質量分析計用のＲＦ電源
本発明は、質量分析計内に高周波（ＲＦ）電源を備える。この電源は、ＲＦ信号を蓄積装置の電極に供給し、捕捉場を形成する。このようなイオン蓄積装置は、後続の質量分析器への放出に先立ってイオンを蓄えるために使用されることが多い。ＲＦ場は、通常、イオン放出に先立って崩壊される。本発明は、ＲＦ信号供給源、ＲＦ信号供給源により供給される信号を受信し、イオン蓄積装置の電極に供給する出力ＲＦ信号を供給するように配列されたコイル、および分路が分路によりコイル出力が短絡される第１の開いている位置と第２の閉じられている位置とを切り替えるように動作可能なスイッチを含む分路を備えるＲＦ電源を実現する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦ場をイオン蓄積装置に印加するための質量分析計高周波（ＲＦ）電源およびＲＦ場を使用してイオン蓄積装置を動作させる方法に関する。特に、限定はしないが、本発明は、パルス質量分析器への放出に先立ってＲＦ場を使用してイオンを封じ込める、またはトラップするイオン蓄積装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなトラップは、イオンの入ってくる流れにバッファを用意し、比質量分析器に適している空間特性、角度特性、および時間特性を持つパケットを準備するために使用することも可能であろう。パルス質量分析器の例は、飛行時間型（ＴＯＦ）、フーリエ変換イオンサイクロトロン共振（ＦＴ ＩＣＲ）、Ｏｒｂｉｔｒａｐ型（つまり、静電気のみ捕捉を使用するもの）、またはファーザーイオントラップを含む。イオントラップを備える典型的な質量分析計のブロック図は、図１に示されている。質量分析計は、分析すべきイオンを発生して、イオントラップに供給するイオン源を備え、そのイオントラップでイオンは、所望の量が後の分析に利用可能になるまで集められる。第１の検出器は、イオントラップに隣接して配置され、これにより、制御装置の指図に従って質量スペクトルを取ることができる。パルス質量分析器は、さらに、制御装置の指図に従って動作する。質量分析計は、一般に、内部を真空にするための一つまたは複数のポンプを備える真空槽内に据え付けられる。
【０００３】
イオンを輸送または蓄えるためにＲＦ場を使用するイオン蓄積装置は、図１に示されているものなど、質量分析計では標準的なものとなっている。典型的には、これらは、ＲＦ信号をトランスの一次巻線に供給するＲＦ信号発生器を備える。トランスの二次巻線は、蓄積装置の電極（典型的には４個）に接続される。図２ａは、リニアイオントラップ装置内の４本の電極の典型的配列を示している。これらの細長い電極は、ｚ軸にそって伸び、これらの電極はｘ軸とｙ軸において対になっている。これらの電極は、捕捉装置内に入る、または生成されるイオンを封じ込める双曲線型等電位の四重極ＲＦ場を生成するような形状となっている。蓄積装置内での捕捉は、ＤＣ場を使用することにより補助される。図２ａから分かるように、４本の細長い電極はそれぞれ、ｚ軸にそって３本に分割される。高められたＤＣ電位が、さらに大きな中心セクションに関してそれぞれの電極の正面および背面セクションに印加され、それにより、ポテンシャル井戸をＲＦおよびＤＣ場成分の重ね合わせから生じるイオン蓄積装置の捕捉場上に重ね合わせる。ＡＣ電位は、さらに、電極に印加され、イオン選択を助けるＡＣ場成分を発生することができる。
【０００４】
図２ｂおよび２ｃは、電極に印加される典型的な電位を示している。最も注目すべきは、本発明に関するＲＦ電位を示す図２ｃである。図から分かるように、類似の電位が反対の電極に印加され、それにより、ｘ軸電極は、ｙ軸電極とは反対の極性の電位を持つ。
【０００５】
図３は、所望のＲＦ電位を供給することができる電源を示している。ＲＦ発生器は、上述のように、ＲＦ信号をトランスの一次巻線に供給する。この信号は、トランスの二次巻線に結合されている。二次巻線の一端は、反対の電極のｘ軸対に接続され、他端は、反対の電極の他方のｙ軸対に接続される。ＤＣオフセットは、二次巻線の中心タップに接続されているＤＣ電源を使用して加えることができる。ＡＣ電位も、電極に印加できるが、蓄積装置のこの態様は、ここでは考慮する必要はない。
【０００６】
このタイプのイオン蓄積装置のさらなる詳細は、米国特許出願公開第２００３／０１７３５２４号に見られる。
【０００７】
トランスの巻線を備えるコイル中のインダクタンスおよび電極と電極との間のキャパシタンスは、ＬＣ回路を形成する。トランスは、高品質共振コイルに対応し、線質係数は数十、さらには数百にも達する。これにより、通常０．５〜６ＭＨｚの範囲内の作動周波数で最大数千ボルトまでのＲＦ振幅が発生する。
【０００８】
このような蓄積装置は、後続の質量分析器への放出に先立ってイオンを蓄えるために使用されることが多い。このような蓄積装置が他の分析器、特にパルス分析器（例えば、ＴＯＦ型質量分析器またはＯｒｂｉｔｒａｐ質量分析器などの静電気のみ捕捉質量分析器）とインターフェースされる場合に、蓄積装置から分析器へのイオンの効率的移動の問題が障害となる。３Ｄ四重極ＲＦトラップが質量分析の第１ステージで蓄積装置として使用される場合、この問題は、従来、ＲＦ信号発生器のスイッチを切ることと同期してイオントラップのエンドカップ上でＤＣ電位を脈動させることにより解決されている（Ｓ．Ｍ．マイケル、Ｍ．チエン、Ｄ．Ｍ．ルブマン、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．６３（１０）（１９９２）４２７７−４２８４を参照）。これにより、通常、イオントラップからイオンが抽出され、抽出は３Ｄトラップの典型的に有利なアスペクト比（つまり、長さ／幅）により容易になる。しかし、同じファクタが、３Ｄトラップの限られた蓄積容積、したがって、限られた空間電荷容量にも関与している。ＲＦ信号発生器の比較的遅い、電圧依存のスイッチオフ遷移のせいで、蓄積装置の分解能（および、おそらく質量精度）は、ひどく損なわれる。
【０００９】
リニアイオントラップは数桁大きい空間電荷容量をもたらすが、そのアスペクト比により、パルス分析器への直結が非常に困難になる。通常、これは、ＲＦ蓄積装置からのイオン抽出の時間スケール（ｍｓ）とパルス分析器に必要なピーク幅（ｎｓ）との非常に大きな非互換性により引き起こされる。この非互換性は、軸にそってイオンを圧縮し、次いで、高電圧パルスによりイオンを軸方向に放出することにより、緩和できる（ＷＯ０２／０７８０４６を参照）。しかし、空間電荷効果は、この場合、非常に重要なものとなる。
【００１０】
上記の装置は、軸方向放出を使用するが、代替手段では、蓄積装置の軸に直交する方向にイオンを放出する（例えば、米国特許第５，４２０，４２５号、米国特許第５，７６３，８７８号、米国特許第２００２／００９２９８０号、およびＷＯ０２／０７８０４６を参照）。これについて、対向する棒電極のＤＣ電圧は、イオンが一方の電極を通して加速され後続の質量分析器内に入るようにバイアスされる。また、蓄積装置の電極上のＲＦ電位は、エネルギー拡散およびイオンエネルギーの質量依存性を制限するためにスイッチオフすべきであることも開示されている。しかし、これらの開示では、ゼロ位相でＲＦ場をスイッチオフすることの目的を述べているだけであり、スイッチオフの仕方を説明しているわけではない。上記の開示はすべて（ＷＯ０２／０７８０４６を除く）、まっすぐな電極を使用する、ＴＯＦＭＳにのみ適用する、イオン蓄積装置のみに関係している。
【００１１】
ＷＯ００／３８３１２およびＷＯ００／１７５９３５では、３Ｄトラップ／ＴＯＦＭＳハイブリッド型質量分析計における蓄積装置の電極上のＲＦ電位をスイッチオフすることについて説明している。これらの文書では、共振器コイルのスイッチングについて開示しているが、これには、反対極性の電源のみならず、それぞれのＲＦ電圧用の二つの高電圧パルス発生器を必要とするという欠点がある。大放電電流は、これらの電源に過剰な負荷をかけ、これはキャパシタンスを並列に加えることで部分的にしか軽減できない。また、パルス発生器の内部キャパシタンスは、コイルのキャパシタンスに加わり、共振周波数を低減させる。これらの開示では、複数の電極上で、またはマルチフィラーコイル上で、ＲＦをスイッチオフする方法、またはＲＦスイッチングとＲＦ装置の電極のパルスＤＣオフセットとの組合せ方法を示していない。この方式の最適な用途は、高速スイッチオフではなく、ＲＦ電圧の高速な立ち上がりである。残念なことに、イオンを後続の質量分析器に放出するために高速なスイッチオフが必要であるが、スイッチオンは、典型的に使用される準連続イオン源に対してはかなり低速になりうる。
【００１２】
ＷＯ００／２４９０６７およびＵＳ２００２／０１６２９５７では、ＤＣパルスを使用せずにイオン放出を行えるように、３Ｄトラップ質量分析計（漏洩検知器）のＲＦのスイッチオフを開示している。しかし、これらの文書では、コイルの一次巻線の従来のやり方の電源オフまたは低速な機械式リレーの使用を除きＲＦスイッチングの実現可能な方式を開示していない。
【００１３】
円柱状トラップ／ＴＯＦＭＳハイブリッド用のＲＦスイッチングの他の実施例は、Ｍ．ダベンポートら、Ｐｒｏｃ．ＡＳＭＳ Ｃｏｎｆ．，Ｐｏｒｔｌａｎｄ，１９９６，ｐ．７９０およびＱ．ジ、Ｍ．ダベンポート、Ｃ．エンケ、Ｊ．ホランド、Ｊ．Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ，７，１９９６，１００９−１０１７により開示されている。この方式では、二つの高速ブレークビフォーメークスイッチを使用しており、それぞれ、２対のＭＯＳＦＥＴ（ＲＦのそれぞれの相毎に）からなる。回路の定格は、ＭＯＳＦＥＴの定格（９００Ｖ）により制限され、ＲＦ回路の品質は、ＭＯＳＦＥＴの高いキャパシタンス（それぞれ約１００ｐＦ ｃａ．）により著しく制限され、これもまた、これら多数の要素により深刻なものとなる。
【００１４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／１６２９５７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記これらの問題点を少なくとも１つ満足する質量分析用のＦＲ電源を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記背景に対し、また第１の態様から、本発明は、ＲＦ信号供給源、少なくとも一つの巻線を含み、ＲＦ信号供給源により供給される信号を受信し、質量分析計のイオン蓄積装置の電極に供給用の出力ＲＦ信号を与えるように配列されている、コイル、および第１の開位置と第２の閉位置とを切り替えるように動作可能な、スイッチを備える、コイル出力を短絡する、分路を含む質量分析計ＲＦ電源を対象とする。
【００１７】
コイル出力を短絡する分路を用意することは、質量分析計内の蓄積装置の電極に供給されるＲＦ信号を高速スイッチングする便利な手段となる。電流が分路を通って高速に分流することで、二次巻線中の信号が急速に崩壊し、したがって、ＲＦ場が電極により発生する。イオン蓄積装置内のＲＦ場をスイッチオフすることで、イオンを、例えば、質量分析器などの中に注入できる。イオンが放出された後、再びスイッチを作動させて、分路の接続を断ち、それにより、二次巻線から短絡回路を取り除くことができる。容易に理解されるように、これにより、例えば、二次巻線中の信号が高速に確立され、ＲＦ場が電極により発生する。
【００１８】
コイルは、分割された片割れを持つ単一巻線を含むことができる。ポンプ増幅器は、この二つの片割れの間に接続することができ、この配列では巻線の末端からＲＦ出力が得られ、これは、電極に供給することができる。しかし、電源がトランスを備えることは今のところ好ましいが、高周波信号供給源はトランスの一次巻線に接続されており、二次巻線は、コイルに対応している。この文脈において、高周波信号供給源により供給される信号を受け取るように配列されているコイルは、トランスの複数の巻線にわたる信号のカップリングに対応する。
【００１９】
好ましくは、電源は、さらに、コイル出力間に入れられ、コイル出力を全波整流器の出力点に連結する電気的経路上にスイッチが配置されている、全波整流器を含む。言い換えれば、スイッチを含む電気的経路は、全波整流器の対角線上にわたって配置することができるということである。この対角線は、スイッチが開のときに完全な電流経路がなくそれにより分路を通る電流を停止し、スイッチが閉じられたときに分路を形成する電流経路を完成するように、整流器回路の唯一の戻り電流経路を与えることができる。それとは別に、全波整流器は、上述のように、コイルが単一巻線を含むコイル出力間にわたって配置することができる。
【００２０】
全波整流器回路の使用は、スイッチが単極信号を受信するように設計された半導体スイッチとして実装されることが考えられるため、特に有益であり、整流器回路は、それが全波であろうと半波であろうと、このような単極信号を供給する。
【００２１】
適宜、二次巻線は、実質的に中心にあるタップを備え、スイッチは、中心タップと全波整流器の出力点との間に渡される電気的経路上に配置される。好ましくは、二次巻線は、二つのコイルを分ける中心部分になすタップを持つ二つの対称コイルを含むが、タップの正確な位置はちょうど中心にある必要はない。対称コイルは、有益であり、その場合、電極は、２相電圧を受け、大きさは等しいが、極性は反対の信号を供給するのを助ける。いくつかの用途、３Ｄイオントラップなどでは、単相電源のみあればよい。この場合、中心タップのない単一二次巻線のみを使用できる。
【００２２】
好ましくは、全波整流器は、一対のダイオードを備える。これらのダイオードの一方は、順方向構成で二次巻線の一端に電気的に接続することができ、それにより、二次巻線のその端から電流を伝導するが、二次巻線のその端へ電流を逆流させることはできない。他方のダイオードは、これも順方向構成で、二次巻線の他端に接続することができ、それにより、二次巻線の他端から電流を伝導するが、二次巻線の他端へ電流を逆流させることはできない。ダイオードの反対側は、スイッチを含む電気的経路の接続先である出力点を含む電気的経路にそって接続される。そのため、この後者の電気的経路は、全波整流器の戻り電流経路をなす。
【００２３】
上の説明は、ダイオードを備える全波整流器の説明であるが、トランジスタまたはサイリスタなどの他のコンポーネントも等しく使用することが可能である。
【００２４】
電流および電圧は電源とともに使用されるので、スイッチは、単極高電圧スイッチであるのが好ましい。
【００２５】
適宜、電源は、さらに、スイッチに接続されたバッファキャパシタンスを含み、これにより、分路を切断した後二次巻線中のＲＦ信号を高速に復帰させることができる。
【００２６】
好ましくは、トランスは、高周波同調共振トランスである。このような配置では、コイルのインダクタンスと回路内のキャパシタンスによって形成されるＬＣ回路を利用する。例えば、キャパシタンスは、質量分析計のイオン蓄積装置内の電極間のギャップによるものである。
【００２７】
適宜、電源は、さらに、ＤＣオフセットを二次巻線中に発生する信号に与えることができる、二次巻線に接続されている、好ましくは二次巻線の中心タップで接続されている、ＤＣ電源を含むことができる。例えば、このＤＣオフセットは、イオンがトラップに入るか、またはそこから出るときのイオンエネルギーを定義するために使用することが可能である。さらに、可変ＤＣオフセットを使用することができる。
【００２８】
本発明のいくつかの考察されている実施形態では、二次巻線は、マルチフィラー巻線を含む。このようなマルチフィラー巻線は、好ましくは互いに隣接して配置されている二つ以上の分離しているコイルを含むことができ、それにより、トランス間に誘起された信号がマルチフィラー巻線のすべての巻線中に存在するように密結合を形成する。この構成では、分路は、フィラー巻線のすべてに接続する必要はなく、好ましくは、実際には、フィラー巻線の一つにのみ接続される。これは、分路がフィラー巻線の一つの間に接続され、それにより、そのフィラー巻線を短絡する場合に、他のすべての結合されているフィラー巻線中で信号が崩壊するからである。密結合を形成するために、フィラー巻線は、並置することで互いに隣接するように配置することができるか（例えば、別々の芯に一つ一つ並べる）、または間に配置するか（例えば、コイルを共通心に巻き付けて、巻線が交互になるようにすることも可能である）、または他の構成を取ることができる。
【００２９】
本発明の他の考察されている実施形態では、反対の方向に巻き付けられている一対のコイルを含む一次巻線を使用することにより二重ＲＦ出力を行うことができる。
【００３０】
さらに、可変の、および異なるＤＣオフセットは、電極間にポテンシャル井戸または電位勾配を生じさせるために、異なるフィラーに使用することができる。このポテンシャル井戸は、蓄積装置内のイオンを捕捉する際に、またその放出のために有利な場合がある。
【００３１】
第２の態様から、本発明は、イオン源、イオン蓄積装置、質量分析器、および上述の電源のいずれかを備える質量分析計を対象とし、イオン蓄積装置は、イオン源からイオンを受け取るように構成され、イオンを中に蓄積し、イオンを質量分析器に放出するように動作可能な電極を備え、質量分析器は、イオン蓄積装置により放出されたイオンから質量スペクトルを集めるように動作が可能である。
【００３２】
質量分析器は、静電気のみ型（Ｏｒｂｉｔｒａｐ分析器など）、飛行時間型、ＴＦＩＣＲ、またはファーザーイオントラップを含む、様々なタイプのものがある。イオンは、軸方向に（つまり、蓄積装置の長手方向軸にそって）イオン蓄積装置から放出することができるか、またはこの軸方向に直交する方向に放出することができる。イオン蓄積装置は、湾曲した長手方向軸を持つように湾曲させることができる。
【００３３】
