ＲＦ単独多重極におけるＲＦ電界と軸方向ＤＣ電界との組合せの発生
【課題】質量分析計で使用されるＲＦ単独多重極構造を提供する。
【解決手段】ＲＦ単独多重極は、各多重極ロッド本体の周りに形成された螺旋状の抵抗経路を含む。イオンを多重極内部を通してその縦方向軸線に沿って推進させるのを助ける半径方向に閉じ込めるＲＦ場及び軸方向ＤＣ場を生成するために、ＲＦ電圧が、ロッド本体及び抵抗経路に印加され、ＤＣ電圧が、抵抗経路に印加される。１つの実施例では、抵抗経路は、ロッド本体上に形成されたネジ山間に形成された溝に敷かれたニクロムのような抵抗性材料のワイヤの形態を取る。本発明のＲＦ単独多重極は、補助ロッド又は類似の補足的構造を使用して軸方向ＤＣ場を発生させる必要性を排除する。
【解決手段】ＲＦ単独多重極は、各多重極ロッド本体の周りに形成された螺旋状の抵抗経路を含む。イオンを多重極内部を通してその縦方向軸線に沿って推進させるのを助ける半径方向に閉じ込めるＲＦ場及び軸方向ＤＣ場を生成するために、ＲＦ電圧が、ロッド本体及び抵抗経路に印加され、ＤＣ電圧が、抵抗経路に印加される。１つの実施例では、抵抗経路は、ロッド本体上に形成されたネジ山間に形成された溝に敷かれたニクロムのような抵抗性材料のワイヤの形態を取る。本発明のＲＦ単独多重極は、補助ロッド又は類似の補足的構造を使用して軸方向ＤＣ場を発生させる必要性を排除する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、質量分析計の分野に関し、より具体的には、質量分析計で使用されるＲＦ単独多重極構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦ単独多重極構造は、イオンガイド及び／又は衝突セルとして質量分析計に広く使用されている。一般的に、ＲＦ単独多重極は、イオンが通過する内部領域に境界付けする４つ又はそれよりも多くの細長いロッドから成る。イオンは、多重極ロッドセットに軸方向に入ったり出たりする。高周波（ＲＦ）電圧が相対するロッド対に印加され、イオンを半径方向に閉じ込めてロッドとの衝突から生じるイオン損失を防ぐＲＦ場を生成する。ＲＦ単独多重極は、半径方向平面でのＤＣ電界成分を利用して質量対電荷（ｍ／ｚ）比に従ってイオンの分離を可能にする標準的な四重極質量フィルタとは作動的に区別することができ、その名が示す通り、ＲＦ単独多重極は、半径方向平面でのＤＣ電界成分を省き、従って、異なるｍ／ｚ比を有するイオンの通過を可能にする。
【０００３】
多くの質量分析計において、イオン源（エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）源、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）源、並びにマトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）源のある一定のタイプのような）は、質量アナライザ領域での圧力に比べて有意に高い圧力で作動する。衝突減衰効果（多重極内のイオンの運動エネルギを低減する）により、多重極の縦方向軸線に沿ってイオンを推進するのを助けるために高圧又は中間圧力領域に位置するＲＦ単独多重極に軸方向ＤＣ電界を供給することが望ましいか又は必要になる場合がある。軸方向ＤＣ電界の発生は、一般的に、（ｉ）セグメント間の可変ＤＣオフセット電圧を有するセグメント化されたＲＦ単独多重極、（ｉｉ）ＲＦロッド間の間隙に位置決めされた適切に傾斜した又は成形された補助金属ロッド、又は（ｉｉｉ）主ＲＦロッド間に位置してそれにほぼ平行に配列された１組の補足的な補助ロッド（抵抗性金属で保護された金属セグメント又はアイソレータ）を使用することによって達成される。最後の場合では、軸方向ＤＣ電位の勾配は、第１電圧を補助ロッドの対応する第１の端部に、更に、第２電圧を対応する第２（反対の）ロッド端部に印加することによってもたらされる。ＲＦ単独多重極に軸方向ＤＣ電界を発生させるための補助ロッド及び関連する技術の使用は、例えば、「軸方向ＤＣ場を有する四重極」という名称のＴｈｏｍｓｏｎ他による米国特許第６，１１１，２５０号に開示されている。
【０００４】
ＲＦ単独多重極での補助ロッドの実施は、問題があることが多く、質量分析計の作動を複雑にし、及び／又はその性能を損なう場合がある。注意すべき作動的に重要な問題は、多重極の主縦方向軸線に直交する半径方向平面におけるＤＣ電位は、両方のロッドセットの幾何学的形状及び印加されるＤＣ電圧の差に応じて角度位置及び半径方向位置が著しく変わる場合があるということである。ＤＣ電位の低い均一性は、特に主縦方向軸線からのイオン軌道の大きな偏位が発生した場合にイオン透過効率に悪影響を及ぼす場合がある。更に、補助ロッドセットの存在は、サンプルを脱着してイオン化するために使用されるレーザビームの光路を妨害する場合がある。これらの問題及び欠点の観点から、ＲＦ単独多重極に軸方向ＤＣ場をもたらすための改良された技術に対する必要性が当業技術に存在する。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，１１１，２５０号
【発明の開示】
【０００６】
本発明の第１の態様によると、ＲＦ単独多重極は、離間して相互に平行の関係に保持された少なくとも４つの細長い導電ロッドから構成されている。各ロッドは、その外面に螺旋状の抵抗経路を配置している。抵抗経路は、ロッドの表面上に形成されたネジ山間に定められた螺旋状の溝に敷かれた抵抗材料のワイヤとして実施することができる。隔離層は、ワイヤをロッドから絶縁するためにワイヤと導電性ロッドの間に挟み込むことができる。ＲＦ電圧が、ワイヤへの容量結合を通じてＲＦロッド本体とワイヤの両方の端末とに印加され、多重極の内部を通って移動するイオンを半径方向に閉じ込めるＲＦ電界を生成することができる。軸方向ＤＣ場は、ワイヤ間に第１及び第２ＤＣ電圧を印加することによって確立される。得られる軸方向ＤＣ場は、多重極の縦方向軸線に沿ってイオンの推進を助け、補助ロッドの使用とそれに付随する問題を防ぐ。
【０００７】
本発明の別の態様によると、イオン源と質量分析計の間に延びる経路のセグメントに沿ってイオンを導くために上述の概略説明のＲＦ単独多重極を有する質量分析計システムが提供される。特定の実施においては、イオン源は、ＭＡＬＤＩイオン源であり、レーザビーム経路は、ＲＦ単独多重極の内部領域を通って投影される。レーザビームは、隣接するロッド間の間隙を通って内部領域に入ることができる。対比として、従来技術のイオンガイドにおける補助ロッド又は他の補足構造の配置は、レーザビームの内部領域内への通路を塞ぎ、それによって内部にビームを入れるのにＲＦロッドの１つに開口を形成するか、又は多重極とサンプルプレートの間の空間にレーザビームを送出することを必要とする。後者の手法は、レーザビームの入射角の使用可能な範囲及びスポットの幾何学的形状を制限する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明の実施形態に従って構成されたＲＦ単独多重極１１０を含むＭＡＬＤＩ質量分析計１００の概略図である。質量分析計１００は、単にＲＦ単独多重極１１０が有利に利用される環境の例示的な実施例であること、及びこの実施例の表示は、ＲＦ単独多重極１１０をＭＡＬＤＩシステム又は他の特定の計器又は環境で使用することに制限するように解釈すべきでないことを理解すべきである。
【０００９】
図１に示すように、レーザ１２０は、放射線１２５のパルスビームをサンプルプレート１４０上に配置されたサンプル１３０に向けるように位置決めされている。平行移動可能サンプルプレートホルダ１５０は、サンプルプレート１４０を支え、サンプル１３０の選択された部分を放射ビーム１２５に整列させるように構成されている。サンプル１３０は、一般的に、１つ又はそれよりも多くの検体物質の分子が放射ビーム１２５の波長で極めて吸収性のある材料の分子と共に包含される結晶の形式を取ることになる。放射ビーム１２５のエネルギの一部は、サンプル１３０によって吸収され、検体分子の一部をサンプル１３０から脱着させてイオン化させる。
【００１０】
