５６、１５８を含んでいると考えることもできる。別の実施形態によれば、電極構造１００は３つ以上の軸領域１２２、１２４、１２６を含んでもよい。
【００２８】
図３はｙ−ｚ平面の電極構造１００の断面図であるが、ｙ電極１０２、１０４のみを示している。中心軸２２６に沿った電極構造１００の細長い寸法、細長い内部空間２０２、および電極構造１００の軸の任意の分割が全て明瞭にはっきりと分かる。さらにこの例では、電極構造１００の領域１２２、１２４、１２６への分割部分（つまり電極１０２、１０４、１０６、１０８のそれぞれの部分に入っている分割）は物理的なものである。これは、それぞれの隙間３０２、３０４（軸の間隔）が近接領域または部分１２２と領域１２４との間および領域１２４と領域１２６との間に存在するということである。他の実施形態においては、電極１０２、１０４、１０６、１０８は、単一のまたは単独部分の構造であり、隙間３０２、３０４がなく、物理的に明確な領域１２２、１２４、１２６もないということである。しかし軸の分割は下記において論じられているような有利性を与える。
【００２９】
電極１００の操作において、様々な電圧信号が、電極１０２、１０４、１０６、１０８の１つ以上に印加され、イオンの処理および操作に関する異なる目的のために、内部空間２０２においての軸方向や径方向に向いた種々の電場を発生させる。電場は、イオンを内部空間２０２に注入したり、内部空間２０２のイオンを捕捉したり、イオンをある期間蓄積したり、質量スペクトルを生成するためにイオンを内部空間２０２から質量選別的に排出したり、望ましくないイオンを内部空間２０２から排出することにより、内部空間２０２において選別されたイオンを分離したり、タンデム質量分光法の一部として内部空間２０２におけるイオンの解離を促進したり、といった様々な機能を果たす。
【００３０】
例えば、適切な振幅の１つ以上のＤＣ電圧の信号を、電極１０２、１０４、１０６、１０８に印加することができる。また、内部空間２０２に注入するイオンを制御する軸（ｚ軸）方向のＤＣ電位を生じるためのかつ／もしくは軸が先端に位置するレンズまたは他の導電構造が用いられる。いくつかの実施形態においては、イオンは、図１および図３の矢印１６２により示されているように、通常ｚ軸に沿った最初の端部領域１２２を介して内部空間２０２に軸方向に注入される。第１の端部領域１２２の電極部分１３２、１３４、１３６、１３８および／もしくは軸方向の前方にあるイオン集中レンズまたは多重極イオンガイドはこの目的のためのイオンのゲートとして操作される。軸方向注入のいくつかの有利な点は、２００４年５月２６日に出願された同時継続中の米国特許出願第１０／８５５，７６０号に記載されており、その特許も本開示と共通の譲受人に譲渡されるものである。しかしながら一般的に、電極構造１００は、外部のイオン化の場合、または内部やトラップ内で中性分子や原子がイオン化される場合、任意の適切な方法で、また任意の適切な入り口の場所を介して内部空間２０２にイオンを受け入れることができる。別の方法としては、近隣の電極１０２，１０４，１０６，１０８の間の空間を通して、または電極１０２，１０４，１０６，１０８の１つの中に形成された開口部を通しての径方向注入がある。しかしながら、これらの別の方法は、先立って発生したイオンが注入される場合（外部イオン化）、イオンが末端の場、エネルギー障壁、およびその他の注入を損なう、または望ましくない放出を生じる、もしくは注入されたイオンの消滅／中性化といった条件に直面するため、しばしば不利であると考えられる。
【００３１】
いったんイオンが注入、または内部空間２０２において生成されると、領域１２２、１２４、１２６の１つ以上、軸方向に先立ち続くレンズ、またはその他の導電構造に印加されるＤＣ電圧信号が、イオンが電極構造１００の軸方向端部から出るのを防ぐために適切に調整される。さらに、ＤＣ電圧信号は、内部空間２０２内で注入されたイオンの望ましい領域への軸（ｚ軸）移動を抑制する、軸方向に、より狭いＤＣ電位ウェルを作り出すために調整される。例えば、端部領域１２２、１２６におけるＤＣ電圧レベルは、処理されるイオンの極性により、中心に位置する電位ウェルを作り出すために、中心領域１２４でのＤＣ電圧レベルを高くまたは低くして設定することができる。
【００３２】
ＤＣ電位に加えて、適切な振幅および周波数のＲＦ電圧信号が、径方向に沿った質量対電荷比（ｍ／ｚ比、または単純に「質量」）の範囲の安定した（トラップ可能な）イオンの動きを抑制する二次元（ｘ−ｙ）の主要ＲＦ四重極トラップ場を発生させるために、電極１０２，１０４，１０６，１０８に印加される。例えば、主要な四重極トラップ場はＲＦ信号を対向するｙ電極１０２、１０４に印加して、同時に、第１のＲＦ信号と同じ振幅および周波数のＲＦ信号であるが、第１のＲＦ信号から１８０度位相のずれたＲＦ信号を、対向するｘ電極１０６、１０８に印加することにより発生させることができる。ＤＣ軸障壁（バリア）場と主要ＲＦ四重極トラップ場との組合せは、電極構造１００において、基本的な線形イオントラップを形成する。
【００３３】
ＲＦ四重極トラップ場による分力は、通常電極構造１００の内部空間２０２の中心軸２２６において最少であるため（電気四重極が中心軸２２６に対して対称であると仮定した場合）、四重極の操作パラメーターの中で安定しているｍ／ｚ比を有する全てのイオンは、イオンが占める容量内で動くように、または中心軸２２６にほぼ沿って分布される位置に集まるように抑制される。このように、このイオンが占める容積は、中心軸２２６に沿って延びているが、内部空間２０２の全容積よりはかなり小さい。さらに、イオンが占める容積は、上記の軸電位ウェルを含む非四重極のＤＣトラップ場を印加することにより、電極構造１００の中心領域１２４に軸方向に集中することができる。多くの実施形態において、周知なイオン冷却および加熱処理法は、イオンの占める容積のサイズをさらに小さくすることができるだろう。イオン冷却処理は例えば、ヘリウムのような適当な不活性バックグラウンドガスを内部空間２０２に導入することを伴う。イオンとガス分子との間の衝突が動的なエネルギーを失わせるので、それによりイオンの動きを衰退させる。図２に示されているように、電極構造１００の全ての適切な開口部、または電極構造１００の収容物に連通する全ての適当なガス供給源２４２はこの目的のために備えられてもよい。イオンの衝突による冷却は、場の欠陥の影響を減らし、質量分解能をある程度改善する。
【００３４】
ＤＣおよび主要ＲＦトラップ信号に加えて、適切な振幅および周波数（通常両者とも主要ＲＦトラップ信号よりも小さい）の追加ＲＦ電圧信号は、選択されたｍ／ｚ比の捕捉されたイオンを共鳴励起する補助的なＲＦ双極励起場を生じさせるために、少なくとも一組の対向する電極１０２／１０４または１０６／１０８に印加される。補助的ＲＦ場は主要ＲＦ場が印加されている間に印加され、そしてその結果としての場の重ね合わせが組合わされたまたは複合されたＲＦ場として特徴づけられる。共鳴による励起は衝突誘起解離（ＣＩＤ）、またはその他のイオン分子の相互作用、または試薬ガスの反応を助成・促進するために採用される。さらに、励起場の構成成分の強さは、選択された質量のイオンがＲＦトラップ場により与えられた復元力を克服でき、除去、イオンの分離、質量選沢走査、検出のために電極構造１００から排出されるように充分に強くなるように調整することができる。このように、いくつかの実施形態においては、イオンは中心軸２２６に直交する方向に沿って、すなわちｘ−ｙ平面内で径方向に内部空間２０２から排出することができる。例えば、図１および図３に示されているように、イオンは矢印１６４によって示されているようにｙ軸に沿って放出される。しかしながら双極共鳴励起は、イオンの動きの振幅を増加させ、線形イオントラップから径方向に排出する技術の１つの例でしかない。他の技術も知られており、未だ開発されていない、公知な技術の変形例と同様に、本開示において記載されている電極構造に適用することができる。
【００３５】
径方向の排出を促進するため、１つ以上の開口部が電極１０２、１０４、１０６、１０８の内の１つ以上に形成されている。図１〜図３に示されている具体例において、開口部１７２はｙ電極１０２、１０４間に作られる適切な補助的ＲＦ双極場に対応するｙ軸に沿った方向における排出を促進するためｙ電極１０２の１つに形成されている。開口部１７２はｚ軸に沿って延びており、その場合開口部１７２はスロットまたはスリットとして特徴づけられ、電極構造１００の細長い内部空間２０２の中で生成される細長いイオンの占める容積に相当するものである。実際においては、適切なイオン検知器（図示せず）が排出されたイオンの流れを測定するため、開口部１７２と一直線上に整列するように設置される。開口部１７２を規定しイオン検出器に到達する周壁上に影響を与えることなく完全に開口部１７２を通って通過する排出イオンの数を最大にするために、開口部１７２は電極１０２の頂点２３２（図２）に添って集中するので、イオン放出に用いられる開口部１７２の断面領域は均一で、電極１０２の厚みを介した開口部１７２の深さは最適化することができる。電極１０２中に、外側表面２１２（図２）から開口部１７２まで延び、開口部１７２を取り囲む凹面１７４が作られ、排出されたイオンが、通過しなければならない開口部１７２の径方向チャネルまたは開口部１７２の深さを最少にする。このような凹部１７４は、もし形成されるとすれば、外側表面２１２の一部であると考えられる。
【００３６】