第３の態様から、本発明は、ＲＦ信号を、イオン蓄積装置の電極に接続された少なくとも一つの巻線を含むコイルに供給し、それによりイオン蓄積装置内にＲＦ封じ込め場を形成し、特定の質量／電荷比を持つイオンを封じ込めること、およびスイッチを動作させ、それにより、コイル出力間にわって配置された分路を接続し、それにより、二次巻線を短絡し、ＲＦ封じ込め場をスイッチオフすること、またはスイッチを動作させ、それにより、分路を切断し、ＲＦ封じ込め場をスイッチオンすることを含む、質量分析計を動作させる方法を対象とする。
【００３４】
適宜、コイルは、質量分析計のトランスの二次巻線であり、高周波信号をコイルに渡すことは、先立つ高周波信号をトランスの一次巻線に通し、それにより、高周波信号を二次巻線間に出現させることを含む。
【００３５】
好ましくは、この方法は、さらに、分路がＲＦ信号の位相と同期して接続または切断されるようにスイッチを動作させることを含む。これは、スイッチが、ＲＦ信号の位相内で同時に制御可能な形で接続され、切断されるという点で好ましいものと考えられる。今のところ、ＲＦ信号が実質的に平均値を通るときに分路をスイッチングすることが好ましい。この平均値は、ゼロに対応してもよいが、これは必ずしもそうである必要はない。例えば、ＤＣバイアスは、ＲＦ信号に直接加えることができる。
【００３６】
適宜、この方法は、さらに、分路が二次巻線間に接続されているときに一次巻線を通るＲＦ信号を停止することを含む。この接続および切断は、接続後できるだけ早く、また切断前にできるだけ早く、実行することができる。ＲＦ信号を停止することは、適宜、ＲＦ信号発生器をスイッチオフすることを含むことができるが、スイッチを入れる、またはさらには追加の分路を用意するなどの他のオプションも使用可能である。
【００３７】
適宜、この方法は、さらに、一定または可変のＤＣオフセットを電極に加えることを含むことができる。適宜、加えられるＤＣオフセットは、高速な立ち上がり時間を有する、つまり、立ち上がり時間は、すべてのイオンがイオン蓄積装置から放出される時間に比べてずっと短い。都合のよいことに、これにより、放出されたイオンは、その質量に関係しないエネルギーを持つことになる。それとは別に、ＤＣオフセットは時間依存であってもよく、それにより大きさは、質量に関係するエネルギーが放出イオンに与えられるように変化する。例えば、ＤＣオフセットの連続的ランピングまたはステッピングにより、軽いイオンは、より重いイオンよりも少ないエネルギーで放出される。
【００３８】
この方法は、適宜、高周波場をスイッチオフし、次いで、ある遅延の後にのみＤＣオフセットを印加することを含むことができる。このような方法では、イオンをＴＯＦ質量分析計に放出するときに有益な集束を行う。遅延の長さは、最適な集束が得られる値を見つけるために変化させることができる。
【００３９】
ＤＣオフセットは、好ましくは、二次巻線に印加することができ、適宜、二次巻線の中心タップに印加することができる。ＤＣオフセットの印加を、適宜、イオン蓄積装置内にイオンを捕捉するために実行することができるか、またはそれとは別に、ＤＣオフセットを、適宜、使用して、蓄積装置からイオンを放出することができる。放出は、軸方向または直交方向のいずれかで実行することができる。
【００４０】
適宜、この方法は、スイッチを動作させて高周波封じ込め場をスイッチオフすることと、イオンをイオン蓄積装置内に導入することと、スイッチを動作させて高周波封じ込め場をスイッチオンして、それにより、イオン蓄積装置にイオンを捕捉することとを含むことができる。スイッチは、イオンがイオン蓄積装置の中心軸に接近するか、または到着したときに高周波封じ込め場をオンにするように動作させることができる。イオンは、半径方向でイオン蓄積装置内に注入することができる。
【００４１】
本発明の現在考察されている用途において、高周波封じ込め場は、スイッチオンされると、イオン蓄積装置内にイオンを捕捉するが、この方法はスイッチを動作させて高周波封じ込め場をスイッチオフし、短い遅延の後に、スイッチを動作させて高周波封じ込め場をスイッチオンすることと、短い遅延の間に、電子をイオン蓄積装置内に導入することとをふくむ。短い遅延は、イオン蓄積装置からのイオン損失が、もしあるとしても、最低限のみですむように選択される。例えば、短い遅延は、イオンがイオン蓄積装置から漂い出すのに要する時間よりも短くなるように選択される。この方法は、低エネルギー電子をイオン蓄積装置内に注入することを含むことができ、その場合、ＲＦ場が存在しないことは、存在すれば電子を高エネルギーに励起することになるので、有益である。低エネルギー電子は、電子捕獲解離（ＥＣＤ）のため与えることができる。
【００４２】
イオン蓄積装置が、高周波封じ込め場により捕捉されたイオンを封じ込める場合、この方法は、適宜、スイッチを動作させて高周波封じ込め場をスイッチオフすることと、ＤＣオフセットを選択的に電極に印加し、それにより、イオン蓄積装置内に捕捉されたイオンを所望の方向に放出させることとを含むことができる。この所望の方向は、電極間に設けられたギャップ、または電極内に設けられたアパーチャを通してイオンを放出するような方向とすることができる。
【００４３】
第４の態様から、本発明は、イオン源を動作させてイオンを発生させることと、イオン源により発生されたイオンをイオン蓄積委装置に導入することと、上述の方法のいずれかによるイオン蓄積装置を動作させて、それにより蓄積装置内にイオンを封じ込め、イオンを質量分析器に放出することと、質量分析器を動作させて、イオン蓄積装置により放出されるイオンから質量スペクトルを集めることとを含む、質量スペクトルを集める方法を対象とする。
【００４４】
第５の態様から、本発明は、イオン源を動作させてイオンを発生させることと、イオン源により発生されたイオンを中心の湾曲した長手方向軸を形成する形状の細長い電極を持つイオントラップに導入することと、上述のような方法によるイオントラップを動作させて、それによりイオンを捕捉し、イオン経路が静電気のみ型質量分析器の入口に収束するように長手方向軸に実質的に直交する経路上でイオンを放出することと、質量分析器を動作させて、イオントラップから放出されたイオンから質量スペクトルを集めることとを含む、質量分析計から質量スペクトルを集める方法を対象とする。
【００４５】
一般に、イオンは、複雑な経路に従って長手方向軸の周りを回る。そのため、これらのイオンは、長手方向軸に実質的に直交する方向、つまり、イオンが現在通過している長手方向軸上の点に対して多かれ少なかれ直角をなす方向に放出される。この方向は、可能な多数のイオン経路が収束することを確実にするイオントラップの凹面側への方向である。イオントラップの曲率および質量分析器の位置は、イオン経路が質量分析器への入口に収束し、それによりイオンを集束させるような曲率および位置である。
【００４６】
第６の態様から、本発明は、コンピュータに読み込まれたときに、上述の方法のいずれかによりイオン蓄積装置をコンピュータに制御させるプログラム命令を含むコンピュータプログラムを対象とする。さらに、第７の態様から、本発明は、上述の方法のいずれかによるイオン蓄積装置を制御するようにプログラムされた制御装置を対象とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
付属の図面を参照しつつ、本発明の実施形態について、以下説明する。
【００４８】
ＲＦおよびＤＣ電位をリニアイオントラップの４本の電極４１２、４１４に供給する電源４１０は、図４に示されている。ＲＦ増幅器４１６は、ＲＦ信号をＲＦ同調共振トランス４２０の一次巻線４１８に供給する。トランス４２０は、中心タップ４２８が間に設けられている二つの対称的巻線４２４、４２６からなる二次巻線４２２を備える。中心タップ４２８から離れた位置にある二次巻線４２４の末端は、イオントラップの上側電極および下側電極を含む対向する電極４１２に接続されている。中心タップ４２８から離れた位置にある二次巻線４２６の末端は、イオントラップの左側電極および右側電極を形成する対向する電極４１４に接続されている。
【００４９】
それに加えて、全波整流器回路４３０も、二次巻線４２４および４２６の離れた位置にある末端に接続される。全波整流器４３０は、接合部４３６で会合する二次巻線４２４、４２６の離れた位置にある末端から伸びている二つの電気的経路４３２および４３４を含む。経路４３２および４３４はそれぞれ、ダイオード４３８および４４０を備え、これにより、電流は二次巻線４２４、４２６の離れた位置にある末端から流れるが、その離れた位置にある末端に逆流することができない。接合部４３６は、他の電気的経路４４２により、二次巻線４２２の中心タップ４２８に接続され、分路４４２を形成する。この電気的経路４４２は、トリガ信号４４５に対する応答として動作するＲＦ−オフスイッチ４４４を備える。このスイッチ自体は、トランジスタを使用して作られている。
【００５０】
図５ａは、開位置のスイッチ４４４を持つ全波整流器４３０を示している。スイッチ４４４が開くと、全波整流器４３０の周りに連続する電流ループがなく、電流が流れない。これは、電気経路４３２にそってダイオード４３８を流れる電流が、矢印４４６により示されているようにスイッチ４４４を流れることができず、また矢印４４８により示されているように他方の逆バイアスダイオード４４０を流れることができないからである。同様に、電気経路４３４にそってダイオード４４０を流れる電流は、矢印４５０により示されているようにスイッチ４４４を流れることができず、また矢印４５２により示されているように他方のダイオード４３８を流れることができない。したがって、電流が一次巻線４１８を流れると、二次巻線４２２中の誘導電流は、電極４１２、４１４にしか流れることができない。したがって、一次巻線４１８に供給されるＲＦ信号により、電極４１２、４１４にＲＦ電位が発生し、それにより、イオントラップ内にＲＦ場が生じる。
【００５１】
図５ｂは、スイッチ４４４が閉じているときの全波整流器４３０を示している。この場合、整流器４３０を通る完全な電流経路が生じている。一次巻線４１８に供給されるＲＦ信号の一位相において、電流は二次巻線４２４を通り、電流経路４３２にそってダイオード４３８に流れる。この電流はダイオード４４０を通ることはできないが、矢印４５４により示されているように、スイッチ４４４を介して分路４４２にそって戻ることができる。一次巻線４１８に供給されるＲＦ信号の他方の位相では、電流は二次巻線４２６を通り、電気経路４３４にそってダイオード４４０に流れる。電流はダイオード４３８を通ることはできないが、矢印４５６により示されているように分路４４２およびスイッチ４４４を介して戻る。したがって、一次巻線４１８に供給されるＲＦ信号の位相がなんであれ、電流を短絡して二次巻線４２４および電極４１２または二次巻線４２６および電極４１４のいずれかに通す全波整流器４３０により、低抵抗電流経路が形成される。そのため、電極４１２、４１４にＲＦ電位は現れず、イオントラップ内のＲＦ場は崩壊する。
【００５２】
明らかに、スイッチ４４４をもう一度動作させて、全波整流器４３０を図５ａに示されている構成に戻すことができる。これを行うと、電流は、今度は、電極４１２、４１４を介して二次巻線４２４、４２６にしか流れることができない。もちろん、これにより、イオントラップ内にＲＦ場が再確立される。
【００５３】
この動作は、電極４１２、４１４に現れる電圧波形が示されている図６に反映されている。最初、電圧波形は、６１０に示されており、ｔ１で終了し、そこでスイッチ４４４が閉じ、それにより、二次巻線４１２、４１４が短絡する。スイッチ４４４は、電圧波形が０値を通過すると閉じられる。遅延の後、スイッチ４４４は、ｔ４で開かれ、それにより、電極４１２、４１４に現れる電圧波形６１２をもう一度確立する。容易に理解されるように、電圧波形６１０、６１２は、電極４１２または４１４のいずれかの対に現れるものに対応することができる。電極４１２、４１４の他方の対に、対応するが、反転している電圧波形が現れる。図６から分かるように、スイッチ４４４は、電圧波形６１２がゼロ交差点で始まるように一次巻線４１８に供給される信号の位相に関して開かれる。
【００５４】
上述の電極４１２、４１４に印加されるＲＦ電位に加えて、ＤＣ電位も、電極４１２、４１４に供給することができる。ＤＣ信号は、このＤＣオフセットがすべての電極４１２、４１４に現れるように、二次巻線４２２の中心タップ４２８に接続されているＤＣオフセット電源４５８により供給される。したがって、ＤＣオフセットは、電極４１２、４１４に印加されるＲＦ電位に加えることができるか、またはそれとは別に、ＲＦ電位を受け取っていないときに電極４１２、４１４に供給することができる。例えば、図６は、電圧信号６１０が現れるようにＲＦのみが電極４１２、４１４に供給される状況を示している。これにより、質量分析器でその後分析するためにイオンを捕捉するイオントラップ内にＲＦ場が生成される。イオントラップからイオンを放出することが望ましい場合、スイッチ４４４がｔ１で閉じられ、それにより、二次巻線４２２が短絡し、イオントラップ内のＲＦ場が崩壊する。少ししてからｔ２で、ＤＣパルス６１４が電極４１２、４１４に供給され、イオントラップからイオンを放出するＤＣ場が形成される。すべてのイオンが放出される十分な時間が経過した後、ｔ３で、ＤＣオフセットがスイッチオフされ、次いで、少ししてからｔ４で、スイッチ４４４は、さらにイオンを捕捉できる状態にあるイオントラップ内に新しいＲＦ場が確立されるように開かれる。ＤＣ波形６１４を脈動させても、二次巻線４２２はスイッチ４４４により作動された分路を介して短絡されるので、共振周波数で高周波寄生発振は生じない。
【００５５】
ＤＣパルス６１４を使用して、イオントラップから直交する形でイオンを抽出することができる。従来の方法では、イオンは、イオントラップ内のｘおよびｙ軸を定義するために使用される電極４１２、４１４のうちの一つを通じて抽出される。例えば、イオンは、ｘ軸方向で電極４１４の一つを通じて放出することができる。図７ｂは、この抽出に対し生成できるリニアＤＣ場を示しており、その勾配はｘ軸方向に従う。ＲＦは、電極４１２、４１４に印加されるが、図７ａに示されているようなイオントラップの電極間にＤＣ場は存在しない。
【００５６】
トランス４２０の動作で現れる電圧および電流を考慮すると、スイッチ４４４は、単極高電圧スイッチに対応する。ダイオード４３８および４４０は、低キャパシタンスを持つように選択される（典型的には、数ｐＦ）。したがって、これは、電極４１２、４１４の間のキャパシタンスにより支配される共振回路に現れる全キャパシタンスに対し最小の効果しかもたらさない。ダイオード４３８および４４０は、個別ダイオードであるか、または状況に応じて適切な電流および電圧定格を持つ一連のダイオードを代わりに使用することも可能である。さらに、スイッチ４４４は、単一スイッチングデバイスとすることができるが、ＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラトランジスタまたはサイリスタなどの一連の半導体デバイスにより形成することも可能であろう。マルチトランジスタスイッチの実施例は、以下の実施形態において例示される。
【００５７】
図４の電源４１０は、本発明の範囲から逸脱することなく簡素化することができる。二つのこのような実施例は、図８ａおよび８ｂに示されている。この説明で示されている実施形態は、多くの共通要素を含んでいるので、図番を反映する数字が先頭に付いている特定の特徴に番号が割り当てられる番号付け規則に従う。したがって、図４の電源４１０は、図８の電源８１０となる。
【００５８】
図８ａは、整流器８３８を使用する本発明の単純な実施形態を示している。ＲＦ電位を四重極イオントラップの電極８１２に供給する電源８１０が示されている。ＲＦ増幅器８１６は、ＲＦ信号をＲＦ同調共振トランス８１０の巻線に供給する。中心タップ８２８から離れた位置にあるトランス８２０の末端８２２は、四重極イオントラップの電極８１２に接続されている。トランジスタベースのＲＦオフスイッチ８４４は、ダイオード８３８を介して接合部８２２に接続されている。この回路により、コイルは半波についてのみ短絡されるが、電力損失は、特にＲＦ増幅器８１６のパワーダウンに伴う場合、十分に大きく、ＲＦ振幅を急激に低減する可能性がある。
【００５９】
図８ｂは、一対のスイッチ８４４を使用する本発明の単純な実施形態を示している。ＲＦ電位を四重極イオントラップのリング電極８１２に供給する電源８１０が示されている。ＲＦ増幅器８１６は、ＲＦ信号をＲＦ同調共振トランス８２０の巻線に供給する。タップ８２８から離れた位置にあるトランス８２０の末端８２２は、四重極イオントラップの電極８１２に接続されている。逆に接続された一対のトランジスタベースのＲＦオフスイッチ８４４は、ＲＦコイル８２４間にブリッジを形成する。この回路は、ダイオードを追加せずにコイルを分路する（スイッチ８４４に示されているダイオードは、寄生ダイオードであるためであり、これは、よく使われるタイプの半導体スイッチに固有のことである）。
【００６０】
図９は、スイッチ９４４が開いて分路が取り除かれるとイオントラップ内のＲＦ場をより高速に再確立することを確実にする本発明の第４の形態による電源９１０を示している。図９は、図４の特徴の多くを共有する。そのため、上述のように、類似の参照番号が使用され、単に先頭の４が９で置き換えられ、例えば、スイッチ４４４はスイッチ９４４になる。
【００６１】
図６から分かるように、スイッチ９４４を開くと生じる電圧波形６１２は、前の電圧波形６１０の振幅に到達するように増大する減衰された振幅を持つ。この復帰時間は、実際には、複数のパラメータ、例えば、とりわけ、ＲＦ増幅器９１６の電力およびスイッチ９４４の内部キャパシタンスに依存する。この問題は、スイッチ９４４を中心タップ９２８に接続する分路９４２から引かれている他の電気的経路９６０を含めることにより解消することができ、電気的経路９６０は、さらに、ここで半導体スイッチ９６４と９６６の対を含むスイッチ９４４に伸びている。分路９４２は、半導体スイッチ９６６に伸びており、電気的経路９６０は、半導体スイッチ９６４に伸びている。ダイオード９３８と９４０の出力側の接合部９３６は、半導体スイッチ９６４および９６６の両方に接続され、スイッチ９６４と９６６は二つの戻り経路を制御する。電気的経路９６０は、バッファキャパシタンス９６２を持ち、これにより、スイッチ９４４を開いたときにイオントラップ内のＲＦ場をより高速に復帰させることが確実になる。
