JP2009523234A - 質量分析計におけるイオンの断片化 - Google Patents

Abstract

本発明は、試料の衝突エネルギーを調節する質量分析計に関する。質量スペクトル解析の間にイオンの断片化を制御するためのシステム、方法、またはコンピュータ使用可能な媒体が開示される。質量分析計内において開始衝突エネルギーが提供され、試料から生成された複数の前駆体イオンの少なくとも一つを断片化させて、複数の娘断片イオンを生産する。質量分析計内の、断片化していない前駆体イオンに関連するイオン電流および娘イオン断片に関連するイオン電流が測定される。そして、娘イオン断片の電流に対する、断片化していない前駆体イオンに関連するイオン電流の比率が測定される。質量分析計内で提供される衝突エネルギーが調節されて、比率が所定の範囲の値へと動かされる。

Description

関連出願への相互参照
この出願は、２００６年１月１１日に出願された、表題「Ｆｒａｇｍｅｎｔｉｎｇ Ｉｏｎｓ ｉｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ」の米国仮特許出願第６０／７５７，８６７号（この全体の内容が、参考として本明細書に援用される）の利益を主張する。

背景
本発明は質量分析計に関し、特に、試料の衝突エネルギーを調節する質量分析計に関する。

質量分析技術には、質量分析計内における物理的変化を経たイオンの検出を伴いうる。多くの場合、物理的変化には、選択された前駆体（または「親」）イオンの断片化、および、得られた断片イオンの質量スペクトルの記録を伴う。断片イオンの質量スペクトルの情報は、前駆体イオンの構造解明に役立つことが多い。質量分析／質量分析（ＭＳ／ＭＳまたはＭＳ^２）スペクトルを得るために用いられる一般的なアプローチは、適切な質量―電荷（ｍ／ｚ）分析器により、選択された前駆体イオンを単離し、前駆体イオンを中性のガスとエネルギー衝突させて、得られた断片イオンの質量を分析することにより、質量スペクトルを生成するものである。

三連四重極質量分析計（ＴＱＭＳｓ）は、衝突セルと呼ばれることもある、断片化工程のための加圧反応領域により分離された、二つの四重極質量分析器を用いて、ＭＳ／ＭＳ分析を行う。第一の四重極質量分析器が、試料混合物の目的のイオンまたは前駆体イオンを、不活性のバックグラウンドガスを含む衝突セルに選択的に透過させる。中性のガス原子または分子と衝突すると、衡突誘起解離（ＣＩＤ）により断片が生産される。その後、断片が第三の四重極質量分析器に透過し、質量分析される。これらの断片から、前駆体イオンの構造を含めた化学情報を得られる。

四重極―飛行時間型（ＱｑＴＯＦ）質量分析計は、ＴＱＭＳシステムにおいて使用される第三の四重極のセットの代わりに、飛行時間型（ＴＯＦ）質量分析器を通常用いる。ＭＳ／ＭＳ技術におけるＴＯＦ分析器の利用により、広範囲の高速反復スキャンが必要な場合の能力が改善される。ＴＯＦ分析器によって、例えば、広範なｍ／ｚ比にわたって完全なスキャンデータが得られ、各スキャンがミリ秒以下の時間枠で完了される。単一の質量スペクトルを蓄積することにおいて多数のスキャンが所望され得る点で、これは特に有益である。

質量分析器から選択された前駆体イオンの衝突セル内の断片化の性質は、衝突セル内で前駆体イオンに与えられる衝突エネルギー（ＣＥ）に依存する。ＣＥ（断片化エネルギーと呼ばれることもある）は、イオンが衝突セルに入る際に有する、および／または衝突セル内にあるイオンに与えられる、運動量または入射エネルギー（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ）、および衝突セル内に提供される任意のガス（単数または複数）の圧力を含む要素の関数である。

前駆体イオンからさらに情報を得るために、上で概説したＭＳ／ＭＳスキームに、さらなるＭＳのステージを適用し、ＭＳ／ＭＳ／ＭＳまたはＭＳ^３を得られる。例えば、断片イオンが共鳴励起されてさらなるＣＩＤが促進されるイオントラップとして衝突セルが操作されうる。たとえば、Ｄｏｕｇｌａｓ等の名により２０００年６月８日に公開された、特許文献１を参照。その場合には、ＴＱＭＳデバイスの第三の四重極は、得られる断片化スペクトルを記録する質量分析器として機能する。

ＭＳ^２およびＭＳ^３技術においては、前駆体イオンの電荷状態および質量に基づいて、最適な衝突エネルギーが選択されうる。たとえば、参考として全体が本明細書に援用される、非特許文献１を参照。この情報は理論的には知られているが、実際には最適な衝突エネルギーに近似することは困難であり得、有用なスペクトルを生み出すためには、時間および試料を費やす数度の試みが必要なことが多い。例えば、最適でない衝突エネルギーの使用は、前駆体イオンの過剰な断片化または不十分な断片化、および入手可能な構造情報の量および質の大幅な低下をもたらしうる。得られたスペクトルにおける前駆体イオンの維持は、断片化の程度を測定するための標準イオンを提供する上で有用でありうる。

改善されたイオンの断片化スペクトルを得るための代替的なアプローチは、Ｂｌｏｏｍｆｉｅｌｄ等の名において２００４年３月４日に公開された、特許文献２に記載される。
国際公開第００／３３３５０号パンフレット 米国特許出願公開第２００４／００４１０９０号明細書 Ｈａｌｌｅｒ等、Ｊ．Ａｍ．Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．１９９６年，７，６７７―６８１

