JP2003346705A - 遅延引き出し付きタンデム飛行時間型質量分析計および使用方法 - Google Patents
遅延引き出し付きタンデム飛行時間型質量分析計および使用方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 サンプルの分子量に関して優れたデータを提
供するのみならず、分子構造の情報を提供し、ペプチド
またはオリゴヌクレオチドの配列決定などの生物学的適
用に必要な感度および分解能を提供する。 【解決手段】 本発明に従って、パルス化イオン発生器
と、パルス化イオン発生器と連絡するタイミング制御イ
オンセレクタと、イオンセレクタと連絡するイオンフラ
グメント器と、フラグメンテーションチャンバと連絡す
る分析器とを有する、タンデム飛行時間型質量分析計を
提供する。
供するのみならず、分子構造の情報を提供し、ペプチド
またはオリゴヌクレオチドの配列決定などの生物学的適
用に必要な感度および分解能を提供する。 【解決手段】 本発明に従って、パルス化イオン発生器
と、パルス化イオン発生器と連絡するタイミング制御イ
オンセレクタと、イオンセレクタと連絡するイオンフラ
グメント器と、フラグメンテーションチャンバと連絡す
る分析器とを有する、タンデム飛行時間型質量分析計を
提供する。
Description
【０００１】（関連出願）本発明は、参考のため本明細
書中に援用する、１９９８年２月６日付出願の米国特許
出願第０９／０２０，１４２号の一部継続出願である。
書中に援用する、１９９８年２月６日付出願の米国特許
出願第０９／０２０，１４２号の一部継続出願である。
【０００２】
【発明の属する技術分野】（発明の分野）本発明は、概
して質量分析計に関し、特にタンデム質量分析計に関す
る。
して質量分析計に関し、特にタンデム質量分析計に関す
る。
【０００３】
【従来の技術】（発明の背景）質量分析計は、サンプル
を気化してイオン化し、得られたイオンの質量電荷比を
決定する。１つの形態の質量分析計は、電場の影響下に
おいて、与えられたイオン、すなわちイオン化され気化
したサンプルがイオン源から検出器まで移動するために
要する時間を測定することにより、イオンの質量電荷比
を決定する。与えられた強度の電場においてイオンが検
出器に到達するために要する時間は、質量の一次関数で
あり電荷の逆関数である。この形態の質量分析計は飛行
時間型質量分析計と呼ばれる。
を気化してイオン化し、得られたイオンの質量電荷比を
決定する。１つの形態の質量分析計は、電場の影響下に
おいて、与えられたイオン、すなわちイオン化され気化
したサンプルがイオン源から検出器まで移動するために
要する時間を測定することにより、イオンの質量電荷比
を決定する。与えられた強度の電場においてイオンが検
出器に到達するために要する時間は、質量の一次関数で
あり電荷の逆関数である。この形態の質量分析計は飛行
時間型質量分析計と呼ばれる。
【０００４】最近、特に、比較的不揮発性の生物分子の
分析、ならびに高速度、高感度および／または広い質量
範囲を必要とする他の適用分野において、飛行時間（Ｔ
ＯＦ）型質量分析計が広く受け入れられるようになって
きた。マトリクス支援レーザデソープション／イオン化
（ＭＡＬＤＩ）および電子スプレー（ＥＳＩ）などの新
しいイオン化技術は、気相で完全な分子イオンを生成す
るようにされ得る、分子の質量範囲を大幅に拡大し、Ｔ
ＯＦはこれらの適用分野において独自の利点を有する。
例えば米国特許第５，６２５，１８４号および第５，６
２７，３６０号に記載の遅延引き出しの最近の開発は、
高分解能で精密な質量測定をＭＡＬＤＩ−ＴＯＦで日常
的に使用可能にし、パルス化引き出しによる直交注入
は、ＥＳＩ−ＴＯＦに対して同様の性能向上を提供して
いる。
分析、ならびに高速度、高感度および／または広い質量
範囲を必要とする他の適用分野において、飛行時間（Ｔ
ＯＦ）型質量分析計が広く受け入れられるようになって
きた。マトリクス支援レーザデソープション／イオン化
（ＭＡＬＤＩ）および電子スプレー（ＥＳＩ）などの新
しいイオン化技術は、気相で完全な分子イオンを生成す
るようにされ得る、分子の質量範囲を大幅に拡大し、Ｔ
ＯＦはこれらの適用分野において独自の利点を有する。
例えば米国特許第５，６２５，１８４号および第５，６
２７，３６０号に記載の遅延引き出しの最近の開発は、
高分解能で精密な質量測定をＭＡＬＤＩ−ＴＯＦで日常
的に使用可能にし、パルス化引き出しによる直交注入
は、ＥＳＩ−ＴＯＦに対して同様の性能向上を提供して
いる。
【０００５】これらの技術は、サンプルの分子量に関し
て優れたデータを提供するが、分子構造に関してはほと
んど情報を提供しない。従来、タンデム質量分析計（Ｍ
Ｓ−ＭＳ）は、構造情報を提供するために用いられてき
た。ＭＳ−ＭＳ装置において、第１の質量分析器が、注
目する一次イオン、例えば、特定のサンプルの分子イオ
ンを選択するために用いられる。内部エネルギを増加さ
せることにより、例えばイオンを中性分子と衝突させる
ことにより、そのイオンがフラグメントされる。その後
フラグメントイオンのスペクトルが、第２の質量分析器
によって分析され、一次イオンの構造はしばしば、フラ
グメンテーションパターンを解釈することにより決定さ
れ得る。ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦにおいて、ポストソース分
解（ＰＳＤ）として知られる技術が用いられ得るが、フ
ラグメンテーションスペクトルはしばしば弱く、解釈す
ることが困難である。イオンが中性分子と高エネルギ衝
突する衝突セルを追加することは、低質量フラグメント
イオンの生成を向上させ、ある程度の追加のフラグメン
テーションを引き起こす。しかし、そのスペクトルは解
釈が困難である。直交ＥＳＩ−ＴＯＦにおいて、フラグ
メンテーションは、大気圧電子スプレーと排気された質
量分析計との間の界面でエネルギ衝突を引き起こすこと
により起こるが、今のところ特定の一次イオンを選択す
る手段はない。
て優れたデータを提供するが、分子構造に関してはほと
んど情報を提供しない。従来、タンデム質量分析計（Ｍ
Ｓ−ＭＳ）は、構造情報を提供するために用いられてき
た。ＭＳ−ＭＳ装置において、第１の質量分析器が、注
目する一次イオン、例えば、特定のサンプルの分子イオ
ンを選択するために用いられる。内部エネルギを増加さ
せることにより、例えばイオンを中性分子と衝突させる
ことにより、そのイオンがフラグメントされる。その後
フラグメントイオンのスペクトルが、第２の質量分析器
によって分析され、一次イオンの構造はしばしば、フラ
グメンテーションパターンを解釈することにより決定さ
れ得る。ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦにおいて、ポストソース分
解（ＰＳＤ）として知られる技術が用いられ得るが、フ
ラグメンテーションスペクトルはしばしば弱く、解釈す
ることが困難である。イオンが中性分子と高エネルギ衝
突する衝突セルを追加することは、低質量フラグメント
イオンの生成を向上させ、ある程度の追加のフラグメン
テーションを引き起こす。しかし、そのスペクトルは解
釈が困難である。直交ＥＳＩ−ＴＯＦにおいて、フラグ
メンテーションは、大気圧電子スプレーと排気された質
量分析計との間の界面でエネルギ衝突を引き起こすこと
により起こるが、今のところ特定の一次イオンを選択す
る手段はない。
【０００６】タンデム質量分析法の最も一般的な形態
は、一次イオンが第１の四重極により選択され、フラグ
メントイオンスペクトルが第３の四重極を走査すること
により分析される、トリプル四重極である。第２の四重
極は典型的には、複数の低エネルギ衝突が起こるのに十
分高い圧力および電圧に維持されている。得られたスペ
クトルは概して、解釈が容易であり、例えば、このよう
なスペクトルからペプチドのアミノ酸配列を決定する技
術が開発されている。最近、第３の四重極が飛行時間型
分析器に置きかえられたハイブリッド装置が記載されて
いる。
は、一次イオンが第１の四重極により選択され、フラグ
メントイオンスペクトルが第３の四重極を走査すること
により分析される、トリプル四重極である。第２の四重
極は典型的には、複数の低エネルギ衝突が起こるのに十
分高い圧力および電圧に維持されている。得られたスペ
クトルは概して、解釈が容易であり、例えば、このよう
なスペクトルからペプチドのアミノ酸配列を決定する技
術が開発されている。最近、第３の四重極が飛行時間型
分析器に置きかえられたハイブリッド装置が記載されて
いる。
【０００７】一次イオンの選択とフラグメントイオンの
分析および検出との両方に飛行時間技術を用いるいくつ
かのアプローチが、これまでに記載されている。例え
ば、表面誘起解離（ＳＩＤ）を用いた、２つの線形飛行
時間型質量分析器を組み込んだタンデム装置が、生成品
としてのイオンを生成するために用いられてきた。後に
開発されたバージョンにおいて、第２の質量分析器にイ
オンミラーが追加された。米国特許第５，２０６，５０
８号は、線形または反射型分析器を用いたタンデム質量
分析計を開示している。このタンデム質量分析計は、互
いに異なる質量を有する親イオンの分離を必要とするこ
となく、各親イオンに関してタンデム質量スペクトルを
得ることができる。米国特許第５，２０２，５６３号
は、接地された真空ハウジングと、フラグメンテーショ
ンチャンバを介して連結された２つの反射型質量分析器
と、接地された真空ハウジングに対して電気的に浮遊し
ている飛行チャネルとを含むタンデム飛行時間型質量分
析計を開示している。これらのデバイスの適用は概し
て、比較的小さい分子に限られており、ペプチドまたは
オリゴヌクレオチドの配列決定などの生物学的適用に必
要な感度および分解能を提供するものはないと考えられ
る。
分析および検出との両方に飛行時間技術を用いるいくつ
かのアプローチが、これまでに記載されている。例え
ば、表面誘起解離（ＳＩＤ）を用いた、２つの線形飛行
時間型質量分析器を組み込んだタンデム装置が、生成品
としてのイオンを生成するために用いられてきた。後に
開発されたバージョンにおいて、第２の質量分析器にイ
オンミラーが追加された。米国特許第５，２０６，５０
８号は、線形または反射型分析器を用いたタンデム質量
分析計を開示している。このタンデム質量分析計は、互
いに異なる質量を有する親イオンの分離を必要とするこ
となく、各親イオンに関してタンデム質量スペクトルを
得ることができる。米国特許第５，２０２，５６３号
は、接地された真空ハウジングと、フラグメンテーショ
ンチャンバを介して連結された２つの反射型質量分析器
と、接地された真空ハウジングに対して電気的に浮遊し
ている飛行チャネルとを含むタンデム飛行時間型質量分
析計を開示している。これらのデバイスの適用は概し
て、比較的小さい分子に限られており、ペプチドまたは
オリゴヌクレオチドの配列決定などの生物学的適用に必
要な感度および分解能を提供するものはないと考えられ
る。
【０００８】タンデム質量分析法によるペプチドの配列
決定および構造決定にとって、両方の質量分析器は、注
目する質量範囲に亘って、少なくとも単位質量分解能と
良好なイオン伝達とを有していなければならない。分子
量１０００を超えると、この要件は、高質量範囲を有す
る２つの二重焦点磁気偏向質量分析計からなるＭＳ−Ｍ
Ｓシステムによって最も良好に満たされる。これらの装
置は最高の質量範囲と質量精度とを提供するが、飛行時
間に比べると感度に限度があり、ＭＡＬＤＩおよび電子
スプレーなどの最新のイオン化技術による使用には容易
に適応可能でない。これらの装置はさらに、非常に複雑
であり高価である。
決定および構造決定にとって、両方の質量分析器は、注
目する質量範囲に亘って、少なくとも単位質量分解能と
良好なイオン伝達とを有していなければならない。分子
量１０００を超えると、この要件は、高質量範囲を有す
る２つの二重焦点磁気偏向質量分析計からなるＭＳ−Ｍ
Ｓシステムによって最も良好に満たされる。これらの装
置は最高の質量範囲と質量精度とを提供するが、飛行時
間に比べると感度に限度があり、ＭＡＬＤＩおよび電子
スプレーなどの最新のイオン化技術による使用には容易
に適応可能でない。これらの装置はさらに、非常に複雑
であり高価である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、パ
ルス化イオン発生器と、パルス化イオン発生器と連絡す
るタイミング制御イオンセレクタと、イオンセレクタと
連絡するイオンフラグメント器と、フラグメンテーショ
ンチャンバと連絡する分析器とを有する、タンデム飛行
時間型質量分析計を提供することを目的とする。
ルス化イオン発生器と、パルス化イオン発生器と連絡す
るタイミング制御イオンセレクタと、イオンセレクタと
連絡するイオンフラグメント器と、フラグメンテーショ
ンチャンバと連絡する分析器とを有する、タンデム飛行
時間型質量分析計を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】１つの局面において、本
発明は、以下： ａ）所定の質量電荷比範囲のイオンを焦点面上に集束さ
せる、パルス化イオン源と； ｂ）この焦点面に位置され、このパルス化イオン源から
のこの集束されたイオンを受け取るタイミング制御イオ
ンセレクタであって、この所定の質量電荷比範囲のイオ
ンのみがイオンフラグメント器まで移動することを可能
にする、タイミング制御イオンセレクタと； ｃ）このタイミング制御イオンセレクタと連絡するイオ
ンフラグメント器と； ｄ）このイオンフラグメント器に結合されたタイミング
制御パルス化引き出し器であって、この所定のイオンお
よびそのフラグメントを加速する、タイミング制御パル
ス化引き出し器と； ｅ）このタイミング制御パルス化引き出し器と連絡する
飛行時間分析器であって、この予め選択されたイオンお
よびそのフラグメントの質量電荷比を決定する、飛行時
間分析器と；を備える、タンデム飛行時間型質量分析計
を提供する。
発明は、以下： ａ）所定の質量電荷比範囲のイオンを焦点面上に集束さ
せる、パルス化イオン源と； ｂ）この焦点面に位置され、このパルス化イオン源から
のこの集束されたイオンを受け取るタイミング制御イオ
ンセレクタであって、この所定の質量電荷比範囲のイオ
ンのみがイオンフラグメント器まで移動することを可能
にする、タイミング制御イオンセレクタと； ｃ）このタイミング制御イオンセレクタと連絡するイオ
ンフラグメント器と； ｄ）このイオンフラグメント器に結合されたタイミング
制御パルス化引き出し器であって、この所定のイオンお
よびそのフラグメントを加速する、タイミング制御パル
ス化引き出し器と； ｅ）このタイミング制御パルス化引き出し器と連絡する
飛行時間分析器であって、この予め選択されたイオンお
よびそのフラグメントの質量電荷比を決定する、飛行時
間分析器と；を備える、タンデム飛行時間型質量分析計
を提供する。
【００１１】１つの実施態様において、本発明の質量分
析計は、上記タイミング制御パルス化引き出し器は、実
質的に電場を有さない領域によって上記イオンフラグメ
ント器に結合されており、この電場を有さない領域は、
このイオンフラグメント器中の衝突によって励起された
イオンがフラグメンテーションを実質的に完了すること
を可能にし得る。
析計は、上記タイミング制御パルス化引き出し器は、実
質的に電場を有さない領域によって上記イオンフラグメ
ント器に結合されており、この電場を有さない領域は、
このイオンフラグメント器中の衝突によって励起された
イオンがフラグメンテーションを実質的に完了すること
を可能にし得る。
【００１２】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記実質的に電場を有さない領域内に位置された
イオンガイドをさらに備え得る。
計は、上記実質的に電場を有さない領域内に位置された
イオンガイドをさらに備え得る。
【００１３】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記イオンガイドはガイドワイヤを包含し得る。
計は、上記イオンガイドはガイドワイヤを包含し得る。
【００１４】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記イオンガイドは孔があけられた複数のプレー
トを包含し、この複数のプレートのうちの１つおきのプ
レートに正のＤＣ電位が印加され、この複数のプレート
のうちの残りのプレートに負のＤＣ電位が印加され得
る。
計は、上記イオンガイドは孔があけられた複数のプレー
トを包含し、この複数のプレートのうちの１つおきのプ
レートに正のＤＣ電位が印加され、この複数のプレート
のうちの残りのプレートに負のＤＣ電位が印加され得
る。
【００１５】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記イオンガイドはＲＦ励起される多重極レンズ
を包含し得る。
計は、上記イオンガイドはＲＦ励起される多重極レンズ
を包含し得る。
【００１６】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記イオンフラグメント器と上記タイミング制御
パルス化引き出し器との間に位置されたグリッドをさら
に備え、このグリッドは上記実質的に電場を有さない領
域を生成するようにバイアスされている。
計は、上記イオンフラグメント器と上記タイミング制御
パルス化引き出し器との間に位置されたグリッドをさら
に備え、このグリッドは上記実質的に電場を有さない領
域を生成するようにバイアスされている。
【００１７】１つの実施態様において、本発明の質量分
析計は、上記タイミング制御イオンセレクタは、ドリフ
ト管およびタイミング制御イオンデフレクタを包含し得
