方法
本発明は、四重極型質量分析計（ＱＭＳ）コンポーネントを製造する方法と、モノリシック四重極型質量分析計又はモノリシック四重型質量分析計のコンポーネントと、双曲線電場を生成する能力をもつ四重極型質量フィルタ（ＱＭＦ）又は四重極イオントラップ（ＱＩＴ）と、モジュラ式四重極型質量分析計（ＱＭＳ）アセンブリとに関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、四重極型質量分析計（ＱＭＳ）コンポーネントを製造する方法と、モノリシック四重極型質量分析計又はモノリシック四重型質量分析計のコンポーネントと、双曲線電場を作る能力をもつ四重極型質量フィルタ（ＱＭＦ）又は四重極イオントラップ型（ＱＩＴ）と、モジュラ式四重極型質量分析計（ＱＭＳ）組立体とに関する。
【０００２】
質量分析計は、一般に、試料がイオン源によってイオン化される真空チャンバに試料を導入することに頼る。イオンは、検出器に到達する前に、イオンの電荷と質量との比に応じて分離される。従来型の四重極型質量分析計（ＱＭＳ）では、コンパスの各点にある４個の円形状電極がこれらの円形状電極の密閉空間の中に電場を作る。これらの電極は、典型的に、直径１ｃｍ及び長さ１５ｃｍまでのステンレス鋼製であり、そして、精密製造を必要とする。国際公開第９６／３１９０１−Ａ号には、金属被覆グラスファイバの形をした電極が開示されている。
【０００３】
質量分析計における最近の開発は、優れた性能を維持したまま携帯型にすることができる完全一体型デバイスを構築することに主な焦点を絞って急速に進歩している。これを実現するため、質量アナライザのような質量分析計コンポーネントの小型化が追求されている。アナライザのサイズの縮小は、いくつかの利点を約束する。
１． 個々のコンポーネント及び完成デバイスのための大量生産の可能性を提供する既存の実施技術による製造コスト削減。
２． イオンの平均自由行程の長さの短縮を原因とするより高圧での動作。
３． より小型化されたデバイス及びより高圧動作を原因とするよりロバスト性が低く、かつ、より安価な真空システムの使用。
４． 不可欠な電場を生成するため必要とされるより低い電極電圧を実現するため低電力バッテリで動作する可能性に伴う電力消費削減。
５． 質量分析システム全体を携帯型にする可能性。
【０００４】
質量分析計の小型化は、主として、金属蒸着を用いる半導体マイクロエンジニアリングに基づくマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）によって現在実行されている。双曲線のような複雑な電極幾何学的形状は、ＭＥＭＳを使用してマイクロスケールで加工できないので、円筒状及び平面状のようなより簡単な幾何学的形状が双曲線場への近似を与えるため使用される。
【０００５】
ＭＥＭＳを使用して構築された最初の小型アナライザのうちの１つは、円筒状電極付きの四重極型質量フィルタ（ＱＭＦ）である［Ｔａｙｌｏｒ Ｓ ｅｔ ａｌ． Ｓｉｌｉｃｏｎ ｂａｓｅｄ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ｕｓｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． Ｂ ２００１， １９， ５５７−５６２］。他の小型質量アナライザは、タイムオブフライト質量フィルタ［Ｗａｐｅｌｈｏｒｓｔ Ｅ ｅｔ ａｌ： Ｃｏｍｐｌｅｘ ＭＥＭＳ： ａ Ｆｕｌｌｙ Ｉｎｔｅｇｒａｅｄ ＴＯＦ Ｍｉｃｒｏ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ． Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ ２００７， １３８， ２２−２７］と、アレイを容易に形成する円筒状マイクロイオントラップ［Ｂｌａｉｎ Ｍ Ｇ ｅｔ ａｌ： Ｔｏｗａｒｄｓ ａｎｄ Ｈａｎｄ−Ｈｅｌｄ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ： Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ， Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ−Ｓｃａｌｅｄ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ Ｉｏｎ Ｔｒａｐｓ． Ｉｎｔ． Ｊ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ． ２００４， ２３６， ９１−１０４、 Ｐａｕ Ｓ ｅｔ ａｌ： Ｍ． Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｉｏｎ Ｔｒａｐ ｆｏｒ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ． Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ． ２００６， ９６， １２０８０１、及び、Ｖａｎ Ａｍｅｒｏｍ Ｆ Ｈ Ｗ ｅｔ ａｌ： Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ Ｉｏｎ Ｔｒａｐ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ Ａｒｒａｙｓ ｆｏｒ Ｈａｎｄｈｅｌｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｎａｌｙｚｅｒｓ． Ｃｈｅｍ． Ｅｎｇ． Ｃｏｍｍ． ２００８， １９５， ９８−１１４］と、平面状電極付きの直線的イオントラップ［Ｓｏｎｇ Ｙ ｅｔ ａｌ： Ｎｏｖｅｌ Ｌｉｎｅａｒ Ｉｏｎ Ｔｒａｐ Ｍａｓｓ Ａｎａｌｙｚｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ Ｆｏｕｒ Ｐｌａｎａｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ． Ｊ． Ａｍ． Ｓｏｃ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ． ２００６， １７，６３１−６３９ Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ． ２００７， ７９， ２９２７−２９３２］と、ハローイオントラップ［Ａｕｓｔｉｎ Ｄ Ｅ ｅｔ ａｌ： Ｈａｌｏ Ｉｏｎ Ｔｒａｐ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ． Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ． ２００７， ７９， ２９２７−２９３２］と、を含む。イオン源小型化は、カーボンナノチューブ電子衝撃イオン源の具現化と共にさらに進歩している［Ｂｏｗｅｒ Ｃ Ａ ｅｔ ａｌ： Ｏｎ−Ｃｈｉｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｍｐａｃｔ Ｉｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ ｕｓｉｎｇ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｔｔｅｒｓ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔｅ． ２００７， ９０， １２４１０２］。
【０００６】
本発明は、四重極型質量分析計（ＱＭＳ）のコンポーネントを製造するための硬化性材料の選択的硬化の利用に基づいている。詳細には、本発明は、モジュール性が与えられることがあり、そして、これまでのところ達成できない電場プロファイルの達成を（使用中に）もたらす非常に正確なプロファイルが利用されるＱＭＳのモノリシック（例えば、単一の）コンポーネントのための方法に関する。
【０００７】
第１の態様から見ると、本発明は、四重極型質量分析計（ＱＭＳ）コンポーネントを製造する方法であって、
硬化性材料の土台を準備するステップ（ａ）と、
ＱＭＳコンポーネントのｘｙ層の特性を示す選択的に硬化された材料のｘｙ層を生じさせるため、硬化性材料の土台の中の複数のｘｙ層の１つずつをｚ方向に順次に入射放射線で選択的に露光するステップ（ｂ）と、
を含む方法を提供する。
【０００８】
小さい段階的なｚ方向の増加を利用することにより、体積画素に関係した小さい形状サイズ（厚さｚを有する画素寸法ｘｙ）が高精度でＱＭＳコンポーネントを製造するため達成可能である。本発明の方法は、よって、良好な公差及び滑らかな平面をもつ小型ＱＭＳコンポーネントを簡単に、急速に、そして、低コストで製造することを可能にする。これらの利点は、詳細には、即時医療診断と、水質及び環境分析と、石油、天然ガス及び爆発物の検出とのような現場用途における質量分析計の有用性を増進する。
【０００９】
入射放射線は、ＱＭＳコンポーネントのｘｙ層の特性を示す画像によって特徴付けられることがある。
【００１０】
好ましくは、ステップ（ｂ）は、ｚ方向での複数のｘｙ層の順次露光に応じた入射放射線を順次に再特徴付けする（例えば、デジタル的に再特徴付けを行う）ことを含む。
【００１１】
層毎に特定のマスクを（著しいコストで）必要とする従来型のリソグラフィック技術とは異なり、本発明の方法の本実施形態は、一連の層毎に「マスク」を効率的に作り替え、それによって、制御された層毎の幾何学的形状を構築するために動的マスキング方式を利用する。
【００１２】
再特徴付けは、画像搬送信号（例えば、デジタル画像搬送信号）に応答して行われることがある。画像搬送信号は、モデリング技術（例えば、ＣＡＤデータ又はスキャンファイルからのコンピュータ生成モデル）によって生成されることがある。再特徴付けは、コンピュータ制御されてもよい。
【００１３】
ステップ（ｂ）は、入射放射線を出力するため、放射線源と、デジタル画像搬送信号に応答して放射線源からの放射線を調節するデジタル調節デバイスとによって実行されることがある。デジタル調節デバイスは、好ましくは、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）である。このようなデバイスは、映像用途のためＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能である。
【００１４】
ステップ（ｂ）のｘｙ層は、典型的に、厚さ１５ミクロンを有する。この目的のため、ステップ（ｂ）は、硬化性材料の土台をｚ方向へ順次にステップ送りするため、ステッピングモータを使用して段階的に進むことがある。
【００１５】
放射線源は、白色光でもよく、レーザ放射線でもよく、又は、ＬＥＤ放射線でもよい。
【００１６】
硬化性材料は、典型的に、硬化性樹脂である。硬化性材料は、感光性樹脂でもよい。硬化性材料は、アクリル樹脂でも、エポキシ樹脂でも、又は、ワックスベース樹脂でもよい。一例は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）である。
【００１７】
ＱＭＳコンポーネントは、（電極として動作可能である）細長いロッドと、締め付けピンと、四重極型質量フィルタ（ＱＭＦ）と、イオン源（例えば、スパークギャップ・イオン源、プラズマベース・イオン源、放射性同位体イオン源、又は、電子衝撃イオン源）と、イオンコレクタと、イオン検出器と、ＱＭＦプレフィルタと、プレフィルタ処理後の質量アナライザと、（円筒状又は四重極イオントラップのような）イオントラップと、質量アナライザのアレイ（例えば、トラップアレイ）と、イオン源レンズと、ハウジングと、上記のうちのいずれかのコンポーネントとのうちの１つ以上でもよい。
【００１８】
好ましい実施形態では、ＱＭＳコンポーネントは、四重極イオントラップ型質量分析計（ＱＩＴＭＳ）である。ＱＭＳコンポーネントは、線形四重極イオントラップ又は３次元四重極イオントラップでもよい。
【００１９】
好ましい実施形態では、ＱＭＳコンポーネントは、四重極型質量フィルタ（ＱＭＦ）である。ＱＭＳコンポーネントは、ハウジング部と、ハウジング部の中で平行であり、かつ、相互に離間する４個の細長い電極部とにより構成されたＱＭＦでもよい。
【００２０】
好ましい実施形態では、本発明の方法は、それ自体が１つ以上のＱＭＦ部により構成されたＱＭＦを製造するため使用される。モノリシック単一ＱＭＦ又はＱＭＦのアレイを備える高信頼性かつ完全一体型ＱＭＳは、多数の異なる技術分野における実地有用性において著しく進展する。
【００２１】
ＱＭＳコンポーネントは、レンズ部とレンズ間の絶縁体部とにより構成されたイオン源レンズでもよい。
【００２２】
ＱＭＳコンポーネントは、電極部により構成され、使用中にイオンが電極部のギャップ内部に作られるスパークギャップ・イオン源でもよい。
【００２３】
ＱＭＳコンポーネントは、プリフィルタ電極部を備えるＱＭＦプリフィルタでもよい。
【００２４】
ＱＭＳコンポーネントは、ポストフィルタ電極部を備えるＱＭＦポストフィルタでもよい。
【００２５】
ＱＭＳコンポーネントは、モノリシックＱＭＦ、ＱＭＦプリフィルタ及びＱＭＦポストフィルタでもよい。細長い電極部、プレフィルタ電極部及びポストフィルタ電極部は、１つ以上の共通の細長いロッドで画定されることがある。共通の細長いロッドは、ＱＭＦ、ＱＭＦプレフィルタ及びＱＭＦポストフィルタの１つずつの電極部のための導電領域を画定するため被覆されることがある。
【００２６】
ＱＭＳコンポーネントは、イオントラップ電極部を備える線形イオントラップでもよい。
【００２７】
ＱＭＳコンポーネントは、イオントラップ電極部を備える円筒イオントラップでもよい。
【００２８】
ＱＭＳコンポーネントは、イオントラップ電極部を備える双曲線イオントラップでもよい。
【００２９】
ＱＭＳコンポーネントは、トラップアレイ電極部を備えるトラップアレイでもよい。
【００３０】
ＱＭＳコンポーネントは、モノリシック線形イオントラップ及びトラップアレイでもよい。イオントラップ電極部及びトラップアレイ電極部は、１つ以上の共通の細長いロッドによって画定されることがある。
【００３１】
好ましくは、ＱＭＳコンポーネントは、細長いロッドを（電極として動作可能である）、細長いロッド又は締め付けピンのためのハウジングである。
