四重極ＤＣを用いる質量選択的な軸方向輸送の方法および装置
質量分光計システムおよび質量分光計を操作する方法が提供される。ＲＦ電界が、複数のロッドの間に生成されることによって、ロッドセット内のイオンを半径方向に制限する。該ＲＦ電界は、分解ＤＣ成分電界を有する。該分解ＤＣ成分電界は、該ロッドセットの長さの少なくとも一部に沿って変更され、イオンに作用するＤＣ軸力を提供する。細長いロッドセットを有する質量分光計を動作する方法であって、ロッドセットは入口端と出口端と複数のロッドと中央の長手軸とを有し、ロッドセットの入口端にイオンを入れることと、複数のロッドの間にＲＦ電界を生成することによって、ロッドセットにおけるイオンを半径方向に制限することであって、ＲＦ電界は、分解ＤＣ成分電界を有する、制限することと、ロッドセットの長さの少なくとも一部分に沿って分解ＤＣ成分電界を変化させることによって、イオンに作用するＤＣ軸力を提供することとを包含する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に質量分光測定に関連し、およびさらに具体的には、四重極ＤＣを用いる質量選択的な軸方向輸送のための方法および装置に関連する。
【背景技術】
【０００２】
多くのタイプの質量分光計が、公知であり、軌跡分析のために広く用いられることによってイオンの構造を決定している。これらの分光計は、通常は、イオンの質量／電荷数（「ｍ／ｚ」）に基づいてイオンを分離する。そのような質量分光計の一つは、質量選択的な軸方向射出を伴う。例えば、２００１年１月２３日発行の特許文献１（Ｈａｇｅｒ）を参照されたい。この特許は、線形イオントラップを記載し、該トラップは、細長いロッドセットを含み、ここでは、選択された質量／電荷数のイオンがトラップされる。これらのトラップされたイオンは、質量選択的に軸方向に射出され、これは、非特許文献１に記載されている。質量選択的な軸方向射出において、ならびに他のタイプの質量分光計システムにおいて、時には、異なるイオンの軸方向の位置を制御することが有益である。
【特許文献１】米国特許第６，１７７，６６８号明細書
【非特許文献１】Ｌｏｎｄｒｙ および Ｈａｇｅｒ、「Ｍａｓｓ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ａｘｉａｌ Ｅｊｅｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ａ Ｌｉｎｅａｒ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｉｏｎ Ｔｒａｐ」、Ｊ Ａｍ Ｓｏｃ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ ２００３、１４、１１３０−１１４７
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の局面に従って、細長いロッドセットを有する質量分光計を操作する方法が提供され、該ロッドセットは入口端と出口端と複数のロッドと中央の長手軸とを有する。該方法は、ａ）該ロッドセットの該入口端にイオンを入れることと、ｂ）複数のロッドの間にＲＦ電界を生成することによって、ロッドセットにおけるイオンを半径方向に制限することであって、該ＲＦ電界は、分解ＤＣ成分電界（ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ ＤＣ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｆｉｅｌｄ）を有する、ことと、ｃ）該ロッドセットの長さの少なくとも一部分に沿って分解ＤＣ成分電界を変化させることによって、該イオンに作用するＤＣ軸力を提供することとを包含する。
【０００４】
本発明の第２の局面に従って、質量分光計システムが提供され、該システムは、ａ）イオン源と、ｂ）ロッドセットであって、該ロッドセットは、長手軸に沿って延びる複数のロッドと該イオン源からイオンを入れる入口端と該ロッドセットの長手軸を横断するイオンを射出する出口端とを有する、ロッドセットと、ｃ）該ロッドセットの該複数のロッドの間にＲＦ電界を生成する電圧供給モジュールであって、該ＲＦ電界は分解ＤＣ成分電界を有する、電圧供給モジュールとを備えている。該電圧供給モジュールは、ロッドセットと結合されており、該ロッドセットの長さの少なくとも一部に沿って分解ＤＣ成分電界を変化させることによって、イオンに作用するＤＣ軸力を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明の好ましい局面の詳細な記述は、図面を参照しながら本明細書の以下に提供される。
【０００６】
図１を参照すると、四重極ロッドセット（ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ｒｏｄ ｓｅｔ）２０が、概略図に例示されており、ここでは、二極性補助ＡＣ信号（ｄｉｐｏｌａｒ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ＡＣ ｓｉｇｎａｌ）が、ロッドの組のうちの一つに提供されている。特に、四重極ロッドセット２０は、一組のＸロッド２２および一組のＹロッド２４を備えており、ＲＦ電圧源２６によって（公知の方法によって）それらにＲＦ電圧が印加されることによって、イオンの半径方向の制限（ｒａｄｉａｌ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）を提供する。四重極ロッドセット２０の出口端は、該出口端の出口極性に適切な電圧を供給することによってブロックされ得る。
【０００７】
ＲＦ電圧源２６によって全てのロッドに印加されるＲＦ電圧に加えて、補助の二極性信号が、ＡＣ電圧源２８によって（公知の方法によって）Ｘロッド２２に供給され、しかし、Ｙロッド２４には供給されない。
【０００８】
本発明の局面において、Ｘロッド２２およびＹロッド２４に供給されるＲＦ電圧は、四重極または分解ＤＣ成分を含む。Ｘロッド２２に印加される四重極ＤＣ成分は、Ｙロッド２４に印加される四重極ＤＣ成分の極性とは逆である。図２および図３と関連して以下により詳細に記述されるが、Ｘロッド２２およびＹロッド２４に印加される四重極ＤＣは、その大きさがロッドの長さに沿って変化するように印加される。本発明の局面によると、図２に例示され以下に記述されるが、ロッドセットに沿った四重極ＤＣの分布型は、ロッドセットの入口端における最大から、ロッドセットの出口端における最小まで線形に減少する。図３と関連して以下に記述された本発明の別の局面によると、ロッドセットに沿った四重極ＤＣの分布型は、ロッドセットの入口端の付近の最大から、ロッドセットの出口端の付近の最小まで減少する。続く記述において、イオンによって運ばれた電荷は、正と仮定され、Ｘロッドに印加された四重極分解ＤＣは、正と仮定され、Ｙロッドに印加された四重極分解ＤＣは、負と仮定される。より一般的には、Ｘロッドに印加された四重極分解ＤＣは、イオンと同一の極性であると仮定される。
【０００９】
ロッドに印加されたＤＣ四重極電圧における変動の結果として生じる派生軸力は、分解四重極ＤＣの電位に対する寄与を考慮することによって、線形四重極ロッドセットの二次元の中央部に対して計算され得る。端効果は無視してよい、線形イオントラップの中央部分において、二次元の四重極電位は、以下のように書かれ得る。
【００１０】
【数１】
ここで、２ｒ０は、対向するロッドの間の最短距離であり、φ０は、電気の電位であり、グランドに関して測定され、二つの極のそれぞれに反対の極性が印加される。従来的に、φ０は、ＤＣおよびＲＦ成分の線形結合として、以下のように書かれてきた。
【００１１】
【数２】
ここで、Ｕは、ＲＦ励振の角振動数である。
【００１２】
この場合において、交流ＲＦ項は無視され得、ＤＣの寄与を、四重極ＤＣが最大である軸方向の位置から測定された軸方向の座標ｚの線形関数として書かれ得、以下のようになる。
【００１３】
【数３】
ここで、Ｕ０は、ロッド入口端に印加された分解ＤＣのレベルであり、ｚ０は、四重極ＤＣが印加される軸方向の長さである。電界の軸方向の成分は、軸方向の座標ｚで式（３）を微分することによって取得され得、以下をもたらす。
【００１４】
【数４】
式（４）の考慮は、三つの主な特徴をもたらす。第１に、力は、軸方向に一様である。第２に、軸方向の電界強度は、半径方向の変位の二乗に依存する。最後に、派生軸力の符号は、ｘ−ｚ面において正であり、しかしｙ−ｚ面において負である。
