質量分析計
マスク(10)は第1マイクロチャネルプレート(2a)と第2マイクロチャネルプレート(2b)との間に設置される、質量分析計のためのイオン検出器が提供される。マスク(10)は、実質的に同時に2つの集電アノード(5、6)を照射する第2マイクロチャネルプレート(2b)からの二次電子雲を生成するイオン到達イベントを防止する。また、マスク(10)は強度が著しくばらつく電子雲が出射されることを防止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、イオン検出器、質量分析計、イオン検出法および質量分析方法に関する。
【背景技術】
【0002】
個々の電子、イオンまたは光子を検出および記録するための様々に異なる種類の検出器が知られている。1つ以上のマイクロチャネルプレート(「MCP」)にイオンを当て、二次電子を放出および増幅させる特定タイプのイオン検出器が知られている。マイクロチャネルプレートから出射された電子パルスは集電アノードに到達し、高速電子イベントカウンタを使用してカウントされる。このようなイオン検出器は、個々のイオンおよびそれらの到達時間を検出および記録するために質量分析計における飛行時間(「TOP」)質量分析部において一般に使用される。
【0003】
このような公知のイオン検出器の最大カウントレートは、単一の集電アノードを使用するのではなく、それぞれに自身の高速電子イベントカウンタをともなった複数の集電アノードを使用することによって増加させることができることが知られている。複数の集電アノードを使用するイオン検出器は、例えば、飛行時間質量分析部において、その質量分析部のダイナミックレンジを拡大するために使用される。集電アノードは、検出器システムの入力へ到達するイオンによって生成される二次電子パルスの異なる部分またはグループを捕集および記録するように配置される。各集電アノードは、それ自身の独立した増幅器、弁別器および時間−デジタル変換器(TDC)に取り付けられる。
【0004】
公知の電子増倍管検出器システムの入力におけるイオン到達レートがある限度を一旦超えると、2つの集電アノードの大きい方から記録される信号が次第に不正確となる。したがって、イオン到達イベントカウンタはカウントし損ね始める。しかし、二次電子パルスのより小さな部分を検出および記録するように配置された小さい方の集電アノードから記録される信号は、マイクロチャネルプレートの対応する入力領域に到達するすべてのイオンをカウントし続ける。異なる集電アノード上で記録されるイオン到達イベントの部分間の比は既知なので、総イオン到達レートが計算できる。したがって、到達するイオン電流を定量化するためのダイナミックレンジを拡大できる。
【0005】
飛行時間質量分析計において、イオンをカウントし損ねると、固有の質量電荷比を有するイオンについて記録したイオン到達分布にずれが生じる。このため、測定されるイオンの平均到達時間がずれ、その結果、質量電荷比の決定する際に誤差が生じる。イオン検出器のダイナミックレンジを増加すると、イオン信号の定量化および対応するイオンの質量電荷比の決定の両方の精度が向上し得る。
【0006】
集電アノードの1つに到達する二次電子パルスの数を減衰させるマスクを用いることによってイオンカウント検出器のダイナミックレンジを向上させることが考えられる。マスクを最後尾のマイクロチャネルプレートの下流に配置して、二次電子の一部が集電アノードの1つに当たることを防止するか、またはマスクを先頭のマイクロチャネルプレートの上流に配置してそのマイクロチャネルプレートに当たるイオンの強度を低減することが考えられる。いずれにせよ、2つの集電アノードは、マイクロチャネルプレートから出射された二次電子パルスの異なる部分を捕集するように配置される。
【0007】
これらの考えられる構成は、イオンが到達するごとに生じる二次電子の雲が集電アノードに到達する際に大きく広がるという問題がある。多重アノード検出器システムにおける1つの集電アノードの端縁に近い位置にあるマイクロチャネルプレートにイオンが到達すると、その後イオン到達によって生成された二次電子のうちのいくつかまたは一部だけがその特定の集電アノードに当たることが起こりうる。しかし、イオン到達が検出されカウントされるかどうかは、主に集電アノードに当たる電子の数によって決定される。したがって、イオン到達イベントが記録される尤度は、検出器に当たる際のイオンの位置、電子増倍管における電子増幅率、イオン到達の結果生じる集電アノードに当たる電子雲における電子の割合、増幅器ゲインおよびイベントカウンタ弁別器レベルに左右される。
【0008】
電子増倍管における電子増幅率は通常ガウシアン分布にしたがってイベントごとにばらつく。イオンカウントシステムは、電子増幅率の正規(ガウシアン)なばらつきがカウントされるイオン数に著しく影響を与えるほどには大きくならないようにするとともに、システムのノイズが余計なカウントを引き起こすほどには大きくならないように、通常設計される。しかし、イオンが集電アノードの境界に対応するイオン検出器上の位置に到達した場合には、あまりはっきりとはノイズと区別されないことがあり、イオン検出器上のそのような位置に到達するイオンによるカウント数は、直接的に検出器システムの設定によって異なることは明らかであろう。
【0009】
別の大きな問題は、2つの集電アノードが互いに著しく近寄って配置される場合、1個のイオンがイオン検出器の入力に到達したことによって生成される二次電子雲が両集電アノード上に部分的に入射し得ることである。この結果、イオン到達イベントがカウントされないか、イオン到達イベントが2つの集電アノードによって1回または2回にカウントされるかのいずれかになり得る。これがどの程度起こり得るかは、直接的に、検出器システムの設定によって異なる。
【0010】
この効果のよって生じる不正確さは、二次電子のより少ない部分を記録するように配置された集電アノードにとっては特に著しい。小さい方の集電アノードを大きい方の集電アノードの面積の、例えば10分の1または100分の1に設計する場合もある。したがって、この誤差の大きさは、最も小さい集電アノードの相対面積が小さくなればなる程、それに対応して大きくなる。さらに、集電アノードの端縁または境界がその面積に対して非常に大きくなるようにイオン検出器を設計する場合もある。例えば、ある集電アノードが大きなプレートを備えるとともに、別の集電アノードがその大きなプレートの前に細いワイヤを備える場合がある。細いワイヤの集電アノードは、その面積に比例して非常に大きな境界を有する。したがって、そのようなイオン検出器は、小さな方のワイヤ集電アノードによって記録されるイオンカウントレートに大きな誤差が生じ得るという問題がある。この誤差は、総イオンカウントレートが高すぎて大きい方の集電アノード上で正確に記録できないような状況において総イオンカウントレートを決定する際に生じる。
【0011】
特に、集電アノード間の境界に対応する位置に到達するイオンについては共有信号の問題がある。イオンによっては1つより多くの集電アノードに当たる電子雲を生成することがある。これらの共有電子雲がそれぞれ単独の集電アノード上で生成する信号は小さくなるため、いずれもカウントされるほど大きくならない場合がある。
【0012】
電子雲が2つの集電アノード間に共有されないようにいずれかの集電アノードには到達しないように、マスクを最後尾のマイクロチャネルプレートの後方かつ集電アノードの前方に配置することが考えられる。しかし、そのような配置には、電子雲の一部だけが特定の集電アノードに当たるという問題がある。集電アノードに当たる電子雲は、その強度が低減されるので、イオン到達イベントとして登録されるのに十分である場合もあれば、不十分な場合もある。これは、電子増倍管における電子増幅率、集電アノードに当たる電子雲の割合、増幅ゲインおよび検出器弁別器レベルに左右される。
【0013】
マスクの端縁近傍の位置に到達するイオンの検出される割合は、直接的に、検出器システムの設定によって異なる。細いワイヤの集電アノードなどの大きな境界を有する小さなアノードでは、これがイオンカウント数に大きな誤差をもたらす。
【0014】
2つの集電アノード間に共有される電子雲を生成しないようにこれらのイオンがイオン検出器に到達することを阻止するために、マスクを先頭のマイクロチャネルプレートの前面の上流に配置することが考えられる。そのような配置では、マスクを最後尾のマイクロチャネルプレート検出器の下流に配置する上記のような場合と同じような問題は起こらない。しかし、そのような配置は、先頭のマイクロチャネルプレートの前面の前にマスクを搭載する必要があり、多くの異なる問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
第1に、そのような検出器を飛行時間質量分析計に使用すると、マイクロチャネルプレート入力面またはマスクのどちらに当たるかに応じて、ある質量電荷比を有するイオンが他のイオンよりも先に検出器面に当たる。また、マスクの端縁に当たるイオンは二次電子を放出させ、次いでその二次電子はマイクロチャネルプレートによって増幅されるので、その結果、検出されるイオンは得られる質量スペクトルにゴーストピークを生じさせる。
【0016】
第2に、後段加速イオン検出器などのイオン検出器の設計においては、イオンがイオン検出器に近づく際にさらに加速させることがある。イオンを受け取るように配置されたマイクロチャネルプレートは、その前面が完全には平坦ではないので、加速電界も完全には均一でない。その結果、マスクを先頭のマイクロチャネルプレートの前面に配置すると、あるイオンは別のイオンと異なるように加速され、偏向されるイオンも生じるので、イオン検出器に到達する時間がわずかに異なる。この結果、得られる質量スペクトルにおいて質量ピークが広がる。
【0017】
第3に、イオンに当てるために意図的に配置されるいずれのマスクも時間がたつにつれ、絶縁となり得る物質によって被膜され得る。その結果、マスクが電荷を保持し始め、さらにイオンの飛行経路および到達時間を乱すことがある。また、マスクには、入射イオンによってスパッタリングされる二次原子およびイオンも当たり、その結果、検出器によって検出されるそれらの一部によって、得られる質量スペクトルにゴーストピークが生じる。
【課題を解決するための手段】
【0018】
本発明の一局面によると、
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、
第2マイクロチャネルプレートデバイスと、
第1マイクロチャネルプレートデバイスと第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドと、
少なくとも、前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの下流に配置される、第1の活性電子検出面積またはサイズを有する第1集電アノードおよび第2の異なる活性電子検出面積またはサイズを有する第2の別の集電アノードと
を含むイオン検出器が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
一実施形態によると、第2活性電子検出面積またはサイズは第1活性電子検出面積またはサイズのxパーセントに等しく、xは(i)<0.2%、(ii)0.2〜0.3%、(iii)0.3〜0.4%、(iv)0.4〜0.5%、(v)0.5〜0.6%、(vi)0.6〜0.7%、(vii)0.7〜0.8%、(viii)0.8〜0.9%、(ix)0.9〜1.0%、(x)1〜10%、(xi)10〜20%、(xii)20〜30%、(xiii)30〜40%、(xiv)40〜50%、(xv)50〜60%、(xvi)60〜70%、(xvii)70〜80%、(xviii)80〜90%、(xix)90〜100%からなる群から選択される。
【0020】
第1マイクロチャネルプレートデバイスは1つ、2つ、または2つよりも多いマイクロチャネルプレートを含んでもよい。同様に、第2マイクロチャネルプレートデバイスは1つ、2つ、または2つよりも多いマイクロチャネルプレートを含んでもよい。
【0021】
好ましくは、マスクまたはシールドは第1マイクロチャネルプレートデバイスから出射される電子を阻止、減衰、少なくとも部分的に減衰、または発散するように配置される。好ましくは、マスクまたはシールドは、電子が第1マイクロチャネルプレートデバイスから出射されるかまたは出現すること、および/または第2マイクロチャネルプレートデバイスに当たるかまたは到達することを実質的に防止する。一実施形態によると、マスクまたはシールドは、第1マイクロチャネルプレートデバイス上の所定の場所または位置において第1マイクロチャネルプレートデバイスに到達する少なくともいくつかのイオンが、(a)その後、二次電子雲が第2マイクロチャネルプレートデバイスから出射されることを実質的に防止するか、または(b)その後、二次電子雲が第2マイクロチャネルプレートデバイスから出射され、実質的に第1集電アノードに当たるか、または第2集電アノードに当たるが、第2マイクロチャネルプレートデバイスから出射された二次電子雲は第1集電アノードおよび第2集電アノードの両方に同時には実質的に当たらないようにする。
【0022】
一実施形態によると、マスクまたはシールドは、第1マイクロチャネルプレートデバイスに到達したイオンが、第1集電アノードおよび第2集電アノードの両方に同時に当たる二次電子雲を実質的に生成しないように配置される。好ましくは、マスクまたはシールドは、第1マイクロチャネルプレートデバイスに到達したイオンが、第1集電アノードまたは第2集電アノードのいずれかに当たるが、第1集電アノードおよび第2集電アノードの両方に同時には当たらない二次電子雲を生じさせるように配置される。
【0023】
一実施形態によると、マスクまたはシールドは、(i)<1μm、(ii)1〜5μm、(iii)5〜10μm、(iv)10〜15μm、(v)15〜20μm、(vi)20〜25μm、(vii)25〜30μm、(viii)30〜35μm、(ix)35〜40μm、(x)40〜45μm、(xi)45〜50μm、(xii)50〜55μm、(xiii)55〜60μm、(xiv)60〜65μm、(xv)65〜70μm、(xvi)70〜75μm、(xvii)75〜80μm、(xviii)80〜85μm、(xix)85〜90μm、(xx)90〜95μm、(xxi)95〜100μm、および(xxii)>100μmからなる群から選択される厚さを有する。
【0024】
好ましくは、少なくとも第1マイクロチャネルプレートデバイスの前面は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される。好ましくは、少なくとも第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される。好ましくは、第1マイクロチャネルプレートデバイスの両端の電位差は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される。
【0025】
一実施形態によると、少なくともマスクまたはシールドの前面は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される。好ましくは、マスクまたはシールドの後面は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される。好ましくは、マスクまたはシールドの両端の電位差は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される。
【0026】
一実施形態によると、少なくとも第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される。好ましくは、第2マイクロチャネルプレートデバイスの後面は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される。好ましくは、第2マイクロチャネルプレートデバイスの両端の電位差は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される。
【0027】
一実施形態によると、第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面とマスクまたはシールドの前面との間の電位差は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される。同様に、一実施形態によると、マスクまたはシールドの後面と第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面との間の電位差は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される。
【0028】
好ましくは、マスクまたはシールドは、第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面に装着されるか、または別の方法で設置される。好ましくは、マスクまたはシールドは、第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面に装着されるか、または別の方法で設置される。一実施形態によると、マスクまたはシールドは、第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面に装着されるか、または別の方法で設置され、かつ第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面に装着されるか、または別の方法で設置される。