【００３２】
好ましい実施形態では、ＱＭＳコンポーネントは、細長いロッドである。細長いロッドは、円形又は非円形の外形を有することがある。好ましい実施形態では、細長いロッドは、非円形形状（例えば、正方形、双曲線又は複雑な形状）を有している。好ましくは、細長いロッドの形状は、少なくとも部分的に実質的に双曲線である。
【００３３】
細長いロッドは、多面的でもよい。細長いロッドは、一致しなくてもよい複数の（例えば、対の）実質的に放射状のフランジを有することがある。細長いロッドは、実質的にアンビル型でもよい。
【００３４】
典型的に、細長いロッドの長さは、５０ｍｍ以上である。
【００３５】
好ましい実施形態では、ＱＭＳコンポーネントは、複数の細長いロッドが相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付け可能である細長いスロットを含み、それらの間にイオン格納容積部を画定するハウジングである。
【００３６】
好ましくは、各細長いロッドの第１の部分が自由に内側を向き、各細長いロッドの第２の部分がハウジングの中の細長いスロットの外周の一部分に掛かるため適合するように、細長いスロットの中に、複数の細長いロッドが相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付け可能である。
【００３７】
細長いスロットの外周の幾何学的形状は、複雑でもよい。細長いスロットの外周は、多数の凹部を含むことがある。
【００３８】
好ましくは、コンポーネントは、４個の細長いロッドが相互に離間した配置（好ましくは、実質的に正方形配置）で軸方向に平行に取り付け可能である細長いスロットを含み、それらの間にイオン格納容積部を画定するハウジングである。
【００３９】
好ましくは、使用中にイオン格納容積部の中に双曲線（好ましくは、実質的に理想的な双曲線）電場を生成するように、細長いスロットの中に、４つの細長いロッドが相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付け可能である。
【００４０】
好ましくは、各細長いロッドの第１の部分が自由に内側を向き、各細長いロッドの第１の部分の形状が実質的に双曲線であるように、細長いスロットの中に、４個の細長いロッドが相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付け可能である。特に好ましくは、各細長いロッドの第２の部分は、ハウジングの中の細長いスロットの四分円状の外周に掛かるため適合する。第２の部分を細長いスロットの四分円状の外周に掛けることにより、使用中にこれまで達成不可能であった実質的に理想的な双曲線電場プロファイルを提示するハウジングの中での４個の細長いロッドの精密な相互位置及び姿勢を達成することが可能である。
【００４１】
細長いロッドの第２の部分の形状は、ハウジング内の細長い受承スロットの四分円状の外周の形状に実質的に一致することがある。細長いロッドの第２の部分は、オス型部である（又はオス型部を含む）ことがあり、細長いスロットの四分円状の外周は、オス型部と一致可能なメス型部である（又はメス型部を含む）ことがある。
【００４２】
好ましい実施形態では、この方法は、さらに、
前述されているようなステップ（ａ）及び（ｂ）によって準備されたハウジングの細長いスロットの中に、前述されているようなステップ（ａ）及び（ｂ）によって連続的に準備された複数（例えば、４個）の細長いロッドを入れるステップ（ｃ）を含む。
【００４３】
本発明の方法を利用することにより、正確な形状を備える細長いロッドと、軸方向での細長いロッドの正確な位置合わせのためのスロットを備えるハウジングとを製造することができ、内接半径２ｍｍ未満を正確に製造することが可能である。好ましくは、内接半径は１ｍｍ未満（例えば、約０．９ｍｍ）である。
【００４４】
ハウジングは、前述されているようなＱＭＳコンポーネントを受承するため窪みが付けられている。
【００４５】
好ましくは、ハウジングは、イオン源（例えば、スパークギャップ・イオン源、又は、電子イオン源）を受承するため適合している。イオン源は、前述されているようなステップ（ａ）及び（ｂ）によって準備されることがある。
【００４６】
好ましくは、ハウジングは、イオン検出器（例えば、ファラデーカップ）を受承するため窪みが付けられている。イオン検出器は、前述されているようなステップ（ａ）及び（ｂ）によって準備されることがある。
【００４７】
ハウジングは真空フランジの上に製造されてもよい。
【００４８】
好ましくは、コンポーネントは、細長いロッドをハウジング内で締め付けるため、ハウジング内の放射状ボアを通り、細長いロッド内の放射状ボアの中へ挿入可能である締め付けピンである。締め付けピンは、細長いロッドの電気接続性を助けるために導電性でもよい。
【００４９】
好ましくは、ステップ（ｃ）は、さらに、
細長いロッドをハウジング内で締め付けるために、前述されているようなステップ（ａ）及び（ｂ）によって準備された締め付けピンをハウジング内の放射状ボアを通して細長いロッド内の放射状ボアの中へ挿入するステップ（ｃ１）を含む。
【００５０】
好ましい実施形態では、この方法は、さらに、
細長いロッドを導電性にするため、導電性材料のコーティングを各細長いロッドの表面に堆積させるステップ（ｄ）を含む。
【００５１】
好ましくは、ステップ（ｄ）は、（例えば、マスキングによって）細長いロッドの第１の部分の表面で選択的に実行される。
【００５２】
好ましくは、ステップ（ｄ）はステップ（ｃ）の後に実行される。これは、コーティングが各細長いロッドの第１の部分の表面に選択的に堆積されるように、ハウジングがマスクとして作用することを可能にする。
【００５３】
導電性材料は金属ベースでもよい。例えば、導電性材料は元素状態の金属でもよい。金属は、金又は銀でもよい。
【００５４】
金属堆積は、真空中での金属（例えば、金属線）の熱蒸着、または、金属スパッタリングで実行されてもよい。金属コーティングの厚さは、０．１から３ミクロンの範囲であってよい。
【００５５】
さらなる態様から見ると、本発明は、前述されているような方法によって得ることのできる、又は、得られる、モノリシック四重極型質量分析計、又は、モノリシック四重極型質量分析計のコンポーネントを提供する。
【００５６】
モノリシックＱＭＳ又はＱＭＳコンポーネントは、前述されている通りでもよい。
【００５７】
さらなる特許可能な態様では、本発明は、小さい内接半径によって特徴付けられる、これまで達成不可能な実質的に理想的な双曲線電場の形状のＱＭＦによる達成に基づいている。
【００５８】
さらなる態様から見ると、本発明は、双曲線（好ましくは、実質的に理想的な双曲線）電場を生成する能力をもつ四重極型質量フィルタ（ＱＭＦ）又は四重極イオントラップ（ＱＩＴ）であって、
細長いスロットを含むハウジングと、
細長いスロットの中に相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付けられた４個の細長いロッドと、
を含み、各細長いロッドの第１の部分の形状が実質的に双曲線であり、そして、自由に内側を向き、４個の細長いロッドの内接半径（ｒ０）が１ｍｍ未満である、四重極型質量フィルタ（ＱＭＦ）又は四重極イオントラップ（ＱＩＴ）を提供する。
【００５９】
双曲線電場の達成は、より高い製造公差を許容しながら、ＱＭＦがより高い透過率、より高い分解能、及びより低歪みの（より理想的な）ピーク形状を示すことを可能にする。
【００６０】
好ましくは、ＱＭＦ又はＱＩＴは、実質的に理想的な双曲線電場を生成する能力をもつ。
【００６１】
好ましくは、ＱＭＦ又はＱＩＴは、使用中に、電位変化によって記述される電場を生成する。
【数１】
【００６２】
好ましくは、ＱＭＦ又はＱＩＴは、使用中に、実質的に図８に記述されるような電場を生成する。
【００６３】
好ましくは、内接半径（ｒ０）は、４００ミクロンから０．９ｍｍ、好ましくは、０．１から０．９ｍｍの範囲に入る。
【００６４】
本発明のＱＭＦによって達成可能なピーク高さの５０％における平均分解能Ｒ（ｍ／Δｍ）は、典型的に２０以上であり、好ましくは、３０以上であり、より好ましくは、４０以上であり、特に好ましくは、５０以上である。
【００６５】
ハウジングは、前述されている通りでもよい。細長いスロットは、前述されている通りでもよい。４個の細長いロッドのそれぞれは、前述されている通りでもよい。
【００６６】
本発明のＱＭＦ又はＱＩＴは、前述されているような方法によって、電極放電加工によって、リソグラフィによって、又は、射出成形によって得られるか、又は、得ることができることがある。
【００６７】
好ましくは、本発明のＱＭＦ又はＱＩＴは、前述されているような方法によって得られるか、又は、得ることができる。
【００６８】
好ましくは、本発明のＱＭＦ又はＱＩＴは、前述されているような方式によって得られるか、又は、得ることができる。
【００６９】
さらなる特許可能な態様によれば、本発明は、本来備わっている汎用性によって安価に組み立てることができ、その上、そのままで使用できる可能性を与えるモジュラ式四重極型質量分析計アセンブリを提供することにより、従来型の質量分析計の欠点を解決しようとする。
【００７０】
さらなる態様から見ると、本発明は、
細長いスロットを含むハウジングである第１のモジュールと、
各細長いロッドの第１の部分の形状が実質的に双曲線であり、そして、各細長いロッドの第１の部分が自由に内側を向き、各細長いロッドの第２の部分がハウジングの中の細長いスロットの四分円状の外周に掛かるように、相互に離間した配置で細長いスロットの中に軸方向に平行に取り付け可能である４個の細長いロッドである第２のモジュールと、
を含むモジュラ式四重極型質量分析計（ＱＭＳ）アセンブリを提供する。
【００７１】
モジュラ式ＱＭＳアセンブリの汎用性は、個々のモジュールが（場合によっては、既にユーザに利用可能であるかもしれない他のコンポーネントと組み合わせて）本発明を実施する意図を持つエンドユーザに供給されるような汎用性である。
【００７２】
好ましくは、第２のモジュールが第１のモジュールの中に取り付けられているとき、第１のモジュール及び第２のモジュールは、共通の電気フランジに接続されている。
【００７３】
好ましくは、第１のモジュールは、真空フランジに取り付けられている。
【００７４】
好ましくは、ハウジングは、第１の凹部を含み、モジュラ式ＱＭＳアセンブリは、第１の凹部に受承できるイオン源である第３のモジュールをさらに含む。
【００７５】
好ましくは、第３のモジュールが第１の凹部に受承されているとき、第１のモジュール及び第３のモジュールは、共通の電気フランジに接続されている。イオン源は、好ましくは、スパークイオン源である。
【００７６】
好ましくは、ハウジングは、第２の凹部を含み、モジュラ式ＱＭＳアセンブリは、第２の凹部に受承できるイオン検出器である第４のモジュールをさらに含む。
【００７７】
好ましくは、第４のモジュールが第２の凹部に受承されているとき、第１のモジュール及び第４のモジュールは、共通の電気フランジに接続されている。第４のモジュールは、ファラデーカップでもよい。
【００７８】
好ましくは、モジュラ式ＱＭＳアセンブリの各モジュールは、前述されているような方法によって製造される。
【００７９】
典型的に、モジュールは、押し嵌め（例えば、ｘｙ押し嵌め又はｚ押し嵌め）によって組立可能である。この押し嵌めは、適切なオス／メス結合によって実現されることがある。
【００８０】
本発明は、今度は添付図面を参照して非限定的な意味で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の方法の実施形態によって製造される双曲線ＱＭＦをテストするため使用される電子衝撃イオン源（ＥＩＩＳ）のｚｘ／ｚｙ平面内の等電位線を示す図である。
【図２】電極設計（ａ、上部）とハウジング内の電極スロットの設計（ｂ、下部）とを示す双曲線ＱＭＦのＣＡＤ設計図である。
【図３】ＣＰＯとＬｉｖｅｒｐｏｏｌ ＱＭＳ−２プログラムとの結合によって生成された双曲線ＱＭＦ内部で振動する４Ｈｅ＋イオンのためのシミュレーションされた質量ピークを示す図である。
【図４】金によって被覆された及び被覆されていないＱＭＦの細長いロッド（ａ、上部）と、表面粗さを示すロッドの顕微鏡画像（ｂ、下部）とを示す図である。
【図５】電極の配置を示す、本発明の方法によって準備されたＱＭＦプロトタイプの断面図である。
【図６】双曲線ＱＭＦから得られた４Ｈ＋イオンの実験的な質量ピーク（ａ、上部）と、Ｈｅ／Ｎｅガス混合物の実験的な質量スペクトル（ｂ、下部）とを示す図である。
【図７】本発明の方法を実行するシステムの概略図である。
【図８】本発明の双曲線ＱＭＦの実施形態によって提示される双曲線電場を示すである。
【図９】本発明のモジュラ式ＱＭＳアセンブリの組立図（ａ）及び分解図（ｂ）である。
【図１０】図９のモジュラ式ＱＭＳアセンブリの実施形態のモジュール１及びモジュール２を分離して示す図である。
【図１１】本発明のＱＭＦの４個の電極の相互配置及び電気接続性の概略図である。
【図１２】本発明の３次元四重極イオントラップを示す図である。
【図１３】本発明の線形四重極イオントラップを示す図である。
【００８２】
実施例１
以下の実施例は、本発明によるＱＭＦを製造する前に使用された方法と、ＱＭＦをテストした後の性能結果とについて説明する。
【００８３】
モデリング
静電気の解析的及び数値的モデリングは、現実のシステムに現れる可能性がある結果を生成するので、イオン源及び質量分析計を設計するときに有用でありかつ不可欠である。数値モデルは、個々の質量ピーク、又は、完全な質量スペクトルを生成するため使用され、そして、双曲線状電極、円筒状電極、又は、正方形状電極を備えるＱＭＦと共に、どのようなイオン源でもサポートできる。モデルは、［ｗｗｗ．ｅｌｅｃｔｒｏｎｏｐｔｉｃｓ．ｃｏｍで入手可能である］ＣＰＯ３ＤプログラムをＬｉｖｅｒｐｏｏｌ ＱＭＳ−２プログラム［Ｇｉｂｓｏｎ Ｊ Ｒ ｅｔ ａｌ： Ｄｅｔａｉｌｅｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒａ ｆｏｒ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． Ａ ２０００， １８， ２３７−２４３］と結合することによって機能する。
