JP5983856B2 - 減速イオンゲートを含むイオン移動度分析計 - Google Patents
減速イオンゲートを含むイオン移動度分析計 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5983856B2 JP5983856B2 JP2015500408A JP2015500408A JP5983856B2 JP 5983856 B2 JP5983856 B2 JP 5983856B2 JP 2015500408 A JP2015500408 A JP 2015500408A JP 2015500408 A JP2015500408 A JP 2015500408A JP 5983856 B2 JP5983856 B2 JP 5983856B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ion
- cell
- partition
- electric field
- period
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/0027—Methods for using particle spectrometers
- H01J49/0031—Step by step routines describing the use of the apparatus
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
- G01N27/622—Ion mobility spectrometry
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/02—Details
- H01J49/04—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components
- H01J49/0422—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components for gaseous samples
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Description
・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LAである最初のセルAと長さがLB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。
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EA,1≦EH/10を形成し、系の軸に沿った高電場≧EHをイオンが速度vH=(K0±ΔK)EH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vA,1=(K0±ΔK)EA,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≦LA/[(K0±ΔK)EA,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EA,2≧EHを形成し、セルBでは低電場EB,2≦EH/10が形成されて、セルAを速度vA,2=(K0±ΔK)EA,2で出た移動度K0±ΔKのイオンを速度vB,2=(K0±ΔK)EB,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≧LA/[(K0-ΔK)EA,2] かつ≦L/[(K0+ΔK)EA,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EB,3≧EHとし、移動度K0±ΔKのイオンがセルBを速度vB,2=(K0±ΔK)EB,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、≧LB/(K0+ΔK)EB,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EH以上でありEB,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EA,L≦EH/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。
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。
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EA,HとセルBにおける系の軸に沿った低電場EB,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EB,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≧EH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。
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。
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E5,6≒E6,7≒E7,8≧EHによって押し出される。ここで、EH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vH≒K0EH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E6,7>E5,6及び/又はE7,8>E6,7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≧EH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LAのセルA26と、隔壁9と10の間に形成された長さLB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LAのセルA26内に系の軸に沿った順方向の電場がEA,1≦EH/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E7,8≧EH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≦LA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≦LA/[(K0+ΔK)EA,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LAのセルA26内で系の軸に沿った電場がEA,2≧EHとなり、長さLBのセルB27において電場がEB,2≦EH/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ΔLA≦LAであったイオン雲について、より密度が高い、長さΔLB≒ΔLA(EB,2/EA,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≧LA/[(K0-ΔK)EA,2]かつ≦LB/[(K0+ΔK)EB,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LBのセルB27において系の軸に沿った電場がEB,3≧EH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E10,11≧EH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ΔLBであった場合に長さΔL10,11≒ΔLB(E10,11/EB,3)のイオン雲が形成される。しかし、EB,3とE10,11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≧LB/[(K0-ΔK)EB,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EA,1≦EH/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。
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。
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EA,2≧EHとセルB27における系の軸に沿った低電場EB,2≦EH/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EB,3≧EH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≧EH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。
・ 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。
・ 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
Claims (29)