【００１５】
議論を容易にするために、イオンは正であり、Ｘ極ロッドに印加される四重極ＤＣもまた、正であると仮定する。イオンの極性が負であり、Ｘ極ロッドに印加された四重極ＤＣの極性が負であった場合にも、議論は、等しく当てはまり得る。この配列（ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）の一つの結論は、熱イオンは、ロッドセットの入口端の近辺に集まり、すなわち、そこで派生軸力が最初に始まるということである。これは、四重極分解ＤＣがＸ極において正であるために発生する。Ｘロッドの正の電位によって反発され、かつ、Ｙロッドの負の電位によって誘引され、正イオンは、ｘ−ｚ面よりもｙ−ｚ面において、やや高めの半径方向の振幅を有する傾向がある。従って、平均すると、熱イオンによって経験された正味の電界は、僅かに負であり、ロッドセットの入口端に向かって、より高いイオン密度をもたらす。派生軸力は、半径方向振幅と二乗で対応するので、熱イオンによって感じられる正味の力は、非常に弱い。これは、質量選択的な軸方向射出が乱されるであろう、出口の近辺の電荷の量を劇的に減少させるには十分であるが、イオンが、ロッドアセンブリの有意な長さまで分配されるであろうほどは強くない。
【００１６】
前の記述は、正のイオンについて論じている。一般的に、二極性補助電圧信号は、ロッドアレイにおけるイオンと同一の極性の四重極分解ＤＣを受けるロッドの組に提供されるべきである。従って、四重極ロッドセットが、負のイオンを含み、負の極性の四重極分解ＤＣが、Ｘロッドに提供される場合には、二極性補助電圧信号は、先のように、Ｘロッドに提供されるべきである。
【００１７】
図２を参照すると、概略図において本発明に第１の局面に従ったイオンガイド１１８が例示される。簡潔にするために、図１の記述は、図２に関しては繰り返されない。その代わりに、明快にするために、図１と関連して上述されたものと類似する要素は、同一の参照番号に１００を足したものを用いて示される。
【００１８】
図２に示されるように、Ｘロッド１２２およびＹロッド１２４の両方は、高誘電性の絶縁層１３２によってコートされている。好ましくは、この絶縁層１３２は、最低でも２００Ｖ ＤＣの絶縁能力を有する。この絶縁層１３２は、次いで薄い抵抗性コーティング１３０によってコートされている。好ましくは、この薄い抵抗性フィルム１３０は、各ロッドに１０〜２０ＭΩの終端間抵抗を提供する。好ましくは、抵抗性コーティング１３０および絶縁層１３２の両方は、可能な限り薄くあるべきである。
【００１９】
図２に示されるように、四重極ＤＣは、Ｘロッド１２２およびＹロッド１２４の一端に、それぞれが可変ＤＣ四重極電圧源１２８ａおよび１２８ｂによって印加される。可変ＤＣ四重極電圧源１２８ａおよび１２８ｂによって提供されたＤＣ四重極電圧は、極性が反対である。
【００２０】
図２に記述されたロッドセットは、任意の数の異なる方法によって構築され得る。例えば、所望の最終的な半径よりも０．００３”小さなステンレススチールロッドは、約０．０１０”の厚さのアルミナによってコートされ得る。その後、ロッドは、所望の半径まで機械加工され得、厚さ０．００３”のアルミナの層をもたらす。アルミナでコートされたロッドは、マスクされ得、抵抗性コーティング１３０が加えられる。抵抗性コーティング１３０は、非常に薄く、恐らく、その厚さは１０ミクロンまたはそれ以下であり、抵抗性コーティング１３０の厚さは、ロッドの半径の寸法に重大な影響は及ぼさない。最終的に、金属帯がロッド１２２および１２４の各端に加えられ得ることによって、一端において可変ＤＣ四重極電圧源１２８ａおよび１２８ｂからのリード線との、もう一端においてリード線１２９との、十分な抵抗接触を容易にする。
【００２１】
あるいは、より簡潔に、通常の規格に既に機械加工された普通のステンレススチールロッド１２２および１２４は、高誘電性のポリマー（抵抗性コーティング１３０）によってコートされ得、これは、十分に抵抗性があり、その結果として、１０ミクロンの層が、２００Ｖ ＤＣに抵抗するのに十分である。その後に、イオンが、ポリマー層の僅か数ミクロンの深さにインプラントされ、抵抗性コーティング１３０を作成する。上述されたように、端の金属帯は、抵抗性コーティング１３０と、一端において可変ＤＣ四重極電圧源１２８ａおよび１２８ｂからのリード線と、もう一端においてリード線１２９との間の、十分な抵抗接触を保証する。
【００２２】
図２のロッドセットの作成の第３の方法は、［２、２］−パラ−シクロフォンパラリンの絶縁層の化学蒸着（ＣＶＤ）を２３μｍの平均的深度まで含み、概算０．５μｍまでの厚さの水素化された非晶質の珪素（ａ−Ｓｉ：Ｈ）フィルムの抵抗性コーティングのＣＶＤによって続かれる。
【００２３】
通常のＲＦ／ＤＣの操作の下では、四重極の分解ＤＣは、抵抗性コーティング１３０の両端に印加され、ロッドの長さにおける四重極ＤＣの変動を最小にする。しかし、本発明の局面において、四重極分解ＤＣ、ＵＤＣ＜０．０１×｜ＶＲＦ｜は、ロッドセット１２０の一端、好ましくは入口端だけにおいて、周囲の金属帯または他の適切な金属を介して、抵抗性コーティング１３０に印加される。図２に示されるように、出口端において、ロッド１２２およびＹロッド１２４は、それらに印加された四重極ＤＣの点からは、反対の極性であるが、リード線１２９によって互いに接続されている。リード線１２９は、可変抵抗器１３１を介して互いに接続されており、該抵抗器は、十分な抵抗を有することによって、各ロッドの終端間抵抗における変動を補正することができ、その結果として四重極ＤＣは、イオンガイド１１８の出口端において、ゼロとなるか、またはある適切な最小値に低減され得る。
【００２４】
図３を参照すると、本発明の第２の局面に従った、イオンガイド２１８が、概略図に例示される。簡潔にするために、図１の記述は、図３に関して繰り返されない。その代わりに、明快にするために、図１と関連して上述されたものと類似する要素は、同一の参照番号に２００を足したものを用いて示される。
【００２５】
図３に示されるように、Ｘロッド２２２およびＹロッド２２４の両方は、セグメントに分割され、Ｓ１からＳ９までの番号が付けられる（勿論、ロッドは、異なる数のセグメントに分割され得ることが当業者に認識される）。可変分解ＤＣ電圧源２２８ａおよび２２８ｂは、Ｘロッド２２２およびＹロッド２２４に対して反対の極性の四重極分解ＤＣ電圧を供給する。
【００２６】
図３に示されるように、Ｘロッド２２２およびＹロッド２２４のそれぞれのセグメントは、容量分圧器２３４によってＲＦパス２４２に沿って結合され、ＲＦ電圧源２２６によって供給されるＲＦ電圧は、これらの容量分圧器２３４を介して個々のセグメントに供給される。これら容量分圧器２３４の容量は、イオンガイド２１８の長さに沿ったＲＦ電圧の分布型を定義する。理想的には、これらは、ＲＦ電圧が、ロッドの長さにおいてはっきりと感知されるほどに降下しない程度に、十分に小さく選択され得る。しかし、一部の適用において、この手段によってロッドの長さに沿った四重極ＲＦの大きさを変えることが望ましくあり得る。
【００２７】
図３の実施形態において、分解四重極ＤＣは、全てのセグメントに提供されているが、Ｘロッド２２２およびＹロッド２２４のセグメントＳ１およびＳ２の間、ならびにセグメントＳ２およびＳ３の間における低抵抗ＤＣ接続部は、セグメントＳ１、Ｓ２およびＳ３に渡る一定の四重極ＤＣのレベルを維持する手段を提供する。同様に、Ｘロッド２２２およびＹロッド２２４のセグメントＳ８およびＳ９の間における低抵抗ＤＣ接続部は、Ｘロッド２２２およびＹロッド２２４のセグメントＳ８およびＳ９に渡る一定の四重極ＤＣのレベルを維持する手段を提供する。結果的に、Ｘロッド２２２およびＹロッド２２４へのＤＣパス２４４を介してＤＣ電圧源２２８ａおよび２２８ｂによって供給された四重極分解ＤＣは、セグメントＳ１、Ｓ２およびＳ３の間において一定のままであり、セグメントＳ３およびＳ４、Ｓ４およびＳ５、Ｓ５およびＳ６、Ｓ６およびＳ７、ならびに、Ｓ７およびＳ８の間において変化し、セグメントＳ８およびＳ９の間において一定のままである。このようにして、抵抗の値は、ＤＣパス２４４に沿った隣接するセグメントの間のＤＣの電気的な接続を作り、イオンガイド２１８に沿ったＤＣ電圧の分布型を定義する。
【００２８】