ＣＰＯは、静電レンズをモデリングするための有限要素法（ＦＥＭ）及び有限差分法（ＦＤＭ）よりも正確であることが判明している境界要素法（ＢＥＭ）に基づく商用静電気シミュレーションパッケージである［Ｃｕｂｒｉｃ Ｄ ｅｔ ａｌ： Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ＦＤＭ， ＦＥＭ ａｎｄ ＢＥＭ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｏｐｔｉｃｓ． Ｎｕｃｌ． Ｉｎｓｔｒ． Ｍｅｔｈ． Ｐｈｙｓ． Ｒｅｓ． Ａ １９９９， ４２７， ３５７−３６２］。ＣＰＯは、さらに、自由空間内の小型イオントラップをモデリングするためのＳＩＭＩＯ（ＦＤＭ）よりも正確であることが明らかにされている［Ｂｒｋｉｃ Ｂ ｅｔ ａｌ： Ｈｉｇｈ−Ｆｉｄｅｌｉｔｙ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｉｏｎ Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓ ｉｎ Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ Ｉｏｎ Ｔｒａｐｓ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｂｏｕｎｄａｒｙ−Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ． Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ａ ２００６， ７３， ０１２３２６］。
これは主として、ＢＥＭが電位を計算するためのグリッド点を画定するために電極の表面だけを使用し、一方、ＦＥＭ及びＦＤＭは、電極によって閉じ込められた空間も使用するからである。このように、ＢＥＭは、シミュレーションの精度を調節するため使用される電極セグメントの数が少ない場合でも、より高速な計算と、より高精度とを可能にする。別の利点は、セグメントの数は、様々な電極領域に対し定義できるので、最も重要な領域に対してより多数のセグメントを設け、そして、高精度が必要とされない領域に対してより少数のセグメントを設けることが可能である。
【００８４】
ＱＭＳ−２は、リヴァプール大学によって開発されたＱＭＦ用の２次元シミュレーションパッケージであり、当初はＦＤＭに基づいていた。最近、ＱＭＳ−２は、電場及び電位を計算するためＢＥＭを使用した。ＱＭＳ−２は、双曲線状電極、円筒状電極、又は、正方形状電極を備えるＱＭＦをサポートし、正確な性能予測を与える［Ｇｉｂｓｏｎ Ｊ Ｒ ｅｔａｌ： Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｍａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｏｒ Ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ ａｎｄ Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ． Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ． ２０００， １４， １６６９−１６７３、及び、Ｇｉｂｓｏｎ Ｊ Ｒ ｅｔ ａｌ： Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ Ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｐｅａｋ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｍａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒｓ． Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ． ２００３， １７， １０５１−１０５５］。
ＱＭＳ−２の目的は、安定度ゾーン１、２及び３のための特定の質量範囲内で、所定のイオン質量に対する個々の質量ピーク及び質量スペクトル全体を生成することである。これは、ＱＭＦ寸法及び駆動パラメータ（電圧及び周波数）を、初期イオン振動パラメータ（位置、エネルギー、及び、速度成分）と共に定義することによって実現される。ＱＭＳ−２における初期イオンパラメータは、所望のイオンに対し一定の初期エネルギーを設定すること、及び、イオンがＱＭＦに入る方向に角拡散を設定することのいずれによっても定義することができる。よりカスタマイズされたアプローチは、入射イオンパラメータを取得するためＣＰＯ及びＳＩＭＩＯＮのようなプログラムを使用して、所定のイオン源内のイオンの動きをモデリングすることによって使用することができる。これは、現実のシステム、特に、イオン源レンズに印加された電圧に直接的に依存するイオンエネルギーに関してより良い対応関係を与える。
【００８５】
本実施例に関して、ＣＰＯは、電子衝撃イオン源（ＥＩＩＳ）のためのイオン軌道をシミュレーションするため使用され、ＱＭＳ−２は、本発明によって構築された双曲線ＱＭＦのため使用された。図１は、本実施例で使用されたＥＩＩＳの場合の等電位線を示す。四重極電位は、負のＤＣ電圧が印加されたイオン抽出レンズの領域の範囲内で調べることができる。イオンケージ及び入口レンズは、抽出レンズの電圧より絶対値が著しく小さい正のＤＣ電圧に維持される。出口レンズは接地される。双曲線ＱＭＦは、イオンが質量フィルタに入り、空間電荷（ＳＣ）がイオン源の内部のイオンの間で有効にされたときにフリンジング場効果を組み入れるため、ＥＩＩＳのＣＰＯシミュレーションにさらに追加された。
【００８６】
設計
双曲線ＱＭＦを製造する前に、、構築されるべき各コンポーネントの寸法を決めるため、Ｐｒｏ／ＥＮＧＩＮＥＥＲによって詳細なＣＡＤ設計が準備された。ＣＡＤ図面は、機械の中へ直接的にロードされ、この機械は、その後、この図面に従って所望の３次元形状を加工した。
図２ａ及び図２ｂは、電極、電極ハウジング及びピンを含む双曲線ＱＭＦの設計図面を示す。ハウジングにあるスロットの形状は、良好な位置合わせ及び分離を確立するために、細長いロッドに緊密に嵌合するように注意深く選択された。これは、電極の小さい変位が計器の性能を大幅に低下させる可能性があるＱＭＦの場合に特に重要である［Ｔａｙｌｏｒ Ｓ ｅｔ ａｌ： Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｉｍｐｅｒｆｅｃｔ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａ ＱＭＳ Ｆｉｌｔｅｒ． Ｊ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ． ２００８， ４３， ６０９−６１６］。
ピンは、小さな穴を通して電極への電気的接続を可能にし、そして、電極をハウジング内部で固定する。
【００８７】
製造技術
双曲線ＱＭＦの製造は、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を使用して実行された。本実施例では、商用のＥｎｖｉｓｉｏｎ社のＰｅｒｆａｃｔｏｒｙシステムがピン、電極及びハウジングを製造するため使用され、図７に概略的に示される。システム１は、透明床部付きの硬化性樹脂容器４と、ＤＭＤチップ５と、集束レンズ６と、光源７と、ｚ方向にビルド３を形成するためビルドプラットフォーム２を動かすためのステッピングモータとを含む。ＤＭＤチップ５は、レンズ取り付け部、付属電子部品及び冷却ユニット付きのＤＭＤ外枠の一部分である。
【００８８】
本発明の方法のためのコンピュータ生成モデルの前処理は、大量生産のために巧く適合している一般的なＲＰモデルと同一である。個々のビルド層に対応する２つのカラービットマップ画像が生成される。これらのビットマップ画像は、その後、ＤＭＤ５上の個々のミラーを作動させるため使用され、重合が起こる硬化性樹脂容器４に向かって光を反射させる。
【００８９】
感光性樹脂は、モノマーを分離してそれらが結合するのを阻止する光抑制剤を含有する。所定波長の放射に露光すると、これらの抑制剤が破壊され、重合が起こることができる。このプロセスを繰り返すことを可能にするため、未硬化のポリマーの新規な層が、透明床部の最も下側に存在しなければならない。これは、前に硬化された層が、１ビルド層に対応する量だけ上昇することを必要とする。これを実現するため、ステッピングモータは、距離Δｚずつ平行移動し、前に硬化された層の下に液体ポリマーが浸透することを可能にする。さらなる露光は、現在の層を前に硬化された層に優先的に粘着させる。適切な平行移動が再び行われ、このプロセスは、幾何学的形状の高さ全体に必要なビルド層の数に対応する回数に亘って繰り返される。
【００９０】
ピン及び電極は、熱蒸着器を有しているＥｄｗａｒｄｓ社のＥ３０６Ａ コーティングシステムを使って、金によって被覆された。
【００９１】
このシステムの分解能は、分解能制限パラメータが各ビルド層に関する座標軸において異なるために、異方性がある。このようにして実現された幾何学的形状は、多数のボクセル（体積画素）により構成されていると考えることができる。これらの離散的な「構築ブロック」は、ｘｙ分解能に対応する（樹脂床部で観察されるような集束後に）ＤＭＤ ５に搭載された各ミラーによって強制され、そして、ステッピングモータの最小可能平行移動によってｚ方向に強制されたそれぞれの寸法を有している。
【００９２】
実験的セットアップ
本発明の方法によって準備された双曲線ＱＭＦの性能をテストするため使用された設備は、
１． ガスの試料を添加したときの圧力を監視するため、及び、良好なベースレベルが達成されることをチェックするために使用される、Ｌｅｙｂｏｌｄ Ｉｏｎｉｖａｃ社製の真空ゲージと、
２． 大気圧（７５０トール）から約１×１０−１トールまで真空システム内の圧力を低下させるために使用されるＥｄｗａｒｄｓ社製の２段式ロータリーポンプと、
３． １×１０−１トールから約５×１０−６トールまで圧力を低下させるために使用されるＥｄｗａｒｄｓ社製のターボ分子ポンプと、
４． フィラメントが点灯しており、燃え尽きていないこと、及び、フィラメントが電子をケージに放出していることをチェックするために、フィラメントの中を通る電流を監視するため使用される電流計と、
５． ケージ上の電流を監視するため使用されるマイクロ電流計と、
６． イオン源電圧を制御し、ＲＦ＋ＤＣ駆動電圧を質量フィルタに供給し、ファラデーキャップ検出器の中の電流を測定し、プロットされるべき信号をコンピュータへ送信するため使用される電子制御ユニット（ＥＣＵ）と、を含んでいた。このＥＣＵは、特注設計されたものであり、ユーザはすべての設定値を完全に制御できるので、質量フィルタを実験的に機能させるために適している。
【００９３】
結果及び検討
本実施例において本発明によって製造された双曲線ＱＭＦは、既存の真空フランジと、既存の電子衝撃イオン源（ＥＩＩＳ）及び検出器を備える金属ハウジングとに収まるように設計された。ＱＭＦは、ｒ０＝２ｍｍであった（ここで、ｒ０は、ＱＭＦの対向する電極間の距離の半分である）。ロッドの長さは、５０ｍｍであった。従来型のエンジニアリングによって構築された商用のＥＩＩＳが、ＱＭＦをテストするため使用された。このＥＩＩＳは、円筒状ケージと、イオンの集束及び抽出のために使用される３枚の板状レンズとにより構成された。ケージは、直径６ｍｍ及び長さ１０ｍｍであった。３枚のレンズのすべては、厚さ０．３ｍｍおよび間隔０．８ｍｍであった。入口レンズは、ケージに接続され、出口レンズは、ＱＭＦから０．５ｍｍ分離されていた。各レンズは、ｒｅ＝１．５ｍｍであった（ここで、ｒｅは、出口アパーチャの半径である）。
ＥＩＩＳの出口アパーチャのサイズ（ｒｅ＝０．７５ｒ０）は、良好なイオン透過及び分解能を得るためのＱＭＦのサイズに対して最適ではなかった。既存のＥＩＩＳを使用する目的は、テスト時間を節約し、ＱＭＦがピーク高さの５０％のとき、２０を上回る平均分解能Ｒ（ｍ／Δｍ）をもつ質量分析計として動作することを証明することであった。より長い長さをもつＱＭＦロッドは、分解能を著しく改良することになるが、既存の金属ハウジングに収めるために長さ５０ｍｍが選ばれた。
【００９４】
テストのため、ＱＭＦは、ＤＣ走査電圧２．９６Ｖ、周波数３．６８６ＭＨｚの１７．６６Ｖの大きさのＲＦを使って駆動された。イオン源ケージ及び入口レンズは、３Ｖに維持され、抽出レンズは−４０Ｖに維持され、出口レンズは０Ｖに維持された。イオン化のための放射電流は０．６ｍＡであり、そして、動作圧力は９．９×１０−５トールであった。テスト前に、指定された駆動パラメータを用いて所定のＱＭＦ及びＥＩＩＳの最高達成可能分解能を推定するために、４Ｈｅ＋イオンの質量ピークを取得するシミュレーションが実行された。最初に、イオン源内部のイオン運動が、エネルギー０．０１ｅＶでケージ内部の振動を開始する４Ｈｅ＋イオンを用いてＣＰＯにおいてモデル化された。円筒状イオンビームが定義され、ケージからのイオンのうちの４０％がレンズを通過し、平均して３．１７ｅＶでＱＭＦに入ることに成功した。イオンがＱＭＦに到達したときのイオン源及びフリンジング場の内部のイオン間の空間電荷の効果がさらに組み込まれる。
ＣＰＯは、多数のイオン（最大で１象限当たりに４０００個）をサポートしないので、ユーティリティプログラムが、良好なピークを取得するために、ＱＭＦに入る多数のイオンを生成するため使用された。プログラムは、座標、速度成分、及び、レンズを通過したイオンからのエネルギーのようなパラメータと、イオン４００００個のために比例的に生成されたパラメータとを使用した。なぜならば、イオンのうちの４０％がイオン源レンズを通過し、ケージ内にイオン１０００００個が存在することが仮定されるからである。したがって、イオン４００００個が、ＱＭＳ−２プログラム内において双曲線ＱＭＦに注入された。
【００９５】
最適な分解能を用いて質量ピークを取得するため、ＱＭＳ−２における分解能セッティングηは、９９．９９％に定義された（ここで、ηは、ＤＣ電圧Ｕと、ＡＣ電圧Ｖの大きさの比として表現される）。Ｖの値は、一定に保たれ、安定度ダイアグラムのピークに対応し、一方、Ｕの値は、分解能値を変更するために変化した。図３は、ゾーン１安定度領域で動作するＱＭＦのためのＱＭＳ−２から取得された４Ｈｅ＋ピークを示す。ピーク高さの５０％における分解能は、所定のセットアップに対し理論的に最大達成可能である質量４の場合に７０である。質量フィルタの分解能を数値的に取得することは、製造前の予想ができるようにするために非常に役立ちうる。モデリングは、所定の用途のための要件を満たすためのイオン源及び質量フィルタの設計の調整を可能にする。