る。
析計は、上記タイミング制御イオンセレクタは、ドリフ
ト管およびタイミング制御イオンデフレクタを包含し得
る。
【００１８】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記ドリフト管はイオンガイドを含み得る。
計は、上記ドリフト管はイオンガイドを含み得る。
【００１９】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記イオンガイドはガイドワイヤを包含し得る。
計は、上記イオンガイドはガイドワイヤを包含し得る。
【００２０】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記イオンガイドは孔があけられた複数のプレー
トを包含し、この複数のプレートのうちの１つおきのプ
レートに正のＤＣ電位が印加され、この複数のプレート
のうちの残りのプレートに負のＤＣ電位が印加され得
る。
計は、上記イオンガイドは孔があけられた複数のプレー
トを包含し、この複数のプレートのうちの１つおきのプ
レートに正のＤＣ電位が印加され、この複数のプレート
のうちの残りのプレートに負のＤＣ電位が印加され得
る。
【００２１】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記イオンガイドはＲＦ励起される多重極レンズ
を包含し得る。
計は、上記イオンガイドはＲＦ励起される多重極レンズ
を包含し得る。
【００２２】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記タイミング制御イオンデフレクタは、電位差
が印加される１対の偏向電極を包含し、この電位は、上
記選択された質量電荷比範囲内のイオンがこの電極間を
通過する時間区間中以外において、イオンが上記イオン
フラグメント器に到達することを防ぎ得る。
計は、上記タイミング制御イオンデフレクタは、電位差
が印加される１対の偏向電極を包含し、この電位は、上
記選択された質量電荷比範囲内のイオンがこの電極間を
通過する時間区間中以外において、イオンが上記イオン
フラグメント器に到達することを防ぎ得る。
【００２３】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記タイミング制御イオンデフレクタは２対の偏
向電極を包含し、低い質量電荷比のイオンが上記イオン
フラグメント器に到達することを防ぐための電位差が第
１の偏向電極対に印加され、高い質量電荷比のイオンが
このイオンフラグメント器に到達することを防ぐための
電位差が第２の偏向電極対に印加され得る。
計は、上記タイミング制御イオンデフレクタは２対の偏
向電極を包含し、低い質量電荷比のイオンが上記イオン
フラグメント器に到達することを防ぐための電位差が第
１の偏向電極対に印加され、高い質量電荷比のイオンが
このイオンフラグメント器に到達することを防ぐための
電位差が第２の偏向電極対に印加され得る。
【００２４】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記パルス化イオン源は、遅延引き出しマトリッ
クス支援レーザデソープション／イオン化（ＭＡＬＤ
Ｉ）イオン源を包含し得る。
計は、上記パルス化イオン源は、遅延引き出しマトリッ
クス支援レーザデソープション／イオン化（ＭＡＬＤ
Ｉ）イオン源を包含し得る。
【００２５】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記パルス化イオン源は、電場を有さない領域中
にイオンを注入するインジェクタおよび、注入方向に対
して直交方向にこのイオンを引き出すパルス化イオン引
き出し器を包含し得る。
計は、上記パルス化イオン源は、電場を有さない領域中
にイオンを注入するインジェクタおよび、注入方向に対
して直交方向にこのイオンを引き出すパルス化イオン引
き出し器を包含し得る。
【００２６】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記イオンフラグメント器に入る上記イオンのエ
ネルギーは、このイオンフラグメント器に電位を印加す
ることにより制御され得る。
計は、上記イオンフラグメント器に入る上記イオンのエ
ネルギーは、このイオンフラグメント器に電位を印加す
ることにより制御され得る。
【００２７】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記イオンフラグメント器は、イオンが中性分子
と衝突させられる衝突セルを包含し得る。
計は、上記イオンフラグメント器は、イオンが中性分子
と衝突させられる衝突セルを包含し得る。
【００２８】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記イオンフラグメント器は、イオンに光子ビー
ムが照射される光解離セルを包含し得る。
計は、上記イオンフラグメント器は、イオンに光子ビー
ムが照射される光解離セルを包含し得る。
【００２９】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記イオンフラグメント器は、イオンが固体また
は液体表面に衝突する表面解離手段を包含し得る。
計は、上記イオンフラグメント器は、イオンが固体また
は液体表面に衝突する表面解離手段を包含し得る。
【００３０】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記質量分析器は、上記タイミング制御パルス化
引き出し器をイオン検出器に結合するドリフト管を備え
得る。
計は、上記質量分析器は、上記タイミング制御パルス化
引き出し器をイオン検出器に結合するドリフト管を備え
得る。
【００３１】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記ドリフト管は、イオン伝達効率を増加させる
ためのイオンガイドを含み得る。
計は、上記ドリフト管は、イオン伝達効率を増加させる
ためのイオンガイドを含み得る。
【００３２】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記イオンガイドは孔があけられた複数のプレー
トを包含し、この複数のプレートのうちの１つおきのプ
レートに正のＤＣ電位が印加され、この複数のプレート
のうちの残りのプレートに負のＤＣ電位が印加され得
る。
計は、上記イオンガイドは孔があけられた複数のプレー
トを包含し、この複数のプレートのうちの１つおきのプ
レートに正のＤＣ電位が印加され、この複数のプレート
のうちの残りのプレートに負のＤＣ電位が印加され得
る。
【００３３】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記イオンガイドはＲＦ励起される多重極レンズ
を包含し得る。
計は、上記イオンガイドはＲＦ励起される多重極レンズ
を包含し得る。
【００３４】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記ドリフト管と上記検出器との間にイオンミラ
ーが設けられ得る。
計は、上記ドリフト管と上記検出器との間にイオンミラ
ーが設けられ得る。
【００３５】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記タイミング制御パルス化引き出し器は、上記
質量分析器のための遅延引き出しイオン源を包含するこ
とにより、各質量電荷比のイオンが、上記イオンフラグ
メント器から出射したときの速度に関わらず、狭い時間
間隔内で上記検出器に到達するように、イオンが時間的
に集束され得る。
計は、上記タイミング制御パルス化引き出し器は、上記
質量分析器のための遅延引き出しイオン源を包含するこ
とにより、各質量電荷比のイオンが、上記イオンフラグ
メント器から出射したときの速度に関わらず、狭い時間
間隔内で上記検出器に到達するように、イオンが時間的
に集束され得る。
【００３６】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記パルス化源、上記タイミング制御イオンセレ
クタ、および上記イオンフラグメント器は、同じ真空ハ
ウジング中に納められている。
計は、上記パルス化源、上記タイミング制御イオンセレ
クタ、および上記イオンフラグメント器は、同じ真空ハ
ウジング中に納められている。
【００３７】別の局面において、本発明は、以下：
ａ）対象サンプルからイオンパルスを生成する工程と；
ｂ）このパルスからの所定の質量電荷比範囲を有するイ
オンを、イオンセレクタ内に集束させる工程と； ｃ）このイオンセレクタを活性化することにより、この
所定の質量電荷比範囲を有するこの集束されたイオンを
選択する工程と； ｄ）この選択されたイオンを励起することにより、この
イオンをフラグメントする工程と； ｅ）飛行時間型質量分析を用いてこのフラグメントイオ
ンを分析する工程と；を包含する、高性能タンデム質量
分析方法を提供する。
オンを、イオンセレクタ内に集束させる工程と； ｃ）このイオンセレクタを活性化することにより、この
所定の質量電荷比範囲を有するこの集束されたイオンを
選択する工程と； ｄ）この選択されたイオンを励起することにより、この
イオンをフラグメントする工程と； ｅ）飛行時間型質量分析を用いてこのフラグメントイオ
ンを分析する工程と；を包含する、高性能タンデム質量
分析方法を提供する。
【００３８】１つの実施態様において、本発明の質量分
析計は、上記飛行時間型質量分析を用いて上記フラグメ
ントイオンを分析する工程は、遅延引き出し飛行時間型
質量分析を用いてこのフラグメントイオンを分析する工
程を包含し得る。
析計は、上記飛行時間型質量分析を用いて上記フラグメ
ントイオンを分析する工程は、遅延引き出し飛行時間型
質量分析を用いてこのフラグメントイオンを分析する工
程を包含し得る。
【００３９】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、ほぼ電場を有さない領域を通って上記励起された
イオンを通過させることにより、この励起されたイオン
がそこにおいてフラグメンテーションを実質的に完了す
ることを可能にする工程をさらに包含し得る。
計は、ほぼ電場を有さない領域を通って上記励起された
イオンを通過させることにより、この励起されたイオン
がそこにおいてフラグメンテーションを実質的に完了す
ることを可能にする工程をさらに包含し得る。
【００４０】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記選択されたイオンを励起する工程は、イオン
を中性ガス分子に衝突させることを包含し得る。
計は、上記選択されたイオンを励起する工程は、イオン
を中性ガス分子に衝突させることを包含し得る。
【００４１】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記イオンパルスを生成する工程は、電子スプレ
ー、気圧支援電子スプレー、化学的イオン化、ＭＡＬＤ
Ｉ、およびＩＣＰからなる群より選択された方法を包含
し得る。
計は、上記イオンパルスを生成する工程は、電子スプレ
ー、気圧支援電子スプレー、化学的イオン化、ＭＡＬＤ
Ｉ、およびＩＣＰからなる群より選択された方法を包含
し得る。
【００４２】さらに別の局面において、本発明は、以
下： ａ）パルス化イオン源と； ｂ）このパルス化イオン源からイオンを受け取るように
位置されたタイミング制御イオンセレクタであって、所
定の質量電荷比範囲のイオンのみがイオンフラグメント
器まで移動することを可能にする、タイミング制御イオ
ンセレクタと； ｃ）このタイミング制御イオンセレクタと連絡するイオ
ンフラグメント器と； ｄ）実質的に電場を有さない領域によってこのイオンフ
ラグメント器に結合されたタイミング制御パルス化引き
出し器であって、この所定のイオンおよびそのフラグメ
ントを加速する、タイミング制御パルス化引き出し器
と； ｅ）このタイミング制御パルス化引き出し器と連絡する
飛行時間分析器であって、この予め選択されたイオンお
よびそのフラグメントの質量電荷比を決定する、飛行時
間分析器と；を備える、タンデム飛行時間型質量分析計
を提供する。
下： ａ）パルス化イオン源と； ｂ）このパルス化イオン源からイオンを受け取るように
位置されたタイミング制御イオンセレクタであって、所
定の質量電荷比範囲のイオンのみがイオンフラグメント
器まで移動することを可能にする、タイミング制御イオ
ンセレクタと； ｃ）このタイミング制御イオンセレクタと連絡するイオ
ンフラグメント器と； ｄ）実質的に電場を有さない領域によってこのイオンフ
ラグメント器に結合されたタイミング制御パルス化引き
出し器であって、この所定のイオンおよびそのフラグメ
ントを加速する、タイミング制御パルス化引き出し器
と； ｅ）このタイミング制御パルス化引き出し器と連絡する
飛行時間分析器であって、この予め選択されたイオンお
よびそのフラグメントの質量電荷比を決定する、飛行時
間分析器と；を備える、タンデム飛行時間型質量分析計
を提供する。
【００４３】１つの実施態様において、本発明の質量分
析計は、上記実質的に電場を有さない領域は、上記イオ
ンフラグメント器中の衝突によって励起されたイオンが
フラグメンテーションを実質的に完了することを可能に
し得る。
析計は、上記実質的に電場を有さない領域は、上記イオ
ンフラグメント器中の衝突によって励起されたイオンが
フラグメンテーションを実質的に完了することを可能に
し得る。
【００４４】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記イオンフラグメント器と上記タイミング制御
パルス化引き出し器との間に位置されたグリッドをさら
に備え、このグリッドは上記実質的に電場を有さない領
域を生成するようにバイアスされている。
計は、上記イオンフラグメント器と上記タイミング制御
パルス化引き出し器との間に位置されたグリッドをさら
に備え、このグリッドは上記実質的に電場を有さない領
域を生成するようにバイアスされている。
【００４５】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記タイミング制御イオンセレクタは、ドリフト
管およびタイミング制御イオンデフレクタを包含し得
る。
計は、上記タイミング制御イオンセレクタは、ドリフト
管およびタイミング制御イオンデフレクタを包含し得
る。
【００４６】別の実施態様において、本発明の質量分析
計は、上記パルス化イオン源は、電場を有さない領域中
にイオンを注入するインジェクタおよび、注入方向に対
して直交方向にこのイオンを引き出すパルス化イオン引
き出し器を包含し得る。
計は、上記パルス化イオン源は、電場を有さない領域中
にイオンを注入するインジェクタおよび、注入方向に対
して直交方向にこのイオンを引き出すパルス化イオン引
き出し器を包含し得る。
【００４７】
【発明の実施の形態】（発明の要旨）本発明は、（１）
イオン生成器と、（２）イオン生成器と連絡するタイミ
ング制御イオンセレクタと、（３）イオンセレクタと連
絡するイオンフラグメンテーションチャンバと、（４）
フラグメンテーションチャンバと連絡する分析器とを含
むタンデム飛行時間型質量分析計に関する。一実施形態
において、イオン生成器は、イオンの速度が質量電荷比
に依存するようにイオンが加速される、パルス化イオン
源を含む。パルス化イオン源は、レーザデソープション
イオン化またはパルス化電子スプレー源を含む。別の実
施形態において、イオン生成器は、連続電子スプレー、
電子インパクト、誘起結合プラズマ、または化学的イオ
ン化源などの連続イオン化源を含む。この実施形態にお
いて、イオンは、ドリフト空間内のイオンの移動方向に
実質的に直交する方向で、パルス化イオン源に注入され
る。イオンは、パルス化イオンビームに変換され、周期
的に電圧パルスを印加することによってドリフト空間方
向に加速される。
イオン生成器と、（２）イオン生成器と連絡するタイミ
ング制御イオンセレクタと、（３）イオンセレクタと連
絡するイオンフラグメンテーションチャンバと、（４）
フラグメンテーションチャンバと連絡する分析器とを含
むタンデム飛行時間型質量分析計に関する。一実施形態
において、イオン生成器は、イオンの速度が質量電荷比
に依存するようにイオンが加速される、パルス化イオン
源を含む。パルス化イオン源は、レーザデソープション
イオン化またはパルス化電子スプレー源を含む。別の実
施形態において、イオン生成器は、連続電子スプレー、
電子インパクト、誘起結合プラズマ、または化学的イオ
ン化源などの連続イオン化源を含む。この実施形態にお
いて、イオンは、ドリフト空間内のイオンの移動方向に
実質的に直交する方向で、パルス化イオン源に注入され
る。イオンは、パルス化イオンビームに変換され、周期
的に電圧パルスを印加することによってドリフト空間方
向に加速される。
【００４８】一実施形態において、タイミング制御イオ
ンセレクタは、一端にパルス化イオン生成器に連結され
たフィールドフリーのドリフト空間を含み、他端でパル
ス化イオンデフレクタに連結されている。ドリフト空間
は、イオン伝達を向上させるためにイオンビームをドリ
フト空間の中央近傍に閉じ込めるビームガイドを含み得
る。パルス化イオンデフレクタは、選択された質量電荷
比範囲内のイオンのみが、イオンフラグメンテーション
チャンバを介して伝達されることを可能にする。一実施
形態において、分析器が、飛行時間型質量分析計であ
り、フラグメンテーションチャンバが、イオンのフラグ
メンテーションを引き起こし、かつ、引き出しを遅延さ
せるように設計された衝突セルである。別の実施形態に
おいて、分析器がイオンミラーを含む。
