JP5410533B2 - 積層リングイオンガイドに結合された動電又は静電レンズ - Google Patents
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Description
本発明は、(ナローボアキャピラリチューブなどの)イオン移送装置の出口端部を、本発明の動電又は静電集束レンズ或いは集合的な集束レンズの前面と少なくとも同一平面上に、及びレンズの背面よりも前方又は手前にくるように一般的に配置することにより、積層リングイオンガイドを利用する所望の機器の有害な電界効果及び/又は再配置の問題に対処する。「イオン輸送装置及びその動作モード」という名称の同時係属中米国特許出願第12/125,013号に見出されるような同様の構成の全体が、本開示の制御下にある実施形態と何らかの対立を伴って引用により本明細書に組み入れられると理解されたい。
図1は、本発明の実施形態に基づいて構成された新規の動電又は静電集束レンズ128/イオン輸送装置105の結合を組み込んだ質量分析計100の概略的構成例を示している。当業者であれば分かるように、電気噴霧プローブ110を介してイオン化チャンバ107内に試料溶液を電気噴霧することにより検体イオンを形成することができる。電気噴霧技術を利用するイオン源の場合、一般にイオン化チャンバ107を大気圧又はこの付近に維持することができる。検体イオンは、背景ガス及び部分的に脱溶媒和された液滴とともに、例えば従来のイオン移送管115(ナローボアキャピラリチューブ)の入口端部に流入し、圧力勾配の影響を受けながらチューブの長さを横切る。イオン化チャンバ107からのイオンスループットを増加させるために、本明細書に示す単一チャネルイオン移送管を多重キャピラリチューブ(又は多重チャネルを有するイオン移送管)に置き換えることもできる。検体イオン移送管115は、カートリッジヒーター125により加熱されるブロック120と良好な熱的接触状態に保持されることが好ましい。やはり当業では公知であるが、イオン移送管115を通過するイオン/ガス流を加熱することにより、残留溶媒の蒸発が促進され、計測に利用できる検体イオンの数が増加する。低真空チャンバ130内に構成されるように、検体イオン(図示せず)は、印加DCを有することができるが本発明のイオン輸送装置105を構成する最初の電極と好ましくはRF結合される単一の又は複数の動電集束レンズ128の所定の領域間で開くように新規の方法で配置された出口端部115’を介して移送管115から現れる。
105 イオン輸送装置
107 イオン化チャンバ
110 電気噴霧プローブ
115 イオン移送管
120 ブロック
125 カートリッジヒーター
128 動電又は静電集束レンズ
130 低真空チャンバ
132 イオンチャネル
135 アパーチャ電極
137 装置出口
140 アパーチャ
145 抽出レンズ
150、170 チャンバ
155、160 イオンガイド
165 質量分析器
Claims (43)
- イオン輸送装置であって、
1又はそれ以上の動電集束レンズ又は静電集束レンズを備え、
前記1又はそれ以上の動電集束レンズ又は静電集束レンズは、イオンを導くことができるイオンチャネルを前記1又はそれ以上の動電集束レンズ又は静電集束レンズと共同して定める長手方向に間隔を空けられた複数の電極の最初の電極に結合されており、
前記イオン輸送装置は、イオン移送装置を更に備え、
前記イオン移送装置は、前記1又はそれ以上の動電集束レンズ又は静電集束レンズのうちの最初のレンズの前面と同一表面上にある位置と、所望の前記1又はそれ以上の動電集束レンズ又は静電集束レンズの背面よりも手前の位置の間に移動可能に位置するように構成された出口端部を有し、
前記イオン輸送装置は、前記1又はそれ以上の動電集束レンズ及び前記長手方向に間隔を空けられた複数の電極の少なくとも一部に振動電圧を印加するように構成された振動電圧源、又は前記1又はそれ以上の静電集束レンズの少なくとも一部にDC電圧を印加するように構成されたDC電圧源を更に備え、前記1又はそれ以上の静電集束レンズが、印加振動電圧を有する前記複数の電極に結合され、
(i)隣接する電極の間隔、(ii)前記複数の電極の印加振動電圧の振幅、の少なくとも一方がイオン移動の方向に増加する、
ことを特徴とするイオン輸送装置。 - 前記1又はそれ以上の動電集束レンズに、前記長手方向に間隔を空けられた複数の電極の前記最初の電極と等しい振幅及び周波数であるが位相が異なるRFが印加される、
ことを特徴とする請求項1に記載のイオン輸送装置。 - 前記1又はそれ以上の動電集束レンズに、前記長手方向に間隔を空けられた複数の電極の前記最初の電極と等しい振幅及び周波数かつ同相のRFが印加される、
ことを特徴とする請求項1に記載のイオン輸送装置。 - 前記長手方向に間隔を空けられた複数の電極の前記最初の電極に印加される周波数が、前記1又はそれ以上の動電集束レンズに印加される周波数と異なる、