【００９６】
図４ａは、製造後の非被覆及び被覆されたＱＭＦロッドを示す。金コーティングの厚さは、約１μｍであり、一端からもう一端までの導電性電極の抵抗は、約４０Ωであった。金コーティングを改良することにより、抵抗をさらに減少させてより正確な駆動電圧を得ることができる。図４ｂは、プラスチックロッドの拡大部分の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。ロッドの表面粗さは、１．５ミクロンであった。金コーティングは、表面粗さに大きく寄与しない。このことは、電極が十分に滑らかでない場合に、パッチ電位がイオン移動に歪みを引き起こすイオン移動加熱を増加させる可能性がある小型質量アナライザに関して特に重要である［Ｔｕｒｃｈｅｔｔｅ Ｑ Ａ ｅｔ ａｌ： Ｈｅａｔｉｎｇ ｏｆ Ｔｒａｐｐｅｄ Ｉｏｎｓ Ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｇｒｏｕｎｄ Ｓｔａｔｅ， Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ａ ２０００， ６１，０６３４１８］。
【００９７】
図５は、ｒ０＝２ｍｍをもつＱＭＦのアセンブリの断面図を示す。図８に示された理想的な双曲線電場分布は、図１１の概略説明図に従ってＱＭＦを配置することによってセットアップされることがある。ハウジングのプラスチック材料は、優れた絶縁体である。電極の位置合わせの精度が高くなるように、ハウジング内部のスロットの中の溝は高精度で製造された。電極コーティングの厚さは、ＱＭＦを駆動するために十分に厚くなるように作られているが、この厚さは、導電性のため、及び、電極の入口側でのバーンマークを削減するためにさらに改良されることが必要である（図５を参照のこと）。図６ａは、ＱＭＦから取得された４Ｈｅ＋イオン実験的な質量ピークを示しており、これらのイオンのために達成された最大分解能であるピーク高さの５０％で分解能２５を用いて取得された実験的な質量ピークを示す。
【００９８】
図６ｂは、Ｈｅ／Ｎｅガスの５０：５０混合物に対する実験的な質量スペクトルを示す。ピーク高さの５０％において、４Ｈｅ＋イオンに対する分解能は１３であり、２０Ｎｅ＋イオンに対する分解能は３０である。これらのスペクトルピークに対して測定された最大分解能は存在しないが、実験を行うたびに容易に繰り返すことができる分解能である。電極コーティングをより厚くすることにより、解像度は、この特別な設計のためさらに改良することができる。従って、当初の結果から、動作原理が証明されたこと、及び、ＱＭＦは質量分析計として機能することを結論付けることができる。
【００９９】
結論
双曲線ＱＭＦが製造され、質量分析計として機能することが示された。この技術は、理想的な双曲線場を提供する質量アナライザ、又は、複雑な幾何学的形状をもつ他の機器を実施するため特に適することがわかった。
【０１００】
実施例２
図９は、本発明のモジュラ式ＱＭＳアセンブリ（アセンブリのコンポーネントは実施例１に概説された手順によって準備されることがある）の実施形態の（ａ）組立図及び（ｂ）分解図を示す。アセンブリは、４つのモジュール１、２、３及び４を含む。モジュール１はイオン源である。モジュール２はレンズアレイである。モジュール３は、４つの金被覆電極である。モジュール４は、細長いハウジングである。
【０１０１】
モジュール１（イオン源）は、ｘｙ方向での押し嵌めによってモジュール４（細長いハウジング）の中の凹部５に受承される。モジュール１は、天井部付きのサブハウジング１ｃの中に離間して搭載されている２つの被覆プレート１ａ、１ｂを含む（図１０ａを参照のこと）。
【０１０２】
モジュール２（レンズアレイ）は、ｘｙ方向での押し嵌めによってモジュール４（細長いハウジング）の中の凹部５に受承される。モジュール２は、４００ミクロンのアパーチャを備える４つの同一のレンズ２ａを含み、これらのレンズは、アパーチャの位置合わせを確実にするための位置決めピンによって取り付けられている（図１０ｂを参照のこと）。
【０１０３】
モジュール３（４つの金被覆電極）は、ｚ方向での押し嵌めによってモジュール４（細長いハウジング）の端部に受承される。
【０１０４】
モジュール４（細長いハウジング）は、モジュール１、２及び３それぞれのための設置点である、凹部５、メス穴、及び、溝を備えている。
【０１０５】
実施例３
図１２は、本発明の方法の実施形態により取得されることがある本発明の３次元四重極イオントラップ１を示す。３次元四重極イオントラップ１は、エンドキャップ電極２ａ、２ｂと、リング電極２ｃの四重極を含む。双曲線電極は、原点（ｘ，ｙ）＝（０，０）の双曲線の式：ｘ２−ｙ２＝１又はｙ２−ｘ２＝１によって表現される。
【０１０６】
図１３は、本発明の方法の実施形態により取得されることがある本発明の線形四重極イオントラップ１を示す。線形四重極イオントラップ１は、前方電極２、中心電極３及び後方電極２ｃの四重極を含む。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、四重極型質量分析計（ＱＭＳ）コンポーネントを製造する方法と、モノリシック四重極型質量分析計又はモノリシック四重型質量分析計のコンポーネントと、双曲線電場を作る能力をもつ四重極型質量フィルタ（ＱＭＦ）又は四重極イオントラップ型（ＱＩＴ）と、モジュラ式四重極型質量分析計（ＱＭＳ）組立体とに関する。
【０００２】
質量分析計は、一般に、試料がイオン源によってイオン化される真空チャンバに試料を導入することに頼る。イオンは、検出器に到達する前に、イオンの電荷と質量との比に応じて分離される。従来型の四重極型質量分析計（ＱＭＳ）では、コンパスの各点にある４個の円形状電極がこれらの円形状電極の密閉空間の中に電場を作る。これらの電極は、典型的に、直径１ｃｍ及び長さ１５ｃｍまでのステンレス鋼製であり、そして、精密製造を必要とする。国際公開第９６／３１９０１−Ａ号には、金属被覆グラスファイバの形をした電極が開示されている。
【０００３】
質量分析計における最近の開発は、優れた性能を維持したまま携帯型にすることができる完全一体型デバイスを構築することに主な焦点を絞って急速に進歩している。これを実現するため、質量アナライザのような質量分析計コンポーネントの小型化が追求されている。アナライザのサイズの縮小は、いくつかの利点を約束する。
１． 個々のコンポーネント及び完成デバイスのための大量生産の可能性を提供する既存の実施技術による製造コスト削減。
２． イオンの平均自由行程の長さの短縮を原因とするより高圧での動作。
３． より小型化されたデバイス及びより高圧動作を原因とするよりロバスト性が低く、かつ、より安価な真空システムの使用。
４． 不可欠な電場を生成するため必要とされるより低い電極電圧を実現するため低電力バッテリで動作する可能性に伴う電力消費削減。
５． 質量分析システム全体を携帯型にする可能性。
【０００４】
質量分析計の小型化は、主として、金属蒸着を用いる半導体マイクロエンジニアリングに基づくマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）によって現在実行されている。双曲線のような複雑な電極幾何学的形状は、ＭＥＭＳを使用してマイクロスケールで加工できないので、円筒状及び平面状のようなより簡単な幾何学的形状が双曲線場への近似を与えるため使用される。
【０００５】
ＭＥＭＳを使用して構築された最初の小型アナライザのうちの１つは、円筒状電極付きの四重極型質量フィルタ（ＱＭＦ）である［Ｔａｙｌｏｒ Ｓ ｅｔ ａｌ． Ｓｉｌｉｃｏｎ ｂａｓｅｄ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ｕｓｉｎｇ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． Ｂ ２００１， １９， ５５７−５６２］。他の小型質量アナライザは、タイムオブフライト質量フィルタ［Ｗａｐｅｌｈｏｒｓｔ Ｅ ｅｔ ａｌ： Ｃｏｍｐｌｅｘ ＭＥＭＳ： ａ Ｆｕｌｌｙ Ｉｎｔｅｇｒａｅｄ ＴＯＦ Ｍｉｃｒｏ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ． Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ ２００７， １３８， ２２−２７］と、アレイを容易に形成する円筒状マイクロイオントラップ［Ｂｌａｉｎ Ｍ Ｇ ｅｔ ａｌ： Ｔｏｗａｒｄｓ ａｎｄ Ｈａｎｄ−Ｈｅｌｄ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ： Ｄｅｓｉｇｎ Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ， Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ−Ｓｃａｌｅｄ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ Ｉｏｎ Ｔｒａｐｓ． Ｉｎｔ． Ｊ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ． ２００４， ２３６， ９１−１０４、 Ｐａｕ Ｓ ｅｔ ａｌ： Ｍ． Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｉｏｎ Ｔｒａｐ ｆｏｒ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ． Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ． ２００６， ９６， １２０８０１、及び、Ｖａｎ Ａｍｅｒｏｍ Ｆ Ｈ Ｗ ｅｔ ａｌ： Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ Ｉｏｎ Ｔｒａｐ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ Ａｒｒａｙｓ ｆｏｒ Ｈａｎｄｈｅｌｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｎａｌｙｚｅｒｓ． Ｃｈｅｍ． Ｅｎｇ． Ｃｏｍｍ． ２００８， １９５， ９８−１１４］と、平面状電極付きの直線的イオントラップ［Ｓｏｎｇ Ｙ ｅｔ ａｌ： Ｎｏｖｅｌ Ｌｉｎｅａｒ Ｉｏｎ Ｔｒａｐ Ｍａｓｓ Ａｎａｌｙｚｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ Ｆｏｕｒ Ｐｌａｎａｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ． Ｊ． Ａｍ． Ｓｏｃ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ． ２００６， １７，６３１−６３９ Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ． ２００７， ７９， ２９２７−２９３２］と、ハローイオントラップ［Ａｕｓｔｉｎ Ｄ Ｅ ｅｔ ａｌ： Ｈａｌｏ Ｉｏｎ Ｔｒａｐ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ． Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ． ２００７， ７９， ２９２７−２９３２］と、を含む。イオン源小型化は、カーボンナノチューブ電子衝撃イオン源の具現化と共にさらに進歩している［Ｂｏｗｅｒ Ｃ Ａ ｅｔ ａｌ： Ｏｎ−Ｃｈｉｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｉｍｐａｃｔ Ｉｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ ｕｓｉｎｇ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｔｔｅｒｓ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔｅ． ２００７， ９０， １２４１０２］。
【０００６】
本発明は、四重極型質量分析計（ＱＭＳ）のコンポーネントを製造するための硬化性材料の選択的硬化の利用に基づいている。詳細には、本発明は、モジュール性が与えられることがあり、そして、これまでのところ達成できない電場プロファイルの達成を（使用中に）もたらす非常に正確なプロファイルが利用されるＱＭＳのモノリシック（例えば、単一の）コンポーネントのための方法に関する。
【０００７】
第１の態様から見ると、本発明は、四重極型質量分析計（ＱＭＳ）コンポーネントを製造する方法であって、
硬化性材料の土台を準備するステップ（ａ）と、
ＱＭＳコンポーネントのｘｙ層の特性を示す選択的に硬化された材料のｘｙ層を生じさせるため、硬化性材料の土台の中の複数のｘｙ層の１つずつをｚ方向に順次に入射放射線で選択的に露光するステップ（ｂ）と、
を含む方法を提供する。
【０００８】
小さい段階的なｚ方向の増加を利用することにより、体積画素に関係した小さい形状サイズ（厚さｚを有する画素寸法ｘｙ）が高精度でＱＭＳコンポーネントを製造するため達成可能である。本発明の方法は、よって、良好な公差及び滑らかな平面をもつ小型ＱＭＳコンポーネントを簡単に、急速に、そして、低コストで製造することを可能にする。これらの利点は、詳細には、即時医療診断と、水質及び環境分析と、石油、天然ガス及び爆発物の検出とのような現場用途における質量分析計の有用性を増進する。
【０００９】
入射放射線は、ＱＭＳコンポーネントのｘｙ層の特性を示す画像によって特徴付けられることがある。
【００１０】
好ましくは、ステップ（ｂ）は、ｚ方向での複数のｘｙ層の順次露光に応じた入射放射線を順次に再特徴付けする（例えば、デジタル的に再特徴付けを行う）ことを含む。
【００１１】
