多重極イオン輸送装置および関連方法
【課題】ｍ／ｚ比が広範囲であるイオンに最適化されたイオン移送条件を提供するために構成されたイオン輸送機器が必要とされている。
【解決手段】イオン輸送装置は、イオン入口端部と、イオン出口端部と、イオン入口端部からイオン出口端部まで長手方向軸に沿って配置された電極とを備えている。各電極は、長手方向軸に沿って変化するＲＦ電界を印加するように構成され、ＲＦ電界は、イオン入口端部では２ｎ１重極の主要な第１多重極成分を備えた第１ＲＦ電界を有し、ここで、ｎ１≧３／２であり、また、イオン出口端部では主として２ｎ２重極の第２多重極成分を備えた第２ＲＦ電界を有し、ここで、ｎ２≧３／２およびｎ２＜ｎ１である。
【解決手段】イオン輸送装置は、イオン入口端部と、イオン出口端部と、イオン入口端部からイオン出口端部まで長手方向軸に沿って配置された電極とを備えている。各電極は、長手方向軸に沿って変化するＲＦ電界を印加するように構成され、ＲＦ電界は、イオン入口端部では２ｎ１重極の主要な第１多重極成分を備えた第１ＲＦ電界を有し、ここで、ｎ１≧３／２であり、また、イオン出口端部では主として２ｎ２重極の第２多重極成分を備えた第２ＲＦ電界を有し、ここで、ｎ２≧３／２およびｎ２＜ｎ１である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、イオンの案内、例えば、質量分析などの分析化学分野において用途のあるものに関する。より詳しくは、本発明は、収束イオンビームのイオンの案内に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００９年６月５日に出願された米国特許出願第１２／４７９，６１４号の優先権を主張するものである。
種々のタイプのイオン処理装置、一例として質量分析計（ＭＳ）においてイオンを移送するためにイオンガイド（またはイオン輸送装置）を用いてもよい。当業者には種々のタイプの質量分析計の理論、設計、および動作は公知であるため、本開示において詳述する必要はない。一般的に使用されるイオンガイドは、２対以上の電極が意図したイオン経路の方向に伸長し、イオンが移動する内部空間を取り囲む多極構造に基づくものである。通常、この電極構造は、ＲＦ専用電極構造であり、イオンガイドを通過するイオンは、この電極構造を貫通する軸方向経路に沿ってイオンを集束させる２次元高周波（ＲＦ）トラップ電界に曝される。かかるイオンの経路は、電極構造の軸に対して直交する横断面の径方向に振動できるが、このような振動は、当該横断面に印加されているＲＦ電界によって付与される力によって制限される。その結果、イオンは、電極構造の軸（通常、幾何学的中心軸）を中心にしたイオンビームに閉じ込められる。ＲＦ電界が無ければ、イオンは不安定な制御されない状態で広く分散してしまう。イオンガイドのイオン出口から後続の装置へ実際に移送されるイオンはほとんどなく、たいていのイオンはイオン出口に到達せずに、イオンガイドロッドに衝突するか電極構造から漏れてしまう。したがって、イオンガイドにおいて、イオンガイドの軸方向端部でイオン出口を通過して効率良く移送されるようにするために、イオンはその飛行中、イオンビームに閉じ込められるように最少量のＲＦ復元力を受ける必要がある。
【０００３】
従来のイオンガイドにおいて、印加されたＲＦ電界は、端部効果および他の局所的な不連続性を無視すると、一般に、イオン入口からイオン出口まで軸方向に沿って均一である。その結果、少なくとも、イオンビームの断面積（大略的に、イオンの径方向偏位（振幅）が２次元平面内に限定される包路（エンベロープ）を指す）が軸に沿って均一であるという意味において、イオンビームは大略的に円筒状である。イオンビームの断面の大きさは通常、印加されているＲＦ電界の性質に依存する。例として、四重極ＲＦ電界を発生させるためには４つの平行な電極群が利用され、六重極ＲＦ電界を発生させるためには６つの平行な電極群が利用されるなどが挙げられる。四重極電界では、軸を中心により強力にイオンが集束されるため、六重極電界に比べてイオンビームの断面は小さい。このような従来の場合は全て、ＲＦ電界は均一であり、故にイオンビームの断面は均一である。しかし、所定の質量電荷比（ｍ／ｚ）または所定の範囲のｍ／ｚ比のイオンを最適な方法でイオンガイドに入れることができる条件は、イオンを最適な方法でイオンガイドから放出できる条件とは必ずしも同じではない。それゆえ、一様なイオンビームの寸法は、イオン入口およびイオン出口の両方にとってまたはイオン入口もしくはイオン出口のいずれか一方のみにとってさえも最適でないことが多く、イオン信号および機器の感度が最適値より低い状態を招く。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｇｕｏ−Ｚｈｏｎｇ Ｌｉ ａｎｄ Ｊｏｓｅｐｈ Ａ． Ｊａｒｒｅｌｌ， Ｐｒｏｃ． ４６ｔｈ ＡＳＭＳ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ Ａｌｌｉｅｄ Ｔｏｐｉｃｓ， Ｏｒｌａｎｄｏ， Ｆｌｏｒｉｄａ， １９９８， ｐ ４９１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、ｍ／ｚ比が広範囲であるイオンに最適化されたイオン移送条件を提供するために構成されたイオン輸送機器が必要とされている。
上記問題および／または当業者が観察する可能性のある他の問題に全面的または部分的に対処するため、本開示は以下の実施態様において例として説明する方法、プロセス、システム、装置、器具、および／または機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ある実施態様によれば、イオン輸送（移送）装置は、イオン入口端部と、長手方向軸に沿って前記イオン入口端部から距離を置いて配置されたイオン出口端部と、前記イオン入口端部から前記イオン出口端部に向かって前記長手方向軸に沿って延びるイオン入口部と、前記イオン出口端部から前記イオン入口端部に向かって前記長手方向軸に沿って延びるイオン出口部と、複数の電極とを備えている。各電極は前記長手方向軸に沿って配置され、前記電極の少なくとも一部が前記長手方向軸に直交する横断面において径方向に距離を置いて配置されている。前記複数の電極は、前記イオン入口部の内部空間を囲む複数の第１電極と、前記イオン出口部の内部空間を囲む複数の第２電極とを備えている。前記複数の電極は、前記長手方向軸に沿って変化するＲＦ電界を印加するように構成され、前記ＲＦ電界は、前記イオン入口端部では２ｎ１重極の主要な第１多重極成分を備えている第１ＲＦ電界を有し、ここで、ｎ１＞３／２であり、また、前記イオン出口端部では主として２ｎ２重極の第２多重極成分を備えた第２ＲＦ電界を有し、ここで、ｎ２≧３／２かつｎ２＜ｎ１である。
【０００７】
別の実施態様によれば、電極の少なくともいくつかは、前記長手方向軸に直交する横断面に断面積を有し、前記断面積は、前記イオン入口端部と、少なくともいくつかの電極の反対側の軸方向端部とで異なる。
別の実施態様によれば、イオンを輸送するための方法が提供される。上記イオンは、軸方向イオン入口端部でイオン輸送装置の内部空間へ入れられる。上記イオン輸送装置は、軸方向イオン入口端部から軸方向イオン出口端部に向かって長手方向軸に沿って配置された複数の電極を備え、上記複数の電極は、長手方向軸に直交する横断面において内部空間を取り囲んでいる。横断面でのイオンの径方向への動きは、イオン入口端部の大きなイオンビーム断面からイオン出口端部の小さなイオンビーム断面まで制約されて長手方向軸に沿って延びる収束イオンビームが得られる。この収束イオンビームは、長手方向軸に沿って変化するＲＦ電界を印加することによって生じ、ＲＦ電界はイオン入口端部に２ｎ１重極の主要な第１多重極成分を備え、ここで、ｎ１≧３／２であり、また、ＲＦ電界はイオン出口端部に主として２ｎ２重極の第２多重極成分を備え、ここで、ｎ２≧３／２かつｎ２＜ｎ１である。
【０００８】
本発明の他の機器、装置、システム、方法、特徴、および利点は、以下の図面および詳細な説明を精査することにより当業者に明らかとなろう。これら付加的なシステム、方法、特徴、および利点は全て当該説明および本発明の範囲に含まれ、また添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。
本発明を、以下の図面を参照することによってよりよく理解することができる。図中の構成部材は必ずしもその一定の比率の縮尺で描かれておらず、むしろ本発明の原則を説明することに重点が置かれている。図中、同じ参照符号は異なる全図を通じて対応する部材を示している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の、ある実施態様によるイオン輸送装置の一例の簡略化した斜視図である。
【図２】本開示の他の実施態様によるイオン輸送装置の別の例の（長手方向）側面図である。
【図３】イオン入口端部におけるイオン輸送装置の電極群の模式端面図である。
【図４】イオン輸送装置の、反対側のイオン出口端部における、図３に示したものと同じ電極群の模式端面図である。
【図５】他の実施態様によるイオン輸送装置の一例の（長手方向）側断面図である。
【図６】他の実施態様による別のイオン輸送装置の一例の（長手方向）側断面図である。
【図７】四重極、六重極、および八重極ＲＦ電界の擬電位を示すプロット群である。
【図８】四重極、六重極、および八重極ＲＦ電界におけるイオン分布を示すプロット群である。
【図９】他の実施態様によるイオン輸送装置の一例の斜視図である。
【図１０Ａ】入口部における電極群の模式断面図である。
【図１０Ｂ】中間部における電極群の模式断面図である。
【図１０Ｃ】出口部における電極群の模式断面図である。
【図１１】他の実施態様によるイオン輸送装置の一例の斜視図である。
【図１２Ａ】入口部における電極群の模式断面図である。
【図１２Ｂ】出口部における電極群の模式断面図である。
【図１３】他の実施態様によるイオン輸送装置の一例の（長手方向）側面図である。
【図１４】他の実施態様によるイオン輸送装置の一例の（長手方向）側面図である。
【図１５Ａ】図１４に示すイオン輸送装置の入口部における電極群の模式断面図である。
【図１５Ｂ】図１４に示すイオン輸送装置の中間部における電極群の模式断面図である。
【図１５Ｃ】図１４に示すイオン輸送装置の出口部における電極群の模式断面図である。
【図１６】他の実施態様によるイオン輸送装置の一例の（長手方向）側面図である。
【図１７】他の実施態様によるイオン輸送装置の一例の斜視図である。
【図１８】他の実施態様によるイオン輸送装置の一例の斜視図である。
【図１９】他の実施態様によるイオン輸送装置の一例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ここに開示された内容は一般に、イオンの移送および関連するイオン処理に関する。方法と、関連する機器、装置、および／またはシステムとの実施態様例については図１ないし図１９を参照して以下に詳細に述べる。これらの実施例は少なくとも一部が質量分析（ＭＳ）と関連して説明されるが、イオンの移送を伴ういかなるプロセスも本開示の範囲に含まれる。
【００１１】
図１は、本開示の、ある実施態様によるイオン輸送装置（機器、組立品など）１００の一例の簡略化された斜視図である。このイオン輸送装置１００は、長手方向軸１２０を中心に配置された複数の電極１０４、１０８、１１２、１１６を備えている。この長手方向軸１２０をＺ軸と呼ぶ場合がある。電極１０４、１０８、１１２、１１６は、イオンガイド１００内の内部空間を囲むように配置され、この内部空間も長手方向軸１２０に沿って細長く伸ばされている。少なくとも各電極１０４、１０８、１１２、１１６の一部は、長手方向軸１２０に直交する横断面またはｘ−ｙ面において長手方向軸１２０から径方向に距離を置いて配置されている。したがって、電極１０４、１０８、１１２、１１６および内部空間は、横断面および長手方向軸１２０に沿った軸方向範囲にそれぞれの断面積を有する。内部空間の断面積は、内部空間内側に面する電極１０４、１０８、１１２、１１６の表面によって大略的に境界づけられている。電極１０４、１０８、１１２、１１６の対向した軸方向両端部はそれぞれ、イオン輸送装置１００の軸方向イオン入口端部１２４および軸方向イオン出口端部１２８を取り囲んでいる。イオンガイド１００は一般に、ハウジングまたはフレーム（図示せず）もしくは長手方向軸１２０に沿って固定配置された電極１０４、１０８、１１２、１１６を支持するのに適した他の任意の構造を含んでいてもよい。想定されるイオン処理システムのタイプによって、このハウジングは真空、低圧、または周囲圧力未満の環境を提供してもよい。当業者が理解するように、電極１０４、１０８、１１２、１１６に対してＲＦ電圧を適当に印加すると、電極１０４、１０８、１１２、１１６は２次元（本実施例ではｘ−ｙ面）多重極ＲＦ復元電界を発生し、図３を参照しながら以下にさらに記載するように、かかる電界は一般に、長手方向軸１２０に沿う経路またはイオンビームに沿ってイオンを集束する。かかるイオンは、動きが、長手方向軸１２０近傍の横断面に制約されるため、イオンビームをイオン入口端部１２４からイオン出口端部１２８まで長手方向軸１２０に沿って集束されるイオン雲またはイオン占有輸送領域であると考えてもよい。
【００１２】
イオン輸送装置１００は、イオン入口端部１２４の前に１つ以上の軸方向距離を隔てて配置された１つ以上のイオン入口レンズ１３２と、イオン出口端部１２８の後ろに１つ以上の軸方向距離を隔てて配置された１つ以上のイオン出口レンズ１３６とをさらに備えている。これらのイオン入口レンズ１３２およびイオン出口レンズ１３６は、それぞれ開口部を有するプレート、ディスク、円筒、またはグリッドといった任意の好適な構造であってもよい。また、イオン輸送装置１００は、イオンエネルギーを軸方向に制御するために利用される、１つ以上の電界を発生させるための装置または手段を備えていてもよい。これらの装置または手段を１つ以上のＤＣ電圧源または信号発生器として具体化してもよい。これにより、図示された例において、ＤＣ電圧源１４８、１５２、１５６はそれぞれ、イオン入口レンズ１３２と、電極１０４、１０８、１１２、１１６と、イオン出口レンズ１３６と電気的に接続して配置され、イオン入口レンズ１３２と電極１０４、１０８、１１２、１１６との間の軸方向隙間を横切るように、また、電極１０４、１０８、１１２、１１６とイオン出口レンズ１３６との間の軸方向隙間を横切るようにＤＣ電位を発生させてもよい。このように、イオンがイオン入口端部１２４を通ってイオン輸送装置１００内へ、また、イオン出口端部１２８を通ってイオン輸送装置１００外へ誘導および推進されてもよい。ＤＣ電圧源１４８、１５２、１５６は図１に模式的に表され、種々の異なるタイプの物理的回路または装置によって実際に実行されてもよいことが理解されよう。一代案として、長手方向軸１２０に沿って配置された１つ以上の他の導電性構造（例えば、抵抗トレース、ワイヤーなど）といった外部の軸方向ＤＣ電界発生装置または装置類（図示せず）を具体化してもよい。
【００１３】
様々な実施態様において、イオン輸送装置１００は複数のイオン輸送部を含んでいてもよい。各イオン輸送部は、電極１０４、１０８、１１２、１１６の構成またはその部内で印加される多重極ＲＦ電界の構成によって他の部と区別してもよい。また、イオン輸送装置１００は、イオン入口端部１２４からイオン出口端部１２８に向かって延びるイオン入口部（または第１イオン輸送部）１６０と、イオン出口端部１２８からイオン入口端部１２４に向かって延びるイオン出口部（または第２イオン輸送部）１６４とを備えていてもよい。いくつかの実施態様においては、イオン輸送装置１００は、イオン入口部１６０とイオン出口部１６４との間に介在された１つ以上の中間部（または第３イオン輸送部、第４イオン輸送部など）１６８をさらに備えていてもよい。図１では、イオン入口部１６０、イオン出口部１６４、および中間部１６８は、破線によって模式的に境界を画定されている。これらイオン輸送部１６０、１６４、１６８の互いに対するそれぞれの軸方向長さは限定されない。電極１０４、１０８、１１２、１１６の一部または全ては、各部１６０、１６４、１６８を通って延びていてもよい。
【００１４】
特に図１に示す実施例において、電極１０４、１０８、１１２、１１６は、一組のストレートロッドの形態で提供されている。この場合、電極１０４、１０８、１１２、１１６は大略的に、互いに平行かつ長手方向軸１２０に対して平行であってもよく、長手方向軸１２０を中心に互いに周方向に沿って間隔をあけていてもよく、長手方向軸１２０に沿って細長く伸ばされていてもよい。他の実施態様において、以下に記載の実施例では、電極１０４、１０８、１１２、１１６は、直線で囲まれた、正方形、または他の多角形の断面を有していてもよく、長手方向軸１２０を中心に巻かれた螺旋形状で提供されてもよく、または長手方向軸１２０に沿って軸方向に間隔をあけた一連のリング形状でまたはリングを積み重ねて提供されてもよい。さらに、電極１０４、１０８、１１２、１１６が、内部空間に２次元ＲＦ電界を発生させて本明細書に開示の方法でイオンビームを制御するように構成されていれば、一般に、電極１０４、１０８、１１２、１１６の数は限定されない。いくつかの実施態様においては、上記電極群は電極の四重極構成に対応した少なくとも２組の対向電極対を含んでいる。このように、図１において、長手方向軸１２０に対して、１個の電極１０４は、（例えば、Ｙ軸に沿って）別の電極１０８に対して径方向に対向して位置し、別の電極１１２は、（例えば、Ｘ軸に沿って）さらに別の電極１１６に対して径方向に対向して位置する。他の実施態様において、例えば、六重極、八重極、十重極、および十ニ重極の構成、さらに１２個以上の電極を含む構成において、４個以上の電極を設けてもよい。さらに他の実施態様において、螺旋状の電極の場合のように、２個の電極だけを利用してもよい。
【００１５】
図２は、本開示の他の実施態様によるイオン輸送装置２００の別の例の（長手方向）側面図である。分かり易くするため、径方向に対向する電極対の一部分の構成のみを図示する。このイオン輸送装置２００は、長手方向軸２２０に沿って配置された一連の多重極イオン輸送機器を備える、または分割された電極構成を有すると考えてもよい。また、イオン輸送装置２００は、イオン入口部２６０に対応した第１電極群２０６、およびイオン出口部２６４に対応した第２電極群２１０を含んでいる。さらに、イオン輸送装置２００は、１つ以上の中間部２６８に対応した１つ以上の他の電極群２１４を含んでいる。第１電極群２０６に囲まれた内部空間を、イオン入口領域（または第１イオン輸送領域）と呼ぶ場合があり、第２電極群２１０に囲まれた内部空間を、イオン出口領域（または第２イオン輸送領域）と呼ぶ場合があり、第３電極群２１４に囲まれた内部空間を、中間領域（または第３イオン輸送領域）と呼ぶ場合がある。本実施例において、電極群２０６、２１４、２１０は、軸方向の隙間によって隔てられている。また、１つ以上のイオン入口レンズ２３２およびイオン出口レンズ２３６も含まれていてよい。図２に模式的に示すように、ＤＣ電圧源２４８、２５０、２５２、２５４、２５６はそれぞれ、イオン入口レンズ２３２と、電極群２０６、２１４、２１０と、イオン出口レンズ２３６と電気的に接続して配置され、イオン輸送装置２００内へ、イオン輸送装置２００を通って、また、イオン輸送装置２００外へとイオンを駆動してもよい。
【００１６】
図３は、イオン入口端部におけるイオン輸送装置３００の電極群の、横断面またはｘ−ｙ面の模式端面図である。この電極群は、図１に示す電極群または図２に示す第１電極群２０６に対応していてもよい。この例では、電極群は、第１対向電極対３０４、３０８および第２対向電極対３１２、３１６を含んでいる。通常、一方の対向電極対３０４および３０８が互いに電気的に相互接続され、また他方の対向電極対３１２および３１６が互いに電気的に相互接続されて、２次元イオン誘導電界を駆動する適切なＲＦ電圧信号の印加を容易にする。各電極３０４、３０８、３１２、および３１６はそれぞれ、通常、長手方向Ｚ軸３２０から他の電極３０４、３０８、３１２、および３１６と同じ径方向距離ｒ０だけ間隔をあけている。これにより、イオン輸送装置３００の内部空間は、内接円の半径がｒ０である円によって横断面に大略的に境界づけられる。イオン輸送装置３００の内部空間と、イオンの２次元（径方向）偏位運動が印加されたＲＦ集束電界によって制約されるイオン誘導領域とは通常、この内接円内に画成される。
【００１７】