ンセレクタは、一端にパルス化イオン生成器に連結され
たフィールドフリーのドリフト空間を含み、他端でパル
ス化イオンデフレクタに連結されている。ドリフト空間
は、イオン伝達を向上させるためにイオンビームをドリ
フト空間の中央近傍に閉じ込めるビームガイドを含み得
る。パルス化イオンデフレクタは、選択された質量電荷
比範囲内のイオンのみが、イオンフラグメンテーション
チャンバを介して伝達されることを可能にする。一実施
形態において、分析器が、飛行時間型質量分析計であ
り、フラグメンテーションチャンバが、イオンのフラグ
メンテーションを引き起こし、かつ、引き出しを遅延さ
せるように設計された衝突セルである。別の実施形態に
おいて、分析器がイオンミラーを含む。
【００４９】本発明の特徴は、フラグメントイオンを生
成するためだけでなく、飛行時間型質量分析計によるフ
ラグメントイオンの分析のための遅延引き出しイオン源
として作用するためにも、フラグメンテーションチャン
バを用いることである。このことは、フラグメントイオ
ンの高分解能飛行時間型質量スペクトルが、単一の収集
で質量範囲全体に亘って記録されることを可能にする。
本発明の別の特徴は、衝突セルと加速領域との間のフィ
ールドフリーの領域を生成するグリッドの追加である。
フィールドフリーの領域は、衝突セル内での衝突によっ
て励起されたイオンにフラグメンテーションを完了する
ための時間を与える。
成するためだけでなく、飛行時間型質量分析計によるフ
ラグメントイオンの分析のための遅延引き出しイオン源
として作用するためにも、フラグメンテーションチャン
バを用いることである。このことは、フラグメントイオ
ンの高分解能飛行時間型質量スペクトルが、単一の収集
で質量範囲全体に亘って記録されることを可能にする。
本発明の別の特徴は、衝突セルと加速領域との間のフィ
ールドフリーの領域を生成するグリッドの追加である。
フィールドフリーの領域は、衝突セル内での衝突によっ
て励起されたイオンにフラグメンテーションを完了する
ための時間を与える。
【００５０】本発明はさらに、高分解能、高精度、およ
び高感度でフラグメント質量スペクトルを測定すること
に関する。一実施形態において、方法は、（１）パルス
化イオン源を生成する工程と、（２）特定の範囲の質量
電荷比のイオンを選択する工程と、（３）イオンをフラ
グメントする工程と、（４）遅延引き出し飛行時間型質
量分析法を用いてフラグメントイオンを分析する工程と
を含む。一実施形態において、パルス化イオン源を生成
する工程は、ＭＡＬＤＩによって行われる。一実施形態
において、イオンをフラグメントする工程は、イオンを
気体の分子と衝突させることによって行われる。一実施
形態において、イオンをフラグメントする工程は、イオ
ンを励起させ、その後励起したイオンをほぼフィールド
フリーの領域を通過させることにより、励起したイオン
に、実質的にフラグメンテーションを完了するために十
分な時間を与える工程を含む。
び高感度でフラグメント質量スペクトルを測定すること
に関する。一実施形態において、方法は、（１）パルス
化イオン源を生成する工程と、（２）特定の範囲の質量
電荷比のイオンを選択する工程と、（３）イオンをフラ
グメントする工程と、（４）遅延引き出し飛行時間型質
量分析法を用いてフラグメントイオンを分析する工程と
を含む。一実施形態において、パルス化イオン源を生成
する工程は、ＭＡＬＤＩによって行われる。一実施形態
において、イオンをフラグメントする工程は、イオンを
気体の分子と衝突させることによって行われる。一実施
形態において、イオンをフラグメントする工程は、イオ
ンを励起させ、その後励起したイオンをほぼフィールド
フリーの領域を通過させることにより、励起したイオン
に、実質的にフラグメンテーションを完了するために十
分な時間を与える工程を含む。
【００５１】本発明による高性能タンデム質量分析法
は、一次イオンの選択を含む。パルス化イオン生成器を
制御するパラメータは、注目する一次イオンがパルス化
イオンデフレクタにおいて最小ピーク幅に集束するよう
に、調整される。デフレクタは、選択されたイオンが伝
達されることを可能にするが、すべての他のイオンは偏
向され従って伝達されない。選択されたイオンは所定量
だけ減速され得る。選択されたイオンは、衝突セルに入
り、そこで中性分子との衝突により励起されて解離す
る。フラグメントイオンおよび残りのすべての選択され
たイオンは、衝突セルを出て、セルと、セルとほぼ同一
の電位に維持されているグリッドプレートとの間のほぼ
フィールドフリーの領域に向かう。この時点でのイオン
パケットは、すべてのイオンが、速度および位置では多
少のばらつきがあるが、ほぼ同一の平均速度を有してい
るという点で、ＭＡＬＤＩによって最初に生成されたも
のに酷似している。
は、一次イオンの選択を含む。パルス化イオン生成器を
制御するパラメータは、注目する一次イオンがパルス化
イオンデフレクタにおいて最小ピーク幅に集束するよう
に、調整される。デフレクタは、選択されたイオンが伝
達されることを可能にするが、すべての他のイオンは偏
向され従って伝達されない。選択されたイオンは所定量
だけ減速され得る。選択されたイオンは、衝突セルに入
り、そこで中性分子との衝突により励起されて解離す
る。フラグメントイオンおよび残りのすべての選択され
たイオンは、衝突セルを出て、セルと、セルとほぼ同一
の電位に維持されているグリッドプレートとの間のほぼ
フィールドフリーの領域に向かう。この時点でのイオン
パケットは、すべてのイオンが、速度および位置では多
少のばらつきがあるが、ほぼ同一の平均速度を有してい
るという点で、ＭＡＬＤＩによって最初に生成されたも
のに酷似している。
【００５２】イオンがグリッドプレート内のアパーチャ
を通過してから短い遅延期間の後に、所定振幅の加速パ
ルスが、グリッドプレートに印加される。生成品として
のイオンのスペクトルは記録され得、正確な質量が決定
され得る。理論によると、伝達効率の損失を最小限に抑
えながら、一次イオン選択のための３０００に近い分解
能が達成可能である。フラグメントイオンの理論的分解
能は、質量２０００まではフラグメント質量の少なくと
も１０倍である。
を通過してから短い遅延期間の後に、所定振幅の加速パ
ルスが、グリッドプレートに印加される。生成品として
のイオンのスペクトルは記録され得、正確な質量が決定
され得る。理論によると、伝達効率の損失を最小限に抑
えながら、一次イオン選択のための３０００に近い分解
能が達成可能である。フラグメントイオンの理論的分解
能は、質量２０００まではフラグメント質量の少なくと
も１０倍である。
【００５３】従って，本発明の目的は、高性能ＭＳ−Ｍ
Ｓ装置、および一次イオン選択とフラグメントイオン決
定との両方のための飛行時間技術を用いた方法を提供す
ることである。本発明は、ＭＡＬＤＩおよび電子スプレ
ーなどのいずれのパルス化または連続イオン化源にも適
用可能である。本発明は、ペプチド、オリゴヌクレオチ
ドおよびオリゴ糖などの生物学的サンプルに関する配列
および構造情報を提供するために特に有用である。
Ｓ装置、および一次イオン選択とフラグメントイオン決
定との両方のための飛行時間技術を用いた方法を提供す
ることである。本発明は、ＭＡＬＤＩおよび電子スプレ
ーなどのいずれのパルス化または連続イオン化源にも適
用可能である。本発明は、ペプチド、オリゴヌクレオチ
ドおよびオリゴ糖などの生物学的サンプルに関する配列
および構造情報を提供するために特に有用である。
【００５４】（発明の詳細な説明）本発明を特に添付の
請求の範囲に照らして説明する。本発明の上記および他
の利点は、添付の図面と共に以下の記載を参照すること
により、よりよく理解され得る。
請求の範囲に照らして説明する。本発明の上記および他
の利点は、添付の図面と共に以下の記載を参照すること
により、よりよく理解され得る。
【００５５】簡単な概略説明として、図１を参照して、
本発明の遅延引き出しを用いるタンデム飛行時間型質量
分析計１０は、以下を含む。すなわち、（１）パルス化
イオン生成器１２、（２）パルス化イオン生成器１２と
連絡するタイミング制御イオンセレクタ１４、（３）タ
イミング制御イオンセレクタ１４と連絡するイオンフラ
グメント器またはフラグメンテーションチャンバ１８、
そして（４）イオン分析器２４である。動作中、分析対
象サンプルは、パルス化イオン生成器１２によりイオン
化される。調査対象イオンは、タイミング制御イオンセ
レクタ１４により選択され、フラグメンテーションチャ
ンバ１８に渡される。ここで、選択されたイオンはフラ
グメントされ、分析器２４に渡される。フラグメンテー
ションチャンバ１８は、分析器２４の遅延引き出し源と
して機能するよう設計されている。
本発明の遅延引き出しを用いるタンデム飛行時間型質量
分析計１０は、以下を含む。すなわち、（１）パルス化
イオン生成器１２、（２）パルス化イオン生成器１２と
連絡するタイミング制御イオンセレクタ１４、（３）タ
イミング制御イオンセレクタ１４と連絡するイオンフラ
グメント器またはフラグメンテーションチャンバ１８、
そして（４）イオン分析器２４である。動作中、分析対
象サンプルは、パルス化イオン生成器１２によりイオン
化される。調査対象イオンは、タイミング制御イオンセ
レクタ１４により選択され、フラグメンテーションチャ
ンバ１８に渡される。ここで、選択されたイオンはフラ
グメントされ、分析器２４に渡される。フラグメンテー
ションチャンバ１８は、分析器２４の遅延引き出し源と
して機能するよう設計されている。
【００５６】さらに詳細に、図２Ａを参照して、遅延引
き出しを用いるタンデム飛行時間型質量分析計１０の１
つの実施形態は、パルス化イオン生成器１２を含む。パ
ルス化イオン生成器は、レーザ２７およびソース引き出
しグリッド３６を含む。タイミング制御イオンセレクタ
１４は、イオン生成器１２と連絡している。イオンセレ
クタ１４は、電場を有さないドリフト管１６およびパル
ス化イオンデフレクタ５２を含む。電場を有さないドリ
フト管１６は、図７に関連して示されるようにイオンガ
イドを含んでもよい。
き出しを用いるタンデム飛行時間型質量分析計１０の１
つの実施形態は、パルス化イオン生成器１２を含む。パ
ルス化イオン生成器は、レーザ２７およびソース引き出
しグリッド３６を含む。タイミング制御イオンセレクタ
１４は、イオン生成器１２と連絡している。イオンセレ
クタ１４は、電場を有さないドリフト管１６およびパル
ス化イオンデフレクタ５２を含む。電場を有さないドリ
フト管１６は、図７に関連して示されるようにイオンガ
イドを含んでもよい。
【００５７】イオンフラグメンテーションチャンバ１８
は、イオンセレクタ１４と連絡している。図２Ａに示さ
れるイオンフラグメンテーションチャンバは、衝突セル
４４を含む。しかしながら、フラグメンテーションチャ
ンバ１８は、光解離チャンバまたは表面誘起解離チャン
バのような、対象分野において公知の他のあらゆるタイ
プのフラグメンテーションチャンバであってもよい。パ
ルス化イオンデフレクタ５２への入口における小さなア
パーチャ５４は、イオンビームをフラグメンテーション
チャンバ１８へ自由に通過させるが、中性ガスの流れは
制限する。フラグメンテーションチャンバ１８は、イオ
ン分析器２４と連絡している。フラグメンテーションチ
ャンバ１８の出口における小さなアパーチャ５８は、イ
オンビームを自由に通過させるが、中性ガスの流れは制
限する。
は、イオンセレクタ１４と連絡している。図２Ａに示さ
れるイオンフラグメンテーションチャンバは、衝突セル
４４を含む。しかしながら、フラグメンテーションチャ
ンバ１８は、光解離チャンバまたは表面誘起解離チャン
バのような、対象分野において公知の他のあらゆるタイ
プのフラグメンテーションチャンバであってもよい。パ
ルス化イオンデフレクタ５２への入口における小さなア
パーチャ５４は、イオンビームをフラグメンテーション
チャンバ１８へ自由に通過させるが、中性ガスの流れは
制限する。フラグメンテーションチャンバ１８は、イオ
ン分析器２４と連絡している。フラグメンテーションチ
ャンバ１８の出口における小さなアパーチャ５８は、イ
オンビームを自由に通過させるが、中性ガスの流れは制
限する。
【００５８】１つの実施形態において、グリッドプレー
ト５３は、衝突セル４４に隣接して配置され、電場を有
さない領域５７を形成するようにバイアスされる。電場
を有さない領域５７は、図２Ａにおいて四角で示し、関
連する図７においてさらに詳細に説明するイオンガイド
５７’を含んでもよい。フラグメント器引き出しグリッ
ド５６は、グリッドプレート５３および分析器２４への
入口５８に隣接して配置される。別の実施形態におい
て、グリッドプレート５３が排除され、フラグメント器
引き出しグリッド５６は、出口アパーチャに直接隣接し
て配置される。この実施形態は、フラグメンテーション
が衝突セル４４内で実質的に完了する測定において用い
られる。分析器２４は、イオンミラー６４と連絡してい
る第２の電場を有さないドリフト管１６’を含む。第２
の電場を有さないドリフト管１６’は、図７に関連して
示すようにイオンガイドを含んでもよい。反射イオンを
受け取るように検出器６８が配置される。
ト５３は、衝突セル４４に隣接して配置され、電場を有
さない領域５７を形成するようにバイアスされる。電場
を有さない領域５７は、図２Ａにおいて四角で示し、関
連する図７においてさらに詳細に説明するイオンガイド
５７’を含んでもよい。フラグメント器引き出しグリッ
ド５６は、グリッドプレート５３および分析器２４への
入口５８に隣接して配置される。別の実施形態におい
て、グリッドプレート５３が排除され、フラグメント器
引き出しグリッド５６は、出口アパーチャに直接隣接し
て配置される。この実施形態は、フラグメンテーション
が衝突セル４４内で実質的に完了する測定において用い
られる。分析器２４は、イオンミラー６４と連絡してい
る第２の電場を有さないドリフト管１６’を含む。第２
の電場を有さないドリフト管１６’は、図７に関連して
示すようにイオンガイドを含んでもよい。反射イオンを
受け取るように検出器６８が配置される。
【００５９】パルス化イオン生成器１２およびドリフト
管１６は、ガス放出口２２を通じて真空ポンプ（図示せ
ず）に接続される真空ハウジング２０に封入されてい
る。また、フラグメンテーションチャンバ１８およびパ
ルス化イオンデフレクタ５２も、ガス放出口４８を介し
て真空ポンプ（図示せず）に接続される真空ハウジング
１９に封入されている。同様に、分析器２４は、ガス放
出口２８を介して真空ポンプ（図示せず）に接続される
真空ハウジング２６に封入されている。真空ポンプは、
イオンと中性分子との衝突が起こり難くなるように、真
空ハウジング２０、１９および２６内の中性ガスのバッ
クグランド圧力を十分に低く維持する。
管１６は、ガス放出口２２を通じて真空ポンプ（図示せ
ず）に接続される真空ハウジング２０に封入されてい
る。また、フラグメンテーションチャンバ１８およびパ
ルス化イオンデフレクタ５２も、ガス放出口４８を介し
て真空ポンプ（図示せず）に接続される真空ハウジング
１９に封入されている。同様に、分析器２４は、ガス放
出口２８を介して真空ポンプ（図示せず）に接続される
真空ハウジング２６に封入されている。真空ポンプは、
イオンと中性分子との衝突が起こり難くなるように、真
空ハウジング２０、１９および２６内の中性ガスのバッ
クグランド圧力を十分に低く維持する。
【００６０】動作中、分析対象サンプル３２は、イオン
のパルスを生成するパルス化イオン生成器１２によりイ
オン化される。１つの実施形態において、パルス化イオ
ン生成器１２は、マトリックス支援レーザデソープショ
ン／イオン化（ＭＡＬＤＩ）を用いる。この実施形態に
おいて、レーザビーム２７’は、入射レーザビーム２８
の波長を選択的に吸収可能なマトリックスと混合された
サンプル３２を有するサンプル板に衝突する。
のパルスを生成するパルス化イオン生成器１２によりイ
オン化される。１つの実施形態において、パルス化イオ
ン生成器１２は、マトリックス支援レーザデソープショ
ン／イオン化（ＭＡＬＤＩ）を用いる。この実施形態に
おいて、レーザビーム２７’は、入射レーザビーム２８
の波長を選択的に吸収可能なマトリックスと混合された
サンプル３２を有するサンプル板に衝突する。
【００６１】イオン化から所定の時間後に、サンプル３
２とソース引き出しグリッド３６との間、およびソース
引き出しグリッド３６とドリフト管１６との間に放出電
位を印加することにより、イオンを加速する。１つの実
施形態において、ドリフト管１６は接地電位にある。こ
の加速の後、イオンは、その電荷質量比の平方根にほぼ
比例した速度で、ドリフト管１６を移動する。すなわ
ち、イオンは重いほどゆっくりと移動する。従って、質
量の大きいイオンは、質量の小さいイオンよりもよりゆ
っくりと移動するので、イオンは、ドリフト管１６内で
その質量電荷比に応じて分離する。
２とソース引き出しグリッド３６との間、およびソース
引き出しグリッド３６とドリフト管１６との間に放出電
位を印加することにより、イオンを加速する。１つの実
施形態において、ドリフト管１６は接地電位にある。こ
の加速の後、イオンは、その電荷質量比の平方根にほぼ
比例した速度で、ドリフト管１６を移動する。すなわ
ち、イオンは重いほどゆっくりと移動する。従って、質
量の大きいイオンは、質量の小さいイオンよりもよりゆ
っくりと移動するので、イオンは、ドリフト管１６内で
その質量電荷比に応じて分離する。
【００６２】パルス化イオンデフレクタ５２は、イオン
化から所定の時間後に、ある時間窓だけ開く。これによ
り、パルス化イオンデフレクタ５２が衝突セル４４への
アクセスを可能としている間の所定の時間窓内にパルス
化イオンデフレクタ５２に達する選択された質量電荷比
のイオンのみが伝達される。従って、パルス化イオンデ