【００６２】
図１０は、本発明の第５の実施形態による電源１０１０を示す。図４、８、および９に関して、多くの特徴が共有されており、したがって、再び説明しない。同じ番号付け規則も、採用され、今度は先頭の４が１０で置き換えられている。
【００６３】
図１０のトランス１０２０は、第１の対の対称的接続巻線１０２４および１０２６、ならびに第２の対の対称的接続巻線１０７０および１０７２を持つマルチフィラー二次巻線１０２２を備え、第１および第２の対は、互いに接続されていない。二次巻線の第１の対と第２の対は両方とも、互いに並んで隣接する形で配列され、それにより、一次巻線１０１８を通るＲＦ信号は、両方の対の二次巻線内にＲＦ信号を誘導する。二次巻線１０２４および１０２６の第１の対は、図９に示されているのとまったく同じ方法で全波整流器１０３０に接続されている。つまり、全波整流器１０３０は、バッファキャパシタンス１０６２を含み、二つの半導体スイッチ１０６４および１０６６を含むスイッチ１０４４に接続されている。しかし、この配列は、このマルチフィラートランス設計では採用する必要はなく、その代わりに、図４の単一の半導体スイッチ４４４を採用することができる。
【００６４】
二次巻線１０７０および１０７２の第２の対は、図４および図９に類似の方法で電極１０１２および１０１４に接続される、つまり、二次巻線１０７０および１０７２の中心タップ１０７４から離れた位置にある二次巻線１０７０および１０７２の末端は、それぞれ、電極１０１２および１０１４に接続されている。
【００６５】
ＤＣオフセット１０５８は、二次巻線１０７０および１０７２の第２の対の中心タップ１０７４に接続されている。さらに、ＤＣオフセット１０５８は、この実施形態のより複雑な設計を組み込んでいるが、図４または図９に似たより単純なＤＣオフセット電源を使用することが可能である。ＤＣオフセット電源１０５８は、プラスとマイナスのＤＣオフセットをそれぞれ供給する二つの別々のオフセット１０７６、１０７８を備える。これらのオフセット１０７６または１０７８のいずれかを、一対のトランジスタスイッチ１０８０および１０８２を使用して選択することができ、それにより、プラスまたはマイナスのＤＣオフセットのいずれかをイオントラップ内に形成される場に接続することを簡単に選択できる。
【００６６】
図１１ａは、本発明の第６の実施形態による電源を示す。この実施形態は、図１１ａにも示されている、ｘ軸方向でイオントラップ内に蓄積されたイオンの直交する抽出を行わせるための配列をさらに詳しく示している。抽出を容易にするために、１１８８に示されているように電極１１１４’にスロットが用意されている。電極１１１４’内のスロット１１８８の類似の抽出配列を、他の実施形態のどれでも使用することができる。図９と同様に、図１１ａの実施形態では、マルチフィラー二次巻線１１２２を使用しており、今度は、三対の対称的二次巻線を含む。第１の対の対称的巻線１１２４および１１２６は、全波整流器１１３０に接続されている。前のように、図４の基本スイッチ回路を使用するか、または図１１ａに示されているように、バッファキャパシタンス１１６２を含むより複雑なスイッチ１１４４を代わりに使用することができる。
【００６７】
図１１ａの実施形態では、４本の電極はそれぞれ、別々に取り扱われる。したがって、これからは、１１１２と１１１２’、および１１１４と１１１４’とラベル付けされる。第２の対の二次巻線の第１の二次巻線１１８４は、電極１１１２に給電するが、電極１１１２’は、第３の対の二次巻線の第１の巻線１１７０により給電を受ける。電極１１１４は、二次巻線の第２の対の第２の巻線１１８６により給電を受けるが、電極１１１４’は、二次巻線の第３の対の第２の巻線１１７２により給電を受ける。図１１ａから分かるように、二次巻線の第１、第２、および第３の対の第１の巻線はすべて、第１の対の巻線の中心タップ１１２８で一緒に接続される。しかし、第１の対の第２の巻線１１２６だけが、さらに、中心タップ１１２８にも接続される。中心タップ１１２８に近い二次巻線の第２および第３の対の巻線１１７２および１１８６のうちの第１の巻線の末端は、代わりに、ＤＣオフセット電源に接続される。
【００６８】
図１０の場合のように、二つのトランジスタ１１８０および１１８２を備えるＤＣオフセットスイッチ１１５８を通じて選択可能なプラスおよびマイナスのオフセットは、１１７６、１１７８から設定することができる。しかし、これらのＤＣオフセット電圧を直接二次巻線１１２２に供給するのではなく、他の高電圧電源スイッチ１１９０および１１９２に通す。好ましくは内部抵抗の低いこれらのスイッチ１１９０および１１９２は、ＤＣオフセットが直接二次巻線１１２２に送られるように設定することができる。しかし、他の構成では、これらのスイッチは、独立のＨＶオフセットを二つの二次巻線１１７２および１１８６に印加することができるように設定できる。プッシュＨＶ供給電圧１１９４は、二次巻線１１８６上で設定することができるプッシュスイッチ１１９０を通じて大きなプラス電圧を供給し、それにより、大きなプラス電位を電極１１１４に印加する。この大きなプラス電位は、イオントラップ内に蓄積されているイオンを、対向する電極１１１４’に用意されたアパーチャ１１８８に向けて反発する。対応するプルＨＶ供給電圧１１９６は、プルスイッチ１１９２を通じて、二次巻線１１７２上に、大きなマイナス電位を供給し、それにより、大きなマイナス電位を電極１１１４’上に印加し、これにより、イオンをそのアパーチャ１１８８の方に引きつける。したがって、この配列では、小ＤＣオフセットを電極１１１２、１１１２’、１１１４、１１１４’に印加することでき、これらは、例えば、イオントラップ内にイオンを捕捉するためのポテンシャル井戸を実現することができる。この電位は、例えば、ＲＦ電位を電極１１１２、１１１２’、１１１４、１１１４’に供給するのと同時に供給することすらできる。スイッチ１１４４を使用してＲＦ電位がスイッチオフされた場合、プッシュＨＶ供給電圧１１９４およびプルＨＶ供給電圧１１９６を電極１１１４および１１１４’にそれぞれ印加することにより、イオンをイオントラップから直交する方向に放出することができる。
【００６９】
もちろん、図１１ａの回路は、例えば、トランス１１２０の上半分において二つの二次巻線１１２２のみを使用し、両方の電極１１１２および１１１２’が単一巻線１１７０または１１８４から給電を受けるようにすることにより、適合させることができる。
【００７０】
また、イオントラップから直交する方向に、ただし、任意の半径方向に、イオンを放出できるように、この考え方を拡張することができる。これは、それぞれの電極１１１２、１１１２’、１１１４、１１１４’を別々に制御できることで、可能である。さらに、プッシュ／プルＤＣオフセットを電極１１１２、１１１２’に供給し、それにより、放出の方向を制御するように、それぞれの電極１１１２、１１１２’、１１１４、１１１４’上でＤＣ電位を独立に設定することができる。ＤＣオフセットを適当に選択することで、電極１１１２、１１１２’、１１１４、１１１４’の間のギャップを通して、電極１１１４’に設けられているアパーチャ１１８８を通して、または他の電極１１１２、１１１２’、１１１４に設けられた対応するアパーチャを通してイオンを放出することができる。このような配列の応用例として、複数の分析器または他の処理へ複数回の放出を行うものが考えられる。例えば、第１の放出で、捕捉されたイオンの一部を第１の経路にそって質量分析器に送り、その一方で、第２の放出で、捕捉されたイオンの一部を第２の経路にそって第２の分析器または反応セルに送ることができる。
【００７１】
図１１ｂは、空間と時間の両方において、多数のイオンを圧縮するために応用された図１１ａの実施形態を示している。イオン源１２００で発生したイオンは、米国特許第５，４２０，４２５の図２によるリニアトラップ１２０１から、透過光学系（例えば、ＲＦ多極もしくは静電レンズまたは衝突セル）を通り、米国特許第５，４２０，４２５号の図３の幾何学的形状に従う本質的に双曲面形状の電極１１１２、１１１４を持つ湾曲した捕捉装置１２０３内に導入される。イオンは、このトラップ１２０３内で槽ガスと衝突してエネルギーを失い、その軸１２０５にそって捕捉される。湾曲したトラップ１２０３の入口１２０２および末端１２０６アパーチャの電圧は、軸１２０５にそってポテンシャル井戸もたらすように高められる。これらの電圧は、後で高くすることで、この軸１２０５にそってイオンをより短いスレッド内に押し込むことができる。ＲＦは、スイッチオフされ、抽出ＤＣ電圧は、電極１１１２、１１１４に印加される間、アパーチャ１２０２、１２０６上のこれらの電圧は、ずっと変化しない。すべての双曲型電極のＤＣオフセットは、脈動しつつ高電圧にされるため、直交抽出時に結果として得られる電位分布は、アパーチャ１２０２、１２０６に向かうイオンビームの発散に有利に作用する。しかしながら、抽出はかなり速く行われるため、この発散は、最小に保たれる。トラップ１２０３およびその後のイオンオプティクス（ｉｏｎ ｏｐｔｉｃｓ）１２０７の初期曲率のせいで、イオンビームは、ＷＯ０２／０７８０４６の図６で説明されている方法に類似した方法で、好ましくはＯｒｂｉｔｒａｐ型の質量分析器１２０８への入口に収束する。
【００７２】
同じ質量対電荷比のイオンの時間的集束を改善するために、ＲＦのスイッチオフと抽出ＤＣ電圧の脈動との間に遅延を導入することも可能である。これにより、速度のより大きなイオンほど、軸１２０５から離れて行き、イオン座標と速度との間の相関が得られる。Ｗ．Ｃ．ワイリー、Ｌ．Ｈ．マクラーレン、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．２６（１９５５）１１５０で示されているように、適切な遅延を選択することにより、分析器１２０８の入口における焦点面でのイオンビームの時間幅が短縮する。Ｏｒｂｉｔｒａｐ質量分析器では、これにより、イオンのコヒーレンスが改善されるが、ＴＯＦＭＳでは、分解能が直接改善される。
【００７３】
ＲＦ二次巻線１１２０上のＤＣ電圧の高速脈動により、すべてのイオンは、所望のエネルギーに高められる（「エネルギーリフト」）。立ち上がり時間がトラップ１２０３からのイオン抽出の持続時間よりもかなり小さい場合、同じｍ／ｚ比を持つすべてのイオンは、ほぼ同じ電圧により加速される。しかし、Ｏｒｂｉｔｒａｐ質量分析器１２０８への注入の場合、ｍ／ｚ値のより低いイオンは、より低いエネルギーでＯｒｂｉｔｒａｐ分析器１２０８内に入るが（捕捉電圧はそれでも低いので）、ｍ／ｚ値のより高いイオンは、より高いエネルギーで分析器１２０８内に入る。これは、ＤＣ電圧の上昇率を下げることにより、例えば、スイッチ１１５８と対応するＲＦ二次巻線１１２０との間に抵抗器を入れることにより、実現することが可能である。次いで、この抵抗器と、ＤＣ電圧の立ち上がり時間定数を決定する二次巻線１１２０のキャパシタンス（必要ならば、追加のキャパシタンスが、使用可能である）によりＲＣ鎖が形成される。これは、Ｏｒｂｉｔｒａｐ分析器１２０８の中心電極の傾斜との一致が最適になるように同調することが可能である。さらに、これらの時定数は、質量依存集束条件を与えてＲＦ場の質量依存効果を補正するために、異なる可能性がある。
【００７４】
図１１ｃは、本発明の他の実施形態を示す。図１１ｃの質量分析計は、Ｏｒｂｉｔｒａｐ質量分析器１２０８が飛行時間型（ＴＯＦ）分析器１２０９で置き換えられていることを除き、図１１ｂの分析計に大部分対応している。したがって、トラップ１２０３から出るイオンは、イオンオプティクス１２０７により集束され、イオンオプティクス１２１０によりビームに形成され、イオン鏡１２１１により反射され、検出素子１２１２により測定される。ＴＯＦ検出器１２０９は、どのような設計のものでもよい。
【００７５】
当業者であれば容易に理解するように、上述の実施形態は、単なる実施例にすぎず、本発明の範囲から逸脱することなく、容易に変更できる。
【００７６】
例えば、図４、８、９、１０、および１１に示されている様々な実施形態の特徴のいくつかは、入れ換えて使用することができる。例えば、バッファキャパシタンス６２は、オプションであり、これらの図に示されている実施形態のどれについても含めるか、除外することができる。さらに、様々なＤＣオフセット配列を使用することができる。それに加えて、二次巻線２２に対する単一フィラー巻線の間の選択は、状況に応じて、図１０のバイフィラー配列と図１１のトリフィラー配列の選択、または加えていうと、他のマルチフィラー構成の選択により、変更することができる。
【００７７】
スイッチ４４４、８４４、９４４、１０４４、１０５８、１１４４、１１５８は、上記の実施形態では単極として説明されているが、双極スイッチを使用することができる。これにより、電源４１０、８１０、９１０、１０１０、１１１０をプラスとマイナスの両方のイオンで動作させることができる。
【００７８】
付属の図面は、単一ダイオード４３８、４４０、８３８、９３８、９４０、１０３８、１０４０、１１３８、１１４０を示している。しかし、これらの整流ダイオードは、複数のダイオードからなるグループとして実現することができる。
【００７９】
単一の一次巻線が図に示されているが、これは、反対に巻かれている二つの一次巻線を使用することにより二重ＲＦ出力を発生するように変更できる。
【００８０】
他の変形は、直線または湾曲したリニアトラップの軸にそったイオンの脈動発生、イオンのＡＣ励起をもたらす追加の要素と上記の回路との組合せ、などを含むことができる。質量分析器は、ＦＴ ＩＣＲ、Ｏｒｂｉｔｒａｐ、ＴＯＦＭＳ、他のトラップを含む、パルス型でよいが、さらに、イオンを、ＲＦ場を持つか、または持たない、衝突セル、または他の透過もしくは反射イオンオプティクスに送ることが可能である。一般、ＲＦ場によるイオン操作を行える装置にとって、本発明は有益である。ＲＦのオフ、オンの脈動も、例えば、衝突誘起解離が望ましい場合に、イオンの励起に使用することが可能である。
【００８１】
上記の回路は、当業者であれば理解するように、図２に示されているようなマルチセクション電極を利用できるように変更できる。これは、電極の前、中心、および後のセクションのそれぞれに対し別々の電源を用意することを含むことができるか、または単に、中心セクションとは反対に、異なるＤＣオフセットを前および後セクションに加えることができる配列を含むことができる。
【００８２】
本発明には、上述の単なる四重極イオントラップを超える応用例がある。当業者であれば、本発明は、当業で周知の八重極トラップなどの、任意の個数の電極を持つイオントラップ上で実施できることを容易に理解するであろう。
【００８３】
理解されるように、ＡＣ信号を電極に供給することは、上の実施形態では説明されていないが、このような供給の組み込みは、当業者にとっては簡単であろう。
【００８４】
上の説明では、トラップからイオンを放出するのに先立ってＲＦ場を高速に崩壊させるために分路を主に使用することを取りあげているが、イオントラップ内に場を高速に生成することにもメリットがある。一実施例は、イオントラップにおけるイオンの捕捉である。分路は、イオンがトラップに到来しているときにトランスを短絡し、ＲＦをスイッチオフするように動作させることができる。イオンは、トラップの中心軸に向けて、電極内のアパーチャ（アパーチャ１１８８など）に通して、または電極間に、注入することができる。ＤＣ電圧を電極にかけて、イオンの透過および軸への集束を有利に進めることができる。好ましくは、イオンは、軸に向かって移動するときに著しく減速される。注目しているイオンが軸に達すると、脈動するＤＣ電圧がイオンの捕獲に有利に働き（例えば、すべてのＤＣ電圧が均一にされる）、分路は、ＲＦ場をオンに素早く戻すのに使用される。そのため、注目するイオンは、ＲＦ場により捕獲される。
【００８５】
場の高速スイッチングの他の用途は、イオントラップへの電子注入の間である。イオンは、イオントラップに蓄積することができ、低速の電子が導入され、電子捕獲解離（ＥＣＤ）が生じる。ＲＦ場は、注入された電子を不安定にし、その結果、電子がトラップから失われるため、望ましくない。そのため、分路を使用して、ＲＦ場を殺すことができ、次いで、電子の短いバーストを導入して、トラップ内のイオンと反応させ、次いで、分路を使用して、ＲＦ場を再確立し、断片を捕捉することができる。ＲＦ場は、数サイクルの間のみ崩壊するのが理想的であり、これは、ＥＣＤにとっては時間は十分であるが、断片がトラップから漂い出すイオンについては十分に長くはない。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】質量分析計を表すブロック図である。
【図２ａ】リニア四重極イオントラップを示す図である。
【図２ｂ】イオントラップを動作させるために使用されるＤＣ、ＡＣ、およびＲＦ電圧を示す図である。
【図２ｃ】イオントラップを動作させるために使用されるＤＣ、ＡＣ、およびＲＦ電圧を示す図である。
【図２ｄ】イオントラップを動作させるために使用されるＤＣ、ＡＣ、およびＲＦ電圧を示す図である。
【図３】ＲＦおよびＡＣ電圧をイオントラップの電極に印加する回路を示す概略図である。
【図４】ＲＦおよびＤＣ電位をイオントラップの電極に供給する本発明の第１の実施形態による電源を示す図である。
【図５ａ】図４の電源の全波整流器の周りを流れる電流を示す図である。
【図５ｂ】図４の電源の全波整流器の周りを流れる電流を示す図である。
【図６】図４の電源のトランスの二次巻線中の現在の電圧波形を示す図である。
【図７ａ】図４の電極に印加されるＤＣ電位を示す図である。
