JP5983856B2 - 減速イオンゲートを含むイオン移動度分析計 - Google Patents

Description

本発明は、低圧イオン移動度分析計及び高圧イオン移動度分析計に関する。

イオン化された巨大分子は質量分析計やイオン移動度分析計で分析される。背景技術である質量分析計では、電磁場におけるイオンの偏向を決定することにより分子イオンを分析し、該分子の質量を決定する。ここで、分子の質量は概ね分析対象の分子の体積に比例する。イオン移動度分析計では、分子イオンがバッファガス中を電場"E"によって引っ張られるとすると、分子イオンは速度v=K*Eを決定することにより分析され、分子イオンの移動度"K"は該分子イオンの断面積の大きさに概ね比例する。

イオン移動度分析計では、分析対象の分子イオンを短い雲（short clouds）として入射しなければならない。非特許文献１に記載されているように、測定されるのは、それら分子イオンの雲がイオン移動度分析計の長さを通過するに要した時間である。イオン移動度分析計のような装置では、連続的なイオンビームからイオン雲を生成するイオンゲートが極めて重要である。そのようなイオンゲートは、例えば非特許文献２や非特許文献３に記載されている。これらのイオンゲートはいずれも、入射するイオンビームに対して垂直に配置されたハープ状の（harp-like）グリッドで構成されており、これらのグリッドのワイヤが全て同じポテンシャルにある短時間にのみイオンを通過させる。それ以外の全ての時間では、隣接するワイヤに異なるポテンシャルが印加されるため、イオンはこれらの1つのワイヤに引きつけられ、イオンは通過せず、イオン移動度分析計においてイオンが前方に進行しないようになっている。

分子に関する研究は、環境、生物、医学、あるいは薬学に関する課題への応用において重要になりつつある。これらの関連技術では、質量分析計のように分子をその質量で特徴づけるのではなく、その断面積によって、従って構造によって特徴付けることが可能である。これは、長分子（long molecule）の断面積が、分子が引き延ばされた状態（stretched out）では、巻回（coiled up）した状態よりも確実に大きくなるためである。そのような特徴づけは、巨大分子がエネルギーを吸収したときに破壊されて生じた分子断片（molecule fragments）、例えばバッファガスの分子や原子との衝突によって生じた分子断片の研究において特に重要である。

G.A. Eiceman and Z. Karpas in "Ion Mobility Spectrometry" 2. ed. Boca Raton, FL, 2005 A.M.Thyndal, C.F. Powel Proc. Royal Soc. of London 129(809), (1930)162 N.E. Bradbury, R.A. Nielsen, Phys. Rev. 49(5), (1936)388

例えば、非限定的な１つの態様であるイオン移動度分析計は、少なくとも１つのイオン源を備えた“減速イオンゲート”と、イオン移動度分析計と、少なくとも１つのイオン検出器を含み、該イオン移動度分析計では、実質的に平坦な複数の隔壁（diaphragms）が、該隔壁の円形、楕円形、あるいは多角形の開口を通る直線状の系の軸に対して垂直な方向に配置される。このイオン移動度分析計では、適切に選択されたポテンシャルが前記隔壁に印加され、少なくとも１つのイオン源から抽出されたイオンを、少なくとも１つの検出器に向かって押すような、系の軸に沿った電場が形成される。イオンを押す方向は、順方向（forward direction）と呼ばれる。このような電極配置は、それぞれが入口の隔壁と出口の隔壁を備え、ある１つのセルの出口の隔壁が下流側に隣接するセルの入口の隔壁と同一になるような、一連のセルとして理解することができる。

少なくとも１つの減速イオンゲートを含むイオン移動度分析計の電極配置は以下の３つの領域に分割することができる。
・イオンビーム形成領域。この領域では、少なくとも１つのイオン源で発生した連続的なイオンビームの幅方向の広がり（lateral envelope）が、系の軸に沿って形成された順方向の静電場（static electric forward fields）によって成形される。多くの場合、この静電場はセルによって異なる。
・本発明に係る減速イオンゲート。減速イオンゲートは、少なくとも２つのセル、つまり、長さがL_Aである最初のセルＡと長さがL_Bである最後のセルＢを含み、時間とともに変化する、系の軸に沿った順方向の減速イオンゲートの電場によって連続的なイオンビームが複数の短いイオンの雲に分割される。
・イオン分析領域。この領域では、複数のイオン雲が少なくとも１つのイオン検出器に向かって移動し、該イオン検出器によってイオン雲の到達時間が決定され、該イオン雲に含まれるイオンの移動度が決定される。

イオンビーム形成領域とイオン分析領域では、系の軸に沿った順方向の電場は実質的に静的であり、ｎ番目のセルにおいて、移動度がK₀である対象イオンが順方向に毎秒数メートルの速度v_H=K₀E_Hで進むように選択されたE_Hに対してE_n≧E_Hである。セルＡとセルＢを備えた減速イオンゲートでは、系の軸に沿った順方向の電場は連続する３つの期間T₁、T₂、T₃に亘って変化する。期間T₁、T₂、T₃の長さは、選択された電場において移動度がK₀±ΔKの範囲にあるイオンが全て減速イオンゲートを通過するように選択される。
１．第１期間T₁の間、イオンはイオンビーム形成領域から減速イオンゲートのセルＡに移動し、減速される。こうして、短く密度の高いイオン雲が形成される。これは、セルＡの内部に低電場E_A,1≦E_H/10を形成し、系の軸に沿った高電場≧E_Hをイオンが速度v_H=(K₀±ΔK)E_Hで移動するイオンビーム形成領域の最後のセルからセルＡに入射したときに、移動度K₀±ΔKのイオンを速度v_A,1=(K₀±ΔK)E_A,1に減速するように、セルＡの入口の隔壁と出口の隔壁のポテンシャルを選択することによって実現できる。最も早い移動度K₀+ΔKのイオンであっても期間T₁の終了時にセルＡの出口の隔壁に到達しないように、期間T₁は≦L_A/[(K₀±ΔK)E_A,1]となるように選択される。
２．第２期間T₂の間、イオン雲はセルＡから押し出されてセルＢに入り、より短いイオン雲に圧縮される。これは、セルＡで系の軸に沿って順方向の高電場E_A,2≧E_Hを形成し、セルBでは低電場E_B,2≦E_H/10が形成されて、セルＡを速度v_A,2=(K₀±ΔK)E_A,2で出た移動度K₀±ΔKのイオンを速度v_B,2=(K₀±ΔK)E_B,2に減速してセルＢに入らせるように、セルＡとセルＢの入口の隔壁と出口の隔壁のポテンシャルを選択することにより実現することができる。ここで、最も低い移動度K₀-ΔKのイオンを全てセルAから出すことができ、また、最も高い移動度K₀+ΔKのイオンがT₂の終了時にセルBの出口に到達することがないように、期間T₂は≧L_A/[(K₀-ΔK)E_A,2] かつ≦L/[(K₀+ΔK)E_A,2]となるように選択される。
３．第３期間T₃の間、イオン雲は、セルＢから押し出され、イオン分析領域の最初のセルに入る。これは、セルＢにおける系の軸に沿った順方向の電場をE_B,3≧E_Hとし、移動度K₀±ΔKのイオンがセルＢを速度v_B,2=(K₀±ΔK)E_B,2で出てイオン分析領域の最初のセルに入るように、セルＢの入口の隔壁及び出口の隔壁のポテンシャルを選択することによって実現できる。ここで、最も低い移動度K₀-ΔKのイオンがT₃終了時に全てセルＢから出るように、T₃は、≧L_B/(K₀+ΔK)E_B,3となるように選択される。イオンの速度が大きく変化せず、また、イオン雲の長さや形が実質的に一定に保たれるように、これらのイオンは、系の軸に沿った順方向の電場がE_H以上でありE_B,3と同程度であるイオン分析領域の最初のセルに入る。
イオン雲がイオン分析領域の最初のセルに移動するとすぐに、少なくとも１つの減速イオンゲートのセルＡにおいて系の軸に沿った順方向の低電場E_A,L≦E_H/10を再び形成し、新しい期間T₁を開始する。ここで、３つの期間のいずれの開始時においても、１つの電場分布から別の電界分布に移行する時間は、T₂及び／又はT₃に比べて短いことに留意すべきである。

