JP2002502085A - 多極イオンガイドを用いた質量分光測定法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多極イオンガイドを用いた質量分光測定法 【解決手段】 １つ以上のセグメント（１、２、３、４）で構成され、高圧真空領域（７２）中に位置する多極イオンガイド（６）を質量／電荷選択モードやイオンフラグメンテーションモードで操作する。個々の多極イオンガイドが、各多極イオンガイド同士間には電極が構成されていない線形アセンブリ中に取り付けられる。線形アセンブリ中に取り付けられた各多極イオンガイドの少なくとも１部は高背景圧力を持つ真空領域中に常駐している。少なくとも１つのイオンガイド（４）を、１つの真空段（７２）から別の真空段（７３）に連続的に延長するように構成することができる。ＲＦ電圧源、＋／−ＤＣ電圧源及び永年周波数電圧源の個々の集合が、各多極イオンガイドのロッドに対する電位となり、これによって、イオン伝送、イオントラッピング、質量／電荷選択及びイオンフラグメンテーションなどの機能を各位オンガイド中で互いに独立に動作させることができる。多極イオンガイドの線形アセンブリの１部に沿ってより高い背景圧力が存在するために、１つの多極イオンガイドから隣接するイオンガイドにイオンを軸方向に加速することによって、三重四極の機能に類似した、イオンの衝突誘導解離（ＣＩＤ）によるフラグメンテーションが可能となる。代替例では、イオンは、３次元四極イオントラップ中でのイオンのフラグメンテーション動作に類似した共振周波数励起ＣＩＤを用いて１つ以上の多極イオンガイド中でフラグメント化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

（技術分野） 本発明は化学種の質量分光測定分析の分野に関する。より特定的には本発明は
、より高圧の真空領域での複数の多極イオンガイドアセンブリの構成と作業使用
に関する。

【０００１】 （背景技術） 質量分光測定法（ＭＳ）は、固相、気相及び液層のサンプルに伴う一連の分析
上の問題をオンライン技法とオフライン技法の双方で解決する目的で用いられて
きた。オンライン気体クロマトグラフィ（ＧＣ）、液体クロマトグラフィ（ＬＣ
）、細管電気泳動（Ｃ）気体及び他の溶液サンプルの分離システムは、様々なイ
オン発生源タイプで構成されたオンライン質量分光計にインタフェースされてい
た。ほぼ大気圧で動作するイオン発生源タイプもあれば、真空状態でイオンを発
生するイオン発生源タイプもある。質量分光計は、最適な性能を引き出すために
は、真空状態で共に動作する分析器のタイプが異なれば必要とされる真空背景圧
力も異なる。本発明は、質量分光計中で構成される多極イオンガイドが１つ以上
装備される構成を取る。本発明は任意の数の極を有する多極イオンガイドに応用
可能であるとはいえ、以下に四極すなわち４つの極を持つイオンガイドアセンブ
リについて本発明を説明する。５つ以上の極で構成されるイオンガイドの性能と
比較してより高い質量／電荷分離分解能が四極イオンガイドによって達成するこ
とが可能である。四極イオンガイドは、単一又は三重の四極質量分析器中の主要
エレメントとして又は、経過時間、磁気セクター、フーリエ変換さらに３次元四
極イオントラップ質量分析器までも含むハイブリッド質量分析計の１部として構
成されてきた。一般的に、質量／電荷選択モードで操作される四極イオンガイド
は、イオンの中性背景気体衝突を避ける又は最小化するような背景真空圧力中で
運転される。ＲＦ（無線周波数）だけのイオン伝送モードで四極を動作する場合
にはより広い範囲の背景圧力が用いられてきた。ある種の応用分野に対しては、
ＲＦだけのイオン伝送モードで動作する四極イオンガイド中の圧力は、イオンの
機械的エネルギの衝突減衰又はイオンガイドをその全長にわたって横断するイオ
ンの衝突誘導された解離（ＣＩＤ）フラグメンテーションを促進するに十分高く
維持される。

【０００２】 電子増倍管検出器又は光電子増倍管検出器を備えた市販の四極質量分析器は、
一般的には２ｘ１０^-4トール範囲の背景圧力で分析的質量／電荷選択モードで操
作される。ある程度のイオンが質量から電荷に分離される高背景圧力Ｉ真空状態
で操作される多極イオンガイドの例がある。米国特許第５，４０１，９６２号と
第５，６１３，２９４号に、電子イオン化（ＥＩ）イオン発生源と、最大で１ｘ
１０^-2トールの背景圧力で低質量／電荷範囲の気体分析器として操作可能なファ
ラデーカップ検出器とを持つ小型四極配列が記載されている。この短い四極配列
の性能は、イオンの平均自由経路が四極ロッド長より短くなるポイントまで背景
圧力が増すと低下し始める。米国特許第５，１７９，２７８号には、大気圧イオ
ン化（ＡＰＩ）発生源から３次元四極イオントラップ中に伝送するように構成さ
れた四極イオンガイドが説明されている。特許第５，１７９，２７８号に説明さ
れている四極イオンガイドはトラップとして操作して、トラップされたイオンを
３次元四極イオントラップ中に放出する以前にこれを保持することが可能である
。イオンのトラップ動作中に、この四極イオンガイドのロッドすなわち極に印加
される電位を、イオントラップに放出されるイオン質量／電荷値の範囲を制限す
るように設定することが可能である。四極イオンガイドはまた、トラップされた
フラグメントイオンを３次元イオントラップ中の導入するに先立って、トラップ
されたイオンを共振周波数励起衝突誘導で解離フラグメンテーションさせて操作
させることが可能である。四極イオンガイドは、自身のトラップしたイオンを３
次元イオントラップに放出した後では、３次元イオントラップ質量分析期間中に
再補充される。多段の真空ポンプにわたって連続的に延長する四極イオンガイド
が、係属中の米国特許出願第０８／６９４，５４２号に説明されている。この四
極イオンガイドの全長の１部が、イオンと中性気体の背景衝突を保証する１ミリ
トールを越える圧力を印加する真空領域中に位置している。係属中の米国特許出
願第０８／６９４，５４２号には、複数の真空段から成る多極イオンガイドが経
過時間（ＴＯＦ）質量分析器で構成されているハイブリッド質量分光計が説明さ
れている。上述のように、四極イオンガイドは、経過時間質量／電荷分析と連結
したイオン伝送モード、イオントラップモード、質量／電荷選択モードと組み合
わされて操作される。上記のハイブリッド四極経過時間装置及び方法は、ＭＳ／
ＭＳⁿ質量分析機能を提供するものである。先行技術に対する改良として、本発 明のある１つの実施形態は、ハイブリッドＴＯＦ質量分析器のより高い圧力の真
空領域で構成され操作される複数の四極イオンガイドを備え、これによって質量
分析器のＭＳ／ＭＳⁿ性能と分析能力を改善している。

【０００３】 高圧でＲＦだけモードで操作される多極イオンガイドは、大気圧発生源から質
量分析器へのイオン伝送中におけるイオン軒快適エネルギを減衰させる効果的な
手段として用いられてきた。ＡＰＩ発生源から四極質量分析器へイオンを移送す
るように構成された、１０^-4トールを越える背景圧力でＲＦだけモードで操作さ
れる四極イオンガイドが、米国特許第４，９６３，８３６号に説明されている。
中性背景気体とイオンが衝突して、イオンガイド中のイオン伝送中にイオンの機
械的エネルギを減衰させる。これによって潜在的に、拡散する一次イオンビーム
エネルギが減少してイオン伝送効率が向上する。高い背景圧力で操作される多極
イオンガイドは、三重四極質量分析器とハイブリッド磁気セクター質量分析器と
ＴＯＦ質量分析器におけるイオンのＣＩＤフラグメンテーションのための衝突セ
ルとして広く用いられてきた。衝突セルとして構成され操作されるイオンガイド
は、すべてのロッドに可変のＤＣオフセット電位を印加した状態でＲＦだけモー
ドで運転される。米国特許第５，８４７，３８６号には、イオンガイド軸に沿っ
てデ電場を発生させてイオンを衝突セル中を軸方向に移動させるように、又は、
個々のイオンガイドアセンブリの全長内でイオンを軸方向に前後に発振させるこ
とによって衝突セル内でのＣＩＤフラグメンテーションを促進させるように構成
された多極イオンガイドの構成が説明されている。上記のように、軸方向の電場
を持つイオンガイドアセンブリは、共通のＲＦ四極イオンガイドアセンブリのす
べてのロッドに印加された状態でＲＦだけモードで操作される。市販の質量分析
器に組み込まれ、また、参考文献に記載されている多極イオンガイド衝突セルは
、真空ポンプ段中に隔離された又は周囲エンクロージャ中に包含された個々のイ
オンガイドアセンブリとして構成されてきた。

【０００４】 一般には低圧真空領域に位置するイオンガイド周囲エンクロージャは、より高
圧の衝突セル背景圧力が周囲の低真空圧チャンバに進入することをできるだけ防
ぐ。図２０に先行技術として図示されるような市販の三重四極は一般的に、１つ
の真空ポンプ段中に３つの多極イオンガイドで構成される。衝突セル内の高圧は
、衝突セル多極イオンガイドを囲むエンクロージャ中に衝突気体を漏洩させるこ
とによって維持される。気体が、エンクロージャの入り口と三重四極センターラ
インに沿って構成されている出口アパーチュアとから衝突セル外に漏洩する。本
発明の１つの態様は、質量／電荷選択モードとＣＩＤフラグメンテーション動作
モードで運転されるより高い真空圧力の共通領域に位置する複数の四極イオンガ
イドの構成である。本発明のさらなる態様は、各四極を質量／電荷選択モード及
び／又はイオンフラグメンテーションモードで操作してＭＳ／ＭＳⁿ質量分析機 能を達成することが可能である、高圧の真空領域内での複数の四極イオンガイド
の構成である。

【０００５】 ＡＰＩ発生源にインタフェースされる従来型の三重の四極質量分析器は、質量
分析器の真空段領域中で十分な真空ポンプ速度を持つように構成し、これによっ
て、イオンが背景気体と衝突しないようにする真空レベルを維持するようにしな
ければならない。この低圧真空状態は、気体が衝突セルとイオン発生源からチャ
ンバ中に漏洩している間は維持しなければならない。衝突セルエンクロージャ中
の真空圧力は一般には、５〜８ミリトールに維持され、分析器の真空段は１０^-5 〜１０^-6トールという低圧範囲に維持される。図２０は、大気圧イオン発生源に
インタフェースされた一般的な三重四極質量分析器１５０の多極イオンガイド構
成の略図である。個々の多極イオンガイドアセンブリ１５８、１５４、１５５、
及び１５６は３段式の真空ポンプシステム中の同じセンターラインに沿って構成
されている。オリフィスプレート１６４によって、大気圧領域１６０から第１の
真空段１５１への漏洩が可能となる。大気圧領域１６０で発生したイオンは、オ
リフィス１６１の真空側に形成された超音速の自由噴流拡張部を介して伝達され
て真空状態になる。真空中に導入されたイオンの１部は、スキマーのオリフィス
、多極イオンガイド１５８、電極１６１のオリフィス、多極イオンガイド１５４
、電極１６６のオリフィス、多極イオンガイド１５５、電極１６７のオリフィス
、多極イオンガイド１５６及び電極１６８のオリフィスを介して検出器１６５に
導入されて真空状態になる。真空段１５１、１５２及び１５３中の圧力は一般的
には、それぞれ１トール、５ミリトール及び＜１ｘ１０^-5トールに維持され、一
方衝突セル１５７内の圧力は５〜８ミリトールに維持される。三重の四極はＭＳ
又は単一ＭＳ／ＭＳシーケンス質量分析機能を実行するように構成されている。
ＭＳ／ＭＳ実験では、イオンはほぼ大気圧で始動され、複数の真空段中を移送さ
れて低圧真空領域にいたり、ここで、質量／電荷選択が、イオンがほとんど又は
全く中性衝突にいたらない状態で多極イオンガイド１５４中で発生する。次に、
質量／電荷選択されたイオンは、衝突セル多極イオンガイド１５５中の高圧領域
中に加速される。その結果生じるフラグメントイオンの集団は四極１５６中の低
圧領域に方向付けされ、ここで、質量／電荷分離が、イオン検出器１６５によっ
て検出される以前に、イオンがほとんど又は全く中性衝突に至らない状態で実行
される。類似の分析的イオンシーケンスが、先行技術によるハイブリッド四極の
、すなわち、第３の四極１５６を第４の真空ポンプ段に常駐するＴＯＦ質量分析
器で置き換えた四極のＴＯＦ質量分析器中で発生する。

【０００６】 低圧真空段中に多極イオンガイド衝突セルを置くと、ＡＰＩ ＭＳ／ＭＳ分析
器の費用と複雑さが増す。本発明の１つの態様は、ＣＩＤイオンフラグメンテー
ションを実行するために大気圧力からの気体漏洩によって形成された背景圧力を
用いるＡＰＩ発生源の高圧真空ポンプ段中の複数の四極イオンガイドから成る構
成である。質量／電荷選択及びＣＩＤイオンフラグメンテーションは大気圧イオ
ン発生源質量分析器の第２の真空段中で実行され、これによって、別個の衝突セ
ルを自身の追加気体を含んだまま真空システムに装備する必要が解消される。複
数の四極を第２の真空段中に置く構成によって、ＡＰＩ四極とハイブリッド質量
分析器に対するシステムの真空ポンプ速度要件とその関連経費が減少する。本発
明の別の態様は、市販の三重四極又はハイブリッド四極中で一般的に見受けられ
る四極アセンブリと比較してかなりサイズが減少した極寸法を持った複数の四極
イオンガイドから成る構成である。この極寸法と四極の長さが減少したことによ
って、各四極アセンブリ軸に沿ったイオン伝送時間が最小化される。これによっ
て、質量分析機能の範囲に対する質量分光計の分析速度が増す。この減少した四
極サイズによって、必要スペースと操作電力が減少し、このため、性能を劣化さ
せることなくシステムサイズが減少する。本発明の別の態様は、複数の真空段中
に連続的に延長してＡＰＩ ＭＳ計器の高圧領域中に置かれる複数四極のアセン
ブリとなる多極イオンガイドなら成る構成である。複数の真空ポンプ段イオンガ
イドが米国特許第５，６５２，４２７号に説明されている。以下に説明するよう
に、追加の四極イオンガイドを持った複数の真空段四極イオンガイドを構成する
ことによって、広い範囲の質量分析機能シーケンスにわたる動作が可能となる。

【０００７】 質量／電荷選択、ＣＩＤイオンフラグメンテーション及びトラップ機能を達成
するためには、それぞれの四極イオンガイドアセンブリはそれぞれのＲＦ、＋／
−及び捕捉共振周波数の電圧源を必要とする。四極イオンガイドはセグメントで
構成されてきたが、この場合、単一のＲＦ源がイオンガイドアセンブリ又はロッ
ドの集合のすべてのセグメントに印加される。一般的には、ＲＦだけ出入り口セ
グメントは四極ロッド集合中に構成され、これによって、四極に出入りするイオ
ンに対する周縁フィールド効果を最小化する。ＲＦ電圧が、中心ロッドセグメン
トに供給される一次ＲＦとの容量性カップリングによって入り口セクションと出
口セクションに印加される。オフセット電位、すなわち所与のセグメントのすべ
ての４つの極に印加される共通ＤＣ電圧は、四極イオンガイドアセンブリ内の１
つのイオンガイドセグメントから次のイオンガイドセグメントにイオンを加速す
るように各セグメントに対して個別に設定することができる。イオンガイドのセ
グメントに印加されるオフセット電位は、イオンガイド内のイオンをトラップす
るように設定することもできる。先行技術においては、複数のイオンガイドアセ
ンブリが質量分析器中に構成される場合には、電極は個々の多極イオンガイド同
士間に置かれる。図２０に略図を示す先行技術による三重の四極の例を参照する
と、各四極イオンガイドは隣接するイオンガイドから電極によって分離されてい
る。電極は、１つのイオンガイドアセンブリから隣のイオンガイドアセンブリに
イオンが通過する際の周縁フィールド効果を最小化するように構成されている。
これらの電極によって別々のイオンガイド集合同士間の容量性カップリングが最
小化されて、ＲＦフィールドのうなり周波数歪みを避けるようになっている。こ
れらの電極はまた、真空ポンプ段同士間又は衝突セルと真空段間にあって気体コ
ンダクタンスを最小化させるためのオリフィスを減少させるという追加的な目的
も果たしている。ＭＳ／ＭＳ実験をする場合、すなわち衝突セルを５〜８ミリト
ールという圧力に維持する場合、先行技術で１つの四極から別の四極に伝達され
るイオンは背景圧力勾配を通過しなければならない。多極イオンガイド同士間の
周縁フィールド領域で発生する衝突効果によって、散乱効果によるイオンの損失
が発生することがある。

【０００８】 図２０を参照すると、多極イオンガイド１５８は真空仕切／電極１６１によっ
て四極アセンブリ１５４から分離されている。四極１５４は、ＲＦだけセグメン
ト又はセクション１６２及び１６８並びに分析セグメント１６３と共に図示され
ている。多極イオンガイド１５８は四極、六極又は八極として構成されることが
あり、また、四極１５４とは異なったＲＦ電圧源を有することがある。ＲＦ周波
数、振幅、位相及び、イオンガイド１５８と四極１５４間の極の数の相違によっ
て発生した様々なＲＦ関連電場によって、イオンガイド１５８から四極１５４中
へのイオンの移送効率に負の影響を与えかねない周縁フィールドが発生する。多
極イオンガイド１５８の出口周縁フィールドと四極１５４の入り口周縁フィール
ドがイオンの軌道に対して及ぼす影響は、電極１６１とＲＦだけセグメント１６
２によって減少する。電極１６６と１６７は周縁フィールド効果を減少させ、ま
た、真空仕切として動作する類似の機能を有する。衝突セル多極イオンガイドは
、４極、６極又は８極で構成され、また、隣接する四極イオンガイドのＲＦフィ
ールドとＤＣフィールドとは異なったＲＦフィールドを自身の入り口端と出口端
とに有することがある。図２２にＡＰＩハイブリッド四極ＴＯＦ質量分析器を示
すが、同図ではまた、各イオンガイドアセンブリ同士間に電極が位置していると
ころが示されている。この先行技術における四極の配置は、衝突セル出口に至る
ＡＰＩ三重四極の配置と類似しており、多くの場合同じである。イオン衝突散乱
、周縁フィールド効果及び電極とのイオンの衝突によって１つの多極イオンガイ
ドから隣の多極イオンガイドにイオンが伝達される毎にイオンの損失が発生する
。本発明の１つの態様は、電極仕切のない共通軸に沿った複数の四極アセンブリ
から成る構成である。本発明に従って構成された各四極アセンブリは個々に質量
選択とイオンのＣＩＤフラグメンテーションを実行することができる。１つ以上
の負空真空段四極を、本発明に従って複数四極アセンブリ中に構成することがで
きる。１９９６年発行の第４４回の質量分光測定と統合トピックに関するＡＳＭ
Ｓ会議の議事録（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ４４ｔｈ ＡＳＭ Ｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ａｎ
ｄ Ａｌｌｉｅｄ Ｔｏｐｉｃｓ）でＩｊａｍｅｓは、イオンがＴＯＦ質量分析
器中にパルス化されるＲＦだけイオン移送／トラップモードで操作される４つの
四極イオンガイドを線形に組み合わせることを提案している。この提案されたア
センブリ中にある四極の内の２つは２つの真空ポンプ段中に連続的に延長してい
る。その分厚い要約は、第１の四極から第４の四極に別々のＲＦ電位を印加する
ことを教示してはいない。また、それは、その提案する複数四極アセンブリを本
発明の態様に含まれるようなものとして質量／電荷選択やＣＩＤフラグメンテー
ション動作を実行することを教示してもいない。

【０００９】 本発明における個々の多極イオンガイドアセンブリにＲＦ電圧を供給する分離
したＲＦ電圧源を共有の周波数と位相で操作して、ＲＦ周縁効果を最小化するこ
とができる。四極アセンブリのそれぞれに対して、質量／電荷選択動作及び／又
はイオンＣＩＤフラグメンテーション動作の間にそれぞれ異なったＲＦ振幅を印
加することができる。四極イオンガイドアセンブリ同士間の電極を解消すること
によってイオン伝送効果が向上し、また、四極イオンガイドアセンブリ同士間で
イオンを前後に移動させることができる。複数四極アセンブリの軸に沿ってイオ
ンを双方向に効率的に移送することによって、１つの計器で広い範囲の分析機能
を実行することができる。分析機能を等価的に配列させるには、２つ以上の先行
技術による質量分析器が必要である。本発明のある１つの態様では、ＲＦ四極が
各分析四極アセンブリ同士間に構成されており、これによって、ＲＦ振幅、＋／
−ＤＣ電圧及び共振周波数電圧の四極間の差によるあらゆる周縁フィールドをも
最小化している。個別のＲＦ源で構成されるＲＦだけセグメントもまた、分析四
極イオンガイドアセンブリ同士間でのＲＦ周波数カップリング又は共振周波数カ
ップリングを最小化する働きをする。本発明の別の態様では、ＲＦだけ四極が、
隣接する四極イオンガイドＲＦ源に容量カップリングする各四極アセンブリのＲ
Ｆだけセグメントとして構成され得る。本発明のさらに別の態様では、個々の四
極アセンブリ同士間の接合が、四極アセンブリ同士間に圧力勾配がほとんど存在
しない高圧領域中に位置している。背景気体とのイオン衝突は、安定したイオン
軌道を四極センターラインまで減衰させる働きがあり、このセンターラインのと
ころでは、四極同士間の周縁フィールド効果が最小化される。背景気体によるこ
のイオン軌道の衝突減衰は、個々の四極イオンガイドアセンブリ同士間での前後
方向のイオン伝送を最大化する働きをする。

【００１０】 三重四極、３次元イオンタラップ、ハイブリッド四極ＴＯＦ、ハイブリッド磁
気セクター及びフーリエ変換（ＦＴＭＳ）の質量分析器は、ＭＳ／ＭＳ分析を実
行可能である。イオントラップ質量分析器及びＦＴＭＳ質量分析器はＭＳ／ＭＳ ⁿ 分析を実行することができるが、イオンＣＩＤフラグメンテーションは比較的 低エネルギ共振周波数励起で実行される。三重四極とハイブリッド四極のＴＯＦ
質量分析器中でのＣＩＤフラグメンテーションは、本書ではＤＣ加速ＣＩＤフラ
グメンテーションと呼ばれる四極軸に沿ったイオン加速によって達成される。イ
オンは一般的には、数１０ｅＶを四極ＤＣ加速ＣＩＤフラグメンテーションで印
加することによって加速される。ハイブリッド又はタンデムの磁気セクター質量
分析器は、数百さらに数千ｅＶでイオンが加速されて気相衝突する高エネルギＤ
Ｃ加速イオンフラグメンテーションを実行することができる。三重四極中での単
一質量範囲の質量／電荷選択は、ＲＦ及び＋／−ＤＣを図２０の非衝突セル四極
アセンブリ１５４と１５６に印加することによって達成される。３次元イオント
ラップ中での１つ又は複数範囲の質量／電荷選択は、好ましくないイオンの共振
周波数噴出とカップリングしたＲＦ電圧振幅スキャニングを用いて達成される。
三重四極は、ＡＰＩ源から送出された連続イオンビームで動作する。イオントラ
ップは、連続イオンビーム中に提供されたイオンをバッチ式に分析しなければな
らない。３次元イオントラップ中のトラップされたイオンの空間電荷によって、
三重四極動作では遭遇しない性能の制限が課される。イオントラップ中での空間
電荷の影響は潜在的に、定量分析応用分野におけるその有用性を制限する。低真
空圧力で操作される四極イオンガイド中での質量／電荷選択分解能は部分的には
イオン遷移時間によって制限される。各質量分析器タイプは、解決すべき分析上
の問題によって利点となったり欠点となったりするそれぞれ異なった手段によっ
てイオンの質量／電荷選択及びＣＩＤフラグメンテーションを実行する。

【００１１】 四極質量分析器及び３次元イオントラップ質量分析器並びに最近のハイブリッ
ド四極ＴＯＦ質量分析器は、大気圧イオン発生源、例えば電気噴霧（ＥＳ）発生
源や大気圧化学イオン化（ＡＰＣ）発生源とインタフェースする最も広く使用さ
れる質量分析器タイプとなっている。ＦＴＭＳ計器は非常に高い分解能と質量精
度を提供するが、その価格と操作上の複雑さのために、現在使用されている装置
の数は限られたものである。本発明のある１つの態様では、三重四極、３次元イ
オントラップ及びハイブリッド四極のＴＯＦ質量分析器の機能的能力を１つの計
器に合成している。本発明は、これに限られないが、共振周波数ＣＩＤイオンフ
ラグメンテーション、１００ｅＶさえ越えるエネルギの場合におけるＤＣ加速Ｃ
ＩＤフラグメンテーション、ＲＦ及び＋／−質量／電荷選択、単一又は複数の質
量範囲のＲＦ振幅及び共振周波数のイオン噴出質量／電荷選択、四極イオンガイ
ド中でのイオンのトラッピング及びＴＯＦ質量分析をその範囲に収めている。本
発明によって、先行技術によるいかなる質量分析器タイプによっても実行不可能
な質量分光計の分析機能が可能となる。例えば、ＭＳ／ＭＳⁿ（ここで、ｎ＞１ ）は、本発明に従って構成されたハイブリッド四極ＴＯＦ上で、各ＣＩＤステッ
プ毎にＤＣ加速フラグメンテーションを用いることによってまたは共振周波数励
起とＤＣ加速ＣＩＤイオンフラグメンテーションを組み合わせることによって実
行することができる。ＣＩＤイオンフラグメンテーションの質量／電荷選択によ
るイオンのトラッピングは、連続イオンビームを停止させることなく各個別の四
極アセンブリ中で実行可能である。これらの技法は本発明によれば、以下に述べ
るように、ＭＳ／ＭＳ実験の際にハイブリッド四極ＴＯＦのデューティサイクル
と感度を増加させる。