【図７ｂ】図４の電極に印加されるＤＣ電位を示す図である。
【図８ａ】図４に対応しているが、本発明の第２の実施形態および第３の実施形態を示す図である。
【図８ｂ】図４に対応しているが、本発明の第２の実施形態および第３の実施形態を示す図である。
【図９】図４に対応するが、本発明の第４の実施形態を示す図である。
【図１０】図４に対応するが、本発明の第５の実施形態を示す図である。
【図１１ａ】図４に対応するが、本発明の第６の実施形態を示す図である。
【図１１ｂ】Ｏｒｂｉｔｒａｐ質量分析器の背景状況において図１１ａの電源を示す図である。
【図１１ｃ】飛行時間型分析器の背景状況において図１１ａの電源を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
４１０ 電源、４１２，４１４ 電極、４１６ ＲＦ増幅器、４２０ ＲＦ同調共振トランス、４１８ 一次巻線、４２０ トランス、４２２，４２４，４２６ 二次巻線、４２８ 中心タップ、４３０ 全波整流器回路、４３２，４３４ 電気的経路、４３６ 接合部、４３８，４４０ ダイオード、４４２ 電気的経路、４４４ ＲＦ−オフスイッチ、４４５ トリガ信号、４５８ ＤＣオフセット電源、６１０，６１２ 電圧波形、６１４ ＤＣパルス、８１０ 電源、８１２ 四重極イオントラップの電極、８１６ ＲＦ増幅器、８２０ トランス、８２２ 接合部、８２４ ＲＦコイル、８２８ タップ、８３８ 整流器、８４４ ＲＦオフスイッチ、９１０ 電源、９１６ ＲＦ増幅器、９２８ 中心タップ、９３８，９４０ ダイオード、９４４ スイッチ、９６０ 電気的経路、９６２ バッファキャパシタンス、９６４，９６６ 半導体スイッチ、１０１０ 電源、１０１２，１０１４ 電極、１０１８ 一次巻線、１０２０ トランス、 １０２４，１０２６，１０７０，１０７２，１０２２ 二次巻線、１０３０ 全波整流器、１０４４ スイッチ、１０５８ ＤＣオフセット、１０６２ バッファキャパシタンス、１０６４，１０６６ 半導体スイッチ、１０７４ 中心タップ、１０７６，１０７８ オフセット、１０８０，１０８２ トランジスタスイッチ、１１１２，１１１２’，１１１４１，１１１４’電極、１１２２ マルチフィラー二次巻線、１１２４，１１２６ 対称的巻線、１１２８ 中心タップ、１１３０ 全波整流器、１１４４ スイッチ、１１５８ ＤＣオフセットスイッチ、１１６２ バッファキャパシタンス、１１７０ 第１の巻線、１１７２ 第２の巻線、１１８０，１１８２トランジスタ、１１８４ 二次巻線、１１８６ 第２の巻線、１１８８ スロット、１１９０，１１９２ 高電圧電源スイッチ、１１９４ プッシュＨＶ供給電圧、１１９６ プルＨＶ供給電圧、１２００ イオン源、１２０１ リニアトラップ、１２０２ 入口、１２０３ 捕捉装置、１２０５ 軸、１２０６ 末端、１２０８ Ｏｒｂｉｔｒａｐ型の質量分析器、１２０９ ＴＯＦ検出器、１２１１ イオン鏡、１２１２ 検出素子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦ場をイオン蓄積装置に印加するための質量分析計高周波（ＲＦ）電源およびＲＦ場を使用してイオン蓄積装置を動作させる方法に関する。特に、限定はしないが、本発明は、パルス質量分析器への放出に先立ってＲＦ場を使用してイオンを封じ込める、またはトラップするイオン蓄積装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなトラップは、イオンの入ってくる流れにバッファを用意し、比質量分析器に適している空間特性、角度特性、および時間特性を持つパケットを準備するために使用することも可能であろう。パルス質量分析器の例は、飛行時間型（ＴＯＦ）、フーリエ変換イオンサイクロトロン共振（ＦＴ ＩＣＲ）、Ｏｒｂｉｔｒａｐ型（つまり、静電気のみ捕捉を使用するもの）、またはファーザーイオントラップを含む。イオントラップを備える典型的な質量分析計のブロック図は、図１に示されている。質量分析計は、分析すべきイオンを発生して、イオントラップに供給するイオン源を備え、そのイオントラップでイオンは、所望の量が後の分析に利用可能になるまで集められる。第１の検出器は、イオントラップに隣接して配置され、これにより、制御装置の指図に従って質量スペクトルを取ることができる。パルス質量分析器は、さらに、制御装置の指図に従って動作する。質量分析計は、一般に、内部を真空にするための一つまたは複数のポンプを備える真空槽内に据え付けられる。
【０００３】
イオンを輸送または蓄えるためにＲＦ場を使用するイオン蓄積装置は、図１に示されているものなど、質量分析計では標準的なものとなっている。典型的には、これらは、ＲＦ信号をトランスの一次巻線に供給するＲＦ信号発生器を備える。トランスの二次巻線は、蓄積装置の電極（典型的には４個）に接続される。図２ａは、リニアイオントラップ装置内の４本の電極の典型的配列を示している。これらの細長い電極は、ｚ軸にそって伸び、これらの電極はｘ軸とｙ軸において対になっている。これらの電極は、捕捉装置内に入る、または生成されるイオンを封じ込める双曲線型等電位の四重極ＲＦ場を生成するような形状となっている。蓄積装置内での捕捉は、ＤＣ場を使用することにより補助される。図２ａから分かるように、４本の細長い電極はそれぞれ、ｚ軸にそって３本に分割される。高められたＤＣ電位が、さらに大きな中心セクションに関してそれぞれの電極の正面および背面セクションに印加され、それにより、ポテンシャル井戸をＲＦおよびＤＣ場成分の重ね合わせから生じるイオン蓄積装置の捕捉場上に重ね合わせる。ＡＣ電位は、さらに、電極に印加され、イオン選択を助けるＡＣ場成分を発生することができる。
【０００４】
図２ｂおよび２ｃは、電極に印加される典型的な電位を示している。最も注目すべきは、本発明に関するＲＦ電位を示す図２ｃである。図から分かるように、類似の電位が反対の電極に印加され、それにより、ｘ軸電極は、ｙ軸電極とは反対の極性の電位を持つ。
【０００５】
図３は、所望のＲＦ電位を供給することができる電源を示している。ＲＦ発生器は、上述のように、ＲＦ信号をトランスの一次巻線に供給する。この信号は、トランスの二次巻線に結合されている。二次巻線の一端は、反対の電極のｘ軸対に接続され、他端は、反対の電極の他方のｙ軸対に接続される。ＤＣオフセットは、二次巻線の中心タップに接続されているＤＣ電源を使用して加えることができる。ＡＣ電位も、電極に印加できるが、蓄積装置のこの態様は、ここでは考慮する必要はない。
【０００６】
このタイプのイオン蓄積装置のさらなる詳細は、米国特許出願公開第２００３／０１７３５２４号に見られる。
【０００７】
トランスの巻線を備えるコイル中のインダクタンスおよび電極と電極との間のキャパシタンスは、ＬＣ回路を形成する。トランスは、高品質共振コイルに対応し、線質係数は数十、さらには数百にも達する。これにより、通常０．５〜６ＭＨｚの範囲内の作動周波数で最大数千ボルトまでのＲＦ振幅が発生する。
【０００８】
このような蓄積装置は、後続の質量分析器への放出に先立ってイオンを蓄えるために使用されることが多い。このような蓄積装置が他の分析器、特にパルス分析器（例えば、ＴＯＦ型質量分析器またはＯｒｂｉｔｒａｐ質量分析器などの静電気のみ捕捉質量分析器）とインターフェースされる場合に、蓄積装置から分析器へのイオンの効率的移動の問題が障害となる。３Ｄ四重極ＲＦトラップが質量分析の第１ステージで蓄積装置として使用される場合、この問題は、従来、ＲＦ信号発生器のスイッチを切ることと同期してイオントラップのエンドカップ上でＤＣ電位を脈動させることにより解決されている（Ｓ．Ｍ．マイケル、Ｍ．チエン、Ｄ．Ｍ．ルブマン、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．６３（１０）（１９９２）４２７７−４２８４を参照）。これにより、通常、イオントラップからイオンが抽出され、抽出は３Ｄトラップの典型的に有利なアスペクト比（つまり、長さ／幅）により容易になる。しかし、同じファクタが、３Ｄトラップの限られた蓄積容積、したがって、限られた空間電荷容量にも関与している。ＲＦ信号発生器の比較的遅い、電圧依存のスイッチオフ遷移のせいで、蓄積装置の分解能（および、おそらく質量精度）は、ひどく損なわれる。
【０００９】
リニアイオントラップは数桁大きい空間電荷容量をもたらすが、そのアスペクト比により、パルス分析器への直結が非常に困難になる。通常、これは、ＲＦ蓄積装置からのイオン抽出の時間スケール（ｍｓ）とパルス分析器に必要なピーク幅（ｎｓ）との非常に大きな非互換性により引き起こされる。この非互換性は、軸にそってイオンを圧縮し、次いで、高電圧パルスによりイオンを軸方向に放出することにより、緩和できる（ＷＯ０２／０７８０４６を参照）。しかし、空間電荷効果は、この場合、非常に重要なものとなる。
【００１０】
上記の装置は、軸方向放出を使用するが、代替手段では、蓄積装置の軸に直交する方向にイオンを放出する（例えば、米国特許第５，４２０，４２５号、米国特許第５，７６３，８７８号、米国特許第２００２／００９２９８０号、およびＷＯ０２／０７８０４６を参照）。これについて、対向する棒電極のＤＣ電圧は、イオンが一方の電極を通して加速され後続の質量分析器内に入るようにバイアスされる。また、蓄積装置の電極上のＲＦ電位は、エネルギー拡散およびイオンエネルギーの質量依存性を制限するためにスイッチオフすべきであることも開示されている。しかし、これらの開示では、ゼロ位相でＲＦ場をスイッチオフすることの目的を述べているだけであり、スイッチオフの仕方を説明しているわけではない。上記の開示はすべて（ＷＯ０２／０７８０４６を除く）、まっすぐな電極を使用する、ＴＯＦＭＳにのみ適用する、イオン蓄積装置のみに関係している。
【００１１】
ＷＯ００／３８３１２およびＷＯ００／１７５９３５では、３Ｄトラップ／ＴＯＦＭＳハイブリッド型質量分析計における蓄積装置の電極上のＲＦ電位をスイッチオフすることについて説明している。これらの文書では、共振器コイルのスイッチングについて開示しているが、これには、反対極性の電源のみならず、それぞれのＲＦ電圧用の二つの高電圧パルス発生器を必要とするという欠点がある。大放電電流は、これらの電源に過剰な負荷をかけ、これはキャパシタンスを並列に加えることで部分的にしか軽減できない。また、パルス発生器の内部キャパシタンスは、コイルのキャパシタンスに加わり、共振周波数を低減させる。これらの開示では、複数の電極上で、またはマルチフィラーコイル上で、ＲＦをスイッチオフする方法、またはＲＦスイッチングとＲＦ装置の電極のパルスＤＣオフセットとの組合せ方法を示していない。この方式の最適な用途は、高速スイッチオフではなく、ＲＦ電圧の高速な立ち上がりである。残念なことに、イオンを後続の質量分析器に放出するために高速なスイッチオフが必要であるが、スイッチオンは、典型的に使用される準連続イオン源に対してはかなり低速になりうる。
【００１２】
ＷＯ００／２４９０６７およびＵＳ２００２／０１６２９５７では、ＤＣパルスを使用せずにイオン放出を行えるように、３Ｄトラップ質量分析計（漏洩検知器）のＲＦのスイッチオフを開示している。しかし、これらの文書では、コイルの一次巻線の従来のやり方の電源オフまたは低速な機械式リレーの使用を除きＲＦスイッチングの実現可能な方式を開示していない。
【００１３】
円柱状トラップ／ＴＯＦＭＳハイブリッド用のＲＦスイッチングの他の実施例は、Ｍ．ダベンポートら、Ｐｒｏｃ．ＡＳＭＳ Ｃｏｎｆ．，Ｐｏｒｔｌａｎｄ，１９９６，ｐ．７９０およびＱ．ジ、Ｍ．ダベンポート、Ｃ．エンケ、Ｊ．ホランド、Ｊ．Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ，７，１９９６，１００９−１０１７により開示されている。この方式では、二つの高速ブレークビフォーメークスイッチを使用しており、それぞれ、２対のＭＯＳＦＥＴ（ＲＦのそれぞれの相毎に）からなる。回路の定格は、ＭＯＳＦＥＴの定格（９００Ｖ）により制限され、ＲＦ回路の品質は、ＭＯＳＦＥＴの高いキャパシタンス（それぞれ約１００ｐＦ ｃａ．）により著しく制限され、これもまた、これら多数の要素により深刻なものとなる。
【００１４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／１６２９５７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記これらの問題点を少なくとも１つ満足する質量分析用のＦＲ電源を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記背景に対し、また第１の態様から、本発明は、ＲＦ信号供給源、少なくとも一つの巻線を含み、ＲＦ信号供給源により供給される信号を受信し、質量分析計のイオン蓄積装置の電極に供給用の出力ＲＦ信号を与えるように配列されている、コイル、および第１の開位置と第２の閉位置とを切り替えるように動作可能な、スイッチを備える、コイル出力を短絡する、分路を含む質量分析計ＲＦ電源を対象とする。
【００１７】
コイル出力を短絡する分路を用意することは、質量分析計内の蓄積装置の電極に供給されるＲＦ信号を高速スイッチングする便利な手段となる。電流が分路を通って高速に分流することで、二次巻線中の信号が急速に崩壊し、したがって、ＲＦ場が電極により発生する。イオン蓄積装置内のＲＦ場をスイッチオフすることで、イオンを、例えば、質量分析器などの中に注入できる。イオンが放出された後、再びスイッチを作動させて、分路の接続を断ち、それにより、二次巻線から短絡回路を取り除くことができる。容易に理解されるように、これにより、例えば、二次巻線中の信号が高速に確立され、ＲＦ場が電極により発生する。
【００１８】
コイルは、分割された片割れを持つ単一巻線を含むことができる。ポンプ増幅器は、この二つの片割れの間に接続することができ、この配列では巻線の末端からＲＦ出力が得られ、これは、電極に供給することができる。しかし、電源がトランスを備えることは今のところ好ましいが、高周波信号供給源はトランスの一次巻線に接続されており、二次巻線は、コイルに対応している。この文脈において、高周波信号供給源により供給される信号を受け取るように配列されているコイルは、トランスの複数の巻線にわたる信号のカップリングに対応する。
【００１９】
好ましくは、電源は、さらに、コイル出力間に入れられ、コイル出力を全波整流器の出力点に連結する電気的経路上にスイッチが配置されている、全波整流器を含む。言い換えれば、スイッチを含む電気的経路は、全波整流器の対角線上にわたって配置することができるということである。この対角線は、スイッチが開のときに完全な電流経路がなくそれにより分路を通る電流を停止し、スイッチが閉じられたときに分路を形成する電流経路を完成するように、整流器回路の唯一の戻り電流経路を与えることができる。それとは別に、全波整流器は、上述のように、コイルが単一巻線を含むコイル出力間にわたって配置することができる。
【００２０】
全波整流器回路の使用は、スイッチが単極信号を受信するように設計された半導体スイッチとして実装されることが考えられるため、特に有益であり、整流器回路は、それが全波であろうと半波であろうと、このような単極信号を供給する。
【００２１】
適宜、二次巻線は、実質的に中心にあるタップを備え、スイッチは、中心タップと全波整流器の出力点との間に渡される電気的経路上に配置される。好ましくは、二次巻線は、二つのコイルを分ける中心部分になすタップを持つ二つの対称コイルを含むが、タップの正確な位置はちょうど中心にある必要はない。対称コイルは、有益であり、その場合、電極は、２相電圧を受け、大きさは等しいが、極性は反対の信号を供給するのを助ける。いくつかの用途、３Ｄイオントラップなどでは、単相電源のみあればよい。この場合、中心タップのない単一二次巻線のみを使用できる。
【００２２】
好ましくは、全波整流器は、一対のダイオードを備える。これらのダイオードの一方は、順方向構成で二次巻線の一端に電気的に接続することができ、それにより、二次巻線のその端から電流を伝導するが、二次巻線のその端へ電流を逆流させることはできない。他方のダイオードは、これも順方向構成で、二次巻線の他端に接続することができ、それにより、二次巻線の他端から電流を伝導するが、二次巻線の他端へ電流を逆流させることはできない。ダイオードの反対側は、スイッチを含む電気的経路の接続先である出力点を含む電気的経路にそって接続される。そのため、この後者の電気的経路は、全波整流器の戻り電流経路をなす。
【００２３】
上の説明は、ダイオードを備える全波整流器の説明であるが、トランジスタまたはサイリスタなどの他のコンポーネントも等しく使用することが可能である。
【００２４】
電流および電圧は電源とともに使用されるので、スイッチは、単極高電圧スイッチであるのが好ましい。
【００２５】
適宜、電源は、さらに、スイッチに接続されたバッファキャパシタンスを含み、これにより、分路を切断した後二次巻線中のＲＦ信号を高速に復帰させることができる。
【００２６】
好ましくは、トランスは、高周波同調共振トランスである。このような配置では、コイルのインダクタンスと回路内のキャパシタンスによって形成されるＬＣ回路を利用する。例えば、キャパシタンスは、質量分析計のイオン蓄積装置内の電極間のギャップによるものである。
【００２７】
適宜、電源は、さらに、ＤＣオフセットを二次巻線中に発生する信号に与えることができる、二次巻線に接続されている、好ましくは二次巻線の中心タップで接続されている、ＤＣ電源を含むことができる。例えば、このＤＣオフセットは、イオンがトラップに入るか、またはそこから出るときのイオンエネルギーを定義するために使用することが可能である。さらに、可変ＤＣオフセットを使用することができる。
【００２８】
