JP2022541860A - 目標電荷質量比によって規定されるイオンをフィルタリングするための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、その目的として、目標電荷質量比を有するイオンを単離するべくイオンビームをフィルタリングする方法を有し、方法は、－四重極マスフィルタ装置（２）を提供することと、－イオンビーム（１’）を供給源（１）から四重極マスフィルタ装置（２）に向かって放出することと、－装置（２）の対向するロッド（３、３’）の各対のロッド（３、３’）間に電場を印加することであって、各場は、合成された直流および交流電位によって規定される、印加することと、－出口（５）に少なくとも１つの正確な集束点（８）を生成するために、電場の各々を較正することとを含み、方法はまた、－長手方向に分割されるロッド（３、３’）を用いて、分割ロッド（３、３’）の各対の間に、各対に沿って広がる電場を発生させることと、－少なくとも１つの中間節を生成するために、前述の局所場セグメントを、それらそれぞれの個々のＤＣおよびＡＣ電位の設定を調節することによって較正することと、－前述の少なくとも１つの中間節の位置の近傍およびその位置に、不安定運動領域または変動安定性領域（１０）を生成および維持することとにあることを特徴とする。【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、イオンフィルタリングの分野、具体的には、四重極マスフィルタによって行われるイオンフィルタリングの分野に関し、四重極によって実装されるイオンビームをフィルタリングする方法、前述のフィルタリング方法を使用するイオンビームの走査方法、前述のフィルタリング方法を行うことができる四重極マスフィルタ、および前述の四重極を包含する走査装置をその目的として有する。

四重極マスフィルタ（ＱＭＦ）を使用するイオンフィルタリング方法は、先行技術ですでに知られている。これらの方法は、四重極内のイオンの振動振幅とその質量との間の強い依存性を使用する。そのようなＱＭＦ装置のコア構成要素は、４つの導電ロッドであり、２対の対向するロッドとして互いに平行に配置される（図１参照）。ＱＭＦの動作の主な原理は、図１に示すように、ＱＭＦロッドに印加される振動ＲＦ（Ｖ_ＲＦ）電位による、装置内でのイオンの質量依存性の動径方向の閉じ込めに基づく。ＲＦ電位は、ＤＣ電位（Ｕ_ＤＣ）と組み合わされ、その増加は、閉じ込められる質量範囲を狭めるが、所望のイオン質量の透過も高い値で限定する。そのため、所与の電荷質量比（ｑ／ｍ）または所与の質量電荷比（ｍ／ｑ）を有する特定のイオンを、前述の四重極を通過させるように四重極内の電場を較正すると、前述の四重極に注入された異なる比を有する別のイオンは、最終的に四重極のロッドに衝突するか、またはそこから横方向に退出することになる。目標質量電荷比を変化させることによって、四重極を通過するイオンビームを走査してその組成を測定することが可能である。

そのような方法の例は、例えば、以下の文献：ＥＰ ２ ５４３ ０５９、ＵＳ ８ ３８９ ９２９、ＵＳ ８ ７０４ １６３、またはＵＳ ８ ８４１ ６１０に教示される。

図２Ａおよび２Ｂは、ＱＭＦ装置の３つの実用的な安定領域を図示するＭａｔｈｉｅｕダイアグラムであり、Ｍａｔｈｉｅｕパラメータは、以下の方程式によって規定される：

Ｍａｔｈｉｅｕパラメータの典型的な値は、標準的なＱＭＦ動作では、ａ_ｍａｘ≒０．２３７およびｑ_ｔｉｐ≒０．７０６、すなわち、安定性ダイアグラムの先端付近である（図２Ａの第１安定領域）。

しかしながら、四重極がそれに合わせて較正されたものに類似または接近した比を示すイオンは、依然として、四重極を通過する機会を有する。実際、上述の文献に教示されるように、検討された四重極は、安定範囲中に包含される質量電荷比を示す１つ以上のイオン種の存在量を通過させるようにのみ構成され得る。したがって、そのような四重極を、固有の質量電荷比に調整することはできず、これは、四重極を有効に通過するイオンの質量範囲で除された目的の比の質量によって規定される四重極分解能の低下をもたらす。さらに、これらの方法のいくつかは、退出イオンの空間的および時間的特性を示す画像を取得することができる複雑なセンサ、および一連のイオン画像中のデータをデコンボリューションして質量スペクトルを生成することができる処理手段を必要とする。

分解能を改善するために、その内部の電場特性を修正することによって四重極の安定範囲を低減することがすでに知られている。

例えば、文献ＵＳ ２００７／２９５９００は、イオンビームに、安定領域内、すなわち、所与の電場で安定な質量電荷比を含む特定の範囲内の質量電荷比を有するイオンを閉じ込める標準的な四重極電場をかけた後に、補助励起場が前述の四重極場に加えられる、四重極ロッドセット内のイオンを処理するための方法について記載している。この励起場は、安定領域を複数のより小さい安定島に変え、したがって、四重極を退出する不要なイオンの数を低減する。

しかしながら、上述のように、励起場は、複数の安定島を生成する。したがって、不要なイオンは、別の安定島に包含される質量電荷比を示し得、したがって、四重極を通過することができる場合がある。この方法によって良好な選択性を得ることは、したがって困難であり得る。

主に単極マスフィルタのみに、付随して（基本的かつ機能的に単極マスフィルタに非常に類似している）双極マスフィルタに適用され、複雑さのより少ないセンサおよび処理手段の使用、ならびに退出イオンのより精密な選択を可能とする、別の既知の方法は、マスフィルタ内の電場を調節して振動節を生成することにある。

単極および双極マスフィルタに関して、振動節生成または正確な集束の特性を使用する方法は、例えば、“Computation of Ion Trajectories in the Monopole Mass Spectrometers by Numerical Integration of Mathieu’s Equation”, R.F. Lever ; IBM J. Res. Develop., 10 (1966) 26 in “A high-resolution focusing “dipole” mass spectrometer”, P. H. DAWSON Int. J. Mass Spectrom., 12 (1973) 53およびUS 3 925 662に開示される。

しかしながら、これらの既知のマスフィルタ装置では、イオンは、単極または双極の長手方向軸に対してある角度および／またはオフセットで注入され、イオンは常に節の終わりで平面の１つに当たるため、単一の振動節のみが生成され得る。

さらに、それらの構成、およびイオンをそれらに注入する通常の方法（横方向または斜め）のため、単極および双極マスフィルタは、イオンの半分が分析されずに失われることになるため、最大で５０％の分析効率の割合しか提供することができない。

したがって、これらの既知の装置の効率および分解能は、満足のいくものではなく、改善することが期待される。

本発明の主な目的は、マスフィルタ中のイオンビームのフィルタリング方法および対応する装置を提案することによって、これらの限界を克服することであり、複雑なセンサおよび処理手段を必要とすることなく、高い分解能および向上した質量選択性を提供する。

したがって、本発明は、その態様の第１のものによれば、目標電荷質量比を有するイオンを単離するべくイオンビームをフィルタリングするの方法に関し、前述の方法は、
－四重極入口から四重極出口に互いに平行に伸びる４つの連続または分割ロッドを備える四重極マスフィルタ装置を提供することであって、前述のロッドは、四重極長手方向中心軸を形成する軸の周りに対称かつ規則的に配置され、それらの間に連続または分割管状体積を画定し、前述のロッドは、互いに垂直な第１横断面および第２横断面それぞれに２つずつ対向してさらに配置されること
を含み、前述の方法はまた、
－イオンビームを前述の四重極マスフィルタ装置の入口に向かって放出することであって、前述のイオンビームは、成形および／またはプレフィルタリング手段によって、少なくとも入口のレベルに制限された動径方向寸法を有し、前述の装置の長手方向中心軸に沿って導かれるように構成されることと、
－ロッド間、または対向するロッドの各対のロッドセグメント間に電場を印加することであって、各場は、合成された直流および交流電位によって規定され、安定範囲を規定する所与の値の範囲の電荷質量比を有するイオンが、四重極中を移動する時に、第１および第２横断面内の両方で、管状体積または連続する体積セグメントの横方向限界内で振動し、前述の装置を退出することを可能とすることと、
－前述の目標電荷質量比を有するイオンの振動パターンが、両横断面内で、実質的かつ同時に、同じ所与の点で四重極中心軸と交差する、少なくとも１つの振動節または正確な集束点を生成するために、電場の各々を、それらのＤＣ電位の振幅ならびにそれらのＡＣ電位の振幅および周波数を調節することによって、また四重極に進入するイオンの速度を調節することによって、較正することであって、底または出口節と呼ばれる前述の節または前述の節の１つは、装置の出口もしくはその近く、ロッドの後ろ、またはそれらの間に位置することと、
を含むことを特徴とする。

発明はまた、イオンビームを走査またはフィルタリングする方法であって、選択された電荷質量比の範囲の限界を徐々に修正し、前述の比の範囲が維持される所与の時間内に使用された四重極装置を退出するイオンを数えながら、前述のイオンビームに、先に定義および構成されたようなフィルタリング方法を適用すること、ならびに退出イオン数を、前述の時間中に維持された前述の比の範囲と関連付けることに本質的にある、方法を包含する。

前述の目的はまた、他の態様による発明によって、先に述べたイオンビームのフィルタリング方法および走査方法を行うことができる四重極マスフィルタ装置を用いて達成され、
前述の装置は、
－入口開口および出口開口とそれぞれ関連する四重極装置入口から四重極出口に互いに平行に伸びる、４つの、好ましくは同一の、有利には円筒形または双曲柱状の、連続または分割ロッドであって、前述のロッドは、四重極中心軸を形成する軸の周りに対称かつ規則的に配置され、それらの間に連続または分割管状体積を画定し、前述のロッドは、互いに垂直な第１横断面および第２横断面それぞれに２つずつさらに配置される、ロッドと、
－互いに対向するロッドの各対の間、または２対のロッドのロッドセグメントの間に、合成された直流および交流電位によって規定される特定の局所電場を印加する手段であって、前述の局所場は、管状体積または整列体積セグメントに沿って合成電場をともに形成し、合成電場は、安定範囲を規定する所与の比の値の電荷質量比を有するイオンが、四重極中を移動する時に、第１および第２横断面内の両方で、管状体積または連続する体積セグメントの横方向限界内で振動し、前述の四重極装置を退出することを可能とする、手段と、
－ＤＣ電位の振幅ならびにＡＣ電位の振幅および周波数を調節する手段と、
－四重極装置の入口を通過する前に、入射ビームのイオンに所与の運動エネルギーまたは速度を提供するために設計された加速電位を調節する手段と、
を備え、
前述の局所電場が構成および調整され、前述の加速電圧が設定され、その結果、目標電荷質量比を有するイオンの振動パターンが、両横断面内で、実質的かつ同時に、同じ点で四重極中心軸と交差する、少なくとも１つの振動節または正確な集束点が生成され、底または出口節と呼ばれる前述の節または前述の節の１つは、装置の出口もしくはその近く、ロッドの端部の後ろ、またはそれらの間に位置する。

最後に、発明はまた、先に述べたイオンビームのフィルタリング方法および走査方法を行うことができる、走査またはフィルタリング装置であって、
－先に述べたような四重極マスフィルタ（ＱＭＦ）装置と、
－イオンビームを装置に向かって放出することができるイオン源と、
－ＱＭＦ装置の管状内部体積に進入する前に前述のイオンビームを構成する手段であって、前述のビームは、少なくとも入口のレベルに制限された動径方向寸法を有し、長手方向中心軸に沿って導かれるように構成され、前述のビームは、好ましくは、四重極入口、すなわち、装置の入口電極の入口開口に向けられかつ集束される、手段と、
－イオン源と、四重極マスフィルタ装置の入口との間に、調節可能なイオン加速電位を印加する手段と、
－例えばファラデーカップまたは電子増倍管などの、イオンセンサであって、所与の時間内に前述のセンサに進入または衝突するイオンの数に比例する信号を発することができ、前述のセンサは、四重極マスフィルタ装置の出口を超えた先に位置する、イオンセンサと
を備える、走査またはフィルタリング装置に関する。