【００１２】 本発明に従って構成されたハイブリッド四極ＴＯＦは、参考としてここに組み
込む米国特許第５，６５２，４２７号及び第５，６８９，１１１号並びに米国特
許出願第０８／６９４，５４２号及び第６０／０２１，１８４号に述べるような
あらゆる性能能力を含んでいる低コストのベンチ・トップ計器である。先行技術
によるＡＰＩ三重四極、３次元イオントラップ、ＴＯＦ及びハイブリッド四極Ｔ
ＯＦの質量分析器の性能の類似化及び改善は、本発明に従って構成されたハイブ
リッド四極ＴＯＦ質量分析器によって達成可能である。本発明に従って構成され
た複数四極のイオンガイドのアセンブリは、あらゆる質量分析器タイプ及びハイ
ブリッドの計器並びに、気相、液層及び固相からイオンを発生させるほとんどの
イオン発生源タイプとインタフェースさせることができる。

【００１３】 （発明の開示） 本発明は下に述べるように多くの実施形態を含む。各実施形態は、イオンと中
性の背景ガスとの多数の衝突が発生する、より高圧の背景真空領域に配置されそ
こで動作する１つ以上の多極イオンガイドを含む。本発明はいかなる個数の極を
有する多極イオンガイドにも適用可能であるが、本説明では主として四極イオン
ガイドについて述べる。本発明の１つの実施形態において四極イオンガイドは、
イオンガイドの長さにわたって横断するイオンの衝突減衰を引き起こすのに十分
高く保たれた背景圧力を有する真空領域内に構成される。より高圧の真空領域中
に置かれた四極イオンガイドは、トラッピングモード、単一経路イオン伝送モー
ド、単一又は複数の質量／電荷選択モード、及び／又は連続的な一次イオンビー
ムの停止を伴う又は伴わない共振周波数ＣＩＤイオンフラグメンテーションモー
ドで動作可能である。本発明の１つの実施形態においては、高圧四極イオンガイ
ドを動作させて、イオン四極容積内で横断する又はトラップされた放出された不
要なイオンによって、単一又は複数の質量／電荷範囲の選択を行う。不要イオン
の放出は、共鳴又は永年周波数の波形を、無線周波数ＲＦ振幅の傾斜又は段付け
を伴って又は伴わないで選定された時間間隔にわたってイオン四極ロッドに適用
することによって行われる。本発明のさらに別の実施形態においてイオンの＋／
−ＤＣ電位は、質量／電荷選択のあいだ四極イオンガイドの極に印加される。Ｒ
Ｆ振幅を傾斜又は段付けし、共振周波数励起波形を適用して不要な質量／電荷値
を放出するあいだ、その＋／−ＤＣ電位が四極ロッド又は極に印加される。本発
明の別の実施形態においては、より高圧の領域に配置されかつ質量／電荷選択及
び／又はイオンＣＩＤフラグメンテーションモードで動作する１つ以上の四極イ
オンガイドが、セグメント化又はセクション化された多極イオンガイドとして構
成される。分割イオンガイドは、通常のＲＦ電圧源からのＲＦ電圧が全てのセグ
メントに印加される２つ以上のセクションを含んでもよい。本発明の１つの実施
形態において、セグメント化された四極の少なくとも１つが、他の１つ以上のセ
グメントが質量／電荷選択モード及び／又はＣＩＤイオンフラグメンテーション
モードで動作するあいだは、ＲＦだけのモードで動作する。個々のＤＣオフセッ
ト電圧を各セグメントに個別に印加して、セグメント化された四極アセンブリ内
でのイオンのトラッピング又は１つのセグメントから隣接するセグメントへのイ
オンの移動を可能にする。

【００１４】 本発明の別の実施形態において、セグメント化されたイオンガイドは、少なく
とも１つのセグメントが連続的に複数の真空段に拡張するように構成される。複
数真空段の多極イオンガイドの部分は、イオンがセグメント化されたイオンガイ
ドの長さにわたって横断するときに多数のイオンの中性の衝突を引き起こすのに
十分高くイオンガイド容積内の圧力が維持されている真空領域内に配置される。
ＲＦ電圧は、通常のＲＦ電圧源から複数の真空段多極イオンガイドの全てのセグ
メント又はセクションに印加される。セグメント化された複数真空段多極イオン
ガイドの少なくとも１つのセクションは、トラッピングモード、単一経路イオン
伝送モード、単一又は複数の質量／電荷選択モード、及び／又は連続的な一次イ
オンビームの停止を伴う又は伴わない共振周波数ＣＩＤイオンフラグメンテーシ
ョンモードで動作する。本発明の１つの実施形態において、複数の真空ポンプ段
イオンガイドの１つ以上のセグメントは、１つ又はそれ以上のセグメントが質量
／電荷選択モード又はＣＩＤイオンフラグメンテーションモードで動作するあい
だ、ＲＦだけのモードで動作する。複数真空段セグメントイオンガイドの１つ以
上のセグメント内の質量／電荷選択は、ＲＦ及び＋／−ＤＣ電位をイオンガイド
の極に印加することによって行われる。あるいは質量／電荷選択モードにおける
不要イオンの放出は、ＲＦ振幅の段付けを伴う又は伴わない共振周波数の波形を
適用することによって行うことができる。不要なイオン質量／電荷値を放出する
のに要する周波数成分の範囲は、イオン質量／電荷選択作業のあいだのＲＦの振
幅の変動を伴って又は伴わないで＋／−ＤＣ電圧をロッドに加えることによって
縮小できる。本発明の１つの実施形態において、個々のオフセット電位を複数真
空段多極イオンガイドの異なるセグメントに印加することができる。オフセット
電位を個々のイオンガイドセグメント上に設定して、セグメント化されたイオン
ガイド極を囲むことで定められる容積内にイオンをトラップすることが可能とな
る、又は１つのセグメントから次のセグメントへイオンを移動させることが可能
となる。複数真空段イオンガイドの１つ以上のセグメントに沿った真空圧は、そ
のセグメントの軸方向の長さに沿って変化する。

【００１５】 本発明は複数タイプのイオン発生源とともに構成されるが、ここで説明される
本発明の実施形態は、電気噴霧、ＡＰＣＩ、誘導連結プラズマ（ＩＣＰ）、及び
大気圧ＭＡＬＤＩを非限定的に含む大気圧イオン発生源にインタフェースされた
質量分析器を含む。述べられている実施形態において、より高圧の真空領域内に
構成された複数のイオンガイド内の背景気体の一次発生源は、大気圧イオン発生
源それ自身である。この構成によって、追加的な衝突気体をより低圧の真空領域
に配置された分離衝突セルに加える必要性から免れることができる。ＡＰＩ質量
分析器内の分離衝突セルが不要となることによって、真空ポンプ速度の要求、シ
ステムのサイズ及び複雑さが低減される。サイズ及び複雑さが低減することによ
って、性能又は分析能力が低下することなしに質量分析器のコストが削減される
。以下の説明から明らかとなるように、本発明によって構成され動作する質量分
析器は先行技術に優る性能及び分析範囲を持つ。

【００１６】 本発明の別の実施形態において、個々の複数イオンガイドアセンブリが、２つ
のイオンガイドの接合部がより高圧の真空領域にある通常のセンターラインに沿
って構成される。軸方向に隣り合う２つの複数イオンガイド間の接合部の両側の
背景気体とのイオン衝突は、周縁フィールドが最小になるセンターライン方向へ
の安定したイオン放射軌道を減衰する働きをする。複数のイオンガイド間の順方
向及び逆方向のイオン伝送効率は、２つのイオンガイド間の接合部における周縁
フィールド効果を最小化することによって最大化される。本発明の別の態様にお
いては、通常の四極軸に沿って構成される２つの隣接四極イオンガイド間の接合
部内に電極は構成されない。本発明によって構成される２つの隣接四極アセンブ
リは同じ反径方向横断面極寸法を有し、極のエレメントは２つの四極イオンガイ
ド間の接合部において軸方向に整列する。各四極アセンブリは、ＲＦ、共振周波
数、＋／−ＤＣ及びＤＣオフセット電圧源の独自のセットを持つ。本発明の別の
態様において、通常のＲＦ周波数及び位相は、隣接する軸方向整列四極イオンガ
イドの軸方向整列極上で維持される。隣接四極イオンガイドに適用されるＲＦ振
幅、共振周波数、＋／−ＤＣ振幅及びＤＣオフセット電位は、各四極イオンガイ
ドアセンブリについて独自に調整可能である。相対的なＤＣオフセット電位によ
って、安定起動のイオンは、周縁フィールド効果が最小であることによる高伝送
効率で２つの四極同士間を前後に移動することができる。本発明の別の態様にお
いて、少なくとも１つのセグメント化された四極イオンガイドアセンブリが、２
つの四極イオンガイドアセンブリ間の接合部がより高い背景圧力の領域内に位置
する別の四極イオンガイドと軸方向に並んで構成される。隣接する四極イオンガ
イド間の接合部は付加的電極とともに構成してもよいししなくてもよい。本発明
の別の態様において、連続的に複数の真空ポンプ段に延長する少なくとも１つの
四極イオンガイドが、別の四極イオンガイドアセンブリの隣に軸方向に並んで構
成される。本発明のさらに別の態様では、上述の軸方向整列四極の組合せにおけ
る少なくとも１つの四極の少なくとも１つのセクションが質量／電荷選択モード
及び／又はＣＩＤイオンフラグメンテーションモードで動作する。１つの四極ア
センブリを横断する質量／電荷選択イオンは、ＣＩＤイオンフラグメンテーショ
ンを引き起こすに十分なオフセット電圧振幅差を経て、１つの四極から隣接する
四極へ加速される。２つの隣接したイオンガイド間の接合部の領域内に存在する
背景気体は、１つの四極イオンガイドから次のそれへと軸方向に加速されるイオ
ンに対する衝突気体として働く。十分なオフセット電圧振幅差が印加された順方
向又は逆方向のイオンの加速は、衝突誘導解離を通じてイオンをフラグメントす
るために用いられる。

【００１７】 複数四極の軸方向に整列したアセンブリ内に構成された各四極イオンガイドの
少なくとも１つのセクションは、トラッピング又は単一経路伝送モード、単一又
は複数質量／電荷選択モード、及び共振周波数ＣＩＤイオンフラグメンテーショ
ンモードで動作する。ＭＳ／ＭＳⁿ質量分析機能は、ＤＣ加速ＣＩＤイオンフラ グメンテーションと共に質量／電荷選択機能を作動させることによって実現する
ことができる。ＤＣ加速フラグメンテーションは、質量／電荷イオンを隣接イオ
ンガイド間において順方向又は逆方向に加速することによって行われる。あるい
は、共振周波数励起ＣＩＤフラグメンテーションを１つ以上の四極イオンガイド
内の１つのイオンガイドセグメント内で定められる容積内で用いることによって
、イオンはフラグメント可能となる。質量／電荷選択とＤＣ加速及び共振周波数
励起ＣＩＤフラグメンテーションとの組合せは、より高圧の真空領域内に構成さ
れた軸方向整列複数四極イオンガイドアセンブリ内で作動して、広い範囲のＭＳ
／ＭＳⁿ質量分析機能を実現することができる。本発明の１つの態様において、 ＭＳ／ＭＳⁿ質量分析シーケンスにおける最終の質量分析ステップは四極質量分 析器を用いて行われる。二重の四極イオンガイドアセンブリを本発明によって三
重の四極質量分析器の一部として構成することが可能となる。あるいは、三重四
極質量分析器ＭＳ及びＭＳ／ＭＳ機能の全体を連続するイオンビームで取り囲む
ことによって、三重四極イオンガイドアセンブリを本発明に従って構成すること
が可能となる。

【００１８】 本発明の別の実施形態において、２つの隣接イオンガイド間の１つ以上の接合
部がより高圧の真空領域内にある複数の四極イオンガイド軸方向整列アセンブリ
が、ＴＯＦ質量分析器とともに構成される。複数四極アセンブリ内の少なくとも
１つの四極イオンガイドは、質量／電荷選択及び／又はＣＩＤイオンフラグメン
テーションモードで動作するように構成される。本発明の１つの態様において、
ＴＯＦ質量分析器はいかなるＭＳ／ＭＳⁿ質量分析シーケンスの最終質量分析ス テップをも実行するように構成される。単一ステップのＭＳ／ＭＳ質量分析は、
第１に質量／電荷質量分析ステップによって、第２に本発明により構成される複
数四極イオンガイドアセンブリ内の共振周波数励起又はＤＣ加速ＣＩＤを伴うイ
オンフラグメンテーションステップによって実現可能となる。その結果生ずるイ
オンの質量／電荷分析は経過時間質量分析器内で行われる。ＭＳ／ＭＳ質量分析
における質量／電荷選択及びイオンフラグメンテーションのステップは、イオン
トラッピングを伴って又は伴わないで、及び一次イオンビームを停止することな
しに行うことが可能である。ｎ＞１であるＭＳ／ＭＳⁿ質量分析は、本発明によ り構成される複数四極イオンガイドアセンブリを用いて、連続的質量／電荷選択
及びイオンフラグメンテーションのステップを実行することによって実現可能と
なる。最終質量／電荷分析ステップがＴＯＦ質量分析器を用いて行われる所与の
ＭＳ／ＭＳⁿ質量分析シーケンスにおいて、質量／電荷選択及びイオンフラグメ ンテーションを行うための異なる方法を組合わせることが可能である。本発明の
１つの実施形態において、ＡＰＩ発生源は、本発明により構成される複数四極Ｔ
ＯＦハイブリッド質量分析器にインタフェースされる。

【００１９】 本発明のさらに別の実施形態において、１つ以上のセグメントが複数の真空ポ
ンプ段に連続的に延長するセグメント化されたイオンガイドが、ＴＯＦ質量分析
器とともに構成される。複数真空ポンプ段のセグメント化された多極イオンガイ
ドの少なくとも１つのセグメントが、イオンのトラッピングを伴って又は伴わな
いで、質量／電荷選択及びＣＩＤフラグメンテーションを行うように構成される
。本発明の１つの実施形態において、少なくとも１つの複数真空段セグメント化
四極イオンガイドは、ＴＯＦ質量分析器とともに構成される複数四極イオンガイ
ドアセンブリ内に含まれる。ＭＳ／ＭＳⁿ質量分析機能は、経過時間質量分析器 を用いた生成イオン集団の質量／電荷分析に先行して、複数四極イオンガイドア
センブリにおける１つ以上のイオン質量／電荷選択及びＣＩＤフラグメンテーシ
ョンのステップを実行することによって実現可能となる。本発明の１つの実施形
態において、四極アセンブリのサイズは小さくなって、その結果ベンチトップＡ
ＰＩ複数四極ＴＯＦ質量分析器のコスト及びサイズが減少する。本発明の１つの
態様において、複数四極ＴＯＦハイブリッド質量分析器を動作させることによっ
て、イオン質量／電荷選択及びフラグメンテーションを、三重四極ＭＳ及びＭＳ
／ＭＳ質量分析ルーチンの性能の再現及び改良を可能とするような方法で実行で
きる。あるいは、同じ複数四極ＴＯＦハイブリッド質量分析器を動作させること
によって、イオン質量／電荷選択及びフラグメンテーションの１つの又は複数の
イオントラッピングのステップを、３次元イオントラップＭＳ及びＭＳ／ＭＳⁿ 質量分析ルーチンの性能の再現及び改良を可能とするような方法で実行できる。
本発明によって構成される同じ複数四極ＴＯＦ質量分析器は、先行技術に述べら
れたいかなる質量分光計によっても実行することができないＭＳ及びＭＳ／ＭＳ ⁿ のルーチンを作動することができる。

【００２０】 本発明の別の実施形態において、本発明によって構成され動作する複数四極イ
オンガイドは、フーリエ変換、３次元イオントラップ又は磁気セクター質量分析
を含むハイブリッド質量分析器内に構成される。本発明の１つの態様において、
複数の真空ポンプ段に連続的に延長するセグメント化された複数イオンガイドは
、フーリエ変換、３次元トラップ又は磁気セクター質量分析器とともに構成され
る。

【００２１】 高いイオン伝送効率は、本発明により構成されるセグメント化複数真空ポンプ
段複数イオンガイド又は複数四極イオンガイドアセンブリ内で実現される。イオ
ンは、安定した反径方向軌道上にありながらより高圧の真空領域内に配置された
隣接軸方向整列四極イオンガイド間の接合部とともに構成される複数のイオンガ
イドの間を横断する。従って、本発明により構成される複数四極イオンガイドア
センブリ内でトラップされ又はそれを横断する間において、所望の質量／電荷値
イオンの損失が最小になる。本発明の１つの実施形態において、複数四極アセン
ブリの個々の四極アセンブリに電位を印加する個々のＲＦ電圧源は、可変振幅で
あるが同じ周波数及び位相のＲＦ出力を有する。従って、ｍ／ｚ値が複数四極イ
オンガイドアセンブリを横断する安定した軌道を持つイオンが、複数四極イオン
ガイドアセンブリの全長にわたって安定軌道上に選択的に留まる。低い軸方向変
換エネルギーを持つイオンは、質量選択又は質量分析動作におけるより高い分解
能を可能にする複数セグメント化又は非セグメント化四極イオンガイドを通って
効率的に移送可能となる。イオンはまたセグメント化又は非セグメント化四極イ
オンガイドのそれぞれの選択セクション内でトラップされ、必要とあらば伝達さ
れて、ヂューティサイクルを改善し広い範囲の質量分析動作を達成することが可
能となる。トラッピングモードで動作する複数のイオンガイド又はセグメント化
イオンガイドの個々のセグメントの重要な特徴は、イオンがイオンガイド又は個
々のセグメントの対向する端部に入射するあいだ、イオンガイド又はセグメント
の一端から同時に放出可能であるということである。この特徴によって、連続的
なイオンビームを受けるセグメント化イオンガイドは、イオンガイド内にあるイ
オンの部分だけを軸方向整列隣接イオンガイド又はＴＯＦ等の他の質量分析器内
に放出することができる。この様にして質量分析ステップのあいだイオンの損失
は無い。また複数のイオンガイドアセンブリ間で又は複数イオンガイドアセンブ
リ内のセグメント間でイオンは前後方向に伝達可能となるので、先行技術による
質量分析器の構成ではできない質量分析動作の配列の実現が可能となる。

【００２２】 （発明を実施するための最良の形態） 質量分析装置内に構成された、１つの真空ポンプ段から１つ以上の付加的真空
ポンプ段内に連続的に延長する多極イオンガイドについて、米国特許第５、６５
２、４２７号の中で述べられている。多極イオンガイド内にトラップされるイオ
ンの少なくとも１部の放出と結びついた多極イオンガイド内のイオンのトラッピ
ング、及びそれに引き続く放出イオンの経過時間質量分析器のフライトチューブ
内へのパルス化について、米国特許第５、６８９、１１１号の中で述べられてい
る。ＡＰＩＴＯＦ質量分析器内に構成されてＭＳ及びＭＳ／ＭＳⁿ質量分析能力 を実現する多極イオンガイドの動作については、米国特許出願第Ｓ／Ｎ０８／６
９４，５４２号の中で述べられている。以下の節に述べられる発明には、多極イ
オンガイドの新しい実施形態、多極イオンガイドアセンブリの新しい構成、及び
イオンガイド及び質量分析器の新しい動作方法を持つその質量分析器へのそれら
の組み込みが含まれる。本発明は質量分析器の性能及び分析能力を向上させ、い
くつかの実施形態においては先行技術による構成と比較した場合、サイズ及びコ
ストが減少される。

【００２３】 多極イオンガイドは、真空中でのイオンの移送を含む広い範囲の諸機能のため
に、及びイオントラップ、質量／電荷フィルタ及びフラグメンテーション種の手
段として用いるために利用されてきた。従来型の多極イオンガイドは、中心点か
ら共通半径上に均一に配置された平行な電極、極又はロッドの集合からなる。動
作中、制限波電圧又は交流（ＡＣ又はＲＦ）電位及び＋／−ＤＣ電圧が、イオン
ガイドのロッド又は電極に印加される。印加されたＡＣ及びＤＣ電圧は、質量／
電荷（ｍ／ｚ）値の選択された範囲に対してロッド長にわたって内部容積を通る
安定したイオン軌道を可能にするように設定される。これらの同じＡＣ及びＤＣ
電圧成分を、動作安定ウインドウの外側に落ちるイオン質量／電荷値に対する不
安定なイオン軌道を生ずるように設定することができる。不安定軌道を持つイオ
ンは、イオンガイドの長さにわたって横断する前にイオンガイドの容積から噴出
される。多極イオンガイドは典型的には、４個の極（四極）、６個の極（六極）
、８個の極（八極）等の均一な極の集合とともに構成される。奇数の多極イオン
ガイドもまた記述されているが、商業用の計器としては通常用いられていない。
ＲＦ又はＡＣだけの印加電圧で動作する四極、六極及び八極は、質量分光計の計
器内のイオンガイド内で用いられているだけである。ｍ／ｚ選択が必要とされる
場合は、六極又は八極よりも四極がより高い質量／電荷選択分解能を達成する。
質量分析器として動作する四極イオンガイドは、円形のロッドとともに又はより
理想的な双曲線ロッド形状とともに構成されてきた。ロッドの間隔（ｒ₀）への 所与の内部ロッドに対して、イオンが通って中央の容積の反径方向外側へ噴出又
は追いやられることなく多極イオンガイド内へ入射する効果的な入射許容領域は
、極の数が増えるにつれて増大する。より大きな数の極で構成されＲＦだけのモ
ードで動作する多極イオンガイドは、より小さな数の極で構成された多極イオン
ガイドよりも広い範囲のイオン質量／電荷値を安定軌道内で伝達することができ
る。異なる数の極を持つ多極イオンガイドにおける性能の違いのために、イオン
ガイドの適切な選択は主としてその適用によって決まる。三重の四極という用語
は、軸方向に並べられ、ＭＳ／ＭＳ動作性能を持つ単一真空ポンプ段内の電極に
よって分離された３つの多極イオンガイドの構成を表すものとして従来から使わ
れている。そのような「三重四極」内の衝突セルはしばしばＲＦだけのモードで
動作する六極又は八極である。

【００２４】 本発明で述べられる多極イオンガイドはいかなる数の極によってでも構成する
ことができる。個々のイオンガイドのアセンブリが構成される場合には、最適な
性能のために、四極及び六極又は八極からなる混合体を選択してもよい。多極イ
オンガイドのロッドアセンブリは、動作中ｚ方向又は軸方向への非対称な電界を
発生することができる非平行の又は円錐形のロッドで構成されるものとして説明
されてきた。この軸方向の電界は、通常は高い背景圧力を含む所与の適用のため
の平行なロッドの集合によって達せられるよりも速く、イオンガイドの長さにわ
たってイオンを押すのを助ける。しかしながら軸方向の電界の付与は多極イオン
ガイドアセンブリを通るイオンの移動を助けるので、軸方向電界を生じるように
構成されたロッドの形状は質量／電荷選択分解能を低下させ、組立の複雑さ及び
コストを増大させかねない。説明を明確にするために、以下に述べる本発明は平
行なロッド又は電極アセンブリで構成される。所与の多極イオンガイドアセンブ
リ内の軸方向電界は、ＲＦだけの入射及び出射極セクション又はセグメントを用
いるなんらかの実施形態において構成される。

【００２５】 単一セクション又はセグメント化された多極イオンガイドアセンブリは、１つ
以上のセグメントが１つの真空ポンプ段から連続的に１つ以上の隣接真空ポンプ
段へ延長するように構成することが可能である。同じ様な横断面形状を持つ個々
の多極イオンガイドは、中性気体への複数のイオンの衝突が発生するより高圧の
真空ポンプ領域内に配置されたイオンガイド間の１つ以上の接合部を持つ軸方向
に整列したアセンブリとして構成することが可能である。より高い背景真空圧力
領域を効果的に用いて、イオン質量／電荷選択もまた行われる同じ真空ポンプ段
におけるイオンの衝突誘導解離（ＣＩＤ）のような分析機能を実現することが可
能となる。大気圧イオン発生源質量分光計器内の、１つの真空ポンプ段から別の
それへと連続的に延長するセグメント化又は非セグメント化多極イオンガイドは
、広範囲の背景圧力にわたってイオンを効果的に移送することができる。多極イ
オンガイドはイオンを大気圧イオン発生源から、ＴＯＦ、ＦＴＭＳ、四極、三重
四極、磁気セクター又は３次元イオントラップを非限定的に含む質量分析器へと
運ぶことができる。あるいは、より高い真空圧力領域に配置された多極イオンガ
イドアセンブリの１つ以上の部分で構成されたセグメント化又は非セグメント化
多極イオンガイドのアセンブリは、ＭＳ及びＭＳ／ＭＳ質量分析能力を持つ質量
分析器として直接動作することができる。

【００２６】 多極イオンガイドの重要な特徴は、イオンがイオンガイドアセンブリ又は個々
のセグメントの一端へ入射できる一方で、イオンガイドアセンブリ又はセグメン
トの他端からイオンが同時に放出できることである。この特徴によって、トラッ
ピングモードで動作している連続イオンビームを受ける多極イオンガイドは、イ
オンガイド内にあるイオンの部分だけを、別のイオンガイド、イオンガイドセグ
メント又は放出イオンの質量分析を行う別の質量分析器へと選択的に放出するこ
とができる。この様にして質量分析ステップの間で、連続イオンビームからのイ
オンの損失は無い。本発明の１つの好ましい実施形態は、ＡＰＩ発生源、質量／
電荷選択モード及びイオンフラグメンテーションモードで動作する２つの四極質
量分析器を持つ３つの四極イオンガイドのアセンブリ、及び経過時間質量分析器
からなるハイブリッドＡＰＩ四極ＴＯＦ質量分析器の構成である。そのようなハ
イブリッドＡＰＩ四極ＴＯＦ質量分析器内に構成される複数四極イオンガイドア
センブリを有するので、広範囲のＭＳ及びＭＳ／ＭＳⁿ質量分析機能は、高いデ ューティサイクル、質量／電荷分解能及び質量測定精度であり得る。

