質量分析のための新しい線形イオントラップ
イオントラップのイオンを操作するための方法は、イオンを蓄積するステップと、空間的に圧縮するステップと、質量電荷比に従って選択されたイオンを放出するステップとを有する。イオントラップは、導入口と、イオンを閉じ込めて、空間的に圧縮するための第１端部および第２端部を有するアームと、イオンを第２端部から放出するための放出口とを有する。アームは、２対の対向電極を有し、イオントラップのどの断面でも四重極電場ポテンシャルを形成する。対向電極と電極の断面の間の距離は、第１端部から第２端部にかけて広がっている。電極は、テーパ状の円筒形のロッド、または、双曲線の断面であってもよい。放出するために選択されたイオンは、第２の（より広い）端部の領域のなかで空間的に圧縮される。イオントラップは、直交放出または軸放出を有する１つアーム、または、直交放出のための中央インサートを有する２本のアームを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に至った研究は、少なくとも一部が、アメリカ国立衛生研究所の助成金番号ＲＲ００８６２による支援を受けた。したがって、米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
【０００２】
本発明は、質量分析のためのイオントラップに関し、より詳細には、高感度、高速、高効率の質量分析を提供する、イオンを効率的に蓄積するための線形イオントラップ装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
イオントラップ質量分析計は、従来、例えば、リング電極と２つのエンドキャップを使用して形成される三次元の（３Ｄ）四重極場によって動作する。
この構成では、高周波（ＲＦ）電磁界分布によって形成されたポテンシャルエネルギーウェルの最小値が、リングの中央にくる。
イオントラップに導入されたイオンの運動エネルギーが、バッファガス分子（通常はヘリウム）との衝突で減少するため、導入されたイオンは、おのずとポテンシャルウェルの最小値に局在化するようになる。
レーザー断層撮影画像法を使用して示されているように、このような従来の構成のイオントラップ内のイオンは、通常、直径約１ｍｍ未満の実質的に球状分布をなして集まる。
その結果、特に多数のイオンを捕捉しようとした場合には、空間電荷効果により装置の性能が低下してしまう。
【０００４】
この問題に対する１つの可能な解決策として、イオンの蓄積領域を小さな球からビームへと拡張するために、二次元四重極電界を有する四重極質量分析計が導入されてきた。
このタイプの分析計の例は、ビア（Ｂｉｅｒ）らに付与された米国特許第５，４２０，４２５号明細書（以下、ビア特許という）に記載されている。
上記ビア特許は、イオンの占有体積が広がっているかまたは長く延びている実質的に四重極のイオントラップ質量分析計を開示している。
このイオントラップは、装置の長さに比例する空間電荷限界を有する。
イオンは、衝突緩和の後、装置の軸と一致する長尺状の領域を占めるようになる。
上記ビア特許は、直線状であるか、あるいは円形または湾曲形状をとりうる二次元イオントラップと、更に、イオンの捕捉能が向上した楕円体の三次元のイオントラップを開示している。
イオンは、長尺状の蓄積領域に対応している長尺状のアパーチャを通って、イオントラップから質量選択的に放出される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ビア特許のイオントラップの形状によって、イオンの蓄積量は上がるものの、例えば、長尺状のスリットと、放出後にイオンを１箇所に集めなければならないことなどにより、質量分析計の効率と用途の広さが低下してしまう。
更に、イオンの蓄積量を上げるためには、分析計を長くしなければならないため、蓄積量は実際的な面によって制限される。
【０００６】
このため、特に質量分析計で使用するために、効率的かつ小型であり、イオンの蓄積量が高く、かつ選択されたイオンを効率的に放出することができるイオントラップを提供するという、先行技術が対処できていないニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、効率的かつ小型のイオントラップと、イオントラップ内のイオンを操作するための方法とを提供する。
このイオントラップと方法は、イオンの蓄積量が高く、選択されたイオンを効率的に放出することができる。
また、このイオントラップを備えた高分解能、高感度の質量分析計も提供される。
【０００８】
より詳細には、本発明はイオントラップのイオンを操作するための方法を提供する。この方法は、前記イオントラップ内にイオンを蓄積するステップと、質量電荷比に依存した方法で前記イオンを空間的に圧縮するステップと、前記空間的に圧縮されたイオンを、定義された質量電荷比の範囲で放出するステップと、を有する。
【０００９】
前記方法は、前記イオントラップの軸と直交するように前記イオンを放出するステップを有してもよい。
あるいは、前記イオンが軸方向に、すなわち、導入経路に平行に放出されてもよい。
【００１０】
本発明のイオントラップは、前記イオントラップにイオンを導入するための導入口と、前記イオンを閉じ込めて、空間的に圧縮するための第１端部および第２端部を有するアームと、前記空間的に圧縮されたイオンを前記イオントラップの前記アームの前記第２端部から放出するための放出口と、を備える。
前記アームは、前記第１端部と前記第２端部との間に２対の対向電極を備える。
各電極は、前記イオントラップのどの断面でも四重極電場ポテンシャルを与えるために適切に成形された内面を有する。
更に、各対向電極間の距離は、前記第１端部から前記第２端部にかけて広がっている。
放出のために選択されたイオンは、前記第２端部にある領域内に、空間的に圧縮される。
【００１１】
また、本発明は、２対の対向電極を備えたイオントラップを提供し、各対は、電場ポテンシャルＵ（ｘ，ｙ，ｚ）の有効半径Ｒの２倍の距離によって離間されており、長さＬはｚ軸上で求めている。
前記２対の対向電極は、以下の式（１）によって記述される電場ポテンシャルを形成するように作製されている。
【数１】
（１）
前記有効半径Ｒは可変長Ｚの関数として、下記式に従って変化する
【数２】
（２）
ｋ、Ｃ、ｒ０、およびＵ０は、選ばれた境界条件に対して電場ポテンシャルの前記式（１）を満足させるために必要な大きさに設定した定数である。
【００１２】
本発明は、更に、前記イオントラップにイオンを導入するための導入口を備えたイオントラップを提供し、導入されたイオンは、ｚ軸上で求めた長さＬに沿って蓄積され、前記長さＬに延在し、２対の対向電極を備え、前記導入されたイオンを閉じ込めるために適切に成形されたアームを有する。
対向電極の各対は、距離２Ｒによって離間されており、Ｒは、前記変数Ｚの関数として変化する。
前記２対の対向電極は、より大きな（または広い）端部と、より小さな（狭い）端部とを有する。
放出するために選択されたイオンは、前記大きな端部に向かって圧縮される。
また、前記イオントラップは、前記選択されたイオンを前記より大きな端部から放出するための放出口も備える。
【００１３】
本発明の前記イオントラップの前記電極は、双曲線の断面形状を有してもよく、断面積が前記狭い端から前記広い端に広がっている。
【００１４】
別の実施形態として、前記電極は、テーパ状のロッドを備えてもよく、前記ロッドは円形の断面形状を有する。
好ましくは、前記テーパ状のロッドは、前記長さに沿って、値２Ｒのそれぞれにおいて直径Ｄの円形の断面を有し、以下の式を満たす。
Ｄ＝１．１４８×２Ｒ ……（４）
【発明の効果】
【００１５】
この結果、本発明は、効率的かつ小型のイオントラップと、イオントラップ内のイオンを操作するための方法とを提供し、イオンの蓄積量が高く、かつ選択されたイオンを効率的に放出することができる。
前記イオントラップは、高分解能、高感度の質量分析計に用いるために適合されうる。
【００１６】
本発明の他の目的および特徴は、添付の図面と併せて考察すれば、以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
しかし、図面は単に例示として意図したものに過ぎず、本発明の限定を規定するものではないことを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１を参照すると、イオントラップ１０と、イオントラップ１０内でイオンを操作するための方法とが提供される。
この方法では、好ましくは、イオントラップ１０の軸１２の長さ（奥行）に沿ってイオンを蓄積する。
また、この方法では、放出前に、イオンを質量電荷比に依存した方法で、イオントラップ１０の領域に空間的に圧縮することによって、選択したイオンを効率的に放出する。
【００１８】
本発明のイオントラップ１０では、イオンの大量の蓄積が可能となる。
また、イオントラップ１０により、質量対電荷の値（ｍ／ｚ値とも呼ばれる）に従って、イオンを圧縮することによって、全ての蓄積されたイオンを順に放出することが可能となる。
このため、１回の放出スキャンで、イオントラップ１０を備えた質量分析計（例えば、図２を参照）は、イオンの元となった分子に関する構造の情報を取得することができる。
代表的なスキャンの持続時間は、ほぼ数ｓｅｃ（秒）でありうる。
【００１９】
本発明のイオントラップ１０は、２対の対向電極１４の組（図１には１対が示されている）を有し、これは、ｚ軸１８に対して角度１６をなして配置されている。
【００２０】
四電極構造により、高周波（ＲＦ）四重極場の形成が可能となり、これが径寸法内にイオンを捕捉する。
高周波場は、当業者に公知の方法に従って生成され、これには、電極１４の端に静電直流電流（ＤＣ）ポテンシャルを印加する方法などがある。
【００２１】
ｚ軸１８は、イオントラップ１０の軸と呼ばれ、イオンが蓄積される軸とも呼ばれる。
イオントラップの長さは、軸またはｚ軸１８上で求められる。
【００２２】
イオンは、導入口２０を介してイオントラップ１０に導入される。
２対の対向電極１４が、ともに、導入されたイオンを電極１４間に閉じ込めるためのイオントラップ１０のアーム２２を形成している。
アーム２２は、好ましくは第１端部２４と第２端部２６を有する。
図１に示すように、各電極が、アーム２２の対称軸１２から角度１６だけずれている結果、対向電極間の距離が、第１端部２４から第２端部２６に向かって広がっている。
この形状により、電極間に生成される電界強度が、第１端部２４では、第２端部２６と比較して強くなる。
これにより得られた電場勾配を使用して、放出工程中に、選択されたイオンが第２端部２６に向かって圧縮される。
このため、選択されたイオンが、第２端部２６の領域に空間的に圧縮されて、その後、適切に配置された放出口２８を通って放出される。
【００２３】
また、イオントラップ１０は、好ましくは、イオンがｚ軸１８に沿って逃げないように、弱い直流阻止電圧が印加される阻止プレート２９を両端に備える。
【００２４】
また、図１に示す好ましい実施形態では、イオントラップ１０は、第２アーム３２を形成している第２の２対の対向電極３０も有する。
第２アーム３２も、第１端部３４と第２端部３６を有し、対向電極３０間の距離が、第１端部３４から第２端部３６に向かって広がっている。
イオントラップ１０は、適切な圧力を維持するために、気体が導入される真空チャンバ３７内に収納されている。
２組の四電極は、広がっている方の端で互いに面しており、第２端部２６が第２端部３６に面している。
好ましくは、第２の組３０は、例えば、垂直軸またはｘ軸３８を中心として第１の組１４と鏡像関係にある。
【００２５】
本発明に従って作製されたイオントラップ質量分析計４０は、イオントラップ１０を備える。
また、図２に示すように、本発明の分析計４０は、好ましくは、イオンソース４２と、好ましくは、それ自体の真空チャンバ４５内に収納されたイオンガイド４４を備え、真空チャンバ４５は、当業者に公知のように適切な圧力に維持されている。
導入するイオンを発生させるために、どのようなイオンソースを使用することもでき、これには、例えば、レーザー４６を照射したマトリックス支援レーザー脱離／イオン化（ＭＡＬＤＩ）ターゲット、またはエレクトロスプレーイオン化イオンソースがあることは、当業者によって認められよう。
イオンガイド４４は、４ロッドの平行電極構成の代表的な、あるいはイオンを案内するための当業者に公知のその他の手段を備えうる。
【００２６】
好ましくは、分析計４０は、ヘリウムなどのバッファガスを更に有しており、このガスは、イオントラップ１０への導入の前後に、バッファガス４８の分子または原子と衝突させてイオンを冷却するために、分析計４０の内部４８に充填されている。
【００２７】
図１〜２を参照すると、分析計４０に用いられるように、本発明のイオントラップ１０は、例えば、動作時に、電極の組１４および３０の両方に印加した、一定振幅の適切なＲＦ信号を用いて、ある時間間隔にわたってイオンを累積する。