上述のとおり、第１期間T₁の終了時点で、移動度K₀のイオンの、セルＡにおけるイオン雲の長さはΔL_A≒T₁K₀E_A,Lである。しかし、T₁の最後の瞬間までイオンがセルＡに向かって移動しているため、このイオン雲の上流側の端ではイオン雲を正確に規定することができない。イオン雲の端部をよりよく規定するためには、T₂を開始する前の短時間ΔT₁≪T₁の間、イオンビーム形成領域において隔壁の少なくとも１つのポテンシャルを該短時間ΔT₁変化させることによって、セルＡに入るイオンの流れを停止し、最後に到達するイオンを除外することが有効である。

場合によっては、最後のイオン雲において、通常多く存在する高移動度のイオンではなく、主に低移動度のイオンを用いることが有効である。これは、期間T₃を２つの期間T₃₁及びT₃₂に分割し、期間T₃₁において低移動度のイオンをそのまま残しつつセルBから出る高移動度のイオンを主に取り出し、待ち時間ΔT₃の後に第２期間T₃₂において低移動度のイオンを取り出すことにより実現できる。同様に、期間T₂も、待機時間ΔT₂を挟んで２つの期間T₂₁及びT₂₂に分割することができる。

多少長いイオン雲を取り扱うことが可能な場合には、少なくとも１つの隔壁のセルBにおける系の軸に沿った順方向の電場を一定にし、E_A,Hとほぼ同じ大きさにすることができる。この場合には、イオンがセルＡを出てセルＢに入る時に、その速度が実質的に変化しない。従って、セルＢにおいてもイオン雲の長さはセルＡにおける長さと実質的に同一になる。

空間電荷がなく、導体が存在しない領域ではdiv(E)がなくなるため、系の軸に沿って減速されたイオンは、それらを系の軸から遠ざけるように働く力も受ける。期間T₁の間、セルＡの入口の隔壁の近傍ではそうした力がかなり強くなる。結果として、イオンがセルＡを通り抜けるときに幅方向の（lateral）イオンビームの拡がりが著しく増加する。従って、このように拡がったイオンビームを通過させることができるように、イオン分析領域における全ての隔壁の開口と同様に、セルＡの出口の隔壁の開口を大きくしておくことが有効である。

このビームの拡がりを制限内に維持するために、入射するイオンビームの断面積とセルＡの入口の隔壁における開口の面積の比を小さくすることが有効である。その理由は、この場合、イオンを系の軸から遠ざけるフリンジ電場の力が最も小さい場所である、開口の中央部のみをイオンビームが通過するためである。

その比を減少させる最も良い方法は、イオンビームの幅方向の初期拡がりを、イオンビームがセルＡに入る前にできるだけ小さくすることである。そのように幅方向の拡がりを抑えたイオンビームは、次のようにして得ることができる。
１．イオンビーム形成領域の上流側にある少なくとも１つのイオン源の間にあるイオン加速領域に少なくとも１つの固定レンズ（explicit lens）を配置する、及び／又は
２．イオンビーム形成領域の少なくとも１つのセルにおいて系の軸に沿った順方向の電場を小さくするとともに、さらに下流側にあるセルのうちの少なくとも１つにおいて電場を大きくする。
入射するイオンビームの断面積と開口の面積の比はセルＡの入口の隔壁の開口において最も重要であり、その増加が制限の範囲内であり、隔壁の近傍においてフリンジ電場の拡がりを過度に大きくしない限りにおいて、隔壁の開口を大きくすることもできる。

減速イオンゲートを含むイオン移動度分析計において、任意のセルの隔壁の開口を機械的な（mechanical）グリッドで覆うと、そのグリッドによってイオンの透過率が低下するという欠点があるが、そのようなグリッドを用いることがとにかく有効である場合がある。その理由は、グリッドで覆われた隔壁から少し上流側と下流側では、全ての等電位面が実質的にグリッドに対して平行になり、系の軸に対して垂直になるためである。その結果、イオンに対して働く電気的な力が主として系の軸に対して平行になり、グリッドを通過するときにイオン雲の形状を大きく歪ませることがないためである。

減速イオンゲートを含むイオン移動度分析計の例示的な一実施形態では、そのようなグリッドが３つの隔壁のうちの少なくとも１つの開口を覆うように配置される。例えば、
１．減速イオンゲートのセルＡの出口の隔壁であってセルＢの入口の隔壁でもある隔壁の開口を覆うように配置される。このグリッドは、このグリッドが無ければ期間T₂の間、存在していた、セルＡにおける系の軸に沿った高電場E_A,HとセルＢにおける系の軸に沿った低電場E_B,Lの差によって引き起こされるフリンジ電場を実質的に取り除く。
２．セルＢの出口の隔壁であってイオン分析領域の最初のセルの入口の隔壁でもある隔壁の開口を覆うように配置される。このグリッドは、このグリッドが無ければ期間T₃の間、存在していた、セルＢにおける系の軸に沿った電場E_B,Hとイオン分析領域の最初のセルにおける系の軸に沿った電場≧E_Hの差によって引き起こされるフリンジ電場を実質的に取り除く。
３．イオンビーム形成領域の最初のセルの入口の隔壁の開口を覆うように配置される。このグリッドは、イオンビーム形成領域をイオン加速領域から分離する隔壁の近傍、つまり少なくとも１つのイオン源からイオンを取り出してイオンビーム形成領域に押し出す領域に、このグリッドが無ければ存在していたフリンジ電場を実質的に取り除く。そのようなグリッドは、また、イオンビーム形成領域を、少なくとも１つのイオン源に対して起こりうる高電圧の放電から保護する。