【００２７】 本発明の以下の説明では、３つの主要な構成がそれぞれについての代替的実施
形態を伴って示される。第１の実施形態は、複数四極イオンガイド経過時間ハイ
ブリッド質量分光計装置の構成である。ハイブリッド計器は述べられているよう
にＴＯＦ質量分析器を含んでいるが、ＦＴＭＳ、磁気セクター、３次元イオント
ラップ又は四極質量分析器をＴＯＦＭＳの代りに用いてもよい。第２の実施形態
は、より高圧の真空領域内に置かれて３重の四極質量分析器の先行技術による構
成のＭＳ及びＭＳ／ＭＳ質量分析機能を達成するイオンガイド間の１つ以上の接
合部を持つ個々の四極イオンガイドのアセンブリの構成である。述べられている
第３の実施形態は、より高い真空背景圧力領域内に置かれ質量／電荷選択モード
で動作する四極イオンガイドの構成である。第３の実施形態は、低真空圧力単一
四極質量分析器の先行技術による構成のＡＰＩＭＳ機能を実現するように動作す
ることができる。小型のより高圧の四極イオンガイドは、先行技術によるＡＰＩ
ＭＳ計器と比較してより小さくかつ低コストで構成することができる。

【００２８】 本発明の好ましい実施形態を図１に示す。３つの独立した四極イオンガイドの
線形アセンブリ８が、４つの真空ポンプ段ハイブリッドＡＰＩ発生源−複数四極
−ＴＯＦ質量分析器内に構成されている。図１及び２を参照すると、複数四極イ
オンガイドアセンブリ８は、共通の軸５に沿って配置された３つの独立した四極
イオンガイドアセンブリ６０、６１及び６２から構成される。あるいは、四極イ
オンガイドアセンブリ６０、６１、６２の極イオンガイドは、６個、８個又はよ
り多くのロッド又は極で構成することができるけれども、多極イオンガイドも用
いて達成できるイオン質量・電荷選択分解能は極の個数が増大するにつれて低下
する。六極（６個の極）、八極（８個の極）又はさらに多くの極、又は奇数個の
極を持つイオンガイドに比べた場合、四極（４個の極）を持つイオンガイドがよ
り高いイオン質量／電荷分解能選択分解能を実現することができる。従って四極
が質量分析器として通常用いられてきた。四極と比べた場合、より広いｍ／ｚ安
定性ウインドウ及びより大きな効果的入射許容領域を持つ六極及び八極は、低い
及びより高い圧力の真空領域内でイオンを移送しトラップするために、ＲＦだけ
のモードでしばしば用いられる。提供される好ましい実施形態で示されている多
極イオンガイドは、四極として述べられている。なぜならば、より大きな個数の
極を持つ多極イオンガイドの性能に比較して、この構成はより高いイオン質量／
電荷選択分解能を達成できるからである。しかしながら本発明のいくつかの機能
及び方法に対しては、６個又は８個の極で構成された多極イオンガイドを、述べ
られている実施形態で使われる四極イオンガイドの代りに用いることができる。

【００２９】 四極イオンガイドアセンブリ６０は、共通のセンターライン５の周りに均等に
配置された４つの平行な電極、極又はロッドで構成される。各極は２つのセクシ
ョンを含む。セクション１の各電極はスキマー２６の角度に適合するように輪郭
付けされた先細りの入り口を持つ。電源６３はＲＦ、ＡＣ及びＤＣ電位をセグメ
ント化された四極６０の両セグメントに印加する。四極アセンブリ６０、６１及
び６２は、それぞれ独立した四極アセンブリ間の接合部７及び１０がより高圧の
真空段７２に位置する共通の軸５にそって構成される。真空段７１、７２、７３
及び７４は典型的にはそれぞれ１〜２トール、１〜１０ミリトール、１〜８×１
０^-5トール、及び１〜５×１０^-7トールの圧力に保たれる。イオンは、真空段７
２内の四極６０、６１及び６２によって定められる容積内を横断する際に中性の
背景気体分子のいくつかと衝突する。先行技術とは異なり、個々の四極アセンブ
リ６０、６１及び６２間の接合部７及び１０内に電極は構成されていない。周縁
フィールド効果を回避し四極アセンブリ間のイオン伝送を最大化するために、四
極イオンガイドアセンブリ６０、６１、６２は、整列している極と同じ半径方向
横断面形状を持つように構成される。さらに電源６３、６４、６５内に構成され
る独立したＲＦ発生器は、同じＲＦ周波数及び位相を軸方向隣接四極電極に印加
するために同期化される。以下に述べられるように、個々の四極イオンガイドア
センブリ６０及び６２は、独立に質量／電荷選択モード及びイオンフラグメンテ
ーションモードで動作して、経過時間質量分析を伴うＭＳ／ＭＳⁿ機能を実現す る。セグメント化されたイオンガイドは、同じＲＦ電圧電源がイオンガイドアセ
ンブリの全てのセグメントに電圧を印加するように構成される。セグメント１及
び２間の接合部６は、隣接軸方向整列極間の容量性カップリングを最大化するよ
うに構成される。ＲＦは典型的にはセグメント化されたイオンガイド内の各四極
セクションに容量性カップリングされる。これによって異なるＤＣオフセット電
位をセグメント化されたイオンガイドの異なるセクションに印加して、セグメン
ト化された多極イオンガイドを通るイオンの運動に影響を与える。典型的には、
セグメント化された四極の分析セクションが質量／電荷選択モードで動作してい
るとき、四極入り口の端部に位置するセクションはＲＦだけのモードで動作して
周縁フィールド効果を最小化する。四極アセンブリ６０と６１、及び６１と６２
の間のそれぞれの接合部７及び１０は本発明により構成されて、独立に動作する
四極アセンブリ間の容量性カップリングを除去又は最小化する。イオン質量／電
荷選択及びフラグメンテーション動作中における四極アセンブリ６０及び６２間
のうなり周波数又は有害な干渉は、２つの四極アセンブリ間の容量性カップリン
グを除去することにより防止される。独立したＲＦ及びＤＣ電源６４を持つ四極
アセンブリ６１は、四極アセンブリ６０、６２間の容量性カップリングを防止又
は除去する一方で、複数四極アセンブリの軸５に沿うイオン伝達効率を最大化す
る。あるいは四極６１は、四極アセンブリ６０及び６２を隔離するために直流が
印加された、センターライン５を中心とする開口を持つ単一の平坦な電極として
構成することができる。好ましい実施形態は、軸方向に整列した極を持つ四極６
０及び６２と同じ反径方向横断面を持つ四極６１の構成である。

【００３０】 理想的な四極イオンガイドにおいては極の形状は双曲面であるが、製造の容易
化のために通常は円形のロッドが用いられる。円形六度１０４、１０５、１０６
及び１０７を有する四極イオンガイドの断面が図９に示される。ほとんどの四極
動作モードのために、同じＡＣ及びＤＣ電位が対向する極のセット（１０４、１
０６及び１０５、１０７）に印加される。隣接する極は、同じＲＦ周波数及び振
幅を持つが位相は１８０度異なる。オフセット電位又は通常のＤＣ電位が差引か
れると、隣接する極には同じ振幅ではあるが反対の極性のＤＣ電位が印加される
。一次ＲＦ電気成分に加えて、共振周波数のＡＣ電圧が四極ロッドに印加されて
、ｍ／ｚ選択及びイオンフラグメンテーション機能が実現される。通常のＤＣオ
フセットが全てのロッド１０４、１０５、１０６及び１０７に同様に印加される
。一次ＲＦ、反対極性ＤＣ、通常ＤＣ及び共振周波数電位がセグメント化された
イオンガイドの極に同時に又は部分的に印加されて、分析機能の範囲を実現する
。イオンガイドがセクションにセグメント化されるとき、極又はロッドのそれぞ
れは、組立てられる際に単一の連続するロッドとして整列する、電気的に隔離さ
れたセクションに分かれる。ロッドアセンブリ内の各セグメントはその隣接する
セグメントから電気的に絶縁される。この絶縁は各ロッドセクション間でおこな
われて、ロッドによって定められる領域内の電界を歪めかねない空間電荷効果を
最小化する。四極アセンブリ６０、６１及び６１、６２間の接合部７及び１０は
それぞれ、空間電荷効果及びＲＦ電界の歪みを最小化させて、個々の四極イオン
ガイド６０、６１、６２及び複数四極イオンガイドアセンブリ８間のイオン伝送
効率を最大化するように構成される。

【００３１】 図１に示す実施形態において、セグメント化された四極アセンブリ６０、四極
アセンブリ６１及び複数真空段四極アセンブリ６２の入り口端部は、動作する背
景圧力が１×１０^-4トールより高い第２真空ポンプ段７２の中に配置される。典
型的には１〜１０ミリトールの範囲内で維持される、１×１０^-4より高い背景圧
力において、複数四極アセンブリの長さを横断するイオンは中性の背景気体と衝
突する。複数四極イオンガイドアセンブリ８の１つ以上の四極アセンブリは、質
量／電荷選択モードで動作可能である。質量／電荷選択動作は、ＲＦ及びＤＣ電
位の組合せを印加し、十分な振幅における特定の共振周波数を適用して不要なイ
オンｍ／ｚ値を拒否し、＋／−ＤＣ傾斜又はこれらの技法の組合せを伴った又は
伴わないＲＦ周波数又は振幅を傾斜させることによって実現することができる。
真空段７２のより高圧の領域にある複数四極アセンブリ８のこれらの部分はまた
、ｍ／ｚ選択モードだけでなく、イオン伝達モード、イオントラッピングモード
、衝突誘導解離フラグメンテーションモード、又はこれらの個々の動作モードの
組合せで動作することが可能である。米国特許第５、６５２、４２７号及び第第
４、９６３、７３６号に述べられているように、ＡＰＩＭＳシステム内でより高
い背景圧力で多極イオンガイドの部分を動作させることによって、イオン伝送効
率を改善することができる。ｍ／ｚ分析又はｍ／ｚ選択動作モードにおいて、イ
オンが背景気体と衝突することによって、イオンが単一通過又は複数通過イオン
トラッピングモードで複数イオンガイドの長さを横断する際に、選択されたイオ
ンｍ／ｚ軌道を半径方向及び軸方向へ減速させる。多極イオンガイド内により長
い時間存在するイオンは、より多くのＲＦ周波数に曝される。この様にして、低
背景圧力単一通過非トラッピングモードで動作する従来型の方法による四極質量
分析器を用いて実現されるよりも高いｍ／ｚ選択分解能が、より短い多極イオン
ガイド長に対して実現可能となる。多極イオンガイドをより高圧の背景気体内に
おいて質量選択モードで動作させることによって、真空ポンプ速度への要求がよ
り低減されたより小型の構成が可能となる。より小さな多極イオンガイドの構成
は駆動電子系のコストを低減し、より高圧での動作は真空システムのコストを低
減する。イオンの中性背景気体との衝突を回避する又は最小化するのに十分低く
保たれた背景圧力において動作する１つ以上の四極質量分析器を含む計器と比較
した場合、１部がより高い背景圧力領域内で構成されるセグメント化された多極
イオンガイドで構成された計器は、ＡＰＩＭＳシステムの性能の向上をより低い
コストで達成することができる。

【００３２】 図１の電気噴霧プローブ１５は、２５ｎｌ／分以下から１ｍｌ／分以上まで変
動するプローブの先端１６に溶液の流速を適合させる。あるいは、図１に示す実
施形態は、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、誘導カップリングプラズマ（ＩＣ
Ｐ）、グロー放電（ＧＤ）発生源、１つの発生源内の複数プローブ、又は１つの
発生源内での異なるプローブの組合せで構成されるが、これだけに限定されない
。化学イオン化（ＣＩ）、電気イオン化（ＥＩ）、高速原子衝撃（ＦＡＢ）、フ
ローＦＡＢ、レーザー脱離（ＬＤ）、マトリックス支援レーザー脱離イオン化（
ＭＡＬＤＩ）、熱噴霧（ＴＳ）及び粒子ビーム（ＰＢ）のようなしかしそれらに
限定されない、真空又は部分的真空中で動作するイオン発生源もまた、図１に示
すハイブリッド質量分析器の構成によって作ることができる。サンプル担持溶液
を、様々な液体送出システムを用いてＥＳプローブ１５内へ導入できる。液体送
出システムは、自動インジェクタを持つ又は持たない液体ポンプ、液体クロマト
グラフィ又は細管電気泳動等の分離システム、シリンジポンプ、圧力容器、重力
送り容器、又は溶液リザーバを含むがそれらに限定されない。ＥＳ発生源１２は
、円筒形電極１７、端プレート電極１８及び細管入り口電極１９に電位を印加す
ることによって動作する。逆流乾燥気体２１は、ヒータ２０を貫流するように方
向付けされて、端プレートの前金具２４の開口２２を通ってＥＳ発生源チャンバ
１２に流入する。図１に示す真空室内へのオリフィス５７は、入り口オリフィス
１３を持つ誘電性細管２３を通るボアである。誘電性細管２３を通って真空室内
に押し流されるイオンの電位については、米国特許第４、５４２、２９３号の中
で述べられている。イオンは、それぞれ入り口及び出口電極の電位に大体等しい
電位で、誘電性細管に出入りする。誘電性細管２３を用いることによって、動作
中に細管の入り口及び出口の端部に異なる電位を印加することが可能となる。こ
れによりＡＰＩ発生源が真空領域から効果的にデカップリングされて、双方の領
域の独立したチューニング最適化が物理的及び静電的に可能となる。正のイオン
を生成するためには、負のキロボルト電位が円筒形電極１７、付属電極前金具２
４付き端プレート電極１８、及び細管入り口電極１９に印加される。ＥＳプロー
ブ１２は動作中接地電位に留まる。負のイオンを生成するためには、電極１７、
１８及び１９の極性が、接地電位のままであるＥＳプローブ１２で反転される。
あるいは、ノズル又は導電（金属）細管が真空室内へのオリフィスとして用いら
れる場合は、キロボルト電位を、円筒形電極１７に印加されるより低い電位を持
つＥＳプローブ１２、端プレート電極１８、及び真空室内へのオリフィスに動作
中印加することが可能である。導電オリフィス又は細管があれば、入り口及び出
口の電位が等しくなるので、ＡＰＩ発生源は真空領域の電位からもはやデカップ
リングされることはない。加熱された細管を、逆流乾燥気体を伴って又は伴わな
いで用いられる真空室へのオリフィスとして構成することができる。

【００３３】 ＥＳ源チャンバ１２中のエレメントに適切な電位を印加した状態で、電気噴霧
された充電済み小滴が、ＥＳプローブ１６の先端に送出された１つ以上の溶液か
ら生成される。ＥＳプローブ先端１６から出る溶液から電気噴霧された充電小滴
は、ＥＳプローブ１５並びにＥＳチャンバ１２の電極１７、１８及び１９に印加
された相対的な電位によって形成された電場によって逆流乾燥用気体２１に向け
て駆動される。噴霧容器対４８は、サンプル導入用の第１の層チューブを囲む第
２の層の層のチューブを介して印加して、充電された液体小滴の形成に際しての
電気噴霧プロセスを支援することができる。小滴が蒸発するに連れて、イオンが
形成され、これらのイオンの１部が細管オリフィス５７から真空中に押し流され
る。逆流乾燥用気体があるなしにせよ、加熱された細管が真空に至るオリフィス
としてヒーター２５で構成されている場合、充電された小滴の蒸発とイオンの生
成は、充電小滴がが第１の真空ポンプ段７１に向かって細管オリフィス５７の全
長を横断する際に細管中で発生することがある。第１の真空段７１に入るイオン
の１部はスキマーオリフィス２７から第２の真空段７２中に方向付けされる。

【００３４】 大気圧イオン発生源１２中のサンプル担持用液体から大気圧又はほぼ大気圧で
生成されるイオンは、中性背景気体によって搬送される誘電性細管チューブ２３
から真空中に送出される。真空仕切５３は、誘電性細管２３を持った真空シール
を含んでいる。中性背景気体は、細管出口１４から真空中に膨脹するに連れて超
音速噴流を形成し、混入したイオンを膨脹の際に複数回も衝突して押し流す。図
１に略図を示すハイブリッド質量分析器は、４つの真空ポンプ段構成されて、そ
の動作中に、目的とするイオンがＡＰＩ源から各真空段中を横断する際に背景中
性気体を除去する。ＡＰＩ／ＭＳ計器の費用とサイズは、複数の真空ポンプ段で
構成し、各段が必要とするポンプ速度を最小化すれば減少させることができる。
一般的には、３つから４つ、場合によっては５つ以上のポンプ段がＡＰＩ／ＭＳ
計器中に用いられる。複数真空段（段同士間の）ターボ分子真空ポンプの開発に
よって、３段さらに４段からさえ成る真空システムでも、各段で満足すべき背景
圧力を達成するのに、たった１つの回転式ポンプと１つ又は２つのターボ分子ポ
ンプを必要とするだけである。ＡＣモード又はＲＦだけモードで操作される複数
イオンガイドは、第２及び／又は第３の真空ポンプ段７２及び７３の中を効率的
にイオンを移送するためにＡＰＩ／ＭＳ計器中に構成されていた。図１に略図を
示す４真空ポンプ段式の実施形態では、回転式真空ポンプを用いて、ポンプポー
ト２８から第１の真空段７１を真空排気し、また、背景圧力は第１の真空段７１
中では０．２〜２．５トールに維持される。自由噴流の１部が膨脹し、混入した
イオンがスキマーオリフィス２７を通過して第２の真空ポンプ段７２中に至る。
スキマー２６は真空仕切５２の１部を形成し、これによって、第１と第２の真空
ポンプ段７１と７２を分割している。第２の真空段７２中の背景圧力は、第２の
真空段７２中で用いられるスキマーオリフィス２７のサイズと真空ポンプポート
２９を介するポンプ速度とによって一般的には１０^-4から２ｘ１０^-1トールの範
囲を取り得る。

【００３５】 スキマーオリフィス２７から第２の真空段７２に入るイオンはセグメント化さ
れた多極イオンガイド８に入り、ここで、多極ロッドアセンブリから発生された
電場によって半径方向にトラップされる。セグメント化された多極イオンガイド
８の入り口領域９における局所的に高い圧力によって、イオンが多極イオンガイ
ド８の入り口端９のところの周縁フィールドを通過する際にそのイオンの軌道が
減衰する。入り口領域９におけるこの局所的に高い圧力領域によって、多極イオ
ンガイド８に入るイオンの捕獲効率が高くなる。動作安定性ウインドウ内にある
イオンのｍ／ｚ値は、セグメント化された多極イオンガイド８のロッドによって
描かれた内部体積内に半径方向に閉じ込めらたままである。多極イオンガイド８
の第１のセグメントをＲＦだけモードで操作する場合、適切な相対的バイアス電
圧を第セグメントと第２セグメント間に印加すると、広い範囲のｍ／ｚ値を効率
的に第２のイオンガイドセグメント中に伝達することができる。同様に、適切な
相対的バイアス電圧を第２、第３及び第４の多極イオンガイドセグメント間に印
加すると、第２の多極イオンガイドセグメントを横断するイオンは第４のセグメ
ント中に移動することができる。イオンは、セグメント化された多極イオンガイ
ド８の第４セグメントの全長を横断しながら、第３の真空ポンプ段７３中に移動
する。第４の多極イオンガイドセグメントは中を通過できるが、真空仕切３２と
は電気的に絶縁されている。この真空段７３は真空ポンプポート３０から真空排
気される。イオンはセグメント化された多極イオンガイドアセンブリ８を出口端
１０から出て、静電レンズ３３、３４及び３５を通って経過時間質量分析器４０
のパルス化領域３７中に移動する。レンズ３３は、第３と第４の真空ポンプ段７
３と７４間の真空仕切３６の１部として構成されている。

【００３６】 経過時間分析器４０は第４の真空段７４中に構成されており、この真空段はポ
ンプポート３１から真空排気される。第４の真空段７４は一般的には１０^-6から
１０^-7トールという低圧の真空圧力領域中に保持されている。ＴＯＦパルス化領
域３７は静電レンズ４１及び４２と境界を接している。多極イオンガイド８を出
てＴＯＦパルス化領域３７中に移動するイオンは、ＴＯＦ質量分析器中にパルス
化されることができるか又はレンズ５４のオリフィス５５を通ってパルス化領域
４０中を通過し続けることができる。適切な電圧をレンズ５４、チャネルトロン
（ｃｈａｎｎｅｌｔｒｏｎ）検出器３８、変換ダイノード３９及びファラデーカ
ップ５６に印加することによって、オリフィス５５を通過するイオンを変換ダイ
ノード３９に衝突するように又はファラデーカップ中に収集されるように方向付
けすることができる。図１に略図を示す質量分析器の実施形態では、ＴＯＦパル
ス化領域３７に入るイオンは、ＴＯＦ質量分析されるか、チャネルトロン（ｃｈ
ａｎｎｅｌｔｒｏｎ）検出器３８によって検出されるか、ファラデーカップ５６
で検出されるかのどれかが可能である。レンズ４１、４２及び４３がほぼ同じ電
位に設定されている場合には、イオンはＴＯＦパルス化領域３７中に入る。図１
に略図を示すＴＯＦ構成では、ＴＯＦフライトドリフト領域５８は、適切な電圧
がレンズ６０に印加されるとキロボルト電位に維持される。ＴＯＦ動作中、正極
イオンに対しては負の電圧がレンズ６０に印加され、負極イオンに対しては正電
圧が印加される。ＴＯＦドリフト領域５８をキロボルト電位に維持した状態で、
グランド又はほぼグランド電圧値を、イオンがパルス化領域３７に入るときにパ
ルス化レンズ４１、４２及び４３に印加することができる。正イオンを、パルス
化レンズ４１の電位をある正電圧を上げ、４２をその正電圧のほぼ半分の値に上
げ、レンズ４３をグランド電位のままに維持することによってＴＯＦドリフト領
域５６中にパルス化される。この正イオンはパルス化領域３７から外に加速され
てＴＯＦドリフト領域５８の入り口４９に至る。ドリフト領域５８を横断するイ
オンの速度は、イオンが入り口ポイント５１のところのイオン反射器５０に入る
まで一定のままである。イオン反射器５０に入るイオンは初期は減速され、次に
、ポイント４５から始めて再加速されて、反射器をポイント４４から脱出する。
再度、ドリフト領域５８を横断するイオンの速度は、イオンがフライトチューブ
レンズ６０グリッドをポイント４６からするまで一定のままである。イオンは、
ポイント４６から多チャネルプレート検出器４７の表面上にまで事後加速され、
ここで検出される。負イオンはパルス化領域３７からパルス化されて、電圧の極
性を逆転させることによって同様に検出器４７の表面に方向付けされる。検出さ
れている最高のｍ／ｚ値のイオンの経過時間によって制限されて、イオンは一般
的には最大で毎秒２０，０００回のパルス化速度でパルス化領域３７からパルス
化される。検出された漫然質量スペクトルパルス化されたイオン信号を付加して
、ディスクに保存される毎秒１００を越えるスペクトルを生成することができる
。検出器４７からの信号は、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ又は時
間／ディジタルコンバータ（ＴＤＣ）を用いてデータ獲得システムで記録するこ
とができる。経過時間質量分析器４０は、パルス化領域３７を横断するすべての
ｍ／ｚ値のイオンから成る完全質量スペクトルを検出する能力を有している。イ
オンをドリフト領域５８中に直交パルス化する動作で開始されるＴＯＦ質量分析
は、結果として生じるイオン集団がパルス化領域３７に入る以前に発生するいか
なるトラッピングステップ、非トラッピングステップ、質量選択ステップ又はイ
オンフラグメンテーションステップからもデカップリングされる。図１に略図を
示す実施形態を用いて、完全な質量スペクトルが、最大の分解能と感度で、また
必要とあれば、急速スペクトル獲得速度で発生される。

【００３７】 パルス化領域３７に送出されたイオン集団が、エネルギの軸ズレ成分を最小に
留めて適切に収束されたとすると、ＴＯＦ質量分析器４０の最適チューニングを
修正することなくパルス化領域３７の上流での範囲の分岐機能を達成することが
できる。図１に略図を示すハイブリッド質量分析器の実施形態は、様々なＭＳ及
びＭＳ／ＭＳⁿ実験を様々な複数の技法を用いて実行することを可能とするよう な構成になっている。ｍ／ｚ選択とイオンフラグメンテーションと質量分析は、
図１に略図を示す実施形態を用いて逐次的に又は同時に組み合わせて実行するこ
とができる。少なくとも５つのタイプの衝突誘導されたイオンフラグメンテーシ
ョンを実行できる。それらは次の通りである： １．細管中の高圧気体によるイオンのスキマー領域に対する加速、 ２．トラッピング有る／無しの多極イオンガイドセグメント１、２又は４中で
の単一又は複数のイオン共振周波数による励起フラグメンテーション、 ３．トラッピング有る／無しの多極イオンガイド８中での１つのセグメントか
ら別のセグメントへのイオン加速、 ４．イオンガイド出口レンズ３６と３４から多極イオンガイド８中への高エネ
ルギイオン加速、 ５．ＣＩＤフラグメンテーションが発生するまでイオンガイドセグメントを過
充填する。

【００３８】 次の技法を含む少なくとも４つのタイプの単一又は複数のイオン質量／電荷値
選択技法を多極イオンガイド８と一緒に用いることができる： １．所与のイオンガイドセグメント中でのトラッピング有る／無しの不要なイ
オンｍ／ｚ値の共振周波数拒否、 ２．ＡＣ又はＤＣ電位をイオンガイドセグメントのロッドに印加することによ
る、トラッピング有る／無しのイオンｍ／ｚ選択の達成、 ３．ＲＦ振幅又は周波数をスキャニングして、トラッピング有る／無しのイオ
ンガイドセグメントからの不要なイオンｍ／ｚ値の除去、 ４．米国特許第５，６８９，１１１号に記載のトラップされたイオンのＴＯＦ
パルス化領域３７中への放出の制御。

