質量分離装置及びイオントラップの設計方法、質量分離装置及びイオントラップの製作方法、質量分析計、イオントラップ及びサンプル分析方法
本発明の一実施形態として、一連の質量分離装置電界データからの質量分離装置の設計方法、及び一定範囲のデータ対及び質量分析計からのイオントラップの設計方法を提供する。約０．８４ないし約１．２の範囲内のＺ０／ｒ０比をもつイオントラップを備える質量分離装置の製造方法を提供する。０．８４ないし１．２の範囲内のＺ０／ｒ０比を持つイオントラップと縦に並ぶ質量分離装置から構成可能な質量分析計を提供する。容積の中心から第一部材面までの間隔の容積の中心から第二部材面までの間隔に対する比が０．８４ないし１．２の範囲内となる容積を画定する第一及び第二部材セットを有する質量分離装置を用いたサンプルの分析方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は広義には分析用検出器に関し、より詳細には質量スペクトルイオン検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析は無機及び有機サンプル双方の組成に関する定性及び定量的情報を与えることができる広範に適用可能な分析手法である。質量分析を用いて多種に亘る錯体分子種の構造決定を行うことが可能である。この分析技術を用いて固体表面の構造及び組成を決定することも可能である。
【０００３】
早くは１９２０年には、元素の同位体存在度の測定を目的とした磁界中におけるイオン動作に関する記載がある。１９６０年代には、錯体分子構造の同定を目的として、分子種のフラグメンテーションについて言及する理論が発展した。１９７０年代には、錯体混合物の高速分析を可能とする質量分析計及び新しいイオン解離技術が導入され、構造決定能が増進された。
【０００４】
一方、携帯型あるいは小型の装置を用いて質量分析を行えることが望まれている。このような装置の設計において猶目標とされることは、装置構成部材の最適化である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一実施態様においては、中心部分をもつ長さと該長さの第一端部から第二端部へ延びる開口をもつ本体部と、前記第一端部に直近しかつ前記中心部分から一定間隔を空けられた面を有する第一端部キャップと、前記第二端部に直近しかつ前記中心部分から一定間隔を空けられた面を有する前記本体部の第二端部に隣接する第二端部キャップを含み、前記本体及び両端部キャップによって前記第一及び第二端部キャップの表面間かつ前記開口内に一定容積が画定され、この容積により前記開口の間隔及び半径が構成され、前記半径の前記間隔に対する比が約０．８４ないし約１．２であることを特徴とするイオントラップが提供される。
【０００６】
また本発明の一実施態様においては、縦に並ぶ少なくとも２台の質量分離装置を含み、質量分離装置の少なくとも一方にはＺ０／ｒ０比が０．８４〜１．２の範囲内であるイオントラップが含まれた質量分析計が提供される。
また以下の説明において明らかなように、他の実施態様も開示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に本発明について好ましい実施態様を用いて添付図面を参照しながら説明する。
【０００８】
本発明では少なくともいくつかの観点から、質量分離装置及びイオントラップの設計方法、質量分離装置及びイオントラップの製作方法、質量分析計、イオントラップ、及びサンプルの分析方法が提供される。
【０００９】
図１には、質量分析装置１０を説明するブロック図が示されている。この質量分析装置にはサンプル１２を受け取りかつ調製及び／またはイオン化されたサンプルを質量分析器１６へ搬送するように構成されたサンプル調製イオン化部１４が備えられている。検出装置１８を用いて検出を行う為、質量分析器１６を配置してイオン化されたサンプルを分離することも可能である。
【００１０】
図１に示すように、サンプル１２はサンプル調製イオン化部１４中へ導入される。本開示において、サンプル１２は無機あるいは有機物質を含めた固体、液体及び／または蒸気の形態をしたいずれかの化学組成物である。分析に適するサンプル１２の具体例としては、トルエン等の揮発性化合物、あるいはブラディキニン等の極めて複雑な不揮発性タンパク質を挙げることができる。いくつかの観点において、サンプル１２は２以上の物質を含む混合物であってもよく、また他の観点においてサンプル１２は実質的に純粋な物質であってもよい。サンプル１２の分析は以下に記載する例示的態様に従って実施可能である。
【００１１】
サンプル調製イオン化部１４には投入システム（図示せず）及びイオン源（図示せず）を備えることも可能である。この投入システムは一定量のサンプルを分析装置１０内へ導入可能とする装置である。サンプル１２によっては、この投入システムをイオン化のための調整が行えるように構成してもよい。この投入システムの方式は、バッチ方式、直接探測方式、クロマトグラフィー方式、及び透過性あるいは毛管膜方式で構成することが可能である。この投入システムには気体、液体及び／または固体相で分析を行うためのサンプル調製手段１２を含めてもよい。態様によってはこの投入システムをイオン源と併用することも可能である。
【００１２】
前記イオン源はサンプル１２を受け取り、サンプル１２の成分を分析対象物イオンへ変換するように構成することができる。この変換は、サンプル１２の成分に対して電子、イオン、分子、及び／または光子を用いて衝撃を与えることによって行うことができる。なお、この変換は熱あるいは電気エネルギーを加えることによっても実施可能である。
【００１３】
前記イオン源としては、例えば電子イオン化（ＥＩ、一般的にはガス相イオン化に適する）、光イオン化（ＰＩ）、化学的イオン化、衝突活性化解離、及び／または電子噴霧イオン化（ＥＳＩ）を利用することができる。例えばＰＩの場合、例えば光エネルギーを変化させることによりサンプルの内部エネルギーを変えることが可能である。また、ＥＳＩを利用する場合には、サンプルを大気圧下でエネルギー化し、またイオンを大気圧から質量分析器内の真空中へ運ぶ際に加えられる電位を変えて解離度合を変化させることが可能である。
【００１４】
分析対象物は質量分析器１６へ移される。質量分析器１６にはイオン輸送ゲート（図示せず）及び質量分離装置１７を設けることができる。イオン輸送ゲートにはイオン源によって発生した分析対象物ビームをゲート制御する手段を設けてもよい。
【００１５】
質量分離装置１７には磁気部、電子部、及び／または４極子フィルター部を設けることができる。より具体的には、質量分離装置には、１または２以上の三重４極子、４極子イオントラップ（ポール）、円筒形状イオントラップ、線形イオントラップ、直線状イオントラップ（例えばイオンサイクロトロン共鳴、４極子イオントラップ／飛行時間型質量分析計）、あるいは他の構造物を含ませることができる。
【００１６】
質量分離装置１７へ複数の縦型質量分離装置を含ませてもよい。一実施形態では、２台の縦型質量分離装置の少なくとも１台をイオントラップとして使用し、縦型質量分離装置を直列あるいは並列して配列することができる。例示的な一実施形態では、複数の縦型質量分離装置が同一イオン源からイオンを受け取ることが可能である。複数の縦型質量分離装置が同一あるいは複数のイオン源から分析対象物イオンを受け取ることも可能である。
【００１７】
分析対象物が検出器１８へ移動してもよい。検出器の一例では、電子増倍管、フアラデーカップ集電極、写真型及び刺激型検出器が備えられている。投入システム３から検出器７へ至る分析経過を処理制御装置２０によって制御かつモニターすることも可能である。
【００１８】
本発明に従ったデータの取得及び生成は処理制御装置２０を用いることによって容易化することができる。処理制御装置２０は、分析装置１０の各種素子を制御できるコンピュータあるいはミニコンピュータであればよい。この制御には上記ＲＦ及びＤＣ電圧の特定な処理の他、質量スペクトルの測定、記憶、及び表示が含まれる。処理制御装置２０にはデータ取得及び探索ソフトウェアを備えることも可能である。一実施態様として、かかるデータ取得探索ソフトウェアを、上述した分析対象物全数のプログラム化された取得を含むデータ取得及び探索を実行するように構成することができる。別の実施形態において、データ取得及び探索パラメータへ、生成された分析対象物量をデータ取得用の所定のプログラムと相関させる方法を含ませることも可能である。
【００１９】
例示的イオントラップを図２〜５に示す。図２には、２つの端キャップ電極３４間に定置されたリング電極３２を含むポールイオントラップ３０が示されている。このイオントラップ３０はドーナツ形状を呈している。図３に示されたポールイオントラップ３０の断面図（例えば双曲的断面図）にはリング電極３２及び端キャップ３４が示されている。この断面図において、リング電極３２を一組の構成部材、また端キャップ３４を一組の構成部材として特徴付けることができる。リング電極３２には内面３６があり、また端キャップ３４にも内面３８がある。リング電極３２と端キャップ３４によって中心４２を有する容積部分４０が画定されている。前記内面３６は対向面３６との間の間隔の半分に相当する間隔４６を置いて配置されている。この間隔４６をｒ０とする。前記内面３８は対向面３８との間の間隔の半分に相当する間隔４８をおいて配置されている。この間隔４８をＺ０とする。
【００２０】
図４には円筒形イオントラップ（ＣＩＴ）５０が示されている。ＣＩＴ５０には開口５３を有するリング電極５２を含ませることができる。例示的に図示された環状構造とは別のリング電極５２構造とすることも可能である。例えば、リング電極５２を本体が何らかの外部構造をもつ素材から成る開口として作製することも可能である。リング電極は２つの端キャップ電極５４の間に定置させることができる。例示的な一実施形態として、リング電極５２を端キャップ電極５４間の中心へ配列してもよい。
【００２１】
一実施形態として、端キャップ電極５４を前記開口５３の上方へ対向するように配列することができる。端キャップ電極５４は固体材料から成る中に開口５６を持つ平らな形状とすることができる。前記固体材料の例示としてステンレススチールを挙げることができるが、非導電性材料も含めて他の材料を用いることも可能であると考えられる。前記開口５６は中心に位置していてもよい。端キャップ電極５４には複数の開口５６があってもよい。個々の端キャップ電極５４の一部あるは全体が網状構造に作製されていてもよい。ＣＩＴ５０の例示的断面を図５に示す。
【００２２】
図５に示すように、リング電極５２には内面５８が備えられている。この内面５８は実質的に平坦であるか、あるいは均質であってよい。端キャップ電極５４も内面６０を有する。この内面は実質的に平坦であるか、平面であってもよい。この断面図において、リング電極５２は一組の構成部材として、また端キャップ電極５４は一組の構成部材として、それぞれ互いに対向する面５８及び６０を有する面として特徴付けることができる。一実施形態では、内面５８は互いに向き合い、また内面６０も互いに向き合っている。内面５８及び６０は直交位置関係にあってもよい。リング電極５２及び端キャップ電極５４は中心６４のある容積部分６２を画定している。一実施形態では、端キャップ５４の開口５６は前記中心６４に対して一直線に並んでいる。内面５８は対向面５９との間の間隔の半部に相当する間隔６８を空けて配置されている。この間隔６８はｒ０として表し、また開口５３の半径であると言うことができる。前記内面６０は対向面６０との間の間隔の半分に相当する間隔７０を空けて配置されている。この間隔７０をＺ０とする。リング電極５２にはさらに半分の高さ７２が含まれる。ＣＩＴ５０では、リング電極５２の末端面７６と内面６０との間に電極スペーシング７４を設けることができる。スペーシング７４は間隔７０と半分の高さ７２間の差であってもよい。一実施形態では、半分の高さ７２は長さの中心が中心６４に対して一直線に並ぶリング電極５２の長さの２倍であると考えることができる。
【００２３】
図５に示した実施態様について以下に説明するが、以下の説明は図３に示した実施態様及び他の態様の構造にも当て嵌まることに留意されたい。通常、電極へ適切な無線周波数（ＲＦ）及び直流電圧を加えることによりイオントラップ等の質量分離装置１７を用いて分析対象物を保蔵あるいはトラップすることができる。例えば、図５に示した実施態様に関しては、単に例示であるが、端キャップ電極５４をアースした上でＲＦ電圧をリング電極５２へ印加することができる。前記容積部分６２内部に生じたイオン、あるいはサンプル調製イオン化部１４から容積部分６２中へ導入されたイオンは、例えばＲＦ電圧の印加によって容積部分６２中に十分に生じた共鳴電位中に保蔵あるいはトラップされる。
【００２４】
前記保蔵に加えて、分析対象物をイオントラップ等の質量分離装置１７を用いて分離することができる。例えば、単に例示であるが、容積部分６２中に単一（ｍ／ｚ）値をもつ分析対象物を一度にトラップする電界が生ずるようにＲＦ及びＤＣ電圧をリング電極５２及び端キャップ電極５４へ印加することが可能である。次いで電圧は次のｍ／ｚ値段階へ移り、容積部分６２中の電界を変化させ、その電界中でそのｍ／ｚ値をもつ分析対象物はトラップされ、前のｍ／ｚ値をもつ分析対象物は検出器へ放出される。この分析を段階的に継続することにより所望のｍ／ｚ範囲に亘ってすべての質量スペクトルを記録することが可能である。
【００２５】
例示的な一態様として、ｍ／ｚ値範囲内の分析対象物を同時にトラップする電界を容積部分６２中に発生させるようにリング電極５２及び端キャップ電極５４へＲＦ及びＤＣ電圧を印加することが可能である。次いで、トラップされた分析対象物がｍ／ｚに依存する形でイオントラップから外部検出器へと放出されるように電圧が切り替えられる。例えば、ＤＣが印加されずＲＦ振幅が直線的に増加している場合、ｍ／ｚの増加したイオンをトラップから検出器へ放出することができる。ＲＦ振幅ランプ増加中（あるいはＲＦ周波数等の他のパラメータの走査中）に補助電圧を印加して検出器へのイオン放出を増減することも可能である。例えば、交流（ＡＣ）電圧を適当な周波数で印加してイオンを共鳴励起し、共鳴放出と称される過程においてそれらイオンの放出を起こすことも可能である。
【００２６】