サンプルプレートから放出された検体イオンは、ＲＦ多重極１１０の内部領域１５５にその入口端を通って移動され、ＤＣ場の影響下にある主又は縦方向軸線１６０に沿って多重極１１０の出口まで移動する。図２−６に関して以下に説明するように、ＲＦ単独多重極１１０は、ＤＣ及びＲＦ電圧が半径方向ＲＦ及び軸方向ＤＣ場の生成のために加えられるように、螺旋状の抵抗経路を各々が配置している複数の平行な細長いロッドから構成することができる。ＲＦ場は、半径方向（すなわち、主軸１６０に直交する平面）におけるイオンの動きを制限するように作動する。イオンの衝突集束はまた、イオンが多重極の下流に位置決めされたイオン光のオリフィス板又は中央通路を通って効率的に移動されるように、主軸に近い領域にイオンを維持しておくのを助けることができる。
【００１１】
放射ビーム１２５が図１に示すように内部領域１５５の少なくとも一部を通って発射されることをある一定の計器幾何学的形状が決めることができる点に注意すべきである。ロッド間の間隙が、軸方向ＤＣ場を生成するのに使用される補助ロッド又は他の補足構造によって覆い隠される場合、計器設計者は、放射ビーム１２５の通過が可能になる開口を用いてＲＦ単独多重極の１つ又はそれよりも多くのロッドを適応させることが必要であることを見出している。これらの開口の存在は、質量分析計１００の作動に悪影響を与えるか又は作動を複雑にするＲＦ及びＤＣ場の不規則性を生じる場合がある。
【００１２】
質量分析計１７０は、線形イオントラップ、四重極、飛行時間型（ＴＯＦ）分析計、又はその質量対電荷（ｍ／ｚ）比に従ってイオンを分離及び検出することができるあらゆる他の適切な構造とすることができる。イオンの通過を可能にするためのオリフィス１８５を有するオリフィス板１８０（又は、一連のオリフィス板）は、一般的に、ＲＦ単独多重極１１０と質量分析計１７０間のイオン経路に配置され、質量分析計１７０が設けられているチャンバでの必要な低圧の発生を可能にする。更に、順次的により低い圧力の１つ又はそれよりも多くの中間チャンバは、ポンピング要件を低減するためにイオン経路に配置することができる。質量分析計１００の様々なチャンバを囲んで形成するハウジング、筐体、及び他の構造は、分り易くかつ簡潔にするために図１から省かれていることに注意されたい。当業者は、イオンを方向付け、及び／又は集束させるために、静電レンズ、イオンガイド、及びスキマーなどのような付加的なイオン光学要素をイオン経路に沿って配置することができること、及びこのような要素をＲＦ単独多重極１１０の上流又は下流のいずれかに位置決めすることができることを認識するであろう。
【００１３】
ＲＦ単独多重極１１０は、イオンガイドとしての実施の観点で上述されたが、この実施は、制限ではなく例証的なものであり、以下に示されている性質及び説明のＲＦ単独多重極は、衝突又は反応セルとして又は他の適切な用途及び目的のために利用することができることを理解すべきである。
【００１４】
ここで図２を参照すると、ほぼ同一構成の構成ロッド２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、及び２１０ｄを有するＲＦ単独多重極１１０の斜視図が示されている。各ロッドは、ほぼ円筒形であり、前端又は近位端と後端又は遠位端との間に延びている。他の実施では、ロッドは、望ましい特性を半径方向ＲＦ場に供給するために（例えば、より高次オーダーの場の成分を取り除くか又は追加するために）又は製造を容易にしてコストを低減するために、非円形断面の外見（例えば、双曲線又は矩形の形状）を有することができる。ロッドは、離間した相互に平行の関係で（縦方向軸線１６０に平行に）配置され、対応する第１端と第２端の面が半径方向２５０及び２６０によって定められたそれぞれの平面に整列するように等しい長さであり、縦方向に共に広がっている。隣接するロッド間の横間隔は、ロッドの中心が半径方向平面において正方形を形成するように同一である。当業技術で公知のように、多重極１１０は、一般的に、望ましい方式でロッドの間隔及び向きを固定するセラミックのような絶縁材料から製造された２つ又はそれよりも多くのホルダ構造（図示せず）を含むことになる。
【００１５】
説明を明確にするためにロッドが比較的広く離間して示されているが、当業者は、一般的なイオンガイド用途のための隣接するロッド間の実際の間隔が図に示されているものよりもかなり小さくなることを認識するであろう。例えば、０．１２５インチの断面半径を有する円筒形のロッドを利用する例示的なイオンガイド用途は、約０．１０９インチの内接円半径（多重極ロッドの内側に向けられた表面に接した円の半径）を有することができる。
【００１６】
図２に示すように、各ロッドは、ロッドの長さを横断する螺旋状経路を表す対応するワイヤ２４０ａ−ｄをその表面上に配置している。ワイヤは、対応するロッド前端２２０ａ−ｄ又はこれらに隣接して位置決めされた第１端と、ロッド後端２３０ａ−ｄ又はこれらに隣接して位置決めされた第２端との間に延びている。以下に詳細に説明するように、軸方向ＤＣ場は、各ロッドで第１ＤＣ電圧ＤＣ1をワイヤ２４０の第１端に、第２ＤＣ電圧ＤＣ2（ＤＣ1とは異なる）を第２端に印加することによって多重極内部領域１５５内で生成される。印加される第１及び第２ＤＣ電圧ＤＣ1及びＤＣ2は、各ロッドに対して同じである。正に帯電しているイオンが多重極１１０によって導かれる用途では、第１及び第２電圧は、ＤＣ2＜ＤＣ1がイオン移動の向きで負の電圧勾配を設定するように選択され、逆に、負に帯電しているイオンの移動は、移動の向きで正の電圧勾配を生成するためにＤＣ2＞ＤＣ1を要求することになる。望ましい軸方向ＤＣ場強度（電圧／単位長として表される）は、特定の用途の要件及び条件に依存することになる。多くの場合、０．０５−０．５ボルト／センチメートルの軸方向電界強度は、許容できないイオン分解率なしに満足のいく軸方向イオン移動を達成するのに適することになり、５インチ（１２．７センチメートル）の長さと０．３Ｖ／ｃｍの軸方向電界強度を有するロッドでは、僅かに約４ボルトの電圧差（（ＤＣ2−ＤＣ1）の絶対値）が必要である。最適軸方向電界強度は、多重極での圧力の問題、イオン移動のタイミングにおける要件、及び散乱及び分解によるイオン損失に依存することになる。
【００１７】
図３は、多重極１１０の他のロッド２１０ｂ−ｄにその構造及び構成において同一であるＲＦ単独多重極１１０のロッド２１０ａの１つの部分側面図である。ロッド２１０ａは、ロッドの全長に沿って延びる外側ネジ山３２０を有するようになったほぼ円筒形のロッド本体３０５から成る。例示的な実施では、ロッド２１０ａは、８０巻回／インチ、すなわち、０．０１２５インチのピッチ（隣接するネジ山上の対応するポイント間の横方向の間隔）を有するネジ山３２０を有するようになっている。ニクロム又はタングステンのような電気的に抵抗性のある材料から製造されたワイヤ２４０ａが、隣接するネジ山３２０間に定められた溝３３０に着座しており、それによってワイヤ２４０ａは、螺旋状の抵抗経路を表している。ワイヤ２４０ａは、ロッド２１０ａの前端２２０ａ又はその近くに位置決めされた第１端と、後端２３０ａ又はその近くに位置決めされた第２端を有する。ワイヤ材料及び直径（ゲージ）の選択は、抵抗の問題（電力損失を抑制する）並びに機械的及び熱的特性に基づくものとすることができる。０．２５インチの直径及び０．０１２５インチのネジ山ピッチを有する５インチ長のロッドの上述の実施例では、０．００７インチの直径及び約１２．８９オーム／フットの抵抗を有する３３ＡＷＧニクロムワイヤを使用することができ、約３３５オームの総抵抗及び約０．１９Ｗ／ロッドの電力損失を生じる。
【００１８】