発明は、非限定的な例として与えられ、添付の図面を参照して説明される好ましい実施形態に関する以下の説明を使用して、より良く理解される。

発明の第１実施形態の４つの異なる構成による、四重極マスフィルタ装置（ＱＭＦ装置）のＨＯ平面またはＶＥ平面にそれぞれ沿った概略長手方向断面図であり、前述の装置は、発明によるフィルタリングおよび走査方法を行うことができる。 発明のフィルタリングおよび走査方法を行うことができるＱＭＦ装置の（長手方向中心軸を含む平面に沿った）等角断面図であり、前述の装置は、複合型であり、発明の第２実施形態の例による２つのＱＭＦユニットを備える。 図４Ａに示す装置の側面図である。 図４Ａおよび４Ｂに示す装置のＨＯ平面およびＶＥ平面にそれぞれ沿った立断面図であり、例示的イオン軌道も示されている。 発明の第１および第２実施形態の様々な代替構成による、様々な複合型（図５Ａ、５Ｂ、および７の２つの別個のユニット／図６の３つの別個のユニット）および一体型（図８Ａおよび８Ｂ）ＱＭＦ装置の簡略化された概略図である。 図８ＡのＱＭＦ装置の平面Ａ－Ａに沿った断面図である。 中間および出口開口で正確な集束に達することを考慮した電場の調整中の、それぞれＨＯ平面内およびＶＥ平面内の様々なイオン軌道を示す。 ３つの異なる出口開口直径について、図３Ａに示すＱＭＦ装置の出口で数えられた、イオン質量対イオン数を示すグラフである。 発明によるフィルタリングおよび走査方法を行うことができ、物理的に分割されたロッド（ここでは３つのセグメントを含む）を有するＱＭＦ装置を備える、発明の実施形態による走査またはフィルタリング装置の概略図である。 図１３Ａに示すような走査またはフィルタリング装置の一部を形成するＱＭＦ装置の概略図である。 ９つの長手方向セグメントを含むロッドを有する、発明の第１実施形態の代替構成によるＱＭＦ装置の概略図である。 それぞれ水平ＨＯ平面内（４つの左の図）および垂直ＶＥ平面内（４つの右の図）のイオン軌道を示すシミュレーション図を示し、図の各行は、パラメータ値（Ｆ_ＲＦ、Ｖ_ＲＦ、およびＵ_ＤＣ）の所与のセット、ならびに所与のＵ_ＡＣＣ走査範囲に対応する。 図１３Ｃに示すようなＱＭＦ装置に沿った２種類のイオンの振動運動の節を示す、類似の特性（ｑ／ｍ、エネルギー、…）を有するイオンの、１つの横断面（ＨＯまたはＶＥ）内の２つの振動軌道の図示である。 水平ＨＯ平面内（上の３つの図）および垂直ＶＥ平面内（下の３つの図）における、特定の質量分散範囲を有するイオンのビームへの、発明によって提供される強化の組み合わせ（すなわち、正確な集束および不安定運動領域）の効果を示す、図１４の図に類似したシミュレーション図を示す。 シミュレーション効率／分解能結果を示す他のグラフである。 運動の不安定性（ＵＭＲ）を達成する２つの方法、すなわち、Ｕ_ＤＣまたはＶ_ＲＦを変化させることによるものを示す、図２Ｂの安定性ダイアグラムの先端の概略図である。 安定性が、四重極の中心線とその構成ロッドとの間の距離を減少／増加させることによってどのように影響を受け得るかを示す概略図である。 図１３Ｂおよび１３Ｃの実施形態と比較した代替構成による１対の対向する分割ロッドの側面図である。 中間の正確な集束点を生成するためのＤＣおよびＡＣ電位の調節中の、ＨＯおよびＶＥ平面内の振動節の変位を示す、図１６のものに類似したシミュレーション図である。 発明のＱＭＦ装置の他の可能な実施形態の４つのロッドの簡略化された斜視図である。 図２５に示す装置の、その長手方向軸の方向からの図である。

本発明は、主に、目標電荷質量比を有するイオンを単離するべくイオンビームをフィルタリングするための方法および装置に関する。

前述の方法は、第１に、
－四重極入口４から四重極出口５に互いに平行に伸びる４つの連続または分割ロッド３、３’を備える四重極マスフィルタ装置２を提供することであって、前述のロッド３、３’は、四重極長手方向中心軸６を形成する軸の周りに対称かつ規則的に配置され、それらの間に連続または分割管状体積２’を画定し、前述のロッド３、３’は、互いに垂直な第１横断面ＨＯおよび第２横断面ＶＥそれぞれに２つずつ対向してさらに配置される、提供すること
を含む。

発明によれば、前述の方法はまた、
－イオンビーム１’を前述の四重極マスフィルタ装置２の入口４に向かって放出するステップであって、前述のイオンビーム１’は、成形および／またはプレフィルタリング手段１’’、１６、１９によって、少なくとも入口４のレベルに制限された動径方向寸法を有し、前述の装置２の長手方向中心軸６に沿って導かれるように構成される、放出するステップと、
－ロッド３、３’間、または対向するロッド３、３’の各対のロッドセグメント７、７’間に電場を印加するステップであって、各場は、合成された直流ＤＣおよび交流ＡＣ電位によって規定され、安定範囲を規定する所与の値の範囲の電荷質量比を有するイオンが、四重極中を移動する時に、第１および第２横断面内の両方で、管状体積２’または連続する体積セグメント２’’の横方向限界内で振動し、前述の装置２を退出することを可能とする、印加するステップと、
－前述の目標電荷質量比を有するイオンの振動パターンが、両横断面内で、実質的かつ同時に、同じ所与の点で四重極中心軸６と交差する、少なくとも１つの振動節または正確な集束点８、９を生成するために、電場の各々を、それらのＤＣ電位の振幅Ｕ_ＤＣならびにそれらのＡＣ電位の振幅Ｖ_ＲＦおよび周波数Ｆ_ＲＦを調節することによって、また四重極２に進入するイオンの速度を調節することによって、較正するステップであって、底または出口節と呼ばれる前述の節８または前述の節８、９の１つ８は、装置２の出口５もしくはその近く、ロッド３、３’の後ろ、またはそれらの間に位置する、較正するステップと
を含む。

したがって、前述のステップを組み合わせて適用することによって、発明は、単極または双極マスフィルタのものよりはるかに高い効率を維持しながら、質量選択性を著しく強化し、ＱＭＦ装置の分解能を著しく向上させることを可能とする。

この達成は、主に、進入イオンビームの特定の構成および配向、ならびに少なくとも１つの振動節の生成の結果として生じる。

ＱＭＦ装置では、そのような節は、所望の質量電荷比を有するイオンの振動の横成分が、同時に四重極中心軸と交差する点である。実際、四重極マスフィルタが、所与のｍ／ｑ（質量電荷比）での安定性ダイアグラムの先端で、標準的な質量選択用に調整される場合、２つの横断面内でのイオン振動の型および周波数は、通常は非常に異なり、一方の横断面内の節（単数もしくは複数）または集束点（単数もしくは複数）（２つの平面をともに考慮した場合の部分的な節または半分の節の一種）は、他方の平面内の集束点（単数もしくは複数）または節（単数もしくは複数）に対してシフトする。ここで、発明は、両横断面ＨＯおよびＶＥ内で整合する集束、すなわち、空間的に整合する二重集束（「正確な集束」として知られる）を提供する、ＲＦおよびＤＣ電位設定の組み合わせを包含する。較正または調節手順は、したがって、そのような節を、少なくとも四重極出口点またはその付近に形成するために行われ、したがって、そこに所望のイオンを集束する。質量に強く依存するこの内部２次元集束は、（正確な所望の比を中心とする）非常に狭い比の幅に含まれる質量電荷比を示すイオンのみが、前述の節のレベルに集束される。

進入イオンビーム１’の構成（成形、寸法決め、配向）は、異なる方法で、１つまたはいくつかの手段を使用することによって行われ得る。

図３Ａ、３Ｂ、３Ｄ、および４～８に示すように、例えば、対応する供給源１によって提供される前述のイオンビーム１’は、好ましくは四重極入口４またはその近くに位置する入口電極１４に属する、較正入口開口１６を通過し得、これは、管状体積２’に進入する前に、前述のビーム１’を成形および／またはフィルタリングする。

代替として、または好ましくは追加として、対応する供給源１によって放出される前述のイオンビーム１’は、特に、動径方向サイズ、イオンエネルギー、および／または進行方向に関して、入口４を通って管状体積２’に進入する前に予備調整され得る。

有利には、イオンビーム１’の予備調整は、四重極入口４付近または近くで、好ましくは四重極入口４で、前述のビーム１’を少なくとも集束することを含む。

好ましくは、イオンビーム１’の予備調整は、四重極入口４を通る前、場合によっては集束を受ける前に、前述のビーム１’のエネルギー幅のフィルタリングを実現するステップを少なくとも含むか、またはそれも含む。

これらの予備調整およびフィルタリング策は、ビーム集束と関連して、ＱＭＦ装置自体によって行われる質量フィルタリングの効率を大幅に向上させることを可能とする。

発明の他の重要な特徴によれば、前述の方法はまた、
－（出口５に位置する第１節８に加えて）中間節と呼ばれ、装置２の入口４と出口５との間に位置する、少なくとも１つの他の節または正確な集束点９を生成するために、電場を較正することと、
－前述の少なくとも１つの中間節９の位置の近傍およびその位置で、物理的または場に基づくフィルタリング手段１０によってイオンビーム１’をフィルタリングすることであって、前述のフィルタリング手段は、目標電荷質量比を有するイオンの大部分が、前述の位置と交差し、出口５に向かうそれらの下流への移動を続けることを可能とし、他のイオンは、遮断されるか、またはロッド３、３’の１つと衝突させられる、フィルタリングすることと
にある。

すべてＱＭＦ装置２内で、少なくとも１つの中間節９および関連するフィルタリング手段１０の固有の組み合わせをさらに提供することによって、発明は、本明細書で先に説明されたタスクを、最適化された方法で実行する。

フィルタリング方法の分解能を向上させる最終的な策として、イオンビーム１’の最終フィルタリング操作が、前述の出口節８の近傍および前述の出口節８で、物理的フィルタリング手段１５、１７、例えば、較正出口開口１７を設けた出口電極プレート１５によって行われ得る。