要約
一般的に本発明は、イオンの断片化を制御するために有用なシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品に関する。このような制御は、例えば、娘イオンおよび残留前駆体イオンの標的化された分布を有する質量スペクトルを得る上で有用である。本明細書の開示にしたがい、前駆体イオンに与えられる衝突エネルギーを、最も好ましくは実時間で変化させることにより、断片化の制御が達成される。実時間で追跡される断片イオンの分布は、使用されている衝突（または断片化）エネルギーに関連する。

本発明の一態様によれば、改善されたイオン断片化は、
（ｉ） 質量分析計内に提供される開始衝突エネルギーにおいて、試料から生成された複数の前駆体イオンの少なくとも一つを断片化させて、複数の娘イオン断片を作る工程と、
（ｉｉ） 質量分析計内における断片化していない前駆体イオンに関連する全イオン電流を測定する工程と、
（ｉｉｉ） 質量分析計内における娘イオン断片に関連するイオン電流を測定する工程と、
（ｉｖ） 娘イオン断片に関連する電流に対する断片化していない前駆体イオンに関連する電流の比率を測定する工程と、
（ｖ） （ｉ）において質量分析計内に提供される衝突エネルギーを調節して、比率を所定の範囲内の値に動かす工程と、
（ｖｉ） 比率の値を所定の範囲にするために、（ｉ）〜（ｖ）を必要に応じて反復する工程
により得られる。

最適な衝突エネルギーは、さまざまな方法で決定されうる。一つの適切な様式は、たとえばＨａｌｌｅｒ等、Ｊ．Ａｍ．Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．１９９６，７，６７７―６８１に記載されるように、前駆体イオンの電荷状態および質量に基づく。

関連技術の当業者には当然のことながら、イオンに与えられる衝突エネルギーは、さまざまな方法により与えられ調節されればよく、その多くは公知であり、その他は今後間違いなく開発される。例えば、衝突セルに入る際のイオンの運動量は、たとえば、本明細書に記載されるように、質量分析計の様々な構成要素の相対的電圧を調節することにより、および／または構成要素内のガスの相対的圧力を調節することにより、調節されうる。さらに、たとえば四重極または他のイオンガイドまたはイオントラップ内において、高周波（ｒａｄｉｏ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）（ＡＣ）、高周波（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）（ＲＦ）、および／または定常状態（直流またはＤＣ）励起を用いて半径および／または軸方向に励起させることにより、イオンを質量分析計内で励起させうる。質量分析計内のイオンに与えられるエネルギーを調節し、これによりイオンの断片化を制御する任意の方法であって、本明細書の開示と合致するものは、本発明を実施するために適切である。

本明細書に記載されるプロセスは、適切なコンピュータプログラミングを用いて操作される自動化された制御システムなど、適切なデバイスの実行および利用によって、自動化様式で実施されるのが好ましい。自動化されたプロセスが用いられる場合には、分析者は例えば、介入する必要が一切なくなり得る。さらに分析者は、分析プロセスの開始時または分析プロセスの間に、初期の開始条件など適切な入力を提供することが可能になる。初期の開始条件には、任意の相互作用に適用される開始衝突または断片化エネルギー（ＣＥ）、および衝突エネルギーの変更などが含まれうる。このような変更は、たとえば一定であってもよいし、たとえば、現在の反復に適用されるエネルギーと、所望の断片化または衝突エネルギー値との間の測定された差の関数として変化してもよい。

適切な開始エネルギーは、例えば、Ｈａｌｌｅｒ等、Ｊ．Ａｍ．Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．１９９６，７，６７７―６８１に記載されるように、前駆体イオンの電荷状態および質量を用いて決定されてもよい。

本明細書に記載される、適切なコンピュータ制御プログラムと組み合わせた自動化された質量分析器を用いた本発明の実施により、７回またはそれ以下の反復において、一電子ボルト（１ｅＶ）の範囲内までの最適な衝突または断片化エネルギーを取得できることが期待される。適切な衝突エネルギーが、わずか２回以内の反復で得られることが多い。

他の態様においては、本発明は、そのようなプロセスの実施における使用に適した、装置およびコンピュータプログラム製品を提供する。

本発明が添付の図面に示されるが、これらは例示的であり制限的ではなく、類似の参照は類似または対応する部分をさすものとする。

例示的実施形態の詳細な説明
図１および２は、本発明を実施するための使用に適した質量分析計１０、１０’のシステムブロック図である。図１および２に示された質量分析計１０、１０’は、ＴＱＭＳおよびＱｑＴＯＦの構成を含む。しかし、関連技術の技術者には当然のことながら、本発明を実施するための使用に適した様々な質量分析計の構成が現在利用可能であり、今後間違いなく開発される。たとえば、四重極およびＴＯＦにもとづくデバイスに加えて、適切に適合されたイオントラップおよびフーリエ変換デバイスを用いたデバイスも、本発明を実施する際の使用に適切である。特に、本発明の範囲を制限するものではないが、任意の種類のタンデム型または反復型（たとえばＭＳ^ｎ）質量分析計が、本発明を実施する際の使用に適切である。

図１および２に示される質量分析計１０、１０’の各々には、イオン供給源１２が含まれ、これには、例えばエレクトロスプレー、イオンスプレー、またはコロナ放電デバイス、または他の公知の供給源または後に開発される供給源で、本明細書に記載の発明を実施するための使用に適するものが挙げられ得る。供給源１２からのイオンは、開口プレート１６の開口１４を通って、カーテンガスチャンバ１８内へと導かれうる。カーテンガスチャンバ１８には、ガス供給源（図示せず）から、アルゴン、窒素、またはその他の、好ましくは不活性のガスなどのカーテンガスが供給され得る。カーテンガスおよびカーテンガスチャンバ１８を導入および使用するための適切な方法は、たとえば、Ｃｏｒｎｅｌｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．に対する米国特許第４，８９１，９８８号に開示されており、その内容は参照により本明細書に援用される。