フリンジ電場は、減速イオンゲートを含む移動度分析計全体にわたって、隣接するセル間に悪影響を及ぼす可能性があるため、多くの場合には、対象セルの入口の隔壁と出口の隔壁の間にチューブ状の追加電極（extra tubular electrode）を配置することによってフリンジ電場を改良することも有効である。ここで、チューブ状電極のポテンシャルは各セルの入口の隔壁と出口の隔壁のポテンシャルの範囲内となるように選択することが望ましい。
上記の及び／又は別の態様や特徴は、以下の例示的な実施形態に関する説明と併せて示す図面から明らかになり、容易に理解できるであろう。

第１実施形態の概略構成図。異なる電位になるよう配置された一連の隔壁から構成された、少なくとも１つの減速イオンゲートを含む、イオン移動度分析計の非限定的な実施例。 図１の構成において、隔壁５、８、及び９の開口を覆うように配置されたグリッドを配置し、２つの付加的な静電圧生成手段３３、３４と、２つの付加的なパルス発生器３５、３６を組み込み、イオン移動度分析計の周辺に数個のセクションに分割された導体チューブを配置した図。 例えば前述の異なる期間T₁, T₂, T₃において少なくとも１つの減速イオンゲートを含む場合のイオン移動度分析計の隔壁のポテンシャルの概略図。この方法は、イオン移動度分析計全体に亘って必要な電場強度を得るために１つの隔壁のポテンシャルを変更する方法であり、１つを除く全ての隔壁のポテンシャルは静的である。ただし、この方法のみには限定されない。 例えば前述の異なる期間T₁, T₂, T₃において少なくとも１つの減速イオンゲートを含む場合のイオン移動度分析計の隔壁のポテンシャルの概略図。図３に示すようにイオン移動度分析計全体に亘って必要な電場強度を得るために、２つの隔壁のポテンシャルを変更する方法である。ただし、この方法のみには限定されない。この方法では、全体のポテンシャルの大きさが減少され、そのために期間T₃の間、少なくとも３つの隔壁のポテンシャルに電圧V₀₀を付与しなければならない。

例示的な実施形態について、添付の図面を参照して詳しく説明する。以下の説明では、全ての図面において同一の要素に同一の参照番号を用いる。各要素に関する詳細な構成や配置の説明で定義される事項は本発明の理解を助ける目的にのみ提供される。つまり、本発明がここで規定される事項のみに限定されることなく実行可能であることは明らかである。また、必要以上に詳しく説明すると本発明の特徴があいまいになるため、周知の機能や構成については詳細な記載を省略する。

図１は、非限定的な一実施例である、減速イオンゲートを備えた移動度分析計の概略構成図である。イオン源１からの全てのイオンは移動度分析計を通ってイオン検出器３に移動する。イオン検出器では、イオン電荷が収集され、増幅器４に送られる。移動度分析計全体に亘る電場は図１に示す複数の隔壁５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、及び１６に与えられるポテンシャルによって形成される。これらのポテンシャルは静電圧供給部１７と抵抗分圧器１８、２つの静電圧生成器１９、２０と２つのパルス電圧生成器２１、２２から与えられる。