図３の実施形態において、図２の実施形態とは異なり、派生軸力は、セグメントＳ１およびＳ２の間、Ｓ２およびＳ３の間ならびにＳ８およびＳ９の間において無視できる。すなわち、四重極分解ＤＣの電界は、派生軸力が派生するところであるが、セグメントＳ３およびＳ４において減少し始めるまで、一定のままである。結果的に、四重極分解ＤＣからの派生軸力は、セグメントＳ３の周辺から始まる。
【００２９】
同様に、派生軸力は、セグメントＳ９において無視できる。
【００３０】
四重極分解ＤＣのパス２４４は、ＲＦパスから分離している。しかし、これらのパスの両方は、ロッドセットに接続されているため、それらは、互いに電気的に絶縁されなくてはならない。この理由のために、ブロッキング誘導器２３８が、四重極分解ＤＣのパス２４４に沿って提供され、ＤＣ電圧源２２８ａおよび２２８ｂならびに可変抵抗器２３１を、Ｘロッド２２２およびＹロッド２２４から受け取るＲＦ電流から絶縁する。ブロッキングコンデンサ２４０は、セグメントＳ９に供給される四重極ＤＣからＲＦ電圧源２２６を絶縁するように機能する。
【００３１】
（質量選択的な軸方向輸送）
質量選択的な軸方向輸送に対する、図２および図３それぞれのイオンガイド１１８および２１８の動作は、イオンが、イオン源（不図示）からイオンガイドに導入され、次いで四重極ＤＣの軸方向の勾配によって軸方向に加速されるが、図４を参照して説明される。図４は、安定度の図表であり、派生軸方向電界が用いられ得ることによって、どのように質量選択的な軸方向輸送の効率が向上させられるかを例示し、ここでは、ＲＦ振幅は、一定の割合で傾くことによって、順に高い質量のイオンを、図１に関連して上述された、低振幅で二極性の補助信号と共振させる。加えて、二極性の補助ＡＣ信号は、四重極ＤＣの極性がイオンの極性と整合する、極のロッドの間に適用され得ることが重要である。続く議論において、イオンの極性は正であり、四重極分解ＤＣの陽極および二極性補助信号の両方が、Ｘロッドに適用される。
【００３２】
図４の安定性の図表において、Ｕ／Ｖの割合は、ｚ＝０．０において０．０１であり、ｚ＝１２７ｍｍにおいてゼロに降下する。結果的に、走査線の傾斜も、軸方向の位置の関数である。この関係は、図４において、軸方向の縮尺を縦座標に重ね合わせることによって描写され、マチュー（Ｍａｔｈｉｅｕ）パラメータａは、軸方向の位置の関数であることを示すが、ｑはそうではない。あらゆる特定の質量に対して、ＲＦ振幅がで傾いているので、ｑは、やがて線形に増加する。補助信号の周波数は、３８０ｋＨｚであり、ｉｓｏ−βラインに対応し、ここでは、１．０ＭＨｚシステムにおいてβ＝０．７６である。これは、質量選択的な軸方向輸送に対するｑｅｊｅｃｔ＝０．８４３３に対応し、これらの特徴の両方は、図４において表される。
【００３３】
ここで、図４におけるイオンを考えると、該イオンは、（ａ、ｑ）＝（０．０１１８、０．８３２０）、ｚ＝３８ｍｍにおける走査線上に位置し、高いａから低いａへの安定空間を通るそのパスは、実線を用いて示される。増加するＲＦ振幅の効により、このイオンは、走査線に沿って移動し、最終的にβ＝０．７６の走査線の交差点で補助信号と共振する。イオンは、常に走査線上にあるということに留意すると、その結果として、走査線の傾斜、およびβ＝０．７６の線との交差は、イオンの軸方向の位置とともに変化する。増加したＸ振幅の結果として、イオンは、増加した正の軸力を経験し、出口レンズの方向に加速される。結果として、そのａ値は、減少され、イオンは、共振しなくなる。その半径方向の動きが、低圧力のバッファガスとの衝突を介して減衰されようと、または、補助信号とイオンの動きの間の位相関係の変化を介して減衰されようと、出口レンズに向かうその加速は、減速する。あるいは、イオンは、出口レンズの電位によって反射され得る。この場合において、破線によって示されるように、安定空間におけるイオンのパスは、より高いａ値に反射される前に出口端に十分に近接する場合には、ｑ軸に接近し得る。いずれの場合においても、線形に増加するｑに応答して、走査線上のイオンの位置は、再び低いａ（および高いｑ）においてβ＝０．７６と交差し、イオンは、付随的な共振励起を受ける。このサイクル、またはその変化は、イオンが、軸方向に射出されるか、ロッド上で失われるかのどちらかになるまで、繰り返され、その場合は、β＝０．７６の線が、ｑ軸と交差する。この手段によって、十分に高い質量のイオンは、質量選択的な軸方向の射出に直前に、ロッドセットの出口端に向かって除去され得る。
【００３４】
（シミュレーション結果）
上述された派生軸力に対するイオンの反応は、四重極の線形イオントラップ（ＬＩＴ）におけるイオン軌跡の三次元コンピュータシミュレーションを用いて研究された。その目的のために、特定のモデルが開発され、該モデルにおいて、ロッドに印加される四重極ＤＣは、軸方向の位置とともに変化した。ＬＩＴの二次元の中央部において、派生軸力は、二次元の数値の電位から解析的に計算された。しかし、ロッドセットの端における縁取り領域において、極性の構成に対するラプラスの方程式を解く必要があり、ここでは、四重極ＤＣ電圧は、ロッドの軸方向の位置に関し線形に変化した。いくつかのサンプル結果が、以下に提示される。
【００３５】
上述されたように、イオンは、派生軸力が提供されるイオンガイドの入口端の近辺に集まる傾向がある。図５を参照すると、グラフが、この挙動を例示するデータを描く。特に、図５は、１０００のイオンの軸方向の分布を示し、該イオンは、派生軸力が提供された間にバッファガスを用いて熱運動化することを許された。これらのデータは、０．０１のＵ０／Ｖ割合での、ｑ＝０．８４における１ｍｓに対する６ｍｔｏｒｒ Ｎ２において、ｍ／ｚ６０９の１０００イオンを冷却することによって、取得された。冷却期間において、＋３９０Ｖが、１２７ｍｍの長さのロッドセットのレンズに印加された。各レンズは、ロッドの端から３ｍｍの距離に位置した。
【００３６】
図６のグラフは、Ｙ振幅よりもより大きなＸ振幅を有するイオンの軌跡の軸方向の成分を示し、ここでは、衝突の無い環境において、軸方向の成分が、出口レンズと派生軸力とによって交互に反射されている。
【００３７】
本発明の他の変化および修正が、可能である。例えば、イオンガイドのロッドに沿った、可変四重極分解ＤＣを提供する他の手段が、提供され得る。そのような全ての修正または変化は、本明細書に添付の特許請求の範囲によって定義されるように、本発明の領域および範囲内であると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、概略図において四重極ロッドセットを例示し、二極性補助信号がロッドの組のうちの一つに提供される。
【図２】図２は、概略図において、本発明の第１の局面に従ったイオンガイドを例示する。
【図３】図３は、概略図において、本発明の第２の局面に従ったイオンガイドを例示する。
【図４】図４は、安定度の図表であり、どのようにして図２または図３のイオンガイドの派生軸方向電界が、質量選択的な軸方向射出の効率を向上させ得るかを例示する。
【図５】図５は、本発明の局面に従って、分解ＤＣ四重極電圧がロッドセットに印加されるときの、熱運動化されたイオンの軸方向の位置のシミュレーションを例示するグラフである。
【図６】図６は、本発明の局面に従って、分解ＤＣ四重極電圧がロッドセットに印加されるときの、イオンの軌線の軸方向の成分を例示するグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に質量分光測定に関連し、およびさらに具体的には、四重極ＤＣを用いる質量選択的な軸方向輸送のための方法および装置に関連する。
【背景技術】
【０００２】
多くのタイプの質量分光計が、公知であり、軌跡分析のために広く用いられることによってイオンの構造を決定している。これらの分光計は、通常は、イオンの質量／電荷数（「ｍ／ｚ」）に基づいてイオンを分離する。そのような質量分光計の一つは、質量選択的な軸方向射出を伴う。例えば、２００１年１月２３日発行の特許文献１（Ｈａｇｅｒ）を参照されたい。この特許は、線形イオントラップを記載し、該トラップは、細長いロッドセットを含み、ここでは、選択された質量／電荷数のイオンがトラップされる。これらのトラップされたイオンは、質量選択的に軸方向に射出され、これは、非特許文献１に記載されている。質量選択的な軸方向射出において、ならびに他のタイプの質量分光計システムにおいて、時には、異なるイオンの軸方向の位置を制御することが有益である。