有利には、所与のイオン質量について振動節８、９および装置２の設定のいずれかを得るための、電場の初期較正は、
－所与の質量電荷比を有するイオンのＭａｔｈｉｅｕパラメータが、Ｍａｔｈｉｅｕ安定性ダイアグラムの第１安定領域１１内またはその先端付近に位置するように、電場のパラメータＵ_ＤＣ、Ｖ_ＲＦ、Ｆ_ＲＦを調節することと、
－装置の入口４でのイオンの速度を決定する加速電位Ｕ_ＡＣＣを変動させ、四重極中心軸６と交差しながら四重極２を退出するイオンの数の変動を測定することによって、前述のイオンの横振動パターンの１つの節に対応する前述のイオンの半集束節１２、１２’のセット間の距離を測定することと、
－所与の半集束節１２、１２’が、前述のイオンの横振動パターンの１つの節に対応することを、関心電場のＡＣ電位の周波数Ｆ_ＲＦおよび／または振幅Ｖ_ＲＦを繰り返し変化させることによって、かつイオン加速電位Ｕ_ＡＣＣを毎回変動させて前述の半集束節１２間の距離のオフセットを測定することによって、確認することと、
－電場のＡＣ電位の周波数Ｆ_ＲＦおよび振幅Ｖ_ＲＦを繰り返し変化させ、加速電位Ｕ_ＡＣＣを変動させることで半集束節１２、１２’の位置を調べることよって、一方の横振動パターンに由来する半集束節１２の位置を、他方の横振動パターンに由来する半集束節１２’と統合し、したがって、両横断面ＨＯおよびＶＥ内で同時集束が起こる点またはおおよその点の位置に対応する少なくとも２つの振動節８、９を生成することであって、１つの節８は、装置２の出口５に位置し、少なくとも１つの他の節９は、前述の装置２の入口４と出口５との間に位置することと
によって行われる。

発明を実行する単純な方法に関して、その関連するフィルタリング手段１０を有する１つの中間節９が提供される（図３～５、８Ａ、１３Ａ、２３、２５、および２６参照）

それにもかかわらず、選択性をさらに向上させるために、対向ロッド３、３’またはロッドセグメント７、７’間の電場が、装置２内に少なくとも２つの中間節９を形成するように較正され、対応する物理的または場に基づくフィルタリング手段１０が、各中間節９と関連することが想定され得る（図６、７、８Ｂ、１３Ｃ、１４、１５参照）。

添付の図面から分かるように、また以下でより詳細に説明されるように、特定のフィルタリング手段１０は、物理的要素をＱＭＦ装置２に加えることによって、または中間節９の周りの電磁環境の特定の局所的変更として、長手方向内部体積２’内で実現されてよい。

さらに、発明のＱＭＦ装置２は、様々な形態を取り、異なる構成を示し得る。

添付の図面に示す以下の可能な構成が、例えば企図され得る：
－均一な連続ロッド３、３’を有する単一の一体型ＱＭＦ装置（図８Ａ、８Ｂ、２５、および２６参照）、
－分割ロッド３、３’を有する単一の一体型ＱＭＦ装置（図１３～１６、２３、および２４参照）、
－長手方向に互いに当接または離隔した少なくとも２つの整列したＱＭＦユニットで作製された、複合型ＱＭＦ装置（図３～７参照）。

物理的に分割されたロッドを有する一体型ＱＭＦ装置（図１３～１６）と複合型ＱＭＦ装置（図３～７）との差異は、物理的にはわずかだが、機能的には明らかであり得る（物理的フィルタリング手段／場に基づくフィルタリング手段）。

したがって、発明の実施形態によれば、一体型構成の代替として、ＱＭＦ装置２を提供することは、少なくとも２つの四重極マスフィルタユニットを、長手方向に端と端とをつないで、または少なくとも１つの集束手段１９、２０を介在させて整列させ、組み立てることにあり得、各ユニットは、それ自体の入口４および出口５を有するか、またはその入口４および／もしくは出口５を他のユニットと共有し、イオンビーム１’のフィルタリングは、連続する四重極マスフィルタユニットの、互いに向かい合う別個のまたは一致する出口および入口開口１６、１７によって行われる。

異なるＱＭＦユニットのロッド３、３’は、同一（図４および６）、異なる長さ（図５Ａ）、および／または異なる直径もしくは中心軸６までの距離（図５Ｂ）のものであり得る。

イオンエネルギーは、連続するＱＭＦユニット間のＤＣオフセットによって、開口（単数または複数）１０のレベルに修正され得る。

図１０、１１、および１６、ならびに図４Ｃおよび４Ｄで、イオン軌道は、ＨＯ平面内で中心軸６と数回交差し、ＶＥ平面内で（節９で）１回だけ交差することに気付くことができる。

発明の方法の内部フィルタリングタスクを実行する第１方法によれば、図３～９に示すように、中間節９でのイオンビーム１’のフィルタリングは、物理的障壁１０’中の少なくとも１つの較正通路１０を用いて行われ得、前述の通路１０は、例えば、管状体積２’内、またはＱＭＦ装置の前述の合成体積２’の長手方向セグメント２’’内の中心軸６に横方向、好ましくは垂直に配置されたプレート１０’中の開口１０のように、検討される中間節９上に中心があり、前述のプレート（単数もしくは複数）１０’は、その状況が生じる場合、連続的に隣接するかまたは分離されたロッドセグメント７、７’間でも動径方向に伸びる。

発明の方法の内部フィルタリングタスクを実行する第２方法によれば、例として図１３～１６および２３～２６に示すように、イオンビーム１’のフィルタリングは、管状体積２’内、またはＱＭＦ装置２の前述の合成体積２’の少なくとも１つのセグメント２’’内に、少なくとも１つの不安定運動領域または変動安定性領域１０を生成および維持することによって行われ、前述のフィルタリング手段はしたがって、局所電場の修正（単数もしくは複数）の結果生じる領域（単数もしくは複数）１０によって形成される。

（正確な集束、および少なくとも１つの不安定運動または変動安定性領域の生成を、ＱＭＦ内部空間内で同時に実現するための条件を提供する）特定のＱＭＦ装置構成および特定のＱＭＦ装置パラメータ調節にある２つの改善を、組み合わされた方法で適用することによって、発明はまた、本明細書で先に説明された目的を、第１の発明の提案と同様に達成することを可能とする。

より正確には、この第２実施形態内では、局所電場の形成ステップ、少なくとも２つの集束節８および９の形成ステップ、ならびに少なくとも１つの場に基づくフィルタリング手段１０の形成ステップは、
－長手方向に分割されるか、またはそれらの長手方向に分割構造を有するロッド３、３’を用いて、分割ロッド３、３’の各対の間に、各対に沿って広がる電場を発生させることであって、電場は、ＤＣおよび／またはＡＣ電位（単数または複数）の特定の較正設定を有し、分割ロッド３、３’のそれぞれ互いに対向するセグメント７、７’に対応する、いくつかの局所電場セグメントを含む、発生させることと、
－中間節９と呼ばれ、装置２の入口４と出口５との間に位置する、少なくとも１つの他の節または正確な集束点を生成するために、前述の局所場セグメントを、それらそれぞれの個々のＤＣおよびＡＣ電位の設定を調節することによって較正することであって、少なくとも１つの中間節９は、局所電場セグメントの１つの中心に実質的に位置する、較正することと、
－前述の少なくとも１つの中間節９の位置の近傍およびその位置に、不安定運動領域または変動安定性領域１０を、前述の領域１０を通過する全イオンに不安定なまたは少なくとも変更された軌道を与えるために、前述の領域の周囲のロッドセグメント７、７’に印加される局所電場の設定を修正することによって、生成および維持することであって、前述の不安定運動または変動安定性領域１０の長さは、前述の目標電荷質量比を有する大部分のイオンが、前述の領域１０と交差し、安定振動に戻り、出口５に向かうそれらの下流への移動を続けることができるように設定される、生成および維持することと
にある。

電場は、局所電場部分の中心にそれぞれ位置する、装置２内の少なくとも２つの中間節９を形成するように較正されてよく、不安定運動領域または変動安定性領域１０は、前述の中間節９の少なくとも１つの位置の近傍およびその位置、好ましくはすべての中間節９の位置の近傍およびその位置に生成される。

複数の節９が装置２内に存在する場合、不安定運動領域１０、または中間フィルタリング開口１０は、装置２の所望の特性に応じて、前述の節９の一部のみと関連／結合することも想定され得る。

ＵＭＲ領域１０を生成する実際の運動の不安定性は、図２２Ａに示すように、Ｕ_ＤＣを増加させることによって、またはＶ_ＲＦを減少させることによって達成され得る。Ｖ_ＲＦを増加させる場合、安定線と交差することも可能であるが、この場合、ＱＭＦ調整は、すべての質量について基準質量より高い安定性にとどまることになり、この第２の手法をあまり好ましくないものにする。

したがって、発明の第１代替案によれば、不安定運動（または変動安定性）領域１０を生成および維持するステップは、前述の領域１０の周囲の各セグメント７、７’に印加されるＤＣ電位を増加させることによって実行され、ＤＣ電位の前述の増加は、不安定運動領域１０の長さを考慮して選択され、ロッド３、３’の分割構成によって決定され、その結果、前述の目標電荷質量比を有する大部分のイオンが、前述の領域１０と交差し、安定な、動径方向に閉じ込められた振動に戻り、出口５に向かうそれらの下流への移動を続けることができる。

発明の第２代替案によれば、または第１実施形態による発明の追加の特徴の代替として、不安定運動（または変動安定性）領域１０を生成および維持するステップは、場合によってはＤＣ電位の増加に加えて、前述の領域１０の周囲の各セグメント７、７’に印加されるＡＣ電位の振幅および／またはオフセットを修正することによって実行され、ＡＣおよび場合によってはＤＣ電位（単数または複数）の前述の変化（単数または複数）は、不安定運動領域１０の長さを考慮して調節され、ロッド３、３’の分割構成によって決定され、その結果、前述の目標電荷質量比を有する大部分のイオンが、前述の領域１０と交差し、安定な、動径方向に閉じ込められた振動に戻り、出口５に向かうそれらの下流への移動を続けることができる。

発明の方法に関するこれら２つの先の代替案に関して、少なくとも１対のロッドの分割ロッド３、３’の各々は、長手方向中心軸６に平行な方向に互いに整列した、物理的に分離されたセグメント７、７’で作製され、そのまたは各不安定運動領域１０は、好ましくは、関心対向セグメント７のＵ_ＤＣまたはＶ_ＲＦを変化させることによって達成されることが想定され得る（図１３Ｂおよび１３Ｃ）。したがって、各ロッド３、３’は、個々の直接隣接するセグメント７によって形成される。

あるいは、図２２Ｂに示すように、安定性は、ビーム軸（中心線軸６）とロッドとの間の距離ｒ_Ｏを減少／増加させることによっても影響を受け得るが、再び、ＱＭＦ調整は、より高い／より低い質量の安定性に対応することになる。実際、ｒ_Ｏの減少／増加は、質量走査線に従うことになり（図２Ｂ）、この手法を、ＱＭＦ装置２の選択性を向上させることにあまり適さないものにする。

この第２代替構成に関して、少なくとも１対のロッドの分割ロッド３、３’の各々は、長手方向中心軸６への異なる距離ｒ_Ｏ、ｒ_Ｏ－、ｒ_Ｏ＋を示す少なくとも２つの長手方向隣接セグメント７、７’を有するロッドからなることが想定され得る（図２３）。

好ましくは、各ロッド３、３’は、異なる直径のセグメント７、７’、具体的には、ロッド３、３’の現在の直径ｄと異なる直径ｄ_－、ｄ_＋を有する少なくとも２つの隣り合うセグメントを含み、一方はより大きく、他方はより小さい直径を有する、前述の少なくとも２つの隣り合うセグメントは、不安定運動領域１０または少なくとも変動安定性領域が達成されることになる領域に位置する。したがって、各ロッド３、３’は、その長手方向軸に沿ったゾーンにより直径が変動する一体要素である。

ｒ_Ｏ距離修正は、単独では、有効ＵＭＲの形成に十分ではない場合があるが、図２３に示すように、２つの連続する修正（ｒ_Ｏ＋、ｒ_Ｏ－）を加えることによって、類似のフィルタリングを達成する可能性がある。