フレクタ５２により、選択された質量電荷比を有する所
定のイオンのみが、衝突セル４４に入ることができる。
質量がより大きいまたは小さいその他のイオンは阻止さ
れる。
化から所定の時間後に、ある時間窓だけ開く。これによ
り、パルス化イオンデフレクタ５２が衝突セル４４への
アクセスを可能としている間の所定の時間窓内にパルス
化イオンデフレクタ５２に達する選択された質量電荷比
のイオンのみが伝達される。従って、パルス化イオンデ
フレクタ５２により、選択された質量電荷比を有する所
定のイオンのみが、衝突セル４４に入ることができる。
質量がより大きいまたは小さいその他のイオンは阻止さ
れる。
【００６３】衝突セル４４に入る選択されたイオンは、
吸入口４０を通じて流入する中性ガスと衝突する。これ
らの衝突が、イオンのフラグメントを引き起こす。衝突
のエネルギーは、サンプル３２と衝突セル４４との間の
印加電位差に比例する。１つの実施形態において、衝突
セル４４における中性ガスの圧力は約１０−３Ｔｏｒｒ
に維持され、衝突セル４４の周囲の空間における圧力は
約１０−５Ｔｏｒｒに維持されている。イオン入口アパ
ーチャ４６およびイオン出口アパーチャ５０を介して衝
突セル４４からのガス拡散は、ガス放出口４８に接続さ
れた真空ポンプ（図示せず）により促進される。別の実
施形態においては、ガス吸入口４０に高速パルス化バル
ブ（図示せず）が配置され、これによりイオンがフラグ
メンテーションチャンバ１８に達する間は、中性ガスの
高圧パルスを生成し、それ以外の間は、フラグメンテー
ションチャンバ１８を真空状態に保つ。中性ガスは、ヘ
リウム、空気、窒素、アルゴン、クリプトンまたはキセ
ノンのような任意の中性ガスであり得る。
吸入口４０を通じて流入する中性ガスと衝突する。これ
らの衝突が、イオンのフラグメントを引き起こす。衝突
のエネルギーは、サンプル３２と衝突セル４４との間の
印加電位差に比例する。１つの実施形態において、衝突
セル４４における中性ガスの圧力は約１０−３Ｔｏｒｒ
に維持され、衝突セル４４の周囲の空間における圧力は
約１０−５Ｔｏｒｒに維持されている。イオン入口アパ
ーチャ４６およびイオン出口アパーチャ５０を介して衝
突セル４４からのガス拡散は、ガス放出口４８に接続さ
れた真空ポンプ（図示せず）により促進される。別の実
施形態においては、ガス吸入口４０に高速パルス化バル
ブ（図示せず）が配置され、これによりイオンがフラグ
メンテーションチャンバ１８に達する間は、中性ガスの
高圧パルスを生成し、それ以外の間は、フラグメンテー
ションチャンバ１８を真空状態に保つ。中性ガスは、ヘ
リウム、空気、窒素、アルゴン、クリプトンまたはキセ
ノンのような任意の中性ガスであり得る。
【００６４】１つの実施形態において、フラグメントイ
オンがグリッドプレート５３内のアパーチャ５０’を通
過し、グリッドプレート５３とフラグメント器引き出し
グリッド５６との間のほぼ電場を有さないの領域５９に
入るまで、グリッドプレート５３およびフラグメント器
引き出しグリッド５６は、衝突セル４４と実質的に同じ
電位にてバイアスされる。イオンがグリッドプレート５
３を通過してから所定の時間後に、グリッドプレート５
３上の電位が高電圧へと急速に切り換えられ、これによ
りイオンは加速される。加速されたイオンは、分析器２
４への入口５８を通過し、第２の電場を有さないドリフ
ト管１６’に入り、イオンミラー６４に入り、そして反
射イオンを受け取るように配置された検出器６８へと進
む。
オンがグリッドプレート５３内のアパーチャ５０’を通
過し、グリッドプレート５３とフラグメント器引き出し
グリッド５６との間のほぼ電場を有さないの領域５９に
入るまで、グリッドプレート５３およびフラグメント器
引き出しグリッド５６は、衝突セル４４と実質的に同じ
電位にてバイアスされる。イオンがグリッドプレート５
３を通過してから所定の時間後に、グリッドプレート５
３上の電位が高電圧へと急速に切り換えられ、これによ
りイオンは加速される。加速されたイオンは、分析器２
４への入口５８を通過し、第２の電場を有さないドリフ
ト管１６’に入り、イオンミラー６４に入り、そして反
射イオンを受け取るように配置された検出器６８へと進
む。
【００６５】グリッドプレート５３上の電位が切り換え
られた時から、検出器６８によるイオンの検出までの、
イオンフラグメントの飛行時間が測定される。測定され
た時間から、イオンフラグメントの質量電荷比が、決定
される。フラグメンテーションチャンバ１８がイオンフ
ラグメントの遅延引き出しソースとして機能するように
動作パラメータを正しく選択することで、質量電荷比を
非常に高い分解能にて決定することができる。動作パラ
メータは、以下を含む。すなわち、（１）グリッドプレ
ート５３内のアパーチャ５０’を通じてのフラグメント
イオンの通過と、グリッドプレート５３への加速電位の
印加との間における遅延、および（２）グリッドプレー
ト５３とフラグメント器引き出しグリッド５６との間に
おける引き出し電界の大きさ、である。
られた時から、検出器６８によるイオンの検出までの、
イオンフラグメントの飛行時間が測定される。測定され
た時間から、イオンフラグメントの質量電荷比が、決定
される。フラグメンテーションチャンバ１８がイオンフ
ラグメントの遅延引き出しソースとして機能するように
動作パラメータを正しく選択することで、質量電荷比を
非常に高い分解能にて決定することができる。動作パラ
メータは、以下を含む。すなわち、（１）グリッドプレ
ート５３内のアパーチャ５０’を通じてのフラグメント
イオンの通過と、グリッドプレート５３への加速電位の
印加との間における遅延、および（２）グリッドプレー
ト５３とフラグメント器引き出しグリッド５６との間に
おける引き出し電界の大きさ、である。
【００６６】別の実施形態においては、グリッド５３は
用いられないか、または存在しない。この実施形態は、
衝突セル４４内でフラグメンテーションが実質的に完了
する測定において用いられる。この実施形態において、
フラグメント器引き出しグリッド５６は、衝突セル４４
と実質的に同じ電位にてバイアスされる。イオンが衝突
セル４４を出てから所定の時間後に、衝突セル４４への
高電圧接続が、第２の高電圧供給（図示せず）へと急速
に切り換えられ、これにより、イオンは加速される。加
速されたイオンは、分析器２４への入口５８を通過し、
第２の電場を有さないドリフト管１６’に入り、イオン
ミラー６４に入り、そして反射イオンを受け取るように
配置された検出器６８へと進む。
用いられないか、または存在しない。この実施形態は、
衝突セル４４内でフラグメンテーションが実質的に完了
する測定において用いられる。この実施形態において、
フラグメント器引き出しグリッド５６は、衝突セル４４
と実質的に同じ電位にてバイアスされる。イオンが衝突
セル４４を出てから所定の時間後に、衝突セル４４への
高電圧接続が、第２の高電圧供給（図示せず）へと急速
に切り換えられ、これにより、イオンは加速される。加
速されたイオンは、分析器２４への入口５８を通過し、
第２の電場を有さないドリフト管１６’に入り、イオン
ミラー６４に入り、そして反射イオンを受け取るように
配置された検出器６８へと進む。
【００６７】衝突セル４４上の電位が切り換えられた時
から、検出器６８によるイオンの検出までの、イオンフ
ラグメントの飛行時間が測定される。イオンフラグメン
トの質量電荷比は、測定された時間から決定される。フ
ラグメンテーションチャンバ１８がイオンフラグメント
の遅延引き出しソースとして機能するように動作パラメ
ータを正しく選択することで、質量電荷比を非常に高い
分解能にて決定することができる。動作パラメータは、
以下を含む。すなわち、（１）高電圧が第２の高電圧に
急速に切り換えられる前に、イオンが衝突セル４４を出
てから所定の時間後、および（２）衝突セル４４とフラ
グメント器引き出しグリッド５６との間における引き出
し電界の大きさ、である。
から、検出器６８によるイオンの検出までの、イオンフ
ラグメントの飛行時間が測定される。イオンフラグメン
トの質量電荷比は、測定された時間から決定される。フ
ラグメンテーションチャンバ１８がイオンフラグメント
の遅延引き出しソースとして機能するように動作パラメ
ータを正しく選択することで、質量電荷比を非常に高い
分解能にて決定することができる。動作パラメータは、
以下を含む。すなわち、（１）高電圧が第２の高電圧に
急速に切り換えられる前に、イオンが衝突セル４４を出
てから所定の時間後、および（２）衝突セル４４とフラ
グメント器引き出しグリッド５６との間における引き出
し電界の大きさ、である。
【００６８】図２Ｂは、図２Ａに示すタンデム質量分析
計の実施形態の各部分においてイオンが経る電位を示
す。電圧７０がサンプル３２に印加され、電圧７１が引
き出しグリッド３６に印加される。電圧７１は、電圧７
２とほぼ等しい。レーザービーム２８がサンプル３２に
衝突するのに応答して、イオンのパルスが形成され、サ
ンプル３２と引き出しグリッド３６との間にある実質的
に電場を有さないの空間６１内に放出される。イオン
は、その質量電荷比とほぼ無関係な特徴的な速度分布
で、サンプル３２から放出される。イオンが、サンプル
３２と引き出しグリッド３６との間のほぼ電場を有さな
いの空間６１内をドリフトするに従い、イオンは空間的
に分布し、より速いイオンは引き出しグリッド３６に近
くなり、そしてより遅いイオンはサンプル３２に近くな
る。イオン化から所定の時間後に、サンプル３２に印加
された電圧は、より高い電圧７２へと急速に切り換えら
れ、これにより、サンプル３２と引き出しグリッド３６
との間に電界を確立する。サンプル３２と引き出しグリ
ッド３６との間の電界により、サンプル３２に最も近く
て初期的により遅いイオンが、初期的により速いイオン
よりも大きな加速を受ける。
計の実施形態の各部分においてイオンが経る電位を示
す。電圧７０がサンプル３２に印加され、電圧７１が引
き出しグリッド３６に印加される。電圧７１は、電圧７
２とほぼ等しい。レーザービーム２８がサンプル３２に
衝突するのに応答して、イオンのパルスが形成され、サ
ンプル３２と引き出しグリッド３６との間にある実質的
に電場を有さないの空間６１内に放出される。イオン
は、その質量電荷比とほぼ無関係な特徴的な速度分布
で、サンプル３２から放出される。イオンが、サンプル
３２と引き出しグリッド３６との間のほぼ電場を有さな
いの空間６１内をドリフトするに従い、イオンは空間的
に分布し、より速いイオンは引き出しグリッド３６に近
くなり、そしてより遅いイオンはサンプル３２に近くな
る。イオン化から所定の時間後に、サンプル３２に印加
された電圧は、より高い電圧７２へと急速に切り換えら
れ、これにより、サンプル３２と引き出しグリッド３６
との間に電界を確立する。サンプル３２と引き出しグリ
ッド３６との間の電界により、サンプル３２に最も近く
て初期的により遅いイオンが、初期的により速いイオン
よりも大きな加速を受ける。
【００６９】ドリフト管１６が、引き出しグリッド３６
よりも低い電位７３にあるため、引き出しグリッドとド
リフト管との間に第２の電界が確立される。１つの実施
形態において、電圧７３は、接地電位にある。これによ
り、イオンは、第２の電界によりさらに加速される。電
圧７１および７２、ならびにイオンパルスの形成と引き
出し電圧７２のスイッチングとの間の時間遅延を適切に
選択することにより、８１の初期的により遅いイオン
は、８２の初期的により速いイオンよりも加速されるた
め、初期的により遅いイオンは、最終的に選択集束点８
３にて、初期的により速いイオンを追い抜く。選択集束
点８３としては、パルス化イオンデフレクタ５２、衝突
セル４４、またはイオン行路沿いのその他の任意の点が
選ばれ得る。
よりも低い電位７３にあるため、引き出しグリッドとド
リフト管との間に第２の電界が確立される。１つの実施
形態において、電圧７３は、接地電位にある。これによ
り、イオンは、第２の電界によりさらに加速される。電
圧７１および７２、ならびにイオンパルスの形成と引き
出し電圧７２のスイッチングとの間の時間遅延を適切に
選択することにより、８１の初期的により遅いイオン
は、８２の初期的により速いイオンよりも加速されるた
め、初期的により遅いイオンは、最終的に選択集束点８
３にて、初期的により速いイオンを追い抜く。選択集束
点８３としては、パルス化イオンデフレクタ５２、衝突
セル４４、またはイオン行路沿いのその他の任意の点が
選ばれ得る。
【００７０】ＭＡＬＤＩによるイオン生成における典型
的な速度分布の場合、ある特定の質量電荷比のイオン
が、選択集束点８３に到達する時間の総時間幅は、典型
的には約１ナノ秒以下である。選択集束点８３が、パル
ス化イオンデフレクタ５２と同じ位置に選択された場
合、パルス化イオンデフレクタ５２のゲートは、選択さ
れた質量電荷比のイオンの到達時間に対応する短い時間
間隔で開けられ、これ以外の時間は、他のすべてのイオ
ンを阻止するために閉じられる。本発明の遅延引き出し
は、イオンパケットの時間幅を非常に小さくすることが
可能なことから、イオン選択の分解能が、パルス化イオ
ンデフレクタ５２の特性によってしか制限されないた
め、有利である。従って、高分解能のイオン選択が可能
である。対照的に、継続的な引き出しを用いた場合に
は、すべてのイオンが電界から同一の加速を受け、速度
集束は起こらない。これにより、特定の質量電荷比のイ
オンパケットの時間幅は、サンプルから行路沿いの任意
の点へのイオンの移動時間に比例して拡大し、イオン選
択の分解能は非常に高くはなり得ない。
的な速度分布の場合、ある特定の質量電荷比のイオン
が、選択集束点８３に到達する時間の総時間幅は、典型
的には約１ナノ秒以下である。選択集束点８３が、パル
ス化イオンデフレクタ５２と同じ位置に選択された場
合、パルス化イオンデフレクタ５２のゲートは、選択さ
れた質量電荷比のイオンの到達時間に対応する短い時間
間隔で開けられ、これ以外の時間は、他のすべてのイオ
ンを阻止するために閉じられる。本発明の遅延引き出し
は、イオンパケットの時間幅を非常に小さくすることが
可能なことから、イオン選択の分解能が、パルス化イオ
ンデフレクタ５２の特性によってしか制限されないた
め、有利である。従って、高分解能のイオン選択が可能
である。対照的に、継続的な引き出しを用いた場合に
は、すべてのイオンが電界から同一の加速を受け、速度
集束は起こらない。これにより、特定の質量電荷比のイ
オンパケットの時間幅は、サンプルから行路沿いの任意
の点へのイオンの移動時間に比例して拡大し、イオン選
択の分解能は非常に高くはなり得ない。
【００７１】動作中、パルス化イオンデフレクタ５２
は、選択された質量電荷比のイオンが到達するまでの
間、質量の小さいイオンを偏向する横電界を確立する。
選択された質量電荷比のイオンが到達すると、横電界は
急速にゼロへと下げられため、選択されたイオンは通過
可能となる。選択されたイオンの通過後、横電界は元に
戻り、より質量の大きいあらゆるイオンは偏向される。
選択されたイオンは、フラグメンテーションチャンバ１
８内へ偏向されずに伝達される。
は、選択された質量電荷比のイオンが到達するまでの
間、質量の小さいイオンを偏向する横電界を確立する。
選択された質量電荷比のイオンが到達すると、横電界は
急速にゼロへと下げられため、選択されたイオンは通過
可能となる。選択されたイオンの通過後、横電界は元に
戻り、より質量の大きいあらゆるイオンは偏向される。
選択されたイオンは、フラグメンテーションチャンバ１
８内へ偏向されずに伝達される。
【００７２】イオンが、入口アパーチャ４６を通って衝
突セル４４に入る前に、イオンの運動エネルギーを下げ
るために電圧７４が衝突セル４４に印加され得る。衝突
セル４４内のイオンのエネルギーは、電圧７４およびイ
オンの初速度と関連する運動エネルギーに対する初期電
位８１または８２により決定される。衝突セル４４内で
イオンが中性分子と衝突する際のエネルギーは、電圧７
４を変えることで多様にすることができる。
突セル４４に入る前に、イオンの運動エネルギーを下げ
るために電圧７４が衝突セル４４に印加され得る。衝突
セル４４内のイオンのエネルギーは、電圧７４およびイ
オンの初速度と関連する運動エネルギーに対する初期電
位８１または８２により決定される。衝突セル４４内で
イオンが中性分子と衝突する際のエネルギーは、電圧７
４を変えることで多様にすることができる。
【００７３】衝突セル４４内でイオンが中性分子と衝突
する際、イオンの運動エネルギーの一部は、イオンがフ
ラグメントするのに十分な内部エネルギーに変換され得
る。衝突セル４４内における衝突により、エネルギーを
与えられたイオンおよびフラグメントは、幾分遅い速度
にて衝突セル４４内を移動し続け、依然短い時間間隔内
で、遅延引き出しおよび衝突により変更された初速度分
布に対応する速度分布にて、出口アパーチャ５０を通っ
て最終的に出てくる。
する際、イオンの運動エネルギーの一部は、イオンがフ
ラグメントするのに十分な内部エネルギーに変換され得
る。衝突セル４４内における衝突により、エネルギーを
与えられたイオンおよびフラグメントは、幾分遅い速度
にて衝突セル４４内を移動し続け、依然短い時間間隔内
で、遅延引き出しおよび衝突により変更された初速度分
布に対応する速度分布にて、出口アパーチャ５０を通っ
て最終的に出てくる。
【００７４】１つの実施形態において、グリッドプレー
ト５３に印加された電圧７４、およびフラグメント器引
き出しグリッド５６に印加された電圧７５が等しくある
ため、衝突セル４４とフラグメント器引き出しグリッド
５６との間に電場を有さない領域を形成する。電場を有
さない領域内をイオンがドリフトするに従い、イオンは
空間的に分布し、より速いイオンはフラグメント器引き
出しグリッド５６に近くなり、そしてより遅いイオンは