図１に示すイオン移動度分析計は３つの構成に分けて理解することができる。
１．イオンビーム形成領域２３。この領域は、隔壁５と６、６と７、７と８の間に形成された３つのセルで構成され、これらの隔壁は全て、実質的に同じ面積≒σ₀の円形、楕円形、あるいは多角形の開口を有している。イオンビームはイオンビーム形成領域２３を通り、隔壁５、６、７、及び８のポテンシャルで形成された系の軸２に沿った順方向の電場E_5,6≒E_6,7≒E_7,8≧E_Hによって押し出される。ここで、E_Hの大きさは、移動度K₀の対象イオンが毎秒数メートルの速さv_H≒K₀E_Hで順方向に移動するように選択される。通過するイオンの幅方向の拡がりを抑えることができるように、ここでは、しばしばE_6,7>E_5,6及び／又はE_7,8>E_6,7となるような配置が用いられる。
２．イオン分析領域２４。この領域は、隔壁１０、１１、１２、１３、１４、１５、及び１６の間に形成された６つのセルで構成され、これらの隔壁は全て実質的に同じ面積の円形、楕円形、あるいは多角形の開口を有している。ただし、これらの開口の大きさはイオンビーム形成領域２３の隔壁５、６、７、及び８の開口の大きさよりも十分に大きく、従って、より拡がったイオンビームを通過させることができる。このイオン分析領域２４において、イオン雲は、前述の隔壁１０、１１、１２、１３、１４、１５、及び１６のポテンシャルにより形成される電場E10,11≒E11,12≒E12,13≒E13,14≒E14,15≒E15,16≧E_Hによって移動する。
３．減速イオンゲート２５。減速イオンゲート２５内では、イオンビーム形成領域２３から入射した連続イオンビームが、高密度で短い複数のイオン雲に分割される。このイオンゲート２５は、隔壁８と９の間に形成された長さL_AのセルＡ２６と、隔壁９と１０の間に形成された長さL_BのセルB２７を備えている。セルＢの入口の隔壁９と出口の隔壁１０の開口は、図１に示すように、イオン分析領域の隔壁１０、１１、１２、１３、１４、１５、及び１６の大きな開口と実質的に同じであり、セルＡ２６の入口の隔壁８の開口は、図１に示すように、イオンビーム形成領域２３の隔壁５、６、及び７の開口と同じかわずかに大きい。隔壁８及び９のポテンシャルが静電圧生成器１９及び２０とパルス生成器２１及び２２の合計によって決められ、その出力が３つの期間T₁、T₂、及びT₃において変化しうる。一方、隔壁８及び９を除く他の全ての隔壁のポテンシャルは、抵抗分圧器１８のそれぞれ対応するタップ（tap）によって決められる。３つの期間T₁、T₂、及びT₃の長さは、期間の間、隔壁８、９、及び１０に印加される適切なポテンシャルによって移動度K₀±ΔKのイオンが前述の減速イオンゲート２５を通過し短いイオン雲に圧縮されるように選択される。
３．１ 多くの場合、数ミリ秒続く第１期間T₁の間、これらのポテンシャルは、該ポテンシャルによって長さL_AのセルA２６内に系の軸に沿った順方向の電場がE_A,1≦E_H/10となるように選択される。この電場の大きさは、イオンビーム形成領域２３の隔壁７と８の間にある最後のセル２８における系の軸に沿った順方向の電場E_7,8≧E_Hに比べてかなり小さい。そのため、全てのイオンが高速でセル２８を出て、セルＡ２６に入射したときに減速され、これによってセルＡ内で高密度のイオン雲が形成される。これらのイオン雲は高い移動度のイオンに比べて低い移動度のイオンの方がより短くなる。ここでは、T₁の終了時点で最も高い移動度(K₀+ΔK)のイオンであっても長さ≦L_Aのイオン雲を形成し、従って、セルＡ２６内に含まれるように、T₁の長さが≦L_A/[(K₀+ΔK)E_A,1]と選択される。しかし、移動度≧(K₀+ΔK)のイオンのいくらかは、T₁の終了時点で既にセルＡ２６の全長を通り抜け失われる。
３．２ 多くの場合、約1ms続く第２期間T₂の間、これらの電圧は、該電圧によって長さL_AのセルＡ２６内で系の軸に沿った電場がE_A,2≧E_Hとなり、長さL_BのセルＢ２７において電場がE_B,2≦E_H/10となるように選択される。そのため、イオンはセルＡを高速で出てセルＢに入ったときに減速されて、セルＡにおける長さがΔL_A≦L_Aであったイオン雲について、より密度が高い、長さΔL_B≒ΔL_A(E_B,2/E_A,1)のイオン雲が形成される。ここでは、T₂の終了時点で最も低い移動度(K₀-ΔK)のイオンであってもセルＡ２６から輸送されてセルＢ２７に入り、最も高い移動度(K₀+ΔK)のイオンがセルＢ２７の終点まで到達しないように、T₂の長さが≧L_A/[(K₀-ΔK)E_A,2]かつ≦L_B/[(K₀+ΔK)E_B,2]となるように選択される。しかし、T₂の終了時点で、移動度≧(K₀+ΔK)のイオンのいくらかは既に全長のセルＢを通り抜け失われ、また、移動度≦(K₀-ΔK)のイオンのいくらかはセルＡに残されて失われる。
３．３ これもまたセルＢにおいて約1ms続く第３の期間T₃の間、これらの電圧は、該電圧によって長さL_BのセルＢ２７において系の軸に沿った電場がE_B,3≧E_Hとなりイオン分析領域２４の隔壁１０と１１の間にある最初のセル２９において系の軸に沿った電場が、前述の、系の軸に沿った順方向の静電場E_10,11≧E_Hと同程度になるように選択しなければならない。そのため、全てのイオンは同程度の速度でセル２７からセル２９に移動し、これによって、セルＢにおける長さがΔL_Bであった場合に長さΔL_10,11≒ΔL_B(E_10,11/E_B,3)のイオン雲が形成される。しかし、E_B,3とE_10,11が大きく相違しないため、イオン雲の長さ、形状、及び密度はセルＢ２７における長さ、形状、及び密度に対して変化せずに保たれる。
ここで、T₃の終了時点で最も低い移動度(K₀-ΔK)のイオンであってもセルＢ２７からイオン分析領域のセル２９に輸送されるようにT₃の長さが≧L_B/[(K₀-ΔK)E_B,3)と選択されるが、移動度≦(K₀-ΔK)のイオンのいくらかはセルＢに残され失われる。イオン雲がイオン分析領域の最初のセル２９に輸送されるとすぐに、セルＡ２６内で系の軸に沿った低電場E_A,1≦E_H/10を再び形成することにより新たに期間T₁が開始される。

空間電荷と導体が存在しない領域ではdiv(E)がなくなるため、前述の系の軸に沿って減速されたイオンもまた、この軸からそれらのイオンを遠ざけるような力を受ける。比較的長い期間T₁の間、こうした力は隔壁８の少し下流側、セルＡ２６の入口の隔壁においてかなり強くなる。その結果、イオンビームがセルＡ２６に入ると、該イオンビームの幅方向の拡がりが著しくなる。こうした場合には、セルＡ２６の隔壁９の開口を、ビーム分析領域の隔壁１０、１１、１２、１３、１４、１５、及び１６と同様に拡げておき、拡がったビームを通過させるように構成することが有効である。

前述のビーム拡がりを制限内に収めるために、イオンビームの断面積と、イオンが通過する隔壁の開口の面積の比を抑えることが有効である。すると、イオンを前述の系の軸から遠ざけるフリンジ電場の力が最も小さい、開口の中央部のみにイオンビームを通過させることができる。セルＡの入口の隔壁と出口の隔壁である前述の隔壁８と９の開口を通過させるイオンビームに対して特に重要である。

この比を小さくする最も良い方法は、隔壁に到達する前にイオンビームの幅方向の初期拡がりをできるだけ小さくすることである。そのように幅方向の拡がりを抑えたイオンビームは以下のようにして得ることができる。
１．イオンビーム形成領域２３の上流側にあるイオン源１の間にあるイオン加速領域に少なくとも１つの固定レンズ（explicit lens）（図１、２には図示なし）を配置する、及び／又は
２．イオンビーム形成領域２３の少なくとも１つのセルにおいて系の軸に沿った順方向の電場を小さくするとともに、さらに下流側にあるセルのうちの少なくとも１つにおいて前述の電場を大きくする。
３．制限の範囲内で滞留を長くし隔壁８の近傍においてフリンジ電場の拡がりを過度に大きくしないような範囲内で、セルＡの入口の隔壁８の開口をわずかに大きくする。

減速イオンゲートを含むイオン移動度分析計において、いずれかのセルの隔壁を機械的なグリッドで覆うとイオンの透過性が悪くなるという欠点があるが、そのようなグリッドを用いることが有効な場合もある。その理由は、グリッドで覆われた隔壁の少なくとも少し上流側及び少し下流側では、全ての等電位面が実質的に前述のグリッドに対して平行になり、従って、系の軸に対して垂直になるためである。その結果、イオンに対して働く電気的な力が系の軸に対して実質的に平行になり、イオン雲が前述のグリッドを通過するときに、イオン雲の長さや形状が歪むことが実質的になくなる。