イオン輸送装置３００は、以下に詳述するように、イオンを制約して収束イオンビームにするために、１つ以上の対応するイオン輸送領域で１つ以上の２次元ＲＦ電界を発生させるための装置または手段を備えている。これらの装置または手段を１つ以上のＲＦ（またはＲＦ／ＤＣ）電圧源または信号発生器として実現してもよい。これにより、図示された例において、イオン集束または誘導電界を発生させるには、一般形がＶＲＦ ｃｏｓ（ωｔ）の高周波（ＲＦ）電圧を互いに接続された対向電極対３０４、３０８および３１２、３１６に印加する。一方の対向電極対３０４、３０８に印加される信号は、他方の対向電極対に印加される信号３１２、３１６と１８０度位相がずれている。図３では、ＲＦエネルギーの印加を、第１対向電極対３０４、３０８と信号によって交信するＲＦ電圧源（＋ＶＲＦ）３６２と、第２対向電極対３１２、３１６と信号によって交信する別のＲＦ電圧源（ＶＲＦ）３６６とによって模式的に示す。図２に示すような分割されたイオン輸送装置では、各部の電極対はそれぞれ互いに接続されてもよく、同様の方法で各電極対にＲＦ電圧を印加してもよい。イオン輸送装置３００が質量フィルターまたは質量ソーターとして機能することが望ましい実施態様において、印加しているＲＦ電圧（±ＶＲＦ）に適切なＤＣ電圧（±Ｕ）が重ね合わされてもよい。このようなＤＣ電圧は、軸方向ＤＣ電界を生成するために利用される前記軸方向ＤＣ電位と混同すべきではない。イオンの集束、誘導またはトラッピング、ならびに質量フィルタリング、イオンフラグメンテーション、イオン放出、イオン分離および他の関連する処理用の多重極ＲＦ電界発生に関する基本理論と応用とについては公知であるため、ここで詳述する必要はない。
【００１８】
図１ないし図３に挙げた例では、電極群は、平行で、電気的に接続され対向した対になって配置された４個の電極からなっている。この電極群に２次元ＲＦ閉じ込め電界を従来通り印加すると、その結果、純粋な対称四重極ＲＦ電界となり、この電界の電極数が２ｎで、ｎ＝２である。本明細書において、「純粋な」または「主な」四重極ＲＦ電界とは、優勢な（または著しい）高次の多重極ＲＦ電界が（意図的にまたは意図せずに）この四重極電界と組み合わさって存在していないことを意味すると解される。高次のＲＦ電界として、例えば、六重極電界（ｎ＝３）、八重極電界（ｎ＝４）、十重極電界（ｎ＝５）、および十ニ重極電界（ｎ＝６）が挙げられるが、これらに限定されない。同じ空間に印加される低次の多重極ＲＦ電界によって生じるイオンビーム断面に比べて、より大きなイオンビーム断面を所定の空間内に維持できれば、一般に、高次の多重極ＲＦ電界の電界強度は「主要なものである」。
【００１９】
また、本明細書において、「主要な」高次の多重極ＲＦ電界は、イオン輸送装置の特定のイオン輸送領域で印加されている低次（例えば、四重極）の電界上にその電界強度の実質的な部分を重ね合せるという特徴を有していてもよい。例えば、所定のイオン輸送領域に複合ＲＦ電界が存在していて、四重極電界成分と１つ以上の高次の多重極電界成分とが組み合わさっているという特徴を有すると考えてみよう。高次の多重極電界成分（群）が主要であれば、高次の多重極ＲＦ電界（または、複数のタイプの高次多重極電界を重ね合わせる場合の複数の電界）の強度は、印加されている四重極電界の強度の１０％以上であってもよい。したがって、純粋なまたは主な四重極ＲＦ電界において、任意の高次の多重極電界が存在すれば、これら高次の多重極電界全体の強度は四重極電界の強度の１０％未満である。
【００２０】
便宜上、本明細書で用いられるように、「純粋な」という用語は、「純粋な」（１００％の電界強度）と「優勢な」または「実質的に純粋な」（９０％以上の電界強度）との両方を包含する。また、「純粋な」という用語は、実際の実施態様において、以下の原因によって生じる電界の異常、端部効果、またはひずみによって、比較的弱い（また、時には非常に局所的な）高次の多重極電界が意図せずまたはやむを得ず存在するかもしれないことを考慮するものである。上記原因として、例えば、機械加工および組み立ての不備、電極に開口部や他の外形形状が不連続に存在すること、電極の大きさが必然的に有限であること（すなわち、実際の電極を切断し、それらの表面が完全な双曲幾何学の漸近線に向かって無限には延びず、結果的に純粋な四重極電界になる）、理想的な双曲幾何学（例えば、円筒形ロッド、直線状の棒または板など）から逸脱する表面を有する電極の使用、空間電荷効果などが挙げられる。
【００２１】
純粋な四重極電界では、イオンビームは電極の配置される長手方向軸を中心に比較的しっかりと集中されるため、ほぼ細長い円筒として形成される。さらに、従来の四重極ロッド構成においても、電極群の内部空間で有効な四重極ＲＦ電界は一般に、電極群の長さ（すなわち、イオン入口端部からイオン出口端部まで）に沿って均一である。これにより、イオンビーム（すなわち、横断面におけるイオンの偏位の限界）の断面積は一般に、イオン入口端部からイオン出口端部まで均一または一定である。すなわち、イオンビームは、円錐形または漏斗形とは異なり、断面積が一定の大略的に円筒形状を有する。さらに別の方法を述べると、イオンビームの断面積は著しく発散または収束しない。同様に、６つの平行ロッドからなる電極群に２次元ＲＦ集束電界を従来通り印加すると、その結果は六重極ＲＦ電界になる。このイオンビームも、イオン入口端部からイオン出口端部まで断面積が一定の大略的に円筒形状を有するであろう。しかし、この六重極電界におけるイオンビームの断面積は、純粋な四重極電界における断面積よりも広くなる。さらに高次のＲＦ電界に対しても同様の結果が得られる。このような従来の場合は全て、イオンビームは収束も発散もしない。
【００２２】
図３は、六重極、八重極などの高次電界におけるイオンビームの断面積３７８と比較して四重極のような低次電界におけるイオンビームの断面積３７４を模式的に表す。これらの破線円は、イオンビームのイオンが横断面において移動する包路（エンベロープ）を大略的に区別するために提供されていることは当業者によって十分に理解されよう。実際には、イオンビームの実際の断面積は、より楕円形状であってもよく、楕円の向きは、印加されているＲＦエネルギーのサイクルに従ってｘ−ｙ面において変化する。
【００２３】
長手方向軸に沿った大略的に一定の構成を有する上記の従来のＲＦ電界とは対照的に、本教示に従って、電極群および／または電極群にＲＦ電圧を印加するための手段は、ＲＦ電界が長手方向軸に沿って変化するように構成される。本明細書中に記載の種々の実施態様において、ＲＦ電界はイオン入口端部に主要な高次多重極電界成分を含むＲＦ電界からイオン出口端部に主として低次多重極電界成分を含むＲＦ電界まで変化する。本明細書において、「高次」および「低次」という用語は互いに相対的なものと解される。これにより、高次多重極電界の極数が２ｎ１で、低次多重極電界成分の極数が２ｎ２であるとすると、ｎ１＞ｎ２である。軸方向に変化するＲＦ電界の結果、イオンビームは、イオン出口端部の方向に収束し、大略的に円錐形状または漏斗形状である。このような収束は、緩勾配状（例えば、テーパ状）、階段状、または緩勾配状と階段状との両方を組み合わせたもので表されてもよい。
【００２４】
収束イオンビームは、図３と図４とを比較することによって視覚化されてもよい。この目的のために、図３は、イオン入口端部の高次多重極ＲＦ電界の影響を受けた断面積３７８のイオンビームを模式的に表していると考えてもよい。この軸方向位置では、イオンビームの断面積３７８はイオン入口開口部またはイオン受容開口部と呼ぶ場合がある。図４は、イオン輸送装置３００の反対側のイオン出口端部における、図３に示したものと同じ電極群の、横断面またはｘ−ｙ面の模式端面図である。図４は、図３と同じイオンビームを表していると考えてもよいが、ここではこのイオンビームは、この軸方向位置で低次多重極ＲＦ電界が集束により大きな影響を与えることによって、イオン出口端部でより小さな断面積３７４を有する。イオン出口端部において、イオンビームの断面積３７４はイオン出口開口部またはイオン放出開口部と呼ぶ場合がある。
【００２５】
さらに、収束イオンビームは、図５において視覚化されてもよく、図５は、その長手方向軸５２０に沿ったイオン輸送装置５００の一例の（長手方向）側断面図である。簡略化のために、１対の対向電極５０４、５０８および、これら電極５０４、５０８の間の内部空間にあるイオンビーム５７０を共に図示する。イオンビーム５７０は、比較的より大きい（またはより広い）イオン受容開口部５７８から比較的より小さい（またはより狭い）イオン放出開口部５７４までイオン移送方向に収束する。この例では、イオンビーム５７０は、イオン入口端部５２４からイオン出口端部５２８まで、また場合によっては１つ以上の別のイオン輸送部５６０、５６４、５６８を通って、緩勾配状またはテーパ状に収束する。
【００２６】
それに対して、図６は、その長手方向軸６２０に沿った別のイオン輸送装置６００の一例の（長手方向）側断面図である。この例では、イオン輸送装置６００の電極は分割されており、それによってイオン輸送装置６００は、イオン入口部６６０と、イオン出口部６６４と、場合によっては１つ以上の中間部６６８とを備え、それぞれ軸方向に間隔をあけている。また、より大きなイオン受容開口部６７８からより小さなイオン放出開口部６７４までイオン移送方向に収束するイオンビーム６７０が図示される。この例では、イオンビーム６７０は階段状に収束する。
【００２７】
電極群の構成および／またはＲＦ電界を印加するための手段によっては、他の実施態様は、図５および図６に示した上記の特徴または局面の種々の組み合わせを含んでいてもよい。これにより、例えば、図５に示す分割されていない電極群は、図６に示す、階段状の収束イオンビーム６７０を印加するかもしれない。あるいは、図６に示す分割された電極群は、図５に示す、徐々に収束しているイオンビーム５７０を印加するかもしれない。さらに、階段状のイオンビーム６７０の大きさは、各イオン輸送部６６０、６６４、６６８の長さにわたって一定または実質的に一定であるように図６に示されているが、別法として、このイオンビームはテーパ状と階段状とが混在して収束していてもよい。例えば、イオンビームの断面積は、最初のイオン入口部６６０の長さに沿って先細り、次いで、隣のイオン輸送部６６８の始端で階段状にさらに小さい面積になり、その後、この輸送部６６８の長さに沿って先細り、さらに、隣のイオン輸送部分６６４の始端でより小さい面積になってもよい。したがって、図５または図６のいずれかの電極群に印加されるＲＦ電界の構成は、所定のイオン輸送部を通って（実質的に）均一であり、隣接したイオン輸送部でのみ著しく変化してもよく、あるいは、イオン輸送装置に対して定義された２つ以上のイオン輸送部の軸方向範囲全体にわたって徐々に変化してもよい。
【００２８】
本開示による軸方向に変化するＲＦ電界は、イオン入口端部に（またはイオン入口部において）少なくとも１つの主要な高次多重極ＲＦ電界と、イオン出口端部に（またはイオン出口部において）主として低次多重極ＲＦ電界とを含むという特徴を有していてもよい。これにより、例えば、ＲＦ電界は、イオン入口端部に主要な十ニ重極電界を含んでいてもよく、イオン出口端部では主として四重極電界からなっていてもよい。本明細書中に開示される多くの実施態様に関して、印加された２次元ＲＦ電界は、２つ以上の多重極電界成分の複合体であると考えてもよい。これにより、例えば、ＲＦ電界は、イオン入口端部に四重極電界に重ね合わされた主要な十ニ重極電界を含んでいてもよく、イオン出口端部では主に四重極電界からなっていてもよい。イオン出口端部に仮に十ニ重極電界が存在する場合には、その十ニ重極電界は小さいか僅かである。他の高次多重極電界成分がイオン輸送装置の任意の所定のイオン輸送部に存在してもよいが、そのような他の電界も同様に僅かである。一般に、高次多重極電界が主要であるのは、低次多重極電界と比べて広がったイオンビーム断面を維持するのにこの電界が十分に強い場合である。上記のように、高次多重極電界強度はイオン出口端部で印加されている低次電界強度の１０％以上であると明記することによって、非限定的な例において高次多重極電界の重要性を定量化してもよい。イオン入口端部で印加される主要な高次多重極電界および中間イオン輸送部で印加される任意の主要な高次多重極電界以外に、イオン輸送装置の所定のイオン輸送部に他の高次多重極電界成分が存在してもよい。しかし、そのような電界は、僅かでもよく（すなわち、弱くてもよく）、一般に、イオンビームの意図的に変化する断面にあまり影響しないことを意味する。
【００２９】
多重極電界成分を種々組み合せることによって、軸方向に変化するＲＦ電界が収束イオンビームを生ずることを実現してもよい。幾つかの実施例として、イオン入口部は十ニ重極電界を含んでいてもよく、イオン出口部は八重極、六重極、または四重極電界を含んでいる。さらなる実施例として、イオン入口部は八重極電界を含んでいてもよく、イオン出口部は六重極または四重極電界を含んでいる。また別の実施例として、イオン入口部は六重極電界を含んでいてもよく、イオン出口部は四重極電界を含んでいる。他の実施例において、イオン入口部で重要性のある高次多重極電界は、十ニ重極より高次、すなわち、ｎ＞６でもよい。イオン輸送装置が、電極群を軸方向に分割することによってまたはその他の電極構成によって、１つ以上の中間イオン輸送部を備えるように分割される場合には、さらなる変更が可能である。幾つかの実施例として、イオン入口部は十ニ重極電界を含んでいてもよく、中間部が八重極または六重極電界を含んでいてもよく、また、イオン出口部は四重極電界を含んでいてもよい。また別の実施例として、イオン入口部は八重極電界を含んでいてもよく、中間部が六重極電界を含んでいてもよく、また、イオン出口部は四重極電界を含んでいてもよい。また別の実施例として、イオン入口部は十ニ重極電界を含んでいてもよく、中間部が八重極電界を含んでいてもよく、また、イオン出口部は六重極電界を含んでいてもよい。
【００３０】
上記の実施例において、提供される電極の数は２の倍数である。
しかし、電極群の電極数は、例えば、３、５、７などの奇数でもよい。また、上記の実施例において、上述した最低次の電界は四重極電界である。しかし、イオン出口端部で（またはイオン出口部において）印加される最低次の電界は、三重極、すなわち、２ｎ＝３極であり、ここで、ｎ＝３／２である。任意の適切に構成された電極群によって三重極電界を実現してもよい。非限定的な例において、３個の平行電極を設ける（図示せず）。各電極は長手方向軸に沿って細長く伸ばされ、長手方向軸を中心に横断面において互いに対称的に間隔をあけている。すなわち、各電極はそれぞれ１２０度隔てて配置されている。これら３個の電極に印加されるＲＦ信号はそれぞれ位相が１２０度異なる。
【００３１】
したがって、イオン輸送装置が少なくともイオン入口端部およびイオン出口端部を備えるいくつかの実施態様において、複数の電極は長手方向軸に沿って変化するＲＦ電界を印加するように構成されるため、ＲＦ電界はイオン入口端部に（または関連するイオン入口部に）２ｎ１重極の主要な第１多重極成分を備え、ここで、ｎ１＞３／２であり、また、ＲＦ電界はイオン出口端部に（または関連するイオン出口部に）主として２ｎ２重極の第２多重極成分を備え、ここで、ｎ２≧３／２およびｎ２＜ｎ１である。イオン輸送装置が少なくとも１つの中間イオン輸送部をさらに備える他の実施態様において、複数の電極は長手方向軸に沿って変化するＲＦ電界を印加するように構成されてもよいため、ＲＦ電界は中間部に２ｎ３重極の主要な第３多重極成分を備え、ここで、ｎ３＞ｎ２およびｎ３＜ｎ１（ｎ１＞ｎ３＞ｎ２）である。
【００３２】
前述より、本教示の実施態様は、イオン移送効率を向上させ、質量分析のようなイオンの処理を要する様々な用途に焦点をあてていることは明白である。イオン入口端部でイオン受容開口部を大きくし、イオン出口端部でイオン放出開口部を小さくすることによって利点が達成される。従来のイオン輸送装置またはイオンガイド装置と比べて、イオン受容開口部を大きくすることによって、より多数のイオンを上流側装置（例えば、イオン源、衝突セルなど）からこの装置に入れることができ、また、イオン放出開口部を小さくすることによって、効率が向上し、かつイオン信号が強まるように、イオンを下流側装置（例えば、質量分析器、衝突セルなど）に移送することができる。収束イオンビームによって、本明細書に開示のイオン輸送装置は、分散するイオンビームを装置に入れ、しっかりと閉じ込めたイオン流に導き、集束させることができる。このイオン流は、後続の装置へ移送するために最適化されている。場合によっては、衝突冷却（または減衰）を利用して、出口端部でイオン相の占める空間容積をさらに減少させ、それによって、さらにイオン移送効率を向上させてもよい。衝突冷却は通常、当業者に公知の任意の好適な手段によって、不活性のバックグラウンドガス（例えば、水素、ヘリウム、窒素、キセノン、アルゴンなど）を装置の内部空間へ導入することを要する。イオン輸送装置は、大気レベル、ほぼ大気レベル、または大気レベル未満（例えば、約１０−９トールまで）で動作してもよい。
【００３３】
本明細書に開示の実施態様は、以下の観察によってさらに説明されてもよい。多重極ＲＦイオンガイドの電位は、以下のように表す場合がある。
Ｖ（ｒ，φ）＝Ｖ＊ＣＯＳ（Ωｔ）（ｒ／ｒ０）ｎ＊ＣＯＳ（ｎφ），（１）
式中、ｒは長手方向軸に対するＲＦ電界の径方向位置を示し、２ｒ０は２つの対向ロッド間の距離を示し、２ｎはロッドの数を示し、Ｖはロッドに印加されたＲＦ電圧の振幅を示し、φはＲＦ電圧の位相を示し、ΩはＲＦ電圧の角周波数を示し、ｔは時間を示す。
【００３４】
式（１）から、多重極ＲＦ電界の擬電位は以下の様に表される。
【００３５】
【数１】
【００３６】
式中、ｍはイオンの質量を示し、電荷の単位はｅ＝１．６０２×１０−１９であり、ｚはイオンの電荷数を示す（上記非特許文献１）。
図７は、四重極、六重極、および八重極ＲＦ電界の擬電位を示すプロット群である。図７から、多数のロッドを有する多重極イオンガイドの受容楕円が、少数のロッドを有する多重極イオンガイドの受容楕円より大きいことは明らかである。図８は、四重極、六重極、および八重極ＲＦ電界におけるイオン分布、すなわち、イオンがＲＦ電界に入り平衡状態に達した時の径方向イオン密度分布を示すプロット群である。図８から、四重極（ｎ＝２）ＲＦ電界におけるイオンの径方向分布が、高次の多重極（ｎ≧３）ＲＦ電界の分布より中心軸に近いことがわかる。これにより、四重極電界などの低次のＲＦ電界から質量分析器までのイオン移送効率は、高次のＲＦ電界から質量分析器までよりも高くなる。図７および図８に示す情報から、イオン入口端部に高次の多重極ＲＦ電界を提供し、イオン出口端部に低次の多重極ＲＦ電界を提供することによって、イオン輸送装置を通って最適なイオン移送が実現されることを示す。
【００３７】
以下に別の例を挙げて、本教示をさらに説明する。
図９は、幾つかの実施態様によるイオン輸送装置９００の一例の斜視図である。このイオン輸送装置９００は、イオン入口部９６０と、イオン出口部９６４と、場合によっては１つ以上の中間イオン輸送部９６８とを備える。簡略化のために、１つの中間部９６８のみを図示して説明する。イオン入口部９６０は第１電極群９０６を備え、イオン出口部９６４は第２電極群９１０を備え、中間部９６８が設けられている場合には、第３電極群９１４を備える。この例では、各部９６０、９６４、９６８はそれぞれ同数の電極を備える。電極の数およびこれらの電極が構成される方法、ならびにＲＦ信号が電極に印加される方法では、イオン輸送装置９００は、イオン入口部９６０で高次多重極ＲＦ電界を発生させ、イオン出口部９６４で低次多重極ＲＦ電界を発生させ、また、イオン入口部９６０の電界より低次だがイオン出口部９６４の電界よりも高次である中間部９６８（設けられている場合）で別の高次多重極ＲＦ電界を発生させる。図９において、一例として且つ非限定的に、イオン輸送部９６０、９６４、９６８はそれぞれ１２個の電極を備え、これらの電極は長手方向軸に沿って細長く伸ばされ、長手方向軸を中心に周方向に配置されている。
【００３８】