イオンは、カーテンガスチャンバ１８からオリフィスプレート２０のオリフィス１９を通過して、差動排気真空チャンバ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙ−ｐｕｍｐｅｄ ｖａｃｕｕｍ ｃｈａｍｂｅｒ）２１内へと通されうる。関連技術の技術者には当然のことながら、カーテンガスチャンバ１８の使用およびチャンバ１８、２１内のガス圧力差を用いて、供給源１２から放出されたイオンの所望の組を、所望の態様で質量分析計１０’内を通過させうる。かかるイオンはその後、スキマープレート２４の開口２２を通過して、第二の差動排気真空チャンバ２６内へと通されうる。通常は、伝統的に実行されるシステムにおいては、チャンバ２１の圧力は、１または２トルのオーダーで維持され、質量分析計の本来の第一のチャンバとして説明されることが多いチャンバ２６の圧力は、約７または８ミリトルの圧力に排気される。

チャンバ２６内には、従来のＲＦのみのガイドなどを含みうる、多重極イオンガイドＱ０が提供されうる。現在では、多くの新しい種類のイオンガイドが提供されており、本開示を理解した関連技術の技術者には当然のことながら、そのうちのいくつかまたは全ては、本明細書に開示の発明を実施するために適切である。イオンガイドＱ０は、例えば、質量分析計内に存在するイオン流を冷却し、集束させる役割をすることができ、チャンバ２６内に存在する比較的高いガス圧力によって、そのような機能を補助しうる。チャンバ２６は、通常は大気圧で作動するイオン供給源１２と、より低い圧力の真空チャンバ２１、２６の間にインタフェイスを提供する役割も果たし、これにより、イオン流から受けとったガスをさらなる処理の前に制御する役目をする。

図１および２に示される実施形態においては、四重極間（ｉｎｔｅｒｑｕａｄ）開口ＩＱ１が、チャンバ２６からのイオン流を第二メイン真空チャンバ３０内へ提供する。第二チャンバ３０内においては、Ｂｒｕｂａｋｅｒレンズとして役割を果たしうる、（軸方向の長さが短いロッドを示す「ｓｔｕｂｂｉｅｓ」を表わすＳＴと記されている）ＲＦのみのロッドが提供されうる。四重極ロッドセットＱ１も真空チャンバ３０内に提供されればよく、約１〜３×１０^−５トルに排気されうる。チャンバ３０には、たとえば、参考としてその内容の全体が本明細書に援用される米国特許第６，１１１，２５０号においてＴｈｏｍｓｏｎおよびＪｏｌｌｉｆｆｅにより教示されるように、３４で衝突ガスが供給され、出口端に向かってバイアスされた軸方向電場を提供するように設計されうる衝突セル３２内に、第二四重極ロッドセットＱ２も提供されればよい。セル３２は、チャンバ３０の中に提供され、どちらかの端に四重極間開口ＩＱ２、ＩＱ３を含みうる。伝統的に実行されるシステムにおいては、セル３２は通常、５×１０^−４〜８×１０^−３トルの範囲の圧力に、より好ましくは、約５×１０^−３トルの圧力に維持される。

図１に示される実施形態においては、質量分析計１０は、レンズ１２９とＴＯＦ質量分析器１３０とを含む。当業者には当然のことながら、現在では、様々なＴＯＦ質量分析器の構成が利用可能であることが知られており、今後間違いなく開発される。前述のとおり、本明細書に開示の目的に適する任意の質量分析器および他デバイスが、本発明の実施に適切である。

図１に示される実施形態においては、イオンがチャンバ３０を出ると、フォーカシンググリッド１２９および開口１２８を通過して、分析器１３０のイオン貯蔵ゾーン１３４へと通される。関連技術の技術者には当然のことながら、イオンは貯蔵ゾーン１３４に集められ、グリッド１３５で印加される電気パルスおよび加速カラム１３８を用いて、ウィンドウ１３５を通過してメインチャンバまたは飛行管１４４へと通される。図のように、ＴＯＦ分析器１３０の遠位端、および検出器１４２にイオンミラー１４０が提供されうる。

グリッド１３６および加速カラム１３８で提供される電場の影響下において、矢印１５０によって示されるように、イオン雲１４６が、イオンミラー１４０へ向けて加速された後、検出器１４２内へと加速されうる。関連技術の技術者には当然のことながら、雲１４６のイオンの質量―電荷（ｍ／ｚ）比は、適切なタイミングと、１３６、１３８、および１４６で印加される電場の分析により測定されうる。

ＴＱＭＳ分析器１０’を表わす、図２に示される実施形態では、イオンは３５で示される第三の四重極ロッドセットＱ３内に入り、出口レンズ４０を通ってチャンバ３２を出る。Ｑ３の領域の圧力は、Ｑ１の圧力と同じ、すなわち１〜３×１０^−５トルでありうる。出口レンズ４０から出るイオンを検出するために、検出器７６が提供される。

図１および２に示される実施形態では、質量分析計１０、１０’は、コントローラ１６０を含む。コントローラ１６０は、質量分析計１０、１０’および関連するデバイスにより取得またはその他の方法で提供されたデータシグナルを受け取り、保存し、あるいは処理するように適合され得、本明細書に開示されるように、質量分析計１０、１０’内でイオンに与えられる衝突エネルギーを調節および／またはその他の方法で制御するために適合していればよい。コントローラ１６０はさらに、たとえばキーボードなど、システムのユーザ（単数または複数）からシステムコマンドを受け、実行するために適切な入力／出力デバイス、マウスおよびトラックボールなどのポインティングおよび制御デバイス、ならびに、陰極線管、または液晶ダイオード（ＬＣＤ）、または発光ダイオード（ＬＥＤ）にもとづくスクリーンなどのディスプレイを含む、ＭＳシステム１０、１０’を制御するために適切なユーザインタフェースを提供しうる。特に、コントローラ１６０は、検出器１４２、７６により取得されたデータを処理し、かかるデータの処理により少なくとも部分的に決定されたコマンドシグナルを、質量分析計１０、１０’に与えるように適合されていればよい。