図２は、図１と非常に似た、減速イオンゲートを含むイオン移動度分析計の例示的な一実施形態である。図１との違いは、図２において機械的なグリッド３０、３１、及び３２が３つの隔壁のうちの少なくとも１つの開口を覆うように配置されていることである。
１．グリッド３０は、隔壁９の開口を覆うように配置され、このグリッドが無ければ期間T₂の間、存在していた、セルＡ２６における系の軸に沿った高電場E_A,2≧E_HとセルＢ２７における系の軸に沿った低電場E_B,2≦E_H/10の差によって引き起こされるフリンジ電場を実質的に取り除く。
２．グリッド３１は、隔壁１０の開口を覆うように配置され、このグリッドが無ければ期間T₃の間、存在していた、セルＢ２７における系の軸に沿った高電場E_B,3≧E_Hとイオン分析領域２４の最初のセルであるセル２９における系の軸に沿った、ほぼ同程度の高電場≧E_Hの差によって引き起こされるフリンジ電場を実質的に取り除く。
３．グリッド３２は、隔壁５の開口を覆うように配置され、このグリッドが無ければ存在していた、イオンビーム形成領域２３と、イオン源１から引き出されたイオンがイオンビーム形成領域２３に押し出されるイオン加速領域における差によって引き起こされるフリンジ電場を実質的に取り除く。このようなグリッドは、また、イオンビーム形成領域２３を、１つのイオン源に対して起こりうる高電圧の放電から広範囲にわたって保護する。

前述の減速イオンゲートにおける電場の取り扱いをより柔軟にするために、隔壁１０のポテンシャルを変化させることができる追加のＤＣ電源３３、３４とパルス電源３５、３６を備えることが有効である。同様に、そのようなステアリング電圧（図示なし）を減速イオンゲートの上流側あるいは下流側に位置する別の隔壁に対して印加することもできる。

フリンジ電場は減速イオンゲートを含む移動度分析計全体にわたり、隣接するセル間に悪影響を及ぼす可能性があるため、多くの場合、対象セルの入口の隔壁と出口の隔壁の間にチューブ状の追加電極を配置することによって前述のフリンジ電場を変更することも有効である。そのようなチューブ状の電極３７を隔壁６と７の間に示す。ここで、そのようなチューブ状の電極のポテンシャルは対応する入口の隔壁と出口の隔壁のポテンシャルの間の範囲内とすることが望ましい。

減速イオンゲートを含むイオン移動度分析計が外部電場の影響を受けるのを防ぐために、前述のイオン移動度分析計の周辺に遮蔽チューブ（shielding tube）３８、３９、及び４０を配置することも有効である。前述の遮蔽チューブ３８、３９、及び４０に異なるポテンシャルを与えることにより、遮蔽チューブを配置した周辺のセルにおける電位分布を変化させることができる。

減速イオンゲートは高強度で狭いイオン雲を形成することができるが、減速イオンゲートの内部あるいは下流側にブラッドバリー・ニールソン・ゲート（Bradbury-Nielson Gate）を配置して、その長さをさらに短くすることも有効である。そのようなブラッドバリー・ニールソン・ゲートは、例えば、セルＢ２７の出口の隔壁である隔壁１０の開口を覆うグリッド３１と取り替えることができる。

前述の期間T₁、T₂、及びT₃において上述した電場を形成するために、異なる隔壁のポテンシャルをどのように選択するかの例を図３及び４に示す。隔壁ＮのポテンシャルをU_Nとすると、イオンビーム形成領域における隔壁Ｎのポテンシャルを、イオン分析領域における静電ポテンシャルと同様に選択することができる。ここで、i=5, 6, 7及びi=11, 12, 13, 14, 15であり、ポテンシャルU_iはポテンシャルU_i+1よりも実質的にイオンを強く反発する。ただし、前述の期間T₁、T₂、T₃の間、静電圧生成器１９、２０、３３、３４とパルス電圧生成器２１、２２、３５、３６を動作させることによって、セルＡとセルＢにおいて必要な電場が得られるようにポテンシャルU₈, U₉, U₁₀を変化させることができる。

図３に、V₁、V₂、及びV₃を抵抗分圧器１８によって決まるイオン反発電圧とし、期間T₁及びT₃の間V₉=V₈とし、期間T₂の間V₉=V₁₀とするようにV₉を変化させて、隔壁８及び９のポテンシャルをU₈=U₇-V₁及びU₁₀=U₈-V₂=U₁₁+V₃に選択する一例を示す。
・ 図３(a)に期間T₁における電位分布を示す。隔壁５と８の間のイオンビーム形成領域における連続的なイオンの流れを破線矢印で示す。また、期間T₁の終了時点における、隔壁８と９の間のセルＡ２６での圧縮されたイオン雲の流れを短い矢印で示す。
・ 図３(b)に期間T₂における電位分布を示す。隔壁８と９の間にあるセルＡ２６から隔壁９と１０の間にあるセルＢ２７へのイオン雲の輸送を曲線の矢印で示し、２つの実線の矢印により、セルＡ２６に存在したイオン雲よりもセルＢ２７におけるイオン雲が短くなっていることを示す。
・ 図３(c)に期間T₃における電位分布を示す。隔壁８と９の間にあるセルＢ２７から隔壁１０と１１の間にあるイオン分析領域２９の最初のセルへのイオン雲の輸送を曲線の矢印で示し、２つの実線の矢印によりセルＢ２７におけるイオン雲とイオン分析領域２９の最初のセルにおけるイオン雲が同程度の長さであることを示す。破線の矢印は、異なる移動度のイオン雲が隔壁１０と１６の間にあるイオン分析領域を通って移動する経路を示す。

同じ電場分布は、U₁₀=U₁₁+V₃を固定ポテンシャルとして選択し、以下の条件を満たすことによっても得られる。
・ 期間T₁においてU₈=U₉=U₁₀
・ 期間T₂においてU₈=U₁₀+ΔV₁及びU₉=U₁₀
・ 期間T₃においてU₈=U₁₀及びU₉=U₁₀+ΔV₁

上述した例のいずれにおいても、期間T₂では、蓄積したイオン雲がセルＡからセルＢに移動するときにも、依然としてイオンがセルＡに流れ込む。その結果、セルＡから取り出されたイオン雲は小さな尾（small tail）を引くが、多くの場合これは無視できる。しかし、上述したように、期間T₁の最後の数ミリ秒程度の間、イオンビーム形成領域２３の最後のいくつかの隔壁のうちの１つのポテンシャルを高くしてセルＡへのイオンへの流れ込みを禁止すれば、この尾を取り除くことができる。

減速イオンゲートの隔壁８、９、１０のポテンシャルを適切に選択する方法には上述した例以外の方法もあり、これらの方法のいずれにもおいても、前述の時間T₁、T₂、及びT₃の間、セルＡ及びセルＢにおいて系の軸に沿って同様の電場を形成し、同様のイオン雲を得る。

