質量分析計
２つのモードの間で質量分析器への電源の切換えを行なう方法が提供されている。第１の所定の持続時間の間動作させられる第１の動作モードにおいて、質量分析器に結合された第１の電源が第１の非ゼロ電位を生成し、その一方で、質量分析器から切断された第２の電源が第２の非ゼロ電位を生成する。第２の所定の持続時間の間動作させられる第２の動作モードでは、第２の電位は質量分析器に結合され、その一方で、質量分析器から切断された第１の電源は第１の電位を生成する。これらの所定の持続時間は、いかなる場合でも、第１の電位および第２の電位のうちの一方のみが質量分析器に結合され、かつ第１および第２の動作モードが既定の長さの時間内で少なくとも一回実施されるように選択される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正荷電イオンおよび負荷電イオンの両方の精密な質量分析を実施するための質量分析計およびこのような質量分析計（ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）の質量分析器（ｍａｓｓ ａｎａｌｙｚｅｒ）に対して電位を提供する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
精密な質量測定を提供する多くの質量分析器は、高圧電源により生成される静電場を使用している。一部の利用分野例えば大気圧でのイオン化を伴う液体クロマトグラフィ質量分析法（ＬＣ／ＭＳ）においては、分析のための粒子のイオン化効率は、異なる極性において最適であり得る。このような場合、全てのイオンを分析するには質量分析器の静電場の極性を切換える必要がある。精密な質量分析のためには、静電場の安定性を最大にすることが望ましい。
【０００３】
一部の既存の技術は、同じ極性をもつ１つ以上の電源を使用して正および負の両方の電位を提供する。このとき極性の切換えは、高圧網（高電圧ネットワーク）全体の電源を遮断し、継電器を切換えて電源出力の極性を反転させ、高圧網の電源を再投入することにより達成可能である。パルサーの配線（パルスについてのワイヤリング）またはトリガーには同様に調整が必要であり得る。その上、異なる極性の間で、電圧調節のために異なるフィードバック抵抗器連鎖（抵抗器が複数つながれたチェーン）が使用されるかもしれない。ひとたび電源が投入された時点でのネットワーク全体の加熱および安定化には何時間もかかる可能性がある。この時間中、静電場を生成するために提供される電位が不安定になり得る場合、質量分析器の精度はこれらの理由から低くなる。国際公開第２００４／１０７３８８号パンフレット（特許文献１）および国際公開第２００８／０８１３３４号パンフレット（特許文献２）も同様に、安定した精密な電位を必要とする質量分析器内へのイオンの入射のためのスキームを示している。
【０００４】
改良された切換え速度を有する高圧電源が国際公開第２００７／０２９３２７号パンフレット内に記載されている。これは、交換ダイノード（変換用の電極群の電極であるダイオード）への電力供給のために設計されている。２つの電源が用いられ、互いに反対の極性をもつ電圧を提供する。電源出力の極性は、望まれない極性を提供する電源を遮断しもう一方の電源の出力を所望のレベルで調節することによって変更される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００４／１０７３８８号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００８／０８１３３４号パンフレット
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この背景技術とは対照的に、本発明は、質量分析器に対する電源の第１のモードと第２のモードの間での切換え方法において、第１の動作モードで、第２の電源が第２の非ゼロ電位を生成するが質量分析器からは切断されている一方で、第１の電源により生成された第１の非ゼロ電位を質量分析器に結合させるステップと；第２の動作モードで、第１の電源が第１の電位を生成するが質量分析器からは切断されている一方で、第２の電源により生成された第２の非ゼロ電位を質量分析器に結合させるステップと；第１の所定の持続時間の間、第１の動作モードで動作するステップと；第２の所定の持続時間の間、第２の動作モードで動作するステップと；を含む方法であって、第１の所定の持続時間および第２の所定の持続時間は、いかなる場合でも第１の電位および第２の電位の一方のみが質量分析器に結合されるような形で、および第１の動作モードおよび第２の動作モードで動作するステップが既定の長さの時間内で少なくとも１回実施されるような形で選択されている、切換え方法を提供している。
【０００７】
２つの連続的に動作する電源を使用するということは、電源が同時に接続されることは決してないという事実にも関わらず、各電源からの電位が連続的かつ直ちに利用可能であることを意味する。これにより、別の電位を生成するために電源を投入する必要がある場合の切換え遅延の問題が軽減される。
【０００８】
しかしながら、電源を過度に長時間アイドル状態に保った場合、電源の安定性は劣化するかもしれない。これに関連して「アイドル状態」とは、電源が非ゼロ電位を生成するが負荷から切断されておりそのため事実上ゼロ電流を供給するような状態を意味する。第１の電源と第２の電源の間で質量分析器を切換えて両方の電源が既定の長さの時間にわたり質量分析器に接続されているようにすることで、第１の電源により提供される平均電流および第２の電源により提供される平均電流は、既定の非ゼロレベル以上に維持される。こうして、両方の電源の安定性ひいては糖度が改善される。この切換えは質量分析器の分析上の要件とは無関係に実施される。
【０００９】
電源に対し提示されるべき負荷のインピーダンスが電源のインピーダンスに整合されていることが非常に望ましい。質量分析のために使用されていない電源を質量分析器に規則的に結合することにより、有利にも電源により生成された電位の安定性がこれによって維持される。
【００１０】
こうして、電源は両方共精密な出力を供給でき、このため２つの高精度の電位が電源間の切換えのために直ちに利用可能となる。これらの利点は、高い精度と共に有利な再充電電流が両方の電位のために必要とされる場合に、特に望ましい。
【００１１】
好ましくは、第１の電位の極性は第２の電位の極性と反対である。したがって２つの精密な電位を正荷電および負荷電の両方の粒子の分析に使用することができる。任意には、第１の非ゼロ電位は、第２の非ゼロ電位と同規模である。
【００１２】
好ましい実施形態においては、第２の所定の持続時間の長さは第１の所定の持続時間の長さより短い。最も好ましくは、第１の所定の持続時間の長さは第２の所定の持続時間の長さと実質的に等しい。このようにして、２つの電源により引き出される平均電流は類似したものである。
【００１３】
有利には、本方法にはさらに、第１の所定の持続時間中、質量分析器において荷電粒子を受取るステップが含まれる。好ましくは、本方法には、第１の電位を用いて質量分析器内で電場を生成し、こうして第１の所定の持続時間中にこれらの荷電粒子の分析を可能にするステップがさらに含まれる。このようにして１つの電源により生成された精密な電位を用いて、イオンを分析することができる。
【００１４】
任意には、質量分析計が所定の回数だけ第１の動作モードで動作させられ、受取られた荷電粒子のこの所定の分析数が質量分析器内で実施されるようになっている場合特に、最初に第２の動作モードで動作させずに第１の動作モードで質量分析計を再度動作させることは無い。好ましくは、所定の回数は１００回または２０回または１０回である。より好ましくは、所定の回数は３回または２回である。最も好ましくは、所定の回数は１回である。このようにして、２つの電源の安定性は実質的に等しいレベルに維持される。典型的には切換えプロセス自体だけが電流の流れを作り出し、質量分析器を横断する電位がひとたび一定になると、電流は電源を通って一切流れないということが指摘される。こうして既定の長さの時間は、単一の質量分析器サイクルの持続時間に関係づけされる。
【００１５】
第１の所定の持続時間の長さが、荷電粒子を受取り電場を生成して荷電粒子の分析を可能にするステップを実施するのにかかる時間の長さに基づくものであることが有利である。このようにして、第１の所定の持続時間の長さは、１回の分析の所要時間の長さに左右される。好ましくは、第２の所定の持続時間の長さは第１の所定の持続時間の長さより短い。
【００１６】
有益なことに、第２の所定の持続時間の長さは、第１の所定の持続時間の間に質量分析器が受取った荷電粒子の極性とは無関係である。
【００１７】
既定の長さの時間は、好ましくは、第１の所定の持続時間の長さと第２の所定の持続時間の長さの合計より短い。
【００１８】
有利には、本方法はさらに、前記第１の電位と同じ極性の第３の電位を生成するステップを含む。このとき、第１の動作モードは、第１の時限の間、第１の電位を質量分析器に結合するが、第３の電位を質量分析器に結合せず、第１の時限が第１の所定の持続時間の少なくとも一部分であるステップを含んでいてよい。好ましくは、第１の動作モードは同様に、第２の時限中、第１の電位を質量分析器に結合し、第３の電位を質量分析器に結合し、第２の時限が第１の所定の持続時間の一部分であるステップを含んでいる。好ましい実施形態において、第２の時限は、第１の時間に先行し、電源は第１の時限中第３の電位を生成し続ける。電源が第２の動作モード中、第３の電位を生成し続けることも同様に有利である。
【００１９】
第３の電位は好ましくは第３の電源により生成されるか、代替的には第１の電源が第３の電位を生成してもよい。第１の電源の安定性および精度は、できれば第３の電源ものより高い。第１の電位を通って流れる電流は有利にも、それによって削減される。さらに、第３の電位の規模は、好ましくは第１の電位のものよりも大きい。こうして有利にも、第１の電位が供給された時の電圧ステップが比較的小さいことを理由として、望まれない寄生振動（「リンギング」として知られるもの）が削減される。
【００２０】
同様に有利にも、本方法はさらに第２の電位と同じ極性の第４の電位を生成するステップをさらに含んでいてよい。このとき、第２の動作モードは、第３の時限の間、第２の電位を質量分析器に結合するが第４の電位を質量分析器に結合せず、第３の時限が第２の所定の持続時間の一部分であるステップを含んでいてよい。好ましくは、第２の動作モードは同様に、第４の時限の間、第２の電位を質量分析器に結合し第４の電位を質量分析器に結合し、第４の時限が第２の所定の持続時間の一部分であるステップも含んでいる。好ましい実施形態において、第４の時限は第３の時限に先行し、第３の時限の間電源は第４の電位を生成し続ける。第３の時限および第４の時限は好ましくは第１の時限および第２の時限に後続し、こうして第１の所定の持続時間が第２の所定の持続時間に先行するようになっている。電源が第１の動作モード（第１の所定の持続時間）の間第４の電位を生成し続けることが有利である。第４の電位は好ましくは第４の電源により生成されるが、代替的には、第２の電源が第４の電位を生成してもよい。第２の電源の安定性および精度は、できれば第４の電源のものよりも大きい。さらに、第４の電位の規模は、好ましくは第２の電位のものよりも大きい。
【００２１】
好ましい実施形態において、質量分析計は、第１の時限と第２の時限を含む第１の動作モードでの第１の所定の持続時間内で、および第３の時限および第４の時限を含む第２の動作モードでの第２の所定の持続時間内で動作するように構成されている。
【００２２】
好ましい実施形態において、質量分析器は実質的に無効な負荷を提示しており、したがってそのインピーダンスは数学的観点から見ると大部分は虚数である。このような場合、有意な電流が流れるのは、電源が負荷に接続されている時だけである。したがって、電源の安定性を維持するためには、電源を規則的にインピーダンス整合された負荷に接続し、そこから切断することが望ましい。好ましくは、質量分析器は実質的に容量性の負荷であり、さらに好ましくは、質量分析器はオービトラップ型のものである。あるいは、質量分析器は飛行時間型のものであり、任意には、質量分析器は静電トラップを含む。任意には、質量分析器は、実質的に誘導性の負荷である。
【００２３】
さらなる態様において、本発明は、質量分析器と；第１の電位を生成するように構成された第１の電源と；非ゼロ第２電位を生成するように構成された第２の電源と；スイッチが第１の電位を質量分析器に結合させ、第２の電位を質量分析器から切断するように構成されている第１の動作モードと、スイッチが第２の電位を質量分析器に結合させ第１の電位を質量分析器から切断するように構成されている第２の動作モードを有し、こうして、いかなる時点でも第１の電位または第２の電位の一方のみが質量分析器に結合されるようになっているスイッチと；第１の所定の持続時間の間スイッチをその第１の動作モードに設定し、第２の所定の持続時間の間スイッチをその第２の動作モードに設定するように構成され、第１の動作モードおよび第２の動作モードが既定の長さの時間内で少なくとも一回実施されるような形で第１の所定の持続時間および第２の所定の持続時間が選択されているコントローラと、を含む質量分析計にある。第２の電源は、スイッチがその第１の動作モードに構成されている場合に前記第２の電位を生成し続けるように構成されており、第１の電源は、スイッチがその第２の動作モードに構成されている場合に前記第１の電位を生成し続けるように構成されている。