関連技術の技術者には当然のことながら、コントローラ１６０には、本明細書に記載の目的を達成するために適切な、任意のデータ収集および処理システム（単数または複数）またはデバイス（単数または複数）が含まれうる。コントローラ１６０は、例えば、適切にプログラムされているかプログラム可能な、一般的または特定の目的をもったコンピュータ、または他の自動データ処理デバイスを含みうる。コントローラ１６０は、例えば、質量分析計１０、１０’により実施されるイオン検出スキャンを制御およびモニタするように；本明細書に記載されるように、提供された供給源１３および衝突チャンバ３２により、質量分析計１０、１０’によるそのようなイオンの検出データを取得および処理するように；および、質量分析計１０、１０’の様々な構成要素に与えられる様々なＲＦ、ＤＣ、およびＡＣ電圧、および質量分析計１０、１０’の様々なセクション内のガス圧力を制御するように、適合されうる。

したがって、コントローラ１６０は、一つ以上のアプリケーションおよびオペレーティングシステムを含む、適切にコード化された構造化されたプログラミングによる、および、任意の必要または所望の一時的および永続的記憶装置による、自動および／または対話制御に適する、一つ以上の自動データ処理チップ、ならびに、スイッチ、リレーおよびデバイスコントローラ等の任意の適切な関連ハードウェアを含みうる。本開示を理解した関連技術の技術者には当然のことながら、本発明の実施に適切な、様々なプロセッサおよびプログラム言語が、現在市販されており、今後間違いなく開発される。適切なプロセッサおよびプログラミングを含む適切なコントローラの例は、カナダ、オンタリオ州のＭＤＳ Ｓｃｉｅｘより入手可能なＡＰＩ３０００^ＴＭまたはＡＰＩ４００^ＴＭＭＳシステムに組み込まれているものである。

様々なＲＦおよびＤＣ電圧および補助ＡＣを様々な四重極に提供するための、電源３７、３６、および３８が提供され、コントローラ１６０の制御下で操作されうる。Ｑ０は、例えば、参照により内容が本明細書に援用される米国特許第４，９６３，７３６号に教示されるように、イオンを冷却および集束させる機能の、ＲＦのみの多重極イオンガイドＱ０として操作されうる。さらなる例としては、Ｑ１は、ＲＦ／ＤＣ電場および電圧を用いた分解四重極として用いられうる。電源３７、３６により提供されるＲＦおよび／またはＤＣ電圧は、コントローラ１６０の使用により、またはコントローラ１６０を使用して、目的の前駆体イオン、またはｍ／ｚが所望の範囲のイオンだけをＱ２に透過させるように選択されうる。目的の前駆体イオンおよび／または所望のｍ／ｚの範囲の前駆体イオンは、任意の適切な手段を使用して決定されうる。例えば、一つ以上のそのような値を知っている人間のユーザが、コントローラ１６０による解読、保存、および／またはその他の処理のための制御システムソフトウェアを含めた、適切に適合された入力／出力デバイスを用いて、それらの値をコントローラ１６０に入力しうる。

さらに、供給源３４から衝突セルＱ２（３２）に衝突ガスが供給され、前駆体イオンを解離または断片化させて第一世代またはそれ以降の世代の娘断片イオンが生産されうる。ＤＣ電圧も、（前述の電源または異なる供給源の一つ以上を使用して）プレートＩＱ１、ＩＱ２、ＩＱ３および出口レンズ４０に印加されうる。以下により詳細に議論されるように、前駆体イオンがＱ２に入る際の入射エネルギーを変化させるために、電源３６、３７および／または３８の出力、および／またはＩＱ１、ＩＱ２、ＩＱ３におけるプレートに印加されるＲＦおよび／またはＤＣ電圧（単数または複数）を、手動またはコントローラ１６０の制御下で変化させうる。図２に示される実施形態においては、Ｑ３は、軸方向放出技術を用いて質量に依存した様式でイオンを捕捉してＱ３からスキャンアウト（ｓｃａｎ ｏｕｔ）する、リニアイオントラップとして操作されうる。

衝突セルＱ２（３２）を含め、質量分析計１０、１０’の一つ以上の任意の段階において、前駆体および断片イオンのエネルギーおよび移動を制御するために、前述のように、電源３６、３７、３８の任意の一つ以上：デバイスＱ０、ＳＴ、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３の電極の電圧およびＩＱ１、ＩＱ２、およびＩＱ３における電圧；１８で提供されるカーテンガスの圧力、および、チャンバ２１、２６、３０、および３２で提供される圧力、ならびに、質量分析器１３０、７６の一つ以上の任意の構成要素が、本明細書に記載のとおりコントローラ１６０により制御されうる。

図１および２に示される実施形態においては、従来技術において知られているように、イオン供給源１２からのイオンは、真空チャンバ３０に導かれればよく、そこで必要に応じて、前駆体イオンのｍ／ｚ（すなわち質量電荷比の範囲）が、四重極ロッドセットに印加されるＲＦおよび／またはＤＣ電圧の操作をとおして、Ｑ１により選択されうる。前駆体イオンの選択後には、たとえば、参照により内容が本明細書に援用される米国特許第５，２４８，８７５号に教示されるように、前駆体イオンが、適切に選択されたＱ１とＩＱ２の間の電圧降下（または上昇）によりＱ２内へと加速され、これにより所望の入射エネルギーで前駆体イオンが入射され、断片化が誘発されうる。たとえば、カナダ、オンタリオ州のＭＤＳ Ｓｃｉｅｘより入手可能なＡＰＩ３０００^ＴＭまたはＡＰＩ４００^ＴＭＭＳシステムのような適切に適合されたデバイスにおいては、所望の入射エネルギーに応じて、Ｑ１とＩＱ２の間に約０〜１５０ボルトのＤＣ電圧降下が提供されうる。