図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃはそれぞれ、入口部９６０、中間部９６８、および出口部９６４における電極群９０６、９１４、９１２の模式断面視図である。また、図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃは、ＲＦ電圧が各部９６０、９６８、９６４それぞれにある電極に印加される態様を示すものである。１つ以上の電極群９０６、９１４、９１２をｍ個の電極のグループ（電極の数がｍ個であるグループ）に分類してもよい。本実施例において、第１電極群９０６の各グループ１０８０にある電極の数は、ｍ１＝１であり、第２電極群９１２の各グループ１０８４にある電極の数は、ｍ２＝３であり、第３電極群９１４の各グループ１０８８にある電極の数は、ｍ３＝２である。したがって、１２個の電極配列の例において、第１電極群９０６には、電極１個のグループ１０８０が１２個あり、第２電極群９１２には、電極３個のグループ１０８４が４個あり、第３電極群９１４には、電極２個のグループ１０８８が６個ある。各電極グループ１０８０、１０８４、１０８８は横断面において別の電極グループと対向して径方向に配置されている。電極に「＋」および「−」記号で示すように、各対向電極対（または対になった対向電極グループ１０８０、１０８４、１０８８）に印加されるＲＦ電圧は、その対のいずれかの側に隣接する電極（または電極グループ１０８０、１０８４、１０８８）に印加されるＲＦ電圧と１８０°位相がずれている。図示された例における結果によれば、第１電極群９０６はイオン入口領域９６０の主要な十ニ重極ＲＦ電界を印加し、第２電極群９１２はイオン出口領域９６４の主な四重極ＲＦ電界を印加し、第３電極群９１４は中間部９６８の主要な六重極電界を印加する。このように、ＲＦ電界は十ニ重極ＲＦ電界から四重極ＲＦ電界まで軸方向に変化する。中間イオン輸送部９６８が設けられている場合には、ＲＦ電界は十ニ重極ＲＦ電界から六重極ＲＦ電界、さらに四重極ＲＦ電界まで軸方向に変化する。
【００３９】
本開示に詳細に上述したように、イオン輸送装置９００は、必要に応じて、任意の所定のイオン輸送部９６０、９６４、９６８における他のタイプのＲＦ電界を発生するように変更または構成されてもよい。例えば、電極をグループ化する方法によって強力な八重極または四重極のＲＦ電界を発生するために、８個の電極群を利用してもよい。また別の例として、強力な十六重極、八重極または四重極のＲＦ電界を発生するために、１６個の電極群を利用してもよい。また、イオン輸送部９６０、９６４、９６８がそれぞれ異なるＲＦ電界を印加することを必要とすることなく収束イオンビームを実現してもよいことが理解されよう。例えば、イオン入口部９６０および隣接する任意の中間部９６８は共に十ニ重極電界を印加することができる一方で、イオン出口部９６４は四重極電界を印加する、あるいは、イオン入口部９６０は十ニ重極電界を印加することができる一方で、イオン出口部９６４および隣接する任意の中間部９６８は共に四重極電界を印加することができる、などが挙げられる。
【００４０】
図１１は、他の実施態様によるイオン輸送装置１１００の一例の斜視図である。このイオン輸送装置１１００は、イオン入口部１１６０と、イオン出口部１１６４と、場合によっては１つ以上の中間イオン輸送部（図示せず）とを備える。イオン入口部１１６０は第１電極群１１０６を備え、イオン出口部１１６４は第２電極群１１１２を備える。この例では、各部１１６０、１１６４はそれぞれ異なる数の電極を備える。電極の数およびこれらの電極が構成される方法、ならびにＲＦ信号が電極に印加される方法では、イオン輸送装置１１００は、イオン入口部１１６０の高次多重極ＲＦ電界およびイオン出口部１１６４の低次多重極ＲＦ電界を発生させる。図１１において、一例として且つ非限定的に、各イオン輸送部１１６０、１１６４にある電極はそれぞれ、長手方向軸に沿って細長く伸ばされ、長手方向軸を中心に周方向に配置されている。イオン入口部１１６０には１２個の電極１１０６があり、イオン出口部１１６４には４個の電極１１１２がある。１つ以上の中間部が設けられている場合には、中間部に４〜１２個の電極を備えることができる。
【００４１】
図１２Ａおよび図１２Ｂはそれぞれ、イオン入口部１１６０およびイオン出口部１１６４の電極群１１０６、１１１２の模式断面図である。また、図１２Ａおよび図１２Ｂは、ＲＦ電圧が各部１１６０、１１６４の電極１１０６、１１１２それぞれに印加される態様を示すものである。前述の例と同様に、各対向電極対に印加されるＲＦ電圧は、その対のいずれかの側に隣接する電極に印加されるＲＦ電圧と１８０°位相がずれている。その結果、第１電極群１１０６は、イオン入口領域１１６０において主要な十ニ重極ＲＦ電界を印加し、第２電極群１１１２は、イオン出口領域１１６４において主な四重極ＲＦ電界を印加する。また、イオン輸送装置１１００を通るイオンビームは上記のように収束する。前述の例と同様に、１つ以上の軸方向中間イオン輸送部（図示せず）を追加して、イオン入口部１１６０およびイオン出口部１１６４において印加されるＲＦ電界に対して１つ以上の中間のＲＦ電界を印加することができる。図９ないし図１０Ｃに示す例のように、イオン輸送装置１１００は、十ニ重極ＲＦ電界および四重極ＲＦ電界の印加に限定されず、他のタイプのＲＦ電界を用いてもよい。また、前述の例のように、１つ以上の電極群をｍ個の電極のグループ（電極の数がｍ個であるグループ）に分類してもよい。したがって、例えば、第１電極群１１０６の電極を六重極電界を印加するようにグループ化してもよい。
【００４２】
図１３は、他の実施態様によるイオン輸送装置１３００の一例の（長手方向）側面図である。このイオン輸送装置１３００は、イオン入口部１３６０と、イオン出口部１３６４と、場合によっては１つ以上の中間イオン輸送部１３６８とを備え、全て長手方向軸１３２０に沿って軸方向に配置されている。イオン輸送装置１３００は、長手方向軸１３２０に沿って細長く伸ばされ、長手方向軸１３２０を中心に周方向に配置された複数の電極を備える。簡略化のために、電極を３個だけ図示する。これらの電極１３０４、１３０８、１３１６は、イオン入口端部１３２４で始まり、各部を通って、イオン出口端部１３２８に向かって延びている。電極の数およびこれらの電極が構成される方法、ならびにＲＦ信号が電極に印加される方法では、イオン輸送装置１３００は、イオン入口端部１３２４（またはイオン入口部１３６０）で高次多重極ＲＦ電界を発生させ、イオン出口端部１３２８（またはイオン出口部１３６４）で低次多重極ＲＦ電界を発生させ、また、イオン入口端部１３２４の電界より低次だがイオン出口端部１３２８の電界よりも高次である中間部１３６８（設けられている場合）で別の高次多重極ＲＦ電界を発生させる。この例では、軸方向に変化するＲＦ電界は、変化する半径およびそれ故に変化する断面を有する電極１３０４、１３０８のいくつかによって実現される。断面積は、イオン出口端部１３２８に向かって軸方向に徐々にテーパ状に減少させてもよい。したがって、（横断面における）テーパ状の電極１３０４、１３０８の断面積は、イオン出口端部１３２８よりイオン入口端部１３２４での方が広い。あるいは、断面積は、緩やかに先細るよりも階段状に減少してもよく、または、テーパ状および階段状の特徴を組み合わせてもよい。イオン入口端部１３２４では、半径の変化する電極１３０４、１３０８の断面積は、半径が一定の電極１３１６の断面積と同じであってもよい。
【００４３】
図１４は、他の実施態様によるイオン輸送装置１４００の一例の（長手方向）側面図である。このイオン輸送装置１４００は、イオン入口部１４６０と、イオン出口部１４６４と、１つ以上の中間イオン輸送部１４６８とを備え、全て長手方向軸１４２０に沿って軸方向に配置されている。イオン輸送装置１４００は、長手方向軸１４２０に沿って細長く伸ばされた、長手方向軸１４２０を中心に周方向に配置された複数の電極を備える。簡略化のために、３個の電極１４０４、１４０８、１４１６だけを図示する。これらの電極１４０４、１４０８、１４１６は、イオン入口端部１４２４で始まり、各部を通って、イオン出口端部１４２８に向かって延びている。電極の数およびこれらの電極が構成される態様、ならびにＲＦ信号が電極に印加される態様では、イオン輸送装置１４００は、イオン入口端部１４２４（またはイオン入口部１４６０）で高次多重極ＲＦ電界を発生させ、イオン出口端部１４２８（またはイオン出口部１４６４）で低次多重極ＲＦ電界を発生させ、また、イオン入口端部１４２４の電界より低次だがイオン出口端部１４２８の電界よりも高次である中間部１４６８（設けられている場合）で別の高次多重極ＲＦ電界を発生させる。この例では、軸方向に変化するＲＦ電界は、変化する断面積を有する電極１４０４、１４０８のいくつかによって実現される。その断面積は、イオン出口端部１４２８に向かって軸方向にある１つ以上の箇所で緩やかに先細ることによっておよび／または階段状に、減少する。さらに、半径の変化する電極１４０４、１４０８のいくつかまたは全ては、均一な大きさの電極１４１６より短い。したがって、均一な大きさの電極１４１６および半径の変化する電極１４０４、１４０８共にイオン入口端部１４２４で始まるが、均一な大きさの電極１４１６だけは実際にイオン出口端部１４２８まで完全に延びていてもよい。イオン入口端部１４２４に対向した、半径の変化する電極１４０４、１４０８の軸方向両端部は、例えば、図１４に示すように中間イオン輸送部１４６８の端部に位置してもよい。このように、半径の変化する電極１４０４、１４０８は、イオン出口部１４２８に印加されるＲＦ電界に影響を及ぼさない。あるいは、半径の変化する電極１４０４、１４０８は、部分的に（図示せず）イオン出口部１４６４内に延びていてもよい。いずれの場合も、半径の変化する電極は、イオン出口端部１４２８のＲＦ電界に寄与しない。
【００４４】
図１５Ａ、図１５Ｂ、および図１５Ｃは、図１４に示すイオン輸送装置１４００の入口部１４６０、中間部１４６８、および出口部１４６４それぞれにおける電極群の模式断面図である。また、図１５Ａ、図１５Ｂ、および図１５Ｃは、ＲＦ電圧が各部１４６０、１４６４、１４６８それぞれの電極に印加される態様を示すものである。この例では、電極が１２個ある。半径が一定の２組の対向電極対（例えば、１４１６、１５１２）は、互いから９０°の位置に配置される。半径の変化する４組の対向電極対（例えば、１４０４、１４０８）は、半径が一定の電極１４１６、１５１２間に配置されるため、半径の変化する２個の電極は、半径が一定の各電極のいずれかの側に周方向に位置される。本実施例において、図１５Ａに示すように、半径が一定の電極１４１６、１５１２と、半径の変化する電極１４０４、１４０８の断面積は、イオン入口端部で等しくなっている。図１５Ｂで示すように、中間部１４６８において、半径の変化する電極１４０４、１４０８の断面積は、半径が一定の電極１４１６、１５１２の断面積より小さい。図１５Ｃで示すように、半径の変化する電極１４０４、１４０８は、イオン出口部１４６４の前に（または、他の実施態様では、少なくともイオン出口端部の前の）終端となり、半径が一定の電極１４１６、１５１２だけが、イオン出口部１４６４において（または、少なくともイオン出口端部で）存在する。この例において、「＋」および「−」記号で示すように、電極の半径が一定であろうが変化しようが、任意の所定の電極に印加されるＲＦ電圧は、その特定の電極のいずれかの側に隣接する電極に印加されるＲＦ電圧と１８０°位相がずれている。この構成の結果、印加されるＲＦ電界は、十ニ重極電界から、中間（例えば、六重極）の多重極、さらに四重極まで軸方向に変化する。
【００４５】
他の実施態様において、上記のように、イオン入口部１４６０（図１５Ａ）および／または中間部１４６８（図１５Ｂ）の電極群は他のタイプのＲＦ電界を印加するためにグループ化されてもよい。
図１３に示すイオン輸送装置１３００の場合、電極の配列および対応するＲＦ電圧は、イオン入口端部１３２４の図１５Ａおよびイオン出口端部１３２８の図１５Ｂと類似していてもよい。ＲＦは、高次電界（例えば、十ニ重極）から低次電界（例えば、六重極）まで軸方向に変化する。しかし、イオン出口端部１３２８では、半径の変化する電極１３０４、１３０８の半径は十分に小さくてもよいため、図１４に示すイオン輸送装置１４００の場合のようにイオン出口端部１３２８で四重極電界が優位になる。
【００４６】
図１６は、他の実施態様によるイオン輸送装置１６００の一例の（長手方向）側面図である。このイオン輸送装置１６００は、イオン入口部１６６０と、イオン出口部１６６４と、場合によっては１つ以上の中間イオン輸送部１６６８とを備え、全て長手方向軸１６２０に沿って軸方向に配置されている。また、イオン輸送装置１６００は、イオン入口部１６６０に第１電極１６０６と、イオン出口部１６６４に第２電極１６１０と、設けられている場合には中間部１６６８に第３電極１６１４とを含む複数の電極を備えている。これらの電極１６０６、１６１０、１６１４は、長手方向軸１６２０を中心に周方向に配置されており、各電極１６０６、１６１０、１６１４の少なくとも一部は、横断面において長手方向軸１６２０から径方向に距離を置いて配置されている。第１電極１６０６は、長手方向軸１６２０に対して互いに第１軸方向距離１６９０を隔て、第２電極１６１０は互いに、第１軸方向距離１６９０より大きい第２軸方向距離１６９４を隔てている。第３電極１６１４（設けられている場合）は互いに、第１軸方向距離１６９０より大きく第２軸方向距離１６９４より小さい第３軸方向距離１６９８を隔てている。したがって、イオン輸送装置１６００の各部１６６０、１６６４、１６６８はそれぞれ、他の部１６６０、１６６４、１６６８と比べて、異なる軸方向間隔を有する電極によって特徴づけられる。特に図１６に示す例において、任意の所定の部１６６０、１６６４、１６６８の電極間の軸方向間隔は、当該部１６６０、１６６４、１６６８の範囲にわたって均一である。あるいは、各部１６６０、１６６４、１６６８の内１つ以上の部における電極間の軸方向間隔は変化してもよく、例えば、所定の部における軸方向間隔はイオン出口端部１６２８に向かってその部を通る方向に大きくなってもよい。
【００４７】
図１６に挙げた例において、電極は、長手方向軸１６２０を中心に巻かれた螺旋形状で提供されている。したがって、この例では、電極間の軸方向間隔１６９０、１６９４、１６９８は電極の螺旋ピッチに相当する。よって、この螺旋ピッチは、ある部から別の部までおよび／または個々の部を通じてイオン出口端部１６２８の方向に大きくなる。螺旋ピッチは、徐々にまたは階段状に変化してもよい。固定した螺旋の内径と共に、イオン輸送装置１６００の擬電位井戸（ウェル）は、イオン出口端部１６２８に向かう方向へのピッチの変化によって徐々にまたは階段状に変化する。本実施例において、各部１６６０、１６６４、１６６８にはそれぞれ、１８０°位相がずれてＲＦ電圧を印加する２個の電極１６０６、１６１０、１６１４がある。しかし、所定部に２個以上の電極を提供してもよい。図示する構成によって、イオン輸送装置１６００は、イオン入口部１６６０で高次多重極ＲＦ電界を発生し、イオン出口部１６６４で低次多重極ＲＦ電界を発生し、また、イオン入口部１６６０における電界より低次だがイオン出口部１６６４における電界よりも高次である中間部１６６８（設けられている場合）で別の高次多重極ＲＦ電界を発生する。本明細書に記載の他の実施態様のように、軸方向に変化するＲＦ電界によって収束イオンビームを生ずる。
【００４８】
図１７は、他の実施態様によるイオン輸送装置１７００の一例の斜視図である。このイオン輸送装置１７００は、イオン入口部１７６０と、イオン出口部１７６４と、場合によっては１つ以上の中間イオン輸送部１７６８とを備え、全て長手方向軸１７２０に沿って軸方向に配置されている。また、イオン輸送装置１７００は、イオン入口部１７６０に第１電極１７０６と、イオン出口部１７６４に第２電極１７１０と、設けられている場合には中間部１７６８に第３電極１７１４とを含む複数の電極を備えている。これらの電極１７０６、１７１０、１７１４は、長手方向軸１７２０を中心に周方向に配置されており、少なくとも各電極１７０６、１７１０、１７１４の一部は、横断面において長手方向軸１７２０から径方向に距離を置いて配置されている。第１電極１７０６は、長手方向軸１７２０に対して互いに第１軸方向距離１７９０を隔て、第２電極１７１０は互いに、第１軸方向距離１７９０より大きい第２軸方向距離１７９４を隔てている。第３電極１７１４（設けられている場合）は互いに、第１軸方向距離１７９０より大きく第２軸方向距離１７９４より小さい第３軸方向距離１７９８を隔てている。したがって、イオン輸送装置１７００の各部１７６０、１７６４、１７６８はそれぞれ、他の部１７６０、１７６４、１７６８と比べて、異なる軸方向間隔を有する電極によって特徴づけられる。特に図１７に示す例において、任意の所定の部１７６０、１７６４、１７６８の電極間の軸方向間隔は、その部１７６０、１７６４、１７６８の範囲にわたって均一で（一定）ある。あるいは、部１７６０、１７６４、１７６８の内１つ以上の部における電極間の軸方向間隔は変化してもよく、例えば、所定の部の軸方向間隔はイオン出口端部１７２８に向かってその部を通る方向に大きくなってもよい。
【００４９】
図１７に挙げた例において、電極は、横断面における長手方向軸１７２０を中心に同軸に配置された一連のリング形状でまたはリングを積み重ねて提供されている。したがって、この例では、電極間の軸方向間隔１７９０、１７９４、１７９８は隣接するリング間の軸方向距離に相当する。よって、この軸方向距離は、ある部から別の部までおよび／または個々の部を通じてイオン出口端部１７２８の方向に大きくなる。軸方向距離は、徐々にまたは階段状に変化してもよい。固定したリングの内径と共に、イオン輸送装置１７００の擬電位井戸は、徐々にまたは階段状に深くなり、イオン出口端部１７２８に向かう方向への軸方向距離の変化によって、イオンの径方向分布は長手方向軸１７２０に向かって移動する。本実施例において、各部１７６０、１７６４、１７６８にはそれぞれ、１８０°位相がずれてＲＦ電圧を印加する２個の電極１７０６、１７１０、１７１４がある。しかし、２個以上の電極が所定部に提供されてもよい。図示する構成によって、イオン輸送装置１７００は、イオン入口部１７６０で高次多重極ＲＦ電界を発生し、イオン出口部１７６４で低次多重極ＲＦ電界を発生し、また、イオン入口部１７６０における電界より低次だがイオン出口部１７６４における電界よりも高次である中間部１７６８（設けられている場合）で別の高次多重極ＲＦ電界を発生する。本明細書に記載の他の実施態様のように、軸方向に変化するＲＦ電界によって収束イオンビームを生ずる。
【００５０】
図１８は、他の実施態様によるイオン輸送装置１８００の一例の斜視図である。このイオン輸送装置１８００は、長手方向軸１８２０に沿って細長く伸ばされた、長手方向軸１８２０を中心に周方向に間隔をあけた複数の電極を備える。図示された例において、電極群は、第１対向電極対１８０４および１８０８と第２対向電極対１８１２および１８１６とを含んでいる。第１電極１８０４、１８０８と、第２電極１８１２、１８１６は、イオン入口端部１８２４からイオン出口端部１８２８まで長手方向軸１８２０に沿って延びている。第１電極１８０４、１８０８は、それぞれ横断面に第１断面積１８０５を有し、第２電極１８１２、１８１６はそれぞれ横断面に第２断面積１８１３を有する。第１電極１８０４、１８０８および第２電極１８１２、１８１６の断面積１８０５、１８１３はそれぞれ、長手方向軸１８２０に沿って、徐々に（例えば、図示された例のように、テーパ状に）もしくは階段状に、またはテーパ状および階段状の特徴の組み合わせによって変化する。これにより、第１電極１８０４、１８０８に関して、第１断面積１８０５の大きさは、イオン出口端部１８２８とイオン入口端部１８２４とで異なり、第２電極１８１２、１８１６に関して、第２断面積１８１３の大きさは、同様にイオン出口端部１８２８とイオン入口端部１８２４で異なる。特に図１８に示す例において、第１断面積１８０５は、イオン出口端部１８２８よりイオン入口端部１８２４の方が大きく、第２断面積１８１３は、イオン出口端部１８２８よりイオン入口端部１８２４の方が小さい。イオン入口端部１８２４では、第１断面積１８０５は第２断面積１８１３より大きい。イオン出口端部１８２８では、第１断面積１８０５は第２断面積１８１３と等しくまたは実質的に等しくてもよい。第１電極１８０４、１８０８に印加されるＲＦ電圧は、第２電極１８１２、１８１６に印加されるＲＦ電圧と１８０°位相がずれている。この構成によって、イオン輸送装置１８００は、イオン入口端部１８２４の主要な高次多重極ＲＦ電界からイオン出口端部１８２８の主な四重極多重極ＲＦ電界まで変化するＲＦ電界を発生する。本明細書に記載の他の実施態様のように、軸方向に変化するＲＦ電界によって収束イオンビームを生ずる。
【００５１】