- 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LAの最初のセルAと長さLB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。 - 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EHに対して系の軸に沿った順方向の大きさ≧EH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EA,1≦EH/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≧EH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EB,2≦EH/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EA,2≧EH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EB,3≧EH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。 - 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EAとセルB全体における全体の電場EB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。 - 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。
- 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。
- 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LAのセルAの終点まで到達しないように、EA,1≦EH/10であって前記期間T1の長さが≦LA/[(K0+ΔK)EA,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LA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LBを通過しないように、EA,2≧EH及びEB,2≦EH/10で期間T2の長さが≧LA/[(K0-ΔK)EA,2)]及び≦LB/[(K0+ΔK)EB,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、EB,3≧EHで期間T3の長さが≧LB/[(K0-ΔK)EB,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。 - 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。
- 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。
- 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≧EHを形成する、請求項2に記載のイオン移動度分析計。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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≧EH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≦EH/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≦EH/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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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≧EH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≧EH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LAの最初のセルAと長さLB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K0EH≧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K0EH≧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。 - 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EA,L≦EH/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≧EH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EA,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≧LA/(K0EA,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。 - 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EB,L≦EH/10を形成し、セルAにおいて順方向の高電場EA,H≧EH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EA,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≧LA/(K0EA,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。 - 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EB,H≧EH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≧EH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EB,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≧LB/(K0EB,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。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/US2012/029227 WO2013137883A1 (en) | 2012-03-15 | 2012-03-15 | An ion-mobility spectrometer including a decelarating ion gate |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015514978A JP2015514978A (ja) | 2015-05-21 |
JP5983856B2 true JP5983856B2 (ja) | 2016-09-06 |
Family
ID=49161616
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015500408A Active JP5983856B2 (ja) | 2012-03-15 | 2012-03-15 | 減速イオンゲートを含むイオン移動度分析計 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9508535B2 (ja) |
JP (1) | JP5983856B2 (ja) |
CN (1) | CN104321127B (ja) |
WO (1) | WO2013137883A1 (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20170301531A1 (en) * | 2016-04-18 | 2017-10-19 | Shimadzu Corporation | Ion mobility spectrometer |
WO2018125441A1 (en) * | 2016-12-28 | 2018-07-05 | Rapiscan Systems, Inc. | Ionization chamber having a potential-well for ion trapping and ion compression |
CN106783508B (zh) * | 2016-12-29 | 2019-11-29 | 同方威视技术股份有限公司 | 离子迁移管和操作离子迁移管的方法 |
KR102271008B1 (ko) | 2017-10-27 | 2021-06-29 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치 |
KR102574322B1 (ko) | 2018-06-27 | 2023-09-05 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치 |
CN111199867B (zh) * | 2018-11-20 | 2020-11-20 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种低歧视离子门及控制方法 |
US10930485B2 (en) * | 2019-03-25 | 2021-02-23 | Hamilton Sundstrand Corporation | Ion source for an ion mobility spectrometer |
JP7503949B2 (ja) | 2020-07-14 | 2024-06-21 | 理研計器株式会社 | イオン移動度分析装置およびイオン移動度分析方法 |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4855595A (en) * | 1986-07-03 | 1989-08-08 | Allied-Signal Inc. | Electric field control in ion mobility spectrometry |
US5420424A (en) * | 1994-04-29 | 1995-05-30 | Mine Safety Appliances Company | Ion mobility spectrometer |
KR0156602B1 (ko) * | 1994-07-08 | 1998-12-01 | 황해웅 | 이온이동도 분석기 |