【００３９】 ｍ／ｚ選択技法とフラグメンテーション技法の組合せを選択して、所与の分析
応用物の性能を最適化できる。技法を組み合わせて最適なＭＳまたはＭＳ／ＭＳ ⁿ を達成する例をいくつか以下に説明する。 質量選択は、イオン質量／電荷選択又はＣＩＤフラグメンテーションが実行さ
れている所与のセグメントに入ろうとする一次イオンビームをトラッピングして
入らないように遮断して実行することができる。電気噴霧イオン発生源１２は連
続イオンビームを真空中に送出する。イオンをトラップして多極イオンガイド８
中に放出することによって、米国特許第５，６８９，１１１号に記載するように
、ＥＳ源１２からの連続イオンビームを、非常に高いデューティサイクルで、パ
ルス化されたイオンビームに効果的に変換してＴＯＦパルス化領域３７中に放出
することができる。セグメント化された多極イオンガイド８は、トラッピングモ
ード又は非トラッピングモードですべてのセグメント又は選択されたセグメント
だけが操作される非トラッピングモード又はトラッピングモードで操作すること
ができる。セグメント化されたイオンガイド操作モードの特定の例を、ＭＳ、Ｍ
Ｓ／ＭＳ及びＭＳ／ＭＳⁿ分析機能を達成するための手段として以下に説明する 。最も簡単な例では、セグメント化されたイオンガイド４を非セグメント化イオ
ンガイドとして、同じＡＣ電位とＤＣ電位を各極のすべてのセグメントに印加す
ることによって操作することができる。単一セグメントＭＳ及びＭＳ／ＭＳⁿ ＴＯＦ操作シーケンスが米国特許出願第０８／６９４，５４２号に記載されてい
るのでここでは繰り返さない。その代わりに、複数セグメント式のイオンガイド
を用いる技法を説明する。

【００４０】 ＭＳ ＴＯＦ機能 イオンフラグメンテーション有る／無しのＭＳ実験を実行することを考える。
ある特定の範囲のイオン質量／電荷が目的である場合、１つ以上の多極イオンガ
イドセグメントをｍ／ｚ選択モードで操作することができる。ＴＯＦパルス化領
域３７を入るイオンのｍ／ｚ電荷範囲を狭隘化すると、トラッピングモードと非
トラッピングモードにおけるデューティサイクルとＴＯＦシステムの性能を向上
させることができる。ＴＯＦドリフト領域５８中にパルス化されるｍ／ｚ値の範
囲を狭隘化すると、非トラッピングイオンガイド操作時のＴＯＦパルス速度とデ
ューティサイクルを増加させることができる。広い範囲のイオンｍ／ｚ値をＴＯ
Ｆドリフト範囲５８中にパルス化すると、パルス速度は最も重いイオンのｍ／ｚ
の経過時間によって制限される。次のＴＯＦパルスは、前のパルスからのすべて
のイオンが検出器４７に衝突する前に発生すると、この前のパルスからのイオン
は次のパルスが獲得される間に到達し、これによって、質量スペクトル中の化学
ノイズが獲得される。ＴＯＦドリフト領域５８に入るｍ／ｚイオンの範囲を制限
することによって、隣接したパルスからの化学ノイズの影響を解消しながらも最
大ＴＯＦパルス速度を設定することができる。不要のイオンｍ／ｚ値がＴＯＦド
リフト領域５８中に入ることを防止することによってもまた、目的とするこれら
のイオンｍ／ｚ値に対する検出器の反応をより効果的なものとすることができる
。イオンが多チャネルプレート検出器のチャネルに衝突すると、そのチャネルは
その電荷空乏からのある回復のための時間を必要とする。この電荷空乏回復時間
は１ミリ秒という長い期間になることがあり、この間に、このチャネルに衝突す
るいかなるイオンも検出されず、または、二次電子の発生量が減少したりする。
例えば、低いｍ／ｚ値にある強い溶剤ピーク信号からのイオンの到達は特定の分
析実験では目的ではなくて、同じパルス中のより高いｍ／ｚ値のイオンの到達に
先立つＴＯＦの各パルス中のかなりの数の検出器チャネルを鈍化させる。溶剤ピ
ークｍ／ｚイオンが検出器に衝突すると、次に到達するイオンからの完全信号を
減少させることがある。ＴＯＦパルス化を実行してフライトチューブドリフト領
域５６中にパルス化されるイオン集団を所与の応用にとって分析上の関心事であ
るようなｍ／ｚ値にだけ制限する以前に、不要なｍ／ｚ値イオンを多極イオンガ
イドから拒否すると、ＴＯＦ感度、検出器反応の一貫性及び検出器寿命を改善す
る助けとなる。

【００４１】 非トラッピング又はトラッピングの質量／電荷選択は、多極イオンガイドセグ
メント１、２又は４中で実行できる。ＴＯＦパルス化領域３７に入るイオンのｍ
／ｚ範囲を３００〜５００ｍ／ｚの範囲に制限することが望ましい例を考える。
これは多くの方法で達成可能であるが、その内のいくつかを以下に説明する。 １．多極イオンガイドアセンブリ１を非トラッピングＲＦだけモードで操作し
て、適切なＤＣ又はＡＣ振幅を印加することによって３００ｍ／ｚという低質量
遮断値でセグメント２を操作し、セグメント３が非トラッピングＲＦだけモード
で操作され、ｍ／ｚ値のｍ／ｚ安定性ウインドウを５００ｍ／ｚ未満に維持しな
がらも、セグメント４を複数共振周波数を拒否して５００ｍ／ｚという高質量遮
断値でトラッピングモードで操作する。イオンはセグメント４中にトラップされ
、レンズ３３又はレンズ３３及び３４の組合せでイオンをゲーティングすること
によって、又はイオンガイドオフセット電位の値をスイッチングすることによっ
てＴＯＦパルス化領域３７中に放出される。このようなイオンのトラッピングと
放出技法は米国特許代５，６８９，１１１号に記載されている。セグメント４中
にトラップされたイオンは、適切な相対的オフセット電位をセグメント２と３の
極に印加することによってセグメント２中に戻ることを防止される。このように
して、５００を越えるｍ／ｚ値と３００未満のｍ／ｚ値を有するセグメント化さ
れた多極イオンガイド８中を移動するイオンは、ＴＯＦパルス化領域３７に入る
以前に拒否される。

【００４２】 ２．多極イオンガイドセグメント１が非トラッピングＲＦだけモードで操作し
て、セグメント２中へのイオン伝送を最大化する。ＲＦとＤＣの振幅値がセグメ
ント２に印加されて、約３００〜５００のｍ／ｚ範囲を送出する。セグメント４
がＲＦだけトラップ／放出モードでで操作されるが、この場合、イオンゲートの
放出とＴＯＦパルス遅延タイミングが、１０，０００Ｈｚという速度でパルス化
して、ＴＯＦドリフト領域５８中に３００〜５００の範囲のｍ／ｚ値をパルス化
するように設定される。

【００４３】 ３．多極イオンガイドセグメント１を非トラッピングＲＦだけモードで操作し
て、セグメント２中に対するイオン伝送を最大化する。有る範囲の共振周波数を
セグメント１のＲＦに追加し、これによって、約ｍ／ｚ５００を越えるイオンと
ｍ／ｚ３００未満のイオンを拒否する。１０，０００Ｈｚという速度でパルス化
して、セグメント４をＲＦだけトラップ／放出モードで操作する。

【００４４】 多極イオンガイドセグメントの操作法を上記とは別様に組み合わせて実行して
、ＴＯＦドリフト領域５８中への所望のｍ／ｚ範囲の値を放出することができる
。分析的目的に基づいて、各多極イオンガイドセグメントでｍ／ｚの選択又はフ
ラグメンテーションのどちらを選ぶかは、性能、特にイオン伝送効率を最大化す
るように実行すべきである。四極で質量選択を達成するためにＲＦとＤＣを印加
すると、実効入射許容アパーチュアを減少させて、目的とするｍ／ｚ値に対する
イオン伝送効率を劣化させかねない。質量／電荷選択を、不要イオンを共振周波
数拒否して達成可能である場合、四極は、実効セグメント入射許容領域が減少し
ないように実質的にＲＦだけモードで動作する。不要イオンの共振周波数拒否に
よる質量／電荷選択はまた、判明な複数のイオンｍ／ｚ値の選択を可能とするが
、この場合、選択されたイオンｍ／ｚ値同士間のイオンｍ／ｚ値が拒否される。
狭隘なｍ／ｚの選択、例えば上記の２００ｍ／ｚではなくＭＳ／ＭＳ実験用の１
ｍ／ｚ単位幅の選択が望まれる場合、最高の伝送効率を生じるｍ／ｚ選択技法が
選択される。より高い分解能ｍ／ｚ選択を達成するための共振周波数拒否技法又
はトラッピング有りのＲＦ技法とＤＣｍ／ｚ選択技法の組合せ技法を一様に又は
組み合わせて、多極イオンガイド８の単一又は複数のセグメントに適用すること
ができる。ｍ／ｚ選択中にイオントラッピングを実行することによって、所与の
セグメント中のイオン集団に、隣接するセグメントに放出される前により多くの
ＲＦサイクルを経験させ、これによって、ｍ／ｚ選択分解能を効果的に増加させ
ることができる。第２の真空段７２中の背景衝突中性気体圧力とのイオンの衝突
は、イオンギア度安定性ウインドウに収まるイオンに対してセグメント１から４
中で安定した軌道を維持する支援となる。所与のセグメント中でのイオンをトラ
ッピングによって、セグメントの極に印加された電圧によって設定された安定性
ウインドウから外れるイオンを、イオンの中性気体に対する衝突が存在する場合
でさえも多極イオンガイドから拒否する時間を許容する 多極イオンガイド８の各セグメントに対して様々なＲＦ周波数を設定できると
はいえ、同じＲＦ周波数をセグメント１から４に印加すると、セグメント同士間
の周縁フィールドが最小化され、１つのセグメントから隣のセグメントに対する
イオン伝達の効率が最大化される。同じＲＦ周波数をすべてのセグメントに印加
すると、安定性範囲に収まるイオンｍ／ｚ値は１つの多極イオンガイドセグメン
トから次の多極イオンガイドセグメントに自由に移動できる。ＲＦ振幅は各イオ
ンガイドセグメントに対して別々の値に設定し、これによって、有る範囲の分析
機能を達成してもよい。しかしながら、電子系の費用の削減は、同じＲＦ周波数
と振幅を各イオンガイドセグメントに印加した場合に達成可能である。システム
経費と性能フレキシビリティとのトレードオフは、特定の分析応用物の要件に基
づいて決定することができる。最もフレキシブルな実施形態では、多極イオンガ
イド８の各セグメントは、各セグメントの極に接続された自分自身の独立制御式
のＤＣ源、ＲＦ源及び共振周波数源を有している。ＲＦ周波数、振幅、オフセッ
トＤＣ振幅、＋／−ＤＣ振幅並びに共振周波数の振幅及び周波数スペクトルを独
立に制御することによって広い範囲の分析機能を達成することができる。ランダ
ム波形発生器によって独立に設定された振幅成分と周波数成分を用いて、単一の
又は複合したＡＣ波形を所与のセグメントの極に印加し、これによって、ある範
囲の、同時又は逐次的な質量／電荷選択機能及び／又はＣＩＤフラグメンテーシ
ョン分析機能を達成できる。最小限度、各多極イオンガイドセグメントは、所与
のセグメントに対するＤＣオフセット値を分析シーケンス中に迅速にスイッチン
グできる独立した１つ以上のＤＣオフセット源を有する。

【００４５】 検出器５５を持つ変換ダイノード３９は、パルス化領域３７を横断し、ＴＯＦ
ドリフト領域５８中にはパルス化されていないイオンを検出するように構成され
てきた。セグメント化された多極イオンガイド８のセグメント２又は４は、イオ
ンが検出器５５で検出される非トラッピング質量／電荷選択スキャンモードで操
作することができる。代替例としては、イオンは、セグメント４を質量／電荷ス
キャニングしている間にセグメント２中における共振周波数励起によってフラグ
メンテーションすることができる。セグメント４から出るイオンは、ＴＯＦパル
ス化領域３７を通過し、さらにレンズ５４のアパーチュア５５を通り、ここで、
検出器３８で検出される。代替例として、イオンはファラデーカップ５６を用い
て検出できる。検出器３８とファラデーカップ５６を診断ツールとして又はある
種の分析応用物中で用いることができる。ＴＯＦを完全質路油スペクトル検出器
として用いると、多極イオンガイド８のセグメントによるスキャニングモードを
利用する分析技法より高い分析的デューティサイクル、したがって、より高い感
度を生じる。 ＭＳ／ＭＳⁿＴＯＦ機能 図１に略図を示す質量分析器の実施形態は４セグメント式の多極イオンガイド
を備えるが、ここで、セグメント１、２及び３並びにセグメント４の入り口は第
２の真空ポンプ段７２中に位置している。スキマーオリフィス２７のサイズと真
空ポート２９を介する真空ポンプ速度を適切に設定することによって、第２の真
空段７２中の背景圧力を、真空ポンプ速度がかなりの値で、１ｘ１０^-4ミリトー
ルと５００ミリトールの間に維持することが可能である。以下に述べる動作シー
ケンスの内の多くのシーケンスの場合、背景圧力は、イオンがガイドの全長を横
断すると、イオンと背景気体間で複数の衝突が発生するが、平均自由経路は、実
験的に有用な時間フレーム内で交流及び直流又は共振周波数拒否があるイオンｍ
／ｚ選択式の多極イオンガイド８からイオンが拒否され得るように十分長い値と
なっている。最適な背景圧力は、極同士間間隔及び個々のセグメント長を含む多
極イオンガイド形状並びに計器に対して要求されるＭＳ／ＭＳⁿ機能の範囲の関 数となる。検討の都合上、第２の真空段７２中の背景圧力が１〜１０ミリトール
間に維持されるものと考える。１〜１０ミリトールという圧力は、３次元四極ト
ラップ中と、三重四極の多極イオンガイド衝突セル中と、で見受けられる一般的
に動作圧力である。３次元イオントラップ中の背景気体は一般的にはヘリウムで
あり、三重四極の衝突セル中に導入される背景気体は一般的にはアルゴンである
。第２の真空段７２中の背景気体はＥＳ源１２からの逆流乾燥用気体２１の組成
物となる。これは一般的には窒素である。第２の真空段２中のこの背景気体の組
成はＭＳ動作中の全時点で制御されて完全に一様に維持することができる。細管
オリフィス５７を通る絞られた気体の流束がＭＳ動作中は一貫した状態となるよ
うに、ＥＳ源１２大気圧チャンバ中の圧力はほぼ大気圧に維持され細管ボア５７
中の温度はＭＳ動作中は定常状態にある。図１に略図を示す実施形態においては
、スキマーオリフィス２７は一般的には、通常の衝撃の無感の上流の超音速自由
噴流ゾーンの内側に位置する。その結果、第２の真空段７２中への気体の流束は
、ＭＳ動作中の時間にわたって一貫している。第２の真空段７２中の背景圧力の
一貫性は主として、真空ポート２９を介しての真空ポンプ速度の一貫性によって
決定される。第２の段７２を真空排気するためにターボ分子真空ポンプを用いる
ことによって、長期にわたって一貫したポンプ速度が提供される。ターボ分子ポ
ンプＲＰＭを監視する機能によって、ポンプ速度の一貫性を、真空ゲージを読み
取ることとポンプ速度を検証することの双方によって監視することができる。第
２の真空段７２中の中性背景気体の組成と圧力が一貫していることによって、一
貫した再現性のある結果が、広い範囲の実験実行シーケンスにわたって得ること
ができる。

【００４６】 第２の真空段７２中に背景圧力が存在することによって、イオンはＣＩＤプロ
セスによってイオンフラグメンテーション実行に用いるに十分高いが、ｍ／ｚ選
択性能又はイオン伝送効率が犠牲になるほどには高くない。図１に略図を示すＴ
ＯＦ質量分析と組み合わされたセグメント化された多極イオンガイド８は、三重
四極のすべてのＭＳ及びＭＳ／ＭＳ機能並びに３次元イオントラップのすべての
ＭＳ／ＭＳⁿ機能シーケンスの実行を可能とし、また、三重四極でも３次元四極 イオントラップでも不可能ないくつかのＭＳ及びＭＳ／ＭＳⁿ機能を実行するこ とができる。図１に示す実施形態は、市販の三重四極とイオントラップ質量分光
計から個別に利用可能な広い範囲にわたる質量分析分析的機能を実行できるハイ
ブリッド質量分析器である。図１に略図を示すハイブリッドＴＯＦ実施形態で実
行可能な１部のＭＳ／ＭＳⁿ機能の例を以下に説明する。 ＭＳ／ＭＳハイブリッドＴＯＦ機能 ＣＩＤフラグメンテーションを実行するためにＲＦだけ衝突セルに対するＤＣ
イオン加速を実行する三重四極では４つの主要なＭＳ／ＭＳ動作モードが用いら
れる。これらの４つのモードには次のものがある： １．四極３をスキャニングする一方で、選択されたｍ／ｚ範囲を四極１に伝送
し、選択イオンをＲＦだけ衝突セル中にフラグメント化するモード、 ２．四極１と３が固定したｍ／ｚオフセット値で同時にスキャニングされる、
中性損失スキャニングモード、 ３．四極３スキャニングしながら四極１をスキャニングして、選択されたｍ／
ｚ範囲を通過させるモード、 ４．四極１と３の双方を設定して、選択されたフラグメンテーションイベント
を監視するためのスキャニングを実行することなく、様々なｍ／ｚ値を通過させ
るモード。

【００４７】 図１に示すハイブリッドＴＯＦの実施形態は、上記の４つすべてのタイプの三
重四極動作モードに対して高い感度と分解能で完全なスペクトルフラグメントイ
オンデータを生成する。最初に、三重四極の内の第１の四極中で固定したｍ／ｚ
範囲選択と第３の四極のｍ／ｚスキャニングとでＭＳ／ＭＳデータを達成するた
めのセグメント化されたイオンガイドＴＯＦ動作シーケンスを以下に説明する。
完全なＴＯＦ質量スペクトルはフラグメントイオン上で獲得されるので、同一の
セグメント化されたイオンガイドＴＯＦ ＭＳ／ＭＳ動作シーケンスで、上記の
三重四極動作モード１と４に対応することができる。

【００４８】 ＭＳ／ＭＳ分析には、質量／電荷選択を実行するステップ１と、選択ｍ／ｚイ
オンをフラグメンテーションするステップ２と、第１の発生フラグメント又は生
成イオンの質量分析を実行するステップ３と、を必要とする。任意のＭＳ／ＭＳ
シーケンス中の質量／電荷分析ステップは、ＴＯＦ質量分析器４０で実行される
。質量／電荷選択ステップとイオンフラグメンテーションするステップは、必要
に応じて、スキマー領域に至る細管中で実行される追加のイオンフラグメンテー
ションによって、セグメント化された多極イオンガイド８中で実行される。ＭＳ
／ＭＳ実験シーケンスを実行することができるが、その結果、三重四極ＭＳ／Ｍ
Ｓ実験で発生したものと類似のフラグメントイオンが発生する。代替例として、
別の実験シーケンスを用いると、その結果、イオントラップＭＳ／ＭＳ実験で生
成されたものと類似のフラグメントイオンの集団が得られることがある。最初に
、１つの親イオン種が第１の四極を用いて選択され、選択されたｍ／ｚ範囲のイ
オンが三重四極衝突セル中でのＣＩＤによってフラグメント化され、第３の四極
をスキャニングして第１の発生フラグメントイオンを検出するような三重四極Ｍ
Ｓ／ＭＳ実験を考える。第３の四極を効果的に交換して、ＴＯＦ質量分析器４０
が図１に示す実施形態でかなり高いデューティサイクルで用いられて、生成され
た第１の発生フラグメントイオンの完全なスペクトルを同時に検出する。初期イ
オン質量／電荷選択ステップとフラグメンテーションステップは、次の技法を用
いて、セグメント化されたイオンガイド８中で実行される。

【００４９】 １．セグメント１をＲＦだけ非トラッピング／非質量選択モード（共振周波数
励起はない）で操作して、広いｍ／ｚ範囲のイオンを通過させる。セグメント１
はセグメント２に印加されるものと同じＲＦ振幅と周波数を有している。 ２．選択されたｍ／ｚ範囲のイオンに対してほぼマシュー安定性で操作される
セグメント２に対してＲＦ電圧とＤＣ電圧が印加される。マシュー安定性領域外
の質量／電荷値を持つイオンは、セグメント２の全長を横断する際に拒否される
。セグメント１と２に印加されるＤＣオフセット電位によってイオンはセグメン
ト１からセグメント２中に移動して、イオンの伝送は最大となるがフラグメンテ
ーションはない。

【００５０】 ３．多極イオンガイド８のセグメント３と４を、セグメント１と２のものと等
しいＲＦ周波数でＲＦだけモードで操作される。セグメント３と４に印加される
ＲＦ振幅は、生成イオンのｍ／ｚ範囲によってセグメント１と２のそれと整合し
たりしなかったりすることがある。セグメント２、３及び４間に印加されるＤＣ
オフセット電位は、十分なエネルギでイオンをセグメント２からセグメント３を
介してセグメント４中に加速し、これによって、セグメント２で選択されたイオ
ン種のＣＩＤフラグメンテーションを引き起こす。セグメント３中と、セグメン
ト４の入り口端６２中と、の背景圧力（この例では１〜１０ミリトール）は、初
期には衝突気体として働き、次に、セグメント４を横断する親イオンとフラグメ
ントイオンの集団に対するイオンの機械的エネルギ減衰気体として働く。出口レ
ンズ３３に印加される電位は、セグメント４からイオンをトラップして開放する
働きをする。セグメント４から開放されたりゲーティングされたりするトラップ
されたイオンはＴＯＦパルス化領域３７中に入り、ここで、ＴＯＦドリフト領域
５８中にパルス化されて質量／電荷分析される。セグメント４でイオンがトラッ
プされることによって、イオンは、ゲーティングアウトされる前にイオンガイド
セグメント４中を前後に何回も往復する。トラップされたイオンは、セグメント
４の入り口端６２に向かって戻る際に、イオンの機械的エネルギが衝突減衰する
入り口端６２中の高圧背景気体を通過する。セグメント４中へ高イオンエネルギ
加速してＣＩＤフラグメンテーションする場合でさえも、結果として生じるフラ
グメントイオン機械的エネルギの拡散を減衰させて、熱エネルギ拡散に近いセグ
メント４中に単一エネルギイオン集団を生成するができる。セグメント４を横断
するイオンの平均機械的エネルギは、セグメント４の極に印加されるＤＣオフセ
ット電位によって決定される。

【００５１】 フラグメントイオンの質量選択、ＤＣ加速ＣＩＤフラグメンテーション及びＴ
ＯＦ質量分析のこのシーケンスは、三重四極質量分析器上で実行されるＭＳ／Ｍ
Ｓ実験と類似の結果を生じる。図１に示すハイブリッドＴＯＦ実施形態は、スキ
ャニングすることなく完全なフラグメントイオンスペクトルを獲得し、また、セ
グメント同士間になんら静電レンズエレメントを持たないセグメント化された多
極イオンガイドで構成される。この実施形態によって、三重四極動作に比較して
高い分解能と質量精度性能を持つより高い感度のＭＳ／ＭＳ実験シーケンスがも
たらされる。親イオンのＣＩＤは、イオンをＲＦだけ衝突セル中にＤＣ加速する
ことによって、ハイブリッドＴＯＦ四極中と三重四極中の双方で達成される。セ
グメント１と２中でのイオンの機械的エネルギの衝突減衰のために、親イオンビ
ームのイオンエネルギは、セグメント２のＤＣオフセット電位によって決定され
る。これで、イオン衝突エネルギは、セグメント２、３及び４に印加される相対
的なＤＣオフセット電位によって設定される。出口端１１からイオンガイドセグ
メント４を脱出するイオンが、ＴＯＦパルス化領域３７中に移動する際に背景気
体とさらなる衝突を経験しないように、第３の真空段７３中の背景圧力は１０^-5 トール以下の圧力に維持される。この領域中でのイオン分子衝突によって、ＴＯ
Ｆパルス化領域３７中に伝達されているイオンビームが散乱して収束ズレして、
ＴＯＦ性能を劣化させる。セグメント４の極は第２の真空段７２の高い背景圧力
から第３の真空段７３中に連続的に延長している。セグメント４を横断する安定
軌道のイオンは、非常に高い効率で、高位から低位の背景圧力に、そして、逆方
向では低位から高位の背景圧力に伝達される。安定軌道のイオンは、同士間での
イオン損失がほとんど又は全くなく、上記のＭＳ／ＭＳシーケンス中のセグメン
ト化されたイオンガイド８の４つのセグメント中を伝達される。

【００５２】 代替例としては、同じＭＳ／ＭＳ機能を、セグメント１で質量／電荷選択する
ことと、選択されたイオンをセグメント１からセグメント２へのＣＤ加速によっ
てフラグメンテーションすることと、フラグメントイオンをセグメント４に送り
、ここでトラップさせてＴＯＦパルス化領域３７中にゲーティングさせることと
、によって達成することができる。セグメント４もまた、ＴＯＦパルス化領域３
７に行く途中で一回通過するセグメント４をイオンが横断する非トラッピングモ
ードで操作することができる。第２の代替例では、適切なＤＣオフセット電位を
設定することによって、選択されたｍ／ｚイオンがセグメント３を通ってセグメ
ント４中に加速される質量選択モードでセグメント１と２を操作する。第２の技
法を用いて、ＣＩＤフラグメンテーションに先立ってセグメント１又は２中で質
量／電荷選択を達成することができる。１つ以上の離散ｍ／ｚ範囲の質量選択は
、共振周波数のスペクトルを適用して、選択されたｍ／ｚ値のイオンを保持しな
がらもセグメント１及び／又は２から不要のイオンのｍ／ｚ値を拒否することに
よって達成することができる。ＲＦ周波数、ＤＣ周波数及び共振周波数を組み合
わせて、イオン噴出をセグメント１と２中で構成して、１つのイオンガイドセグ
メントから別のイオンガイドセグメントへのイオンのＤＣ加速からのＣＩＤイオ
ンフラグメンテーションに先だってｍ／ｚ範囲選択を達成することができる。