内部空間２０２の中で発生する電場における望ましい程度の対称性を維持するため、別の対応するイオン検出器が備えられなかったとしても、別の開口部１７６が電極１０２の反対側の電極１０４の中に形成されてもよい。同様に開口部は電極１０２、１０４、１０６、１０８の全てに形成されてもよい。いくつかの実施形態においてイオンは、上記米国特許出願第１０／８５５，７６０号に記載されているように、適切な電圧信号の重ね合わせや他の操業条件を提供することにより、好ましくは単一の開口部を通って単一の方向に選択的に排出される。
【００３７】
一般的に、焦点レンズとしての先端平面との組合わせによる単断面電極を用いた線形イオントラップに比較して、図３に示されている電極構造１００の物理的に明確な領域１２２，１２４，１２６への軸方向分割は、イオン捕捉および質量分析の多くの実施形態において有利であると考えられる。単断面電極を用いた電極構造の場合、ＤＣ軸トラップ電位はＤＣ電圧信号を電極構造の各軸方向端部に位置する端部レンズに印加することにより発生しなければならない。これらの端部レンズ近傍では、それらの場所において存在する有意な構造／幾何学的場、および場の非連続性により、電極構造に印加される非線形の末端の歪みまたは摂動が径方向捕捉および励起場において存在する。これらの末端の場は電極構造中のイオンに対する悪影響を有することがある。例えば、上記米国特許出願第１０／８５５，７６０号、上記非特許文献１および上記特許文献１を参照のこと。例えば、末端の場は、望まない時のイオン排出につながる軸方向および径方向のイオン励起の原因となることがある。さらに、末端の場は、予期したり制御したりするのが難しい適用場へのイオンの反応を与えることがある。これは異なる軸に沿ったイオンの動きの結合と、軸に沿ったイオンの永続周波数のずれとのためである。
【００３８】
一方、図１〜図３に示されている軸により分割された電極構造１００において、中心領域１２４は端部領域１２２、１２６の間に物理的に挿入されている。この配置により、中心領域１２４は電極構造１００の軸方向端部および全てのレンズ、またはその他の電極１００中の軸方向に外側の他の導電機能から離れたところに位置している。電極１００の各領域１２２、１２４、１２６に印加される種々のＤＣおよびＲＦ信号は個々に調整され、もし望まれれば中心領域１２４が電極構造１００の分析部として機能することを可能にしている。例えば、イオンは軸方向および径方向の双方において中心領域１２４内に抑制（捕捉）され、質量を選択された排出は中心領域１２４の開口部１７２を通してのみ生じる。このように、電極１００の軸方向分割は端部に位置した末端の場からの望ましくない影響を避けながら、イオンの処理および操作を促進する。
【００３９】
しかしながら、軸方向に分割することは、場の不完全化に関連する問題に対し部分的にのみ対処する。軸方向の分割は電極構造１００の操作に用いられる種々の場における不均一性の全ての原因を取り除くわけではない。図１〜図３に示されている電極構造１００のような多くの構造の特徴は、イオン処理および操作を含むある種のタイプの操作に有害な影響を与える場の歪みを生じることがある。例えば、中心領域１２４と端部領域１２２、１２６との間は、望ましくない場の変化の源泉である。中心軸１２４からの排出のために用いられている開口または開口部１７２は、望ましくない変化の別の源泉である。領域１２２、１２４、１２６の間の隙間３０２、３０４の存在、および開口部１７２の存在は、四重極のトラップ場を歪める場の欠陥を導き良くない分解能や正確でない質量につながることがある。
【００４０】
これらの問題を解決する１つの方法は、開口部１７２のサイズ（長さと幅）を最小化することであった。上記特許文献１参照。しかしながら、そのような最小化には限界がある。電極構造１００内でのイオントラップ容量または集団は、イオンの排出／検出レベルを受容可能なものに維持するために細長く保存されなければならない。というのは開口部１７２のサイズは、どれ位の量のイオンが実際に開口部１７２を通してうまく排出されイオン検出装置に届くかを決定するからである。一方、ＤＣ電圧はイオントラップ容積を軸方向に圧縮するように調整できる。これは空間電荷を増やすことになり、その結果質量スペクトルのピークのずれを増加する。別のアプローチは、望ましくない場の影響を補償するために、開口部１７２を含む電極１０２、１０４の対向する一対の間の距離を延ばす（増加する）ことである。また、別のアプローチは電極１０２、１０４、１０６、１０８のうちの１つ以上を理論的に理想的なパラメーターからずらすという方法で成形するというものである。例えば、上記特許文献２、上記特許文献３および上記非特許文献１を参照のこと。
【００４１】
単純に開口部１７２のサイズを最小化することに加え、性能を最適化する試みとして開口部１７２の他の設計についての種々の検討が提案されたが、部分的な解決を提供しただけであった。例えば、末端の場の影響を避けて質量の分解能と正確さとを改善するために、中心電極部分１４２の開口部１７２の軸方向の長さを中心電極部分１４２の全長の百分率で、８０％〜９５％として特定する。さらに開口部１７２の幅を、電極構造１００の内部空間２０２の中心軸２２６から電極１０２の頂点２３２までの半径距離ｒ０の小さな百分率５％〜１０％に特定した。上記特許文献１参照。
【００４２】
上記の考察より明らかなように、電極１０２、１０４、１０６、１０８に開口部１７２を備えることは電極構造１００からのイオンの径方向放出を促進するのに有益であるが、開口部１７２の存在は電極構造１００の線形イオントラップ装置、質量分析器、その他の装置としての性能を損なうことがある。上述のような設計の検討の実施にもかかわらず、電極構造１００中の電極１０２に開口部１７２が単に存在することによって、与えられた操作ステージにおいて電極構造１００に印加する複合電場における望ましくない不均一性およびその他の欠陥を引き起こすおそれのある幾何学的非連続性の原因となる。例えば、開口部１７２の軸の長さを中心電極部分１４２の軸の全長よりも短く設定するとことは、電極構造１００の中心領域１２４における場が第１の端部領域１２２および第２の端部領域１２６における場から必ず異なることを意味する。開口部１７２を決定する端縁は開口部１７２が備えられている限り存在する不連続である。
【００４３】
例示として、下記に述べる、電極、電極の構成、関連する構成要素、および方法をこれらの問題の解決のために提供する。
図４は本開示の１つの実施形態によって提供される電極４００の斜視図である。電極４００は図１〜図３に示されている、またはその他の適切な電極の線形構成中において示されている、電極構造１００の電極１０２、１０４、１０６、１０８の１つ以上として用いられてもよい。図４はその内側表面４１２を見た電極４００であり、これは実際には電極セットの内部に面している電極４００の外側表面の一部である。いくつかの実施形態においては、電極４００は単断面または一体構造となっている。他の実施形態においては、図４に示されているように、電極４００は軸方向に第１の端部部分４２２、中心部分４２４、第２の端部部分４２６に分割されており、それぞれの隙間４０２、４０４が近傍部分４２２、４２４の間および部分４２４、４２６の間を決定する。第１の端部部分４２２は第１の軸方向端部つまり先端面４３２、第２の軸方向端部つまり先端面４３４を含み、中心部分４２４は第１の軸方向端部つまり先端面４３６および軸方向に関して反対側の第２の軸方向端部つまり先端面４３８を含む。第２の端部部分４２６は第１の軸方向端部つまり先端面４４２および軸方向に関して反対側の第２の軸方向端部つまり先端面４４４を含んでいる。電極部分４２２、４２４、４２６は、隙間４０２、４０４を決定する。特に第１の端部部分４２２の第２の先端面４３４および中心部分４２４の第１の先端面４３６は、第１の隙間４０２を決定し、中心部分４２４の第２の先端面４３８および第２の端部部分４２６の第１の先端面４４２は、第２の隙間４０４を決定する。さらに電極４０４は相対する外側の端縁、つまりｚ軸に沿って延びる表面を含む。したがって軸方向に分割されているとき、第１の端部部分４２２は相対する端縁４５６、４５８を含み、中心部分４２４は相対する外側端縁４５６、４５８を含み、第２の端部部分４２６は相対する外側端縁４６２、４６４を含んでいる。第１の端部部分４２２、中心部分４２４および第２の端部部分４２６に対応する、電極４００の内側表面４１２の各部分は、第１および第２の先端面４３２／４３４、４３６／４３８、４４２／４４４、ならびに外側の端縁４５２／４５４、４５６／４５８、４６２／４６４によってそれぞれ囲まれている。
【００４４】
電極４００の外側表面の少なくとも一部は湾曲した部分である。図４に示されている例では、電極４００、または少なくともその内側表面４１２は、大略的に湾曲したまたは双曲線形状を持つ。その形状の頂点４７２は、一般的に電極４００の幅の中央線に対応する。ここで、電極４００の幅は一般的に電極４００の外側端縁（例、４５２および４５４）の間の横寸法として決定される。（図４のｘ方向）。電極構造１００（図１〜図３）の一部として、例えば線形イオントラップとして、組立てられるとき、頂点４７２は電極構造１００の中心軸２２６に最も近い内側表面４１２の一部である。電極４００は、一般的に電極４００の頂点４７２または中央線と同一線上にある開口部またはスロット４７６のような軸に沿った細長い表面特性を有していてもよい。電極４００はこのように開口部付き、または開口部を含むものとして参照される。図に示された例において、開口部４７６の軸方向の長さは頂点４７２における中心電極部分４２４の軸の長さの１００％である。つまり、電極構造１００の内部空間２０２に面する電極４００側にあり、開口部分４７６は、中心電極部分４２４の第１の先端面４３６から第２の先端面４３８に至る中心電極部分４２４の全長に沿って全体に延びている。