【特許文献１】米国特許第６，１７７，６６８号明細書
【非特許文献１】Ｌｏｎｄｒｙ および Ｈａｇｅｒ、「Ｍａｓｓ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ａｘｉａｌ Ｅｊｅｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ａ Ｌｉｎｅａｒ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｉｏｎ Ｔｒａｐ」、Ｊ Ａｍ Ｓｏｃ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ ２００３、１４、１１３０−１１４７
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の局面に従って、細長いロッドセットを有する質量分光計を操作する方法が提供され、該ロッドセットは入口端と出口端と複数のロッドと中央の長手軸とを有する。該方法は、ａ）該ロッドセットの該入口端にイオンを入れることと、ｂ）複数のロッドの間にＲＦ電界を生成することによって、ロッドセットにおけるイオンを半径方向に制限することであって、該ＲＦ電界は、分解ＤＣ成分電界（ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ ＤＣ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｆｉｅｌｄ）を有する、ことと、ｃ）該ロッドセットの長さの少なくとも一部分に沿って分解ＤＣ成分電界を変化させることによって、該イオンに作用するＤＣ軸力を提供することとを包含する。
【０００４】
本発明の第２の局面に従って、質量分光計システムが提供され、該システムは、ａ）イオン源と、ｂ）ロッドセットであって、該ロッドセットは、長手軸に沿って延びる複数のロッドと該イオン源からイオンを入れる入口端と該ロッドセットの長手軸を横断するイオンを射出する出口端とを有する、ロッドセットと、ｃ）該ロッドセットの該複数のロッドの間にＲＦ電界を生成する電圧供給モジュールであって、該ＲＦ電界は分解ＤＣ成分電界を有する、電圧供給モジュールとを備えている。該電圧供給モジュールは、ロッドセットと結合されており、該ロッドセットの長さの少なくとも一部に沿って分解ＤＣ成分電界を変化させることによって、イオンに作用するＤＣ軸力を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明の好ましい局面の詳細な記述は、図面を参照しながら本明細書の以下に提供される。
【０００６】
図１を参照すると、四重極ロッドセット（ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ｒｏｄ ｓｅｔ）２０が、概略図に例示されており、ここでは、二極性補助ＡＣ信号（ｄｉｐｏｌａｒ ａｕｘｉｌｉａｒｙ ＡＣ ｓｉｇｎａｌ）が、ロッドの組のうちの一つに提供されている。特に、四重極ロッドセット２０は、一組のＸロッド２２および一組のＹロッド２４を備えており、ＲＦ電圧源２６によって（公知の方法によって）それらにＲＦ電圧が印加されることによって、イオンの半径方向の制限（ｒａｄｉａｌ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）を提供する。四重極ロッドセット２０の出口端は、該出口端の出口極性に適切な電圧を供給することによってブロックされ得る。
【０００７】
ＲＦ電圧源２６によって全てのロッドに印加されるＲＦ電圧に加えて、補助の二極性信号が、ＡＣ電圧源２８によって（公知の方法によって）Ｘロッド２２に供給され、しかし、Ｙロッド２４には供給されない。
【０００８】
本発明の局面において、Ｘロッド２２およびＹロッド２４に供給されるＲＦ電圧は、四重極または分解ＤＣ成分を含む。Ｘロッド２２に印加される四重極ＤＣ成分は、Ｙロッド２４に印加される四重極ＤＣ成分の極性とは逆である。図２および図３と関連して以下により詳細に記述されるが、Ｘロッド２２およびＹロッド２４に印加される四重極ＤＣは、その大きさがロッドの長さに沿って変化するように印加される。本発明の局面によると、図２に例示され以下に記述されるが、ロッドセットに沿った四重極ＤＣの分布型は、ロッドセットの入口端における最大から、ロッドセットの出口端における最小まで線形に減少する。図３と関連して以下に記述された本発明の別の局面によると、ロッドセットに沿った四重極ＤＣの分布型は、ロッドセットの入口端の付近の最大から、ロッドセットの出口端の付近の最小まで減少する。続く記述において、イオンによって運ばれた電荷は、正と仮定され、Ｘロッドに印加された四重極分解ＤＣは、正と仮定され、Ｙロッドに印加された四重極分解ＤＣは、負と仮定される。より一般的には、Ｘロッドに印加された四重極分解ＤＣは、イオンと同一の極性であると仮定される。
【０００９】
ロッドに印加されたＤＣ四重極電圧における変動の結果として生じる派生軸力は、分解四重極ＤＣの電位に対する寄与を考慮することによって、線形四重極ロッドセットの二次元の中央部に対して計算され得る。端効果は無視してよい、線形イオントラップの中央部分において、二次元の四重極電位は、以下のように書かれ得る。
【００１０】
【数１】
ここで、２ｒ０は、対向するロッドの間の最短距離であり、φ０は、電気の電位であり、グランドに関して測定され、二つの極のそれぞれに反対の極性が印加される。従来的に、φ０は、ＤＣおよびＲＦ成分の線形結合として、以下のように書かれてきた。
【００１１】
【数２】
ここで、Ｕは、ＲＦ励振の角振動数である。
【００１２】
この場合において、交流ＲＦ項は無視され得、ＤＣの寄与を、四重極ＤＣが最大である軸方向の位置から測定された軸方向の座標ｚの線形関数として書かれ得、以下のようになる。
【００１３】
【数３】
ここで、Ｕ０は、ロッド入口端に印加された分解ＤＣのレベルであり、ｚ０は、四重極ＤＣが印加される軸方向の長さである。電界の軸方向の成分は、軸方向の座標ｚで式（３）を微分することによって取得され得、以下をもたらす。
【００１４】
【数４】
式（４）の考慮は、三つの主な特徴をもたらす。第１に、力は、軸方向に一様である。第２に、軸方向の電界強度は、半径方向の変位の二乗に依存する。最後に、派生軸力の符号は、ｘ−ｚ面において正であり、しかしｙ−ｚ面において負である。
【００１５】
議論を容易にするために、イオンは正であり、Ｘ極ロッドに印加される四重極ＤＣもまた、正であると仮定する。イオンの極性が負であり、Ｘ極ロッドに印加された四重極ＤＣの極性が負であった場合にも、議論は、等しく当てはまり得る。この配列（ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）の一つの結論は、熱イオンは、ロッドセットの入口端の近辺に集まり、すなわち、そこで派生軸力が最初に始まるということである。これは、四重極分解ＤＣがＸ極において正であるために発生する。Ｘロッドの正の電位によって反発され、かつ、Ｙロッドの負の電位によって誘引され、正イオンは、ｘ−ｚ面よりもｙ−ｚ面において、やや高めの半径方向の振幅を有する傾向がある。従って、平均すると、熱イオンによって経験された正味の電界は、僅かに負であり、ロッドセットの入口端に向かって、より高いイオン密度をもたらす。派生軸力は、半径方向振幅と二乗で対応するので、熱イオンによって感じられる正味の力は、非常に弱い。これは、質量選択的な軸方向射出が乱されるであろう、出口の近辺の電荷の量を劇的に減少させるには十分であるが、イオンが、ロッドアセンブリの有意な長さまで分配されるであろうほどは強くない。
【００１６】
前の記述は、正のイオンについて論じている。一般的に、二極性補助電圧信号は、ロッドアレイにおけるイオンと同一の極性の四重極分解ＤＣを受けるロッドの組に提供されるべきである。従って、四重極ロッドセットが、負のイオンを含み、負の極性の四重極分解ＤＣが、Ｘロッドに提供される場合には、二極性補助電圧信号は、先のように、Ｘロッドに提供されるべきである。
【００１７】
図２を参照すると、概略図において本発明に第１の局面に従ったイオンガイド１１８が例示される。簡潔にするために、図１の記述は、図２に関しては繰り返されない。その代わりに、明快にするために、図１と関連して上述されたものと類似する要素は、同一の参照番号に１００を足したものを用いて示される。