別の実施形態では、ｍ／ｚ値域が同時にトラップされるか、あるいは単一ｍ／ｚ値だけがトラップされるように、リング電極５２及び端キャップ電極５４へＲＦ及びＤＣ電圧を印加することができる。イオンは容積部分６２中において特徴的な移動を行う際に一定形態の受信回路へ影響を与えることから、この影響に基いてイオンの検出が行われる。例示的受信回路としては、電極５２及び／または５４上、あるいは補助電極上の帯電したイオン雲によって誘導されるイメージ電流を受け取り、及びイオンのm/z値に相関するイメージ電流を測定できる回路がある。
【００２７】
質量分離装置は、一例として、質量選択的不安定状態及び共鳴放出作動モードにおける性能も含めて最適質量分析性能を備えるように設計することができる。例示的実施形態では、容積部分６２の電界を質量分離装置の配置を操作することによって制御して性能を高めることが可能である。前記質量分離装置の配置としては、Ｚ０、ｒ０、半高さ、及び／または電極スペーシング等のパラメータがある。前記電界としては、４極子電界、さらに高位数の電界、あるいは他の電界がある。例示的実施形態では、４極子電界及びより高位数電界は容積部分６２中に存在可能であり、質量分析前及び分析中、容積部分６２中における分析対象物の移動に対して影響を及ぼすことができる。
【００２８】
いくつかの実施態様においては、質量分離装置配置パラメータを選択して質量分析計に対してより向上されあるいは最適な性能が与えられる。次に質量分離装置電界データを得る最初の方法について説明する。質量分離装置電界データには質量分離装置配置パラメータと対応する膨張係数に関するデータセットが含まれる。一実施形態では、質量分離装置配置パラメータのリストを作成し（例えばＺ０、ｒ０）、下記式１、２及び／または３へ適用して対応する膨張係数を得ることにより前記データセットを作成することができる。一態様においては、設計者によって、対応する前記係数の決定のための前記式へ適用可能な前記配置パラメータの選択を行うことができる。前記配置パラメータについての数値を得るために他の方法を用いることも可能である。例示的態様では、前記リストが下記式３へ適用される。
【００２９】
リング端面７６と端キャップ電極面６０間にスペーシング７４がなく、またリング電極５２へＲＦ電圧が印加されるとともに端キャップ電極５４がアースされている例示的円筒形イオントラップにおける電位は例示的に下記式１によって表される。
【数１】
【００３０】
上記式において、Ｊ０及びＪ１は第１種のベッセル関数であり、ｘｊｒ０はＪ０（ｘ）のｊ番目のゼロである。一実施形態として、式１を球面調和に展開して式２を与えることができる。
【数２】
【００３１】
例示的な一実施形態において、式２は、前記ＣＩＴ中の電界を種々位数の電界の重ね合わせあるいは極（多重極展開）として考えることができることを示している。Ａｎ（ｎは式２において０〜４）についての膨張係数は、単極子、双極子、４極子、６極子及び８極子成分にそれぞれ対応し、これら膨張係数の相対的大きさによって前記ＣＩＴ中の全電界に対する各電界の相対的寄与を求めることができる。一手段として、ｎ＝０及びｎ＝２についての前記膨張係数だけがゼロでない場合、前記電界を純粋に４極子であると考えることができる。Ｋｏｒｎｉｅｎｋｏらの式３からその同等位数係数を計算することが可能である。
【数３】
尚、上記式においてδｎ，０は、ｎ＝０ならば１であり、その他の場合は０である。
【００３２】
質量分離装置電界データを与える別の方法に従って、ロス・アラモス国立研究所に保存されているポアソン／スーパーフィッシュ・コード（ポアソン／スーパーフィッシュ・コードはｈｔｔｐ：／／ｌａａｃｑ１．ｌａｎｌ．ｇｏｖ／ｌａａｃｑ／ｓｅｒｖｉｃｓ／ｐｏｓｓｕｐ．ｈｔｍｌから入手可能である；また本願に含めた資料、Ｂｉｌｌｅｎ，Ｊ．Ｈ．及びＬ．Ｍ．Ｙｏｕｎｇ、ＰＣ互換性ポアソン／スーパーフィッシュ、１９９３年粒子加速器会議報告第２号、７９０〜７９２頁、（１９９３年）を参照されたい）とＲ．Ｇｒａｈａｍ Ｃｏｏｋｓ教授の大学研究室、パーデュー大学、ウエスト・ラファイアット、インディアナ州において入手可能なＣａｌｃＱｕａｄ／Ｍｕｌｔｉｆｉｔプログラムを対で用いて、与えられた配置パラメータのリストから対応する膨張係数を数字に表して得ることができる。例示的な一手段として、構造パラメータ（例えばＺ０、ｒ０）、さらには各成分へ印加された電位を、ポアソン／スーパーフィッシュ・コードを用いてプログラム中へ入力することができる。ポアソンプログラムによれば特定の構造パラメータ内で容積６２をメッシュでカバーすることができ、次いで前記特定の構造パラメータに対応するメッシュ上の各点における電位及び各成分へ印加された対応電位（ポアソン電界データ）を計算することができる。次いでポアソン電界データをＣａｌｃＱｕａｄ／Ｍｕｌｔｉｆｉｔプログラムへ入力することによってポアソン電界データの調和分析を実施して前記配置パラメータそれぞれについての膨張係数を得ることができる。
【００３３】
具体的なデータセットには前記係数のすべて（例えばｎ＝０〜８）と、さらには前記対応する配置パラメータ（例えばＺ０、ｒ０）を含めることができる。いくつかの態様においては、前記データセットへ８極子及び１２極子の膨張係数を含めることができる。
【００３４】
一実施態様においては、配置パラメータの範囲は正の８極子係数及び最も小さい負の１２極子係数に調和するデータセットから選択される。例えば、単に例示であるが、特に位数のより高い係数がＡ２条件とは符号において逆であるならば、より高い位数の電界は、質量選択的不安定モードにおける質量分離装置の性能の重大な低下を生ずる全電界に大きく寄与する。一法として、この寄与をＡ２条件と同じ符号（すなわち式２に示すように正の符号）をもつ８極子を小さく重ね合わせることによって釣り合いを取ることができ、この釣り合いにより、イオン及び／または電子等のイオン化因子の出入りを許容するキャップ端部開口５６中への電界透過の相殺効果によって性能を向上させることができる。この正の８極子係数をもつ例示的データは典型例として負の１２極子係数（例えば≧−０．１８、０〜−０．２、または≧−０．０５）と対である。データセットが大きな負の１２極子係数であると、対応する質量分離装置配置は全電界を減じてトラップ効率及び質量分離装置性能を低下させる。一例であるが、適当な８極子係数を与えると同時に１２極子係数を最小とすることにより、前記負の１２極子重ね合わせ効果をある程度まで相殺することができる。別の例では、正の８極子の比率を高くすることによりＣＩＴ５０の性能を最適化することができる。前記正の８極子係数と前記最小の負の１２極子係数を例示的に用いることにより最初の比率範囲を与えることができる。
【００３５】
前記比率範囲は、所定値のスペーシング７４についての前記比率の最小及び最大を明らかにすることによってさらに正確にすることができる。図６には、例示的なスペーシングパラメータとして０．０６ｃｍを用いて、Ｚ０／ｒ０関数で８極子係数を１２極子係数に対してプロット（Ａ４／Ａ２）した図が示されている。この図では、電極間に０．０６ｃｍのスペーシングがある正の８極子を与えるためにはＺ０／ｒ０比は０．８４以上でなければならないことを示している。図７は、例示的にスペーシングが０．０６ｃｍである場合にＺ０／ｒ０の関数としての４極子（Ａ２）によって、Ｚ０／ｒ０比の増加に伴って４極子電界が弱まり、同じｍ／ｚ分析範囲を得るためにはより高いＲＦ振幅が必要となることが説明されることを示している。Ｚ０／ｒ０が１．２未満である時、一定範囲に亘って質量分析を実施するためには理想的トラップ（Ａ２＝１）に要する電圧のおおよそ２倍の電圧が必要とされる。従って、一実施態様として、最小Ｚ０／ｒ０比を０．８４、最大Ｚ０／ｒ０比を１．２に限定して、これらＺ０／ｒ０比を０．０６ｃｍ以外のスペーシングをもつ配置において用いることが可能である。
【００３６】
少なくとも１つの観点から、電極間に介在するスペーシング７４に関して別の配置パラメータが限定される。例えば、電極間の間隔の増加を用いて前記負の１２極子係数を最小化することによって電界を最適化することができる。図８にはＡｎ／Ａ２が種々のＺ０／ｒ０比の関数として示されている。図８に示すように、各Ｚ０／ｒ０値について、スペーシングが増加するにつれて、スペーシング７４の数値（スペーサー値とも記載）は８極子係数Ａ４が０を交差して負になる数値に達する。０交点におけるこれらスペーサー値は一定のＺ０／ｒ０について用いることができるスペーシング７４の最大値を与える。これらスペーサー最大値及び前記範囲内の対応Ｚ０／ｒ０値は図８中の各０交点に一致する。１以上のＺ０／ｒ０比では、Ｚ０／ｒ０とスペーサー最大値との相関は本質的に直線的であり、スペーサー最大値は１．２（Ｚ０／ｒ０）−０．７７ｃｍである。
【００３７】
Ｚ０／ｒ０比及びスペーサー最大係数から成る対のデータの例示的範囲を下記表１に示す。これら対のデータのスペーサー最大係数は各Ｚ０／ｒ０比についてスペーサー最大値を計算して正の８極子重ね合わせを確保するために用いることができる。一実施態様として、スペーサー最大係数を測定してスペーサー最大値を得ることができる。例えば、スペーサー最大係数にスケーリング係数（例えばｒ０）を掛け算して各比についてスペーサー最大値を決めることができる。このスケーリング係数は、例えばηｍ、μｍ、ｍｍ、あるいはｃｍ等の尺度で与えられる。前記例においては、スペーサー最大係数にｒ０を掛け算して共通尺度化して結果として生ずるスペーサー最大値を測定することができる。
【００３８】
【表１】
【００３９】
一実施態様として、質量分離装置を、図５において示し説明した構成部分の第一及び第二セットを約０．８４ないし約１．２のｒ０に対するＺ０比を用いて配列することによって製造することができる。一例として、設計基準（例えば有効ＲＦ電力供給、ガス気密性、ガススループット、ガスのポンプ注入の最小限化）に基づいて所望のｒ０及びＺ０／ｒ０比を選択することができる。Ｚ０は選択されたｒ０及び比から決まる。スペーシング７４はスケーリング係数（例えばｒ０）を最大スペーサー係数倍して決められる。一実施態様において、用いられたスペーシング７４はｒ０を最大スペーサー係数倍した数値に等しいか、あるいはそれ以下である。
【００４０】
パーフルオロトリｎ−ブチルアミン（ｐｆｔｂａ）あるいはパーフルオロケロセン等の既知組成物を用いて本発明に係る質量分離装置１０を検量又は校正することができる。一旦検量が行われれば、本装置によって前記方法に従って製造された分析対象物の質量スペクトルを与えることができる。
【００４１】
開示された態様に従って設計された本発明装置１０と他の設計についてのシミュレーションを以下に示す。このシミュレーション結果は図９〜１２及び１４に示されている。
【００４２】
質量スペクトルデータシミュレーションをパーデュー大学Ｒ．Ｇｒａｈａｍ Ｃｏｏｋｓ教授の研究室から入手可能なＩＴＳＩＭ５．１プログラム（Ｂｕｉ，Ｈ．Ａ．；Ｃｏｏｋｓ，Ｒ．Ｇ．、トントラップシミュレーションプログラムＩＴＳＩＭウインドウズ版：イオントラップ質量分光計における強力発見予測手段、Ｊ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．、１９９８年、３３、２９７〜３０４頁、参照のため本願に包含）を用いて実施した。このＩＴＳＩＭプログラムは円筒形イオントラップを含めたイオントラップ質量分光計中に蓄積されたイオン軌跡（移動路）の計算を可能とするものである。数千のイオン移動をシミュレーションし、試験的に得られるデータとシミュレーションされたイオンの動きを十分に有効かつ実際的に比較することが可能である。このシミュレーションプログラムを用いることにより、ＲＦトラップ電圧の周波数及び振幅、及びイオントラップキャップ端へ印加された付加波長の周波数及び振幅を含む試験での変数の全制御が可能である。Ｚ０／ｒ０比プログラムには、イオンと衝突する可能性があるイオントラップ中に存在するバックグラウンド中性分子の影響のシミュレーションを可能とする衝突モデルも提供されている。シミュレーションは下記工程を経て実施することができる。１）シミュレーションされるイオンの特性（例えば質量、電荷等）を明らかにする、２）イオントラップの特徴（例えばサイズ）を明らかにする、３）シミュレーションされる試験特性（例えばＣＩＴへ印加される電圧）を明らかにする、及び４）これらの条件下でのイオンの動きを積分法を用いて計算する。次項においてこれら各工程の詳細について例示的に説明する。
【００４３】
１）イオン
トルエン（Ｃ７Ｈ８）の電子イオン化を介して発生するイオンをシミュレーションするため３組のイオンを生成した。前記イオンはシミュレーションの最初の３マイクロ秒の間ランダムに発生させた。これらイオンの詳細な特徴を表２に示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】
２）円筒形イオントラップ
シミュレーションと試験間で最も正確な比較を行うため、ここで説明されるシミュレーションにおいて用いる円筒形イオントラップを、検討中の特定のＣＩＴ配列について電位値アレーを計算して限定した。この方法により、各配列の電極スペーシング、イオンキャップ孔サイズ等の詳細による影響を最も正確に示すことが可能である。ＩＴＳＩＭプログラムを用いて前記比較を達成するため、各電極へ印加される電位とともに、トラップの各電極についての幾何座標をテキストファイル中にｘ，ｙの対で明記した。次いでこのファイルはイオントラップ容積内の矩形格子上の各点における電位を計算するクリエートポット・プログラム（インディアナ州ウェストラファイエット、パーデュー大学、Ｒ．グラハム・クック研究室から入手可能、前記ポアソン／スーパーフイッシュ・コードに基づく）中へロードされ、次いでこの電位点配列はイオン軌跡計算において使用するメモリ中へロードされる。ここで述べるシミュレーションでは、凡そ１００，０００箇所から成る格子を用いてＣＩＴ中の電位分布を示した。シミュレーションの開始前、中心差分化を用いて前記格子箇所上の電位の導関数を導き出すことにより電界ベクトル成分が得られる。シミュレーション期間中、前記電界は、隣接格子点上の電界成分から双一次補間法によって各イオン位置について各時間段階において測定される。
【００４６】