【００４５】
１つの非限定的例示において、主要電極４００は約７０ｍｍの軸長と約２３ｍｍの横幅を有している。第１の端部部分４２２および第２の端部部分４２６は、それぞれ、頂点において約１９ｍｍ、外側端縁において約１１ｍｍの軸長を有している。そして中心部分４２４は頂点において約３０ｍｍ、外側端縁において約３８ｍｍの軸長を有している。隙間４０２、４０４は、それぞれ約１ｍｍの軸長を有している。開口部４７６は約３０ｍｍの軸長と、約０．５ｍｍの横幅とを有している。
【００４６】
いくつかの実施形態において、図４に示されているように、中心電極部分４２４の先端面４３６、４３８は、ｘ軸およびｙ面に対して傾斜している。先端面４３６、４３８のそれぞれの向きは、中心電極部分４２４の内側表面４１２の軸長が頂点４７２において外側端縁４５６、４５８においてよりも短くなるようになっている。この構造は、その長さが中心電極部分４２４の内側表面４１２の１００％の長さである開口部４７６を備えることを容易にする。第１の電極部分４２２の第２の先端面３４４および第２の電極部分４２６の第１の先端面４４２は幾何学的均一性を維持し、隙間４０２、４０４を最少にするために、傾斜して相補的な角度になっている。かくして隙間４０２、４０４も傾斜している。従来の分割された電極では、先端面と隙間とはｚ軸に対して垂直、すなわち完全に平面でｘ−ｙ平面に沿って位置している。
【００４７】
角度における電極４００の分割は、さらに図５にも示されており、電極４００を、電極構造１００（図２および図３）の内部空間２０２に露出していない電極４００の外側表面５０２の視点から示している。図５に示されているように、電極４００の外側の開口部４７６の軸長は、この外側の視点から見た中心電極部分４２４の全長よりも短くてもよい。しかしながら、電極４００の外側の開口部４７６の境界は、イオンの動きが、印加される場により影響される内側のものほど重要ではない。開口部４７６の軸長は、依然として、図４に示されているように、内側の斜視図からの中心電極部分の長さの１００％である。電極４００を角度をなすように分割すると、開口部４７６の１００％の長さを有する電極４００の組立が容易になることがわかる。開口部４７６は中心電極部分４２４（図４）の内側表面４１２わたって延びており、中心電極部分４２４はこの実施形態によっても単一または一体構造を有することができる。
【００４８】
図４に戻り、追加の実施形態において、電極４００、つまり、より詳しくは、示されている内側表面４１２のような組立てられた電極構造１００（図２および図３）の内側表面２０３に露出されている電極４００の部分は、軸方向寸法に沿って延びている特徴を有する。いくつかの実施形態においては、軸方向に延びた表面の特徴は、電極４００の全長に沿って、１つの先端面４３２からもう一方の先端面４４４にまで、そして各電極部分４２２、４２４、４２６にわたって形成される軸溝４８２である。あるいは、溝４８２は主要電極４００の一部分だけに沿って延びている。電極４００の内側表面４１２が湾曲したまたは放物線の形状を有しており、その形状の端部４７２が電極４００の中央線に沿って配置されている場合、溝４８２は一般的に内側表面４１２の端部４７２に位置している。したがって、中心軸４２４の軸長にわたる溝４８２の部分、またはこの部分のより短い下位部分は、開口部４７６として、または電極構造１００の内部空間２０２からイオンが排出される開口部４７６の始まりとして機能する。軸溝４８２から開口部４７６の深さは、もし提供されるとすれば、電極４００の厚みを軸方向に貫通して、外側表面５０２、または外側表面５０２の凹部分５００まで径方向に続く（図５）。しかしながら、これらの端部４２２，４２６が開口部を有していなくても、溝４８２は第１の端部電極部分４２２および第２の端部電極部分４２６を軸方向に貫通している。これらの電極部分４２２、４２６に広がる溝４８２の部分は、電極部分４２２、４２６の中へある程度の深さまで延びているが、しかし、開口部４７６の場合のように、ボアや電極４００の外側表面５０２へ連通するチャネルを貫通するほど長くはなくい。例えば、溝４８２の深さは開口部４７６の幅とおよそ同じか、または開口部４７６の幅よりも大きいかまたは小さい。いくつかの実施形態においては、溝４８２の幅は開口部４７６の幅と同じか実質的に同じである。ある意味では、少なくとも電極構造１００の内部空間２０２および内部空間２０２に存在する何らかのイオンの視点図からは、端部電極部分４２２、４２６にわたる溝４８２の部分は中心電極部分４２４の開口部４７６を模倣しているとして特徴づけられる。
【００４９】
上述の通り、溝４８２の軸長は主要電極４００の全長よりは短くても、長くても、中心電極部分４２４の軸長よりも短くても同じでもよく、さらにもし開口部４７６が備わっているとすれば、開口部４７６の軸長よりも長くてもよい。いくつかの実施形態において、溝４８２の軸長は開口部４７６の軸長の約２倍またはそれより大きく、開口部４７６は軸方向に溝４８２の軸の範囲に集中している。ほとんどの重要なｚ座標が開口部４７６の近傍にあり、それを通してイオンが排出され不都合な場の影響を受けやすいということから、これらの実施形態も有用である。これらの実施形態において、内側表面４１２の表面形状は、少なくともｚ軸に沿った電極４００の均一部分の長さにわたって均一である。均一な部分の長さは、細長い表面形状の軸の範囲（例えば１００％の長さの開口部４７６または本開示において記載されている溝４８２）と対応する。
【００５０】
いくつかの実施形態において、開口部４７６は中央電極部分４２４にわたる溝４８２の一部であると考えられる。開口部４７６と溝４８２とは異なったものであると考えられる。溝４８２は内側表面４１２の特徴であり、したがって溝４８２中の容積は内部空間２０２（図２および図３）の一部であると考えられる。実施形態において、開口部４７６および／または溝４８２は内側表面４１２の端部４７２のラインと整列しており、端部４７２は実際には中央の電極４００の一部でなくてもよい。これは開口部４７６または溝４８２が、空間の領域、または物質が存在しないことを規定するためである。このように、これらの実施形態において、端部４７２は内側表面４１２を越えて延びるカーブの屈折部分の空間に位置するものとして特徴づけられる。開口部４７２および／または溝７８２は端部４３２に位置して端部４３２と整列しているか、または端部４３２の近くの主要電極４００の端部領域に位置しているものとして特徴づけられる。
【００５１】
前述の通り、電極構造１００の内部空間２０２内でのイオンの動きは、内部空間２０２の電場によって左右される。これらの電場は、少なくとも部分的には、内側表面４１２の形状により決定される。図４から、１００％の長さの開口部４７６、軸溝４８２、または内側表面４１２上の開口部４７６の軸長を効果的に延ばす軸溝４８２を備えている実施形態が、ｚ軸に沿った場の均一性をどのように改善するかがわかる。他の有利性の中でも特に、１００％の長さの開口部４７６および／または軸溝４８２が、ＲＦ場がｚ座標にほぼ依存していないｘ軸に沿った長さを効果的に延ばすことが挙げられる。例えば、電極４００が、それを通してイオンがｙ方向に排出される開口部４７６を有するｙ電極であるということを考えてみる。１００％の長さの開口部４７６を有する、中心電極４２４のｘ−ｙ平面内の湾曲した内部形状は、たとえ任意のｚ値と同じであり、特に典型的な四重極トラップ場の中心に最も近い端部４７２の領域においては、ｚ軸に沿って一定のままである。これはまた、その中で開口部４７６の軸長が中心電極部分４２４の軸長の１００％以下であり、その代わりに、中心電極部分４２４の軸長の少なくとも１００％の軸溝４８２を備えている実施形態においてもまたその通りである。溝４８２が電極４００の全軸長に沿って延びている実施形態においては、ｘ−ｙ平面における内部形状は、開口部４７６の存在にもかかわらず、電極４００の全長に沿って均一のままである。軸溝４８２が中心電極部分４２４の軸長の１００％以下で、しかし開口部４７６の軸長よりは長い実施形態においても、構造的均一性を高め、場の欠陥を最小化するのに大きく貢献している。また溝４８２をより短い開口部４７６の上に重ね合わせることにより、中心電極４２４または電極４００全体（溝４８２の長さによる）の内側の直線的形状が、内部空間２０２に面しているｘ−ｚ平面の視点から、開口部４７６が中心電極部分４２４の１００％の長さであるかそれより短いかには関係なく、ｚ軸に沿って均一になることが観察できる。均一性はまた、溝４８２が中央電極部分４２２を超え、溝４８２が第１の端部電極部分４２２および第２の端部電極部分４２６の部分にのみにわたって連続するようにする。
【００５２】
図６は、図４および図５に示されている電極４００の上部の立面図で、内側表面４１２が、電極構造１００（図２および図３）の内部空間２０２が位置する紙面の下部に向いていることを示している。図６は、電極４００の本体または厚みを貫通して、細長い開口部４７６が中心電極部分４２４の長さの１００％を横切って、また軸溝４８２が電極４００の先端線４７２に沿って電極４００の１００％の長さで横切っている例を示している。内部空間２０２の中のイオンにとって明らかな電極４００の構造または形状が電極４００の長さに沿って全面的に均一であることが観察できる。電極４００の軸長に沿った内部空間２０２内で、どの角度から見ても、開口部４７６と溝４８２との間に物理的な違いはない。複数部分を有する電極４００に必要な隙間４０２、４０４はつながったものではない。軸溝４８２があれば、開口部４７６の存在に伴う全ての不連続を効果的に取り除く。さらに、矢印６０６が示しているように、開口部４７６の最大１００％が、末端の場からの好ましい影響がなくても、イオン排出のために利用できる。
【００５３】
図４〜図６に示されている例を含む上記の実施形態は、電極構造１００のｚ軸に沿った場の歪みを除去、または少なくとも大幅に最小化するのに有効であり、この歪みは電極構造１００の中心領域１２４と端部領域１２２、１２６との間の界面領域における開口部４７６および末端の場の近傍の場の不完全さをも含む。これらの実施形態において、内部空間２０２に露出している電極４００の１つ以上の軸方向部分４２２、４２４、４２６は、ｘ−ｙ平面や、またはｘ−ｚ（またはｙ−ｚ）平面で見て同じ構造的形状を有しており、特に内部空間２０２に最も深く延びている電極４００の端部領域に関してはそうである。場の不完全さを除去または最小化することにより、電極構造１００の少なくとも中心領域１２４の中にある全てのイオンは、電極構造１００に印加される場に対して同じ反応を示す。このように質量分解能は、開口部４７６が存在しても低下することはない。さらに、電極構造１００の全ての電極１０２、１０４、１０６、１０８が同様に細長い表面の特徴と共に構成されると、電極構造１００により表される全体の構造的形状は、内部空間２０２および内部空間２０２にあるイオンから判るように均一である。このように、本開示により記載されている実施形態は、１つ以上の電極４００が使用されるイオントラップやその他のイオン処理装置において性能を高めることができる。例えば、これらの実施形態は、質量分解能やイオン信号の強さを増大させ、電極構造１００がイオントラップに基づく質量分析器として用いられるＭＳ実験から得られる質量スペクトルにおいて、ピークが広がってしまう事態の発生を最小化する。
【００５４】
比較により、開口部の長さが中心電極部分よりもかなり短い、または溝４８２のような細長い表面の特徴を欠く先行技術の実施形態において、開口部の軸の終了部分（先端）は、中心電極部分の終了地点（先端面または軸方向端部）に加え、形状的不連続をも表している。その結果、たとえ開口部の長さが開口部が形成されている電極部分の全長の何らかの望ましい割合に特定されていたとしても、質量分析能はそれでも低下する。反対に、図４〜図６に示されている電極４００の実施形態においては、開口部４７６の終了地点が中心電極部分４２４の終了地点と一致しており、そのために電極４００の構造が開口部４７６を含むことにより必然的に伴う形状的不連続を少なくともいくらか取り除く。
【００５５】
伸長された開口部４７６の全軸長を、電極構造１００（図２および図３）の内部空間２０２からイオンを排出させるのに用いる必要がないことに留意されたい。なぜならＤＣの電圧レベルは別々の各電極領域４２２、４２４、４２６において個々に調整できるからであり、軸方向ＤＣ電位はｚ軸に沿ったイオンの動きを、イオンの処理および操作に悪影響を与える可能性のある何らかの残っている場の摂動を避けるための中心電極部分４２４と端部電極部分４２２、４２６とが軸方向につながる部分から充分に離れた中心電極部分４２４の中心下位領域に閉じ込めるように、軸方向のＤＣ電位ウェルを生じさせてもよい。しかしながら、図４〜図６に示されている実施形態においては、開口部４７６の全長またはほとんど１００％に近いものが、場の欠陥による明らかな悪影響なしにイオンの排出に使用することができる。
【００５６】
図７〜図１０はさらに、イオン処理の過程においてイオンが暴露される電極面の均一性を改善することによる利点を示している。図７および図８は先行技術の典型的な構造を有する電極７００（または分割された電極の中心部分）の単純化した断面図である。図７は電極７００の先端面７３２を示している。破線により示されているように、開口部７７６は先端面７３２（紙面への方向）からの軸距離（ｚ）における電極７００の径方向厚み（ここにおいてはｙ方向）を貫通して形成されており、湾曲した内側表面７１２の端部領域７７２に集中している。内側表面７１２の形状は先端面７３２から開口部７７６がある点または面まで電極７００に軸方向に沿う動きとして連続している、または妨げられていない。比較として、図８は開口部７７６が始まる点または面における電極７００の断面を示している。開口部７７６がある電極７００の領域においては、実際にはイオントラップのようなイオン処理装置と連携するイオンの占める容積に面している内側表面７１２の外側形状は、ここでは開口部７７６により作り出される空間または隙間により不連続となっている。表面形状も、図７に示されている開口部７７６がなく、そのために電極７００の本体がｘ−ｙ平面にわたって堅固である領域において不連続である。さらに、連続表面形状から不連続表面形状への推移は必然的に突然（急激）である。したがって、電極７００の表面形状は開口部７７６の端縁のために均一性を欠いている。その結果、図７に示されている電極７００の領域近傍のイオンは、図８に示されている電極７００の領域近傍のイオンと比較して異なった電気的または磁気的な場の影響を受けることになる。
【００５７】
比較として、図９および図１０は、１００％の長さの開口部および／または溝を設けた本開示において述べられている実施形態により構成された電極９００（または分割された電極の中心部分）の単純化した断面図である。図９は電極９００の先端面９３２を示している。溝９８２は先端面９３２で始まり、電極９００の湾曲した内側表面９１２の端部９７３に集まっている。破線により示されているように、もし電極９００が開口部のある電極として作られているのであれば、開口部９７６が先端面９３２からの軸（ｚ）に対して離間して追加形成され、同様に内側表面９１２の端部９７２と中心があわせられる。開口部９７６の幅（ここではｘ方向）は、溝９８２の幅と同じかまたはほとんど同じである。この例における溝９８２は、電極９００（または分割された電極の中心部分）の全長に及ぶ。このように、反対側の先端面における電極９００の断面は図９に示されているものの鏡像であることがわかる。図７および図８に示されている開口部７７６のように、溝９８２は内側表面４１２の連続性を妨げる。しかしながら、溝９８２は電極９００の軸方向端部から別の軸方向端部まで延びているので、内側表面９１２のこの不連続性は電極９００の長さを変えることはない。このように、内側表面９１２の形状は均一のままである。
【００５８】
図１０は、開口部９７６が始まる点または面における電極９００を示している。図１０はたとえ電極９００の領域に沿った部分が開口部９７６を含んでいたとしても、内側表面９１２の形状は電極９００の全長にわたって均一であることを示している。その結果、電極９００の内側表面４１２の片側にあるイオンは、それらのイオンの軸（ｚ）方向に関係なく同じまたはほとんど同じ電気的または磁気的な場の影響を受けることになる。これは溝９８２の深さが、例えば、溝９８２の幅とほとんど同じかまたはそれよりも大きく選択される特別な場合である。この例において、溝９８２の深さは溝９８２の端部９７２から底部までの距離により表される。図９および図１０において、溝９８２の底部は比較的平坦で、電極９００の本体を貫いて概念上の弦の線に沿って位置するようになっている。また電極９００は、均一な表面形状を有していることに加えて、電極９００の軸長にわたり均一な断面部分９９４を有していることがわかる。図９および図１０から、断面部分９９４は、一般的に、端部９７２と弦の線９９２との間のｘ−ｙ平面における電極９００の一部である。均一な表面の形状と横断面部分９９４とは、図９および図１０に示されている開口部９７６との組合わせで、電極９００の全軸長にわたる溝９８２を提供する、または溝９８２なしで１００％の長さの開口部９７６を提供することにより得られることに留意されたい。さらに、電極セットにおける１つ以上の他の電極が、同じ均一な表面形状および断面部分９９４を有していてもよく、この場合、このセットの当該１つの電極に、開口部９７６が形成されており、すべての電極または当該電極に、１００％の長さの開口部９７６または１００％の長さの溝９８２が形成されていることがわかる。
【００５９】
図１１および図１２は本開示の別の実施形態により提供される電極１１００の斜視図である。図４〜図６に示されたものと似ているこれらの特徴および要素は、同様の参照符号によって示した。図１１は電極構造１００（図２および図３）の内部空間２０２に面している内側表面１１１２を見た電極１１００を示している。図１２は内部空間２０２から外方向を向く外側表面１２０２を見た電極１１００を示している。図４〜図６に示されている電極４００の場合のように、電極１１００の内側表面１１１２は先端線１１７２に沿って位置している細長い表面形状１１８６を備えている。細長い表面形状１１８６は、内側表面１１１２の横の中心電極部分１１２４の全長に沿って延びる開口部、または内側表面１１１２の横の中心電極部分１１２４の全長に沿って延びる溝であってもよい。溝が備えられている場合、電極１１００は、溝と整列し、通常溝に対して軸方向に中心があわせられた開口部を有していてもよい。そのような開口部は溝と貫通しており、排出されたイオンが電極１１００の径方向または横方向の厚みを貫通して内側表面１１１２から移動する経路を提供する。この例において、表面形状１１８６は端部部分１１２２、１１２６にわたって連続することはない。図４〜図６に示されている電極４００の場合のように、それぞれの軸方向端部は電極部分１１２２，１１２４，１１２６の内側の軸方向先端面１１３４，１１３６，１１３８，１１４２に面しており、その結果として得られる隙間１１０２、１１０４は、電極１１００の長手軸（例えば、ｚ軸）に直交する電極１１００の平面（例えば、ｘ−ｙ平面）に垂直ではない方向を向いている。この例においては、内側の先端面１１３４，１１３６，１１３８，１１４２が平坦な面にされる代わりに湾曲している、または扇形をしていることに留意されたい。この配置は中心部分１１２４の全長にわたる表面形状１１８６を有する単体としての電極１１００の中心部分１１２４の製造を容易にする。