本発明のいくつかの考察されている実施形態では、二次巻線は、マルチフィラー巻線を含む。このようなマルチフィラー巻線は、好ましくは互いに隣接して配置されている二つ以上の分離しているコイルを含むことができ、それにより、トランス間に誘起された信号がマルチフィラー巻線のすべての巻線中に存在するように密結合を形成する。この構成では、分路は、フィラー巻線のすべてに接続する必要はなく、好ましくは、実際には、フィラー巻線の一つにのみ接続される。これは、分路がフィラー巻線の一つの間に接続され、それにより、そのフィラー巻線を短絡する場合に、他のすべての結合されているフィラー巻線中で信号が崩壊するからである。密結合を形成するために、フィラー巻線は、並置することで互いに隣接するように配置することができるか（例えば、別々の芯に一つ一つ並べる）、または間に配置するか（例えば、コイルを共通心に巻き付けて、巻線が交互になるようにすることも可能である）、または他の構成を取ることができる。
【００２９】
本発明の他の考察されている実施形態では、反対の方向に巻き付けられている一対のコイルを含む一次巻線を使用することにより二重ＲＦ出力を行うことができる。
【００３０】
さらに、可変の、および異なるＤＣオフセットは、電極間にポテンシャル井戸または電位勾配を生じさせるために、異なるフィラーに使用することができる。このポテンシャル井戸は、蓄積装置内のイオンを捕捉する際に、またその放出のために有利な場合がある。
【００３１】
第２の態様から、本発明は、イオン源、イオン蓄積装置、質量分析器、および上述の電源のいずれかを備える質量分析計を対象とし、イオン蓄積装置は、イオン源からイオンを受け取るように構成され、イオンを中に蓄積し、イオンを質量分析器に放出するように動作可能な電極を備え、質量分析器は、イオン蓄積装置により放出されたイオンから質量スペクトルを集めるように動作が可能である。
【００３２】
質量分析器は、静電気のみ型（Ｏｒｂｉｔｒａｐ分析器など）、飛行時間型、ＴＦＩＣＲ、またはファーザーイオントラップを含む、様々なタイプのものがある。イオンは、軸方向に（つまり、蓄積装置の長手方向軸にそって）イオン蓄積装置から放出することができるか、またはこの軸方向に直交する方向に放出することができる。イオン蓄積装置は、湾曲した長手方向軸を持つように湾曲させることができる。
【００３３】
第３の態様から、本発明は、ＲＦ信号を、イオン蓄積装置の電極に接続された少なくとも一つの巻線を含むコイルに供給し、それによりイオン蓄積装置内にＲＦ封じ込め場を形成し、特定の質量／電荷比を持つイオンを封じ込めること、およびスイッチを動作させ、それにより、コイル出力間にわって配置された分路を接続し、それにより、二次巻線を短絡し、ＲＦ封じ込め場をスイッチオフすること、またはスイッチを動作させ、それにより、分路を切断し、ＲＦ封じ込め場をスイッチオンすることを含む、質量分析計を動作させる方法を対象とする。
【００３４】
適宜、コイルは、質量分析計のトランスの二次巻線であり、高周波信号をコイルに渡すことは、先立つ高周波信号をトランスの一次巻線に通し、それにより、高周波信号を二次巻線間に出現させることを含む。
【００３５】
好ましくは、この方法は、さらに、分路がＲＦ信号の位相と同期して接続または切断されるようにスイッチを動作させることを含む。これは、スイッチが、ＲＦ信号の位相内で同時に制御可能な形で接続され、切断されるという点で好ましいものと考えられる。今のところ、ＲＦ信号が実質的に平均値を通るときに分路をスイッチングすることが好ましい。この平均値は、ゼロに対応してもよいが、これは必ずしもそうである必要はない。例えば、ＤＣバイアスは、ＲＦ信号に直接加えることができる。
【００３６】
適宜、この方法は、さらに、分路が二次巻線間に接続されているときに一次巻線を通るＲＦ信号を停止することを含む。この接続および切断は、接続後できるだけ早く、また切断前にできるだけ早く、実行することができる。ＲＦ信号を停止することは、適宜、ＲＦ信号発生器をスイッチオフすることを含むことができるが、スイッチを入れる、またはさらには追加の分路を用意するなどの他のオプションも使用可能である。
【００３７】
適宜、この方法は、さらに、一定または可変のＤＣオフセットを電極に加えることを含むことができる。適宜、加えられるＤＣオフセットは、高速な立ち上がり時間を有する、つまり、立ち上がり時間は、すべてのイオンがイオン蓄積装置から放出される時間に比べてずっと短い。都合のよいことに、これにより、放出されたイオンは、その質量に関係しないエネルギーを持つことになる。それとは別に、ＤＣオフセットは時間依存であってもよく、それにより大きさは、質量に関係するエネルギーが放出イオンに与えられるように変化する。例えば、ＤＣオフセットの連続的ランピングまたはステッピングにより、軽いイオンは、より重いイオンよりも少ないエネルギーで放出される。
【００３８】
この方法は、適宜、高周波場をスイッチオフし、次いで、ある遅延の後にのみＤＣオフセットを印加することを含むことができる。このような方法では、イオンをＴＯＦ質量分析計に放出するときに有益な集束を行う。遅延の長さは、最適な集束が得られる値を見つけるために変化させることができる。
【００３９】
ＤＣオフセットは、好ましくは、二次巻線に印加することができ、適宜、二次巻線の中心タップに印加することができる。ＤＣオフセットの印加を、適宜、イオン蓄積装置内にイオンを捕捉するために実行することができるか、またはそれとは別に、ＤＣオフセットを、適宜、使用して、蓄積装置からイオンを放出することができる。放出は、軸方向または直交方向のいずれかで実行することができる。
【００４０】
適宜、この方法は、スイッチを動作させて高周波封じ込め場をスイッチオフすることと、イオンをイオン蓄積装置内に導入することと、スイッチを動作させて高周波封じ込め場をスイッチオンして、それにより、イオン蓄積装置にイオンを捕捉することとを含むことができる。スイッチは、イオンがイオン蓄積装置の中心軸に接近するか、または到着したときに高周波封じ込め場をオンにするように動作させることができる。イオンは、半径方向でイオン蓄積装置内に注入することができる。
【００４１】
本発明の現在考察されている用途において、高周波封じ込め場は、スイッチオンされると、イオン蓄積装置内にイオンを捕捉するが、この方法はスイッチを動作させて高周波封じ込め場をスイッチオフし、短い遅延の後に、スイッチを動作させて高周波封じ込め場をスイッチオンすることと、短い遅延の間に、電子をイオン蓄積装置内に導入することとをふくむ。短い遅延は、イオン蓄積装置からのイオン損失が、もしあるとしても、最低限のみですむように選択される。例えば、短い遅延は、イオンがイオン蓄積装置から漂い出すのに要する時間よりも短くなるように選択される。この方法は、低エネルギー電子をイオン蓄積装置内に注入することを含むことができ、その場合、ＲＦ場が存在しないことは、存在すれば電子を高エネルギーに励起することになるので、有益である。低エネルギー電子は、電子捕獲解離（ＥＣＤ）のため与えることができる。
【００４２】
イオン蓄積装置が、高周波封じ込め場により捕捉されたイオンを封じ込める場合、この方法は、適宜、スイッチを動作させて高周波封じ込め場をスイッチオフすることと、ＤＣオフセットを選択的に電極に印加し、それにより、イオン蓄積装置内に捕捉されたイオンを所望の方向に放出させることとを含むことができる。この所望の方向は、電極間に設けられたギャップ、または電極内に設けられたアパーチャを通してイオンを放出するような方向とすることができる。
【００４３】
第４の態様から、本発明は、イオン源を動作させてイオンを発生させることと、イオン源により発生されたイオンをイオン蓄積委装置に導入することと、上述の方法のいずれかによるイオン蓄積装置を動作させて、それにより蓄積装置内にイオンを封じ込め、イオンを質量分析器に放出することと、質量分析器を動作させて、イオン蓄積装置により放出されるイオンから質量スペクトルを集めることとを含む、質量スペクトルを集める方法を対象とする。
【００４４】
第５の態様から、本発明は、イオン源を動作させてイオンを発生させることと、イオン源により発生されたイオンを中心の湾曲した長手方向軸を形成する形状の細長い電極を持つイオントラップに導入することと、上述のような方法によるイオントラップを動作させて、それによりイオンを捕捉し、イオン経路が静電気のみ型質量分析器の入口に収束するように長手方向軸に実質的に直交する経路上でイオンを放出することと、質量分析器を動作させて、イオントラップから放出されたイオンから質量スペクトルを集めることとを含む、質量分析計から質量スペクトルを集める方法を対象とする。
【００４５】
一般に、イオンは、複雑な経路に従って長手方向軸の周りを回る。そのため、これらのイオンは、長手方向軸に実質的に直交する方向、つまり、イオンが現在通過している長手方向軸上の点に対して多かれ少なかれ直角をなす方向に放出される。この方向は、可能な多数のイオン経路が収束することを確実にするイオントラップの凹面側への方向である。イオントラップの曲率および質量分析器の位置は、イオン経路が質量分析器への入口に収束し、それによりイオンを集束させるような曲率および位置である。
【００４６】
第６の態様から、本発明は、コンピュータに読み込まれたときに、上述の方法のいずれかによりイオン蓄積装置をコンピュータに制御させるプログラム命令を含むコンピュータプログラムを対象とする。さらに、第７の態様から、本発明は、上述の方法のいずれかによるイオン蓄積装置を制御するようにプログラムされた制御装置を対象とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
付属の図面を参照しつつ、本発明の実施形態について、以下説明する。
【００４８】
ＲＦおよびＤＣ電位をリニアイオントラップの４本の電極４１２、４１４に供給する電源４１０は、図４に示されている。ＲＦ増幅器４１６は、ＲＦ信号をＲＦ同調共振トランス４２０の一次巻線４１８に供給する。トランス４２０は、中心タップ４２８が間に設けられている二つの対称的巻線４２４、４２６からなる二次巻線４２２を備える。中心タップ４２８から離れた位置にある二次巻線４２４の末端は、イオントラップの上側電極および下側電極を含む対向する電極４１２に接続されている。中心タップ４２８から離れた位置にある二次巻線４２６の末端は、イオントラップの左側電極および右側電極を形成する対向する電極４１４に接続されている。
【００４９】
それに加えて、全波整流器回路４３０も、二次巻線４２４および４２６の離れた位置にある末端に接続される。全波整流器４３０は、接合部４３６で会合する二次巻線４２４、４２６の離れた位置にある末端から伸びている二つの電気的経路４３２および４３４を含む。経路４３２および４３４はそれぞれ、ダイオード４３８および４４０を備え、これにより、電流は二次巻線４２４、４２６の離れた位置にある末端から流れるが、その離れた位置にある末端に逆流することができない。接合部４３６は、他の電気的経路４４２により、二次巻線４２２の中心タップ４２８に接続され、分路４４２を形成する。この電気的経路４４２は、トリガ信号４４５に対する応答として動作するＲＦ−オフスイッチ４４４を備える。このスイッチ自体は、トランジスタを使用して作られている。
【００５０】
図５ａは、開位置のスイッチ４４４を持つ全波整流器４３０を示している。スイッチ４４４が開くと、全波整流器４３０の周りに連続する電流ループがなく、電流が流れない。これは、電気経路４３２にそってダイオード４３８を流れる電流が、矢印４４６により示されているようにスイッチ４４４を流れることができず、また矢印４４８により示されているように他方の逆バイアスダイオード４４０を流れることができないからである。同様に、電気経路４３４にそってダイオード４４０を流れる電流は、矢印４５０により示されているようにスイッチ４４４を流れることができず、また矢印４５２により示されているように他方のダイオード４３８を流れることができない。したがって、電流が一次巻線４１８を流れると、二次巻線４２２中の誘導電流は、電極４１２、４１４にしか流れることができない。したがって、一次巻線４１８に供給されるＲＦ信号により、電極４１２、４１４にＲＦ電位が発生し、それにより、イオントラップ内にＲＦ場が生じる。
【００５１】
図５ｂは、スイッチ４４４が閉じているときの全波整流器４３０を示している。この場合、整流器４３０を通る完全な電流経路が生じている。一次巻線４１８に供給されるＲＦ信号の一位相において、電流は二次巻線４２４を通り、電流経路４３２にそってダイオード４３８に流れる。この電流はダイオード４４０を通ることはできないが、矢印４５４により示されているように、スイッチ４４４を介して分路４４２にそって戻ることができる。一次巻線４１８に供給されるＲＦ信号の他方の位相では、電流は二次巻線４２６を通り、電気経路４３４にそってダイオード４４０に流れる。電流はダイオード４３８を通ることはできないが、矢印４５６により示されているように分路４４２およびスイッチ４４４を介して戻る。したがって、一次巻線４１８に供給されるＲＦ信号の位相がなんであれ、電流を短絡して二次巻線４２４および電極４１２または二次巻線４２６および電極４１４のいずれかに通す全波整流器４３０により、低抵抗電流経路が形成される。そのため、電極４１２、４１４にＲＦ電位は現れず、イオントラップ内のＲＦ場は崩壊する。
【００５２】
明らかに、スイッチ４４４をもう一度動作させて、全波整流器４３０を図５ａに示されている構成に戻すことができる。これを行うと、電流は、今度は、電極４１２、４１４を介して二次巻線４２４、４２６にしか流れることができない。もちろん、これにより、イオントラップ内にＲＦ場が再確立される。
【００５３】
この動作は、電極４１２、４１４に現れる電圧波形が示されている図６に反映されている。最初、電圧波形は、６１０に示されており、ｔ１で終了し、そこでスイッチ４４４が閉じ、それにより、二次巻線４１２、４１４が短絡する。スイッチ４４４は、電圧波形が０値を通過すると閉じられる。遅延の後、スイッチ４４４は、ｔ４で開かれ、それにより、電極４１２、４１４に現れる電圧波形６１２をもう一度確立する。容易に理解されるように、電圧波形６１０、６１２は、電極４１２または４１４のいずれかの対に現れるものに対応することができる。電極４１２、４１４の他方の対に、対応するが、反転している電圧波形が現れる。図６から分かるように、スイッチ４４４は、電圧波形６１２がゼロ交差点で始まるように一次巻線４１８に供給される信号の位相に関して開かれる。
【００５４】
上述の電極４１２、４１４に印加されるＲＦ電位に加えて、ＤＣ電位も、電極４１２、４１４に供給することができる。ＤＣ信号は、このＤＣオフセットがすべての電極４１２、４１４に現れるように、二次巻線４２２の中心タップ４２８に接続されているＤＣオフセット電源４５８により供給される。したがって、ＤＣオフセットは、電極４１２、４１４に印加されるＲＦ電位に加えることができるか、またはそれとは別に、ＲＦ電位を受け取っていないときに電極４１２、４１４に供給することができる。例えば、図６は、電圧信号６１０が現れるようにＲＦのみが電極４１２、４１４に供給される状況を示している。これにより、質量分析器でその後分析するためにイオンを捕捉するイオントラップ内にＲＦ場が生成される。イオントラップからイオンを放出することが望ましい場合、スイッチ４４４がｔ１で閉じられ、それにより、二次巻線４２２が短絡し、イオントラップ内のＲＦ場が崩壊する。少ししてからｔ２で、ＤＣパルス６１４が電極４１２、４１４に供給され、イオントラップからイオンを放出するＤＣ場が形成される。すべてのイオンが放出される十分な時間が経過した後、ｔ３で、ＤＣオフセットがスイッチオフされ、次いで、少ししてからｔ４で、スイッチ４４４は、さらにイオンを捕捉できる状態にあるイオントラップ内に新しいＲＦ場が確立されるように開かれる。ＤＣ波形６１４を脈動させても、二次巻線４２２はスイッチ４４４により作動された分路を介して短絡されるので、共振周波数で高周波寄生発振は生じない。
【００５５】
ＤＣパルス６１４を使用して、イオントラップから直交する形でイオンを抽出することができる。従来の方法では、イオンは、イオントラップ内のｘおよびｙ軸を定義するために使用される電極４１２、４１４のうちの一つを通じて抽出される。例えば、イオンは、ｘ軸方向で電極４１４の一つを通じて放出することができる。図７ｂは、この抽出に対し生成できるリニアＤＣ場を示しており、その勾配はｘ軸方向に従う。ＲＦは、電極４１２、４１４に印加されるが、図７ａに示されているようなイオントラップの電極間にＤＣ場は存在しない。
【００５６】
トランス４２０の動作で現れる電圧および電流を考慮すると、スイッチ４４４は、単極高電圧スイッチに対応する。ダイオード４３８および４４０は、低キャパシタンスを持つように選択される（典型的には、数ｐＦ）。したがって、これは、電極４１２、４１４の間のキャパシタンスにより支配される共振回路に現れる全キャパシタンスに対し最小の効果しかもたらさない。ダイオード４３８および４４０は、個別ダイオードであるか、または状況に応じて適切な電流および電圧定格を持つ一連のダイオードを代わりに使用することも可能である。さらに、スイッチ４４４は、単一スイッチングデバイスとすることができるが、ＭＯＳＦＥＴまたはバイポーラトランジスタまたはサイリスタなどの一連の半導体デバイスにより形成することも可能であろう。マルチトランジスタスイッチの実施例は、以下の実施形態において例示される。
【００５７】
図４の電源４１０は、本発明の範囲から逸脱することなく簡素化することができる。二つのこのような実施例は、図８ａおよび８ｂに示されている。この説明で示されている実施形態は、多くの共通要素を含んでいるので、図番を反映する数字が先頭に付いている特定の特徴に番号が割り当てられる番号付け規則に従う。したがって、図４の電源４１０は、図８の電源８１０となる。
【００５８】