グリッドプレート５３に近くなる。
ト５３に印加された電圧７４、およびフラグメント器引
き出しグリッド５６に印加された電圧７５が等しくある
ため、衝突セル４４とフラグメント器引き出しグリッド
５６との間に電場を有さない領域を形成する。電場を有
さない領域内をイオンがドリフトするに従い、イオンは
空間的に分布し、より速いイオンはフラグメント器引き
出しグリッド５６に近くなり、そしてより遅いイオンは
グリッドプレート５３に近くなる。
【００７５】所定の時間遅延の後、グリッドプレート５
３に印加された電圧は、より高い電圧７６へと急速に切
り換えられ、これにより、グリッドプレート５３とフラ
グメント器引き出しグリッド５６との間に電界が確立さ
れる。その結果、初期的により遅いイオンは、初期的に
より速いイオンよりも大きな加速を受ける。１つの実施
形態において、グリッドプレート５３および衝突セル４
４は、その両方が同時に切り換えられるように電気的に
接続されている。別の実施形態において、衝突セル４４
に印加される電圧は一定であり、グリッドプレート５３
に印加される電圧のみが切り換えられる。
３に印加された電圧は、より高い電圧７６へと急速に切
り換えられ、これにより、グリッドプレート５３とフラ
グメント器引き出しグリッド５６との間に電界が確立さ
れる。その結果、初期的により遅いイオンは、初期的に
より速いイオンよりも大きな加速を受ける。１つの実施
形態において、グリッドプレート５３および衝突セル４
４は、その両方が同時に切り換えられるように電気的に
接続されている。別の実施形態において、衝突セル４４
に印加される電圧は一定であり、グリッドプレート５３
に印加される電圧のみが切り換えられる。
【００７６】別の実施形態において、グリッドプレート
５３は用いられないか、または存在しない。この実施形
態は、フラグメンテーションが衝突セル４４内で実質的
に完了する測定において用いられる。この実施形態で
は、衝突セル４４とフラグメント器引き出しグリッド５
６との間に電場を有さない領域はない。所定の時間遅延
の後、衝突セル４４に印加された電圧は、より高い電圧
７６へと急速に切り換えられ、これにより、衝突セル４
４とフラグメント器引き出しグリッド５６との間に電界
を確立する。その結果、初期的により遅いイオンは、初
期的により速いイオンよりも大きな加速を受ける。
５３は用いられないか、または存在しない。この実施形
態は、フラグメンテーションが衝突セル４４内で実質的
に完了する測定において用いられる。この実施形態で
は、衝突セル４４とフラグメント器引き出しグリッド５
６との間に電場を有さない領域はない。所定の時間遅延
の後、衝突セル４４に印加された電圧は、より高い電圧
７６へと急速に切り換えられ、これにより、衝突セル４
４とフラグメント器引き出しグリッド５６との間に電界
を確立する。その結果、初期的により遅いイオンは、初
期的により速いイオンよりも大きな加速を受ける。
【００７７】イオンは、フラグメント器引き出しグリッ
ド５６とドリフト管１６’との間の電界内でさらに加速
される。１つの実施形態において、電圧７７は、接地電
位にあってもよい。電圧７６および７４、ならびに衝突
セル４４の切り換え時間を適切に選択することで、８４
の初期的により遅いイオンは十分に加速され、８５の初
期的により速いイオンを選択集束点８９にて追い抜く。
ド５６とドリフト管１６’との間の電界内でさらに加速
される。１つの実施形態において、電圧７７は、接地電
位にあってもよい。電圧７６および７４、ならびに衝突
セル４４の切り換え時間を適切に選択することで、８４
の初期的により遅いイオンは十分に加速され、８５の初
期的により速いイオンを選択集束点８９にて追い抜く。
【００７８】１つの実施形態において、この集束点は、
分析器２４への入口５８、あるいはその付近に選択され
る。この実施形態において、イオンは、第２の電場を有
さない領域１６’を移動し、イオンミラー６４に入る。
イオンミラー６４内において、イオンは、電圧７９で反
射され、最終的に検出器６８に衝突する。ドリフト管１
６’の所定の長さおよびミラー６４の長さに対して、電
圧７８は、検出器６８にてイオンを時間的に再集束する
ように調整可能である。このように、フラグメンテーシ
ョンチャンバ１８は、分析器２４の遅延引き出し源とし
ての役割を果たし、フラグメントイオンの高分解能スペ
クトルが測定可能となる。
分析器２４への入口５８、あるいはその付近に選択され
る。この実施形態において、イオンは、第２の電場を有
さない領域１６’を移動し、イオンミラー６４に入る。
イオンミラー６４内において、イオンは、電圧７９で反
射され、最終的に検出器６８に衝突する。ドリフト管１
６’の所定の長さおよびミラー６４の長さに対して、電
圧７８は、検出器６８にてイオンを時間的に再集束する
ように調整可能である。このように、フラグメンテーシ
ョンチャンバ１８は、分析器２４の遅延引き出し源とし
ての役割を果たし、フラグメントイオンの高分解能スペ
クトルが測定可能となる。
【００７９】図３は、図２におけるフラグメンテーショ
ンチャンバ１８の１つの実施形態の模式図である。衝突
セル４４は、衝突セル４４内にガスを導入するガス吸入
口４０、および衝突セル４４から外へとガスを拡散する
（矢印Ｄ）入口アパーチャ４６および出口アパーチャ５
０をそれぞれ含む。これらのアパーチャ４６および５０
は、衝突セル４４内に外部の電界が侵入するのを回避す
るために、透明度の高いグリッド４７で覆われてもよ
い。外部に拡散するガスは、フラグメンテーションチャ
ンバ１８のガス放出口４８（図２）に取り付けられた真
空ポンプにより引き出される。１つの実施形態におい
て、均一な電界が、衝突セル４４とフラグメンテーショ
ンチャンバ１８への入口アパーチャ５１との間、ならび
にフラグメント器引き出しグリッド５６と分析器２４へ
の入口アパーチャ５８との間に確立される。
ンチャンバ１８の１つの実施形態の模式図である。衝突
セル４４は、衝突セル４４内にガスを導入するガス吸入
口４０、および衝突セル４４から外へとガスを拡散する
（矢印Ｄ）入口アパーチャ４６および出口アパーチャ５
０をそれぞれ含む。これらのアパーチャ４６および５０
は、衝突セル４４内に外部の電界が侵入するのを回避す
るために、透明度の高いグリッド４７で覆われてもよ
い。外部に拡散するガスは、フラグメンテーションチャ
ンバ１８のガス放出口４８（図２）に取り付けられた真
空ポンプにより引き出される。１つの実施形態におい
て、均一な電界が、衝突セル４４とフラグメンテーショ
ンチャンバ１８への入口アパーチャ５１との間、ならび
にフラグメント器引き出しグリッド５６と分析器２４へ
の入口アパーチャ５８との間に確立される。
【００８０】高電圧電源９２は、引き出しグリッド５６
および抵抗型分圧器５３’に接続されている。分圧器５
３’は、電気的に絶縁した保護環５５に取り付けられて
いる。保護環５５は、引き出しグリッド５６と分析器２
４への入口アパーチャ５８との間、ならびに衝突セル４
４とフラグメンテーションチャンバ１８への入口アパー
チャ５１との間の空間に、均一間隔で置かれている。分
圧器５３’は、これらの空間にほぼ均一の電界を提供す
るように調整されている。高電圧電源９０は、衝突セル
４４に電気的に接続され、電圧７４（図２Ｂ）に設定さ
れている。グリッドプレート５３上の電圧は、スイッチ
８０により設定される。スイッチ８０は、電圧７４に設
定された高電圧電源９０、および電圧７６に設定された
高電圧電源９１のそれぞれ（図２Ｂ）と電気的に連絡し
ている。
および抵抗型分圧器５３’に接続されている。分圧器５
３’は、電気的に絶縁した保護環５５に取り付けられて
いる。保護環５５は、引き出しグリッド５６と分析器２
４への入口アパーチャ５８との間、ならびに衝突セル４
４とフラグメンテーションチャンバ１８への入口アパー
チャ５１との間の空間に、均一間隔で置かれている。分
圧器５３’は、これらの空間にほぼ均一の電界を提供す
るように調整されている。高電圧電源９０は、衝突セル
４４に電気的に接続され、電圧７４（図２Ｂ）に設定さ
れている。グリッドプレート５３上の電圧は、スイッチ
８０により設定される。スイッチ８０は、電圧７４に設
定された高電圧電源９０、および電圧７６に設定された
高電圧電源９１のそれぞれ（図２Ｂ）と電気的に連絡し
ている。
【００８１】スイッチ８０は、遅延発生器８７からの信
号により制御される。遅延発生器８７は、制御器（図示
せず）から受け取ったスタート信号に応答して、制御信
号をスイッチ８０に供給する。制御器は、１つの実施形
態においては、デジタルコンピュータである。スイッチ
８０が、グリッドプレート５３への高電圧接続を高電圧
電源９０により生じる電圧７４から、高電圧電源９１に
より生じる電圧７６へと切り換えるために起動される直
前に、選択された質量電荷比のイオンが、グリッドプレ
ート５３におけるアパーチャ５０’を通過できるように
遅延が設定される。
号により制御される。遅延発生器８７は、制御器（図示
せず）から受け取ったスタート信号に応答して、制御信
号をスイッチ８０に供給する。制御器は、１つの実施形
態においては、デジタルコンピュータである。スイッチ
８０が、グリッドプレート５３への高電圧接続を高電圧
電源９０により生じる電圧７４から、高電圧電源９１に
より生じる電圧７６へと切り換えるために起動される直
前に、選択された質量電荷比のイオンが、グリッドプレ
ート５３におけるアパーチャ５０’を通過できるように
遅延が設定される。
【００８２】同様に図４を参照して、１つの実施形態に
おいて、パルス化イオンデフレクタ５２は、透明度の高
いグリッドで覆われたアパーチャ５１と５４との間に配
置される、２つの直列デフレクタ１００および１０２を
含む。アパーチャ５４はまた、ドリフト管１６の出口ア
パーチャとして機能し、アパーチャ５１もまた、フラグ
メンテーションチャンバ１８への入口アパーチャ５１と
して機能する。グリッド状のアパーチャ５１および５４
は、デフレクタ１００および１０２により形成された電
界が、パルス化イオンデフレクタ５２より先へと伝搬す
ることを回避する。デフレクタ１００および１０２は、
電気的破壊を引き起こすことなく、できる限りアパーチ
ャ５１および５４上のグリッド面の近くに配置される。
おいて、パルス化イオンデフレクタ５２は、透明度の高
いグリッドで覆われたアパーチャ５１と５４との間に配
置される、２つの直列デフレクタ１００および１０２を
含む。アパーチャ５４はまた、ドリフト管１６の出口ア
パーチャとして機能し、アパーチャ５１もまた、フラグ
メンテーションチャンバ１８への入口アパーチャ５１と
して機能する。グリッド状のアパーチャ５１および５４
は、デフレクタ１００および１０２により形成された電
界が、パルス化イオンデフレクタ５２より先へと伝搬す
ることを回避する。デフレクタ１００および１０２は、
電気的破壊を引き起こすことなく、できる限りアパーチ
ャ５１および５４上のグリッド面の近くに配置される。
【００８３】１つの実施形態において、サンプル３２に
最も近いデフレクタ１００は、デフレクタ１００の電極
１０１Ａと１０１Ｂがこれらの電極間に電位差を有す
る、通常閉（ＮＣ）または充電状態の構成で動作され
る。第２のデフレクタ１０２は、電極１０５Ａと１０５
Ｂとの間に電圧差がない、通常開（ＮＯ）または放電状
態の構成により動作される。イオンの生成と、デフレク
タ１００における所望の質量電荷比のイオンの到達時間
との間の遅延を正しく選択することにより、入口電極１
０１Ａおよび１０１Ｂは、所望のイオンのみがデフレク
タ１００に達するように開くため、非充電状態にされ得
る。その一方で、第２のデフレクタ１０２の電極１０５
Ａおよび１０５Ｂは、対象イオンがデフレクタ１０２を
通過する直後に閉じられるように非充電状態される。こ
の方法にて、質量の小さいイオンは、第１のデフレクタ
１００により阻止され、質量の大きいイオンは、第２の
デフレクタ１０２により阻止される。イオンは、臨界ア
パーチャからそれるような、十分に大きな角度で偏向さ
れることにより、阻止される。様々な実施形態において
（例えば、図２）、臨界アパーチャは、衝突セル４４へ
の入口アパーチャ４６、分析器２４または検出器６８
（最小の偏向角度を有する方）への入口アパーチャ５８
と一致し得る。
最も近いデフレクタ１００は、デフレクタ１００の電極
１０１Ａと１０１Ｂがこれらの電極間に電位差を有す
る、通常閉（ＮＣ）または充電状態の構成で動作され
る。第２のデフレクタ１０２は、電極１０５Ａと１０５
Ｂとの間に電圧差がない、通常開（ＮＯ）または放電状
態の構成により動作される。イオンの生成と、デフレク
タ１００における所望の質量電荷比のイオンの到達時間
との間の遅延を正しく選択することにより、入口電極１
０１Ａおよび１０１Ｂは、所望のイオンのみがデフレク
タ１００に達するように開くため、非充電状態にされ得
る。その一方で、第２のデフレクタ１０２の電極１０５
Ａおよび１０５Ｂは、対象イオンがデフレクタ１０２を
通過する直後に閉じられるように非充電状態される。こ
の方法にて、質量の小さいイオンは、第１のデフレクタ
１００により阻止され、質量の大きいイオンは、第２の
デフレクタ１０２により阻止される。イオンは、臨界ア
パーチャからそれるような、十分に大きな角度で偏向さ
れることにより、阻止される。様々な実施形態において
（例えば、図２）、臨界アパーチャは、衝突セル４４へ
の入口アパーチャ４６、分析器２４または検出器６８
（最小の偏向角度を有する方）への入口アパーチャ５８
と一致し得る。
【００８４】電界におけるイオンの運動方程式により、
イオン行路沿いにおける任意の２つの点の間のあらゆる
イオンの飛行時間を正確に計算することができる。図２
Ａおよび図２Ｂに示される１つの実施形態において用い
られたような均一の電界の場合、これらの方程式は、特
に正確に計算することができ、電圧、距離、および初速
度が正確に知られている条件においては、２つの点の間
のあらゆるイオンの飛行時間を正確に計算することがで
きる。具体的には、イオンが均一加速電界を横断する時
間は、以下の方程式で示される。
イオン行路沿いにおける任意の２つの点の間のあらゆる
イオンの飛行時間を正確に計算することができる。図２
Ａおよび図２Ｂに示される１つの実施形態において用い
られたような均一の電界の場合、これらの方程式は、特
に正確に計算することができ、電圧、距離、および初速
度が正確に知られている条件においては、２つの点の間
のあらゆるイオンの飛行時間を正確に計算することがで
きる。具体的には、イオンが均一加速電界を横断する時
間は、以下の方程式で示される。
【００８５】ｔ＝（ｖ２−ｖ１）／ａ
式中、ｖ２は加速後の最終速度、ｖ１は加速前の初速
度、そしてｔはイオンが電界内で過ごす時間を示す。加
速度は、以下の方程式で示される。
度、そしてｔはイオンが電界内で過ごす時間を示す。加
速度は、以下の方程式で示される。
【００８６】ａ＝ｚ（Ｖ１−Ｖ２）／ｍｄ
式中、ｚはイオンの電荷、ｍはそのイオンの質量、Ｖ１
およびＶ２は印加電圧、そしてｄは電界の全長を示す。
電場を有さない空間において、加速度はゼロであり、以
下の式で示される。 ｔ＝Ｄ／ｖ 式中、Ｄは、電場を有さない空間の全長、ｖはイオンの
速度を示す。
およびＶ２は印加電圧、そしてｄは電界の全長を示す。
電場を有さない空間において、加速度はゼロであり、以
下の式で示される。 ｔ＝Ｄ／ｖ 式中、Ｄは、電場を有さない空間の全長、ｖはイオンの
速度を示す。
【００８７】保存系（すなわち、摩擦損失がない場合）
において、運動エネルギーおよび位置エネルギーの総和
は一定である。電界における荷電粒子の運動は、以下の
式で示される。 Ｔ２−Ｔ１＝ｚ（Ｖ１−Ｖ２） 式中、運動エネルギーＴ＝ｍｖ２／２である。この式を
Ｖについて解くことによって、任意の点における荷電粒
子の速度の明確な式を示し得る。
において、運動エネルギーおよび位置エネルギーの総和
は一定である。電界における荷電粒子の運動は、以下の
式で示される。 Ｔ２−Ｔ１＝ｚ（Ｖ１−Ｖ２） 式中、運動エネルギーＴ＝ｍｖ２／２である。この式を
Ｖについて解くことによって、任意の点における荷電粒
子の速度の明確な式を示し得る。
【００８８】一連の均一な電界を移動するイオンに対し
て、上記の方程式は、イオンの質量、電荷、電位、距離
と、初期の位置および速度との関数として飛行時間を正
確に提供する。距離がメートルで、電位がボルトで、質
量がｋｇで、電荷がクーロンで、そして時間が秒で表さ
れるＳＩ系が用いられる場合、さらなる定数は必要な
い。
て、上記の方程式は、イオンの質量、電荷、電位、距離
と、初期の位置および速度との関数として飛行時間を正
確に提供する。距離がメートルで、電位がボルトで、質
量がｋｇで、電荷がクーロンで、そして時間が秒で表さ
れるＳＩ系が用いられる場合、さらなる定数は必要な
い。
【００８９】場合によっては、すべてのパラメータは、
先験的に十分な正確さで知られないこともあり、そのよ
うな場合は、計算された飛行時間の補正を経験的に決定
する必要もあり得る。
先験的に十分な正確さで知られないこともあり、そのよ
うな場合は、計算された飛行時間の補正を経験的に決定
する必要もあり得る。
【００９０】いかなる場合においても、任意に選択され
た質量電荷比のイオンの飛行時間は、十分な正確さで決
定でき、これにより、パルス化イオン生成器１２におけ
るイオンの生成と、タイミング制御イオンセレクタ１４
におけるイオンの選択、または衝突セル４４からのイオ
ンのパルス引き出しとの間に必要とされる時間遅延を正
確に決定することが可能となる。
た質量電荷比のイオンの飛行時間は、十分な正確さで決
定でき、これにより、パルス化イオン生成器１２におけ
るイオンの生成と、タイミング制御イオンセレクタ１４
におけるイオンの選択、または衝突セル４４からのイオ
ンのパルス引き出しとの間に必要とされる時間遅延を正