【００１８】
図２に示されるように、Ｘロッド１２２およびＹロッド１２４の両方は、高誘電性の絶縁層１３２によってコートされている。好ましくは、この絶縁層１３２は、最低でも２００Ｖ ＤＣの絶縁能力を有する。この絶縁層１３２は、次いで薄い抵抗性コーティング１３０によってコートされている。好ましくは、この薄い抵抗性フィルム１３０は、各ロッドに１０〜２０ＭΩの終端間抵抗を提供する。好ましくは、抵抗性コーティング１３０および絶縁層１３２の両方は、可能な限り薄くあるべきである。
【００１９】
図２に示されるように、四重極ＤＣは、Ｘロッド１２２およびＹロッド１２４の一端に、それぞれが可変ＤＣ四重極電圧源１２８ａおよび１２８ｂによって印加される。可変ＤＣ四重極電圧源１２８ａおよび１２８ｂによって提供されたＤＣ四重極電圧は、極性が反対である。
【００２０】
図２に記述されたロッドセットは、任意の数の異なる方法によって構築され得る。例えば、所望の最終的な半径よりも０．００３”小さなステンレススチールロッドは、約０．０１０”の厚さのアルミナによってコートされ得る。その後、ロッドは、所望の半径まで機械加工され得、厚さ０．００３”のアルミナの層をもたらす。アルミナでコートされたロッドは、マスクされ得、抵抗性コーティング１３０が加えられる。抵抗性コーティング１３０は、非常に薄く、恐らく、その厚さは１０ミクロンまたはそれ以下であり、抵抗性コーティング１３０の厚さは、ロッドの半径の寸法に重大な影響は及ぼさない。最終的に、金属帯がロッド１２２および１２４の各端に加えられ得ることによって、一端において可変ＤＣ四重極電圧源１２８ａおよび１２８ｂからのリード線との、もう一端においてリード線１２９との、十分な抵抗接触を容易にする。
【００２１】
あるいは、より簡潔に、通常の規格に既に機械加工された普通のステンレススチールロッド１２２および１２４は、高誘電性のポリマー（抵抗性コーティング１３０）によってコートされ得、これは、十分に抵抗性があり、その結果として、１０ミクロンの層が、２００Ｖ ＤＣに抵抗するのに十分である。その後に、イオンが、ポリマー層の僅か数ミクロンの深さにインプラントされ、抵抗性コーティング１３０を作成する。上述されたように、端の金属帯は、抵抗性コーティング１３０と、一端において可変ＤＣ四重極電圧源１２８ａおよび１２８ｂからのリード線と、もう一端においてリード線１２９との間の、十分な抵抗接触を保証する。
【００２２】
図２のロッドセットの作成の第３の方法は、［２、２］−パラ−シクロフォンパラリンの絶縁層の化学蒸着（ＣＶＤ）を２３μｍの平均的深度まで含み、概算０．５μｍまでの厚さの水素化された非晶質の珪素（ａ−Ｓｉ：Ｈ）フィルムの抵抗性コーティングのＣＶＤによって続かれる。
【００２３】
通常のＲＦ／ＤＣの操作の下では、四重極の分解ＤＣは、抵抗性コーティング１３０の両端に印加され、ロッドの長さにおける四重極ＤＣの変動を最小にする。しかし、本発明の局面において、四重極分解ＤＣ、ＵＤＣ＜０．０１×｜ＶＲＦ｜は、ロッドセット１２０の一端、好ましくは入口端だけにおいて、周囲の金属帯または他の適切な金属を介して、抵抗性コーティング１３０に印加される。図２に示されるように、出口端において、ロッド１２２およびＹロッド１２４は、それらに印加された四重極ＤＣの点からは、反対の極性であるが、リード線１２９によって互いに接続されている。リード線１２９は、可変抵抗器１３１を介して互いに接続されており、該抵抗器は、十分な抵抗を有することによって、各ロッドの終端間抵抗における変動を補正することができ、その結果として四重極ＤＣは、イオンガイド１１８の出口端において、ゼロとなるか、またはある適切な最小値に低減され得る。
【００２４】
図３を参照すると、本発明の第２の局面に従った、イオンガイド２１８が、概略図に例示される。簡潔にするために、図１の記述は、図３に関して繰り返されない。その代わりに、明快にするために、図１と関連して上述されたものと類似する要素は、同一の参照番号に２００を足したものを用いて示される。
【００２５】
図３に示されるように、Ｘロッド２２２およびＹロッド２２４の両方は、セグメントに分割され、Ｓ１からＳ９までの番号が付けられる（勿論、ロッドは、異なる数のセグメントに分割され得ることが当業者に認識される）。可変分解ＤＣ電圧源２２８ａおよび２２８ｂは、Ｘロッド２２２およびＹロッド２２４に対して反対の極性の四重極分解ＤＣ電圧を供給する。
【００２６】
図３に示されるように、Ｘロッド２２２およびＹロッド２２４のそれぞれのセグメントは、容量分圧器２３４によってＲＦパス２４２に沿って結合され、ＲＦ電圧源２２６によって供給されるＲＦ電圧は、これらの容量分圧器２３４を介して個々のセグメントに供給される。これら容量分圧器２３４の容量は、イオンガイド２１８の長さに沿ったＲＦ電圧の分布型を定義する。理想的には、これらは、ＲＦ電圧が、ロッドの長さにおいてはっきりと感知されるほどに降下しない程度に、十分に小さく選択され得る。しかし、一部の適用において、この手段によってロッドの長さに沿った四重極ＲＦの大きさを変えることが望ましくあり得る。
【００２７】
図３の実施形態において、分解四重極ＤＣは、全てのセグメントに提供されているが、Ｘロッド２２２およびＹロッド２２４のセグメントＳ１およびＳ２の間、ならびにセグメントＳ２およびＳ３の間における低抵抗ＤＣ接続部は、セグメントＳ１、Ｓ２およびＳ３に渡る一定の四重極ＤＣのレベルを維持する手段を提供する。同様に、Ｘロッド２２２およびＹロッド２２４のセグメントＳ８およびＳ９の間における低抵抗ＤＣ接続部は、Ｘロッド２２２およびＹロッド２２４のセグメントＳ８およびＳ９に渡る一定の四重極ＤＣのレベルを維持する手段を提供する。結果的に、Ｘロッド２２２およびＹロッド２２４へのＤＣパス２４４を介してＤＣ電圧源２２８ａおよび２２８ｂによって供給された四重極分解ＤＣは、セグメントＳ１、Ｓ２およびＳ３の間において一定のままであり、セグメントＳ３およびＳ４、Ｓ４およびＳ５、Ｓ５およびＳ６、Ｓ６およびＳ７、ならびに、Ｓ７およびＳ８の間において変化し、セグメントＳ８およびＳ９の間において一定のままである。このようにして、抵抗の値は、ＤＣパス２４４に沿った隣接するセグメントの間のＤＣの電気的な接続を作り、イオンガイド２１８に沿ったＤＣ電圧の分布型を定義する。
【００２８】
図３の実施形態において、図２の実施形態とは異なり、派生軸力は、セグメントＳ１およびＳ２の間、Ｓ２およびＳ３の間ならびにＳ８およびＳ９の間において無視できる。すなわち、四重極分解ＤＣの電界は、派生軸力が派生するところであるが、セグメントＳ３およびＳ４において減少し始めるまで、一定のままである。結果的に、四重極分解ＤＣからの派生軸力は、セグメントＳ３の周辺から始まる。
【００２９】
同様に、派生軸力は、セグメントＳ９において無視できる。
【００３０】
四重極分解ＤＣのパス２４４は、ＲＦパスから分離している。しかし、これらのパスの両方は、ロッドセットに接続されているため、それらは、互いに電気的に絶縁されなくてはならない。この理由のために、ブロッキング誘導器２３８が、四重極分解ＤＣのパス２４４に沿って提供され、ＤＣ電圧源２２８ａおよび２２８ｂならびに可変抵抗器２３１を、Ｘロッド２２２およびＹロッド２２４から受け取るＲＦ電流から絶縁する。ブロッキングコンデンサ２４０は、セグメントＳ９に供給される四重極ＤＣからＲＦ電圧源２２６を絶縁するように機能する。
【００３１】
（質量選択的な軸方向輸送）
質量選択的な軸方向輸送に対する、図２および図３それぞれのイオンガイド１１８および２１８の動作は、イオンが、イオン源（不図示）からイオンガイドに導入され、次いで四重極ＤＣの軸方向の勾配によって軸方向に加速されるが、図４を参照して説明される。図４は、安定度の図表であり、派生軸方向電界が用いられ得ることによって、どのように質量選択的な軸方向輸送の効率が向上させられるかを例示し、ここでは、ＲＦ振幅は、一定の割合で傾くことによって、順に高い質量のイオンを、図１に関連して上述された、低振幅で二極性の補助信号と共振させる。加えて、二極性の補助ＡＣ信号は、四重極ＤＣの極性がイオンの極性と整合する、極のロッドの間に適用され得ることが重要である。続く議論において、イオンの極性は正であり、四重極分解ＤＣの陽極および二極性補助信号の両方が、Ｘロッドに適用される。
【００３２】