【００６０】
図１３および図１４は本開示の別の実施形態により提供される電極１３００の斜視図である。図４〜図６に示されているものと類似した特徴および要素は、同様の参照符号によって示している。図１３は電極構造１００（図２および図３）の内部空間２０２に面している内側表面１３１２を見た電極１３００を示したものである。図１４は内部空間２０２と反対方向を向く外側表面１４０２を見た電極１３００を示したものである。電極１３００の内側表面１３１２は、先端線１３７２に沿って位置する細長い表面形状１３８６を有している。細長い表面形状１３８６は、内側表面１３１２の横の中心の電極部分１３２４の全長に沿って延びる開口部、または内側表面１３１２の横の中心電極部分１３２４の全長に沿って延びる溝であってもよい。溝があるとき、電極１３００は、溝と直線的に整列し、電極１３００の厚みを貫通する開口部を有していてもよい。この例において、表面形状１３８６は端部領域１３２２、１３２６わたって連続している。またこの例においては、図１４に示されているように、電極１３００は、幅を狭くした端部領域１４２２、１４２４と、この幅を狭くした端部領域１４２２、１４２４を受ける相補的に窪んだ、つまり切り込まれた領域１４３２、１４３４を有する端部領域１３２２、１３２６をそれぞれ有するように組立てられ分割されている。その結果、図１３に示されているように、電極１３００の内側表面１３１２において、それぞれの軸方向内側の端面１３３４、１３３６、１３３８、１３４２は電極１３２２、１３２４、１３２６に面しており、その結果としての隙間１３０２、１３０４はｘ−ｙ平面に対し垂直に向いている。この構成はまた、中心部分１３２４の全長にわたる表面形状１３８６を持つ単体としての電極１３００の中心部分１３２４の組立を容易にする。
【００６１】
図１１〜図１４に示されている電極１１００、１３００は、その他の態様においては、図４〜図６に示されている電極４００と類似している。電極１１００、１３００は図４〜図６に示されている電極４００と併せて、上記と同様の有利な点を有する。
本開示において記載されている電極は、任意の適切な技術により組立てることができる。いくつかの実施形態においては、電極の種々の特徴は電線による放電加工（ＥＤＭ）による精密加工されたものであってもよい。例えば、ＥＤＭの使用は、開口部および溝を同じ処理中にカットして形成することを可能にするだろう。さらに、このプロセスは開口部や溝の構成を確かなものにし、電極の内部に面する形状は互いに正確で精密なものとなる。これは高分解能特性にとって重要なことである。
【００６２】
図１５はイオンを操作したり処理したりする（イオンの捕捉、イオンの蓄積等）装置１５００の、またはそのような装置１５００の部分の斜視図であり、本開示の中で述べられている実施形態に基づいて提供され得る。装置１５００は複数の電極１５０２、１５０４、１５０６、１５０８を備えており、それらは適切な筐体１５２２の中に取り付ける電極構成１５１０を形成する。筐体１５２２は真空チャンバ、または真空チャンバの一部であり、また真空チャンバの中に設置することもできる。（図示せず）。このような真空チャンバは、適切なポンプや他の脱気方法により望ましいマイナス気圧に脱気することができる。一例に過ぎないが、図１５に示されている電極構造は、４個の軸方向に延びた四重極構造を有しており、分割された電極１５０２，１５０４，１５０６，１５０８が、図１〜図３に示されている電極構造１００の場合のように備えられている。電極１５０２、１５０４、１５０６、１５０８のうちの１つ以上の電極が上述の、かつ図４〜図６および図９〜図１４に示されている電極のように構成されている。イオンの径方向排出のために、電極１５０２、１５０４、１５０６、１５０８の電極の１つ以上が、電極１５０２、１５０４、１５０６、１５０８の厚みを貫通するチャネルに関連する開口部１５４２を有する。筐体１５２２は１つ以上の開口部１５４２と列をなす開口部１５８２を有し、排出されたイオンが、電極構造１５１０に対して外側に取り付けられた１つ以上の検出器（図示せず）に到達する経路を提供する。電極１５０２，１５０４，１５０６，１５０８の１つ以上は、図４〜図６および図９〜図１４に示されているように、１００％の長さかそれより短い開口部１５４２、軸に沿った溝１５８６のような細長い表面形状、または開口部１５４２と軸溝１５８６との両方を有していてもよい。したがって、電極１５０２、１５０４、１５０６、１５０８の１つ以上は、上に述べた改善された形状および電気的均一性を備えてもよい。装置１５００は適切な質量スペクトル関連の器機またはシステムとして提供されてもよい。
【００６３】
図１６は、線形イオントラップに基づく質量分光（ＭＳ）システム１６００の極めて一般化されかつ単純化された概略図である。ＭＳシステム１６００は図１６に示されているが、一例にしか過ぎず、本開示において述べられている実施形態を適用可能である。本開示において述べられている実施形態の使用は別として、図１６に示されている種々の構成要素または機能は一般的に公知であり、そのため簡単な概略のみを必要とする。
【００６４】
ＭＳシステム１６００は線形または二次元のイオントラップ１６０２を含み、上述の、そして図１〜図６および図９〜図１５に示されている構成要素および形状と結びついた電極構造１００または１５１０のような電極構造を有することができる。種々のＤＣおよびＡＣ（ＲＦ）電圧源が、上に述べたようなイオントラップ１６０２の種々の導電部品と作用的につながっている。電圧源はＤＣ信号発生器１６１２、ＲＦトラップ場信号発生器１６１４、およびＲＦ補助場信号発生器１６１６を含む。イオン源１６２２のサンプルは、内部イオン化の場合に、イオン化されるサンプル物質の導入、または外部イオン化の場合に導入されるイオンのためにイオントラップ１６０２と組合わせることができる。イオン検出器１６３２は、イオン検出器１６３２から出力される信号を受信するために、検出後の信号の処理器１６３４とつながっている。検出後の信号処理器１６３４は、出力データと質量スペクトルとを取得するための増幅、加算、記憶等の信号処理器能を実行するために種々の回路や構成部品を表すものであってもよい。図１６の信号ラインに示されているように、ＭＳシステム１６００の種々の構成要素および機能実体は、任意の適切な電子コントローラー１６４２とつながっている。電子コントローラー１６４２は１つ以上の計算または電子処理装置を表すものであってもよく、ハードウェアおよびソフトウェア両方の特質を有してもよい。例として電子コントローラー１６４２は、操作のパラメーターおよびＤＣ信号発生器１６１２、ＲＦトラップ場信号発生器１６１４、ＲＦ補助場信号発生器１６１６によりイオントラップ１６０２に供給される電圧のタイミングを制御することができる。さらに、電子コントローラー１６４２は、全体的にまたは部分的に、本開示において述べられている方法の１つ以上の工程について実行および制御ができる。
【００６５】
本開示において述べられている方法および装置は、上記において一般的に述べられている、または図１６に例示として示されているように、ＭＳシステム１６００において実行できることがわかる。しかしながら本主題は図１６に示されている特定のＭＳシステム１６００または図１６に示されている回路や部品の特定の構成に限定されるものではない。さらに、本主題はＭＳに基づく適用に限定されるものでもない。
【００６６】
本開示における主題は、イオンを捕捉するために磁場を用い、イオンをトラップ場（またはイオンシクロトロンセル）から排出するのに電場を用いるフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（ＦＴ−ＩＣＲ）に基づくイオン捕捉操作にも適用できる。本主題はまた、上記特許文献４に記載のような静電トラップにも適用できる。これらのイオントラップおよび質量スペクトル技術の装置や方法は、当業者には周知であるので、本明細書においてさらに詳しく述べる必要はない。
【００６７】
本発明の種々の局面または詳細は、発明の範囲を逸脱することなく変更してもよいことがさらに理解されるであろう。さらに、上記の記載は例示の目的のみであり、限定を加えるためのものではなく、本発明は特許請求の範囲により定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本開示に記載されている実施形態により提供される電極構造の一例の斜視図である。
【図２】図１に示されている電極構造の、当該電極構造の中心軸に直交する径方向面の断面図である。
【図３】図１に示されている電極構造の、中心軸に直交する軸方向面の断面図である。
【図４】本開示に記載されている実施形態により提供される電極の一例の斜視図である。
【図５】図４に示されている電極の反対側からの斜視図である。
【図６】図４および５に示されている電極の上部の立面図である。
【図７】公知の電極の端部の立面図である。
【図８】図７に示されている電極の横断面である。
【図９】本開示で記載されている実施形態により提供される電極の他の例の端部の立面図である。
【図１０】図９に示されている電極の断面図である。
【図１１】本開示に記載されている実施形態により提供される電極の他の例の斜視図である。
【図１２】図１１に示されている電極の反対側からの斜視図である。
【図１３】本開示で記載されている実施形態により提供される電極の他の例の斜視図である。