【００２４】
本発明のさらなる態様においては、質量分析計の質量分析器に電位を提供する方法において、第１の電源から第１の電位を生成するステップと；第２の電源から第２の電位を生成するステップと；第１の電位が質量分析器に結合されている第１の動作モードから、第１の電位は質量分析器に結合されていないが第１の電源が前記第１の電位を生成し続ける第２の動作モードへと切換えるステップと；第２の電位が疑似負荷に結合されている第３の動作モードから、第２の電位は疑似負荷に結合されていないが第２の電源が前記第２の電位を生成し続ける第４の動作モードへと切換えるステップ、を含む方法が提供されている。前記第１の動作モードから前記第２の動作モードへの切換えステップ、および前記第３の動作モードから前記第４の動作モードへの切換えステップは各々、既定の長さの時間内に少なくとも一回発生する。
【００２５】
既定の長さの時間は、本発明のその他の態様に関して以上で説明されている通りに設定されてよい。好ましくは、質量分析器は、特性インピーダンスを有し、疑似負荷は質量分析器の特性インピーダンスを有する。
【００２６】
一実施形態において、第１の電位は第２の電位と反対の極性を有する。このとき、本方法は任意には、第２の動作モード中、第３の動作モードまたは第４の動作モードから、第２の電位が質量分析器に結合されている第５の動作モードへと切換えるステップをさらに含んでいる。
【００２７】
一部の実施形態においては、本方法は、第１の動作モードまたは第２の動作モードから、第１の電位が第２の疑似負荷に結合されている第６の動作モードへと切換えるステップをさらに含んでいる。第３の動作モードおよび第６の動作モードが同時に発生しない場合、第２の疑似負荷は任意には第１の疑似負荷と同じである。
【００２８】
好ましくは、本方法はさらに、第３の電源から第３の電位を生成するステップおよび、第３の電位が質量分析器に結合されている第７の動作モードから第３の電位が質量分析器に結合されていない第８の動作モードへと切換えるステップを含む。有利には、第３の電位は、第１の電位と同じ極性を有し、第７の動作モードは第１の動作モードが使用されている一方で使用される。
【００２９】
より好ましくは、本方法は、第７の動作モードまたは第８の動作モードから、第３の電位が第３の疑似負荷に結合されている第９の動作モードへと切換えるステップをさらに含んでいる。第９の動作モードおよび第６の動作モードが同時に発生しない場合、第３の疑似負荷は任意には第２の疑似負荷と同じである。第９の動作モードおよび第３の動作モードが同時に発生しない場合、第３の疑似負荷は任意には第１の疑似負荷と同じである。
【００３０】
好ましくは、本方法はさらに、第４の電源から第４の電位を生成するステップおよび、第４の電位が質量分析器に結合されている第１０の動作モードから第４の電位が質量分析器に結合されていない第１１の動作モードへと切換えるステップを含む。有利には、第４の電位は、第２の電位と同じ極性を有し、第１０の動作モードは第５の動作モードが使用されている一方で使用される。
【００３１】
より好ましくは、本方法は、第１０の動作モードまたは第１１の動作モードから、第４の電位が第４の疑似負荷に結合されている第１２の動作モードへと切換えるステップをさらに含んでいる。第１２の動作モードおよび第３の動作モードが同時に発生しない場合、第３の疑似負荷は任意には第１の疑似負荷と同じである。第１２の動作モードおよび第６の動作モードが同時に発生しない場合、第３の疑似負荷は任意には第２の疑似負荷と同じである。
【００３２】
関連する一態様においては、質量分析器と；第１の電位を生成するように構成された第１の電源と；第２の電位を生成するように構成された第２の電源と；第１の電位が質量分析器に結合されている第１の動作モードと、第１の電位が質量分析器に結合されていない第２の動作モードとを有する、第１のスイッチと；第２の電位が疑似負荷に結合されている第３の動作モードと、第２の電位が疑似負荷に結合されていない第４の動作モードとを有する第２のスイッチと；第１のスイッチがその第２のモードで動作している場合、前記第１の電位を生成し続けるように第１の電源を制御し、第２のスイッチがその第４のモードで動作している場合、前記第２の電位を生成し続けるように第２の電源を制御するように構成されているコントローラと；を含む質量分析計において、コントローラがさらに、所定の時限の間に少なくとも一回前記第１の動作モードから前記第２の動作モードへと切換えるように前記第１のスイッチを制御し、かつ所定の時限の間に少なくとも１回前記第３の動作モードから前記第４の動作モードへと切換えるように前記第２のスイッチを制御するように構成されている、質量分析計が提供されている。
【００３３】
有利には、疑似負荷は抵抗器を含む。任意には、疑似負荷は、コンデンサおよびインダクタンスの一方または両方と並列で抵抗器を含む。
【００３４】
さらに提供されているのは、質量分析器と；第１の極性を有する非ゼロ規模Ｖ１の第１の電位を生成するように構成された第１の電源と；第２の反対の極性を有する非ゼロ規模Ｖ２の第２の電位を生成するように構成された第２の電源と；質量分析器に第１の電位を供給し、第１の動作モードにおける非ゼロ規模Ｖ１の前記第１の電位と第２の動作モードにおける非ゼロ規模Ｖ２の前記第２の電位の間で直接質量分析器に供給される電位を切換えるように構成されたコントローラとを含む質量分析計である。
【００３５】
質量分析器に対する電源の第１のモードと第２のモードの間での切換え方法において、第１の動作モードで、第２の電源が第２の電位を生成するが質量分析器からは切断されている一方で、第１の電源により生成された第１の電位を質量分析器に結合させるステップと；第２の動作モードで、第１の電源が第１の電位を生成するが質量分析器からは切断されている一方で、第２の電源により生成された第２の電位を質量分析器に結合させるステップと；いかなる場合でも第１の電位または第２の電位の一方のみが質量分析器に結合されるように、第１の動作モードから第２の動作モードへと切換えるステップと、を含む方法も想定されている。
【００３６】
好ましくは、第１の電位の極性は、第２の電位の極性の反対である。したがって、２つの精密な電位は、正荷電および負荷電の両方の粒子の分析に使用可能である。
【００３７】
質量分析計の質量分析器に対し電位を提供する方法において、第１の極性を有する非ゼロ規模Ｖ１の第１の電位を生成するステップと；第２の反対の極性を有する非ゼロ規模Ｖ２の第２の電位を生成するステップと；第１の電位を質量分析器に供給するステップと；第１の動作モードでの非ゼロ規模Ｖ１の前記第１の電位と第２の動作モードでの非ゼロ規模Ｖ２の前記第２の電位の間で直接質量分析器に供給される電位を切換えるステップとを含む方法が、付加的に想定されている。
【００３８】
反対の極性を有する２つの別々の電位を生成しその間で直接切換え、こうして質量分析器がその他のいかなる電位にも結合されないかまたは一方の電位からもう一方の電位に接続される間に任意の有意な長さの時間、中間の電位に置かれることを不可能にすることによって、質量分析器内で精密な電位を使用する前に電源が暖まるのを待つ必要はなくなる。
【００３９】
任意には、非ゼロ規模Ｖ１は、非ゼロ規模Ｖ２に等しい。
【００４０】
これらの態様の組合せも同様に可能である。
【００４１】
本発明はさまざまな方法で実施されてよく、そのうちの１つを以下で、添付図面を参照しながら単なる一例として記述する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る質量分析計の略図である。
【図２】図１の実施形態のより詳細な略図を示す。
【図３】図２の実施形態で使用するためのコントローラを示す。
【図４】図３のコントローラにおいて使用される例示的信号を示す。
【図５】図２の実施形態において使用するための概略的切換え構成を示す。
【図６】図５の概略的切換え構成において使用するための例示的信号を示す。
【図７】図５の概略的切換え構成からの代替的出力信号を示す。
【図８】本発明の一変形実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
ここで図１を参照すると、第１の電源１０、第２の電源２０、コントローラ４０により制御されるスイッチ３０および質量分析器５０を含む質量分析計の概略図が示されている。第１の電源は第１の電位１５を生成するように動作し、第２の電源は第２の電位２５を生成するように動作する。
【００４４】
第１の電源１０および第２の電源２０は、連続的に動作する。第１の電位１５は接地電位に対して負の極性を有し、第２の電位２５は接地電位に対して正の極性を有する。第１の電位は、質量分析器５０において正イオンの分析のために使用でき、第２の電位は、質量分析器５０において負イオンの分析のために使用できる。コントローラ４０は、所定の時限内で第１の電位１５と第２の電位２５の両方が少なくとも一回質量分析器５０に接続されるようにする。
【００４５】
当業者であれば、図１が本発明の主要な特徴を示す目的で幾分か簡略化されていることを認識するものである。図２では、図１の実施形態のより詳細な略図が示されている。例えば、当業者であれば、オービトラップ（ＴＭ）型の質量分析器１００が使用される場合、２つ以上の電位が必要とされるということを理解するものである。イオン捕獲用に電場を生成するためには粗電位（ｃｏａｒｓｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を使用することができ、一方イオン測定用に安定した電場を提供するためには精密電位（ａｃｃｕｒａｔｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が使用される。
【００４６】
第１の粗電源６０は負の粗電位６１を提供し、第２の粗電源７０は正の粗電位７１を提供する。第１の精密電源６５は、負の精密電位６６を提供し、第２の精密電源７５は正の精密電位７６を提供する。これらの電源の各々によって提供される電位は調節される。
【００４７】
コントローラ４５は高圧（ＨＶ）スイッチ８０、８１、８２および８３を制御する。負の粗電位６１が第１のＨＶスイッチ８０に提供され、コントローラ４５はこのスイッチを制御するために第１の切換え信号４６を提供する。負の精密電位６６が第２のＨＶスイッチ８１に提供され、コントローラ４５はこのスイッチを制御するために第２の切換え信号４７を提供する。
【００４８】
正の粗電位７１が第３のＨＶスイッチ８２に提供され、コントローラ４５はこのスイッチを制御するために第３の切換え信号４８を提供する。正の精密電位７６が第４のＨＶスイッチ８３に提供され、コントローラ４５はこのスイッチを制御するために第４の切換え信号４９を提供する。
【００４９】
第２のＨＶスイッチ８１および第４のＨＶスイッチ８３からの出力は、一緒に接続され、出力９０として質量分析器１００に提供される。第１の切換え信号４６および第２の切換え信号４７を、第３の切換え信号４８および第４の切換え信号４９と同時に提供することはできない。換言すると、出力９０は、任意の一時点において正の電位か負の電位のいずれかでしかあり得ない。
【００５０】
この好ましい実施形態において、負の精密電位６６は−５ｋＶであり、正の精密電位７６は＋５ｋＶである。これら２つの電位の安定性は高い（典型的には＋／−２ｐｐｍ）。負の粗電位６６および正の粗電位７６は、それぞれの精密電位に比べて規模が約８００〜１８００Ｖ低い。粗電位の安定性は、精密電位の安定性よりはるかに低い（例えば＋／−２０−３０ｐｐｍ）。これら４つの電源は独立して調節され、そのため、多数の出力の安定性が改善され、詳細には精密電源からの粗電源の減結合が改善される。
【００５１】
こうして、第１の粗電源６０または第２の粗電源７０は、電圧範囲全体の８０％にわたり質量分析器負荷キャパシタンスの再充電（電線に付随するトランジスタのキャパシタンスを加えたものを含めて約５０〜１００ｐＦ）のためのはるかに高い電荷を供給することができるようになる。このとき負の精密電源６５または正の精密電源７５に残される再充電すべき電圧範囲の部分は僅かである。
【００５２】
質量分析計の動作方法はコントローラ４５の設計においてより良く理解できる。図３では、出力９０を制御するために使用される３つの入力信号を有するコントローラが示されている。極性信号１０１は、出力９０の極性を標示し、粗電源トリガー信号１０２は、出力９０が粗電源出力を含むはずであることを標示し、精密電源トリガー信号１０３は、出力９０が精密電源出力を含むはずであることを標示する。
【００５３】