図４の安定性の図表において、Ｕ／Ｖの割合は、ｚ＝０．０において０．０１であり、ｚ＝１２７ｍｍにおいてゼロに降下する。結果的に、走査線の傾斜も、軸方向の位置の関数である。この関係は、図４において、軸方向の縮尺を縦座標に重ね合わせることによって描写され、マチュー（Ｍａｔｈｉｅｕ）パラメータａは、軸方向の位置の関数であることを示すが、ｑはそうではない。あらゆる特定の質量に対して、ＲＦ振幅がで傾いているので、ｑは、やがて線形に増加する。補助信号の周波数は、３８０ｋＨｚであり、ｉｓｏ−βラインに対応し、ここでは、１．０ＭＨｚシステムにおいてβ＝０．７６である。これは、質量選択的な軸方向輸送に対するｑｅｊｅｃｔ＝０．８４３３に対応し、これらの特徴の両方は、図４において表される。
【００３３】
ここで、図４におけるイオンを考えると、該イオンは、（ａ、ｑ）＝（０．０１１８、０．８３２０）、ｚ＝３８ｍｍにおける走査線上に位置し、高いａから低いａへの安定空間を通るそのパスは、実線を用いて示される。増加するＲＦ振幅の効により、このイオンは、走査線に沿って移動し、最終的にβ＝０．７６の走査線の交差点で補助信号と共振する。イオンは、常に走査線上にあるということに留意すると、その結果として、走査線の傾斜、およびβ＝０．７６の線との交差は、イオンの軸方向の位置とともに変化する。増加したＸ振幅の結果として、イオンは、増加した正の軸力を経験し、出口レンズの方向に加速される。結果として、そのａ値は、減少され、イオンは、共振しなくなる。その半径方向の動きが、低圧力のバッファガスとの衝突を介して減衰されようと、または、補助信号とイオンの動きの間の位相関係の変化を介して減衰されようと、出口レンズに向かうその加速は、減速する。あるいは、イオンは、出口レンズの電位によって反射され得る。この場合において、破線によって示されるように、安定空間におけるイオンのパスは、より高いａ値に反射される前に出口端に十分に近接する場合には、ｑ軸に接近し得る。いずれの場合においても、線形に増加するｑに応答して、走査線上のイオンの位置は、再び低いａ（および高いｑ）においてβ＝０．７６と交差し、イオンは、付随的な共振励起を受ける。このサイクル、またはその変化は、イオンが、軸方向に射出されるか、ロッド上で失われるかのどちらかになるまで、繰り返され、その場合は、β＝０．７６の線が、ｑ軸と交差する。この手段によって、十分に高い質量のイオンは、質量選択的な軸方向の射出に直前に、ロッドセットの出口端に向かって除去され得る。
【００３４】
（シミュレーション結果）
上述された派生軸力に対するイオンの反応は、四重極の線形イオントラップ（ＬＩＴ）におけるイオン軌跡の三次元コンピュータシミュレーションを用いて研究された。その目的のために、特定のモデルが開発され、該モデルにおいて、ロッドに印加される四重極ＤＣは、軸方向の位置とともに変化した。ＬＩＴの二次元の中央部において、派生軸力は、二次元の数値の電位から解析的に計算された。しかし、ロッドセットの端における縁取り領域において、極性の構成に対するラプラスの方程式を解く必要があり、ここでは、四重極ＤＣ電圧は、ロッドの軸方向の位置に関し線形に変化した。いくつかのサンプル結果が、以下に提示される。
【００３５】
上述されたように、イオンは、派生軸力が提供されるイオンガイドの入口端の近辺に集まる傾向がある。図５を参照すると、グラフが、この挙動を例示するデータを描く。特に、図５は、１０００のイオンの軸方向の分布を示し、該イオンは、派生軸力が提供された間にバッファガスを用いて熱運動化することを許された。これらのデータは、０．０１のＵ０／Ｖ割合での、ｑ＝０．８４における１ｍｓに対する６ｍｔｏｒｒ Ｎ２において、ｍ／ｚ６０９の１０００イオンを冷却することによって、取得された。冷却期間において、＋３９０Ｖが、１２７ｍｍの長さのロッドセットのレンズに印加された。各レンズは、ロッドの端から３ｍｍの距離に位置した。
【００３６】
図６のグラフは、Ｙ振幅よりもより大きなＸ振幅を有するイオンの軌跡の軸方向の成分を示し、ここでは、衝突の無い環境において、軸方向の成分が、出口レンズと派生軸力とによって交互に反射されている。
【００３７】
本発明の他の変化および修正が、可能である。例えば、イオンガイドのロッドに沿った、可変四重極分解ＤＣを提供する他の手段が、提供され得る。そのような全ての修正または変化は、本明細書に添付の特許請求の範囲によって定義されるように、本発明の領域および範囲内であると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、概略図において四重極ロッドセットを例示し、二極性補助信号がロッドの組のうちの一つに提供される。
【図２】図２は、概略図において、本発明の第１の局面に従ったイオンガイドを例示する。
【図３】図３は、概略図において、本発明の第２の局面に従ったイオンガイドを例示する。
【図４】図４は、安定度の図表であり、どのようにして図２または図３のイオンガイドの派生軸方向電界が、質量選択的な軸方向射出の効率を向上させ得るかを例示する。
【図５】図５は、本発明の局面に従って、分解ＤＣ四重極電圧がロッドセットに印加されるときの、熱運動化されたイオンの軸方向の位置のシミュレーションを例示するグラフである。
【図６】図６は、本発明の局面に従って、分解ＤＣ四重極電圧がロッドセットに印加されるときの、イオンの軌線の軸方向の成分を例示するグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長いロッドセットを有する質量分光計を動作する方法であって、該ロッドセットは入口端と出口端と複数のロッドと中央の長手軸とを有し、該方法は、
ａ）該ロッドセットの該入口端にイオンを入れることと、
ｂ）複数のロッドの間にＲＦ電界を生成することによって、ロッドセットにおけるイオンを半径方向に制限することであって、該ＲＦ電界は、分解ＤＣ成分電界を有する、制限することと、
ｃ）該ロッドセットの長さの少なくとも一部分に沿って分解ＤＣ成分電界を変化させることによって、該イオンに作用するＤＣ軸力を提供することと
を包含する、方法。
【請求項２】
ＲＦ電界のＲＦ振幅は、前記ロッドセットの前記長さに沿って実質的に一定である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ｄ）前記イオンに対する第１の質量範囲を選択することと、
ｅ）前記中央の長手軸から第１の群のイオンを第１の選択された半径方向に変位させることによって、該第１の群のイオンに作用するＤＣ軸力を増加させることによって、該第１の質量範囲内の第１の群のイオンを、前記ロッドセットの前記出口端に向かって、移動させることと、
ｆ）前記ロッドセット内にあり、前記出口端から間隔をあけられた第２の群のイオンを制限することであって、該第２の群のイオンは、第２の質量の範囲内であり、該第１の質量の範囲と共通の要素を有さない、ことと
を更に包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップｅ）は、二極性の補助信号を前記ロッドセット内のロッドの組に適用することを包含し、該ロッドセットは、前記イオンと同一の極性を有し、ＲＦ電界のＲＦ振幅を選択することによって前記第１の群のイオンを、該二極性の補助信号と共振させ、該ロッドの組に向かう前記第１の選択された半径方向に該第１の群のイオンを移動させる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ｇ）前記第１の群のイオンを補助的に射出することと、
ｈ）前記ＲＦ電界の前記ＲＦ振幅を変更することによって、前記第２の群のイオンを二極性の補助信号と共振させ、前記中央の長手軸から前記第２の群のイオンを前記第１の選択された半径方向に変位させ、前記第２の群のイオンに作用するＤＣ軸力を増加することによって該第２の群のイオンを前記ロッドセットの前記出口端の方向に移動させることと
をさらに包含する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップｃ）は、最大のＤＣ電位から最小のＤＣ電位への単調減少であるように分解ＤＣ成分電界の大きさを変化させることを包含する、請求項１に記載の質量分光計の操作の方法。
【請求項７】
前記ステップｃ）は、最大のＤＣ電位から最小のＤＣ電位に線形に分解ＤＣ成分極性の大きさを変化させ、その結果として前記ＤＣ軸力は、分解ＤＣ成分電界内において、長手軸からのあらゆる固定の半径方向の位置において一定であることを包含する、請求項１に記載の質量分光計の操作の方法。
