JP2009544122A - 共鳴励起イオン移動を提供するために質量分析計を動作する方法 - Google Patents

Abstract

ロッドセットを有する質量分析計を動作する方法が提供される。該ロッドセットは、第１端部と、該第１端部の反対側の第２端部と、該第１端部および該第２端部との間に延在する長手方向軸とを有する。該方法は、ａ）ロッドセットにイオンを導入するステップと、ｂ）該ロッドセット内のイオンのうちの少なくとも一部を、ｉ）第１バリア場を生成すること、ｉｉ）第２バリア場を生成すること、およびｉｉｉ）集合場を提供することにより捕捉するステップと、ｃ）上記イオンにおける第１群のイオンの第１の選択された質量対電荷比を選択するステップと、ｄ）該第１群のイオンに対する集合場の選択された特性の第１励起レベルを決定するステップと、ｅ）該第１群のイオンを共鳴励起して、上記集合場の選択された特性を上記第１励起レベルまで調整するステップと、ｆ）励起時間間隔の間、上記集合場の選択された特性を上記第１励起レベルに維持するステップとを含む。

Description

本発明は、概して、質量分析に関し、より具体的には、共鳴励起イオン移動を提供するために質量分析計を動作する方法に関する。

一般に、線形イオントラップは、細長いロッドセットのロッドに印加される半径方向のＲＦ場と、ロッドセットの入口端および出口端に印加される軸方向直流（ＤＣ）場との組み合わせを用いてイオン群を保存する。特許文献１に記載のように、線形イオントラップ内に捕捉されたイオンは、ロッドセットから軸方向に、また出口レンズに印加されるＤＣ場を通って質量依存的に走査することができる。

米国特許第６，１７７，６６８号明細書

本発明の実施形態の一側面によれば、ロッドセットを有する質量分析計を動作する方法であって、該ロッドセットは、第１端部と、該第１端部の反対側の第２端部と、該第１端部と該第２端部との間に延在する長手方向軸とを有する、方法が提供される。該方法は、ａ）ロッドセットにイオンを導入するステップと、ｂ）該ロッドセット内のイオンのうちの少なくとも一部を、ｉ）該ロッドセットの第１端部に隣接する第１端部部材に第１バリア場を生成し、ｉｉ）該ロッドセットの第２端部に隣接する第２端部部材に第２バリア場を生成し、およびｉｉｉ）該ロッドセットのロッド間にＲＦ場を備える集合場を提供することにより捕捉するステップと、ｃ）上記イオンにおける第１群のイオンの第１の選択された質量対電荷比を選択するステップと、ｄ）該第１群のイオンに対する集合場の選択された特性の第１励起レベルを決定するステップと、ｅ）該第１群のイオンを共鳴励起して、バリア場を通り上記ロッドセットから軸方向に質量選択的に該第１群のイオンを排出するために、上記集合場の選択された特性を上記第１励起レベルまで調整するステップと、ｆ）励起時間間隔の間、上記集合場の選択された特性を上記第１励起レベルに維持するステップであって、該励起時間間隔は少なくとも１ミリ秒であるステップと、を含む。

本発明の実施形態のさらに他の側面によれば、上述の方法は、（ｅ）において、第１群のイオンを共鳴励起して、バリア場を通りロッドから半径方向に質量選択的に第１群のイオンを排出するために、集合場の選択された特性が第１の励起レベルまで調整されるという点で修正される。すなわち、イオンは、任意選択で軸方向のかわりに半径方向に排出されてもよい。

出願者の教示するこれらおよびその他の特性を本明細書に説明する。

当業者は、以下に示される図画が例図目的のみであることを理解するであろう。図画は、いかなる理由であっても出願者の教示の範囲を制限することを意図するものではない。

図１ａは、Ｑ−トラップＱ−ｑ−Ｑ線形イオントラップ質量分析計を示す概略図である。 図１ｂは、Ｑ−トラップＱ−ｑ−Ｑ線形イオントラップ質量分析計の代替変形例を示す概略図である。 図１ｃは、飛行時間型（ＴｏＦ）質量分析計を備える線形イオントラップ質量分析計を示す概略図である。 図１ｄは、線形イオントラップ質量分析計システムのさらなる変形例を示す概略図である。 図１ｅは、Ｑ−トラップＱ−ｑ−Ｑ線形イオントラップ質量分析計のさらなる代替変形例を示す概略図である。 図２は、本発明の実施形態の一側面による、４０００ＱＴＲＡＰのＱ３線形イオントラップからの共鳴励起イオン移動を示すグラフである。 図３は、図２の共鳴励起移動プロセスの関連した「分解能」を示すグラフである。 図４および５は、加圧衝突セルが使用される、ＱＴＲＡＰおよびＱＳＴＡＲ機器それぞれのＱ１線形イオントラップからのイオン共鳴移動を示すグラフである。 図４および５は、加圧衝突セルが使用される、ＱＴＲＡＰおよびＱＳＴＡＲ機器それぞれのＱ１線形イオントラップからのイオン共鳴移動を示すグラフである。 図６ａおよび６ｂは、共鳴励起イオン移動によるＱＴＲＡＰのＱ１線形イオントラップの質量選択能力の例を、異なる縮尺のＹ軸で示したグラフである。 図７および８は、測定間に冷却期間を設けた場合と設けなかった場合の調整および励起時間間隔を示すグラフである。 図７および８は、測定間に冷却期間を設けた場合と設けなかった場合の調整および励起時間間隔を示すグラフである。 図９は、共鳴励起移動により生じた共鳴およびやや非共鳴のイオン両方の時間差および時間的プロファイルを示すグラフである。 図１０ａは、本発明の一側面による方法の初期段階を示す図であり、ｍ／ｚが３９３および５０８のイオンがＱＳＴＡＲのＱ１に捕捉されている。図１０ｂは、図１０ａの方法の後続段階の間の質量分析を示す図であり、ｍ／ｚが３９３のイオンが共鳴され、Ｑ２に排出されている。図１０ｃは、図１０ｂのステップの後の図１０ａの方法内のステップの質量分析を示す図であり、ｍ／ｚが５０８のイオンが共鳴され、Ｑ２に排出されている。 図１１は、線形イオントラップ質量分析計システムのさらなる変形例を示す概略図である。 図１２は、線形イオントラップ質量分析計システムのさらなる変形例を示す概略図である。