以下に示すシミュレーションデータに関して、ＣＩＴ構造の各性状は試験下にあるパラメータを除いて一定に保持された。電位配列ファイルを各構造について生成し、以下で規定される同一シミュレーション条件を用いて前記と同様にイオン同一集団の軌跡のシミュレーションに用いた。かかる方法により、イオン移動、そして最終的には質量スペクトルに対する構造変化の影響を測定することが可能である。
【００４７】
３）シミュレーション試験の特徴
イオントラップ試験は該トラップ電極へ印加される電圧により、及びこれら電圧が時間の関数としてどうように変化するかによってその範囲が限定される。ここで実施されるシミュレーションでは、電圧は２つの区分において印加され、全シミュレーションの長さは５．１３ｍｓである。各区分中に印加される電圧の詳細について表３に示す。
【００４８】
【表３】
【００４９】
区分１では、イオンが衝突を介してバックグラウンドガスと平衡させるため安定化時間は０．５ｍｓである。区分２は、共鳴放出を伴う質量選択的不安定性モードを用いた質量分析ランプである。リング電極上のトラップ電圧は、端キャップへ印加される電圧を用いてｍ／ｚ比の順にイオンを共鳴に至らしめるため、この区分においてはその振幅に勾配が設けられている。イオンが共鳴点へ到達すると、それらイオンは前記端キャップ上の電圧によって励起され、トラップから放出される。
【００５０】
ここで実施されるシミュレーションにはイオントラップ中に存在するバックグラウンドガスの影響が含まれる。前記ガスの質量は、試験に適合させるため、温度３００Ｋ及び圧力６×１０−５トルにおいて２８（例えば空気バックグラウンドを擬似した窒素）と仮定される。シミュレーションの各時間段階において、バッファーガス原子にはマックスウェル・ボルツマン分布から生ずるランダムな速度が与えられる。次いで均質分布からのランダムな数が衝突可能性と比較され衝突が起こるか否かが判定される。前記衝突可能性は、５０Å２に等しいイオンの剛体球半径及び０．２０５Å２に等しい中性ガスの分極性をもつランジュバン衝突断面を想定して計算される。このシミュレーションでは、ガス速度はランダムに分布し、また起こり得るイオン軌跡の散乱はランダムな方向に起こることが仮定されている。弾性衝突だけが考慮されているため、動的エネルギーのみが前記衝突中に伝達され、内部エネルギーは伝達されない。
【００５１】
４）イオン移動の計算
ＩＴＳＩＭは、前記条件下で前記移動式を数値的に積分することにより前記集団中の各イオンの軌跡を計算する。イオンがイオントラップ容積を離れる時、あるいはシミュレーションの終了時に、各イオンの位置、及び当て嵌まる場合はイオンがトラップを離れた時間、が記録される。ここで実施されるシミュレーションでは、前記積分は１０ｎｓの底時間段階量をもつ４次ルンゲ・クッタ・アルゴリズムを用いて実施された。トラップへ印加された電圧は前記したように変化し、またトラップ中の各イオンの位置は１０ｎｓ毎に算定された。ここで実施されるシミュレーションでは、イオンの殆どはトラップから端キャップ孔を通って放出するので、イオンはトラップから出たことが記録され、トラップ容積のすぐ外側に配置された「検出器」へ衝突した。
【００５２】
ここでシミュレーションされる共鳴放出作動モードを用いた質量選択的不安定性状態において、イオンは前記した最低ｍ／ｚ比から最高ｍ／ｚ比の順にイオントラップから放出される。イオンの放出時間をイオン数の関数としてプロットすることにより、該イオンの質量スペクトルを生成することができる。検出器におけるイオン数対放出時間に関するシミュレーションデータは、下記計算において与えられる質量スペクトル生成するための座標表示及び検量線作成のためエクセルへデータ転送された。
【００５３】
また、試験データも本開示の一観点に従って作製された例示的器具１０から得られた。試験結果は図９、１３及び１４に示されている。
【００５４】
試験の詳細
下記計算において与えられる試験データはＣＩＴ質量分析計、グリフィン・アナリティカル・テクノロジー社製Ｍｉｎｏｔａｕｒモデル２００１Ａ（インディアナ州（グリフィン）ウェストラファイエット）、において生成された。以下に示すデータを記録するためにグリフィン質量分析計に用いられたＣＩＴのリング電極半径ｒ０は４．０ｍｍ、中心・端キャップ間間隔Ｚ０は４．６ｍｍ、そしてリング・端キャップ間隔は１．２８ｍｍである。ＣＩＴは、イオン化のため電子をＣＩＴへ運ぶために用いられる電子発生フィラメント及びレンズと伴に、ＫＮＦ Ｎｅｕｂｅｒｇｅｒ８１３．５隔膜ポンプに支持されたＶａｒｉａｎ Ｖ７ＯＬＰターボ分子ポンプによってポンピングされる真空室中に収容されている。この真空室内部の圧力はグランビル・フィリップス・モデル２０３可変漏れ弁を用いて設定され、ここで収集されるデータに関しては、前記室圧はグランビル・フィリップス３５４Ｍｉｃｒｏ−Ｉｏｎ（登録商標）真空ゲージモジュールでの測定で周辺空気圧として６×１０−５トルであった。
【００５５】
この装置を用いて、揮発性ガス相サンプルを前記真空室中へ前記室内に配置されたポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）毛管膜を通して送入した。トルエン等の有機化合物を前記膜内部を通して流し出して前記膜物質中へ浸透させ、次いで前記膜の外面から真空室中へ取り除く。酸素及び窒素等の空気の主成分は前記膜を透過できないため前記真空室中には入らない。前記真空室中へ入る分析対象分子はＣＩＴ内で加熱されたフィラメントから発生する電子ビームによってイオン化され、次いで３個の組レンズを備えたトラップ中へ向けられる。トラップされたイオンはバックグラウンド空気との衝突を介して冷却され、次いで前記共鳴放出モードを用いた質量選択的不安定状態下でトラップから外部検出器へ走査される。
【００５６】
トルエン液そのものの頭隙蒸気をＫＮＦ Ｎｅｕｂｅｒｇｅｒ ＭＰＵ９３７隔膜ポンプを用いて約２Ｌ／分の流速で１ｃｍのＰＤＭＳ膜を通して前記装置中へ送入した。前記膜の温度は室温とした。トルエン分子を、ｍ／ｚ５０のトラップ中のＬＭＣＯに対応する電圧に設定された１．５ＭＨｚのトラップＲＦを用いて５０ｍｓ間イオン化した（グリフィン製ＣＩＴに関してＬＭＣＯ値は、殆どの標準的イオントラップに一般的なｑｚ＝０．９０８ではなく、ｑｚ＝０．６４に特定した）。次いで質量分析前に、前記イオンをＬＭＣＯ５０で２５ｍｓ間冷却させた。質量分析のため、リング電極上のＲＦにＬＭＣＯ５０からＬＭＣＯ１００まで走査速度１０．７Ｄａ／ｍｓで勾配をもたせた。質量分析中、端キャップ正弦電圧３７５ｋＨｚの振幅を出発値０．９５Ｖから１．８５Ｖまで勾配をもたせた。尚、端キャップは、一方の端キャップが正の印加電圧をもち、他方が対応する負の印加電圧をもち、両端キャップ間電位が実際に各端キャップとアース間へ印加された電圧の振幅の２倍になるように接続される。これは、この試験に関する項で明記された端キャップ電圧と前記シミュレーションにおいて前記した端キャップ電圧における２つの要素の差異を考慮したものである。前記イオンは結合変換ダイノード／電子増倍検出器を用いて検出された。前記ダイノードは−４ｋＶに保持され、一方電子増倍管は−１．２ｋＶに保持された。
【００５７】
試験データのシミュレーション
図９は、Ｚ０＝４．６ｍｍ、ｒ０＝４．０ｍｍ（Ｚ０／ｒ０＝１．１５）、及び電極間隔＝１．２８ｍｍである円筒形イオントラップを用いて同一条件下で収集されたパーフルオロトリブタルアミン（ＰＦＴＢＡ）についてのシミュレーションによる質量スペクトルと試験による質量スペクトルを比較した図である。
【００５８】
図１０は、Ｚ０＝３．２ｍｍ、ｒ０＝４．０ｍｍ（Ｚ０／ｒ０＝０．８）、及び間隔＝０．６ｍｍである円筒形イオントラップについて計算したトルエンのシミュレーションによる質量スペクトルを示した図であり、この図は、条件０．８４が適合しない場合、ＣＩＴの質量スペクトル性能が劣ること、すなわちピークが広がり十分に分離されていないことを示している。
【００５９】
図１１は、Ｚ０＝４．６ｍｍ、ｒ０＝４．０ｍｍ（Ｚ０／ｒ０＝１．１５）、及び間隔＝２．５６ｍｍである円筒形イオントラップについて計算したトルエンのシミュレーションによる質量スペクトルを示した図であり、この図は、スペーサーがこのＺ０／ｒ０値について表１に限定した値より大きい場合に質量スペクトル性能が劣ること、すなわちピークが広がり十分に分離されていないことを示している。
【００６０】
図１２は、Ｚ０＝４．６ｍｍ、ｒ０＝４．０ｍｍ（Ｚ０／ｒ０＝１．１５）、及び間隔＝１．２８ｍｍである円筒形イオントラップについて計算したトルエンのシミュレーションによる質量スペクトルを示した図であり、この図は、スペーサーがこのＺ０／ｒ０値について表１に限定した範囲内にあり、質量スペクトル性能が向上されていること、すなわちピークがより狭くかつより限定され、またｍ／ｚ９１及びｍ／ｚ９２のイオンについて信号が十分に分離されていることを示している。
【００６１】
図１３は、Ｚ０＝４．６ｍｍ、ｒ０＝４．０ｍｍ（Ｚ０／ｒ０＝１．１５）、及び間隔＝１．２８ｍｍである円筒形イオントラップを用いてグリフィン質量分析計において得られたトルエンの試験による質量スペクトルを示した図であり、この図は、ＣＩＴが前記構造規格に従って作製された場合、質量スペクトル性能が向上することを示している。
【００６２】
図１４は図１２及び図１３のシミュレーションされたデータと試験によるデータを比較した図である。
【００６３】
上記本発明についての説明ではその構造及び方法の特徴について幾分特定して述べてきた。しかしながら、本願において開示された手段は本発明を実施するための好ましい態様として構成された手段であるので、本発明は上記において図示され記載された特定の特徴に限定されないことが理解されるべきである。従って、本発明は均等理論に従って適切に解釈される添付の特許請求の範囲の適切な範囲内に含まれるいずれの形態及び変形に対しても特許を請求するものである。
【００６４】
法令に従って、本発明は構造及び方法についての特徴を幾分特定して説明されてきた。しかしながら、本願において開示された手段は本発明を実施するための好ましい態様として構成された手段であるので、本発明は上記において図示され記載された特定の特徴に限定されないことが理解されるべきである。従って、本発明は均等理論に従って適切に解釈される添付の特許請求の範囲の適切な範囲内に含まれるいずれの形態及び変形に対しても特許を請求するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施態様に従った質量分析計のブロック図である。
【図２】本発明の一実施態様に従ったポールイオントラップの断面図である。
【図３】図２に示したポールイオントラップの断面末端図である。
【図４】本発明の一実施態様に従った円筒形状イオントラップの断面図である。
【図５】図４に示した円筒形状イオントラップの断面末端図である。
【図６】本発明の一実施態様に従った間隔空け０．０６ｃｍの電極を有するＣＩＴについてＺ０／ｒ０比の関数として表した４極子係数に対する８極子係数のプロット図である。
【図７】本発明の一実施態様に従った間隔空け０．０６ｃｍの電極を有するＣＩＴについてＺ０／ｒ０比の関数として表した８極子係数のプロット図である。
【図８】本発明の一実施態様に従った５つのＺ０／ｒ０比について電極間隔の関数として表した４極子係数に対する８極子係数及び１２極子係数のプロット図である。
【図９】本発明の一実施態様に従って得られた質量スペクトルのシミュレーションデータと試験データを比較した図である。
【図１０】Ｚ０／ｒ０比が０．８である質量分離装置を用いて得られたシミュレーションによる質量スペクトルデータを示した図である。
【図１１】間隔空けが２．５６ｍｍである質量分離装置を用いて得られたシミュレーションによる質量スペクトルデータを示した図である。
【図１２】本発明の一実施態様に従って得られたシミュレーションによる質量スペクトルデータを示した図である。
【図１３】本発明の一実施態様に従って得られた試験による質量スペクトルデータを示した図である。
【図１４】本発明の一実施態様に従って得られた、図１２のシミュレーションによるデータと図１３の試験によるデータを比較した図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は広義には分析用検出器に関し、より詳細には質量スペクトルイオン検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析は無機及び有機サンプル双方の組成に関する定性及び定量的情報を与えることができる広範に適用可能な分析手法である。質量分析を用いて多種に亘る錯体分子種の構造決定を行うことが可能である。この分析技術を用いて固体表面の構造及び組成を決定することも可能である。
【０００３】
早くは１９２０年には、元素の同位体存在度の測定を目的とした磁界中におけるイオン動作に関する記載がある。１９６０年代には、錯体分子構造の同定を目的として、分子種のフラグメンテーションについて言及する理論が発展した。１９７０年代には、錯体混合物の高速分析を可能とする質量分析計及び新しいイオン解離技術が導入され、構造決定能が増進された。
【０００４】
一方、携帯型あるいは小型の装置を用いて質量分析を行えることが望まれている。このような装置の設計において猶目標とされることは、装置構成部材の最適化である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一実施態様においては、中心部分をもつ長さと該長さの第一端部から第二端部へ延びる開口をもつ本体部と、前記第一端部に直近しかつ前記中心部分から一定間隔を空けられた面を有する第一端部キャップと、前記第二端部に直近しかつ前記中心部分から一定間隔を空けられた面を有する前記本体部の第二端部に隣接する第二端部キャップを含み、前記本体及び両端部キャップによって前記第一及び第二端部キャップの表面間かつ前記開口内に一定容積が画定され、この容積により前記開口の間隔及び半径が構成され、前記半径の前記間隔に対する比が約０．８４ないし約１．２であることを特徴とするイオントラップが提供される。
【０００６】
また本発明の一実施態様においては、縦に並ぶ少なくとも２台の質量分離装置を含み、質量分離装置の少なくとも一方にはＺ０／ｒ０比が０．８４〜１．２の範囲内であるイオントラップが含まれた質量分析計が提供される。