【請求項８】
ｄ）二極性の補助信号を前記イオンと同一の極性を有する前記ロッドセットにおけるロッドの組に適用することと、
ｅ）前記ＲＦ電界の前記ＲＦ振幅を一連に変化させることによって、異なる質量のイオンを該二極性の補助信号と共振させることと
をさらに包含する、請求項１に記載の質量分光計の操作の方法。
【請求項９】
前記ステップ（ｂ）は、前記複数のロッド内の一組のロッドの間に、不均等に分解ＤＣ成分電界を配分することを包含する、請求項１に記載の質量分光計の操作の方法。
【請求項１０】
質量分光計システムであって、
ａ）イオン源と、
ｂ）ロッドセットであって、該ロッドセットは、長手軸に沿って延びる複数のロッドと、該イオン源からイオンを入れる入口端と、該ロッドセットの長手軸を横断する、イオンを射出する出口端とを有する、ロッドセットと、
ｃ）該ロッドセットの該複数のロッドの間にＲＦ電界を生成する電圧供給モジュールであって、該ＲＦ電界は分解ＤＣ成分電界を有する、電圧供給モジュールと
を備えており、
該電圧供給モジュールは、該ロッドセットと結合することによって、該ロッドセットの長さの少なくとも一部に沿って分解ＤＣ成分電界を変化させ、前記イオンに作用する前記ＤＣ軸力を提供する、質量分光システム。
【請求項１１】
前記ロッドセットは、第１の極性を有する第１のロッドの組と該第１の極性とは反対の第２の極性を有する第２のロッドの組とを備えており、該第１のロッドの組は、第１の軸に沿って前記中央の長手軸から間隔をあけられ、該第２のロッドの組は、該第１の軸と直交する第２の軸に沿って該長手軸から間隔をおかれ、
前記ＤＣ軸力の大きさは、該第１の軸および該第２の軸のうちのいずれかに沿って該中央の長手軸からの前記イオンの変位に伴って増加し、
該イオンが、該第１の極性を有し、該第１の軸に沿って該中央の長手軸から変位させられる場合には、該ＤＣ軸力は、該ロッドセットの該出口端の方向に該イオンを押進するように向けられ、
該イオンが、該第１の極性を有し、該第２の軸に沿って該中央の長手軸から変位させられる場合には、該ＤＣ軸力は、該ロッドセットの該入口端の方向に該イオンを押進するように向けられ、
該イオンが、該第２の極性を有し、該第１の軸に沿って該中央の長手軸から変位させられる場合には、該ＤＣ軸力は、該ロッドセットの該入口端の方向に該イオンを押進するように向けられ、
該イオンが、該第２の極性を有し、該第２の軸に沿って該中央の長手軸から変位させられる場合には、該ＤＣ軸力は、該ロッドセットの該出口端の方向に該イオンを押進するように向けられる、請求項１０に記載の質量分光計システム。
【請求項１２】
前記電圧供給モジュールは、
前記複数のロッドにＲＦ電位を供給するＲＦ電圧源と、
第１のＤＣ電圧の分布型を前記第１のロッドの組に、第２のＤＣ電圧の分布型を前記第２のロッドの組に提供することによって、分解ＤＣ成分電界を提供する可変ＤＣ電圧源であって、該第１のＤＣ電圧の分布型および該第２のＤＣ電圧の分布型は、極性において反対である、可変ＤＣ電圧源と、
該第１のロッドの組および該第２のロッドの組のうちの選択された一組に二極性の補助信号を選択的に提供する、二極性の補助信号源と
を備えている、請求項１１に記載の質量分光計システム。
【請求項１３】
前記電圧供給モジュールは、
（ｉ）前記複数のロッドへの前記ＲＦ電圧源と（ｉｉ）前記第１のロッドの組と前記第２のロッドの組とのうちの選択された一組への前記二極性の補助信号源とを接続するＲＦパスと、
該複数のロッドに前記可変ＤＣ電圧源を接続するＤＣパスと
をさらに備えている、請求項１２に記載の質力分光計システム。
【請求項１４】
前記複数のロッドの各ロッドは、導電性のコアと該導電性のコアを囲繞する絶縁層と該絶縁層によって該導電性のコアから分離された、露出した抵抗性要素とを備えており、該露出した抵抗性の要素は、該導電性のコアよりも実質的に高い抵抗を有し、
前記ＲＦパスは、該導電性のコアと接続されており、
前記ＤＣパスは、該露出した抵抗性の要素と接続されており、その結果として、分解ＤＣ成分電界の大きさは、該露出した抵抗性要素の長さに沿って変化し、前記イオンに作用する前記ＤＣ軸力を提供する、請求項１３に記載の質量分光計システム。
【請求項１５】
前記ロッドセットの前記複数のロッドにおける各ロッドは、複数のセグメントを備えており、
前記ＲＦパスおよび前記ＤＣパスは、該複数のセグメントにおける各セグメントと接続されており、該ＤＣパスは、複数の抵抗器を備えることによって、前記第１のロッドの組に前記第１のＤＣ電圧源の分布型を、前記第２のロッドの組に前記第２のＤＣ電圧源の分布型を提供する、請求項１３に記載の質量分光計システム。
【請求項１６】
前記複数のロッドにおける各ロッドについて、およびそのロッドに対する前記複数のセグメントにおける各セグメントについて、該セグメントへの前記ＤＣパスの接続は、前記複数の抵抗器における関連した抵抗器によって、隣接したセグメントへの該ＤＣパスの少なくとも一つの接続から分離されている、請求項１５に記載の質量分光計。
【請求項１７】
前記複数のロッドにおける各ロッドは、前記複数のセグメントに加えて、少なくとも一つの追加のセグメントを備えており、
前記ＤＣパスおよび前記ＲＦパスは、該追加のセグメントと接続されており、
該ＤＣパスは、該追加のセグメントと該複数のセグメントにおける隣接したセグメントとの間に低抵抗の接続部を備えることによって、前記分解ＤＣ成分電界は、該追加のセグメントに渡って実質的に一定なままである、請求項１６に記載の質量分光計。
【請求項１８】
前記少なくとも一つの追加のセグメントは、前記ロッドセットの前記入口端と前記出口端とのうちの一つに位置する、請求項１７に記載の質量分光計。
【請求項１９】
前記分解ＤＣ成分電界は、前記入口端から前記出口端に、ロッドセットの長さに沿って適用される、請求項１０に記載の質量分光計。
【請求項２０】
前記分解ＤＣ成分電界は、前記入口端から間隔をおいた開始地点から、前記出口端から間隔をおいた終了地点に適用され、該開始地点は、該入口端と該終了地点との間に位置する、請求項１０に記載の質量分光計。
【請求項１】
細長いロッドセットを有する質量分光計を動作する方法であって、該ロッドセットは入口端と出口端と複数のロッドと中央の長手軸とを有し、該方法は、
ａ）該ロッドセットの該入口端にイオンを入れることと、
ｂ）複数のロッドの間にＲＦ電界を生成することによって、ロッドセットにおけるイオンを半径方向に制限することであって、該ＲＦ電界は、分解ＤＣ成分電界を有する、制限することと、
ｃ）該ロッドセットの長さの少なくとも一部分に沿って分解ＤＣ成分電界を変化させることによって、該イオンに作用するＤＣ軸力を提供することと
を包含する、方法。
【請求項２】
ＲＦ電界のＲＦ振幅は、前記ロッドセットの前記長さに沿って実質的に一定である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ｄ）前記イオンに対する第１の質量範囲を選択することと、
ｅ）前記中央の長手軸から第１の群のイオンを第１の選択された半径方向に変位させることによって、該第１の群のイオンに作用するＤＣ軸力を増加させることによって、該第１の質量範囲内の第１の群のイオンを、前記ロッドセットの前記出口端に向かって、移動させることと、
ｆ）前記ロッドセット内にあり、前記出口端から間隔をあけられた第２の群のイオンを制限することであって、該第２の群のイオンは、第２の質量の範囲内であり、該第１の質量の範囲と共通の要素を有さない、ことと
を更に包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ステップｅ）は、二極性の補助信号を前記ロッドセット内のロッドの組に適用することを包含し、該ロッドセットは、前記イオンと同一の極性を有し、ＲＦ電界のＲＦ振幅を選択することによって前記第１の群のイオンを、該二極性の補助信号と共振させ、該ロッドの組に向かう前記第１の選択された半径方向に該第１の群のイオンを移動させる、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ｇ）前記第１の群のイオンを補助的に射出することと、
ｈ）前記ＲＦ電界の前記ＲＦ振幅を変更することによって、前記第２の群のイオンを二極性の補助信号と共振させ、前記中央の長手軸から前記第２の群のイオンを前記第１の選択された半径方向に変位させ、前記第２の群のイオンに作用するＤＣ軸力を増加することによって該第２の群のイオンを前記ロッドセットの前記出口端の方向に移動させることと