この示された例は、結果的に、ハイパスおよびローパス質量フィルタリングを行う。

図２４は、図１４および１６のように、イオン質量に対する節の依存性を示す（中央のパネルは基準質量であり、上のパネルは基準質量の－０．１％であり、下のパネルはイオン質量の＋０．１％である。

内部節領域または中心節領域において、（不安定な領域を生成することによって）不要な質量をフィルタリングするさらに別の可能性が、（分割ロッドまたは伝統的な非分割ロッドを有する）ＱＭＦ装置に、図１のＱＭＦ装置のロッドの配置の対称面で整列した（すなわち、ＨＯおよびＶＥの同時二等分面に配置された）追加の対向ＤＣ電極対２６、２６’を備えることによって得られてよい。

したがって、図２５および２６に示すように、不安定運動領域または変動安定性領域１０を生成および維持するステップは、ＱＭＦ装置２のロッド３、３’の配置の対称面内に整列した、すなわち、第１および第２横断面ＨＯおよびＶＥの同時二等分面に沿った、少なくとも１対の対向ＤＣ電極２６、２６’を用いて、局所電場を修正することによって実行され得る。

発明の別の特徴に関して、節（単数または複数）８、９の位置（単数または複数）はまた、イオン源１と、装置２の入口４の電極との間の電位差として、局所電場のパラメータＵ_ＤＣ、Ｖ_ＲＦ、Ｆ_ＲＦおよび／または加速電位Ｕ_ＡＣＣを修正することによって調節され得る。

その状況が生じる場合、方法は、装置２の潜在的な機械的不完全性、例えば、ロッド中心軸１３の位置オフセット、またはロッド３、３’の半径の差を、ＤＣおよび／またはＡＣ補正電位を前述の四重極ロッド３、３’に印加することによって補償するステップをさらに含み得る。

発明の別の態様によれば、イオンビームを走査する方法が提案され、これは、選択された電荷質量比の範囲の限界を徐々に修正し、前述の比の範囲が維持される所与の時間内に前述の四重極２を退出するイオンを数えながら、前述のイオンビームに、本明細書で先に定義および構成されたようなフィルタリング方法を適用すること、ならびに退出イオン数を、前述の時間中に維持された前述の比の範囲と関連付けることに本質的にある。

発明の第１の実用的な実施形態に関して、安定範囲の限界は、ロッド３、３’の各対の２つの対向するロッド間に存在する電場のＡＣ電位の周波数Ｆ_ＲＦを変化させること、好ましくはランプアップおよびダウンさせることによって修正される。

発明の第２の実用的な実施形態に関して、安定範囲の限界は、電場のＡＣおよびＤＣ電位の振幅Ｖ_ＲＦ、Ｕ_ＤＣをランプさせ、装置２の入口４でのイオンの加速電位Ｕ_ＡＣＣの変動、好ましくはランプアップおよびダウンにより節８、９の位置を再調節することによって修正され、前述の電場の周波数値は、加速電位Ｕ_ＡＣＣがフィルタリング性能の所与の低下をもたらす値に達するたびに、別の周波数値に段階的に有利に切り替えられ、電位Ｖ_ＲＦ、Ｕ_ＤＣ、Ｕ_ＡＣＣのランプが再開される。

有利には、走査方法は、２つの連続する走査相、すなわち、より低い分解能での、予備的な、高速かつ簡単な標準動作に続く、特定された関心領域におけるより高い分解能での周波数走査を含み得る。これは、高価な高精度電子機器でも達成するのが難しい、（広い質量範囲の走査に必要な）広範囲の周波数でＶ_ＲＦを一定に維持する困難を回避することを可能とする。

したがって、発明の実施形態によれば、第１走査相では、安定範囲の限界は、電場のＡＣおよびＤＣ電位の振幅Ｖ_ＲＦ、Ｕ_ＤＣをランプさせることによって修正され、第２走査相では、第１走査相の結果から関心領域を特定した後に、走査は、前述の領域内で、ＡＣ電位の周波数Ｆ_ＲＦを変化させること、好ましくはランプアップおよびダウンさせることによって行われる。

発明の別の態様によれば、図３～８および１３に示すように、先に記載されたようなイオンビームのフィルタリング方法および走査方法を行うことができる、四重極マスフィルタ装置２が提案される。

前述の装置２は、
－（開口１６を有する）四重極装置入口４から（開口１７を有する）四重極装置出口５に互いに平行に伸びる、４つの、好ましくは同一の、有利には円筒形または双曲柱状の、連続（均一）または分割ロッド３、３’であって、前述のロッド３、３’は、四重極中心軸６を形成する軸の周りに対称かつ規則的に配置され、それらの間に連続または分割管状体積２’を画定し、前述のロッド３、３’は、互いに垂直な第１横断面ＨＯおよび第２横断面ＶＥそれぞれに２つずつさらに配置される、ロッド３、３’と、
－互いに対向するロッド３、３’の各対の間、または２対のロッド３、３’のロッドセグメント７、７’の間に、合成された直流ＤＣおよび交流ＡＣ電位によって規定される特定の局所電場を印加する手段であって、前述の局所場は、管状体積２’または整列体積セグメント２’’に沿って合成電場をともに形成し、合成電場は、安定範囲を規定する所与の比の値の電荷質量比を有するイオンが、四重極２中を移動する時に、第１および第２横断面ＨＯ、ＶＥ内の両方で、管状体積２’または連続する体積セグメント２’’の横方向限界内で振動し、前述の四重極装置２を退出することを可能とする、手段と、
－ＤＣ電位の振幅Ｕ_ＤＣならびにＡＣ電位の振幅Ｖ_ＲＦおよび周波数Ｆ_ＲＦを調節する手段と、
－四重極装置２の入口４を通過する前に、入射ビーム１’のイオンに所与の運動エネルギーまたは速度を提供するために設計された加速電位Ｕ_ＡＣＣを調節する手段と
を備える。

さらに、前述の局所電場が構成および調整され、前述の加速電圧が設定され、その結果、目標電荷質量比を有するイオンの振動パターンが、両横断面ＨＯ、ＶＥ内で、実質的かつ同時に、同じ点で四重極中心軸６と交差する、少なくとも１つの振動節または正確な集束点８、９が生成され、底または出口節と呼ばれる前述の節８または前述の節８、９の１つ８は、装置２の出口５もしくはその近く、ロッド３、３’の端部の後ろ、またはそれらの間に位置する。

発明の好ましい実施形態によれば、前述の局所電場が構成および調整され、前述の加速電圧が設定され、その結果、
－目標電荷質量比を有するイオンの振動パターンが、両横断面ＨＯ、ＶＥ内で、実質的かつ同時に、同じ点で四重極中心軸６と交差する、少なくとも２つの振動節または正確な集束点８、９が生成され、前述の節８、９は、
－装置２の出口５に位置する１つの振動節または正確な集束点８と、
－装置２の入口４と出口５との間に位置する少なくとも１つの他の中間振動節または正確な集束点９と
を備える。

さらにまた、発明の前述の好ましい実施形態によれば、フィルタリング手段１０が、イオンビーム１’をフィルタリングするために、前述の少なくとも１つの中間節９の近傍および前述の少なくとも１つの中間節９に設けられ、前述のフィルタリング手段１０は、物理的手段または場に基づく手段のいずれかであり、目標電荷質量比を有するイオンの大部分が、前述の位置と交差し、出口５に向かうそれらの下流への移動を続けることを可能とするように配置および構成され、他のイオンは、遮断されるか、またはロッド３、３’の１つと衝突させられる。

その最も単純な実施形態では、ＱＭＦ装置２は、関連するフィルタリング手段１０を有する１つの中間節９を含む。

ここで、発明は、対向ロッド３、３’またはロッドセグメント７、７’間の電場が、装置２内に少なくとも２つの中間節９を形成するように較正され、対応する物理的または場に基づくフィルタリング手段１０が、各中間節９と関連することも提供し得る。

有利には、第１または出口節８と関連するイオンビームフィルタリング手段は、物理的フィルタリング手段１５、１７、例えば、出口開口１７を設けた出口電極プレート１５からなる。

内部イオンフィルタリングを実行する第１方法によれば、そのまたは各さらなる中間節９と関連するフィルタリング手段は、物理的障壁１０’中の少なくとも１つの較正通路１０からなり得、前述の通路１０は、例えば、管状体積２’内、またはＱＭＦ装置２の前述の合成体積２’の長手方向セグメント２’’内の中心軸６に横方向、好ましくは垂直に配置されたプレート１０’中の開口１０のように、中間節９上に中心があり、前述のプレート（単数もしくは複数）１０’は、その状況が生じる場合、連続的に隣接するかまたは分離されたロッドセグメント７、７’間でも動径方向に伸びる。

開口１０は、典型的には円形であるが、正方形または長方形などの多角形とすることもできる。

内部イオンフィルタリングを実行する第２方法によれば、そのまたは各さらなる中間節９と関連するフィルタリング手段は、少なくとも１つの不安定運動領域または変動安定性領域１０を含み得、その内部で、局所電場特性は、前述の領域１０を通過する全イオンに不安定なまたは少なくとも変更された軌道を与え、前述の少なくとも１つの中間節９は、前述の少なくとも１つの不安定運動領域または変動安定性領域１０内に、好ましくは中心に、位置する。

ＱＭＦ装置２は、均一（連続）ロッド３、３’（図８Ａ、８Ｂ、２５、および２６）、または分割ロッド（図１３～１６、２３、および２４）を有する一体型であってよい。

ここで、ＱＭＦ装置２は、複合型であってもよく、長手方向に端と端とをつないで、または少なくとも１つの集束手段１９、２０をそれらの間に介在させて、互いに整列し、組み立てられた少なくとも２つの別個の四重極マスフィルタユニットを備え、各ユニットは、それ自体の入口４および出口５を有するか、またはその入口および／もしくは出口を他のユニットと共有し、イオンビーム１’のフィルタリングは、連続する四重極マスフィルタユニットの、互いに向かい合う別個のまたは一致する入口および出口開口１６、１７によって行われる（図３～７）。

第１実施形態によれば、少なくとも１対のロッドのロッド３、３’の各々は、分割され得、長手方向中心軸６に平行な方向に互いに整列した、（好ましくは少なくとも３つの）物理的に分離されたセグメント７で作製され得、そのまたは各不安定運動領域１０は、好ましくは、関心対向セグメント７のＵ_ＤＣを増加させるか、またはＶ_ＲＦを減少させることによって達成される。

第２の実施形態によれば、少なくとも１対のロッドのロッド３、３’の各々は、分割され得、長手方向中心軸６への異なる距離ｒ_Ｏ、ｒ_Ｏ－、ｒ_Ｏ＋を示す少なくとも２つの長手方向セグメント７を有するロッドからなる。

より正確には、各ロッドは、異なる直径のセグメント７、具体的には、ロッド３、３’の現在の直径ｄと異なる直径ｄ_－、ｄ_＋を有する少なくとも２つの隣り合うセグメントを含み得、より大きいかまたはより小さい直径を有する前述の少なくとも２つの隣り合うセグメントは、不安定運動領域１０または少なくとも変動安定性領域が達成されることになる領域に位置する。

あるいは、装置２は、不安定運動領域または変動安定性領域１０を生成および維持する手段として、ＱＭＦ装置２のロッド３、３’の配置の対称面内に整列した、すなわち、第１および第２横断面ＨＯおよびＶＥの同時二等分面に沿った、対向ＤＣ電極対２６、２６’を備えてよい（図２５および２６）。