上述のように、ワイヤ２４０ａへのＤＣ電圧の印加は、多重極１１０を通るイオンを推進する多重極内部領域１５５内での軸方向ＤＣ勾配を生成する。同じＤＣ電位があらゆる所定の軸方向位置にある全ＲＦロッドに加えられるので、多重極の内側のＤＣ電位は、主軸に直交する半径方向平面において均一の分布を有することになる。一般的には、高い程度の滑らかさを有する軸方向ＤＣ電圧プロフィール、すなわち、線形プロフィールにできるだけ近づくプロフィールを生成することが望ましい。線形性からかなり外れると、イオンビームの焦点ぼけ又はバンチングを引き起こす場合があり、及び／又は他の作動的に有害な影響を有する場合がある。軸方向ＤＣ電圧プロフィールの線形性の程度は、主に、ロッドネジ山寸法及び形状から結果として生じるワイヤ２４０の巻回間の横方向間隔の規則性及びその値によって影響を受ける。結果生じた軸方向電界プロフィールが極めて直線的でない成分を有する場合があるので、過度に粗いネジ山（ネジ山／単位長の低い値を有するネジ山）を有するロッドの使用は、好ましくない。
【００１９】
好ましい実施形態では、軸方向ＤＣ場強度が多重極１１０の全縦方向の範囲（又はその実質的な部分）に沿って均一になると考えられる。しかし、ある一定の代替的な実施形態では、多重極の主軸に沿って変わる（例えば、段階的な又は連続的な方式で）軸方向電界強度を供給することが望ましい。この条件は、ワイヤの横方向間隔を変えることにより、及び／又はワイヤの寸法又は材料（及び従ってその抵抗／単位長）をロッドの長さに沿って変えることによって達成することができる。
【００２０】
図２及び３に示す実施形態では、ワイヤ２４０ａは、ＲＦ及びＤＣ電圧の両方を運ぶことが好ましい。結合されたＲＦ及びＤＣ電圧は、ＲＦ電圧に重畳された第１ＤＣ電圧ＤＣ1をロッド２１０ａの前端に対応するワイヤ２４０ａ上の第１位置に接続することにより、更に、ＲＦ電圧に重畳された第２ＤＣ電圧ＤＣ2をロッド後端に対応するワイヤ２４０ａ上の第２位置に接続することにより、ワイヤ２４０ａに印加される。しかし、電圧が接続される２つの位置は、必ずしもワイヤの端にある必要はない。ＲＦ電圧は、内部領域にイオンを半径方向に閉じ込める半径方向ＲＦ場を生成する（他のロッドの両端に印加されたＲＦ電圧と共に）。
【００２１】
ワイヤ２４０ａを導電ロッド本体３０５から絶縁し、同時にワイヤとロッド本体の間の強力な容量結合を供給するために、薄い隔離層をロッド２１０ａの外側境界に形成することができる。ここで図４を参照すると、図３の破線の楕円によって囲まれた区域に対応するロッド２０２ａの部分的な縦断面図が示されており、隔離層４１０は、ワイヤ２４０ａとロッド本体３０５の間に挟み込まれ、その間の電流の直接的な流れを阻止する働きをする。好ましい実施では、隔離層４１０の材料及び厚みは、ロッド本体３０５でのＲＦ電流の流れが多重極の内側空間に向かい合うロッド表面上の全位置で均一のＲＦ電位を引き起こすように、ワイヤ２４０ａとロッド本体３５０の間のほぼ容量性の連結を可能にするように選択され、従って、ワイヤとロッド本体の両方がＲＦ場の生成に大きく関わっている。
【００２２】
隔離層４１０は、いくつかの適切な技術のいずれか１つによって形成することができる。１つの実施例では、ロッド２１０ａは、アルミニウムから作られ、隔離層４１０は、約５０μｍの厚みを有する絶縁酸化層をロッド２０２ａ表面に隣接して形成する当業技術で公知の硬陽極酸化処理によって生成される。代替的に、隔離層４１０は、ロッド本体３０５の外側に絶縁材料の薄い層を堆積させる（例えば、蒸発又はスパッタリング処理を使用する）ことによって形成することができる。別の代替例では、絶縁シース又はジャケットを有するワイヤを利用することができるが、ロッド表面に存在する静電荷を防ぐためにロッド２０２ａに接していない絶縁シースの部分を取り除く必要がある。
【００２３】
図５は、ロッド２１０ａ−ｄの前端２２０ａ−ｄと後端２３０ａ−ｄにそれぞれ対応する第１及び第２位置でのワイヤ２４０ａ−ｄへの電気接続を概略的に示している。図５の左側部分に示すロッド前端での接続から始めて、ＲＦ電圧電源５０２によって供給されるＲＦ電圧の１つの相（「＋」でラベル付けされている）が第１ＤＣ電圧ＤＣ1（ＤＣ電圧電源５０４によって供給される）と結合され、前端２２０ａ及び２２０ｃの近くの第１位置でワイヤ２４０ａ及び２４０ｃに連結される。ＲＦ電圧電源５０２の反対側の相（「−」でラベル付けされている）は、同様に第１ＤＣ電圧ＤＣ1と結合され、対応するロッド前端２２０ｂ及び２２０ｄの近くの位置でワイヤ２４０ｂ及び２４０ｄに連結される。
【００２４】
ここで図５の右側部分を参照すると、ＲＦ電圧の＋相が第２ＤＣ電圧ＤＣ2（ＤＣ電圧電源５０４によって供給される）と結合され、ロッド後端２３０ａ及び２３０ｃの近くの第２位置でワイヤ２４０ａ及び２４０ｃに連結される。ＲＦ電圧の−相は、第２ＤＣ電圧ＤＣ2と結合され、ロッド後端２３０ｂ及び２３０ｄの近くの第２位置でワイヤ２４０ｂ及び２４０ｄに連結される。
【００２５】
別の実施例では、各ワイヤ２４０ａ−ｄは、対応するロッド本体と電気的に接して配置されたその端部の一方を有し、ワイヤ端とロッド本体に同一のＲＦ及びＤＣ電圧を供給することができ、同時に、各ワイヤ２４０ａ−ｄの反対側の端部は、反対側の端部がロッド本体に接している端部に比べて同じＲＦ電圧であるが異なるＤＣ電圧に保たれるように、ロッド本体から絶縁されている。
【００２６】
ＤＣ電圧電源５０４は、ＤＣ電源回路への望ましくない振動性成分の通過を取り除くためにローパスフィルタ又は類似の回路を含むことができる。ＲＦ及びＤＣ電圧は、当業技術で公知の変圧器回路又は他の方法を使用して結合することができる。
【００２７】
ワイヤ２４０ａ−ｄへのＤＣ電圧の印加は、ワイヤ抵抗及び電流に依存する量であるワイヤの抵抗加熱を引き起こすことになる点に注意されたい。ワイヤ２４０ａ−ｄによって生成される熱は、イオン溶媒／マトリックスクラスターの分解及び／又はあらゆる残りの溶媒の蒸発を容易にするために、多重極の内部領域の温度を上げるのに有利に利用することができる。加熱の著しい量が望ましい場合、次に、抵抗／単位長の比較的低い値を有するワイヤを利用することができ（所定の電圧差に対して、抵抗加熱の量はワイヤ抵抗に反比例するので）、逆に、加熱が好ましくない場合には、抵抗／単位長の比較的高い値を有するワイヤを利用することができる。
【００２８】
本発明により構成されたＲＦ単独多重極を利用することによって達成される半径方向平面でのＤＣ場の均一性における改良は、図７及び８に関して良く理解することができる。図７は、軸方向ＤＣ勾配を生成するために補助ロッドを利用する従来技術のＲＦ単独多重極での半径方向平面ＤＣ電位変化を表している。この実施例では、多重極の内側の中心点が２．２２５ＶのＤＣ電位に維持されている。図７に描かれた等電位線は、２．００Ｖ、２．２２Ｖ、２．５０Ｖ、及び３．００ＶのＤＣ電位に対応しており、多重極の内側のＤＣ電位が角度及び半径方向位置によって大きく変化する方法を示している。背景技術の節で説明したように、ＤＣ電位の劣っている均一性は、特に主要な縦方向軸線からイオン経路が大きく逸れた場合に、イオン移動効率に悪影響を与える場合がある。
【００２９】
図８は、本発明の好ましい実施形態に従って構成されたＲＦ単独多重極での半径方向平面ＤＣ電位分布を表している。図７に示して上述したＤＣ場に存在する大きな空間的な不均一性と大いに異なって、図８は、ＤＣ電位が多重極の内部領域内でほぼ均一であり（２．２２５Ｖの例示的な値を有する）、半径方向位置及び角度位置によってそれ程変化しないことを示している。２．２２４５Ｖ及び２．２２４７ＶのＤＣ電位に対応する等電位線は、半径方向ＤＣ電位勾配が多重極内部領域の外側でも比較的小さいことを示している。従って、本発明のＲＦ単独多重極は、従来技術のイオンガイド装置に存在する不均一な半径方向平面ＤＣ電位に関連したイオン移動効率の低下を防止する。
【００３０】
図６は、ロッド２１０に対するＲＦ単独多重極１００において代用することができるロッド６１０の代替的な構成を示している。ロッド６１０は、セラミックのような絶縁材料から形成された円筒形ロッド本体６２０を有する。ロッド６１０に沿って螺旋状の抵抗経路６３０を表す抵抗材料の薄い膜が、ロッド本体６２０の表面上に堆積されている。螺旋状の導電経路６４０は、銅、金、又はアルミニウムのような高導電材料の薄い膜を堆積させることによってロッド表面上に生成される。螺旋状抵抗経路の抵抗率は、２つのトレース間の容量結合による重大なＲＦ電力損失を防ぐほど十分に高く選択されるべきである。抵抗性及び導電性経路の対応する巻回は、経路を互いから絶縁するのに十分な間隔だけ横方向にオフセットされる。この構成では、ＤＣ電圧が抵抗経路６３０の両端に印加され、軸方向ＤＣ場を生成する。イオンを内部領域１５５に半径方向に閉じ込める半径方向ＲＦ場は、導電経路６４０にＲＦ電圧を印加することによって生成される。抵抗経路の巻回間の横方向の間隔は、作動的に満足できるレベルでＲＦ及びＤＣ場での空間的不規則性を維持するほど十分に小さくなくてはならない。１つの実施例では、抵抗経路６３０と導電経路６４０の幅は約３００μｍであり、２つの経路の隣接する巻回間の分離（すなわち、経路の対応する巻回間の距離）は、約２００μｍである。他の適切な方法を、抵抗及び／又は導電経路を構成するための薄膜堆積に代用することができる。