ゲート１１０は極性信号１０１と粗トリガー信号１０２を受取り、粗電源制御信号を生成する。ゲート１２０は極性信号１０１および精密トリガー信号１０３を受取り、精密電源制御信号を生成する。
【００５４】
２つの立上り検出器１３１が具備されており、これらは低論理レベルから高論理レベルへと変化する入力を検出する。１つの立上り検出器１３１は粗電源制御信号１１１を受取り、もう一方の立上り検出器１３１は精密電源信号１２１を受取る。
【００５５】
２つの立下り検出器１３２も具備され、これらは、高論理レベルから低論理レベルへと変化する入力を検出する。１つの立下り検出器１３２は粗電源制御信号を受取り、もう一方の立下り検出器１３２は精密制御信号１２１を受取る。
【００５６】
立上り検出器１３１および立下り検出器１３２各々の出力は、それぞれのトランジスタ出力段１３３に提供される。トランジスタ出力段１３３の出力は、この場合変圧器であるアイソレータ１３４に提供される。アイソレータ１３４の出力は各々それぞれの電荷蓄積装置１３５に提供される。これらは第１の切換え信号４６、第２の切換え信号４７、第３の切換え信号４８および第４の切換え信号４９を提供する。
【００５７】
コントローラ４５の動作は、正常な動作中に、コントローラ内で生成される信号を参照するとより良く理解できる。図４を見ると、コントローラ４５内で使用される例示的信号が示されている。
【００５８】
図４は、２つに分割されている。図４の左側では、極性信号１０１は低く、負の極性を表わす。出力９０は当初、負の精密電源の電位によって提供される。粗電源トリガー信号１０２は最初低論理レベルから高論理レベルへと変化し、これが粗電源制御信号１１１内に正のパルスを導く。こうして出力９０は負の精密電源が遮断されている状態で、負の精密電源の電位から正の粗電位レベルに向かって増大させられる。出力９０は、短い時限１４１の間に定電圧に近づき、この時限１４１の一部分の間この電圧に安定し得る。粗電源トリガー信号１０２の開始から１０〜１０，０００マイクロ秒の遅延の後、精密電源トリガー信号１０３は低から高に変化する。これは、精密電源制御信号１２１の中に正のパルスを発生させ、正の粗電源がなおも接続されている状態で、出力９０のレベルは正の精密電源電位の出力まで増大することになる。
【００５９】
一定時間の後、粗電源トリガー信号１０２は高論理レベルから低論理レベルまで遷移する。これが粗電源制御信号１１１内に負のパルスを発生させ、正の精密電源および正の粗電源の両方が切断されている状態で出力９０のレベルは負の粗電源の電位だけ減少することになる。さらなる遅延の後、精密電源トリガー信号１０３は高論理レベルから低電位レベルまで遷移する。こうして精密電源制御信号１２１内の負のパルスが導かれ、負の粗電源がなおも接続されている状態で出力９０のレベルは負の精密電源のレベルまで減少することになる。
【００６０】
図４の右側では、極性信号１０１は高く、正の極性を表わす。出力９０は当初、正の精密電源の電位によって提供される。粗電源トリガー信号１０２は最初低論理レベルから高論理レベルへと変化し、これが粗電源制御信号１１１内に負のパルスを導く。こうして出力９０は、負の粗電位レベルに向かって増大させられる。出力９０は、短い時限１５１の間定電圧に近づき、この時限１５１の一部分の間この電圧で安定し得る。粗電源トリガー信号１０２の開始に対し１０〜１０，０００マイクロ秒の遅延の後、精密電源トリガー信号１０３は低から高に変化する。これは、精密電源制御信号１２１の中に正のパルスをひき起こし、負の粗電源がなおも接続されている状態で、出力９０のレベルは負の精密電源電位の出力まで減少することになる。
【００６１】
さらなる遅延の後、粗電源トリガー信号１０２は高論理レベルから低論理レベルまで変化する。これが粗電源制御信号１１１内に正のパルスを発生させ、負の精密電源および負の粗電源の両方が切断されている状態で出力９０のレベルは正の粗電源電位のレベルまで増大することになる。最終的には、精密電源トリガー信号１０３は高論理レベルから低論理レベルまで遷移する。こうして精密電源制御信号１２１内に正のパルスが導かれ、正の粗電源がなおも接続されている状態で出力９０のレベルは正の精密電源の電位まで増大することになる。
【００６２】
図４を見ればわかるように、２つのタイプの勾配しか存在しない。最初の勾配は、「下向き勾配」であり、これは、時点１３０における負イオンの入射とそれに続く時点１４０における負イオンの検出のために使用可能と考えられる。もう一方は「上向き勾配」であり、これには時点１５０における負イオンの入射と時点１６０における正イオンの測定が続くと考えられる。
【００６３】
図４から観察できるように、粗電源は遷移が起こった場合に所要の電圧差の大部分を提供し、こうしてより高速の切換えおよびより精密な電源を不要な負荷から保護する。
【００６４】
図５を見てみると、概略的な切換え構成が示されている。図２および３のものと同じ構成要素が示されている場合、同じ参照番号が使用されている。この図は、「アイドル」状態にあるシステムを示している（全てのスイッチは「オフ」位置にセットされている）。粗トリガー信号の１つが高論理信号にセットされた時点で、極性信号の状態に応じて正の分岐から負の分岐へ、またはその逆にシステムが切換わる。精密トリガー信号の１つが高論理レベルにセットされた時点で、それぞれのスイッチを閉じることによってそれぞれの精密電位が追加される。抵抗器９１およびコンデンサ９２が低域通過フィルタとして作用し、出力９０で電圧勾配を制御する。
【００６５】
１つの電位とその反対の電位との間の遷移上の勾配の変化度は、ライン内の抵抗器１７１および抵抗器１８１により制御され、それぞれ正の粗電源出力７６および負の粗電源出力６６を提供する。ダイオード１７０およびダイオード１８０が、粗電源を損傷する可能性のあるそれぞれの精密電源に起因する粗電源出力を通した寄生逆電流を妨げている。その結果、各々の粗電源は、それぞれの極性の精密電源と並列に接続された場合にノイズ源を提供しない。その理由は、ダイオード１７０およびダイオード１８０がその逆バイアスを通して保護を提供すること；不安定度の効果が抵抗器１７１および１８１によって制御されること；および精密電源の出力が調節され、こうして残留する効果が全て補償されると考えられること、にある。事実、粗電源は実際にはノイズの源ではなく、むしろ精密電源に比べて調節の効率が低いものである。
【００６６】
好ましい実施形態においては、図５に示されている構成は以下の要領で動作する。第１のステップでは、第３の切換え信号４８が第３のＨＶスイッチ８２を閉鎖させる。その他の３つのスイッチは全て開放状態に残され、こうして出力９０は正の粗電位７１に向かって増大する。
【００６７】
第２のステップでは、第３の切換え信号４８と第４の切換え信号４９が第３のＨＶスイッチ８２および第４のＨＶスイッチ８３を閉鎖させる。その他２つのスイッチは開放されており、そのため出力９０は正の精密電位７６に向かって増大するようになっている。第３のステップでは、第１の切換え信号４６が第１のＨＶスイッチ８０を閉じる。その他のスイッチは全て開放されており、そのため出力９０は負の粗電位６１に向かって減少する。
【００６８】
第４のステップでは、第１の切換え信号４６および第２の切換え信号４７が第１のＨＶスイッチ８０および第２のＨＶスイッチ８１を閉じる。その他の２つのスイッチは開放しており、そのため出力９０は負の精密電位６６に向かって減少する。
【００６９】
ここで図６を参照すると、図５の概略的切換え構成において使用するための例示的信号が示されている。信号は、図５の対応する信号と同じ参照番号により識別されている。これらの信号が使用された場合、出力信号９０’が結果として発生する。この信号構成はより高い精度そしてより速い切換えを達成することができる。
【００７０】
図３に示されている実施形態は、立上りおよび立下りがトリガー事象である場合２つの制御信号（粗電源制御信号１１１および粗電源制御信号１２１）を使用しているが、一方図５の実施形態は４つの制御ライン（第１の切換え信号４６、第２の切換え信号４７、第３の切換え信号４８、第４の切換え信号４９）を使用している。付加的な制御信号を使用することで、システムの動作融通性が増大し、より速い立上り時間が可能となる。本発明は、さまざまな利用分野のために使用され得る。これらの利用分野としては、質量分析器内の電極（ダイノードを含む）またはグリッドに対し電位を提供すること；オービトラップ（ＴＭ）型質量分析器の中央電極に電圧を供給すること；オービトラップ（ＴＭ）型質量分析器のその他の電極（例えばデフレクタ、カーブドイオントラップ、イオンゲート）に電圧を供給すること；多重反射または多重偏向型を含めた飛行時間（ＴＯＦ）質量分析器、静電質量分析器内の電極に電圧を供給すること；ブラッドベリー・ニールセンゲートに電圧を供給すること；検出器オフセットとして使用するための電圧を供給すること；ＴＯＦ計器内の抽出電極（グリッドを含む）のために電圧を供給すること；および単一または多重反射ＴＯＦ計器内の切換え可能なミラーまたはセクターに電圧を供給すること、が含まれる。
【００７１】
したがってこの実施形態は、以下のアプローチに基づいて動作する。電源は、図４または図６に示されたタイプのサイクルにおいてオービトラップ（ＴＭ）質量分析器１００の中央電極に循環的に接続される。イオンは、（荷電状態に応じて）時点１３０における勾配または時点１５０における勾配の間、質量分析器１００内に入射される。異なる時点に到達した異なる質量のイオンは、こうして、質量分析器１００の中央電極のまわりの安定した軌道内に捕獲される。このことは、Ｈａｒｄｍａｎ，Ｍ．＆ Ｍａｋａｒｏｖ，Ａ．Ａ．：Ｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇ ｔｈｅ Ｏｒｂｉｔｒａｐ Ｍａｓｓ Ａｎａｌｙｚｅｒ ｔｏ ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ Ｉｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ；Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，２００３，７５，１６９９−１７０５の中でより詳しく説明されている。このようにして、精密および粗電源の組合せは同様に、オービトラップ（ＴＭ）質量分析器１００におけるイオンの入射および捕獲を制御する目的にも役立つ。この電圧立上りの勾配は、質量分析器１００の抵抗性、容量性および誘導性負荷および配線と組合せた抵抗器９１およびコンデンサ９２によって制御される。
【００７２】
本明細書中で具体的実施形態が記述されてきたが、当業者であれば、さまざまな修正および置換を企図するかもしれない。例えば当業者であれば、図５に示されているスイッチが継電器、トランジスタまたは固体状態スイッチであり得るということを容易に認めるものである。
【００７３】
当業者であれば同様に、高い精度を必要とせずかつ／または例えばレンズやパルサーなどの電場のために必要とされるものよりも著しく低い振幅を有する、多数の極性でのその他の高電圧を質量分析器に提供することが望ましいかもしれないということも理解するものである。上記レンズやパルサーには、従来のアプローチを用いた切換え式極性を提供できると考えられ、あるいは上述の技術を適用することもできる。
【００７４】
当業者であれば、図５の動作の中で、第２のステップの後システムは「アイドル」状態に復帰してよいということを認識するものである。これを用いて、反対の極性の２つの電源が同時に負荷に接続され得ないように補助することができる。したがって、「アイドル状態」は、反対の極性の不利な逆電流に対して電源を保護するかもしれない。さらに、システムは、第４ステップ後に「アイドル」状態に復帰してよく、それに続いて、第１ステップが次に再開できる。当業者であれば、「アイドル」状態で、１つまたは複数の電源から切断された電極の電位が当初は同じ電位にとどまり、その後未定義状態へと崩壊するということを理解するものである。したがって、長時間「アイドル」状態にとどまることは通常望ましくない。
【００７５】
上述のものに対する代替的な動作アプローチにおいては、図５に示されているタイプのネットワークが、イオンを飛行経路内に入射する直交加速器内の電極などの、飛行時間型質量分析計のパルサー電極に接続される。電源出力サイクルは、図４または図６に示したものと同様である。イオンは、例えば、定電圧周期１４１（または定電圧周期１６１）の間、直交加速器（またはインジェクタトラップ）内に入射される。あるいは、図５に示されている通りの一実施形態では、制御信号のタイミングを調整して、「保持」時間を含み入れることができ、この保持時間においてイオンは、保持中それぞれの粗電源上に入射され、その後それぞれ勾配１３０または１５０により飛行経路上にパルス送りされる。
【００７６】
条件に応じて、その時点でアースに直接電極を接続することによってかまたは仮想アースを提供する付加的な電源を使用することによって、アースまたはその近くにさらなる「休止」点を導入してよい。そのとき、イオンは、射出パルスに先立ちパルサー（直交加速器、線形イオントラップまたは非線形イオントラップ）内に入射されると考えられる。