【００５３】 セグメント１と２はまた、ｍ／ｚ分離中にイオントラッピングモードで操作す
ることができる。この技法は以下に述べるようにＭＳ／ＭＳⁿ実験シーケンスで 用いることができるが、ＭＳ／ＭＳシーケンスでも使用できる。セグメント２で
イオントラッピングを達成するには、セグメント３に印加されるＤＣオフセット
電位をセグメント２に印加されるＤＣオフセット電位に対して上昇させる。セグ
メント３のこのＤＣオフセット電位はパルス化して低電位にして、セグメント２
からのイオンをセグメント３中にゲーティングすることができる。セグメント３
は非トラッピングで操作してもよいしトラッピングモードで操作してもよい。ト
ラッピングモードでは、イオンは、イオンがＴＯＦパルス化領域３７中にゲーテ
ィングされる速度とは無関係な速度でセグメント４中にゲーティングすることが
できる。セグメント４中でのイオン常駐時間は、セグメント４中へのイオンのゲ
ーティングの脈動特徴を減衰させるように働くことがある。セグメント２中にお
けるイオンのトラッピングによって、イオンは、２回以上通過するイオンガイド
セグメント４の全長を横断する。複数回通過のセグメント２を横断するイオンは
より多くのＲＦサイクルを経験し、したがってより高いｍ／ｚ選択分解能を、セ
グメント２からのイオン噴出を遅延させる傾向があるより高い背景圧力の存在下
においても達成することができる。同様に、イオンのトラッピングとｍ／ｚ選択
は、セグメント２のＤＣオフセット電位をセグメント１の極に印加されるオフセ
ット電位を越える値に上げることによって、セグメント１中で達成することがで
きる。セグメント１のこのＤＣオフセットは、セグメント２に印加されるＤＣオ
フセット電位を追随し、これによって、イオントラッピングサイクル中にイオン
がセグメント２と４間を移動することを効果的に防止する。

【００５４】 セグメント化されたイオンガイドＴＯＦ操作は、第１の四極がデータ獲得中に
スキャニングされる中性損失スキャンなどの三重四極ＭＳ／ＭＳ動作モードをシ
ミュレートするように構成することができる。セグメント化されたイオンガイド
ＴＯＦ動作シーケンスにおいては、フラグメントイオンの完全なＴＯＦスペクト
ルが獲得されるが、このスペクトルに基づいて、再構成イオンクロマトグラフ（
ＲＩＣ）を、三重四極のような中性損失タイプのＭＳ／ＭＳデータに整合するよ
うに発生させることができる。この中性損失データのスーパー集合を達成するに
は、図１に示すＴＯＦ実施形態であるハイブリッドのセグメント化されたイオン
ガイドを次にように動作するように構成することができる： １．ＣＩＤフラグメンテーション無しで低エネルギでイオンをセグメント２中
に移動することを可能とするＤＣオフセット電位を印加した状態で非トラッピン
グＲＦだけモードでセグメント１が操作される。

【００５５】 ２．ＲＦ電位及びＤＣ電位、共振周波数励起電位又は双方の組合せを印加して
非トラッピングイオンｍ／ｚ選択モードでセグメント２が操作される。三重四極
質量分析器の第１の四極のスキャニングをシミュレートするために、所望のｍ／
ｚ範囲がカバーされるまで、セグメント２のｍ／ｚ選択ウインドウを新しい値に
周期的に停止させる。セグメント１中でのこのｍ／ｚウインドウのステッピング
は、任意の第１の発生娘イオンスペクトルの親イオン質量範囲が分かるように、
ＴＯＦスペクトル獲得と同期を取る。

【００５６】 ３．セグメント３がトラッピングＲＦだけモードで操作される。ＤＣオフセッ
ト電位がセグメント２、３及び４に印加され、これによって、セグメント４中で
所望の分量のＣＩＤイオンをフラグメンテーションさせるに十分なエネルギで、
イオンをセグメント２からセグメント４中に加速する。セグメント４からＴＯＦ
パルス化領域３７中にゲーティングされたイオンはＴＯＦドリフト領域５８中に
パルス化され、その質量が分析される。 ４００〜８００の親質量／電荷範囲にわたる中性損失スキャニングを考える。
親ｍ／ｚウインドウの幅が４ｍ／ｚであると、セグメント２によって選択された
ｍ／ｚウインドウは、４００〜８００というこのｍ／ｚ範囲をカバーするために
は１００ステップでカバーする必要がある。ＴＯＦ質量分析器を、メモリーに保
存されている各質量スペクトル毎に１，０００発のパルスを付加して毎秒１０，
０００回という速度でパルス化すると、毎秒１０個の質量スペクトルが記録され
る。これらのＴＯＦデータ獲得条件下では、シミュレートされた中性損失を完全
にスキャニングするには１０秒かかる。ＴＯＦスペクトルが毎秒４０スペクトル
の速度で獲得された場合、シミュレート済み中性損失を完全にスキャニングする
毎に似必要な獲得合計時間は２．５秒であって、三重四極中性損失スキャンで用
いられる一般的なスキャニング速度に近づく。上記の操作技法データとして獲得
されるＴＯＦ完全スペクトルデータには、三重四極中性損失スキャンからの合成
された情報より以上の分析情報又は第１の四極を固定した第３の四極ｍ／ｚ範囲
選択でスキャニングした場合以上の分析情報が含まれている。したがって、いず
れかの三重四極実験を、上記のセグメント化されたイオンガイドＴＯＦ操作シー
ケンスでシミュレートすることができる。上記のシーケンスの変動を用いて、同
じ目的を達成することができる。例えば、ｍ／ｚ範囲選択を、トラッピングモー
ド又は非トラッピングモードでセグメント１又はセグメント１と２中で実行する
ことができる。セグメント４はトラッピングモードか非トラッピングモードで実
行可能である。トラッピングモードでは、レンズ３３に印加されるトラッピング
電圧は、セグメント１又は２におけるｍ／ｚ範囲をスイッチングすると、低く保
つことができる。すると、前のｍ／ｚウインドウからのトラップ済みイオンによ
ってトラップが明瞭となる。ｍ／ｚ範囲選択の後で些少な遅延時間を追加して、
セグメント４のトラップを、ＴＯＦパルス化に先立って充填することができる。

【００５７】 上記のシミュレート済み三重四極中性損失スキャン動作モードにおいては、Ｄ
Ｃイオン加速を用いてＣＩＤ第１発生イオンフラグメンテーションを達成する。
代替例として、共振周波数励起ＣＩＤフラグメンテーションを端極イオンガイド
セグメント１から４で又はＤＣイオン加速と共振周波数励起を組み合わせて用い
ることができる。どのフラグメンテーション技法が好ましいかは、所望の分析情
報によって異なる。共振周波数励起を用いると、内部エネルギを非選択ｍ／ｚ値
に追加することなく、選択されたイオン、特にフラグメント生成イオンをフラグ
メンテーションすることができる。ＤＣイオン加速ＣＩＤを使用している場合、
生成されたフラグメントイオンの内部エネルギを含む加速されたすべてのイオン
の内部エネルギが増加する。共振周波数励起には、フラグメンテーションエネル
ギを増そうとすると、共振周波数の振幅が増加するという欠点がある。励起され
ているイオンを包含するには、ＲＦ振幅をそれに比例して増加させなければなら
ず、このため、低ｍ／ｚカットオフが増す。一般的には、ＭＳ／ＭＳモードでイ
オントラップを操作している場合、ｍ／ｚスケールの底部１／３以上を拒否して
、親イオン又は目的とするイオンに対する十分な共振周波数励起フラグメンテー
ションを達成させる。ＤＣイオン加速と共振周波数励起の双方を同時に又は逐次
的に組み合わせて、最適なＭＳ／ＭＳ又はＭＳ／ＭＳⁿ性能を達成することがで きる。その結果、図１に略図を示すハイブリッドセグメント化済みイオンガイド
ＴＯＦ実施形態を、三重四極とイオントラップＭＳ／ＭＳⁿのすべての機能を達 成し、三重四極やイオントラップでは不可能な追加の実験を実行するように構成
することができる。 連続的一次イオンビームを用いるＭＳ／ＭＳⁿハイブリッドＴＯＦ機能 図１に示すハイブリッドＴＯＦの実施形態を用いれば広い範囲のＭＳ／ＭＳⁿ 機能を実現できる。特定のＭＳ／ＭＳⁿ機能の実現に要する動作シーケンスの説 明を簡潔にするために、用いられる技法を２つのグループに分けることができる
。１つは、イオン発生源から生成される連続的な一次イオンビームのカットオフ
を必要とするグループであり、もう１つは、動作中に一次イオンビームの遮断を
必要としないグループである。連続イオンビームを電気イオン発生源１２から受
入れる第１のＭＳ／ＭＳⁿ技法のいくつかを以下に説明する。

【００５８】 図１に示す実施形態においてＭＳ／ＭＳ²実験の運転を考えてみる。最も簡単 な機能的シーケンスは、ＤＣ加速イオンフラグメンテーションがセグメント１及
び２の間で起こる上述のＭＳ／ＭＳの場合の延長である。具体的にはセグメント
化された多極イオンガイドＴＯＦハイブリッドは次のモードで動作する。 １．セグメント１は質量／電荷選択モードで動作する。選択された質量／電荷
イオンはセグメント１及び２間に印加される十分なＤＣオフセット電位で加速さ
れてセグメント２に入り、ｍ／ｚ選択イオンのＣＩＤフラグメンテーションを引
き起こす。

【００５９】 ２.セグメント２は、１つ以上の第１の発生生成イオンが選択される質量／電 荷選択モードで動作する。ｍ／ｚ選択イオンはそれから、適切な相対ＤＣオフセ
ット電位をセグメント２、３に印加することにより加速されてセグメント３を通
ってセグメント４に入り、選択された第１の発生フラグメントイオンのＣＩＤフ
ラグメンテーションを引き起こす。

【００６０】 ３.セグメント４はＲＦだけのトラッピングモードで動作し、そこからイオン はゲーティングされてＴＯＦパルス化領域３７に入る。第２の発生フラグメント
のイオンは引き続いてパルス化されてＴＯＦドリフト領域６０に入り、質量／電
荷分析される。 セグメント１及び２のイオン質量／電荷選択動作には、ＡＣ及びＤＣ質量フィ
ルタリング、不要なｍ／ｚイオンの共振周波数の拒否、又は上記の両者の組合せ
を用いることが可能である。イオンフラグメンテーションは、セグメント２及び
４内のＤＣイオン加速フラグメンテーションの代りに又はそれとともに共振周波
数励起を用いることによって実現できる。共振周波数励起はセグメント２内のイ
オンｍ／ｚ選択と同時に起こり得る。適切な相対的ＤＣオフセット電位をセグメ
ント２の極に印加することにより、セグメント２は代替的にトラッピングモード
で動作可能となって、セグメント２内にイオンをトラップし、又はセグメント２
からイオンを放出してセグメント４に入れる。全てのＭＳ／ＭＳⁿ実験において 、スキマーへ至る細管の相対的電位を上昇させ、一次イオンビーム内のイオンの
内部エネルギーを増大させて、セグメント化されたイオンガイド８内のイオンの
フラグメンテーションを促進することができる。

【００６１】 あるいは、次のモードでセグメント化された多極イオンガイド８を動作させて
、ＤＣイオン加速と共振周波数励起イオンフラグメンテーションの技法とを組合
わせることによって、ＭＳ／ＭＳ²を実現することも可能である。 １．セグメント１はＲＦだけイオン通過モードで動作する。イオンは、フラグ
メンテーションを引き起こさずに低エネルギーで、セグメント１からセグメント
２へ進む。

【００６２】 ２．セグメント２は質量／電荷選択モードで動作し、イオンは十分なエネルギ
ーで加速されてセグメント１からセグメント３を通ってセグメント４に入り、ｍ
／ｚ選択イオンのＣＩＤフラグメンテーションを引き起こす。 ３．セグメント４は、ｍ／ｚ選択モード、及び選択第１発生イオンの共振周波
数励起フラグメンテーションモードで動作する。第２発生フラグメント又は生成
イオンはＴＯＦパルス化領域３７内にゲーティングされて、実質的にＴＯＦ質量
分析される。

【００６３】 米国特許出願第０８／６９４、５４２号に説明されている技法を用いることに
よって、疑似ＭＳ／ＭＳⁿ実験を連続的な入来イオンビームを伴って実現するこ とができる。説明されている方法においては、真のｍ／ｚ選択はイオンフラグメ
ンテーションに先立って起こることはない。代りに、２つのスペクトルが連続的
に獲得される。第１は、親イオン又はフラグメントイオンの組合せを持つスペク
トルであり、第２は、次の発生フラグメントイオンを持つスペクトルである。獲
得された第１ＴＯＦ質量スペクトルは第２のスペクトルから差引かれて、スペク
トルにＭＳ／ＭＳⁿフラグメントを与える。この技法は、多極コンポーネント共 振周波数励起ＣＩＤフラグメンテーションを必要とする。この技法を用いること
によって、ＭＳ／ＭＳ４実験を以下のように実施することができる。質量スペク
トル１は、次のようなセグメント化されたイオンガイドの動作条件で獲得される
。

【００６４】 １．セグメント１は質量／電荷選択モードで動作する。その結果イオン集団は
十分なエネルギーで加速されてセグメント２に入射し、ＣＩＤフラグメンテーシ
ョンを引き起こす。 ２．２コンポーネント共振周波数励起がセグメント２の極に適用されて、選択
された第２及び第３の発生イオンのＣＩＤフラグメンテーションを誘導する。生
成イオンはセグメント３を通って更なるフラグメンテーション無しにセグメント
４に至る。

【００６５】 ３．セグメント３はトラッピング又は非トラッピングＲＦだけモードで動作し
て、イオンはＴＯＦパルス化領域３７に入射する。イオンは引き続きパルス化さ
れてＴＯＦ質量分析器４０のドリフト領域５８に入り、質量／電荷分析される。 第２ＴＯＦ質量スペクトルは、セグメント２に印加される３コンポーネント共
振周波数励起とともに、又はセグメント４の極に印加される単一共振周波数励起
とともに発生する。獲得される第１質量スペクトルは第２質量スペクトルから差
引かれて、その結果第４の発生フラグメント又は生成イオン及びそれらの特定の
親イオンを含む質量スペクトルが得られる。

【００６６】 代りに、具体的な分析の適用によって決まる連続的又は非連続的一次イオンビ
ームを用いるＭＳ／ＭＳⁿ質量分析の技法を用いることができる。この方法を用 いると、イオンは１つのセグメントから隣接セグメントへブロック単位で移動す
る。１つのセグメント内にトラップされている全てのイオンは、先行するセグメ
ントからのイオングループが許容される前に次のセグメントに伝達される。各セ
グメントは、単一又は複数ｍ／ｚ選択及び／又は共振周波数励起ＣＩＤイオンフ
ラグメンテーションを独立して実行する。あるいはイオンを、セグメント間での
伝達の際にＤＣ加速ＣＩＤを用いてフラグメントすることができる。この方法を
用いたＭＳ／ＭＳ³質量分析のステップを以下に記す。

【００６７】 １．不要イオンの複数共振周波数拒否を用いるｍ／ｚ選択を伴うＲＦだけモー
ドで動作する。セグメント１及び２の極に印加される相対的ＤＣオフセット電位
は、イオンを十分な運動エネルギーでセグメント１からセグメント２へ加速して
、ＤＣ加速ＣＩＤイオンフラグメンテーションを引き起こすように設定される。
一次ビームは常時残っており、イオンは連続的にセグメント１に入射する。

【００６８】 ２．セグメント２、３に印加される相対的ＤＣオフセット電位は、所定の時間
イオンをセグメント２内にトラップするように設定される。セグメント２はｍ／
ｚ選択モードで動作し、選択されたｍ／ｚ値第１発生フラグメントイオンは所定
の時間セグメント２内にトラップされる。 ３．セグメント３に印加されるＤＣオフセット電位は、トラップされたイオン
のセグメント２を実質的に空にするのに十分長い時間にわたって低く切り換えら
れて、イオンをセグメント１からセグメント３を通ってセグメント４に送る。イ
オンは加速されて十分な運動エネルギーでセグメント２から３を通って４に入り
、ＤＣ加速ＣＩＤイオンフラグメンテーションを引き起こす。イオン伝達時間の
後、セグメント３の極に印加されるＤＣオフセット電位は高く切り換えられて、
イオンをセグメント２内にトラップして、セグメント４にトラップされたイオン
が逆方向に移動してセグメント２内に再入射するのを防ぐ。

【００６９】 ４．イオンがセグメント２からセグメント３を通ってセグメント４内に伝達さ
れるあいだ、セグメント４はまずｍ／ｚ選択モードで動作する。最初はレンズ３
３に印加される電位はイオンをセグメント４内にトラップし保持するように設定
される。セグメント３に印加されるＤＣオフセット電位が上昇してセグメント２
からのイオンの流れを遮断した後に、セグメント４の極に印加された電位は、セ
グメント４内にトラップされた選択ｍ／ｚ値第２発生フラグメントイオンの共振
周波数ＣＩＤフラグメンテーションを伴うＲＦだけモードでセグメント４が動作
するように、切替えられる。ＭＳ／ＭＳ³実験を望む場合は、その結果生じるセ グメント４内にトラップされた第３発生生成又はフラグメントイオンは、ＴＯＦ
パルス化領域３７内へゲーティングされたイオンパケット内のレンズ３３に印加
される電位を切り換えることによって放出され、そして実質的にＴＯＦ質量分析
される。あるいはより高位のＭＳ／ＭＳⁿステップが必要とされる場合は、ＴＯ Ｆパルス化領域３７内へのイオンの放出に先立って、追加的な連続的ｍ／ｚ選択
及びＣＩＤフラグメンテーションのステップを、セグメント４内にトラップされ
たイオンで継続することが可能である。各ＭＳ／ＭＳステップにおいて又はＭＳ
／ＭＳⁿシーケンスの終わりにおいて、生成イオンの１部のＴＯＦスペクトルを 獲得することができる。ＭＳ／ＭＳステップがセグメント４内にトラップされた
イオンで行われているあいだ、選択された第１発生生成イオンはセグメント２内
に蓄積し続ける。

【００７０】 ５．セグメント４にトラップされた第ｎ発生生成イオンがゲーティングされて
ＴＯＦパルス化領域３７に入り実質的にＴＯＦ質量分析されたときは、セグメン
ト３に印加されたＤＣオフセットは低減され、前記のステップ３及び４が繰り返
される。 非連続的一次イオンビームを用いるＭＳ／ＭＳⁿハイブリッドＴＯＦ機能 非連続的一次イオンビームを用いるＭＳ／ＭＳⁿ動作を実現するために、いく つかのセグメント化イオンガイドＴＯＦ機能シーケンスが可能である。米国特許
出願第０８／６９４、５４２号には、多極イオンガイドがＴＯＦ質量分析に先立
って連続的ｍ／ｚイオン選択及び共振周波数励起のステップを伴うトラッピング
モードで動作する、多極イオンガイドＴＯＦ質量分析器の構成が説明されている
。より高い背景圧力領域内に構成される多極イオンガイドへ複数のセグメントを
追加することによって、非連続的一次イオンビームを用いる単一セグメント２次
元トラップＴＯＦＭＳ／ＭＳⁿシーケンスの変形が可能となる。３次元イオント ラップ又はＦＴＭＳ質量分析器とは異なって、セグメント化されたイオンガイド
ＴＯＦハイブリッドの構成は、各イオンｍ／ｚ選択及びフラグメンテーションの
ステップにおけるより高いエネルギーのＤＣ加速イオンフラグメンテーションを
行う能力を持つＭＳ／ＭＳⁿ機能を実現することができる。あるいは、セグメン ト化されたイオンガイド８は、所与の分析のための性能を最適化するためのＭＳ
／ＭＳⁿ実験のあいだ、共振周波数フラグメンテーション又は組合せ又は双方の ＣＩＤフラグメンテーションの技法を行うように構成される。図１に示すセグメ
ント化されたイオンガイドＴＯＦハイブリッドを用いるイオンＤＣ加速イオンフ
ラグメンテーションによって実行されるＭＳ／ＭＳⁿ実験の１つの例が以下に説 明される。

【００７１】 １．セグメント１は、フラグメンテーション無しにセグメント２内へ送出され
るイオンを用いるＲＦだけ非質量選択モードで動作する。 ２．セグメント１は、トラッピング又は非トラッピング質量／電荷選択モード
で動作し、その結果生ずるイオン集団は加速されて十分な運動エネルギーでセグ
メント３を通ってセグメント４に送出されて、ＣＩＤフラグメンテーションを引
き起こす。

【００７２】 ３．セグメント３はトラッピング質量／電荷選択モードで動作し、第１発生イ
オンの選択されたｍ／ｚ範囲は、パルス化領域３７内へのイオンのゲーティング
無しに多極イオンセグメント４内に収集される。特定の時間にわたって又は飽和
を防止するためにセグメント４のイオン集団の頻繁なＴＯＦモニタリングを行い
ながら、選択されたｍ／ｚ第１発生フラグメントイオンを収集した後、スキマー
２６に印加される電位に比例して細管出口１４への電位を低下させることによっ
て、一次イオンビームはセグメント化されたイオンガイド８のセグメント１に入
射するのを妨げられる。スキマー領域内の細管へ印加される遅延電界のために、
細管２３内に存在するイオンはスキマー開口２７を通過するのを妨げられる。

【００７３】 ４．適切な相対的ＤＣオフセット電位をセグメント２、３、４に印加すること
によって、セグメント４内にトラップされたイオンは逆方向に加速されセグメン
ト３をとおってセグメント２に入射し、加速されてセグメント２に入ったイオン
のＣＩＤを引き起こす。セグメント１、２の相対的ＤＣバイアス電位を増大させ
ることによって、逆方向に加速されてセグメント２に入ったイオンはセグメント
１に入射することが防止される。短いＭＳ／ＭＳⁿ質量分析時間が要求される場 合には、イオンがセグメント１に入射するのを防止して、各ＭＳ／ＭＳステップ
においてセグメント２内のイオンを放出して空にするのに要する時間を減少させ
る。あるいはセグメント２を延長してセグメント１の容積を大きくする際、イオ
ンはセグメント１に入射することができる。スキマー２６及びセグメント１の極
間にＤＣ遅延電界を印加することによって、イオンは入り口端部９を通ってセグ
メント１から逆方向に出射するのを防止される。スキマーの開口２７を通って第
２真空段２に入射し続ける自由噴流拡張部からの中性気体分子は、逆向きイオン
の軸方向軌道を減衰させるように作用して、イオンガイドの入り口端部９を通過
する際にトラップされたイオンが失われるのを防止する。セグメント４からイオ
ン集団を受入れる直前にセグメント１及びセグメント２に印加される電位が切り
換えられて、セグメント１及び２はｍ／ｚ選択モードで動作する。

【００７４】 ５．第２発生フラグメントイオンの選択ｍ／ｚ範囲がセグメント２に収集され
る。その結果生じた第２発生フラグメントイオンの集団は再加速され十分な運動
エネルギーを伴ってセグメント３を通りセグメント４に入射して、選択第２発生
イオン集団のＣＩＤフラグメンテーションを引き起こす。 ６．セグメント４は再びトラップモードで動作する。実験が第３発生イオンで
終了する場合は、その結果生じたセグメント３内のイオン集団はＴＯＦ質量分析
される。ＭＳ／ＭＳ³を超えるｎ発生イオンが必要な場合は、ステップ４又はス テップ４、５が繰り返されて、ＭＳ／ＭＳⁿ発生フラグメント又は生成イオン等 が生成される。トラップされたイオン集団は、そのほんの１部分だけを用いて各
ＭＳ／ＭＳステップにおいてサンプリングされ、ＴＯＦ質量分析される。全イオ
ン集団が多極イオンガイド８から空にされるまで、ＴＯＦ質量分析は、最終ＭＳ
／ＭＳⁿ番目ステップの後に行われる。

【００７５】 ７．細管出口端部１４に印加される電圧は上昇して、一次イオンビーム内のイ
オンが再びスキマー開口２７を通って入り口端部９におけるセグメント化された
イオンガイド８に入射することが可能となる。 ８．１から７までのシーケンスが繰り返される。ＴＯＦ質量分析を用いるこの
ような方法によっていかなる数のＭＳ／ＭＳⁿステップをも構成可能となる。

【００７６】 共振周波数励起フラグメンテーション及びＤＣイオン加速ＣＩＤフラグメンテ
ーションの組合せを用いるＭＳ／ＭＳⁿ質量分析の別の例を、連続的一次イオン ビームの動作を用いないで以下に説明する。 １．セグメント１を非ｍ／ｚ選択ＲＦだけモードで動作させて、イオンをＣＩ
Ｄフラグメンテーション無しにセグメント２に入射させる。

【００７７】 ２．セグメント２はトラッピング又は非トラッピングを伴う質量選択モードで
動作して、選択ｍ／ｚイオンをＤＣ加速フラグメンテーション無しにセグメント
３を通ってセグメント４に送出する。 ３．セグメント３は、ｍ／ｚ選択親イオンの共振周波数励起フラグメンテーシ
ョンを用いるトラッピングモードで動作する。共振周波数の補足的集合を同時に
印加して、選択ｍ／ｚ値イオンは保持しながら不要な第１発生フラグメントイオ
ンを拒否する。ｍ／ｚ選択第１発生フラグメントイオンの内部エネルギーは、親
イオンのＣＩＤフラグメンテーションのあいだセグメント４内で増加する。第１
発生ｍ／ｚ選択フラグメントイオンは、所定の時間、又は所望のイオン集団密度
に達して短時間ＴＯＦイオンサンプリングによって点検されるまで、セグメント
４内に蓄積する。