衝突セル３２内のイオンの断片化の程度は、衝突セルおよび／または四重極Ｑ２内の圧力、およびＱ１とＩＱ２の間の電圧差によって、部分的に制御されうる。好ましい実施形態では、前駆体イオンに印加される入射エネルギーを変化させるために、質量分析計１０、１０’の様々な構成要素内の圧力、およびＱ１とＩＱ２の間のＤＣ電圧差が、コントローラ１６０により自動的に、またはシステム１０、１０’のユーザのコマンド入力に応じて、制御されうる。あるいは、コントローラ１６０および／またはユーザにより、Ｑ１とＱ２、ＩＱ１とＩＱ２、ＩＱ１とＱ１、Ｑ０とＩＱ１との間の電圧および圧力を変化させることにより、前駆体イオンに印加される入射エネルギーを変化させうる。同様に、テーパの程度によって入射エネルギーを変化させるために、テーパ状のロッドセットを使用しうる。衝突セル３２内でイオンを半径および／または軸方向に励起させるなど、衝突セルに入射されるイオン流に印加される電圧を変化させるための他の手段も可能である。

本発明の実施形態による質量分析計の一般的な操作工程が、図３に示される。図３に示されるプロセス３００は、例えば、コントローラ１６０の完全または一部自動制御下における、質量分析計１０、１０’、および／または本明細書に開示の目的と匹敵した他の質量分析計の任意のものなどの、質量分析計による実施に適する。プロセス３００は、特定のＣＥでの、１００ｍｓなどの特定の時間のＭＳ／ＭＳスペクトルを得るのに適する。

３０２で、例えば１００ｍｓなど所望の時間のＭＳ―ＭＳスペクトルが得られる。ＭＳ―ＭＳスペクトルは、所望の前駆体イオン組を衝突条件に供して目的の娘イオン組を生産することにより得られる。たとえば、このような前駆体イオン組を、衝突セルＱ２（３２）において、所望の予め決められたＣＥを含む環境の所望のセットに供し得る。あらゆる残留前駆体イオン、およびこうして生産された娘イオンのイオン電流を表すスペクトルが得られる。

３０４では、必要に応じて、任意の適切な技術（単数または複数）により、スペクトルを生成するために用いられるシグナルから、化学的／電気的ノイズが排除される。多くの適切な技術が現在利用可能であり、その他は今後間違いなく開発される。

３０６では、前もって設定されたＣＥでの衝突から生じた目的の娘イオン断片の電流の強度に対する親イオンの電流の強度の比率（「イオン電流比率」）が、本明細書に開示の目的に適した任意の方法を用いて測定される。

３０８では、３０２で生産およびスキャンされたイオンのイオン電流比率が高すぎるか、低すぎるか、または所望の限度の範囲内かが判定される。

イオン電流比率が低すぎる場合には、たとえばＱ１およびＩＱ２間に誘起された相対的電圧および／または衝突チャンバ３２内の相対的ガス圧力を減らすことにより、３１０でＣＥが減少されうる。

比率が高すぎる場合には、３１４でＣＥを増加させうる。比率が所望または他に許容できる限度の範囲内である場合には、ＣＥは現在の値で維持されうる。

３１６では、所望のイオン電流および／または所望のスペクトル強度が得られたかが判定されうる。所望の結果が得られている場合には、プロセス３００が停止され、他の場合には、結果が得られるまでプロセスが繰り返されうる。

最初の一連の実験から得られた結果が、図４に示される。記載されたプロセスにより、断片化エネルギーと質量の初期の関係を一切定めずに、適切な断片化効率を選択することが可能になるが、試料の性質により、良い開始点の手掛かりが与えられることが多い。ここでは、試料のペプチドの性質および単一荷電状態により、約５０ｅＶ／１０００Ｄａという質量とＣＥの間の有用な近似的関係が示唆される。

経験的に得られるこのような関係は、ペプチドの他の電荷状態および他の非ペプチド化合物について知られている。（たとえば、Ｈａｌｌｅｒ等、Ｊ．Ａｍ．Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．１９９６，７，６７７―６８１を参照）。しかし、同じ化合物クラスであっても同一の質量のイオンの構造の多様性が断片化に大きく影響しうるため、関係はゆるやかな近似にとどまり、公式というよりはガイドラインである。適切に構成されたコンピュータプログラミングとあわせて実施される本明細書に記載のプロセスを用いて、そのような比率を実験的に測定できる。

単一の分析に、多様な化合物クラスの複数のＭＳ／ＭＳが必要な場合には、最適な断片化効率を提供するためにかかる方程式を導くことは不可能でありうる。本明細書に記載される方法により、理論上のではなく実際の断片化パターンに基づいて独立してＭＳ／ＭＳスペクトルを最適化することにより、システム１０、１０’が迅速かつ好ましくは自動的に、最適な効率に到達することが可能になる。選択された初期の開始断片化条件が理想からかけ離れた場合であっても、反復的フィードバックにより、条件が速やかに最適なポイントへ移動される。