【0029】
好ましくは、マスクまたはシールドは、(i)金属、(ii)プラスチック、(iii)セラミック、(iv)導体、(v)絶縁体、(vi)半導体、(vii)薄膜、(viii)有機層、(ix)無機層、(x)ポリイミド層、(xi)熱可塑性層、および(xii)カプトン(登録商標)からなる群から選択される材料を含む。
【0030】
好ましくは、第1マイクロチャネルプレートデバイスは、使用中にイオンが受け取られる前面および使用中に電子が出射される後面を含み、第2マイクロチャネルプレートデバイスは、使用中に第1マクロチャネルプレートデバイスから出射される電子が受け取られる前面および使用中に電子が出射される後面を含む。
【0031】
好ましくは、第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面と第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面との間の分離は、(i)<1μm、(ii)1〜5μm、(iii)5〜10μm、(iv)10〜15μm、(v)15〜20μm、(vi)20〜25μm、(vii)25〜30μm、(viii)30〜35μm、(ix)35〜40μm、(x)40〜45μm、(xi)45〜50μm、(xii)50〜55μm、(xiii)55〜60μm、(xiv)60〜65μm、(xv)65〜70μm、(xvi)70〜75μm、(xvii)75〜80μm、(xviii)80〜85μm、(xix)85〜90μm、(xx)90〜95μm、(xxi)95〜100μm、および(xxii)>100μmからなる群から選択される。
【0032】
一実施形態によると、第2マイクロチャネルプレートデバイスの後面と第1集電アノードの前面との間の分離は、(i)<1μm、(ii)1〜10μm、(iii)10〜20μm、(iv)20〜30μm、(v)30〜40μm、(vi)40〜50μm、(vii)50〜60μm、(viii)60〜70μm、(ix)70〜80μm、(x)80〜90μm、(xi)90〜100μm、(xii)100〜120μm、(xiii)120〜140μm、(xiv)140〜160μm、(xv)160〜180μm、(xvi)180〜200μm、(xvii)200〜250μm、(xviii)250〜300μm、(xix)300〜350μm、(xx)350〜400μm、(xxi)400〜450μm、(xxii)450〜500μm、および(xxiii)>500μmからなる群から選択される。
【0033】
一実施形態によると、第2マイクロチャネルプレートデバイスの後面と第2集電アノードの前面との間の分離は、(i)<1μm、(ii)1〜10μm、(iii)10〜20μm、(iv)20〜30μm、(v)30〜40μm、(vi)40〜50μm、(vii)50〜60μm、(viii)60〜70μm、(ix)70〜80μm、(x)80〜90μm、(xi)90〜100μm、(xii)100〜120μm、(xiii)120〜140μm、(xiv)140〜160μm、(xv)160〜180μm、(xvi)180〜200μm、(xvii)200〜250μm、(xviii)250〜300μm、(xix)300〜350μm、(xx)350〜400μm、(xxi)400〜450μm、(xxii)450〜500μm、および(xxiii)>500μmからなる群から選択される。
【0034】
好ましくは、第1集電アノードは第2集電アノードよりも実質的に大きい。好ましくは、第1集電アノードは第1活性電子検出面積を有し、第2集電アノードは第2活性電子検出面積を有する。第1活性電子検出面積と第2活性電子検出面積の比は、(i)<1、(ii)1〜1.5、(iii)1.5〜2.0、(iv)2〜3、(v)3〜4、(vi)4〜5、(vii)5〜6、(viii)6〜7、(ix)7〜8、(x)8〜9、(xi)9〜10、(xii)10〜15、(xiii)15〜20、(xiv)20〜25、(xv)25〜30、(xvi)30〜35、(xvii)35〜40、(xviii)40〜45、(xix)45〜50、(xx)50〜60、(xxi)60〜70、(xxii)70〜80、(xxiii)80〜90、(xxiv)90〜100、(xxv)100〜150、(xxvi)150〜200、(xxvii)200〜250、(xxviii)250〜300、(xxix)300〜350、(xxx)350〜400、(xxxi)400〜450、(xxxii)450〜500、および(xxxiii)>500からなる群から選択される。
【0035】
一実施形態によると、第1および第2集電アノードは実質的に共面である。先の実施形態ほどではないが、好ましい実施形態によると、第1および第2集電アノードは実質的に共面でない。
【0036】
好ましくは、第1集電アノードは第2集電アノードを実質的に封ずるか、囲むか、または包む。一実施形態によると、第2集電アノードは、第1集電アノード内にまたは第1集電アノードによって形成されるスロット、チャネル、スリット、アパーチャまたはウインドウ内に設置される。好ましくは、第1集電アノード内にまたは第1集電アノードによって形成されるスロット、チャネル、スリット、アパーチャまたはウインドウのサイズは、第2集電アノードのサイズ、面積、直径、長さまたは幅よりも実質的に大きい。
【0037】
好ましくは、第1集電アノードは1つ以上の集電アノードを含む。第1集電アノードは集電アノードのアレイを含んでもよい。好ましくは、第2集電アノードは1つ以上の集電アノードを含む。第2集電アノードは集電アノードのアレイを含んでもよい。
【0038】
一実施形態によると、イオン検出器は、第1集電アノードに接続された1つ以上の時間−デジタル変換器(「TDC」)を含むのが好ましい。一実施形態によると、イオン検出器は、第1集電アノードに接続された1つ以上のアナログ−デジタル変換器(「ADC」)を含むのが好ましい。
【0039】
一実施形態によると、イオン検出器は、記第2集電アノードに接続された1つ以上の時間−デジタル変換器(「TDC」)を含むのが好ましい。一実施形態によると、イオン検出器は、第2集電アノードに接続された1つ以上のアナログ−デジタル変換器(「ADC」)を含むのが好ましい。
【0040】
本発明の一局面によると、上記イオン検出器を含む分析器が提供される。
【0041】
本発明の一局面によると、上記のイオン検出器を含む質量分析部が提供される。
【0042】
本発明の一局面によると、上記のイオン検出器を含む質量分析計が提供される。
【0043】
好ましくは、質量分析計は質量分析部をさらに備える。好ましくは、質量分析部は、(i)直交加速飛行時間質量分析部、(ii)軸方向加速飛行時間質量分析部、(iii)ポール3D四重極イオントラップ質量分析部、(iv)2Dまたは線形四重極イオントラップ質量分析部、(v)フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析部、(vi)磁気セクタ質量分析部、(vii)四重極質量分析部、および(viii)ペニングトラップ質量分析部からなる群から選択される。
【0044】
好ましくは、質量分析計または他の分析器はさらにイオン源を含む。イオン源はパルス化イオン源または実質的に連続なイオン源のいずれでもよい。イオン源は、(i)エレクトロスプレーイオン化(「ESI」)イオン源、(ii)大気圧光イオン化(「APPI」)イオン源、(iii)大気圧化学イオン化(「APCI」)イオン源、(iv)マトリックス支援レーザ脱離イオン化(「MALDI」)イオン源、(v)レーザ脱離イオン化(「LDI」)イオン源、(vi)大気圧イオン化(「API」)イオン源、(vii)シリコンを用いた脱離イオン化(「DIOS」)イオン源、(viii)電子衝突(「EI」)イオン源、(ix)化学イオン化(「CI」)イオン源、(x)電界イオン化(「FI」)イオン源、(xi)電界脱離(「FD」)イオン源、(xii)誘導結合プラズマ(「ICP」)イオン源、(xiii)高速原子衝撃(「FAB」)イオン源、(xiv)液体二次イオン質量分析(「LSIMS」)イオン源、(xv)脱離エレクトロスプレーイオン化(「DESI」)イオン源、および(xvi)ニッケル−63放射性イオン源からなる群から選択されるのが好ましい。
【0045】
本発明の別の局面によると、イオンを検出する方法であって、
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、第2マイクロチャネルプレートデバイスと、第1マイクロチャネルプレートデバイスと第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドとを含むイオン検出器に向けてイオンを送り出すステップと、
少なくとも第1の集電アノードと第2の別の集電アノードを使用して第2のマイクロチャネルプレートデバイスから出射される電子を検出するステップであって、第1集電アノードは第1の活性電子検出面積またはサイズを有し、第2集電アノードは第2の異なる活性電子検出面積またはサイズを有し、第1集電アノードおよび第2集電アノードは第2マイクロチャネルプレートデバイスの下流に配置されるステップとを含む方法が提供される。
【0046】
本発明の一局面によると、上記のイオン検出方法を含む質量分析方法が提供される。
【0047】
本発明の一局面によると、
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、
第2マイクロチャネルプレートデバイスと、
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドであって、前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの間の分離が≦50μmである、マスクまたはシールドと
を含むイオン検出器が提供される。
【0048】
本発明の一局面によると、
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、
第2マイクロチャネルプレートデバイスと、
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドであって、マスクまたはシールドが絶縁体を含むマスクまたはシールドと
を含むイオン検出器が提供される。
【0049】
本発明の一局面によると、マスクまたはシールドは、(i)プラスチック、(ii)セラミック、(iii)薄膜、(iv)有機層、(v)無機層、(vi)ポリイミド層、(vii)熱可塑性層、および(viii)カプトン(登録商標)からなる群から選択される材料を含む。
【0050】
本発明の一局面によると、
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、
第2マイクロチャネルプレートデバイスと、
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドと
を含むイオン検出器が提供される。
【0051】
好ましい実施形態は、2つ以上のマイクロチャネルプレートおよび2つ以上の集電アノードを含むマイクロチャネルプレート検出器アッセンブリに関する。マスクは、イオンが第1上流マイクロチャネルプレートに当たることによって第2下流マイクロチャネルプレートから出現する電子雲におけるすべての電子が2つの集電アノードのうちの1つに当たるだけになるように、2つのマイクロチャネルプレートの間に設置される。マイクロチャネルプレート間の分離は、好ましくは50μm以下である。
【0052】
好ましくは、集電アノードの電子検出面積は等しくない。先の実施形態ほどではないが、好ましい実施形態によると、2つ以上の集電アノードは実質的に同じ面積を有してもよい。マスクの形状およびサイズは、好ましくは、第1マイクロチャネルプレートの入力面に入射したイオンによる第2マイクロチャネルプレートからの電子雲が出現しないように、2つの集電アノードの境界を少なくともマスクする。これにより、電子の一部だけが一方の集電アノードに当たる。好ましい実施形態において、マスクは絶縁体を含む。
【0053】
好ましい実施形態において、好ましくは、イオン検出器における集電アノードの1つ以上は、イオンをカウントするために増幅器、弁別器および高速イベントカウンタとともに使用される。
【0054】
好ましくは、上記好ましいイオン検出器は、時間−デジタル変換器(TDC)を内蔵する飛行時間質量分析計において使用され、イオンを検出し、その到着時間を記録する。好ましくは、上記好ましいイオン検出器は、定量化用途および/または質量測定用途に対してダイナミックレンジが拡大される。
【0055】
本発明の種々の実施形態を、例示のためだけの他の構成とともに、あくまで例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【0056】
図1は、1対のマイクロチャネルプレートおよび単一の集電アノードを備える公知のイオン検出器を示す。
【0057】
図2は、1対のマイクロチャネルプレート、および第2の最後部のマイクロチャネルプレートから出射された二次電子の異なる部分を捕集するように配置された2つの異なるサイズの集電アノードを備える別の公知のイオン検出器を示す。
【0058】
図3は、図2の構成をより詳細に示し、上記の公知構成において、イオン検出器に到達するイオンが、第2マイクロチャネルプレートから出射され両集電アノードにまたがって当たる二次電子雲を生じさせることを示す。
【0059】
図4Aは、イオンが第1マイクロチャネルプレートに到達することによって活性化された第1マイクロチャネルプレートにおけるチャネルを示す。
【0060】
図4Bは、第1マイクロチャネルプレートから出射された電子雲によって第2マイクロチャネルプレートにおいて活性化された対応するチャネルを示す。
【0061】
図5は、マスクが第2マイクロチャネルプレートの後面に設置された構成を示す。
【0062】
図6Aは、図5に示す構成において、第1マイクロチャネルプレートに到達したイオンによって第2マイクロチャネルプレートから電子雲が出射される様子をより詳細に示す。
【0063】
図6Bは、図5に示す構成において、第1マイクロチャネルプレートの異なる位置に到達したイオンによって第2マイクロチャネルプレートに二次電子が生成されるが、マスクによって阻止されるのでその二次電子の一部しか第2マイクロチャネルプレートから出射されない様子を詳細に示す。
【0064】
図7は、マスクを第1マイクロチャネルプレートの前面に設置する構成を示す。
【0065】
図8は、マスクを2つのマイクロチャネルプレート間に設置する本発明の好ましい実施形態を示す。
【0066】
図9は、図8に示すような好ましい実施形態にかかるマスクが、二次電子雲が第2マイクロチャネルプレートから出射され2つの集電アノードに当たるか、強度がばらつき得ることを防止する様子をより詳細に示す。
【0067】
公知のマイクロチャネルプレートイオン検出器を図1に示す。このようなイオン検出器は、飛行時間質量分析計に組み込まれ得る。イオン1は、重なり合った2つのマイクロチャネルプレート2a、2bの入力面(前面)に入射するように配置される。二次電子は、第1マイクロチャネルプレート2aから出射され、その後、第1マイクロチャネルプレートの下流に配置された第2マイクロチャネルプレート2bによって増幅される。
【0068】
二次電子のパルスまたは二次電子の雲は、第2マイクロチャネルプレート2bから出射(出現)し、単一の集電アノード3に当たる。次いで集電アノード3に受け取られた二次電子のパルスは増幅され、その後、位置4で集電アノード3に接続された時間−デジタル変換器(「TDC」)を使用して記録される。
【0069】
特に、図1は、10個のイオンがイオン検出器に実質的に同時に到達する時間上の一例を示す。しかし、10個のイオンがイオン検出器に到達するが、単一の集電アノード3に接続された時間−デジタル変換器は単一のイベント(イオン到達イベント)を記録するだけである。
【0070】
このため、2つの集電アノードを備える改良イオン検出器が知られている。図2は、等しくない面積を有する2つの独立した集電アノード5、6を備えるそのような公知のイオン検出器を示す。図2の特定の例において、第1の大きい方の集電アノード5は、第1マイクロチャネルプレート2aの入力面に到達するイオンの90%から生じる電子パルスを捕集する。したがって、第1マイクロチャネルプレート2aに到達するイオン1の90%は大きい方の集電アノード5に当たる電子雲を生成するとともに、第1マイクロチャネルプレートに到達するイオン1の10%だけが小さい方の第2集電アノード6に当たる電子雲を生成する。
【0071】
第1時間−デジタル変換器5’は大きい方の集電アノード5に接続されるように示されており、1回のイオン到達イベントを記録するだけである。しかし、第2時間−デジタル変換器6’は小さい方の集電アノード6に接続されるように示されており、1回のイオン到達イベントをさらに記録する。
【0072】
多数回の測定にわたり、第1時間−デジタル変換器5’は常に1回のイベントを記録するが、第2時間−デジタル変換器6’は1回のイベントを記録したり、しなかったりする。
【0073】
第1時間−デジタル変換器5’からの出力が、例えば飽和の様相を示すことによってエラーであると認識される場合、第2時間−デジタル変換器6’によって記録される信号を使用してイオン検出器に到達する総信号を推定してもよい(2つの集電アノード5、6の捕集部分の比が既知の場合)。したがって、2つの異なるサイズの集電アノード5、6を使用することで、イオン検出器のダイナミックレンジを拡大することができる。