図８ａは、整流器８３８を使用する本発明の単純な実施形態を示している。ＲＦ電位を四重極イオントラップの電極８１２に供給する電源８１０が示されている。ＲＦ増幅器８１６は、ＲＦ信号をＲＦ同調共振トランス８１０の巻線に供給する。中心タップ８２８から離れた位置にあるトランス８２０の末端８２２は、四重極イオントラップの電極８１２に接続されている。トランジスタベースのＲＦオフスイッチ８４４は、ダイオード８３８を介して接合部８２２に接続されている。この回路により、コイルは半波についてのみ短絡されるが、電力損失は、特にＲＦ増幅器８１６のパワーダウンに伴う場合、十分に大きく、ＲＦ振幅を急激に低減する可能性がある。
【００５９】
図８ｂは、一対のスイッチ８４４を使用する本発明の単純な実施形態を示している。ＲＦ電位を四重極イオントラップのリング電極８１２に供給する電源８１０が示されている。ＲＦ増幅器８１６は、ＲＦ信号をＲＦ同調共振トランス８２０の巻線に供給する。タップ８２８から離れた位置にあるトランス８２０の末端８２２は、四重極イオントラップの電極８１２に接続されている。逆に接続された一対のトランジスタベースのＲＦオフスイッチ８４４は、ＲＦコイル８２４間にブリッジを形成する。この回路は、ダイオードを追加せずにコイルを分路する（スイッチ８４４に示されているダイオードは、寄生ダイオードであるためであり、これは、よく使われるタイプの半導体スイッチに固有のことである）。
【００６０】
図９は、スイッチ９４４が開いて分路が取り除かれるとイオントラップ内のＲＦ場をより高速に再確立することを確実にする本発明の第４の形態による電源９１０を示している。図９は、図４の特徴の多くを共有する。そのため、上述のように、類似の参照番号が使用され、単に先頭の４が９で置き換えられ、例えば、スイッチ４４４はスイッチ９４４になる。
【００６１】
図６から分かるように、スイッチ９４４を開くと生じる電圧波形６１２は、前の電圧波形６１０の振幅に到達するように増大する減衰された振幅を持つ。この復帰時間は、実際には、複数のパラメータ、例えば、とりわけ、ＲＦ増幅器９１６の電力およびスイッチ９４４の内部キャパシタンスに依存する。この問題は、スイッチ９４４を中心タップ９２８に接続する分路９４２から引かれている他の電気的経路９６０を含めることにより解消することができ、電気的経路９６０は、さらに、ここで半導体スイッチ９６４と９６６の対を含むスイッチ９４４に伸びている。分路９４２は、半導体スイッチ９６６に伸びており、電気的経路９６０は、半導体スイッチ９６４に伸びている。ダイオード９３８と９４０の出力側の接合部９３６は、半導体スイッチ９６４および９６６の両方に接続され、スイッチ９６４と９６６は二つの戻り経路を制御する。電気的経路９６０は、バッファキャパシタンス９６２を持ち、これにより、スイッチ９４４を開いたときにイオントラップ内のＲＦ場をより高速に復帰させることが確実になる。
【００６２】
図１０は、本発明の第５の実施形態による電源１０１０を示す。図４、８、および９に関して、多くの特徴が共有されており、したがって、再び説明しない。同じ番号付け規則も、採用され、今度は先頭の４が１０で置き換えられている。
【００６３】
図１０のトランス１０２０は、第１の対の対称的接続巻線１０２４および１０２６、ならびに第２の対の対称的接続巻線１０７０および１０７２を持つマルチフィラー二次巻線１０２２を備え、第１および第２の対は、互いに接続されていない。二次巻線の第１の対と第２の対は両方とも、互いに並んで隣接する形で配列され、それにより、一次巻線１０１８を通るＲＦ信号は、両方の対の二次巻線内にＲＦ信号を誘導する。二次巻線１０２４および１０２６の第１の対は、図９に示されているのとまったく同じ方法で全波整流器１０３０に接続されている。つまり、全波整流器１０３０は、バッファキャパシタンス１０６２を含み、二つの半導体スイッチ１０６４および１０６６を含むスイッチ１０４４に接続されている。しかし、この配列は、このマルチフィラートランス設計では採用する必要はなく、その代わりに、図４の単一の半導体スイッチ４４４を採用することができる。
【００６４】
二次巻線１０７０および１０７２の第２の対は、図４および図９に類似の方法で電極１０１２および１０１４に接続される、つまり、二次巻線１０７０および１０７２の中心タップ１０７４から離れた位置にある二次巻線１０７０および１０７２の末端は、それぞれ、電極１０１２および１０１４に接続されている。
【００６５】
ＤＣオフセット１０５８は、二次巻線１０７０および１０７２の第２の対の中心タップ１０７４に接続されている。さらに、ＤＣオフセット１０５８は、この実施形態のより複雑な設計を組み込んでいるが、図４または図９に似たより単純なＤＣオフセット電源を使用することが可能である。ＤＣオフセット電源１０５８は、プラスとマイナスのＤＣオフセットをそれぞれ供給する二つの別々のオフセット１０７６、１０７８を備える。これらのオフセット１０７６または１０７８のいずれかを、一対のトランジスタスイッチ１０８０および１０８２を使用して選択することができ、それにより、プラスまたはマイナスのＤＣオフセットのいずれかをイオントラップ内に形成される場に接続することを簡単に選択できる。
【００６６】
図１１ａは、本発明の第６の実施形態による電源を示す。この実施形態は、図１１ａにも示されている、ｘ軸方向でイオントラップ内に蓄積されたイオンの直交する抽出を行わせるための配列をさらに詳しく示している。抽出を容易にするために、１１８８に示されているように電極１１１４’にスロットが用意されている。電極１１１４’内のスロット１１８８の類似の抽出配列を、他の実施形態のどれでも使用することができる。図９と同様に、図１１ａの実施形態では、マルチフィラー二次巻線１１２２を使用しており、今度は、三対の対称的二次巻線を含む。第１の対の対称的巻線１１２４および１１２６は、全波整流器１１３０に接続されている。前のように、図４の基本スイッチ回路を使用するか、または図１１ａに示されているように、バッファキャパシタンス１１６２を含むより複雑なスイッチ１１４４を代わりに使用することができる。
【００６７】
図１１ａの実施形態では、４本の電極はそれぞれ、別々に取り扱われる。したがって、これからは、１１１２と１１１２’、および１１１４と１１１４’とラベル付けされる。第２の対の二次巻線の第１の二次巻線１１８４は、電極１１１２に給電するが、電極１１１２’は、第３の対の二次巻線の第１の巻線１１７０により給電を受ける。電極１１１４は、二次巻線の第２の対の第２の巻線１１８６により給電を受けるが、電極１１１４’は、二次巻線の第３の対の第２の巻線１１７２により給電を受ける。図１１ａから分かるように、二次巻線の第１、第２、および第３の対の第１の巻線はすべて、第１の対の巻線の中心タップ１１２８で一緒に接続される。しかし、第１の対の第２の巻線１１２６だけが、さらに、中心タップ１１２８にも接続される。中心タップ１１２８に近い二次巻線の第２および第３の対の巻線１１７２および１１８６のうちの第１の巻線の末端は、代わりに、ＤＣオフセット電源に接続される。
【００６８】
図１０の場合のように、二つのトランジスタ１１８０および１１８２を備えるＤＣオフセットスイッチ１１５８を通じて選択可能なプラスおよびマイナスのオフセットは、１１７６、１１７８から設定することができる。しかし、これらのＤＣオフセット電圧を直接二次巻線１１２２に供給するのではなく、他の高電圧電源スイッチ１１９０および１１９２に通す。好ましくは内部抵抗の低いこれらのスイッチ１１９０および１１９２は、ＤＣオフセットが直接二次巻線１１２２に送られるように設定することができる。しかし、他の構成では、これらのスイッチは、独立のＨＶオフセットを二つの二次巻線１１７２および１１８６に印加することができるように設定できる。プッシュＨＶ供給電圧１１９４は、二次巻線１１８６上で設定することができるプッシュスイッチ１１９０を通じて大きなプラス電圧を供給し、それにより、大きなプラス電位を電極１１１４に印加する。この大きなプラス電位は、イオントラップ内に蓄積されているイオンを、対向する電極１１１４’に用意されたアパーチャ１１８８に向けて反発する。対応するプルＨＶ供給電圧１１９６は、プルスイッチ１１９２を通じて、二次巻線１１７２上に、大きなマイナス電位を供給し、それにより、大きなマイナス電位を電極１１１４’上に印加し、これにより、イオンをそのアパーチャ１１８８の方に引きつける。したがって、この配列では、小ＤＣオフセットを電極１１１２、１１１２’、１１１４、１１１４’に印加することでき、これらは、例えば、イオントラップ内にイオンを捕捉するためのポテンシャル井戸を実現することができる。この電位は、例えば、ＲＦ電位を電極１１１２、１１１２’、１１１４、１１１４’に供給するのと同時に供給することすらできる。スイッチ１１４４を使用してＲＦ電位がスイッチオフされた場合、プッシュＨＶ供給電圧１１９４およびプルＨＶ供給電圧１１９６を電極１１１４および１１１４’にそれぞれ印加することにより、イオンをイオントラップから直交する方向に放出することができる。
【００６９】
もちろん、図１１ａの回路は、例えば、トランス１１２０の上半分において二つの二次巻線１１２２のみを使用し、両方の電極１１１２および１１１２’が単一巻線１１７０または１１８４から給電を受けるようにすることにより、適合させることができる。
【００７０】
また、イオントラップから直交する方向に、ただし、任意の半径方向に、イオンを放出できるように、この考え方を拡張することができる。これは、それぞれの電極１１１２、１１１２’、１１１４、１１１４’を別々に制御できることで、可能である。さらに、プッシュ／プルＤＣオフセットを電極１１１２、１１１２’に供給し、それにより、放出の方向を制御するように、それぞれの電極１１１２、１１１２’、１１１４、１１１４’上でＤＣ電位を独立に設定することができる。ＤＣオフセットを適当に選択することで、電極１１１２、１１１２’、１１１４、１１１４’の間のギャップを通して、電極１１１４’に設けられているアパーチャ１１８８を通して、または他の電極１１１２、１１１２’、１１１４に設けられた対応するアパーチャを通してイオンを放出することができる。このような配列の応用例として、複数の分析器または他の処理へ複数回の放出を行うものが考えられる。例えば、第１の放出で、捕捉されたイオンの一部を第１の経路にそって質量分析器に送り、その一方で、第２の放出で、捕捉されたイオンの一部を第２の経路にそって第２の分析器または反応セルに送ることができる。
【００７１】
図１１ｂは、空間と時間の両方において、多数のイオンを圧縮するために応用された図１１ａの実施形態を示している。イオン源１２００で発生したイオンは、米国特許第５，４２０，４２５の図２によるリニアトラップ１２０１から、透過光学系（例えば、ＲＦ多極もしくは静電レンズまたは衝突セル）を通り、米国特許第５，４２０，４２５号の図３の幾何学的形状に従う本質的に双曲面形状の電極１１１２、１１１４を持つ湾曲した捕捉装置１２０３内に導入される。イオンは、このトラップ１２０３内で槽ガスと衝突してエネルギーを失い、その軸１２０５にそって捕捉される。湾曲したトラップ１２０３の入口１２０２および末端１２０６アパーチャの電圧は、軸１２０５にそってポテンシャル井戸もたらすように高められる。これらの電圧は、後で高くすることで、この軸１２０５にそってイオンをより短いスレッド内に押し込むことができる。ＲＦは、スイッチオフされ、抽出ＤＣ電圧は、電極１１１２、１１１４に印加される間、アパーチャ１２０２、１２０６上のこれらの電圧は、ずっと変化しない。すべての双曲型電極のＤＣオフセットは、脈動しつつ高電圧にされるため、直交抽出時に結果として得られる電位分布は、アパーチャ１２０２、１２０６に向かうイオンビームの発散に有利に作用する。しかしながら、抽出はかなり速く行われるため、この発散は、最小に保たれる。トラップ１２０３およびその後のイオンオプティクス（ｉｏｎ ｏｐｔｉｃｓ）１２０７の初期曲率のせいで、イオンビームは、ＷＯ０２／０７８０４６の図６で説明されている方法に類似した方法で、好ましくはＯｒｂｉｔｒａｐ型の質量分析器１２０８への入口に収束する。
【００７２】
同じ質量対電荷比のイオンの時間的集束を改善するために、ＲＦのスイッチオフと抽出ＤＣ電圧の脈動との間に遅延を導入することも可能である。これにより、速度のより大きなイオンほど、軸１２０５から離れて行き、イオン座標と速度との間の相関が得られる。Ｗ．Ｃ．ワイリー、Ｌ．Ｈ．マクラーレン、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．２６（１９５５）１１５０で示されているように、適切な遅延を選択することにより、分析器１２０８の入口における焦点面でのイオンビームの時間幅が短縮する。Ｏｒｂｉｔｒａｐ質量分析器では、これにより、イオンのコヒーレンスが改善されるが、ＴＯＦＭＳでは、分解能が直接改善される。
【００７３】
ＲＦ二次巻線１１２０上のＤＣ電圧の高速脈動により、すべてのイオンは、所望のエネルギーに高められる（「エネルギーリフト」）。立ち上がり時間がトラップ１２０３からのイオン抽出の持続時間よりもかなり小さい場合、同じｍ／ｚ比を持つすべてのイオンは、ほぼ同じ電圧により加速される。しかし、Ｏｒｂｉｔｒａｐ質量分析器１２０８への注入の場合、ｍ／ｚ値のより低いイオンは、より低いエネルギーでＯｒｂｉｔｒａｐ分析器１２０８内に入るが（捕捉電圧はそれでも低いので）、ｍ／ｚ値のより高いイオンは、より高いエネルギーで分析器１２０８内に入る。これは、ＤＣ電圧の上昇率を下げることにより、例えば、スイッチ１１５８と対応するＲＦ二次巻線１１２０との間に抵抗器を入れることにより、実現することが可能である。次いで、この抵抗器と、ＤＣ電圧の立ち上がり時間定数を決定する二次巻線１１２０のキャパシタンス（必要ならば、追加のキャパシタンスが、使用可能である）によりＲＣ鎖が形成される。これは、Ｏｒｂｉｔｒａｐ分析器１２０８の中心電極の傾斜との一致が最適になるように同調することが可能である。さらに、これらの時定数は、質量依存集束条件を与えてＲＦ場の質量依存効果を補正するために、異なる可能性がある。
【００７４】
図１１ｃは、本発明の他の実施形態を示す。図１１ｃの質量分析計は、Ｏｒｂｉｔｒａｐ質量分析器１２０８が飛行時間型（ＴＯＦ）分析器１２０９で置き換えられていることを除き、図１１ｂの分析計に大部分対応している。したがって、トラップ１２０３から出るイオンは、イオンオプティクス１２０７により集束され、イオンオプティクス１２１０によりビームに形成され、イオン鏡１２１１により反射され、検出素子１２１２により測定される。ＴＯＦ検出器１２０９は、どのような設計のものでもよい。
【００７５】
当業者であれば容易に理解するように、上述の実施形態は、単なる実施例にすぎず、本発明の範囲から逸脱することなく、容易に変更できる。
【００７６】
例えば、図４、８、９、１０、および１１に示されている様々な実施形態の特徴のいくつかは、入れ換えて使用することができる。例えば、バッファキャパシタンス６２は、オプションであり、これらの図に示されている実施形態のどれについても含めるか、除外することができる。さらに、様々なＤＣオフセット配列を使用することができる。それに加えて、二次巻線２２に対する単一フィラー巻線の間の選択は、状況に応じて、図１０のバイフィラー配列と図１１のトリフィラー配列の選択、または加えていうと、他のマルチフィラー構成の選択により、変更することができる。
【００７７】
スイッチ４４４、８４４、９４４、１０４４、１０５８、１１４４、１１５８は、上記の実施形態では単極として説明されているが、双極スイッチを使用することができる。これにより、電源４１０、８１０、９１０、１０１０、１１１０をプラスとマイナスの両方のイオンで動作させることができる。
【００７８】
付属の図面は、単一ダイオード４３８、４４０、８３８、９３８、９４０、１０３８、１０４０、１１３８、１１４０を示している。しかし、これらの整流ダイオードは、複数のダイオードからなるグループとして実現することができる。
【００７９】
単一の一次巻線が図に示されているが、これは、反対に巻かれている二つの一次巻線を使用することにより二重ＲＦ出力を発生するように変更できる。
【００８０】
他の変形は、直線または湾曲したリニアトラップの軸にそったイオンの脈動発生、イオンのＡＣ励起をもたらす追加の要素と上記の回路との組合せ、などを含むことができる。質量分析器は、ＦＴ ＩＣＲ、Ｏｒｂｉｔｒａｐ、ＴＯＦＭＳ、他のトラップを含む、パルス型でよいが、さらに、イオンを、ＲＦ場を持つか、または持たない、衝突セル、または他の透過もしくは反射イオンオプティクスに送ることが可能である。一般、ＲＦ場によるイオン操作を行える装置にとって、本発明は有益である。ＲＦのオフ、オンの脈動も、例えば、衝突誘起解離が望ましい場合に、イオンの励起に使用することが可能である。
【００８１】
上記の回路は、当業者であれば理解するように、図２に示されているようなマルチセクション電極を利用できるように変更できる。これは、電極の前、中心、および後のセクションのそれぞれに対し別々の電源を用意することを含むことができるか、または単に、中心セクションとは反対に、異なるＤＣオフセットを前および後セクションに加えることができる配列を含むことができる。
【００８２】
本発明には、上述の単なる四重極イオントラップを超える応用例がある。当業者であれば、本発明は、当業で周知の八重極トラップなどの、任意の個数の電極を持つイオントラップ上で実施できることを容易に理解するであろう。
【００８３】
理解されるように、ＡＣ信号を電極に供給することは、上の実施形態では説明されていないが、このような供給の組み込みは、当業者にとっては簡単であろう。
【００８４】
上の説明では、トラップからイオンを放出するのに先立ってＲＦ場を高速に崩壊させるために分路を主に使用することを取りあげているが、イオントラップ内に場を高速に生成することにもメリットがある。一実施例は、イオントラップにおけるイオンの捕捉である。分路は、イオンがトラップに到来しているときにトランスを短絡し、ＲＦをスイッチオフするように動作させることができる。イオンは、トラップの中心軸に向けて、電極内のアパーチャ（アパーチャ１１８８など）に通して、または電極間に、注入することができる。ＤＣ電圧を電極にかけて、イオンの透過および軸への集束を有利に進めることができる。好ましくは、イオンは、軸に向かって移動するときに著しく減速される。注目しているイオンが軸に達すると、脈動するＤＣ電圧がイオンの捕獲に有利に働き（例えば、すべてのＤＣ電圧が均一にされる）、分路は、ＲＦ場をオンに素早く戻すのに使用される。そのため、注目するイオンは、ＲＦ場により捕獲される。