ＣＥは、例えば、前回の反復の値からＣＥを１０％変化させることにより、反復するごとにその現在値の任意の適切な割合だけ変更されうる。多くの場合には、最適な値を通り越す可能性が高くなりうるため、大きな変更を回避することが好ましい。同様に、多くの場合には、小さな変更により、必要な反復の数が非常に多くなりうる。関連技術の技術者には当然のことながら、ＣＥの相対的変化が、現在実行された反復におけるスペクトルの質および／またはイオン電流比率などの要因により決定されるような、動的に制御されたＣＥ変動工程を有することも可能である。このようなプロセスは、コントローラ１６０内において適切に構成されたコンピュータプログラムを操作する、適切に構成された自動データ処理デバイスを用いた実施に適切である。

いくつかの場合には、たとえば、理想からかけ離れているＣＥのほうが、理想により近いＣＥよりも大きく変更されるように、各反復において、目標値に対する断片イオン対親イオンの比率の近さとの関係で、衝突エネルギーの変更の大きさを計算することが有益でありうる。したがって、各反復におけるＣＥの変化は、ＣＥ値が最適に近づくにつれ減少しうる。このアプローチは、最適な断片化条件を達成する上で最も効率的な想定であるが、いくつかの他の方法も利用可能であり、一定の条件において有利でありうる。

たとえば、衝突エネルギーでの娘または前駆体イオンの強度の相対的変化を用いて、所望の衝突エネルギーを予測できる。さらに、ＭＳスキャンにおいて前駆体イオンが自動的に選択される場合には、ＭＳスペクトルにおける前駆体イオンの強度を用いて、断片に対する前駆体イオンの比率と対比して、ＭＳ／ＭＳ収集における前駆体イオンの標的イオン強度を設定できる。

衝突または断片化エネルギーの所望の変化を決定するための使用に適した関係の例は、
ΔＣＥ＝ｍ^＊ｌｎ（測定された比率）＋Ｂであり、
本開示を理解した関連技術の技術者には当然のことながら、ｍおよびＢは、実験から導かれる定数である。

図４は、それぞれ（Ａ）７４ｅＶ、（Ｂ）９４ｅＶ、および（Ｃ）９５．５ｅＶに等しい別個のＣＥ値で得られた、タンパク質のウシ血清アルブミンから得た三つの異なるペプチドの断片化パターンを示すスペクトルプロットである。プロットを準備するために使用されたデータは、本発明によりＣＥを反復することなく得られた。

図５は、本発明による分析から得られた、図４で分析されたペプチドの最終的な断片化パターンを示すスペクトルプロットである。図５のスペクトルプロットは、図４に示される分析において印加されたのと同じ初期衝突エネルギーを用いた分析から得られた。しかし、衝突はその後本発明にしたがい、計算された断片化効率に基づき、目標の親／断片イオン分布にしたがって自動的に増減され、または変更されずにおかれた。図５に示されるスペクトルは、複数の衝突エネルギーのレベルで得られた断片化スペクトルの和として解釈されうる。示された具体例においては、衝突エネルギーは（ａ）増加させられ、（ｂ）不変にとどめられ、（ｃ）減少させられた。

図５に示される例における各スキャンの累積時間は、２５０ｍｓであり、複数のスキャンが合計されて図の各スペクトルが生成された。各スキャンは、８０ａｍｕおよび２８０ａｍｕの二つのＱ２ＲＦ工程から成った。最初のスキャンが完了し、スペクトルが現在の断片化条件を完全に表わすように統計学的に有効な数のイオンがＭＳ／ＭＳスペクトルに存在するまで、断片化効率は計算されなかった。これらの条件を達成する際には、断片娘イオンに対する親イオンのカウントの比率が、アルゴリズム的に測定された。この例では、上述のより効率的かつ比例的な調節とは対照的に、各反復において一定の衝突エネルギーの調節が行われた。娘イオン対親イオンの比率が高い場合には衝突エネルギーを１５％増加させ、値が低い場合には１５％減少させ、値が選択された許容範囲内に収まった場合には、値は不変とした。

いくつかの場合には、衝突エネルギーを迅速に最適値に調節できるように、スキャンを可能な限り速い速度で得ることが有益である。そのような場合および他の場合には、断片化エネルギーを変更する決定が、ユーザの目的の質量の範囲だけではなく、検出器により記録される全てのイオン事象に基づいてなされることが有益でありうる。

本明細書に記載の実施例の目的においては、所与の数の全断片イオンが記録されるか、または約２秒の蓄積時間に達するまで、各スペクトルが蓄積された。

図６は、本発明に従い、改善されたイオン断片化を得、および／または最適な衝突または断片化エネルギーを特定する方法を示す流れ図である。

６０２では、所望の断片化または娘イオンを得るために、一つ以上の前駆体イオンが選択される。例えば、所望の分析を実施するために、図１および２に示される質量分析計１０、１０’のユーザは、質量分析計１０、１０’内に所望のＭＳ／ＭＳスキャン条件を設定し、適切な物質を含む試料のイオン化を生じ、所望の前駆体イオン（単数または複数）が衝突セルＱ２（３２）内に入射されるように適合されたコマンドおよび／またはデータシグナルを、適切に構成されたユーザインタフェースを使用して、コントローラ１６０に与えることができる。たとえば、四重極セットＱ１は、ガス圧力および電源３６により提供されるＲＦ／ＤＣ電圧の適切な組み合わせを用いて、所望の初期または開始ＣＥにおいて所望の前駆体イオン（単数または複数）だけが衝突セルＱ２（３２）内に入射されるように構成されうる。