【0074】
図3は、図2に示すような公知のイオン検出器の詳細を示す。特に、図3は、第1および第2マイクロチャネルプレート2a、2bから出射される電子雲を示す。図3は、第1マイクロチャネルプレート2aから出射された電子雲が広がり、第2マイクロチャネルプレート2bの入力(入射)面により大きな占有面積を有する様子を示す。図3はまた、第2マイクロチャネルプレート2bの出射面から出射された電子雲が同様に広がり、第1集電アノード5および/または第2集電アノード6に当たり得る様子を示す。
【0075】
マイクロチャネルプレートの出射面から距離Sの位置にあるそのマイクロプレートの単一チャネルから生じる電子雲の直径Dcは以下によって与えられる。
【0076】
【数1】
【0077】
ここで、
【0078】
【数2】
【0079】
およびEは、マイクロチャネルプレートを離れる電子の平均出口エネルギーであり、Sはマイクロチャネルプレートの出射面からの距離、Vbは距離Sに沿った電圧距離、dは単一マイクロチャネルプレートチャネルの直径、およびpはマイクロチャネルプレートの出口においてマイクロチャネルプレートチャネル中へ電極材料を貫入させる深さである(エンドスポイリング)。
【0080】
図3に示す構成をさらに示すために、重なり合った2つのマイクロチャネルプレートが考えられ得る。2つのマイクロチャネルプレートは、個々のチャネル直径dが10μm、エンドスポイリングが10μm、チャネルピッチが12μm、およびプレート間の間隙が25μmであるようなシェヴロン(山形)構成に配置されることが考えられ得る。マイクロチャネルプレート動作プレートバイアスをプレート当たり1000Vと仮定し、マイクロチャネルプレートを離れる電子の平均エネルギーEが約35eVであると決定してもよい。
【0081】
図3に示す第1マイクロチャネルプレート2aの入力面に到達する1つのイオンに対して、その結果の第1マイクロチャネルプレート2aから出る電子雲は、第2マイクロチャネルプレート2bの入力面に当たる際には約60μmの直径に広がっている。これは、第2マイクロチャネルプレート2bの約23チャネルを照射することに対応する。これを図4Aおよび4Bにさらに示す。
【0082】
図4Aは、イオンの到達によって活性化されている単一チャネル(斜線部分)を有する第1マイクロチャネルプレート2aを示す。図4Bは、第2マイクロチャネルプレート2bおよび第1マイクロチャネルプレート2aから出射し発散した二次電子によって活性化されたチャネル(斜線部分)を示し、第2マイクロチャネルプレート2bではより多くの数のチャネルを示している。
【0083】
第2マイクロチャネルプレート2bの出口面と第1および第2集電アノード5、6との間の間隙を0.5mmにとり、第2マイクロチャネルプレート2bの出口面と第1および第2集電アノード5、6との間のバイアス電圧を100Vに設定すると、第2マイクロチャネルプレートの各チャネルからの電子雲の直径は約0.6mmとなる。したがって、第2マイクロチャネルプレート2bの23チャネル群から現れる電子雲の総直径は約0.7mmとなる。実際には、電子間に空間電荷斥力があるので電子雲の総直径はさらに大きい可能性がある。
【0084】
図3に戻って参照すると、図示の従来構成では、第1マイクロチャネルプレート2a上に入射するイオンの1つが第1および第2集電アノード5、6の両方に共有される電子雲7を生成することが分かる。したがって、イオン検出器に到達する単一のイオンが集電アノード5、6の両方に当たる二次電子を発生し得ることが分かる。その結果、このイオンは、全くカウントされないこともあれば、1または2回とカウントされることもある。いずれになるかは、マイクロチャネルプレート電子増倍管における各イオンに対する電子増幅率、イオンの位置、および増幅器および弁別器の設定に大きく左右される。
【0085】
図5は、第2マイクロチャネルプレート2bの後面上にマスク8を設置する効果を示す。マスク8は、第2マイクロチャネルプレート2bに対して2つの集電アノード5、6間の境界領域を遮るように配置されるように示される。マスク8は、電子雲が第2マイクロチャネルプレート2bから出射しないように、かつ第1および第2集電アノード5、6によって共有されないようにするためのものである。図5に示す構成は、電子雲が2つの集電アノード5、6にまたがって共有されることを防止するのに効果的であり得るが、以下により詳細に説明するように別の問題を有する。
【0086】
図6Aは、第1マイクロチャネルプレート2a上のある位置に当たるイオンがマスク8によって実質的に影響されない電子雲(電子雲の強度が100%)を生成し得る様子を示す。図6Bは、イオンが第1マイクロチャネルプレート2a上の異なる位置に当たる場合を示す。図6Bに示すように、マスクはある状況において第2マイクロチャネルプレート2bから出射された電子雲の強度を低減し得る。すなわち、第2マイクロチャネルプレート2bから出射された電子雲の強度は100%よりずっと小さいことがある。
【0087】
図6Bから分かるように、マスク8は電子が第2マイクロチャネルプレート2bから離れ、集電アノード5、6の1つに到達することを部分的に阻止する。したがって、マスク8を第2マイクロチャネルプレート2bの後面上に配置することは、ある状況では、第2マイクロチャネルプレート2bから出射された電子雲の強度が弱すぎてイオン検出器にイオン到達イベントを記録させることができないことがあるため、イオンがカウントされたり、されなかったりするという問題を起こす。
【0088】
図7は、マスク9を第1マイクロチャネルプレート2aの前面に設置する構成を示す。この構成によれば、マスク9は、第2マイクロチャネルプレートから出射され第1および第2衝突アノード5、6の両方に入射する電子雲を生じさせるイオンを阻止するように配置される。しかし、この構成には多くの問題があり得る。図7に示すようなイオン検出器に到達し、第1マイクロチャネルプレート2aに近づくイオンは、マスク9の端縁に当たって二次電子を生成し、次いでその二次電子が増幅および検出され、得られる質量スペクトルにゴーストピークを生じさせ得る。
【0089】
また、図7に示すようなイオン検出器が後段加速イオン検出器として使用されれば、マスク9が電界のまたは電界へ歪みを導入するという別の問題がある。このため、イオンが偏向し、異なる時間にイオン検出器に到達し得る。このため、得られる質量スペクトルにおいて質量ピークが拡大され得る。
【0090】
マスク9を第1マイクロチャネルプレート2aの前に設置すると、イオンが当たって、電荷を保持する絶縁物質によって被膜されるという問題も生じる。したがって、この場合、飛行経路およびイオン到達時間が乱され得る。
【0091】
さらに、マスク9にイオンが当たると二次原子およびイオンのスパッタリングが起こり、次いでその一部がイオン検出器によって検出され、得られる質量スペクトルにゴーストピークを生じさせ得るという問題もある。
【0092】
図8は、本発明の好ましい実施形態を示し、少なくとも好ましい実施においては、従来のイオン検出器または上記の他の構成にともなう問題が実質的に生じない。本好ましい実施形態によれば、イオン検出アセンブリは少なくとも2つのマイクロチャネルプレート2a、2b、ならびに好ましくは、少なくとも第1集電アノード5および第2集電アノード6を備える。第1および第2集電アノード5、6は好ましくは共面であるが、このことは不可欠ではない。
【0093】
本好ましい実施形態によれば、マスク10は好ましくは第1および第2マイクロチャネルプレート2a、2bの間に据えられる、または別の方法で配置される。マスク10は、第1マイクロチャネルプレート2aの後面または第2マイクロチャネルプレート2bの前面に装着してもよい。特に好ましい実施形態によれば、マスクは第1マイクロチャネルプレート2aと第2マイクロチャネルプレート2bとの間に挟まれる。
【0094】
マスク10の形状、サイズ、および位置は、好ましくは第1および第2集電アノード5、6の間の境界に整列するように設定される。好ましくは、イオンが到達した結果第1マイクロチャネルプレート2aから現れる電子雲であって、第1および第2集電アノード5、6に共有される第2マイクロチャネルプレート2bから出射される電子雲を発生させる電子雲が、第2マイクロチャネルプレート2bに達することを、マスク10によって実質的に防止する。このように、好ましくは、第1および第2集電アノード5、6間で電子が共有される問題は実質的に解消されるか、または少なくとも著しく低減される。
【0095】
また、図8に示すような好ましい実施形態は、好ましくは、第2マイクロチャネルプレート2bから出射された電子雲の強度が著しくばらつき得るという問題を実質的に解決する。図9は図8に示すような好ましい実施形態にかかるイオン検出器の一部を拡大した図である。マスク10は、2つの集電アノードに共有されるイオン検出器に到達したイオンによる電子雲を防止するために配置されるように示される。また、マスク10は、二次電子の低減部分だけが特定の集電アノードに到達してイオン到達イベントがカウントされないという状況を生じさせないという格別の効果を有する。
【0096】
また、上記好ましい実施形態によれば、マスク10はイオン検出器の第1マイクロチャネルプレート2aの入力面に設置されないのが有利である。したがって、マスク10はイオン衝突に曝されないので、図7の構成を参照して説明したようなイオン衝突に関連する望ましくない結果も全く生じない。
【0097】
上記好ましい実施形態によれば、好ましくは、マスク10の厚さは、第2マイクロチャネルプレート2bの入力面に入射する電子雲の直径が不必要に広がらないようになるべく小さくされる。例えば、マスク10の厚さは25μm以下にするとよい。好ましくは、マスク厚が25μmの場合、プレート間の間隙はあまり増加されない。
【0098】
好ましくは、上記好ましい実施形態のイオン検出器は、1つ以上の集電アノードを有するADCおよびTDC検出器の組み合わせを使用するシステムに適用可能である。
【0099】
本発明の1つの実施形態として、イオン検出器が2つより多い重なり合ったマイクロチャネルプレートからなることが考えられる。また、マイクロチャネルプレート2a、2bが同じサイズであってもよく、異なるサイズであってもよいことが考えられる。2つより多いマイクロチャネルプレートを用いる場合、好ましくは、マスク10の好ましい位置は先頭の2つのマイクロチャネルプレートの間である。
【0100】
ある実施形態によれば、大きい方の集電アノード5はその内部に円形穴を有してもよく、その穴にそれより小さい円形の集電アノード6を突出させるか、または別の方法で設置してもよい。あるいは、矩形のスロットを大きい方の集電アノード5に設け、それを介してそれより小さい矩形の集電アノード6を突出させるか、または別の方法で設置してもよい。また、小さい方の集電アノード6を大きい方の集電アノード5と同じ平面上に設置しないなどの種々の別の実施形態が考えられる。
【0101】
さらなる実施形態によれば、複数のより小さな集電アノードを採用してもよい。これらの複数のより小さな集電アノードは面積および/または形状が等しくてもよい。あるいは、これらの複数のより小さな集電アノードは面積および/または形状が等しくなくてもよい。
【0102】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明してきたが、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更を形態および細部において行うことができることが当業者に理解される。
【図面の簡単な説明】
【0103】
【図1】1対のマイクロチャネルプレートおよび単一の集電アノードを備える公知のイオン検出器を示す。
【図2】1対のマイクロチャネルプレート、および第2の最後部のマイクロチャネルプレートから出射された二次電子の異なる部分を捕集するように配置された2つの異なるサイズの集電アノードを備える別の公知のイオン検出器を示す。
【図3】図2の構成をより詳細に示し、上記の公知構成において、イオン検出器に到達するイオンが、第2マイクロチャネルプレートから出射され両集電アノードにまたがって当たる二次電子雲を生じさせることを示す。
【図4A】イオンが第1マイクロチャネルプレートに到達することによって活性化された第1マイクロチャネルプレートにおけるチャネルを示す。
【図4B】第1マイクロチャネルプレートから出射された電子雲によって第2マイクロチャネルプレートにおいて活性化された対応するチャネルを示す。
【図5】マスクが第2マイクロチャネルプレートの後面に設置された構成を示す。
【図6A】図5に示す構成において、第1マイクロチャネルプレートに到達したイオンによって第2マイクロチャネルプレートから電子雲が出射される様子をより詳細に示す。
【図6B】図5に示す構成において、第1マイクロチャネルプレートの異なる位置に到達したイオンによって第2マイクロチャネルプレートに二次電子が生成されるが、マスクによって阻止されるのでその二次電子の一部しか第2マイクロチャネルプレートから出射されない様子を詳細に示す。
【図7】マスクを第1マイクロチャネルプレートの前面に設置する構成を示す。
【図8】マスクを2つのマイクロチャネルプレート間に設置する本発明の好ましい実施形態を示す。
【図9】図8に示すような好ましい実施形態にかかるマスクが、二次電子雲が第2マイクロチャネルプレートから出射され2つの集電アノードに当たるか、強度がばらつき得ることを防止する様子をより詳細に示す。
【符号の説明】
【0104】
1 イオン
2a 第1マイクロチャネルプレート
2b 第2マイクロチャネルプレート
5 第1集電アノード
5’ 第1時間−デジタル変換器
6 第2集電アノード
6’ 第2時間−デジタル変換器
7 電子雲
8、9、10 マスク
【技術分野】
【0001】
本発明は、イオン検出器、質量分析計、イオン検出法および質量分析方法に関する。
【背景技術】
【0002】
個々の電子、イオンまたは光子を検出および記録するための様々に異なる種類の検出器が知られている。1つ以上のマイクロチャネルプレート(「MCP」)にイオンを当て、二次電子を放出および増幅させる特定タイプのイオン検出器が知られている。マイクロチャネルプレートから出射された電子パルスは集電アノードに到達し、高速電子イベントカウンタを使用してカウントされる。このようなイオン検出器は、個々のイオンおよびそれらの到達時間を検出および記録するために質量分析計における飛行時間(「TOP」)質量分析部において一般に使用される。
【0003】
このような公知のイオン検出器の最大カウントレートは、単一の集電アノードを使用するのではなく、それぞれに自身の高速電子イベントカウンタをともなった複数の集電アノードを使用することによって増加させることができることが知られている。複数の集電アノードを使用するイオン検出器は、例えば、飛行時間質量分析部において、その質量分析部のダイナミックレンジを拡大するために使用される。集電アノードは、検出器システムの入力へ到達するイオンによって生成される二次電子パルスの異なる部分またはグループを捕集および記録するように配置される。各集電アノードは、それ自身の独立した増幅器、弁別器および時間−デジタル変換器(TDC)に取り付けられる。
【0004】
公知の電子増倍管検出器システムの入力におけるイオン到達レートがある限度を一旦超えると、2つの集電アノードの大きい方から記録される信号が次第に不正確となる。したがって、イオン到達イベントカウンタはカウントし損ね始める。しかし、二次電子パルスのより小さな部分を検出および記録するように配置された小さい方の集電アノードから記録される信号は、マイクロチャネルプレートの対応する入力領域に到達するすべてのイオンをカウントし続ける。異なる集電アノード上で記録されるイオン到達イベントの部分間の比は既知なので、総イオン到達レートが計算できる。したがって、到達するイオン電流を定量化するためのダイナミックレンジを拡大できる。
【0005】
飛行時間質量分析計において、イオンをカウントし損ねると、固有の質量電荷比を有するイオンについて記録したイオン到達分布にずれが生じる。このため、測定されるイオンの平均到達時間がずれ、その結果、質量電荷比の決定する際に誤差が生じる。イオン検出器のダイナミックレンジを増加すると、イオン信号の定量化および対応するイオンの質量電荷比の決定の両方の精度が向上し得る。
【0006】
集電アノードの1つに到達する二次電子パルスの数を減衰させるマスクを用いることによってイオンカウント検出器のダイナミックレンジを向上させることが考えられる。マスクを最後尾のマイクロチャネルプレートの下流に配置して、二次電子の一部が集電アノードの1つに当たることを防止するか、またはマスクを先頭のマイクロチャネルプレートの上流に配置してそのマイクロチャネルプレートに当たるイオンの強度を低減することが考えられる。いずれにせよ、2つの集電アノードは、マイクロチャネルプレートから出射された二次電子パルスの異なる部分を捕集するように配置される。
【0007】
これらの考えられる構成は、イオンが到達するごとに生じる二次電子の雲が集電アノードに到達する際に大きく広がるという問題がある。多重アノード検出器システムにおける1つの集電アノードの端縁に近い位置にあるマイクロチャネルプレートにイオンが到達すると、その後イオン到達によって生成された二次電子のうちのいくつかまたは一部だけがその特定の集電アノードに当たることが起こりうる。しかし、イオン到達が検出されカウントされるかどうかは、主に集電アノードに当たる電子の数によって決定される。したがって、イオン到達イベントが記録される尤度は、検出器に当たる際のイオンの位置、電子増倍管における電子増幅率、イオン到達の結果生じる集電アノードに当たる電子雲における電子の割合、増幅器ゲインおよびイベントカウンタ弁別器レベルに左右される。