上記実施態様において、イオン輸送装置１８００が２組の対向電極対を備える一方、他の実施態様は、付加的な電極を備えていてもよく、これらの電極のいくつかまたは全ては変化する断面を有する。上記実施態様において、イオン輸送装置１８００は、イオン入口端部１８２４からイオン出口端部１８２８まで延びる単一の電極群を備えると考えられてもよく、他の実施態様は、軸方向に間隔をあけた異なるイオン輸送部に付加的な電極群を備えていてもよく、１つ以上のイオン輸送部の１個以上の電極は変化する断面を有する。また、上記実施態様において、電極の断面１８０５、１８１３は直線的形状であり、他の実施態様において、断面１８０５、１８１３は他のタイプの多角形もしくは三稜形を有していてもよいし、または丸形（例えば、円形、楕円形、双曲線形など）であってもよい。
【００５２】
図１９は、他の実施態様によるイオン輸送装置１９００の一例の斜視図である。図１９のイオン輸送装置１９００は、図１８のイオン輸送装置１８００の変形と考えてもよいが、ＲＦ電界が複数の区分または複数の電極群（または複数のイオン輸送部）にわたって高次多重極からより純粋な低次多重極まで変化するものである。また、イオン輸送装置１９００は、第１イオン輸送部（またはイオン入口部）１９６０と、第１イオン輸送部１９６０から軸方向に間隔をあけた第２イオン輸送部（またはイオン出口部）１９６４とを備える。場合によっては、イオン輸送装置１９００は、第１イオン輸送部１９６０と第２イオン輸送部１９６４との間に軸方向に介在された１つ以上の中間部（図示せず）をさらに備える。第１イオン輸送部１９６０は、第１イオン入口端部１９２４から第１イオン出口端部１９２５まで長手方向に延び、第２イオン輸送部１９６４は、第２イオン入口端部１９２７から第２イオン出口端部１９２８まで長手方向に延びている。第１イオン輸送部１９６０は複数の第１電極を備え、第２イオン輸送部１９６４は複数の第２電極を備える。また、これらの電極は全て、長手方向軸１９２０に沿って細長く伸ばされており、長手方向軸１９２０を中心に周方向に間隔をあけている。第１電極は、第１イオン入口端部１９２４から第１イオン出口端部１９２５まで長手方向軸１９２０に沿って延び、第２電極は、第２イオン入口端部１９２７から第２イオン出口端部１９２８まで長手方向軸１９２０に沿って延びている。図示された例において、第１電極群は第１対向電極対１９０６および第２対向電極対１９０７を含み、第２電極群は、第３対向電極対１９１０および第４対向電極対１９１１を含んでいる。横断面において、第１電極対１９０６はそれぞれ第１断面積を有し、第２電極対１９０７はそれぞれ第２断面積を有し、第３電極対１９１０はそれぞれ第３断面積を有し、第４電極対１９１１はそれぞれ第４断面積を有する。
【００５３】
図１９に挙げた例において、各電極のそれぞれの断面積は、所定のイオン輸送部において長手方向軸１９２０に沿って均一（一定）または実質的に均一であってもよい。しかし、電極対の中には断面積が他の電極対の断面積と異なる場合がある。したがって、特に図示した例において、第１断面積（第１電極１９０６）は第２断面積（第２電極１９０７）よりも広く、第１断面積は第３断面積（第３電極１９１０）よりも広い。第２断面積は第４断面積（第４電極１９１１）よりも小さい。また、第３断面積は第４断面積と等しくまたは実質的に等しくてもよい。第１電極１９０６に印加されるＲＦ電圧は、第２電極１９０７に印加されるＲＦ電圧と１８０°位相がずれていて、また、第３電極１９１０に印加されるＲＦ電圧は、第４電極１９１１に印加されるＲＦ電圧と１８０°位相がずれている。この構成によって、イオン輸送装置１９００は、第１イオン入口端部１９２４（または第１イオン輸送領域１９６０）の主要な高次多重極ＲＦ電界から第２イオン出口端部１９２８の主な四重極多重極ＲＦ電界（または第２イオン輸送領域１９６４）まで変化するＲＦ電界を発生する。本明細書に記載の他の実施態様のように、軸方向に変化するＲＦ電界によって収束イオンビームを生ずる。
【００５４】
他の実施態様において、第１イオン輸送部１９６０および／または第２イオン輸送部１９６４における１個以上の電極の断面積はそれぞれ、図１８に示した方法と同様の方法で、長手方向軸１９２０に沿って、徐々に（例えば、テーパ状に）もしくは階段状に、またはテーパ状および階段状の特徴の組み合わせによって変化してもよい。上記実施態様では、イオン輸送装置１９００が各部１９６０、１９６４に２組の対向電極対を備える一方、他の実施態様は、付加的な電極を備えていてもよく、これらの電極のいくつかまたは全ては変化する断面を有する。上記実施態様では、電極の断面は直線的形状であり、他の実施態様では、断面は他のタイプの多角形もしくは三稜形を有していてもよいし、または丸形（例えば、円形、楕円形、双曲線形など）であってもよい。
【００５５】
他の実施態様において、図１ないし図１９を参照しながら記載した特徴および局面の種々の組み合わせをイオン輸送装置が備えていてもよい。さらに、図１ないし図１９に示したいずれのイオン輸送装置も、それより上流側および／または下流側に位置する１つ以上の付加的なセクションを有する、より大きなイオン輸送装置（図示せず）の一部またはセクションを表していてもよい。また、これらの付加的なイオン輸送部は、上記のどの実施態様にしたがって構成されていてもよく、あるいはイオンビームを収束しない従来の設計にしたがって構成されていてもよい。
【００５６】
上記の図１ないし図１９に示した様々な実施態様において、イオン輸送装置は、主としてＲＦのみのイオンガイドと関連して説明され、必要に応じて軸方向のイオン運動エネルギーを調整するために軸方向ＤＣ電位が追加される。しかし、このイオン輸送装置は、他のタイプのイオン処理装置として機能してもよいことが理解されよう。例えば、電極によって囲まれた内部空間にある収束イオンビームに対して適切なバックグラウンドガスを向けることなどによって、イオンをフラグメントするための衝突セルとして利用されてもよい。また別の例として、２次元ＲＦ電界を駆動するＲＦ電圧Ｖに適切なＤＣ電圧Ｕを重ね合わせることなどによって、質量電荷（またはｍ／ｚ）比の所望の範囲内のイオンだけを通過させる質量フィルターまたは質量ソーターとして利用されてもよい。
【００５７】
本明細書に開示の実施態様のいずれかしたがって提供されたイオン輸送装置が、他のイオン処理機器を備えるイオン処理システムの一部を構成してもよい。例えば、そのイオン処理システムは通常１つ以上の上流側装置および／または１つ以上の下流側装置を備えていてもよい。また、イオン処理システムは、所望のＭＳ技術（例えば、単ステージ式ＭＳ、タンデムＭＳまたはＭＳ／ＭＳ、ＭＳｎなど）を実行するように構成された質量分析（ＭＳ）システム（または装置、機器など）であってもよい。したがって、さらなる実施例として、上流側装置がイオン源、下流側装置がイオン検出器であってもよく、また、付加的な装置として、イオン蓄積またはトラップ装置、質量選別または分析装置、衝突セルまたは他のフラグメント化装置、イオン光学系および他のイオン誘導装置などが含まれていてもよい。よって、例えば、イオンガイドを質量分析器の前に（例えば、Ｑ０装置として）用いてもよく、それ自体をＲＦ／ＤＣ質量分析器として用いてもよく、または第１の質量分析器の後ろおよび第２の質量分析器の前に位置する衝突セルとして用いてもよい。したがって、イオンガイドは真空引きされても、またはイオンと気体分子との間に衝突が起こる形態で（例えば、高真空ＧＣ／ＭＳにおけるＱ０装置として、ＬＣ／ＭＳのイオン源領域内でＱ０装置として、またはＱ２装置として）作動されてもよい。
【００５８】
上記の図１ないし図１９に示した様々な実施態様において、イオン輸送装置の電極は、直線状長手方向軸に沿って細長く伸ばされたイオン誘導内部空間を設けるように構成されており、それによって、直線状（ただし、収束する）イオンビームを生じる。しかし、長手方向軸は直線状の軸である必要はなく、曲線状の軸でもよいことは理解されよう。これは、電極を適切に構成することにより達成することができる。その結果、曲線状の収束イオンビームが実現される。一般に、曲線状イオンガイドとは、このガイドを通過するイオンが沿うイオン軸が直線状経路ではなく曲線状経路のガイドである。曲線状イオンガイドを好んで質量分析計などのイオン処理装置に実装する場合が多いが、その理由は曲線状イオンガイドによって質量分析計の感度およびロバスト性を改善することができるためである。このような状況下における曲線状イオンガイドの主要な利点は、ニュートラル（電気的に中性の粒子）によるノイズ、大きな液滴ノイズ、またはフォトンをイオンからライン・オブ・サイト分離し、それによってニュートラル成分がイオン光学系およびイオン検出器のより感度の高い部材にまで達することを防止する点にある。また、曲線状イオンガイドはイオン経路の折れ曲がりを可能にして、関連する機器の設置面積を縮小することができる。
【００５９】
例えば、曲線状イオン輸送装置はイオン経路を滑らかに９０°曲折させてもよい。イオン経路をさらに変更するために、１つ以上の付加的な曲線状イオン輸送部を付け加えてもよい。また、これらの付加的なイオン輸送部は円形状に構成されてもよく、または、線形経路もしくは他のタイプの非円形経路を辿ってもよい。よって、１つ以上のイオン輸送部を用いて、それによって集束されるイオンビーム用に任意の所望される経路を提供してもよい。したがって、図示されない別の例において、イオン輸送装置は、１つ以上の適切に形成されたイオン輸送部を用いて、集束イオン経路を１８０度曲折するように、つまり、Ｕ字型のイオン経路を設けるように形成されてもよい。また、別の例において、Ｕ字型経路の「脚部」はそれぞれ、Ｕ字型イオンガイドのイオン導入口およびイオン導出口に隣接した直線状のイオンガイド部分を設けることによって延長されてもよい。さらに、別の例において、２つの９０度イオン輸送部が、互いに隣接配置してイオン経路を１８０度曲折させてもよい。また、別の例において、同様の形状の２つのイオン輸送部を互いに隣接配置して、そのうち１つのイオン輸送部の曲率半径を他のイオン輸送部の曲率半径と反対の方向に向け、それによって、Ｓ字型イオン経路を提供してもよい。当業者なら、本教示から他の様々な構成が導出されてもよいことを理解するであろう。
【００６０】
本開示において説明された方法および装置を、以上大略的に例として説明したＭＳシステム等のイオン処理システムとして実現してもよい。しかしながら、本発明の内容はここに例示した特定のイオン処理システムまたはここに例示した回路および構成部材の特定の配列に限定されるものではない。さらに、本発明の内容は上述の如く、ＭＳに基づく用途に限定されるものではない。
【００６１】
一般に、「連係（接続）する」および「〜と連係（接続）している」等の用語（例えば、第１の構成部材が第２の構成部材と「連係（接続）する」または「連係（接続）している」）は、ここでは２つ以上の構成部材または要素間の構造的、機能的、機械的、電気的、信号的、光学的、磁気的、電磁気的、イオン的、または流体的な関係を示すために用いられる。よって、ある構成部材が第２の構成部材と連係すると述べられていたとしても、さらなる部材が第１および第２の構成部材の間に存在しているか、かつ／またはさらなる部材が第１および第２の構成部材と動作的に関連または連動している可能性を排除することを意図するものではない。
【００６２】
本発明の様々な局面または細部は発明の範囲から逸脱することなく変更してもよいことは言うまでもない。さらに、上記説明は例示のみを目的とし、限定を目的とするものではない。本発明は特許請求の範囲によって規定される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、イオンの案内、例えば、質量分析などの分析化学分野において用途のあるものに関する。より詳しくは、本発明は、収束イオンビームのイオンの案内に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００９年６月５日に出願された米国特許出願第１２／４７９，６１４号の優先権を主張するものである。
種々のタイプのイオン処理装置、一例として質量分析計（ＭＳ）においてイオンを移送するためにイオンガイド（またはイオン輸送装置）を用いてもよい。当業者には種々のタイプの質量分析計の理論、設計、および動作は公知であるため、本開示において詳述する必要はない。一般的に使用されるイオンガイドは、２対以上の電極が意図したイオン経路の方向に伸長し、イオンが移動する内部空間を取り囲む多極構造に基づくものである。通常、この電極構造は、ＲＦ専用電極構造であり、イオンガイドを通過するイオンは、この電極構造を貫通する軸方向経路に沿ってイオンを集束させる２次元高周波（ＲＦ）トラップ電界に曝される。かかるイオンの経路は、電極構造の軸に対して直交する横断面の径方向に振動できるが、このような振動は、当該横断面に印加されているＲＦ電界によって付与される力によって制限される。その結果、イオンは、電極構造の軸（通常、幾何学的中心軸）を中心にしたイオンビームに閉じ込められる。ＲＦ電界が無ければ、イオンは不安定な制御されない状態で広く分散してしまう。イオンガイドのイオン出口から後続の装置へ実際に移送されるイオンはほとんどなく、たいていのイオンはイオン出口に到達せずに、イオンガイドロッドに衝突するか電極構造から漏れてしまう。したがって、イオンガイドにおいて、イオンガイドの軸方向端部でイオン出口を通過して効率良く移送されるようにするために、イオンはその飛行中、イオンビームに閉じ込められるように最少量のＲＦ復元力を受ける必要がある。
【０００３】
従来のイオンガイドにおいて、印加されたＲＦ電界は、端部効果および他の局所的な不連続性を無視すると、一般に、イオン入口からイオン出口まで軸方向に沿って均一である。その結果、少なくとも、イオンビームの断面積（大略的に、イオンの径方向偏位（振幅）が２次元平面内に限定される包路（エンベロープ）を指す）が軸に沿って均一であるという意味において、イオンビームは大略的に円筒状である。イオンビームの断面の大きさは通常、印加されているＲＦ電界の性質に依存する。例として、四重極ＲＦ電界を発生させるためには４つの平行な電極群が利用され、六重極ＲＦ電界を発生させるためには６つの平行な電極群が利用されるなどが挙げられる。四重極電界では、軸を中心により強力にイオンが集束されるため、六重極電界に比べてイオンビームの断面は小さい。このような従来の場合は全て、ＲＦ電界は均一であり、故にイオンビームの断面は均一である。しかし、所定の質量電荷比（ｍ／ｚ）または所定の範囲のｍ／ｚ比のイオンを最適な方法でイオンガイドに入れることができる条件は、イオンを最適な方法でイオンガイドから放出できる条件とは必ずしも同じではない。それゆえ、一様なイオンビームの寸法は、イオン入口およびイオン出口の両方にとってまたはイオン入口もしくはイオン出口のいずれか一方のみにとってさえも最適でないことが多く、イオン信号および機器の感度が最適値より低い状態を招く。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｇｕｏ−Ｚｈｏｎｇ Ｌｉ ａｎｄ Ｊｏｓｅｐｈ Ａ． Ｊａｒｒｅｌｌ， Ｐｒｏｃ． ４６ｔｈ ＡＳＭＳ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ Ａｌｌｉｅｄ Ｔｏｐｉｃｓ， Ｏｒｌａｎｄｏ， Ｆｌｏｒｉｄａ， １９９８， ｐ ４９１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、ｍ／ｚ比が広範囲であるイオンに最適化されたイオン移送条件を提供するために構成されたイオン輸送機器が必要とされている。
上記問題および／または当業者が観察する可能性のある他の問題に全面的または部分的に対処するため、本開示は以下の実施態様において例として説明する方法、プロセス、システム、装置、器具、および／または機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ある実施態様によれば、イオン輸送（移送）装置は、イオン入口端部と、長手方向軸に沿って前記イオン入口端部から距離を置いて配置されたイオン出口端部と、前記イオン入口端部から前記イオン出口端部に向かって前記長手方向軸に沿って延びるイオン入口部と、前記イオン出口端部から前記イオン入口端部に向かって前記長手方向軸に沿って延びるイオン出口部と、複数の電極とを備えている。各電極は前記長手方向軸に沿って配置され、前記電極の少なくとも一部が前記長手方向軸に直交する横断面において径方向に距離を置いて配置されている。前記複数の電極は、前記イオン入口部の内部空間を囲む複数の第１電極と、前記イオン出口部の内部空間を囲む複数の第２電極とを備えている。前記複数の電極は、前記長手方向軸に沿って変化するＲＦ電界を印加するように構成され、前記ＲＦ電界は、前記イオン入口端部では２ｎ１重極の主要な第１多重極成分を備えている第１ＲＦ電界を有し、ここで、ｎ１＞３／２であり、また、前記イオン出口端部では主として２ｎ２重極の第２多重極成分を備えた第２ＲＦ電界を有し、ここで、ｎ２≧３／２かつｎ２＜ｎ１である。
【０００７】
別の実施態様によれば、電極の少なくともいくつかは、前記長手方向軸に直交する横断面に断面積を有し、前記断面積は、前記イオン入口端部と、少なくともいくつかの電極の反対側の軸方向端部とで異なる。
別の実施態様によれば、イオンを輸送するための方法が提供される。上記イオンは、軸方向イオン入口端部でイオン輸送装置の内部空間へ入れられる。上記イオン輸送装置は、軸方向イオン入口端部から軸方向イオン出口端部に向かって長手方向軸に沿って配置された複数の電極を備え、上記複数の電極は、長手方向軸に直交する横断面において内部空間を取り囲んでいる。横断面でのイオンの径方向への動きは、イオン入口端部の大きなイオンビーム断面からイオン出口端部の小さなイオンビーム断面まで制約されて長手方向軸に沿って延びる収束イオンビームが得られる。この収束イオンビームは、長手方向軸に沿って変化するＲＦ電界を印加することによって生じ、ＲＦ電界はイオン入口端部に２ｎ１重極の主要な第１多重極成分を備え、ここで、ｎ１≧３／２であり、また、ＲＦ電界はイオン出口端部に主として２ｎ２重極の第２多重極成分を備え、ここで、ｎ２≧３／２かつｎ２＜ｎ１である。
【０００８】
本発明の他の機器、装置、システム、方法、特徴、および利点は、以下の図面および詳細な説明を精査することにより当業者に明らかとなろう。これら付加的なシステム、方法、特徴、および利点は全て当該説明および本発明の範囲に含まれ、また添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。
本発明を、以下の図面を参照することによってよりよく理解することができる。図中の構成部材は必ずしもその一定の比率の縮尺で描かれておらず、むしろ本発明の原則を説明することに重点が置かれている。図中、同じ参照符号は異なる全図を通じて対応する部材を示している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の、ある実施態様によるイオン輸送装置の一例の簡略化した斜視図である。
【図２】本開示の他の実施態様によるイオン輸送装置の別の例の（長手方向）側面図である。
【図３】イオン入口端部におけるイオン輸送装置の電極群の模式端面図である。
【図４】イオン輸送装置の、反対側のイオン出口端部における、図３に示したものと同じ電極群の模式端面図である。
【図５】他の実施態様によるイオン輸送装置の一例の（長手方向）側断面図である。
【図６】他の実施態様による別のイオン輸送装置の一例の（長手方向）側断面図である。
【図７】四重極、六重極、および八重極ＲＦ電界の擬電位を示すプロット群である。
【図８】四重極、六重極、および八重極ＲＦ電界におけるイオン分布を示すプロット群である。
【図９】他の実施態様によるイオン輸送装置の一例の斜視図である。
【図１０Ａ】入口部における電極群の模式断面図である。
【図１０Ｂ】中間部における電極群の模式断面図である。
【図１０Ｃ】出口部における電極群の模式断面図である。
【図１１】他の実施態様によるイオン輸送装置の一例の斜視図である。
【図１２Ａ】入口部における電極群の模式断面図である。
【図１２Ｂ】出口部における電極群の模式断面図である。
【図１３】他の実施態様によるイオン輸送装置の一例の（長手方向）側面図である。
【図１４】他の実施態様によるイオン輸送装置の一例の（長手方向）側面図である。
【図１５Ａ】図１４に示すイオン輸送装置の入口部における電極群の模式断面図である。
【図１５Ｂ】図１４に示すイオン輸送装置の中間部における電極群の模式断面図である。
【図１５Ｃ】図１４に示すイオン輸送装置の出口部における電極群の模式断面図である。
【図１６】他の実施態様によるイオン輸送装置の一例の（長手方向）側面図である。
【図１７】他の実施態様によるイオン輸送装置の一例の斜視図である。