図１ａ、１ｂ、および１ｅを参照すると、第ＵＳ６，５０４，１４８号、ならびにＨａｇｅｒおよびＬｅＢｌａｎｃによりＲａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，２００３，１７，１０５６−１０６４にそれぞれ記載されているような、Ｑ−トラップＱ−ｑ−Ｑ線形イオントラップ質量分析計の異なる変形例の概略図が示されている。質量分析計の動作中、イオンはオリフィス板１４およびスキマー１６を通って真空チャンバ１２内に導入される。例えばＭＡＬＤＩ、ナノスプレー、またはＥＳＩ等の任意のイオン源１１も使用可能である。線形イオントラップ１０は、４つの細長いロッドセットＱ０、Ｑ１、Ｑ２およびＱ３を備え、ロッドセットＱ０の後にはオリフィス板ＩＱ１が、Ｑ１とＱ２との間にはＩＱ２が、Ｑ２とＱ３との間にはＩＱ３がある。追加的な短いロッドのセットＱ１ａがオリフィス板ＩＱ１と細長いロッドセットＱ１との間に設けられる。

ある場合には、隣り合うロッドセットの対の間の漏れ電場がイオンの流れを歪める可能性がある。短いロッドＱ１ａは、イオンの流れを細長いロッドセットＱ１に集束するためにオリフィス板ＩＱ１と細長いロッドセットＱ１との間に設けられる。

イオンは、約８ｘ１０^−３トルの圧力に維持することができるＱ０において衝突冷却される。図１ａでは、Ｑ１は線形イオントラップとして動作し、Ｑ３は従来の透過ＲＦ／ＤＣ四極子質量分析計として動作する。図１ｂでは、Ｑ１とＱ３の構成は逆であり、Ｑ１は従来の透過ＲＦ／ＤＣ四極子質量分析計として動作し、Ｑ３は線形イオントラップとして動作するようになっている。図１ｅでは、Ｑ１とＱ３の両方が線形イオントラップとして動作する。図１ａ、１ｂ、および１ｅでは、Ｑ２は、イオンが衝突ガスと衝突してより小さい質量の生成物にフラグメント化する衝突セルである。ある場合には、Ｑ２は、イオン−ニュートラル反応またはイオン間反応が生じて他の種類のフラグメントまたは付加体を発生する反応セルとして使用することができる。図１ａの変形例におけるＱ１および図１ｂの変形例におけるＱ３は、幅広い質量数のイオンを捕捉するよう動作可能であるだけでなく、参照することにより本明細書に援用される、ＬｏｎｄｒｙおよびＨａｇｅｒによるＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，２００３，１４，１１３０−１１４７および米国特許第６，１７７，６８８号において説明されるように、質量選択的な軸方向の排出を備えた線形イオントラップとして動作可能である。

典型的には、イオンは、四極子ロッドに印加される半径方向のＲＦ電圧、および端部開口レンズに印加されるＤＣ電圧を使用して、それぞれ図１ａおよび１ｂの線形イオントラップＱ１およびＱ３（または、図１ｅの場合にはＱ１もしくはＱ３）内に捕捉され得る。Ｑ１内の空間電荷は、例えば、ＭＡＬＤＩレーザパルス数を制御することにより、またはＥＳＩ源におけるイオンビームを、上流のレンズ素子（図１のスキマー１６等）からパルス放出を行うことによって抑制することにより、制御することができる。端部開口レンズとロッドセットとの間のＤＣ電圧差は、バリア場を提供するために使用することができる。当然ながら、ＤＣ電圧差を提供するためにオフセット電圧がＱ１またはＱ３に印加される限り、端部レンズ自体には実際の電圧を提供する必要はない。あるいは、ＡＣまたはＲＦ場等の時間変化バリアが端部開口レンズに提供されてもよい。イオンを捕捉するために、図１ａおよび１ｂの線形イオントラップＱ１またはＱ３の各端部でそれぞれＤＣ電圧が使用される場合、両端部に提供される電圧差は、同じであっても異なっていてもよい。多くの実施形態において、異なる線形イオントラップが１ｘ１０^−５トルから５ｘ１０^−５トルの圧力範囲で動作可能であるが、他の実施形態では、圧力は１ｘ１０^−３トルの高さとなることができる。高圧質量分析計は、線形イオントラップの動作圧力の少なくとも２倍の圧力において動作する。多くの実施形態において、高圧質量分析計は、線形イオントラップの動作圧力の１０倍を超える圧力において動作することができる。