【0008】
電子増倍管における電子増幅率は通常ガウシアン分布にしたがってイベントごとにばらつく。イオンカウントシステムは、電子増幅率の正規(ガウシアン)なばらつきがカウントされるイオン数に著しく影響を与えるほどには大きくならないようにするとともに、システムのノイズが余計なカウントを引き起こすほどには大きくならないように、通常設計される。しかし、イオンが集電アノードの境界に対応するイオン検出器上の位置に到達した場合には、あまりはっきりとはノイズと区別されないことがあり、イオン検出器上のそのような位置に到達するイオンによるカウント数は、直接的に検出器システムの設定によって異なることは明らかであろう。
【0009】
別の大きな問題は、2つの集電アノードが互いに著しく近寄って配置される場合、1個のイオンがイオン検出器の入力に到達したことによって生成される二次電子雲が両集電アノード上に部分的に入射し得ることである。この結果、イオン到達イベントがカウントされないか、イオン到達イベントが2つの集電アノードによって1回または2回にカウントされるかのいずれかになり得る。これがどの程度起こり得るかは、直接的に、検出器システムの設定によって異なる。
【0010】
この効果のよって生じる不正確さは、二次電子のより少ない部分を記録するように配置された集電アノードにとっては特に著しい。小さい方の集電アノードを大きい方の集電アノードの面積の、例えば10分の1または100分の1に設計する場合もある。したがって、この誤差の大きさは、最も小さい集電アノードの相対面積が小さくなればなる程、それに対応して大きくなる。さらに、集電アノードの端縁または境界がその面積に対して非常に大きくなるようにイオン検出器を設計する場合もある。例えば、ある集電アノードが大きなプレートを備えるとともに、別の集電アノードがその大きなプレートの前に細いワイヤを備える場合がある。細いワイヤの集電アノードは、その面積に比例して非常に大きな境界を有する。したがって、そのようなイオン検出器は、小さな方のワイヤ集電アノードによって記録されるイオンカウントレートに大きな誤差が生じ得るという問題がある。この誤差は、総イオンカウントレートが高すぎて大きい方の集電アノード上で正確に記録できないような状況において総イオンカウントレートを決定する際に生じる。
【0011】
特に、集電アノード間の境界に対応する位置に到達するイオンについては共有信号の問題がある。イオンによっては1つより多くの集電アノードに当たる電子雲を生成することがある。これらの共有電子雲がそれぞれ単独の集電アノード上で生成する信号は小さくなるため、いずれもカウントされるほど大きくならない場合がある。
【0012】
電子雲が2つの集電アノード間に共有されないようにいずれかの集電アノードには到達しないように、マスクを最後尾のマイクロチャネルプレートの後方かつ集電アノードの前方に配置することが考えられる。しかし、そのような配置には、電子雲の一部だけが特定の集電アノードに当たるという問題がある。集電アノードに当たる電子雲は、その強度が低減されるので、イオン到達イベントとして登録されるのに十分である場合もあれば、不十分な場合もある。これは、電子増倍管における電子増幅率、集電アノードに当たる電子雲の割合、増幅ゲインおよび検出器弁別器レベルに左右される。
【0013】
マスクの端縁近傍の位置に到達するイオンの検出される割合は、直接的に、検出器システムの設定によって異なる。細いワイヤの集電アノードなどの大きな境界を有する小さなアノードでは、これがイオンカウント数に大きな誤差をもたらす。
【0014】
2つの集電アノード間に共有される電子雲を生成しないようにこれらのイオンがイオン検出器に到達することを阻止するために、マスクを先頭のマイクロチャネルプレートの前面の上流に配置することが考えられる。そのような配置では、マスクを最後尾のマイクロチャネルプレート検出器の下流に配置する上記のような場合と同じような問題は起こらない。しかし、そのような配置は、先頭のマイクロチャネルプレートの前面の前にマスクを搭載する必要があり、多くの異なる問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
第1に、そのような検出器を飛行時間質量分析計に使用すると、マイクロチャネルプレート入力面またはマスクのどちらに当たるかに応じて、ある質量電荷比を有するイオンが他のイオンよりも先に検出器面に当たる。また、マスクの端縁に当たるイオンは二次電子を放出させ、次いでその二次電子はマイクロチャネルプレートによって増幅されるので、その結果、検出されるイオンは得られる質量スペクトルにゴーストピークを生じさせる。
【0016】
第2に、後段加速イオン検出器などのイオン検出器の設計においては、イオンがイオン検出器に近づく際にさらに加速させることがある。イオンを受け取るように配置されたマイクロチャネルプレートは、その前面が完全には平坦ではないので、加速電界も完全には均一でない。その結果、マスクを先頭のマイクロチャネルプレートの前面に配置すると、あるイオンは別のイオンと異なるように加速され、偏向されるイオンも生じるので、イオン検出器に到達する時間がわずかに異なる。この結果、得られる質量スペクトルにおいて質量ピークが広がる。
【0017】
第3に、イオンに当てるために意図的に配置されるいずれのマスクも時間がたつにつれ、絶縁となり得る物質によって被膜され得る。その結果、マスクが電荷を保持し始め、さらにイオンの飛行経路および到達時間を乱すことがある。また、マスクには、入射イオンによってスパッタリングされる二次原子およびイオンも当たり、その結果、検出器によって検出されるそれらの一部によって、得られる質量スペクトルにゴーストピークが生じる。
【課題を解決するための手段】
【0018】
本発明の一局面によると、
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、
第2マイクロチャネルプレートデバイスと、
第1マイクロチャネルプレートデバイスと第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドと、
少なくとも、前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの下流に配置される、第1の活性電子検出面積またはサイズを有する第1集電アノードおよび第2の異なる活性電子検出面積またはサイズを有する第2の別の集電アノードと
を含むイオン検出器が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
一実施形態によると、第2活性電子検出面積またはサイズは第1活性電子検出面積またはサイズのxパーセントに等しく、xは(i)<0.2%、(ii)0.2〜0.3%、(iii)0.3〜0.4%、(iv)0.4〜0.5%、(v)0.5〜0.6%、(vi)0.6〜0.7%、(vii)0.7〜0.8%、(viii)0.8〜0.9%、(ix)0.9〜1.0%、(x)1〜10%、(xi)10〜20%、(xii)20〜30%、(xiii)30〜40%、(xiv)40〜50%、(xv)50〜60%、(xvi)60〜70%、(xvii)70〜80%、(xviii)80〜90%、(xix)90〜100%からなる群から選択される。
【0020】
第1マイクロチャネルプレートデバイスは1つ、2つ、または2つよりも多いマイクロチャネルプレートを含んでもよい。同様に、第2マイクロチャネルプレートデバイスは1つ、2つ、または2つよりも多いマイクロチャネルプレートを含んでもよい。
【0021】
好ましくは、マスクまたはシールドは第1マイクロチャネルプレートデバイスから出射される電子を阻止、減衰、少なくとも部分的に減衰、または発散するように配置される。好ましくは、マスクまたはシールドは、電子が第1マイクロチャネルプレートデバイスから出射されるかまたは出現すること、および/または第2マイクロチャネルプレートデバイスに当たるかまたは到達することを実質的に防止する。一実施形態によると、マスクまたはシールドは、第1マイクロチャネルプレートデバイス上の所定の場所または位置において第1マイクロチャネルプレートデバイスに到達する少なくともいくつかのイオンが、(a)その後、二次電子雲が第2マイクロチャネルプレートデバイスから出射されることを実質的に防止するか、または(b)その後、二次電子雲が第2マイクロチャネルプレートデバイスから出射され、実質的に第1集電アノードに当たるか、または第2集電アノードに当たるが、第2マイクロチャネルプレートデバイスから出射された二次電子雲は第1集電アノードおよび第2集電アノードの両方に同時には実質的に当たらないようにする。
【0022】
一実施形態によると、マスクまたはシールドは、第1マイクロチャネルプレートデバイスに到達したイオンが、第1集電アノードおよび第2集電アノードの両方に同時に当たる二次電子雲を実質的に生成しないように配置される。好ましくは、マスクまたはシールドは、第1マイクロチャネルプレートデバイスに到達したイオンが、第1集電アノードまたは第2集電アノードのいずれかに当たるが、第1集電アノードおよび第2集電アノードの両方に同時には当たらない二次電子雲を生じさせるように配置される。
【0023】
一実施形態によると、マスクまたはシールドは、(i)<1μm、(ii)1〜5μm、(iii)5〜10μm、(iv)10〜15μm、(v)15〜20μm、(vi)20〜25μm、(vii)25〜30μm、(viii)30〜35μm、(ix)35〜40μm、(x)40〜45μm、(xi)45〜50μm、(xii)50〜55μm、(xiii)55〜60μm、(xiv)60〜65μm、(xv)65〜70μm、(xvi)70〜75μm、(xvii)75〜80μm、(xviii)80〜85μm、(xix)85〜90μm、(xx)90〜95μm、(xxi)95〜100μm、および(xxii)>100μmからなる群から選択される厚さを有する。
【0024】
好ましくは、少なくとも第1マイクロチャネルプレートデバイスの前面は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される。好ましくは、少なくとも第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される。好ましくは、第1マイクロチャネルプレートデバイスの両端の電位差は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される。
【0025】
一実施形態によると、少なくともマスクまたはシールドの前面は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される。好ましくは、マスクまたはシールドの後面は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される。好ましくは、マスクまたはシールドの両端の電位差は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される。
【0026】
一実施形態によると、少なくとも第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される。好ましくは、第2マイクロチャネルプレートデバイスの後面は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される。好ましくは、第2マイクロチャネルプレートデバイスの両端の電位差は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される。
【0027】
一実施形態によると、第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面とマスクまたはシールドの前面との間の電位差は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される。同様に、一実施形態によると、マスクまたはシールドの後面と第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面との間の電位差は、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される。
【0028】
好ましくは、マスクまたはシールドは、第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面に装着されるか、または別の方法で設置される。好ましくは、マスクまたはシールドは、第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面に装着されるか、または別の方法で設置される。一実施形態によると、マスクまたはシールドは、第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面に装着されるか、または別の方法で設置され、かつ第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面に装着されるか、または別の方法で設置される。
【0029】
好ましくは、マスクまたはシールドは、(i)金属、(ii)プラスチック、(iii)セラミック、(iv)導体、(v)絶縁体、(vi)半導体、(vii)薄膜、(viii)有機層、(ix)無機層、(x)ポリイミド層、(xi)熱可塑性層、および(xii)カプトン(登録商標)からなる群から選択される材料を含む。
【0030】
好ましくは、第1マイクロチャネルプレートデバイスは、使用中にイオンが受け取られる前面および使用中に電子が出射される後面を含み、第2マイクロチャネルプレートデバイスは、使用中に第1マクロチャネルプレートデバイスから出射される電子が受け取られる前面および使用中に電子が出射される後面を含む。
【0031】
好ましくは、第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面と第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面との間の分離は、(i)<1μm、(ii)1〜5μm、(iii)5〜10μm、(iv)10〜15μm、(v)15〜20μm、(vi)20〜25μm、(vii)25〜30μm、(viii)30〜35μm、(ix)35〜40μm、(x)40〜45μm、(xi)45〜50μm、(xii)50〜55μm、(xiii)55〜60μm、(xiv)60〜65μm、(xv)65〜70μm、(xvi)70〜75μm、(xvii)75〜80μm、(xviii)80〜85μm、(xix)85〜90μm、(xx)90〜95μm、(xxi)95〜100μm、および(xxii)>100μmからなる群から選択される。
【0032】
一実施形態によると、第2マイクロチャネルプレートデバイスの後面と第1集電アノードの前面との間の分離は、(i)<1μm、(ii)1〜10μm、(iii)10〜20μm、(iv)20〜30μm、(v)30〜40μm、(vi)40〜50μm、(vii)50〜60μm、(viii)60〜70μm、(ix)70〜80μm、(x)80〜90μm、(xi)90〜100μm、(xii)100〜120μm、(xiii)120〜140μm、(xiv)140〜160μm、(xv)160〜180μm、(xvi)180〜200μm、(xvii)200〜250μm、(xviii)250〜300μm、(xix)300〜350μm、(xx)350〜400μm、(xxi)400〜450μm、(xxii)450〜500μm、および(xxiii)>500μmからなる群から選択される。
【0033】
一実施形態によると、第2マイクロチャネルプレートデバイスの後面と第2集電アノードの前面との間の分離は、(i)<1μm、(ii)1〜10μm、(iii)10〜20μm、(iv)20〜30μm、(v)30〜40μm、(vi)40〜50μm、(vii)50〜60μm、(viii)60〜70μm、(ix)70〜80μm、(x)80〜90μm、(xi)90〜100μm、(xii)100〜120μm、(xiii)120〜140μm、(xiv)140〜160μm、(xv)160〜180μm、(xvi)180〜200μm、(xvii)200〜250μm、(xviii)250〜300μm、(xix)300〜350μm、(xx)350〜400μm、(xxi)400〜450μm、(xxii)450〜500μm、および(xxiii)>500μmからなる群から選択される。
【0034】
好ましくは、第1集電アノードは第2集電アノードよりも実質的に大きい。好ましくは、第1集電アノードは第1活性電子検出面積を有し、第2集電アノードは第2活性電子検出面積を有する。第1活性電子検出面積と第2活性電子検出面積の比は、(i)<1、(ii)1〜1.5、(iii)1.5〜2.0、(iv)2〜3、(v)3〜4、(vi)4〜5、(vii)5〜6、(viii)6〜7、(ix)7〜8、(x)8〜9、(xi)9〜10、(xii)10〜15、(xiii)15〜20、(xiv)20〜25、(xv)25〜30、(xvi)30〜35、(xvii)35〜40、(xviii)40〜45、(xix)45〜50、(xx)50〜60、(xxi)60〜70、(xxii)70〜80、(xxiii)80〜90、(xxiv)90〜100、(xxv)100〜150、(xxvi)150〜200、(xxvii)200〜250、(xxviii)250〜300、(xxix)300〜350、(xxx)350〜400、(xxxi)400〜450、(xxxii)450〜500、および(xxxiii)>500からなる群から選択される。