隔壁５と１６の間の電圧の差は大きく、従って、常に高電圧の放電が生じる危険がある。そのため、通常は、この電位差を減少させる手当てを施しておく。そのような方法の１つは、図４に示すように、隔壁５、６、７、８、９、１０、及び１１のポテンシャル（図３参照）から、常に電圧V₀₀を差し引き、期間T₃の間、この電圧V₀₀を隔壁９、１０、１１に再度付与する方法である。その結果、期間T₁、T₂、及びT₃における電位分布は図４(a), (b),及び(c)に示すようになる。しかし、この方法では、隔壁の開口をグリッドで覆う必要がある。そのようなグリッドが存在しない場合には、期間T₃の間、この電圧V₀₀をさらに隔壁８にも付与する必要がある。

上述の実施例はいずれも一例であって、これらのみに限定されない。本発明の考え方は別のタイプの装置にも直ちに適用することができる。また、例示的な実施形態に関する説明は一例であって、請求項の対象なる範囲を限定するものではなく、当業者であれば、多様な他の手段を用いたり、改良、及び変更を加えたりできることは明らかである。

Claims (29)

1. イオンを生成するイオン源と、
   イオンを検出するイオン検出器と、
   直線状の系の軸に対して実質的に垂直に配置された実質的に平坦な多数の隔壁電極（diaphragm electrodes）であって、該系の軸は前記隔壁の開口を通っており、該隔壁は、それぞれのセルが入口の隔壁と出口の隔壁を備え、それらの間に短い領域を有する一連の複数のセルを形成するように配置されており、あるセルの出口の隔壁が、次に位置するセルの入口の隔壁と同一であり、前記複数のセルが、
   前記セルのうちの少なくとも１つを備え、そのセルの隔壁が実質的に等しい面積σ₀の円形、楕円形、あるいは多角形の開口を有するイオンビーム形成領域と、
   前記セルのうちの少なくとも１つを備え、そのセルの隔壁が実質的に等しい面積であって、σ₀よりも大きな面積の円形、楕円形、あるいは多角形の開口を有するイオン分析領域と、
   前記イオンビーム形成領域の下流側に位置し、前記イオン分析領域の上流側に位置する減速イオンゲートであって、該減速イオンゲートは、長さL_Aの最初のセルＡと長さL_Bの最後のセルＢという少なくとも２つのセルを備え、前記セルＡの入口の隔壁の開口の面積は≧σ₀であり、前記セルＢの出口の隔壁は実質的に面積σ₀よりも大きい面積の開口を有する前記イオン分析領域の最初の隔壁と同一であり、前記セルＡの入口の隔壁と前記セルＢの出口の隔壁の間に位置する隔壁の開口はそれらの間の面積を有している減速イオンゲート
   の３つの部分にグループ化されているイオン移動度分析計。
2. 前記イオンビーム形成領域及び前記イオン分析領域の隔壁に対して実質的に静的なポテンシャルが印加され、該ポテンシャルによって、移動度K₀のイオンが毎秒数メートルの速度であるv _H =K ₀ E _H で順方向に移動するように選択されたE_Hに対して系の軸に沿った順方向の大きさ≧E_Hの電場によりイオンが前記イオン源から前記イオン検出器に向かって順方向に移動し、３つの異なる期間T₁、T₂、及びT₃の間、前記減速イオンゲートのセルＡ及びセルＢ内の隔壁に対して異なるポテンシャルが印加され、
   第１の期間T₁の間、セルＡにおいて系の軸に沿って順方向の低電場E_A,1≦E_H/10が形成され、前記イオンビーム形成領域の最後のセルにおいて系の軸に沿って電場≧E_Hが形成され、これによって入射イオンがセルＡ内に向かって移動し、そこでイオンを減速して高密度のイオン雲を形成するように、前記減速イオンゲートのセルＡの入口の隔壁と出口の隔壁のポテンシャルが選択され、
   さらに、第２の期間T₂の間、セルＢにおいて系の軸に沿った順方向の低電場E_B,2≦E_H/10が存在し、セルＡにおいて系の軸の沿った順方向の高電場E_A,2≧E_Hが存在し、イオン雲がセルＡを出てセルＢに移動し、そこで再びイオンが減速されて、期間T₂の開始時のセルＡにおけるイオン雲よりも短く高密度の新たなイオン雲を形成するように、前記減速イオンゲートのセルＡとセルＢにおける入口の隔壁と出口の隔壁のポテンシャルが選択され、
   第３の期間T₃の間、前記イオン分析領域の最初のセルにおける系の軸に沿った順方向の電場と実質的に等しい系の軸に沿った高電場E_B,3≧E_HがセルＢに存在し、イオン雲が期間T₃の開始時のイオン雲長さと形状をほぼ維持したイオン雲がその速度を変えることなくセルＢを出てイオン分析領域の最初のセルに向かって移動するように、前記減速イオンゲートのセルＢにおける入口の隔壁と出口の隔壁のポテンシャルが選択されている、請求項１に記載のイオン移動度分析計。
3. 前記減速イオンゲートが前記セルＡと前記セルＢを形成する３つの隔壁、セルＡの入口の隔壁と、セルＢの出口の隔壁と、セルＡの出口の隔壁であってセルＢの入口の隔壁と同一である隔壁と、を備え、
   セルＡとセルＢの両方が数個のサブセルを備え、該サブセルの複数の隔壁に対して、当該サブセルにおいてセルＡにおける全体の電場E_AとセルＢ全体における全体の電場E_Bに実質的に等しい順方向の電場を該サブセル内に形成するようなポテンシャルが印加される、請求項１に記載のイオン移動度分析計。
4. 複数の導電性のグリッドが、前記減速イオンゲート内の前記セルＡ及び／又は前記セルＢの出口の隔壁、及び／又は前記イオンビーム形成領域内の少なくとも１つの隔壁、及び／又は前記イオン分析領域内の少なくとも１つの隔壁を覆っており、それら複数のグリッドが、エッチングされたもの（etched grids）、織られたもの（woven grids）、あるいはハープ状のグリッド（harp grids）であって多数の平行なワイヤのみを備えるものである、請求項１に記載のイオン移動度分析計。
5. 前記複数のイオングリッドのうちの少なくとも１つがブラッドバリー・ニールソン・ゲート（Bradbury-Nielson Gate）と交換されている、請求項４に記載のイオン移動度分析計。
6. 移動度がK₀±ΔKの範囲にある目的のイオンが全て減速イオンゲートを通過するように前記３つの期間T₁、T₂、及びT₃の長さが選択されており、
   前記期間T₁の終了時に最も早い移動度K₀+ΔKの対象イオンであっても長さL_AのセルＡの終点まで到達しないように、E_A,1≦E_H/10であって前記期間T₁の長さが≦L_A/[(K₀+ΔK)E_A,1)]に選択され、
   前記期間T₂の終了時に最も遅い移動度(K₀-ΔK)の対象イオンが長さL_AのセルＡから出て、最も早い移動度(K₀+ΔK)の対象イオンが長さのセルＢの全長L_Bを通過しないように、E_A,2≧E_H及びE_B,2≦E_H/10で期間T₂の長さが≧L_A/[(K₀-ΔK)E_A,2)]及び≦L_B/[(K₀+ΔK)E_B,2)]に選択されており、
   前記期間T₃の終了時に最も遅い移動度K₀-ΔKのイオンであってもセルＢから出るように、E_B,3≧E_Hで期間T₃の長さが≧L_B/[(K₀-ΔK)E_B,3)に選択されている、請求項２に記載のイオン移動度分析計。
7. 前記期間T₁の終了時よりも少し前の時点で、前記イオンビーム形成領域内の最後部の隔壁のうちの１つのポテンシャルが短時間ΔT₁≪T₁の間、よりイオンを反発し、前記減速イオンゲートのセルＡに向かうイオンの流れが期間T₁の終了前に少しの時間止められる、請求項２に記載のイオン移動度分析計。
8. 前記セルＡ及び／又は前記セルＢの少なくとも１つの隔壁のポテンシャルが、前記期間T₁及び／又はT₂及び／又はT₃の開始時点で瞬間的には新しい値に切り替えられず、それらが最終的な値に切り替えられる前の≒100 μsという短時間の間、結果として順方向の中間的な電場を形成するような方法で新しい値に切り替えられる、請求項３に記載のイオン移動度分析計。
9. 前記“セルＢ”内の入口の隔壁と出口の隔壁に対して一定のポテンシャルを印加し、セルＢにおいて前記系の軸に沿った順方向の静電場≧E_Hを形成する、請求項２に記載のイオン移動度分析計。
10. ２つのイオン雲が形成され、その２つ目に主として低い移動度のイオンが含まれるように、前記期間T₃が短い期間ΔT₃によって２つの期間T₃₁とT₃₂に分割される、及び／又は前記期間T₂が待機時間ΔT₂によって２つの期間T₂₁とT₂₂に分割される、請求項２に記載のイオン移動度分析計。
11. セルＢの出口の隔壁の開口内に、あるいは前記イオン分析領域の少なくとも１つの隔壁の開口内にブラッドバリー・ニールソン・ゲート（Bradbury-Nielson Gate）が配置され、高い移動度のイオンが前記ブラッドバリー・ニールソン・ゲートに到達する間の期間、該ブラッドバリー・ニールソン・ゲートに対してイオン流封鎖電圧（ion flux barring voltages）が印加される、請求項１０に記載のイオン移動度分析計。
12. イオン分析システムの少なくとも１つのセルにおいて電場が形成され、高い移動度のイオンの雲のイオンが該セルに到達する間の期間、該電場は前記系の軸に対して実質的に垂直な方向の電場成分を有し、該電場成分は、少なくとも１つのセルの少なくとも１つの隔壁を上半分の隔壁と下半分の隔壁に分割することによって、あるいは、該セル内に小さく平行な板状電極に類似の追加の固定電極（explicit extra electrodes）を追加して、該電極あるいは半分の隔壁に対して前記期間の間パルス電圧を印加して短時間の間、系の軸に対して垂直な方向の電場成分を存在させることにより得られる、請求項１０に記載のイオン移動度分析計。
13. 複数の前記セルのうちの１つの２つの隔壁の間に、実質的に円形あるいは多角形の断面を有する少なくとも１つの導電性のチューブ状の電極が、前記チューブ状の電極の軸が実質的に前記系の軸と一致するように配置されており、前記チューブ状の電極に対して、対象のセルを規定する２つの隔壁のポテンシャルの間の値、あるいはこれらのうちのいずれか１つのポテンシャルを少し超える値のポテンシャルを印加する、請求項１に記載のイオン移動度分析計。
14. 前記チューブが直線状のチューブ、円錐状のチューブ、あるいはトランペット状（trumpet-like shaped）のチューブである、請求項１３に記載のイオン移動度分析計。
15. 前記チューブ状の電極に印加される前記ポテンシャルが時間とともに変化する、請求項１３に記載のイオン移動度分析計。
16. 前記チューブ状の電極の内面に小電流を流すことができるように、該チューブ状の電極が高抵抗性の材料あるいは高抵抗性の材料の層で覆われた絶縁体で形成されている、請求項１３に記載のイオン移動度分析計。
17. 前記イオン源と前記イオンビーム形成領域の間に電気レンズが配置されている、請求項１に記載のイオン移動度分析計。
18. 前記電気レンズが、実質的に前記イオン源の回りに配置されたウェーネルト円筒（Wehnelt cylinder）として形成されている、請求項１７に記載のイオン移動度分析計。
19. 前記イオンビーム形成領域の１つのセルにおける前記系の軸に沿った前記順方向の静電場が、それに続くセルのうちの少なくとも１つにおける前記系の軸に沿った順方向の静電場よりも実質的に低い、請求項２に記載のイオン移動度分析計。
20. 連続したセルにおける前記順方向の電場が、前記系の軸上のいくつかの点に配置された、イオンを引き付ける下流側に位置する点電荷によって形成される電場に近づくように選択されている、請求項１９に記載のイオン移動度分析計。
21. 前記減速イオンゲートのセルＡの入口の隔壁の開口の面積がσ₀である、請求項１に記載のイオン移動度分析計。
22. セルＡの入口の隔壁（隔壁８と呼ぶ）と、セルＢの出口の隔壁（隔壁１０と呼ぶ）に、それぞれ静電ポテンシャルU₈及びU₁₀が印加され、U₈は、隔壁８と隔壁１０の間にある全ての隔壁が取り除かれたときに形成される電場≧E_HであるU₁₀よりも大幅にイオンを反発するポテンシャルであり、一方、期間T₁及びT₃の間、隔壁８と、セルＢの入口の隔壁であってセルＡの出口の隔壁でもある隔壁（隔壁９と呼ぶ）の間に順方向の低電場≦E_H/10が存在し、期間T₂の間、隔壁９と隔壁１０の間に順方向の低電場≦E_H/10が存在するように、隔壁９のポテンシャルが変化する、請求項２に記載のイオン移動度分析計。