図１ｃを参照すると、線形イオントラップ質量分析計システムのさらなる変形例が示されている。図１ｃの線形イオントラップ質量分析計システムは、図１ｃでは四極子質量分析計Ｑ３が飛行時間型（ＴｏＦ）質量分析計に置き換えられていることを除き、図１ａのものと同じである。簡潔さのため、図１ａの記述は図１ｃにおいて繰り返されない。明確性のため、図１ａの線形イオントラップ質量分析計システムと、図１ｃの線形イオントラップ質量分析計システムとの間で類似した要素は、同じ参照番号で示されている。

本発明の実施形態の異なる側面は、後述のように、図１ａ、１ｂおよび１ｃの線形イオントラップ質量分析計システムのいずれかを使用して実装することができる。例えば、図１ａおよび１ｃの線形イオントラップ質量分析計システムでは、線形イオントラップＱ１の動作条件は、特定の質量対電荷比（ｍ／ｚ）のイオンを励起するために急速に変更またはジャンプされ得る。同様に、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムのＱ３の動作条件は、質量選択的な軸方向排出の効率を改善するために急速に変更またはジャンプされ得る。

上述のように、イオンはＱ０および短いロッドＱ１ａを介してＱ１に導入される。図１ａおよび１ｃ、ならびに１ｅの線形イオントラップ質量分析計システムでは、ロッドセットＱ１は、Ｑ０を介して受けたイオンを捕捉するために使用可能な線形イオントラップである。上述のように、これらのイオンは、ロッドセットＱ１の各端部でバリア場を発生することにより、またＱ１のロッド間にＲＦ場を提供することにより捕捉することができる。次いで、選択された質量対電荷比を有する第１群のイオンを軸方向の排出に選択することができる。次に、この第１群のイオンを共鳴励起するために必要なＱ１の動作条件の急速なシフトまたはジャンプが決定される。この急速なシフトまたはジャンプは、（ｉ）ＲＦ場の振幅、および／または（ｉｉ）ＲＦ場の周波数に対し行うことができる。あるいは、Ｑ１のロッド間に印加されるＲＦ場だけでなく、励起ＡＣ場をも含む集合場を印加することができ、この場合励起ＡＣ場の周波数は、第１の選択された群のイオンを共鳴させるために急速にシフトまたはジャンプされ得る。この励起ＡＣ場は、Ｑ１ロッドに直接、またはＱ１に含まれる補助電極のセットを介して提供される、双極子励起場または四極子励起場であってもよい。あるいは、励起場を提供するためにＡＣ電圧がレンズに印加されてもよい。

本発明の実施形態のいくつかの側面において、ＲＦ場の振幅は励起レベルまでジャンプされる。その時点で、ＲＦ電圧の大きさが第１の励起レベルとなった後、補助励起ＡＣ場が開始され、選択されたイオンを共鳴励起する。本発明のこの実施形態の他の側面において、ＡＣ励起場は、ＲＦ場の振幅の急速シフトまたはジャンプの間も印加されたままである。

集合場の選択された特性（これは、上述のように、ＲＦ場の振幅、ＲＦ場の周波数、または励起ＡＣ場の周波数であってもよい）が、第１群のイオンを共鳴励起するための第１の励起レベルにジャンプされるかまたは急速にシフトされると、この集合場の選択された特性は、少なくとも１ミリ秒となり得る励起時間間隔の間励起レベルが維持される。この励起時間間隔の間、選択された特性は実質的に一定に保持され得る。あるいは、この励起時間間隔の間、集合場の異なる特性が調整された場合でも、第１群のイオンを共鳴励起して、バリア場を通りロッドセットから軸方向に第１群のイオンを質量選択的に排出する、全体的な場の特性を維持するように調整可能である。例えば、ＲＦ場の周波数が励起時間間隔の間に変化する場合を考える。このとき、ＲＦ場の周波数の変動を相殺するためにＲＦ場の振幅が同時に変化されれば、第１群のイオンはまだこの励起間隔の間継続的に共鳴励起され得る。

上述の様式で、異なる選択された質量対電荷比の、異なる群のイオンは、順に共鳴励起され、Ｑ１（または図１ｂの場合ではＱ３）から軸方向に排出されることが可能である。例えば、上述の第１励起時間間隔の間に第１群のイオンが共鳴励起され軸方向に排出された後、図１ａ、１ｃおよび１ｅにおけるＱ１ならびに図１ｂにおけるＱ３から、バリア場を通り軸方向に質量選択的に第２群のイオンを排出するために、集合場の選択された特性を第２の励起レベルに調整することができる。第２の選択された質量対電荷比のこの第２群のイオンは、事前に選択されていてもよく、第２群のイオンに対する集合場の選択された特性の第２の励起レベルは、事前に決定されていてもよい。次いで、集合場の選択された特性は、第２励起時間間隔の間第２の励起レベルに維持される。第２の励起時間間隔は、少なくとも１ミリ秒であってもよい。上述のように、集合場の選択された特性は、ＲＦ場の振幅、ＲＦ場の周波数、または励起ＡＣ場の周波数であってもよい。

本発明のいくつかの側面によれば、集合場の選択された特性を第１の励起レベルから第２の励起レベルに調整するステップは、第１群のイオンが共鳴励起される第１励起時間間隔と、第２群のイオンが共鳴励起される第２励起時間間隔との間の調整時間間隔が１ミリ秒未満となり得るように、非常に速やかに実行される。さらに、ｍ／ｚ比の異なるイオンを順次共鳴励起させるために場の特性が走査される時に典型的に支配している状況とは異なり、これらの場の条件が突然シフトされ、次いでより長い期間一定に保持されると、１つの特定の質量値から１ａｍｕより大きく異なる他の質量値へジャンプまたはステップすることにより、不連続的な質量値が排出され得る。典型的には、これは走査モードでは行われない。走査モードでは、ｍ／ｚの順で決められた質量範囲内全てのイオンが順次排出される。本発明の側面によれば、２つの選択されたイオン群の間のｍ／ｚ値を有するイオンは、それらがＲＦ場において安定である場合は、トラップ内に維持され得る。