【００７７】
ここで図７を参照すると、図５の概略的切換え構成からの代替的出力信号が示されている。この出力信号は、質量分析計電極に供給された電圧が安定しているさらなる休止点を許容する。示された信号の最初の半分は、２つの電源しか使用しない場合に関するものである。これとは対照的に、第２の半分は、４つの電源の使用に関するものであり、これは、出力信号内に特徴的な「ノッチ」または「へこみ」を結果としてもたらす。
【００７８】
この単一または二重ステップパルスは次に、精密に定義されたエネルギーをもつ検出軌跡上にイオンを導入すると考えられる。飛行時間型質量分析器内へのイオンの入射の間の「エネルギーリフト」のために、同じ原理を使用することができる。
【００７９】
同様にして本発明は、飛行時間（ＴＯＦ）質量分析器のその他の構成要素、例えばレフレクトロン、多重反射または多重周回ＴＯＦデバイスのイオンミラーまたはデフレクタの電極などにも応用することができ、こうして、正および負のイオンモード間のより速い変更を可能にする。
【００８０】
本発明の好ましい実施形態は、質量分析器に対し規則的に電源の各々を接続するが、当業者であれば、質量分析器のインピーダンスに整合するインピーダンスを有する負荷を代用として使用してもよいということを認識するものである。それは疑似負荷と呼ばれる。質量分析器のインピーダンスをモデリングして疑似負荷を作り出すのはきわめて困難であることが発見された。特に、製造上の誤差のため、特性インピーダンスが質量分析器間で異なっていることは許容されている。その上、オービトラップ（ＴＭ）型質量分析器のインピーダンスのモデリングは、重大な課題を提示することがわかっている。
【００８１】
したがって、疑似負荷の使用は、好ましい実施形態ではない。それでも、当業者であれば、質量分析計に対し質量分析用の電位を提供する必要のない電源を接続するよりはむしろ疑似負荷を使用してもよい、ということを認識するものである。
【００８２】
ここで図８を参照すると、この概念に基づいた本発明の変形実施形態が示されている。この変形実施形態は図５と類似のものであり、同じ特徴が示されている場合、同一の参照番号が使用される。高圧（ＨＶ）スイッチ１９０、１９１、１９２および１９３は、４つの電源の出力、電位６１、７１、６６および７６を、出力９０または疑似負荷に接続できる。
【００８３】
この実施形態において、各電源について個別の疑似負荷が具備されている。それぞれの疑似負荷抵抗器２０２、２１２、２２２および２３２の各々に対する接続を制御するために、追加のスイッチ２０１、２１１、２２１、および２３１が具備されている。各疑似負荷抵抗器２０２、２１２、２２２および２３２と並列に、それぞれのコンデンサ２０３、２１３、２２３および２３３が具備されている。
【００８４】
ＨＶスイッチ１９０、１９１、１９２および１９３の「アイドル」状態は、それぞれの疑似負荷抵抗器２０２、２１２、２２２および２３２に接続されている。追加のスイッチ２０１、２１１、２２１および２３１は任意である。疑似負荷抵抗器２０２、２１２、２２２および２３２は、オービトラップ（ＴＭ）質量分析器に対する精度要件と整合しない生産モデルなどの実負荷のコピーを含めた、実負荷（質量分析器５０およびオービトラップ（ＴＭ）質量分析器１００により提供されるもの）の任意のモデルであり得る。あるいは、抵抗、キャパシタンスおよびインダクタンスのネットワークを使用することもできる。
【００８５】
同様に、一電源あたり１つの疑似負荷が存在する必要はない。実際の要件およびコストに応じて、さらに少ない疑似負荷を使用してもよい。例えば、疑似負荷を１つだけ、または一極性につき１つの疑似負荷を使用することができ、または精密電源のみを疑似負荷に接続することができると考えられる。代替的動作モードにおいては、精密電源を質量分析器に循環的に接続でき、粗電源を１つまたは複数の疑似負荷に接続することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、正荷電イオンおよび負荷電イオンの両方の精密な質量分析を実施するための質量分析計およびこのような質量分析計（ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）の質量分析器（ｍａｓｓ ａｎａｌｙｚｅｒ）に対して電位を提供する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
精密な質量測定を提供する多くの質量分析器は、高圧電源により生成される静電場を使用している。一部の利用分野例えば大気圧でのイオン化を伴う液体クロマトグラフィ質量分析法（ＬＣ／ＭＳ）においては、分析のための粒子のイオン化効率は、異なる極性において最適であり得る。このような場合、全てのイオンを分析するには質量分析器の静電場の極性を切換える必要がある。精密な質量分析のためには、静電場の安定性を最大にすることが望ましい。
【０００３】
一部の既存の技術は、同じ極性をもつ１つ以上の電源を使用して正および負の両方の電位を提供する。このとき極性の切換えは、高圧網（高電圧ネットワーク）全体の電源を遮断し、継電器を切換えて電源出力の極性を反転させ、高圧網の電源を再投入することにより達成可能である。パルサーの配線（パルスについてのワイヤリング）またはトリガーには同様に調整が必要であり得る。その上、異なる極性の間で、電圧調節のために異なるフィードバック抵抗器連鎖（抵抗器が複数つながれたチェーン）が使用されるかもしれない。ひとたび電源が投入された時点でのネットワーク全体の加熱および安定化には何時間もかかる可能性がある。この時間中、静電場を生成するために提供される電位が不安定になり得る場合、質量分析器の精度はこれらの理由から低くなる。国際公開第２００４／１０７３８８号パンフレット（特許文献１）および国際公開第２００８／０８１３３４号パンフレット（特許文献２）も同様に、安定した精密な電位を必要とする質量分析器内へのイオンの入射のためのスキームを示している。
【０００４】
改良された切換え速度を有する高圧電源が国際公開第２００７／０２９３２７号パンフレット内に記載されている。これは、交換ダイノード（変換用の電極群の電極であるダイオード）への電力供給のために設計されている。２つの電源が用いられ、互いに反対の極性をもつ電圧を提供する。電源出力の極性は、望まれない極性を提供する電源を遮断しもう一方の電源の出力を所望のレベルで調節することによって変更される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００４／１０７３８８号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００８／０８１３３４号パンフレット
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この背景技術とは対照的に、本発明は、質量分析器に対する電源の第１のモードと第２のモードの間での切換え方法において、第１の動作モードで、第２の電源が第２の非ゼロ電位を生成するが質量分析器からは切断されている一方で、第１の電源により生成された第１の非ゼロ電位を質量分析器に結合させるステップと；第２の動作モードで、第１の電源が第１の電位を生成するが質量分析器からは切断されている一方で、第２の電源により生成された第２の非ゼロ電位を質量分析器に結合させるステップと；第１の所定の持続時間の間、第１の動作モードで動作するステップと；第２の所定の持続時間の間、第２の動作モードで動作するステップと；を含む方法であって、第１の所定の持続時間および第２の所定の持続時間は、いかなる場合でも第１の電位および第２の電位の一方のみが質量分析器に結合されるような形で、および第１の動作モードおよび第２の動作モードで動作するステップが既定の長さの時間内で少なくとも１回実施されるような形で選択されている、切換え方法を提供している。
【０００７】
２つの連続的に動作する電源を使用するということは、電源が同時に接続されることは決してないという事実にも関わらず、各電源からの電位が連続的かつ直ちに利用可能であることを意味する。これにより、別の電位を生成するために電源を投入する必要がある場合の切換え遅延の問題が軽減される。
【０００８】
しかしながら、電源を過度に長時間アイドル状態に保った場合、電源の安定性は劣化するかもしれない。これに関連して「アイドル状態」とは、電源が非ゼロ電位を生成するが負荷から切断されておりそのため事実上ゼロ電流を供給するような状態を意味する。第１の電源と第２の電源の間で質量分析器を切換えて両方の電源が既定の長さの時間にわたり質量分析器に接続されているようにすることで、第１の電源により提供される平均電流および第２の電源により提供される平均電流は、既定の非ゼロレベル以上に維持される。こうして、両方の電源の安定性ひいては糖度が改善される。この切換えは質量分析器の分析上の要件とは無関係に実施される。
【０００９】
電源に対し提示されるべき負荷のインピーダンスが電源のインピーダンスに整合されていることが非常に望ましい。質量分析のために使用されていない電源を質量分析器に規則的に結合することにより、有利にも電源により生成された電位の安定性がこれによって維持される。
【００１０】
こうして、電源は両方共精密な出力を供給でき、このため２つの高精度の電位が電源間の切換えのために直ちに利用可能となる。これらの利点は、高い精度と共に有利な再充電電流が両方の電位のために必要とされる場合に、特に望ましい。
【００１１】
好ましくは、第１の電位の極性は第２の電位の極性と反対である。したがって２つの精密な電位を正荷電および負荷電の両方の粒子の分析に使用することができる。任意には、第１の非ゼロ電位は、第２の非ゼロ電位と同規模である。
【００１２】
好ましい実施形態においては、第２の所定の持続時間の長さは第１の所定の持続時間の長さより短い。最も好ましくは、第１の所定の持続時間の長さは第２の所定の持続時間の長さと実質的に等しい。このようにして、２つの電源により引き出される平均電流は類似したものである。
【００１３】
有利には、本方法にはさらに、第１の所定の持続時間中、質量分析器において荷電粒子を受取るステップが含まれる。好ましくは、本方法には、第１の電位を用いて質量分析器内で電場を生成し、こうして第１の所定の持続時間中にこれらの荷電粒子の分析を可能にするステップがさらに含まれる。このようにして１つの電源により生成された精密な電位を用いて、イオンを分析することができる。
【００１４】
任意には、質量分析計が所定の回数だけ第１の動作モードで動作させられ、受取られた荷電粒子のこの所定の分析数が質量分析器内で実施されるようになっている場合特に、最初に第２の動作モードで動作させずに第１の動作モードで質量分析計を再度動作させることは無い。好ましくは、所定の回数は１００回または２０回または１０回である。より好ましくは、所定の回数は３回または２回である。最も好ましくは、所定の回数は１回である。このようにして、２つの電源の安定性は実質的に等しいレベルに維持される。典型的には切換えプロセス自体だけが電流の流れを作り出し、質量分析器を横断する電位がひとたび一定になると、電流は電源を通って一切流れないということが指摘される。こうして既定の長さの時間は、単一の質量分析器サイクルの持続時間に関係づけされる。
【００１５】
第１の所定の持続時間の長さが、荷電粒子を受取り電場を生成して荷電粒子の分析を可能にするステップを実施するのにかかる時間の長さに基づくものであることが有利である。このようにして、第１の所定の持続時間の長さは、１回の分析の所要時間の長さに左右される。好ましくは、第２の所定の持続時間の長さは第１の所定の持続時間の長さより短い。
【００１６】
有益なことに、第２の所定の持続時間の長さは、第１の所定の持続時間の間に質量分析器が受取った荷電粒子の極性とは無関係である。
【００１７】
既定の長さの時間は、好ましくは、第１の所定の持続時間の長さと第２の所定の持続時間の長さの合計より短い。
【００１８】
有利には、本方法はさらに、前記第１の電位と同じ極性の第３の電位を生成するステップを含む。このとき、第１の動作モードは、第１の時限の間、第１の電位を質量分析器に結合するが、第３の電位を質量分析器に結合せず、第１の時限が第１の所定の持続時間の少なくとも一部分であるステップを含んでいてよい。好ましくは、第１の動作モードは同様に、第２の時限中、第１の電位を質量分析器に結合し、第３の電位を質量分析器に結合し、第２の時限が第１の所定の持続時間の一部分であるステップを含んでいる。好ましい実施形態において、第２の時限は、第１の時間に先行し、電源は第１の時限中第３の電位を生成し続ける。電源が第２の動作モード中、第３の電位を生成し続けることも同様に有利である。
【００１９】