ことを特徴とする請求項1に記載のイオン輸送装置。 - 前記異なる周波数が、前記周波数の2倍である、
ことを特徴とする請求項4に記載のイオン輸送装置。 - 前記1又はそれ以上の静電集束レンズに、固定DC電圧を有するDCが印加される、
ことを特徴とする請求項1に記載のイオン輸送装置。 - 前記イオン移送装置の前記出口端部が、前記1又はそれ以上の静電集束レンズのうちの最初のレンズの前面よりも手前に移動可能に配置される、
ことを特徴とする請求項6に記載のイオン輸送装置。 - 前記1又はそれ以上の動電集束レンズが、同じ位相関係を有する複数の動電集束レンズを含む、
ことを特徴とする請求項1に記載のイオン輸送装置。 - 前記同じ位相関係が、物理的結合により提供される、
ことを特徴とする請求項8に記載のイオン輸送装置。 - 前記同じ位相関係が、容量結合により提供される、
ことを特徴とする請求項8に記載のイオン輸送装置。 - 前記1又はそれ以上の動電集束レンズ又は前記1又はそれ以上の静電集束レンズが、約0.6mm〜約8.0mmの厚みを有する単一の動電集束レンズ又は静電集束レンズを含む、ことを特徴とする請求項1に記載のイオン輸送装置。
- 前記1又はそれ以上の動電集束レンズ又は静電集束レンズの各々が、約0.5mm〜約1.0mmの厚みを有し、前記1又はそれ以上の動電集束レンズ又は1又はそれ以上の静電集束レンズが最大約8mmの全体長を実現する、
ことを特徴とする請求項1に記載のイオン輸送装置。 - 前記イオン移送装置が、前記1又はそれ以上の動電集束レンズ又は静電集束レンズの中心に対して横方向及び/又は角度的オフセットを有する、
ことを特徴とする請求項1に記載のイオン輸送装置。 - 前記振動電圧源が、高周波(RF)電圧源である、
ことを特徴とする請求項1に記載のイオン輸送装置。 - 前記長手方向に間隔を空けられた複数の電極への印加振動電圧の振幅がイオン移動の方向に増加する、
ことを特徴とする請求項1に記載のイオン輸送装置。 - 前記長手方向に間隔を空けられた複数の電極が、電極の組を含み、この電極の組が複数の隣接する電極の組と交互の関係に配置されており、前記電極の組に印加される振動電圧が、前記隣接する電極の組に印加される振動電圧と逆の位相にある、
ことを特徴とする請求項1に記載のイオン輸送装置。 - 前記1又はそれ以上の動電集束レンズ又は静電集束レンズ及び前記長手方向に間隔を空けられた複数の電極のアパーチャが、実質的に直線のイオンチャネル、S字形のイオンチャネル、及び弓形のイオンチャネルから選択された少なくとも1つのイオンチャネルを定める、
ことを特徴とする請求項1に記載のイオン輸送装置。 - 前記長手方向に間隔を空けられた複数の電極の隣接する電極間の間隔が、イオン移動の方向に増加する、
ことを特徴とする請求項1に記載のイオン輸送装置。 - 前記イオン移送装置が、イオン源からイオンを運ぶための少なくとも1つの細長いキャピラリを含む、
ことを特徴とする請求項1に記載のイオン輸送装置。 - 前記少なくとも1つの細長いキャピラリが、複数のイオンフローチャネルを構成する、ことを特徴とする請求項19に記載のイオン輸送装置。
- 前記少なくとも1つの細長いキャピラリが、前記イオン輸送装置の中心縦軸に対して傾斜した及び/又は横方向にオフセットしたフロー軸を出口端部において定める、
ことを特徴とする請求項19に記載のイオン輸送装置。 - イオン源と、
質量分析器と、
前記イオン源と前記質量分析器との間のイオン経路内の中間に位置するイオン輸送装置と、を備え、
前記イオン輸送装置が、1又はそれ以上の動電集束レンズ又は静電集束レンズを備え、
前記1又はそれ以上の動電集束レンズ又は静電集束レンズは、イオンを導くことができるイオンチャネルを前記1又はそれ以上の動電集束レンズ又は静電集束レンズと共同して定める長手方向に間隔を空けられた複数の電極の最初の電極に結合されており、
前記イオン輸送装置が、イオン移送装置を更に備え、
前記イオン移送装置は、前記1又はそれ以上の動電集束レンズ又は静電集束レンズのうちの最初のレンズの前面と同一表面上にある位置と、所望の前記1又はそれ以上の動電集束レンズ又は静電集束レンズの背面よりも手前の位置の間に移動可能に位置するように構成された出口端部を有し、
前記イオン輸送装置が、前記1又はそれ以上の動電集束レンズ及び前記長手方向に間隔を空けられた複数の電極の少なくとも一部に振動電圧を印加するように構成された振動電圧源、又は前記1又はそれ以上の静電集束レンズの少なくとも一部にDC電圧を印加するように構成されたDC電圧源を更に備え、前記1又はそれ以上の静電集束レンズが、印加振動電圧を有する前記複数の電極に結合され、
(i)隣接する電極の間隔、(ii)前記複数の電極の印加振動電圧の振幅、の少なくとも一方がイオン移動の方向に増加する、
ことを特徴とする質量分析計。 - 前記1又はそれ以上の動電集束レンズに、前記長手方向に間隔を空けられた複数の電極の前記最初の電極と等しい振幅及び周波数であるが位相が異なるRFが印加される、