再び図１ｂを参照すると、第１群のイオンおよび第２群のイオンは、出口レンズ１８を通って検出器３０に軸方向に排出され検出されることが可能である。あるいは、図１ａまたは１ｃの線形質量分析計を使用して、第１群のイオンは、Ｑ１からＱ２に軸方向に排出されることが可能であり、そこでこの第１群のイオンがフラグメント化される。次いで、図１ａの線形イオントラップ質量分析計システム１０において、第１群のイオンは、透過四極子型質量分析計Ｑ３に排出されることが可能で、そこで対象となる特定のフラグメントイオンが選択され、出口レンズ１８を通って検出器３０に送られ検出される。あるいは、図１ｃの線形イオントラップ質量分析計を使用して、Ｑ２からのフラグメントは、対象となる特定のフラグメントのｍ／ｚを測定するためにドリフト時間を使用する飛行時間型質量分析計に送られることが可能である。あるいは、第１群のイオンのフラグメントは、図１ｅに示されるように、第２の線形イオントラップに軸方向に排出されてもよく、その第２の線形イオントラップに提供される集合場の選択された特性は、上記と類似した様式で、対象となるフラグメントイオン群を共鳴励起して、バリア場を通りロッドセットから軸方向に質量選択的にこのフラグメントイオン群を排出するために、急速にシフトまたはジャンプされてもよい。

サンプルを節約しイオンをより効率的に使用するために、ＬＩＴ内（Ｑ１でもＱ３でも）のイオンが処理され排出される間、イオンをＱ０内に保存することができる。これは、Ｑ０とＱ１の間のレンズ、またはＩＱ１を反発に設定することにより達成することができる。あるいは、サンプル材料を節約するために、イオン源を起動してＬＩＴを満たした後、イオンが処理されＬＩＴから移動される間オフにすることができる。ＭＡＬＤＩ源は、１回以上パルス放出されてトラップを満たした後にオフにされてもよい。ナノスプレー源は、起動されてトラップを十分なイオンで満たした後にオフにされてもよい。充填時間は、空間電荷効果を最小限とするために最適なイオン数を選択するように選ぶことができる。

例えば、一実施形態において２ｘ１０^−３トルから１０^−２トルの高圧力範囲で動作している高圧質量分析計内にサンプルイオンが保存される場合、第１バッチのイオンはＱ０からＱ１に送られる。この第１バッチのイオンがＱ０からＱ１に送られている間、Ｑ０とＱ１との間のＩＱ１等のバリア発生部材、あるいはレンズ（図示せず）は、この第１バッチのイオンの移動を促進するために誘引モードとなることができる。次いで、第１バッチのイオンがＱ１内に入ったら、上述のＩＱ１もしくはレンズ、または他のいくつかの適した部材にかかわらず、Ｑ０とＱ１との間のバリア発生部材は、Ｑ０内の残りのサンプルの維持およびＱ１内のイオンからのこれらのイオンの分離を促進するために反発モードに切り替えられることが可能である。この第１バッチのイオンが図１ａから１ｅのいずれかの線形イオントラップ質量分析計１０を通して処理された後、Ｑ０とＱ１との間のバリア発生部材は、Ｑ０からＱ１への第２バッチのイオンの移動を促進するために再び誘引モードに切り替えられることが可能である。このように、第２バッチおよび後続のバッチのイオンを別個に処理することができ、イオンサンプルをより効率的に使用することができるようになる。

任意選択で、本発明の側面は、図１ｄに示されるようなより単純な線形イオントラップシステムを使用して適用することができる。明確性のため、図１ａの線形イオントラップ質量分析計システムと、図１ｄの線形イオントラップ質量分析計システムの類似した要素は、同じ参照番号で示されている。簡潔さのため、図１ａおよび１ｂの記述は図１ｄに関して繰り返されない。図１ｄの線形イオントラップシステムに実装される場合、第１群のイオンは、共鳴励起されて、Ｑ１から出口レンズ１８を通って検出器３０に軸方向に排出され検出されることが可能である。

（実験結果）
全てＭＤＳ Ｓｃｉｅｘ，７１ Ｆｏｕｒ Ｖａｌｌｅｙ Ｄｒｉｖｅ，Ｃｏｎｃｏｒｄ，Ｏｎｔａｒｉｏ，Ｃａｎａｄａ，Ｌ４Ｋ ２Ｖ８から入手可能な、ＱＴＲＡＰ、４０００ＱＴＲＡＰおよびＱＳＴＡＲ ＸＬの３つの異なるプラットフォームにおいて実験的測定を行った。ＱＴＲＡＰ機器に対しては、Ｑ１およびＱ３線形イオントラップの両方が双極子共鳴励起で構成された。４０００ＱＴＲＡＰ機器に対しては、Ｑ３が双極子励起で構成された。ＱＳＴＡＲ ＸＬ Ｑ１線形イオントラップでは、四極子の様式で共鳴励起が可能であった。