第３の電位は好ましくは第３の電源により生成されるか、代替的には第１の電源が第３の電位を生成してもよい。第１の電源の安定性および精度は、できれば第３の電源ものより高い。第１の電位を通って流れる電流は有利にも、それによって削減される。さらに、第３の電位の規模は、好ましくは第１の電位のものよりも大きい。こうして有利にも、第１の電位が供給された時の電圧ステップが比較的小さいことを理由として、望まれない寄生振動（「リンギング」として知られるもの）が削減される。
【００２０】
同様に有利にも、本方法はさらに第２の電位と同じ極性の第４の電位を生成するステップをさらに含んでいてよい。このとき、第２の動作モードは、第３の時限の間、第２の電位を質量分析器に結合するが第４の電位を質量分析器に結合せず、第３の時限が第２の所定の持続時間の一部分であるステップを含んでいてよい。好ましくは、第２の動作モードは同様に、第４の時限の間、第２の電位を質量分析器に結合し第４の電位を質量分析器に結合し、第４の時限が第２の所定の持続時間の一部分であるステップも含んでいる。好ましい実施形態において、第４の時限は第３の時限に先行し、第３の時限の間電源は第４の電位を生成し続ける。第３の時限および第４の時限は好ましくは第１の時限および第２の時限に後続し、こうして第１の所定の持続時間が第２の所定の持続時間に先行するようになっている。電源が第１の動作モード（第１の所定の持続時間）の間第４の電位を生成し続けることが有利である。第４の電位は好ましくは第４の電源により生成されるが、代替的には、第２の電源が第４の電位を生成してもよい。第２の電源の安定性および精度は、できれば第４の電源のものよりも大きい。さらに、第４の電位の規模は、好ましくは第２の電位のものよりも大きい。
【００２１】
好ましい実施形態において、質量分析計は、第１の時限と第２の時限を含む第１の動作モードでの第１の所定の持続時間内で、および第３の時限および第４の時限を含む第２の動作モードでの第２の所定の持続時間内で動作するように構成されている。
【００２２】
好ましい実施形態において、質量分析器は実質的に無効な負荷を提示しており、したがってそのインピーダンスは数学的観点から見ると大部分は虚数である。このような場合、有意な電流が流れるのは、電源が負荷に接続されている時だけである。したがって、電源の安定性を維持するためには、電源を規則的にインピーダンス整合された負荷に接続し、そこから切断することが望ましい。好ましくは、質量分析器は実質的に容量性の負荷であり、さらに好ましくは、質量分析器はオービトラップ型のものである。あるいは、質量分析器は飛行時間型のものであり、任意には、質量分析器は静電トラップを含む。任意には、質量分析器は、実質的に誘導性の負荷である。
【００２３】
さらなる態様において、本発明は、質量分析器と；第１の電位を生成するように構成された第１の電源と；非ゼロ第２電位を生成するように構成された第２の電源と；スイッチが第１の電位を質量分析器に結合させ、第２の電位を質量分析器から切断するように構成されている第１の動作モードと、スイッチが第２の電位を質量分析器に結合させ第１の電位を質量分析器から切断するように構成されている第２の動作モードを有し、こうして、いかなる時点でも第１の電位または第２の電位の一方のみが質量分析器に結合されるようになっているスイッチと；第１の所定の持続時間の間スイッチをその第１の動作モードに設定し、第２の所定の持続時間の間スイッチをその第２の動作モードに設定するように構成され、第１の動作モードおよび第２の動作モードが既定の長さの時間内で少なくとも一回実施されるような形で第１の所定の持続時間および第２の所定の持続時間が選択されているコントローラと、を含む質量分析計にある。第２の電源は、スイッチがその第１の動作モードに構成されている場合に前記第２の電位を生成し続けるように構成されており、第１の電源は、スイッチがその第２の動作モードに構成されている場合に前記第１の電位を生成し続けるように構成されている。
【００２４】
本発明のさらなる態様においては、質量分析計の質量分析器に電位を提供する方法において、第１の電源から第１の電位を生成するステップと；第２の電源から第２の電位を生成するステップと；第１の電位が質量分析器に結合されている第１の動作モードから、第１の電位は質量分析器に結合されていないが第１の電源が前記第１の電位を生成し続ける第２の動作モードへと切換えるステップと；第２の電位が疑似負荷に結合されている第３の動作モードから、第２の電位は疑似負荷に結合されていないが第２の電源が前記第２の電位を生成し続ける第４の動作モードへと切換えるステップ、を含む方法が提供されている。前記第１の動作モードから前記第２の動作モードへの切換えステップ、および前記第３の動作モードから前記第４の動作モードへの切換えステップは各々、既定の長さの時間内に少なくとも一回発生する。
【００２５】
既定の長さの時間は、本発明のその他の態様に関して以上で説明されている通りに設定されてよい。好ましくは、質量分析器は、特性インピーダンスを有し、疑似負荷は質量分析器の特性インピーダンスを有する。
【００２６】
一実施形態において、第１の電位は第２の電位と反対の極性を有する。このとき、本方法は任意には、第２の動作モード中、第３の動作モードまたは第４の動作モードから、第２の電位が質量分析器に結合されている第５の動作モードへと切換えるステップをさらに含んでいる。
【００２７】
一部の実施形態においては、本方法は、第１の動作モードまたは第２の動作モードから、第１の電位が第２の疑似負荷に結合されている第６の動作モードへと切換えるステップをさらに含んでいる。第３の動作モードおよび第６の動作モードが同時に発生しない場合、第２の疑似負荷は任意には第１の疑似負荷と同じである。
【００２８】
好ましくは、本方法はさらに、第３の電源から第３の電位を生成するステップおよび、第３の電位が質量分析器に結合されている第７の動作モードから第３の電位が質量分析器に結合されていない第８の動作モードへと切換えるステップを含む。有利には、第３の電位は、第１の電位と同じ極性を有し、第７の動作モードは第１の動作モードが使用されている一方で使用される。
【００２９】
より好ましくは、本方法は、第７の動作モードまたは第８の動作モードから、第３の電位が第３の疑似負荷に結合されている第９の動作モードへと切換えるステップをさらに含んでいる。第９の動作モードおよび第６の動作モードが同時に発生しない場合、第３の疑似負荷は任意には第２の疑似負荷と同じである。第９の動作モードおよび第３の動作モードが同時に発生しない場合、第３の疑似負荷は任意には第１の疑似負荷と同じである。
【００３０】
好ましくは、本方法はさらに、第４の電源から第４の電位を生成するステップおよび、第４の電位が質量分析器に結合されている第１０の動作モードから第４の電位が質量分析器に結合されていない第１１の動作モードへと切換えるステップを含む。有利には、第４の電位は、第２の電位と同じ極性を有し、第１０の動作モードは第５の動作モードが使用されている一方で使用される。
【００３１】
より好ましくは、本方法は、第１０の動作モードまたは第１１の動作モードから、第４の電位が第４の疑似負荷に結合されている第１２の動作モードへと切換えるステップをさらに含んでいる。第１２の動作モードおよび第３の動作モードが同時に発生しない場合、第３の疑似負荷は任意には第１の疑似負荷と同じである。第１２の動作モードおよび第６の動作モードが同時に発生しない場合、第３の疑似負荷は任意には第２の疑似負荷と同じである。
【００３２】
関連する一態様においては、質量分析器と；第１の電位を生成するように構成された第１の電源と；第２の電位を生成するように構成された第２の電源と；第１の電位が質量分析器に結合されている第１の動作モードと、第１の電位が質量分析器に結合されていない第２の動作モードとを有する、第１のスイッチと；第２の電位が疑似負荷に結合されている第３の動作モードと、第２の電位が疑似負荷に結合されていない第４の動作モードとを有する第２のスイッチと；第１のスイッチがその第２のモードで動作している場合、前記第１の電位を生成し続けるように第１の電源を制御し、第２のスイッチがその第４のモードで動作している場合、前記第２の電位を生成し続けるように第２の電源を制御するように構成されているコントローラと；を含む質量分析計において、コントローラがさらに、所定の時限の間に少なくとも一回前記第１の動作モードから前記第２の動作モードへと切換えるように前記第１のスイッチを制御し、かつ所定の時限の間に少なくとも１回前記第３の動作モードから前記第４の動作モードへと切換えるように前記第２のスイッチを制御するように構成されている、質量分析計が提供されている。
【００３３】
有利には、疑似負荷は抵抗器を含む。任意には、疑似負荷は、コンデンサおよびインダクタンスの一方または両方と並列で抵抗器を含む。
【００３４】
さらに提供されているのは、質量分析器と；第１の極性を有する非ゼロ規模Ｖ１の第１の電位を生成するように構成された第１の電源と；第２の反対の極性を有する非ゼロ規模Ｖ２の第２の電位を生成するように構成された第２の電源と；質量分析器に第１の電位を供給し、第１の動作モードにおける非ゼロ規模Ｖ１の前記第１の電位と第２の動作モードにおける非ゼロ規模Ｖ２の前記第２の電位の間で直接質量分析器に供給される電位を切換えるように構成されたコントローラとを含む質量分析計である。
【００３５】
質量分析器に対する電源の第１のモードと第２のモードの間での切換え方法において、第１の動作モードで、第２の電源が第２の電位を生成するが質量分析器からは切断されている一方で、第１の電源により生成された第１の電位を質量分析器に結合させるステップと；第２の動作モードで、第１の電源が第１の電位を生成するが質量分析器からは切断されている一方で、第２の電源により生成された第２の電位を質量分析器に結合させるステップと；いかなる場合でも第１の電位または第２の電位の一方のみが質量分析器に結合されるように、第１の動作モードから第２の動作モードへと切換えるステップと、を含む方法も想定されている。
【００３６】
好ましくは、第１の電位の極性は、第２の電位の極性の反対である。したがって、２つの精密な電位は、正荷電および負荷電の両方の粒子の分析に使用可能である。
【００３７】
質量分析計の質量分析器に対し電位を提供する方法において、第１の極性を有する非ゼロ規模Ｖ１の第１の電位を生成するステップと；第２の反対の極性を有する非ゼロ規模Ｖ２の第２の電位を生成するステップと；第１の電位を質量分析器に供給するステップと；第１の動作モードでの非ゼロ規模Ｖ１の前記第１の電位と第２の動作モードでの非ゼロ規模Ｖ２の前記第２の電位の間で直接質量分析器に供給される電位を切換えるステップとを含む方法が、付加的に想定されている。
【００３８】
反対の極性を有する２つの別々の電位を生成しその間で直接切換え、こうして質量分析器がその他のいかなる電位にも結合されないかまたは一方の電位からもう一方の電位に接続される間に任意の有意な長さの時間、中間の電位に置かれることを不可能にすることによって、質量分析器内で精密な電位を使用する前に電源が暖まるのを待つ必要はなくなる。
【００３９】
任意には、非ゼロ規模Ｖ１は、非ゼロ規模Ｖ２に等しい。
【００４０】
これらの態様の組合せも同様に可能である。
【００４１】
本発明はさまざまな方法で実施されてよく、そのうちの１つを以下で、添付図面を参照しながら単なる一例として記述する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る質量分析計の略図である。
【図２】図１の実施形態のより詳細な略図を示す。
【図３】図２の実施形態で使用するためのコントローラを示す。
【図４】図３のコントローラにおいて使用される例示的信号を示す。
【図５】図２の実施形態において使用するための概略的切換え構成を示す。
【図６】図５の概略的切換え構成において使用するための例示的信号を示す。
【図７】図５の概略的切換え構成からの代替的出力信号を示す。
【図８】本発明の一変形実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
ここで図１を参照すると、第１の電源１０、第２の電源２０、コントローラ４０により制御されるスイッチ３０および質量分析器５０を含む質量分析計の概略図が示されている。第１の電源は第１の電位１５を生成するように動作し、第２の電源は第２の電位２５を生成するように動作する。
【００４４】
第１の電源１０および第２の電源２０は、連続的に動作する。第１の電位１５は接地電位に対して負の極性を有し、第２の電位２５は接地電位に対して正の極性を有する。第１の電位は、質量分析器５０において正イオンの分析のために使用でき、第２の電位は、質量分析器５０において負イオンの分析のために使用できる。コントローラ４０は、所定の時限内で第１の電位１５と第２の電位２５の両方が少なくとも一回質量分析器５０に接続されるようにする。
【００４５】