【００８５】
場の高速スイッチングの他の用途は、イオントラップへの電子注入の間である。イオンは、イオントラップに蓄積することができ、低速の電子が導入され、電子捕獲解離（ＥＣＤ）が生じる。ＲＦ場は、注入された電子を不安定にし、その結果、電子がトラップから失われるため、望ましくない。そのため、分路を使用して、ＲＦ場を殺すことができ、次いで、電子の短いバーストを導入して、トラップ内のイオンと反応させ、次いで、分路を使用して、ＲＦ場を再確立し、断片を捕捉することができる。ＲＦ場は、数サイクルの間のみ崩壊するのが理想的であり、これは、ＥＣＤにとっては時間は十分であるが、断片がトラップから漂い出すイオンについては十分に長くはない。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】質量分析計を表すブロック図である。
【図２ａ】リニア四重極イオントラップを示す図である。
【図２ｂ】イオントラップを動作させるために使用されるＤＣ、ＡＣ、およびＲＦ電圧を示す図である。
【図２ｃ】イオントラップを動作させるために使用されるＤＣ、ＡＣ、およびＲＦ電圧を示す図である。
【図２ｄ】イオントラップを動作させるために使用されるＤＣ、ＡＣ、およびＲＦ電圧を示す図である。
【図３】ＲＦおよびＡＣ電圧をイオントラップの電極に印加する回路を示す概略図である。
【図４】ＲＦおよびＤＣ電位をイオントラップの電極に供給する本発明の第１の実施形態による電源を示す図である。
【図５ａ】図４の電源の全波整流器の周りを流れる電流を示す図である。
【図５ｂ】図４の電源の全波整流器の周りを流れる電流を示す図である。
【図６】図４の電源のトランスの二次巻線中の現在の電圧波形を示す図である。
【図７ａ】図４の電極に印加されるＤＣ電位を示す図である。
【図７ｂ】図４の電極に印加されるＤＣ電位を示す図である。
【図８ａ】図４に対応しているが、本発明の第２の実施形態および第３の実施形態を示す図である。
【図８ｂ】図４に対応しているが、本発明の第２の実施形態および第３の実施形態を示す図である。
【図９】図４に対応するが、本発明の第４の実施形態を示す図である。
【図１０】図４に対応するが、本発明の第５の実施形態を示す図である。
【図１１ａ】図４に対応するが、本発明の第６の実施形態を示す図である。
【図１１ｂ】Ｏｒｂｉｔｒａｐ質量分析器の背景状況において図１１ａの電源を示す図である。
【図１１ｃ】飛行時間型分析器の背景状況において図１１ａの電源を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
４１０ 電源、４１２，４１４ 電極、４１６ ＲＦ増幅器、４２０ ＲＦ同調共振トランス、４１８ 一次巻線、４２０ トランス、４２２，４２４，４２６ 二次巻線、４２８ 中心タップ、４３０ 全波整流器回路、４３２，４３４ 電気的経路、４３６ 接合部、４３８，４４０ ダイオード、４４２ 電気的経路、４４４ ＲＦ−オフスイッチ、４４５ トリガ信号、４５８ ＤＣオフセット電源、６１０，６１２ 電圧波形、６１４ ＤＣパルス、８１０ 電源、８１２ 四重極イオントラップの電極、８１６ ＲＦ増幅器、８２０ トランス、８２２ 接合部、８２４ ＲＦコイル、８２８ タップ、８３８ 整流器、８４４ ＲＦオフスイッチ、９１０ 電源、９１６ ＲＦ増幅器、９２８ 中心タップ、９３８，９４０ ダイオード、９４４ スイッチ、９６０ 電気的経路、９６２ バッファキャパシタンス、９６４，９６６ 半導体スイッチ、１０１０ 電源、１０１２，１０１４ 電極、１０１８ 一次巻線、１０２０ トランス、 １０２４，１０２６，１０７０，１０７２，１０２２ 二次巻線、１０３０ 全波整流器、１０４４ スイッチ、１０５８ ＤＣオフセット、１０６２ バッファキャパシタンス、１０６４，１０６６ 半導体スイッチ、１０７４ 中心タップ、１０７６，１０７８ オフセット、１０８０，１０８２ トランジスタスイッチ、１１１２，１１１２’，１１１４１，１１１４’電極、１１２２ マルチフィラー二次巻線、１１２４，１１２６ 対称的巻線、１１２８ 中心タップ、１１３０ 全波整流器、１１４４ スイッチ、１１５８ ＤＣオフセットスイッチ、１１６２ バッファキャパシタンス、１１７０ 第１の巻線、１１７２ 第２の巻線、１１８０，１１８２トランジスタ、１１８４ 二次巻線、１１８６ 第２の巻線、１１８８ スロット、１１９０，１１９２ 高電圧電源スイッチ、１１９４ プッシュＨＶ供給電圧、１１９６ プルＨＶ供給電圧、１２００ イオン源、１２０１ リニアトラップ、１２０２ 入口、１２０３ 捕捉装置、１２０５ 軸、１２０６ 末端、１２０８ Ｏｒｂｉｔｒａｐ型の質量分析器、１２０９ ＴＯＦ検出器、１２１１ イオン鏡、１２１２ 検出素子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分析計高周波電源であって、
高周波信号供給源と、
少なくとも一つの巻線を含み、前記高周波信号供給源により供給される信号を受信し、出力高周波信号を供給し、前記質量分析計のイオン蓄積装置の電極に供給するように配列されているコイルと、
スイッチを備え、第１の開いている位置と第２の閉じられている位置とを切り替えるように動作し、前記コイル出力を短絡する、分路とを備えることを特徴とする質量分析計高周波電源。
【請求項２】
請求項１に記載の電源であって、さらに、前記高周波信号供給源に接続された一次巻線と二次巻線とを持つ変換器を備え、前記二次巻線は、請求項１に記載の前記コイルに対応することを特徴とする電源。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電源であって、さらに、前記コイル出力間に入れられた全波整流器を備え、前記スイッチは、前記コイル出力を前記全波整流器の出力点に連結する電気的経路上に配置されていることを特徴とする電源。
【請求項４】
請求項３に記載の電源であって、前記二次巻線は、実質的に中心にあるタップを備え、前記スイッチは、前記中心タップと前記全波整流器の前記出力点との間に渡される前記電気的経路上に配置されることを特徴とする電源。
【請求項５】
請求項３または４に記載の電源であって、前記全波整流器は、ダイオードを備えることを特徴とする電源。
【請求項６】
請求項５に記載の電源であって、前記全波整流器は、一対のダイオードを備え、一方は順方向構成で前記二次巻線のそれぞれの端に電気的に接続され、両方とも前記出力点において前記スイッチを含む前記電気的経路に電気的に接続され、前記電気的経路は、それにより、前記全波整流器の戻り電流経路をもたらすことを特徴とする電源。
【請求項７】
請求項３から６のいずれか１項に記載の電源であって、前記整流器は、トランジスタまたはサイリスタを備えることを特徴とする電源。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電源であって、前記スイッチは、単極高電圧スイッチであることを特徴とする電源。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電源であって、さらに前記スイッチに接続されたバッファキャパシタンスを含むことを特徴とする電源。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の電源であって、前記トランスは、高周波同調共振トランスであることを特徴とする電源。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電源であって、さらに前記二次巻線に接続されたＤＣ電源を含むことを特徴とする電源。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電源であって、前記二次巻線は、実質的に中心にあるタップを備え、ＤＣ電源は、前記中心タップに接続されることを特徴とする電源。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電源であって、前記二次巻線は、マルチフィラー巻線を含むことを特徴とする電源。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電源であって、前記マルチフィラー巻線は、互いに隣接して配置され、密結合を形成し、前記分路は、すべてのフィラー巻線に接続されないことを特徴とする電源。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電源であって、前記分路は、前記フィラー巻線のうちの一つにのみ接続されることを特徴とする電源。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の電源であって、前記高周波信号供給源は、高周波増幅器を備えることを特徴とする電源。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の電源であって、前記トランスの前記一次巻線は、反対の方向の二つの巻線を含むことを特徴とする電源。
【請求項１８】
イオン源、イオン蓄積装置、質量分析器、および前記請求項のいずれか一項に記載の前記電源を備える質量分析計であって、
前記イオン蓄積装置は、前記イオン源からイオンを受け取るように構成され、中にイオンを蓄積し、イオンを前記質量分析器に放出する動作が可能な電極を備え、
前記質量分析器は、前記イオン蓄積装置により放出されたイオンから質量スペクトルを集める動作が可能であることを特徴とする質量分析計。
【請求項１９】
請求項１８に記載の質量分析計であって、前記質量分析器は、静電気のみ捕捉型、飛行時間型、イオンサイクロトロン共振セル型、またはイオントラップ型であることを特徴とする質量分析計。
【請求項２０】
請求項１８または１９に記載の質量分析計であって、前記イオン蓄積装置は、湾曲した長手方向軸を持つ湾曲したイオントラップであることを特徴とする質量分析計。
【請求項２１】
請求項２０に記載の質量分析計であって、前記電極は、双曲面形状の表面を持つことを特徴とする質量分析計。
【請求項２２】
請求項１８に記載の質量分析計であって、第１および第２の質量分析器を備え、前記第１の質量分析器は、前記イオン源からイオンを受け取り、その質量対電荷比に従って前記イオンを処理するように構成され、前記イオン蓄積装置は、前記第１の質量分析器からイオンを受け取り、イオンを前記第２の質量分析器に放出し、前記第２の質量分析器は、前記イオン蓄積装置から放出されたイオンから質量スペクトルを集める動作が可能であることを特徴とする質量分析計。
【請求項２３】
請求項２２に記載の質量分析計であって、前記第１の質量分析器は、透過モードで動作するように構成されることを特徴とする質量分析計。
【請求項２４】
請求項２２または２３に記載の質量分析計であって、前記第１の質量分析器は、四重極イオントラップまたは扇形磁場型イオントラップであることを特徴とする質量分析計。
【請求項２５】
請求項２２から２４のいずれか１項に記載の質量分析計であって、前記第２の質量分析器は、静電気のみトラップ、飛行時間型検出器、イオンサイクロトロン共振セルまたはイオントラップであることを特徴とする質量分析計。
【請求項２６】
質量分析計イオン蓄積装置を動作させる方法であって、
高周波信号を、イオン蓄積装置の電極に接続されている少なくとも一つの巻線を含むコイルに供給し、それにより、前記イオン蓄積装置内に高周波封じ込め場を形成し、ある一つの範囲または複数の範囲の質量電荷比を持つイオンを封じ込めること、および
スイッチを動作させ、それにより、前記コイル間に置かれた分路を接続し、それにより、前記コイルを短絡し、前記高周波封じ込め場をスイッチオフすること、または
スイッチを動作させ、それにより、前記分路の接続を断ち、前記高周波封じ込め場をスイッチオンすることを含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法であって、前記コイルは、前記質量分析計のトランスの二次巻線であり、前記高周波信号を前記コイルに渡すことは、先立つ高周波信号を前記トランスの一次巻線に通し、それにより、前記高周波信号を前記二次巻線間に出現させることを含むことを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２６または２７に記載の方法であって、さらに、前記分路が前記高周波信号の位相と同期して接続または切断されるように前記スイッチを動作させることを含むことを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の方法であって、前記高周波信号は、実質的に、その平均値を通過するときに前記スイッチを動作させることを含むことを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２６から２９のいずれか１項に記載の方法であって、さらに、前記分路が前記二次巻線間に接続されているときに前記一次巻線を通る前記高周波信号を停止することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２６から２９のいずれか１項に記載の方法であって、さらにＤＣオフセットを前記二次巻線に印加することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法であって、前記ＤＣオフセットを立ち上がり時間の短いＤＣ信号として印加することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項３１に記載の方法であって、時間依存ＤＣオフセットを印加することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項３１から３３のいずれか１項に記載の方法であって、前記スイッチを動作させて前記分路を接続し、前記高周波封じ込め場をスイッチオフすることと、遅延の後に限り、前記ＤＣオフセットを前記電極に印加することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項３１から３４のいずれか１項に記載の方法であって、前記二次巻線への接続を介して前記ＤＣオフセットを印加することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の方法であって、前記ＤＣオフセットを前記二次巻線の中心タップに印加することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項３１から３６のいずれか１項に記載の方法であって、ＤＣオフセットを印加し、それにより前記イオン蓄積装置内にイオンを捕捉することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項３１から３７のいずれか１項に記載の方法であって、ＤＣオフセットを印加し、それにより前記イオン蓄積装置からイオンを放出することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項２６から３８のいずれか１項に記載の方法であって、
前記スイッチを動作させて、前記高周波封じ込め場をスイッチオフすることと、
イオンを前記イオン蓄積装置内に導入することと、
前記スイッチを動作させて、前記高周波封じ込め場をスイッチオンし、それにより、前記イオン蓄積装置内にイオンを捕捉することを含むことを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項２６から３９のいずれか１項に記載の方法であって、前記高周波封じ込め場は、スイッチオンされて、前記イオン蓄積装置内にイオンを捕捉することと、
前記スイッチを動作させて前記高周波封じ込め場をスイッチオフし、短い遅延の後、前記スイッチを動作させて前記高周波封じ込め場をスイッチオンすることと、前記短い遅延の間に、電子を前記イオン蓄積装置内に導入することとを含むことを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項２６から３０のいずれか１項に記載の方法であって、前記イオン蓄積装置は、前記高周波封じ込め場により捕捉されたイオンを封じ込めることと、
前記スイッチを動作させて、前記高周波封じ込め場をスイッチオフすることと、
ＤＣオフセットを選択的に前記電極に印加し、それにより、所望の方向に前記イオン蓄積装置に捕捉されたイオンを放出させることを含むことを特徴とする方法。
【請求項４２】
質量分析計から質量スペクトルを集める方法であって、
イオン源を動作させてイオンを発生させることと、
前記イオン源により発生したイオンをイオン蓄積装置内に導入することと、
請求項２６から４１のいずれか１項に記載の方法により前記イオン蓄積装置を動作させて、それにより、前記蓄積装置内にイオンを封じ込め、イオンを質量分析器に放出することと、
前記質量分析器を動作させて、前記イオン蓄積装置により放出されたイオンから質量スペクトルを集めることを含むことを特徴とする方法。
【請求項４３】
質量分析計から質量スペクトルを集める方法であって、
イオン源を動作させてイオンを発生させることと、
前記イオン源により発生するイオンを、中心の湾曲した長手方向軸を形成する形状の細長い電極を持つイオントラップに導入することと、
請求項２６から４１のいずれか１項に記載の方法により前記イオントラップを動作させて、それにより、イオンを捕捉し、イオン経路が質量分析器の入口に収束するように前記長手方向軸に実質的に直交する前記経路上でイオンを放出することと、