【００７８】 ４．セグメント４が所望のイオン密度レベルまで満たされると、細管出口電極
に印加される電位を下げることによって、一次イオンビームはスキマー開口２７
を通過するのを防止される。 ５．選択第１発生フラグメンテーションイオンは逆方向に加速され十分な運動
エネルギーを伴ってセグメント４からセグメント３を通ってセグメント２に入り
、ＣＩＤフラグメンテーションを引き起こす。

【００７９】 ６．第１発生イオン及び第２発生フラグメントイオンを受けるのに先立って、
セグメント１の極に印加された電位を切り換えて、第２発生フラグメントイオン
の質量選択のために質量選択モードで動作する。 ７．ＭＳ／ＭＳフラグメンテーションをさらに望む場合は、多極イオンガイド
８内にトラップされた全イオン集団に対して、ステップ２から６が繰り返される
、又はＴＯＦ質量分析が行われる。

【００８０】 ８．ＴＯＦ質量分析が完了し多極イオンガイド８が空になると、一次イオンビ
ームはスキマー開口２７を通って多極イオンガイド８のセグメント１に入射する
ことが再び可能となる。ステップ１から７を繰り返してＭＳ／ＭＳⁿ質量分析が 継続可能となる。 米国特許出願第０８／６９４、５４２号に説明されているように、イオンを加
速して第３真空ポンプ段７３のより低圧領域内の出口端部１１から多極イオンガ
イド８内へ戻すことによって、より高いエネルギーのＣＩＤフラグメンテーショ
ンが実現可能となる。レンズ３３及び３４に印加される電圧を急速に高めること
によって、レンズ３３及び３４間の間隙内にゲーティングされるイオンの電位が
上昇する。レンズ３３に印加される電位はそれから低下してイオンを加速し多極
イオンガイド８内へ戻す。逆方向ＤＣ加速イオンは、イオンガイド８の長さを又
は個々のセグメント１から４を横断する際に、多極イオンガイド８内の背景気体
に衝突する。同様に、セグメント３又はセグメント３及び４の組合せを用いて、
イオンをそれぞれの方法で逆方向に加速してセグメント２に入射させ、イオン集
団の内部エネルギーを急速に増大させる。しかしながら背景衝突気体の存在下で
セグメント３からのイオン加速が起こるので、到達可能なイオン終端速度は、イ
オンガイド出口端部１１における無衝突領域からの加速イオンによって達せられ
る速度よりも小さくなり得る。ＭＳ／ＭＳⁿ実験を行うことができる３次元の又 はＦＴＭＳのシステムとは異なり、図１に示すセグメント化されたイオンガイド
ＴＯＦハイブリッドは、より広い範囲の衝突エネルギーを送出してイオンフラグ
メンテーションを行うことができる。制御ＭＳ／ＭＳⁿ機能のシーケンスはＤＣ 及びＡＣ電圧スイッチ及び電源の直接的なコンピュータ制御によって簡略化され
る。

【００８１】 適切な電位に設定された２つのＤＣ電源間を切換えることによって、ＤＣオフ
セット電位の急速な切換えが可能となる。各セグメントの極はスイッチを通じて
ＡＣ及びＤＣ電源のセットに接続される。各極に印加される一次ＲＦは、容量性
カップリングを通して個々のＲＦ源から直接接続される。ＤＣ電圧成分はＲＦカ
ップリングキャパシタの後に追加され、共振周波数ＡＣは、ＲＦカップリングキ
ャパシタの後に接続することによって各極に容量性カップリングされ得る。計器
の状態を変化させるのに必要な全てのスイッチの状態を同時に変えることができ
るコンピュータプログラムを通じて、各スイッチの状態を制御できる。ＲＦ及び
ＤＣ電源の振幅及び周波数は、同じコンピュータ制御プログラムを用いるディジ
タル−アナログ変換器のようなインタフェースを通じて設定することができる。
そのようなコンピュータ制御システムを用いると、スイッチ、制御信号及び遅延
パターンの特定のセットをプログラムすることによって、ＭＳ／ＭＳⁿ実験シー ケンスを実現することができる。制御シーケンスはデータ獲得運転の初期化の前
に使用者によって選択でき、状態の変化は受取ったデータに基づいて運転中に起
こるようにプログラムすることができる。例えば親質量スペクトルにおける最大
のピークを選択するために、データ依存ソフトウェア判定を用いることができる
。そして最大振幅親ピークは、選択されかつ実質的にフラグメントされたｍ／ｚ
である。

【００８２】 多極イオンガイド８のセグメント３は、電気的かつ機能的にセグメント２、４
をデカップリングするように働く。イオンはセグメント２内にトラップされ、セ
グメント３に印加されるＤＣオフセット電位が上昇してイオンをトラップし低下
してイオンをセグメント２からセグメント３へ送出する際に、放出される。多極
イオンガイド２０４が３つのセグメントから構成されるセグメント化多極イオン
ガイドＴＯＦハイブリッド計器の代りの実施形態を図２に表す。セグメント化さ
れたイオンガイド８のセグメント３を取り除いて、動作シーケンスを単純化し電
子部品のコストを低減した。図２に示される３セグメント多極イオンガイドの実
施形態によって、図１に示す実施形態で表されるほとんどのＭＳ／ＭＳⁿシーケ ンスが運転可能となる。図２に示すセグメント化されたイオンガイドＴＯＦハイ
ブリッド計器は、電気噴霧イオン発生源２１２、４つの真空ポンプ段２０８、２
０９、２１０、２１１、セグメント化されたイオンガイド２０４、及びＴＯＦ質
量分析器２６１から構成される。示される実施形態において、ＴＯＦ質量分析器
２１４はステアリングレンズセット２６２で構成されて、イオンの検出器２１２
への衝突の位置を調整する。セグメント化された多極イオンガイド２０４は、第
１セグメント２０１、第２セグメント２０２、及び第３セグメント２０３から成
る。セグメント２０１、２０２の極は、ジョイント２０６において結合している
が互いに電気的に絶縁されている。同様にセグメント２０２、２０３の極は、ジ
ョイント２０７において結合しているが互いに電気的に絶縁されている。セグメ
ント２０３は、第２真空ポンプ段２０９から２１０に連続的に延長する。各多極
イオンガイドのセグメント２０１、２０２、２０３はそれぞれ独立に、単一又は
複数ｍ／ｚ範囲選択及び／又は共振周波数励起モードで動作する。

【００８３】 第２段２０９内の背景圧力は約０．１ミリトールに維持されて、安定した軌道
イオンエネルギーの衝突減衰を可能にし、また各多極イオンガイドセグメントに
おいてイオンのＣＩＤフラグメンテーションを可能にする。セグメント２０１の
入り口端部２１３における局所的圧力２１３は自由噴流の拡張のためにより高い
ので、多極イオンガイド２０４の入り口におけるイオンガイド捕獲効率を増大さ
せるように作用する。セグメント間に適切な相対的ＤＣオフセット電位を設定す
ることにより、イオンは、ＣＩＤフラグメンテーションを伴って又は伴わないで
、一方のイオンガイドセグメントから他方へとどちらの方向へも伝達することが
できる。セグメント２０２及び２０３の間の短いセグメントが無くなることによ
って、セグメント２０３はセグメント２０２とのより密接に関連した動作を必要
とする。例えばセグメント２０２は、セグメント２０２、２０３間の相対的オフ
セット電位を変更すること無しに、イオントラップ及び放出モードで動作するこ
とはできない。したがって変数及び成分を減らすことにより計器の動作がある程
度単純化され、コストが低減される。

【００８４】 図３に示すようにセグメント化されたイオンガイド３０８内のセグメント数を
増やすことによって、システムのフレキシビリティ及びある程度の複雑性を増し
て、追加的な機能を実現できる。セグメント化されたイオンガイド３０８は、電
気絶縁性接合部３１０から３１６によってそれぞれ互いに絶縁された８個のセグ
メント３００から３０７で構成される。第１及び第２のセグメント３００及び３
０１は、図１でセグメント１及び２について説明された技法を用いて動作するこ
とができる。セグメント３０２、３０３、３０４、３０５は、セグメント３０１
及び３０６の間に構成されており、第２真空段３１７内に配置された。ＲＦだけ
モードで動作するセグメント３０２から３０５に印加されるＤＣオフセットは、
より持続しかつ高いエネルギーのＤＣ加速を引き起こして、セグメント化された
イオンガイド３０８に沿う両方向へのイオンフラグメンテーションを実現するよ
うに設定することができる。あるいは、セグメント３０２から３０５は、ｍ／ｚ
選択又は共振周波数励起イオンフラグメンテーションモードにおいて単一セグメ
ントとして動作することた可能である。ｍ／ｚ選択モードにおけるセグメント３
０２から３０５の動作を組合わせることによって、連続的な一次イオンビーム２
０９を用いるＭＳ／ＭＳ³実験を実行して感度を最大化することが可能となる。 真空段２内に構成された多極イオンガイドのセグメントの数を増やすことによっ
て、第２真空段３１７内のより高い背景圧力下においても、多極イオンガイド３
０８を通るイオンの伝達速度を増大させることが可能となる。セグメント３００
から３０６の間に印加される低電圧ＤＣオフセットの勾配は、背景気体とのより
高いエネルギーの衝突を通じてイオンの内部エネルギーを増大させること無しに
、イオンを軸方向に移動させるように作用する。セグメント３０７が多極イオン
ガイド３０８の出口端部３１８に追加されて、イオンをセグメント３０６内にト
ラップしまた多極イオンガイド３０８からＴＯＦパルス化領域３２０内へゲーテ
ィングするための代替的手段として機能する。レンズ３２１に印加される減速電
位を用いる場合と比べて、セグメント３０７の極に印加されるＤＣオフセット電
位によるトラッピングは、出口端部の周縁フィールド効果のために起こり得るい
かなる収束ズレ効果をも軽減する。セグメント３０７は主にＲＦだけイオン伝達
モードで動作して、多極イオンガイド３０８の出口端部３１８における非対称な
ＤＣ周縁フィールド効果を軽減又は取除く。セグメント３０６は極に印加される
ＡＣ及びＤＣを伴うｍ／ｚ選択モードで動作してもよい。セグメント３０７は、
多極イオンガイド３０８のイオン収束ズレ及び加速領域出口端部３１８からのセ
グメント３０６によって作られた周縁フィールド効果を効果的にデカップリング
する。セグメント３０７はイオンのＴＯＦパルス化領域３２０内への収束を可能
にして、セグメント３０６の動作条件とは関係なく最適化される。図３に示す実
施形態は、ｍ／ｚ選択及びイオンフラグメンテーション技法の範囲を含むＭＳ／
ＭＳⁿ実験の実行における高度のフレキシビリティを提供する。

【００８５】 ３セグメント多極イオンガイド４０８がハイブリッドＡＰＩＴＯＦ質量分析器
内に構成されている本発明の実施形態を図４に示す。３セグメント多極イオンガ
イド４０８は、より高い背景圧力真空段４１１からより低い背景圧力真空段４１
２へ連続的に延長する。セグメント４０２はＲＦだけモードで動作してイオンを
ＴＯＦパルス化領域４１５内へ伝達する、又は米国特許出願第０８／６９４，５
４２号に説明されているようにＴＯＦ質量分析とカップリングする際に全ＭＳ／
ＭＳⁿ機能の性能を伴って構成される２次元トラップとして動作する。図４の実 施形態は、米国特許出願第０８／６９４，５４２号に説明されている実施形態か
らの２つの追加的セグメントを含む。セグメント４０１及び４０３は、それぞれ
入り口及び出口端部４１６、４１７において多極イオンガイド４０８に入射する
又はそこから出射するイオンの軌道への効果からセグメント４０８の動作モード
の効果をデカップリングするように作用する。例えばセグメント４０１はＲだけ
モードで動作して、イオンを入り口領域４１６からセグメント４０８内へ効果的
に伝達する。入り口端部４１６において多極イオンガイド４０８に入射するイオ
ンの運動エネルギー及び軌道は、背景気体との衝突的相互作用によって減衰する
。セグメント４０１を横断するイオンは、ＤＣ周縁フィールドの収束ズレ効果が
イオン伝達効率にほとんど影響を与えないセンターライン４１８により接近して
セグメント４０８に入射する。セグメント４０３に印加されるＤＣオフセット電
位を切換えて、イオンをセグメント４０２内にトラップする、又はセグメント４
０２からＴＯＦパルス化領域４１５内へゲーティングすることができる。パルス
化領域４０２を横断するイオンはＴＯＦドリフト領域４１４内へパルス化されて
、質量分析される。線形ＴＯＦフライトチューブの形状は、イオン反射器の形状
を含むフライトチューブ形状の代りの実施形態として図４に表されている。

【００８６】 ＲＦだけモードで動作するセグメント４０３は、セグメント４０２の異なる動
作モード中に起こりかねないセグメント２の出口端部での周縁フィールドの差を
シールドすることによって、多極イオンガイド出口領域４１７からＴＯＦパルス
化領域内４１５への一貫したイオン軌道を確立する。セグメント４０１はまたｍ
／ｚ選択及び／又はフラグメンテーションモードで動作可能であり、親又は生成
イオンは、セグメント４０１及び４０２の間で順方向又は逆方向に伝達可能であ
る。従って、前記の実施形態及び米国特許出願第０８／６９４，５４２号に説明
されている共振周波数ＣＩＤ機能を補足する、セグメント４０１、４０２間のＤ
Ｃイオン加速によって、イオンをフラグメントすることが可能となる。セグメン
ト４０３を横断するイオンは加速されてセグメント４０２内に戻って、真空段４
１１内に延長するセグメント４０２のその部分におけるＣＩＤイオンフラグメン
テーションを引き起こす。セグメント４０３から４０２内への逆方向イオンパル
ス化は、出口領域４１７内のイオンのエネルギーを先ず上昇させてイオンを加速
しセグメント４０２に入射させるような同期方法によってセグメント４０３の極
及びレンズ４１８に印加されるＤＣ電位を切換えることによって実現することが
できる。イオンをセグメント４０３から４０２へ加速するために２つのエレメン
ト間に印加された電圧差に伴って、レンズ４１８及びセグメント４０２の極から
セグメント４０３への何らかのＤＣ電界貫通が起こり得る。図４に示す実施形態
によって、多極イオンガイドセグメントの数の減少による機能的フレキシビリテ
ィの何らかのトレードオフを伴う費用効果の高い構成の完全なＭＳ／ＭＳⁿ機能 が可能になる。

【００８７】 セグメント化された多極イオンガイド４４８が第１真空ポンプ段４５０内に延
長するように構成されている、３セグメント多極イオンガイドの代りの実施形態
を図４ｂに示す。電気噴霧イオン発生源４５２内で生成されるイオンは細管４５
３を通って第１真空ポンプ段４５０内に移動する。出口端部４５４で細管４５３
から出るイオンは、第１多極イオンガイドセグメント４４１に入射し、そこでセ
グメント４４１上の極に印加されるＲＦ電界によって半径方向に閉じ込められる
。セグメント４４１の極に印加される電界によって定められる安定ウインドウ内
に落下するｍ／ｚ値のイオンは、セグメント４４１を通ってセグメント４４２内
に伝達される。ＴＯＦ質量／電荷分析によるＭＳ／ＭＳⁿ機能は、図４に示す３ セグメントイオンガイドに対して説明されのと類似の技法を用いて実現すること
ができる。セグメント化されたイオンガイド４４８の代替例は真空段４５０内に
延長するセグメント４４２を含んでもよい。追加的な多極イオンガイドを、真空
段４５４内に延長する多極イオンガイド４４８のその部分に付け加えることがで
きる。この構成によって、分析のためのより低圧の動作に望ましいより高い背景
圧力下での質量／電荷選択及びイオンフラグメンテーション機能が可能となる。
セグメント化された多極イオンガイドの構成への追加的な変更例を図５から７に
示す。

【００８８】 図５に示すセグメント化多極イオンガイドの実施形態はＴＯＦパルス化領域５
０７内に延長するように構成される。多極イオンガイド５０８の長さを横断する
イオンは、セグメント５０１、５０２、５０３を通過してセグメント５０７内に
伝達される。セグメント５０３、５０４の極及びレンズ５０７に印加される相対
的ＤＣ電圧は、イオンをセグメント５０４内にトラップする。セグメント５０４
内にトラップされたイオンは、ＲＦ電圧成分をカットオフしセグメント５０４の
極に非対称ＤＣ電位を印加して２つの極間の間隙を通って半径方向にイオンを加
速することによって、ＴＯＦドリフト領域５０１内へパルス化される。ＴＯＦ質
量／電荷分析を伴う完全な全ＭＳ／ＭＳⁿ機能は図５に示される実施形態によっ て実現される。セグメント５０１、５０２、５０３は個別に又は相補的に動作し
て、ＴＯＦ質量／電荷分析に先立ってイオンのｍ／ｚ選択及び／又はＣＩＤフラ
グメンテーションを実現する。パルス化の前にセグメント６内にトラップされた
イオンは、セグメント６の軸に沿ってどちらの方向へも移動できる。セグメント
６は低圧領域内に常駐しているので、背景気体と衝突するイオンはほとんど無い
。従って、ＴＯＦドリフト領域５１０内へのパルス化に先立って、セグメント６
内でイオンの軸方向速度の減衰は起こらない。必要とされる軌道を持ちＴＯＦチ
ューブ内の検出器に衝突するイオンの数を増大させるために、イオンは初期第１
通過の間セグメント５０６からパルス化されなければならない、又は非常に低い
軸方向運動エネルギーを伴ってセグメント６内に伝達されなければならない。後
者は、パルス化領域充填時間が非常に長いのでＴＯＦパルス速度の減速を来たし
かねないという欠点を持つ。パルス化に先立つＲＦ電界によるセグメント６内の
イオンの半径方向の運動は、ＴＯＦドリフト領域５１０内にパルス化されるイオ
ンの空間的及び内部的エネルギーの拡散に寄与する。パルス化領域として構成さ
れる２次元のトラップとともに動作する場合に考慮されなければならない追加的
な制約は、通常ＴＯＦ分析器に用いられる複数チャネルのプレート検出器は、典
型的にはおよそ１００である限定された瞬間的電荷空乏ダイナミックレンジを持
つことである。多すぎるｍ／ｚ値のイオンが２ナノ秒時間ウインドウ内で検出器
に到達すれば、検出器の出力は飽和に達し、その結果信号の振幅の歪みをもたら
す。トラップされたイオンをＴＯＦドリフト領域内５１０にパルス化する前にセ
グメント５０６内へのイオンの蓄積時間を短縮することによって、検出器の飽和
を回避することが可能となる。構成ステアリングレンズセット５１１は、ＴＯＦ
検出器に衝突するパルス化されたイオンの軌道を最適化するのに役立つ。

【００８９】 ハイブリッドＡＰＩ発生源多極イオンガイドＴＯＦの代りの実施形態を図６に
示す。図６を参照すると、追加的多極イオンガイド６１０が、セグメント化され
たイオンガイド６０８とＴＯＦパルス化領域６１１の間に構成されている。多極
イオンガイド６１０は、仕切６１４で囲まれた領域６１２に気体が添加されたと
きには衝突セルとして動作し、又はｍ／ｚ選択モードで動作する。セグメント化
イオンガイド６０８を含むセグメント６０１、６０２、６０３は個別に又は集団
でｍ／ｚ選択及び／又はＣＩＤイオンフラグメンテーションモードで動作して、
ＴＯＦ質量／電荷分析を伴うＭＳ／ＭＳⁿ機能を実現することができる。多極イ オンガイド６０８の各セグメントは単一通過モード又はイオントラッピングモー
ドで動作可能である。さらにイオンはｍ／ｚ選択されて、多極イオンガイド６１
０においてＣＩＤでフラグメントされる。多極イオンガイド６０８は、セグメン
ト６０３から出射するイオンが背景気体衝突からの散乱を被らないより低圧の真
空段６１５内に連続的に延長する。多極イオンガイド６１０へのイオン伝送効率
は真空段６１３内の背景圧力による影響を受けない。多極イオンガイド６１０を
含む第２の及び判明ＣＩＤイオンフラグメンテーション領域６１２の構成によっ
て、第２真空段６１３内にある気体とは異なる衝突又は反応性背景気体の導入が
可能となる。図６に示す実施形態によって、気体位相イオンの中性的反応、又は
完全なＭＳ／ＭＳⁿ動作モード能力を伴うイオンＣＩＤフラグメンテーション用 の異なる気体の使用を検討することができる。多極イオンガイドは単一通過モー
ド又はトラップモードで動作して、イオンを連続的に放出してＴＯＦパルス化領
域６１１内にゲーティングする。追加的ＲＦ多極イオンガイドを多極イオンガイ
ド６１０とＴＯＦパルス化領域６１１間の真空段６１５内に構成して、ＣＩＤ領
域６１２と低圧に保たれている４番目の真空段６１８との間の圧力を低減するこ
とができる。米国特許出願第６０／０１７，６１９号に説明されているように、
多極イオンガイド６０８はまたイオンガイド６１０の極内に延長してイオン伝送
効率を向上させるように構成できる。

【００９０】 図６に示す二重多極イオンガイドの実施形態によって、いくつかの特殊化され
た動作モードを可能にするが、前に説明された実施形態に比べて全体の機能的フ
レキシビリティを低下させるかもしれない。 ＭＳ／ＭＳⁿ質量分析モードで動作できる多極イオンガイドハイブリッドＴＯ Ｆ質量分析器の代りの実施形態を図７に示す。セグメント７０１、７０２、７０
３で構成されるセグメント化多極イオンガイド７０８は第２真空段７１０内に位
置する。真空段７１１内に位置する第２多極イオンガイド７０４は気体仕切７１
３によって囲まれている。イオンガイド７０４を衝突セルとして動作させるのが
望ましい場合には、気体仕切７１３によって領域７１３内への衝突気体の追加が
可能となり、領域７１３内の圧力を上昇させる。第３多極イオンガイド７１４は
真空段７１１内に位置してイオンを多極イオンガイド７０４からパルス化領域７
１２内に効果的に伝達し、より高圧の背景衝突領域７１３とより低圧のＴＯＦパ
ルス化領域７１２との間の十分な真空ポンプ機能を可能にする。多極イオンガイ
ドは、単一通過モード又はＴＯＦパルス化領域内７１２へのゲーティング機能を
伴うイオントラッピングモードで動作可能である。多極イオンガイド７０３、７
０４を判明真空段に分離することによって、特に多極イオンガイド７０８のため
の多極イオンガイド形状におけるフレキシビリティを増すことができる。１つ以
上の真空段内に延長する多極イオンガイドは、比較的小さい内径（小さいｒ₀） で構成され、１つの真空段から次の真空段への中性気体のコンダクタンスを最小
化する。気体コンダクタンスの最小化は、所与の背景圧力の目標に対する真空ポ
ンプ機能のコストを低減する。多極イオンガイド７０８、７０４、７１４の極は
真空段７１０から始まり７１１で終わるので、どちらの多極イオンガイドの形状
に課された真空ポンプ機能の制約も存在しない。イオンガイド７０８、７０４又
は７１４の内半径（ｒ０）は、図７に示す実施形態における真空ポンプ機能の要
件のために制約されない。

【００９１】 前記の実施形態と同様に、真空段７内の背景圧力を十分高く維持して、イオン
が多極イオンガイド７０８の長さを横断する際に、背景気体とイオンとの衝突が
確実に起こるようにする。共振周波数励起又はセグメント間ＤＣイオン加速の技
法を用いると、真空段７１０内の背景圧力によって、多極イオンガイド７０８を
横断するイオンのＣＩＤイオンフラグメンテーションが可能となる。多極イオン
ガイド７０８内の各セグメントは独立に、又はｍ／ｚ選択又はＣＩＤイオンフラ
グメンテーションモードの他のセグメントと結合して動作することができる。真
空仕切及び静電レンズ７０７に印加される電圧は、イオンをセグメント７０３か
ら多極イオンガイド７０４に送出するように、又はイオンを多極イオンガイドセ
グメント７０３内にトラップするように設定することができる。隣接するセグメ
ントに適切な相対ＤＣオフセット電位を設定することによって、多極イオンガイ
ド７０８内の各セグメントはトラッピング又は非トラッピングモードで動作でき
る。衝突気体が領域７１３内に存在する場合、同様に多極イオンガイド７０４が
ｍ／ｚ選択モード又は共振周波数励起ＣＩＤフラグメンテーションモードで動作
できる。イオンはまたＤＣ加速されて十分な運動エネルギーを持って多極イオン
ガイド７０４内に入射して、ＣＩＤフラグメンテーションを引き起こす。多極イ
オンガイド７０８及び７０４で行われるｍ／ｚ選択ステップとＣＩＤイオンフラ
グメンテーションの組合せは、ＴＯＦ質量分析を伴う様々なＭＳ／ＭＳⁿ分析機 能を実現するように構成することができる。図６に示す実施形態においては、真
空段７１０内の背景気体とは異なる衝突気体又は反応気体を領域７１３内に導入
することができる。選択されたイオン−分子反応は、ｍ／ｚ選択及び／又はフラ
グメント化生成イオンを多極イオンガイド７０４に送出する多極イオンガイド７
０８を伴って、適切な反応気体を領域７１３に追加することによって検討するこ
とができる。その結果生じる、多極イオンガイド７０４を通過する又はそれにト
ラップされるイオンは、実質的にＴＯＦ質量分析される。