層毎に特定のマスクを（著しいコストで）必要とする従来型のリソグラフィック技術とは異なり、本発明の方法の本実施形態は、一連の層毎に「マスク」を効率的に作り替え、それによって、制御された層毎の幾何学的形状を構築するために動的マスキング方式を利用する。
【００１２】
再特徴付けは、画像搬送信号（例えば、デジタル画像搬送信号）に応答して行われることがある。画像搬送信号は、モデリング技術（例えば、ＣＡＤデータ又はスキャンファイルからのコンピュータ生成モデル）によって生成されることがある。再特徴付けは、コンピュータ制御されてもよい。
【００１３】
ステップ（ｂ）は、入射放射線を出力するため、放射線源と、デジタル画像搬送信号に応答して放射線源からの放射線を調節するデジタル調節デバイスとによって実行されることがある。デジタル調節デバイスは、好ましくは、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）である。このようなデバイスは、映像用途のためＴｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能である。
【００１４】
ステップ（ｂ）のｘｙ層は、典型的に、厚さ１５ミクロンを有する。この目的のため、ステップ（ｂ）は、硬化性材料の土台をｚ方向へ順次にステップ送りするため、ステッピングモータを使用して段階的に進むことがある。
【００１５】
放射線源は、白色光でもよく、レーザ放射線でもよく、又は、ＬＥＤ放射線でもよい。
【００１６】
硬化性材料は、典型的に、硬化性樹脂である。硬化性材料は、感光性樹脂でもよい。硬化性材料は、アクリル樹脂でも、エポキシ樹脂でも、又は、ワックスベース樹脂でもよい。一例は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）である。
【００１７】
ＱＭＳコンポーネントは、（電極として動作可能である）細長いロッドと、締め付けピンと、四重極型質量フィルタ（ＱＭＦ）と、イオン源（例えば、スパークギャップ・イオン源、プラズマベース・イオン源、放射性同位体イオン源、又は、電子衝撃イオン源）と、イオンコレクタと、イオン検出器と、ＱＭＦプレフィルタと、プレフィルタ処理後の質量アナライザと、（円筒状又は四重極イオントラップのような）イオントラップと、質量アナライザのアレイ（例えば、トラップアレイ）と、イオン源レンズと、ハウジングと、上記のうちのいずれかのコンポーネントとのうちの１つ以上でもよい。
【００１８】
好ましい実施形態では、ＱＭＳコンポーネントは、四重極イオントラップ型質量分析計（ＱＩＴＭＳ）である。ＱＭＳコンポーネントは、線形四重極イオントラップ又は３次元四重極イオントラップでもよい。
【００１９】
好ましい実施形態では、ＱＭＳコンポーネントは、四重極型質量フィルタ（ＱＭＦ）である。ＱＭＳコンポーネントは、ハウジング部と、ハウジング部の中で平行であり、かつ、相互に離間する４個の細長い電極部とにより構成されたＱＭＦでもよい。
【００２０】
好ましい実施形態では、本発明の方法は、それ自体が１つ以上のＱＭＦ部により構成されたＱＭＦを製造するため使用される。モノリシック単一ＱＭＦ又はＱＭＦのアレイを備える高信頼性かつ完全一体型ＱＭＳは、多数の異なる技術分野における実地有用性において著しく進展する。
【００２１】
ＱＭＳコンポーネントは、レンズ部とレンズ間の絶縁体部とにより構成されたイオン源レンズでもよい。
【００２２】
ＱＭＳコンポーネントは、電極部により構成され、使用中にイオンが電極部のギャップ内部に作られるスパークギャップ・イオン源でもよい。
【００２３】
ＱＭＳコンポーネントは、プリフィルタ電極部を備えるＱＭＦプリフィルタでもよい。
【００２４】
ＱＭＳコンポーネントは、ポストフィルタ電極部を備えるＱＭＦポストフィルタでもよい。
【００２５】
ＱＭＳコンポーネントは、モノリシックＱＭＦ、ＱＭＦプリフィルタ及びＱＭＦポストフィルタでもよい。細長い電極部、プレフィルタ電極部及びポストフィルタ電極部は、１つ以上の共通の細長いロッドで画定されることがある。共通の細長いロッドは、ＱＭＦ、ＱＭＦプレフィルタ及びＱＭＦポストフィルタの１つずつの電極部のための導電領域を画定するため被覆されることがある。
【００２６】
ＱＭＳコンポーネントは、イオントラップ電極部を備える線形イオントラップでもよい。
【００２７】
ＱＭＳコンポーネントは、イオントラップ電極部を備える円筒イオントラップでもよい。
【００２８】
ＱＭＳコンポーネントは、イオントラップ電極部を備える双曲線イオントラップでもよい。
【００２９】
ＱＭＳコンポーネントは、トラップアレイ電極部を備えるトラップアレイでもよい。
【００３０】
ＱＭＳコンポーネントは、モノリシック線形イオントラップ及びトラップアレイでもよい。イオントラップ電極部及びトラップアレイ電極部は、１つ以上の共通の細長いロッドによって画定されることがある。
【００３１】
好ましくは、ＱＭＳコンポーネントは、細長いロッドを（電極として動作可能である）、細長いロッド又は締め付けピンのためのハウジングである。
【００３２】
好ましい実施形態では、ＱＭＳコンポーネントは、細長いロッドである。細長いロッドは、円形又は非円形の外形を有することがある。好ましい実施形態では、細長いロッドは、非円形形状（例えば、正方形、双曲線又は複雑な形状）を有している。好ましくは、細長いロッドの形状は、少なくとも部分的に実質的に双曲線である。
【００３３】
細長いロッドは、多面的でもよい。細長いロッドは、一致しなくてもよい複数の（例えば、対の）実質的に放射状のフランジを有することがある。細長いロッドは、実質的にアンビル型でもよい。
【００３４】
典型的に、細長いロッドの長さは、５０ｍｍ以上である。
【００３５】
好ましい実施形態では、ＱＭＳコンポーネントは、複数の細長いロッドが相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付け可能である細長いスロットを含み、それらの間にイオン格納容積部を画定するハウジングである。
【００３６】
好ましくは、各細長いロッドの第１の部分が自由に内側を向き、各細長いロッドの第２の部分がハウジングの中の細長いスロットの外周の一部分に掛かるため適合するように、細長いスロットの中に、複数の細長いロッドが相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付け可能である。
【００３７】
細長いスロットの外周の幾何学的形状は、複雑でもよい。細長いスロットの外周は、多数の凹部を含むことがある。
【００３８】
好ましくは、コンポーネントは、４個の細長いロッドが相互に離間した配置（好ましくは、実質的に正方形配置）で軸方向に平行に取り付け可能である細長いスロットを含み、それらの間にイオン格納容積部を画定するハウジングである。
【００３９】
好ましくは、使用中にイオン格納容積部の中に双曲線（好ましくは、実質的に理想的な双曲線）電場を生成するように、細長いスロットの中に、４つの細長いロッドが相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付け可能である。
【００４０】
好ましくは、各細長いロッドの第１の部分が自由に内側を向き、各細長いロッドの第１の部分の形状が実質的に双曲線であるように、細長いスロットの中に、４個の細長いロッドが相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付け可能である。特に好ましくは、各細長いロッドの第２の部分は、ハウジングの中の細長いスロットの四分円状の外周に掛かるため適合する。第２の部分を細長いスロットの四分円状の外周に掛けることにより、使用中にこれまで達成不可能であった実質的に理想的な双曲線電場プロファイルを提示するハウジングの中での４個の細長いロッドの精密な相互位置及び姿勢を達成することが可能である。
【００４１】
細長いロッドの第２の部分の形状は、ハウジング内の細長い受承スロットの四分円状の外周の形状に実質的に一致することがある。細長いロッドの第２の部分は、オス型部である（又はオス型部を含む）ことがあり、細長いスロットの四分円状の外周は、オス型部と一致可能なメス型部である（又はメス型部を含む）ことがある。
【００４２】
好ましい実施形態では、この方法は、さらに、
前述されているようなステップ（ａ）及び（ｂ）によって準備されたハウジングの細長いスロットの中に、前述されているようなステップ（ａ）及び（ｂ）によって連続的に準備された複数（例えば、４個）の細長いロッドを入れるステップ（ｃ）を含む。
【００４３】
本発明の方法を利用することにより、正確な形状を備える細長いロッドと、軸方向での細長いロッドの正確な位置合わせのためのスロットを備えるハウジングとを製造することができ、内接半径２ｍｍ未満を正確に製造することが可能である。好ましくは、内接半径は１ｍｍ未満（例えば、約０．９ｍｍ）である。
【００４４】
ハウジングは、前述されているようなＱＭＳコンポーネントを受承するため窪みが付けられている。
【００４５】
好ましくは、ハウジングは、イオン源（例えば、スパークギャップ・イオン源、又は、電子イオン源）を受承するため適合している。イオン源は、前述されているようなステップ（ａ）及び（ｂ）によって準備されることがある。
【００４６】
好ましくは、ハウジングは、イオン検出器（例えば、ファラデーカップ）を受承するため窪みが付けられている。イオン検出器は、前述されているようなステップ（ａ）及び（ｂ）によって準備されることがある。
【００４７】
ハウジングは真空フランジの上に製造されてもよい。
【００４８】
好ましくは、コンポーネントは、細長いロッドをハウジング内で締め付けるため、ハウジング内の放射状ボアを通り、細長いロッド内の放射状ボアの中へ挿入可能である締め付けピンである。締め付けピンは、細長いロッドの電気接続性を助けるために導電性でもよい。
【００４９】
好ましくは、ステップ（ｃ）は、さらに、
細長いロッドをハウジング内で締め付けるために、前述されているようなステップ（ａ）及び（ｂ）によって準備された締め付けピンをハウジング内の放射状ボアを通して細長いロッド内の放射状ボアの中へ挿入するステップ（ｃ１）を含む。
【００５０】
好ましい実施形態では、この方法は、さらに、
細長いロッドを導電性にするため、導電性材料のコーティングを各細長いロッドの表面に堆積させるステップ（ｄ）を含む。
【００５１】
好ましくは、ステップ（ｄ）は、（例えば、マスキングによって）細長いロッドの第１の部分の表面で選択的に実行される。
【００５２】
好ましくは、ステップ（ｄ）はステップ（ｃ）の後に実行される。これは、コーティングが各細長いロッドの第１の部分の表面に選択的に堆積されるように、ハウジングがマスクとして作用することを可能にする。
【００５３】
導電性材料は金属ベースでもよい。例えば、導電性材料は元素状態の金属でもよい。金属は、金又は銀でもよい。
【００５４】
金属堆積は、真空中での金属（例えば、金属線）の熱蒸着、または、金属スパッタリングで実行されてもよい。金属コーティングの厚さは、０．１から３ミクロンの範囲であってよい。
【００５５】
さらなる態様から見ると、本発明は、前述されているような方法によって得ることのできる、又は、得られる、モノリシック四重極型質量分析計、又は、モノリシック四重極型質量分析計のコンポーネントを提供する。
【００５６】
モノリシックＱＭＳ又はＱＭＳコンポーネントは、前述されている通りでもよい。
【００５７】
さらなる特許可能な態様では、本発明は、小さい内接半径によって特徴付けられる、これまで達成不可能な実質的に理想的な双曲線電場の形状のＱＭＦによる達成に基づいている。
【００５８】
さらなる態様から見ると、本発明は、双曲線（好ましくは、実質的に理想的な双曲線）電場を生成する能力をもつ四重極型質量フィルタ（ＱＭＦ）又は四重極イオントラップ（ＱＩＴ）であって、
細長いスロットを含むハウジングと、
細長いスロットの中に相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付けられた４個の細長いロッドと、
を含み、各細長いロッドの第１の部分の形状が実質的に双曲線であり、そして、自由に内側を向き、４個の細長いロッドの内接半径（ｒ０）が１ｍｍ未満である、四重極型質量フィルタ（ＱＭＦ）又は四重極イオントラップ（ＱＩＴ）を提供する。
【００５９】
双曲線電場の達成は、より高い製造公差を許容しながら、ＱＭＦがより高い透過率、より高い分解能、及びより低歪みの（より理想的な）ピーク形状を示すことを可能にする。
【００６０】
好ましくは、ＱＭＦ又はＱＩＴは、実質的に理想的な双曲線電場を生成する能力をもつ。
【００６１】
好ましくは、ＱＭＦ又はＱＩＴは、使用中に、電位変化によって記述される電場を生成する。
【数１】
【００６２】
好ましくは、ＱＭＦ又はＱＩＴは、使用中に、実質的に図８に記述されるような電場を生成する。
【００６３】
好ましくは、内接半径（ｒ０）は、４００ミクロンから０．９ｍｍ、好ましくは、０．１から０．９ｍｍの範囲に入る。
【００６４】
本発明のＱＭＦによって達成可能なピーク高さの５０％における平均分解能Ｒ（ｍ／Δｍ）は、典型的に２０以上であり、好ましくは、３０以上であり、より好ましくは、４０以上であり、特に好ましくは、５０以上である。
【００６５】
ハウジングは、前述されている通りでもよい。細長いスロットは、前述されている通りでもよい。４個の細長いロッドのそれぞれは、前述されている通りでもよい。
【００６６】
本発明のＱＭＦ又はＱＩＴは、前述されているような方法によって、電極放電加工によって、リソグラフィによって、又は、射出成形によって得られるか、又は、得ることができることがある。
【００６７】
好ましくは、本発明のＱＭＦ又はＱＩＴは、前述されているような方法によって得られるか、又は、得ることができる。
【００６８】
好ましくは、本発明のＱＭＦ又はＱＩＴは、前述されているような方式によって得られるか、又は、得ることができる。
【００６９】
さらなる特許可能な態様によれば、本発明は、本来備わっている汎用性によって安価に組み立てることができ、その上、そのままで使用できる可能性を与えるモジュラ式四重極型質量分析計アセンブリを提供することにより、従来型の質量分析計の欠点を解決しようとする。
【００７０】
さらなる態様から見ると、本発明は、
細長いスロットを含むハウジングである第１のモジュールと、