前記質量分析器を動作させて、前記イオントラップから放出されたイオンから質量スペクトルを集めることを含むことを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項４３に記載の方法であって、前記質量分析器は、静電気のみ捕捉型質量分析器であることを特徴とする方法。
【請求項４５】
請求項２６から４１のいずれか１項に記載の方法により、コンピュータに読み込まれたときに、イオン蓄積装置を前記コンピュータに制御させるプログラム命令を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項４６】
請求項２５から４１のいずれが一項に記載の方法により、イオン蓄積装置を制御するようにプログラムされることを特徴とする制御装置。
【請求項４７】
図４から１１のいずれかを参照しつつ本明細書で実質的に説明されているような質量分析計高周波電源であることを特徴とする質量分析計高周波電源。
【請求項４８】
図４から１１のいずれかを参照しつつ本明細書で実質的に説明されているような質量分析計であることを特徴とする質量分析計。
【請求項４９】
図４から１１のいずれかを参照しつつ本明細書で実質的に説明されているような質量分析計イオン蓄積装置を動作させることを特徴とする方法。
【請求項５０】
図４から１１のいずれかを参照しつつ本明細書で実質的に説明されているような質量分析計から質量スペクトルを集めることを特徴とする方法。
【請求項５１】
図４から１１のいずれかを参照しつつ本明細書で実質的に説明されているようなコンピュータプログラムであることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項５２】
図４から１１のいずれかを参照しつつ本明細書で実質的に説明されているような制御装置であることを特徴とする制御装置。
【請求項１】
質量分析計高周波電源であって、
高周波信号供給源と、
少なくとも一つの巻線を含み、前記高周波信号供給源により供給される信号を受信し、出力高周波信号を供給し、前記質量分析計のイオン蓄積装置の電極に供給するように配列されているコイルと、
スイッチを備え、第１の開いている位置と第２の閉じられている位置とを切り替えるように動作し、前記コイル出力を短絡する、分路とを備えることを特徴とする質量分析計高周波電源。
【請求項２】
請求項１に記載の電源であって、さらに、前記高周波信号供給源に接続された一次巻線と二次巻線とを持つ変換器を備え、前記二次巻線は、請求項１に記載の前記コイルに対応することを特徴とする電源。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電源であって、さらに、前記コイル出力間に入れられた全波整流器を備え、前記スイッチは、前記コイル出力を前記全波整流器の出力点に連結する電気的経路上に配置されていることを特徴とする電源。
【請求項４】
請求項３に記載の電源であって、前記二次巻線は、実質的に中心にあるタップを備え、前記スイッチは、前記中心タップと前記全波整流器の前記出力点との間に渡される前記電気的経路上に配置されることを特徴とする電源。
【請求項５】
請求項３または４に記載の電源であって、前記全波整流器は、ダイオードを備えることを特徴とする電源。
【請求項６】
請求項５に記載の電源であって、前記全波整流器は、一対のダイオードを備え、一方は順方向構成で前記二次巻線のそれぞれの端に電気的に接続され、両方とも前記出力点において前記スイッチを含む前記電気的経路に電気的に接続され、前記電気的経路は、それにより、前記全波整流器の戻り電流経路をもたらすことを特徴とする電源。
【請求項７】
請求項３から６のいずれか１項に記載の電源であって、前記整流器は、トランジスタまたはサイリスタを備えることを特徴とする電源。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電源であって、前記スイッチは、単極高電圧スイッチであることを特徴とする電源。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電源であって、さらに前記スイッチに接続されたバッファキャパシタンスを含むことを特徴とする電源。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の電源であって、前記トランスは、高周波同調共振トランスであることを特徴とする電源。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の電源であって、さらに前記二次巻線に接続されたＤＣ電源を含むことを特徴とする電源。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電源であって、前記二次巻線は、実質的に中心にあるタップを備え、ＤＣ電源は、前記中心タップに接続されることを特徴とする電源。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の電源であって、前記二次巻線は、マルチフィラー巻線を含むことを特徴とする電源。
【請求項１４】
請求項１３に記載の電源であって、前記マルチフィラー巻線は、互いに隣接して配置され、密結合を形成し、前記分路は、すべてのフィラー巻線に接続されないことを特徴とする電源。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電源であって、前記分路は、前記フィラー巻線のうちの一つにのみ接続されることを特徴とする電源。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の電源であって、前記高周波信号供給源は、高周波増幅器を備えることを特徴とする電源。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の電源であって、前記トランスの前記一次巻線は、反対の方向の二つの巻線を含むことを特徴とする電源。
【請求項１８】
イオン源、イオン蓄積装置、質量分析器、および前記請求項のいずれか一項に記載の前記電源を備える質量分析計であって、
前記イオン蓄積装置は、前記イオン源からイオンを受け取るように構成され、中にイオンを蓄積し、イオンを前記質量分析器に放出する動作が可能な電極を備え、
前記質量分析器は、前記イオン蓄積装置により放出されたイオンから質量スペクトルを集める動作が可能であることを特徴とする質量分析計。
【請求項１９】
請求項１８に記載の質量分析計であって、前記質量分析器は、静電気のみ捕捉型、飛行時間型、イオンサイクロトロン共振セル型、またはイオントラップ型であることを特徴とする質量分析計。
【請求項２０】
請求項１８または１９に記載の質量分析計であって、前記イオン蓄積装置は、湾曲した長手方向軸を持つ湾曲したイオントラップであることを特徴とする質量分析計。
【請求項２１】
請求項２０に記載の質量分析計であって、前記電極は、双曲面形状の表面を持つことを特徴とする質量分析計。
【請求項２２】
請求項１８に記載の質量分析計であって、第１および第２の質量分析器を備え、前記第１の質量分析器は、前記イオン源からイオンを受け取り、その質量対電荷比に従って前記イオンを処理するように構成され、前記イオン蓄積装置は、前記第１の質量分析器からイオンを受け取り、イオンを前記第２の質量分析器に放出し、前記第２の質量分析器は、前記イオン蓄積装置から放出されたイオンから質量スペクトルを集める動作が可能であることを特徴とする質量分析計。
【請求項２３】
請求項２２に記載の質量分析計であって、前記第１の質量分析器は、透過モードで動作するように構成されることを特徴とする質量分析計。
【請求項２４】
請求項２２または２３に記載の質量分析計であって、前記第１の質量分析器は、四重極イオントラップまたは扇形磁場型イオントラップであることを特徴とする質量分析計。
【請求項２５】
請求項２２から２４のいずれか１項に記載の質量分析計であって、前記第２の質量分析器は、静電気のみトラップ、飛行時間型検出器、イオンサイクロトロン共振セルまたはイオントラップであることを特徴とする質量分析計。
【請求項２６】
質量分析計イオン蓄積装置を動作させる方法であって、
高周波信号を、イオン蓄積装置の電極に接続されている少なくとも一つの巻線を含むコイルに供給し、それにより、前記イオン蓄積装置内に高周波封じ込め場を形成し、ある一つの範囲または複数の範囲の質量電荷比を持つイオンを封じ込めること、および
スイッチを動作させ、それにより、前記コイル間に置かれた分路を接続し、それにより、前記コイルを短絡し、前記高周波封じ込め場をスイッチオフすること、または
スイッチを動作させ、それにより、前記分路の接続を断ち、前記高周波封じ込め場をスイッチオンすることを含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法であって、前記コイルは、前記質量分析計のトランスの二次巻線であり、前記高周波信号を前記コイルに渡すことは、先立つ高周波信号を前記トランスの一次巻線に通し、それにより、前記高周波信号を前記二次巻線間に出現させることを含むことを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２６または２７に記載の方法であって、さらに、前記分路が前記高周波信号の位相と同期して接続または切断されるように前記スイッチを動作させることを含むことを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の方法であって、前記高周波信号は、実質的に、その平均値を通過するときに前記スイッチを動作させることを含むことを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２６から２９のいずれか１項に記載の方法であって、さらに、前記分路が前記二次巻線間に接続されているときに前記一次巻線を通る前記高周波信号を停止することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項２６から２９のいずれか１項に記載の方法であって、さらにＤＣオフセットを前記二次巻線に印加することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法であって、前記ＤＣオフセットを立ち上がり時間の短いＤＣ信号として印加することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項３１に記載の方法であって、時間依存ＤＣオフセットを印加することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項３１から３３のいずれか１項に記載の方法であって、前記スイッチを動作させて前記分路を接続し、前記高周波封じ込め場をスイッチオフすることと、遅延の後に限り、前記ＤＣオフセットを前記電極に印加することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項３１から３４のいずれか１項に記載の方法であって、前記二次巻線への接続を介して前記ＤＣオフセットを印加することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の方法であって、前記ＤＣオフセットを前記二次巻線の中心タップに印加することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項３１から３６のいずれか１項に記載の方法であって、ＤＣオフセットを印加し、それにより前記イオン蓄積装置内にイオンを捕捉することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項３１から３７のいずれか１項に記載の方法であって、ＤＣオフセットを印加し、それにより前記イオン蓄積装置からイオンを放出することを含むことを特徴とする方法。
【請求項３９】
請求項２６から３８のいずれか１項に記載の方法であって、
前記スイッチを動作させて、前記高周波封じ込め場をスイッチオフすることと、
イオンを前記イオン蓄積装置内に導入することと、
前記スイッチを動作させて、前記高周波封じ込め場をスイッチオンし、それにより、前記イオン蓄積装置内にイオンを捕捉することを含むことを特徴とする方法。
【請求項４０】
請求項２６から３９のいずれか１項に記載の方法であって、前記高周波封じ込め場は、スイッチオンされて、前記イオン蓄積装置内にイオンを捕捉することと、
前記スイッチを動作させて前記高周波封じ込め場をスイッチオフし、短い遅延の後、前記スイッチを動作させて前記高周波封じ込め場をスイッチオンすることと、前記短い遅延の間に、電子を前記イオン蓄積装置内に導入することとを含むことを特徴とする方法。
【請求項４１】
請求項２６から３０のいずれか１項に記載の方法であって、前記イオン蓄積装置は、前記高周波封じ込め場により捕捉されたイオンを封じ込めることと、
前記スイッチを動作させて、前記高周波封じ込め場をスイッチオフすることと、
ＤＣオフセットを選択的に前記電極に印加し、それにより、所望の方向に前記イオン蓄積装置に捕捉されたイオンを放出させることを含むことを特徴とする方法。
【請求項４２】
質量分析計から質量スペクトルを集める方法であって、
イオン源を動作させてイオンを発生させることと、
前記イオン源により発生したイオンをイオン蓄積装置内に導入することと、
請求項２６から４１のいずれか１項に記載の方法により前記イオン蓄積装置を動作させて、それにより、前記蓄積装置内にイオンを封じ込め、イオンを質量分析器に放出することと、
前記質量分析器を動作させて、前記イオン蓄積装置により放出されたイオンから質量スペクトルを集めることを含むことを特徴とする方法。
【請求項４３】
質量分析計から質量スペクトルを集める方法であって、
イオン源を動作させてイオンを発生させることと、
前記イオン源により発生するイオンを、中心の湾曲した長手方向軸を形成する形状の細長い電極を持つイオントラップに導入することと、
請求項２６から４１のいずれか１項に記載の方法により前記イオントラップを動作させて、それにより、イオンを捕捉し、イオン経路が質量分析器の入口に収束するように前記長手方向軸に実質的に直交する前記経路上でイオンを放出することと、
前記質量分析器を動作させて、前記イオントラップから放出されたイオンから質量スペクトルを集めることを含むことを特徴とする方法。
【請求項４４】
請求項４３に記載の方法であって、前記質量分析器は、静電気のみ捕捉型質量分析器であることを特徴とする方法。
【請求項４５】
請求項２６から４１のいずれか１項に記載の方法により、コンピュータに読み込まれたときに、イオン蓄積装置を前記コンピュータに制御させるプログラム命令を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項４６】
請求項２５から４１のいずれが一項に記載の方法により、イオン蓄積装置を制御するようにプログラムされることを特徴とする制御装置。
【請求項４７】
図４から１１のいずれかを参照しつつ本明細書で実質的に説明されているような質量分析計高周波電源であることを特徴とする質量分析計高周波電源。
【請求項４８】
図４から１１のいずれかを参照しつつ本明細書で実質的に説明されているような質量分析計であることを特徴とする質量分析計。
【請求項４９】
図４から１１のいずれかを参照しつつ本明細書で実質的に説明されているような質量分析計イオン蓄積装置を動作させることを特徴とする方法。
【請求項５０】
図４から１１のいずれかを参照しつつ本明細書で実質的に説明されているような質量分析計から質量スペクトルを集めることを特徴とする方法。
【請求項５１】
図４から１１のいずれかを参照しつつ本明細書で実質的に説明されているようなコンピュータプログラムであることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項５２】
図４から１１のいずれかを参照しつつ本明細書で実質的に説明されているような制御装置であることを特徴とする制御装置。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１ａ】
【図１１ｂ】
【図１１ｃ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図８ａ】
【図８ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１ａ】
【図１１ｂ】
【図１１ｃ】
【公表番号】特表２００８−５０３８６４（Ｐ２００８−５０３８６４Ａ）
【公表日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５１７４４７（Ｐ２００７−５１７４４７）
【出願日】平成１７年６月２１日（２００５．６．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００５／００２４４４
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１２４８２１
【国際公開日】平成１７年１２月２９日（２００５．１２．２９）
【出願人】（５０１１９２０５９）サーモ フィニガン リミテッド ライアビリティ カンパニー (42)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２１日（２００５．６．２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００５／００２４４４
【国際公開番号】ＷＯ２００５／１２４８２１
【国際公開日】平成１７年１２月２９日（２００５．１２．２９）
【出願人】（５０１１９２０５９）サーモ フィニガン リミテッド ライアビリティ カンパニー (42)
【Ｆターム（参考）】
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