【００３１】
本発明をその詳細説明に関連して示したが、以上の説明は例証を目的としており、特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲を制限するものではないことは理解されるものとする。他の態様、利点、及び修正は、特許請求の範囲の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に従って構成され、かつサンプルプレートで生成されたイオンを移送するように位置決めされたＲＦ単独衝突多重極を含むＭＡＬＤＩイオン源質量分析計を示す概略図である。
【図２】ＲＦ単独多重極の斜視図である。
【図３】ＲＦ単独多重極のロッドの部分側面図である。
【図４】図３に示すＲＦ単独多重極の一部分の部分縦断面図である。
【図５】ＲＦ単独多重極のロッドの端部での抵抗経路の反対端への電気接続を示す概略図である。
【図６】本発明の代替的な実施形態に従って構成されたＲＦ単独多重極のロッドの部分側面図である。
【図７】従来技術の補助ロッド構造が軸方向ＤＣ場を発生するのに用いられる従来技術のＲＦ単独多重極における角度及び半径方向位置によるＤＣ電位の変動を示す図である。
【図８】本発明のＲＦ単独多重極によって達成された半径方向平面でのほぼ均一なＤＣ電位を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１１０ ＲＦ単独多重極
１６０ 縦方向軸線
２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ 構成ロッド
２５０、２６０ 半径方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、質量分析計の分野に関し、より具体的には、質量分析計で使用されるＲＦ単独多重極構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦ単独多重極構造は、イオンガイド及び／又は衝突セルとして質量分析計に広く使用されている。一般的に、ＲＦ単独多重極は、イオンが通過する内部領域に境界付けする４つ又はそれよりも多くの細長いロッドから成る。イオンは、多重極ロッドセットに軸方向に入ったり出たりする。高周波（ＲＦ）電圧が相対するロッド対に印加され、イオンを半径方向に閉じ込めてロッドとの衝突から生じるイオン損失を防ぐＲＦ場を生成する。ＲＦ単独多重極は、半径方向平面でのＤＣ電界成分を利用して質量対電荷（ｍ／ｚ）比に従ってイオンの分離を可能にする標準的な四重極質量フィルタとは作動的に区別することができ、その名が示す通り、ＲＦ単独多重極は、半径方向平面でのＤＣ電界成分を省き、従って、異なるｍ／ｚ比を有するイオンの通過を可能にする。
【０００３】
多くの質量分析計において、イオン源（エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）源、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）源、並びにマトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）源のある一定のタイプのような）は、質量アナライザ領域での圧力に比べて有意に高い圧力で作動する。衝突減衰効果（多重極内のイオンの運動エネルギを低減する）により、多重極の縦方向軸線に沿ってイオンを推進するのを助けるために高圧又は中間圧力領域に位置するＲＦ単独多重極に軸方向ＤＣ電界を供給することが望ましいか又は必要になる場合がある。軸方向ＤＣ電界の発生は、一般的に、（ｉ）セグメント間の可変ＤＣオフセット電圧を有するセグメント化されたＲＦ単独多重極、（ｉｉ）ＲＦロッド間の間隙に位置決めされた適切に傾斜した又は成形された補助金属ロッド、又は（ｉｉｉ）主ＲＦロッド間に位置してそれにほぼ平行に配列された１組の補足的な補助ロッド（抵抗性金属で保護された金属セグメント又はアイソレータ）を使用することによって達成される。最後の場合では、軸方向ＤＣ電位の勾配は、第１電圧を補助ロッドの対応する第１の端部に、更に、第２電圧を対応する第２（反対の）ロッド端部に印加することによってもたらされる。ＲＦ単独多重極に軸方向ＤＣ電界を発生させるための補助ロッド及び関連する技術の使用は、例えば、「軸方向ＤＣ場を有する四重極」という名称のＴｈｏｍｓｏｎ他による米国特許第６，１１１，２５０号に開示されている。
【０００４】
ＲＦ単独多重極での補助ロッドの実施は、問題があることが多く、質量分析計の作動を複雑にし、及び／又はその性能を損なう場合がある。注意すべき作動的に重要な問題は、多重極の主縦方向軸線に直交する半径方向平面におけるＤＣ電位は、両方のロッドセットの幾何学的形状及び印加されるＤＣ電圧の差に応じて角度位置及び半径方向位置が著しく変わる場合があるということである。ＤＣ電位の低い均一性は、特に主縦方向軸線からのイオン軌道の大きな偏位が発生した場合にイオン透過効率に悪影響を及ぼす場合がある。更に、補助ロッドセットの存在は、サンプルを脱着してイオン化するために使用されるレーザビームの光路を妨害する場合がある。これらの問題及び欠点の観点から、ＲＦ単独多重極に軸方向ＤＣ場をもたらすための改良された技術に対する必要性が当業技術に存在する。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，１１１，２５０号
【発明の開示】
【０００６】
本発明の第１の態様によると、ＲＦ単独多重極は、離間して相互に平行の関係に保持された少なくとも４つの細長い導電ロッドから構成されている。各ロッドは、その外面に螺旋状の抵抗経路を配置している。抵抗経路は、ロッドの表面上に形成されたネジ山間に定められた螺旋状の溝に敷かれた抵抗材料のワイヤとして実施することができる。隔離層は、ワイヤをロッドから絶縁するためにワイヤと導電性ロッドの間に挟み込むことができる。ＲＦ電圧が、ワイヤへの容量結合を通じてＲＦロッド本体とワイヤの両方の端末とに印加され、多重極の内部を通って移動するイオンを半径方向に閉じ込めるＲＦ電界を生成することができる。軸方向ＤＣ場は、ワイヤ間に第１及び第２ＤＣ電圧を印加することによって確立される。得られる軸方向ＤＣ場は、多重極の縦方向軸線に沿ってイオンの推進を助け、補助ロッドの使用とそれに付随する問題を防ぐ。
【０００７】
本発明の別の態様によると、イオン源と質量分析計の間に延びる経路のセグメントに沿ってイオンを導くために上述の概略説明のＲＦ単独多重極を有する質量分析計システムが提供される。特定の実施においては、イオン源は、ＭＡＬＤＩイオン源であり、レーザビーム経路は、ＲＦ単独多重極の内部領域を通って投影される。レーザビームは、隣接するロッド間の間隙を通って内部領域に入ることができる。対比として、従来技術のイオンガイドにおける補助ロッド又は他の補足構造の配置は、レーザビームの内部領域内への通路を塞ぎ、それによって内部にビームを入れるのにＲＦロッドの１つに開口を形成するか、又は多重極とサンプルプレートの間の空間にレーザビームを送出することを必要とする。後者の手法は、レーザビームの入射角の使用可能な範囲及びスポットの幾何学的形状を制限する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明の実施形態に従って構成されたＲＦ単独多重極１１０を含むＭＡＬＤＩ質量分析計１００の概略図である。質量分析計１００は、単にＲＦ単独多重極１１０が有利に利用される環境の例示的な実施例であること、及びこの実施例の表示は、ＲＦ単独多重極１１０をＭＡＬＤＩシステム又は他の特定の計器又は環境で使用することに制限するように解釈すべきでないことを理解すべきである。
【０００９】
図１に示すように、レーザ１２０は、放射線１２５のパルスビームをサンプルプレート１４０上に配置されたサンプル１３０に向けるように位置決めされている。平行移動可能サンプルプレートホルダ１５０は、サンプルプレート１４０を支え、サンプル１３０の選択された部分を放射ビーム１２５に整列させるように構成されている。サンプル１３０は、一般的に、１つ又はそれよりも多くの検体物質の分子が放射ビーム１２５の波長で極めて吸収性のある材料の分子と共に包含される結晶の形式を取ることになる。放射ビーム１２５のエネルギの一部は、サンプル１３０によって吸収され、検体分子の一部をサンプル１３０から脱着させてイオン化させる。
【００１０】
サンプルプレートから放出された検体イオンは、ＲＦ多重極１１０の内部領域１５５にその入口端を通って移動され、ＤＣ場の影響下にある主又は縦方向軸線１６０に沿って多重極１１０の出口まで移動する。図２−６に関して以下に説明するように、ＲＦ単独多重極１１０は、ＤＣ及びＲＦ電圧が半径方向ＲＦ及び軸方向ＤＣ場の生成のために加えられるように、螺旋状の抵抗経路を各々が配置している複数の平行な細長いロッドから構成することができる。ＲＦ場は、半径方向（すなわち、主軸１６０に直交する平面）におけるイオンの動きを制限するように作動する。イオンの衝突集束はまた、イオンが多重極の下流に位置決めされたイオン光のオリフィス板又は中央通路を通って効率的に移動されるように、主軸に近い領域にイオンを維持しておくのを助けることができる。
【００１１】
放射ビーム１２５が図１に示すように内部領域１５５の少なくとも一部を通って発射されることをある一定の計器幾何学的形状が決めることができる点に注意すべきである。ロッド間の間隙が、軸方向ＤＣ場を生成するのに使用される補助ロッド又は他の補足構造によって覆い隠される場合、計器設計者は、放射ビーム１２５の通過が可能になる開口を用いてＲＦ単独多重極の１つ又はそれよりも多くのロッドを適応させることが必要であることを見出している。これらの開口の存在は、質量分析計１００の作動に悪影響を与えるか又は作動を複雑にするＲＦ及びＤＣ場の不規則性を生じる場合がある。
【００１２】
質量分析計１７０は、線形イオントラップ、四重極、飛行時間型（ＴＯＦ）分析計、又はその質量対電荷（ｍ／ｚ）比に従ってイオンを分離及び検出することができるあらゆる他の適切な構造とすることができる。イオンの通過を可能にするためのオリフィス１８５を有するオリフィス板１８０（又は、一連のオリフィス板）は、一般的に、ＲＦ単独多重極１１０と質量分析計１７０間のイオン経路に配置され、質量分析計１７０が設けられているチャンバでの必要な低圧の発生を可能にする。更に、順次的により低い圧力の１つ又はそれよりも多くの中間チャンバは、ポンピング要件を低減するためにイオン経路に配置することができる。質量分析計１００の様々なチャンバを囲んで形成するハウジング、筐体、及び他の構造は、分り易くかつ簡潔にするために図１から省かれていることに注意されたい。当業者は、イオンを方向付け、及び／又は集束させるために、静電レンズ、イオンガイド、及びスキマーなどのような付加的なイオン光学要素をイオン経路に沿って配置することができること、及びこのような要素をＲＦ単独多重極１１０の上流又は下流のいずれかに位置決めすることができることを認識するであろう。
【００１３】
ＲＦ単独多重極１１０は、イオンガイドとしての実施の観点で上述されたが、この実施は、制限ではなく例証的なものであり、以下に示されている性質及び説明のＲＦ単独多重極は、衝突又は反応セルとして又は他の適切な用途及び目的のために利用することができることを理解すべきである。
【００１４】
ここで図２を参照すると、ほぼ同一構成の構成ロッド２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、及び２１０ｄを有するＲＦ単独多重極１１０の斜視図が示されている。各ロッドは、ほぼ円筒形であり、前端又は近位端と後端又は遠位端との間に延びている。他の実施では、ロッドは、望ましい特性を半径方向ＲＦ場に供給するために（例えば、より高次オーダーの場の成分を取り除くか又は追加するために）又は製造を容易にしてコストを低減するために、非円形断面の外見（例えば、双曲線又は矩形の形状）を有することができる。ロッドは、離間した相互に平行の関係で（縦方向軸線１６０に平行に）配置され、対応する第１端と第２端の面が半径方向２５０及び２６０によって定められたそれぞれの平面に整列するように等しい長さであり、縦方向に共に広がっている。隣接するロッド間の横間隔は、ロッドの中心が半径方向平面において正方形を形成するように同一である。当業技術で公知のように、多重極１１０は、一般的に、望ましい方式でロッドの間隔及び向きを固定するセラミックのような絶縁材料から製造された２つ又はそれよりも多くのホルダ構造（図示せず）を含むことになる。
【００１５】
説明を明確にするためにロッドが比較的広く離間して示されているが、当業者は、一般的なイオンガイド用途のための隣接するロッド間の実際の間隔が図に示されているものよりもかなり小さくなることを認識するであろう。例えば、０．１２５インチの断面半径を有する円筒形のロッドを利用する例示的なイオンガイド用途は、約０．１０９インチの内接円半径（多重極ロッドの内側に向けられた表面に接した円の半径）を有することができる。
【００１６】
図２に示すように、各ロッドは、ロッドの長さを横断する螺旋状経路を表す対応するワイヤ２４０ａ−ｄをその表面上に配置している。ワイヤは、対応するロッド前端２２０ａ−ｄ又はこれらに隣接して位置決めされた第１端と、ロッド後端２３０ａ−ｄ又はこれらに隣接して位置決めされた第２端との間に延びている。以下に詳細に説明するように、軸方向ＤＣ場は、各ロッドで第１ＤＣ電圧ＤＣ1をワイヤ２４０の第１端に、第２ＤＣ電圧ＤＣ2（ＤＣ1とは異なる）を第２端に印加することによって多重極内部領域１５５内で生成される。印加される第１及び第２ＤＣ電圧ＤＣ1及びＤＣ2は、各ロッドに対して同じである。正に帯電しているイオンが多重極１１０によって導かれる用途では、第１及び第２電圧は、ＤＣ2＜ＤＣ1がイオン移動の向きで負の電圧勾配を設定するように選択され、逆に、負に帯電しているイオンの移動は、移動の向きで正の電圧勾配を生成するためにＤＣ2＞ＤＣ1を要求することになる。望ましい軸方向ＤＣ場強度（電圧／単位長として表される）は、特定の用途の要件及び条件に依存することになる。多くの場合、０．０５−０．５ボルト／センチメートルの軸方向電界強度は、許容できないイオン分解率なしに満足のいく軸方向イオン移動を達成するのに適することになり、５インチ（１２．７センチメートル）の長さと０．３Ｖ／ｃｍの軸方向電界強度を有するロッドでは、僅かに約４ボルトの電圧差（（ＤＣ2−ＤＣ1）の絶対値）が必要である。最適軸方向電界強度は、多重極での圧力の問題、イオン移動のタイミングにおける要件、及び散乱及び分解によるイオン損失に依存することになる。
【００１７】
図３は、多重極１１０の他のロッド２１０ｂ−ｄにその構造及び構成において同一であるＲＦ単独多重極１１０のロッド２１０ａの１つの部分側面図である。ロッド２１０ａは、ロッドの全長に沿って延びる外側ネジ山３２０を有するようになったほぼ円筒形のロッド本体３０５から成る。例示的な実施では、ロッド２１０ａは、８０巻回／インチ、すなわち、０．０１２５インチのピッチ（隣接するネジ山上の対応するポイント間の横方向の間隔）を有するネジ山３２０を有するようになっている。ニクロム又はタングステンのような電気的に抵抗性のある材料から製造されたワイヤ２４０ａが、隣接するネジ山３２０間に定められた溝３３０に着座しており、それによってワイヤ２４０ａは、螺旋状の抵抗経路を表している。ワイヤ２４０ａは、ロッド２１０ａの前端２２０ａ又はその近くに位置決めされた第１端と、後端２３０ａ又はその近くに位置決めされた第２端を有する。ワイヤ材料及び直径（ゲージ）の選択は、抵抗の問題（電力損失を抑制する）並びに機械的及び熱的特性に基づくものとすることができる。０．２５インチの直径及び０．０１２５インチのネジ山ピッチを有する５インチ長のロッドの上述の実施例では、０．００７インチの直径及び約１２．８９オーム／フットの抵抗を有する３３ＡＷＧニクロムワイヤを使用することができ、約３３５オームの総抵抗及び約０．１９Ｗ／ロッドの電力損失を生じる。
【００１８】
上述のように、ワイヤ２４０ａへのＤＣ電圧の印加は、多重極１１０を通るイオンを推進する多重極内部領域１５５内での軸方向ＤＣ勾配を生成する。同じＤＣ電位があらゆる所定の軸方向位置にある全ＲＦロッドに加えられるので、多重極の内側のＤＣ電位は、主軸に直交する半径方向平面において均一の分布を有することになる。一般的には、高い程度の滑らかさを有する軸方向ＤＣ電圧プロフィール、すなわち、線形プロフィールにできるだけ近づくプロフィールを生成することが望ましい。線形性からかなり外れると、イオンビームの焦点ぼけ又はバンチングを引き起こす場合があり、及び／又は他の作動的に有害な影響を有する場合がある。軸方向ＤＣ電圧プロフィールの線形性の程度は、主に、ロッドネジ山寸法及び形状から結果として生じるワイヤ２４０の巻回間の横方向間隔の規則性及びその値によって影響を受ける。結果生じた軸方向電界プロフィールが極めて直線的でない成分を有する場合があるので、過度に粗いネジ山（ネジ山／単位長の低い値を有するネジ山）を有するロッドの使用は、好ましくない。
【００１９】
好ましい実施形態では、軸方向ＤＣ場強度が多重極１１０の全縦方向の範囲（又はその実質的な部分）に沿って均一になると考えられる。しかし、ある一定の代替的な実施形態では、多重極の主軸に沿って変わる（例えば、段階的な又は連続的な方式で）軸方向電界強度を供給することが望ましい。この条件は、ワイヤの横方向間隔を変えることにより、及び／又はワイヤの寸法又は材料（及び従ってその抵抗／単位長）をロッドの長さに沿って変えることによって達成することができる。
【００２０】
図２及び３に示す実施形態では、ワイヤ２４０ａは、ＲＦ及びＤＣ電圧の両方を運ぶことが好ましい。結合されたＲＦ及びＤＣ電圧は、ＲＦ電圧に重畳された第１ＤＣ電圧ＤＣ1をロッド２１０ａの前端に対応するワイヤ２４０ａ上の第１位置に接続することにより、更に、ＲＦ電圧に重畳された第２ＤＣ電圧ＤＣ2をロッド後端に対応するワイヤ２４０ａ上の第２位置に接続することにより、ワイヤ２４０ａに印加される。しかし、電圧が接続される２つの位置は、必ずしもワイヤの端にある必要はない。ＲＦ電圧は、内部領域にイオンを半径方向に閉じ込める半径方向ＲＦ場を生成する（他のロッドの両端に印加されたＲＦ電圧と共に）。
【００２１】
ワイヤ２４０ａを導電ロッド本体３０５から絶縁し、同時にワイヤとロッド本体の間の強力な容量結合を供給するために、薄い隔離層をロッド２１０ａの外側境界に形成することができる。ここで図４を参照すると、図３の破線の楕円によって囲まれた区域に対応するロッド２０２ａの部分的な縦断面図が示されており、隔離層４１０は、ワイヤ２４０ａとロッド本体３０５の間に挟み込まれ、その間の電流の直接的な流れを阻止する働きをする。好ましい実施では、隔離層４１０の材料及び厚みは、ロッド本体３０５でのＲＦ電流の流れが多重極の内側空間に向かい合うロッド表面上の全位置で均一のＲＦ電位を引き起こすように、ワイヤ２４０ａとロッド本体３５０の間のほぼ容量性の連結を可能にするように選択され、従って、ワイヤとロッド本体の両方がＲＦ場の生成に大きく関わっている。
【００２２】
隔離層４１０は、いくつかの適切な技術のいずれか１つによって形成することができる。１つの実施例では、ロッド２１０ａは、アルミニウムから作られ、隔離層４１０は、約５０μｍの厚みを有する絶縁酸化層をロッド２０２ａ表面に隣接して形成する当業技術で公知の硬陽極酸化処理によって生成される。代替的に、隔離層４１０は、ロッド本体３０５の外側に絶縁材料の薄い層を堆積させる（例えば、蒸発又はスパッタリング処理を使用する）ことによって形成することができる。別の代替例では、絶縁シース又はジャケットを有するワイヤを利用することができるが、ロッド表面に存在する静電荷を防ぐためにロッド２０２ａに接していない絶縁シースの部分を取り除く必要がある。
【００２３】
図５は、ロッド２１０ａ−ｄの前端２２０ａ−ｄと後端２３０ａ−ｄにそれぞれ対応する第１及び第２位置でのワイヤ２４０ａ−ｄへの電気接続を概略的に示している。図５の左側部分に示すロッド前端での接続から始めて、ＲＦ電圧電源５０２によって供給されるＲＦ電圧の１つの相（「＋」でラベル付けされている）が第１ＤＣ電圧ＤＣ1（ＤＣ電圧電源５０４によって供給される）と結合され、前端２２０ａ及び２２０ｃの近くの第１位置でワイヤ２４０ａ及び２４０ｃに連結される。ＲＦ電圧電源５０２の反対側の相（「−」でラベル付けされている）は、同様に第１ＤＣ電圧ＤＣ1と結合され、対応するロッド前端２２０ｂ及び２２０ｄの近くの位置でワイヤ２４０ｂ及び２４０ｄに連結される。
【００２４】
ここで図５の右側部分を参照すると、ＲＦ電圧の＋相が第２ＤＣ電圧ＤＣ2（ＤＣ電圧電源５０４によって供給される）と結合され、ロッド後端２３０ａ及び２３０ｃの近くの第２位置でワイヤ２４０ａ及び２４０ｃに連結される。ＲＦ電圧の−相は、第２ＤＣ電圧ＤＣ2と結合され、ロッド後端２３０ｂ及び２３０ｄの近くの第２位置でワイヤ２４０ｂ及び２４０ｄに連結される。
【００２５】
別の実施例では、各ワイヤ２４０ａ−ｄは、対応するロッド本体と電気的に接して配置されたその端部の一方を有し、ワイヤ端とロッド本体に同一のＲＦ及びＤＣ電圧を供給することができ、同時に、各ワイヤ２４０ａ−ｄの反対側の端部は、反対側の端部がロッド本体に接している端部に比べて同じＲＦ電圧であるが異なるＤＣ電圧に保たれるように、ロッド本体から絶縁されている。
【００２６】
ＤＣ電圧電源５０４は、ＤＣ電源回路への望ましくない振動性成分の通過を取り除くためにローパスフィルタ又は類似の回路を含むことができる。ＲＦ及びＤＣ電圧は、当業技術で公知の変圧器回路又は他の方法を使用して結合することができる。
【００２７】
ワイヤ２４０ａ−ｄへのＤＣ電圧の印加は、ワイヤ抵抗及び電流に依存する量であるワイヤの抵抗加熱を引き起こすことになる点に注意されたい。ワイヤ２４０ａ−ｄによって生成される熱は、イオン溶媒／マトリックスクラスターの分解及び／又はあらゆる残りの溶媒の蒸発を容易にするために、多重極の内部領域の温度を上げるのに有利に利用することができる。加熱の著しい量が望ましい場合、次に、抵抗／単位長の比較的低い値を有するワイヤを利用することができ（所定の電圧差に対して、抵抗加熱の量はワイヤ抵抗に反比例するので）、逆に、加熱が好ましくない場合には、抵抗／単位長の比較的高い値を有するワイヤを利用することができる。
【００２８】
本発明により構成されたＲＦ単独多重極を利用することによって達成される半径方向平面でのＤＣ場の均一性における改良は、図７及び８に関して良く理解することができる。図７は、軸方向ＤＣ勾配を生成するために補助ロッドを利用する従来技術のＲＦ単独多重極での半径方向平面ＤＣ電位変化を表している。この実施例では、多重極の内側の中心点が２．２２５ＶのＤＣ電位に維持されている。図７に描かれた等電位線は、２．００Ｖ、２．２２Ｖ、２．５０Ｖ、及び３．００ＶのＤＣ電位に対応しており、多重極の内側のＤＣ電位が角度及び半径方向位置によって大きく変化する方法を示している。背景技術の節で説明したように、ＤＣ電位の劣っている均一性は、特に主要な縦方向軸線からイオン経路が大きく逸れた場合に、イオン移動効率に悪影響を与える場合がある。
【００２９】
図８は、本発明の好ましい実施形態に従って構成されたＲＦ単独多重極での半径方向平面ＤＣ電位分布を表している。図７に示して上述したＤＣ場に存在する大きな空間的な不均一性と大いに異なって、図８は、ＤＣ電位が多重極の内部領域内でほぼ均一であり（２．２２５Ｖの例示的な値を有する）、半径方向位置及び角度位置によってそれ程変化しないことを示している。２．２２４５Ｖ及び２．２２４７ＶのＤＣ電位に対応する等電位線は、半径方向ＤＣ電位勾配が多重極内部領域の外側でも比較的小さいことを示している。従って、本発明のＲＦ単独多重極は、従来技術のイオンガイド装置に存在する不均一な半径方向平面ＤＣ電位に関連したイオン移動効率の低下を防止する。