【００９２】 図１から７に示される実施形態は、質量／電荷選択及びイオンフラグメンテー
ションがより高圧の領域で起こる多極イオンガイドＴＯＦハイブリッド質量分析
器の構成のいくつかの例である。本発明は、示される特定の実施形態及び説明さ
れる特定の技法に限定されない。例えばセグメント化されたイオンガイドの代り
に、個々のイオンガイドはより高い背景圧力領域に位置して、ＭＳ／ＭＳⁿ分析 におけるｍ／ｚ及びイオンフラグメンテーションのステップを実行するために用
いることができる。この配置によって異なるＲＦ周波数を潜在的にフレキシビリ
ティを増大させる各分離多極イオンガイドに印加することが可能となるが、シス
テムのコスト及び複雑さがそれに比例して増大する。示される４つの真空ポンプ
段の実施形態は、より高い背景圧力真空領域内の多極イオンガイドにより実行さ
れるｍ／ｚ選択及び／又はＣＩＤフラグメンテーションを伴う２段、３段又は５
段の真空システムとして構成することができる。多極イオンガイドＴＯＦハイブ
リッド計器によって異なるイオン発生源を構成できる。真空中で動作するイオン
発生源でさえ、より高い背景真空圧力で動作する多極イオンガイドで構成される
。真空中で動作するイオン発生源によって、多極イオンガイドを含む真空領域に
気体を追加して、より高圧のｍ／ｚ選択及びイオンフラグメンテーションモード
で動作させることができる。本発明はＴＯＦ質量分析器の形状の変形例に適用で
きる。例えばＴＯＦ質量分析器は、インラインパルス化領域、湾曲電界イオン反
射器、又は離散ダイノード増倍管で構成してもよい。代りの実施形態においては
、より高圧の領域に位置するセグメント化多極イオンガイド又は個々の多極イオ
ンガイドの部分はまた、ｍ／ｚ分析又はｍ／ｚ選択モード又はこれらの個々の動
作モードの組合せで動作するとともに、イオン伝達、イオントラッピング、及び
全てのフラグメンテーションモードで動作するように構成することが可能である
。当業者にとって、図１から７に説明された実施形態の中で議論されたフラグメ
ンテーション、ＣＩＤ、質量選択、及びＭＳ／ＭＳ方法の全てを本発明の代りの
実施形態の中で実行することができる。 イオンガイド高圧ＭＳ／ＭＳⁿ四極 ＡＰＩ源と経過時間質量分析器の場合に既に述べたように、多極イオンガイド
の重要な特徴は、イオンは、イオンガイド又は個々のセグメントの一方の端に入
ると同時に、そのイオンガイド又はセグメントの他方の端から放出することがで
きるということである。この特徴によって、連続イオンビームを受領するセグメ
ント化されたイオンガイドは、イオンガイド中にあるイオンの１部を選択的に質
量分析器中に放出することができるが、この分析器はこの放出されたイオンに対
して質量分析を実行する。このようにして、イオンは質量分析ステップ同士間で
失われることはない。本発明のこの態様の別の具体的な実施形態は、追加の四極
質量分析器又は多極イオンガイド衝突セルと組み合わされたりされなかったりす
るセグメント化された多極イオンガイドを持ったＡＰＩ源の構成である。本発明
によるこの実施形態では、四極のセグメント化されたイオンガイドは自分自身が
、セグメント化されたイオンガイドの全長の１部が１０^-4トールを越える圧力下
で操作されるＭＳ又はＭＳ／ＭＳⁿ質量分析器として構成されている。必要とあ れば、電子増倍管検出器は、図示の実施形態では低背景圧力領域に構成してそう
さしてもよい。質量分析器又はその１部として構成されたセグメント化された多
極イオンガイドは、性能と分析能力を向上させ、直列に構成された互いに分離し
た多極イオンガイドよりも経費と複雑性を減少させることができる。

【００９３】 図１０に、５個のセグメント四極セグメント化イオンガイドがＡＰＩ ＭＳ計
器として構成されている本発明によるある実施形態を示す。多極イオンガイド１
００８は、セグメント１００１、１００２、１００３、１００４及び１００５に
、これらセグメント個々をそれぞれ分離する電気的に絶縁された接合部１０１８
、１０１９、１０２０及び１０１７を備えたもので構成されている。第２の真空
段１０１６中の真空仕切１０２３に至るまで、電気噴霧源１０１２とセグメント
化多極イオンガイド１００８から成る構成は、図１に描く実施形態と類似してい
る。第２の真空段１０１６は１０^-4トールを越える値に保たれている背景圧力で
操作される。共通のＲＦ周波数を、場合によっては別のＲＦ振幅と共に、イオン
ガイド１００８中の多極イオンガイド中のすべてのセグメントに印加し、これに
よって、セグメント間のイオン伝達効率を最大化する。図１０に略図を示す実施
形態では、ＴＯＦ質量分析器は追加の多極イオンガイドセグメント１００５と置
き換えられている。多極イオンガイドセグメント１００５は、１０^-4未満の背景
圧力に保たれている第３の真空段１０１７中に位置している。セグメント１００
５は、四極の質量分析器であるので、スキャニングモードでも選択済みイオン監
視モードでも操作され得る。図１０に示す実施形態は、従来型の三重四極構成で
実行されるあらゆる分析機能及び追加のＭＳ／ＭＳ分析機能を実行することがで
きる。前の節でリストアップした４つの基本的なＭＳ／ＭＳモードの従来型の三
重四極分析機能を簡便化するために以下に繰り返す。三重四極は次の技法で操作
できる： １．第３の四極をスキャニングしながら、第１の四極中の選択されたｍ／ｚ範
囲と、ＲＦだけ衝突セル中のフラグメント化された選択イオンとを伝送する技法
、 ２．中性損失をスキャニングする技法であり、この場合、第１と第３の四極は
固定したｍ／ｚオフセットで同時にスキャニングされる、 ３．第３の四極を設定しながら第１の四極をスキャニングして、選択されたｍ
／ｚ範囲を送出する技法、 ４．第１と第３の四極の双方を、スキャニングすることなく様々なｍ／ｚ値を
送出するように設定して、選択されたフラグメンテーションイベントを監視する
技法。

【００９４】 上記の技法はすべて、次の構成を用いることによって、図１０に示す実施形態
によって達成することができる。 １．所望のｍ／ｚ値範囲を送出するように印加ＲＦ振幅が設定された単一通過
式（非トラッピング）ＲＦだけモードでセグメント１００１を操作する。 ２．単一通過式（非トラッピング）ｍ／ｚ選択モードでセグメント１００２を
操作する。上記の機能２と３の場合、セグメント２は、所望のスキャニング速度
と所望のイオンｍ／ｚ値範囲を越える値とでｍ／ｚ選択モードで繰り返しスキャ
ニングされる。セグメント１００２、１００３、１００４及び１００５に印加さ
れる相対的ＤＣオフセット電位は、十分なエネルギでセグメント１００３と１０
０４からセグメント１００５中に質量／電荷選択されたイオンを加速し、これに
よって、セグメント１００３と１００４中の加速されたイオンをＣＩＤフラグメ
ンテーションさせるよに設定される。セグメント１００４の入り口端中の背景圧
力を十分高い値に維持し、これによって、フラグメンテーション後の軸方向のイ
オン軌道を減衰させて、エネルギ拡散の低いイオンビームを達成することができ
る。このようにして、セグメント１００５に入るイオンのイオンエネルギは、セ
グメント１００４と１００５に印加される相対的なＤＣオフセット電位によって
決まる。

【００９５】 ３．セグメント１００５が質量／電荷選択モードで操作される。イオン質量／
電荷値選択範囲は、上記の三重四極ＭＳ／ＭＳ技法３と４でのように固定しても
良いし、上記の技法１と２で必要とされるようにスキャニングしてもよい。セグ
メント１００２と１００５のｍ／ｚ選択スキャニング傾斜を同期させて、中性損
失のスキャニング、すなわち上記の技法２を達成したり、又は、選択されたフラ
グメンテーションイベントの監視、すなわち上記の技法４を達成したりすること
ができる。

【００９６】 ４．後出のイオンを変換ダイノード１００７中に加速して、結果生じる生成物
を電子増倍管１０２４で検出することによってセグメント１００５からレンズ１
００６を通過するイオンを検出する。 図１０に示す実施形態は、第１と第３の分析四極を低真空領域中で操作して背
景気体とのイオンの衝突を最小化する従来型の三重四極形状では不可能な追加の
分析機能を実行することが可能である。例えば、非トラッピング連続イオンビー
ムＭＳ／ＭＳ²分析を、セグメント１００１を質量／電荷選択モードで操作して 、セグメント２中でＣＩＤフラグメンテーションさせるに十分なエネルギで、選
択されたイオンをセグメント１００２中に加速することによって達成することが
できる。セグメント１００１は、静的モード又はスキャニングｍ／ｚ選択モード
で操作することができる。代替例として、生成イオンの内部エネルギを増加させ
ないことが望ましい場合には、ＭＳ／ＭＳ²分析を、共振周波数励起ＣＩＤイオ ンフラグメンテーションして実行することができる。これは、次のようにスキャ
ニングモードでも非スキャニングモードでも達成可能である： １．印加ＲＦ振幅を所望のｍ／ｚ値範囲を送出するように設定した状態でセグ
メント１００１を単一通過式（非トラッピング）ＲＦだけモードで操作させる。

【００９７】 ２．セグメント１００２を単一通過式（非トラッピング）ｍ／ｚ選択モードで
操作する。上記の機能２と３の場合、セグメント２は、所望のスキャニング速度
とと所望のイオンｍ／ｚ値範囲を越える値とでｍ／ｚ選択モードで繰り返しスキ
ャニングされる。セグメント１００２、１００３及び１００４に印加される相対
的ＤＣオフセット電位を、ＤＣ加速ＣＩＤフラグメンテーションさせることなく
セグメント１００３を介してセグメント１００４中に、質量／電荷選択されたイ
オンを加速するように設定する。セグメント１００４を共振周波数励起フラグメ
ンテーションモードで操作して、セグメント１００２によって選択されたｍ／ｚ
値イオンをフラグメントする。セグメント１００４中で生成された第１発生フラ
グメントイオンは、適切な相対的ＤＣオフセット電位が、イオンを最大のｍ／ｚ
選択分解能で最適に送出するように設定された状態でセグメント１００５中に移
動する。セグメント１００４の入り口端中の背景圧力は、フラグメンテーション
後の軸方向イオン軌道を減衰させて低エネルギ拡散のイオンビームを達成するに
十分高い値に保つことができる。このようにして、セグメント１００５に入るイ
オンのイオンエネルギは、セグメント１００４と１００５に印加される相対的Ｄ
Ｃオフセット電位によって決まる。

【００９８】 ３．セグメント１００５を質量／電荷選択モードで操作する。イオン質量／電
荷値選択範囲は、上記の三重四極ＭＳ／ＭＳ技法３と４の場合のように固定して
もよいし、上記の技法１と２の場合に必要とされるようにスキャニングしてもよ
い。セグメント１００２と１００５のｍ／ｚ選択スキャニング傾斜を同期させて
、中性損失スキャン、すなわち上記の技法２又は選択されたフラグメンテーショ
ンイベント、すなわち上記の技法４を達成することができる。

【００９９】 ４．セグメント１００５からレンズ１００６を介して通過するイオンを、この
イオンを変換ダイノード１００７中に加速し、結果生じる生成物を電子増倍管１
０２４で検出することによって検出する。 共通ＲＦ周波数によって、イオンをセグメント１００４から１００５に低エネ
ルギで効率的に伝達して、より高い分解能の質量／電荷選択を達成することがで
きる。イオンが多極イオンガイド１００８のどのセグメント中で一時的にトラッ
プされても、イオン常駐時間が増し、これによって、より高い分解能のｍ／ｚ選
択又は共振周波数励起のＣＩＤフラグメンテーションを達成することができる。
そのスキャン速度はイオントラップ速度と放出速度を、例えば、分離したｍ／ｚ
スキャンステップで整合させて、ＭＳ／ＭＳⁿ性能を向上させることができる。 高圧検出器を用いると、セグメント化された多極イオンガイド１００８全体を、
１つの高背景圧力真空段中に構成することができる。真空ポンプ段を解消すると
、システムのフレキシビリティの性能をほとんど又は全く劣化させることなく計
器の経費、サイズ及び複雑性が減少する。セグメント化された多極イオンガイド
１００８を１つの真空ポンプ段中に構成すると、内径に対するあらゆるサイズ制
限が解消されて、複数の真空ポンプ段同士間の中性気体コンダクタンスが最小化
される。代替例では、多極イオンガイド１００８もまた、真空段が２つ又３つあ
るシステム中で第１の真空段１０２５中に延長するように構成することができる
。高圧真空領域中に質量／電荷選択モードで多極イオンガイドで構成された三重
四極状の質量分析器の追加の代替実施形態を図１１から図１３に示す。

【０１００】 図１１は、３セグメント式の多極イオンガイド１１０８が分離した多極イオン
ガイド１１０４で構成されている本発明による代替実施形態の略図である。図１
１に示すこの実施形態は、四極１１０４を、セグメント１１０１、１１０２及び
１１０３から成るセグメント化された多極イオンガイド１１０８の形状とは異な
った形状の極で構成することが可能な図１０に示す実施形態の変更例である。多
極イオンガイド１００４は、多極イオンガイド１１０８に印加されるＲＦ周波数
とは異なったＲＦ周波数で操作することができる。三重四極ＭＳ機能とＭＳ／Ｍ
Ｓ機能の完全な分析は、上記の節で説明した技法を用いて、図１１に略図を示す
本発明による実施形態で達成することができる。

【０１０１】 セグメント化された多極イオンガイド１２０８が高圧真空圧力段１２１０中に
構成され、分離した多極イオンガイド１２０４によって描かれるロッド体積中に
延長する代替実施形態を図１２に示す。多極イオンガイドセグメント１２０３は
出口レンズ１２０５中に延長しているが、このレンズ１２０５を通って、イオン
は、例えば低エネルギでも多極イオンガイド１２０４中に効率的に伝達されるこ
とができる。完全な三重四極ＭＳ機能及びＭＳ／ＭＳ機能は、上記の節で説明し
たようにスキャニングモード、静的ｍ／ｚ選択モード及びＣＩＤフラグメンテー
ションモードでセグメント１２０１、１２０２及び１２０３並びに四極１２０４
を操作することによって達成することができる。

【０１０２】 追加の多極イオンガイド衝突セル１３１２が３真空段式の四極イオンガイド質
量分析器に付加されている本発明のある代替実施形態を図１３に示す。この３セ
グメント式多極イオンガイド１３０８は、低圧力真空段１３１５中に延長する高
真空圧力段中に構成されている。質量／電荷選択されたイオン及び／又はフラグ
メントイオンは、多極イオンガイド１３０８から、気体仕切１３１３によって囲
まれた衝突領域１３１２中に構成されている多極イオンガイド１３１０中に伝達
される。多極イオンガイド１３０４は、イオンが検出器１３０５によって検出さ
れる以前に最終的な四極質量分析器として働く。図６に示すＡＰＩ ＴＯＦハイ
ブリッド実施形態中の追加された多極イオンガイドに類似して、衝突気体すなわ
ち反応性気体を、真空段１３１４中の背景気体とは異なった領域１３１２中に導
入することができる。独立した衝突領域１３１２中に位置する追加の多極イオン
ガイド１３１０によって、ＭＳ／ＭＳⁿ分析における実験のフレキシビリティが 増す。連続ビームＭＳ／ＭＳ³実験は、ＤＣ加速技法又は共振周波数励起ＣＩＤ フラグメンテーション技法で動作する図１３に示す実施形態で達成することがで
きる。 イオンガイド高圧四極 本発明の１つの態様は、非セグメント化又はセグメント化されたイオンガイド
を高圧質量分析器中に組み込んでいる。質量分析器又はその１部として構成され
たセグメント化された多極イオンガイドは、性能と分析能力を向上させることが
できる。

【０１０３】 圧力が１ｘ１０^-4トールより高い、実質的には、多極イオンガイドの全長を横
断するイオンが中性背景気体と衝突する値にある第２のポンプ段１４０１から検
出器１４０３が位置している第３のポンプ段１４０２中に連続的に延長している
高圧動作式の非セグメント化された多極イオンガイドすなわち質量分析器１４０
０を図１４に示す。この質量分析器は、４つ、６つ、８つ又はそれ以上の数のロ
ッド又は極で構成できるが、多極イオンガイドで達成可能なｍ／ｚ選択分解能は
極の数が増すに連れて減少し、その結果、四極は質量分析器として一般に用いら
れている。したがって、この実施形態に示す質量分析器の場合、四極は提示され
たような構成となる。図１４に略図を示すこの四極の多極イオンガイドアセンブ
リ１４００は、共通のセンターライン１４０４の周りに等間隔で置かれた４つの
平行な極又はロッドから成る。理想的な四極質量分析器では、極の形状は双曲線
であるが、一般的には、製造しやすくするために、円状のロッドが用いられてい
る。円状ロッド１０４、１０５、１０６及び１０７を持つ四極の断面形状を図９
に示す。同じＡＣ電位とＤＣ電位が、ほとんどの四極動作モードに対して両側の
ロッド集合（１０４及び１０６並びに１０５及び１０７）に印加される。隣接す
るロッドは同じＡＣ振幅とＤＣ振幅を有するが、極性が逆である。加えて、共通
のＤＣオフセットをすべてのロッド１０４、１０５、１０６及び１０７に印加す
ることができる。

【０１０４】 本発明のこの実施形態では、非セグメント化四極質量分析器は第２のポンプ段
１４０１で始まるが、このポンプ段１４０１では、１ｘ１０^-4トールを越える圧
力、実質的には、多極イオンガイドの全長を横断するイオンが中性背景気体と衝
突する圧力にある。この多極イオンガイド質量／電荷分析動作又は選択動作は、
ＲＦ電位とＤＣ電位の組合せを印加し共振周波数を選択して不要なイオンｍ／ｚ
値を拒否し、ＲＦ周波数又は振幅値又はこれらの方法を組み合わせることによっ
て達成することができる。ｍ／ｚ分析動作モード又はｍ／ｚ選択動作モードでは
、イオンが背景気体と衝突すると、イオンが多極イオンガイドの全長を１回通過
して横断するに連れて半径方向と軸方向の選択されたイオンｍ／ｚ軌道がスロー
ダウンする。多極イオンガイド中でより多くの時間を費やすイオンはより多くの
数のＲＦサイクルを経験する。このようにして、低背景圧力でより従来の操作方
法で四極質量分析器を用いて達成されるより高いｍ／ｚ選択分解能をより短い多
極イオンガイド長に対して達成することができる。ＡＰＩ ＭＳシステムにおい
て高圧背景気体を用いる分析モードで多極イオンガイドを操作することによって
、真空ポンプ速度要件の減少したよりコンパクトなシステムの構成が可能となる
。小型となった多極イオンガイド構成によって駆動電子系の経費が下がり、高圧
動作によって真空システムの経費が減少する。このようなシステムは、中性背景
気体とイオンとの衝突を避ける又は最小化するに十分低く保たれている背景圧力
で操作される四極質量分析器を含む計器と比較して、ＡＰＩ ＭＳシステムの性
能を向上させることができる。溶剤が５００ｎｌ／分未満から２ｍｌ／分を越え
る値の流量でＡＰＣＩ噴霧器１４１７の先端１４０６に送出される大気圧化学イ
オン化（ＡＰＣＩ）源１４０５を構成することができる。この実施形態は、これ
らに限られないが、電気噴霧（ＥＳ）、誘導カップリングプラズマ（ＩＣＰ）、
グロー放電（ＧＤ）発生源、１つの発生源中の多極類似プローブ又は１つの発生
源中の互いに異なったプロー部の組合せなどの代替の発生源の内のどれによって
も再構成することができる。サンプル担持溶液を、液体送出システムでＡＰＣＩ
源１４０５中に導入することができる。液体送出システムは、これらの限られな
いが、自動注入器有る／無しの液体ポンプ、液体クロマトグラフや細管電気泳動
などの分離システム、スプリンジポンプ、圧力容器、重力供給式容器又は溶液リ
ザーバを含むことがある。ＡＰＣＩ源１４０５は、円筒形電極１４０７、コロナ
針１４０８、端プレート１４０９及び細管入り口電極１４１０に電位を印加する
ことによって操作される。逆流乾燥用気体１４１１は、ヒーター１４１２からＡ
ＰＣＩ源チャンバ１４０５に端プレートの前座金１４１３の開口１４１４を介し
て流れに対して方向付けされる。図１４に示すような真空に至るオリフィスは、
入り口オリフィス１４１６を持つ誘電性細管チューブ１４１５である。誘電性細
管チューブ１４１５から真空中に押し流されているイオンの電位が、米国特許第
４，５４２，２９３号に記載されている。正イオンを発生するためには、負のキ
ロボルト電位が、電極前座金１４１３を付けた端プレート電極１４０９と細管取
り入れ口電極１４１０に印加され、正のキロボルト電位が円筒形電極１４０７と
コロナ針１４０８に印加される。ＡＰＣＩ噴霧器１４１７とＡＰＣＩヒーター１
４１８は、動作中はグランド電位にとどまる。負イオンを発生させるには、上記
の電極の極性を逆転させる。代替例として、ノズルすなわち導電性（金属製）の
細管を真空に至るオリフィスとして用いる場合、操作中にキロボルト電位をＡＰ
ＣＩコロナ針１４０８と円筒形電極１４０７に印加することができる。加熱され
た細管は、逆流乾燥用気体有る／無しで用いられる真空に至るオリフィスとして
構成することができる。

【０１０５】 ＥＳ源とは異なって、ＡＰＣＩ源はイオン化に先立ってサンプルと溶剤分子蒸
気とを生成する。ＡＰＣＩイオン化プロセスは、電気噴霧とは異なって、気相分
子イオン／電荷交換反応を必要とする。サンプル溶液は、接続チューブ１４２０
からＡＰＣＩプローブ１４１７中に導入されて、ＡＰＣＩ取り入れプローブ先端
１４０６から空気噴霧式に噴霧される。この噴霧された液体小滴空洞１４２１を
横断してＡＰＣＩ気化器１４１８中に流入する。図示の実施形態では、空洞１４
２１は小滴分離器球で構成されている。分離器球１４２４は、噴霧器の取り入れ
プローブによって生成された噴霧から大きい小滴を除去して、これらが気化器１
４１８に入らないようにする。分離器球１４２４は、導入される溶液流量が少量
である場合は取り除いて感度を向上させることができる。液体の小滴は気化器１
４１８中で蒸発して、コロナ放電針先端１４２３の周辺及び／又は下流のコロナ
放電領域１４２２に入る前に蒸気を形成する。追加の補給気体流を独立に又はＡ
ＰＣＩ取り入れプローブアセンブリを介して追加Ｉして、小滴と結果生じる蒸気
をＡＰＣＩ源アセンブリを介しての移送を支援するようにしてもよい。円筒形レ
ンズ１４０７、コロナ放電針１４０８、前座金１４１３付き端プレート１４０９
及び細管取り入れ口電極１４１０に電位を印加することによって、電場が形成さ
れる。この印加された電位、逆流気体流１４１１及び気化器１４１８から出る気
体流全体は、コロナ針先端１４２３の周辺及び／又は下流の領域１４２２中に安
定したコロナ放電を確立するように設定される。大気圧化学イオン化によってコ
ロナ放電領域１４２２中で発生したイオンは、電場によって細管オリフィス１４
１６に向けて逆流浴槽気体１４１１に対して駆動される。イオンは細管オリフィ
ス１４１６から真空中に押し流されて、細管１４１５を通って第１の真空段１４
２５中に入る。細管が逆流乾燥用気体有る／無しで真空中に至るオリフィスとし
てヒーター１４２６で構成されている場合は、追加のエネルギを細管中の気体と
イオンに伝達することができる。この追加エネルギはフラグメンテーションのた
めのさらなる乾燥やさらなるエネルギ供給にとっては有る程度の時間にわたって
は有用である。第１の真空段１４２５に入るイオンの１部はスキマー１４２７か
ら第２の真空段１４０１中に方向付けされる。

【０１０６】 イオンは、大気圧イオン発生源１４０５中でサンプル担持液体から大気圧又は
ほぼ大気圧で発生される。このイオンは、真空仕切１４２８を介して通過する中
性背景気体によって搬送される誘電性細管チューブ１４１５から真空中に送出さ
れる。この中性背景気体は、出口オリフィス１４２９から真空中に膨脹し、この
膨脹の間に混入イオンを複数回の衝突によって加速しながら超音速噴流を形成す
る。１つ以上の真空ポンプ段を組み込んだ真空システムは、目的とするイオンが
ＡＰＩ源オリフィスから質量分析器の入り口を横断する際に背景中性気体を除去
するように構成されていた。複数の真空ポンプ段を構成して、格段に対して必要
とされるポンプ速度を最小化すれば、ＡＰＩ／ＭＳ計器の経費とサイズを減少さ
せることができる。一般的には、３つから４つの真空ポンプ段が低価格すなわち
ベンチトップ式ＡＰＩ／ＭＳ計器では用いられている。複数真空段式ターボ分子
真空ポンプの開発によって、３段さらに４段からさえ成る真空システムでも、各
段中に満足すべき背景圧力を達成するのにたった１つの回転式ポンプとたった１
つのターボ分子ポンプしか必要としない。ＡＣモード又はＲＦだけモードで操作
される多極イオンガイドは、第２の真空段１４０１及び／又は第３の真空ポンプ
段１４０２を介してイオンを効率的に移送する目的で、ＡＰＩ／ＭＳ計器中で広
く用いられてきた。この実施形態では、背景圧力を０．２から２トールに保って
、回転式真空ポンプを用いて、ポンプポート１４３０から第１の真空段１４２５
を真空排気する。自由噴流膨脹の１部は、真空仕切１４３１の１部であるスキマ
ー１４２７から、背景圧力がスキマーオリフィス１４３２のサイズ及びポンプポ
ート１４３３を介する第２の真空段１４３０１中でのポンプ速度によって１０^-4 から１０^-1トールの範囲に成り得る第２の真空段１４０１中に入る。イオンは、
真空仕切１４３４中を通過している質量分析器イオンガイドを介して第３のポン
プ段１４０２に送出されるが、この段はポンプポート１４３５から真空排気され
る。次に、イオンは質量分析器から出て、イオンを検出器１４０３中に収束させ
る出口レンズ１４３６を通過する。反射電極プレート１４３７もまた、イオンを
検出器中に収束する働きをする。この高圧四極システムは３つのポンプ段を有し
ている。質量／電荷分析又は選択の動作は、ＲＦ電位とＤＣ電位の組合せを印加
して共振周波数を選択して不要なイオンｍ／ｚ値を除去し、ＲＦ周波数又は振幅
をスキャニングし、又はこれらの方法を組み合わせることによって達成可能であ
る。加えて、従来型のＣＩＤプロセスだけを実行することができる。このＣＩＤ
プロセスは、細管を通ってくるすべてのイオンをフラグメント化するが、分子が
異なると結合力も異なるため、フラグメンテーション量の異なることがあり得る
。