【００２８】
本発明のイオントラップ１０の各アームの電極は、好ましくはテーパ状であり、イオントラップ１０のどの断面でも四重極電場ポテンシャルを与えるように、適切に成形されている。
より詳細には、イオントラップの形状と、各アームにおける対向電極対の形状および配置とによって、好ましくは、三次元の電場ポテンシャルＵ（ｘ，ｙ，ｚ）が与えられ、これは以下の式で表される。
【数３】
（１）
【００２９】
パラメータＲは、電場ポテンシャルの有効半径を表しており、イオントラップ１０のどの断面でもアームの対向電極対を隔てる距離の半分の値に対応している。
Ｒは、次式に従って、ｚ軸１８上で第１端部２４から求めた可変長ｚの関数として変化する。
【数４】
（２）
【００３０】
式（１）の変数ｘとｙは、それぞれｘ軸３８およびｙ軸５０の座標に対応しており、座標系のｚ軸１８は、トラップ１０の中心の軸１２と一致している。
このため、座標系の原点は、アームの最も狭い端において対向電極間の対称軸１２、例えば、第１端部２４にセンタリングされている。
Ｌは、例えば、第１端部２４から第２端部２６までのアームの長さに対応している。
式（１）と式（２）のパラメータｋ、Ｕ０およびＣは、定数を表しており、ｒ０の所定の値に対して選択された境界条件に従って決定される。
図１のイオントラップ１０の左アーム２２に着目すると、ｒ０は、ｚ＝０（すなわち第１端部２４）における対向電極１４間の距離の半分の値に物理的に対応している。
【００３１】
ｚ軸１８に対する電極の角度１６が、パラメータｋに関係していることを、当業者は認めるであろう。
例えば、角度１６の正接は、
【数５】
に等しいことがみてとれる（ここで、ＲＭＡＸは、ｚ＝Ｌで評価した式（２）中のＲの値である）。
更に、式（２）に代入すると、ｚ＝Ｌについて、以下のようになる。
【数６】
しかし、一般に、ｋの値は、選択したロッドの形状によって決定され、これが、角度ずれ１６と、アームの長さＬの適切な選択にも寄与する。
【００３２】
角度ずれ１６は、ゼロではなく、好ましくは、電極の形状およびイオントラップの長さを考慮して、イオントラップ１０の、最も広い端（例えば、第２端部２６）にある領域にイオンを空間的に圧縮するために実質的に十分大きい値である。
【００３３】
一実施形態では、角度ずれ１６は０°より大きい。
【００３４】
別の実施形態では、角度ずれ１６は、０°を超え、かつ９０°未満である。
【００３５】
更に別の実施形態では、角度ずれ１６は１０°より大きい。
【００３６】
更に別の実施形態では、角度ずれ１６は４５°未満である。
【００３７】
図３は、式（１）と式（２）によって表される有効トラップポテンシャル５２の例を示しており、これは、電極にＲＦ電圧が印加されると、イオントラップ１０の１本のアームで形成される。
【００３８】
式（１）によって記述されるトラップポテンシャル５２の影響は、次のようになる。
好ましくは衝突気体（例えば、ＨｅまたはＮ２など）が充填されたイオントラップ１０に入るイオンは、装置１０のｚ軸１８に沿って集まる傾向がある。
イオンが中性のバッファガスの分子と衝突すると、自身の運動エネルギーを失う。
同時に、イオンは、四重極ロッド１４と、阻止電圧が印加されるエンドプレートによって形成される弱い反発する電流電場とによって形成されたＲＦ場によって、装置１０の内部に効率的に閉じ込められる。
ｚ軸１８に沿って揃わないイオン（過剰な運動エネルギーを有するイオン）は、有効ポテンシャルのため生じた力によって作用され、この力は、イオンを四重極の広い端に向かって押し出す。
最終的には、イオンは、バッファガスとの衝突で十分な運動エネルギーを失うと、イオントラップ全体のｚ軸１８上に分布するようになる。
Ｚ座標に沿った力は、ｚ軸から少しでも離れると無視できるくらい小さい。
【００３９】
次に、蓄積されたイオンを、本発明のイオントラップ１０から放出するには、好ましくは、対向電極対間に弱い励起ＲＦ信号を印加し、これと同時に、印加している励起ＲＦ電圧の振幅をランプアップすることで行うことができる。
式（１）と式（２）によって記述され、図３に表した電場ポテンシャルの形状のために、ｍ／ｚ値が最小で、イオントラップ１０の導入口２０に最も近いイオンが、一番最初に励起される。
ＲＦ電圧の振幅を増加させると、トラップ１０内のイオン運動が不安定になる。
ｚ軸を中心としたイオン発振の振幅が上昇すると、例えば、広い端（例えば第２端部２６）に向かってイオンを押し出す力も強くなる。
このため、この特定のｍ／ｚ値のイオンは、トラップ１０の各アームの広い端の近くで、迅速に「圧縮される」、すなわち、領域５４に向かって空間的に圧縮される。
前述のように、この領域５４は、狭い端（例えば、トラップ１０の第１端部２４）よりも、電気場密度が小さい。
【００４０】
ｍ／ｚに依存してイオンを圧縮することによって、イオンの蓄積のプロセスと、イオン放出のプロセスとを事実上切り離すことができる。
イオンが蓄積されている間は、イオンは、イオントラップ１０の軸１２に沿って、イオントラップ１０の円筒体積全体を占領しうる。
放出中に、イオンはイオントラップ１０の最も広い部分にある領域５４に、当該イオンのｍ／ｚ比に従って選択的に圧縮され、これは図１のイオントラップ１０の第２端部２６、３６に対応している。
【００４１】
ＲＦ発振の振幅が対向電極間の距離と同等になり、この結果、当業者に公知なように、イオンがいわゆる放出エネルギーしきい値に達すると、放出口２８からイオン放出が制御された状態で起こる。
【００４２】
再び、図２を参照すると、好ましくは、分析計４０内の、イオンソースチャンバ４３と検出器チャンバ５５内の分析計との間で、差動排気などの当業者に公知の任意の手段によって、制御された状態で圧力差が維持される。
この圧力差により、導入されたイオンが、高圧イオンソース領域４３から望ましい低圧の領域５５に、移動し易くなる。
【００４３】
当業者が認めるように、イオンソースチャンバ４３は通常、約１．３３〜１３３．３３Ｎ／ｍ２（約１０〜１０００ｍｔｏｒｒ）の圧力に維持され、検出器チャンバ５５の圧力は通常、１．３３×１０−５〜１．３３×１０−２Ｎ／ｍ２（約１０−７〜１０−４ｔｏｒｒ）の範囲内に維持される。
イオントラップチャンバ３７は、好ましくは０．４０〜２６．６６Ｎ／ｍ２（約０．３〜２００ｍｔｏｒｒ）に保たれ、イオントラップ１０と検出器チャンバ５５間に配置された追加のチャンバ５３は、好ましくは、１．３３×１０−５〜１．３３×１０−２Ｎ／ｍ２（約１０−７〜１０−４ｔｏｒｒ）の範囲内に維持される。
【００４４】
図１のイオントラップ１０の好ましい実施形態では、中央インサート５６も備えられており、これは、好ましくは、実質的に平行な２対の対向電極５８を有する。
イオントラップのアーム２２とアーム３２は、好ましくは、中央インサート５６のいずれの側に、動作可能に接続される。
電極５８の一方は、放出口２８を形成している開口部を有する。
【００４５】
一実施形態では、中央インサート５６は、４本の平行なロッドの構成を有する小型の従来の線形四重極を備える。
ビアらに付与された米国特許第５，４２０，４２５号の図２Ａは、中央インサート５６として使用することができる四重極の例を示している。
【００４６】
中央インサート５６の別の実施形態では、放出口２８が、電極の１つ（図１の上部電極５８）を省くことで提供される。
換言すれば、この実施形態では、中央インサート５６は、各アームの電極の両側にそれぞれ動作可能に接続された１対の対向する平行電極と、各アームの第３の電極に動作可能に接続された第３の平行電極とを有する。
【００４７】
図２に最もわかり易く示す更に別の実施形態では、電極の加工を簡略化するために、放出口２８にテーパが付されており、放出されるイオンがテーパの狭い端に入って、広い端でイオントラップ１０を出る。
また、電極が、円筒形状の放出口２８（図８を参照）を提供するように加工されてもよい。
【００４８】
図２を参照すると、本発明の分析計４０は、好ましくは、放出されたイオンを検出するための検出器アセンブリ６０と、放出されたイオンを、放出口２８から検出器アセンブリ６０に案内するための少なくとも１つのイオンガイド６２も備える。
【００４９】
イオンガイド６２は、例えば、従来の四重極を形成している実質的に平行な２対の対向電極を備えてもよく、当業者に公知のように、動作時にここに直流ポテンシャルが印加される。
【００５０】
一実施形態では、分析計４０は、衝突セルとして使用される四重極を備えたイオンガイド６２と、衝突セルと検出器６０との間で質量フィルタとして使用される追加の四電極構造６４とを備える。
この実施形態では、選択されたイオンのモニタリングスキャンまたはニュートラルロススキャンの実験の効率が、従来の質量分析計よりも大幅に向上している。
【００５１】
更に別の実施形態では、質量分析計４０は、四重極を備えたイオンガイド６２を有し、その後に直交導入飛行時間型質量分析計が備えられている。
本発明の分析計のこの実施形態は、「ＭＳ／ＭＳ」と呼ばれ、対象の複イオンの完全な構造的情報を生成するために、単一段階質量スペクトル内の全てのイオンについて、信号損失のないフルレンジタンデム型質量分析を実行することが理論上可能である。
【００５２】
このため、本発明は、分析計に使用される場合に、イオントラップから放出される各イオン種について、対象の全Ｍ／Ｚ範囲において、ＭＳ／ＭＳを順に実行することによって、損失なくＭＳ／ＭＳ実験の多重化を可能にするイオントラップを提供する。
理論上、感度のゲインは、（ΔＭ／Ｚ）／（Δｍ／ｚ）に近づく。
ここで、ΔＭ／Ｚは、質量分析計の観察可能なｍ／ｚ範囲を指し、通常は約４０００のオーダーである。
Δｍ／ｚは、質量分析計の分解能を指し、通常、約１４〜４０の範囲にある。
このため、本発明のイオントラップを備える質量分析計では、理論上１００〜１０００倍のゲインが得られる。
このように感度が増大する結果、測定速度も大幅に高速化する。
【００５３】
一実施形態では、本発明に従って作製された分析計のΔＭ／Ｚは、少なくとも１００である。
【００５４】
別の実施形態では、本発明に従って作製された分析計のΔＭ／Ｚは、約１００，０００以下である。
【００５５】
一実施形態では、本発明に従って作製された分析計のΔｍ／ｚは、少なくとも１である。
【００５６】
別の実施形態では、本発明に従って作製された分析計のΔｍ／ｚは、約１００以下である。
【００５７】
本発明に従って作製されたイオントラップ１０と分析計の性能の改善は、各アームの電極を新しい形状にした結果得られるものであり、これは、ｍ／ｚ比に従って、放出口の近くの領域にイオンを選択的かつ順に圧縮する独自の電場ポテンシャルを提供する。
【００５８】
式（１）に最もわかりやすく記述されているように、本発明のイオントラップ１０は基本的に三次元のイオントラップである。
式（１）は、以下の式から導出されたものである。
【数７】
（３）
ここで、Ｕ０、ｒ０、Ｌ、ｋおよびＣは前述のように何らかの定数であり、ｘ、ｙ、ｚは座標である。
【００５９】
当業者に公知のように、定数の具体的な値は、好ましくは特定の境界条件から設定され、ｘおよびｙの座標はｒ０に対応して設定され（すなわちｘ２＋ｙ２＝ｒ０２であり）、ｚは、装置Ｌの特定の長さに設定される。
【００６０】
式（１）、（３）によって記述されるポテンシャルＵ（ｘ，ｙ，ｚ）は、ラプラス（ΔＵ＝０）式を満足する。
式（３）の括弧内の第１項は、二次元四重極のポテンシャルに類似しており、この項に、Ｚ座標のポテンシャル全体の依存関係を導入する別の項が掛け合わされる。
この二次元四重極のポテンシャルとの類似性は、以下の式（１）の形に式（３）を書き換え、
【数８】
（１）
以下の式（２）に従って変数Ｒを定義することによって、更にはっきりする。
【数９】
（２）
【００６１】
この形では、式（１）は、線形四重極の式に一層類似しており、基本的な差が強調されている。
２Ｒに対応する対向電極間の距離は、Ｚ座標の関数として変化する。
【００６２】
例えば、図４のグラフ７０は、第１端部（狭い端）からの距離の関数としてｚ軸１８からの距離Ｒ７２をプロットしたものであり、これは対向電極間の距離の半分に対応している。
この例では、ｒ０７４の値は１に、ｋの値は−０．５に、Ｃは０に、およびＬ７６の値は１０に、それぞれ設定される。
線形近似７８も、プロットされており、少なくともアームの長さＬ７６に対応するｚ＝０〜ｚ＝１０の範囲で、Ｒが、ほぼ線形に変化していることが示されている。
このようにアームの長さの範囲内で良好に線形に当てはめることができ、線形のイオントラップ１０の電極を、大きな困難を伴わずに有利に加工できることになる。
【００６３】
図５は、１対の対向電極１４（上部および下部）の第１端部２４と当該電極の第２端部２６（図１を参照）間の距離を示しており、定数ｒ０、ｋ、ＣおよびＬは、図４のプロットに用いたのと同じ値である。
第１端部２４では、Ｒはｒ０に対応している（＝１）。
第２端部２６では、Ｒは約１．５である。
【００６４】
本発明の電極の傾斜角１６の結果、電極の断面形状と、テーパ、従ってｚの関数としての各電極の断面積が重要である。