添付の図に見られるように、連続または分割ロッド３、３’は、例えば、正方形、または菱形、または円筒形、または円錐形の開口などの、四重極中心軸６上に中心がある入口開口１６および出口開口１７をそれぞれ備える入口電極１４から出口電極１５に、底または各四重極マスフィルタユニットに向かって伸び、２つの連続するＱＭＦユニットそれぞれの出口および入口電極１４、１５は、別個であるか、または一致する。

進入および／または退出イオンビーム（単数または複数）を成形し、有利に区別することを考慮して、発明の実用的な構成に関して、電極開口１６、１７の少なくとも１つは、装置２内で四重極長手方向中心軸６上に位置する頂点から、四重極入口４または四重極出口５に対応する底面に伸びる円錐の一部として成形される。

最後に、発明は、例として図１３Ａに示すように、本明細書で先に記載されたようなイオンビームのフィルタリング方法および走査方法を行うことができる、走査またはフィルタリング装置２１も包含する。

この走査またはフィルタリング装置２１は、図３Ａに示すように、
－本明細書で先に記載されたような四重極マスフィルタ装置２と、
－イオンビーム１’を装置２に向かって放出することができるイオン源１と、
－ＱＭＦ装置２の管状内部体積２’に進入する前に前述のイオンビーム１’を構成する手段１’’、１６、１９であって、前述のビーム１’は、少なくとも入口４のレベルに制限された動径方向寸法を有し、長手方向中心軸６に沿って導かれるように構成され、前述のビームは、好ましくは、四重極入口４、すなわち、装置２の入口電極１４の入口開口１６に向けられかつ集束される、手段１’’、１６、１９と、
－イオン源１と四重極入口４との間に、調節可能なイオン加速電位Ｕ_ＡＣＣを印加する手段２１’と、
－例えばファラデーカップなどの、イオンセンサ１８であって、所与の時間内に前述のセンサ１８に進入または衝突するイオンの数に比例する信号を発することができる（センサ１８は、装置２の出口５を超えた先に位置する）、イオンセンサ１８と
を本質的に備える。

より正確には、図１３Ａに概略的に示す走査またはフィルタリング装置２１は、主に、以下の部品、構成要素、および付属機器：
－（Ｕ_ＡＣＣを規定するための）ＤＣバイアス２１’および電源に接続され、集束要素（イオン銃－第１集束レンズ１９）と関連するイオン源１であって、前述のイオン源１は、イオンビーム１’を生成する、イオン源１と、
－（ＱＭＦの主ＤＣオフセットを規定し、ファラデーケージとして機能する）円筒エンクロージャ電極２３内の支持構造物３’’に取り付けられた分割ロッド３、３’を有するＱＭＦ装置２であって、前述の装置２は、それぞれの開口１６、１７を有する入口および出口電極１４および１５を備え、少なくとも１つの内部不安定運動領域１０を有する、ＱＭＦ装置２と、
－ロッド３、３’のセグメント７間に電場を発生させかつ調節することができる精密ＤＣ電位源２２および精密ＲＦ装置２２’（例えば、共振回路または発振器＋増幅器）と、
－集束レンズ２０に続く、計数器、オシロスコープ、または類似の表示装置１８’に接続されたイオンセンサまたは位置感知ＴＯＦ検出器１８と、
－ＱＭＦ装置２を格納し、真空発生機器２５に接続された真空ハウジング２４と
を備える。

有利には、前述のビーム構成手段は、イオン源１と四重極入口４との間に位置し、四重極中心軸６上に中心があり、イオン源１から生じるイオンビーム１’を、四重極入口４で四重極中心軸６上に精密に集束することができる、例えばアインツェルレンズなどの、第１集束レンズ１９を備える。

前述の走査装置２１は、四重極出口５とイオンセンサ１８との間に位置し、四重極中心軸６上に中心がある第２集束レンズ２０も備え、前述の第２レンズ２０は、前述の四重極出口５から退出するイオンビームを、前述のイオンセンサ１８上に集束することができる。

前述のビーム構成手段は、偏向器またはウィーンフィルタなどの、イオン源１と四重極装置入口４との間に介在するエネルギーセレクタを備え、前述のエネルギーセレクタ１’’は、所与の範囲の運動エネルギーを有するイオンのみが四重極装置２に進入することを可能とするように構成されることも想定され得る。

発明の主な原理、特徴、および特性は、所与のＱＭＦ装置２をエミュレートするのに（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｓｅｒｖｉｃｅｓによる）ＳＩＭＩＯＮ（登録商標）ソフトウェアパッケージを使用して、シミュレーションとして発明者によって実験的に試験され、前述のソフトウェアは、ユーザが、シミュレーション中に主なＱＭＦパラメータを調節すること、ならびに結果として生じるＥＭ場およびイオン軌道を直ちに視覚化することを可能とする。

実験的にシミュレートされたＱＭＦ装置モデルは、図１３Ｂまたは１３Ｃに示すような装置、すなわち、分割ロッド３、３’（３つのセグメント７：短い中央のものおよびより長い両側のものを有する各ロッド３、３’／９つの短い同一のセグメント７を有する各ロッド３、３’）を有するＱＭＦ、入口（アインツェル）集束レンズ１９、出口（アインツェル）集束レンズ２０、ならびにイオン源１を備えるＱＭＦ装置２に対応する。

シミュレートされたＱＭＦモデルの主な寸法を、以下の表に記載する：

ＳＩＭＩＯＮでの初期ビーム特性は、質量範囲（一様分布）ならびに初期座標、角度、および運動エネルギー（３Ｄガウス分布）によって規定される。適用された設定が記述され、シミュレーションからの結果は、各イオンに関する情報、すなわち、イオン質量、抽出座標、速度、および運動エネルギーを含む粒子分布として保存される。分布は分析され、質量分解能を推定するための、質量分布に対するガウシアンフィッティングを可能とする。効率は、中央質量の粒子の透過によって規定される。図１８は、３つの異なる開口サイズ（０，５ｍｍ、１ｍｍ、および２ｍｍ）での正規分布フィッティングを含む、典型的なＳＩＭＩＯＮ出力（ＥＦ＋ＵＭＲ）の分析を示す。この例のフィッティングからの結果を、以下の表に示す：

長手方向の分割を有するＱＭＦモデルが、強化された動作モードの性能の向上を推定するために、標準動作モードにおいてもシミュレーションに使用された。

図１９のグラフは、イオン質量８５、ビームサイズ０，４７ｍｍ（ｒｍｓ）および発散角２，４°（ｒｍｓ）、ならびにエネルギー幅０，３１４ｅＶ（ＦＷＨＭ）での、透過効率と質量分解能との関係を示す。

図１７のグラフは、多種多様なＱＭＦ調整にＥＦおよびＵＭＲを適用した場合の、同じイオンビームでの同じ関係を示す。２つの図（１７および１９）の比較は、シミュレーションに基づいて期待される性能の向上を示す。

発明による方法を検討すると、ＥＦおよびＵＭＲを達成するためのＱＭＦの調整は、標準動作モードより複雑であることを当業者なら容易に理解する。手順は、標準的なＱＭＦ動作に従って、すなわち、安定性ダイアグラムの先端付近で、イオンの基準質量に合わせてＲＦおよびＤＣ電位を調節することから開始する。この開始点では、透過効率は依然として高いはずであるが、高い質量分解能にはまだ達していないであろう。

次のステップは、いくつかのＲＦおよびＤＣパラメータ：ＲＦ周波数Ｆ_ＲＦおよび振幅Ｖ_ＲＦ、ＱＭＦへのＤＣ電位Ｕ_ＤＣ、ならびに加速電位Ｕ_ＡＣＣの微細な走査を行うことである。後者は、運動エネルギーを規定し、したがって、基準イオンの長手方向速度も規定する。走査中、ＱＭＦの出口開口１７の下流に位置するファラデーカップＦＣ １８上のイオン電流を読み取るべきである。走査すべき第１パラメータは、電位Ｕ_ＡＣＣである。走査中、複数のピークが、ＦＣで観測されることになる。これらのピークは、出口開口の位置でのイオンの集束に対応することになる。パラメータＦ_ＲＦ、Ｖ_ＲＦ、およびＵ_ＤＣの所与のセットでの集束距離は、２つの横断面ＨＯおよびＶＥ内で異なることになり、したがって、水平ＨＯおよび垂直ＶＥ集束の両方に対応する別個のピークが存在するであろう（２つの横断面は、Ｕ_ＤＣの符号により水平および垂直と定義される）。測定される電流ピークの数は、Ｕ_ＡＣＣ走査範囲に依存することになる。その理由は、これらのピークが、両横断方向におけるイオン軌道の振動の異なる節に対応するためである。節の位置がＱＭＦ出口開口１７の位置に対応する時に、検出器１８にイオン電流ピークが存在することになる。イオンのグループ化された振動は、１つのＵ_ＡＣＣ走査内の複数の半周期に適合するように調節され得る（図１４の様々な行を検討する）。

シミュレーションでは、横断面の各々での軌道振動に気付くことができるが、実際には、どのピークがＨＯ集束に対応し、どのピークがＶＥ集束に対応するかを決定する必要がある。これは、Ｆ_ＲＦおよび／またはＶ_ＲＦを段階的に変化させ、次いで、設定ごとにＵ_ＡＣＣ走査を行うことによって行われる。これら２つのパラメータは、両横断面内で、反対方向に、節の位置に影響を及ぼす。後者は、Ｆ_ＲＦを増加させると、集束距離は、第１横断面内では増加し、同時に第２横断面内では減少することを意味する。同じことがＶ_ＲＦにも当てはまるが、依存性は逆になり、すなわち、Ｖ_ＲＦを増加させると、第１平面内の集束距離は減少する一方、第２平面内では集束距離は増加することになる。

ピークの同定後、両平面内の振動節を整合させるために、Ｆ_ＲＦおよびＶ_ＲＦを微調整することができる。これらの場合では、２平面集束、すなわち、正確な集束（ＥＦ）が達成され、イオン透過は、パラメータの所与の組み合わせで大きく向上する。ＱＭＦの動作に使用され得る、振動節の様々な組み合わせが存在する。節の位置は、両横断面で、質量（ｑ／ｍ）に強く依存する。この依存性は、出口開口でのさらなる選択性のためにＥＦを使用することを可能とし、したがって、より高い質量分解能に達する。以下の表は、様々なパラメータに対する、各横断面内の集束距離の依存性を要約する。

高い質量分解能のためのＥＦの調整は、ＲＦロッド３、３’の分割構造を使用することによって単純化される。それは、ＲＦおよびＤＣパラメータを、ＱＭＦの長さに沿って異なって調節することを可能とする。ＥＦ操作において、ＱＭＦに沿って変化させるのに最も便利なパラメータは、Ｕ_ＤＣである。Ｕ_ＤＣを変化させることは、ＱＭＦへのイオン進入後にＭａｔｈｉｅｕパラメータａを滑らかに増加させることを可能とし、これは、ＱＭＦの入口でのより強力なイオン閉じ込めを得るのに使用され得、したがって、所与のイオン質量範囲の透過効率を向上させる。主なパラメータ（Ｕ_ＡＣＣ、Ｖ_ＲＦ、Ｆ_ＲＦ）の微調整は、パラメータＵ_ＤＣ１、Ｕ_ＤＣ２、Ｕ_ＤＣ３等の修正を補償するために必要である。手順は、先の標準的なＥＦ調整と同じ方法、すなわち、２つの横断面内のイオン振動節を整合させることによって行われる。図２０は、ＥＦのみを適用することによって得られたＱＭＦ質量スペクトルの例を示す。ＦＷＨＭ質量分解能はむしろ高いが、より高質量のテールが存在する（より大きい開口で、より顕著である）。