６０４では、衝突セルＱ２（３２）は、所与のｍ／ｚの範囲内の、たとえば所望の値に等しいかそれ未満のｍ／ｚの範囲を有する、全イオン断片を、質量分析器１３０、３５に透過させるように構成されうる。たとえば、適切に構成されたユーザインタフェースが、一つ以上の選択された範囲内の断片化イオンを衝突セルＱ２（３２）に放出させるための、コントローラにより解釈可能なシグナルを、コントローラ１６０に与えるように適合されてもよい。このような方法が現在うまく適用されているタイプの多くの分析においては、衝突セルＱ２（３２）は、二つ以上の特定のｍ／ｚ値を有する断片イオンを放出するように構成されうる。例えば、適切に構成された電圧ランプまたは他の電磁パルスを衝突セルｑ２（３２）に通すことにより、ｍ／ｚスペクトルの一つ以上の所望の部分のイオンが質量分析器３５、１３０に放出され得る。本発明によりイオンを衝突セルから放出するための使用に適した多くの技術が現在知られており、今後間違いなく開発される。

６０６では、衝突セルＱ２（３２）からの透過ウインドウ（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗｉｎｄｏｗ）の期間が設定される。多くの分析においては、分析の目的および質量分析計機器１０、１０’の感度と合致する、可能な限り短く最も速やかに繰り返されるサイクルに透過ウインドウを設定することが有益でありうる。これにより、たとえば統計学的に有意な方法により、得られたｍ／ｚスペクトルを最も短時間で評価することが可能になる。たとえば、本明細書に記載されるタイプの装置を現在の実験室の操作条件下で使用して、スペクトルが１００ｍｓ毎に得られ、本明細書に記載されるように、ユーザに指定された蓄積時間が達成されるまで、または、ユーザが決定または所望するエンドスキャン条件が生じるまで合計される。

６０８では、衝突セルＱ２（３２）内において、初期または開始衝突エネルギー（ＣＥ）が設定される。本明細書に記載されるように、初期ＣＥは、たとえば以前の経験および／または最善の経験に基づいた推測を含む、任意の適切な基準により設定されうる。所定の機器構成について一定の値が確立され得るか、または、分析したい前駆体イオン（単数または複数）の電荷およびｍ／ｚに基づく値が使用され、または化合物構造技術を使用して推定され得る。

６１０では、スキャンサイクルが開始される。イオン供給源１２からイオンが提供され、たとえば上記の手順にしたがって処理される。

６１２では、衝突チャンバＱ２（３２）から提供されるイオンの検出から提供されるデータが、好ましくは実時間で（すなわち、可能性のある最小限の遅延で）処理される。全ての所望の前駆体および娘イオンの全カウント（すなわちイオン電流）を表わすデータは、さらなる処理のために保存されうる。たとえばランダムアクセスまたはＦＬＡＳＨメモリ、ディスク保存など、コントローラ１６０にアクセスでき、好ましくはコントローラ１６０により制御可能な、任意の適切な一時的または永続的メモリを使用して、保存が提供されうる。

イオンカウント（すなわち、イオン電流）を表す所望の量のデータが集められたら、６１４で、娘イオン電流に対する前駆体イオン電流の比率が計算されうる。

６１６では、娘イオン電流に対する前駆体イオン電流の比率が判定される。判定された比率および分析の目的によって、多くの様々な行動がとられうる。たとえば、比率が前もって決定された所望の範囲内であり、断片化プロセスが所望の効率で進んでいることが示される場合には、６１８で、プロセス６００が停止され、所望の分析におけるさらなる工程があれば行われうる。

比率が所望の範囲から外れる場合には、６２０で、スペクトルにおいて検出される全イオンカウントが判定されうる。判定されたイオンカウントおよび分析の目的によって、多くの様々な行動がとられうる。たとえば、全イオンカウントが所望の閾値以下である場合は、６２２で、所望の閾値レベルが達成されるまでＣＥを新しいレベルにリセットする一切の決定を延期させるためのフラグが設定され、処理は、たとえば工程またはステージ６１０など、プロセスの以前のポイントに戻りうる。

６２０で、所望の閾値レベルのイオンがカウントされたと判定され、６１６でイオン電流比率が所望の範囲から外れたと判定された場合には、６２４で、たとえば衝突セルＱ２（３２）によって印加されるＣＥを含む、質量分析計システム１０、１０’の構成が調節されうる。

６１６、６２０で、ＣＥをリセットするか、他の方法で質量分析計１０、１０’を再構成するか否かを判定する際の使用に適するイオン電流の範囲の例は、０．０１〜０．２５の範囲である。この範囲が、発明者により良好な結果をもって用いられている。

本発明にしたがって分析を行う際に、衝突セルＱ２（３２）内において印加されるＣＥの変化を決定するために有用な、実験的に導かれる公式の例は、
ＣＥの変化＝４．５^＊ｌｎ（比率）＋１３．５
である。

ＣＥは電子ボルト（ｅＶ）で測定される。この公式は、様々な状況で優れた結果を提供することが発明者により分かっている。

６２４における質量分析計Ｑ２（３２）の再構成の一部として、たとえば新しいＣＥが設定された時間、分析のポイントなど、状況を表すデータが、将来の処理および参照のために、好ましくはコントローラ１６０にアクセス可能でありコントローラ１６０により制御可能なメモリに保存されうる。さらに、全前駆体シグナルおよび全断片シグナルを追跡するメモリバッファが変更またはリセットされうる。

プロセス６１０〜６２４は、たとえば出力ｍ／ｚスペクトルが明確さの所望のレベルになるように所望の量のデータが集められるまで、または、所望のウインドウのデータが記録されるまで、繰り返されうる。

本発明が好ましい実施形態と関連して図と共に説明されたが、関連技術の技術者には当然のことながら、本発明の精神と範囲から逸脱することなく多くの変更および修正がなされうる。したがって、かかる変更および修正が本発明の範囲内に含まれるため、本発明は、上で記載した方法論または構造の細かな詳細に限られるものではない。プロセス自体に必要であるか内在する場合を除き、図を含めて、本開示に記載される方法またはプロセスの工程またはステージの特定の順序は一切示唆されない。多くの場合、プロセス工程の順序は、記載の方法の目的、効果、または重要性を変えることなく変更できる。