確に決定することが可能となる。
【００９１】同様に図５を参照して、１つの実施形態に
おいて、４チャネル遅延発生器１６２は、スタートパル
ス１５０により開始される。スタートパルス１５０は、
パルス化イオン生成器１２におけるイオンの生成と同期
している。１つの実施形態において、スタートパルス
は、レーザビーム２８からの光のパルスを検出すること
により生成される。第１の遅延期間の後、パルス１５１
が遅延発生器１６２により生成される。遅延発生器１６
２は、電圧７０および７２をそれぞれ供給する電圧源と
連絡しているスイッチ１５５をオンにする。パルス１５
１を受け取る前、スイッチ１５５は、電圧７０の供給源
をサンプル３２へと接続する位置１６０にある。パルス
１５１を受け取ると、スイッチ１５５は、電圧７２の電
圧源をサンプル３２へと接続する位置１６１に急速に移
動する。第１の遅延は、パルス化イオン生成器１２によ
り生成された選択された質量電荷比のイオンが、選択点
（例えばパルス化イオンデフレクタ５２）において、時
間的に集束するように選択される。
おいて、４チャネル遅延発生器１６２は、スタートパル
ス１５０により開始される。スタートパルス１５０は、
パルス化イオン生成器１２におけるイオンの生成と同期
している。１つの実施形態において、スタートパルス
は、レーザビーム２８からの光のパルスを検出すること
により生成される。第１の遅延期間の後、パルス１５１
が遅延発生器１６２により生成される。遅延発生器１６
２は、電圧７０および７２をそれぞれ供給する電圧源と
連絡しているスイッチ１５５をオンにする。パルス１５
１を受け取る前、スイッチ１５５は、電圧７０の供給源
をサンプル３２へと接続する位置１６０にある。パルス
１５１を受け取ると、スイッチ１５５は、電圧７２の電
圧源をサンプル３２へと接続する位置１６１に急速に移
動する。第１の遅延は、パルス化イオン生成器１２によ
り生成された選択された質量電荷比のイオンが、選択点
（例えばパルス化イオンデフレクタ５２）において、時
間的に集束するように選択される。
【００９２】第２の遅延期間の後、スイッチ１５６およ
び１５７をトリガするパルス１５２が生成される。パル
ス１５２を受け取る前、スイッチ１５６は電圧源１２０
を偏向板１０１Ａに接続し、スイッチ１５７は電圧源１
２１を偏向板１０１Ｂに接続する。パルス１５２を受け
取ると、スイッチ１５６および１５７は、急速に動いて
偏向板１０１Ａおよび１０１Ｂの両方を接地に接続す
る。
び１５７をトリガするパルス１５２が生成される。パル
ス１５２を受け取る前、スイッチ１５６は電圧源１２０
を偏向板１０１Ａに接続し、スイッチ１５７は電圧源１
２１を偏向板１０１Ｂに接続する。パルス１５２を受け
取ると、スイッチ１５６および１５７は、急速に動いて
偏向板１０１Ａおよび１０１Ｂの両方を接地に接続す
る。
【００９３】同様に、スイッチ１５８および１５９は、
初期的には電極１０５Ａおよび１０Ｂを接地接続し、そ
して第３の遅延期間の後に起こる遅延パルス１５３に応
答して、電極１０５Ａおよび１０５Ｂを電圧源１２２お
よび１２３にそれぞれ接続する。１つの実施形態におい
て、電圧源１２０および１２２は等しい電圧を供給し、
電圧源１２１および１２３は、電圧源１２０より供給さ
れる電圧と大きさが等しく符号は反対である電圧源を供
給する。第２の遅延期間は、パルスイオン偏向器５２の
入口アパーチャ５４、またはその付近に選択された質量
電荷比のイオンが到達することに対応するように選択さ
れる。そして、第３の遅延期間は、パルスイオン偏向器
５２の出口アパーチャ５１、またはその付近に選択され
た質量電荷比のイオンが到達することに対応するように
選択される。
初期的には電極１０５Ａおよび１０Ｂを接地接続し、そ
して第３の遅延期間の後に起こる遅延パルス１５３に応
答して、電極１０５Ａおよび１０５Ｂを電圧源１２２お
よび１２３にそれぞれ接続する。１つの実施形態におい
て、電圧源１２０および１２２は等しい電圧を供給し、
電圧源１２１および１２３は、電圧源１２０より供給さ
れる電圧と大きさが等しく符号は反対である電圧源を供
給する。第２の遅延期間は、パルスイオン偏向器５２の
入口アパーチャ５４、またはその付近に選択された質量
電荷比のイオンが到達することに対応するように選択さ
れる。そして、第３の遅延期間は、パルスイオン偏向器
５２の出口アパーチャ５１、またはその付近に選択され
た質量電荷比のイオンが到達することに対応するように
選択される。
【００９４】第４の遅延期間の後、スイッチ７９をトリ
ガするパルス１５４が生成される。パルス１５４を受け
取る前、スイッチ７９は、電圧源供給電圧７４をグリッ
ド板５３に接続する。そして、パルス１５４を受け取る
と、スイッチ７９は、電圧源供給電圧７６をグリッド板
５３に接続するために急速に切り換える。第４の遅延期
間は、グリッド板５３のアパーチャ５０’、またはその
付近に選択された質量電荷比のイオンが到達することに
対応するように選択される。第４の遅延期間を適切に選
択することで、フラグメンテーションチャンバ１８は、
分析器２４の遅延引き出し源として作用し、一次イオン
およびフラグメントイオンの両方が、時間的に検出器６
８に集束する。各スイッチ７９、１５５、１５６、１５
７、１５８および１５９は、次のスタートパルスが開始
されるよりも前に、初期状態にリセットされなければな
らない。スイッチをリセットする時間および速度は重要
ではなく、各スイッチに組み込まれた固定遅延の後に実
行してもよいし、あるいは別の外部の遅延チャネル（図
示せず）からの遅延パルスを用いてもよい。
ガするパルス１５４が生成される。パルス１５４を受け
取る前、スイッチ７９は、電圧源供給電圧７４をグリッ
ド板５３に接続する。そして、パルス１５４を受け取る
と、スイッチ７９は、電圧源供給電圧７６をグリッド板
５３に接続するために急速に切り換える。第４の遅延期
間は、グリッド板５３のアパーチャ５０’、またはその
付近に選択された質量電荷比のイオンが到達することに
対応するように選択される。第４の遅延期間を適切に選
択することで、フラグメンテーションチャンバ１８は、
分析器２４の遅延引き出し源として作用し、一次イオン
およびフラグメントイオンの両方が、時間的に検出器６
８に集束する。各スイッチ７９、１５５、１５６、１５
７、１５８および１５９は、次のスタートパルスが開始
されるよりも前に、初期状態にリセットされなければな
らない。スイッチをリセットする時間および速度は重要
ではなく、各スイッチに組み込まれた固定遅延の後に実
行してもよいし、あるいは別の外部の遅延チャネル（図
示せず）からの遅延パルスを用いてもよい。
【００９５】図６を参照して、フラグメントイオンの分
解能は、定められた距離、電圧および遅延時間を有す
る、図２に示した実施形態のような、あらゆる機器構成
（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｌ ｇｅｏｍｅｔｏｒｙ）に
対して計算できる。図６に示すプロットは、２０キロボ
ルトのサンプル電圧７２および１９．８キロボルトの衝
突セル電圧７４（実験室基準系（ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ
ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｒａｍｅ）における２００ボル
トのイオン中性衝突エネルギーに対応）で、パルス化イ
オン生成器１２において生じる質量電荷比（ｍ／ｚ）が
２０００のイオンについてのフラグメント質量の関数と
しての分解能の計算に対応する。（図２Ａおよび図２
Ｂ）。ｍ／ｚが２０００の一次イオンがアパーチャ５
０’を通過すると計算された時点から８５８ナノ秒の遅
延後に、グリッド板５３をより高い電圧７６に切り換え
た。この電圧７６は、この計算の目的においては２５キ
ロボルトであった。
解能は、定められた距離、電圧および遅延時間を有す
る、図２に示した実施形態のような、あらゆる機器構成
（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｌ ｇｅｏｍｅｔｏｒｙ）に
対して計算できる。図６に示すプロットは、２０キロボ
ルトのサンプル電圧７２および１９．８キロボルトの衝
突セル電圧７４（実験室基準系（ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ
ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｒａｍｅ）における２００ボル
トのイオン中性衝突エネルギーに対応）で、パルス化イ
オン生成器１２において生じる質量電荷比（ｍ／ｚ）が
２０００のイオンについてのフラグメント質量の関数と
しての分解能の計算に対応する。（図２Ａおよび図２
Ｂ）。ｍ／ｚが２０００の一次イオンがアパーチャ５
０’を通過すると計算された時点から８５８ナノ秒の遅
延後に、グリッド板５３をより高い電圧７６に切り換え
た。この電圧７６は、この計算の目的においては２５キ
ロボルトであった。
【００９６】１つの事例にて（図６の曲線１１１）、フ
ラグメント器引き出しグリッド５６に印加された電圧７
５もまた、１９．８キロボルトであったため、引き出し
グリッド５６と衝突セル４４との間の領域は電場を有さ
なかった。別の事例にて（図６の曲線１１２）、フラグ
メント器引き出しグリッド５６に印加された電圧７５は
１９．９キロボルトであったため、衝突セル４４の出口
５０から出てくるイオンは多少減速された。図６からも
わかるように、後者の事例である１１２は、比較的大き
い質量の場合に理論的分解能が若干低くなるが、比較的
低いフラグメント質量においては幾分良好な分解能が得
られる。
ラグメント器引き出しグリッド５６に印加された電圧７
５もまた、１９．８キロボルトであったため、引き出し
グリッド５６と衝突セル４４との間の領域は電場を有さ
なかった。別の事例にて（図６の曲線１１２）、フラグ
メント器引き出しグリッド５６に印加された電圧７５は
１９．９キロボルトであったため、衝突セル４４の出口
５０から出てくるイオンは多少減速された。図６からも
わかるように、後者の事例である１１２は、比較的大き
い質量の場合に理論的分解能が若干低くなるが、比較的
低いフラグメント質量においては幾分良好な分解能が得
られる。
【００９７】図７を参照して、本発明の実施形態によっ
ては、イオンガイド９９が、１つ以上のフィールドフリ
ー領域に配置されることを含む。イオンガイドは、イオ
ンの伝達を増加させるため、ドリフト管１６または１
６’のうちの少なくとも１つに、あるいはフィールドフ
リー領域５７に配置され得る。ワイヤインシリンダ型
（ｗｉｒｅ−ｉｎ−ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｔｙｐｅ）およ
び４極、６極または８極から成るＲＦ励起多極レンズを
含む、いくつかの型のイオンガイドが、当該分野におい
て公知である。イオンガイドの１つの実施形態におい
て、スタックリング静電イオンガイド（ｓｔａｃｋｅｄ
ｒｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｉｏｎ ｇ
ｕｉｄｅ）が用いられる。スタックリングイオンガイド
は、それぞれ中央アパーチャ１１０を有し、各組のリン
グ１０８の間に均一の間隔で重ねられた同一の板または
リング１０８および１０８’の積層体を含む。リング１
０８’は１つおきに正の電圧電源１０９に接続され、そ
の間のリング１０８は、それぞれ、負の電圧電源１０７
に接続される。
ては、イオンガイド９９が、１つ以上のフィールドフリ
ー領域に配置されることを含む。イオンガイドは、イオ
ンの伝達を増加させるため、ドリフト管１６または１
６’のうちの少なくとも１つに、あるいはフィールドフ
リー領域５７に配置され得る。ワイヤインシリンダ型
（ｗｉｒｅ−ｉｎ−ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｔｙｐｅ）およ
び４極、６極または８極から成るＲＦ励起多極レンズを
含む、いくつかの型のイオンガイドが、当該分野におい
て公知である。イオンガイドの１つの実施形態におい
て、スタックリング静電イオンガイド（ｓｔａｃｋｅｄ
ｒｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｉｏｎ ｇ
ｕｉｄｅ）が用いられる。スタックリングイオンガイド
は、それぞれ中央アパーチャ１１０を有し、各組のリン
グ１０８の間に均一の間隔で重ねられた同一の板または
リング１０８および１０８’の積層体を含む。リング１
０８’は１つおきに正の電圧電源１０９に接続され、そ
の間のリング１０８は、それぞれ、負の電圧電源１０７
に接続される。
【００９８】入口１０６および出口５４のアパーチャが
配置されるドリフト管１６の端板は、ガイドの隣接し合
うリングの間の距離の半分に相当する距離だけ、スタッ
クリングイオンガイドの端部から離れている。イオンガ
イド９９を通過する際のイオン飛行時間が不安定になる
のを回避するため、正にバイアスされた電極の数を、負
にバイアスされた電極の数と等しくすることが重要であ
る。入射イオンビームのエネルギーと比例する電圧電源
１０７および１０９からの印加電圧の、適切な大きさを
選択することにより、イオンビームは、ガイドの軸付近
で閉じ込められる。例えば、ワイヤインシリンダ型イオ
ンガイドよりもスタックリングイオンガイドの方が優位
である点は、イオンの飛行時間に著しい影響を与えるこ
となく、エネルギーおよび質量の広い範囲にわたり、効
率的にイオンを伝達させることである。
配置されるドリフト管１６の端板は、ガイドの隣接し合
うリングの間の距離の半分に相当する距離だけ、スタッ
クリングイオンガイドの端部から離れている。イオンガ
イド９９を通過する際のイオン飛行時間が不安定になる
のを回避するため、正にバイアスされた電極の数を、負
にバイアスされた電極の数と等しくすることが重要であ
る。入射イオンビームのエネルギーと比例する電圧電源
１０７および１０９からの印加電圧の、適切な大きさを
選択することにより、イオンビームは、ガイドの軸付近
で閉じ込められる。例えば、ワイヤインシリンダ型イオ
ンガイドよりもスタックリングイオンガイドの方が優位
である点は、イオンの飛行時間に著しい影響を与えるこ
となく、エネルギーおよび質量の広い範囲にわたり、効
率的にイオンを伝達させることである。
【００９９】図８は本発明の別の実施形態である。図８
を参照して、パルス化イオン生成器１２へイオンを供給
するために、連続またはパルス源のイオン１２８のいず
れを用いてもよい。この実施形態において、電気スプレ
ー、化学イオン化、電子衝撃、誘導結合プラズマ（ＩＣ
Ｐ）およびＭＡＬＤＩを含む、当該分野において公知の
あらゆるイオン化技術を用いることができる。この実施
形態においては、イオンのビーム１２９を、電極１３０
と引き出しグリッド３６との間のフィールドフリー空間
内に注入し、周期的に電圧パルスを電極１３０に印加
し、これにより、初期ビームの方向と直交する方向へイ
オンを加速させる。イオンは、引き出しグリッド３６と
グリッド１３６との間に形成された第２の電界において
さらに加速される。
を参照して、パルス化イオン生成器１２へイオンを供給
するために、連続またはパルス源のイオン１２８のいず
れを用いてもよい。この実施形態において、電気スプレ
ー、化学イオン化、電子衝撃、誘導結合プラズマ（ＩＣ
Ｐ）およびＭＡＬＤＩを含む、当該分野において公知の
あらゆるイオン化技術を用いることができる。この実施
形態においては、イオンのビーム１２９を、電極１３０
と引き出しグリッド３６との間のフィールドフリー空間
内に注入し、周期的に電圧パルスを電極１３０に印加
し、これにより、初期ビームの方向と直交する方向へイ
オンを加速させる。イオンは、引き出しグリッド３６と
グリッド１３６との間に形成された第２の電界において
さらに加速される。
【０１００】保護板１３４は、分圧器（図示せず）に接
続され、グリッド３６と１３６との間に均一な電界を形
成するための補助として用いられ得る。イオンは、フィ
ールドフリー空間１６を通過し、フラグメンテーション
チャンバ１８内に入る。フラグメンテーションチャンバ
１８内において、イオンは衝突セル４４に入り、その中
で中性分子との衝突によりフラグメントされる。この実
施形態において、以下でさらに説明するように、パルス
イオン偏向器は衝突セル４４内に配置され、フラグメン
テーションチャンバ１８は、分析器２４の遅延引き出し
源として機能する。フラグメンテーションチャンバ１８
から出ていくイオンは、フィールドフリー空間１６’を
通過し、イオンミラー６４により反射され、フィールド
フリー空間１６’に再び入り、検出器６８により検出さ
れる。
続され、グリッド３６と１３６との間に均一な電界を形
成するための補助として用いられ得る。イオンは、フィ
ールドフリー空間１６を通過し、フラグメンテーション
チャンバ１８内に入る。フラグメンテーションチャンバ
１８内において、イオンは衝突セル４４に入り、その中
で中性分子との衝突によりフラグメントされる。この実
施形態において、以下でさらに説明するように、パルス
イオン偏向器は衝突セル４４内に配置され、フラグメン
テーションチャンバ１８は、分析器２４の遅延引き出し
源として機能する。フラグメンテーションチャンバ１８
から出ていくイオンは、フィールドフリー空間１６’を
通過し、イオンミラー６４により反射され、フィールド
フリー空間１６’に再び入り、検出器６８により検出さ
れる。
【０１０１】図２Ｂを参照して、この電位図は、多少の
変更を加えれば、図８に示される１つの実施形態にも適
用される。サンプル３２（図２）は、電極１３０（図
８）に置き換えられ、パルスイオン偏向器５２は、衝突
セル４４（図８）内に配置される。連続イオン源１２８