【図１８】他の実施態様によるイオン輸送装置の一例の斜視図である。
【図１９】他の実施態様によるイオン輸送装置の一例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ここに開示された内容は一般に、イオンの移送および関連するイオン処理に関する。方法と、関連する機器、装置、および／またはシステムとの実施態様例については図１ないし図１９を参照して以下に詳細に述べる。これらの実施例は少なくとも一部が質量分析（ＭＳ）と関連して説明されるが、イオンの移送を伴ういかなるプロセスも本開示の範囲に含まれる。
【００１１】
図１は、本開示の、ある実施態様によるイオン輸送装置（機器、組立品など）１００の一例の簡略化された斜視図である。このイオン輸送装置１００は、長手方向軸１２０を中心に配置された複数の電極１０４、１０８、１１２、１１６を備えている。この長手方向軸１２０をＺ軸と呼ぶ場合がある。電極１０４、１０８、１１２、１１６は、イオンガイド１００内の内部空間を囲むように配置され、この内部空間も長手方向軸１２０に沿って細長く伸ばされている。少なくとも各電極１０４、１０８、１１２、１１６の一部は、長手方向軸１２０に直交する横断面またはｘ−ｙ面において長手方向軸１２０から径方向に距離を置いて配置されている。したがって、電極１０４、１０８、１１２、１１６および内部空間は、横断面および長手方向軸１２０に沿った軸方向範囲にそれぞれの断面積を有する。内部空間の断面積は、内部空間内側に面する電極１０４、１０８、１１２、１１６の表面によって大略的に境界づけられている。電極１０４、１０８、１１２、１１６の対向した軸方向両端部はそれぞれ、イオン輸送装置１００の軸方向イオン入口端部１２４および軸方向イオン出口端部１２８を取り囲んでいる。イオンガイド１００は一般に、ハウジングまたはフレーム（図示せず）もしくは長手方向軸１２０に沿って固定配置された電極１０４、１０８、１１２、１１６を支持するのに適した他の任意の構造を含んでいてもよい。想定されるイオン処理システムのタイプによって、このハウジングは真空、低圧、または周囲圧力未満の環境を提供してもよい。当業者が理解するように、電極１０４、１０８、１１２、１１６に対してＲＦ電圧を適当に印加すると、電極１０４、１０８、１１２、１１６は２次元（本実施例ではｘ−ｙ面）多重極ＲＦ復元電界を発生し、図３を参照しながら以下にさらに記載するように、かかる電界は一般に、長手方向軸１２０に沿う経路またはイオンビームに沿ってイオンを集束する。かかるイオンは、動きが、長手方向軸１２０近傍の横断面に制約されるため、イオンビームをイオン入口端部１２４からイオン出口端部１２８まで長手方向軸１２０に沿って集束されるイオン雲またはイオン占有輸送領域であると考えてもよい。
【００１２】
イオン輸送装置１００は、イオン入口端部１２４の前に１つ以上の軸方向距離を隔てて配置された１つ以上のイオン入口レンズ１３２と、イオン出口端部１２８の後ろに１つ以上の軸方向距離を隔てて配置された１つ以上のイオン出口レンズ１３６とをさらに備えている。これらのイオン入口レンズ１３２およびイオン出口レンズ１３６は、それぞれ開口部を有するプレート、ディスク、円筒、またはグリッドといった任意の好適な構造であってもよい。また、イオン輸送装置１００は、イオンエネルギーを軸方向に制御するために利用される、１つ以上の電界を発生させるための装置または手段を備えていてもよい。これらの装置または手段を１つ以上のＤＣ電圧源または信号発生器として具体化してもよい。これにより、図示された例において、ＤＣ電圧源１４８、１５２、１５６はそれぞれ、イオン入口レンズ１３２と、電極１０４、１０８、１１２、１１６と、イオン出口レンズ１３６と電気的に接続して配置され、イオン入口レンズ１３２と電極１０４、１０８、１１２、１１６との間の軸方向隙間を横切るように、また、電極１０４、１０８、１１２、１１６とイオン出口レンズ１３６との間の軸方向隙間を横切るようにＤＣ電位を発生させてもよい。このように、イオンがイオン入口端部１２４を通ってイオン輸送装置１００内へ、また、イオン出口端部１２８を通ってイオン輸送装置１００外へ誘導および推進されてもよい。ＤＣ電圧源１４８、１５２、１５６は図１に模式的に表され、種々の異なるタイプの物理的回路または装置によって実際に実行されてもよいことが理解されよう。一代案として、長手方向軸１２０に沿って配置された１つ以上の他の導電性構造（例えば、抵抗トレース、ワイヤーなど）といった外部の軸方向ＤＣ電界発生装置または装置類（図示せず）を具体化してもよい。
【００１３】
様々な実施態様において、イオン輸送装置１００は複数のイオン輸送部を含んでいてもよい。各イオン輸送部は、電極１０４、１０８、１１２、１１６の構成またはその部内で印加される多重極ＲＦ電界の構成によって他の部と区別してもよい。また、イオン輸送装置１００は、イオン入口端部１２４からイオン出口端部１２８に向かって延びるイオン入口部（または第１イオン輸送部）１６０と、イオン出口端部１２８からイオン入口端部１２４に向かって延びるイオン出口部（または第２イオン輸送部）１６４とを備えていてもよい。いくつかの実施態様においては、イオン輸送装置１００は、イオン入口部１６０とイオン出口部１６４との間に介在された１つ以上の中間部（または第３イオン輸送部、第４イオン輸送部など）１６８をさらに備えていてもよい。図１では、イオン入口部１６０、イオン出口部１６４、および中間部１６８は、破線によって模式的に境界を画定されている。これらイオン輸送部１６０、１６４、１６８の互いに対するそれぞれの軸方向長さは限定されない。電極１０４、１０８、１１２、１１６の一部または全ては、各部１６０、１６４、１６８を通って延びていてもよい。
【００１４】
特に図１に示す実施例において、電極１０４、１０８、１１２、１１６は、一組のストレートロッドの形態で提供されている。この場合、電極１０４、１０８、１１２、１１６は大略的に、互いに平行かつ長手方向軸１２０に対して平行であってもよく、長手方向軸１２０を中心に互いに周方向に沿って間隔をあけていてもよく、長手方向軸１２０に沿って細長く伸ばされていてもよい。他の実施態様において、以下に記載の実施例では、電極１０４、１０８、１１２、１１６は、直線で囲まれた、正方形、または他の多角形の断面を有していてもよく、長手方向軸１２０を中心に巻かれた螺旋形状で提供されてもよく、または長手方向軸１２０に沿って軸方向に間隔をあけた一連のリング形状でまたはリングを積み重ねて提供されてもよい。さらに、電極１０４、１０８、１１２、１１６が、内部空間に２次元ＲＦ電界を発生させて本明細書に開示の方法でイオンビームを制御するように構成されていれば、一般に、電極１０４、１０８、１１２、１１６の数は限定されない。いくつかの実施態様においては、上記電極群は電極の四重極構成に対応した少なくとも２組の対向電極対を含んでいる。このように、図１において、長手方向軸１２０に対して、１個の電極１０４は、（例えば、Ｙ軸に沿って）別の電極１０８に対して径方向に対向して位置し、別の電極１１２は、（例えば、Ｘ軸に沿って）さらに別の電極１１６に対して径方向に対向して位置する。他の実施態様において、例えば、六重極、八重極、十重極、および十ニ重極の構成、さらに１２個以上の電極を含む構成において、４個以上の電極を設けてもよい。さらに他の実施態様において、螺旋状の電極の場合のように、２個の電極だけを利用してもよい。
【００１５】
図２は、本開示の他の実施態様によるイオン輸送装置２００の別の例の（長手方向）側面図である。分かり易くするため、径方向に対向する電極対の一部分の構成のみを図示する。このイオン輸送装置２００は、長手方向軸２２０に沿って配置された一連の多重極イオン輸送機器を備える、または分割された電極構成を有すると考えてもよい。また、イオン輸送装置２００は、イオン入口部２６０に対応した第１電極群２０６、およびイオン出口部２６４に対応した第２電極群２１０を含んでいる。さらに、イオン輸送装置２００は、１つ以上の中間部２６８に対応した１つ以上の他の電極群２１４を含んでいる。第１電極群２０６に囲まれた内部空間を、イオン入口領域（または第１イオン輸送領域）と呼ぶ場合があり、第２電極群２１０に囲まれた内部空間を、イオン出口領域（または第２イオン輸送領域）と呼ぶ場合があり、第３電極群２１４に囲まれた内部空間を、中間領域（または第３イオン輸送領域）と呼ぶ場合がある。本実施例において、電極群２０６、２１４、２１０は、軸方向の隙間によって隔てられている。また、１つ以上のイオン入口レンズ２３２およびイオン出口レンズ２３６も含まれていてよい。図２に模式的に示すように、ＤＣ電圧源２４８、２５０、２５２、２５４、２５６はそれぞれ、イオン入口レンズ２３２と、電極群２０６、２１４、２１０と、イオン出口レンズ２３６と電気的に接続して配置され、イオン輸送装置２００内へ、イオン輸送装置２００を通って、また、イオン輸送装置２００外へとイオンを駆動してもよい。
【００１６】
図３は、イオン入口端部におけるイオン輸送装置３００の電極群の、横断面またはｘ−ｙ面の模式端面図である。この電極群は、図１に示す電極群または図２に示す第１電極群２０６に対応していてもよい。この例では、電極群は、第１対向電極対３０４、３０８および第２対向電極対３１２、３１６を含んでいる。通常、一方の対向電極対３０４および３０８が互いに電気的に相互接続され、また他方の対向電極対３１２および３１６が互いに電気的に相互接続されて、２次元イオン誘導電界を駆動する適切なＲＦ電圧信号の印加を容易にする。各電極３０４、３０８、３１２、および３１６はそれぞれ、通常、長手方向Ｚ軸３２０から他の電極３０４、３０８、３１２、および３１６と同じ径方向距離ｒ０だけ間隔をあけている。これにより、イオン輸送装置３００の内部空間は、内接円の半径がｒ０である円によって横断面に大略的に境界づけられる。イオン輸送装置３００の内部空間と、イオンの２次元（径方向）偏位運動が印加されたＲＦ集束電界によって制約されるイオン誘導領域とは通常、この内接円内に画成される。
【００１７】
イオン輸送装置３００は、以下に詳述するように、イオンを制約して収束イオンビームにするために、１つ以上の対応するイオン輸送領域で１つ以上の２次元ＲＦ電界を発生させるための装置または手段を備えている。これらの装置または手段を１つ以上のＲＦ（またはＲＦ／ＤＣ）電圧源または信号発生器として実現してもよい。これにより、図示された例において、イオン集束または誘導電界を発生させるには、一般形がＶＲＦ ｃｏｓ（ωｔ）の高周波（ＲＦ）電圧を互いに接続された対向電極対３０４、３０８および３１２、３１６に印加する。一方の対向電極対３０４、３０８に印加される信号は、他方の対向電極対に印加される信号３１２、３１６と１８０度位相がずれている。図３では、ＲＦエネルギーの印加を、第１対向電極対３０４、３０８と信号によって交信するＲＦ電圧源（＋ＶＲＦ）３６２と、第２対向電極対３１２、３１６と信号によって交信する別のＲＦ電圧源（ＶＲＦ）３６６とによって模式的に示す。図２に示すような分割されたイオン輸送装置では、各部の電極対はそれぞれ互いに接続されてもよく、同様の方法で各電極対にＲＦ電圧を印加してもよい。イオン輸送装置３００が質量フィルターまたは質量ソーターとして機能することが望ましい実施態様において、印加しているＲＦ電圧（±ＶＲＦ）に適切なＤＣ電圧（±Ｕ）が重ね合わされてもよい。このようなＤＣ電圧は、軸方向ＤＣ電界を生成するために利用される前記軸方向ＤＣ電位と混同すべきではない。イオンの集束、誘導またはトラッピング、ならびに質量フィルタリング、イオンフラグメンテーション、イオン放出、イオン分離および他の関連する処理用の多重極ＲＦ電界発生に関する基本理論と応用とについては公知であるため、ここで詳述する必要はない。
【００１８】
図１ないし図３に挙げた例では、電極群は、平行で、電気的に接続され対向した対になって配置された４個の電極からなっている。この電極群に２次元ＲＦ閉じ込め電界を従来通り印加すると、その結果、純粋な対称四重極ＲＦ電界となり、この電界の電極数が２ｎで、ｎ＝２である。本明細書において、「純粋な」または「主な」四重極ＲＦ電界とは、優勢な（または著しい）高次の多重極ＲＦ電界が（意図的にまたは意図せずに）この四重極電界と組み合わさって存在していないことを意味すると解される。高次のＲＦ電界として、例えば、六重極電界（ｎ＝３）、八重極電界（ｎ＝４）、十重極電界（ｎ＝５）、および十ニ重極電界（ｎ＝６）が挙げられるが、これらに限定されない。同じ空間に印加される低次の多重極ＲＦ電界によって生じるイオンビーム断面に比べて、より大きなイオンビーム断面を所定の空間内に維持できれば、一般に、高次の多重極ＲＦ電界の電界強度は「主要なものである」。
【００１９】
また、本明細書において、「主要な」高次の多重極ＲＦ電界は、イオン輸送装置の特定のイオン輸送領域で印加されている低次（例えば、四重極）の電界上にその電界強度の実質的な部分を重ね合せるという特徴を有していてもよい。例えば、所定のイオン輸送領域に複合ＲＦ電界が存在していて、四重極電界成分と１つ以上の高次の多重極電界成分とが組み合わさっているという特徴を有すると考えてみよう。高次の多重極電界成分（群）が主要であれば、高次の多重極ＲＦ電界（または、複数のタイプの高次多重極電界を重ね合わせる場合の複数の電界）の強度は、印加されている四重極電界の強度の１０％以上であってもよい。したがって、純粋なまたは主な四重極ＲＦ電界において、任意の高次の多重極電界が存在すれば、これら高次の多重極電界全体の強度は四重極電界の強度の１０％未満である。
【００２０】
便宜上、本明細書で用いられるように、「純粋な」という用語は、「純粋な」（１００％の電界強度）と「優勢な」または「実質的に純粋な」（９０％以上の電界強度）との両方を包含する。また、「純粋な」という用語は、実際の実施態様において、以下の原因によって生じる電界の異常、端部効果、またはひずみによって、比較的弱い（また、時には非常に局所的な）高次の多重極電界が意図せずまたはやむを得ず存在するかもしれないことを考慮するものである。上記原因として、例えば、機械加工および組み立ての不備、電極に開口部や他の外形形状が不連続に存在すること、電極の大きさが必然的に有限であること（すなわち、実際の電極を切断し、それらの表面が完全な双曲幾何学の漸近線に向かって無限には延びず、結果的に純粋な四重極電界になる）、理想的な双曲幾何学（例えば、円筒形ロッド、直線状の棒または板など）から逸脱する表面を有する電極の使用、空間電荷効果などが挙げられる。
【００２１】
純粋な四重極電界では、イオンビームは電極の配置される長手方向軸を中心に比較的しっかりと集中されるため、ほぼ細長い円筒として形成される。さらに、従来の四重極ロッド構成においても、電極群の内部空間で有効な四重極ＲＦ電界は一般に、電極群の長さ（すなわち、イオン入口端部からイオン出口端部まで）に沿って均一である。これにより、イオンビーム（すなわち、横断面におけるイオンの偏位の限界）の断面積は一般に、イオン入口端部からイオン出口端部まで均一または一定である。すなわち、イオンビームは、円錐形または漏斗形とは異なり、断面積が一定の大略的に円筒形状を有する。さらに別の方法を述べると、イオンビームの断面積は著しく発散または収束しない。同様に、６つの平行ロッドからなる電極群に２次元ＲＦ集束電界を従来通り印加すると、その結果は六重極ＲＦ電界になる。このイオンビームも、イオン入口端部からイオン出口端部まで断面積が一定の大略的に円筒形状を有するであろう。しかし、この六重極電界におけるイオンビームの断面積は、純粋な四重極電界における断面積よりも広くなる。さらに高次のＲＦ電界に対しても同様の結果が得られる。このような従来の場合は全て、イオンビームは収束も発散もしない。
【００２２】
図３は、六重極、八重極などの高次電界におけるイオンビームの断面積３７８と比較して四重極のような低次電界におけるイオンビームの断面積３７４を模式的に表す。これらの破線円は、イオンビームのイオンが横断面において移動する包路（エンベロープ）を大略的に区別するために提供されていることは当業者によって十分に理解されよう。実際には、イオンビームの実際の断面積は、より楕円形状であってもよく、楕円の向きは、印加されているＲＦエネルギーのサイクルに従ってｘ−ｙ面において変化する。
【００２３】
長手方向軸に沿った大略的に一定の構成を有する上記の従来のＲＦ電界とは対照的に、本教示に従って、電極群および／または電極群にＲＦ電圧を印加するための手段は、ＲＦ電界が長手方向軸に沿って変化するように構成される。本明細書中に記載の種々の実施態様において、ＲＦ電界はイオン入口端部に主要な高次多重極電界成分を含むＲＦ電界からイオン出口端部に主として低次多重極電界成分を含むＲＦ電界まで変化する。本明細書において、「高次」および「低次」という用語は互いに相対的なものと解される。これにより、高次多重極電界の極数が２ｎ１で、低次多重極電界成分の極数が２ｎ２であるとすると、ｎ１＞ｎ２である。軸方向に変化するＲＦ電界の結果、イオンビームは、イオン出口端部の方向に収束し、大略的に円錐形状または漏斗形状である。このような収束は、緩勾配状（例えば、テーパ状）、階段状、または緩勾配状と階段状との両方を組み合わせたもので表されてもよい。
【００２４】
収束イオンビームは、図３と図４とを比較することによって視覚化されてもよい。この目的のために、図３は、イオン入口端部の高次多重極ＲＦ電界の影響を受けた断面積３７８のイオンビームを模式的に表していると考えてもよい。この軸方向位置では、イオンビームの断面積３７８はイオン入口開口部またはイオン受容開口部と呼ぶ場合がある。図４は、イオン輸送装置３００の反対側のイオン出口端部における、図３に示したものと同じ電極群の、横断面またはｘ−ｙ面の模式端面図である。図４は、図３と同じイオンビームを表していると考えてもよいが、ここではこのイオンビームは、この軸方向位置で低次多重極ＲＦ電界が集束により大きな影響を与えることによって、イオン出口端部でより小さな断面積３７４を有する。イオン出口端部において、イオンビームの断面積３７４はイオン出口開口部またはイオン放出開口部と呼ぶ場合がある。
【００２５】
さらに、収束イオンビームは、図５において視覚化されてもよく、図５は、その長手方向軸５２０に沿ったイオン輸送装置５００の一例の（長手方向）側断面図である。簡略化のために、１対の対向電極５０４、５０８および、これら電極５０４、５０８の間の内部空間にあるイオンビーム５７０を共に図示する。イオンビーム５７０は、比較的より大きい（またはより広い）イオン受容開口部５７８から比較的より小さい（またはより狭い）イオン放出開口部５７４までイオン移送方向に収束する。この例では、イオンビーム５７０は、イオン入口端部５２４からイオン出口端部５２８まで、また場合によっては１つ以上の別のイオン輸送部５６０、５６４、５６８を通って、緩勾配状またはテーパ状に収束する。
【００２６】
それに対して、図６は、その長手方向軸６２０に沿った別のイオン輸送装置６００の一例の（長手方向）側断面図である。この例では、イオン輸送装置６００の電極は分割されており、それによってイオン輸送装置６００は、イオン入口部６６０と、イオン出口部６６４と、場合によっては１つ以上の中間部６６８とを備え、それぞれ軸方向に間隔をあけている。また、より大きなイオン受容開口部６７８からより小さなイオン放出開口部６７４までイオン移送方向に収束するイオンビーム６７０が図示される。この例では、イオンビーム６７０は階段状に収束する。
【００２７】
電極群の構成および／またはＲＦ電界を印加するための手段によっては、他の実施態様は、図５および図６に示した上記の特徴または局面の種々の組み合わせを含んでいてもよい。これにより、例えば、図５に示す分割されていない電極群は、図６に示す、階段状の収束イオンビーム６７０を印加するかもしれない。あるいは、図６に示す分割された電極群は、図５に示す、徐々に収束しているイオンビーム５７０を印加するかもしれない。さらに、階段状のイオンビーム６７０の大きさは、各イオン輸送部６６０、６６４、６６８の長さにわたって一定または実質的に一定であるように図６に示されているが、別法として、このイオンビームはテーパ状と階段状とが混在して収束していてもよい。例えば、イオンビームの断面積は、最初のイオン入口部６６０の長さに沿って先細り、次いで、隣のイオン輸送部６６８の始端で階段状にさらに小さい面積になり、その後、この輸送部６６８の長さに沿って先細り、さらに、隣のイオン輸送部分６６４の始端でより小さい面積になってもよい。したがって、図５または図６のいずれかの電極群に印加されるＲＦ電界の構成は、所定のイオン輸送部を通って（実質的に）均一であり、隣接したイオン輸送部でのみ著しく変化してもよく、あるいは、イオン輸送装置に対して定義された２つ以上のイオン輸送部の軸方向範囲全体にわたって徐々に変化してもよい。