【図１４】図１３に示されている電極の反対側からの斜視図である。
【図１５】本開示に記載されている電極を実施できる装置の例である。
【図１６】質量分析システムの概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンを操作するための電極構造であって、
中心軸と同軸に配列された複数の電極であって、各電極は大略的に前記中心軸の方向に延びる軸長を有し、当該電極構造の内部空間から大略的に外方を向く第１の軸方向端部、第２の軸方向端部および外側表面と、前記内部空間に大略的に面し、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる内側表面とを含む複数の電極を備え、
少なくとも前記電極の一つは、前記内側表面から前記外側表面へ径方向に延びる開口部を有する開口された電極であり、
前記開口された電極の前記内側表面は表面形状を有し、前記表面形状は前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ前記軸方向に沿って均一であることを特徴とする、イオンを操作するための電極構造。
【請求項２】
前記開口部が、前記開口された電極の前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ前記軸方向に延びていることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
【請求項３】
前記開口された電極の前記内側表面が、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる細長い表面形状を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
【請求項４】
前記細長い表面形状が、前記開口された電極へ径方向に延びる溝であって、前記開口部と連通している溝を含むことを特徴とする、請求項３に記載の電極構造。
【請求項５】
前記溝の軸長が前記開口部の軸長よりも長いことを特徴とする、請求項４に記載の電極構造。
【請求項６】
第１の端部電極部分と、前記第１の端部電極部分から前記中心軸に沿って軸方向に離間している第２の端部電極部分とを備え、前記複数の電極が前記第１の端部電極部分と前記第２の端部電極部分との間に軸方向に挿入されていることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
【請求項７】
前記開口部が、前記開口された電極の前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと前記軸方向に延びていることを特徴とする、請求項６に記載の電極構造。
【請求項８】
前記開口された電極の前記内側表面が、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる細長い表面形状を含んでいることを特徴とする、請求項６に記載の電極構造。
【請求項９】
前記細長い表面形状が、前記開口された電極へと径方向に延びる溝であって、前記開口部と連通している溝を含むことを特徴とする、請求項８に記載の電極構造。
【請求項１０】
前記溝の軸長が前記開口部の軸長よりも長いことを特徴とする、請求項９に記載の電極構造。
【請求項１１】
各電極が、第１の端部部分と、前記第１の端部部分から軸方向に離間した中心部分と、前記中心部分から軸方向に離間した第２の端部部分とに分割されており、
前記開口された電極の前記内側表面の前記表面形状が、前記中心部分の前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ前記軸方向に沿って均一であり、前記表面形状の前記均一性は、少なくとも前記第１の軸方向端部に最も近い前記開口された電極の前記第１の端部部分の一部と、少なくとも前記第２の軸方向端部に最も近い前記開口された電極の前記第２の端部部分の一部とにわたって連続していることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
【請求項１２】
前記開口部が、前記開口された電極の前記中心部分の前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと軸方向に沿って延びていることを特徴とする、請求項１１に記載の電極構造。
【請求項１３】
前記開口された電極の前記内側表面が、前記中心部分の前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ、そして少なくとも前記第１の軸方向端部に最も近い前記開口された電極の前記第１の端部部分の一部および少なくとも前記第２の軸方向端部に最も近い前記開口された電極の前記第２の端部部分の一部とにわたって延びている細長い表面形状を含んでいることを特徴とする、請求項１１に記載の電極構造。
【請求項１４】
前記細長い表面形状が、前記開口された電極へと径方向に延びる溝であって、前記開口部と連通している溝を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の電極構造。
【請求項１５】
前記表面形状の前記均一性は、前記開口された電極の前記第１の端部部分の全長と、前記開口された電極の前記第２の端部部分の全長とにわたって連続していることを特徴とする、請求項１１に記載の電極構造。
【請求項１６】
前記開口された電極の前記表面形状の少なくとも一部分が、大略的に双曲線状であり、端部領域を有し、前記開口部は前記端部領域と軸方向に整列していることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
【請求項１７】
前記複数の電極が、前記中心軸に対して前記開口された電極に対向して配置された対向電極を含み、前記対向電極の内側表面は対向する表面形状を含み、前記対向する表面形状は、前記対向電極の前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ前記軸方向に沿って均一であることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
【請求項１８】
前記開口された電極は、前記中心軸に直交し径方向軸および横軸によって規定される平面における断面を含んでおり、
前記断面は、前記横軸に沿った幅と、前記径方向軸に沿った深さとを有し、
前記開口部は、前記幅の中心において前記径方向軸に沿って径方向に延び、
前記断面は、前記開口部と横方向に関して中心を合わせられた断面部分であって、前記内側表面から前記深さを越えて前記開口された電極へと径方向に延びる均一な断面部分を含んでおり、
前記均一な断面部分は前記開口された電極の前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ軸方向に沿って均一であることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
【請求項１９】
前記開口された電極は、前記内部空間に面する平面であって、前記開口された電極の軸長と前記中心軸に対して直交する方向に向いた横軸とによって規定される平面における断面を含んでおり、前記断面は前記横軸に沿った幅を有し、
前記複数の電極は、前記中心軸に対して前記開口された電極の反対に配置された対向電極を含み、前記対向電極は、前記内部空間に面する平面であって、前記開口された電極の前記断面に対向する平面における断面を含み、
前記開口された電極および前記対向電極の前記断面は、前記開口された電極および前記対向電極のそれぞれの前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ前記軸方向に沿って同じであることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
【請求項２０】
イオンを操作するための電極構造であって、
中心軸に同軸に配列された複数の電極であって、各電極は前記中心軸の方向に大略的に延びる軸長を有し、各電極は当該電極構造の内部空間から大略的に外方を向く第１の軸方向端部、第２の軸方向端部および外側表面と、前記内部空間に大略的に面し、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと軸方向に延びる内側表面とを含む複数の電極を備え、
少なくとも前記電極の一つは、前記軸方向に、および前記内側表面から前記外側表面へ径方向に延びる開口部を有する開口された電極であり、
前記開口された電極の前記内側表面は表面形状を有し、前記表面形状は前記軸方向に均一な部分長に沿って均一であり、前記開口は前記均一な部分長に沿って位置しており、前記均一な部分長は前記開口部の軸方向長さよりも長いことを特徴とする、イオンを操作するための電極構造。
【請求項２１】
第１の端部電極部分と、前記第１の端部電極部分から前記中心軸に沿って軸方向に離間している第２の端部電極部分とを備え、前記複数の電極が前記第１の端部電極部分と前記第２の端部電極部分との間に軸方向に挿入されていることを特徴とする、請求項２０に記載の電極構造。
【請求項２２】
前記開口された電極の前記内側表面が、前記均一な部分長に沿って延びる細長い表面形状を含んでいることを特徴とする、請求項２０に記載の電極構造。
【請求項２３】
前記細長い表面形状が、前記開口された電極へ径方向に延びる溝であって、前記開口部と連通している溝を含むことを特徴とする、請求項２２に記載の電極構造。
【請求項２４】
前記複数の電極が、前記中心軸に対して前記開口された電極の反対側に配置された第２の電極を含み、