また以下の説明において明らかなように、他の実施態様も開示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に本発明について好ましい実施態様を用いて添付図面を参照しながら説明する。
【０００８】
本発明では少なくともいくつかの観点から、質量分離装置及びイオントラップの設計方法、質量分離装置及びイオントラップの製作方法、質量分析計、イオントラップ、及びサンプルの分析方法が提供される。
【０００９】
図１には、質量分析装置１０を説明するブロック図が示されている。この質量分析装置にはサンプル１２を受け取りかつ調製及び／またはイオン化されたサンプルを質量分析器１６へ搬送するように構成されたサンプル調製イオン化部１４が備えられている。検出装置１８を用いて検出を行う為、質量分析器１６を配置してイオン化されたサンプルを分離することも可能である。
【００１０】
図１に示すように、サンプル１２はサンプル調製イオン化部１４中へ導入される。本開示において、サンプル１２は無機あるいは有機物質を含めた固体、液体及び／または蒸気の形態をしたいずれかの化学組成物である。分析に適するサンプル１２の具体例としては、トルエン等の揮発性化合物、あるいはブラディキニン等の極めて複雑な不揮発性タンパク質を挙げることができる。いくつかの観点において、サンプル１２は２以上の物質を含む混合物であってもよく、また他の観点においてサンプル１２は実質的に純粋な物質であってもよい。サンプル１２の分析は以下に記載する例示的態様に従って実施可能である。
【００１１】
サンプル調製イオン化部１４には投入システム（図示せず）及びイオン源（図示せず）を備えることも可能である。この投入システムは一定量のサンプルを分析装置１０内へ導入可能とする装置である。サンプル１２によっては、この投入システムをイオン化のための調整が行えるように構成してもよい。この投入システムの方式は、バッチ方式、直接探測方式、クロマトグラフィー方式、及び透過性あるいは毛管膜方式で構成することが可能である。この投入システムには気体、液体及び／または固体相で分析を行うためのサンプル調製手段１２を含めてもよい。態様によってはこの投入システムをイオン源と併用することも可能である。
【００１２】
前記イオン源はサンプル１２を受け取り、サンプル１２の成分を分析対象物イオンへ変換するように構成することができる。この変換は、サンプル１２の成分に対して電子、イオン、分子、及び／または光子を用いて衝撃を与えることによって行うことができる。なお、この変換は熱あるいは電気エネルギーを加えることによっても実施可能である。
【００１３】
前記イオン源としては、例えば電子イオン化（ＥＩ、一般的にはガス相イオン化に適する）、光イオン化（ＰＩ）、化学的イオン化、衝突活性化解離、及び／または電子噴霧イオン化（ＥＳＩ）を利用することができる。例えばＰＩの場合、例えば光エネルギーを変化させることによりサンプルの内部エネルギーを変えることが可能である。また、ＥＳＩを利用する場合には、サンプルを大気圧下でエネルギー化し、またイオンを大気圧から質量分析器内の真空中へ運ぶ際に加えられる電位を変えて解離度合を変化させることが可能である。
【００１４】
分析対象物は質量分析器１６へ移される。質量分析器１６にはイオン輸送ゲート（図示せず）及び質量分離装置１７を設けることができる。イオン輸送ゲートにはイオン源によって発生した分析対象物ビームをゲート制御する手段を設けてもよい。
【００１５】
質量分離装置１７には磁気部、電子部、及び／または４極子フィルター部を設けることができる。より具体的には、質量分離装置には、１または２以上の三重４極子、４極子イオントラップ（ポール）、円筒形状イオントラップ、線形イオントラップ、直線状イオントラップ（例えばイオンサイクロトロン共鳴、４極子イオントラップ／飛行時間型質量分析計）、あるいは他の構造物を含ませることができる。
【００１６】
質量分離装置１７へ複数の縦型質量分離装置を含ませてもよい。一実施形態では、２台の縦型質量分離装置の少なくとも１台をイオントラップとして使用し、縦型質量分離装置を直列あるいは並列して配列することができる。例示的な一実施形態では、複数の縦型質量分離装置が同一イオン源からイオンを受け取ることが可能である。複数の縦型質量分離装置が同一あるいは複数のイオン源から分析対象物イオンを受け取ることも可能である。
【００１７】
分析対象物が検出器１８へ移動してもよい。検出器の一例では、電子増倍管、フアラデーカップ集電極、写真型及び刺激型検出器が備えられている。投入システム３から検出器７へ至る分析経過を処理制御装置２０によって制御かつモニターすることも可能である。
【００１８】
本発明に従ったデータの取得及び生成は処理制御装置２０を用いることによって容易化することができる。処理制御装置２０は、分析装置１０の各種素子を制御できるコンピュータあるいはミニコンピュータであればよい。この制御には上記ＲＦ及びＤＣ電圧の特定な処理の他、質量スペクトルの測定、記憶、及び表示が含まれる。処理制御装置２０にはデータ取得及び探索ソフトウェアを備えることも可能である。一実施態様として、かかるデータ取得探索ソフトウェアを、上述した分析対象物全数のプログラム化された取得を含むデータ取得及び探索を実行するように構成することができる。別の実施形態において、データ取得及び探索パラメータへ、生成された分析対象物量をデータ取得用の所定のプログラムと相関させる方法を含ませることも可能である。
【００１９】
例示的イオントラップを図２〜５に示す。図２には、２つの端キャップ電極３４間に定置されたリング電極３２を含むポールイオントラップ３０が示されている。このイオントラップ３０はドーナツ形状を呈している。図３に示されたポールイオントラップ３０の断面図（例えば双曲的断面図）にはリング電極３２及び端キャップ３４が示されている。この断面図において、リング電極３２を一組の構成部材、また端キャップ３４を一組の構成部材として特徴付けることができる。リング電極３２には内面３６があり、また端キャップ３４にも内面３８がある。リング電極３２と端キャップ３４によって中心４２を有する容積部分４０が画定されている。前記内面３６は対向面３６との間の間隔の半分に相当する間隔４６を置いて配置されている。この間隔４６をｒ０とする。前記内面３８は対向面３８との間の間隔の半分に相当する間隔４８をおいて配置されている。この間隔４８をＺ０とする。
【００２０】
図４には円筒形イオントラップ（ＣＩＴ）５０が示されている。ＣＩＴ５０には開口５３を有するリング電極５２を含ませることができる。例示的に図示された環状構造とは別のリング電極５２構造とすることも可能である。例えば、リング電極５２を本体が何らかの外部構造をもつ素材から成る開口として作製することも可能である。リング電極は２つの端キャップ電極５４の間に定置させることができる。例示的な一実施形態として、リング電極５２を端キャップ電極５４間の中心へ配列してもよい。
【００２１】
一実施形態として、端キャップ電極５４を前記開口５３の上方へ対向するように配列することができる。端キャップ電極５４は固体材料から成る中に開口５６を持つ平らな形状とすることができる。前記固体材料の例示としてステンレススチールを挙げることができるが、非導電性材料も含めて他の材料を用いることも可能であると考えられる。前記開口５６は中心に位置していてもよい。端キャップ電極５４には複数の開口５６があってもよい。個々の端キャップ電極５４の一部あるは全体が網状構造に作製されていてもよい。ＣＩＴ５０の例示的断面を図５に示す。
【００２２】
図５に示すように、リング電極５２には内面５８が備えられている。この内面５８は実質的に平坦であるか、あるいは均質であってよい。端キャップ電極５４も内面６０を有する。この内面は実質的に平坦であるか、平面であってもよい。この断面図において、リング電極５２は一組の構成部材として、また端キャップ電極５４は一組の構成部材として、それぞれ互いに対向する面５８及び６０を有する面として特徴付けることができる。一実施形態では、内面５８は互いに向き合い、また内面６０も互いに向き合っている。内面５８及び６０は直交位置関係にあってもよい。リング電極５２及び端キャップ電極５４は中心６４のある容積部分６２を画定している。一実施形態では、端キャップ５４の開口５６は前記中心６４に対して一直線に並んでいる。内面５８は対向面５９との間の間隔の半部に相当する間隔６８を空けて配置されている。この間隔６８はｒ０として表し、また開口５３の半径であると言うことができる。前記内面６０は対向面６０との間の間隔の半分に相当する間隔７０を空けて配置されている。この間隔７０をＺ０とする。リング電極５２にはさらに半分の高さ７２が含まれる。ＣＩＴ５０では、リング電極５２の末端面７６と内面６０との間に電極スペーシング７４を設けることができる。スペーシング７４は間隔７０と半分の高さ７２間の差であってもよい。一実施形態では、半分の高さ７２は長さの中心が中心６４に対して一直線に並ぶリング電極５２の長さの２倍であると考えることができる。
【００２３】
図５に示した実施態様について以下に説明するが、以下の説明は図３に示した実施態様及び他の態様の構造にも当て嵌まることに留意されたい。通常、電極へ適切な無線周波数（ＲＦ）及び直流電圧を加えることによりイオントラップ等の質量分離装置１７を用いて分析対象物を保蔵あるいはトラップすることができる。例えば、図５に示した実施態様に関しては、単に例示であるが、端キャップ電極５４をアースした上でＲＦ電圧をリング電極５２へ印加することができる。前記容積部分６２内部に生じたイオン、あるいはサンプル調製イオン化部１４から容積部分６２中へ導入されたイオンは、例えばＲＦ電圧の印加によって容積部分６２中に十分に生じた共鳴電位中に保蔵あるいはトラップされる。
【００２４】
前記保蔵に加えて、分析対象物をイオントラップ等の質量分離装置１７を用いて分離することができる。例えば、単に例示であるが、容積部分６２中に単一（ｍ／ｚ）値をもつ分析対象物を一度にトラップする電界が生ずるようにＲＦ及びＤＣ電圧をリング電極５２及び端キャップ電極５４へ印加することが可能である。次いで電圧は次のｍ／ｚ値段階へ移り、容積部分６２中の電界を変化させ、その電界中でそのｍ／ｚ値をもつ分析対象物はトラップされ、前のｍ／ｚ値をもつ分析対象物は検出器へ放出される。この分析を段階的に継続することにより所望のｍ／ｚ範囲に亘ってすべての質量スペクトルを記録することが可能である。
【００２５】
例示的な一態様として、ｍ／ｚ値範囲内の分析対象物を同時にトラップする電界を容積部分６２中に発生させるようにリング電極５２及び端キャップ電極５４へＲＦ及びＤＣ電圧を印加することが可能である。次いで、トラップされた分析対象物がｍ／ｚに依存する形でイオントラップから外部検出器へと放出されるように電圧が切り替えられる。例えば、ＤＣが印加されずＲＦ振幅が直線的に増加している場合、ｍ／ｚの増加したイオンをトラップから検出器へ放出することができる。ＲＦ振幅ランプ増加中（あるいはＲＦ周波数等の他のパラメータの走査中）に補助電圧を印加して検出器へのイオン放出を増減することも可能である。例えば、交流（ＡＣ）電圧を適当な周波数で印加してイオンを共鳴励起し、共鳴放出と称される過程においてそれらイオンの放出を起こすことも可能である。
【００２６】
別の実施形態では、ｍ／ｚ値域が同時にトラップされるか、あるいは単一ｍ／ｚ値だけがトラップされるように、リング電極５２及び端キャップ電極５４へＲＦ及びＤＣ電圧を印加することができる。イオンは容積部分６２中において特徴的な移動を行う際に一定形態の受信回路へ影響を与えることから、この影響に基いてイオンの検出が行われる。例示的受信回路としては、電極５２及び／または５４上、あるいは補助電極上の帯電したイオン雲によって誘導されるイメージ電流を受け取り、及びイオンのm/z値に相関するイメージ電流を測定できる回路がある。
【００２７】
質量分離装置は、一例として、質量選択的不安定状態及び共鳴放出作動モードにおける性能も含めて最適質量分析性能を備えるように設計することができる。例示的実施形態では、容積部分６２の電界を質量分離装置の配置を操作することによって制御して性能を高めることが可能である。前記質量分離装置の配置としては、Ｚ０、ｒ０、半高さ、及び／または電極スペーシング等のパラメータがある。前記電界としては、４極子電界、さらに高位数の電界、あるいは他の電界がある。例示的実施形態では、４極子電界及びより高位数電界は容積部分６２中に存在可能であり、質量分析前及び分析中、容積部分６２中における分析対象物の移動に対して影響を及ぼすことができる。
【００２８】
いくつかの実施態様においては、質量分離装置配置パラメータを選択して質量分析計に対してより向上されあるいは最適な性能が与えられる。次に質量分離装置電界データを得る最初の方法について説明する。質量分離装置電界データには質量分離装置配置パラメータと対応する膨張係数に関するデータセットが含まれる。一実施形態では、質量分離装置配置パラメータのリストを作成し（例えばＺ０、ｒ０）、下記式１、２及び／または３へ適用して対応する膨張係数を得ることにより前記データセットを作成することができる。一態様においては、設計者によって、対応する前記係数の決定のための前記式へ適用可能な前記配置パラメータの選択を行うことができる。前記配置パラメータについての数値を得るために他の方法を用いることも可能である。例示的態様では、前記リストが下記式３へ適用される。
【００２９】
リング端面７６と端キャップ電極面６０間にスペーシング７４がなく、またリング電極５２へＲＦ電圧が印加されるとともに端キャップ電極５４がアースされている例示的円筒形イオントラップにおける電位は例示的に下記式１によって表される。
【数１】
【００３０】
上記式において、Ｊ０及びＪ１は第１種のベッセル関数であり、ｘｊｒ０はＪ０（ｘ）のｊ番目のゼロである。一実施形態として、式１を球面調和に展開して式２を与えることができる。
【数２】
【００３１】
例示的な一実施形態において、式２は、前記ＣＩＴ中の電界を種々位数の電界の重ね合わせあるいは極（多重極展開）として考えることができることを示している。Ａｎ（ｎは式２において０〜４）についての膨張係数は、単極子、双極子、４極子、６極子及び８極子成分にそれぞれ対応し、これら膨張係数の相対的大きさによって前記ＣＩＴ中の全電界に対する各電界の相対的寄与を求めることができる。一手段として、ｎ＝０及びｎ＝２についての前記膨張係数だけがゼロでない場合、前記電界を純粋に４極子であると考えることができる。Ｋｏｒｎｉｅｎｋｏらの式３からその同等位数係数を計算することが可能である。