【0035】
一実施形態によると、第1および第2集電アノードは実質的に共面である。先の実施形態ほどではないが、好ましい実施形態によると、第1および第2集電アノードは実質的に共面でない。
【0036】
好ましくは、第1集電アノードは第2集電アノードを実質的に封ずるか、囲むか、または包む。一実施形態によると、第2集電アノードは、第1集電アノード内にまたは第1集電アノードによって形成されるスロット、チャネル、スリット、アパーチャまたはウインドウ内に設置される。好ましくは、第1集電アノード内にまたは第1集電アノードによって形成されるスロット、チャネル、スリット、アパーチャまたはウインドウのサイズは、第2集電アノードのサイズ、面積、直径、長さまたは幅よりも実質的に大きい。
【0037】
好ましくは、第1集電アノードは1つ以上の集電アノードを含む。第1集電アノードは集電アノードのアレイを含んでもよい。好ましくは、第2集電アノードは1つ以上の集電アノードを含む。第2集電アノードは集電アノードのアレイを含んでもよい。
【0038】
一実施形態によると、イオン検出器は、第1集電アノードに接続された1つ以上の時間−デジタル変換器(「TDC」)を含むのが好ましい。一実施形態によると、イオン検出器は、第1集電アノードに接続された1つ以上のアナログ−デジタル変換器(「ADC」)を含むのが好ましい。
【0039】
一実施形態によると、イオン検出器は、記第2集電アノードに接続された1つ以上の時間−デジタル変換器(「TDC」)を含むのが好ましい。一実施形態によると、イオン検出器は、第2集電アノードに接続された1つ以上のアナログ−デジタル変換器(「ADC」)を含むのが好ましい。
【0040】
本発明の一局面によると、上記イオン検出器を含む分析器が提供される。
【0041】
本発明の一局面によると、上記のイオン検出器を含む質量分析部が提供される。
【0042】
本発明の一局面によると、上記のイオン検出器を含む質量分析計が提供される。
【0043】
好ましくは、質量分析計は質量分析部をさらに備える。好ましくは、質量分析部は、(i)直交加速飛行時間質量分析部、(ii)軸方向加速飛行時間質量分析部、(iii)ポール3D四重極イオントラップ質量分析部、(iv)2Dまたは線形四重極イオントラップ質量分析部、(v)フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析部、(vi)磁気セクタ質量分析部、(vii)四重極質量分析部、および(viii)ペニングトラップ質量分析部からなる群から選択される。
【0044】
好ましくは、質量分析計または他の分析器はさらにイオン源を含む。イオン源はパルス化イオン源または実質的に連続なイオン源のいずれでもよい。イオン源は、(i)エレクトロスプレーイオン化(「ESI」)イオン源、(ii)大気圧光イオン化(「APPI」)イオン源、(iii)大気圧化学イオン化(「APCI」)イオン源、(iv)マトリックス支援レーザ脱離イオン化(「MALDI」)イオン源、(v)レーザ脱離イオン化(「LDI」)イオン源、(vi)大気圧イオン化(「API」)イオン源、(vii)シリコンを用いた脱離イオン化(「DIOS」)イオン源、(viii)電子衝突(「EI」)イオン源、(ix)化学イオン化(「CI」)イオン源、(x)電界イオン化(「FI」)イオン源、(xi)電界脱離(「FD」)イオン源、(xii)誘導結合プラズマ(「ICP」)イオン源、(xiii)高速原子衝撃(「FAB」)イオン源、(xiv)液体二次イオン質量分析(「LSIMS」)イオン源、(xv)脱離エレクトロスプレーイオン化(「DESI」)イオン源、および(xvi)ニッケル−63放射性イオン源からなる群から選択されるのが好ましい。
【0045】
本発明の別の局面によると、イオンを検出する方法であって、
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、第2マイクロチャネルプレートデバイスと、第1マイクロチャネルプレートデバイスと第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドとを含むイオン検出器に向けてイオンを送り出すステップと、
少なくとも第1の集電アノードと第2の別の集電アノードを使用して第2のマイクロチャネルプレートデバイスから出射される電子を検出するステップであって、第1集電アノードは第1の活性電子検出面積またはサイズを有し、第2集電アノードは第2の異なる活性電子検出面積またはサイズを有し、第1集電アノードおよび第2集電アノードは第2マイクロチャネルプレートデバイスの下流に配置されるステップとを含む方法が提供される。
【0046】
本発明の一局面によると、上記のイオン検出方法を含む質量分析方法が提供される。
【0047】
本発明の一局面によると、
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、
第2マイクロチャネルプレートデバイスと、
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドであって、前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの間の分離が≦50μmである、マスクまたはシールドと
を含むイオン検出器が提供される。
【0048】
本発明の一局面によると、
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、
第2マイクロチャネルプレートデバイスと、
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドであって、マスクまたはシールドが絶縁体を含むマスクまたはシールドと
を含むイオン検出器が提供される。
【0049】
本発明の一局面によると、マスクまたはシールドは、(i)プラスチック、(ii)セラミック、(iii)薄膜、(iv)有機層、(v)無機層、(vi)ポリイミド層、(vii)熱可塑性層、および(viii)カプトン(登録商標)からなる群から選択される材料を含む。
【0050】
本発明の一局面によると、
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、
第2マイクロチャネルプレートデバイスと、
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドと
を含むイオン検出器が提供される。
【0051】
好ましい実施形態は、2つ以上のマイクロチャネルプレートおよび2つ以上の集電アノードを含むマイクロチャネルプレート検出器アッセンブリに関する。マスクは、イオンが第1上流マイクロチャネルプレートに当たることによって第2下流マイクロチャネルプレートから出現する電子雲におけるすべての電子が2つの集電アノードのうちの1つに当たるだけになるように、2つのマイクロチャネルプレートの間に設置される。マイクロチャネルプレート間の分離は、好ましくは50μm以下である。
【0052】
好ましくは、集電アノードの電子検出面積は等しくない。先の実施形態ほどではないが、好ましい実施形態によると、2つ以上の集電アノードは実質的に同じ面積を有してもよい。マスクの形状およびサイズは、好ましくは、第1マイクロチャネルプレートの入力面に入射したイオンによる第2マイクロチャネルプレートからの電子雲が出現しないように、2つの集電アノードの境界を少なくともマスクする。これにより、電子の一部だけが一方の集電アノードに当たる。好ましい実施形態において、マスクは絶縁体を含む。
【0053】
好ましい実施形態において、好ましくは、イオン検出器における集電アノードの1つ以上は、イオンをカウントするために増幅器、弁別器および高速イベントカウンタとともに使用される。
【0054】
好ましくは、上記好ましいイオン検出器は、時間−デジタル変換器(TDC)を内蔵する飛行時間質量分析計において使用され、イオンを検出し、その到着時間を記録する。好ましくは、上記好ましいイオン検出器は、定量化用途および/または質量測定用途に対してダイナミックレンジが拡大される。
【0055】
本発明の種々の実施形態を、例示のためだけの他の構成とともに、あくまで例として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【0056】
図1は、1対のマイクロチャネルプレートおよび単一の集電アノードを備える公知のイオン検出器を示す。
【0057】
図2は、1対のマイクロチャネルプレート、および第2の最後部のマイクロチャネルプレートから出射された二次電子の異なる部分を捕集するように配置された2つの異なるサイズの集電アノードを備える別の公知のイオン検出器を示す。
【0058】
図3は、図2の構成をより詳細に示し、上記の公知構成において、イオン検出器に到達するイオンが、第2マイクロチャネルプレートから出射され両集電アノードにまたがって当たる二次電子雲を生じさせることを示す。
【0059】
図4Aは、イオンが第1マイクロチャネルプレートに到達することによって活性化された第1マイクロチャネルプレートにおけるチャネルを示す。
【0060】
図4Bは、第1マイクロチャネルプレートから出射された電子雲によって第2マイクロチャネルプレートにおいて活性化された対応するチャネルを示す。
【0061】
図5は、マスクが第2マイクロチャネルプレートの後面に設置された構成を示す。
【0062】
図6Aは、図5に示す構成において、第1マイクロチャネルプレートに到達したイオンによって第2マイクロチャネルプレートから電子雲が出射される様子をより詳細に示す。
【0063】
図6Bは、図5に示す構成において、第1マイクロチャネルプレートの異なる位置に到達したイオンによって第2マイクロチャネルプレートに二次電子が生成されるが、マスクによって阻止されるのでその二次電子の一部しか第2マイクロチャネルプレートから出射されない様子を詳細に示す。
【0064】
図7は、マスクを第1マイクロチャネルプレートの前面に設置する構成を示す。
【0065】
図8は、マスクを2つのマイクロチャネルプレート間に設置する本発明の好ましい実施形態を示す。
【0066】
図9は、図8に示すような好ましい実施形態にかかるマスクが、二次電子雲が第2マイクロチャネルプレートから出射され2つの集電アノードに当たるか、強度がばらつき得ることを防止する様子をより詳細に示す。
【0067】
公知のマイクロチャネルプレートイオン検出器を図1に示す。このようなイオン検出器は、飛行時間質量分析計に組み込まれ得る。イオン1は、重なり合った2つのマイクロチャネルプレート2a、2bの入力面(前面)に入射するように配置される。二次電子は、第1マイクロチャネルプレート2aから出射され、その後、第1マイクロチャネルプレートの下流に配置された第2マイクロチャネルプレート2bによって増幅される。
【0068】
二次電子のパルスまたは二次電子の雲は、第2マイクロチャネルプレート2bから出射(出現)し、単一の集電アノード3に当たる。次いで集電アノード3に受け取られた二次電子のパルスは増幅され、その後、位置4で集電アノード3に接続された時間−デジタル変換器(「TDC」)を使用して記録される。
【0069】
特に、図1は、10個のイオンがイオン検出器に実質的に同時に到達する時間上の一例を示す。しかし、10個のイオンがイオン検出器に到達するが、単一の集電アノード3に接続された時間−デジタル変換器は単一のイベント(イオン到達イベント)を記録するだけである。
【0070】
このため、2つの集電アノードを備える改良イオン検出器が知られている。図2は、等しくない面積を有する2つの独立した集電アノード5、6を備えるそのような公知のイオン検出器を示す。図2の特定の例において、第1の大きい方の集電アノード5は、第1マイクロチャネルプレート2aの入力面に到達するイオンの90%から生じる電子パルスを捕集する。したがって、第1マイクロチャネルプレート2aに到達するイオン1の90%は大きい方の集電アノード5に当たる電子雲を生成するとともに、第1マイクロチャネルプレートに到達するイオン1の10%だけが小さい方の第2集電アノード6に当たる電子雲を生成する。
【0071】
第1時間−デジタル変換器5’は大きい方の集電アノード5に接続されるように示されており、1回のイオン到達イベントを記録するだけである。しかし、第2時間−デジタル変換器6’は小さい方の集電アノード6に接続されるように示されており、1回のイオン到達イベントをさらに記録する。
【0072】
多数回の測定にわたり、第1時間−デジタル変換器5’は常に1回のイベントを記録するが、第2時間−デジタル変換器6’は1回のイベントを記録したり、しなかったりする。
【0073】
第1時間−デジタル変換器5’からの出力が、例えば飽和の様相を示すことによってエラーであると認識される場合、第2時間−デジタル変換器6’によって記録される信号を使用してイオン検出器に到達する総信号を推定してもよい(2つの集電アノード5、6の捕集部分の比が既知の場合)。したがって、2つの異なるサイズの集電アノード5、6を使用することで、イオン検出器のダイナミックレンジを拡大することができる。
【0074】
図3は、図2に示すような公知のイオン検出器の詳細を示す。特に、図3は、第1および第2マイクロチャネルプレート2a、2bから出射される電子雲を示す。図3は、第1マイクロチャネルプレート2aから出射された電子雲が広がり、第2マイクロチャネルプレート2bの入力(入射)面により大きな占有面積を有する様子を示す。図3はまた、第2マイクロチャネルプレート2bの出射面から出射された電子雲が同様に広がり、第1集電アノード5および/または第2集電アノード6に当たり得る様子を示す。
【0075】
マイクロチャネルプレートの出射面から距離Sの位置にあるそのマイクロプレートの単一チャネルから生じる電子雲の直径Dcは以下によって与えられる。
【0076】
【数1】
【0077】
ここで、
【0078】
【数2】
【0079】
およびEは、マイクロチャネルプレートを離れる電子の平均出口エネルギーであり、Sはマイクロチャネルプレートの出射面からの距離、Vbは距離Sに沿った電圧距離、dは単一マイクロチャネルプレートチャネルの直径、およびpはマイクロチャネルプレートの出口においてマイクロチャネルプレートチャネル中へ電極材料を貫入させる深さである(エンドスポイリング)。
【0080】
図3に示す構成をさらに示すために、重なり合った2つのマイクロチャネルプレートが考えられ得る。2つのマイクロチャネルプレートは、個々のチャネル直径dが10μm、エンドスポイリングが10μm、チャネルピッチが12μm、およびプレート間の間隙が25μmであるようなシェヴロン(山形)構成に配置されることが考えられ得る。マイクロチャネルプレート動作プレートバイアスをプレート当たり1000Vと仮定し、マイクロチャネルプレートを離れる電子の平均エネルギーEが約35eVであると決定してもよい。
【0081】
図3に示す第1マイクロチャネルプレート2aの入力面に到達する1つのイオンに対して、その結果の第1マイクロチャネルプレート2aから出る電子雲は、第2マイクロチャネルプレート2bの入力面に当たる際には約60μmの直径に広がっている。これは、第2マイクロチャネルプレート2bの約23チャネルを照射することに対応する。これを図4Aおよび4Bにさらに示す。
【0082】
図4Aは、イオンの到達によって活性化されている単一チャネル(斜線部分)を有する第1マイクロチャネルプレート2aを示す。図4Bは、第2マイクロチャネルプレート2bおよび第1マイクロチャネルプレート2aから出射し発散した二次電子によって活性化されたチャネル(斜線部分)を示し、第2マイクロチャネルプレート2bではより多くの数のチャネルを示している。
【0083】
第2マイクロチャネルプレート2bの出口面と第1および第2集電アノード5、6との間の間隙を0.5mmにとり、第2マイクロチャネルプレート2bの出口面と第1および第2集電アノード5、6との間のバイアス電圧を100Vに設定すると、第2マイクロチャネルプレートの各チャネルからの電子雲の直径は約0.6mmとなる。したがって、第2マイクロチャネルプレート2bの23チャネル群から現れる電子雲の総直径は約0.7mmとなる。実際には、電子間に空間電荷斥力があるので電子雲の総直径はさらに大きい可能性がある。
【0084】
図3に戻って参照すると、図示の従来構成では、第1マイクロチャネルプレート2a上に入射するイオンの1つが第1および第2集電アノード5、6の両方に共有される電子雲7を生成することが分かる。したがって、イオン検出器に到達する単一のイオンが集電アノード5、6の両方に当たる二次電子を発生し得ることが分かる。その結果、このイオンは、全くカウントされないこともあれば、1または2回とカウントされることもある。いずれになるかは、マイクロチャネルプレート電子増倍管における各イオンに対する電子増幅率、イオンの位置、および増幅器および弁別器の設定に大きく左右される。
【0085】
図5は、第2マイクロチャネルプレート2bの後面上にマスク8を設置する効果を示す。マスク8は、第2マイクロチャネルプレート2bに対して2つの集電アノード5、6間の境界領域を遮るように配置されるように示される。マスク8は、電子雲が第2マイクロチャネルプレート2bから出射しないように、かつ第1および第2集電アノード5、6によって共有されないようにするためのものである。図5に示す構成は、電子雲が2つの集電アノード5、6にまたがって共有されることを防止するのに効果的であり得るが、以下により詳細に説明するように別の問題を有する。