US5905258A (en) * | 1997-06-02 | 1999-05-18 | Advanced Research & Techology Institute | Hybrid ion mobility and mass spectrometer |
DE10120336C2 (de) * | 2001-04-26 | 2003-05-08 | Bruker Saxonia Analytik Gmbh | Ionenmobilitätsspektrometer mit nicht-radioaktiver Ionenquelle |
US6924479B2 (en) * | 2002-01-25 | 2005-08-02 | William C. Blanchard | Ion detecting apparatus and methods |
JP4200053B2 (ja) * | 2003-06-09 | 2008-12-24 | 浜松ホトニクス株式会社 | イオン移動度検出器 |
GB0424426D0 (en) * | 2004-11-04 | 2004-12-08 | Micromass Ltd | Mass spectrometer |
US7372042B2 (en) * | 2005-08-31 | 2008-05-13 | Agilent Technologies, Inc. | Lens device for introducing a second ion beam into a primary ion path |
US7560688B2 (en) * | 2005-10-14 | 2009-07-14 | Washington State University | Mass analysis of mobility selected ion populations |
CA2653623C (en) * | 2006-06-09 | 2018-05-29 | Ion Applications, Inc. | Miniaturized ion mobility spectrometer |
GB0704137D0 (en) * | 2007-03-03 | 2007-04-11 | Smiths Detection Watford Ltd | Ion mobility spectrometers |
CN101470100B (zh) * | 2007-12-27 | 2012-06-20 | 同方威视技术股份有限公司 | 离子迁移谱仪及其方法 |
CN101629933B (zh) * | 2008-07-16 | 2012-06-20 | 同方威视技术股份有限公司 | 离子迁移谱仪 |
US7838826B1 (en) * | 2008-08-07 | 2010-11-23 | Bruker Daltonics, Inc. | Apparatus and method for parallel flow ion mobility spectrometry combined with mass spectrometry |
JP5359827B2 (ja) * | 2008-12-03 | 2013-12-04 | 株式会社島津製作所 | イオン輸送装置、イオン分析装置、及び、超音速分子ジェット法を用いた分析装置 |
CN102313774B (zh) * | 2010-06-30 | 2013-05-08 | 清华大学 | 用于离子迁移谱仪的离子门结构和离子迁移谱仪的操作方法 |
US8941055B2 (en) * | 2011-04-26 | 2015-01-27 | Bruker Daltonik Gmbh | Selective ion mobility filter |
-
2012
- 2012-03-15 CN CN201280073070.9A patent/CN104321127B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2012-03-15 WO PCT/US2012/029227 patent/WO2013137883A1/en active Application Filing
- 2012-03-15 US US14/384,039 patent/US9508535B2/en active Active
- 2012-03-15 JP JP2015500408A patent/JP5983856B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US9508535B2 (en) | 2016-11-29 |
CN104321127A (zh) | 2015-01-28 |
US20150221489A1 (en) | 2015-08-06 |
JP2015514978A (ja) | 2015-05-21 |
CN104321127B (zh) | 2018-02-02 |
WO2013137883A1 (en) | 2013-09-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5983856B2 (ja) | 減速イオンゲートを含むイオン移動度分析計 | |
EP1704578B1 (en) | Ion extraction devices and methods of selectively extracting ions | |
JP4649234B2 (ja) | 垂直加速型飛行時間型質量分析計 | |
US20060027746A1 (en) | Low field mobility separation of ions using segmented cylindrical FAIMS | |
DE112015001566T5 (de) | Vielfachreflexions- und Laufzeitverfahrens-Massenspektrometer mit axial gepulstem Konverter | |
US20050205775A1 (en) | Plasma ion mobility spectrometer | |
DE112007002686T5 (de) | Ionentransferanordnung | |
US20190162698A1 (en) | Ion mobility analyzer and analysis method | |
EP3637454A1 (en) | Ion migration rate analysis device and analysis method applied | |
US20160071714A1 (en) | Ion guiding device and ion guiding method | |
US10018593B2 (en) | Duel mode ion mobility spectrometer | |
US20080142700A1 (en) | Ion mobility spectrometers and methods for ion mobility spectrometry | |
CN104160474A (zh) | 用于提高质谱仪中的灵敏度的方法及设备 | |
WO2017038169A1 (ja) | イオン移動度分析装置 | |
JP5513480B2 (ja) | ガス測定方法、および対応するイオン移動度分光計 | |
US20120273674A1 (en) | Resolution Enhancement For Ion Mobility Spectrometers | |
Andelkovic et al. | Beamline for low-energy transport of highly charged ions at HITRAP | |
KR102036259B1 (ko) | 질량분석기용 이온가이드 및 이를 이용한 이온소스 | |
Hu et al. | Experimental investigation of time-resolved electron beam energy distributions generated in a transient hollow cathode discharge | |
CN103460330A (zh) | 离子门和离子改变器的结合 | |
JP6881574B2 (ja) | 荷電粒子を輸送するための輸送装置 | |
RU2721310C2 (ru) | Устройства и способы разделения ионов, в частности, при помощи IMS-спектрометра с использованием ионного затвора | |
US12046388B2 (en) | Radio frequency quadrupole stark decelerators and methods of making and using the same | |
US11029282B2 (en) | Liquid phase ion mobility spectrometer | |
US8502159B2 (en) | Apparatuses and methods for generating electric fields |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151208 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160129 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160705 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160718 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5983856 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |