JP2005513414A - 電界中におけるデータ収集および未知イオン種識別のためのシステム - Google Patents
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Abstract
Description
K(E)=K(0)[1+α(E)]
ここで、K(0)は低電圧の移動度係数であり、αは特定のイオンに関する移動度の電界依存性を示す特定パラメータである。
まず、本発明は、高電界イオン移動度分光計に特定した用途を有し、また化合物の正確な識別または分別を達成できるとの知見を含む。ただし本発明は、多様な電界駆動型およびガス駆動型の実施形態で具体化できる。
したがって、一連の非対称電界状態の存在下において、VrfおよびVcompを印加すると、移動度の差に基づくイオンの相互識別が達成される。ただし、単一の移動度走査では、所定のRF電界において2つのイオンが同一補償信号によって補償される場合、一般には、これらイオンがフィルタ24を通過後に、これらを識別する方法はない。所定の電界状態においてこれらが同一移動度特性を示す場合には、このようなことが発生する可能性がある。
図2に示す実施形態を参照すると、フィルタの下流側の単一の正バイアスを掛けた検出電極30(または28)を用いて負に帯電したイオンの流れを検出(負モード)でき、また選択的に、他方の電極28(または30)に負のバイアスを掛け、負イオンを正バイアスが掛けられた検出電極に偏向させることもできる。また、フィルタの下流側の単一の負バイアスが掛けられた検出電極28(または30)は正に帯電したイオンの流れを検出(正モード)でき、また選択的に、他方の電極30(または28)に正バイアスを掛け、正イオンを負バイアスが掛けられた検出電極に偏向させることもできる。
前述の内容は、サンプル内の検出イオン種を正しく識別するために、単一の移動度走査から複数の検出データを有利に得ることを述べている。この革新的な方法は、多くの用途において有効である。この有用な革新的な方法に関わらず、本発明では、(1)複数の移動度走査から複数の検出データを取得し、(2)これらのデータをさらに処理して、例えば移動度係数αのような装置に依存しない属性を抽出することによって、より高いレベルの信頼性を得て、誤りの発生を減らすこともできる。
この「複数走査」の実施形態では、イオンは、1組の電界状態に基づくのではなく、少なくとも2つ、可能な場合はさらに多くの数の高電界状態(すなわち、最低限2つの電界測定点において)で検出された複数の強度データに基づいて識別される。検出は、少なくとも2つの異なる電界状態で印加されるRF電圧および補償との相関を取り、所定の検出化合物の特性を決定する。複数の検出データが所定の対象イオン種と関連付けられるため、より正確な検出ができる。格納されたデータと比較することにより、検出化合物の信頼性の高い識別が可能になる。
詳細には、移動度固有特性値の計算において、本発明者らは、電界の関数として表される、イオン移動度の電界依存性の表示であるいわゆるα係数を用いて、そのイオン種に固有でありかつ装置に依存しない固有のα関数を生成できることを見出した。したがって、α関数は、イオン種の固有特性値として用いることができる。さらに注目すべきことは、この関数がイオン種の固有特性値の両方を表し、装置に依存しないことである。要するに、ピークは異なるアルファ固有値を持っているため、固有特性値によりピーク位置が変化することを見出した。
1.RF電界振幅の測定およびモデル化に関連する誤差(〜5%)
2.式(4)の1次近似からのC(Es)における誤差(〜3%)
3.補償電圧の測定における誤差(〜5−8%)
近似誤差は〜10%であると考えられ、2つの多項式項を越える近似は意味がない。したがって、アルファはα(E/N)=1+α1(E/N)2+α2(E/N)4と表され、正確性のレベルは測定において許容されるレベルである。
ここで、図10A〜10Fに注目すると、本発明の実施形態の幾つかにおいてイオン種の識別を行うために実施される、特定のシーケンスのステップが示されている。これらは説明のために示したものであり、これに限定されるものではない。この図において、一連のステップは、イオン移動度分光測定装置10に結合されたマイクロプロセッサ46によって実行される。図2に関連して既に説明したとおり、RF電圧発生器42、補償電圧発生器44、メモリ47、およびアナログ/デジタル変換器48も備えていると考えられる。マイクロプロセッサ46は、デジタル制御信号をRF分散電圧発生器42および補償電圧発生器44に提供し、所望するフィルタ24の駆動電圧を制御する。これらは、例えば、本図面にはその詳細が示されていないデジタル/アナログ変換器を備えることもできる。
Claims (44)
- 励起電界中を移動する少なくとも1つの未知の単位体の化学種を識別する方法であって、前記電界はこの電界中を移動する単位体の挙動に多様な影響を与えるものであり、
多様な励起電界を発生するステップと、
少なくとも1つの単位体に前記電界を印加するステップであって、この単位体が電界状態を反映する電界依存性移動度を有する、ステップと、
前記少なくとも1つの単位体に、前記電界の少なくとも2つの異なる電界状態を印加するステップと、
前記電界の状態を補償して、前記単位体が前記電界中を通過するようにするステップと、
前記単位体を既知の化学種の1成分として識別するステップであって、この識別は補償された電界状態における前記既知の化学種の既知の電界依存性挙動を基にする、ステップとを含む、方法。 - 請求項1において、さらに、データの格納を実行するステップであって、この格納には、(1)既知の電界状態で動作する既知の非対称励起電界を識別するデータと、(2)単位体の既知の化学種を識別するデータであり、この単位体の既知の化学種は、前記既知の電界状態の電界中を移動するときに、既知の電界依存移動度挙動を共通して有する単位体によって定義される、データと、(3)前記既知の単位体の化学種の少なくとも1つの単位体についての前記電界中の通過を表す複数のデータであり、前記通過は既知の電界状態と相関関係にあるデータと、を含むステップと、
少なくとも1つの未知の化学種の単位体のサンプルに、選択された既知の電界状態で前記電界を印加するステップと、
前記未知の化学種の単位体の検出および前記選択された既知の電界状態で前記電界を通る前記単位体の通過に関連する、複数の一連の検出データを生成するステップと、
前記検出データを前記格納されたデータと比較するステップと、
前記検出データに最も一致する前記格納データ内のデータを検索して、前記未知の化学種を識別するステップとを含む、方法。 - 請求項2において、前記未知の化学種と関連する複数の一連の検出データを生成するステップが、既知の電界状態で前記電界を走査し、負および正の走査スペクトルを検出し、これらのスペクトルを前記複数の一連の検出データとして処理するステップを含む、方法。
- 請求項2において、識別される複数の単位体は異なる特性挙動の単位体のグループで移動するものであり、さらに、複数の化学種について複数の一連のデータを生成し、このデータから代表的な曲線を生成し、曲線特性を前記格納データ内のデータと一致させて前記サンプル内の複数の化学種から複数の単位体の識別を行うことを含む、方法。
- 請求項2において、さらに、前記検出された少なくとも1つの単位体について電界依存性移動度の係数を算出し、前記算出されたアルファ・データを、既知の化学種と関連する前記格納データ内のアルファ・データと比較することによって前記単位体をさらに識別するステップを含む、方法。
- 請求項5において、さらに、既知の化学種と関連する前記格納部内の前記アルファ・データと比較された前記検出された単位体を識別するために、前記検出された単位体の前記アルファ・データと関連するアルファ曲線の符号および勾配を算出するステップを含む、方法。
- 請求項2において、前記未知の化学種と関連する複数の一連の検出データを生成するステップが、さらに、
少なくとも2つの異なる一連の電界状態において検出データを収集し、
それに関連する少なくとも2つの一連の検出データを取得し、
前記一連の検出データを前記格納データと比較し、
前記複数の一連の検出データの両方が最も一致する、前記格納データ内の単一の既知の化学種を見い出すことによって前記未知の化学種を識別することを含む、方法。 - 請求項1において、識別される前記単位体は、単独で、または同一もしくは異なる特性挙動を取る単位体のグループで移動するものである方法。
- 請求項1において、前記単位体はイオンであり、前記電界は高電界状態および低電界状態の間で変化する周期的非対称高強度電界であり、前記システムはイオン・フィルタ・システムである、方法。
- 請求項1において、さらに、前記イオン種を断片化するのに十分な強度の励起電界を印加することを含む、方法。
- 請求項10において、前記断片化によって正イオンおよび負イオンが生成される、方法。
- 請求項11において、さらに、前記補償電圧の範囲全体に渡り前記正イオンおよび負イオンを識別する、方法。
- 請求項10において、さらに、イオン化モノマーを生成するために前記電界を変化させる、方法。
- 請求項10において、前記電界状態は分散電圧の一定範囲に渡り変化し、前記補償電圧に依存する前記電界依存性挙動の複数の属性を生成する、方法。
- 請求項14において、前記属性はピークであり、各ピークが特定のイオンを識別する、方法。
- 請求項1において、さらに、化合物の同族化学系列に対してアルファ・パラメータの系統的関数を決定するステップを含む、方法。
- 請求項16において、さらに、電界強度が変化する際の、単位体に関する補償電圧の傾向からαnの値を導き出すことを含む、方法。
- 請求項1において、さらに、移動度装置の構成に依存せず、イオン挙動の作表としてα係数を決定する、方法。
- 請求項1において、さらに、プロトン化モノマーおよびプロトン結合ダイマーとして質量識別されたイオンのアルファ・パラメータを決定する、方法。
- サンプル内の化合物を識別する方法であって、
前記化合物を表すイオン源を設け、
前記イオンを、ドリフト・チャネルを通して移送させ、前記ドリフト・チャネルはそれに組み合わされたイオン・フィルタを有し、
前記フィルタに高電界無線周波数(RF)電圧を印加し、この高電界が前記チャネル内の高電界強度の発生状態を主として決定し、
前記フィルタに補償電圧を印加し、主としてこの補償電圧により前記フィルタを通過できる特定の移動度を有するイオンの選択がなされ、
制御システムによって、前記RF電圧および一定範囲の補償電圧を前記フィルタに印加し、イオン種の高電界イオン移動度特性に従って前記化合物に固有の特性を生成し、
少なくとも2つの異なるピークRF電圧状態をフィルタに印加して、少なくとも2つの異なる電界状態に対する前記サンプルの反応を観測し、
前記反応に基づき、既知の化学種の1成分として前記化合物を識別することを含む、方法。 - 請求項20において、前記変化するRF電圧状態は周波数である、方法。
- 請求項20において、前記変化するRF電圧状態はデューティ・サイクルである、方法。
- 請求項20において、前記変化するRF電圧状態はパルス振幅である、方法。
- 請求項20において、前記変化するRF電圧状態はパルス形状である、方法。
- 請求項21において、前記印加電界の周波数の変化を利用して、反応イオン・ピークを選択的に濾過する、方法。
- 請求項20において、さらに、補償電圧対RFピーク電圧の前記測定からα(E)を得るステップを含む、方法。
- 請求項20において、さらに、高電界でプラトーを示すヘキサノンからオクタノンへのケトンの挙動を決定することを含む、方法。
- 請求項20において、前記粒子は六弗化硫黄(SF6)の分子である、方法。
- 請求項28において、さらに、反応イオン・ピークからSF6のピークを分離して検出することを含む、方法。
- 粒子を分析する方法であって、
化合物を表す粒子源を提供し、
高電界を印加して、前記粒子がドリフト・チャネルを通過するようにし、このドリフト・チャネル内での前記粒子の挙動に従って特定の化学種の粒子を分別し、
前記ドリフト・チャネルに印加された少なくとも2つの異なる高電界強度について移動度反応属性を決定し、
前記少なくとも2つの異なる高電界強度状態について、前記複数の反応属性を比較することによって前記粒子を識別することを含む、方法。 - 請求項30において、さらに、補償電圧を印加することにより、前記ドリフト・チャネルを完全に通過する、特定の属性を有する粒子を選択することを含む、方法。
- 請求項31において、さらに、印加電界および補償電圧の一定範囲に渡り検出された粒子の検出量を測定し、検出量反応を決定することを含む、方法。
- 請求項32において、さらに、少なくとも2つの異なる、同時に印加された電界強度についての、前記検出量反応において選択されたピーク特性を比較することを含む、方法。
- 請求項30において、さらに
多様な化合物について、印加電界強度特性に関する移動度依存性を決定し、
前記ドリフト・チャネル内で観測された移動度挙動に基づいて特定のサンプル化合物の構成成分を識別することを含む、方法。 - 請求項34において、さらに、高電界観測曲線に関する移動度依存性を、予測される曲線のライブラリと比較することによって、前記サンプルを識別することを含む、方法
- 請求項34において、さらに、移動度依存性の範囲を選択し、この範囲における前記依存性の属性を決定してサンプルを識別することを含む、方法。
- 請求項32において、さらに、2つの異なる印加電界電圧について、検出量曲線のピーク位置の差を決定することを含む、方法。
- 請求項31において、さらに、2つの異なる印加電界電圧について、検出量曲線のピークの高さの差を決定することを含む、方法。
- 請求項30において、前記粒子は帯電イオンであり、前記印加される高電界は高電圧電界である、方法。
- 請求項30において、前記印加される高電界は磁界である、方法。
- 請求項30において、さらに、化合物の識別は、高印加電圧電界に関する依存性およびイオン移動度に関する依存性を検出することによって決定されることを含む、方法。
- 請求項30において、さらに、電圧を印加して、前記ドリフト・チャネルを通過する移動度挙動を制御し、前記印加電圧は、前記ドリフト・チャネル内の前記高電界強度の発生状態を主として決定する高電界無線周波数(RF)電圧と、前記ドリフト・チャネルを通過できる特定移動度を有するイオンの選択機能を主として果たす補償電圧とを含む、方法。
- 請求項30において、さらに、一定範囲の補償電圧およびピークRF高電界電圧を印加することによって移動度特性を決定し、RF高電界電圧対ピーク観測補償電圧が印加された移動度曲線を作成することを含む、方法。
- 請求項30において、前記識別ステップは、ルックアップ表と、ニューラル・ネットワークと、相関とから成るグループから選択されるデータ比較手法を用いる、方法。
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