各細長いロッドの第１の部分の形状が実質的に双曲線であり、そして、各細長いロッドの第１の部分が自由に内側を向き、各細長いロッドの第２の部分がハウジングの中の細長いスロットの四分円状の外周に掛かるように、相互に離間した配置で細長いスロットの中に軸方向に平行に取り付け可能である４個の細長いロッドである第２のモジュールと、
を含むモジュラ式四重極型質量分析計（ＱＭＳ）アセンブリを提供する。
【００７１】
モジュラ式ＱＭＳアセンブリの汎用性は、個々のモジュールが（場合によっては、既にユーザに利用可能であるかもしれない他のコンポーネントと組み合わせて）本発明を実施する意図を持つエンドユーザに供給されるような汎用性である。
【００７２】
好ましくは、第２のモジュールが第１のモジュールの中に取り付けられているとき、第１のモジュール及び第２のモジュールは、共通の電気フランジに接続されている。
【００７３】
好ましくは、第１のモジュールは、真空フランジに取り付けられている。
【００７４】
好ましくは、ハウジングは、第１の凹部を含み、モジュラ式ＱＭＳアセンブリは、第１の凹部に受承できるイオン源である第３のモジュールをさらに含む。
【００７５】
好ましくは、第３のモジュールが第１の凹部に受承されているとき、第１のモジュール及び第３のモジュールは、共通の電気フランジに接続されている。イオン源は、好ましくは、スパークイオン源である。
【００７６】
好ましくは、ハウジングは、第２の凹部を含み、モジュラ式ＱＭＳアセンブリは、第２の凹部に受承できるイオン検出器である第４のモジュールをさらに含む。
【００７７】
好ましくは、第４のモジュールが第２の凹部に受承されているとき、第１のモジュール及び第４のモジュールは、共通の電気フランジに接続されている。第４のモジュールは、ファラデーカップでもよい。
【００７８】
好ましくは、モジュラ式ＱＭＳアセンブリの各モジュールは、前述されているような方法によって製造される。
【００７９】
典型的に、モジュールは、押し嵌め（例えば、ｘｙ押し嵌め又はｚ押し嵌め）によって組立可能である。この押し嵌めは、適切なオス／メス結合によって実現されることがある。
【００８０】
本発明は、今度は添付図面を参照して非限定的な意味で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の方法の実施形態によって製造される双曲線ＱＭＦをテストするため使用される電子衝撃イオン源（ＥＩＩＳ）のｚｘ／ｚｙ平面内の等電位線を示す図である。
【図２】電極設計（ａ、上部）とハウジング内の電極スロットの設計（ｂ、下部）とを示す双曲線ＱＭＦのＣＡＤ設計図である。
【図３】ＣＰＯとＬｉｖｅｒｐｏｏｌ ＱＭＳ−２プログラムとの結合によって生成された双曲線ＱＭＦ内部で振動する４Ｈｅ＋イオンのためのシミュレーションされた質量ピークを示す図である。
【図４】金によって被覆された及び被覆されていないＱＭＦの細長いロッド（ａ、上部）と、表面粗さを示すロッドの顕微鏡画像（ｂ、下部）とを示す図である。
【図５】電極の配置を示す、本発明の方法によって準備されたＱＭＦプロトタイプの断面図である。
【図６】双曲線ＱＭＦから得られた４Ｈ＋イオンの実験的な質量ピーク（ａ、上部）と、Ｈｅ／Ｎｅガス混合物の実験的な質量スペクトル（ｂ、下部）とを示す図である。
【図７】本発明の方法を実行するシステムの概略図である。
【図８】本発明の双曲線ＱＭＦの実施形態によって提示される双曲線電場を示すである。
【図９】本発明のモジュラ式ＱＭＳアセンブリの組立図（ａ）及び分解図（ｂ）である。
【図１０】図９のモジュラ式ＱＭＳアセンブリの実施形態のモジュール１及びモジュール２を分離して示す図である。
【図１１】本発明のＱＭＦの４個の電極の相互配置及び電気接続性の概略図である。
【図１２】本発明の３次元四重極イオントラップを示す図である。
【図１３】本発明の線形四重極イオントラップを示す図である。
【００８２】
実施例１
以下の実施例は、本発明によるＱＭＦを製造する前に使用された方法と、ＱＭＦをテストした後の性能結果とについて説明する。
【００８３】
モデリング
静電気の解析的及び数値的モデリングは、現実のシステムに現れる可能性がある結果を生成するので、イオン源及び質量分析計を設計するときに有用でありかつ不可欠である。数値モデルは、個々の質量ピーク、又は、完全な質量スペクトルを生成するため使用され、そして、双曲線状電極、円筒状電極、又は、正方形状電極を備えるＱＭＦと共に、どのようなイオン源でもサポートできる。モデルは、［ｗｗｗ．ｅｌｅｃｔｒｏｎｏｐｔｉｃｓ．ｃｏｍで入手可能である］ＣＰＯ３ＤプログラムをＬｉｖｅｒｐｏｏｌ ＱＭＳ−２プログラム［Ｇｉｂｓｏｎ Ｊ Ｒ ｅｔ ａｌ： Ｄｅｔａｉｌｅｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒａ ｆｏｒ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． Ａ ２０００， １８， ２３７−２４３］と結合することによって機能する。
ＣＰＯは、静電レンズをモデリングするための有限要素法（ＦＥＭ）及び有限差分法（ＦＤＭ）よりも正確であることが判明している境界要素法（ＢＥＭ）に基づく商用静電気シミュレーションパッケージである［Ｃｕｂｒｉｃ Ｄ ｅｔ ａｌ： Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ＦＤＭ， ＦＥＭ ａｎｄ ＢＥＭ ｆｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｃｈａｒｇｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｏｐｔｉｃｓ． Ｎｕｃｌ． Ｉｎｓｔｒ． Ｍｅｔｈ． Ｐｈｙｓ． Ｒｅｓ． Ａ １９９９， ４２７， ３５７−３６２］。ＣＰＯは、さらに、自由空間内の小型イオントラップをモデリングするためのＳＩＭＩＯ（ＦＤＭ）よりも正確であることが明らかにされている［Ｂｒｋｉｃ Ｂ ｅｔ ａｌ： Ｈｉｇｈ−Ｆｉｄｅｌｉｔｙ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｉｏｎ Ｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓ ｉｎ Ｍｉｎｉａｔｕｒｅ Ｉｏｎ Ｔｒａｐｓ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｂｏｕｎｄａｒｙ−Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ． Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ａ ２００６， ７３， ０１２３２６］。
これは主として、ＢＥＭが電位を計算するためのグリッド点を画定するために電極の表面だけを使用し、一方、ＦＥＭ及びＦＤＭは、電極によって閉じ込められた空間も使用するからである。このように、ＢＥＭは、シミュレーションの精度を調節するため使用される電極セグメントの数が少ない場合でも、より高速な計算と、より高精度とを可能にする。別の利点は、セグメントの数は、様々な電極領域に対し定義できるので、最も重要な領域に対してより多数のセグメントを設け、そして、高精度が必要とされない領域に対してより少数のセグメントを設けることが可能である。
【００８４】
ＱＭＳ−２は、リヴァプール大学によって開発されたＱＭＦ用の２次元シミュレーションパッケージであり、当初はＦＤＭに基づいていた。最近、ＱＭＳ−２は、電場及び電位を計算するためＢＥＭを使用した。ＱＭＳ−２は、双曲線状電極、円筒状電極、又は、正方形状電極を備えるＱＭＦをサポートし、正確な性能予測を与える［Ｇｉｂｓｏｎ Ｊ Ｒ ｅｔａｌ： Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｍａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｏｒ Ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ ａｎｄ Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ． Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ． ２０００， １４， １６６９−１６７３、及び、Ｇｉｂｓｏｎ Ｊ Ｒ ｅｔ ａｌ： Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌ Ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｐｅａｋ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｍａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒｓ． Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ． ２００３， １７， １０５１−１０５５］。
ＱＭＳ−２の目的は、安定度ゾーン１、２及び３のための特定の質量範囲内で、所定のイオン質量に対する個々の質量ピーク及び質量スペクトル全体を生成することである。これは、ＱＭＦ寸法及び駆動パラメータ（電圧及び周波数）を、初期イオン振動パラメータ（位置、エネルギー、及び、速度成分）と共に定義することによって実現される。ＱＭＳ−２における初期イオンパラメータは、所望のイオンに対し一定の初期エネルギーを設定すること、及び、イオンがＱＭＦに入る方向に角拡散を設定することのいずれによっても定義することができる。よりカスタマイズされたアプローチは、入射イオンパラメータを取得するためＣＰＯ及びＳＩＭＩＯＮのようなプログラムを使用して、所定のイオン源内のイオンの動きをモデリングすることによって使用することができる。これは、現実のシステム、特に、イオン源レンズに印加された電圧に直接的に依存するイオンエネルギーに関してより良い対応関係を与える。
【００８５】
本実施例に関して、ＣＰＯは、電子衝撃イオン源（ＥＩＩＳ）のためのイオン軌道をシミュレーションするため使用され、ＱＭＳ−２は、本発明によって構築された双曲線ＱＭＦのため使用された。図１は、本実施例で使用されたＥＩＩＳの場合の等電位線を示す。四重極電位は、負のＤＣ電圧が印加されたイオン抽出レンズの領域の範囲内で調べることができる。イオンケージ及び入口レンズは、抽出レンズの電圧より絶対値が著しく小さい正のＤＣ電圧に維持される。出口レンズは接地される。双曲線ＱＭＦは、イオンが質量フィルタに入り、空間電荷（ＳＣ）がイオン源の内部のイオンの間で有効にされたときにフリンジング場効果を組み入れるため、ＥＩＩＳのＣＰＯシミュレーションにさらに追加された。
【００８６】
設計
双曲線ＱＭＦを製造する前に、、構築されるべき各コンポーネントの寸法を決めるため、Ｐｒｏ／ＥＮＧＩＮＥＥＲによって詳細なＣＡＤ設計が準備された。ＣＡＤ図面は、機械の中へ直接的にロードされ、この機械は、その後、この図面に従って所望の３次元形状を加工した。
図２ａ及び図２ｂは、電極、電極ハウジング及びピンを含む双曲線ＱＭＦの設計図面を示す。ハウジングにあるスロットの形状は、良好な位置合わせ及び分離を確立するために、細長いロッドに緊密に嵌合するように注意深く選択された。これは、電極の小さい変位が計器の性能を大幅に低下させる可能性があるＱＭＦの場合に特に重要である［Ｔａｙｌｏｒ Ｓ ｅｔ ａｌ： Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｉｍｐｅｒｆｅｃｔ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａ ＱＭＳ Ｆｉｌｔｅｒ． Ｊ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ． ２００８， ４３， ６０９−６１６］。
ピンは、小さな穴を通して電極への電気的接続を可能にし、そして、電極をハウジング内部で固定する。
【００８７】
製造技術
双曲線ＱＭＦの製造は、デジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を使用して実行された。本実施例では、商用のＥｎｖｉｓｉｏｎ社のＰｅｒｆａｃｔｏｒｙシステムがピン、電極及びハウジングを製造するため使用され、図７に概略的に示される。システム１は、透明床部付きの硬化性樹脂容器４と、ＤＭＤチップ５と、集束レンズ６と、光源７と、ｚ方向にビルド３を形成するためビルドプラットフォーム２を動かすためのステッピングモータとを含む。ＤＭＤチップ５は、レンズ取り付け部、付属電子部品及び冷却ユニット付きのＤＭＤ外枠の一部分である。
【００８８】
本発明の方法のためのコンピュータ生成モデルの前処理は、大量生産のために巧く適合している一般的なＲＰモデルと同一である。個々のビルド層に対応する２つのカラービットマップ画像が生成される。これらのビットマップ画像は、その後、ＤＭＤ５上の個々のミラーを作動させるため使用され、重合が起こる硬化性樹脂容器４に向かって光を反射させる。
【００８９】
感光性樹脂は、モノマーを分離してそれらが結合するのを阻止する光抑制剤を含有する。所定波長の放射に露光すると、これらの抑制剤が破壊され、重合が起こることができる。このプロセスを繰り返すことを可能にするため、未硬化のポリマーの新規な層が、透明床部の最も下側に存在しなければならない。これは、前に硬化された層が、１ビルド層に対応する量だけ上昇することを必要とする。これを実現するため、ステッピングモータは、距離Δｚずつ平行移動し、前に硬化された層の下に液体ポリマーが浸透することを可能にする。さらなる露光は、現在の層を前に硬化された層に優先的に粘着させる。適切な平行移動が再び行われ、このプロセスは、幾何学的形状の高さ全体に必要なビルド層の数に対応する回数に亘って繰り返される。
【００９０】
ピン及び電極は、熱蒸着器を有しているＥｄｗａｒｄｓ社のＥ３０６Ａ コーティングシステムを使って、金によって被覆された。
【００９１】
このシステムの分解能は、分解能制限パラメータが各ビルド層に関する座標軸において異なるために、異方性がある。このようにして実現された幾何学的形状は、多数のボクセル（体積画素）により構成されていると考えることができる。これらの離散的な「構築ブロック」は、ｘｙ分解能に対応する（樹脂床部で観察されるような集束後に）ＤＭＤ ５に搭載された各ミラーによって強制され、そして、ステッピングモータの最小可能平行移動によってｚ方向に強制されたそれぞれの寸法を有している。