（Ｑ３線形イオントラップからの移動）
本発明の実施形態の一側面による、４０００ＱＴＲＡＰのＱ３線形イオントラップからの共鳴励起イオン移動を図２に示す。Ｑ３線形イオントラップには、事前にＡｇｉｌｅｎｔ ９２２^＋イオンの主同位体のみを充填した。この場合の９２２^＋排出の時間プロファイルは約４００ｕｓｅｃである。

図２の共鳴励起移動プロセスの関連した選択性を図３に示すが、これは励起ｍ／ｚに対する排出イオン信号を描写している。図３の見かけの質量分解能は、約０．８ａｍｕである。質量分解能はまた、励起振幅の関数でもある。補助電圧振幅を増加させると、分解能がより低下する。

共鳴励起条件において場の特性を分析イオンのｍ／ｚにジャンプさせることにより得られる、質量選択的移動効率は、ＲＦ電圧を走査する従来の方法に有利に匹敵することができる。つまり、例えば、１０００ａｍｕ／ｓｅｃでの走査により約１８％の励起効率が得られるが、一方共鳴励起の結果、図６ａに示されるように、約３８％の排出効率を得ることができる。

（Ｑ１線形イオントラップからの移動）
Ｑ１線形イオントラップからの共鳴移動を試験するために、ＱＴＲＡＰおよびＱＳＴＡＲ機器の両方においても実験を行った。両方の場合で、源からのイオンはＱ１線形イオントラップに捕捉され、冷却され、次いで排出されて加圧衝突セルを通して移動され、さらに下流で質量分析される。加圧衝突セルの存在により、図４および５に示されるように、両方の機器で時間プロファイルが広がる。Ｑ２におけるＣＡＤガス圧力を増加させると、時間プロファイルがさらに広がる結果となる。ＱＴＲＡＰ機器はＱ２において比較的小さな軸方向場が付加された傾斜ロッドＬＩＮＡＣ（米国特許第６，１１１，２５０号）で構成可能であることに留意されたい。

より強い軸方向場を発生するために衝突セル内で補助電極を使用するＬＩＮＡＣで構成されたＱＳＴＡＲ ＸＬにおいて追加の測定を行った。得られた時間プロファイルを図５に示す。

図６ａおよび６ｂを参照すると、共鳴励起イオン移動によるＱＴＲＡＰのＱ１線形イオントラップの質量選択能力の例が示されている。図６ａおよび６ｂは、同じデータをプロットしたものであるが、Ｙ軸に沿った縮尺が異なっている。図６ａおよび６ｂは、ＱＴＲＡＰ機器のＱ１線形イオントラップからの共鳴励起イオン移動プロセスの質量選択性がほぼ「ユニット」となり得ることを示している。

上述の様式で線形イオントラップを動作することにより、比較的高い効率および狭い時間特性を達成することができ、それにより機器の感度を改善することができる。また、より狭い時間特性は、典型的な走査を使用して達成可能な場合より短い期間で、異なる質量対電荷比のイオンを排出する能力の向上を示唆し得る。次いで、これは、必要に応じた、非常に高い負荷サイクルのために、さらなるイオン処理のための選択されたイオンの改善された除去能力を提供することができる。これは、線形イオントラップが一度満たされ、次いで選択されたイオンが必要に応じてさらなる処理のために順次排出される、多重化動作の促進に非常に有用となり得る。そのような多重化は、処理の時点で前駆イオンを１つしか許容できず、他の前駆体がこの処理時間中無駄となる現行の方法と比較して、限定されたイオン信号のより効率的な使用を提供することができ、したがってより良好な信号対雑音比を提供することができる。

例えば、３０ｍｓの期間、エレクトロスプレー源からのイオンがＱＳＴＡＲのＱ１に捕捉された。質量３９３のイオンがＱ２を通して排出され、次いで飛行時間型質量分析器に排出された。この排出ステップが行われている間、約ｍ／ｚ ３０５よりも大きな質量の他の全てのイオンは、Ｑ１トラップ内に残る。約５０ｍｓの共鳴励起しているｍ／ｚ ３９３の後、Ｑ１へのＲＦ電圧は、ｍ／ｚ ５０８が共鳴しＱ２に排出されるように、新たな値にステップすることができる。したがって、Ｑ１を源からのイオンで満たし、次いで再充填することなく１つのＲＦ電圧から他の電圧にステップすることにより、２つの異なるｍ／ｚのイオンをＱ１から順次排出することができる。図１０は、この実験から得られたスペクトルを示す。図１０ａには、源からの全てのイオンのスペクトルが表示されており、ｍ／ｚが異なる多くの前駆イオンの存在を示している。図１０ｂは、ただｍ／ｚ ３９３をＱＴＲＡＰからＱ２を通しＴＯＦに排出することにより得られるＴＯＦスペクトルを示す。図１０ｃは、次いでただｍ／ｚ ５０８をＴＯＦに排出することによる結果を示す。両方の場合において、対象となるイオンのみがＴＯＦスペクトル中に観察される。この実験では、原理を例証するため、前駆イオンがＱ２内でフラグメント化しないように衝突エネルギーは低い値に維持された。衝突エネルギーを増加させることにより、２つのイオンのそれぞれのＭＳＭＳスペクトルを記録することができ、フラグメント化の程度を最適化するために、それぞれの前駆イオンに対して異なる衝突エネルギーを選択することができる。このプロセスは、いくつかの異なる前駆イオンからのスペクトルを記録するために拡張することができる。各サイクルの後、ＱＴＲＡＰは源からのイオンで再び充填することができる。