【0086】
図6Aは、第1マイクロチャネルプレート2a上のある位置に当たるイオンがマスク8によって実質的に影響されない電子雲(電子雲の強度が100%)を生成し得る様子を示す。図6Bは、イオンが第1マイクロチャネルプレート2a上の異なる位置に当たる場合を示す。図6Bに示すように、マスクはある状況において第2マイクロチャネルプレート2bから出射された電子雲の強度を低減し得る。すなわち、第2マイクロチャネルプレート2bから出射された電子雲の強度は100%よりずっと小さいことがある。
【0087】
図6Bから分かるように、マスク8は電子が第2マイクロチャネルプレート2bから離れ、集電アノード5、6の1つに到達することを部分的に阻止する。したがって、マスク8を第2マイクロチャネルプレート2bの後面上に配置することは、ある状況では、第2マイクロチャネルプレート2bから出射された電子雲の強度が弱すぎてイオン検出器にイオン到達イベントを記録させることができないことがあるため、イオンがカウントされたり、されなかったりするという問題を起こす。
【0088】
図7は、マスク9を第1マイクロチャネルプレート2aの前面に設置する構成を示す。この構成によれば、マスク9は、第2マイクロチャネルプレートから出射され第1および第2衝突アノード5、6の両方に入射する電子雲を生じさせるイオンを阻止するように配置される。しかし、この構成には多くの問題があり得る。図7に示すようなイオン検出器に到達し、第1マイクロチャネルプレート2aに近づくイオンは、マスク9の端縁に当たって二次電子を生成し、次いでその二次電子が増幅および検出され、得られる質量スペクトルにゴーストピークを生じさせ得る。
【0089】
また、図7に示すようなイオン検出器が後段加速イオン検出器として使用されれば、マスク9が電界のまたは電界へ歪みを導入するという別の問題がある。このため、イオンが偏向し、異なる時間にイオン検出器に到達し得る。このため、得られる質量スペクトルにおいて質量ピークが拡大され得る。
【0090】
マスク9を第1マイクロチャネルプレート2aの前に設置すると、イオンが当たって、電荷を保持する絶縁物質によって被膜されるという問題も生じる。したがって、この場合、飛行経路およびイオン到達時間が乱され得る。
【0091】
さらに、マスク9にイオンが当たると二次原子およびイオンのスパッタリングが起こり、次いでその一部がイオン検出器によって検出され、得られる質量スペクトルにゴーストピークを生じさせ得るという問題もある。
【0092】
図8は、本発明の好ましい実施形態を示し、少なくとも好ましい実施においては、従来のイオン検出器または上記の他の構成にともなう問題が実質的に生じない。本好ましい実施形態によれば、イオン検出アセンブリは少なくとも2つのマイクロチャネルプレート2a、2b、ならびに好ましくは、少なくとも第1集電アノード5および第2集電アノード6を備える。第1および第2集電アノード5、6は好ましくは共面であるが、このことは不可欠ではない。
【0093】
本好ましい実施形態によれば、マスク10は好ましくは第1および第2マイクロチャネルプレート2a、2bの間に据えられる、または別の方法で配置される。マスク10は、第1マイクロチャネルプレート2aの後面または第2マイクロチャネルプレート2bの前面に装着してもよい。特に好ましい実施形態によれば、マスクは第1マイクロチャネルプレート2aと第2マイクロチャネルプレート2bとの間に挟まれる。
【0094】
マスク10の形状、サイズ、および位置は、好ましくは第1および第2集電アノード5、6の間の境界に整列するように設定される。好ましくは、イオンが到達した結果第1マイクロチャネルプレート2aから現れる電子雲であって、第1および第2集電アノード5、6に共有される第2マイクロチャネルプレート2bから出射される電子雲を発生させる電子雲が、第2マイクロチャネルプレート2bに達することを、マスク10によって実質的に防止する。このように、好ましくは、第1および第2集電アノード5、6間で電子が共有される問題は実質的に解消されるか、または少なくとも著しく低減される。
【0095】
また、図8に示すような好ましい実施形態は、好ましくは、第2マイクロチャネルプレート2bから出射された電子雲の強度が著しくばらつき得るという問題を実質的に解決する。図9は図8に示すような好ましい実施形態にかかるイオン検出器の一部を拡大した図である。マスク10は、2つの集電アノードに共有されるイオン検出器に到達したイオンによる電子雲を防止するために配置されるように示される。また、マスク10は、二次電子の低減部分だけが特定の集電アノードに到達してイオン到達イベントがカウントされないという状況を生じさせないという格別の効果を有する。
【0096】
また、上記好ましい実施形態によれば、マスク10はイオン検出器の第1マイクロチャネルプレート2aの入力面に設置されないのが有利である。したがって、マスク10はイオン衝突に曝されないので、図7の構成を参照して説明したようなイオン衝突に関連する望ましくない結果も全く生じない。
【0097】
上記好ましい実施形態によれば、好ましくは、マスク10の厚さは、第2マイクロチャネルプレート2bの入力面に入射する電子雲の直径が不必要に広がらないようになるべく小さくされる。例えば、マスク10の厚さは25μm以下にするとよい。好ましくは、マスク厚が25μmの場合、プレート間の間隙はあまり増加されない。
【0098】
好ましくは、上記好ましい実施形態のイオン検出器は、1つ以上の集電アノードを有するADCおよびTDC検出器の組み合わせを使用するシステムに適用可能である。
【0099】
本発明の1つの実施形態として、イオン検出器が2つより多い重なり合ったマイクロチャネルプレートからなることが考えられる。また、マイクロチャネルプレート2a、2bが同じサイズであってもよく、異なるサイズであってもよいことが考えられる。2つより多いマイクロチャネルプレートを用いる場合、好ましくは、マスク10の好ましい位置は先頭の2つのマイクロチャネルプレートの間である。
【0100】
ある実施形態によれば、大きい方の集電アノード5はその内部に円形穴を有してもよく、その穴にそれより小さい円形の集電アノード6を突出させるか、または別の方法で設置してもよい。あるいは、矩形のスロットを大きい方の集電アノード5に設け、それを介してそれより小さい矩形の集電アノード6を突出させるか、または別の方法で設置してもよい。また、小さい方の集電アノード6を大きい方の集電アノード5と同じ平面上に設置しないなどの種々の別の実施形態が考えられる。
【0101】
さらなる実施形態によれば、複数のより小さな集電アノードを採用してもよい。これらの複数のより小さな集電アノードは面積および/または形状が等しくてもよい。あるいは、これらの複数のより小さな集電アノードは面積および/または形状が等しくなくてもよい。
【0102】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明してきたが、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲を逸脱することなく種々の変更を形態および細部において行うことができることが当業者に理解される。
【図面の簡単な説明】
【0103】
【図1】1対のマイクロチャネルプレートおよび単一の集電アノードを備える公知のイオン検出器を示す。
【図2】1対のマイクロチャネルプレート、および第2の最後部のマイクロチャネルプレートから出射された二次電子の異なる部分を捕集するように配置された2つの異なるサイズの集電アノードを備える別の公知のイオン検出器を示す。
【図3】図2の構成をより詳細に示し、上記の公知構成において、イオン検出器に到達するイオンが、第2マイクロチャネルプレートから出射され両集電アノードにまたがって当たる二次電子雲を生じさせることを示す。
【図4A】イオンが第1マイクロチャネルプレートに到達することによって活性化された第1マイクロチャネルプレートにおけるチャネルを示す。
【図4B】第1マイクロチャネルプレートから出射された電子雲によって第2マイクロチャネルプレートにおいて活性化された対応するチャネルを示す。
【図5】マスクが第2マイクロチャネルプレートの後面に設置された構成を示す。
【図6A】図5に示す構成において、第1マイクロチャネルプレートに到達したイオンによって第2マイクロチャネルプレートから電子雲が出射される様子をより詳細に示す。
【図6B】図5に示す構成において、第1マイクロチャネルプレートの異なる位置に到達したイオンによって第2マイクロチャネルプレートに二次電子が生成されるが、マスクによって阻止されるのでその二次電子の一部しか第2マイクロチャネルプレートから出射されない様子を詳細に示す。
【図7】マスクを第1マイクロチャネルプレートの前面に設置する構成を示す。
【図8】マスクを2つのマイクロチャネルプレート間に設置する本発明の好ましい実施形態を示す。
【図9】図8に示すような好ましい実施形態にかかるマスクが、二次電子雲が第2マイクロチャネルプレートから出射され2つの集電アノードに当たるか、強度がばらつき得ることを防止する様子をより詳細に示す。
【符号の説明】
【0104】
1 イオン
2a 第1マイクロチャネルプレート
2b 第2マイクロチャネルプレート
5 第1集電アノード
5’ 第1時間−デジタル変換器
6 第2集電アノード
6’ 第2時間−デジタル変換器
7 電子雲
8、9、10 マスク
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、
第2マイクロチャネルプレートデバイスと、
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドと、
少なくとも、前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの下流に配置される、第1の活性電子検出面積またはサイズを有する第1集電アノードおよび第2の異なる活性電子検出面積またはサイズを有する第2の別の集電アノードと
を含むイオン検出器。
【請求項2】
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスが、1つ、2つ、または2つよりも多いマイクロチャネルプレートを含む請求項1に記載のイオン検出器。
【請求項3】
前記第2マイクロチャネルプレートデバイスが、1つ、2つ、または2つよりも多いマイクロチャネルプレートを含む請求項1または2に記載のイオン検出器。
【請求項4】
前記マスクまたはシールドが、前記第1マイクロチャネルプレートデバイスから出射される電子を阻止、減衰、少なくとも部分的に減衰、または発散するように配置される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項5】
前記マスクまたはシールドは、電子が前記第1マイクロチャネルプレートデバイスから出るかまたは出現すること、および/または前記第2マイクロチャネルプレートデバイスに当たるかまたは到達することを実質的に防止する、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項6】
前記マスクまたはシールドが、前記第1マイクロチャネルプレートデバイス上の所定の場所または位置において前記第1マイクロチャネルプレートデバイスに到達する少なくともいくつかのイオンが、(a)その後、二次電子雲が前記第2マイクロチャネルプレートデバイスから出射されることを実質的に防止するか、または(b)その後、二次電子雲が前記第2マイクロチャネルプレートデバイスから出射され、実質的に前記第1集電アノードに当たるか、または前記第2集電アノードに当たるが、前記第2マイクロチャネルプレートデバイスから出射された前記二次電子雲は前記第1集電アノードおよび前記第2集電アノードの両方に同時には実質的に当たらないように配置される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項7】
前記マスクまたはシールドが、前記第1マイクロチャネルプレートデバイスに到達したイオンが、前記第1集電アノードおよび前記第2集電アノードの両方に同時に当たる二次電子雲を実質的に生成しないように配置される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項8】
前記マスクまたはシールドが、前記第1マイクロチャネルプレートデバイスに到達したイオンが、前記第1集電アノードまたは前記第2集電アノードのいずれかに当たるが、前記第1集電アノードおよび前記第2集電アノードの両方に同時には当たらない二次電子雲を生じさせるように配置される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項9】
前記マスクまたはシールドが、(i)<1μm、(ii)1〜5μm、(iii)5〜10μm、(iv)10〜15μm、(v)15〜20μm、(vi)20〜25μm、(vii)25〜30μm、(viii)30〜35μm、(ix)35〜40μm、(x)40〜45μm、(xi)45〜50μm、(xii)50〜55μm、(xiii)55〜60μm、(xiv)60〜65μm、(xv)65〜70μm、(xvi)70〜75μm、(xvii)75〜80μm、(xviii)80〜85μm、(xix)85〜90μm、(xx)90〜95μm、(xxi)95〜100μm、および(xxii)>100μmからなる群から選択される厚さを有する、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項10】
少なくとも前記第1マイクロチャネルプレートデバイスの前面が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項11】
少なくとも前記第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項12】
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスの両端の電位差が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項13】
少なくとも前記マスクまたはシールドの前面が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項14】
少なくとも前記マスクまたはシールドの後面が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項15】
前記マスクまたはシールドの両端の電位差が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項16】
少なくとも前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項17】
少なくとも前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの後面が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項18】
前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの両端の電位差が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項19】
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面と前記マスクまたはシールドの前面との間の電位差が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項20】
前記マスクまたはシールドの後面と前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面との間の電位差が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項21】
前記マスクまたはシールドが、前記第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面に装着されるか、または別の方法で設置される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項22】
前記マスクまたはシールドが、前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面に装着されるか、または別の方法で設置される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項23】
前記マスクまたはシールドが、前記第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面に装着されるか、または別の方法で設置され、かつ前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面に装着されるか、または別の方法で設置される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項24】
前記マスクまたはシールドが、(i)金属、(ii)プラスチック、(iii)セラミック、(iv)導体、(v)絶縁体、(vi)半導体、(vii)薄膜、(viii)有機層、(ix)無機層、(x)ポリイミド層、(xi)熱可塑性層、および(xii)カプトン(登録商標)からなる群から選択される材料を含む、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項25】
