JP2015503825A - イオントラップから低ｍ／ｚ比を有するイオンを抽出する方法 - Google Patents

Abstract

質量分析計においてイオンを捕捉する方法は、縦一列に位置付けられた少なくとも第１および第２の多極ロッドセットを提供することと、複数のイオンを第１のロッドセットに導入することと、ＲＦ電位を該ロッドセットのうちの少なくとも１つに印加し、半径方向捕捉電位を該ロッドセット内に発生させることと、該イオンのｍ／ｚの関数として、該半径方向捕捉電位セットを変調するように、半径方向ＤＣ電位を該第１のロッドセットに印加することと、ＤＣ電位を該２つのロッドセット間に印加することにより、軸方向バイアス電位を該２つのロッドセット間に提供することとを含む。本方法はさらに、軸方向障壁電位を選択し、該第１のロッドセットから該第２のロッドセットへの閾値より小さいｍ／ｚ比を有するイオンを選択的に抽出することを含むことができる。

Description

（関連出願）
本願は、米国仮出願第６１／５８０，３４６号（２０１１年１２月２７日出願）を基礎とする優先権を主張する。該出願は、その全体が参照により本明細書に援用される。

（技術分野）
本教示は、概して、質量分析システム内に捕捉されたイオンを抽出するための非共鳴方法およびシステムに関する。

衝突誘起解離（「ＣＩＤ」）を採用する質量分析の従来の方法は、特にタンパク質分析またはプロテオミクスに関連するようないくつかの欠点を有し得る。例えば、プロテオミクスでは、翻訳後部分が、タンパク質イオンの衝突断片化においてタンパク質主鎖から損失され得るので、従来のＣＩＤ方法を使用して、グリコシル化およびリン酸化等の翻訳後修飾を研究することは、困難である。

初期難点を受けて、本明細書では、集合的に、「ＥｘＤ」技術と称される、電子捕獲解離（「ＥＣＤ」）、および電子移動解離（「ＥＴＤ」）が、現在、高処理プロテオミクス分析においてますます実装されつつある。しかしながら、ＥｘＤ方法は、例えば、反応後に残っている前駆体イオンによって生じる、効率問題に悩まされる。試薬、すなわち、電子（ＥＣＤの場合）または試薬イオン（ＥＴＤの場合）への前駆体イオンの長期暴露は、前駆体イオンの解離を増加させ得る。それにもかかわらず、生成イオンの総収率は、生成イオンも電子または試薬イオンと反応し得るので、低下し得る。

低および高ｍ／ｚ比を伴う生成イオンが、多くの場合、質量分析システム内に存在し、前駆体イオンは、多くの場合、システム内の生成イオンに対して、中間のｍ／ｚ比を有する。

従来、低ｍ／ｚイオンは、後続分析のために、共鳴励起を用いて、反応セルから質量選択的に抽出される。しかしながら、そのような共鳴抽出は、抽出されるイオンのＣＩＤを生じさせる可能性があり、生成イオンの損失につながり得る。さらに、ＣＩＤを介して産生されたイオンは、典型的には、ＥｘＤによって発生されたものと異なり、スペクトル分析を困難にし得る。

したがって、例えば、イオンを捕捉し、ＥｘＤ反応セルから選択的に抽出するために、イオン捕捉および抽出のための改良された方法およびシステムを有することが望ましい。

質量分析計において、イオンを捕捉する方法であって、縦一列に位置付けられた少なくとも第１および第２の多極ロッドセットを提供することと、ＲＦ（無線周波数）電位を該ロッドセットのうちの少なくとも１つに印加し、半径方向捕捉電位を少なくとも第１のロッドセット内に発生させることと、該イオンのｍ／ｚの関数として、該半径方向ＲＦ捕捉電位を変調するように、ＤＣ電位（本明細書では、半径方向ＤＣ電位と称される）を該第１のロッドセットに印加し、半径方向ＤＣ場を発生させることと、ＤＣ電位（本明細書では、軸方向ＤＣ電位と称される）を該２つのロッドセット間に印加することにより、軸方向バイアス電位を該２つのロッドセット間に提供することと、複数のイオンを該第１のロッドセットに導入することとを含むことができる、方法が、提供される。ＤＣバイアス電位は、第１の群に対するイオン抽出電位として、第１の群に対して反対極性を有する第２の群のイオンに対する障壁電位として機能することができる。いくつかの実施形態では、ＤＣバイアス電位は、少なくとも約０．５ボルト（Ｖ）、例えば、約１ボルト（Ｖ）であることができる。用語「半径方向場」は、本明細書では、その場ベクトルが、主に、実質的に、トラップの縦軸（例えば、それに沿って、イオンがトラップに導入される、軸）に直交する方向に沿って方向付けられる電磁場を指すために使用される。ある場合には、半径方向場のいくつかの場ベクトルは、軸方向に沿った成分を有し得るが、そのような軸方向場成分は、概して、半径方向成分のものを有意に下回る大きさを有する。