（ＲＦおよび補助電圧におけるジャンプの例）
図７および８を参照すると、ＲＦおよび補助電圧におけるジャンプにより開始されるような排出プロセスの例がグラフとして示されている。両方の場合において、調整時間間隔または場調整時間は４００ｕｓｅｃであり、測定期間は３ｍｓである。図７のグラフでは、測定間に冷却期間は設けられておらず、図８のグラフでは、測定間に冷却期間が設けられている。すなわち、図８のグラフにおいて、補助ＡＣ電圧は、測定期間の間に約１０ｍｓだけオフにされている。

図７および８両方のグラフにおいて、補助ＡＣ電圧は、調整期間の間オフにされているように示されている。しかし、上述のように、補助ＡＣ電圧はこれらの励起時間間隔の間に連続的に提供されてもよいため、そうである必要はない。

（時間差）
動作中、調整時間間隔の後、トラップからイオンが射出されない１−２ｍｓの期間があってもよい。第１のイオンがトラップから射出されるのを待つ正確な時間は、概して、補助ＡＣ振幅により決定される。検出器が線形イオントラップの直後に設置されている場合、これに続いて、２００ｕｓｅｃまで狭くなり得るが、より典型的には６００ｕｓｅｃである、イオン電流における鋭いピークが生じる。その後、やや非共鳴であるが、より長い期間励起場に曝されているために励起されるイオンのイオン電流への寄与がある。したがって、排出された共鳴イオンは、単に観測窓をより短い期間に調整することにより、やや非共鳴のイオンから区別され得る。図９に示されるように、時間ピーク（図９では２つのピークのみ）のシーケンスが、排出されたイオンを検出することにより、励起時間間隔にわたり発生し得る。第１の（およびより高い）時間ピークは、共鳴イオンまたは選択されたイオンを表し、第２の時間ピークは、非共鳴イオンまたは選択されていないイオンを表す。

図９を参照すると、共鳴イオンおよびやや非共鳴のイオンの異なる時間プロファイルが示されている。示されるように、非共鳴のピークは、共鳴イオンのピークのやや後に生じる。したがって、観測窓を適切に選択することにより、共鳴時間プロファイルの大部分を維持しながら、非共鳴時間プロファイルをほとんど除去することができる。

（共鳴排出）
類似的に、本方法はまた、軸方向排出のかわりに半径方向排出による線形イオントラップに拡張することができる。半径方向排出線形イオントラップは、以前に米国特許第５，４２０，４２５号に開示されている。半径方向排出線形イオントラップは、イオン排出の間に漏れ電場効果が最小化されるように端部電極に比較的高いＤＣ電圧を使用することができ、イオンが捕捉電極に機械加工されたスロットを通して、または、適切に励起された場合に捕捉電極間を通して射出され得る。著しい軸方向捕捉電位のために、捕捉されたイオンは、半径方向に印加された集合場により励起され、捕捉電極を通して、またはその間を、イオン検出器に向け射出されるか、あるいは、衝突セルおよび／または飛行時間型質量分析計に射出される。

図１１は、そのような半径方向移動線形イオントラップの単純型を示す。ここで、上述のように不連続的に集合場の特性を適切に変化させることにより、第１群の捕捉されたイオンと第２群の捕捉されたイオンが、捕捉電極を通して１対のイオン検出器に排出される。

図１１を参照すると、半径方向移動線形イオントラップ質量分析計システム１１０の比較的単純な変形例が概略図として示されている。線形イオントラップ質量分析計システム１１０は、ロッドセットＱ０の後に２つの細長いロッドのセットＱ０およびＱ１を備える。追加的な短いロッドのセットＱ１ＡおよびＱ２Ａが、細長いロッドセットＱ１のいずれかの端部に設けられている。

線形イオントラップ質量分析計システム１１０は、図１ａに関連して上述されたのと同様に動作し、簡潔さのためこの説明は繰り返さない。明確性のため、図１ａの線形イオントラップ質量分析計システム１０の対応する要素と類似した、図１１の線形イオントラップ質量分析計システム１１０の構成要素を指定するために、同じ参照番号に１００を加えたものを使用している。

線形イオントラップ質量分析計システム１１０は、半径方向排出用に構成されている。したがって、Ｑ１内に捕捉されたイオンは、共鳴励起され、次いでＱ１の捕捉電極を通してＱ１の外の一対のイオン検出器１３０に半径方向に移動されることが可能である。これは、軸方向移動に関連して上述したプロセスと類似して、不連続的に集合場の特性を適切に変化させることにより行うことができる。

図１２は、衝突セルを通して飛行時間型質量分析計に半径方向に選ばれたイオン群を移動することによりイオン群の高効率ＭＳ／ＭＳを得るために使用可能な装置の概略図を示す。不連続的に集合場を変化させた後に半径方向に移動されたイオン群は、ガスで加圧された衝突セルに向けて加速されることが可能であり、その中でフラグメントが形成される。フラグメントおよび残留前駆イオンは、次いで飛行時間型質量分析計に通過され、質量分析されることが可能である。

より具体的には、図１２の線形イオントラップ質量分析計システム２１０は、Ｑ１が軸方向移動とは対照的に半径方向移動用に構成されていることを除き、図１ｃの質量分析計システム１０と同様である。簡潔さのため、図１２の線形イオントラップ質量分析計システム２１０に関し、図１ｃの線形イオントラップ質量分析計システム１０の説明は繰り返さない。明確性のため、図１ｃの線形イオントラップ質量分析計システム１０の構成要素と類似した、図１２の線形イオントラップ質量分析計システム２１０の構成要素を指定するために、同じ参照番号に２００を加えたものを使用している。