内で生成されたイオンビーム１２９は、点８１と８２の
間にある、電極１３０と引き出しグリッド３６との間の
空間に入る。電極１３０における電圧７０は、初期的に
は引き出しグリッド３６上の電圧７１と等しく、電極１
３０を周期的に切り換えることにより、イオンを引き出
す。７０と７２との間の電圧差は、ビーム内のイオン
が、時間内に衝突セル４４からの出口、またはその付近
に集束するように選択される。１つの実施形態におい
て、引き出しグリッド３６上の電圧７１は接地電位にあ
り、ドリフト管１６および１６’上の電圧７３は、対象
イオンとは反対符号の電圧である。
変更を加えれば、図８に示される１つの実施形態にも適
用される。サンプル３２（図２）は、電極１３０（図
８）に置き換えられ、パルスイオン偏向器５２は、衝突
セル４４（図８）内に配置される。連続イオン源１２８
内で生成されたイオンビーム１２９は、点８１と８２の
間にある、電極１３０と引き出しグリッド３６との間の
空間に入る。電極１３０における電圧７０は、初期的に
は引き出しグリッド３６上の電圧７１と等しく、電極１
３０を周期的に切り換えることにより、イオンを引き出
す。７０と７２との間の電圧差は、ビーム内のイオン
が、時間内に衝突セル４４からの出口、またはその付近
に集束するように選択される。１つの実施形態におい
て、引き出しグリッド３６上の電圧７１は接地電位にあ
り、ドリフト管１６および１６’上の電圧７３は、対象
イオンとは反対符号の電圧である。
【０１０２】衝突セル４４内のイオンのエネルギーは、
電圧７４にそれらの初速度に関連付けられた運動エネル
ギーを足したものに対して、それらの初期電位８１また
は８２により決定される。従って、衝突セル４４内でイ
オンが中性分子と衝突する際のエネルギーは、電圧７４
を変えることで変化させることができる。１つの実施形
態において、電圧７１および電圧７４は、接地電位にあ
る。この実施形態において、衝突セル４４とフラグメン
ト器引き出しグリッド５６との間の引き出し電界は、初
期的に接地の、または接地付近の電圧７５を、より低い
電圧に切り換えることで形成される。
電圧７４にそれらの初速度に関連付けられた運動エネル
ギーを足したものに対して、それらの初期電位８１また
は８２により決定される。従って、衝突セル４４内でイ
オンが中性分子と衝突する際のエネルギーは、電圧７４
を変えることで変化させることができる。１つの実施形
態において、電圧７１および電圧７４は、接地電位にあ
る。この実施形態において、衝突セル４４とフラグメン
ト器引き出しグリッド５６との間の引き出し電界は、初
期的に接地の、または接地付近の電圧７５を、より低い
電圧に切り換えることで形成される。
【０１０３】図９を参照して、１つの実施形態におい
て、パルスイオン偏向器５２は、衝突セル４４内に配置
される。パルス化イオン生成器１２（図８）からのイオ
ンは、衝突セル４４の出口１０４、またはその付近に集
束される。選択された質量電荷比を有するイオンのパル
スが、衝突セル４４への入口１０３、またはその付近に
到達したとき、パルスイオン偏向器１００を停止状態に
し、これにより、選択されたイオンを無偏向で通過させ
る。選択された質量電荷比を有するイオンのパルスが、
衝突セル４４への出口１０４、またはその付近に到達し
たとき、パルスイオン偏向器１０２を活性化し、これに
より、パルス偏向器１０２に遅れて到達する、より大き
い質量のイオンを偏向する。このように、質量電荷比の
より低いイオンは、パルスイオン偏向器１００により偏
向され、質量電荷比のより高いイオンは、パルスイオン
偏向器１０２により偏向され、そして選択された質量電
荷比の範囲内のイオンは、偏向されずに伝達される。パ
ルスイオン偏向器１００および１０２に印加された電圧
は、偏向されたイオンおよび衝突セル内で生成されたあ
らゆるフラグメントが、臨界アパーチャを通過すること
がないように調整される。臨界アパーチャは、この実施
形態において、分析器２４への入口アパーチャ５８であ
る。
て、パルスイオン偏向器５２は、衝突セル４４内に配置
される。パルス化イオン生成器１２（図８）からのイオ
ンは、衝突セル４４の出口１０４、またはその付近に集
束される。選択された質量電荷比を有するイオンのパル
スが、衝突セル４４への入口１０３、またはその付近に
到達したとき、パルスイオン偏向器１００を停止状態に
し、これにより、選択されたイオンを無偏向で通過させ
る。選択された質量電荷比を有するイオンのパルスが、
衝突セル４４への出口１０４、またはその付近に到達し
たとき、パルスイオン偏向器１０２を活性化し、これに
より、パルス偏向器１０２に遅れて到達する、より大き
い質量のイオンを偏向する。このように、質量電荷比の
より低いイオンは、パルスイオン偏向器１００により偏
向され、質量電荷比のより高いイオンは、パルスイオン
偏向器１０２により偏向され、そして選択された質量電
荷比の範囲内のイオンは、偏向されずに伝達される。パ
ルスイオン偏向器１００および１０２に印加された電圧
は、偏向されたイオンおよび衝突セル内で生成されたあ
らゆるフラグメントが、臨界アパーチャを通過すること
がないように調整される。臨界アパーチャは、この実施
形態において、分析器２４への入口アパーチャ５８であ
る。
【０１０４】図８に示される実施形態において、連続イ
オン源１２８からのビームは、断面が円筒状であり、ビ
ームの軸に垂直な方向における速度成分が非常に小さく
なるように、十分に平行化されている。その結果、パル
ス化イオン生成器１２により生成されたパルスビーム３
９は、連続イオン源１２８からイオンが移動する方向に
おいて比較的幅が広くなっているが、直交方向において
狭くなっている。すなわち、ビームの方向がｘ軸沿いの
場合、これに直交するビームの幅は狭くなる。アパーチ
ャ３６、１３６、１３８、１０３、１０４、５６および
１４２の幅は、本質的にパルスビーム全体が透過される
ように、連続ビーム１２９およびパルスビーム３２の方
向により規定される平面において、十分に広くなければ
ならない。しかし、この平面に垂直の方向においては、
狭くてもよい。これは、衝突セル４４の断面図を示す図
９Ａに示されている。この図において、出口アパーチャ
１０４の全長は、連続イオン源１２８からのビームに平
行する方向において２５ｍｍで、連続イオン源１２８か
らのビームおよびパルスビーム３９で規定される平面に
対して直交する方向においては１．５ｍｍである。その
他のアパーチャ３６、１３６、１３８、１０３、５６お
よび１４２は、同様の寸法を有していてもよい。また、
連続イオンビーム１２９の初速度は、パルス化イオン生
成器１２内での加速により与えれた速度にベクトル的に
加算される。その結果、パルスイオンビーム３９の行路
は、加速の方向に対して小さな角度にあり、スリット
は、その長手方向沿いにオフセットされており、これに
より、パルスイオンビーム３９の中心が、各アパーチャ
の中心付近を通過する。
オン源１２８からのビームは、断面が円筒状であり、ビ
ームの軸に垂直な方向における速度成分が非常に小さく
なるように、十分に平行化されている。その結果、パル
ス化イオン生成器１２により生成されたパルスビーム３
９は、連続イオン源１２８からイオンが移動する方向に
おいて比較的幅が広くなっているが、直交方向において
狭くなっている。すなわち、ビームの方向がｘ軸沿いの
場合、これに直交するビームの幅は狭くなる。アパーチ
ャ３６、１３６、１３８、１０３、１０４、５６および
１４２の幅は、本質的にパルスビーム全体が透過される
ように、連続ビーム１２９およびパルスビーム３２の方
向により規定される平面において、十分に広くなければ
ならない。しかし、この平面に垂直の方向においては、
狭くてもよい。これは、衝突セル４４の断面図を示す図
９Ａに示されている。この図において、出口アパーチャ
１０４の全長は、連続イオン源１２８からのビームに平
行する方向において２５ｍｍで、連続イオン源１２８か
らのビームおよびパルスビーム３９で規定される平面に
対して直交する方向においては１．５ｍｍである。その
他のアパーチャ３６、１３６、１３８、１０３、５６お
よび１４２は、同様の寸法を有していてもよい。また、
連続イオンビーム１２９の初速度は、パルス化イオン生
成器１２内での加速により与えれた速度にベクトル的に
加算される。その結果、パルスイオンビーム３９の行路
は、加速の方向に対して小さな角度にあり、スリット
は、その長手方向沿いにオフセットされており、これに
より、パルスイオンビーム３９の中心が、各アパーチャ
の中心付近を通過する。
【０１０５】図１０を参照して、本発明の１つの実施形
態は、フラグメンテーションチャンバ１８内で、光解離
セル１５２を用いる。１つに実施形態において、光解離
セルは、衝突セル４４に類似するが、中性ガスが吸入口
４０を通じて流入するのではなく、パルスレーザビーム
１５０がアパーチャまたは窓１６０を通じて流入し、ア
パーチャまたは窓１６１を通じてセルから出ていく。レ
ーザパルスは、選択された質量電荷比のイオンパルスと
同時にレーザパルスが光解離セルの中心に到達するよう
に、スタートパルスおよび遅延発生器（図示せず）と同
期している。
態は、フラグメンテーションチャンバ１８内で、光解離
セル１５２を用いる。１つに実施形態において、光解離
セルは、衝突セル４４に類似するが、中性ガスが吸入口
４０を通じて流入するのではなく、パルスレーザビーム
１５０がアパーチャまたは窓１６０を通じて流入し、ア
パーチャまたは窓１６１を通じてセルから出ていく。レ
ーザパルスは、選択された質量電荷比のイオンパルスと
同時にレーザパルスが光解離セルの中心に到達するよう
に、スタートパルスおよび遅延発生器（図示せず）と同
期している。
【０１０６】対象イオンがその波長にてエネルギーを吸
収するようにレーザの波長は選択されている。１つの実
施形態において、２６６ｎｍのレーザ光線の波長を有す
る４倍Ｎｄ：ＹＡＧレーザが用いられる。別の実施形態
において、１９３ｎｍの波長を有するエキシマレーザが
用いられる。対象イオンにより吸収されることを条件と
して、あらゆる波長の放射を用いることができる。対象
イオンは、パルスレーザビーム１５０からの１つ以上の
光子の吸収により励起され、フラグメント化される。フ
ラグメントは、上記にて詳述したように、分析器２４の
遅延引き出し源として機能を果たすフラグメンテーショ
ンチャンバ１８で分析される。光解離セル１５２はま
た、パルスイオン偏向器１００および１０２を備え、選
択されたイオンと異なる質量電荷比を有するイオンが分
析器２４に伝達されるのを回避する。
収するようにレーザの波長は選択されている。１つの実
施形態において、２６６ｎｍのレーザ光線の波長を有す
る４倍Ｎｄ：ＹＡＧレーザが用いられる。別の実施形態
において、１９３ｎｍの波長を有するエキシマレーザが
用いられる。対象イオンにより吸収されることを条件と
して、あらゆる波長の放射を用いることができる。対象
イオンは、パルスレーザビーム１５０からの１つ以上の
光子の吸収により励起され、フラグメント化される。フ
ラグメントは、上記にて詳述したように、分析器２４の
遅延引き出し源として機能を果たすフラグメンテーショ
ンチャンバ１８で分析される。光解離セル１５２はま
た、パルスイオン偏向器１００および１０２を備え、選
択されたイオンと異なる質量電荷比を有するイオンが分
析器２４に伝達されるのを回避する。
【０１０７】図１１を参照して、本発明の１つの実施形
態は、フラグメンテーションチャンバ１８内で表面誘起
解離セル１５４を用いる。この実施形態において、対象
イオンは、パルスイオン偏向器５２により選択され、そ
の他の質量電荷比のイオンは、表面誘導誘起解離セル１
５４に入らないように偏向される。選択されたイオン
が、入射のグレージング角度にて電極１５６の表面１５
９と衝突するように選択されたイオンを偏向するよう
に、電極１５８と１５６との間に電位差が印加される。
イオンは、表面１５９との衝突により励起され、フラグ
メントされる。１つの実施形態において、表面１５９
は、フラグメンテーションを促進する、あるいは、表面
との電荷交換の可能性を低減するように、ペルフルオロ
化等の高分子量の比較的不揮発性である液体でコーティ
ングされる。フラグメントイオンは、分析器２４の遅延
引き出し源として機能を果たすフラグメンテーションチ
ャンバ１８で分析される。
態は、フラグメンテーションチャンバ１８内で表面誘起
解離セル１５４を用いる。この実施形態において、対象
イオンは、パルスイオン偏向器５２により選択され、そ
の他の質量電荷比のイオンは、表面誘導誘起解離セル１
５４に入らないように偏向される。選択されたイオン
が、入射のグレージング角度にて電極１５６の表面１５
９と衝突するように選択されたイオンを偏向するよう
に、電極１５８と１５６との間に電位差が印加される。
イオンは、表面１５９との衝突により励起され、フラグ
メントされる。１つの実施形態において、表面１５９
は、フラグメンテーションを促進する、あるいは、表面
との電荷交換の可能性を低減するように、ペルフルオロ
化等の高分子量の比較的不揮発性である液体でコーティ
ングされる。フラグメントイオンは、分析器２４の遅延
引き出し源として機能を果たすフラグメンテーションチ
ャンバ１８で分析される。
【０１０８】図１２を参照して、１つの実施形態におい
て、タイミング制御イオン選択器１４およびイオンフラ
グメンテーションチャンバ１８は、パルス化イオン生成
器１２と同じ真空ハウジング２０内に封入されている。
グリッド板５３およびフラグメント器引き出しグリッド
５６を含むパルスイオン引き出し器は、分析器２４を封
入する真空ハウジング２６に配置される。フラグメンテ
ーションチャンバ１８とグリッド板５３との間のほぼフ
ィールドフリーの空間５７に配置される小さなアパーチ
ャ５８により、中性ガスの流れは制限されるが、イオン
ビームは自由に通過できる。１つの実施形態において、
アパーチャ５８を通過するイオンを集束させるために、
パルス化イオン生成器１２とタイミング制御イオン選択
器１４との間にｅｉｎｚｅｌレンズが配置される。この
実施形態において、真空ハウジング１９（図２）および
これに関連する真空ポンプは、必要とされない。１つの
実施形態において、フラグメンテーションチャンバ１８
内の衝突セル４４は、フラグメント器引き出しグリッド
５６と同様、接地電位に接続されている。グリッド板５
３も同様に、最初は接地されており、対象イオンが、グ
リッド板５３とフラグメント器引き出しグリッド５６と
の間のほぼフィールドフリーの空間５９に達した後、高
電圧に切り換えられる。
て、タイミング制御イオン選択器１４およびイオンフラ
グメンテーションチャンバ１８は、パルス化イオン生成
器１２と同じ真空ハウジング２０内に封入されている。
グリッド板５３およびフラグメント器引き出しグリッド
５６を含むパルスイオン引き出し器は、分析器２４を封
入する真空ハウジング２６に配置される。フラグメンテ
ーションチャンバ１８とグリッド板５３との間のほぼフ
ィールドフリーの空間５７に配置される小さなアパーチ
ャ５８により、中性ガスの流れは制限されるが、イオン
ビームは自由に通過できる。１つの実施形態において、
アパーチャ５８を通過するイオンを集束させるために、
パルス化イオン生成器１２とタイミング制御イオン選択
器１４との間にｅｉｎｚｅｌレンズが配置される。この
実施形態において、真空ハウジング１９（図２）および
これに関連する真空ポンプは、必要とされない。１つの
実施形態において、フラグメンテーションチャンバ１８
内の衝突セル４４は、フラグメント器引き出しグリッド
５６と同様、接地電位に接続されている。グリッド板５
３も同様に、最初は接地されており、対象イオンが、グ
リッド板５３とフラグメント器引き出しグリッド５６と
の間のほぼフィールドフリーの空間５９に達した後、高
電圧に切り換えられる。
【０１０９】本発明の好適な実施形態を記載したが、こ
れらの概念を取り入れた他の実施形態も用いられ得るこ
とが、当業者には明らかである。従って、これらの実施
形態は、開示された実施形態に限定されるものではな
く、添付の請求項の趣旨と範囲によってのみ限定される
ものである。
れらの概念を取り入れた他の実施形態も用いられ得るこ
とが、当業者には明らかである。従って、これらの実施
形態は、開示された実施形態に限定されるものではな
く、添付の請求項の趣旨と範囲によってのみ限定される
ものである。
【０１１０】
【発明の効果】本発明により、パルス化イオン発生器
と、パルス化イオン発生器と連絡するタイミング制御イ
オンセレクタと、イオンセレクタと連絡するイオンフラ
グメント器と、フラグメンテーションチャンバと連絡す
る分析器とを有する、タンデム飛行時間型質量分析計が
提供される。
と、パルス化イオン発生器と連絡するタイミング制御イ
オンセレクタと、イオンセレクタと連絡するイオンフラ
グメント器と、フラグメンテーションチャンバと連絡す
る分析器とを有する、タンデム飛行時間型質量分析計が
提供される。
【図１】図１は、本発明の一実施形態のブロック図であ
る。
る。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の、図１の実施形態の模式
図である。
図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の、図２Ａに示す実施形態
の、各点に存在する電圧を示すグラフである。
の、各点に存在する電圧を示すグラフである。
【図３】図３は、図２のフラグメンテーションチャンバ
の一実施形態の模式図である。
の一実施形態の模式図である。
【図４】図４は、図２のパルス化イオンデフレクタおよ
び関連するゲーティング電位の一実施形態の模式図であ
る。
び関連するゲーティング電位の一実施形態の模式図であ
る。
【図５】図５は、図２に示すパルス化イオン生成器、タ