前記第２の電極の前記内側表面は、第２の表面形状を含み、
前記第２の表面形状は、前記軸方向に第２の均一な部分長に沿って均一であり、
前記第２の均一な部分長は、前記中心軸に対して前記開口された電極の前記均一な部分長と軸方向に整列していることを特徴とする、請求項２０に記載の電極構造。
【請求項２５】
第１の軸方向端部、第２の軸方向端部、および前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる細長い長さと、
前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる外側表面であって、当該外側表面は、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる湾曲部分を含み、前記湾曲部分は、大略的に先端線に中心を合わされた端部領域を含むとともに、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びて前記先端線と整列する細長い表面形状を含んでいる外側表面とを備えたことを特徴とする、イオン処理装置において電場を生成する電極。
【請求項２６】
前記細長い表面形状が、前記湾曲部分から、前記先端線と整列する前記電極の厚みを貫通して径方向に延びるとともに、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと軸方向に延びる開口部を含んでいることを特徴とする、請求項２５に記載の電極。
【請求項２７】
前記細長い表面形状が、前記先端線と整列する前記電極へ径方向に延びるとともに前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと軸方向に延びる溝を含んでいることを特徴とする、請求項２５に記載の電極。
【請求項２８】
前記湾曲部から、前記先端線と整列する前記電極の厚みを貫通して径方向に延び、前記溝と連通している開口部を有していることを特徴とする、請求項２７に記載の電極。
【請求項２９】
第１の端部部分と、前記第１の端部部分から前記中心軸に沿って軸方向に離間した第２の端部部分とを有し、
前記電極が前記第１の端部部分と前記第２の端部部分との間に軸方向に挿入されていることを特徴とする、請求項２７に記載の電極。
【請求項３０】
第１の軸方向端部、反対側の第２の軸方向端部、および前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる細長い長さと、前記細長い長さに対して直交する断面平面に位置する厚みと、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる外側表面とを含む本体を備え、前記外側表面は前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる湾曲部分を含み、
前記本体は、第１の端部部分と、前記第１の端部部分から軸方向に第１の間隙によって離間した中心部分と、前記中心部分から軸方向に第２の間隙によって離間した第２の端部部分とに分割されており、
前記第１の間隙の少なくとも一部と、前記第２の間隙の少なくとも一部とが前記断面平面に対してある角度をなすように向けられていることを特徴とする、イオン処理装置において電場を生成する電極。
【請求項３１】
前記湾曲部分が、前記中央部分の全長に沿って軸方向に延びる細長い表面形状を含むことを特徴とする、請求項３０に記載の電極。
【請求項３２】
前記第１の端部部分が第１の端部部分の内側表面を含み、前記中央部分が第１の中央部分の内側表面および対向する第２の中央部分の内側表面を含み、前記第２の端部部分が前記第２の端部部分の内側表面を含み、
前記第１の端部部分の内側表面、前記第１の中央部分の内側表面、前記第２の中央部分の内側表面、および前記第２の端部部分の内側表面のそれぞれが、前記直交する平面に対して湾曲していることを特徴とする、請求項３０に記載の電極。
【請求項３３】
前記中央部分が、第１の幅を狭くした端部領域と、対向する第２の幅を狭くした端部領域とを含み、前記第１の端部部分は、前記第１の幅を狭くした端部領域を収容する第１の凹部領域であって、前記第１の幅を狭くした端部領域と第１の間隙によって離間した第１の凹部領域を含み、前記第２の端部部分は、前記第２の幅を狭くした端部領域を収容する第２の凹部領域であって、前記第２の幅を狭くした端部領域と第２の間隙によって離間した第２の凹部領域を含むことを特徴とする、請求項３０に記載の電極。
【請求項１】
イオンを操作するための電極構造であって、
中心軸と同軸に配列された複数の電極であって、各電極は大略的に前記中心軸の方向に延びる軸長を有し、当該電極構造の内部空間から大略的に外方を向く第１の軸方向端部、第２の軸方向端部および外側表面と、前記内部空間に大略的に面し、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる内側表面とを含む複数の電極を備え、
少なくとも前記電極の一つは、前記内側表面から前記外側表面へ径方向に延びる開口部を有する開口された電極であり、
前記開口された電極の前記内側表面は表面形状を有し、前記表面形状は前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ前記軸方向に沿って均一であることを特徴とする、イオンを操作するための電極構造。
【請求項２】
前記開口部が、前記開口された電極の前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ前記軸方向に延びていることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
【請求項３】
前記開口された電極の前記内側表面が、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる細長い表面形状を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
【請求項４】
前記細長い表面形状が、前記開口された電極へ径方向に延びる溝であって、前記開口部と連通している溝を含むことを特徴とする、請求項３に記載の電極構造。
【請求項５】
前記溝の軸長が前記開口部の軸長よりも長いことを特徴とする、請求項４に記載の電極構造。
【請求項６】
第１の端部電極部分と、前記第１の端部電極部分から前記中心軸に沿って軸方向に離間している第２の端部電極部分とを備え、前記複数の電極が前記第１の端部電極部分と前記第２の端部電極部分との間に軸方向に挿入されていることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
【請求項７】
前記開口部が、前記開口された電極の前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと前記軸方向に延びていることを特徴とする、請求項６に記載の電極構造。
【請求項８】
前記開口された電極の前記内側表面が、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる細長い表面形状を含んでいることを特徴とする、請求項６に記載の電極構造。
【請求項９】
前記細長い表面形状が、前記開口された電極へと径方向に延びる溝であって、前記開口部と連通している溝を含むことを特徴とする、請求項８に記載の電極構造。
【請求項１０】
前記溝の軸長が前記開口部の軸長よりも長いことを特徴とする、請求項９に記載の電極構造。
【請求項１１】
各電極が、第１の端部部分と、前記第１の端部部分から軸方向に離間した中心部分と、前記中心部分から軸方向に離間した第２の端部部分とに分割されており、
前記開口された電極の前記内側表面の前記表面形状が、前記中心部分の前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ前記軸方向に沿って均一であり、前記表面形状の前記均一性は、少なくとも前記第１の軸方向端部に最も近い前記開口された電極の前記第１の端部部分の一部と、少なくとも前記第２の軸方向端部に最も近い前記開口された電極の前記第２の端部部分の一部とにわたって連続していることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
【請求項１２】
前記開口部が、前記開口された電極の前記中心部分の前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと軸方向に沿って延びていることを特徴とする、請求項１１に記載の電極構造。
【請求項１３】
前記開口された電極の前記内側表面が、前記中心部分の前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ、そして少なくとも前記第１の軸方向端部に最も近い前記開口された電極の前記第１の端部部分の一部および少なくとも前記第２の軸方向端部に最も近い前記開口された電極の前記第２の端部部分の一部とにわたって延びている細長い表面形状を含んでいることを特徴とする、請求項１１に記載の電極構造。
【請求項１４】
前記細長い表面形状が、前記開口された電極へと径方向に延びる溝であって、前記開口部と連通している溝を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の電極構造。
【請求項１５】
前記表面形状の前記均一性は、前記開口された電極の前記第１の端部部分の全長と、前記開口された電極の前記第２の端部部分の全長とにわたって連続していることを特徴とする、請求項１１に記載の電極構造。
【請求項１６】
前記開口された電極の前記表面形状の少なくとも一部分が、大略的に双曲線状であり、端部領域を有し、前記開口部は前記端部領域と軸方向に整列していることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
【請求項１７】
前記複数の電極が、前記中心軸に対して前記開口された電極に対向して配置された対向電極を含み、前記対向電極の内側表面は対向する表面形状を含み、前記対向する表面形状は、前記対向電極の前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ前記軸方向に沿って均一であることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
【請求項１８】
前記開口された電極は、前記中心軸に直交し径方向軸および横軸によって規定される平面における断面を含んでおり、
前記断面は、前記横軸に沿った幅と、前記径方向軸に沿った深さとを有し、
前記開口部は、前記幅の中心において前記径方向軸に沿って径方向に延び、
前記断面は、前記開口部と横方向に関して中心を合わせられた断面部分であって、前記内側表面から前記深さを越えて前記開口された電極へと径方向に延びる均一な断面部分を含んでおり、
前記均一な断面部分は前記開口された電極の前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ軸方向に沿って均一であることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
【請求項１９】
前記開口された電極は、前記内部空間に面する平面であって、前記開口された電極の軸長と前記中心軸に対して直交する方向に向いた横軸とによって規定される平面における断面を含んでおり、前記断面は前記横軸に沿った幅を有し、
前記複数の電極は、前記中心軸に対して前記開口された電極の反対に配置された対向電極を含み、前記対向電極は、前記内部空間に面する平面であって、前記開口された電極の前記断面に対向する平面における断面を含み、
前記開口された電極および前記対向電極の前記断面は、前記開口された電極および前記対向電極のそれぞれの前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へ前記軸方向に沿って同じであることを特徴とする、請求項１に記載の電極構造。
【請求項２０】
イオンを操作するための電極構造であって、
中心軸に同軸に配列された複数の電極であって、各電極は前記中心軸の方向に大略的に延びる軸長を有し、各電極は当該電極構造の内部空間から大略的に外方を向く第１の軸方向端部、第２の軸方向端部および外側表面と、前記内部空間に大略的に面し、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと軸方向に延びる内側表面とを含む複数の電極を備え、
少なくとも前記電極の一つは、前記軸方向に、および前記内側表面から前記外側表面へ径方向に延びる開口部を有する開口された電極であり、
前記開口された電極の前記内側表面は表面形状を有し、前記表面形状は前記軸方向に均一な部分長に沿って均一であり、前記開口は前記均一な部分長に沿って位置しており、前記均一な部分長は前記開口部の軸方向長さよりも長いことを特徴とする、イオンを操作するための電極構造。
【請求項２１】
第１の端部電極部分と、前記第１の端部電極部分から前記中心軸に沿って軸方向に離間している第２の端部電極部分とを備え、前記複数の電極が前記第１の端部電極部分と前記第２の端部電極部分との間に軸方向に挿入されていることを特徴とする、請求項２０に記載の電極構造。
【請求項２２】
前記開口された電極の前記内側表面が、前記均一な部分長に沿って延びる細長い表面形状を含んでいることを特徴とする、請求項２０に記載の電極構造。
【請求項２３】
前記細長い表面形状が、前記開口された電極へ径方向に延びる溝であって、前記開口部と連通している溝を含むことを特徴とする、請求項２２に記載の電極構造。
【請求項２４】
前記複数の電極が、前記中心軸に対して前記開口された電極の反対側に配置された第２の電極を含み、
前記第２の電極の前記内側表面は、第２の表面形状を含み、
前記第２の表面形状は、前記軸方向に第２の均一な部分長に沿って均一であり、
前記第２の均一な部分長は、前記中心軸に対して前記開口された電極の前記均一な部分長と軸方向に整列していることを特徴とする、請求項２０に記載の電極構造。
【請求項２５】
第１の軸方向端部、第２の軸方向端部、および前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる細長い長さと、
前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる外側表面であって、当該外側表面は、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる湾曲部分を含み、前記湾曲部分は、大略的に先端線に中心を合わされた端部領域を含むとともに、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びて前記先端線と整列する細長い表面形状を含んでいる外側表面とを備えたことを特徴とする、イオン処理装置において電場を生成する電極。
【請求項２６】
前記細長い表面形状が、前記湾曲部分から、前記先端線と整列する前記電極の厚みを貫通して径方向に延びるとともに、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと軸方向に延びる開口部を含んでいることを特徴とする、請求項２５に記載の電極。
【請求項２７】
前記細長い表面形状が、前記先端線と整列する前記電極へ径方向に延びるとともに前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと軸方向に延びる溝を含んでいることを特徴とする、請求項２５に記載の電極。
【請求項２８】
前記湾曲部から、前記先端線と整列する前記電極の厚みを貫通して径方向に延び、前記溝と連通している開口部を有していることを特徴とする、請求項２７に記載の電極。
【請求項２９】
第１の端部部分と、前記第１の端部部分から前記中心軸に沿って軸方向に離間した第２の端部部分とを有し、
前記電極が前記第１の端部部分と前記第２の端部部分との間に軸方向に挿入されていることを特徴とする、請求項２７に記載の電極。
【請求項３０】
第１の軸方向端部、反対側の第２の軸方向端部、および前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる細長い長さと、前記細長い長さに対して直交する断面平面に位置する厚みと、前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる外側表面とを含む本体を備え、前記外側表面は前記第１の軸方向端部から前記第２の軸方向端部へと延びる湾曲部分を含み、
前記本体は、第１の端部部分と、前記第１の端部部分から軸方向に第１の間隙によって離間した中心部分と、前記中心部分から軸方向に第２の間隙によって離間した第２の端部部分とに分割されており、
前記第１の間隙の少なくとも一部と、前記第２の間隙の少なくとも一部とが前記断面平面に対してある角度をなすように向けられていることを特徴とする、イオン処理装置において電場を生成する電極。
【請求項３１】
前記湾曲部分が、前記中央部分の全長に沿って軸方向に延びる細長い表面形状を含むことを特徴とする、請求項３０に記載の電極。
【請求項３２】
前記第１の端部部分が第１の端部部分の内側表面を含み、前記中央部分が第１の中央部分の内側表面および対向する第２の中央部分の内側表面を含み、前記第２の端部部分が前記第２の端部部分の内側表面を含み、
前記第１の端部部分の内側表面、前記第１の中央部分の内側表面、前記第２の中央部分の内側表面、および前記第２の端部部分の内側表面のそれぞれが、前記直交する平面に対して湾曲していることを特徴とする、請求項３０に記載の電極。
【請求項３３】
前記中央部分が、第１の幅を狭くした端部領域と、対向する第２の幅を狭くした端部領域とを含み、前記第１の端部部分は、前記第１の幅を狭くした端部領域を収容する第１の凹部領域であって、前記第１の幅を狭くした端部領域と第１の間隙によって離間した第１の凹部領域を含み、前記第２の端部部分は、前記第２の幅を狭くした端部領域を収容する第２の凹部領域であって、前記第２の幅を狭くした端部領域と第２の間隙によって離間した第２の凹部領域を含むことを特徴とする、請求項３０に記載の電極。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００７−２０７７５６（Ｐ２００７−２０７７５６Ａ）
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００７−１８２２０（Ｐ２００７−１８２２０）
【出願日】平成１９年１月２９日（２００７．１．２９）
【出願人】（５９９０６０９２８）バリアン・インコーポレイテッド (81)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８２２０（Ｐ２００７−１８２２０）
【出願日】平成１９年１月２９日（２００７．１．２９）
【出願人】（５９９０６０９２８）バリアン・インコーポレイテッド (81)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]