ことを特徴とする請求項22に記載の質量分析計。 - 前記1又はそれ以上の動電集束レンズに、前記長手方向に間隔を空けられた複数の電極の前記最初の電極と等しい振幅及び周波数かつ同相のRFが印加される、
ことを特徴とする請求項22に記載の質量分析計。 - 前記長手方向に間隔を空けられた複数の電極の前記最初の電極に印加される周波数が、前記1又はそれ以上の動電集束レンズに印加される周波数と異なる、
ことを特徴とする請求項22に記載の質量分析計。 - 前記異なる周波数が、前記周波数の2倍である、
ことを特徴とする請求項25に記載の質量分析計。 - 前記1又はそれ以上の静電集束レンズに、固定DC電圧を有するDCが印加される、
ことを特徴とする請求項22に記載の質量分析計。 - 前記イオン移送装置の前記出口端部が、前記1又はそれ以上の静電集束レンズのうちの最初のレンズの前面よりも前方に移動可能に配置される、
ことを特徴とする請求項27に記載の質量分析計。 - 前記1又はそれ以上の動電集束レンズが、同じ位相関係を有する複数の動電集束レンズを含む、
ことを特徴とする請求項22に記載の質量分析計。 - 前記同じ位相関係が、物理的結合により提供される、
ことを特徴とする請求項29に記載の質量分析計。 - 前記同じ位相関係が、容量結合により提供される、
ことを特徴とする請求項29に記載の質量分析計。 - 前記1又はそれ以上の動電集束レンズ又は静電集束レンズが、約0.6mm〜約8.0mmの厚みを有する単一のイオン光学集束レンズを含む、
ことを特徴とする請求項22に記載の質量分析計。 - 前記1又はそれ以上の動電集束レンズ又は静電集束レンズの各々が、約0.5mm〜約1.0mmの厚みを有し、前記1又はそれ以上の動電集束レンズが最大約8mmの全体長を実現する、
ことを特徴とする請求項22に記載の質量分析計。 - 前記イオン移送装置が、前記1又はそれ以上の動電集束レンズ又は静電集束レンズの中心に対して横方向及び/又は角度的オフセットを有する、
ことを特徴とする請求項22に記載の質量分析計。 - 前記振動電圧源が、高周波(RF)電圧源である、
ことを特徴とする請求項22に記載の質量分析計。 - 前記長手方向に間隔を空けられた複数の電極への印加振動電圧の振幅がイオン移動の方向に増加する、
ことを特徴とする請求項22に記載の質量分析計。 - 前記長手方向に間隔を空けられた複数の電極が、電極の組を含み、この電極の
組が複数の隣接する電極の組と交互の関係に配置されており、前記電極の組に印加される振動電圧が、前記隣接する電極の組に印加される振動電圧と逆の位相にある、
ことを特徴とする請求項22に記載の質量分析計。 - 前記1又はそれ以上の動電集束レンズ又は静電集束レンズ及び前記長手方向に間隔を空けられた複数の電極のアパーチャが、実質的に直線のイオンチャネル、S字形のイオンチャネル、及び弓形のイオンチャネルから選択された少なくとも1つのイオンチャネルを定める、
ことを特徴とする請求項22に記載の質量分析計。 - 前記長手方向に間隔を空けられた複数の電極の隣接する電極間の間隔が、イオン移動の方向に増加する、
ことを特徴とする請求項22に記載の質量分析計。 - 前記イオン移送装置が、前記1又はそれ以上の動電集束レンズ内の位置に適応されたイオン源からイオンを運ぶための少なくとも1つの細長いキャピラリを含む、
ことを特徴とする請求項22に記載の質量分析計。 - 前記少なくとも1つの細長いキャピラリが、複数のイオンフローチャネルを構成する、ことを特徴とする請求項40に記載の質量分析計。
- 前記少なくとも1つの細長いキャピラリが、前記イオン輸送装置の中心縦軸に対して傾斜した及び/又は横方向にオフセットしたフロー軸を出口端部において定める、
ことを特徴とする請求項40に記載の質量分析計。 - 質量分析計の低真空又は大気圧領域内でイオンを輸送して集束させる方法であって、
1又はそれ以上の動電集束レンズを提供するステップを含み、前記1又はそれ以上の動電集束レンズは、イオンを導くことができるイオンチャネルを前記1又はそれ以上の動電集束レンズと共同して定める長手方向に間隔を空けられ複数の電極を構成する最初の電極に電気的に結合されており、
前記1又はそれ以上の動電集束レンズのうちの最初のレンズの前面と同一平面上にある位置と、所望の前記1又はそれ以上の動電集束レンズの背面よりも手前の位置の間にイオン移送装置の出口端部を配置するステップと、
前記1又はそれ以上の動電集束レンズ及び前記長手方向に間隔を空けられた複数の電極に振動電圧を印加して、イオンを前記イオンチャネル内で径方向に閉じ込める電場を発生させるステップと、
径方向の電場侵入をイオン移動の方向に増加させるステップと、
をさらに含むことを特徴とする方法。
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