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスが、使用中にイオンが受け取られる前面および使用中に電子が出射される後面を含み、前記第2マイクロチャネルプレートデバイスが、使用中に前記第1マクロチャネルプレートデバイスから出射される電子が受け取られる前面および使用中に電子が出射される後面を含む先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項26】
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面と前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面との間の分離が、(i)<1μm、(ii)1〜5μm、(iii)5〜10μm、(iv)10〜15μm、(v)15〜20μm、(vi)20〜25μm、(vii)25〜30μm、(viii)30〜35μm、(ix)35〜40μm、(x)40〜45μm、(xi)45〜50μm、(xii)50〜55μm、(xiii)55〜60μm、(xiv)60〜65μm、(xv)65〜70μm、(xvi)70〜75μm、(xvii)75〜80μm、(xviii)80〜85μm、(xix)85〜90μm、(xx)90〜95μm、(xxi)95〜100μm、および(xxii)>100μmからなる群から選択される、請求項25に記載のイオン検出器。
【請求項27】
前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの後面と前記第1集電アノードの前面との間の分離が、(i)<1μm、(ii)1〜10μm、(iii)10〜20μm、(iv)20〜30μm、(v)30〜40μm、(vi)40〜50μm、(vii)50〜60μm、(viii)60〜70μm、(ix)70〜80μm、(x)80〜90μm、(xi)90〜100μm、(xii)100〜120μm、(xiii)120〜140μm、(xiv)140〜160μm、(xv)160〜180μm、(xvi)180〜200μm、(xvii)200〜250μm、(xviii)250〜300μm、(xix)300〜350μm、(xx)350〜400μm、(xxi)400〜450μm、(xxii)450〜500μm、および(xxiii)>500μmからなる群から選択される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項28】
前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの後面と前記第2集電アノードの前面との間の分離が、(i)<1μm、(ii)1〜10μm、(iii)10〜20μm、(iv)20〜30μm、(v)30〜40μm、(vi)40〜50μm、(vii)50〜60μm、(viii)60〜70μm、(ix)70〜80μm、(x)80〜90μm、(xi)90〜100μm、(xii)100〜120μm、(xiii)120〜140μm、(xiv)140〜160μm、(xv)160〜180μm、(xvi)180〜200μm、(xvii)200〜250μm、(xviii)250〜300μm、(xix)300〜350μm、(xx)350〜400μm、(xxi)400〜450μm、(xxii)450〜500μm、および(xxiii)>500μmからなる群から選択される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項29】
前記第1集電アノードが、前記第2集電アノードよりも実質的に大きい、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項30】
前記第1活性電子検出面積またはサイズと前記第2活性電子検出面積またはサイズの比が、(i)<1、(ii)1〜1.5、(iii)1.5〜2.0、(iv)2〜3、(v)3〜4、(vi)4〜5、(vii)5〜6、(viii)6〜7、(ix)7〜8、(x)8〜9、(xi)9〜10、(xii)10〜15、(xiii)15〜20、(xiv)20〜25、(xv)25〜30、(xvi)30〜35、(xvii)35〜40、(xviii)40〜45、(xix)45〜50、(xx)50〜60、(xxi)60〜70、(xxii)70〜80、(xxiii)80〜90、(xxiv)90〜100、(xxv)100〜150、(xxvi)150〜200、(xxvii)200〜250、(xxviii)250〜300、(xxix)300〜350、(xxx)350〜400、(xxxi)400〜450、(xxxii)450〜500、および(xxxiii)>500からなる群から選択される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項31】
前記第1および第2集電アノードが、実質的に共面である、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項32】
前記第1および第2集電アノードが、実質的に共面でない、請求項1から30のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項33】
前記第1集電アノードが、前記第2集電アノードを実質的に封ずるか、囲むか、または包む、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項34】
前記第2集電アノードが、前記第1集電アノード内にまたは前記第1集電アノードによって形成されるスロット、チャネル、スリット、アパーチャまたはウインドウ内に設置される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項35】
前記第1集電アノード内にまたは前記第1集電アノードによって形成される前記スロット、チャネル、スリット、アパーチャまたはウインドウのサイズが、前記第2集電アノードのサイズ、面積、直径、長さまたは幅よりも実質的に大きい、請求項34に記載のイオン検出器。
【請求項36】
前記第1集電アノードが、1つ以上の集電アノードを含む先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項37】
前記第1集電アノードが、集電アノードのアレイを含む先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項38】
前記第2集電アノードが、1つ以上の集電アノードを含む先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項39】
前記第2集電アノードが、集電アノードのアレイを含む先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項40】
前記第1集電アノードに接続された1つ以上の時間−デジタル変換器(「TDC」)をさらに含む先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項41】
前記第1集電アノードに接続された1つ以上のアナログ−デジタル変換器(「ADC」)をさらに含む先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項42】
前記第2集電アノードに接続された1つ以上の時間−デジタル変換器(「TDC」)をさらに含む先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項43】
前記第2集電アノードに接続された1つ以上のアナログ−デジタル変換器(「ADC」)をさらに含む先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項44】
先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器を含む分析器。
【請求項45】
請求項1から43のいずれかに記載のイオン検出器を含む質量分析部。
【請求項46】
請求項1から43のいずれかに記載のイオン検出器を含む質量分析計。
【請求項47】
質量分析部をさらに含む請求項46に記載の質量分析計。
【請求項48】
前記質量分析部が、(i)直交加速飛行時間質量分析部、(ii)軸方向加速飛行時間質量分析部、(iii)ポール3D四重極イオントラップ質量分析部、(iv)2Dまたは線形四重極イオントラップ質量分析部、(v)フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析部、(vi)磁気セクタ質量分析部、(vii)四重極質量分析部、および(viii)ペニングトラップ質量分析部からなる群から選択される、請求項47に記載の質量分析計。
【請求項49】
(i)エレクトロスプレーイオン化(「ESI」)イオン源、(ii)大気圧光イオン化(「APPI」)イオン源、(iii)大気圧化学イオン化(「APCI」)イオン源、(iv)マトリックス支援レーザ脱離イオン化(「MALDI」)イオン源、(v)レーザ脱離イオン化(「LDI」)イオン源、(vi)大気圧イオン化(「API」)イオン源、(vii)シリコンを用いた脱離イオン化(「DIOS」)イオン源、(viii)電子衝突(「EI」)イオン源、(ix)化学イオン化(「CI」)イオン源、(x)電界イオン化(「FI」)イオン源、(xi)電界脱離(「FD」)イオン源、(xii)誘導結合プラズマ(「ICP」)イオン源、(xiii)高速原子衝撃(「FAB」)イオン源、(xiv)液体二次イオン質量分析(「LSIMS」)イオン源、(xv)脱離エレクトロスプレーイオン化(「DESI」)イオン源、および(xvi)ニッケル−63放射性イオン源からなる群から選択されるイオン源をさらに含む請求項46、47または48に記載の質量分析計。
【請求項50】
イオンを検出する方法であって、
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、第2マイクロチャネルプレートデバイスと、前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドとを含むイオン検出器に向けてイオンを送り出すステップと、
少なくとも第1の集電アノードと第2の別の集電アノードを使用して前記第2のマイクロチャネルプレートデバイスから出射される電子を検出するステップであって、前記第1集電アノードは第1の活性電子検出面積またはサイズを有し、前記第2集電アノードは第2の異なる活性電子検出面積またはサイズを有し、前記第1集電アノードおよび前記第2集電アノードは前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの下流に配置されるステップとを含む方法。
【請求項51】
請求項50に記載のイオン検出方法を含む質量分析方法。
【請求項52】
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、
第2マイクロチャネルプレートデバイスと、
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドであって、前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの間の分離が≦50μmである、マスクまたはシールドと
を含むイオン検出器。
【請求項53】
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、
第2マイクロチャネルプレートデバイスと、
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドであって、前記マスクまたはシールドが絶縁体を含むマスクまたはシールドと
を含むイオン検出器。
【請求項54】
前記マスクまたはシールドが、(i)プラスチック、(ii)セラミック、(iii)薄膜、(iv)有機層、(v)無機層、(vi)ポリイミド層、(vii)熱可塑性層、および(viii)カプトン(登録商標)からなる群から選択される材料を含む、請求項53に記載のイオン検出器。
【請求項55】
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、
第2マイクロチャネルプレートデバイスと、
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドと
を含むイオン検出器。
【請求項1】
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、
第2マイクロチャネルプレートデバイスと、
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドと、
少なくとも、前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの下流に配置される、第1の活性電子検出面積またはサイズを有する第1集電アノードおよび第2の異なる活性電子検出面積またはサイズを有する第2の別の集電アノードと
を含むイオン検出器。
【請求項2】
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスが、1つ、2つ、または2つよりも多いマイクロチャネルプレートを含む請求項1に記載のイオン検出器。
【請求項3】
前記第2マイクロチャネルプレートデバイスが、1つ、2つ、または2つよりも多いマイクロチャネルプレートを含む請求項1または2に記載のイオン検出器。
【請求項4】
前記マスクまたはシールドが、前記第1マイクロチャネルプレートデバイスから出射される電子を阻止、減衰、少なくとも部分的に減衰、または発散するように配置される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項5】
前記マスクまたはシールドは、電子が前記第1マイクロチャネルプレートデバイスから出るかまたは出現すること、および/または前記第2マイクロチャネルプレートデバイスに当たるかまたは到達することを実質的に防止する、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項6】
前記マスクまたはシールドが、前記第1マイクロチャネルプレートデバイス上の所定の場所または位置において前記第1マイクロチャネルプレートデバイスに到達する少なくともいくつかのイオンが、(a)その後、二次電子雲が前記第2マイクロチャネルプレートデバイスから出射されることを実質的に防止するか、または(b)その後、二次電子雲が前記第2マイクロチャネルプレートデバイスから出射され、実質的に前記第1集電アノードに当たるか、または前記第2集電アノードに当たるが、前記第2マイクロチャネルプレートデバイスから出射された前記二次電子雲は前記第1集電アノードおよび前記第2集電アノードの両方に同時には実質的に当たらないように配置される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項7】
前記マスクまたはシールドが、前記第1マイクロチャネルプレートデバイスに到達したイオンが、前記第1集電アノードおよび前記第2集電アノードの両方に同時に当たる二次電子雲を実質的に生成しないように配置される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項8】
前記マスクまたはシールドが、前記第1マイクロチャネルプレートデバイスに到達したイオンが、前記第1集電アノードまたは前記第2集電アノードのいずれかに当たるが、前記第1集電アノードおよび前記第2集電アノードの両方に同時には当たらない二次電子雲を生じさせるように配置される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項9】
前記マスクまたはシールドが、(i)<1μm、(ii)1〜5μm、(iii)5〜10μm、(iv)10〜15μm、(v)15〜20μm、(vi)20〜25μm、(vii)25〜30μm、(viii)30〜35μm、(ix)35〜40μm、(x)40〜45μm、(xi)45〜50μm、(xii)50〜55μm、(xiii)55〜60μm、(xiv)60〜65μm、(xv)65〜70μm、(xvi)70〜75μm、(xvii)75〜80μm、(xviii)80〜85μm、(xix)85〜90μm、(xx)90〜95μm、(xxi)95〜100μm、および(xxii)>100μmからなる群から選択される厚さを有する、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項10】
少なくとも前記第1マイクロチャネルプレートデバイスの前面が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項11】
少なくとも前記第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項12】
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスの両端の電位差が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項13】
少なくとも前記マスクまたはシールドの前面が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項14】