イミング制御イオンセレクタ、およびタイミング制御引
き出しにおいて用いられる電圧スイッチング回路の一実
施形態のブロック図である。
イミング制御イオンセレクタ、およびタイミング制御引
き出しにおいて用いられる電圧スイッチング回路の一実
施形態のブロック図である。
【図６】図６は、本発明の、図２の実施形態のための、
質量電荷比２０００を有する仮定的イオンフラグメンテ
ーションにより得られたフラグメントイオンの、分解能
と質量電荷比との関係を示すグラフである。
質量電荷比２０００を有する仮定的イオンフラグメンテ
ーションにより得られたフラグメントイオンの、分解能
と質量電荷比との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の、図１の実施形態の、様々な
フィールドフリーの領域に位置し得る積層プレートアレ
イを含むイオンガイドの実施形態の模式図である。
フィールドフリーの領域に位置し得る積層プレートアレ
イを含むイオンガイドの実施形態の模式図である。
【図８】図８は、図１の本発明の、別の実施形態の模式
図である。
図である。
【図９】図９は、本発明の、図８に示す実施形態のため
の、フラグメンテーションチャンバとしての衝突セルの
実施形態の模式図である。
の、フラグメンテーションチャンバとしての衝突セルの
実施形態の模式図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図９の衝突セルの断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の、図８に示す実施形態の
フラグメンテーションチャンバとしての光解離セルの実
施形態の模式図である。
フラグメンテーションチャンバとしての光解離セルの実
施形態の模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の、図８に示す実施形態の
フラグメンテーションチャンバ内での、イオンと固体ま
たは液体表面との衝突を用いた実施形態の模式図であ
る。
フラグメンテーションチャンバ内での、イオンと固体ま
たは液体表面との衝突を用いた実施形態の模式図であ
る。
【図１２】図１２は、本発明の、図１の実施形態の模式
図であって、タイミング制御イオンセレクタと、イオン
フラグメンテーションチャンバと、パルス化イオン生成
器とが同一の真空ハウジング内に収容されている実施形
態の模式図である。
図であって、タイミング制御イオンセレクタと、イオン
フラグメンテーションチャンバと、パルス化イオン生成
器とが同一の真空ハウジング内に収容されている実施形
態の模式図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(71)出願人 595165597
500 Ｏｌｄ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ
Ｐａｔｈ，Ｆｒａｍｉｎｇｈａｍ，Ｍａｓ
ｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ 01701，Ｕｎｉｔ
ｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃ
ａ
(72)発明者 マービン エル． ベスタル
アメリカ合衆国 マサチューセッツ
01701， フラミングハム， カーター
ピーアール． 66
Ｆターム(参考） 5C038 FF07 FF10 FF13 GG07 GH13
GH15
Claims (57)
- 【請求項１】 ａ）第１の実質的に電場を有さない領域
にイオンを引き出し、所定の質量電荷比範囲のイオンを
焦点面上に集束させるように位置された第１のタイミン
グ制御イオン引き出し器に結合された、パルス化イオン
源と； ｂ）該第１の実質的に電場を有さない領域と流体連絡す
る、イオンフラグメント器と； ｃ）該イオンフラグメント器と流体連絡する、第２の実
質的に電場を有さない領域と； ｄ）該イオンフラグメント器と、該第２の実質的に電場
を有さない領域との間に位置された第２のタイミング制
御イオン引き出し器であって、該第２のタイミング制御
イオン引き出し器は、所定の時間後に、イオンおよびそ
のフラグメントイオンを、該イオンフラグメント器から
該第２の実質的に電場を有さない領域へと加速するよう
に位置された、第２のタイミング制御イオン引き出し器
と； ｅ）該第２の実質的に電場を有さない領域と流体連絡す
るイオンミラーであって、該イオンミラーは、該第２の
タイミング制御イオン引き出し器によって該第２の実質
的に電場を有さない領域へと加速された該フラグメント
イオンの少なくとも一部を、イオン検出器上に集束させ
るように位置された、イオンミラーと；を備える、タン
デム飛行時間型質量分析計。 - 【請求項２】 前記パルス化イオン源は、マトリックス
支援レーザデソープション／イオン化（ＭＡＬＤＩ）イ
オン源を包含する、請求項１に記載の質量分析計。 - 【請求項３】 前記パルス化イオン源は、電場を有さな
い領域中にイオンを注入するインジェクタおよび、注入
方向に対して実質的に直交である方向に該イオンを引き
出すように位置された第１のタイミング制御イオン引き
出し器を包含する、請求項１に記載の質量分析計。 - 【請求項４】 前記パルス化イオン源からイオンを受け
取るように位置されたタイミング制御イオンセレクタを
さらに備える請求項１に記載の質量分析計であって、該
タイミング制御イオンセレクタは、所定の質量電荷比範
囲のイオンのみが前記イオンフラグメント器まで移動す
ることを可能にする、質量分析計。 - 【請求項５】 前記タイミング制御イオンセレクタは、
イオンデフレクタを包含する、請求項４に記載の質量分
析計。 - 【請求項６】 前記イオンデフレクタは、電位差が印加
される１対の偏向電極を包含し、該電位差は、前記所定
の質量電荷比範囲内のイオンが該電極間を通過する時間
区間中以外において、イオンが前記イオンフラグメント
器に到達することを防ぐ、請求項５に記載の質量分析
計。 - 【請求項７】 前記イオンデフレクタは２対の偏向電極
を包含し、より低い質量電荷比のイオンが前記イオンフ
ラグメント器に到達することを防ぐための電位差が第１
の偏向電極対に印加され、より高い質量電荷比のイオン
が該イオンフラグメント器に到達することを防ぐための
電位差が第２の偏向電極対に印加される、請求項４に記
載の質量分析計。 - 【請求項８】 前記タイミング制御イオンセレクタは、
前記第１の実質的に電場を有さない領域内に位置され
た、請求項４に記載の質量分析計。 - 【請求項９】 前記第１の実質的に電場を有さない領域
は、ドリフト管を備える、請求項１に記載の質量分析
計。 - 【請求項１０】 前記第１の実質的に電場を有さない領
域内に位置されたイオンガイドをさらに備える、請求項
１に記載の質量分析計。 - 【請求項１１】 前記イオンガイドはガイドワイヤを包
含する、請求項１０に記載の質量分析計。 - 【請求項１２】 前記イオンガイドは孔があけられた複
数のプレートを包含し、該複数のプレートのうちの１つ
おきのプレートに正のＤＣ電位が印加され、該複数のプ
レートのうちの残りのプレートに負のＤＣ電位が印加さ
れる、請求項１０に記載の質量分析計。 - 【請求項１３】 前記イオンガイドはＲＦ励起される多
重極レンズを包含する、請求項１０に記載の質量分析
計。 - 【請求項１４】 実質的に電場を有さない領域は、前記
イオンフラグメント器と、前記第２のタイミング制御イ
オン引き出し器との間に位置された、請求項１に記載の
質量分析計。 - 【請求項１５】 前記イオンフラグメント器と電気的に
連絡され、該イオンフラグメント器に入るイオンのエネ
ルギーを変化させるように調節される、電源をさらに備
える、請求項１に記載の質量分析計。 - 【請求項１６】 前記イオンフラグメント器は、ガス衝
突セルを包含する、請求項１に記載の質量分析計。 - 【請求項１７】 前記イオンフラグメント器は、光解離
セルを包含する、請求項１に記載の質量分析計。 - 【請求項１８】 前記フラグメント器は、イオンが固体
または液体表面に衝突する表面解離手段を包含する、請
求項１に記載の質量分析計。 - 【請求項１９】 前記第２の実質的に電場を有さない領
域は、ドリフト管を備える、請求項１に記載の質量分析
計。 - 【請求項２０】 前記第２の実質的に電場を有さない領
域は、イオンガイドを備える、請求項１に記載の質量分
析計。 - 【請求項２１】 前記イオンガイドはガイドワイヤを包
含する、請求項２０に記載の質量分析計。 - 【請求項２２】 前記イオンガイドは孔があけられた複
数のプレートを包含し、該複数のプレートのうちの１つ
おきのプレートに正のＤＣ電位が印加され、該複数のプ
レートのうちの残りのプレートに負のＤＣ電位が印加さ
れる、請求項２０に記載の質量分析計。 - 【請求項２３】 前記イオンガイドはＲＦ励起される多
重極レンズを包含する、請求項２０に記載の質量分析
計。 - 【請求項２４】 前記所定の時間は、前記第２のタイミ
ング制御イオン引き出し器が、選択された質量電荷比範
囲内のイオンを第２の焦点面上に集束させるような時間
である、請求項１に記載の質量分析計。 - 【請求項２５】 前記第２の実質的に電場を有さない領
域は入口を有し、前記第２の焦点面は、該入口と実質的
に一致するように位置された、請求項２４に記載の質量
分析計。 - 【請求項２６】 前記所定の時間は、前記第２のタイミ
ング制御イオン引き出し器が、選択された質量電荷比範
囲内のイオンを集束させるような時間であり、該集束さ
れたイオンが、前記イオンフラグメント器から出射した
ときの速度に実質的に関わらず、時間間隔内で前記イオ
ン検出器に到達するような時間である、請求項１に記載
の質量分析計。 - 【請求項２７】 前記第２のタイミング制御イオン引き
出し器と電気的に連絡され、該第２のタイミング制御イ
オン引き出し器に電位を印加し、素早く変化させるよう
に調節される電源をさらに備える、請求項１に記載の質
量分析計。 - 【請求項２８】 ａ）所定の質量電荷比範囲のイオンを
焦点面上に集束させる、パルス化イオン源と； ｂ）該所定の質量電荷比範囲のイオンの少なくとも一部
を受け取るように位置された、第１の実質的に電場を有
さない領域と； ｃ）該パルス化イオン源から間隔が開けられ、かつ、該
第１の実質的に電場を有さない領域に入るイオンの少な
くとも一部を受け取るように位置されたイオンフラグメ
ント器であって、該イオンフラグメント器に入る該イオ
ンの運動エネルギーを変更するように調節されている、
イオンフラグメント器と； ｄ）該イオンフラグメント器から間隔が開けられ、か
つ、流体連絡するタイミング制御パルス化引き出し器で
あって、所定の時間後に、該所定の質量電荷比範囲のイ
オンおよびそのフラグメントイオンを加速する、タイミ
ング制御パルス化引き出し器と； ｅ）該タイミング制御パルス化引き出し器と流体連絡す
る飛行時間分析器であって、該タイミング制御パルス化
引き出し器によって加速される該イオンの質量電荷比を
決定するように調節される、飛行時間分析器と；を備え
る、タンデム飛行時間型質量分析計。 - 【請求項２９】 前記パルス化イオン源は、遅延引き出
しマトリックス支援レーザデソープション／イオン化
（ＭＡＬＤＩ）イオン源を包含する、請求項２８に記載
の質量分析計。 - 【請求項３０】 前記パルス化イオン源は、電場を有さ
ない領域中にイオンを注入するインジェクタおよび、注
入方向に対して直交である方向に該イオンを引き出すパ
ルス化イオン引き出し器を包含する、請求項２８に記載
の質量分析計。 - 【請求項３１】 該パルス化イオン源からイオンを受け
取るように位置されたタイミング制御イオンセレクタを
さらに備える、請求項２８に記載の質量分析計であっ
て、該タイミング制御イオンセレクタは、前記所定の質
量電荷比範囲のイオンのみが前記イオンフラグメント器
まで移動することを可能にする、質量分析計。 - 【請求項３２】 前記タイミング制御イオンセレクタ
は、前記第１の実質的に電場を有さない領域内に位置さ
れた、請求項３１に記載の質量分析計。 - 【請求項３３】 前記タイミング制御イオンセレクタ
は、イオンデフレクタを包含する、請求項３１に記載の
質量分析計。 - 【請求項３４】 前記タイミング制御イオンデフレクタ
は、電位差が印加される１対の偏向電極を包含し、該電
位は、前記所定の質量電荷比範囲内のイオンが該電極間
を通過する時間区間中以外において、イオンが前記イオ
ンフラグメント器に到達することを防ぐ、請求項３１に
記載の質量分析計。 - 【請求項３５】 前記タイミング制御イオンデフレクタ
は２対の偏向電極を包含し、より低い質量電荷比のイオ
ンが前記イオンフラグメント器に到達することを防ぐた
めの電位差が第１の偏向電極対に印加され、より高い質
量電荷比のイオンが該イオンフラグメント器に到達する
ことを防ぐための電位差が第２の偏向電極対に印加され
る、請求項３１に記載の質量分析計。 - 【請求項３６】 前記第１の実質的に電場を有さない領
域は、ドリフト管を備える、請求項２８に記載の質量分
析計。 - 【請求項３７】 前記第１の実質的に電場を有さない領
域内に位置されたイオンガイドをさらに備える、請求項
２８に記載の質量分析計。 - 【請求項３８】 前記イオンガイドはガイドワイヤを包
含する、請求項３７に記載の質量分析計。 - 【請求項３９】 前記イオンガイドは孔があけられた複
数のプレートを包含し、該複数のプレートのうちの１つ
おきのプレートに正のＤＣ電位が印加され、該複数のプ
レートのうちの残りのプレートに負のＤＣ電位が印加さ
れる、請求項３７に記載の質量分析計。 - 【請求項４０】 前記イオンガイドはＲＦ励起される多
重極レンズを包含する、請求項３７に記載の質量分析
計。 - 【請求項４１】 前記イオンフラグメント器と前記タイ
ミング制御パルス化引き出し器との間に位置されたグリ
ッドをさらに備え、該グリッドは該イオンフラグメント
器とタイミング制御パルス化引き出し器との間に実質的
に電場を有さない領域を生成するようにバイアスされて
いる、請求項２８に記載の質量分析計。 - 【請求項４２】 前記イオンフラグメント器は、ガス衝
突セルを包含する、請求項２８に記載の質量分析計。 - 【請求項４３】 前記イオンフラグメント器は、光解離
セルを包含する、請求項２８に記載の質量分析計。 - 【請求項４４】 前記イオンフラグメント器は、イオン
が固体または液体表面に衝突する表面解離手段を包含す
る、請求項２８に記載の質量分析計。 - 【請求項４５】 前記イオンフラグメント器は、前記イ
オンが該イオンフラグメント器に入る前に運動エネルギ
ーを低減するように調節されている、イオン請求項２８
に記載の質量分析計。 - 【請求項４６】 前記イオンフラグメント器と電気的に
連絡され、該イオンフラグメント器に入るイオンのエネ
ルギーを変化させるように調節される、電源をさらに備
える、請求項２８に記載の質量分析計。 - 【請求項４７】 前記飛行時間分析器は、ドリフト管お
よびイオン検出器を含む、請求項２８に記載の質量分析
計。 - 【請求項４８】 前記ドリフト管はイオンガイドを含
む、請求項４７に記載の質量分析計。 - 【請求項４９】 前記イオンガイドは孔があけられた複
数のプレートを包含し、該複数のプレートのうちの１つ
おきのプレートに正のＤＣ電位が印加され、該複数のプ
レートのうちの残りのプレートに負のＤＣ電位が印加さ
れる、請求項４８に記載の質量分析計。 - 【請求項５０】 前記イオンガイドはＲＦ励起される多
重極レンズを包含する、請求項４８に記載の質量分析
計。 - 【請求項５１】 前記ドリフト管と前記イオン検出器と
の間にイオンミラーが設けられた、請求項４７に記載の
質量分析計。 - 【請求項５２】 前記タイミング制御パルス化引き出し
器は、前記飛行時間分析器のための遅延引き出しイオン
源を包含することにより、該飛行時間分析器に入る各質
量電荷比のイオンが、前記イオンフラグメント器から出
射したときの速度に実質的に関わらず、狭い時間間隔内
で前記検出器に到達するように、イオンが時間的に集束
される、請求項２８に記載の質量分析計。 - 【請求項５３】 ａ）パルス化イオン源と； ｂ）該パルス化イオン源からイオンを受け取るように位
置されたタイミング制御イオンセレクタであって、所定
の質量電荷比範囲のイオンのみがイオンフラグメント器
を通って移動することを可能にする、タイミング制御イ
オンセレクタと； ｃ）実質的に電場を有さない領域によって該イオンフラ
グメント器と間隔が開けられ、かつ、結合されたタイミ
ング制御パルス化引き出し器であって、所定の時間後
に、該所定の質量電荷比のイオンおよびそのフラグメン
トイオンを加速する、タイミング制御パルス化引き出し
器と； ｄ）該タイミング制御パルス化引き出し器と流体連絡す
る飛行時間分析器であって、該タイミング制御パルス化
引き出し器によって加速されるフラグメントイオンの質
量電荷比を決定する、飛行時間分析器と；を備える、タ
ンデム飛行時間型質量分析計。 - 【請求項５４】 前記パルス化イオン源は、所定の質量
電荷比範囲のイオンを焦点面上に集束させる、請求項５
３に記載の質量分析計。 - 【請求項５５】 前記イオンフラグメント器は、入口お
よび出口を有し、前記焦点面は、該イオンフラグメント
器の該出口に実質的に一致するように位置された、請求
項５４に記載の質量分析計。 - 【請求項５６】 前記タイミング制御イオンセレクタ
は、前記イオンフラグメント器内にあり、該イオンフラ
グメント器入口に近似する、請求項５５に記載の質量分
析計。 - 【請求項５７】 前記タイミング制御イオンセレクタ
は、イオンデフレクタを包含する、請求項５３に記載の
質量分析計。
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