23. 前記期間T₁及びT₂の間、前記イオン分析領域の最初の２つの隔壁と、前記減速イオンゲート及び前記イオンビーム形成領域において上流側に位置するそれ以外の全ての隔壁のポテンシャルからイオン反発電圧V₀₀が差し引かれ、期間T₃の間、前記イオン分析領域の最初の２つの隔壁のポテンシャルに対して前記イオン反発電圧V₀₀が再び加えられ、また、グリッドが開口を覆うように配置されている場合にはセルＢの入口の隔壁のポテンシャルに対して、前記グリッドが取り除かれた場合にはさらにセルＡの入口の隔壁のポテンシャルに対しても前記イオン反発電圧が再び加えられる、請求項２２に記載のイオン移動度分析計。
24. 前記期間T₁、T₂、及びT₃の間、セルＡの入口の隔壁と出口の隔壁（これらを隔壁８、９と呼ぶ）のポテンシャルのみが変化する一方、前記イオン分析領域の最初の隔壁であって、前記セルＢの出口の隔壁でもある隔壁に対して静電ポテンシャルU₁₀が印加され、
    前記期間T₁の間U₈≒U₉≒U₁₀であり、
    前記期間T₂の間、V₁をイオン反発電圧としてU₉≒U₁₀及びU₈=U₁₀+V₁であり
    前記期間T₃の間、V₂をイオン反発電圧としてU₈≒U₁₀及びU₉=U₁₀+V₂である、請求項２に記載のイオン移動度分析計。
25. 前記期間T₁及びT₂の間、前記イオン分析領域の最初の２つの隔壁と、前記減速イオンゲート及び前記イオンビーム形成領域において上流側に位置するそれ以外の全ての隔壁のポテンシャルからイオン反発電圧V₀₀が差し引かれ、期間T₃の間、前記イオン分析領域の最初の２つの隔壁のポテンシャルに対して前記イオン反発電圧V₀₀が再び加えられ、また、グリッドが開口を覆うように配置されている場合にはセルＢの入口の隔壁のポテンシャルに対して、前記グリッドが取り除かれた場合にはさらにセルＡの入口の隔壁のポテンシャルに対しても前記イオン反発電圧が再び加えられる、請求項２４に記載のイオン移動度分析計。
26. イオン移動度分析計の使用方法であって、該イオン移動度分析計は、
    イオンを生成するイオン源と、
    イオンを検出するイオン検出器と、
    直線状の系の軸に対して実質的に垂直に配置された実質的に平坦な多数の隔壁電極であって、該系の軸は該イオン源から該イオン検出器へ向かう順方向に延び、かつ前記隔壁の開口を通っており、該電極は、それぞれのセルが入口の隔壁と出口の隔壁を備え、それらの間に短い領域を有するような一連の複数のセルを形成するように配置されており、あるセルの出口の隔壁が、次に位置するセルの入口の隔壁と同一である、多数の隔壁電極と
    を備え、
    該イオン移動度分析計が
    前記セルのうちの少なくとも１つを備え、そのセルの隔壁が実質的に等しい面積σ₀の開口を有し、順方向の電場≧E_Hを形成する静的なポテンシャル上に配置されている、イオンビーム形成領域と、
    前記セルのうちの少なくとも１つを備え、そのセルの隔壁が、実質的にσ₀よりも大きな面積の開口を有し、順方向の電場≧E_Hを形成する静的なポテンシャル上に配置されている、イオン分析領域と、
    前記イオンビーム形成領域の下流側に位置し、前記イオン分析領域の上流側に位置するイオンゲート領域であって、該イオンゲート領域は、長さL_Aの最初のセルＡと長さL_Bの最後のセルＢという少なくとも２つのセルを備え、前記セルＡの入口の隔壁は面積σ₀の開口を有する前記イオンビーム形成領域の隔壁の開口と実質的に同じ面積の開口を有しており、前記セルＢの出口の隔壁は前記イオン分析領域の隔壁の開口の面積と実質的に同じ面積の開口を有しており、該イオンゲート内のそれ以外の全ての電極はその中間の面積の開口を有するイオンゲート領域
    の３つの領域にグループ化されており、
    該方法が、
    前記イオンビーム形成領域において、移動度K₀の対象イオンを速度K₀E_H≧10m/sで移動させる電場の大きさを選択する工程と、
    前記イオン分析領域において、移動度K₀の対象イオンを速度K₀E_H≧10m/sで移動させる電場の大きさを選択する工程と
    を含むイオン分析計の使用方法。
27. 第１の期間T₁の間、前記セルＡにおいて前記系の軸に沿って、順方向の低電場E_A,L≦E_H/10を形成し、前記イオンビーム形成領域の最後のセルにおいて前記系の軸に沿って、順方向の電場≧E_Hを形成して、該セルから前記セルＡに向かってイオンを押し出し、セルＡにおいてイオンを減速して高密度のイオンバンチを形成するようにセルＡの入口の隔壁と出口の隔壁のポテンシャルを選択する工程と、
    低電場E_A,Lで移動度K₀の対象イオンがセルＡの長さ分を移動するのに要する時間よりも長くなるように、つまりT₁≧L_A/(K₀E_A,L)を満たすようにT₁を選択する工程と
    を更に含む請求項２６に記載の方法。
28. 第２の期間T₂の間、前記セルＢにおいて前記系の軸に沿って低電場E_B,L≦E_H/10を形成し、セルＡにおいて順方向の高電場E_A,H≧E_Hを形成して、前記セルＡから前記セルＢに向かってイオンを押し出し、セルＢにおいてイオンを減速して期間T₂の開始時のセルＡにおけるイオンバンチよりも短く高密度のイオンバンチを形成するようにセルＡ及びセルＢの隔壁のポテンシャルを選択する工程と、
    高電場E_A,Hで移動度K₀の対象イオンがセルＡの長さ分を移動するのに要する時間よりも長くなるように、つまりT₂≧L_A/(K₀E_A,H)を満たすようにT₂を選択する工程と
    を更に含む請求項２７に記載の方法。
29. 第３の期間T₃の間、前記セルＢにおいて前記系の軸に沿って高電場E_B,H≧E_Hを形成し、前記イオン分析領域の最初のセルにおいて前記系の軸に沿って順方向の電場≧E_Hを形成して、前記セルＢから前記イオン分析領域の最初のセルに向かってイオンを押し出し、期間T₃の開始時とほぼ同じ形状を保ったイオンバンチを形成するように、セルＢの入口の隔壁と出口の隔壁のポテンシャルを選択する工程と、
    高電場E_B,Hで移動度K₀の対象イオンがセルＢの長さ分を移動するのに要する時間よりも長くなるように、つまりT₃≧L_B/(K₀E_B,H)を満たすようにT₃を選択する工程と
    を更に含む請求項２８に記載の方法。

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