当業者であれば、図１が本発明の主要な特徴を示す目的で幾分か簡略化されていることを認識するものである。図２では、図１の実施形態のより詳細な略図が示されている。例えば、当業者であれば、オービトラップ（ＴＭ）型の質量分析器１００が使用される場合、２つ以上の電位が必要とされるということを理解するものである。イオン捕獲用に電場を生成するためには粗電位（ｃｏａｒｓｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を使用することができ、一方イオン測定用に安定した電場を提供するためには精密電位（ａｃｃｕｒａｔｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）が使用される。
【００４６】
第１の粗電源６０は負の粗電位６１を提供し、第２の粗電源７０は正の粗電位７１を提供する。第１の精密電源６５は、負の精密電位６６を提供し、第２の精密電源７５は正の精密電位７６を提供する。これらの電源の各々によって提供される電位は調節される。
【００４７】
コントローラ４５は高圧（ＨＶ）スイッチ８０、８１、８２および８３を制御する。負の粗電位６１が第１のＨＶスイッチ８０に提供され、コントローラ４５はこのスイッチを制御するために第１の切換え信号４６を提供する。負の精密電位６６が第２のＨＶスイッチ８１に提供され、コントローラ４５はこのスイッチを制御するために第２の切換え信号４７を提供する。
【００４８】
正の粗電位７１が第３のＨＶスイッチ８２に提供され、コントローラ４５はこのスイッチを制御するために第３の切換え信号４８を提供する。正の精密電位７６が第４のＨＶスイッチ８３に提供され、コントローラ４５はこのスイッチを制御するために第４の切換え信号４９を提供する。
【００４９】
第２のＨＶスイッチ８１および第４のＨＶスイッチ８３からの出力は、一緒に接続され、出力９０として質量分析器１００に提供される。第１の切換え信号４６および第２の切換え信号４７を、第３の切換え信号４８および第４の切換え信号４９と同時に提供することはできない。換言すると、出力９０は、任意の一時点において正の電位か負の電位のいずれかでしかあり得ない。
【００５０】
この好ましい実施形態において、負の精密電位６６は−５ｋＶであり、正の精密電位７６は＋５ｋＶである。これら２つの電位の安定性は高い（典型的には＋／−２ｐｐｍ）。負の粗電位６６および正の粗電位７６は、それぞれの精密電位に比べて規模が約８００〜１８００Ｖ低い。粗電位の安定性は、精密電位の安定性よりはるかに低い（例えば＋／−２０−３０ｐｐｍ）。これら４つの電源は独立して調節され、そのため、多数の出力の安定性が改善され、詳細には精密電源からの粗電源の減結合が改善される。
【００５１】
こうして、第１の粗電源６０または第２の粗電源７０は、電圧範囲全体の８０％にわたり質量分析器負荷キャパシタンスの再充電（電線に付随するトランジスタのキャパシタンスを加えたものを含めて約５０〜１００ｐＦ）のためのはるかに高い電荷を供給することができるようになる。このとき負の精密電源６５または正の精密電源７５に残される再充電すべき電圧範囲の部分は僅かである。
【００５２】
質量分析計の動作方法はコントローラ４５の設計においてより良く理解できる。図３では、出力９０を制御するために使用される３つの入力信号を有するコントローラが示されている。極性信号１０１は、出力９０の極性を標示し、粗電源トリガー信号１０２は、出力９０が粗電源出力を含むはずであることを標示し、精密電源トリガー信号１０３は、出力９０が精密電源出力を含むはずであることを標示する。
【００５３】
ゲート１１０は極性信号１０１と粗トリガー信号１０２を受取り、粗電源制御信号を生成する。ゲート１２０は極性信号１０１および精密トリガー信号１０３を受取り、精密電源制御信号を生成する。
【００５４】
２つの立上り検出器１３１が具備されており、これらは低論理レベルから高論理レベルへと変化する入力を検出する。１つの立上り検出器１３１は粗電源制御信号１１１を受取り、もう一方の立上り検出器１３１は精密電源信号１２１を受取る。
【００５５】
２つの立下り検出器１３２も具備され、これらは、高論理レベルから低論理レベルへと変化する入力を検出する。１つの立下り検出器１３２は粗電源制御信号を受取り、もう一方の立下り検出器１３２は精密制御信号１２１を受取る。
【００５６】
立上り検出器１３１および立下り検出器１３２各々の出力は、それぞれのトランジスタ出力段１３３に提供される。トランジスタ出力段１３３の出力は、この場合変圧器であるアイソレータ１３４に提供される。アイソレータ１３４の出力は各々それぞれの電荷蓄積装置１３５に提供される。これらは第１の切換え信号４６、第２の切換え信号４７、第３の切換え信号４８および第４の切換え信号４９を提供する。
【００５７】
コントローラ４５の動作は、正常な動作中に、コントローラ内で生成される信号を参照するとより良く理解できる。図４を見ると、コントローラ４５内で使用される例示的信号が示されている。
【００５８】
図４は、２つに分割されている。図４の左側では、極性信号１０１は低く、負の極性を表わす。出力９０は当初、負の精密電源の電位によって提供される。粗電源トリガー信号１０２は最初低論理レベルから高論理レベルへと変化し、これが粗電源制御信号１１１内に正のパルスを導く。こうして出力９０は負の精密電源が遮断されている状態で、負の精密電源の電位から正の粗電位レベルに向かって増大させられる。出力９０は、短い時限１４１の間に定電圧に近づき、この時限１４１の一部分の間この電圧に安定し得る。粗電源トリガー信号１０２の開始から１０〜１０，０００マイクロ秒の遅延の後、精密電源トリガー信号１０３は低から高に変化する。これは、精密電源制御信号１２１の中に正のパルスを発生させ、正の粗電源がなおも接続されている状態で、出力９０のレベルは正の精密電源電位の出力まで増大することになる。
【００５９】
一定時間の後、粗電源トリガー信号１０２は高論理レベルから低論理レベルまで遷移する。これが粗電源制御信号１１１内に負のパルスを発生させ、正の精密電源および正の粗電源の両方が切断されている状態で出力９０のレベルは負の粗電源の電位だけ減少することになる。さらなる遅延の後、精密電源トリガー信号１０３は高論理レベルから低電位レベルまで遷移する。こうして精密電源制御信号１２１内の負のパルスが導かれ、負の粗電源がなおも接続されている状態で出力９０のレベルは負の精密電源のレベルまで減少することになる。
【００６０】
図４の右側では、極性信号１０１は高く、正の極性を表わす。出力９０は当初、正の精密電源の電位によって提供される。粗電源トリガー信号１０２は最初低論理レベルから高論理レベルへと変化し、これが粗電源制御信号１１１内に負のパルスを導く。こうして出力９０は、負の粗電位レベルに向かって増大させられる。出力９０は、短い時限１５１の間定電圧に近づき、この時限１５１の一部分の間この電圧で安定し得る。粗電源トリガー信号１０２の開始に対し１０〜１０，０００マイクロ秒の遅延の後、精密電源トリガー信号１０３は低から高に変化する。これは、精密電源制御信号１２１の中に正のパルスをひき起こし、負の粗電源がなおも接続されている状態で、出力９０のレベルは負の精密電源電位の出力まで減少することになる。
【００６１】
さらなる遅延の後、粗電源トリガー信号１０２は高論理レベルから低論理レベルまで変化する。これが粗電源制御信号１１１内に正のパルスを発生させ、負の精密電源および負の粗電源の両方が切断されている状態で出力９０のレベルは正の粗電源電位のレベルまで増大することになる。最終的には、精密電源トリガー信号１０３は高論理レベルから低論理レベルまで遷移する。こうして精密電源制御信号１２１内に正のパルスが導かれ、正の粗電源がなおも接続されている状態で出力９０のレベルは正の精密電源の電位まで増大することになる。
【００６２】
図４を見ればわかるように、２つのタイプの勾配しか存在しない。最初の勾配は、「下向き勾配」であり、これは、時点１３０における負イオンの入射とそれに続く時点１４０における負イオンの検出のために使用可能と考えられる。もう一方は「上向き勾配」であり、これには時点１５０における負イオンの入射と時点１６０における正イオンの測定が続くと考えられる。
【００６３】
図４から観察できるように、粗電源は遷移が起こった場合に所要の電圧差の大部分を提供し、こうしてより高速の切換えおよびより精密な電源を不要な負荷から保護する。
【００６４】
図５を見てみると、概略的な切換え構成が示されている。図２および３のものと同じ構成要素が示されている場合、同じ参照番号が使用されている。この図は、「アイドル」状態にあるシステムを示している（全てのスイッチは「オフ」位置にセットされている）。粗トリガー信号の１つが高論理信号にセットされた時点で、極性信号の状態に応じて正の分岐から負の分岐へ、またはその逆にシステムが切換わる。精密トリガー信号の１つが高論理レベルにセットされた時点で、それぞれのスイッチを閉じることによってそれぞれの精密電位が追加される。抵抗器９１およびコンデンサ９２が低域通過フィルタとして作用し、出力９０で電圧勾配を制御する。
【００６５】
１つの電位とその反対の電位との間の遷移上の勾配の変化度は、ライン内の抵抗器１７１および抵抗器１８１により制御され、それぞれ正の粗電源出力７６および負の粗電源出力６６を提供する。ダイオード１７０およびダイオード１８０が、粗電源を損傷する可能性のあるそれぞれの精密電源に起因する粗電源出力を通した寄生逆電流を妨げている。その結果、各々の粗電源は、それぞれの極性の精密電源と並列に接続された場合にノイズ源を提供しない。その理由は、ダイオード１７０およびダイオード１８０がその逆バイアスを通して保護を提供すること；不安定度の効果が抵抗器１７１および１８１によって制御されること；および精密電源の出力が調節され、こうして残留する効果が全て補償されると考えられること、にある。事実、粗電源は実際にはノイズの源ではなく、むしろ精密電源に比べて調節の効率が低いものである。
【００６６】
好ましい実施形態においては、図５に示されている構成は以下の要領で動作する。第１のステップでは、第３の切換え信号４８が第３のＨＶスイッチ８２を閉鎖させる。その他の３つのスイッチは全て開放状態に残され、こうして出力９０は正の粗電位７１に向かって増大する。
【００６７】
第２のステップでは、第３の切換え信号４８と第４の切換え信号４９が第３のＨＶスイッチ８２および第４のＨＶスイッチ８３を閉鎖させる。その他２つのスイッチは開放されており、そのため出力９０は正の精密電位７６に向かって増大するようになっている。第３のステップでは、第１の切換え信号４６が第１のＨＶスイッチ８０を閉じる。その他のスイッチは全て開放されており、そのため出力９０は負の粗電位６１に向かって減少する。
【００６８】
第４のステップでは、第１の切換え信号４６および第２の切換え信号４７が第１のＨＶスイッチ８０および第２のＨＶスイッチ８１を閉じる。その他の２つのスイッチは開放しており、そのため出力９０は負の精密電位６６に向かって減少する。
【００６９】
ここで図６を参照すると、図５の概略的切換え構成において使用するための例示的信号が示されている。信号は、図５の対応する信号と同じ参照番号により識別されている。これらの信号が使用された場合、出力信号９０’が結果として発生する。この信号構成はより高い精度そしてより速い切換えを達成することができる。
【００７０】
図３に示されている実施形態は、立上りおよび立下りがトリガー事象である場合２つの制御信号（粗電源制御信号１１１および粗電源制御信号１２１）を使用しているが、一方図５の実施形態は４つの制御ライン（第１の切換え信号４６、第２の切換え信号４７、第３の切換え信号４８、第４の切換え信号４９）を使用している。付加的な制御信号を使用することで、システムの動作融通性が増大し、より速い立上り時間が可能となる。本発明は、さまざまな利用分野のために使用され得る。これらの利用分野としては、質量分析器内の電極（ダイノードを含む）またはグリッドに対し電位を提供すること；オービトラップ（ＴＭ）型質量分析器の中央電極に電圧を供給すること；オービトラップ（ＴＭ）型質量分析器のその他の電極（例えばデフレクタ、カーブドイオントラップ、イオンゲート）に電圧を供給すること；多重反射または多重偏向型を含めた飛行時間（ＴＯＦ）質量分析器、静電質量分析器内の電極に電圧を供給すること；ブラッドベリー・ニールセンゲートに電圧を供給すること；検出器オフセットとして使用するための電圧を供給すること；ＴＯＦ計器内の抽出電極（グリッドを含む）のために電圧を供給すること；および単一または多重反射ＴＯＦ計器内の切換え可能なミラーまたはセクターに電圧を供給すること、が含まれる。
【００７１】
したがってこの実施形態は、以下のアプローチに基づいて動作する。電源は、図４または図６に示されたタイプのサイクルにおいてオービトラップ（ＴＭ）質量分析器１００の中央電極に循環的に接続される。イオンは、（荷電状態に応じて）時点１３０における勾配または時点１５０における勾配の間、質量分析器１００内に入射される。異なる時点に到達した異なる質量のイオンは、こうして、質量分析器１００の中央電極のまわりの安定した軌道内に捕獲される。このことは、Ｈａｒｄｍａｎ，Ｍ．＆ Ｍａｋａｒｏｖ，Ａ．Ａ．：Ｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇ ｔｈｅ Ｏｒｂｉｔｒａｐ Ｍａｓｓ Ａｎａｌｙｚｅｒ ｔｏ ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ Ｉｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ；Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，２００３，７５，１６９９−１７０５の中でより詳しく説明されている。このようにして、精密および粗電源の組合せは同様に、オービトラップ（ＴＭ）質量分析器１００におけるイオンの入射および捕獲を制御する目的にも役立つ。この電圧立上りの勾配は、質量分析器１００の抵抗性、容量性および誘導性負荷および配線と組合せた抵抗器９１およびコンデンサ９２によって制御される。
【００７２】
本明細書中で具体的実施形態が記述されてきたが、当業者であれば、さまざまな修正および置換を企図するかもしれない。例えば当業者であれば、図５に示されているスイッチが継電器、トランジスタまたは固体状態スイッチであり得るということを容易に認めるものである。
【００７３】
当業者であれば同様に、高い精度を必要とせずかつ／または例えばレンズやパルサーなどの電場のために必要とされるものよりも著しく低い振幅を有する、多数の極性でのその他の高電圧を質量分析器に提供することが望ましいかもしれないということも理解するものである。上記レンズやパルサーには、従来のアプローチを用いた切換え式極性を提供できると考えられ、あるいは上述の技術を適用することもできる。
【００７４】
当業者であれば、図５の動作の中で、第２のステップの後システムは「アイドル」状態に復帰してよいということを認識するものである。これを用いて、反対の極性の２つの電源が同時に負荷に接続され得ないように補助することができる。したがって、「アイドル状態」は、反対の極性の不利な逆電流に対して電源を保護するかもしれない。さらに、システムは、第４ステップ後に「アイドル」状態に復帰してよく、それに続いて、第１ステップが次に再開できる。当業者であれば、「アイドル」状態で、１つまたは複数の電源から切断された電極の電位が当初は同じ電位にとどまり、その後未定義状態へと崩壊するということを理解するものである。したがって、長時間「アイドル」状態にとどまることは通常望ましくない。
【００７５】
上述のものに対する代替的な動作アプローチにおいては、図５に示されているタイプのネットワークが、イオンを飛行経路内に入射する直交加速器内の電極などの、飛行時間型質量分析計のパルサー電極に接続される。電源出力サイクルは、図４または図６に示したものと同様である。イオンは、例えば、定電圧周期１４１（または定電圧周期１６１）の間、直交加速器（またはインジェクタトラップ）内に入射される。あるいは、図５に示されている通りの一実施形態では、制御信号のタイミングを調整して、「保持」時間を含み入れることができ、この保持時間においてイオンは、保持中それぞれの粗電源上に入射され、その後それぞれ勾配１３０または１５０により飛行経路上にパルス送りされる。
【００７６】
条件に応じて、その時点でアースに直接電極を接続することによってかまたは仮想アースを提供する付加的な電源を使用することによって、アースまたはその近くにさらなる「休止」点を導入してよい。そのとき、イオンは、射出パルスに先立ちパルサー（直交加速器、線形イオントラップまたは非線形イオントラップ）内に入射されると考えられる。
【００７７】
ここで図７を参照すると、図５の概略的切換え構成からの代替的出力信号が示されている。この出力信号は、質量分析計電極に供給された電圧が安定しているさらなる休止点を許容する。示された信号の最初の半分は、２つの電源しか使用しない場合に関するものである。これとは対照的に、第２の半分は、４つの電源の使用に関するものであり、これは、出力信号内に特徴的な「ノッチ」または「へこみ」を結果としてもたらす。
【００７８】
この単一または二重ステップパルスは次に、精密に定義されたエネルギーをもつ検出軌跡上にイオンを導入すると考えられる。飛行時間型質量分析器内へのイオンの入射の間の「エネルギーリフト」のために、同じ原理を使用することができる。
【００７９】
同様にして本発明は、飛行時間（ＴＯＦ）質量分析器のその他の構成要素、例えばレフレクトロン、多重反射または多重周回ＴＯＦデバイスのイオンミラーまたはデフレクタの電極などにも応用することができ、こうして、正および負のイオンモード間のより速い変更を可能にする。
【００８０】
本発明の好ましい実施形態は、質量分析器に対し規則的に電源の各々を接続するが、当業者であれば、質量分析器のインピーダンスに整合するインピーダンスを有する負荷を代用として使用してもよいということを認識するものである。それは疑似負荷と呼ばれる。質量分析器のインピーダンスをモデリングして疑似負荷を作り出すのはきわめて困難であることが発見された。特に、製造上の誤差のため、特性インピーダンスが質量分析器間で異なっていることは許容されている。その上、オービトラップ（ＴＭ）型質量分析器のインピーダンスのモデリングは、重大な課題を提示することがわかっている。
【００８１】
したがって、疑似負荷の使用は、好ましい実施形態ではない。それでも、当業者であれば、質量分析計に対し質量分析用の電位を提供する必要のない電源を接続するよりはむしろ疑似負荷を使用してもよい、ということを認識するものである。
【００８２】
ここで図８を参照すると、この概念に基づいた本発明の変形実施形態が示されている。この変形実施形態は図５と類似のものであり、同じ特徴が示されている場合、同一の参照番号が使用される。高圧（ＨＶ）スイッチ１９０、１９１、１９２および１９３は、４つの電源の出力、電位６１、７１、６６および７６を、出力９０または疑似負荷に接続できる。
【００８３】
この実施形態において、各電源について個別の疑似負荷が具備されている。それぞれの疑似負荷抵抗器２０２、２１２、２２２および２３２の各々に対する接続を制御するために、追加のスイッチ２０１、２１１、２２１、および２３１が具備されている。各疑似負荷抵抗器２０２、２１２、２２２および２３２と並列に、それぞれのコンデンサ２０３、２１３、２２３および２３３が具備されている。
【００８４】
ＨＶスイッチ１９０、１９１、１９２および１９３の「アイドル」状態は、それぞれの疑似負荷抵抗器２０２、２１２、２２２および２３２に接続されている。追加のスイッチ２０１、２１１、２２１および２３１は任意である。疑似負荷抵抗器２０２、２１２、２２２および２３２は、オービトラップ（ＴＭ）質量分析器に対する精度要件と整合しない生産モデルなどの実負荷のコピーを含めた、実負荷（質量分析器５０およびオービトラップ（ＴＭ）質量分析器１００により提供されるもの）の任意のモデルであり得る。あるいは、抵抗、キャパシタンスおよびインダクタンスのネットワークを使用することもできる。
【００８５】
同様に、一電源あたり１つの疑似負荷が存在する必要はない。実際の要件およびコストに応じて、さらに少ない疑似負荷を使用してもよい。例えば、疑似負荷を１つだけ、または一極性につき１つの疑似負荷を使用することができ、または精密電源のみを疑似負荷に接続することができると考えられる。代替的動作モードにおいては、精密電源を質量分析器に循環的に接続でき、粗電源を１つまたは複数の疑似負荷に接続することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分析器に対する電源の第１のモードと第２のモードの間での切換え方法において、
第１の動作モードで、第２の電源が第２の非ゼロ電位を生成するが質量分析器からは切断されている一方で、第１の電源により生成された第１の非ゼロ電位を質量分析器に結合させるステップと、
第２の動作モードで、第１の電源が第１の電位を生成するが質量分析器からは切断されている一方で、第２の電源により生成された第２の非ゼロ電位を質量分析器に結合させるステップと、
第１の所定の持続時間の間、第１の動作モードで動作するステップと、
第２の所定の持続時間の間、第２の動作モードで動作するステップと、
を含む方法であって、
第１の所定の持続時間および第２の所定の持続時間は、いかなる場合でも第１の電位と第２の電位の一方のみが質量分析器に結合されるような形で、および第１の動作モードおよび第２の動作モードで動作する各ステップが既定の長さの時間内で少なくとも１回実施されるような形で選択されている、
切換え方法。
【請求項２】
第１の電位の極性が第２の電位の極性と反対である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の非ゼロ電位が前記第２の非ゼロ電位と同規模である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第２の所定の持続時間の長さが第１の所定の持続時間の長さより短い、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
第１の所定の持続時間の長さが第２の所定の持続時間の長さと実質的に等しい、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
第１の所定の持続時間中、質量分析器において荷電粒子を受取るステップをさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
第１の電位を用いて質量分析器内で電場を生成し、こうして第１の所定の持続時間中に受取った荷電粒子の分析を可能にするステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
第１の所定の持続時間の長さが、荷電粒子を受取り、電場を生成して荷電粒子の分析を可能にするステップを実施するのにかかる時間の長さに基づいている、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第２の所定の持続時間の長さが、第１の所定の持続時間の間に質量分析器が受取った荷電粒子の極性とは無関係である、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の電位と同じ極性の第３の電位を生成するステップ、
をさらに含み、
前記第１の動作モードで、第１の時限の間、第１の電位は質量分析器に結合されているが、第３の電位は質量分析器に結合されておらず、第１の時限は第１の所定の持続時間の少なくとも１つのサブセットである、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
第１の動作モードでは、第１の電位および第３の電位は第２の時限中質量分析器に結合されており、第２の時限は第１の所定の持続時間のサブセットである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
第２の時限が第１の時間に先行し、電源が第１の時限中第３の電位を生成し続ける、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
電源が、第２の動作モード中、第３の電位を生成し続ける、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
第３の電位の規模が第１の電位の規模よりも大きい、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
第３の電位が第３の電源により生成され、第１の電源の精度が第３の電源の精度より高い、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
質量分析器が実質的に無効な負荷を提示する、請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
質量分析器がオービトラップ型のものである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
質量分析器が飛行時間型のものである、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
質量分析器が静電トラップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
質量分析器と、
第１の非ゼロ電位を生成するように構成された第１の電源と、
非ゼロ第２電位を生成するように構成された第２の電源と、
第１の電位を質量分析器に結合させ、第２の電位を質量分析器から切断するように構成されている第１の動作モードと、第２の電位を質量分析器に結合させ第１の電位を質量分析器から切断するように構成されている第２の動作モードとを有するスイッチであって、こうして、いかなる時点でも第１の電位または第２の電位の一方のみが質量分析器に結合されるようになっているスイッチと、