【００９２】
実験的セットアップ
本発明の方法によって準備された双曲線ＱＭＦの性能をテストするため使用された設備は、
１． ガスの試料を添加したときの圧力を監視するため、及び、良好なベースレベルが達成されることをチェックするために使用される、Ｌｅｙｂｏｌｄ Ｉｏｎｉｖａｃ社製の真空ゲージと、
２． 大気圧（７５０トール）から約１×１０−１トールまで真空システム内の圧力を低下させるために使用されるＥｄｗａｒｄｓ社製の２段式ロータリーポンプと、
３． １×１０−１トールから約５×１０−６トールまで圧力を低下させるために使用されるＥｄｗａｒｄｓ社製のターボ分子ポンプと、
４． フィラメントが点灯しており、燃え尽きていないこと、及び、フィラメントが電子をケージに放出していることをチェックするために、フィラメントの中を通る電流を監視するため使用される電流計と、
５． ケージ上の電流を監視するため使用されるマイクロ電流計と、
６． イオン源電圧を制御し、ＲＦ＋ＤＣ駆動電圧を質量フィルタに供給し、ファラデーキャップ検出器の中の電流を測定し、プロットされるべき信号をコンピュータへ送信するため使用される電子制御ユニット（ＥＣＵ）と、を含んでいた。このＥＣＵは、特注設計されたものであり、ユーザはすべての設定値を完全に制御できるので、質量フィルタを実験的に機能させるために適している。
【００９３】
結果及び検討
本実施例において本発明によって製造された双曲線ＱＭＦは、既存の真空フランジと、既存の電子衝撃イオン源（ＥＩＩＳ）及び検出器を備える金属ハウジングとに収まるように設計された。ＱＭＦは、ｒ０＝２ｍｍであった（ここで、ｒ０は、ＱＭＦの対向する電極間の距離の半分である）。ロッドの長さは、５０ｍｍであった。従来型のエンジニアリングによって構築された商用のＥＩＩＳが、ＱＭＦをテストするため使用された。このＥＩＩＳは、円筒状ケージと、イオンの集束及び抽出のために使用される３枚の板状レンズとにより構成された。ケージは、直径６ｍｍ及び長さ１０ｍｍであった。３枚のレンズのすべては、厚さ０．３ｍｍおよび間隔０．８ｍｍであった。入口レンズは、ケージに接続され、出口レンズは、ＱＭＦから０．５ｍｍ分離されていた。各レンズは、ｒｅ＝１．５ｍｍであった（ここで、ｒｅは、出口アパーチャの半径である）。
ＥＩＩＳの出口アパーチャのサイズ（ｒｅ＝０．７５ｒ０）は、良好なイオン透過及び分解能を得るためのＱＭＦのサイズに対して最適ではなかった。既存のＥＩＩＳを使用する目的は、テスト時間を節約し、ＱＭＦがピーク高さの５０％のとき、２０を上回る平均分解能Ｒ（ｍ／Δｍ）をもつ質量分析計として動作することを証明することであった。より長い長さをもつＱＭＦロッドは、分解能を著しく改良することになるが、既存の金属ハウジングに収めるために長さ５０ｍｍが選ばれた。
【００９４】
テストのため、ＱＭＦは、ＤＣ走査電圧２．９６Ｖ、周波数３．６８６ＭＨｚの１７．６６Ｖの大きさのＲＦを使って駆動された。イオン源ケージ及び入口レンズは、３Ｖに維持され、抽出レンズは−４０Ｖに維持され、出口レンズは０Ｖに維持された。イオン化のための放射電流は０．６ｍＡであり、そして、動作圧力は９．９×１０−５トールであった。テスト前に、指定された駆動パラメータを用いて所定のＱＭＦ及びＥＩＩＳの最高達成可能分解能を推定するために、４Ｈｅ＋イオンの質量ピークを取得するシミュレーションが実行された。最初に、イオン源内部のイオン運動が、エネルギー０．０１ｅＶでケージ内部の振動を開始する４Ｈｅ＋イオンを用いてＣＰＯにおいてモデル化された。円筒状イオンビームが定義され、ケージからのイオンのうちの４０％がレンズを通過し、平均して３．１７ｅＶでＱＭＦに入ることに成功した。イオンがＱＭＦに到達したときのイオン源及びフリンジング場の内部のイオン間の空間電荷の効果がさらに組み込まれる。
ＣＰＯは、多数のイオン（最大で１象限当たりに４０００個）をサポートしないので、ユーティリティプログラムが、良好なピークを取得するために、ＱＭＦに入る多数のイオンを生成するため使用された。プログラムは、座標、速度成分、及び、レンズを通過したイオンからのエネルギーのようなパラメータと、イオン４００００個のために比例的に生成されたパラメータとを使用した。なぜならば、イオンのうちの４０％がイオン源レンズを通過し、ケージ内にイオン１０００００個が存在することが仮定されるからである。したがって、イオン４００００個が、ＱＭＳ−２プログラム内において双曲線ＱＭＦに注入された。
【００９５】
最適な分解能を用いて質量ピークを取得するため、ＱＭＳ−２における分解能セッティングηは、９９．９９％に定義された（ここで、ηは、ＤＣ電圧Ｕと、ＡＣ電圧Ｖの大きさの比として表現される）。Ｖの値は、一定に保たれ、安定度ダイアグラムのピークに対応し、一方、Ｕの値は、分解能値を変更するために変化した。図３は、ゾーン１安定度領域で動作するＱＭＦのためのＱＭＳ−２から取得された４Ｈｅ＋ピークを示す。ピーク高さの５０％における分解能は、所定のセットアップに対し理論的に最大達成可能である質量４の場合に７０である。質量フィルタの分解能を数値的に取得することは、製造前の予想ができるようにするために非常に役立ちうる。モデリングは、所定の用途のための要件を満たすためのイオン源及び質量フィルタの設計の調整を可能にする。
【００９６】
図４ａは、製造後の非被覆及び被覆されたＱＭＦロッドを示す。金コーティングの厚さは、約１μｍであり、一端からもう一端までの導電性電極の抵抗は、約４０Ωであった。金コーティングを改良することにより、抵抗をさらに減少させてより正確な駆動電圧を得ることができる。図４ｂは、プラスチックロッドの拡大部分の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。ロッドの表面粗さは、１．５ミクロンであった。金コーティングは、表面粗さに大きく寄与しない。このことは、電極が十分に滑らかでない場合に、パッチ電位がイオン移動に歪みを引き起こすイオン移動加熱を増加させる可能性がある小型質量アナライザに関して特に重要である［Ｔｕｒｃｈｅｔｔｅ Ｑ Ａ ｅｔ ａｌ： Ｈｅａｔｉｎｇ ｏｆ Ｔｒａｐｐｅｄ Ｉｏｎｓ Ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｇｒｏｕｎｄ Ｓｔａｔｅ， Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ａ ２０００， ６１，０６３４１８］。
【００９７】
図５は、ｒ０＝２ｍｍをもつＱＭＦのアセンブリの断面図を示す。図８に示された理想的な双曲線電場分布は、図１１の概略説明図に従ってＱＭＦを配置することによってセットアップされることがある。ハウジングのプラスチック材料は、優れた絶縁体である。電極の位置合わせの精度が高くなるように、ハウジング内部のスロットの中の溝は高精度で製造された。電極コーティングの厚さは、ＱＭＦを駆動するために十分に厚くなるように作られているが、この厚さは、導電性のため、及び、電極の入口側でのバーンマークを削減するためにさらに改良されることが必要である（図５を参照のこと）。図６ａは、ＱＭＦから取得された４Ｈｅ＋イオン実験的な質量ピークを示しており、これらのイオンのために達成された最大分解能であるピーク高さの５０％で分解能２５を用いて取得された実験的な質量ピークを示す。
【００９８】
図６ｂは、Ｈｅ／Ｎｅガスの５０：５０混合物に対する実験的な質量スペクトルを示す。ピーク高さの５０％において、４Ｈｅ＋イオンに対する分解能は１３であり、２０Ｎｅ＋イオンに対する分解能は３０である。これらのスペクトルピークに対して測定された最大分解能は存在しないが、実験を行うたびに容易に繰り返すことができる分解能である。電極コーティングをより厚くすることにより、解像度は、この特別な設計のためさらに改良することができる。従って、当初の結果から、動作原理が証明されたこと、及び、ＱＭＦは質量分析計として機能することを結論付けることができる。
【００９９】
結論
双曲線ＱＭＦが製造され、質量分析計として機能することが示された。この技術は、理想的な双曲線場を提供する質量アナライザ、又は、複雑な幾何学的形状をもつ他の機器を実施するため特に適することがわかった。
【０１００】
実施例２
図９は、本発明のモジュラ式ＱＭＳアセンブリ（アセンブリのコンポーネントは実施例１に概説された手順によって準備されることがある）の実施形態の（ａ）組立図及び（ｂ）分解図を示す。アセンブリは、４つのモジュール１、２、３及び４を含む。モジュール１はイオン源である。モジュール２はレンズアレイである。モジュール３は、４つの金被覆電極である。モジュール４は、細長いハウジングである。
【０１０１】
モジュール１（イオン源）は、ｘｙ方向での押し嵌めによってモジュール４（細長いハウジング）の中の凹部５に受承される。モジュール１は、天井部付きのサブハウジング１ｃの中に離間して搭載されている２つの被覆プレート１ａ、１ｂを含む（図１０ａを参照のこと）。
【０１０２】
モジュール２（レンズアレイ）は、ｘｙ方向での押し嵌めによってモジュール４（細長いハウジング）の中の凹部５に受承される。モジュール２は、４００ミクロンのアパーチャを備える４つの同一のレンズ２ａを含み、これらのレンズは、アパーチャの位置合わせを確実にするための位置決めピンによって取り付けられている（図１０ｂを参照のこと）。
【０１０３】
モジュール３（４つの金被覆電極）は、ｚ方向での押し嵌めによってモジュール４（細長いハウジング）の端部に受承される。
【０１０４】
モジュール４（細長いハウジング）は、モジュール１、２及び３それぞれのための設置点である、凹部５、メス穴、及び、溝を備えている。
【０１０５】
実施例３
図１２は、本発明の方法の実施形態により取得されることがある本発明の３次元四重極イオントラップ１を示す。３次元四重極イオントラップ１は、エンドキャップ電極２ａ、２ｂと、リング電極２ｃの四重極を含む。双曲線電極は、原点（ｘ，ｙ）＝（０，０）の双曲線の式：ｘ２−ｙ２＝１又はｙ２−ｘ２＝１によって表現される。
【０１０６】
図１３は、本発明の方法の実施形態により取得されることがある本発明の線形四重極イオントラップ１を示す。線形四重極イオントラップ１は、前方電極２、中心電極３及び後方電極２ｃの四重極を含む。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬化性材料の土台を準備するステップ（ａ）と、
四重極型質量分析計（ＱＭＳ）コンポーネントのｘｙ層の特性を示す選択的に硬化された材料のｘｙ層を生じさせるため、前記硬化性材料の土台の中の複数のｘｙ層の１つずつをｚ方向に順次に入射放射線で選択的に露光するステップ（ｂ）と、
を含む、四重極型質量分析計（ＱＭＳ）コンポーネントを製造する方法。
【請求項２】
ステップ（ｂ）は、ｚ方向での前記複数のｘｙ層の順次露光に応じた前記入射放射線を順次に再特徴付けするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップ（ｂ）は、放射線源と、前記入射放射線を出力するためにデジタル画像搬送信号に応答して前記放射線源からの放射線を調節するデジタル調節デバイスとによって実行される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＱＭＳコンポーネントは、細長いロッドと、締め付けピンと、四重極型質量フィルタ（ＱＭＦ）と、イオン源と、イオンコレクタと、イオン検出器と、ＱＭＦプレフィルタと、プレフィルタ処理後の質量アナライザと、イオントラップと、質量アナライザのアレイと、イオン源レンズと、ハウジングと、これらのうちのいずれかのコンポーネントと、のうちの１つ以上である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記ＱＭＳコンポーネントは、ハウジング部と、前記ハウジング部の中で平行に、かつ、相互に離間して配置される４個の細長い電極部とにより構成されているＱＭＦである、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記ＱＭＳコンポーネントは、四重極イオントラップである、請求項１〜４のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記ＱＭＳコンポーネントは、細長いロッドである、請求項１〜４のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記細長いロッドの形状が、少なくとも部分的に実質的に双曲線である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ＱＭＳコンポーネントは、複数の細長いロッドが相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付け可能である細長いスロットを含み、細長いスロットの間にイオン格納容積部を画定するハウジングである、請求項１から４のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
各細長いロッドの第１の部分が自由に内側を向き、各細長いロッドの第２の部分が前記ハウジングの中の前記細長いスロットの外周の一部分に掛かるために適合するように、前記細長いスロットの中に、前記複数の細長いロッドが相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付け可能である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＱＭＳコンポーネントは、４個の細長いロッドが相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付け可能である細長いスロットを含み、前記４本の細長いロッドの間にイオン格納容積部を画定するハウジングである、請求項１から４のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
使用中に前記イオン格納容積部の中に双曲線電場を形成するように、前記細長いスロットの中に、４つの細長いロッドが相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付け可能である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