【数３】
尚、上記式においてδｎ，０は、ｎ＝０ならば１であり、その他の場合は０である。
【００３２】
質量分離装置電界データを与える別の方法に従って、ロス・アラモス国立研究所に保存されているポアソン／スーパーフィッシュ・コード（ポアソン／スーパーフィッシュ・コードはｈｔｔｐ：／／ｌａａｃｑ１．ｌａｎｌ．ｇｏｖ／ｌａａｃｑ／ｓｅｒｖｉｃｓ／ｐｏｓｓｕｐ．ｈｔｍｌから入手可能である；また本願に含めた資料、Ｂｉｌｌｅｎ，Ｊ．Ｈ．及びＬ．Ｍ．Ｙｏｕｎｇ、ＰＣ互換性ポアソン／スーパーフィッシュ、１９９３年粒子加速器会議報告第２号、７９０〜７９２頁、（１９９３年）を参照されたい）とＲ．Ｇｒａｈａｍ Ｃｏｏｋｓ教授の大学研究室、パーデュー大学、ウエスト・ラファイアット、インディアナ州において入手可能なＣａｌｃＱｕａｄ／Ｍｕｌｔｉｆｉｔプログラムを対で用いて、与えられた配置パラメータのリストから対応する膨張係数を数字に表して得ることができる。例示的な一手段として、構造パラメータ（例えばＺ０、ｒ０）、さらには各成分へ印加された電位を、ポアソン／スーパーフィッシュ・コードを用いてプログラム中へ入力することができる。ポアソンプログラムによれば特定の構造パラメータ内で容積６２をメッシュでカバーすることができ、次いで前記特定の構造パラメータに対応するメッシュ上の各点における電位及び各成分へ印加された対応電位（ポアソン電界データ）を計算することができる。次いでポアソン電界データをＣａｌｃＱｕａｄ／Ｍｕｌｔｉｆｉｔプログラムへ入力することによってポアソン電界データの調和分析を実施して前記配置パラメータそれぞれについての膨張係数を得ることができる。
【００３３】
具体的なデータセットには前記係数のすべて（例えばｎ＝０〜８）と、さらには前記対応する配置パラメータ（例えばＺ０、ｒ０）を含めることができる。いくつかの態様においては、前記データセットへ８極子及び１２極子の膨張係数を含めることができる。
【００３４】
一実施態様においては、配置パラメータの範囲は正の８極子係数及び最も小さい負の１２極子係数に調和するデータセットから選択される。例えば、単に例示であるが、特に位数のより高い係数がＡ２条件とは符号において逆であるならば、より高い位数の電界は、質量選択的不安定モードにおける質量分離装置の性能の重大な低下を生ずる全電界に大きく寄与する。一法として、この寄与をＡ２条件と同じ符号（すなわち式２に示すように正の符号）をもつ８極子を小さく重ね合わせることによって釣り合いを取ることができ、この釣り合いにより、イオン及び／または電子等のイオン化因子の出入りを許容するキャップ端部開口５６中への電界透過の相殺効果によって性能を向上させることができる。この正の８極子係数をもつ例示的データは典型例として負の１２極子係数（例えば≧−０．１８、０〜−０．２、または≧−０．０５）と対である。データセットが大きな負の１２極子係数であると、対応する質量分離装置配置は全電界を減じてトラップ効率及び質量分離装置性能を低下させる。一例であるが、適当な８極子係数を与えると同時に１２極子係数を最小とすることにより、前記負の１２極子重ね合わせ効果をある程度まで相殺することができる。別の例では、正の８極子の比率を高くすることによりＣＩＴ５０の性能を最適化することができる。前記正の８極子係数と前記最小の負の１２極子係数を例示的に用いることにより最初の比率範囲を与えることができる。
【００３５】
前記比率範囲は、所定値のスペーシング７４についての前記比率の最小及び最大を明らかにすることによってさらに正確にすることができる。図６には、例示的なスペーシングパラメータとして０．０６ｃｍを用いて、Ｚ０／ｒ０関数で８極子係数を１２極子係数に対してプロット（Ａ４／Ａ２）した図が示されている。この図では、電極間に０．０６ｃｍのスペーシングがある正の８極子を与えるためにはＺ０／ｒ０比は０．８４以上でなければならないことを示している。図７は、例示的にスペーシングが０．０６ｃｍである場合にＺ０／ｒ０の関数としての４極子（Ａ２）によって、Ｚ０／ｒ０比の増加に伴って４極子電界が弱まり、同じｍ／ｚ分析範囲を得るためにはより高いＲＦ振幅が必要となることが説明されることを示している。Ｚ０／ｒ０が１．２未満である時、一定範囲に亘って質量分析を実施するためには理想的トラップ（Ａ２＝１）に要する電圧のおおよそ２倍の電圧が必要とされる。従って、一実施態様として、最小Ｚ０／ｒ０比を０．８４、最大Ｚ０／ｒ０比を１．２に限定して、これらＺ０／ｒ０比を０．０６ｃｍ以外のスペーシングをもつ配置において用いることが可能である。
【００３６】
少なくとも１つの観点から、電極間に介在するスペーシング７４に関して別の配置パラメータが限定される。例えば、電極間の間隔の増加を用いて前記負の１２極子係数を最小化することによって電界を最適化することができる。図８にはＡｎ／Ａ２が種々のＺ０／ｒ０比の関数として示されている。図８に示すように、各Ｚ０／ｒ０値について、スペーシングが増加するにつれて、スペーシング７４の数値（スペーサー値とも記載）は８極子係数Ａ４が０を交差して負になる数値に達する。０交点におけるこれらスペーサー値は一定のＺ０／ｒ０について用いることができるスペーシング７４の最大値を与える。これらスペーサー最大値及び前記範囲内の対応Ｚ０／ｒ０値は図８中の各０交点に一致する。１以上のＺ０／ｒ０比では、Ｚ０／ｒ０とスペーサー最大値との相関は本質的に直線的であり、スペーサー最大値は１．２（Ｚ０／ｒ０）−０．７７ｃｍである。
【００３７】
Ｚ０／ｒ０比及びスペーサー最大係数から成る対のデータの例示的範囲を下記表１に示す。これら対のデータのスペーサー最大係数は各Ｚ０／ｒ０比についてスペーサー最大値を計算して正の８極子重ね合わせを確保するために用いることができる。一実施態様として、スペーサー最大係数を測定してスペーサー最大値を得ることができる。例えば、スペーサー最大係数にスケーリング係数（例えばｒ０）を掛け算して各比についてスペーサー最大値を決めることができる。このスケーリング係数は、例えばηｍ、μｍ、ｍｍ、あるいはｃｍ等の尺度で与えられる。前記例においては、スペーサー最大係数にｒ０を掛け算して共通尺度化して結果として生ずるスペーサー最大値を測定することができる。
【００３８】
【表１】
【００３９】
一実施態様として、質量分離装置を、図５において示し説明した構成部分の第一及び第二セットを約０．８４ないし約１．２のｒ０に対するＺ０比を用いて配列することによって製造することができる。一例として、設計基準（例えば有効ＲＦ電力供給、ガス気密性、ガススループット、ガスのポンプ注入の最小限化）に基づいて所望のｒ０及びＺ０／ｒ０比を選択することができる。Ｚ０は選択されたｒ０及び比から決まる。スペーシング７４はスケーリング係数（例えばｒ０）を最大スペーサー係数倍して決められる。一実施態様において、用いられたスペーシング７４はｒ０を最大スペーサー係数倍した数値に等しいか、あるいはそれ以下である。
【００４０】
パーフルオロトリｎ−ブチルアミン（ｐｆｔｂａ）あるいはパーフルオロケロセン等の既知組成物を用いて本発明に係る質量分離装置１０を検量又は校正することができる。一旦検量が行われれば、本装置によって前記方法に従って製造された分析対象物の質量スペクトルを与えることができる。
【００４１】
開示された態様に従って設計された本発明装置１０と他の設計についてのシミュレーションを以下に示す。このシミュレーション結果は図９〜１２及び１４に示されている。
【００４２】
質量スペクトルデータシミュレーションをパーデュー大学Ｒ．Ｇｒａｈａｍ Ｃｏｏｋｓ教授の研究室から入手可能なＩＴＳＩＭ５．１プログラム（Ｂｕｉ，Ｈ．Ａ．；Ｃｏｏｋｓ，Ｒ．Ｇ．、トントラップシミュレーションプログラムＩＴＳＩＭウインドウズ版：イオントラップ質量分光計における強力発見予測手段、Ｊ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．、１９９８年、３３、２９７〜３０４頁、参照のため本願に包含）を用いて実施した。このＩＴＳＩＭプログラムは円筒形イオントラップを含めたイオントラップ質量分光計中に蓄積されたイオン軌跡（移動路）の計算を可能とするものである。数千のイオン移動をシミュレーションし、試験的に得られるデータとシミュレーションされたイオンの動きを十分に有効かつ実際的に比較することが可能である。このシミュレーションプログラムを用いることにより、ＲＦトラップ電圧の周波数及び振幅、及びイオントラップキャップ端へ印加された付加波長の周波数及び振幅を含む試験での変数の全制御が可能である。Ｚ０／ｒ０比プログラムには、イオンと衝突する可能性があるイオントラップ中に存在するバックグラウンド中性分子の影響のシミュレーションを可能とする衝突モデルも提供されている。シミュレーションは下記工程を経て実施することができる。１）シミュレーションされるイオンの特性（例えば質量、電荷等）を明らかにする、２）イオントラップの特徴（例えばサイズ）を明らかにする、３）シミュレーションされる試験特性（例えばＣＩＴへ印加される電圧）を明らかにする、及び４）これらの条件下でのイオンの動きを積分法を用いて計算する。次項においてこれら各工程の詳細について例示的に説明する。
【００４３】
１）イオン
トルエン（Ｃ７Ｈ８）の電子イオン化を介して発生するイオンをシミュレーションするため３組のイオンを生成した。前記イオンはシミュレーションの最初の３マイクロ秒の間ランダムに発生させた。これらイオンの詳細な特徴を表２に示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】
２）円筒形イオントラップ
シミュレーションと試験間で最も正確な比較を行うため、ここで説明されるシミュレーションにおいて用いる円筒形イオントラップを、検討中の特定のＣＩＴ配列について電位値アレーを計算して限定した。この方法により、各配列の電極スペーシング、イオンキャップ孔サイズ等の詳細による影響を最も正確に示すことが可能である。ＩＴＳＩＭプログラムを用いて前記比較を達成するため、各電極へ印加される電位とともに、トラップの各電極についての幾何座標をテキストファイル中にｘ，ｙの対で明記した。次いでこのファイルはイオントラップ容積内の矩形格子上の各点における電位を計算するクリエートポット・プログラム（インディアナ州ウェストラファイエット、パーデュー大学、Ｒ．グラハム・クック研究室から入手可能、前記ポアソン／スーパーフイッシュ・コードに基づく）中へロードされ、次いでこの電位点配列はイオン軌跡計算において使用するメモリ中へロードされる。ここで述べるシミュレーションでは、凡そ１００，０００箇所から成る格子を用いてＣＩＴ中の電位分布を示した。シミュレーションの開始前、中心差分化を用いて前記格子箇所上の電位の導関数を導き出すことにより電界ベクトル成分が得られる。シミュレーション期間中、前記電界は、隣接格子点上の電界成分から双一次補間法によって各イオン位置について各時間段階において測定される。
【００４６】
以下に示すシミュレーションデータに関して、ＣＩＴ構造の各性状は試験下にあるパラメータを除いて一定に保持された。電位配列ファイルを各構造について生成し、以下で規定される同一シミュレーション条件を用いて前記と同様にイオン同一集団の軌跡のシミュレーションに用いた。かかる方法により、イオン移動、そして最終的には質量スペクトルに対する構造変化の影響を測定することが可能である。
【００４７】
３）シミュレーション試験の特徴
イオントラップ試験は該トラップ電極へ印加される電圧により、及びこれら電圧が時間の関数としてどうように変化するかによってその範囲が限定される。ここで実施されるシミュレーションでは、電圧は２つの区分において印加され、全シミュレーションの長さは５．１３ｍｓである。各区分中に印加される電圧の詳細について表３に示す。
【００４８】
【表３】
【００４９】
区分１では、イオンが衝突を介してバックグラウンドガスと平衡させるため安定化時間は０．５ｍｓである。区分２は、共鳴放出を伴う質量選択的不安定性モードを用いた質量分析ランプである。リング電極上のトラップ電圧は、端キャップへ印加される電圧を用いてｍ／ｚ比の順にイオンを共鳴に至らしめるため、この区分においてはその振幅に勾配が設けられている。イオンが共鳴点へ到達すると、それらイオンは前記端キャップ上の電圧によって励起され、トラップから放出される。
【００５０】
ここで実施されるシミュレーションにはイオントラップ中に存在するバックグラウンドガスの影響が含まれる。前記ガスの質量は、試験に適合させるため、温度３００Ｋ及び圧力６×１０−５トルにおいて２８（例えば空気バックグラウンドを擬似した窒素）と仮定される。シミュレーションの各時間段階において、バッファーガス原子にはマックスウェル・ボルツマン分布から生ずるランダムな速度が与えられる。次いで均質分布からのランダムな数が衝突可能性と比較され衝突が起こるか否かが判定される。前記衝突可能性は、５０Å２に等しいイオンの剛体球半径及び０．２０５Å２に等しい中性ガスの分極性をもつランジュバン衝突断面を想定して計算される。このシミュレーションでは、ガス速度はランダムに分布し、また起こり得るイオン軌跡の散乱はランダムな方向に起こることが仮定されている。弾性衝突だけが考慮されているため、動的エネルギーのみが前記衝突中に伝達され、内部エネルギーは伝達されない。
【００５１】
４）イオン移動の計算
ＩＴＳＩＭは、前記条件下で前記移動式を数値的に積分することにより前記集団中の各イオンの軌跡を計算する。イオンがイオントラップ容積を離れる時、あるいはシミュレーションの終了時に、各イオンの位置、及び当て嵌まる場合はイオンがトラップを離れた時間、が記録される。ここで実施されるシミュレーションでは、前記積分は１０ｎｓの底時間段階量をもつ４次ルンゲ・クッタ・アルゴリズムを用いて実施された。トラップへ印加された電圧は前記したように変化し、またトラップ中の各イオンの位置は１０ｎｓ毎に算定された。ここで実施されるシミュレーションでは、イオンの殆どはトラップから端キャップ孔を通って放出するので、イオンはトラップから出たことが記録され、トラップ容積のすぐ外側に配置された「検出器」へ衝突した。