【００２８】
本開示による軸方向に変化するＲＦ電界は、イオン入口端部に（またはイオン入口部において）少なくとも１つの主要な高次多重極ＲＦ電界と、イオン出口端部に（またはイオン出口部において）主として低次多重極ＲＦ電界とを含むという特徴を有していてもよい。これにより、例えば、ＲＦ電界は、イオン入口端部に主要な十ニ重極電界を含んでいてもよく、イオン出口端部では主として四重極電界からなっていてもよい。本明細書中に開示される多くの実施態様に関して、印加された２次元ＲＦ電界は、２つ以上の多重極電界成分の複合体であると考えてもよい。これにより、例えば、ＲＦ電界は、イオン入口端部に四重極電界に重ね合わされた主要な十ニ重極電界を含んでいてもよく、イオン出口端部では主に四重極電界からなっていてもよい。イオン出口端部に仮に十ニ重極電界が存在する場合には、その十ニ重極電界は小さいか僅かである。他の高次多重極電界成分がイオン輸送装置の任意の所定のイオン輸送部に存在してもよいが、そのような他の電界も同様に僅かである。一般に、高次多重極電界が主要であるのは、低次多重極電界と比べて広がったイオンビーム断面を維持するのにこの電界が十分に強い場合である。上記のように、高次多重極電界強度はイオン出口端部で印加されている低次電界強度の１０％以上であると明記することによって、非限定的な例において高次多重極電界の重要性を定量化してもよい。イオン入口端部で印加される主要な高次多重極電界および中間イオン輸送部で印加される任意の主要な高次多重極電界以外に、イオン輸送装置の所定のイオン輸送部に他の高次多重極電界成分が存在してもよい。しかし、そのような電界は、僅かでもよく（すなわち、弱くてもよく）、一般に、イオンビームの意図的に変化する断面にあまり影響しないことを意味する。
【００２９】
多重極電界成分を種々組み合せることによって、軸方向に変化するＲＦ電界が収束イオンビームを生ずることを実現してもよい。幾つかの実施例として、イオン入口部は十ニ重極電界を含んでいてもよく、イオン出口部は八重極、六重極、または四重極電界を含んでいる。さらなる実施例として、イオン入口部は八重極電界を含んでいてもよく、イオン出口部は六重極または四重極電界を含んでいる。また別の実施例として、イオン入口部は六重極電界を含んでいてもよく、イオン出口部は四重極電界を含んでいる。他の実施例において、イオン入口部で重要性のある高次多重極電界は、十ニ重極より高次、すなわち、ｎ＞６でもよい。イオン輸送装置が、電極群を軸方向に分割することによってまたはその他の電極構成によって、１つ以上の中間イオン輸送部を備えるように分割される場合には、さらなる変更が可能である。幾つかの実施例として、イオン入口部は十ニ重極電界を含んでいてもよく、中間部が八重極または六重極電界を含んでいてもよく、また、イオン出口部は四重極電界を含んでいてもよい。また別の実施例として、イオン入口部は八重極電界を含んでいてもよく、中間部が六重極電界を含んでいてもよく、また、イオン出口部は四重極電界を含んでいてもよい。また別の実施例として、イオン入口部は十ニ重極電界を含んでいてもよく、中間部が八重極電界を含んでいてもよく、また、イオン出口部は六重極電界を含んでいてもよい。
【００３０】
上記の実施例において、提供される電極の数は２の倍数である。
しかし、電極群の電極数は、例えば、３、５、７などの奇数でもよい。また、上記の実施例において、上述した最低次の電界は四重極電界である。しかし、イオン出口端部で（またはイオン出口部において）印加される最低次の電界は、三重極、すなわち、２ｎ＝３極であり、ここで、ｎ＝３／２である。任意の適切に構成された電極群によって三重極電界を実現してもよい。非限定的な例において、３個の平行電極を設ける（図示せず）。各電極は長手方向軸に沿って細長く伸ばされ、長手方向軸を中心に横断面において互いに対称的に間隔をあけている。すなわち、各電極はそれぞれ１２０度隔てて配置されている。これら３個の電極に印加されるＲＦ信号はそれぞれ位相が１２０度異なる。
【００３１】
したがって、イオン輸送装置が少なくともイオン入口端部およびイオン出口端部を備えるいくつかの実施態様において、複数の電極は長手方向軸に沿って変化するＲＦ電界を印加するように構成されるため、ＲＦ電界はイオン入口端部に（または関連するイオン入口部に）２ｎ１重極の主要な第１多重極成分を備え、ここで、ｎ１＞３／２であり、また、ＲＦ電界はイオン出口端部に（または関連するイオン出口部に）主として２ｎ２重極の第２多重極成分を備え、ここで、ｎ２≧３／２およびｎ２＜ｎ１である。イオン輸送装置が少なくとも１つの中間イオン輸送部をさらに備える他の実施態様において、複数の電極は長手方向軸に沿って変化するＲＦ電界を印加するように構成されてもよいため、ＲＦ電界は中間部に２ｎ３重極の主要な第３多重極成分を備え、ここで、ｎ３＞ｎ２およびｎ３＜ｎ１（ｎ１＞ｎ３＞ｎ２）である。
【００３２】
前述より、本教示の実施態様は、イオン移送効率を向上させ、質量分析のようなイオンの処理を要する様々な用途に焦点をあてていることは明白である。イオン入口端部でイオン受容開口部を大きくし、イオン出口端部でイオン放出開口部を小さくすることによって利点が達成される。従来のイオン輸送装置またはイオンガイド装置と比べて、イオン受容開口部を大きくすることによって、より多数のイオンを上流側装置（例えば、イオン源、衝突セルなど）からこの装置に入れることができ、また、イオン放出開口部を小さくすることによって、効率が向上し、かつイオン信号が強まるように、イオンを下流側装置（例えば、質量分析器、衝突セルなど）に移送することができる。収束イオンビームによって、本明細書に開示のイオン輸送装置は、分散するイオンビームを装置に入れ、しっかりと閉じ込めたイオン流に導き、集束させることができる。このイオン流は、後続の装置へ移送するために最適化されている。場合によっては、衝突冷却（または減衰）を利用して、出口端部でイオン相の占める空間容積をさらに減少させ、それによって、さらにイオン移送効率を向上させてもよい。衝突冷却は通常、当業者に公知の任意の好適な手段によって、不活性のバックグラウンドガス（例えば、水素、ヘリウム、窒素、キセノン、アルゴンなど）を装置の内部空間へ導入することを要する。イオン輸送装置は、大気レベル、ほぼ大気レベル、または大気レベル未満（例えば、約１０−９トールまで）で動作してもよい。
【００３３】
本明細書に開示の実施態様は、以下の観察によってさらに説明されてもよい。多重極ＲＦイオンガイドの電位は、以下のように表す場合がある。
Ｖ（ｒ，φ）＝Ｖ＊ＣＯＳ（Ωｔ）（ｒ／ｒ０）ｎ＊ＣＯＳ（ｎφ），（１）
式中、ｒは長手方向軸に対するＲＦ電界の径方向位置を示し、２ｒ０は２つの対向ロッド間の距離を示し、２ｎはロッドの数を示し、Ｖはロッドに印加されたＲＦ電圧の振幅を示し、φはＲＦ電圧の位相を示し、ΩはＲＦ電圧の角周波数を示し、ｔは時間を示す。
【００３４】
式（１）から、多重極ＲＦ電界の擬電位は以下の様に表される。
【００３５】
【数１】
【００３６】
式中、ｍはイオンの質量を示し、電荷の単位はｅ＝１．６０２×１０−１９であり、ｚはイオンの電荷数を示す（上記非特許文献１）。
図７は、四重極、六重極、および八重極ＲＦ電界の擬電位を示すプロット群である。図７から、多数のロッドを有する多重極イオンガイドの受容楕円が、少数のロッドを有する多重極イオンガイドの受容楕円より大きいことは明らかである。図８は、四重極、六重極、および八重極ＲＦ電界におけるイオン分布、すなわち、イオンがＲＦ電界に入り平衡状態に達した時の径方向イオン密度分布を示すプロット群である。図８から、四重極（ｎ＝２）ＲＦ電界におけるイオンの径方向分布が、高次の多重極（ｎ≧３）ＲＦ電界の分布より中心軸に近いことがわかる。これにより、四重極電界などの低次のＲＦ電界から質量分析器までのイオン移送効率は、高次のＲＦ電界から質量分析器までよりも高くなる。図７および図８に示す情報から、イオン入口端部に高次の多重極ＲＦ電界を提供し、イオン出口端部に低次の多重極ＲＦ電界を提供することによって、イオン輸送装置を通って最適なイオン移送が実現されることを示す。
【００３７】
以下に別の例を挙げて、本教示をさらに説明する。
図９は、幾つかの実施態様によるイオン輸送装置９００の一例の斜視図である。このイオン輸送装置９００は、イオン入口部９６０と、イオン出口部９６４と、場合によっては１つ以上の中間イオン輸送部９６８とを備える。簡略化のために、１つの中間部９６８のみを図示して説明する。イオン入口部９６０は第１電極群９０６を備え、イオン出口部９６４は第２電極群９１０を備え、中間部９６８が設けられている場合には、第３電極群９１４を備える。この例では、各部９６０、９６４、９６８はそれぞれ同数の電極を備える。電極の数およびこれらの電極が構成される方法、ならびにＲＦ信号が電極に印加される方法では、イオン輸送装置９００は、イオン入口部９６０で高次多重極ＲＦ電界を発生させ、イオン出口部９６４で低次多重極ＲＦ電界を発生させ、また、イオン入口部９６０の電界より低次だがイオン出口部９６４の電界よりも高次である中間部９６８（設けられている場合）で別の高次多重極ＲＦ電界を発生させる。図９において、一例として且つ非限定的に、イオン輸送部９６０、９６４、９６８はそれぞれ１２個の電極を備え、これらの電極は長手方向軸に沿って細長く伸ばされ、長手方向軸を中心に周方向に配置されている。
【００３８】
図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃはそれぞれ、入口部９６０、中間部９６８、および出口部９６４における電極群９０６、９１４、９１２の模式断面視図である。また、図１０Ａ、図１０Ｂ、および図１０Ｃは、ＲＦ電圧が各部９６０、９６８、９６４それぞれにある電極に印加される態様を示すものである。１つ以上の電極群９０６、９１４、９１２をｍ個の電極のグループ（電極の数がｍ個であるグループ）に分類してもよい。本実施例において、第１電極群９０６の各グループ１０８０にある電極の数は、ｍ１＝１であり、第２電極群９１２の各グループ１０８４にある電極の数は、ｍ２＝３であり、第３電極群９１４の各グループ１０８８にある電極の数は、ｍ３＝２である。したがって、１２個の電極配列の例において、第１電極群９０６には、電極１個のグループ１０８０が１２個あり、第２電極群９１２には、電極３個のグループ１０８４が４個あり、第３電極群９１４には、電極２個のグループ１０８８が６個ある。各電極グループ１０８０、１０８４、１０８８は横断面において別の電極グループと対向して径方向に配置されている。電極に「＋」および「−」記号で示すように、各対向電極対（または対になった対向電極グループ１０８０、１０８４、１０８８）に印加されるＲＦ電圧は、その対のいずれかの側に隣接する電極（または電極グループ１０８０、１０８４、１０８８）に印加されるＲＦ電圧と１８０°位相がずれている。図示された例における結果によれば、第１電極群９０６はイオン入口領域９６０の主要な十ニ重極ＲＦ電界を印加し、第２電極群９１２はイオン出口領域９６４の主な四重極ＲＦ電界を印加し、第３電極群９１４は中間部９６８の主要な六重極電界を印加する。このように、ＲＦ電界は十ニ重極ＲＦ電界から四重極ＲＦ電界まで軸方向に変化する。中間イオン輸送部９６８が設けられている場合には、ＲＦ電界は十ニ重極ＲＦ電界から六重極ＲＦ電界、さらに四重極ＲＦ電界まで軸方向に変化する。
【００３９】
本開示に詳細に上述したように、イオン輸送装置９００は、必要に応じて、任意の所定のイオン輸送部９６０、９６４、９６８における他のタイプのＲＦ電界を発生するように変更または構成されてもよい。例えば、電極をグループ化する方法によって強力な八重極または四重極のＲＦ電界を発生するために、８個の電極群を利用してもよい。また別の例として、強力な十六重極、八重極または四重極のＲＦ電界を発生するために、１６個の電極群を利用してもよい。また、イオン輸送部９６０、９６４、９６８がそれぞれ異なるＲＦ電界を印加することを必要とすることなく収束イオンビームを実現してもよいことが理解されよう。例えば、イオン入口部９６０および隣接する任意の中間部９６８は共に十ニ重極電界を印加することができる一方で、イオン出口部９６４は四重極電界を印加する、あるいは、イオン入口部９６０は十ニ重極電界を印加することができる一方で、イオン出口部９６４および隣接する任意の中間部９６８は共に四重極電界を印加することができる、などが挙げられる。
【００４０】
図１１は、他の実施態様によるイオン輸送装置１１００の一例の斜視図である。このイオン輸送装置１１００は、イオン入口部１１６０と、イオン出口部１１６４と、場合によっては１つ以上の中間イオン輸送部（図示せず）とを備える。イオン入口部１１６０は第１電極群１１０６を備え、イオン出口部１１６４は第２電極群１１１２を備える。この例では、各部１１６０、１１６４はそれぞれ異なる数の電極を備える。電極の数およびこれらの電極が構成される方法、ならびにＲＦ信号が電極に印加される方法では、イオン輸送装置１１００は、イオン入口部１１６０の高次多重極ＲＦ電界およびイオン出口部１１６４の低次多重極ＲＦ電界を発生させる。図１１において、一例として且つ非限定的に、各イオン輸送部１１６０、１１６４にある電極はそれぞれ、長手方向軸に沿って細長く伸ばされ、長手方向軸を中心に周方向に配置されている。イオン入口部１１６０には１２個の電極１１０６があり、イオン出口部１１６４には４個の電極１１１２がある。１つ以上の中間部が設けられている場合には、中間部に４〜１２個の電極を備えることができる。
【００４１】
図１２Ａおよび図１２Ｂはそれぞれ、イオン入口部１１６０およびイオン出口部１１６４の電極群１１０６、１１１２の模式断面図である。また、図１２Ａおよび図１２Ｂは、ＲＦ電圧が各部１１６０、１１６４の電極１１０６、１１１２それぞれに印加される態様を示すものである。前述の例と同様に、各対向電極対に印加されるＲＦ電圧は、その対のいずれかの側に隣接する電極に印加されるＲＦ電圧と１８０°位相がずれている。その結果、第１電極群１１０６は、イオン入口領域１１６０において主要な十ニ重極ＲＦ電界を印加し、第２電極群１１１２は、イオン出口領域１１６４において主な四重極ＲＦ電界を印加する。また、イオン輸送装置１１００を通るイオンビームは上記のように収束する。前述の例と同様に、１つ以上の軸方向中間イオン輸送部（図示せず）を追加して、イオン入口部１１６０およびイオン出口部１１６４において印加されるＲＦ電界に対して１つ以上の中間のＲＦ電界を印加することができる。図９ないし図１０Ｃに示す例のように、イオン輸送装置１１００は、十ニ重極ＲＦ電界および四重極ＲＦ電界の印加に限定されず、他のタイプのＲＦ電界を用いてもよい。また、前述の例のように、１つ以上の電極群をｍ個の電極のグループ（電極の数がｍ個であるグループ）に分類してもよい。したがって、例えば、第１電極群１１０６の電極を六重極電界を印加するようにグループ化してもよい。
【００４２】
図１３は、他の実施態様によるイオン輸送装置１３００の一例の（長手方向）側面図である。このイオン輸送装置１３００は、イオン入口部１３６０と、イオン出口部１３６４と、場合によっては１つ以上の中間イオン輸送部１３６８とを備え、全て長手方向軸１３２０に沿って軸方向に配置されている。イオン輸送装置１３００は、長手方向軸１３２０に沿って細長く伸ばされ、長手方向軸１３２０を中心に周方向に配置された複数の電極を備える。簡略化のために、電極を３個だけ図示する。これらの電極１３０４、１３０８、１３１６は、イオン入口端部１３２４で始まり、各部を通って、イオン出口端部１３２８に向かって延びている。電極の数およびこれらの電極が構成される方法、ならびにＲＦ信号が電極に印加される方法では、イオン輸送装置１３００は、イオン入口端部１３２４（またはイオン入口部１３６０）で高次多重極ＲＦ電界を発生させ、イオン出口端部１３２８（またはイオン出口部１３６４）で低次多重極ＲＦ電界を発生させ、また、イオン入口端部１３２４の電界より低次だがイオン出口端部１３２８の電界よりも高次である中間部１３６８（設けられている場合）で別の高次多重極ＲＦ電界を発生させる。この例では、軸方向に変化するＲＦ電界は、変化する半径およびそれ故に変化する断面を有する電極１３０４、１３０８のいくつかによって実現される。断面積は、イオン出口端部１３２８に向かって軸方向に徐々にテーパ状に減少させてもよい。したがって、（横断面における）テーパ状の電極１３０４、１３０８の断面積は、イオン出口端部１３２８よりイオン入口端部１３２４での方が広い。あるいは、断面積は、緩やかに先細るよりも階段状に減少してもよく、または、テーパ状および階段状の特徴を組み合わせてもよい。イオン入口端部１３２４では、半径の変化する電極１３０４、１３０８の断面積は、半径が一定の電極１３１６の断面積と同じであってもよい。
【００４３】
図１４は、他の実施態様によるイオン輸送装置１４００の一例の（長手方向）側面図である。このイオン輸送装置１４００は、イオン入口部１４６０と、イオン出口部１４６４と、１つ以上の中間イオン輸送部１４６８とを備え、全て長手方向軸１４２０に沿って軸方向に配置されている。イオン輸送装置１４００は、長手方向軸１４２０に沿って細長く伸ばされた、長手方向軸１４２０を中心に周方向に配置された複数の電極を備える。簡略化のために、３個の電極１４０４、１４０８、１４１６だけを図示する。これらの電極１４０４、１４０８、１４１６は、イオン入口端部１４２４で始まり、各部を通って、イオン出口端部１４２８に向かって延びている。電極の数およびこれらの電極が構成される態様、ならびにＲＦ信号が電極に印加される態様では、イオン輸送装置１４００は、イオン入口端部１４２４（またはイオン入口部１４６０）で高次多重極ＲＦ電界を発生させ、イオン出口端部１４２８（またはイオン出口部１４６４）で低次多重極ＲＦ電界を発生させ、また、イオン入口端部１４２４の電界より低次だがイオン出口端部１４２８の電界よりも高次である中間部１４６８（設けられている場合）で別の高次多重極ＲＦ電界を発生させる。この例では、軸方向に変化するＲＦ電界は、変化する断面積を有する電極１４０４、１４０８のいくつかによって実現される。その断面積は、イオン出口端部１４２８に向かって軸方向にある１つ以上の箇所で緩やかに先細ることによっておよび／または階段状に、減少する。さらに、半径の変化する電極１４０４、１４０８のいくつかまたは全ては、均一な大きさの電極１４１６より短い。したがって、均一な大きさの電極１４１６および半径の変化する電極１４０４、１４０８共にイオン入口端部１４２４で始まるが、均一な大きさの電極１４１６だけは実際にイオン出口端部１４２８まで完全に延びていてもよい。イオン入口端部１４２４に対向した、半径の変化する電極１４０４、１４０８の軸方向両端部は、例えば、図１４に示すように中間イオン輸送部１４６８の端部に位置してもよい。このように、半径の変化する電極１４０４、１４０８は、イオン出口部１４２８に印加されるＲＦ電界に影響を及ぼさない。あるいは、半径の変化する電極１４０４、１４０８は、部分的に（図示せず）イオン出口部１４６４内に延びていてもよい。いずれの場合も、半径の変化する電極は、イオン出口端部１４２８のＲＦ電界に寄与しない。
【００４４】
図１５Ａ、図１５Ｂ、および図１５Ｃは、図１４に示すイオン輸送装置１４００の入口部１４６０、中間部１４６８、および出口部１４６４それぞれにおける電極群の模式断面図である。また、図１５Ａ、図１５Ｂ、および図１５Ｃは、ＲＦ電圧が各部１４６０、１４６４、１４６８それぞれの電極に印加される態様を示すものである。この例では、電極が１２個ある。半径が一定の２組の対向電極対（例えば、１４１６、１５１２）は、互いから９０°の位置に配置される。半径の変化する４組の対向電極対（例えば、１４０４、１４０８）は、半径が一定の電極１４１６、１５１２間に配置されるため、半径の変化する２個の電極は、半径が一定の各電極のいずれかの側に周方向に位置される。本実施例において、図１５Ａに示すように、半径が一定の電極１４１６、１５１２と、半径の変化する電極１４０４、１４０８の断面積は、イオン入口端部で等しくなっている。図１５Ｂで示すように、中間部１４６８において、半径の変化する電極１４０４、１４０８の断面積は、半径が一定の電極１４１６、１５１２の断面積より小さい。図１５Ｃで示すように、半径の変化する電極１４０４、１４０８は、イオン出口部１４６４の前に（または、他の実施態様では、少なくともイオン出口端部の前の）終端となり、半径が一定の電極１４１６、１５１２だけが、イオン出口部１４６４において（または、少なくともイオン出口端部で）存在する。この例において、「＋」および「−」記号で示すように、電極の半径が一定であろうが変化しようが、任意の所定の電極に印加されるＲＦ電圧は、その特定の電極のいずれかの側に隣接する電極に印加されるＲＦ電圧と１８０°位相がずれている。この構成の結果、印加されるＲＦ電界は、十ニ重極電界から、中間（例えば、六重極）の多重極、さらに四重極まで軸方向に変化する。