更に、最適なテーパと形状は、傾斜角１６に依存する。
【００６５】
本質的には、本発明の電極は、イオントラップのどの断面においても、ほぼ四重極のポテンシャルを提供でき、このため式（１）と式（２）を実質的に満足する任意の形状とその構成を備える。
【００６６】
一実施形態では、イオントラップ１０に用いられる電極８０は、図６Ａに示すように、双曲線形状の断面を有する。
双曲線のプロファイルは、例えば、イオントラップ１０のアームの第１端部２４（図１を参照）に対応する電極の端部８２で最もよくわかる。
電極８０はテーパ状であり、その結果、各電極の断面積が、電極８０の第１端部８２から第２端部８４にかけて大きくなっている。
【００６７】
図１とともに図６Ｂを参照すると、例えば、イオントラップ１０のアーム２２における、双曲線の断面８０の２対の対向電極の構成が示されている。
図に示すように、各対向電極８０の内側８６に湾曲形状が向き、対向する各対が、軸１２を中心とした鏡像として配置されるように、電極８０は配置されている。
【００６８】
更に、各電極８０の双曲線のプロファイル（断面）の中点における曲線の鋭さまたは傾斜（ここでは偏心とも呼ぶ）は、好ましくは、対向電極間の距離が広がると、各断面における双曲線の断面と、実質的に四重極のポテンシャルが維持されるように、アーム２２の第１端部２４から第２端部２６に向かって減少している。
このため、電極８０は、式（１）に記述された電気トラップポテンシャルを実質的に維持するように向いており、かつ成形されている。
【００６９】
このため、図７Ａに示すように、電源８８を使用して、図６Ａに記載のように成形され、図６Ｂのようにアーム２２を形成するために配置された電極８０にＲＦ電圧が印加されると、イオンを捕捉するための有効ポテンシャルが形成される。
【００７０】
図７Ａに従って形成される有効ポテンシャル９０の形状を表す図が図７Ｂに示される。
ポテンシャル９０は、ｚ１８と、対向電極８０の対間の距離（２Ｒ）９２の関数としてプロットされている。
この有効ポテンシャル９０は、導入口２０とイオントラップ１０の第１端部２４で急峻な双曲線のウェルを形成し、これが他の端２６では徐々にゆるやかになっている。
【００７１】
図１に示すように中央インサート５６によって接続された２本のアーム２２，３２から構成されるトラップ１０内のイオン運動のシミュレーションを実行した。
更に、実験的な質量分析測定を収集した。
シミュレーションのために、電極８０が図６Ｂの構成の双曲線の断面であり、上記ビア特許のように、中央インサート５６が４本の平行ロッド四重極を備えていると仮定した。
【００７２】
このような装置の代表的なイオン軌道９４が、図８に示されており、２つの投影に描かれ、そのうちの一方９６は（ｘ，ｚ）面であり、他方９８は（ｙ，ｚ）面である。
【００７３】
異なるｍ／ｚ値を有するイオンでシミュレーションを実行した。
全てのシミュレーションが、トラップ１０内で同様のイオン挙動を示した。
最初、イオンは、装置の全長にわたって広がる傾向がある。
しかし、励起ＲＦ電圧の振幅がランプアップされて、各アームの２対のロッド間に弱い励起電圧が印加されはじめると、イオンが、トラップの中心に向かって圧縮される。
最終的には、同じｍ／ｚ値を有するイオンは、放出前のしばらくの間、トラップの中央の最も広い部分にある領域１００に集まっている。
【００７４】
図９は、ｍ／ｚ＝１０００を有する１０００個のイオンの移動のシミュレーション結果を示す。
この図の第１面１０２と第３面１０４は、ほとんどのイオンがｚ＝１５ｃｍ＋−０．５ｃｍの地点１０６で放出されることを示しており、これは、トラップの中心にある放出スリット２８の位置に対応している。
放出されたピークのスペクトル幅１０８は約１〜１．５ｍｓｅｃ（ミリ秒）であり、このことが第２面１１０に示されている。
特定のシミュレーションの全初期条件も、この図には示されている。
【００７５】
同様のシミュレーションを、ｍ／ｚ値が異なるイオンでも実行した。
全てのシミュレーションから、本発明に従って作製されたイオントラップ１０の安定した挙動が示された。
【００７６】
本発明の別の実施態様では、イオントラップの各アームの電極は、円形の断面の円筒状のロッドを備える。
図１０Ａを参照すると、ロッドは、好ましくは、円筒形のテーパ状のロッド１１２である（比較のために、双曲線形状のロッド８０の輪郭を示す）。
このような円筒形のテーパ状のロッド１１２は、図１０Ｂに示すように、本発明のイオントラップのアームにおいて、イオントラップのどの断面においても四重極場に実質的に近似させるために、同じ四電極の傾斜角度の構成１１４で使用することができることが示されている。
このため、例えば図１のイオントラップ１０のアーム２２で使用される円筒状のロッド１１２は、式（１）の電位にも非常によく近似するようになる。
【００７７】
図１１を参照すると、最も好ましくは、ロッド１１２のテーパおよびこれらの距離ｄ０１１５は、ロッド１１２の円形の断面直径Ｄ１１６が、約１．１４８と、任意のＺ座標における（ｘ，ｙ）面の（すなわち、あらゆる断面における）距離ｄ０１１５の積に等しくなるように選択される。
換言すれば、この実施形態のために、好ましくは以下の条件が満足される。
Ｄ＝１．１４８×ｄ０ ……（４）
ここで、ｄ０も２Ｒであり、Ｒは式（２）によって定義される。
【００７８】
図１０Ａ〜１１に記載したテーパ状のロッド１１２を有する図１のイオントラップ１０が作製され、図２に記載した本発明の質量分析計４０で試験された。
図１１Ａは、装置４０で測定した実験スペクトル１１７であり、測定の分解能（測定された原子の質量と、分析可能な原子の質量の比またはＭ／Δｍ）が、約１２０〜１５０であることが示される。
この実験スキャンでは、印加したＲＦ電圧の振幅は、約２８１ｋＨｚの励起周波数において３．２Ｖであった。
ＲＦ電圧が、１ｓｅｃ（秒）間隔にわたってランプアップされ、その後、更に１ｓｅｃ（秒）間隔にわたり、イオンが測定のために蓄積された。
イオンソース４２、すなわちレーザー４６によって照射されるＭＡＬＤＩターゲットを収納しているチャンバ４５内の圧力は、約１１．３３Ｎ／ｍ２（約８５ｍｔｏｒｒ）に保たれ、イオントラップ１０を収納しているチャンバ３７内の圧力は、０．１３Ｎ／ｍ２（約１ｍｔｏｒｒ）に保たれた。
【００７９】
前述のように、本質的には、本発明の電極は、イオントラップのどの断面においても、ほぼ所定の四重極のポテンシャルを提供でき、式（１）と式（２）を実質的に満足する任意の形状とその構成を備える。
【００８０】
別の実施形態では、電極は、トラップの内部の各対向電極の内面が、少なくとも円弧を形成するように構成された、少なくとも一部分が円形の断面を有する。
この円は、トラップの内側の外にセンタリング（中心がある）される。
電極のテーパと対向電極間の距離は、式（１）と式（２）を最適に満足させるように選択される。
【００８１】
更に別の実施形態では、各電極の断面は放物線を定義している。
各対向電極の内面は、内向きに湾曲した断面を有する。
更に、例えば図１のイオントラップ１０のアーム２２において、放物線の鋭さは、第２端部２６から第１端部２４に向かって大きくなっている。
【００８２】
図１〜２を再び参照すると、イオンは、２本のアーム間の中心の最も広い領域に向かって圧縮された後に、軸１２に直交に放出される。
更に、図１〜２に示されるように、放出口２８は導入口２０に直交している。
【００８３】
しかし、別の実施形態では、導入口２０と放出口３６は平行でもよい。
更に別の実施形態では、導入口２０と放出口２８は一致している。
【００８４】
図１２を参照すると、本発明のイオントラップ１２０の一実施形態は、２対の対向電極１２４を有する１本のアーム１２２のみを備える。
イオントラップ１２０は、好ましくは２対の平行対向電極１２８を備えたインサート１２６を有する。
平行電極１３０の一方は、導入口１３４に直交する放出口１３２を備える。
トラップ１２０は、イオンを軸方向に封じ込めるため阻止電圧が印加される阻止プレート１３６を更に有する。
【００８５】
導入後のイオン軌道１３８のシミュレーションが図１２に示されており、広い端１４０と中央インサート１２６に向かってイオンが圧縮されていることを示している。
【００８６】
一実施形態では、インサート１２６は、小さな従来の線形四重極（例えば上記ビア特許の図２Ａの四重極など）を備える。
【００８７】
図１３は、本発明に従って作製された質量分析計１５０に組み込まれた直交放出の１アームのイオントラップ１２０を示している。
【００８８】
図１４は、本発明に従って作製された１アームのイオントラップの更に別の実施形態１６０を示しており、放出口１６２が導入口１６４に平行であり、イオンがイオントラップ１６０から軸方向に放出される。
イオントラップ１６０は、ここに記載したように、式（１）と式（２）を満足するものであれば、任意の形状および形態のアームにある２対の対向電極１６６を備える。
イオントラップ１６０は、電極１６６に接続された２組の平行な対向電極を有し、軸方向の放出口１６２を有する線形の従来の四重極の一部分（図示せず）を任意選択で備える。
また、イオントラップ１６０は、ランプアップ中にイオンを封じ込めるために直流ポテンシャルが印加されるメッシュの阻止プレート１６８も備える。
軸方向の放出は、例えば、双極子の励起を印加して、ＲＦ電圧をランプアップするか、あるいは、放出中に、プレート１６８に補助的な交流（ＡＣ）場を印加することによって行う場合もある。
このような方法は当業界で公知であり、例えば、ジェイムズ Ｗ．ヘイガー、新リニアイオントラップ質量分析計、速報、質量分析、第１６巻ｐｐ．５１２−５１６（２００２）に記載されている。
シミュレーションしたイオンの軌道１７０が、図１４にも示されている。
【００８９】
図１４のイオントラップ１６０は、図１５に示すように本発明に従って作製された質量分析計１８０に組み込まれる。この図において、イオンは、軸方向の経路１８２に沿って導入口１６４に導入され、放出口１６２で広い領域に選択的に圧縮されて、検出器６０に向かって、経路１８４に沿って軸方向に放出される。
【００９０】
本発明のイオントラップは、小型であり有利である。
好ましくは、イオントラップのどの実施形態についても、各アームの長さは、１ｍｍ以上である。
【００９１】
別の実施形態では、各アームの長さは、５０ｍｍ以上である。
【００９２】
一実施形態では、イオントラップの少なくとも１本のアームは、１０００ｍｍ以下である。
【００９３】
別の実施形態では、イオントラップの少なくとも１本のアームは、５００ｍｍ以下である。
【００９４】
別の実施形態では、放出口を備えた中央インサートまたはインサートまたは従来の線形の四重極の一部分の長さは、少なくとも１ｍｍである。
【００９５】
更に別の実施形態では、放出口を備えた中央インサートまたはインサートまたは従来の線形の四重極の一部分の長さは、少なくとも５０ｍｍである。
【００９６】
別の実施形態では、放出口を備えた中央インサートまたはインサートまたは従来の線形の四重極の一部分は、１０００ｍｍ以下である。
【００９７】
更に別の実施形態では、放出口を備えた中央インサートまたはインサートまたは従来の線形の四重極の一部分は、５００ｍｍ以下である。
【００９８】
本発明のイオントラップの追加の実施形態１９０が図１６に示されており、これは、星型構成の５本のアーム１９２を備え、各アームは、各アームの対称軸１２に対してある角度をなして傾斜した２対の対向電極を備える。
図に示すように、各アームの電極は、好ましくはテーパ状であり、図に示すようにテーパ状の円筒形のロッドでありうる。
シミュレーションしたイオン軌道１９４が示されている。
導入口１９６は、４本の外側アームの１つ以上の軸上にあってもよく、広い端が内側を向いている。
放出口は、好ましくは、星型構成の中心１９８、および中央アーム２００の広い端とに向いている。
【００９９】
本発明のイオントラップは、質量分析計で有用であることに加えて、イオン−イオンおよびイオン−陽イオンの反応器を作製するためにも使用することもできる。
【０１００】
別の実施形態では、本発明のイオントラップは、光学分光学などのほかの目的、または化合物の調整の精製のために、所定のＭ／Ｚに対してイオンを分離するために使用することができる。
【０１０１】
現在本発明の好ましい実施形態であると考えられているものを記載したが、本発明の趣旨から逸脱することなく、本発明を変更または変形することができ、このような変更や変形も、本発明の真の範囲に含まれるものとして請求することが意図されることを当業者は理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明に従って作製されたイオントラップの一実施形態の断面の概略図であり、簡潔を期するために、２対の対向電極の１対のみが図示されている。
【図２】図１のイオントラップを備えた、本発明の質量分析計の一実施形態の断面の概略図である。