各細長いロッドの第１の部分が自由に内側を向き、各細長いロッドの第１の部分の形状が実質的に双曲線であり、各細長いロッドの第２の部分が前記ハウジングの中の前記細長いスロットの四分円状の外周に掛かるために適合するように、前記細長いスロットの中に、４個の細長いロッドが相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付け可能である、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
１つ以上のＱＭＦ部で構成されているＱＭＳ自体を製造するため使用される、請求項１から３のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに記載されたステップ（ａ）及び（ｂ）によって準備されたハウジングの細長いスロットの中に、請求項１〜１４のいずれかに記載されたステップ（ａ）及び（ｂ）によって連続的に準備された複数の細長いロッドを付けるステップ（ｃ）をさらに含む、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
ステップ（ｃ）は、
前記細長いロッドを前記ハウジング内で締め付けるために、請求項１〜１５のいずれかに記載されたステップ（ａ）及び（ｂ）によって準備された締め付けピンを前記ハウジング内の放射状ボアを通して前記細長いロッド内の放射状ボアの中へ挿入するステップ（ｃ１）をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記細長いロッドを導電性にするため、導電性材料のコーティングを各細長いロッドの表面に堆積させるステップ（ｄ）をさらに含む、請求項１〜１６いずれかに記載の方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれかに記載の方法によって取得できるか、または、取得されるモノリシック四重極型質量分析計又はモノリシック四重極型質量分析計のコンポーネント。
【請求項１９】
細長いスロットを含むハウジングと、
前記細長いスロットの中に相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付けられ、各細長いロッドの第１の部分の形状が実質的に双曲線であり、そして、自由に内側を向き、内接半径（ｒ０）が１ｍｍ未満である４個の細長いロッドと、
を含む、双曲線場を生成する能力をもつ四重極型質量フィルタ（ＱＭＦ）又は四重極イオントラップ（ＱＩＴ）。
【請求項２０】
細長いスロットを含むハウジングである第１のモジュールと、
各細長いロッドの第１の部分の形状が実質的に双曲線であり、そして、各細長いロッドの第１の部分が自由に内側を向き、各細長いロッドの第２の部分が前記ハウジングの中の前記細長いスロットの四分円状の外周に掛かるように、相互に離間した配置で前記細長いスロットの中に軸方向に平行に取り付け可能である４個の細長いロッドである第２のモジュールと、
を含むモジュラ式四重極型質量分析計（ＱＭＳ）アセンブリ。
【請求項２１】
前記第２のモジュールが第１のモジュールの中に取り付けられるとき、前記第１のモジュール及び前記第２のモジュールは、共通の電気フランジに接続されている、請求項２０に記載のモジュラ式ＱＭＳアセンブリ。
【請求項２２】
前記ハウジングは第１の凹部を含み、
前記モジュラ式ＱＭＳアセンブリは、前記第１の凹部に受承できるイオン源である第３のモジュールをさらに含む、請求項２０又は２１に記載のモジュラ式ＱＭＳアセンブリ。
【請求項２３】
前記ハウジングは第２の凹部を含み、
前記モジュラ式ＱＭＳアセンブリは、前記第２の凹部に受承できるイオン検出器である第４のモジュールをさらに含む、請求項２０から２２のうちのいずれかに記載のモジュラ式ＱＭＳアセンブリ。
【請求項１】
硬化性材料の土台を準備するステップ（ａ）と、
四重極型質量分析計（ＱＭＳ）コンポーネントのｘｙ層の特性を示す選択的に硬化された材料のｘｙ層を生じさせるため、前記硬化性材料の土台の中の複数のｘｙ層の１つずつをｚ方向に順次に入射放射線で選択的に露光するステップ（ｂ）と、
を含む、四重極型質量分析計（ＱＭＳ）コンポーネントを製造する方法。
【請求項２】
ステップ（ｂ）は、ｚ方向での前記複数のｘｙ層の順次露光に応じた前記入射放射線を順次に再特徴付けするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップ（ｂ）は、放射線源と、前記入射放射線を出力するためにデジタル画像搬送信号に応答して前記放射線源からの放射線を調節するデジタル調節デバイスとによって実行される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＱＭＳコンポーネントは、細長いロッドと、締め付けピンと、四重極型質量フィルタ（ＱＭＦ）と、イオン源と、イオンコレクタと、イオン検出器と、ＱＭＦプレフィルタと、プレフィルタ処理後の質量アナライザと、イオントラップと、質量アナライザのアレイと、イオン源レンズと、ハウジングと、これらのうちのいずれかのコンポーネントと、のうちの１つ以上である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記ＱＭＳコンポーネントは、ハウジング部と、前記ハウジング部の中で平行に、かつ、相互に離間して配置される４個の細長い電極部とにより構成されているＱＭＦである、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記ＱＭＳコンポーネントは、四重極イオントラップである、請求項１〜４のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記ＱＭＳコンポーネントは、細長いロッドである、請求項１〜４のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記細長いロッドの形状が、少なくとも部分的に実質的に双曲線である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ＱＭＳコンポーネントは、複数の細長いロッドが相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付け可能である細長いスロットを含み、細長いスロットの間にイオン格納容積部を画定するハウジングである、請求項１から４のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
各細長いロッドの第１の部分が自由に内側を向き、各細長いロッドの第２の部分が前記ハウジングの中の前記細長いスロットの外周の一部分に掛かるために適合するように、前記細長いスロットの中に、前記複数の細長いロッドが相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付け可能である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＱＭＳコンポーネントは、４個の細長いロッドが相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付け可能である細長いスロットを含み、前記４本の細長いロッドの間にイオン格納容積部を画定するハウジングである、請求項１から４のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
使用中に前記イオン格納容積部の中に双曲線電場を形成するように、前記細長いスロットの中に、４つの細長いロッドが相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付け可能である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
各細長いロッドの第１の部分が自由に内側を向き、各細長いロッドの第１の部分の形状が実質的に双曲線であり、各細長いロッドの第２の部分が前記ハウジングの中の前記細長いスロットの四分円状の外周に掛かるために適合するように、前記細長いスロットの中に、４個の細長いロッドが相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付け可能である、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
１つ以上のＱＭＦ部で構成されているＱＭＳ自体を製造するため使用される、請求項１から３のうちのいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに記載されたステップ（ａ）及び（ｂ）によって準備されたハウジングの細長いスロットの中に、請求項１〜１４のいずれかに記載されたステップ（ａ）及び（ｂ）によって連続的に準備された複数の細長いロッドを付けるステップ（ｃ）をさらに含む、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
ステップ（ｃ）は、
前記細長いロッドを前記ハウジング内で締め付けるために、請求項１〜１５のいずれかに記載されたステップ（ａ）及び（ｂ）によって準備された締め付けピンを前記ハウジング内の放射状ボアを通して前記細長いロッド内の放射状ボアの中へ挿入するステップ（ｃ１）をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記細長いロッドを導電性にするため、導電性材料のコーティングを各細長いロッドの表面に堆積させるステップ（ｄ）をさらに含む、請求項１〜１６いずれかに記載の方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれかに記載の方法によって取得できるか、または、取得されるモノリシック四重極型質量分析計又はモノリシック四重極型質量分析計のコンポーネント。
【請求項１９】
細長いスロットを含むハウジングと、
前記細長いスロットの中に相互に離間した配置で軸方向に平行に取り付けられ、各細長いロッドの第１の部分の形状が実質的に双曲線であり、そして、自由に内側を向き、内接半径（ｒ０）が１ｍｍ未満である４個の細長いロッドと、
を含む、双曲線場を生成する能力をもつ四重極型質量フィルタ（ＱＭＦ）又は四重極イオントラップ（ＱＩＴ）。
【請求項２０】
細長いスロットを含むハウジングである第１のモジュールと、
各細長いロッドの第１の部分の形状が実質的に双曲線であり、そして、各細長いロッドの第１の部分が自由に内側を向き、各細長いロッドの第２の部分が前記ハウジングの中の前記細長いスロットの四分円状の外周に掛かるように、相互に離間した配置で前記細長いスロットの中に軸方向に平行に取り付け可能である４個の細長いロッドである第２のモジュールと、
を含むモジュラ式四重極型質量分析計（ＱＭＳ）アセンブリ。
【請求項２１】
前記第２のモジュールが第１のモジュールの中に取り付けられるとき、前記第１のモジュール及び前記第２のモジュールは、共通の電気フランジに接続されている、請求項２０に記載のモジュラ式ＱＭＳアセンブリ。
【請求項２２】
前記ハウジングは第１の凹部を含み、
前記モジュラ式ＱＭＳアセンブリは、前記第１の凹部に受承できるイオン源である第３のモジュールをさらに含む、請求項２０又は２１に記載のモジュラ式ＱＭＳアセンブリ。
【請求項２３】
前記ハウジングは第２の凹部を含み、
前記モジュラ式ＱＭＳアセンブリは、前記第２の凹部に受承できるイオン検出器である第４のモジュールをさらに含む、請求項２０から２２のうちのいずれかに記載のモジュラ式ＱＭＳアセンブリ。
【図１】
【図２ａ）】
【図２ｂ）】
【図３】
【図４ａ）】
【図４ｂ）】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９ａ）】
【図９ｂ）】
【図１０ａ）】
【図１０ｂ）】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２ａ）】
【図２ｂ）】
【図３】
【図４ａ）】
【図４ｂ）】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９ａ）】
【図９ｂ）】
【図１０ａ）】
【図１０ｂ）】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公表番号】特表２０１２−５０２４２０（Ｐ２０１２−５０２４２０Ａ）
【公表日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２５６２６（Ｐ２０１１−５２５６２６）
【出願日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００９／０５１１１９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０２６４２６
【国際公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【出願人】（５０８３４６０００）ザ ユニバーシティ オブ リバプール (5)
【氏名又は名称原語表記】ＴＨＥ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＬＩＶＥＲＰＯＯＬ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１月２６日（２０１２．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００９／０５１１１９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０２６４２６
【国際公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【出願人】（５０８３４６０００）ザ ユニバーシティ オブ リバプール (5)
【氏名又は名称原語表記】ＴＨＥ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＬＩＶＥＲＰＯＯＬ
【Ｆターム（参考）】
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