第１の所定の持続時間の間スイッチをその第１の動作モードに設定し、第２の所定の持続時間の間スイッチをその第２の動作モードに設定するように構成され、第１の動作モードおよび第２の動作モードが既定の長さの時間内で少なくとも一回実施されるような形で第１の所定の持続時間および第２の所定の持続時間が選択されているコントローラと、
を含む質量分析計において、
第２の電源は、スイッチがその第１の動作モードに構成されている場合に前記第２の電位を生成し続けるように構成されており、第１の電源は、スイッチがその第２の動作モードに構成されている場合に前記第１の電位を生成し続けるように構成されている、
質量分析計。
【請求項２１】
コントローラがさらに、質量分析器を制御して、第１の所定の持続時間中に荷電粒子を受取るように構成されている、請求項２０に記載の質量分析計。
【請求項２２】
質量分析計の質量分析器に電位を提供する方法において、
第１の電源から第１の電位を生成するステップと、
第２の電源から第２の電位を生成するステップと、
第１の電位が質量分析器に結合されている第１の動作モードから、第１の電位は質量分析器に結合されていないが第１の電源が前記第１の電位を生成し続ける第２の動作モードへと切換えるステップと、
第２の電位が疑似負荷に結合されている第３の動作モードから、第２の電位は疑似負荷に結合されていないが第２の電源が前記第２の電位を生成し続ける第４の動作モードへと切換えるステップと、
を含む方法であって、
前記第１の動作モードから前記第２の動作モードへの前記切換えステップ、および前記第３の動作モードから前記第４の動作モードへの前記切換えステップが各々、既定の長さの時間内に少なくとも一回発生する、
方法。
【請求項２３】
質量分析器が特性インピーダンスを有し、疑似負荷が質量分析器の特性インピーダンスを有する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
質量分析器と、
第１の電位を生成するように構成された第１の電源と、
第２の電位を生成するように構成された第２の電源と、
疑似負荷と、
第１の電位が質量分析器に結合されている第１の動作モードと、第１の電位が質量分析器に結合されていない第２の動作モードとを有する、第１のスイッチと、
第２の電位が疑似負荷に結合されている第３の動作モードと、第２の電位が疑似負荷に結合されていない第４の動作モードとを有する第２のスイッチと、
第１のスイッチがその第２のモードで動作している場合、前記第１の電位を生成し続けるように第１の電源を制御し、第２のスイッチがその第４のモードで動作している場合、前記第２の電位を生成し続けるように第２の電源を制御するように構成されているコントローラと、
を含む質量分析計において、
コントローラがさらに、所定の時限の間に少なくとも一回前記第１の動作モードから前記第２の動作モードへと切換えるように前記第１のスイッチを制御し、かつ所定の時限の間に少なくとも１回前記第３の動作モードから前記第４の動作モードへと切換えるように前記第２のスイッチを制御するように構成されている、
質量分析計。
【請求項１】
質量分析器に対する電源の第１のモードと第２のモードの間での切換え方法において、
第１の動作モードで、第２の電源が第２の非ゼロ電位を生成するが質量分析器からは切断されている一方で、第１の電源により生成された第１の非ゼロ電位を質量分析器に結合させるステップと、
第２の動作モードで、第１の電源が第１の電位を生成するが質量分析器からは切断されている一方で、第２の電源により生成された第２の非ゼロ電位を質量分析器に結合させるステップと、
第１の所定の持続時間の間、第１の動作モードで動作するステップと、
第２の所定の持続時間の間、第２の動作モードで動作するステップと、
を含む方法であって、
第１の所定の持続時間および第２の所定の持続時間は、いかなる場合でも第１の電位と第２の電位の一方のみが質量分析器に結合されるような形で、および第１の動作モードおよび第２の動作モードで動作する各ステップが既定の長さの時間内で少なくとも１回実施されるような形で選択されている、
切換え方法。
【請求項２】
第１の電位の極性が第２の電位の極性と反対である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の非ゼロ電位が前記第２の非ゼロ電位と同規模である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
第２の所定の持続時間の長さが第１の所定の持続時間の長さより短い、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
第１の所定の持続時間の長さが第２の所定の持続時間の長さと実質的に等しい、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
第１の所定の持続時間中、質量分析器において荷電粒子を受取るステップをさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
第１の電位を用いて質量分析器内で電場を生成し、こうして第１の所定の持続時間中に受取った荷電粒子の分析を可能にするステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
第１の所定の持続時間の長さが、荷電粒子を受取り、電場を生成して荷電粒子の分析を可能にするステップを実施するのにかかる時間の長さに基づいている、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
第２の所定の持続時間の長さが、第１の所定の持続時間の間に質量分析器が受取った荷電粒子の極性とは無関係である、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の電位と同じ極性の第３の電位を生成するステップ、
をさらに含み、
前記第１の動作モードで、第１の時限の間、第１の電位は質量分析器に結合されているが、第３の電位は質量分析器に結合されておらず、第１の時限は第１の所定の持続時間の少なくとも１つのサブセットである、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
第１の動作モードでは、第１の電位および第３の電位は第２の時限中質量分析器に結合されており、第２の時限は第１の所定の持続時間のサブセットである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
第２の時限が第１の時間に先行し、電源が第１の時限中第３の電位を生成し続ける、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
電源が、第２の動作モード中、第３の電位を生成し続ける、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
第３の電位の規模が第１の電位の規模よりも大きい、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
第３の電位が第３の電源により生成され、第１の電源の精度が第３の電源の精度より高い、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
質量分析器が実質的に無効な負荷を提示する、請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
質量分析器がオービトラップ型のものである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
質量分析器が飛行時間型のものである、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
質量分析器が静電トラップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
質量分析器と、
第１の非ゼロ電位を生成するように構成された第１の電源と、
非ゼロ第２電位を生成するように構成された第２の電源と、
第１の電位を質量分析器に結合させ、第２の電位を質量分析器から切断するように構成されている第１の動作モードと、第２の電位を質量分析器に結合させ第１の電位を質量分析器から切断するように構成されている第２の動作モードとを有するスイッチであって、こうして、いかなる時点でも第１の電位または第２の電位の一方のみが質量分析器に結合されるようになっているスイッチと、
第１の所定の持続時間の間スイッチをその第１の動作モードに設定し、第２の所定の持続時間の間スイッチをその第２の動作モードに設定するように構成され、第１の動作モードおよび第２の動作モードが既定の長さの時間内で少なくとも一回実施されるような形で第１の所定の持続時間および第２の所定の持続時間が選択されているコントローラと、
を含む質量分析計において、
第２の電源は、スイッチがその第１の動作モードに構成されている場合に前記第２の電位を生成し続けるように構成されており、第１の電源は、スイッチがその第２の動作モードに構成されている場合に前記第１の電位を生成し続けるように構成されている、
質量分析計。
【請求項２１】
コントローラがさらに、質量分析器を制御して、第１の所定の持続時間中に荷電粒子を受取るように構成されている、請求項２０に記載の質量分析計。
【請求項２２】
質量分析計の質量分析器に電位を提供する方法において、
第１の電源から第１の電位を生成するステップと、
第２の電源から第２の電位を生成するステップと、
第１の電位が質量分析器に結合されている第１の動作モードから、第１の電位は質量分析器に結合されていないが第１の電源が前記第１の電位を生成し続ける第２の動作モードへと切換えるステップと、
第２の電位が疑似負荷に結合されている第３の動作モードから、第２の電位は疑似負荷に結合されていないが第２の電源が前記第２の電位を生成し続ける第４の動作モードへと切換えるステップと、
を含む方法であって、
前記第１の動作モードから前記第２の動作モードへの前記切換えステップ、および前記第３の動作モードから前記第４の動作モードへの前記切換えステップが各々、既定の長さの時間内に少なくとも一回発生する、
方法。
【請求項２３】
質量分析器が特性インピーダンスを有し、疑似負荷が質量分析器の特性インピーダンスを有する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
質量分析器と、
第１の電位を生成するように構成された第１の電源と、
第２の電位を生成するように構成された第２の電源と、
疑似負荷と、
第１の電位が質量分析器に結合されている第１の動作モードと、第１の電位が質量分析器に結合されていない第２の動作モードとを有する、第１のスイッチと、
第２の電位が疑似負荷に結合されている第３の動作モードと、第２の電位が疑似負荷に結合されていない第４の動作モードとを有する第２のスイッチと、
第１のスイッチがその第２のモードで動作している場合、前記第１の電位を生成し続けるように第１の電源を制御し、第２のスイッチがその第４のモードで動作している場合、前記第２の電位を生成し続けるように第２の電源を制御するように構成されているコントローラと、
を含む質量分析計において、
コントローラがさらに、所定の時限の間に少なくとも一回前記第１の動作モードから前記第２の動作モードへと切換えるように前記第１のスイッチを制御し、かつ所定の時限の間に少なくとも１回前記第３の動作モードから前記第４の動作モードへと切換えるように前記第２のスイッチを制御するように構成されている、
質量分析計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２０１１−５２２３６５（Ｐ２０１１−５２２３６５Ａ）
【公表日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１１０８７（Ｐ２０１１−５１１０８７）
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００９／００１３５３
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１４４４６９
【国際公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【出願人】（５０８３０６５６５）サーモ フィッシャー サイエンティフィック （ブレーメン） ゲーエムベーハー (20)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００９／００１３５３
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１４４４６９
【国際公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【出願人】（５０８３０６５６５）サーモ フィッシャー サイエンティフィック （ブレーメン） ゲーエムベーハー (20)
【Ｆターム（参考）】
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