図１は、本発明を実施するための使用に適した質量分析計のシステムブロック図である。 図２は、本発明を実施するための使用に適した質量分析計のシステムブロック図である。 図３は、本発明により、イオン断片化の改善を達成し、および／または最適な衝突または断片化エネルギーを特定する方法を示す流れ図である。 図４は、それぞれ（Ａ）７４ｅＶ、（ｂ）９４ｅＶ、および（ｃ）９５．５ｅＶの衝突エネルギーで得られた、タンパク質のウシ血清アルブミンから得た三つの異なるペプチドの断片化パターンを示すスペクトルプロットである。 図５は、本発明による分析から得られた、図４で分析されたペプチドの最終的な断片化パターンを示すスペクトルプロットである。 図６は、本発明により、イオン断片化の改善を達成し、および／または最適な衝突または断片化エネルギーを特定する方法を示す流れ図である。

Claims (12)

1. 質量スペクトル解析の間に、イオンの断片化を制御する方法であり、
   （ｉ） 質量分析計内に提供される開始衝突エネルギーにおいて、試料から生成された複数の前駆体イオンの少なくとも一つを断片化させて、複数の娘イオン断片を作る工程と、
   （ｉｉ） 該質量分析計内の断片化していない前駆体イオンに関連するイオン電流を測定する工程と、
   （ｉｉｉ） 該質量分析計内の該娘イオン断片に関連するイオン電流を測定する工程と、
   （ｉｖ） 該娘イオン断片に関連する該電流に対する該断片化していない前駆体イオンに関連する該電流の比率を測定する工程と、
   （ｖ） （ｉ）において該質量分析計内に提供される該衝突エネルギーを調節して、該比率を所定の範囲または値に動かす工程
   を含む、方法。
2. 前記比率を前記所定の範囲にするために、必要に応じて（ｉ）〜（ｖ）を繰り返す工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記衝突エネルギーが、関係：
   ΔＣＥ＝ｍ^＊ｌｎ（イオン電流比率）＋Ｂ
   を用いて決定される量により調節され、ΔＣＥが該衝突エネルギーが調節される変化であり、ｍおよびＢが理論的解析および実験の少なくとも一つにより導かれる定数である、請求項１に記載の方法。
4. 前記衝突エネルギーが、関係：
   ΔＣＥ＝４．５^＊ｌｎ（イオン電流比率）＋１３．５（ｅＶ）
   を用いて決定される量により調節される、請求項３に記載の方法。
5. 質量スペクトル解析の間に、イオンの断片化を制御するのに有用なシステムであり、該システムは、
   （ｉ） 質量分析計内に提供される開始衝突エネルギーにおいて、試料から生成された複数の前駆体イオンの少なくとも一つを断片化させて、複数の娘イオン断片を作り、
   （ｉｉ） 該質量分析計内の断片化していない前駆体イオンに関連するイオン電流を測定し、
   （ｉｉｉ） 該質量分析計内の該娘イオン断片に関連するイオン電流を測定し、
   （ｉｖ） 該娘イオン断片に関連する該電流に対する該断片化していない前駆体イオンに関連する該電流の比率を測定し、
   （ｖ） （ｉ）において該質量分析計内に提供される該衝突エネルギーを調節して、該比率を所定の範囲または値に動かす
   ように適合されたコントローラを含む、システム。
6. 前記コントローラが、前記比率を前記所定の範囲にするために、（ｉ）〜（ｖ）を必要に応じて繰り返すように適合された、請求項５に記載のシステム。
7. 前記衝突エネルギーが、関係：
   ΔＣＥ＝ｍ^＊ｌｎ（イオン電流比率）＋Ｂ
   を用いて決定される量により調節され、ΔＣＥが該衝突エネルギーが調節される変化であり、ｍおよびＢが理論的解析および実験の少なくとも一つにより導かれる定数である、請求項５に記載のシステム。
8. 前記衝突エネルギーが、関係：
   ΔＣＥ＝４．５^＊ｌｎ（イオン電流比率）＋１３．５（ｅＶ）
   を用いて決定される量により調節される、請求項７に記載のシステム。
9. 質量分析計が、
   （ｉ） 質量分析計内に提供される開始衝突エネルギーにおいて、試料から生成された複数の前駆体イオンの少なくとも一つを断片化させて、複数の娘イオン断片を作り、
   （ｉｉ） 該質量分析計内の断片化していない前駆体イオンに関連するイオン電流を測定し、
   （ｉｉｉ） 該質量分析計内の該娘イオン断片に関連するイオン電流を測定し、
   （ｉｖ） 該娘イオン断片に関連する該電流に対する該断片化していない前駆体イオンに関連する該電流の比率を測定し、
   （ｖ） （ｉ）において該質量分析計内に提供される該衝突エネルギーを調節して、該比率を所定の範囲または値に動かす
   ようにするためのコンピュータ読み取り可能なコードがその中に統合された、コンピュータ使用可能な媒体。
10. 前記比率を前記所定の範囲にするために、前記質量分析計に、（ｉ）〜（ｖ）を必要に応じて繰り返させるように適合されたコードを含む、請求項９に記載の媒体。
11. 前記衝突エネルギーが、関係：
    ΔＣＥ＝ｍ^＊ｌｎ（イオン電流比率）＋Ｂ
    を用いて決定される量により調節され、ΔＣＥが該衝突エネルギーが調節される変化であり、ｍおよびＢが理論的解析および実験の少なくとも一つにより導かれる定数である、請求項９に記載の媒体。
12. 前記衝突エネルギーが、関係：
    ΔＣＥ＝４．５^＊ｌｎ（イオン電流比率）＋１３．５（ｅＶ）
    を用いて決定される量により調節される、請求項１１に記載の媒体。

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