【００４５】
他の実施態様において、上記のように、イオン入口部１４６０（図１５Ａ）および／または中間部１４６８（図１５Ｂ）の電極群は他のタイプのＲＦ電界を印加するためにグループ化されてもよい。
図１３に示すイオン輸送装置１３００の場合、電極の配列および対応するＲＦ電圧は、イオン入口端部１３２４の図１５Ａおよびイオン出口端部１３２８の図１５Ｂと類似していてもよい。ＲＦは、高次電界（例えば、十ニ重極）から低次電界（例えば、六重極）まで軸方向に変化する。しかし、イオン出口端部１３２８では、半径の変化する電極１３０４、１３０８の半径は十分に小さくてもよいため、図１４に示すイオン輸送装置１４００の場合のようにイオン出口端部１３２８で四重極電界が優位になる。
【００４６】
図１６は、他の実施態様によるイオン輸送装置１６００の一例の（長手方向）側面図である。このイオン輸送装置１６００は、イオン入口部１６６０と、イオン出口部１６６４と、場合によっては１つ以上の中間イオン輸送部１６６８とを備え、全て長手方向軸１６２０に沿って軸方向に配置されている。また、イオン輸送装置１６００は、イオン入口部１６６０に第１電極１６０６と、イオン出口部１６６４に第２電極１６１０と、設けられている場合には中間部１６６８に第３電極１６１４とを含む複数の電極を備えている。これらの電極１６０６、１６１０、１６１４は、長手方向軸１６２０を中心に周方向に配置されており、各電極１６０６、１６１０、１６１４の少なくとも一部は、横断面において長手方向軸１６２０から径方向に距離を置いて配置されている。第１電極１６０６は、長手方向軸１６２０に対して互いに第１軸方向距離１６９０を隔て、第２電極１６１０は互いに、第１軸方向距離１６９０より大きい第２軸方向距離１６９４を隔てている。第３電極１６１４（設けられている場合）は互いに、第１軸方向距離１６９０より大きく第２軸方向距離１６９４より小さい第３軸方向距離１６９８を隔てている。したがって、イオン輸送装置１６００の各部１６６０、１６６４、１６６８はそれぞれ、他の部１６６０、１６６４、１６６８と比べて、異なる軸方向間隔を有する電極によって特徴づけられる。特に図１６に示す例において、任意の所定の部１６６０、１６６４、１６６８の電極間の軸方向間隔は、当該部１６６０、１６６４、１６６８の範囲にわたって均一である。あるいは、各部１６６０、１６６４、１６６８の内１つ以上の部における電極間の軸方向間隔は変化してもよく、例えば、所定の部における軸方向間隔はイオン出口端部１６２８に向かってその部を通る方向に大きくなってもよい。
【００４７】
図１６に挙げた例において、電極は、長手方向軸１６２０を中心に巻かれた螺旋形状で提供されている。したがって、この例では、電極間の軸方向間隔１６９０、１６９４、１６９８は電極の螺旋ピッチに相当する。よって、この螺旋ピッチは、ある部から別の部までおよび／または個々の部を通じてイオン出口端部１６２８の方向に大きくなる。螺旋ピッチは、徐々にまたは階段状に変化してもよい。固定した螺旋の内径と共に、イオン輸送装置１６００の擬電位井戸（ウェル）は、イオン出口端部１６２８に向かう方向へのピッチの変化によって徐々にまたは階段状に変化する。本実施例において、各部１６６０、１６６４、１６６８にはそれぞれ、１８０°位相がずれてＲＦ電圧を印加する２個の電極１６０６、１６１０、１６１４がある。しかし、所定部に２個以上の電極を提供してもよい。図示する構成によって、イオン輸送装置１６００は、イオン入口部１６６０で高次多重極ＲＦ電界を発生し、イオン出口部１６６４で低次多重極ＲＦ電界を発生し、また、イオン入口部１６６０における電界より低次だがイオン出口部１６６４における電界よりも高次である中間部１６６８（設けられている場合）で別の高次多重極ＲＦ電界を発生する。本明細書に記載の他の実施態様のように、軸方向に変化するＲＦ電界によって収束イオンビームを生ずる。
【００４８】
図１７は、他の実施態様によるイオン輸送装置１７００の一例の斜視図である。このイオン輸送装置１７００は、イオン入口部１７６０と、イオン出口部１７６４と、場合によっては１つ以上の中間イオン輸送部１７６８とを備え、全て長手方向軸１７２０に沿って軸方向に配置されている。また、イオン輸送装置１７００は、イオン入口部１７６０に第１電極１７０６と、イオン出口部１７６４に第２電極１７１０と、設けられている場合には中間部１７６８に第３電極１７１４とを含む複数の電極を備えている。これらの電極１７０６、１７１０、１７１４は、長手方向軸１７２０を中心に周方向に配置されており、少なくとも各電極１７０６、１７１０、１７１４の一部は、横断面において長手方向軸１７２０から径方向に距離を置いて配置されている。第１電極１７０６は、長手方向軸１７２０に対して互いに第１軸方向距離１７９０を隔て、第２電極１７１０は互いに、第１軸方向距離１７９０より大きい第２軸方向距離１７９４を隔てている。第３電極１７１４（設けられている場合）は互いに、第１軸方向距離１７９０より大きく第２軸方向距離１７９４より小さい第３軸方向距離１７９８を隔てている。したがって、イオン輸送装置１７００の各部１７６０、１７６４、１７６８はそれぞれ、他の部１７６０、１７６４、１７６８と比べて、異なる軸方向間隔を有する電極によって特徴づけられる。特に図１７に示す例において、任意の所定の部１７６０、１７６４、１７６８の電極間の軸方向間隔は、その部１７６０、１７６４、１７６８の範囲にわたって均一で（一定）ある。あるいは、部１７６０、１７６４、１７６８の内１つ以上の部における電極間の軸方向間隔は変化してもよく、例えば、所定の部の軸方向間隔はイオン出口端部１７２８に向かってその部を通る方向に大きくなってもよい。
【００４９】
図１７に挙げた例において、電極は、横断面における長手方向軸１７２０を中心に同軸に配置された一連のリング形状でまたはリングを積み重ねて提供されている。したがって、この例では、電極間の軸方向間隔１７９０、１７９４、１７９８は隣接するリング間の軸方向距離に相当する。よって、この軸方向距離は、ある部から別の部までおよび／または個々の部を通じてイオン出口端部１７２８の方向に大きくなる。軸方向距離は、徐々にまたは階段状に変化してもよい。固定したリングの内径と共に、イオン輸送装置１７００の擬電位井戸は、徐々にまたは階段状に深くなり、イオン出口端部１７２８に向かう方向への軸方向距離の変化によって、イオンの径方向分布は長手方向軸１７２０に向かって移動する。本実施例において、各部１７６０、１７６４、１７６８にはそれぞれ、１８０°位相がずれてＲＦ電圧を印加する２個の電極１７０６、１７１０、１７１４がある。しかし、２個以上の電極が所定部に提供されてもよい。図示する構成によって、イオン輸送装置１７００は、イオン入口部１７６０で高次多重極ＲＦ電界を発生し、イオン出口部１７６４で低次多重極ＲＦ電界を発生し、また、イオン入口部１７６０における電界より低次だがイオン出口部１７６４における電界よりも高次である中間部１７６８（設けられている場合）で別の高次多重極ＲＦ電界を発生する。本明細書に記載の他の実施態様のように、軸方向に変化するＲＦ電界によって収束イオンビームを生ずる。
【００５０】
図１８は、他の実施態様によるイオン輸送装置１８００の一例の斜視図である。このイオン輸送装置１８００は、長手方向軸１８２０に沿って細長く伸ばされた、長手方向軸１８２０を中心に周方向に間隔をあけた複数の電極を備える。図示された例において、電極群は、第１対向電極対１８０４および１８０８と第２対向電極対１８１２および１８１６とを含んでいる。第１電極１８０４、１８０８と、第２電極１８１２、１８１６は、イオン入口端部１８２４からイオン出口端部１８２８まで長手方向軸１８２０に沿って延びている。第１電極１８０４、１８０８は、それぞれ横断面に第１断面積１８０５を有し、第２電極１８１２、１８１６はそれぞれ横断面に第２断面積１８１３を有する。第１電極１８０４、１８０８および第２電極１８１２、１８１６の断面積１８０５、１８１３はそれぞれ、長手方向軸１８２０に沿って、徐々に（例えば、図示された例のように、テーパ状に）もしくは階段状に、またはテーパ状および階段状の特徴の組み合わせによって変化する。これにより、第１電極１８０４、１８０８に関して、第１断面積１８０５の大きさは、イオン出口端部１８２８とイオン入口端部１８２４とで異なり、第２電極１８１２、１８１６に関して、第２断面積１８１３の大きさは、同様にイオン出口端部１８２８とイオン入口端部１８２４で異なる。特に図１８に示す例において、第１断面積１８０５は、イオン出口端部１８２８よりイオン入口端部１８２４の方が大きく、第２断面積１８１３は、イオン出口端部１８２８よりイオン入口端部１８２４の方が小さい。イオン入口端部１８２４では、第１断面積１８０５は第２断面積１８１３より大きい。イオン出口端部１８２８では、第１断面積１８０５は第２断面積１８１３と等しくまたは実質的に等しくてもよい。第１電極１８０４、１８０８に印加されるＲＦ電圧は、第２電極１８１２、１８１６に印加されるＲＦ電圧と１８０°位相がずれている。この構成によって、イオン輸送装置１８００は、イオン入口端部１８２４の主要な高次多重極ＲＦ電界からイオン出口端部１８２８の主な四重極多重極ＲＦ電界まで変化するＲＦ電界を発生する。本明細書に記載の他の実施態様のように、軸方向に変化するＲＦ電界によって収束イオンビームを生ずる。
【００５１】
上記実施態様において、イオン輸送装置１８００が２組の対向電極対を備える一方、他の実施態様は、付加的な電極を備えていてもよく、これらの電極のいくつかまたは全ては変化する断面を有する。上記実施態様において、イオン輸送装置１８００は、イオン入口端部１８２４からイオン出口端部１８２８まで延びる単一の電極群を備えると考えられてもよく、他の実施態様は、軸方向に間隔をあけた異なるイオン輸送部に付加的な電極群を備えていてもよく、１つ以上のイオン輸送部の１個以上の電極は変化する断面を有する。また、上記実施態様において、電極の断面１８０５、１８１３は直線的形状であり、他の実施態様において、断面１８０５、１８１３は他のタイプの多角形もしくは三稜形を有していてもよいし、または丸形（例えば、円形、楕円形、双曲線形など）であってもよい。
【００５２】
図１９は、他の実施態様によるイオン輸送装置１９００の一例の斜視図である。図１９のイオン輸送装置１９００は、図１８のイオン輸送装置１８００の変形と考えてもよいが、ＲＦ電界が複数の区分または複数の電極群（または複数のイオン輸送部）にわたって高次多重極からより純粋な低次多重極まで変化するものである。また、イオン輸送装置１９００は、第１イオン輸送部（またはイオン入口部）１９６０と、第１イオン輸送部１９６０から軸方向に間隔をあけた第２イオン輸送部（またはイオン出口部）１９６４とを備える。場合によっては、イオン輸送装置１９００は、第１イオン輸送部１９６０と第２イオン輸送部１９６４との間に軸方向に介在された１つ以上の中間部（図示せず）をさらに備える。第１イオン輸送部１９６０は、第１イオン入口端部１９２４から第１イオン出口端部１９２５まで長手方向に延び、第２イオン輸送部１９６４は、第２イオン入口端部１９２７から第２イオン出口端部１９２８まで長手方向に延びている。第１イオン輸送部１９６０は複数の第１電極を備え、第２イオン輸送部１９６４は複数の第２電極を備える。また、これらの電極は全て、長手方向軸１９２０に沿って細長く伸ばされており、長手方向軸１９２０を中心に周方向に間隔をあけている。第１電極は、第１イオン入口端部１９２４から第１イオン出口端部１９２５まで長手方向軸１９２０に沿って延び、第２電極は、第２イオン入口端部１９２７から第２イオン出口端部１９２８まで長手方向軸１９２０に沿って延びている。図示された例において、第１電極群は第１対向電極対１９０６および第２対向電極対１９０７を含み、第２電極群は、第３対向電極対１９１０および第４対向電極対１９１１を含んでいる。横断面において、第１電極対１９０６はそれぞれ第１断面積を有し、第２電極対１９０７はそれぞれ第２断面積を有し、第３電極対１９１０はそれぞれ第３断面積を有し、第４電極対１９１１はそれぞれ第４断面積を有する。
【００５３】
図１９に挙げた例において、各電極のそれぞれの断面積は、所定のイオン輸送部において長手方向軸１９２０に沿って均一（一定）または実質的に均一であってもよい。しかし、電極対の中には断面積が他の電極対の断面積と異なる場合がある。したがって、特に図示した例において、第１断面積（第１電極１９０６）は第２断面積（第２電極１９０７）よりも広く、第１断面積は第３断面積（第３電極１９１０）よりも広い。第２断面積は第４断面積（第４電極１９１１）よりも小さい。また、第３断面積は第４断面積と等しくまたは実質的に等しくてもよい。第１電極１９０６に印加されるＲＦ電圧は、第２電極１９０７に印加されるＲＦ電圧と１８０°位相がずれていて、また、第３電極１９１０に印加されるＲＦ電圧は、第４電極１９１１に印加されるＲＦ電圧と１８０°位相がずれている。この構成によって、イオン輸送装置１９００は、第１イオン入口端部１９２４（または第１イオン輸送領域１９６０）の主要な高次多重極ＲＦ電界から第２イオン出口端部１９２８の主な四重極多重極ＲＦ電界（または第２イオン輸送領域１９６４）まで変化するＲＦ電界を発生する。本明細書に記載の他の実施態様のように、軸方向に変化するＲＦ電界によって収束イオンビームを生ずる。
【００５４】
他の実施態様において、第１イオン輸送部１９６０および／または第２イオン輸送部１９６４における１個以上の電極の断面積はそれぞれ、図１８に示した方法と同様の方法で、長手方向軸１９２０に沿って、徐々に（例えば、テーパ状に）もしくは階段状に、またはテーパ状および階段状の特徴の組み合わせによって変化してもよい。上記実施態様では、イオン輸送装置１９００が各部１９６０、１９６４に２組の対向電極対を備える一方、他の実施態様は、付加的な電極を備えていてもよく、これらの電極のいくつかまたは全ては変化する断面を有する。上記実施態様では、電極の断面は直線的形状であり、他の実施態様では、断面は他のタイプの多角形もしくは三稜形を有していてもよいし、または丸形（例えば、円形、楕円形、双曲線形など）であってもよい。
【００５５】
他の実施態様において、図１ないし図１９を参照しながら記載した特徴および局面の種々の組み合わせをイオン輸送装置が備えていてもよい。さらに、図１ないし図１９に示したいずれのイオン輸送装置も、それより上流側および／または下流側に位置する１つ以上の付加的なセクションを有する、より大きなイオン輸送装置（図示せず）の一部またはセクションを表していてもよい。また、これらの付加的なイオン輸送部は、上記のどの実施態様にしたがって構成されていてもよく、あるいはイオンビームを収束しない従来の設計にしたがって構成されていてもよい。
【００５６】
上記の図１ないし図１９に示した様々な実施態様において、イオン輸送装置は、主としてＲＦのみのイオンガイドと関連して説明され、必要に応じて軸方向のイオン運動エネルギーを調整するために軸方向ＤＣ電位が追加される。しかし、このイオン輸送装置は、他のタイプのイオン処理装置として機能してもよいことが理解されよう。例えば、電極によって囲まれた内部空間にある収束イオンビームに対して適切なバックグラウンドガスを向けることなどによって、イオンをフラグメントするための衝突セルとして利用されてもよい。また別の例として、２次元ＲＦ電界を駆動するＲＦ電圧Ｖに適切なＤＣ電圧Ｕを重ね合わせることなどによって、質量電荷（またはｍ／ｚ）比の所望の範囲内のイオンだけを通過させる質量フィルターまたは質量ソーターとして利用されてもよい。
【００５７】
本明細書に開示の実施態様のいずれかしたがって提供されたイオン輸送装置が、他のイオン処理機器を備えるイオン処理システムの一部を構成してもよい。例えば、そのイオン処理システムは通常１つ以上の上流側装置および／または１つ以上の下流側装置を備えていてもよい。また、イオン処理システムは、所望のＭＳ技術（例えば、単ステージ式ＭＳ、タンデムＭＳまたはＭＳ／ＭＳ、ＭＳｎなど）を実行するように構成された質量分析（ＭＳ）システム（または装置、機器など）であってもよい。したがって、さらなる実施例として、上流側装置がイオン源、下流側装置がイオン検出器であってもよく、また、付加的な装置として、イオン蓄積またはトラップ装置、質量選別または分析装置、衝突セルまたは他のフラグメント化装置、イオン光学系および他のイオン誘導装置などが含まれていてもよい。よって、例えば、イオンガイドを質量分析器の前に（例えば、Ｑ０装置として）用いてもよく、それ自体をＲＦ／ＤＣ質量分析器として用いてもよく、または第１の質量分析器の後ろおよび第２の質量分析器の前に位置する衝突セルとして用いてもよい。したがって、イオンガイドは真空引きされても、またはイオンと気体分子との間に衝突が起こる形態で（例えば、高真空ＧＣ／ＭＳにおけるＱ０装置として、ＬＣ／ＭＳのイオン源領域内でＱ０装置として、またはＱ２装置として）作動されてもよい。
【００５８】
上記の図１ないし図１９に示した様々な実施態様において、イオン輸送装置の電極は、直線状長手方向軸に沿って細長く伸ばされたイオン誘導内部空間を設けるように構成されており、それによって、直線状（ただし、収束する）イオンビームを生じる。しかし、長手方向軸は直線状の軸である必要はなく、曲線状の軸でもよいことは理解されよう。これは、電極を適切に構成することにより達成することができる。その結果、曲線状の収束イオンビームが実現される。一般に、曲線状イオンガイドとは、このガイドを通過するイオンが沿うイオン軸が直線状経路ではなく曲線状経路のガイドである。曲線状イオンガイドを好んで質量分析計などのイオン処理装置に実装する場合が多いが、その理由は曲線状イオンガイドによって質量分析計の感度およびロバスト性を改善することができるためである。このような状況下における曲線状イオンガイドの主要な利点は、ニュートラル（電気的に中性の粒子）によるノイズ、大きな液滴ノイズ、またはフォトンをイオンからライン・オブ・サイト分離し、それによってニュートラル成分がイオン光学系およびイオン検出器のより感度の高い部材にまで達することを防止する点にある。また、曲線状イオンガイドはイオン経路の折れ曲がりを可能にして、関連する機器の設置面積を縮小することができる。
【００５９】
例えば、曲線状イオン輸送装置はイオン経路を滑らかに９０°曲折させてもよい。イオン経路をさらに変更するために、１つ以上の付加的な曲線状イオン輸送部を付け加えてもよい。また、これらの付加的なイオン輸送部は円形状に構成されてもよく、または、線形経路もしくは他のタイプの非円形経路を辿ってもよい。よって、１つ以上のイオン輸送部を用いて、それによって集束されるイオンビーム用に任意の所望される経路を提供してもよい。したがって、図示されない別の例において、イオン輸送装置は、１つ以上の適切に形成されたイオン輸送部を用いて、集束イオン経路を１８０度曲折するように、つまり、Ｕ字型のイオン経路を設けるように形成されてもよい。また、別の例において、Ｕ字型経路の「脚部」はそれぞれ、Ｕ字型イオンガイドのイオン導入口およびイオン導出口に隣接した直線状のイオンガイド部分を設けることによって延長されてもよい。さらに、別の例において、２つの９０度イオン輸送部が、互いに隣接配置してイオン経路を１８０度曲折させてもよい。また、別の例において、同様の形状の２つのイオン輸送部を互いに隣接配置して、そのうち１つのイオン輸送部の曲率半径を他のイオン輸送部の曲率半径と反対の方向に向け、それによって、Ｓ字型イオン経路を提供してもよい。当業者なら、本教示から他の様々な構成が導出されてもよいことを理解するであろう。
【００６０】
本開示において説明された方法および装置を、以上大略的に例として説明したＭＳシステム等のイオン処理システムとして実現してもよい。しかしながら、本発明の内容はここに例示した特定のイオン処理システムまたはここに例示した回路および構成部材の特定の配列に限定されるものではない。さらに、本発明の内容は上述の如く、ＭＳに基づく用途に限定されるものではない。
【００６１】