【００３０】
図６は、ロッド２１０に対するＲＦ単独多重極１００において代用することができるロッド６１０の代替的な構成を示している。ロッド６１０は、セラミックのような絶縁材料から形成された円筒形ロッド本体６２０を有する。ロッド６１０に沿って螺旋状の抵抗経路６３０を表す抵抗材料の薄い膜が、ロッド本体６２０の表面上に堆積されている。螺旋状の導電経路６４０は、銅、金、又はアルミニウムのような高導電材料の薄い膜を堆積させることによってロッド表面上に生成される。螺旋状抵抗経路の抵抗率は、２つのトレース間の容量結合による重大なＲＦ電力損失を防ぐほど十分に高く選択されるべきである。抵抗性及び導電性経路の対応する巻回は、経路を互いから絶縁するのに十分な間隔だけ横方向にオフセットされる。この構成では、ＤＣ電圧が抵抗経路６３０の両端に印加され、軸方向ＤＣ場を生成する。イオンを内部領域１５５に半径方向に閉じ込める半径方向ＲＦ場は、導電経路６４０にＲＦ電圧を印加することによって生成される。抵抗経路の巻回間の横方向の間隔は、作動的に満足できるレベルでＲＦ及びＤＣ場での空間的不規則性を維持するほど十分に小さくなくてはならない。１つの実施例では、抵抗経路６３０と導電経路６４０の幅は約３００μｍであり、２つの経路の隣接する巻回間の分離（すなわち、経路の対応する巻回間の距離）は、約２００μｍである。他の適切な方法を、抵抗及び／又は導電経路を構成するための薄膜堆積に代用することができる。
【００３１】
本発明をその詳細説明に関連して示したが、以上の説明は例証を目的としており、特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲を制限するものではないことは理解されるものとする。他の態様、利点、及び修正は、特許請求の範囲の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に従って構成され、かつサンプルプレートで生成されたイオンを移送するように位置決めされたＲＦ単独衝突多重極を含むＭＡＬＤＩイオン源質量分析計を示す概略図である。
【図２】ＲＦ単独多重極の斜視図である。
【図３】ＲＦ単独多重極のロッドの部分側面図である。
【図４】図３に示すＲＦ単独多重極の一部分の部分縦断面図である。
【図５】ＲＦ単独多重極のロッドの端部での抵抗経路の反対端への電気接続を示す概略図である。
【図６】本発明の代替的な実施形態に従って構成されたＲＦ単独多重極のロッドの部分側面図である。
【図７】従来技術の補助ロッド構造が軸方向ＤＣ場を発生するのに用いられる従来技術のＲＦ単独多重極における角度及び半径方向位置によるＤＣ電位の変動を示す図である。
【図８】本発明のＲＦ単独多重極によって達成された半径方向平面でのほぼ均一なＤＣ電位を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１１０ ＲＦ単独多重極
１６０ 縦方向軸線
２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ 構成ロッド
２５０、２６０ 半径方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンが多重極の主軸に沿って伝達される時に通る内部領域を形成し、離間して互いに平行な関係に保持された少なくとも４つの細長いロッド、
を含み、
各ロッドは、ロッド本体の周りに配置され、かつ該ロッドの長さの少なくとも一部を横切る螺旋状の抵抗経路を有し、
前記イオンを半径方向に閉じ込めるＲＦ単独の場を確立するために各ロッドに連結された高周波電圧電源と、
前記主軸に沿って前記イオンを推進させる軸方向直流場を発生させるために、第１及び第２の直流電圧を各ロッドの前記抵抗経路上の第１及び第２の位置にそれぞれ印加するための直流電圧電源と、
を更に含むことを特徴とするＲＦ単独多重極。
【請求項２】
各ロッドは、ネジ付きロッドを含み、前記抵抗経路は、該ネジ付きロッドの隣接するネジ山間に形成された溝に配置されたワイヤを含むことを特徴とする請求項１に記載のＲＦ単独多重極。
【請求項３】
各ロッドは、導電性ロッド本体と、該導電性材料と前記抵抗経路の間に挟み込まれた隔離層とを含むことを特徴とする請求項１に記載のＲＦ単独多重極。
【請求項４】
前記ロッド本体は、アルミニウムから形成され、前記隔離層は、陽極酸化によって形成された酸化物層であることを特徴とする請求項３に記載のＲＦ単独多重極。
【請求項５】
前記ＲＦ単独の場は、高周波電圧を前記ロッド本体に印加することによって確立され、該高周波電圧は、前記隔離層にわたる容量結合を通じて前記ワイヤに移送されることを特徴とする請求項３に記載のＲＦ単独多重極。
【請求項６】
前記抵抗経路にわたる前記直流電位の印加は、ＲＦ単独多重極の前記内部領域の実質的な加熱を引き起こすことを特徴とする請求項１に記載のＲＦ単独多重極。
【請求項７】
前記軸方向直流場は、少なくとも０．０５ボルト／センチメートルの強度を有することを特徴とする請求項１に記載のＲＦ単独多重極。
【請求項８】
各ロッドは、絶縁性ロッド本体から形成され、前記ＲＦ単独の場は、該ロッド本体の周りに配置された螺旋状の導電経路に高周波電圧を印加することによって確立されることを特徴とする請求項１に記載のＲＦ単独多重極。
【請求項９】
イオンを発生させるためのイオン源と、
前記イオンの少なくとも一部分の質量対電荷比を分析するための質量分析計と、
前記イオン源と前記質量分析計の間に延びるイオン経路のセグメントに沿ってイオンを移送するためのＲＦ単独イオンガイドと、
を含み、
前記イオンガイドは、
イオンが多重極の主軸に沿って伝達される時に通る内部領域を形成し、離間して互いに平行な関係に保持された少なくとも４つの細長いロッド、
を含み、
各ロッドは、ロッド本体の周りに配置され、かつ該ロッドの長さの少なくとも一部を横切る螺旋状の抵抗経路を有し、
前記イオンガイドは、更に
前記イオンを半径方向に閉じ込めるＲＦ単独の場を確立するために各ロッドに連結された高周波電圧電源と、
前記主軸に沿って前記イオンを推進させる軸方向直流場を発生させるために、第１及び第２の直流電圧を各ロッドの前記抵抗経路上の第１及び第２の位置にそれぞれ印加するための直流電圧電源と、
を含む、
ことを特徴とする質量分光分析計システム。
【請求項１０】
各ロッドは、ネジ付きロッドを含み、前記抵抗経路は、該ネジ付きロッドの隣接するネジ山間に形成された溝に配置されたワイヤを含むことを特徴とする請求項９に記載の質量分光分析計システム。
【請求項１１】
各ロッドは、導電性ロッド本体と、該導電性ロッド本体と前記抵抗経路の間に挟み込まれた隔離層とを含むことを特徴とする請求項９に記載の質量分光分析計システム。
【請求項１２】
前記ロッド本体は、アルミニウムから形成され、前記隔離層は、陽極酸化によって形成された酸化物層であることを特徴とする請求項１１に記載の質量分光分析計システム。
【請求項１３】
前記ＲＦ単独の場は、高周波電圧を前記ロッド本体に印加することによって確立され、該高周波電圧は、前記隔離層にわたる容量結合を通じて移送されることを特徴とする請求項１１に記載の質量分光分析計システム。
【請求項１４】
前記抵抗経路にわたる前記直流電位の印加は、ＲＦ単独多重極の前記内部領域の実質的な加熱を引き起こすことを特徴とする請求項９に記載の質量分光分析計システム。
【請求項１５】
前記軸方向直流場は、少なくとも０．０５ボルト／センチメートルの強度を有することを特徴とする請求項９に記載の質量分光分析計システム。
【請求項１６】
各ロッドは、絶縁性ロッド本体から形成され、前記ＲＦ単独の場は、該ロッド本体の周りに配置された螺旋状の導電経路に高周波電圧を印加することによって確立されることを特徴とする請求項９に記載の質量分光分析計システム。
【請求項１７】
前記イオン源は、サンプルを脱着してイオン化するためのレーザを有するＭＡＬＤＩ源であることを特徴とする請求項９に記載の質量分光分析計システム。
【請求項１８】
前記レーザのビーム経路は、部分的に前記イオンガイドの前記内部領域内に延びていることを特徴とする請求項１７に記載の質量分光分析計システム。
【請求項１９】
前記内部領域内の前記ＤＣ電位は、前記主軸に直交する半径方向平面において実質的に均一であることを特徴とする請求項１に記載のＲＦ単独多重極。
【請求項２０】
前記ＤＣ電圧は、ＲＦ単独多重極への印加の前にＲＦ電圧と結合されることを特徴とする請求項１に記載のＲＦ単独多重極。
【請求項２１】
前記内部領域内の前記ＤＣ電位は、前記主軸に直交する半径方向平面において実質的に均一であることを特徴とする請求項９に記載の質量分光分析計システム。
【請求項２２】
前記ＤＣ電圧は、前記多重極への印加の前にＲＦ電圧と結合されることを特徴とする請求項９に記載の質量分光分析計システム。
【請求項１】
イオンが多重極の主軸に沿って伝達される時に通る内部領域を形成し、離間して互いに平行な関係に保持された少なくとも４つの細長いロッド、
を含み、
各ロッドは、ロッド本体の周りに配置され、かつ該ロッドの長さの少なくとも一部を横切る螺旋状の抵抗経路を有し、
前記イオンを半径方向に閉じ込めるＲＦ単独の場を確立するために各ロッドに連結された高周波電圧電源と、
前記主軸に沿って前記イオンを推進させる軸方向直流場を発生させるために、第１及び第２の直流電圧を各ロッドの前記抵抗経路上の第１及び第２の位置にそれぞれ印加するための直流電圧電源と、
を更に含むことを特徴とするＲＦ単独多重極。
【請求項２】
各ロッドは、ネジ付きロッドを含み、前記抵抗経路は、該ネジ付きロッドの隣接するネジ山間に形成された溝に配置されたワイヤを含むことを特徴とする請求項１に記載のＲＦ単独多重極。
【請求項３】
各ロッドは、導電性ロッド本体と、該導電性材料と前記抵抗経路の間に挟み込まれた隔離層とを含むことを特徴とする請求項１に記載のＲＦ単独多重極。
【請求項４】
前記ロッド本体は、アルミニウムから形成され、前記隔離層は、陽極酸化によって形成された酸化物層であることを特徴とする請求項３に記載のＲＦ単独多重極。
【請求項５】
前記ＲＦ単独の場は、高周波電圧を前記ロッド本体に印加することによって確立され、該高周波電圧は、前記隔離層にわたる容量結合を通じて前記ワイヤに移送されることを特徴とする請求項３に記載のＲＦ単独多重極。
【請求項６】
前記抵抗経路にわたる前記直流電位の印加は、ＲＦ単独多重極の前記内部領域の実質的な加熱を引き起こすことを特徴とする請求項１に記載のＲＦ単独多重極。
【請求項７】
前記軸方向直流場は、少なくとも０．０５ボルト／センチメートルの強度を有することを特徴とする請求項１に記載のＲＦ単独多重極。
【請求項８】
各ロッドは、絶縁性ロッド本体から形成され、前記ＲＦ単独の場は、該ロッド本体の周りに配置された螺旋状の導電経路に高周波電圧を印加することによって確立されることを特徴とする請求項１に記載のＲＦ単独多重極。
【請求項９】
イオンを発生させるためのイオン源と、
前記イオンの少なくとも一部分の質量対電荷比を分析するための質量分析計と、
前記イオン源と前記質量分析計の間に延びるイオン経路のセグメントに沿ってイオンを移送するためのＲＦ単独イオンガイドと、
を含み、
前記イオンガイドは、
イオンが多重極の主軸に沿って伝達される時に通る内部領域を形成し、離間して互いに平行な関係に保持された少なくとも４つの細長いロッド、
を含み、
各ロッドは、ロッド本体の周りに配置され、かつ該ロッドの長さの少なくとも一部を横切る螺旋状の抵抗経路を有し、
前記イオンガイドは、更に
前記イオンを半径方向に閉じ込めるＲＦ単独の場を確立するために各ロッドに連結された高周波電圧電源と、
前記主軸に沿って前記イオンを推進させる軸方向直流場を発生させるために、第１及び第２の直流電圧を各ロッドの前記抵抗経路上の第１及び第２の位置にそれぞれ印加するための直流電圧電源と、
を含む、
ことを特徴とする質量分光分析計システム。
【請求項１０】
各ロッドは、ネジ付きロッドを含み、前記抵抗経路は、該ネジ付きロッドの隣接するネジ山間に形成された溝に配置されたワイヤを含むことを特徴とする請求項９に記載の質量分光分析計システム。
【請求項１１】
各ロッドは、導電性ロッド本体と、該導電性ロッド本体と前記抵抗経路の間に挟み込まれた隔離層とを含むことを特徴とする請求項９に記載の質量分光分析計システム。
【請求項１２】
前記ロッド本体は、アルミニウムから形成され、前記隔離層は、陽極酸化によって形成された酸化物層であることを特徴とする請求項１１に記載の質量分光分析計システム。
【請求項１３】
前記ＲＦ単独の場は、高周波電圧を前記ロッド本体に印加することによって確立され、該高周波電圧は、前記隔離層にわたる容量結合を通じて移送されることを特徴とする請求項１１に記載の質量分光分析計システム。
【請求項１４】
前記抵抗経路にわたる前記直流電位の印加は、ＲＦ単独多重極の前記内部領域の実質的な加熱を引き起こすことを特徴とする請求項９に記載の質量分光分析計システム。
【請求項１５】
前記軸方向直流場は、少なくとも０．０５ボルト／センチメートルの強度を有することを特徴とする請求項９に記載の質量分光分析計システム。
【請求項１６】
各ロッドは、絶縁性ロッド本体から形成され、前記ＲＦ単独の場は、該ロッド本体の周りに配置された螺旋状の導電経路に高周波電圧を印加することによって確立されることを特徴とする請求項９に記載の質量分光分析計システム。
【請求項１７】
前記イオン源は、サンプルを脱着してイオン化するためのレーザを有するＭＡＬＤＩ源であることを特徴とする請求項９に記載の質量分光分析計システム。
【請求項１８】
前記レーザのビーム経路は、部分的に前記イオンガイドの前記内部領域内に延びていることを特徴とする請求項１７に記載の質量分光分析計システム。
【請求項１９】
前記内部領域内の前記ＤＣ電位は、前記主軸に直交する半径方向平面において実質的に均一であることを特徴とする請求項１に記載のＲＦ単独多重極。
【請求項２０】
前記ＤＣ電圧は、ＲＦ単独多重極への印加の前にＲＦ電圧と結合されることを特徴とする請求項１に記載のＲＦ単独多重極。
【請求項２１】
前記内部領域内の前記ＤＣ電位は、前記主軸に直交する半径方向平面において実質的に均一であることを特徴とする請求項９に記載の質量分光分析計システム。
【請求項２２】
前記ＤＣ電圧は、前記多重極への印加の前にＲＦ電圧と結合されることを特徴とする請求項９に記載の質量分光分析計システム。
【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２００８−５３８６４６（Ｐ２００８−５３８６４６Ａ）
【公表日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５５５２８８（Ｐ２００７−５５５２８８）
【出願日】平成１８年２月１０日（２００６．２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００４９０２
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０８６７２２
【国際公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【出願人】（５０１１９２０５９）サーモ フィニガン リミテッド ライアビリティ カンパニー (42)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１０日（２００６．２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００４９０２
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０８６７２２
【国際公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【出願人】（５０１１９２０５９）サーモ フィニガン リミテッド ライアビリティ カンパニー (42)
【Ｆターム（参考）】
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