図１２の質量分析計システム２１０において、イオンはＱ０および短いロッドＱ１Ａを介してＱ１内に放出される。Ｑ１は線形イオントラップである。次いで、Ｑ１内で、選択された質量対電荷比を有する第１群のイオンを半径方向の排出に選択することができる。次に、この第１群のイオンを共鳴励起するために必要なＱ１の動作条件の急速なシフトまたはジャンプが提供される。この急速なシフトまたはジャンプは、ＲＦ捕捉場の振幅または周波数に対し行うことができる。

第１群のイオンのこの共鳴励起は、少なくとも１ミリ秒となり得る励起時間間隔の間維持することができ、結果的にＱ１からＱ２への第１群のイオンの共鳴排出が得られる。Ｑ２内において、この第１群のイオンは次いでフラグメント化され、続いて下流側の飛行時間型（ＴｏＦ）質量分析計に軸方向に排出され検出されることが可能である。あるいは、Ｑ１からの第１群のイオンが単に飛行時間型質量分析計にフラグメント化することなく送られるように、Ｑ２は単に透過型質量分析計として使用することができる。

本発明の別の変形例および修正も可能である。例えば、特定の線形イオントラップシステム構成に実装される本発明の実施形態の異なる側面の説明は、例示のみを目的としており、本発明の側面はまた、他の線形イオントラップに対しても適用され得る。全ての修正および変形例は請求項で定義されている本発明の分野および範囲内であると考えられる。

Claims (31)