【０１０７】 図１４に示す実施形態のさらなる延長例を図１５に示すが、同図には、圧力が
１ｘ１０^-4トールより高い、実質的に、多極イオンガイドの全長を横断するイオ
ンが中性背景気体と衝突するような圧力にある第２のポンプ段から連続的に、検
出器が位置する第３のポンプ段中に延長しているセグメント質量分析器イオンガ
イド１５００が示されている。この追加の実施形態のみをここでは概括するが、
図１４に関して説明されたすべてはそのまま図１５にも当てはまる。質量分析器
アセンブリ１５００は、第２の真空段１５０１から第３の真空段１５０２に連続
的に延長している。また、前述のように、四極が質量分析器として用いられてお
り、４つの平行した極又はロッドが共通のセンターライン１５０６の周りに等間
隔で置かれている。イオンガイドをセクションにセグメント化すると、各ロッド
はセクションに分割されるが、これらのセクションは、組み立てられると、１つ
の連蔵したロッドとして整合される。ロッドアセンブリ中の各セグメントは自身
の隣接するセグメントから電気的に絶縁される。絶縁物はロッドセクションによ
って構成されて、ロッドと境界を接する領域無いの電場を歪ませる空間電荷効果
を最小化している。図１５に示すように、これらお４つの連続したロッドはセグ
メント１５０３、１５０４及び１５０５に分けられ、また、絶縁接合部１５０７
と１５０８で隣接するセグメントから電気的に絶縁される。

【０１０８】 本実施形態はグロー放電（ＧＤ）発生源１４０９と共に図示されている。この
実施形態は、それに限られないが、電気噴霧（ＥＳ）、誘電カップリングプラズ
マ（ＩＣＰ）、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）源、１つの発生源中の複数の類
似プローブ又は１つの源中の様々なプローブの組合せなどの代替発生源の内のど
の発生源によっても再構成することができる。気体サンプルは実質的に大気圧以
下でポート１５１０中に導入することができる。ＧＤ発生源チャンバは、ポンプ
ポート１５１４に取り付けられているポンプによってこの圧力に保たれる。ＧＤ
発生源１５０９は、放電針１５１１と１５１２に電位を印加することによって操
作される。図１５に示すような真空に至るオリフィスはノズル又はスキマー１５
１３である。イオンはＧＤ発生源１５０９中で形成され、スキマー１５１３を通
って質量分析器に入る。

【０１０９】 質量選択は実行可能であり、例えば、セグメント１５０３と１５０５は、イオ
ン移送用のＲＦだけセグメントであり得るし、セグメント１５０４は質量選択モ
ードで動作するように構成されている。多極イオンガイド質量／電荷分析又は選
択の動作は、ＲＦ電位とＤＣ電位の組合せを印加して共振周波数を選択して不要
なイオンｍ／ｚ値を除去し、ＲＦ周波数又は振幅をスキャニングし、又はこれら
の方法を組み合わせることによって達成することができる。

【０１１０】 図１６に、圧力が１ｘ１０^-4トールより高い、実質的に、多極イオンガイドの
全長を横断するイオンが中性背景気体と衝突するような圧力にある第２のポンプ
段１６０２中に排他的に収納された非セグメント化された質量分析器イオンガイ
ド１６００を示す。当業者には、この実施形態が、図１４に示す実施形態で請求
されるすべての請求範囲を、ポンプ段１６０２に排他的に収納される質量分析器
１６００と共に請求できることが理解されよう。電気噴霧発生源１６０８は、こ
のシステム上に構成されているが、このシステムは、これに限られないが、大気
圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、誘電カップリングプラズマ（ＩＣＰ）、グロー放
電（ＧＤ）発生源、１つの発生源中の複数の類似プローブ、または１つの源中の
様々なプローブの組合せなどの代替発生源の内のどれによっても再構成すること
ができる。電気噴霧発生源１６０８の詳細は、イオンの形成と、電気噴霧発生源
１６０８からスキマー１６０９の入り口へのイオンの移送と、に関連して、この
ハードウエアに対する変更と共に既に検討したので、ここでは繰り返さない。自
由噴流膨脹の１部は、真空仕切１６１０の１部を成すスキマー１６０９を介して
、スキマーオリフィスのサイズと、ポンプポート１６１２を介する第２の真空段
１６０２で用いられるポンプ速度とによって背景圧力が１０^-4から１０^-1トール
の範囲となり得る第２の真空段１６０２中に移動する。イオンは質量分析器１６
００を通過して第２の段中の質量分析器から出る。この質量分析器から出たイオ
ンは、真空仕切１６０５の１部を成すレンズ１６０４を介して収束される。イオ
ンはこのレンズ１６０４を介して第３のポンプ段１６０３に送出されて、反射電
極１６０７によって検出器１６０６中に収束されるが、この段はポンプポート１
６１３から真空排気される。この高圧四極システムは３つのポンプ段を有してい
る。質量／電荷分析又は質量選択の動作は、ＲＦ電位とＤＣ電位電位の組合せを
印加したり、ＲＦ周波数又は振幅の値をスキャニングしたり、又はこれらの方法
を組み合わせることによって達成することができる。

【０１１１】 図１７に、圧力が１ｘ１０^-4トール、実質的には、圧力が後出の多極イオンガ
イドの全長を横断するイオンが中性背景気体と衝突するような値である第２のポ
ンプ段１７０２中に排他的に収納されているセグメント化された質量分析北極イ
オンガイド１７００を示す。当業者には、この実施形態が、図１５に関連して述
べた実施形態で請求されるあらゆる請求の範囲を、第１のポンプ段１７０２中に
排他的に収納されているセグメント化された質量分析器１７００と共に請求する
ことができることを理解されよう。このシステムでは、電気噴霧（ＥＳ）、大気
圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、誘電カップリングプラズマ（ＩＣＰ）、グロー放
電（ＧＤ）発生源、１つの発生源中の複数の類似プローブ、または１つの発生源
中の様々なプローブの組合せなどの発生源の内のどれでも構成することができる
。この発生源の詳細は、イオンの形成と発生源からスキマー１６０９の入り口へ
の移送に関連して、このハードウエアに対する変更と共に既に検討したので、こ
こでは繰り返さない。自由噴流膨脹の１部が、真空仕切１７１０の１部を成すス
キマー１７０９を介して、スキマーオリフィスのサイズと、ポンプポート１７１
２を介しての第２の真空段１７０２中で用いられるポンプ速度と、によって背景
圧力が１０^-4から１０^-1の範囲になり得る第２の真空段１７０２中に入り込む。
イオンはセグメント化された質量分析器１７００中を走行して、第２の段１７１
２中の質量分析器から出る。このイオンは、セグメント１７１５、１７１７及び
１７１９に分解され、絶縁接合部１７１６と１７１８で隣接するセグメントから
絶電気的に縁されている４つの連続したロッドを通過する。質量分析器を出たイ
オンは、真空仕切１７０５の１部を成すレンズ１７０４を介して収束される。イ
オンは、このレンズ１７０４３を介して第３のポンプ段１７０３に送出されて、
反射電極１７０７によって検出器１７０６中に収束されるが、この段はポンプポ
ート１７１３から真空排気される。この高圧四極システムは３つのポンプ段を有
している。質量／電荷分析又は質量選択の動作は、ＲＦ電位とＤＣ電位の組合せ
を印加したり、ＲＦ周波数と振幅の値をスキャニングしたり、又はこれらの方法
を組合せることによって達成することができる。

【０１１２】 図１８に、圧力が１ｘ１０^-4トールを越え、実質的に、後出の多極イオンガイ
ドの全長を横断するイオンが中性背景気体と衝突するような値にある検出器１８
０６と共に第２のポンプ段１８０２中に排他的に収納されている非セグメント化
された質量分析器多極イオンガイド１８００を示す。当業者には、この実施形態
が、図１６に関連して説明した実施形態で請求されるあらゆる請求の範囲を、第
２のポンプ段１８０２中に排他的に収納されている質量分析器１８００を追加と
してマイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）検出器１８０６と共に請求できること
が理解されよう。電気噴霧発生源１８０８はこのシステム上に構成されるが、こ
のシステムは、これに限られないが、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、誘電カ
ップリングプラズマ（ＩＣＰ）、グロー放電（ＧＤ）発生源、１つの発生源中の
複数の類似プローブ又は１つの発生源中の様々なプローブの組合せなどの代替発
生源の内のどれによっても再構成することができる。電気噴霧発生源１８０８の
詳細は、イオンの形成と電気噴霧発生源１８０８からスキマー１８０９の入り口
への移送に関連して、このハードウエアに対する他の変更と共に既に説明したの
で、ここでは繰り返さない。自由噴流膨脹の１部は、真空仕切１８１０の１部を
成すスキマー１８０９を通過して、背景圧力が、スキマーオリフィスのサイズと
、ポンプポート１８１２を介しての第２の真空段１８０２中で用いられるポンプ
速度と、によって１０^-4から１０^-1トールの範囲の値を取り得る第２の真空段１
８０２中に入る。イオンは質量分析器１８００中を通過して、第２の段中の質量
分析器から出る。レンズ１８０４を介して質量分析器から出たイオンは検出器１
８０６に送出される。レンズ１８０４を介して質量分析器１８００から出たイオ
ンは、この同じポンプ段中で収束されるが、イオンは、ミリトール以下という低
圧力で操作され得るＭＣＰ検出器と衝突する。この高圧四極／検出器システムは
たった２つのポンプ段を持つだけであり、これで、ＡＰＩ／ＭＳ計器の経費とサ
イズをさらに減少させる。この真空システムは、第２の段上にある１つの小型の
単一段のターボ分子ポンプと１つの回転式ポンプで構成して、各段中で所望の背
景圧力を達成し得るが、事実、代替例では、回転式ポンプだけで構成されている
。質量／電荷分析又は質量選択の動作は、ＲＦ電位とＤＣ電位の組合せを印加し
たり、ＲＦ周波数と振幅の値をスキャニングしたり、これらの方法を組み合わせ
たりして達成することができる。

【０１１３】 図１９に、圧力が１ｘ１０^-4トールを越える、実質的に、後出の多極イオンガ
イドの全長を横断するイオンが中性背景気体と衝突するような値にある検出器１
９０６と共にポンプ段１９０２中に排他的に収納されているセグメント化質量分
析器イオンガイド１９００を示す。当業者には、この実施形態が、図１７に関連
して説明した実施形態で請求されるすべての請求範囲とさらに、第２のポンプ段
１９０２中に排他的に収納される質量分析器１９００を、マイクロチャネルプレ
ート（ＭＣＰ）検出器１９０６と共に請求することが可能である事が理解されよ
う。電気噴霧発生源１９０８はこのシステム上に構成されているが、このシステ
ムは、これに限られないが、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、誘電カップリン
グプラズマ（ＩＣＰ）、グロー放電（ＧＤ）発生源、１つの発生源中の複数の類
似プローブ又は１つの発生源中の様々なプローブの組合せなどの代替発生源の内
のどれで構成することもできる。電気噴霧発生源１９０８の詳細は、イオンの形
成と、電気噴霧発生源１９０８からスキマー１９０９の入り口への移送と関連し
て、このハードウエアに対する他の変更例と共に既に説明したので、ここでは繰
り返さない。自由噴流膨脹の１部は、真空仕切１９１０の１部を成すスキマー１
９０９を通過して、背景圧力が、スキマーオリフィスのサイズと、ポンプポート
１９１２を開始する第２の真空段１９０２で用いられるポンプ速度とによって１
０^-4から１０^-1トールの範囲になり得る第２の真空段１９０２中に入る。イオン
は質量分析器１９００を通過して第２の段中の質量分析器から出る。イオンは、
セグメント１９１３、１９１５及び１９１７に分解され隣接するセグメントから
絶縁接合部１９１４と１９１６で電気的に絶縁される４つの連続したロッドを通
過する。質量分析器から出たイオンはレンズ１９０４を介して収束され、検出器
１９０６に送出される。イオンはレンズ１９０４を介して質量分析器１９００を
出て、この同じポンプ段中で、ミリトール範囲以下という低い値で操作すること
ができるＭＣＰ検出器と衝突する。この高圧四極／検出器システムはたった２つ
のポンプ段しか有せず、これによってＡＰＩ／ＭＳ計器の経費とサイズをさらに
減少させることができる。この真空システムは、第２の段上の１つの小型単一段
式ターボ分子ポンプと、１つの回転式ポンプと、から構成して、格段中で所望の
背景圧力を達成してもよいが、事実、代替例では、回転式ポンプだけで構成され
ている。質量／電荷分析又は質量選択の動作は、ＲＦ電位とＤＣ電位の組合せを
印加したり、ＲＦ周波数や振幅の値をスキャニングしたり、これらの方法を組み
合わせたりして達成することができる。 引用した参考文献 ここに参照して組み込まれる以下の参考文献が上記で参照されている。 米国特許文書： 第５，４０１，９６２号 １９９５年３月２８日 Ｒｏｂｅｒｔ Ｆｅｒｒａｎ 第５，６１３，２９４号 １９９７年３月２５日 Ｒｏｂｅｒｔ Ｆｅｒｒａｎ 第４，２３４，７９１号 １９８０年１１月１８日 Ｃｈｒｉｓｔｉｅ Ｅｎｋ
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ｕｓｅ、Ｅｒｏｌ Ｇｕｌｃｉｃｅｋ 第０８／６９４，５４２号 １９９６年８月９日 Ｃｒａｉｇ Ｗｈｉｔｅｈｏ
ｕｓｅ、Ｔｈｏｍａｓ Ｄｒｅｓｃｈ、Ｂｒｕｃｅ Ａｎｄｒｉｅｎ 第４，５４２，２９３号 １９８５年９月１７日 Ｊｏｈｎ Ｆｅｎｎ、Ｍａｓ
ａｍｉｃｈｉ Ｙａｍａｓｉｔａ、Ｃｒａｉｇ Ｗｈｉｔｅｈｏｕｓｅ 出版物 ダッフィン（Ｋ． Ｌ． Ｄｕｆｆｉｎ）、ワックス（Ｔ． Ｗａｃｈｓ）、ヘ
ニオン（Ｊ． Ｄ． Ｈｅｎｉｏｎ）「ベンチトップ式質量分光計での液体クロ
マトグラフ／質量分光測定分析のための大気圧イオンサンプリングシステム」（
Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｏｎ−Ｓａｍｐｌｉｎｇ Ｓｙ
ｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ／Ｍａｓｓ
Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ａ Ｂｅｎｃｈｔｏｐ
Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）分析化学、第６４巻、６１〜６８ページ
（１９９２年） Ｃ．Ｆ．Ｉｊａｍｅｓ、質量分光測定法に関する第４４回ＡＳＴＭ会議、７９５
（１９９６年） 本発明を特定の実施形態を参照して説明したが、さらなる修正例や変更例が明
らか又は自明であるので、この説明は制限を意味するものでないことを理解すべ
きである。本発明は、このような修正例と変更例を、添付クレームの範囲に収ま
るようなものも含めてその範囲に収める事を意図するものである。

【図面の簡単な説明】

イオンガイド質量選択ＴＯＦ

【図１】 共通軸に沿って構成された３つの独立した多極イオンガイドで構成されたイオ
ン反射器を持つ電気噴霧イオン発生源直交パルス化経過時間質量分析器の略図で
ある。

【図２】 図１に示す３つの多極イオンガイドから成るアセンブリと周囲電極に対する電
子式電圧／制御モジュールの構成の略図である。

【図３】 セグメント化された２つの多極イオンガイドで構成された直交パルス化式の電
気噴霧イオン発生源ＴＯＦ質量分析器の代替実施形態の略図である。

【図４】 （Ａ）２つの多極イオンガイドから構成され、その内の第２のガイドが２つの
真空ポンプ段中に連続的に延長する、直交パルス化式の電気噴霧イオン発生源Ｔ
ＯＦ質量分析器の略図である。 （Ｂ）２つの真空ポンプ段中に連続的に延長する３セグメント式の多極イオン
ガイドで構成された、線形のフライトチューブ形状を持つ電気噴霧イオン発生源
の直交パルス化経過時間質量分析器の略図である。 （Ｃ）３つの真空ポンプ段中に連続的に延長する３セグメント式多極イオンガ
イドで構成された電気噴霧イオン発生源の直交パルス化経過時間質量分析器の略
図である。

【図５】 ３つの多極イオンガイドアセンブリで構成され、その内の第２のアセンブリが
第２の真空段から第３の真空段中に延長し、第３のアセンブリがＴＯＦ質量分析
器の直交パルス化領域中に構成されている、直交パルス化式のＡＰＩＴＯＦ質量
分析器の略図である。

【図６】 ２つの多極イオンガイドアセンブリで構成され、その内の第１のアセンブリが
、第３の真空段中に構成された第２と第３の真空ポンプ段中に延長する３セグメ
ント式イオンガイドとして構成されている、直交パルス化式のＡＰＩ源ＴＯＦ質
量分析器の略図である。

【図７】 第２の真空段中に置かれたセグメント化されたイオンガイドアセンブリ並びに
第３の真空段中に置かれた第２及び第３の多極イオンガイドアセンブリを含む直
交パルス化式のＡＰＩ ＴＯＦ質量分析器の略図である。

【図８】 四極イオンガイドの安定性の略図の１部である。

【図９】 丸形ロッドで構成された四極イオンガイドの断面略図である。

【図１０】 ３つの四極イオンガイドから構成され、その内の第２の四極イオンガイドが第
２の真空ポンプ段から第３の真空ポンプ段に連続的に延長する、電気噴霧イオン
発生源四極質量分析器の略図である。

【図１１】 ３つの四極イオンガイドで構成されたＡＰＩ源四極質量分析器の略図である。
その内の第３の四極イオンガイドが、第１と第２の四極に印加されるＲＦと比較
して異なったＲＦ振幅と位相で操作される第３の低真空圧力真空段中に位置して
いる。

【図１２】 第３の低圧真空段中に置かれた第２のイオンガイド中に延長する出口端を持つ
高圧の第２の真空ポンプ段中に置かれた３セグメント式多極イオンガイドアセン
ブリで構成されたＡＰＩ源四極質量分析器の略図である。

【図１３】 第３のセグメントが第２の真空ポンプ段から第３の真空ポンプ段に連続的に延
長し、第２と第３のイオンガイド／検出器が第３の真空段中に置かれた、３セグ
メント式のセグメント化された多極イオンガイドアセンブリで構成されたＡＰＩ
源四極質量分析器の略図である。

【図１４】 第２の真空ポンプ段から第３の真空ポンプ段中に連続的に延長する単一セグメ
ント式多極イオンガイドで構成された大気圧化学イオン化源四極質量分析器の略
図である。

【図１５】 第３のセグメントが第２の真空ポンプ段から第３の真空ポンプ段中に連続的に
延長する３セグメント式多極イオンガイドで構成されるグロー放電イオン化源四
極質量分析器の略図である。

【図１６】 第２の真空ポンプ段の高圧領域中に位置する四極と第３の低圧真空ポンプ段中
に位置する検出器で構成されたＡＰＩ源四極質量分析器の略図である。

【図１７】 第２の真空段の高圧領域中に位置する３セグメント式イオンガイドと第３の低
圧真空段中に位置する検出器で構成されたＡＰＩ源四極質量分析器の略図である
。

【図１８】 第２の真空ポンプ段の高圧領域中に位置する四極とこれまた第２の真空ポンプ
段中に位置する検出器で構成されたＡＰＩ源四極質量分析器の略図である。

【図１９】 第２の真空段の高圧領域中に位置する３セグメント式イオンガイドとこれまた
第２の真空段中に位置する検出器で構成されたＡＰＩ源四極質量分析器の略図で
ある。

【図２０】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 アンドリエン、 ブラス、 エー， ジュ ニア． アメリカ合衆国、 コネティカット州 06405 ブランフォード、 ビジネス パ ーク ドライブ 29、 アナリティカ オ ヴ ブランフォード インコーポレーテッ ド (72)発明者 ガルシエック、 イロル イー． アメリカ合衆国、 コネティカット州 06405 ブランフォード、 ビジネス パ ーク ドライブ 29、 アナリティカ オ ヴ ブランフォード インコーポレーテッ ド Ｆターム(参考） 5C038 JJ06 【要約の続き】 ドから隣接するイオンガイドにイオンを軸方向に加速す ることによって、三重四極の機能に類似した、イオンの 衝突誘導解離（ＣＩＤ）によるフラグメンテーションが 可能となる。代替例では、イオンは、３次元四極イオン トラップ中でのイオンのフラグメンテーション動作に類 似した共振周波数励起ＣＩＤを用いて１つ以上の多極イ オンガイド中でフラグメント化することができる。

Claims (36)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）実質的に大気圧で動作してサンプル物質からイオンを
   発生させるイオン発生源と； （ｂ）少なくとも２つの真空段であり、前記真空段の各々が、気体をポンプし
   て部分的真空を発生させ、前記真空の第１の真空段が、前記イオン発生源によっ
   て発生された前記イオンが前記イオン発生源から脱出して前記第１の真空段中に
   入るようなものであり、前記真空段が、前記イオンが前記真空段のシーケンス中
   を移動できるように互いに連通している、少なくとも２つの真空段と； （ｃ）前記真空段の内の少なくとも１つの中に位置する質量分析器／検出器と
   ； （ｄ）複数の極を有する多極イオンガイドであり、前記多極イオンガイドが少
   なくとも１つのセグメントを有し、前記多極イオンガイドが、前記多極イオンガ
   イドが前記１つの真空段中で始まり、前記真空段のシーケンス中の少なくとも１
   つの後続真空段中に延長するように複数の真空段中に位置する、多極イオンガイ
   ドと； （ｅ）前記多極イオンガイドの少なくとも１つのセグメントが高圧力で質量選
   択を実行することが可能であり； （ｆ）前記多極イオンガイドの前記極に電圧を印加する手段と； を備える、化学種を分析する装置。
2. 【請求項２】 前記イオン発生源が電気噴霧イオン発生源である、請求項１
   に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記イオン発生源が、大気圧化学イオン化イオン発生源であ
   る、請求項１に記載の装置。
4. 【請求項４】 前記イオン発生源が、誘導カップリングプラズマイオン発生
   源である、請求項１に記載の装置。
5. 【請求項５】 前記イオン発生源が、グロー放電イオン発生源である、請求
   項１に記載の装置。
6. 【請求項６】 前記多極イオンガイドが四極である、請求項１に記載の装置
   。
7. 【請求項７】 前記多極イオンガイドが六極である、請求項１に記載の装置
   。
8. 【請求項８】 前記多極イオンガイドが八極である、請求項１に記載の装置
   。
9. 【請求項９】 前記多極イオンガイドが九極以上である、請求項１に記載の
   装置。
10. 【請求項１０】 前記分析器が四極質量分光計である、請求項１に記載の装
    置。
11. 【請求項１１】 前記四極質量分光計が湾曲したロッドを有する、請求項１
    ０に記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記分析器が三重の四極質量分光計である、請求項１に記
    載の装置。
13. 【請求項１３】 前記三重四極質量分光計が湾曲したロッドを有する、請求
    項１２に記載の装置。
14. 【請求項１４】 前記分析器が磁気セクター質量分光計である、請求項１に
    記載の装置。
15. 【請求項１５】 前記分析器がフーリエ変換質量分光計である、請求項１に
    記載の装置。
16. 【請求項１６】 前記分析器がイオントラップ質量分光計である、請求項１
    に記載の装置。
17. 【請求項１７】 前記分析器がハイブリッド質量分光計である、請求項１に
    記載の装置。
18. 【請求項１８】 前記分析器が経過時間質量分光計である、請求項１に記載
    の装置。
19. 【請求項１９】 前記経過時間質量分光計が直交パルス化経過時間そつ量分
    光計である、請求項１８に記載の装置。
20. 【請求項２０】 前記経過時間質量分光計が線形経過時間質量分光計である
    、請求項１８に記載の装置。
21. 【請求項２１】 前記経過時間質量分光計がフィフレクトロン（Ｒｅｆｌｅ
    ｃｔｒｏｎ）経過時間質量分光計である、請求項１８に記載の装置。
22. 【請求項２２】 前記真空段を３つ備える、請求項１に記載の装置。
23. 【請求項２３】 前記真空段を４つ備える、請求項１に記載の装置。
24. 【請求項２４】 前記真空段を５つ以上備える、請求項１に記載の装置。
25. 【請求項２５】 前記多極イオンガイドセグメントを１つ備える、請求項１
    に記載の装置。
26. 【請求項２６】 前記多極イオンガイドセグメントを２つ備える、請求項１
    に記載の装置。
27. 【請求項２７】 前記多極イオンガイドセグメントを３つ備える、請求項１
    に記載の装置。
28. 【請求項２８】 前記多極イオンガイドセグメントを４つ備える、請求項１
    に記載の装置。
29. 【請求項２９】 前記多極イオンガイドセグメントを５つ備える、請求項１
    に記載の装置。
30. 【請求項３０】 前記多極院外度セグメントを６つ備える、請求項１に記載
    の装置。
31. 【請求項３１】 前記多極イオンガイドセグメントを７つ以上備える、請求
    項１に記載の装置。
32. 【請求項３２】 前記装置が少なくとも３つの真空段を備え；前記多極イオ
    ンガイドが、前記真空段の内の第２の真空段中で始まって、前記段の内の第３の
    真空段中に連続的に延長する；請求項１に記載の装置。
33. 【請求項３３】 前記多極イオンガイドが前記第１の真空段中で始まり、前
    記少なくとも２つの真空段の内の第２の真空段中に連続的に延長する、請求項１
    に記載の装置。
34. 【請求項３４】 前記多極イオンが３つの真空段中を連続的に延長する、請
    求項１に記載の装置。
35. 【請求項３５】 前記多極イオンガイドが前記第１の真空段中で始まる、請
    求項１に記載の装置。
36. 【請求項３６】 前記多極イオンガイドが前記少なくとも２つの真空段の内
    の第２の真空段中で始まる、請求項１に記載の装置。