【図３】図１のイオントラップによって形成される有効電気ポテンシャルウェルの一実施形態の三次元プロットである。
【図４】ｒ０＝１、ｋ＝−０．５、Ｃ＝０、およびＬ＝１０にそれぞれ設定したときの、図１のイオントラップの一実施形態のアームの一方の電極の径方向距離を、ｚの関数としてｚ軸からプロットしたものであり、線形近似もプロットされている。
【図５】図４の実施形態について、対向電極対の径方向距離のプロットであり、このプロットは、電極の形状と、電極間の距離が、一端から他端に変化する様子を示している。
【図６Ａ】本発明のイオントラップの一実施形態による、双曲線の断面を有する電極の斜視図であり、第１端部から第２端部にかけて断面積が増加しており、双曲線形状の鋭さまたは偏心も、同様に、第１端部から第２端部にかけて減少している。
【図６Ｂ】イオントラップのアームを形成している図６Ａの２対の対向電極の斜視図である。
【図７Ａ】高周波（ＲＦ）電圧を印加している状態の図６Ｂのアームの概略図である。
【図７Ｂ】図７Ａに従ってＲＦ電圧が印加された場合に形成される有効ポテンシャルのグラフ図であり、ポテンシャルが、ｚと、対向電極対間の距離２Ｒの関数としてプロットされている。
【図８】本発明のイオントラップの実施形態の断面に、イオン軌道のシミュレーションを投影させた図である。
【図９】本発明のイオントラップにおける、ｍ／ｚ＝１０００のときの１０００個のイオンの移動をシミュレーションした結果の代表的なプロットである。
【図１０Ａ】本発明のイオントラップの一実施形態による、円形の断面を有するテーパ状の電極の斜視図である。
【図１０Ｂ】イオントラップのアームを形成している図１０Ａの２対の対向電極の斜視図である。
【図１１】図１０Ｂのアームの断面図である。
【図１１Ａ】図１の形状を有し、各アームが図１０Ｂに示したテーパ状のロッドを有するイオントラップから作製された質量分析計で取得したｍ／ｚ＝１５３３のペプチドのスペクトルである。
【図１２】本発明に従って作製されたイオントラップの別の実施形態の断面の概略図である。
【図１３】図１２のイオントラップを備えた、本発明の質量分析計の別の実施形態の断面の概略図である。
【図１４】本発明に従って作製されたイオントラップの更に別の実施形態の断面の概略図である。
【図１５】図１４のイオントラップを備えた、本発明の質量分析計の更に別の実施形態の断面の概略図である。
【図１６】本発明に従って作製されたイオントラップの追加の実施形態の断面の概略図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明に至った研究は、少なくとも一部が、アメリカ国立衛生研究所の助成金番号ＲＲ００８６２による支援を受けた。したがって、米国政府は、本発明に一定の権利を有する。
【０００２】
本発明は、質量分析のためのイオントラップに関し、より詳細には、高感度、高速、高効率の質量分析を提供する、イオンを効率的に蓄積するための線形イオントラップ装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
イオントラップ質量分析計は、従来、例えば、リング電極と２つのエンドキャップを使用して形成される三次元の（３Ｄ）四重極場によって動作する。
この構成では、高周波（ＲＦ）電磁界分布によって形成されたポテンシャルエネルギーウェルの最小値が、リングの中央にくる。
イオントラップに導入されたイオンの運動エネルギーが、バッファガス分子（通常はヘリウム）との衝突で減少するため、導入されたイオンは、おのずとポテンシャルウェルの最小値に局在化するようになる。
レーザー断層撮影画像法を使用して示されているように、このような従来の構成のイオントラップ内のイオンは、通常、直径約１ｍｍ未満の実質的に球状分布をなして集まる。
その結果、特に多数のイオンを捕捉しようとした場合には、空間電荷効果により装置の性能が低下してしまう。
【０００４】
この問題に対する１つの可能な解決策として、イオンの蓄積領域を小さな球からビームへと拡張するために、二次元四重極電界を有する四重極質量分析計が導入されてきた。
このタイプの分析計の例は、ビア（Ｂｉｅｒ）らに付与された米国特許第５，４２０，４２５号明細書（以下、ビア特許という）に記載されている。
上記ビア特許は、イオンの占有体積が広がっているかまたは長く延びている実質的に四重極のイオントラップ質量分析計を開示している。
このイオントラップは、装置の長さに比例する空間電荷限界を有する。
イオンは、衝突緩和の後、装置の軸と一致する長尺状の領域を占めるようになる。
上記ビア特許は、直線状であるか、あるいは円形または湾曲形状をとりうる二次元イオントラップと、更に、イオンの捕捉能が向上した楕円体の三次元のイオントラップを開示している。
イオンは、長尺状の蓄積領域に対応している長尺状のアパーチャを通って、イオントラップから質量選択的に放出される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ビア特許のイオントラップの形状によって、イオンの蓄積量は上がるものの、例えば、長尺状のスリットと、放出後にイオンを１箇所に集めなければならないことなどにより、質量分析計の効率と用途の広さが低下してしまう。
更に、イオンの蓄積量を上げるためには、分析計を長くしなければならないため、蓄積量は実際的な面によって制限される。
【０００６】
このため、特に質量分析計で使用するために、効率的かつ小型であり、イオンの蓄積量が高く、かつ選択されたイオンを効率的に放出することができるイオントラップを提供するという、先行技術が対処できていないニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、効率的かつ小型のイオントラップと、イオントラップ内のイオンを操作するための方法とを提供する。
このイオントラップと方法は、イオンの蓄積量が高く、選択されたイオンを効率的に放出することができる。
また、このイオントラップを備えた高分解能、高感度の質量分析計も提供される。
【０００８】
より詳細には、本発明はイオントラップのイオンを操作するための方法を提供する。この方法は、前記イオントラップ内にイオンを蓄積するステップと、質量電荷比に依存した方法で前記イオンを空間的に圧縮するステップと、前記空間的に圧縮されたイオンを、定義された質量電荷比の範囲で放出するステップと、を有する。
【０００９】
前記方法は、前記イオントラップの軸と直交するように前記イオンを放出するステップを有してもよい。
あるいは、前記イオンが軸方向に、すなわち、導入経路に平行に放出されてもよい。
【００１０】
本発明のイオントラップは、前記イオントラップにイオンを導入するための導入口と、前記イオンを閉じ込めて、空間的に圧縮するための第１端部および第２端部を有するアームと、前記空間的に圧縮されたイオンを前記イオントラップの前記アームの前記第２端部から放出するための放出口と、を備える。
前記アームは、前記第１端部と前記第２端部との間に２対の対向電極を備える。
各電極は、前記イオントラップのどの断面でも四重極電場ポテンシャルを与えるために適切に成形された内面を有する。
更に、各対向電極間の距離は、前記第１端部から前記第２端部にかけて広がっている。
放出のために選択されたイオンは、前記第２端部にある領域内に、空間的に圧縮される。
【００１１】
また、本発明は、２対の対向電極を備えたイオントラップを提供し、各対は、電場ポテンシャルＵ（ｘ，ｙ，ｚ）の有効半径Ｒの２倍の距離によって離間されており、長さＬはｚ軸上で求めている。
前記２対の対向電極は、以下の式（１）によって記述される電場ポテンシャルを形成するように作製されている。
【数１】
（１）
前記有効半径Ｒは可変長Ｚの関数として、下記式に従って変化する
【数２】
（２）
ｋ、Ｃ、ｒ０、およびＵ０は、選ばれた境界条件に対して電場ポテンシャルの前記式（１）を満足させるために必要な大きさに設定した定数である。
【００１２】
本発明は、更に、前記イオントラップにイオンを導入するための導入口を備えたイオントラップを提供し、導入されたイオンは、ｚ軸上で求めた長さＬに沿って蓄積され、前記長さＬに延在し、２対の対向電極を備え、前記導入されたイオンを閉じ込めるために適切に成形されたアームを有する。
対向電極の各対は、距離２Ｒによって離間されており、Ｒは、前記変数Ｚの関数として変化する。
前記２対の対向電極は、より大きな（または広い）端部と、より小さな（狭い）端部とを有する。
放出するために選択されたイオンは、前記大きな端部に向かって圧縮される。
また、前記イオントラップは、前記選択されたイオンを前記より大きな端部から放出するための放出口も備える。
【００１３】
本発明の前記イオントラップの前記電極は、双曲線の断面形状を有してもよく、断面積が前記狭い端から前記広い端に広がっている。
【００１４】
別の実施形態として、前記電極は、テーパ状のロッドを備えてもよく、前記ロッドは円形の断面形状を有する。
好ましくは、前記テーパ状のロッドは、前記長さに沿って、値２Ｒのそれぞれにおいて直径Ｄの円形の断面を有し、以下の式を満たす。
Ｄ＝１．１４８×２Ｒ ……（４）
【発明の効果】
【００１５】
この結果、本発明は、効率的かつ小型のイオントラップと、イオントラップ内のイオンを操作するための方法とを提供し、イオンの蓄積量が高く、かつ選択されたイオンを効率的に放出することができる。
前記イオントラップは、高分解能、高感度の質量分析計に用いるために適合されうる。
【００１６】
本発明の他の目的および特徴は、添付の図面と併せて考察すれば、以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
しかし、図面は単に例示として意図したものに過ぎず、本発明の限定を規定するものではないことを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１を参照すると、イオントラップ１０と、イオントラップ１０内でイオンを操作するための方法とが提供される。
この方法では、好ましくは、イオントラップ１０の軸１２の長さ（奥行）に沿ってイオンを蓄積する。
また、この方法では、放出前に、イオンを質量電荷比に依存した方法で、イオントラップ１０の領域に空間的に圧縮することによって、選択したイオンを効率的に放出する。
【００１８】
本発明のイオントラップ１０では、イオンの大量の蓄積が可能となる。
また、イオントラップ１０により、質量対電荷の値（ｍ／ｚ値とも呼ばれる）に従って、イオンを圧縮することによって、全ての蓄積されたイオンを順に放出することが可能となる。
このため、１回の放出スキャンで、イオントラップ１０を備えた質量分析計（例えば、図２を参照）は、イオンの元となった分子に関する構造の情報を取得することができる。
代表的なスキャンの持続時間は、ほぼ数ｓｅｃ（秒）でありうる。
【００１９】
本発明のイオントラップ１０は、２対の対向電極１４の組（図１には１対が示されている）を有し、これは、ｚ軸１８に対して角度１６をなして配置されている。
【００２０】
四電極構造により、高周波（ＲＦ）四重極場の形成が可能となり、これが径寸法内にイオンを捕捉する。
高周波場は、当業者に公知の方法に従って生成され、これには、電極１４の端に静電直流電流（ＤＣ）ポテンシャルを印加する方法などがある。
【００２１】
ｚ軸１８は、イオントラップ１０の軸と呼ばれ、イオンが蓄積される軸とも呼ばれる。
イオントラップの長さは、軸またはｚ軸１８上で求められる。
【００２２】
イオンは、導入口２０を介してイオントラップ１０に導入される。
２対の対向電極１４が、ともに、導入されたイオンを電極１４間に閉じ込めるためのイオントラップ１０のアーム２２を形成している。
アーム２２は、好ましくは第１端部２４と第２端部２６を有する。
図１に示すように、各電極が、アーム２２の対称軸１２から角度１６だけずれている結果、対向電極間の距離が、第１端部２４から第２端部２６に向かって広がっている。
この形状により、電極間に生成される電界強度が、第１端部２４では、第２端部２６と比較して強くなる。
これにより得られた電場勾配を使用して、放出工程中に、選択されたイオンが第２端部２６に向かって圧縮される。
このため、選択されたイオンが、第２端部２６の領域に空間的に圧縮されて、その後、適切に配置された放出口２８を通って放出される。
【００２３】
また、イオントラップ１０は、好ましくは、イオンがｚ軸１８に沿って逃げないように、弱い直流阻止電圧が印加される阻止プレート２９を両端に備える。
【００２４】
また、図１に示す好ましい実施形態では、イオントラップ１０は、第２アーム３２を形成している第２の２対の対向電極３０も有する。
第２アーム３２も、第１端部３４と第２端部３６を有し、対向電極３０間の距離が、第１端部３４から第２端部３６に向かって広がっている。
イオントラップ１０は、適切な圧力を維持するために、気体が導入される真空チャンバ３７内に収納されている。
２組の四電極は、広がっている方の端で互いに面しており、第２端部２６が第２端部３６に面している。
好ましくは、第２の組３０は、例えば、垂直軸またはｘ軸３８を中心として第１の組１４と鏡像関係にある。
【００２５】
本発明に従って作製されたイオントラップ質量分析計４０は、イオントラップ１０を備える。
また、図２に示すように、本発明の分析計４０は、好ましくは、イオンソース４２と、好ましくは、それ自体の真空チャンバ４５内に収納されたイオンガイド４４を備え、真空チャンバ４５は、当業者に公知のように適切な圧力に維持されている。
導入するイオンを発生させるために、どのようなイオンソースを使用することもでき、これには、例えば、レーザー４６を照射したマトリックス支援レーザー脱離／イオン化（ＭＡＬＤＩ）ターゲット、またはエレクトロスプレーイオン化イオンソースがあることは、当業者によって認められよう。
イオンガイド４４は、４ロッドの平行電極構成の代表的な、あるいはイオンを案内するための当業者に公知のその他の手段を備えうる。
【００２６】
好ましくは、分析計４０は、ヘリウムなどのバッファガスを更に有しており、このガスは、イオントラップ１０への導入の前後に、バッファガス４８の分子または原子と衝突させてイオンを冷却するために、分析計４０の内部４８に充填されている。
【００２７】
図１〜２を参照すると、分析計４０に用いられるように、本発明のイオントラップ１０は、例えば、動作時に、電極の組１４および３０の両方に印加した、一定振幅の適切なＲＦ信号を用いて、ある時間間隔にわたってイオンを累積する。
【００２８】
本発明のイオントラップ１０の各アームの電極は、好ましくはテーパ状であり、イオントラップ１０のどの断面でも四重極電場ポテンシャルを与えるように、適切に成形されている。
より詳細には、イオントラップの形状と、各アームにおける対向電極対の形状および配置とによって、好ましくは、三次元の電場ポテンシャルＵ（ｘ，ｙ，ｚ）が与えられ、これは以下の式で表される。
【数３】
（１）
【００２９】
パラメータＲは、電場ポテンシャルの有効半径を表しており、イオントラップ１０のどの断面でもアームの対向電極対を隔てる距離の半分の値に対応している。
Ｒは、次式に従って、ｚ軸１８上で第１端部２４から求めた可変長ｚの関数として変化する。
【数４】
（２）
【００３０】
式（１）の変数ｘとｙは、それぞれｘ軸３８およびｙ軸５０の座標に対応しており、座標系のｚ軸１８は、トラップ１０の中心の軸１２と一致している。
このため、座標系の原点は、アームの最も狭い端において対向電極間の対称軸１２、例えば、第１端部２４にセンタリングされている。
Ｌは、例えば、第１端部２４から第２端部２６までのアームの長さに対応している。
式（１）と式（２）のパラメータｋ、Ｕ０およびＣは、定数を表しており、ｒ０の所定の値に対して選択された境界条件に従って決定される。
図１のイオントラップ１０の左アーム２２に着目すると、ｒ０は、ｚ＝０（すなわち第１端部２４）における対向電極１４間の距離の半分の値に物理的に対応している。
【００３１】
ｚ軸１８に対する電極の角度１６が、パラメータｋに関係していることを、当業者は認めるであろう。
例えば、角度１６の正接は、
【数５】
に等しいことがみてとれる（ここで、ＲＭＡＸは、ｚ＝Ｌで評価した式（２）中のＲの値である）。
更に、式（２）に代入すると、ｚ＝Ｌについて、以下のようになる。
【数６】
しかし、一般に、ｋの値は、選択したロッドの形状によって決定され、これが、角度ずれ１６と、アームの長さＬの適切な選択にも寄与する。
【００３２】
角度ずれ１６は、ゼロではなく、好ましくは、電極の形状およびイオントラップの長さを考慮して、イオントラップ１０の、最も広い端（例えば、第２端部２６）にある領域にイオンを空間的に圧縮するために実質的に十分大きい値である。
【００３３】
一実施形態では、角度ずれ１６は０°より大きい。
【００３４】
別の実施形態では、角度ずれ１６は、０°を超え、かつ９０°未満である。
【００３５】
更に別の実施形態では、角度ずれ１６は１０°より大きい。
【００３６】
更に別の実施形態では、角度ずれ１６は４５°未満である。
【００３７】
図３は、式（１）と式（２）によって表される有効トラップポテンシャル５２の例を示しており、これは、電極にＲＦ電圧が印加されると、イオントラップ１０の１本のアームで形成される。
【００３８】
式（１）によって記述されるトラップポテンシャル５２の影響は、次のようになる。
好ましくは衝突気体（例えば、ＨｅまたはＮ２など）が充填されたイオントラップ１０に入るイオンは、装置１０のｚ軸１８に沿って集まる傾向がある。
イオンが中性のバッファガスの分子と衝突すると、自身の運動エネルギーを失う。
同時に、イオンは、四重極ロッド１４と、阻止電圧が印加されるエンドプレートによって形成される弱い反発する電流電場とによって形成されたＲＦ場によって、装置１０の内部に効率的に閉じ込められる。
ｚ軸１８に沿って揃わないイオン（過剰な運動エネルギーを有するイオン）は、有効ポテンシャルのため生じた力によって作用され、この力は、イオンを四重極の広い端に向かって押し出す。
最終的には、イオンは、バッファガスとの衝突で十分な運動エネルギーを失うと、イオントラップ全体のｚ軸１８上に分布するようになる。
Ｚ座標に沿った力は、ｚ軸から少しでも離れると無視できるくらい小さい。
【００３９】
次に、蓄積されたイオンを、本発明のイオントラップ１０から放出するには、好ましくは、対向電極対間に弱い励起ＲＦ信号を印加し、これと同時に、印加している励起ＲＦ電圧の振幅をランプアップすることで行うことができる。
式（１）と式（２）によって記述され、図３に表した電場ポテンシャルの形状のために、ｍ／ｚ値が最小で、イオントラップ１０の導入口２０に最も近いイオンが、一番最初に励起される。
ＲＦ電圧の振幅を増加させると、トラップ１０内のイオン運動が不安定になる。
ｚ軸を中心としたイオン発振の振幅が上昇すると、例えば、広い端（例えば第２端部２６）に向かってイオンを押し出す力も強くなる。
このため、この特定のｍ／ｚ値のイオンは、トラップ１０の各アームの広い端の近くで、迅速に「圧縮される」、すなわち、領域５４に向かって空間的に圧縮される。
前述のように、この領域５４は、狭い端（例えば、トラップ１０の第１端部２４）よりも、電気場密度が小さい。
【００４０】
ｍ／ｚに依存してイオンを圧縮することによって、イオンの蓄積のプロセスと、イオン放出のプロセスとを事実上切り離すことができる。
イオンが蓄積されている間は、イオンは、イオントラップ１０の軸１２に沿って、イオントラップ１０の円筒体積全体を占領しうる。
放出中に、イオンはイオントラップ１０の最も広い部分にある領域５４に、当該イオンのｍ／ｚ比に従って選択的に圧縮され、これは図１のイオントラップ１０の第２端部２６、３６に対応している。
【００４１】
ＲＦ発振の振幅が対向電極間の距離と同等になり、この結果、当業者に公知なように、イオンがいわゆる放出エネルギーしきい値に達すると、放出口２８からイオン放出が制御された状態で起こる。
【００４２】
再び、図２を参照すると、好ましくは、分析計４０内の、イオンソースチャンバ４３と検出器チャンバ５５内の分析計との間で、差動排気などの当業者に公知の任意の手段によって、制御された状態で圧力差が維持される。
この圧力差により、導入されたイオンが、高圧イオンソース領域４３から望ましい低圧の領域５５に、移動し易くなる。
【００４３】
当業者が認めるように、イオンソースチャンバ４３は通常、約１．３３〜１３３．３３Ｎ／ｍ２（約１０〜１０００ｍｔｏｒｒ）の圧力に維持され、検出器チャンバ５５の圧力は通常、１．３３×１０−５〜１．３３×１０−２Ｎ／ｍ２（約１０−７〜１０−４ｔｏｒｒ）の範囲内に維持される。
イオントラップチャンバ３７は、好ましくは０．４０〜２６．６６Ｎ／ｍ２（約０．３〜２００ｍｔｏｒｒ）に保たれ、イオントラップ１０と検出器チャンバ５５間に配置された追加のチャンバ５３は、好ましくは、１．３３×１０−５〜１．３３×１０−２Ｎ／ｍ２（約１０−７〜１０−４ｔｏｒｒ）の範囲内に維持される。
【００４４】
図１のイオントラップ１０の好ましい実施形態では、中央インサート５６も備えられており、これは、好ましくは、実質的に平行な２対の対向電極５８を有する。
イオントラップのアーム２２とアーム３２は、好ましくは、中央インサート５６のいずれの側に、動作可能に接続される。
電極５８の一方は、放出口２８を形成している開口部を有する。
【００４５】
一実施形態では、中央インサート５６は、４本の平行なロッドの構成を有する小型の従来の線形四重極を備える。
ビアらに付与された米国特許第５，４２０，４２５号の図２Ａは、中央インサート５６として使用することができる四重極の例を示している。
【００４６】
中央インサート５６の別の実施形態では、放出口２８が、電極の１つ（図１の上部電極５８）を省くことで提供される。
換言すれば、この実施形態では、中央インサート５６は、各アームの電極の両側にそれぞれ動作可能に接続された１対の対向する平行電極と、各アームの第３の電極に動作可能に接続された第３の平行電極とを有する。
【００４７】
図２に最もわかり易く示す更に別の実施形態では、電極の加工を簡略化するために、放出口２８にテーパが付されており、放出されるイオンがテーパの狭い端に入って、広い端でイオントラップ１０を出る。
また、電極が、円筒形状の放出口２８（図８を参照）を提供するように加工されてもよい。
【００４８】
図２を参照すると、本発明の分析計４０は、好ましくは、放出されたイオンを検出するための検出器アセンブリ６０と、放出されたイオンを、放出口２８から検出器アセンブリ６０に案内するための少なくとも１つのイオンガイド６２も備える。
【００４９】
イオンガイド６２は、例えば、従来の四重極を形成している実質的に平行な２対の対向電極を備えてもよく、当業者に公知のように、動作時にここに直流ポテンシャルが印加される。
【００５０】
一実施形態では、分析計４０は、衝突セルとして使用される四重極を備えたイオンガイド６２と、衝突セルと検出器６０との間で質量フィルタとして使用される追加の四電極構造６４とを備える。
この実施形態では、選択されたイオンのモニタリングスキャンまたはニュートラルロススキャンの実験の効率が、従来の質量分析計よりも大幅に向上している。
【００５１】
更に別の実施形態では、質量分析計４０は、四重極を備えたイオンガイド６２を有し、その後に直交導入飛行時間型質量分析計が備えられている。
本発明の分析計のこの実施形態は、「ＭＳ／ＭＳ」と呼ばれ、対象の複イオンの完全な構造的情報を生成するために、単一段階質量スペクトル内の全てのイオンについて、信号損失のないフルレンジタンデム型質量分析を実行することが理論上可能である。
【００５２】
このため、本発明は、分析計に使用される場合に、イオントラップから放出される各イオン種について、対象の全Ｍ／Ｚ範囲において、ＭＳ／ＭＳを順に実行することによって、損失なくＭＳ／ＭＳ実験の多重化を可能にするイオントラップを提供する。
理論上、感度のゲインは、（ΔＭ／Ｚ）／（Δｍ／ｚ）に近づく。
ここで、ΔＭ／Ｚは、質量分析計の観察可能なｍ／ｚ範囲を指し、通常は約４０００のオーダーである。
Δｍ／ｚは、質量分析計の分解能を指し、通常、約１４〜４０の範囲にある。
このため、本発明のイオントラップを備える質量分析計では、理論上１００〜１０００倍のゲインが得られる。
このように感度が増大する結果、測定速度も大幅に高速化する。
【００５３】
一実施形態では、本発明に従って作製された分析計のΔＭ／Ｚは、少なくとも１００である。
【００５４】
別の実施形態では、本発明に従って作製された分析計のΔＭ／Ｚは、約１００，０００以下である。
【００５５】
一実施形態では、本発明に従って作製された分析計のΔｍ／ｚは、少なくとも１である。
【００５６】
別の実施形態では、本発明に従って作製された分析計のΔｍ／ｚは、約１００以下である。
【００５７】
本発明に従って作製されたイオントラップ１０と分析計の性能の改善は、各アームの電極を新しい形状にした結果得られるものであり、これは、ｍ／ｚ比に従って、放出口の近くの領域にイオンを選択的かつ順に圧縮する独自の電場ポテンシャルを提供する。
【００５８】
式（１）に最もわかりやすく記述されているように、本発明のイオントラップ１０は基本的に三次元のイオントラップである。
式（１）は、以下の式から導出されたものである。
【数７】
（３）
ここで、Ｕ０、ｒ０、Ｌ、ｋおよびＣは前述のように何らかの定数であり、ｘ、ｙ、ｚは座標である。
【００５９】
当業者に公知のように、定数の具体的な値は、好ましくは特定の境界条件から設定され、ｘおよびｙの座標はｒ０に対応して設定され（すなわちｘ２＋ｙ２＝ｒ０２であり）、ｚは、装置Ｌの特定の長さに設定される。
【００６０】
式（１）、（３）によって記述されるポテンシャルＵ（ｘ，ｙ，ｚ）は、ラプラス（ΔＵ＝０）式を満足する。
式（３）の括弧内の第１項は、二次元四重極のポテンシャルに類似しており、この項に、Ｚ座標のポテンシャル全体の依存関係を導入する別の項が掛け合わされる。
この二次元四重極のポテンシャルとの類似性は、以下の式（１）の形に式（３）を書き換え、
【数８】
（１）
以下の式（２）に従って変数Ｒを定義することによって、更にはっきりする。
【数９】
（２）
【００６１】
この形では、式（１）は、線形四重極の式に一層類似しており、基本的な差が強調されている。
２Ｒに対応する対向電極間の距離は、Ｚ座標の関数として変化する。
【００６２】
例えば、図４のグラフ７０は、第１端部（狭い端）からの距離の関数としてｚ軸１８からの距離Ｒ７２をプロットしたものであり、これは対向電極間の距離の半分に対応している。
この例では、ｒ０７４の値は１に、ｋの値は−０．５に、Ｃは０に、およびＬ７６の値は１０に、それぞれ設定される。
線形近似７８も、プロットされており、少なくともアームの長さＬ７６に対応するｚ＝０〜ｚ＝１０の範囲で、Ｒが、ほぼ線形に変化していることが示されている。
このようにアームの長さの範囲内で良好に線形に当てはめることができ、線形のイオントラップ１０の電極を、大きな困難を伴わずに有利に加工できることになる。
【００６３】
図５は、１対の対向電極１４（上部および下部）の第１端部２４と当該電極の第２端部２６（図１を参照）間の距離を示しており、定数ｒ０、ｋ、ＣおよびＬは、図４のプロットに用いたのと同じ値である。
第１端部２４では、Ｒはｒ０に対応している（＝１）。
第２端部２６では、Ｒは約１．５である。
【００６４】
本発明の電極の傾斜角１６の結果、電極の断面形状と、テーパ、従ってｚの関数としての各電極の断面積が重要である。
更に、最適なテーパと形状は、傾斜角１６に依存する。
【００６５】
本質的には、本発明の電極は、イオントラップのどの断面においても、ほぼ四重極のポテンシャルを提供でき、このため式（１）と式（２）を実質的に満足する任意の形状とその構成を備える。
【００６６】
一実施形態では、イオントラップ１０に用いられる電極８０は、図６Ａに示すように、双曲線形状の断面を有する。
双曲線のプロファイルは、例えば、イオントラップ１０のアームの第１端部２４（図１を参照）に対応する電極の端部８２で最もよくわかる。
電極８０はテーパ状であり、その結果、各電極の断面積が、電極８０の第１端部８２から第２端部８４にかけて大きくなっている。
【００６７】
図１とともに図６Ｂを参照すると、例えば、イオントラップ１０のアーム２２における、双曲線の断面８０の２対の対向電極の構成が示されている。
図に示すように、各対向電極８０の内側８６に湾曲形状が向き、対向する各対が、軸１２を中心とした鏡像として配置されるように、電極８０は配置されている。
【００６８】
更に、各電極８０の双曲線のプロファイル（断面）の中点における曲線の鋭さまたは傾斜（ここでは偏心とも呼ぶ）は、好ましくは、対向電極間の距離が広がると、各断面における双曲線の断面と、実質的に四重極のポテンシャルが維持されるように、アーム２２の第１端部２４から第２端部２６に向かって減少している。
このため、電極８０は、式（１）に記述された電気トラップポテンシャルを実質的に維持するように向いており、かつ成形されている。
【００６９】
このため、図７Ａに示すように、電源８８を使用して、図６Ａに記載のように成形され、図６Ｂのようにアーム２２を形成するために配置された電極８０にＲＦ電圧が印加されると、イオンを捕捉するための有効ポテンシャルが形成される。
【００７０】
図７Ａに従って形成される有効ポテンシャル９０の形状を表す図が図７Ｂに示される。
ポテンシャル９０は、ｚ１８と、対向電極８０の対間の距離（２Ｒ）９２の関数としてプロットされている。
この有効ポテンシャル９０は、導入口２０とイオントラップ１０の第１端部２４で急峻な双曲線のウェルを形成し、これが他の端２６では徐々にゆるやかになっている。
【００７１】
図１に示すように中央インサート５６によって接続された２本のアーム２２，３２から構成されるトラップ１０内のイオン運動のシミュレーションを実行した。
更に、実験的な質量分析測定を収集した。
シミュレーションのために、電極８０が図６Ｂの構成の双曲線の断面であり、上記ビア特許のように、中央インサート５６が４本の平行ロッド四重極を備えていると仮定した。
【００７２】
このような装置の代表的なイオン軌道９４が、図８に示されており、２つの投影に描かれ、そのうちの一方９６は（ｘ，ｚ）面であり、他方９８は（ｙ，ｚ）面である。
【００７３】
異なるｍ／ｚ値を有するイオンでシミュレーションを実行した。
全てのシミュレーションが、トラップ１０内で同様のイオン挙動を示した。
最初、イオンは、装置の全長にわたって広がる傾向がある。
しかし、励起ＲＦ電圧の振幅がランプアップされて、各アームの２対のロッド間に弱い励起電圧が印加されはじめると、イオンが、トラップの中心に向かって圧縮される。
最終的には、同じｍ／ｚ値を有するイオンは、放出前のしばらくの間、トラップの中央の最も広い部分にある領域１００に集まっている。
【００７４】
図９は、ｍ／ｚ＝１０００を有する１０００個のイオンの移動のシミュレーション結果を示す。
この図の第１面１０２と第３面１０４は、ほとんどのイオンがｚ＝１５ｃｍ＋−０．５ｃｍの地点１０６で放出されることを示しており、これは、トラップの中心にある放出スリット２８の位置に対応している。
放出されたピークのスペクトル幅１０８は約１〜１．５ｍｓｅｃ（ミリ秒）であり、このことが第２面１１０に示されている。
特定のシミュレーションの全初期条件も、この図には示されている。
【００７５】
同様のシミュレーションを、ｍ／ｚ値が異なるイオンでも実行した。
全てのシミュレーションから、本発明に従って作製されたイオントラップ１０の安定した挙動が示された。
【００７６】
本発明の別の実施態様では、イオントラップの各アームの電極は、円形の断面の円筒状のロッドを備える。
図１０Ａを参照すると、ロッドは、好ましくは、円筒形のテーパ状のロッド１１２である（比較のために、双曲線形状のロッド８０の輪郭を示す）。
このような円筒形のテーパ状のロッド１１２は、図１０Ｂに示すように、本発明のイオントラップのアームにおいて、イオントラップのどの断面においても四重極場に実質的に近似させるために、同じ四電極の傾斜角度の構成１１４で使用することができることが示されている。
このため、例えば図１のイオントラップ１０のアーム２２で使用される円筒状のロッド１１２は、式（１）の電位にも非常によく近似するようになる。
【００７７】
図１１を参照すると、最も好ましくは、ロッド１１２のテーパおよびこれらの距離ｄ０１１５は、ロッド１１２の円形の断面直径Ｄ１１６が、約１．１４８と、任意のＺ座標における（ｘ，ｙ）面の（すなわち、あらゆる断面における）距離ｄ０１１５の積に等しくなるように選択される。
換言すれば、この実施形態のために、好ましくは以下の条件が満足される。
Ｄ＝１．１４８×ｄ０ ……（４）
ここで、ｄ０も２Ｒであり、Ｒは式（２）によって定義される。
【００７８】
図１０Ａ〜１１に記載したテーパ状のロッド１１２を有する図１のイオントラップ１０が作製され、図２に記載した本発明の質量分析計４０で試験された。
図１１Ａは、装置４０で測定した実験スペクトル１１７であり、測定の分解能（測定された原子の質量と、分析可能な原子の質量の比またはＭ／Δｍ）が、約１２０〜１５０であることが示される。
この実験スキャンでは、印加したＲＦ電圧の振幅は、約２８１ｋＨｚの励起周波数において３．２Ｖであった。
ＲＦ電圧が、１ｓｅｃ（秒）間隔にわたってランプアップされ、その後、更に１ｓｅｃ（秒）間隔にわたり、イオンが測定のために蓄積された。
イオンソース４２、すなわちレーザー４６によって照射されるＭＡＬＤＩターゲットを収納しているチャンバ４５内の圧力は、約１１．３３Ｎ／ｍ２（約８５ｍｔｏｒｒ）に保たれ、イオントラップ１０を収納しているチャンバ３７内の圧力は、０．１３Ｎ／ｍ２（約１ｍｔｏｒｒ）に保たれた。
【００７９】
前述のように、本質的には、本発明の電極は、イオントラップのどの断面においても、ほぼ所定の四重極のポテンシャルを提供でき、式（１）と式（２）を実質的に満足する任意の形状とその構成を備える。
【００８０】
別の実施形態では、電極は、トラップの内部の各対向電極の内面が、少なくとも円弧を形成するように構成された、少なくとも一部分が円形の断面を有する。
この円は、トラップの内側の外にセンタリング（中心がある）される。
電極のテーパと対向電極間の距離は、式（１）と式（２）を最適に満足させるように選択される。
【００８１】
更に別の実施形態では、各電極の断面は放物線を定義している。
各対向電極の内面は、内向きに湾曲した断面を有する。
更に、例えば図１のイオントラップ１０のアーム２２において、放物線の鋭さは、第２端部２６から第１端部２４に向かって大きくなっている。
【００８２】
図１〜２を再び参照すると、イオンは、２本のアーム間の中心の最も広い領域に向かって圧縮された後に、軸１２に直交に放出される。
更に、図１〜２に示されるように、放出口２８は導入口２０に直交している。
【００８３】
しかし、別の実施形態では、導入口２０と放出口３６は平行でもよい。
更に別の実施形態では、導入口２０と放出口２８は一致している。
【００８４】
図１２を参照すると、本発明のイオントラップ１２０の一実施形態は、２対の対向電極１２４を有する１本のアーム１２２のみを備える。
イオントラップ１２０は、好ましくは２対の平行対向電極１２８を備えたインサート１２６を有する。
平行電極１３０の一方は、導入口１３４に直交する放出口１３２を備える。
トラップ１２０は、イオンを軸方向に封じ込めるため阻止電圧が印加される阻止プレート１３６を更に有する。
【００８５】
導入後のイオン軌道１３８のシミュレーションが図１２に示されており、広い端１４０と中央インサート１２６に向かってイオンが圧縮されていることを示している。
【００８６】
一実施形態では、インサート１２６は、小さな従来の線形四重極（例えば上記ビア特許の図２Ａの四重極など）を備える。
【００８７】
図１３は、本発明に従って作製された質量分析計１５０に組み込まれた直交放出の１アームのイオントラップ１２０を示している。
【００８８】
図１４は、本発明に従って作製された１アームのイオントラップの更に別の実施形態１６０を示しており、放出口１６２が導入口１６４に平行であり、イオンがイオントラップ１６０から軸方向に放出される。
イオントラップ１６０は、ここに記載したように、式（１）と式（２）を満足するものであれば、任意の形状および形態のアームにある２対の対向電極１６６を備える。
イオントラップ１６０は、電極１６６に接続された２組の平行な対向電極を有し、軸方向の放出口１６２を有する線形の従来の四重極の一部分（図示せず）を任意選択で備える。
また、イオントラップ１６０は、ランプアップ中にイオンを封じ込めるために直流ポテンシャルが印加されるメッシュの阻止プレート１６８も備える。
軸方向の放出は、例えば、双極子の励起を印加して、ＲＦ電圧をランプアップするか、あるいは、放出中に、プレート１６８に補助的な交流（ＡＣ）場を印加することによって行う場合もある。
このような方法は当業界で公知であり、例えば、ジェイムズ Ｗ．ヘイガー、新リニアイオントラップ質量分析計、速報、質量分析、第１６巻ｐｐ．５１２−５１６（２００２）に記載されている。
シミュレーションしたイオンの軌道１７０が、図１４にも示されている。
【００８９】
図１４のイオントラップ１６０は、図１５に示すように本発明に従って作製された質量分析計１８０に組み込まれる。この図において、イオンは、軸方向の経路１８２に沿って導入口１６４に導入され、放出口１６２で広い領域に選択的に圧縮されて、検出器６０に向かって、経路１８４に沿って軸方向に放出される。
【００９０】
本発明のイオントラップは、小型であり有利である。
好ましくは、イオントラップのどの実施形態についても、各アームの長さは、１ｍｍ以上である。
【００９１】
別の実施形態では、各アームの長さは、５０ｍｍ以上である。
【００９２】
一実施形態では、イオントラップの少なくとも１本のアームは、１０００ｍｍ以下である。
【００９３】
別の実施形態では、イオントラップの少なくとも１本のアームは、５００ｍｍ以下である。
【００９４】
別の実施形態では、放出口を備えた中央インサートまたはインサートまたは従来の線形の四重極の一部分の長さは、少なくとも１ｍｍである。
【００９５】
更に別の実施形態では、放出口を備えた中央インサートまたはインサートまたは従来の線形の四重極の一部分の長さは、少なくとも５０ｍｍである。
【００９６】
別の実施形態では、放出口を備えた中央インサートまたはインサートまたは従来の線形の四重極の一部分は、１０００ｍｍ以下である。
【００９７】
更に別の実施形態では、放出口を備えた中央インサートまたはインサートまたは従来の線形の四重極の一部分は、５００ｍｍ以下である。
【００９８】
本発明のイオントラップの追加の実施形態１９０が図１６に示されており、これは、星型構成の５本のアーム１９２を備え、各アームは、各アームの対称軸１２に対してある角度をなして傾斜した２対の対向電極を備える。
図に示すように、各アームの電極は、好ましくはテーパ状であり、図に示すようにテーパ状の円筒形のロッドでありうる。
シミュレーションしたイオン軌道１９４が示されている。
導入口１９６は、４本の外側アームの１つ以上の軸上にあってもよく、広い端が内側を向いている。
放出口は、好ましくは、星型構成の中心１９８、および中央アーム２００の広い端とに向いている。
【００９９】
本発明のイオントラップは、質量分析計で有用であることに加えて、イオン−イオンおよびイオン−陽イオンの反応器を作製するためにも使用することもできる。
【０１００】
別の実施形態では、本発明のイオントラップは、光学分光学などのほかの目的、または化合物の調整の精製のために、所定のＭ／Ｚに対してイオンを分離するために使用することができる。
【０１０１】
現在本発明の好ましい実施形態であると考えられているものを記載したが、本発明の趣旨から逸脱することなく、本発明を変更または変形することができ、このような変更や変形も、本発明の真の範囲に含まれるものとして請求することが意図されることを当業者は理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明に従って作製されたイオントラップの一実施形態の断面の概略図であり、簡潔を期するために、２対の対向電極の１対のみが図示されている。
【図２】図１のイオントラップを備えた、本発明の質量分析計の一実施形態の断面の概略図である。
【図３】図１のイオントラップによって形成される有効電気ポテンシャルウェルの一実施形態の三次元プロットである。
【図４】ｒ０＝１、ｋ＝−０．５、Ｃ＝０、およびＬ＝１０にそれぞれ設定したときの、図１のイオントラップの一実施形態のアームの一方の電極の径方向距離を、ｚの関数としてｚ軸からプロットしたものであり、線形近似もプロットされている。
【図５】図４の実施形態について、対向電極対の径方向距離のプロットであり、このプロットは、電極の形状と、電極間の距離が、一端から他端に変化する様子を示している。
【図６Ａ】本発明のイオントラップの一実施形態による、双曲線の断面を有する電極の斜視図であり、第１端部から第２端部にかけて断面積が増加しており、双曲線形状の鋭さまたは偏心も、同様に、第１端部から第２端部にかけて減少している。
【図６Ｂ】イオントラップのアームを形成している図６Ａの２対の対向電極の斜視図である。
【図７Ａ】高周波（ＲＦ）電圧を印加している状態の図６Ｂのアームの概略図である。
【図７Ｂ】図７Ａに従ってＲＦ電圧が印加された場合に形成される有効ポテンシャルのグラフ図であり、ポテンシャルが、ｚと、対向電極対間の距離２Ｒの関数としてプロットされている。
【図８】本発明のイオントラップの実施形態の断面に、イオン軌道のシミュレーションを投影させた図である。
【図９】本発明のイオントラップにおける、ｍ／ｚ＝１０００のときの１０００個のイオンの移動をシミュレーションした結果の代表的なプロットである。
【図１０Ａ】本発明のイオントラップの一実施形態による、円形の断面を有するテーパ状の電極の斜視図である。
【図１０Ｂ】イオントラップのアームを形成している図１０Ａの２対の対向電極の斜視図である。
【図１１】図１０Ｂのアームの断面図である。
【図１１Ａ】図１の形状を有し、各アームが図１０Ｂに示したテーパ状のロッドを有するイオントラップから作製された質量分析計で取得したｍ／ｚ＝１５３３のペプチドのスペクトルである。
【図１２】本発明に従って作製されたイオントラップの別の実施形態の断面の概略図である。
【図１３】図１２のイオントラップを備えた、本発明の質量分析計の別の実施形態の断面の概略図である。
【図１４】本発明に従って作製されたイオントラップの更に別の実施形態の断面の概略図である。
【図１５】図１４のイオントラップを備えた、本発明の質量分析計の更に別の実施形態の断面の概略図である。
【図１６】本発明に従って作製されたイオントラップの追加の実施形態の断面の概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオントラップのイオンを操作する方法であって、
前記イオントラップのイオンを蓄積するステップと、
質量電荷比に依存した方法で前記イオンを空間的に圧縮するステップと、
前記空間的に圧縮されたイオンを定義された質量電荷比の範囲で放出するステップとを有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記イオンは、前記イオントラップの長さに沿って蓄積される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記蓄積されたイオンは、分子との衝突またはバッファガスの原子によって冷却される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記空間的に圧縮されたイオンは、それらの質量／荷電比に従って順次放出される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記イオントラップの第２端部でより前記イオントラップの第１端部での方がより強い四重極電界を印加するステップを有し、
前記空間的に圧縮するステップは、前記第２端部の方へ前記イオンを圧縮するステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記放出するステップは、前記空間的に圧縮されたイオンを前記第２端部の領域から放出するステップを有する、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記イオントラップに前記イオンを導入するステップをさらに有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記導入するステップは、前記イオントラップの軸と平行して前記イオンを導入するステップを有する、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記導入するステップは、前記イオントラップの軸に直交して前記イオンを導入するステップを有する、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記放出するステップは、前記イオントラップの軸と平行して前記イオンを放出するステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記放出するステップは、前記イオントラップの軸に直交して前記イオンを放出するステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
イオントラップにイオンを導入するための導入口を有し、
アームは、
第１端部および第２端部と、
前記導入されたイオンを前記第１端部と前記第２端部との間に閉じ込めるための２対の対向電極と、
各電極は、前記イオントラップのどの断面でも四重極電場ポテンシャルを与えるために適切に成形される内面を有し、
各対向電極間の距離は、前記第１端部から前記第２端部にかけて広がり、
放出のために選択されたイオンは、前記第２端部にある領域内に空間的に圧縮され、
前記空間的に圧縮されたイオンを前記イオントラップの前記アームの前記第２端部から放出するための放出口とを有する、ことを特徴とするイオントラップ。
【請求項１３】
前記第２端部より前記第１端部での方がより強い四重極電界が印加可能なように、前記第１端部および前記第２端部が配置され、かつ必要な大きさに設定される、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項１４】
第２アームをさらに有し、
前記第２アームは、
追加された第１端部および追加された第２端部と、
前記追加された第１端部および追加された第２端部との間に第２の２対の対向電極とを有する、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項１５】
中央の２対の対向電極のうち前記中央の電極の１つは前記放出口からなる中央インサートをさらに有し、
中央インサートの前記対向電極は、ほぼ平行であり、
前記アームの前記第２端部および前記第２アームの前記追加された第２端部は、中央インサートのいずれの側面にも有効に接続している、ことを特徴とする請求項１４に記載のイオントラップ。
【請求項１６】
各第２の対向電極の間の距離は、前記第２アームの前記追加された第１端部から前記追加された第２端部へ向かって大きくなる、ことを特徴とする請求項１４に記載のイオントラップ。
【請求項１７】
各電極の断面積は、第２端部に向かって大きくなる、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項１８】
各電極の断面は双曲線で規定され、
各対向電極の内側は内に曲がった断面からなる、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項１９】
前記双曲線の鋭さは、前記第１端部から前記第２端部の方へ向かって減少している、ことを特徴とする請求項１８に記載のイオントラップ。
【請求項２０】
各電極の断面積は、少なくとも一部分が円形の断面からなり、
各対向電極の前記内面が円弧を形成し、
円は、前記２対の対向電極の間に前記イオントラップの内側領域の外に中心がある、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項２１】
各電極の断面は、放物線に規定され、
各対向電極の前記内面は内向きの断面を有し、
前記放物線の鋭さは、前記第２端部から前記第１端部に向かって大きくなる、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項２２】
前記導入口は、前記イオントラップの軸と平行してイオンを導入するために適切に配置される、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項２３】
前記導入口は、前記イオントラップの軸に直交してイオンを導入するために適切に配置される、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項２４】
前記放出口は、前記イオンの導入の方向とほぼ平行してイオンを放出するために、適切に配置される、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項２５】
前記放出口は、前記イオンの導入の方向に直交してイオンを放出するために、適切に配置される、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項２６】
前記アームは、１ｍｍの最小限の長さ、かつ、１０００ｍｍの最大長さを有する、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項２７】
中央インサートは、１ｍｍの最小限の長さ、かつ、１０００ｍｍの最大長さを有する、ことを特徴とする請求項１４に記載のイオントラップ。
【請求項２８】
前記第２アームは、１ｍｍの最小限の長さ、かつ、１０００ｍｍの最大長さを有する、ことを特徴とする請求項１４に記載のイオントラップ。
【請求項２９】
２対の対向電極と、
各対は、電場ポテンシャルＵ（ｘ，ｙ，ｚ）の有効半径Ｒの２倍の距離によって切り離され、
長さＬ、
前記２対の対向電極は、前記長さＬの範囲内で式（１）を満たすように成形され、
前記式（１）は、以下の通り規定され、
【数１】
（１）
前記有効半径Ｒは、可変長ｚ、前記ｚ軸で求められた前記長さＬとの関数として下式に従って変化し、
【数２】
（２）
前記定数ｋ、Ｃおよびｒ０および定数Ｕ０は、
前記選ばれた境界条件に対して前記電場ポテンシャルの前記式（１）を満たすために必要な大きさに設定される、ことを特徴とするイオントラップ。
【請求項３０】
イオントラップであって、
前記イオントラップにイオンを導入するための導入口と、
導入されたイオンはｚ軸上で求めた長さＬに沿って蓄積され、
前記長さＬを延在し、２対の対向電極を有し、前記導入されたイオンを閉じ込めるために適切に成形されたアームと、
対向電極の各対は、距離２Ｒによって離間され、前記Ｒは、前記変数ｚの関数として変化し、
前記２対の対向電極は、広い端部と狭い端部とを有し、
放出するために選択されたイオンは、前記広い端部に向かって圧縮され、
選択されたイオンを前記広い端部から放出するための放出口とを備えた、ことを特徴とするイオントラップ。
【請求項３１】
前記対向電極の各々は、双曲線の断面形状を有する、ことを特徴とする請求項３０に記載のイオントラップ。
【請求項３２】
前記双曲線の断面積の偏心は、小さい端部に向かって大きくなる、ことを特徴とする請求項３１に記載のイオントラップ。
【請求項３３】
対向電極の各々は、円形の断面形状を有する、ことを特徴とする請求項３０に記載のイオントラップ。
【請求項３４】
対向電極の各々は、テーパ状であり、さらに、前記長さに沿った各値２Ｒの直径Ｄの円形横断面は、
Ｄ＝１．１４８×２Ｒ （４）