一般に、「連係（接続）する」および「〜と連係（接続）している」等の用語（例えば、第１の構成部材が第２の構成部材と「連係（接続）する」または「連係（接続）している」）は、ここでは２つ以上の構成部材または要素間の構造的、機能的、機械的、電気的、信号的、光学的、磁気的、電磁気的、イオン的、または流体的な関係を示すために用いられる。よって、ある構成部材が第２の構成部材と連係すると述べられていたとしても、さらなる部材が第１および第２の構成部材の間に存在しているか、かつ／またはさらなる部材が第１および第２の構成部材と動作的に関連または連動している可能性を排除することを意図するものではない。
【００６２】
本発明の様々な局面または細部は発明の範囲から逸脱することなく変更してもよいことは言うまでもない。さらに、上記説明は例示のみを目的とし、限定を目的とするものではない。本発明は特許請求の範囲によって規定される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン入口端部と、
長手方向軸に沿って前記イオン入口端部から距離を置いて配置されたイオン出口端部と、
前記イオン入口端部から前記イオン出口端部に向かって前記長手方向軸に沿って延びるイオン入口部と、
前記イオン出口端部から前記イオン入口端部に向かって前記長手方向軸に沿って延びるイオン出口部と、
前記長手方向軸に沿って配置された複数の電極であって、前記電極の少なくとも一部が前記長手方向軸に直交する横断面において径方向に距離を置いて配置され、当該複数の電極は、前記イオン入口部の内部空間を囲む複数の第１電極と、前記イオン出口部の内部空間を囲む複数の第２電極とを備えた複数の電極と、
を備えたイオン輸送装置であって、
前記複数の電極は、前記長手方向軸に沿って変化するＲＦ電界を印加するように構成され、前記ＲＦ電界は、前記イオン入口端部では２ｎ１重極の主要な第１多重極成分を備えた第１ＲＦ電界を有し、ここで、ｎ１≧３／２であり、また、前記イオン出口端部では主として２ｎ２重極の第２多重極成分を備えた第２ＲＦ電界を有し、ここで、ｎ２≧３／２かつｎ２＜ｎ１であることを特徴とする、イオン輸送装置。
【請求項２】
前記複数の第１電極は、前記長手方向軸に沿って細長く伸ばされた形状を有しており、前記長手方向軸を中心に周方向に間隔をあけていて、前記複数の第２電極は、前記長手方向軸に沿って細長く伸ばされた形状を有しており、前記長手方向軸を中心に周方向に間隔をあけていることを特徴とする、請求項１に記載のイオン輸送装置。
【請求項３】
第１電極の数は第２電極の数と等しく、
前記複数の第１電極は第１電極の数がｍ１個であるグループに分類され、第１電極の数がｍ１個であるグループはそれぞれ他の２つの第１電極の数がｍ１個であるグループと隣接し、各グループの前記第１電極の数ｍ１はｍ１≧１であり、
前記複数の第２電極は第２電極の数がｍ２個であるグループに分類され、第２電極の数がｍ２個であるグループはそれぞれ他の２つの第２電極の数がｍ２個であるグループと隣接し、ｍ２＞ｍ１であり、
前記第１電極に第１ＲＦ電圧を印加して前記第１ＲＦ電界を発生させ、また、前記第２電極に第２ＲＦ電圧を印加して前記第２ＲＦ電界を発生させるように構成された回路であって、各第１電極のグループに印加される前記第１ＲＦ電圧は、前記隣接する第１電極のグループに印加される前記第１ＲＦ電圧と１８０度位相がずれていて、各第２電極グループに印加される前記第２ＲＦ電圧は、前記隣接する第２電極グループに印加される前記第２ＲＦ電圧と１８０度位相がずれている回路をさらに備えたことを特徴とする、請求項２に記載のイオン輸送装置。
【請求項４】
前記第１電極の数は、前記第２電極の数より大きいことを特徴とする、請求項２に記載のイオン輸送装置。
【請求項５】
前記第１電極は前記長手方向軸に対して互いに第１軸方向距離を隔てており、前記第２電極は前記長手方向軸に対して互いに前記第１軸方向距離より大きな第２軸方向距離を隔てていることを特徴とする、請求項１に記載のイオン輸送装置。
【請求項６】
前記第１電極および前記第２電極は、前記長手方向軸を中心に螺旋状に巻かれており、前記第１軸方向距離は前記第１電極の第１螺旋ピッチであり、前記第２軸方向距離は前記第２電極の第２螺旋ピッチであることを特徴とする、請求項５に記載のイオン輸送装置。
【請求項７】
前記第１電極は前記長手方向軸に直交する横断面内に配向された２つ以上の第１リングを備えており、前記第１軸方向距離は隣接した第１リング間の第１軸方向間隔であり、前記第２電極は前記横断面内に配向された２つ以上の第２リングを備えており、前記第２軸方向距離は隣接した第２リング間の第２軸方向間隔であることを特徴とする、請求項５に記載のイオン輸送装置。
【請求項８】
前記第１電極は、前記長手方向軸に沿って細長く伸ばされた形状を有し、前記長手方向軸に対して互いに対向して間隔をあけた第１電極対と前記長手方向軸に対して互いに対向して間隔をあけた第２電極対とを備え、
前記第２電極は、前記長手方向軸に沿って細長く伸ばされた形状を有し、前記長手方向軸に対して互いに対向して間隔をあけた第３電極対と前記長手方向軸に対して互いに対向して間隔をあけた第４電極対とを備えていて、
前記第１電極対の各電極は横断面に第１断面積を有し、前記第２電極対の各電極は横断面に第２断面積を有し、前記第３電極対の各電極は横断面に第３断面積を有し、前記第４電極対の各電極は横断面に第４断面積を有しており、
前記イオン入口端部では、前記第１断面積は前記第２断面積より大きく、
前記イオン出口端部では、前記第３断面積は前記第４断面積と等しく、
前記イオン入口端部での前記第１断面積は、前記イオン出口端部での前記第３断面積より大きく、
前記イオン入口端部での前記第２断面積は、前記イオン出口端部での前記第４断面積より小さいことを特徴とする、請求項１に記載のイオン輸送装置。
【請求項９】
前記第１断面積は前記長手方向軸に沿って一定であり、前記第２断面積は前記長手方向軸に沿って一定であり、前記第３断面積は前記長手方向軸に沿って一定であり、前記第４断面積は前記長手方向軸に沿って一定であることを特徴とする、請求項８に記載のイオン輸送装置。
【請求項１０】
前記第１断面積、前記第２断面積、前記第３断面積、および前記第４断面積の少なくとも１つが変化し、前記イオン出口端部と前記イオン入口端部とで異なることを特徴とする、請求項８に記載のイオン輸送装置。
【請求項１１】
前記イオン入口部と前記イオン出口部との間に介在された中間イオン輸送部をさらに備え、前記複数の電極は前記中間イオン輸送部の内部空間を囲む複数の第３電極をさらに備え、前記複数の第３電極は２ｎ３重極の主要な第３多重極成分を備えた第３ＲＦ電界を印加するように構成され、ここで、ｎ３≧３／２かつｎ１＞ｎ３＞ｎ２であることを特徴とする、請求項１に記載のイオン輸送装置。
【請求項１２】
イオン輸送装置であって、
イオン入口端部と、
長手方向軸に沿って前記イオン入口端部から距離を置いて配置されたイオン出口端部と、
前記イオン入口端部から前記イオン出口端部に向かって前記長手方向軸に沿って配置され、当該イオン輸送装置の内部空間を囲む複数の電極とを備えたイオン輸送装置であって、
前記電極の少なくともいくつかは、前記長手方向軸に直交する横断面に断面積を有し、前記断面積は、前記イオン入口端部と、前記少なくともいくつかの電極の反対側の軸方向端部とで異なり、
前記複数の電極は、前記長手方向軸に沿って変化するＲＦ電界を印加するように構成され、前記ＲＦ電界は前記イオン入口端部で２ｎ１重極の主要な第１多重極成分を備え、ここで、ｎ１≧３／２であり、また、前記ＲＦ電界は前記イオン出口端部で主として２ｎ２重極の第２多重極成分を備え、ここで、ｎ２≧３／２およびｎ２＜ｎ１であることを特徴とする、イオン輸送装置。
【請求項１３】
前記複数の電極は、前記長手方向軸に対して互いに対向して間隔をあけた第１電極対と、前記長手方向軸に対して互いに対向して間隔をあけた第２電極対とを備え、
前記第１電極対および前記第２電極対の各電極は前記イオン入口端部から前記イオン出口端部へ延びて、前記横断面において前記電極の全長にわたって一定の第１断面積を有し、
前記少なくともいくつかの電極は、複数の第２電極を含み、各第２電極は前記横断面に第２断面積を有し、各第２断面積は、前記イオン入口端部では前記第１断面積と等しく、前記第２電極の反対側の軸方向端部では小さくなっていることを特徴とする、請求項１２に記載のイオン輸送装置。
【請求項１４】
前記複数の電極は、前記長手方向軸に対して互いに対向して間隔をあけた第１電極対と、前記長手方向軸に対して互いに対向して間隔をあけた第２電極対とを備え、
前記第１電極対の各電極は前記横断面に第１断面積を有し、前記第１断面積は前記イオン出口端部におけるより前記イオン入口端部で大きく、
前記第２電極対の各電極は前記横断面に第２断面積を有し、前記第２断面積は前記イオン出口端部におけるより前記イオン入口端部で小さく、
前記イオン入口端部では、前記第２断面積が前記第１断面積より小さく、
前記イオン出口端部では、前記第２断面積が前記第１断面積と等しいことを特徴とする、請求項１２に記載のイオン輸送装置。
【請求項１５】
イオン輸送方法であって、
イオン輸送装置の内部空間に、前記イオン輸送装置の軸方向イオン入口端部で、イオンを入れる工程であって、前記イオン輸送装置が前記軸方向イオン入口端部から軸方向イオン出口端部に向かって長手方向軸に沿って配置された複数の電極を備え、前記複数の電極が前記長手方向軸に直交する横断面において前記内部空間を取り囲んでいる工程と、
前記長手方向軸に沿って変化するＲＦ電界を印加することによって、前記横断面における前記イオンの径方向への動きを、前記イオン入口端部での大きなイオンビーム断面から前記イオン出口端部での小さなイオンビーム断面まで制約して前記長手方向軸に沿って延びる収束イオンビームを得る工程であって、前記ＲＦ電界は前記イオン入口端部に２ｎ１重極の主要な第１多重極成分を備え、ここで、ｎ１≧３／２であり、また、前記ＲＦ電界は前記イオン出口端部に主として２ｎ２重極の第２多重極成分を備え、ここで、ｎ２≧３／２かつｎ２＜ｎ１である工程とを含むことを特徴とする、イオン輸送方法。
【請求項１】
イオン入口端部と、
長手方向軸に沿って前記イオン入口端部から距離を置いて配置されたイオン出口端部と、
前記イオン入口端部から前記イオン出口端部に向かって前記長手方向軸に沿って延びるイオン入口部と、
前記イオン出口端部から前記イオン入口端部に向かって前記長手方向軸に沿って延びるイオン出口部と、
前記長手方向軸に沿って配置された複数の電極であって、前記電極の少なくとも一部が前記長手方向軸に直交する横断面において径方向に距離を置いて配置され、当該複数の電極は、前記イオン入口部の内部空間を囲む複数の第１電極と、前記イオン出口部の内部空間を囲む複数の第２電極とを備えた複数の電極と、
を備えたイオン輸送装置であって、
前記複数の電極は、前記長手方向軸に沿って変化するＲＦ電界を印加するように構成され、前記ＲＦ電界は、前記イオン入口端部では２ｎ１重極の主要な第１多重極成分を備えた第１ＲＦ電界を有し、ここで、ｎ１≧３／２であり、また、前記イオン出口端部では主として２ｎ２重極の第２多重極成分を備えた第２ＲＦ電界を有し、ここで、ｎ２≧３／２かつｎ２＜ｎ１であることを特徴とする、イオン輸送装置。
【請求項２】
前記複数の第１電極は、前記長手方向軸に沿って細長く伸ばされた形状を有しており、前記長手方向軸を中心に周方向に間隔をあけていて、前記複数の第２電極は、前記長手方向軸に沿って細長く伸ばされた形状を有しており、前記長手方向軸を中心に周方向に間隔をあけていることを特徴とする、請求項１に記載のイオン輸送装置。
【請求項３】
第１電極の数は第２電極の数と等しく、
前記複数の第１電極は第１電極の数がｍ１個であるグループに分類され、第１電極の数がｍ１個であるグループはそれぞれ他の２つの第１電極の数がｍ１個であるグループと隣接し、各グループの前記第１電極の数ｍ１はｍ１≧１であり、
前記複数の第２電極は第２電極の数がｍ２個であるグループに分類され、第２電極の数がｍ２個であるグループはそれぞれ他の２つの第２電極の数がｍ２個であるグループと隣接し、ｍ２＞ｍ１であり、
前記第１電極に第１ＲＦ電圧を印加して前記第１ＲＦ電界を発生させ、また、前記第２電極に第２ＲＦ電圧を印加して前記第２ＲＦ電界を発生させるように構成された回路であって、各第１電極のグループに印加される前記第１ＲＦ電圧は、前記隣接する第１電極のグループに印加される前記第１ＲＦ電圧と１８０度位相がずれていて、各第２電極グループに印加される前記第２ＲＦ電圧は、前記隣接する第２電極グループに印加される前記第２ＲＦ電圧と１８０度位相がずれている回路をさらに備えたことを特徴とする、請求項２に記載のイオン輸送装置。
【請求項４】
前記第１電極の数は、前記第２電極の数より大きいことを特徴とする、請求項２に記載のイオン輸送装置。
【請求項５】
前記第１電極は前記長手方向軸に対して互いに第１軸方向距離を隔てており、前記第２電極は前記長手方向軸に対して互いに前記第１軸方向距離より大きな第２軸方向距離を隔てていることを特徴とする、請求項１に記載のイオン輸送装置。
【請求項６】
前記第１電極および前記第２電極は、前記長手方向軸を中心に螺旋状に巻かれており、前記第１軸方向距離は前記第１電極の第１螺旋ピッチであり、前記第２軸方向距離は前記第２電極の第２螺旋ピッチであることを特徴とする、請求項５に記載のイオン輸送装置。
【請求項７】
前記第１電極は前記長手方向軸に直交する横断面内に配向された２つ以上の第１リングを備えており、前記第１軸方向距離は隣接した第１リング間の第１軸方向間隔であり、前記第２電極は前記横断面内に配向された２つ以上の第２リングを備えており、前記第２軸方向距離は隣接した第２リング間の第２軸方向間隔であることを特徴とする、請求項５に記載のイオン輸送装置。
【請求項８】
前記第１電極は、前記長手方向軸に沿って細長く伸ばされた形状を有し、前記長手方向軸に対して互いに対向して間隔をあけた第１電極対と前記長手方向軸に対して互いに対向して間隔をあけた第２電極対とを備え、
前記第２電極は、前記長手方向軸に沿って細長く伸ばされた形状を有し、前記長手方向軸に対して互いに対向して間隔をあけた第３電極対と前記長手方向軸に対して互いに対向して間隔をあけた第４電極対とを備えていて、
前記第１電極対の各電極は横断面に第１断面積を有し、前記第２電極対の各電極は横断面に第２断面積を有し、前記第３電極対の各電極は横断面に第３断面積を有し、前記第４電極対の各電極は横断面に第４断面積を有しており、
前記イオン入口端部では、前記第１断面積は前記第２断面積より大きく、
前記イオン出口端部では、前記第３断面積は前記第４断面積と等しく、
前記イオン入口端部での前記第１断面積は、前記イオン出口端部での前記第３断面積より大きく、
前記イオン入口端部での前記第２断面積は、前記イオン出口端部での前記第４断面積より小さいことを特徴とする、請求項１に記載のイオン輸送装置。
【請求項９】
前記第１断面積は前記長手方向軸に沿って一定であり、前記第２断面積は前記長手方向軸に沿って一定であり、前記第３断面積は前記長手方向軸に沿って一定であり、前記第４断面積は前記長手方向軸に沿って一定であることを特徴とする、請求項８に記載のイオン輸送装置。
【請求項１０】
前記第１断面積、前記第２断面積、前記第３断面積、および前記第４断面積の少なくとも１つが変化し、前記イオン出口端部と前記イオン入口端部とで異なることを特徴とする、請求項８に記載のイオン輸送装置。
【請求項１１】
前記イオン入口部と前記イオン出口部との間に介在された中間イオン輸送部をさらに備え、前記複数の電極は前記中間イオン輸送部の内部空間を囲む複数の第３電極をさらに備え、前記複数の第３電極は２ｎ３重極の主要な第３多重極成分を備えた第３ＲＦ電界を印加するように構成され、ここで、ｎ３≧３／２かつｎ１＞ｎ３＞ｎ２であることを特徴とする、請求項１に記載のイオン輸送装置。
【請求項１２】
イオン輸送装置であって、
イオン入口端部と、
長手方向軸に沿って前記イオン入口端部から距離を置いて配置されたイオン出口端部と、
前記イオン入口端部から前記イオン出口端部に向かって前記長手方向軸に沿って配置され、当該イオン輸送装置の内部空間を囲む複数の電極とを備えたイオン輸送装置であって、
前記電極の少なくともいくつかは、前記長手方向軸に直交する横断面に断面積を有し、前記断面積は、前記イオン入口端部と、前記少なくともいくつかの電極の反対側の軸方向端部とで異なり、
前記複数の電極は、前記長手方向軸に沿って変化するＲＦ電界を印加するように構成され、前記ＲＦ電界は前記イオン入口端部で２ｎ１重極の主要な第１多重極成分を備え、ここで、ｎ１≧３／２であり、また、前記ＲＦ電界は前記イオン出口端部で主として２ｎ２重極の第２多重極成分を備え、ここで、ｎ２≧３／２およびｎ２＜ｎ１であることを特徴とする、イオン輸送装置。
【請求項１３】
前記複数の電極は、前記長手方向軸に対して互いに対向して間隔をあけた第１電極対と、前記長手方向軸に対して互いに対向して間隔をあけた第２電極対とを備え、
前記第１電極対および前記第２電極対の各電極は前記イオン入口端部から前記イオン出口端部へ延びて、前記横断面において前記電極の全長にわたって一定の第１断面積を有し、
前記少なくともいくつかの電極は、複数の第２電極を含み、各第２電極は前記横断面に第２断面積を有し、各第２断面積は、前記イオン入口端部では前記第１断面積と等しく、前記第２電極の反対側の軸方向端部では小さくなっていることを特徴とする、請求項１２に記載のイオン輸送装置。
【請求項１４】
前記複数の電極は、前記長手方向軸に対して互いに対向して間隔をあけた第１電極対と、前記長手方向軸に対して互いに対向して間隔をあけた第２電極対とを備え、
前記第１電極対の各電極は前記横断面に第１断面積を有し、前記第１断面積は前記イオン出口端部におけるより前記イオン入口端部で大きく、
前記第２電極対の各電極は前記横断面に第２断面積を有し、前記第２断面積は前記イオン出口端部におけるより前記イオン入口端部で小さく、
前記イオン入口端部では、前記第２断面積が前記第１断面積より小さく、
前記イオン出口端部では、前記第２断面積が前記第１断面積と等しいことを特徴とする、請求項１２に記載のイオン輸送装置。
【請求項１５】
イオン輸送方法であって、
イオン輸送装置の内部空間に、前記イオン輸送装置の軸方向イオン入口端部で、イオンを入れる工程であって、前記イオン輸送装置が前記軸方向イオン入口端部から軸方向イオン出口端部に向かって長手方向軸に沿って配置された複数の電極を備え、前記複数の電極が前記長手方向軸に直交する横断面において前記内部空間を取り囲んでいる工程と、
前記長手方向軸に沿って変化するＲＦ電界を印加することによって、前記横断面における前記イオンの径方向への動きを、前記イオン入口端部での大きなイオンビーム断面から前記イオン出口端部での小さなイオンビーム断面まで制約して前記長手方向軸に沿って延びる収束イオンビームを得る工程であって、前記ＲＦ電界は前記イオン入口端部に２ｎ１重極の主要な第１多重極成分を備え、ここで、ｎ１≧３／２であり、また、前記ＲＦ電界は前記イオン出口端部に主として２ｎ２重極の第２多重極成分を備え、ここで、ｎ２≧３／２かつｎ２＜ｎ１である工程とを含むことを特徴とする、イオン輸送方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公表番号】特表２０１２−５２９１５６（Ｐ２０１２−５２９１５６Ａ）
【公表日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５１４１４９（Ｐ２０１２−５１４１４９）
【出願日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３７３２４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１４１７７６
【国際公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【出願人】（３９９１１７１２１）アジレント・テクノロジーズ・インク (710)
【氏名又は名称原語表記】ＡＧＩＬＥＮＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０３７３２４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１４１７７６
【国際公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【出願人】（３９９１１７１２１）アジレント・テクノロジーズ・インク (710)
【氏名又は名称原語表記】ＡＧＩＬＥＮＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＩＮＣ．
【Ｆターム（参考）】
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