1. ロッドセットを有する質量分析計を動作する方法であって、該ロッドセットは、第１端部と、該第１端部の反対側の第２端部と、該第１端部と該第２端部との間に延在する長手方向軸とを有し、該方法は、
   ａ）該ロッドセットにイオンを導入するステップと、
   ｂ）該ロッドセット内の該イオンのうちの少なくとも一部を、ｉ）該ロッドセットの第１端部に隣接する第１端部部材に第１バリア場を生成すること、ｉｉ）該ロッドセットの第２端部に隣接する第２端部部材に第２バリア場を生成すること、およびｉｉｉ）該ロッドセットのロッド間にＲＦ場を備える集合場を提供することと、によって捕捉するステップと、
   ｃ）該イオンにおける第１群のイオンの第１の選択された質量対電荷比を選択するステップと、
   ｄ）該第１群のイオンに対する該集合場の選択された特性の第１励起レベルを決定するステップと、
   ｅ）該第１群のイオンを共鳴励起して、該バリア場を通り該ロッドセットから軸方向に質量選択的に該第１群のイオンを排出するために、該集合場の選択された特性を該第１励起レベルまで調整するステップと、
   ｆ）励起時間間隔の間、該集合場の選択された特性を該第１励起レベルに維持するステップであって、該励起時間間隔は少なくとも１ミリ秒である、ステップと
   を含む、方法。
2. 前記選択された特性は、ＲＦ場の振幅および周波数のうちの１つである、請求項１に記載の方法。
3. 前記集合場は、励起ＡＣ場を備え、前記選択された特性は、該励起ＡＣ場の周波数であり、該励起ＡＣ場は、双極子励起電圧および四極子励起電圧のうちの１つである、請求項１に記載の方法。
4. 前記質量分析計は、一組の補助電極をさらに備え、前記励起ＡＣ場は、該一組の補助電極により提供される、請求項１に記載の方法。
5. 第２の選択された質量対電荷比の第２群のイオンを前記イオンから選択するステップと、
   該第２群のイオンに対する前記集合場の選択された特性の第２励起レベルを決定するステップと、
   ステップｆ）の後に、該第２群のイオンを共鳴励起して、前記バリア場を通り前記ロッドセットから軸方向に質量選択的に該第２群のイオンを排出するために、該集合場の選択された特性を該第２励起レベルまで調整するステップと、次いで
   第２励起時間間隔の間、該集合場の選択された特性を該第２励起レベルに維持するステップであって、該第２励起時間間隔は少なくとも１ミリ秒である、ステップと
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記集合場の選択された特性を前記第２励起レベルまで調整するステップは、前記第１励起レベルから該第２励起レベルに前記集合場の選択された特性を１ミリ秒未満で調整するステップを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１群のイオンは、前記第２群のイオンから１ａｍｕより大きく異なる、請求項５に記載の方法。
8. 前記選択された特性は、前記励起時間間隔および前記第２励起時間間隔にわたって実質的に一定である、請求項７に記載の方法。
9. ステップｂ）は、ｉ）前記第１バリア場を提供するために、前記第１端部部材と前記ロッドセットとの間に第１ＤＣ電圧差を提供するステップと、ｉｉ）前記第２バリア場を提供するために、前記第２端部部材と該ロッドセットとの間に第２ＤＣ電圧差を提供するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記第１ＤＣ電圧差および前記第２ＤＣ電圧差は等しい、請求項９に記載の方法。
11. ステップｂ）は、ｉ）前記第１バリア場を提供するために、前記第１端部部材と前記ロッドセットとの間に第１ＡＣ電圧差を提供するステップと、ｉｉ）前記第２バリア場を提供するために、前記第２端部部材と該ロッドセットとの間に第２ＡＣ電圧差を提供するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記第１ＡＣ電圧差および前記第２ＡＣ電圧差は等しい、請求項１１に記載の方法。
13. ステップｅ）は、前記第１群のイオンを検出器に軸方向に排出するステップをさらに含み、
    前記方法は、該軸方向に排出された第１群のイオンの少なくとも一部を検出するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
14. ステップｅ）は、前記第１群のイオンを下流側のイオントラップに軸方向に排出するステップをさらに含み、
    前記方法は、ｇ）該下流側のイオントラップ内の該第１群のイオンをさらに処理するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
15. ステップｅ）は、前記第１群のイオンを下流側の衝突セルに軸方向に排出するステップをさらに含み、
    前記方法は、該衝突セル内の該第１群のイオンをフラグメント化するステップと、次いで質量分析のために、該第１群のイオンを下流側の質量分析計に軸方向に排出するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
16. 前記下流側の質量分析計は、線形イオントラップ質量分析計であり、前記方法は、前記第１群のイオンを該線形イオントラップ質量分析計内に保存するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記下流側の質量分析計は、飛行時間型質量分析計である、請求項１５に記載の方法。
18. 前記第１励起間隔および前記第２励起間隔のうちの少なくとも１つは、少なくとも５ミリ秒である、請求項５に記載の方法。
19. 前記第１励起間隔および前記第２励起間隔のうちの少なくとも１つは、少なくとも２０ミリ秒である、請求項１６に記載の方法。
20. 前記ロッドセットの上流側のイオンのサンプルを保存するステップをさらに含み、ステップａ）は、該サンプルイオンからの第１バッチのイオンを該ロッドセットに導入するステップを含む、請求項１に記載の方法。
21. 前記サンプルイオンは、前記ロッドセットの動作圧力の２倍を超える圧力において動作する高圧質量分析計内に保存され、
    前記方法は、ステップａ）の間に、該高圧質量分析計から該ロッドセットへの該第１バッチのイオンの移動を促進するために、該高圧質量分析計と該ロッドセットとの間のバリア発生部材を誘引モードに切り替え、ステップｂ）からｆ）の間に、該高圧質量分析計内の第１バッチのイオン以外のサンプルイオンの維持を促進するために、反発モードに切り替えるステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記高圧質量分析計は、前記ロッドセットの動作圧力の１０倍を超える圧力において動作する、請求項２１に記載の方法。
23. 前記サンプルイオンは、ＭＡＬＤＩ源に保存され、ステップａ）は、前記ロッドセットを満たすために必要な回数だけ該ＭＡＬＤＩ源をパルス放出するステップを含む、請求項２０に記載の方法。
24. 前記サンプルイオンは、ナノスプレー源に保存され、ステップａ）は、前記第１バッチのイオンを前記ロッドセットに導入するために該ナノスプレー源を起動するステップと、次いで該ナノスプレー源をオフにするステップとを含む、請求項２０に記載の方法。
25. 前記サンプルイオンは、前記ロッドセットの上流側のイオン源に保存され、ステップａ）は、前記第１バッチのイオンを該ロッドセットに導入するために該イオン源を起動するステップと、次いで該イオン源をオフにするステップとを含む、請求項２０に記載の方法。
26. ステップａ）からｆ）の後に、前記高圧質量分析計内に保存されたサンプルイオンからの第２バッチのイオンを前記ロッドセットに導入するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
27. 前記ロッドセットから排出された前記第１群のイオンを含むイオンを検出するステップと、
    前記励起時間間隔にわたる時間ピークのシーケンスを発生するステップと、
    該時間ピークのシーケンスにおける第１時間ピークを、該第１群のイオンに対応するものとして選択するステップと
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
28. 前記時間ピークのシーケンスにおける後続の時間ピークを、前記第１群のイオンとは異なる非共鳴群のイオンに対応するものとして選択するステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
29. ロッドセットを有する質量分析計を動作する方法であって、該ロッドセットは、第１端部と、該第１端部の反対側の第２端部と、該第１端部と該第２端部との間に延在する長手方向軸とを有し、該方法は、
    ａ）該ロッドセットにイオンを導入するステップと、
    ｂ）該ロッドセット内の該イオンの少なくとも一部を、ｉ）該ロッドセットの該第１端部に隣接する第１端部部材に第１バリア場を生成すること、ｉｉ）該ロッドセットの該第２端部に隣接する第２端部部材に第２バリア場を生成すること、およびｉｉｉ）該ロッドセットのロッド間にＲＦ場を備える集合場を提供すること、により捕捉するステップと、
    ｃ）該イオンにおける第１群のイオンの第１の選択された質量対電荷比を選択するステップと、
    ｄ）該第１群のイオンに対する該集合場の選択された特性の第１励起レベルを決定するステップと、
    ｅ）該第１群のイオンを共鳴励起して、該バリア場を通り該ロッドセットから半径方向に質量選択的に該第１群のイオンを排出するために、該集合場の選択された特性を該第１励起レベルまで調整するステップと、
    ｆ）励起時間間隔の間、該集合場の選択された特性を該第１励起レベルに維持するステップであって、該励起時間間隔は少なくとも１ミリ秒である、ステップと
    を含む、方法。
30. ステップｅ）は、前記第１群のイオンを下流側の衝突セルに半径方向に排出するステップをさらに含み、
    前記方法は、該衝突セル内の第１群のイオンをフラグメント化するステップと、次いで質量分析のために、該第１群のイオンを下流側の質量分析計に排出するステップとをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
31. 前記下流側の質量分析計は、飛行時間型質量分析計である、請求項３０に記載の方法。

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