少なくとも前記マスクまたはシールドの後面が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項15】
前記マスクまたはシールドの両端の電位差が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項16】
少なくとも前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項17】
少なくとも前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの後面が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電圧または電位に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項18】
前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの両端の電位差が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項19】
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面と前記マスクまたはシールドの前面との間の電位差が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項20】
前記マスクまたはシールドの後面と前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面との間の電位差が、(i)0V、(ii)±0〜10V、(iii)±10〜100V、(iv)±100〜500V、(v)±500〜1000V、(vi)±1〜2kV、(vii)±2〜3kV、(viii)±3〜4kV、(ix)±4〜5kV、(x)±5〜6kV、(xi)±6〜7kV、(xii)±7〜8kV、(xiii)±8〜9kV、(xiv)±9〜10kV、および(xv)>±10kVからなる群から選択される電位差に、使用中、保持される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項21】
前記マスクまたはシールドが、前記第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面に装着されるか、または別の方法で設置される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項22】
前記マスクまたはシールドが、前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面に装着されるか、または別の方法で設置される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項23】
前記マスクまたはシールドが、前記第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面に装着されるか、または別の方法で設置され、かつ前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面に装着されるか、または別の方法で設置される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項24】
前記マスクまたはシールドが、(i)金属、(ii)プラスチック、(iii)セラミック、(iv)導体、(v)絶縁体、(vi)半導体、(vii)薄膜、(viii)有機層、(ix)無機層、(x)ポリイミド層、(xi)熱可塑性層、および(xii)カプトン(登録商標)からなる群から選択される材料を含む、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項25】
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスが、使用中にイオンが受け取られる前面および使用中に電子が出射される後面を含み、前記第2マイクロチャネルプレートデバイスが、使用中に前記第1マクロチャネルプレートデバイスから出射される電子が受け取られる前面および使用中に電子が出射される後面を含む先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項26】
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスの後面と前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの前面との間の分離が、(i)<1μm、(ii)1〜5μm、(iii)5〜10μm、(iv)10〜15μm、(v)15〜20μm、(vi)20〜25μm、(vii)25〜30μm、(viii)30〜35μm、(ix)35〜40μm、(x)40〜45μm、(xi)45〜50μm、(xii)50〜55μm、(xiii)55〜60μm、(xiv)60〜65μm、(xv)65〜70μm、(xvi)70〜75μm、(xvii)75〜80μm、(xviii)80〜85μm、(xix)85〜90μm、(xx)90〜95μm、(xxi)95〜100μm、および(xxii)>100μmからなる群から選択される、請求項25に記載のイオン検出器。
【請求項27】
前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの後面と前記第1集電アノードの前面との間の分離が、(i)<1μm、(ii)1〜10μm、(iii)10〜20μm、(iv)20〜30μm、(v)30〜40μm、(vi)40〜50μm、(vii)50〜60μm、(viii)60〜70μm、(ix)70〜80μm、(x)80〜90μm、(xi)90〜100μm、(xii)100〜120μm、(xiii)120〜140μm、(xiv)140〜160μm、(xv)160〜180μm、(xvi)180〜200μm、(xvii)200〜250μm、(xviii)250〜300μm、(xix)300〜350μm、(xx)350〜400μm、(xxi)400〜450μm、(xxii)450〜500μm、および(xxiii)>500μmからなる群から選択される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項28】
前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの後面と前記第2集電アノードの前面との間の分離が、(i)<1μm、(ii)1〜10μm、(iii)10〜20μm、(iv)20〜30μm、(v)30〜40μm、(vi)40〜50μm、(vii)50〜60μm、(viii)60〜70μm、(ix)70〜80μm、(x)80〜90μm、(xi)90〜100μm、(xii)100〜120μm、(xiii)120〜140μm、(xiv)140〜160μm、(xv)160〜180μm、(xvi)180〜200μm、(xvii)200〜250μm、(xviii)250〜300μm、(xix)300〜350μm、(xx)350〜400μm、(xxi)400〜450μm、(xxii)450〜500μm、および(xxiii)>500μmからなる群から選択される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項29】
前記第1集電アノードが、前記第2集電アノードよりも実質的に大きい、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項30】
前記第1活性電子検出面積またはサイズと前記第2活性電子検出面積またはサイズの比が、(i)<1、(ii)1〜1.5、(iii)1.5〜2.0、(iv)2〜3、(v)3〜4、(vi)4〜5、(vii)5〜6、(viii)6〜7、(ix)7〜8、(x)8〜9、(xi)9〜10、(xii)10〜15、(xiii)15〜20、(xiv)20〜25、(xv)25〜30、(xvi)30〜35、(xvii)35〜40、(xviii)40〜45、(xix)45〜50、(xx)50〜60、(xxi)60〜70、(xxii)70〜80、(xxiii)80〜90、(xxiv)90〜100、(xxv)100〜150、(xxvi)150〜200、(xxvii)200〜250、(xxviii)250〜300、(xxix)300〜350、(xxx)350〜400、(xxxi)400〜450、(xxxii)450〜500、および(xxxiii)>500からなる群から選択される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項31】
前記第1および第2集電アノードが、実質的に共面である、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項32】
前記第1および第2集電アノードが、実質的に共面でない、請求項1から30のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項33】
前記第1集電アノードが、前記第2集電アノードを実質的に封ずるか、囲むか、または包む、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項34】
前記第2集電アノードが、前記第1集電アノード内にまたは前記第1集電アノードによって形成されるスロット、チャネル、スリット、アパーチャまたはウインドウ内に設置される、先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項35】
前記第1集電アノード内にまたは前記第1集電アノードによって形成される前記スロット、チャネル、スリット、アパーチャまたはウインドウのサイズが、前記第2集電アノードのサイズ、面積、直径、長さまたは幅よりも実質的に大きい、請求項34に記載のイオン検出器。
【請求項36】
前記第1集電アノードが、1つ以上の集電アノードを含む先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項37】
前記第1集電アノードが、集電アノードのアレイを含む先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項38】
前記第2集電アノードが、1つ以上の集電アノードを含む先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項39】
前記第2集電アノードが、集電アノードのアレイを含む先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項40】
前記第1集電アノードに接続された1つ以上の時間−デジタル変換器(「TDC」)をさらに含む先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項41】
前記第1集電アノードに接続された1つ以上のアナログ−デジタル変換器(「ADC」)をさらに含む先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項42】
前記第2集電アノードに接続された1つ以上の時間−デジタル変換器(「TDC」)をさらに含む先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項43】
前記第2集電アノードに接続された1つ以上のアナログ−デジタル変換器(「ADC」)をさらに含む先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器。
【請求項44】
先行する請求項のいずれかに記載のイオン検出器を含む分析器。
【請求項45】
請求項1から43のいずれかに記載のイオン検出器を含む質量分析部。
【請求項46】
請求項1から43のいずれかに記載のイオン検出器を含む質量分析計。
【請求項47】
質量分析部をさらに含む請求項46に記載の質量分析計。
【請求項48】
前記質量分析部が、(i)直交加速飛行時間質量分析部、(ii)軸方向加速飛行時間質量分析部、(iii)ポール3D四重極イオントラップ質量分析部、(iv)2Dまたは線形四重極イオントラップ質量分析部、(v)フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析部、(vi)磁気セクタ質量分析部、(vii)四重極質量分析部、および(viii)ペニングトラップ質量分析部からなる群から選択される、請求項47に記載の質量分析計。
【請求項49】
(i)エレクトロスプレーイオン化(「ESI」)イオン源、(ii)大気圧光イオン化(「APPI」)イオン源、(iii)大気圧化学イオン化(「APCI」)イオン源、(iv)マトリックス支援レーザ脱離イオン化(「MALDI」)イオン源、(v)レーザ脱離イオン化(「LDI」)イオン源、(vi)大気圧イオン化(「API」)イオン源、(vii)シリコンを用いた脱離イオン化(「DIOS」)イオン源、(viii)電子衝突(「EI」)イオン源、(ix)化学イオン化(「CI」)イオン源、(x)電界イオン化(「FI」)イオン源、(xi)電界脱離(「FD」)イオン源、(xii)誘導結合プラズマ(「ICP」)イオン源、(xiii)高速原子衝撃(「FAB」)イオン源、(xiv)液体二次イオン質量分析(「LSIMS」)イオン源、(xv)脱離エレクトロスプレーイオン化(「DESI」)イオン源、および(xvi)ニッケル−63放射性イオン源からなる群から選択されるイオン源をさらに含む請求項46、47または48に記載の質量分析計。
【請求項50】
イオンを検出する方法であって、
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、第2マイクロチャネルプレートデバイスと、前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドとを含むイオン検出器に向けてイオンを送り出すステップと、
少なくとも第1の集電アノードと第2の別の集電アノードを使用して前記第2のマイクロチャネルプレートデバイスから出射される電子を検出するステップであって、前記第1集電アノードは第1の活性電子検出面積またはサイズを有し、前記第2集電アノードは第2の異なる活性電子検出面積またはサイズを有し、前記第1集電アノードおよび前記第2集電アノードは前記第2マイクロチャネルプレートデバイスの下流に配置されるステップとを含む方法。
【請求項51】
請求項50に記載のイオン検出方法を含む質量分析方法。
【請求項52】
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、
第2マイクロチャネルプレートデバイスと、
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドであって、前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの間の分離が≦50μmである、マスクまたはシールドと
を含むイオン検出器。
【請求項53】
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、
第2マイクロチャネルプレートデバイスと、
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドであって、前記マスクまたはシールドが絶縁体を含むマスクまたはシールドと
を含むイオン検出器。
【請求項54】
前記マスクまたはシールドが、(i)プラスチック、(ii)セラミック、(iii)薄膜、(iv)有機層、(v)無機層、(vi)ポリイミド層、(vii)熱可塑性層、および(viii)カプトン(登録商標)からなる群から選択される材料を含む、請求項53に記載のイオン検出器。
【請求項55】
第1マイクロチャネルプレートデバイスと、
第2マイクロチャネルプレートデバイスと、
前記第1マイクロチャネルプレートデバイスと前記第2マイクロチャネルプレートデバイスとの中間に設置されるマスクまたはシールドと
を含むイオン検出器。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【公表番号】特表2007−535104(P2007−535104A)
【公表日】平成19年11月29日(2007.11.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−510101(P2007−510101)
【出願日】平成17年4月26日(2005.4.26)
【国際出願番号】PCT/GB2005/001585
【国際公開番号】WO2005/104178
【国際公開日】平成17年11月3日(2005.11.3)
【出願人】(504142097)マイクロマス ユーケー リミテッド (57)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成19年11月29日(2007.11.29)
【国際特許分類】
【出願日】平成17年4月26日(2005.4.26)
【国際出願番号】PCT/GB2005/001585
【国際公開番号】WO2005/104178
【国際公開日】平成17年11月3日(2005.11.3)
【出願人】(504142097)マイクロマス ユーケー リミテッド (57)
【Fターム(参考)】
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