式（４）を満たす、ことを特徴とする請求項３３に記載のイオントラップ。
【請求項３５】
Ｒは、電場ポテンシャルＵ（ｘ、ｙ、ｚ）の有効半径Ｒに対応して式（２）に従って変化し、
【数３】
（２）
ｋおよびｒ０が前記電場ポテンシャルＵ（ｘ、ｙ、ｚ）に対して選択された境界条件に従って決定される定数である、ことを特徴とする請求項３５に記載のイオントラップ。
【請求項３６】
前記２対の対向電極は、長さＬの範囲内で式（１）を満たすように成形され、
前記定数ｋ、Ｃおよびｒ０および定数Ｕ０は、選択ばれた境界条件に対して電場ポテンシャルの前記式（１）を満たすために必要な大きさに設定され、
前記式（１）は、
【数４】
（１）
の通り規定される、ことを特徴とする請求項３５に記載のイオントラップ。
【請求項３７】
イオンは、質量電荷比の範囲に従って、放出のために選択される、ことを特徴とする請求項３０に記載のイオントラップ。
【請求項３８】
請求項３７に記載のイオントラップを有する、ことを特徴とするイオン質量分光計。
【請求項１】
イオントラップのイオンを操作する方法であって、
前記イオントラップのイオンを蓄積するステップと、
質量電荷比に依存した方法で前記イオンを空間的に圧縮するステップと、
前記空間的に圧縮されたイオンを定義された質量電荷比の範囲で放出するステップとを有する、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記イオンは、前記イオントラップの長さに沿って蓄積される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記蓄積されたイオンは、分子との衝突またはバッファガスの原子によって冷却される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記空間的に圧縮されたイオンは、それらの質量／荷電比に従って順次放出される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記イオントラップの第２端部でより前記イオントラップの第１端部での方がより強い四重極電界を印加するステップを有し、
前記空間的に圧縮するステップは、前記第２端部の方へ前記イオンを圧縮するステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記放出するステップは、前記空間的に圧縮されたイオンを前記第２端部の領域から放出するステップを有する、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記イオントラップに前記イオンを導入するステップをさらに有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記導入するステップは、前記イオントラップの軸と平行して前記イオンを導入するステップを有する、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記導入するステップは、前記イオントラップの軸に直交して前記イオンを導入するステップを有する、ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記放出するステップは、前記イオントラップの軸と平行して前記イオンを放出するステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記放出するステップは、前記イオントラップの軸に直交して前記イオンを放出するステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
イオントラップにイオンを導入するための導入口を有し、
アームは、
第１端部および第２端部と、
前記導入されたイオンを前記第１端部と前記第２端部との間に閉じ込めるための２対の対向電極と、
各電極は、前記イオントラップのどの断面でも四重極電場ポテンシャルを与えるために適切に成形される内面を有し、
各対向電極間の距離は、前記第１端部から前記第２端部にかけて広がり、
放出のために選択されたイオンは、前記第２端部にある領域内に空間的に圧縮され、
前記空間的に圧縮されたイオンを前記イオントラップの前記アームの前記第２端部から放出するための放出口とを有する、ことを特徴とするイオントラップ。
【請求項１３】
前記第２端部より前記第１端部での方がより強い四重極電界が印加可能なように、前記第１端部および前記第２端部が配置され、かつ必要な大きさに設定される、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項１４】
第２アームをさらに有し、
前記第２アームは、
追加された第１端部および追加された第２端部と、
前記追加された第１端部および追加された第２端部との間に第２の２対の対向電極とを有する、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項１５】
中央の２対の対向電極のうち前記中央の電極の１つは前記放出口からなる中央インサートをさらに有し、
中央インサートの前記対向電極は、ほぼ平行であり、
前記アームの前記第２端部および前記第２アームの前記追加された第２端部は、中央インサートのいずれの側面にも有効に接続している、ことを特徴とする請求項１４に記載のイオントラップ。
【請求項１６】
各第２の対向電極の間の距離は、前記第２アームの前記追加された第１端部から前記追加された第２端部へ向かって大きくなる、ことを特徴とする請求項１４に記載のイオントラップ。
【請求項１７】
各電極の断面積は、第２端部に向かって大きくなる、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項１８】
各電極の断面は双曲線で規定され、
各対向電極の内側は内に曲がった断面からなる、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項１９】
前記双曲線の鋭さは、前記第１端部から前記第２端部の方へ向かって減少している、ことを特徴とする請求項１８に記載のイオントラップ。
【請求項２０】
各電極の断面積は、少なくとも一部分が円形の断面からなり、
各対向電極の前記内面が円弧を形成し、
円は、前記２対の対向電極の間に前記イオントラップの内側領域の外に中心がある、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項２１】
各電極の断面は、放物線に規定され、
各対向電極の前記内面は内向きの断面を有し、
前記放物線の鋭さは、前記第２端部から前記第１端部に向かって大きくなる、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項２２】
前記導入口は、前記イオントラップの軸と平行してイオンを導入するために適切に配置される、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項２３】
前記導入口は、前記イオントラップの軸に直交してイオンを導入するために適切に配置される、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項２４】
前記放出口は、前記イオンの導入の方向とほぼ平行してイオンを放出するために、適切に配置される、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項２５】
前記放出口は、前記イオンの導入の方向に直交してイオンを放出するために、適切に配置される、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項２６】
前記アームは、１ｍｍの最小限の長さ、かつ、１０００ｍｍの最大長さを有する、ことを特徴とする請求項１２に記載のイオントラップ。
【請求項２７】
中央インサートは、１ｍｍの最小限の長さ、かつ、１０００ｍｍの最大長さを有する、ことを特徴とする請求項１４に記載のイオントラップ。
【請求項２８】
前記第２アームは、１ｍｍの最小限の長さ、かつ、１０００ｍｍの最大長さを有する、ことを特徴とする請求項１４に記載のイオントラップ。
【請求項２９】
２対の対向電極と、
各対は、電場ポテンシャルＵ（ｘ，ｙ，ｚ）の有効半径Ｒの２倍の距離によって切り離され、
長さＬ、
前記２対の対向電極は、前記長さＬの範囲内で式（１）を満たすように成形され、
前記式（１）は、以下の通り規定され、
【数１】
（１）
前記有効半径Ｒは、可変長ｚ、前記ｚ軸で求められた前記長さＬとの関数として下式に従って変化し、
【数２】
（２）
前記定数ｋ、Ｃおよびｒ０および定数Ｕ０は、
前記選ばれた境界条件に対して前記電場ポテンシャルの前記式（１）を満たすために必要な大きさに設定される、ことを特徴とするイオントラップ。
【請求項３０】
イオントラップであって、
前記イオントラップにイオンを導入するための導入口と、
導入されたイオンはｚ軸上で求めた長さＬに沿って蓄積され、
前記長さＬを延在し、２対の対向電極を有し、前記導入されたイオンを閉じ込めるために適切に成形されたアームと、
対向電極の各対は、距離２Ｒによって離間され、前記Ｒは、前記変数ｚの関数として変化し、
前記２対の対向電極は、広い端部と狭い端部とを有し、
放出するために選択されたイオンは、前記広い端部に向かって圧縮され、
選択されたイオンを前記広い端部から放出するための放出口とを備えた、ことを特徴とするイオントラップ。
【請求項３１】
前記対向電極の各々は、双曲線の断面形状を有する、ことを特徴とする請求項３０に記載のイオントラップ。
【請求項３２】
前記双曲線の断面積の偏心は、小さい端部に向かって大きくなる、ことを特徴とする請求項３１に記載のイオントラップ。
【請求項３３】
対向電極の各々は、円形の断面形状を有する、ことを特徴とする請求項３０に記載のイオントラップ。
【請求項３４】
対向電極の各々は、テーパ状であり、さらに、前記長さに沿った各値２Ｒの直径Ｄの円形横断面は、
Ｄ＝１．１４８×２Ｒ （４）
式（４）を満たす、ことを特徴とする請求項３３に記載のイオントラップ。
【請求項３５】
Ｒは、電場ポテンシャルＵ（ｘ、ｙ、ｚ）の有効半径Ｒに対応して式（２）に従って変化し、
【数３】
（２）
ｋおよびｒ０が前記電場ポテンシャルＵ（ｘ、ｙ、ｚ）に対して選択された境界条件に従って決定される定数である、ことを特徴とする請求項３５に記載のイオントラップ。
【請求項３６】
前記２対の対向電極は、長さＬの範囲内で式（１）を満たすように成形され、
前記定数ｋ、Ｃおよびｒ０および定数Ｕ０は、選択ばれた境界条件に対して電場ポテンシャルの前記式（１）を満たすために必要な大きさに設定され、
前記式（１）は、
【数４】
（１）
の通り規定される、ことを特徴とする請求項３５に記載のイオントラップ。
【請求項３７】
イオンは、質量電荷比の範囲に従って、放出のために選択される、ことを特徴とする請求項３０に記載のイオントラップ。
【請求項３８】
請求項３７に記載のイオントラップを有する、ことを特徴とするイオン質量分光計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１１Ａ】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１１Ａ】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公表番号】特表２００９−５０６５１５（Ｐ２００９−５０６５１５Ａ）
【公表日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５２９２２９（Ｐ２００８−５２９２２９）
【出願日】平成１８年８月３０日（２００６．８．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０３３８４３
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０２７７６４
【国際公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【出願人】（５９１１９７３３４）ザ ロックフェラー ユニバーシティ (9)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月３０日（２００６．８．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０３３８４３
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０２７７６４
【国際公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【出願人】（５９１１９７３３４）ザ ロックフェラー ユニバーシティ (9)
【Ｆターム（参考）】
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