発明によって提供されるように、少なくとも１つの不安定運動領域（ＵＭＲ）１０の使用は、ＱＭＦ性能への他の強化であり、これは、ＲＦロッド３、３’の分割を使用し、ＥＦによって得られる質量分解能を、後者と組み合わされた場合にさらに向上させる。不安定運動領域は、高いＵ_ＤＣ（ａ＞０．２３７）を局所的に印加することによって、すべてのイオン質量について規定され得る。ＵＭＲ内でのイオンの運動は、すべてのイオン質量で不安定であるが、ＵＭＲセグメントの中心近傍の整合された振動節との組み合わせで、後続の安定領域に達するまで、基準質量のイオンをＱＭＦ内に閉じ込めることができ、一方、異なる質量のイオンは正しく集束されず、それらの振動振幅の増加、およびそれに続くそれらの損失をもたらす。ＵＭＲ操作の例は、ＨＯに２つの節およびＶＥに２つの節を適用することによって設定され得、したがって、両横断方向についてＱＭＦの中心に節を導入する。次いで、ＱＭＦの中央セグメントに適切なＵ_ＤＣ電位を印加することによって、ＵＭＲ １０を生成することができる。図２１は、（０．５ｍｍ開口で）これまでに達成された最高の質量分解能である。この方法は、図２０の例からのＥＦ設定に基づく。質量分解能および高質量のテールは、ＥＦ／ＵＭＲの組み合わせを使用する場合、大きく減少する。

もちろん、実際には、ＱＭＦパラメータの微調整は、出口開口１７の後ろに軸方向に配置されたイオン検出器またはセンサ１８で測定されたイオン電流の即時観察により、容易かつ高速な方法で達成されてよい。

ＱＭＦ装置２の透過効率ならびに／または質量分解能に影響を及ぼす他の設定パラメータは、主に、初期ビームエミッタンス、ＱＭＦ装置２の入口４でのビーム集束の質および特徴（集束調節は、イオン源１と入口レンズ１９とで異なる設定を適用することによって行われる）、ロッド３、３’の起こり得る機械的オフセットおよび／もしくは構造不完全性の補償、ならびにＡＣ電位の周波数および振幅の安定性の質を含む。

出口開口１７での正確な集束（ＥＦ）のための微調整手順の後に、高分解能質量走査が、ＱＭＦ装置で行われ得る。Ｖ_ＲＦおよびＵ_ＤＣのみが典型的には走査される標準動作と異なり、発明によるＥＦおよびＵＭＲモードでは、走査中に節８、９の位置を保つ必要もある。後者の理由は、典型的にはＶ_ＲＦおよびＵ_ＤＣを同時に調節することのみによって、Ｍａｔｈｉｅｕパラメータのみを保つ標準動作での走査と異なり、ＥＦモードでは、焦点距離は、２つの横断面でＶ_ＲＦに対して反対の依存性（－／＋）を有するが、Ｕ_ＤＣは、２つの横断面で焦点距離に同様の影響（＋／＋）を及ぼすためである。したがって、節の位置がビーム軸６に沿って保たれるような方法で、より多くの／他のパラメータを変化させる必要がある。

両横断面でＭａｔｈｉｅｕパラメータおよび節の位置を保ちながら質量走査を行う、いくつかの異なるスキームが存在する。２つの最も単純なスキームを、以下で紹介する。

第１スキーム（ａ）は、周波数（Ｆ_ＲＦ）走査のみを含む。他のすべてのパラメータ（Ｖ_ＲＦ、Ｕ_ＤＣ、Ｕ_ＡＣＣ）は、固定され得る。走査中の質量範囲は、質量分解能に影響を及ぼすことなく非常に広くなり得る。この走査スキームの動作原理は、非常に単純である。先の表で分かるように、イオン質量（＋／－）およびＦ_ＲＦ（＋／－）の同様の依存性は、節の位置を保つことを可能とする。最初に説明された方程式から、イオン質量Ｍおよび周波数の二乗Ｆ_ＲＦ ^２に対する、ａおよびｑの同じ依存性のため、Ｍａｔｈｉｅｕパラメータａおよびｑも、同時に保たれることが分かる。この走査スキームは、シミュレーション結果に基づく好ましいものであるが、周波数掃引中のＲＦ供給の要求される振幅精度のため、実装するのがより困難であり得る。

第２走査スキーム（ｂ）は、パラメータＵ_ＡＣＣをＵ_ＤＣ＆Ｖ_ＲＦ走査に含めることによる、イオンの運動エネルギー（したがって速度）の連続再調節を含む。このスキームでは、周波数Ｆ_ＲＦは、１回の走査中で固定される。このスキームの実装は単純であるが、質量範囲は、所与の固定周波数について限定される。これは、ＱＭＦの固定長を通過する必要があるイオンの加速のためである。質量分解能は、イオンの速度が大きく増加される場合に影響を受ける。広い質量範囲を実行する場合の分解能の低下を回避するために、Ｆ_ＲＦを他の固定周波数に（段階的に）切り替え、低いＵ_ＡＣＣ値で開始する初期Ｕ_ＤＣ＆Ｖ_ＲＦ走査を繰り返す必要がある。この走査スキームは、もう少し複雑であるが、スキーム（ａ）と異なり、周波数は、連続的にではなく段階的に変化し、これは、Ｖ_ＲＦの要求される高い精度を保ちながら、ＲＦ電子機器で実装するのがより容易であり得る。

上記の２つのスキームの組み合わせを使用する場合、より複雑な走査スキームが適用され得る。一例は、滑らかなＦ_ＲＦの減少（スキームｂ）と組み合わせたＵ_ＤＣ＆Ｖ_ＲＦのランプ走査（スキームａ）である。この第３スキームは、スキーム（ａ）で要求するようなＲＦ周波数の大きな減少なしで、高質量に達するために使用され得る。

もちろん、発明は、記載され、添付の図面に示された実施形態に限定されない。修正は、特に様々な要素の構成の観点から、またはそれにより発明の保護範囲を超えることのない技術的均等物の置換によって、依然として可能である。

Claims (42)

1. 目標電荷質量比を有するイオンを単離するべくイオンビームをフィルタリングする方法であって、前記方法は、
   －四重極入口（４）から四重極出口（５）に互いに平行に伸びる４つの連続または分割ロッド（３、３’）を備える四重極マスフィルタ装置（２）を提供することであって、前記ロッド（３、３’）は、四重極長手方向中心軸（６）を形成する軸の周りに対称かつ規則的に配置され、それらの間に連続または分割管状体積（２’）を画定し、前記ロッド（３、３’）は、互いに垂直な第１横断面（ＨＯ）および第２横断面（ＶＥ）それぞれに２つずつ対向してさらに配置されること
   を含み、前記方法はまた、
   －イオンビーム（１’）を前記四重極マスフィルタ装置（２）の前記入口（４）に向かって放出することであって、前記イオンビーム（１’）は、成形および／またはプレフィルタリング手段（１’’、１６、１９）によって、少なくとも前記入口（４）のレベルに制限された動径方向寸法を有し、前記装置（２）の前記長手方向中心軸（６）に沿って導かれるように構成されることと、
   －前記ロッド（３、３’）間、または対向するロッド（３、３’）の各対のロッドセグメント（７、７’）間に電場を印加することであって、各場は、合成された直流（ＤＣ）および交流（ＡＣ）電位によって規定され、安定範囲を規定する所与の値の範囲の電荷質量比を有するイオンが、前記四重極中を移動する時に、前記第１および第２横断面内の両方で、前記管状体積（２’）または連続する体積セグメント（２’’）の横方向限界内で振動し、前記装置（２）を退出することを可能とすることと、
   －前記目標電荷質量比を有する前記イオンの振動パターンが、両横断面内で、実質的かつ同時に、同じ所与の点で前記四重極中心軸（６）と交差する、少なくとも１つの振動節または正確な集束点（８、９）を生成するために、前記電場の各々を、それらのＤＣ電位の振幅（Ｕ_ＤＣ）ならびにそれらのＡＣ電位の振幅（Ｖ_ＲＦ）および周波数（Ｆ_ＲＦ）を調節することによって、また前記四重極（２）に進入する前記イオンの速度を調節することによって、較正することであって、底または出口節と呼ばれる前記節（８）または前記節（８、９）の１つ（８）は、前記装置（２）の前記出口（５）もしくはその近く、前記ロッド（３、３’）の後ろ、またはそれらの間に位置することと、
   を含むことを特徴とする、フィルタリングする方法。
2. 対応する供給源（１）によって提供される前記イオンビーム（１’）は、好ましくは前記四重極入口（４）またはその近くに位置する入口電極（１４）に属する、較正入口開口（１６）を通過し、これは、前記管状体積（２’）に進入する前に、前記ビーム（１’）を成形および／またはフィルタリングする、請求項１に記載のフィルタリングする方法。
3. 対応する供給源（１）によって放出される前記イオンビーム（１’）は、特に、動径方向サイズ、イオンエネルギー、および／または進行方向に関して、前記入口（４）を通って前記管状体積（２’）に進入する前に予備調整される、請求項１または２に記載のフィルタリングする方法。
4. 前記イオンビーム（１’）の予備調整は、前記四重極入口（４）付近または近くで、好ましくは前記四重極入口（４）で、前記ビーム（１’）を少なくとも集束することを含む、請求項３に記載のフィルタリングする方法。
5. 前記イオンビーム（１’）の予備調整は、前記四重極入口（４）を通る前、場合によっては集束を受ける前に、前記ビーム（１’）のエネルギー幅のフィルタリングを実現することを少なくとも含むか、またはそれも含む、請求項３または４に記載のフィルタリングする方法。
6. 前記方法はまた、
   －前記装置（２）の前記出口（５）に位置する第１節（８）に加えて、中間節と呼ばれ、前記装置（２）の前記入口（４）と前記出口（５）との間に位置する、少なくとも１つの他の節または正確な集束点（９）を生成するために、前記電場を較正することと、
   －前記少なくとも１つの中間節（９）の位置の近傍およびその位置で、物理的または場に基づくフィルタリング手段（１０）によって前記イオンビーム（１’）をフィルタリングすることであって、前記フィルタリング手段は、前記目標電荷質量比を有する前記イオンの大部分が、前記位置と交差し、前記出口（５）に向かうそれらの下流への移動を続けることを可能とし、他のイオンは、遮断されるか、または前記ロッド（３、３’）の１つと衝突させられことと、
   にある、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のフィルタリングする方法。
7. 前記イオンビーム（１’）の最終フィルタリング操作は、前記出口節（８）の近傍および前記出口節（８）で、物理的フィルタリング手段（１５、１７）、例えば、較正出口開口（１７）を設けた出口電極プレート（１５）によって行われる、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のフィルタリングする方法。
8. 所与のイオン質量について前記振動節（８、９）および前記装置（２）の設定のいずれかを得るための、前記電場の初期較正は、
   －所与の質量電荷比を有するイオンのＭａｔｈｉｅｕパラメータが、Ｍａｔｈｉｅｕ安定性ダイアグラムの第１安定領域（１１）内およびその先端付近に位置するように、前記電場のパラメータ（Ｕ_ＤＣ、Ｖ_ＲＦ、Ｆ_ＲＦ）を調節することと、
   －前記装置の前記入口（４）での前記イオンの前記速度を決定する加速電位（Ｕ_ＡＣＣ）を変動させ、前記四重極中心軸（６）と交差しながら前記四重極（２）を退出するイオンの数の変動を測定することによって、前記イオンの前記横振動パターンの１つの節に対応する前記イオンの半集束節（１２、１２’）のセット間の距離を測定することと、
   －所与の半集束節（１２、１２’）が、前記イオンの前記横振動パターンの１つの節に対応することを、前記関心電場の前記ＡＣ電位の前記周波数（Ｆ_ＲＦ）および／または前記振幅（Ｖ_ＲＦ）を繰り返し変化させることによって、かつ前記イオン加速電位（Ｕ_ＡＣＣ）を毎回変動させて前記半集束節（１２）間の距離のオフセットを測定することによって、確認することと、
   －前記電場の前記ＡＣ電位の前記周波数（Ｆ_ＲＦ）および前記振幅（Ｖ_ＲＦ）を繰り返し変化させ、前記加速電位（Ｕ_ＡＣＣ）を変動させることで前記半集束節（１２、１２’）の位置を調べることによって、一方の横振動パターンに由来する半集束節（１２）の位置を、他方の横振動パターンに由来する半集束節（１２’）と統合し、したがって、両横断面（ＨＯおよびＶＥ）内で同時集束が起こる点またはおおよその点の位置に対応する少なくとも２つの振動節（８、９）を生成することであって、１つの節（８）は、前記装置（２）の前記出口（５）に位置し、少なくとも１つの他の節（９）は、前記装置（２）の前記入口（４）と前記出口（５）との間に位置することと、
   によって行われる、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のフィルタリングする方法。
9. 前記対向ロッド（３、３’）またはロッドセグメント（７、７’）間の電場は、前記装置（２）内に少なくとも２つの中間節（９）を形成するように較正され、対応する物理的または場に基づくフィルタリング手段（１０）は、各中間節（９）と関連する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のフィルタリングする方法。
10. 中間節（９）での前記イオンビーム（１’）のフィルタリングは、物理的障壁（１０’）中の少なくとも１つの較正通路（１０）を用いて行われ、前記通路（１０）は、例えば、前記管状体積（２’）内、または前記ＱＭＦ装置の前記合成体積（２’）の長手方向セグメント（２’’）内の前記中心軸（６）に横方向、好ましくは垂直に配置されたプレート（１０’）中の開口（１０）のように、前記検討される中間節（９）上に中心があり、前記プレート（単数もしくは複数）（１０’）は、その状況が生じる場合、連続的に隣接するかまたは分離されたロッドセグメント（７、７’）間でも動径方向に伸びる、請求項６に記載のフィルタリングする方法。
11. 前記四重極マスフィルタ装置（２）を提供することは、少なくとも２つの四重極マスフィルタユニットを、長手方向に端と端とをつないで、または少なくとも１つの集束手段（１９、２０）を介在させて整列させ、組み立てることにあり、各ユニットは、それ自体の入口（４）および出口（５）を有するか、またはその入口（４）および／もしくは出口（５）を他のユニットと共有し、前記イオンビーム（１’）のフィルタリングは、連続する四重極マスフィルタユニットの、互いに向かい合う別個のまたは一致する出口および入口開口（１６、１７）によって行われる、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のフィルタリングする方法。
12. 前記イオンビーム（１’）のフィルタリングは、前記管状体積（２’）内、または前記ＱＭＦ装置（２）の前記合成体積（２’）の少なくとも１つのセグメント（２’’）内に、少なくとも１つの不安定運動領域または変動安定性領域（１０）を生成および維持することによって行われ、前記フィルタリング手段はしたがって、局所電場の修正（単数もしくは複数）の結果生じる領域（単数もしくは複数）（１０）によって形成される、請求項６に記載のフィルタリングする方法。
13. 前記局所電場の形成ステップ、少なくとも２つの集束節（８および９）の形成ステップ、ならびに少なくとも１つの場に基づくフィルタリング手段（１０）の形成ステップは、
    －長手方向に分割されるか、またはそれらの長手方向に分割構造を有するロッド（３、３’）を用いて、分割ロッド（３、３’）の各対の間に、各対に沿って広がる電場を発生させることであって、前記電場は、前記ＤＣおよび／または前記ＡＣ電位（単数または複数）の特定の較正設定を有し、前記分割ロッド（３、３’）のそれぞれ互いに対向するセグメント（７、７’）に対応する、いくつかの局所電場セグメントを含むことと、
    －中間節（９）と呼ばれ、前記装置（２）の前記入口（４）と前記出口（５）との間に位置する、少なくとも１つの他の節または正確な集束点を生成するために、前記局所場セグメントを、それらそれぞれの個々のＤＣおよびＡＣ電位の設定を調節することによって較正することであって、前記少なくとも１つの中間節（９）は、前記局所電場セグメントの１つの中心に実質的に位置することと、
    －前記少なくとも１つの中間節（９）の位置の近傍およびその位置に、不安定運動領域または変動安定性領域（１０）を、前記領域（１０）を通過する全イオンに不安定なまたは少なくとも変更された軌道を与えるために、前記領域の周囲の前記ロッドセグメント（７、７’）に印加される前記局所電場の設定を修正することによって、生成および維持することであって、前記不安定運動または変動安定性領域（１０）の長さは、前記目標電荷質量比を有する大部分のイオンが、前記領域（１０）と交差し、安定振動に戻り、前記出口（５）に向かうそれらの下流への移動を続けることができるように設定されることと、
    にある、請求項６および１２に記載のフィルタリングする方法。
14. 前記電場が、局所電場部分の中心にそれぞれ位置する、前記装置（２）内の少なくとも２つの中間節（９）を形成するように較正される場合、不安定運動領域または変動安定性領域（１０）は、前記中間節（９）の少なくとも１つの位置の近傍およびその位置、好ましくはすべての中間節（９）の位置の近傍およびその位置に生成される、請求項１２または１３に記載のフィルタリングする方法。
15. 不安定運動領域または変動安定性領域（１０）を生成および維持するステップは、前記領域（１０）の周囲の各セグメント（７、７’）に印加される前記ＤＣ電位を増加させることによって実行され、前記ＤＣ電位の前記増加は、前記不安定運動領域（１０）の前記長さを考慮して選択され、前記ロッド（３、３’）の分割構成によって決定され、その結果、前記目標電荷質量比を有する大部分のイオンが、前記領域（１０）と交差し、安定な、動径方向に閉じ込められた振動に戻り、前記出口（５）に向かうそれらの下流への移動を続けることができる、請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載のフィルタリングする方法。
16. 不安定運動領域または変動安定性領域（１０）を生成および維持するステップは、場合によっては前記ＤＣ電位の増加に加えて、前記領域（１０）の周囲の各セグメント（７、７’）に印加される前記ＡＣ電位の振幅および／またはオフセットを修正することによって実行され、前記ＡＣおよび場合によってはＤＣ電位（単数または複数）の変化（単数または複数）は、前記不安定運動領域（１０）の前記長さを考慮して調節され、前記ロッド（３、３’）の分割構成によって決定され、その結果、前記目標電荷質量比を有する大部分のイオンが、前記領域（１０）と交差し、安定な、動径方向に閉じ込められた振動に戻り、前記出口（５）に向かうそれらの下流への移動を続けることができる、請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載のフィルタリングする方法。
17. 少なくとも１対のロッドの前記分割ロッド（３、３’）の各々は、前記長手方向中心軸（６）に平行な方向に互いに整列した、物理的に分離されたセグメント（７、７’）で作製され、前記または各不安定運動領域（１０）は、好ましくは、関心対向セグメント（７、７’）の（Ｕ_ＤＣ）または（Ｖ_ＲＦ）を変化させることによって達成される、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のフィルタリングする方法。
18. 少なくとも１対のロッドの前記分割ロッド（３、３’）の各々は、前記長手方向中心軸（６）への異なる距離（ｒ_Ｏ、ｒ_Ｏ－、ｒ_Ｏ＋）を示す少なくとも２つの長手方向隣接セグメント（７、７’）を有するロッドからなる、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のフィルタリングする方法。
19. 各ロッド（３、３’）は、異なる直径のセグメント（７、７’）、具体的には、前記ロッド（３、３’）の現在の直径（ｄ）と異なる直径（ｄ_－、ｄ_＋）を有する少なくとも２つの隣り合うセグメントを含み、より大きいかまたはより小さい直径を有する前記少なくとも２つの隣り合うセグメントは、不安定運動領域（１０）または少なくとも変動安定性領域が達成されることになる領域に位置する、請求項１８に記載のフィルタリングする方法。
20. 不安定運動領域または変動安定性領域（１０）を生成および維持するステップは、前記ＱＭＦ装置（２）の前記ロッド（３、３’）の配置の対称面内に整列した、すなわち、前記第１および第２横断面（ＨＯおよびＶＥ）の同時二等分面に沿った、少なくとも１対の対向ＤＣ電極（２６、２６’）を用いて、前記局所電場を修正することによって実行される、請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載のフィルタリングする方法。
21. 節（単数または複数）（８、９）の位置（単数または複数）は、前記イオン源（１）と、前記装置（２）の前記入口（４）の前記電極との間の電位差として、前記局所電場の前記パラメータ（Ｕ_ＤＣ、Ｖ_ＲＦ、Ｆ_ＲＦ）および／または前記加速電位（Ｕ_ＡＣＣ）を修正することによって調節される、先の請求項のいずれかに記載のフィルタリングする方法。
22. 前記装置（２）の潜在的な機械的不完全性、例えば、ロッド中心軸（１３）の不慮の位置オフセット、または前記ロッド（３、３’）の半径の意図しない差を、ＤＣおよび／またはＡＣ補正電位を前記四重極ロッド（３、３’）に印加することによって補償するステップをさらに含む、先の請求項のいずれかに記載のフィルタリングする方法。
23. イオンビームを走査する方法であって、選択された電荷質量比の範囲の限界を徐々に修正し、前記比の範囲が維持される所与の時間内に前記使用された四重極装置（２）を退出するイオンを数えながら、前記イオンビームに、請求項１乃至２２のいずれかで定義および構成されるようなフィルタリングする方法を適用すること、ならびに前記退出イオン数を、前記時間中に維持された前記比の範囲と関連付けることに本質的にある、走査する方法。
24. 前記安定範囲の前記限界は、ロッド（３、３’）の各対の２つの対向するロッド間に存在する前記電場の前記ＡＣ電位の前記周波数（Ｆ_ＲＦ）を変化させること、好ましくはランプアップまたはダウンさせることによって修正される、請求項２３に記載の走査する方法。
25. 前記安定範囲の前記限界は、前記電場の前記ＡＣおよびＤＣ電位の前記振幅（Ｖ_ＲＦ、Ｕ_ＤＣ）をランプさせ、前記装置（２）の前記入口（４）での前記イオンの前記加速電位（Ｕ_ＡＣＣ）の変動、好ましくはランプアップまたはダウンにより前記節（８、９）の位置を再調節することによって修正され、前記電場の前記周波数値は、前記加速電位（Ｕ_ＡＣＣ）がフィルタリング性能の所与の低下をもたらす値に達するたびに、別の周波数値に段階的に有利に切り替えられ、前記電位（Ｖ_ＲＦ、Ｕ_ＤＣ、Ｕ_ＡＣＣ）のランプが再開される、請求項２３に記載の走査する方法。
26. 第１走査相では、前記安定範囲の前記限界は、前記電場の前記ＡＣおよびＤＣ電位の前記振幅（Ｖ_ＲＦ、Ｕ_ＤＣ）をランプさせることによって修正され、第２走査相では、前記第１走査相の結果から関心領域を特定した後に、走査は、前記領域内で、前記ＡＣ電位の前記周波数（Ｆ_ＲＦ）を変化させること、好ましくはランプアップまたはダウンさせることによって行われる、請求項２３に記載の走査する方法。
27. 請求項１～２２のいずれかに記載のイオンビームをフィルタリングする方法を行うことができ、請求項２３乃至２６のいずれかに記載の走査方法を行うことができる、四重極マスフィルタ装置（２）であって、
    前記装置（２）は、
    －入口開口（１６）および出口開口（１７）とそれぞれ関連する四重極装置入口（４）から四重極出口（５）に互いに平行に伸びる、４つの、好ましくは同一の、有利には円筒形または双曲柱状の、連続または分割ロッド（３、３’）であって、前記ロッド（３、３’）は、四重極中心軸（６）を形成する軸の周りに対称かつ規則的に配置され、それらの間に連続または分割管状体積（２’）を画定し、前記ロッド（３、３’）は、互いに垂直な第１横断面（ＨＯ）および第２横断面（ＶＥ）それぞれに２つずつさらに配置される、ロッド（３、３’）と、
    －互いに対向するロッド（３、３’）の各対の間、または２対のロッド（３、３’）のロッドセグメント（７、７’）の間に、合成された直流（ＤＣ）および交流（ＡＣ）電位によって規定される特定の局所電場を印加する手段であって、前記局所場は、前記管状体積（２’）または整列体積セグメント（２’’）に沿って合成電場をともに形成し、前記合成電場は、安定範囲を規定する所与の比の値の電荷質量比を有するイオンが、前記四重極中を移動する時に、前記第１および第２横断面（ＨＯ、ＶＥ）内の両方で、前記管状体積（２’）または連続する体積セグメント（２’’）の横方向限界内で振動し、前記四重極装置（２）を退出することを可能とする、手段と、
    －前記ＤＣ電位の振幅（Ｕ_ＤＣ）ならびに前記ＡＣ電位の振幅（Ｖ_ＲＦ）および周波数（Ｆ_ＲＦ）を調節する手段と、
    －前記四重極装置（２）の前記入口（４）を通過する前に、入射ビーム（１’）のイオンに所与の運動エネルギーまたは速度を提供するために設計された加速電位（Ｕ_ＡＣＣ）を調節する手段と、
    を備え、
    前記局所電場が構成および調整され、前記加速電圧が設定され、その結果、目標電荷質量比を有する前記イオンの振動パターンが、両横断面（ＨＯ、ＶＥ）内で、実質的かつ同時に、同じ点で前記四重極中心軸（６）と交差する、少なくとも１つの振動節または正確な集束点（８、９）が生成され、底または出口節と呼ばれる前記節（８）または前記節（８、９）の１つ（８）は、前記装置（２）の前記出口（５）もしくはその近く、前記ロッド（３、３’）の端部の後ろ、またはそれらの間に位置する、四重極マスフィルタ装置（２）。
28. 前記局所電場が構成および調整され、前記加速電圧が設定され、その結果、目標電荷質量比を有する前記イオンの振動パターンが、両横断面（ＨＯ、ＶＥ）内で、実質的かつ同時に、同じ点で前記四重極中心軸（６）と交差する、少なくとも２つの振動節または正確な集束点（８、９）が生成され、前記節（８、９）は、
    －前記装置（２）の前記出口（５）に位置する１つの振動節または正確な集束点（８）と、
    －前記装置（２）の前記入口（４）と前記出口（５）との間に位置する少なくとも１つの他の中間振動節または正確な集束点（９）と、
    を備え、
    フィルタリング手段（１０）が、前記イオンビーム（１’）をフィルタリングするために、前記少なくとも１つの中間節（９）の近傍および前記少なくとも１つの中間節（９）に設けられ、前記フィルタリング手段（１０）は、物理的手段または場に基づく手段のいずれかであり、前記目標電荷質量比を有する前記イオンの大部分が、前記位置と交差し、前記出口（５）に向かうそれらの下流への移動を続けることを可能とするように配置および構成され、他のイオンは、遮断されるか、または前記ロッド（３、３’）の１つと衝突させられる、請求項２７に記載の四重極マスフィルタ装置（２）。
29. 前記対向ロッド（３、３’）またはロッドセグメント（７、７’）間の電場は、前記装置（２）内に少なくとも２つの中間節（９）を形成するように較正され、対応する物理的または場に基づくフィルタリング手段（１０）は、各中間節（９）と関連する、請求項２７または２８に記載の四重極マスフィルタ装置（２）。
30. 前記第１または出口節（８）と関連する前記イオンビームフィルタリング手段は、物理的フィルタリング手段（１５、１７）、例えば、出口開口（１７）を設けた出口電極プレート（１５）からなる、請求項２７乃至２９のいずれか１項に記載の四重極マスフィルタ装置（２）。
31. 前記または各中間節（９）と関連する前記イオンビームフィルタリング手段は、物理的障壁（１０’）中の少なくとも１つの較正通路（１０）からなり、前記通路（１０）は、例えば、前記管状体積（２’）内、または前記ＱＭＦ装置（２）の前記合成体積（２’）の長手方向セグメント（２’’）内の前記中心軸（６）に横方向、好ましくは垂直に配置されたプレート（１０’）中の開口（１０）のように、中間節（９）上に中心があり、前記プレート（単数もしくは複数）（１０’）は、その状況が生じる場合、連続的に隣接するかまたは分離されたロッドセグメント（７、７’）間でも動径方向に伸びる、請求項２７乃至３０のいずれか１項に記載の四重極マスフィルタ装置（２）。
32. 長手方向に端と端とをつないで、または少なくとも１つの集束手段（１９、２０）をそれらの間に介在させて、互いに整列し、組み立てられた少なくとも２つの別個の四重極マスフィルタユニットを備え、各ユニットは、それ自体の入口（４）および出口（５）を有するか、またはその入口および／もしくは出口を他のユニットと共有し、前記イオンビーム（１’）のフィルタリングは、連続する四重極マスフィルタユニットの、互いに向かい合う別個のまたは一致する入口および出口開口（１６、１７）によって行われる、請求項２７乃至３１のいずれか１項に記載の四重極マスフィルタ装置（２）。
33. 前記または各中間節（９）と関連する前記フィルタリング手段は、少なくとも１つの不安定運動領域または変動安定性領域（１０）を含み、その内部で、前記局所電場特性は、前記領域（１０）を通過する全イオンに不安定なまたは少なくとも変更された軌道を与え、前記少なくとも１つの中間節（９）は、前記少なくとも１つの不安定運動領域または変動安定性領域（１０）内に、好ましくは中心に、位置する、請求項２８、および請求項２９乃至３２のいずれか１項に記載の四重極マスフィルタ装置（２）。
34. 少なくとも１対のロッドの前記ロッド（３、３’）の各々は、分割され、前記長手方向中心軸（６）に平行な方向に互いに整列した、好ましくは少なくとも３つの、物理的に分離されたセグメント（７、７’）で作製され、前記または各不安定運動領域（１０）は、好ましくは、関心対向セグメント（７、７’）のＵ_ＤＣを増加させるか、またはＶ_ＲＦを減少させることによって達成される、請求項２７乃至３３のいずれか１項に記載の四重極マスフィルタ装置（２）。
35. 少なくとも１対のロッドの前記ロッド（３、３’）の各々は、分割され、前記長手方向中心軸（６）への異なる距離（ｒ_Ｏ、ｒ_Ｏ－、ｒ_Ｏ＋）を示す少なくとも２つの長手方向セグメント（７、７’）を有するロッドからなる、請求項２７乃至３３のいずれか１項に記載の四重極マスフィルタ装置。
36. 各ロッド（３、３’）は、異なる直径のセグメント（７、７’）、具体的には、前記ロッド（３、３’）の現在の直径（ｄ）と異なる直径（ｄ_－、ｄ_＋）を有する少なくとも２つの隣り合うセグメントを含み、より大きいかまたはより小さい直径を有する前記少なくとも２つの隣り合うセグメントは、不安定運動領域（１０）または少なくとも変動安定性領域が達成されることになる領域に位置する、請求項３５に記載の四重極マスフィルタ装置。
37. 不安定運動領域または変動安定性領域（１０）を生成および維持する手段として、前記ＱＭＦ装置（２）の前記ロッド（３、３’）の配置の対称面内に整列した、すなわち、前記第１および第２横断面（ＨＯおよびＶＥ）の同時二等分面に沿った、対向ＤＣ電極対（２６、２６’）を備える、請求項３３に記載の四重極マスフィルタ装置（２）。
38. 前記ロッド（３、３’）は、例えば、正方形、または菱形、または円筒形、または円錐形の開口などの、前記四重極中心軸（６）上に中心がある入口開口（１６）および出口開口（１７）をそれぞれ備える入口電極（１４）から出口電極（１５）に、前記底または各四重極マスフィルタユニットに向かって伸び、２つの連続するＱＭＦユニットそれぞれの前記出口および入口電極（１４、１５）は、別個であるか、または一致する、請求項２７乃至３７のいずれか１項に記載の四重極マスフィルタ装置（２）。
39. 前記電極開口（１６、１７）の少なくとも１つは、前記装置（２）内で前記四重極長手方向中心軸（６）上に位置する頂点から、前記四重極入口（４）または前記四重極出口（５）に対応する底面に伸びる円錐の一部として成形される、請求項３８に記載の四重極マスフィルタ装置（２）。
40. 請求項１乃至２２のいずれかに記載のイオンビームのフィルタリング方法を行うことができ、請求項２３乃至２６のいずれかに記載の走査方法を行うことができる、走査またはフィルタリング装置であって、
    －請求項２７乃至３９のいずれかに記載の四重極マスフィルタ装置（２）と、
    －イオンビーム（１’）を前記装置（２）に向かって放出することができるイオン源（１）と、
    －前記ＱＭＦ装置（２）の前記管状内部体積（２’）に進入する前に前記イオンビーム（１’）を構成する手段（１’’、１６、１９）であって、前記ビーム（１’）は、少なくとも前記入口（４）のレベルに制限された動径方向寸法を有し、前記長手方向中心軸（６）に沿って導かれるように構成され、前記ビームは、好ましくは、前記四重極入口（４）、すなわち、前記装置（２）の前記入口電極（１４）の前記入口開口（１６）に向けられかつ集束される、手段（１’’、１６、１９）と、
    －前記イオン源（１）と、前記四重極マスフィルタ装置（２）の前記入口（４）との間に、調節可能なイオン加速電位（Ｕ_ＡＣＣ）を印加する手段（２１’）と、
    －例えばファラデーカップまたは電子増倍管などの、イオンセンサ（１８）であって、所与の時間内に前記センサ（１８）に進入または衝突するイオンの数に比例する信号を発することができ、前記センサ（１８）は、前記四重極マスフィルタ装置（２）の前記出口（５）を超えた先に位置する、イオンセンサ（１８）と、
    を備える、走査またはフィルタリング装置。
41. 前記ビーム構成手段は、前記イオン源（１）と前記四重極入口（４）との間に位置し、前記四重極中心軸（６）上に中心があり、前記イオン源（１）から生じるイオンビーム（１’）を、前記四重極入口（４）で前記四重極中心軸（６）上に精密に集束することができる、例えばアインツェルレンズなどの、第１集束レンズ（１９）を備える、請求項４０に記載の走査装置（２）。
42. 前記ビーム構成手段は、偏向器またはウィーンフィルタなどの、前記イオン源（１）と前記四重極装置入口（４）との間に介在するエネルギーセレクタ（１’’）を備え、前記エネルギーセレクタ（１’’）は、所与の範囲の運動エネルギーを有するイオンのみが前記四重極装置（２）に進入することを可能とするように構成される、請求項４０および４１のいずれか１項に記載の走査またはフィルタリング装置。

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