をさらに包含する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ステップｃ）は、最大のＤＣ電位から最小のＤＣ電位への単調減少であるように分解ＤＣ成分電界の大きさを変化させることを包含する、請求項１に記載の質量分光計の操作の方法。
【請求項７】
前記ステップｃ）は、最大のＤＣ電位から最小のＤＣ電位に線形に分解ＤＣ成分極性の大きさを変化させ、その結果として前記ＤＣ軸力は、分解ＤＣ成分電界内において、長手軸からのあらゆる固定の半径方向の位置において一定であることを包含する、請求項１に記載の質量分光計の操作の方法。
【請求項８】
ｄ）二極性の補助信号を前記イオンと同一の極性を有する前記ロッドセットにおけるロッドの組に適用することと、
ｅ）前記ＲＦ電界の前記ＲＦ振幅を一連に変化させることによって、異なる質量のイオンを該二極性の補助信号と共振させることと
をさらに包含する、請求項１に記載の質量分光計の操作の方法。
【請求項９】
前記ステップ（ｂ）は、前記複数のロッド内の一組のロッドの間に、不均等に分解ＤＣ成分電界を配分することを包含する、請求項１に記載の質量分光計の操作の方法。
【請求項１０】
質量分光計システムであって、
ａ）イオン源と、
ｂ）ロッドセットであって、該ロッドセットは、長手軸に沿って延びる複数のロッドと、該イオン源からイオンを入れる入口端と、該ロッドセットの長手軸を横断する、イオンを射出する出口端とを有する、ロッドセットと、
ｃ）該ロッドセットの該複数のロッドの間にＲＦ電界を生成する電圧供給モジュールであって、該ＲＦ電界は分解ＤＣ成分電界を有する、電圧供給モジュールと
を備えており、
該電圧供給モジュールは、該ロッドセットと結合することによって、該ロッドセットの長さの少なくとも一部に沿って分解ＤＣ成分電界を変化させ、前記イオンに作用する前記ＤＣ軸力を提供する、質量分光システム。
【請求項１１】
前記ロッドセットは、第１の極性を有する第１のロッドの組と該第１の極性とは反対の第２の極性を有する第２のロッドの組とを備えており、該第１のロッドの組は、第１の軸に沿って前記中央の長手軸から間隔をあけられ、該第２のロッドの組は、該第１の軸と直交する第２の軸に沿って該長手軸から間隔をおかれ、
前記ＤＣ軸力の大きさは、該第１の軸および該第２の軸のうちのいずれかに沿って該中央の長手軸からの前記イオンの変位に伴って増加し、
該イオンが、該第１の極性を有し、該第１の軸に沿って該中央の長手軸から変位させられる場合には、該ＤＣ軸力は、該ロッドセットの該出口端の方向に該イオンを押進するように向けられ、
該イオンが、該第１の極性を有し、該第２の軸に沿って該中央の長手軸から変位させられる場合には、該ＤＣ軸力は、該ロッドセットの該入口端の方向に該イオンを押進するように向けられ、
該イオンが、該第２の極性を有し、該第１の軸に沿って該中央の長手軸から変位させられる場合には、該ＤＣ軸力は、該ロッドセットの該入口端の方向に該イオンを押進するように向けられ、
該イオンが、該第２の極性を有し、該第２の軸に沿って該中央の長手軸から変位させられる場合には、該ＤＣ軸力は、該ロッドセットの該出口端の方向に該イオンを押進するように向けられる、請求項１０に記載の質量分光計システム。
【請求項１２】
前記電圧供給モジュールは、
前記複数のロッドにＲＦ電位を供給するＲＦ電圧源と、
第１のＤＣ電圧の分布型を前記第１のロッドの組に、第２のＤＣ電圧の分布型を前記第２のロッドの組に提供することによって、分解ＤＣ成分電界を提供する可変ＤＣ電圧源であって、該第１のＤＣ電圧の分布型および該第２のＤＣ電圧の分布型は、極性において反対である、可変ＤＣ電圧源と、
該第１のロッドの組および該第２のロッドの組のうちの選択された一組に二極性の補助信号を選択的に提供する、二極性の補助信号源と
を備えている、請求項１１に記載の質量分光計システム。
【請求項１３】
前記電圧供給モジュールは、
（ｉ）前記複数のロッドへの前記ＲＦ電圧源と（ｉｉ）前記第１のロッドの組と前記第２のロッドの組とのうちの選択された一組への前記二極性の補助信号源とを接続するＲＦパスと、
該複数のロッドに前記可変ＤＣ電圧源を接続するＤＣパスと
をさらに備えている、請求項１２に記載の質力分光計システム。
【請求項１４】
前記複数のロッドの各ロッドは、導電性のコアと該導電性のコアを囲繞する絶縁層と該絶縁層によって該導電性のコアから分離された、露出した抵抗性要素とを備えており、該露出した抵抗性の要素は、該導電性のコアよりも実質的に高い抵抗を有し、
前記ＲＦパスは、該導電性のコアと接続されており、
前記ＤＣパスは、該露出した抵抗性の要素と接続されており、その結果として、分解ＤＣ成分電界の大きさは、該露出した抵抗性要素の長さに沿って変化し、前記イオンに作用する前記ＤＣ軸力を提供する、請求項１３に記載の質量分光計システム。
【請求項１５】
前記ロッドセットの前記複数のロッドにおける各ロッドは、複数のセグメントを備えており、
前記ＲＦパスおよび前記ＤＣパスは、該複数のセグメントにおける各セグメントと接続されており、該ＤＣパスは、複数の抵抗器を備えることによって、前記第１のロッドの組に前記第１のＤＣ電圧源の分布型を、前記第２のロッドの組に前記第２のＤＣ電圧源の分布型を提供する、請求項１３に記載の質量分光計システム。
【請求項１６】
前記複数のロッドにおける各ロッドについて、およびそのロッドに対する前記複数のセグメントにおける各セグメントについて、該セグメントへの前記ＤＣパスの接続は、前記複数の抵抗器における関連した抵抗器によって、隣接したセグメントへの該ＤＣパスの少なくとも一つの接続から分離されている、請求項１５に記載の質量分光計。
【請求項１７】
前記複数のロッドにおける各ロッドは、前記複数のセグメントに加えて、少なくとも一つの追加のセグメントを備えており、
前記ＤＣパスおよび前記ＲＦパスは、該追加のセグメントと接続されており、
該ＤＣパスは、該追加のセグメントと該複数のセグメントにおける隣接したセグメントとの間に低抵抗の接続部を備えることによって、前記分解ＤＣ成分電界は、該追加のセグメントに渡って実質的に一定なままである、請求項１６に記載の質量分光計。
【請求項１８】
前記少なくとも一つの追加のセグメントは、前記ロッドセットの前記入口端と前記出口端とのうちの一つに位置する、請求項１７に記載の質量分光計。
【請求項１９】
前記分解ＤＣ成分電界は、前記入口端から前記出口端に、ロッドセットの長さに沿って適用される、請求項１０に記載の質量分光計。
【請求項２０】
前記分解ＤＣ成分電界は、前記入口端から間隔をおいた開始地点から、前記出口端から間隔をおいた終了地点に適用され、該開始地点は、該入口端と該終了地点との間に位置する、請求項１０に記載の質量分光計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２００８−５４１３８７（Ｐ２００８−５４１３８７Ａ）
【公表日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５１１５１９（Ｐ２００８−５１１５１９）
【出願日】平成１８年５月１７日（２００６．５．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２００６／０００８０２
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１２２４１２
【国際公開日】平成１８年１１月２３日（２００６．１１．２３）
【出願人】（５０７３０６４４７）エムディーエス インコーポレイテッド， ドゥーイング ビジネス アズ エムディーエス サイエックス (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１７日（２００６．５．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２００６／０００８０２
【国際公開番号】ＷＯ２００６／１２２４１２
【国際公開日】平成１８年１１月２３日（２００６．１１．２３）
【出願人】（５０７３０６４４７）エムディーエス インコーポレイテッド， ドゥーイング ビジネス アズ エムディーエス サイエックス (1)
【Ｆターム（参考）】
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