【００５２】
ここでシミュレーションされる共鳴放出作動モードを用いた質量選択的不安定性状態において、イオンは前記した最低ｍ／ｚ比から最高ｍ／ｚ比の順にイオントラップから放出される。イオンの放出時間をイオン数の関数としてプロットすることにより、該イオンの質量スペクトルを生成することができる。検出器におけるイオン数対放出時間に関するシミュレーションデータは、下記計算において与えられる質量スペクトル生成するための座標表示及び検量線作成のためエクセルへデータ転送された。
【００５３】
また、試験データも本開示の一観点に従って作製された例示的器具１０から得られた。試験結果は図９、１３及び１４に示されている。
【００５４】
試験の詳細
下記計算において与えられる試験データはＣＩＴ質量分析計、グリフィン・アナリティカル・テクノロジー社製Ｍｉｎｏｔａｕｒモデル２００１Ａ（インディアナ州（グリフィン）ウェストラファイエット）、において生成された。以下に示すデータを記録するためにグリフィン質量分析計に用いられたＣＩＴのリング電極半径ｒ０は４．０ｍｍ、中心・端キャップ間間隔Ｚ０は４．６ｍｍ、そしてリング・端キャップ間隔は１．２８ｍｍである。ＣＩＴは、イオン化のため電子をＣＩＴへ運ぶために用いられる電子発生フィラメント及びレンズと伴に、ＫＮＦ Ｎｅｕｂｅｒｇｅｒ８１３．５隔膜ポンプに支持されたＶａｒｉａｎ Ｖ７ＯＬＰターボ分子ポンプによってポンピングされる真空室中に収容されている。この真空室内部の圧力はグランビル・フィリップス・モデル２０３可変漏れ弁を用いて設定され、ここで収集されるデータに関しては、前記室圧はグランビル・フィリップス３５４Ｍｉｃｒｏ−Ｉｏｎ（登録商標）真空ゲージモジュールでの測定で周辺空気圧として６×１０−５トルであった。
【００５５】
この装置を用いて、揮発性ガス相サンプルを前記真空室中へ前記室内に配置されたポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）毛管膜を通して送入した。トルエン等の有機化合物を前記膜内部を通して流し出して前記膜物質中へ浸透させ、次いで前記膜の外面から真空室中へ取り除く。酸素及び窒素等の空気の主成分は前記膜を透過できないため前記真空室中には入らない。前記真空室中へ入る分析対象分子はＣＩＴ内で加熱されたフィラメントから発生する電子ビームによってイオン化され、次いで３個の組レンズを備えたトラップ中へ向けられる。トラップされたイオンはバックグラウンド空気との衝突を介して冷却され、次いで前記共鳴放出モードを用いた質量選択的不安定状態下でトラップから外部検出器へ走査される。
【００５６】
トルエン液そのものの頭隙蒸気をＫＮＦ Ｎｅｕｂｅｒｇｅｒ ＭＰＵ９３７隔膜ポンプを用いて約２Ｌ／分の流速で１ｃｍのＰＤＭＳ膜を通して前記装置中へ送入した。前記膜の温度は室温とした。トルエン分子を、ｍ／ｚ５０のトラップ中のＬＭＣＯに対応する電圧に設定された１．５ＭＨｚのトラップＲＦを用いて５０ｍｓ間イオン化した（グリフィン製ＣＩＴに関してＬＭＣＯ値は、殆どの標準的イオントラップに一般的なｑｚ＝０．９０８ではなく、ｑｚ＝０．６４に特定した）。次いで質量分析前に、前記イオンをＬＭＣＯ５０で２５ｍｓ間冷却させた。質量分析のため、リング電極上のＲＦにＬＭＣＯ５０からＬＭＣＯ１００まで走査速度１０．７Ｄａ／ｍｓで勾配をもたせた。質量分析中、端キャップ正弦電圧３７５ｋＨｚの振幅を出発値０．９５Ｖから１．８５Ｖまで勾配をもたせた。尚、端キャップは、一方の端キャップが正の印加電圧をもち、他方が対応する負の印加電圧をもち、両端キャップ間電位が実際に各端キャップとアース間へ印加された電圧の振幅の２倍になるように接続される。これは、この試験に関する項で明記された端キャップ電圧と前記シミュレーションにおいて前記した端キャップ電圧における２つの要素の差異を考慮したものである。前記イオンは結合変換ダイノード／電子増倍検出器を用いて検出された。前記ダイノードは−４ｋＶに保持され、一方電子増倍管は−１．２ｋＶに保持された。
【００５７】
試験データのシミュレーション
図９は、Ｚ０＝４．６ｍｍ、ｒ０＝４．０ｍｍ（Ｚ０／ｒ０＝１．１５）、及び電極間隔＝１．２８ｍｍである円筒形イオントラップを用いて同一条件下で収集されたパーフルオロトリブタルアミン（ＰＦＴＢＡ）についてのシミュレーションによる質量スペクトルと試験による質量スペクトルを比較した図である。
【００５８】
図１０は、Ｚ０＝３．２ｍｍ、ｒ０＝４．０ｍｍ（Ｚ０／ｒ０＝０．８）、及び間隔＝０．６ｍｍである円筒形イオントラップについて計算したトルエンのシミュレーションによる質量スペクトルを示した図であり、この図は、条件０．８４が適合しない場合、ＣＩＴの質量スペクトル性能が劣ること、すなわちピークが広がり十分に分離されていないことを示している。
【００５９】
図１１は、Ｚ０＝４．６ｍｍ、ｒ０＝４．０ｍｍ（Ｚ０／ｒ０＝１．１５）、及び間隔＝２．５６ｍｍである円筒形イオントラップについて計算したトルエンのシミュレーションによる質量スペクトルを示した図であり、この図は、スペーサーがこのＺ０／ｒ０値について表１に限定した値より大きい場合に質量スペクトル性能が劣ること、すなわちピークが広がり十分に分離されていないことを示している。
【００６０】
図１２は、Ｚ０＝４．６ｍｍ、ｒ０＝４．０ｍｍ（Ｚ０／ｒ０＝１．１５）、及び間隔＝１．２８ｍｍである円筒形イオントラップについて計算したトルエンのシミュレーションによる質量スペクトルを示した図であり、この図は、スペーサーがこのＺ０／ｒ０値について表１に限定した範囲内にあり、質量スペクトル性能が向上されていること、すなわちピークがより狭くかつより限定され、またｍ／ｚ９１及びｍ／ｚ９２のイオンについて信号が十分に分離されていることを示している。
【００６１】
図１３は、Ｚ０＝４．６ｍｍ、ｒ０＝４．０ｍｍ（Ｚ０／ｒ０＝１．１５）、及び間隔＝１．２８ｍｍである円筒形イオントラップを用いてグリフィン質量分析計において得られたトルエンの試験による質量スペクトルを示した図であり、この図は、ＣＩＴが前記構造規格に従って作製された場合、質量スペクトル性能が向上することを示している。
【００６２】
図１４は図１２及び図１３のシミュレーションされたデータと試験によるデータを比較した図である。
【００６３】
上記本発明についての説明ではその構造及び方法の特徴について幾分特定して述べてきた。しかしながら、本願において開示された手段は本発明を実施するための好ましい態様として構成された手段であるので、本発明は上記において図示され記載された特定の特徴に限定されないことが理解されるべきである。従って、本発明は均等理論に従って適切に解釈される添付の特許請求の範囲の適切な範囲内に含まれるいずれの形態及び変形に対しても特許を請求するものである。
【００６４】
法令に従って、本発明は構造及び方法についての特徴を幾分特定して説明されてきた。しかしながら、本願において開示された手段は本発明を実施するための好ましい態様として構成された手段であるので、本発明は上記において図示され記載された特定の特徴に限定されないことが理解されるべきである。従って、本発明は均等理論に従って適切に解釈される添付の特許請求の範囲の適切な範囲内に含まれるいずれの形態及び変形に対しても特許を請求するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施態様に従った質量分析計のブロック図である。
【図２】本発明の一実施態様に従ったポールイオントラップの断面図である。
【図３】図２に示したポールイオントラップの断面末端図である。
【図４】本発明の一実施態様に従った円筒形状イオントラップの断面図である。
【図５】図４に示した円筒形状イオントラップの断面末端図である。
【図６】本発明の一実施態様に従った間隔空け０．０６ｃｍの電極を有するＣＩＴについてＺ０／ｒ０比の関数として表した４極子係数に対する８極子係数のプロット図である。
【図７】本発明の一実施態様に従った間隔空け０．０６ｃｍの電極を有するＣＩＴについてＺ０／ｒ０比の関数として表した８極子係数のプロット図である。
【図８】本発明の一実施態様に従った５つのＺ０／ｒ０比について電極間隔の関数として表した４極子係数に対する８極子係数及び１２極子係数のプロット図である。
【図９】本発明の一実施態様に従って得られた質量スペクトルのシミュレーションデータと試験データを比較した図である。
【図１０】Ｚ０／ｒ０比が０．８である質量分離装置を用いて得られたシミュレーションによる質量スペクトルデータを示した図である。
【図１１】間隔空けが２．５６ｍｍである質量分離装置を用いて得られたシミュレーションによる質量スペクトルデータを示した図である。
【図１２】本発明の一実施態様に従って得られたシミュレーションによる質量スペクトルデータを示した図である。
【図１３】本発明の一実施態様に従って得られた試験による質量スペクトルデータを示した図である。
【図１４】本発明の一実施態様に従って得られた、図１２のシミュレーションによるデータと図１３の試験によるデータを比較した図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分離装置構造パラメータ及び対応する少なくとも８極子及び１２極子膨張係数から成る膨張係数を含むデータセットから成る質量分離装置電界データを提供する工程と、
正の８極子係数及び最小の負の１２極子係数に対応する質量分離装置構造パラメータを含む前記データセットの範囲を選択する工程と、
前記構造パラメータの範囲内で一構造を構成する質量分離装置を設計する工程と、
から構成される質量分離装置の設計方法。
【請求項２】
前記質量分離装置電界データにイオントラップ電界データが含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項３】
前記イオントラップが円筒形イオントラップから成ることを特徴とする請求項２項記載の方法。
【請求項４】
前記質量分離装置電界データの提供に、式、
を用いて前記データセットを数値計算する操作が含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項５】
前記質量分離装置構造パラメータにｒ０及びＺ０パラメータが含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項６】
前記質量分離装置がイオントラップから成り、前記１２極子係数が正であり、及び前記構造パラメータに質量分離装置の電極間に最大間隔距離を与える電極スペーサー最大値がさらに含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項７】
個々にＺ０／ｒ０比及びイオントラップ電極間に介在する対応スペーシングを含むデータ対の範囲を設ける工程と、
望ましいｒ０を選択する工程と、
前記範囲から前記データ対の少なくとも一方を選択する工程と、
選択されたＺ０／ｒ０比及び選択されたｒ０を用いてＺ０値を決定する工程と、
選択されたｒ０及び選択されたスペーシングから電極スペーシングを決定する工程と、
選択されたＺ０／ｒ０比及び決定された電極スペーシングから構成される質量分析装置を設計する工程と、
から構成されるイオントラップの設計方法。
【請求項８】
前記データ対の範囲を設ける工程に、個々にＺ０／ｒ０比及びスペーサー最大ファクターから成る前記対応スペーシングを含む前記データ対を設ける工程が含まれ、及び前記選択されたｒ０を前記選択されたスペーサー最大ファクターで掛け算して前記選択されたスペーシングを与える工程をさらに含むことを特徴とする請求項７項記載の方法。
【請求項９】
個々に面を構成する第一及び第二部材の各セットを設ける工程と、
断面中において、前記第一部材セットの面を互いに向き合わせ、及び前記第二部材セットの面を互いに向き合わせ、前記第一部材セットの面と前記第二部材セットの面によって容積を画定し、前記容積は前記第一部材セットの対向する面間に介在する間隔の半分に相当する第一間隔と前記第二部材セットの対向する各面間に介在する間隔の半分に相当する第二間隔が含まれ、前記第一間隔の前記第二間隔に対する比が約０．８４ないし約１．２となるように並べる工程を含んで構成される質量分離装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第一部材にイオントラップの少なくとも１個の端キャップが含まれることを特徴とする請求項９項記載の方法。
【請求項１１】
前記第一間隔がＺ０であることを特徴とする請求項９項記載の方法。
【請求項１２】
前記第二間隔がｒ０であることを特徴とする請求項９項記載の方法。
【請求項１３】
前記第一間隔がＺ０であり、前記第二間隔がｒ０であることを特徴とする請求項９項記載の方法。
【請求項１４】
前記第二部材にイオントラップのリング電極が含まれることを特徴とする請求項９項記載の方法。
【請求項１５】
前記第一部材の面が前記第二部材の面に対して直交することを特徴とする請求項９項記載の方法。
【請求項１６】
電極体の第一端から電極体の第二端へ延びかつ半径及び中心のある長さをもつ開口部を備える、前記第一端から前記第二端までの長さをもつイオントラップ電極体を設ける工程と、
少なくとも１個の面を有する第一イオントラップ電極端キャップを設ける工程と、
前記第一イオントラップ電極端キャップ面を、前記第一端に隣接する電極体の第一面上へ前記第一面に対向するように、かつ前記イオントラップ電極体の長さの中心から一定間隔を空け、前記間隔の前記半径に対する比が約０．８４ないし約１．２の範囲内となるように並べる工程と、
を含んで構成されるイオントラップの製造方法。
【請求項１７】
前記イオントラップが円筒形イオントラップから成ることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項１８】
前記第一端キャップ電極が中心に位置した開口部をもつ固体材料から成ることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項１９】
前記第一端キャップ電極にメッシュが含まれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２０】
面を備える第二イオントラップ電極端キャップを設ける工程と、
前記第二イオントラップ電極端キャップ面を、前記第二端に隣接する電極体の第二面上へ前記第二面に対向するように、かつ前記イオントラップ電極体の長さの中心から前記間隔を空けて並べる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２１】
前記第二電極キャップが中心に位置した開口部をもつ固体材料から成ることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２２】
前記第二電極キャップにメッシュが含まれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２３】
前記比に関連スペーサー最大ファクターが含まれ、前記質量分離装置が前記端キャップ面と前記電極体との間の電極スペーシング及び対応スペーサー最大値からさらに構成されることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２４】
イオントラップ電極及びイオントラップ端キャップを整列させる工程と、
第一間隔２Ｚ０を離して空けた前記イオントラップ端キャップ、前記端キャップに隣接した端部をもち、前記イオントラップ端キャップ間の中心に並べられ、かつ半径ｒ０及び前記イオントラップ本体の中心から端部までの第二間隔を含む半分の高さをもつ開口部を備える前記イオントラップ電極体、前記イオントラップ電極体端部から前記半分の高さより小さい電極スペーシングＺ０によって間隔が空けられた前記端キャップを設ける工程を含んで構成されるイオントラップの製造方法であって、
Ｚ０／ｒ０比に関連スペーサー最大ファクターが含まれ、前記電極スペーシングが前記ｒ０を前記スペーサー最大ファクター倍した積より小さいことを特徴とする前記方法。
【請求項２５】
前記イオントラップが円筒形イオントラップから成ることを特徴とする請求項２４項記載の方法。
【請求項２６】
前記イオントラップ端キャップがステンレススチールから成ることを特徴とする請求項２４項記載の方法。
【請求項２７】
前記イオントラップ端キャップが中心に位置した開口部をもつ固体材料から成ることを特徴とする請求項２４項記載の方法。
【請求項２８】
前記イオントラップ端キャップにメッシュが含まれることを特徴とする請求項２４項記載の方法。
【請求項２９】
前記Ｚ０／ｒ０比及び前記関連スペーサー最大ファクターが下記列を構成することを特徴とする請求項２４項記載の方法：
【請求項３０】
それぞれが面を備える第一及び第二電極部材セットを含む質量分離装置であって、
断面において、前記第一部材セットの面は互いに向かい合い、また前記第二部材セットの面は互いに向かい合い、及び前記第一及び第二部材セットの面によって容積が画定され、前記容積は前記第一部材の対向する面間に介在する間隔の半分に相当する第一間隔と前記第二部材セットの対向する面間に介在する間隔の半分に相当する第二間隔から構成され、前記第一間隔の前記第二間隔に対する比が約０．８４ないし約１．２の範囲内であることを特徴とする前記質量分離装置。
【請求項３１】
前記質量分離装置がイオントラップから成り、前記第一部材の面が前記イオントラップの少なくとも１個の端キャップ面から成り、及び前記第二部材の面が前記イオントラップのリング電極の内面から成ることを特徴とする請求項３０項記載の質量分離装置。
【請求項３２】
前記イオントラップが円筒形イオントラップから成ることを特徴とする請求項３１項記載の質量分離装置。
【請求項３３】
前記端キャップにステンレススチールメッシュが含まれることを特徴とする請求項３１項記載の質量分離装置。
【請求項３４】
前記第一部材セットが前記第二部材セットに対して直交することを特徴とする請求項３０項記載の質量分離装置。
【請求項３５】
サンプル投入口と、
前記サンプル投入口から少なくともサンプルの一部を受け取るように構造化された、各部材が面を備えた第一及び第二電極部材セットを含む質量分離装置であって、前記質量分離装置の断面中において、前記第一部材セットの面が互いに向かい合い、前記第二部材セットの面が互いに向かい合い、前記第一及び第二部材セットの対向する面によって前記第一部材セットの対向する面間に介在する間隔の半分に相当する第一間隔と前記第二部材セットの対向する面間に介在する間隔の半分に相当する第二間隔から構成される容積が画定され、前記第一間隔の前記第二間隔に対する比が約０．８４ないし約１．２の範囲内になるように構成された前記質量分離装置と、
前記質量分離装置からイオンを受け取り及び検出するように構造化された検出器と、
から構成される質量分析計。
【請求項３６】
前記サンプル投入口が毛管膜から成ることを特徴とする請求項３５項記載の質量分析計。
【請求項３７】
前記質量分離装置が少なくともサンプルの一部をイオン化し、及び少なくとも前記イオン化されたサンプルの一部を分離するように構造化されたことを特徴とする請求項３５項記載の質分析計。
【請求項３８】
前記質量分離装置がイオントラップから成ることを特徴とする請求項３５項記載の質量分析計。
【請求項３９】
前記イオントラップが円筒形イオントラップから成ることを特徴とする請求項３８項記載の質量分析計。
【請求項４０】
前記第一部材セットの部材面が前記円筒形イオントラップの少なくとも１個の端キャップ内面から成り、前記第二部材セットの部材面が前記円筒形イオントラップのリング電極内面から成ることを特徴とする請求項３９項記載の質量分析計。
【請求項４１】
前記端キャップにさらに開口部が含まれることを特徴とする請求項４０項記載の質量分析計。
【請求項４２】
前記端キャップにステンレススチールメッシュが含まれることを特徴とする請求項４１項記載の質量分析計。
【請求項４３】
前記開口部が前記容積中心と一直線に並ぶことを特徴とする請求項４０項記載の質量分析計。
【請求項４４】
前記円筒形イオントラップに、前記比に相関する前記端キャップの各個と前記リング電極間の電極スペーシング間隔がさらに含まれることを特徴とする請求項４０項記載の質量分析計。
【請求項４５】
前記電極スペーシング間隔がスペーサー最大ファクターによって前記比に相関されることを特徴とする請求項３５項記載の質量分析計。
【請求項４６】
前記電極スペーシング間隔が前記第二間隔の前記スペーサー最大ファクター倍の積よりも小さいことを特徴とする請求項３５項記載の質量分析計。
【請求項４７】
前記円筒形イオントラップがステンレススチールから成ることを特徴とする請求項３９項記載の質量分析計。
【請求項４８】
前記検出器が電子乗数検出器から成ることを特徴とする請求項３５項記載の質量分析計。
【請求項４９】
中心部分をもつ長さと本体部の第一端から前記本体部の第二端まで延びる開口部を有する本体部と、
前記本体部の前記第一端に隣接し、前記第一端に最も近くかつ前記中心部分から一定間隔が空けられた面をもつ第一端キャップと、
前記本体部の前記第二端に隣接し、前記第二端に最も近くかつ前記中心部分から前記間隔が空けられた面をもつ第二端キャップとを含んで構成されるイオントラップであって、
前記本体部及び端キャップによって前記第一及び第二端キャップ面間かつ前記開口部内に容積が画定され、前記容積が前記間隔及び前記開口部の半径から成り、前記半径の前記間隔に対する比が約０．８４ないし約１．２の範囲内となることを特徴とする前記イオントラップ。
【請求項５０】
前記本体部及び前記端キャップがステンレススチールから成ることを特徴とする請求項４９項記載のイオントラップ。
【請求項５１】
前記イオントラップが円筒形イオントラップから成ることを特徴とする請求項４９項記載のイオントラップ。
【請求項５２】
少なくとも１台が０．８４ないし１．２の範囲内のＺ０／ｒ０比をもつイオントラップである縦に並んだ少なくとも２台の質量分離装置を含んで構成される質量分析計。
【請求項５３】
前記質量分離装置が直列に配置されることを特徴とする請求項５２項記載の質量分析計。
【請求項５４】
前記質量分離装置が並列に配置されることを特徴とする請求項５２項記載の質量分析計。
【請求項５５】
イオン源をさらに含み、及び前記質量分離装置が前記イオン源からイオンを受け取ることを特徴とする請求項５２項記載の質量分析計。
【請求項５６】
前記双方の質量分離装置がイオントラップから成ることを特徴とする請求項５２項記載の質量分析計。
【請求項５７】
前記イオントラップのそれぞれが円筒形イオントラップから成ることを特徴とする請求項５２項記載の質量分析計。
【請求項５８】
前記縦に並んだ質量分離装置がそれぞれ異なるｒ０パラメータをもつことを特徴とする請求項５２項記載の質量分析計。
【請求項５９】
前記縦に並んだ質量分析計の双方が約０．８４ないし約１．２の範囲内のＺ０／ｒ０比を持つことを特徴とする請求項５８項記載の質量分析計。
【請求項６０】
前記少なくとも２台の質量分離装置へイオンを与える少なくとも２つのイオン源をさらに含むことを特徴とする請求項５２項記載の質量分析計。
【請求項６１】
分析対象のサンプルをイオン化して一定の質量／電荷比をもつ分析対象物を生成する工程と、
断面において、前記第一部材セットの面が互いに向き合わされ、前記第二部材セットの面が互いに向き合わされ、前記第一部材セット及び前記第二部材セットの面によって容積が画定され、前記容積は前記第一部材セットの対向する面間に介在する間隔の半分に相当する第一間隔と前記第二部材セットの対向する面間に介在する間隔の半分に相当する第二間隔から成り、前記第一間隔の前記第二間隔に対する比が約０．８４ないし約１．２の範囲内であるように構成された、各部材が面を構成する第一及び第二電極部材セットを含む質量分離装置へ前記分析対象物を移動させる工程と、
前記部材セットへ前記容積内に前記分析対象物を前記容積内に保持する第一電界を生成する第一電圧を与える工程と、
前記部材セットへ前記容積内に前記分析対象物を前記容積から放出させる第二電界を生成する第二電圧を与える工程と、
前記容積からの前記分析対象物の放出に際して前記分析対象物を検出する工程と、
から構成される分析方法。
【請求項６２】
前記質量分離装置が円筒形イオントラップから成り、前記第一部材面が端キャップ面から成り、及び前記第二部材面がリング電極内面から成ることを特徴とする請求項６１項記載の方法。
【請求項６３】
前記円筒形イオントラップがステンレススチールから成ることを特徴とする請求項６１項記載の方法。
【請求項６４】
前記端キャップにメッシュが含まれることを特徴とする請求項６２項記載の方法。
【請求項６５】
前記端キャップが中心に位置する開口部をもつ固体材料から成ることを特徴とする請求項６２項記載の方法。
【請求項６６】
前記第一及び第二電圧を与えることによって単一の質量対電荷比をもつ分析対象物が保持され及び放出されることを特徴とする請求項６１項記載の方法。
【請求項６７】
前記第一及び第二電圧を与えることにより一定範囲の質量対電荷比をもつ分析対象物が保持され及び放出されることを特徴とする請求項６１項記載の方法。
【請求項１】
質量分離装置構造パラメータ及び対応する少なくとも８極子及び１２極子膨張係数から成る膨張係数を含むデータセットから成る質量分離装置電界データを提供する工程と、
正の８極子係数及び最小の負の１２極子係数に対応する質量分離装置構造パラメータを含む前記データセットの範囲を選択する工程と、
前記構造パラメータの範囲内で一構造を構成する質量分離装置を設計する工程と、
から構成される質量分離装置の設計方法。
【請求項２】
前記質量分離装置電界データにイオントラップ電界データが含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項３】
前記イオントラップが円筒形イオントラップから成ることを特徴とする請求項２項記載の方法。
【請求項４】
前記質量分離装置電界データの提供に、式、
を用いて前記データセットを数値計算する操作が含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項５】
前記質量分離装置構造パラメータにｒ０及びＺ０パラメータが含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項６】
前記質量分離装置がイオントラップから成り、前記１２極子係数が正であり、及び前記構造パラメータに質量分離装置の電極間に最大間隔距離を与える電極スペーサー最大値がさらに含まれることを特徴とする請求項１項記載の方法。
【請求項７】
個々にＺ０／ｒ０比及びイオントラップ電極間に介在する対応スペーシングを含むデータ対の範囲を設ける工程と、
望ましいｒ０を選択する工程と、
前記範囲から前記データ対の少なくとも一方を選択する工程と、
選択されたＺ０／ｒ０比及び選択されたｒ０を用いてＺ０値を決定する工程と、
選択されたｒ０及び選択されたスペーシングから電極スペーシングを決定する工程と、
選択されたＺ０／ｒ０比及び決定された電極スペーシングから構成される質量分析装置を設計する工程と、
から構成されるイオントラップの設計方法。
【請求項８】
前記データ対の範囲を設ける工程に、個々にＺ０／ｒ０比及びスペーサー最大ファクターから成る前記対応スペーシングを含む前記データ対を設ける工程が含まれ、及び前記選択されたｒ０を前記選択されたスペーサー最大ファクターで掛け算して前記選択されたスペーシングを与える工程をさらに含むことを特徴とする請求項７項記載の方法。
【請求項９】
個々に面を構成する第一及び第二部材の各セットを設ける工程と、
断面中において、前記第一部材セットの面を互いに向き合わせ、及び前記第二部材セットの面を互いに向き合わせ、前記第一部材セットの面と前記第二部材セットの面によって容積を画定し、前記容積は前記第一部材セットの対向する面間に介在する間隔の半分に相当する第一間隔と前記第二部材セットの対向する各面間に介在する間隔の半分に相当する第二間隔が含まれ、前記第一間隔の前記第二間隔に対する比が約０．８４ないし約１．２となるように並べる工程を含んで構成される質量分離装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第一部材にイオントラップの少なくとも１個の端キャップが含まれることを特徴とする請求項９項記載の方法。
【請求項１１】
前記第一間隔がＺ０であることを特徴とする請求項９項記載の方法。
【請求項１２】
前記第二間隔がｒ０であることを特徴とする請求項９項記載の方法。
【請求項１３】
前記第一間隔がＺ０であり、前記第二間隔がｒ０であることを特徴とする請求項９項記載の方法。
【請求項１４】
前記第二部材にイオントラップのリング電極が含まれることを特徴とする請求項９項記載の方法。
【請求項１５】
前記第一部材の面が前記第二部材の面に対して直交することを特徴とする請求項９項記載の方法。
【請求項１６】
電極体の第一端から電極体の第二端へ延びかつ半径及び中心のある長さをもつ開口部を備える、前記第一端から前記第二端までの長さをもつイオントラップ電極体を設ける工程と、
少なくとも１個の面を有する第一イオントラップ電極端キャップを設ける工程と、
前記第一イオントラップ電極端キャップ面を、前記第一端に隣接する電極体の第一面上へ前記第一面に対向するように、かつ前記イオントラップ電極体の長さの中心から一定間隔を空け、前記間隔の前記半径に対する比が約０．８４ないし約１．２の範囲内となるように並べる工程と、
を含んで構成されるイオントラップの製造方法。
【請求項１７】
前記イオントラップが円筒形イオントラップから成ることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項１８】
前記第一端キャップ電極が中心に位置した開口部をもつ固体材料から成ることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項１９】
前記第一端キャップ電極にメッシュが含まれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２０】
面を備える第二イオントラップ電極端キャップを設ける工程と、
前記第二イオントラップ電極端キャップ面を、前記第二端に隣接する電極体の第二面上へ前記第二面に対向するように、かつ前記イオントラップ電極体の長さの中心から前記間隔を空けて並べる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２１】
前記第二電極キャップが中心に位置した開口部をもつ固体材料から成ることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２２】
前記第二電極キャップにメッシュが含まれることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２３】
前記比に関連スペーサー最大ファクターが含まれ、前記質量分離装置が前記端キャップ面と前記電極体との間の電極スペーシング及び対応スペーサー最大値からさらに構成されることを特徴とする請求項１６項記載の方法。
【請求項２４】
イオントラップ電極及びイオントラップ端キャップを整列させる工程と、
第一間隔２Ｚ０を離して空けた前記イオントラップ端キャップ、前記端キャップに隣接した端部をもち、前記イオントラップ端キャップ間の中心に並べられ、かつ半径ｒ０及び前記イオントラップ本体の中心から端部までの第二間隔を含む半分の高さをもつ開口部を備える前記イオントラップ電極体、前記イオントラップ電極体端部から前記半分の高さより小さい電極スペーシングＺ０によって間隔が空けられた前記端キャップを設ける工程を含んで構成されるイオントラップの製造方法であって、
Ｚ０／ｒ０比に関連スペーサー最大ファクターが含まれ、前記電極スペーシングが前記ｒ０を前記スペーサー最大ファクター倍した積より小さいことを特徴とする前記方法。
【請求項２５】
前記イオントラップが円筒形イオントラップから成ることを特徴とする請求項２４項記載の方法。
【請求項２６】
前記イオントラップ端キャップがステンレススチールから成ることを特徴とする請求項２４項記載の方法。
【請求項２７】
前記イオントラップ端キャップが中心に位置した開口部をもつ固体材料から成ることを特徴とする請求項２４項記載の方法。
【請求項２８】
前記イオントラップ端キャップにメッシュが含まれることを特徴とする請求項２４項記載の方法。
【請求項２９】
前記Ｚ０／ｒ０比及び前記関連スペーサー最大ファクターが下記列を構成することを特徴とする請求項２４項記載の方法：
【請求項３０】
それぞれが面を備える第一及び第二電極部材セットを含む質量分離装置であって、
断面において、前記第一部材セットの面は互いに向かい合い、また前記第二部材セットの面は互いに向かい合い、及び前記第一及び第二部材セットの面によって容積が画定され、前記容積は前記第一部材の対向する面間に介在する間隔の半分に相当する第一間隔と前記第二部材セットの対向する面間に介在する間隔の半分に相当する第二間隔から構成され、前記第一間隔の前記第二間隔に対する比が約０．８４ないし約１．２の範囲内であることを特徴とする前記質量分離装置。
【請求項３１】
前記質量分離装置がイオントラップから成り、前記第一部材の面が前記イオントラップの少なくとも１個の端キャップ面から成り、及び前記第二部材の面が前記イオントラップのリング電極の内面から成ることを特徴とする請求項３０項記載の質量分離装置。
【請求項３２】
前記イオントラップが円筒形イオントラップから成ることを特徴とする請求項３１項記載の質量分離装置。
【請求項３３】
前記端キャップにステンレススチールメッシュが含まれることを特徴とする請求項３１項記載の質量分離装置。
【請求項３４】
前記第一部材セットが前記第二部材セットに対して直交することを特徴とする請求項３０項記載の質量分離装置。
【請求項３５】
サンプル投入口と、
前記サンプル投入口から少なくともサンプルの一部を受け取るように構造化された、各部材が面を備えた第一及び第二電極部材セットを含む質量分離装置であって、前記質量分離装置の断面中において、前記第一部材セットの面が互いに向かい合い、前記第二部材セットの面が互いに向かい合い、前記第一及び第二部材セットの対向する面によって前記第一部材セットの対向する面間に介在する間隔の半分に相当する第一間隔と前記第二部材セットの対向する面間に介在する間隔の半分に相当する第二間隔から構成される容積が画定され、前記第一間隔の前記第二間隔に対する比が約０．８４ないし約１．２の範囲内になるように構成された前記質量分離装置と、
前記質量分離装置からイオンを受け取り及び検出するように構造化された検出器と、
から構成される質量分析計。
【請求項３６】
前記サンプル投入口が毛管膜から成ることを特徴とする請求項３５項記載の質量分析計。
【請求項３７】
前記質量分離装置が少なくともサンプルの一部をイオン化し、及び少なくとも前記イオン化されたサンプルの一部を分離するように構造化されたことを特徴とする請求項３５項記載の質分析計。
【請求項３８】
前記質量分離装置がイオントラップから成ることを特徴とする請求項３５項記載の質量分析計。
【請求項３９】
前記イオントラップが円筒形イオントラップから成ることを特徴とする請求項３８項記載の質量分析計。
【請求項４０】
前記第一部材セットの部材面が前記円筒形イオントラップの少なくとも１個の端キャップ内面から成り、前記第二部材セットの部材面が前記円筒形イオントラップのリング電極内面から成ることを特徴とする請求項３９項記載の質量分析計。
【請求項４１】
前記端キャップにさらに開口部が含まれることを特徴とする請求項４０項記載の質量分析計。
【請求項４２】
前記端キャップにステンレススチールメッシュが含まれることを特徴とする請求項４１項記載の質量分析計。
【請求項４３】
前記開口部が前記容積中心と一直線に並ぶことを特徴とする請求項４０項記載の質量分析計。
【請求項４４】
前記円筒形イオントラップに、前記比に相関する前記端キャップの各個と前記リング電極間の電極スペーシング間隔がさらに含まれることを特徴とする請求項４０項記載の質量分析計。
【請求項４５】
前記電極スペーシング間隔がスペーサー最大ファクターによって前記比に相関されることを特徴とする請求項３５項記載の質量分析計。
【請求項４６】
前記電極スペーシング間隔が前記第二間隔の前記スペーサー最大ファクター倍の積よりも小さいことを特徴とする請求項３５項記載の質量分析計。
【請求項４７】
前記円筒形イオントラップがステンレススチールから成ることを特徴とする請求項３９項記載の質量分析計。
【請求項４８】
前記検出器が電子乗数検出器から成ることを特徴とする請求項３５項記載の質量分析計。
【請求項４９】
中心部分をもつ長さと本体部の第一端から前記本体部の第二端まで延びる開口部を有する本体部と、
前記本体部の前記第一端に隣接し、前記第一端に最も近くかつ前記中心部分から一定間隔が空けられた面をもつ第一端キャップと、
前記本体部の前記第二端に隣接し、前記第二端に最も近くかつ前記中心部分から前記間隔が空けられた面をもつ第二端キャップとを含んで構成されるイオントラップであって、
前記本体部及び端キャップによって前記第一及び第二端キャップ面間かつ前記開口部内に容積が画定され、前記容積が前記間隔及び前記開口部の半径から成り、前記半径の前記間隔に対する比が約０．８４ないし約１．２の範囲内となることを特徴とする前記イオントラップ。
【請求項５０】
前記本体部及び前記端キャップがステンレススチールから成ることを特徴とする請求項４９項記載のイオントラップ。
【請求項５１】
前記イオントラップが円筒形イオントラップから成ることを特徴とする請求項４９項記載のイオントラップ。
【請求項５２】
少なくとも１台が０．８４ないし１．２の範囲内のＺ０／ｒ０比をもつイオントラップである縦に並んだ少なくとも２台の質量分離装置を含んで構成される質量分析計。
【請求項５３】
前記質量分離装置が直列に配置されることを特徴とする請求項５２項記載の質量分析計。
【請求項５４】
前記質量分離装置が並列に配置されることを特徴とする請求項５２項記載の質量分析計。
【請求項５５】
イオン源をさらに含み、及び前記質量分離装置が前記イオン源からイオンを受け取ることを特徴とする請求項５２項記載の質量分析計。
【請求項５６】
前記双方の質量分離装置がイオントラップから成ることを特徴とする請求項５２項記載の質量分析計。
【請求項５７】
前記イオントラップのそれぞれが円筒形イオントラップから成ることを特徴とする請求項５２項記載の質量分析計。
【請求項５８】
前記縦に並んだ質量分離装置がそれぞれ異なるｒ０パラメータをもつことを特徴とする請求項５２項記載の質量分析計。
【請求項５９】
前記縦に並んだ質量分析計の双方が約０．８４ないし約１．２の範囲内のＺ０／ｒ０比を持つことを特徴とする請求項５８項記載の質量分析計。
【請求項６０】
前記少なくとも２台の質量分離装置へイオンを与える少なくとも２つのイオン源をさらに含むことを特徴とする請求項５２項記載の質量分析計。
【請求項６１】
分析対象のサンプルをイオン化して一定の質量／電荷比をもつ分析対象物を生成する工程と、
断面において、前記第一部材セットの面が互いに向き合わされ、前記第二部材セットの面が互いに向き合わされ、前記第一部材セット及び前記第二部材セットの面によって容積が画定され、前記容積は前記第一部材セットの対向する面間に介在する間隔の半分に相当する第一間隔と前記第二部材セットの対向する面間に介在する間隔の半分に相当する第二間隔から成り、前記第一間隔の前記第二間隔に対する比が約０．８４ないし約１．２の範囲内であるように構成された、各部材が面を構成する第一及び第二電極部材セットを含む質量分離装置へ前記分析対象物を移動させる工程と、
前記部材セットへ前記容積内に前記分析対象物を前記容積内に保持する第一電界を生成する第一電圧を与える工程と、
前記部材セットへ前記容積内に前記分析対象物を前記容積から放出させる第二電界を生成する第二電圧を与える工程と、
前記容積からの前記分析対象物の放出に際して前記分析対象物を検出する工程と、
から構成される分析方法。
【請求項６２】
前記質量分離装置が円筒形イオントラップから成り、前記第一部材面が端キャップ面から成り、及び前記第二部材面がリング電極内面から成ることを特徴とする請求項６１項記載の方法。
【請求項６３】
前記円筒形イオントラップがステンレススチールから成ることを特徴とする請求項６１項記載の方法。
【請求項６４】
前記端キャップにメッシュが含まれることを特徴とする請求項６２項記載の方法。
【請求項６５】
前記端キャップが中心に位置する開口部をもつ固体材料から成ることを特徴とする請求項６２項記載の方法。
【請求項６６】
前記第一及び第二電圧を与えることによって単一の質量対電荷比をもつ分析対象物が保持され及び放出されることを特徴とする請求項６１項記載の方法。
【請求項６７】
前記第一及び第二電圧を与えることにより一定範囲の質量対電荷比をもつ分析対象物が保持され及び放出されることを特徴とする請求項６１項記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２００６−５１６３５１（Ｐ２００６−５１６３５１Ａ）
【公表日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−５５７５８８（Ｐ２００４−５５７５８８）
【出願日】平成１５年１２月２日（２００３．１２．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０３８５８７
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０５１２２５
【国際公開日】平成１６年６月１７日（２００４．６．１７）
【出願人】（５０５１９９４２９）グリフィン アナリティカル テクノロジーズ， インク． (1)
【出願人】（３０６０１０８４２）
【出願人】（３０６０１０８５３）
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年１２月２日（２００３．１２．２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０３８５８７
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０５１２２５
【国際公開日】平成１６年６月１７日（２００４．６．１７）
【出願人】（５０５１９９４２９）グリフィン アナリティカル テクノロジーズ， インク． (1)
【出願人】（３０６０１０８４２）
【出願人】（３０６０１０８５３）
【Ｆターム（参考）】
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