いくつかの実施形態では、半径方向ＤＣ電位は、選択された閾値より小さいｍ／ｚを有する、該第１のロッドセット内のイオンが、例えば、軸方向電位の影響下、該第２のロッドセットに入射可能であるように、該第１のロッドセット内の半径方向ＲＦ捕捉電位を変調することができる。いくつかの実施形態では、半径方向ＤＣ電位は、該閾値より大きいｍ／ｚを有する、該第１のロッドセット内のイオンが、該第１のロッドセット内に捕捉されるように、該第１のロッドセット内の半径方向ＲＦ捕捉電位を変調することができる。半径方向ＤＣ電位は、イオンの半径方向閉じ込めにおいて、ｍ／ｚ依存偏移を生じさせることができる。いくつかの実施形態では、半径方向ＤＣ電位は、より小さいｍ／ｚ比を伴うイオンが、第１のロッドセットの縦方向中心軸により近づいて閉じ込められるように、イオンを半径方向に分離することができる。さらに、半径方向ＤＣ電位は、該イオンの各々によって経験される半径方向電位井戸の深度におけるｍ／ｚ依存偏移を生じさせることができる。半径方向電位井戸の深度は、ｍ／ｚが増加するにつれて、増加し得る。種々の実施形態では、ｍ／ｚ閾値は、例えば、イオントラップの特定の用途に基づいて、選択されることができる。例えば、前駆体イオンが、捕捉され、衝突断片化を受け、より小さい質量の生成イオンを産生する場合、閾値は、前駆体イオンがトラップ内に保持される間、前駆体イオンより小さい質量を有する断片イオンが抽出され得るような前駆体イオンのｍ／ｚであるように選択されることができる。

いくつかの実施形態では、半径方向ＲＦ電位は、線形ＲＦ四重極場を発生させ、半径方向ＤＣ電位は、ＤＣ双極場を発生させる。いくつかの実施形態では、半径方向ＲＦ電位は、ＲＦ線形六重極場を発生させ、半径方向ＤＣ電位は、ＤＣ双極場を発生させる。いくつかの実施形態では、半径方向ＲＦ電位は、ＲＦ線形八重極場を発生させ、半径方向ＤＣ電位は、ＤＣ双極場を発生させる。いくつかの実施形態では、半径方向ＲＦ電位は、ＲＦ線形八重極場を発生させ、半径方向ＤＣ電位は、ＤＣ四重極場を発生させる。

いくつかの実施形態では、半径方向ＤＣ場は、第１のロッドセットの２つのロッド間に印加される双極ＤＣ電位によって発生されることができる。いくつかのそのような実施形態では、ＲＦ捕捉電位は、以下に与えられるような式（１）によって、近似的に定義されることができる。いくつかの実施形態では、双極ＤＣ電位は、以下に与えられるような式（３）によって、近似的に定義されることができる。そのような実施形態では、該第１のロッドセット内の総半径方向捕捉電位は、以下に与えられるような式（４）に従って、該ＲＦ捕捉電位および該ＤＣ双極電位の重畳によって、近似的に定義されることができる。

いくつかの実施形態では、本方法はさらに、軸方向バイアス電位を選択し、選択的に、閾値より小さいｍ／ｚ比を有するイオンを該第１のロッドセットから該第２のロッドセットに抽出することを含むことができる。いくつかの実施形態では、該第１のロッドセットからのイオンの抽出（射出）は、イオン共鳴励起を使用せずに、達成されることができる。

さらなる側面では、本方法はさらに、第１の群のイオンと第２の群のイオンとの間のイオン−イオン反応から、生成イオンを発生させるように、第１の群のイオンおよび第２の群のイオンを第１のロッドセット内に捕捉することを含むことができ、第１の群のイオンは、第２の群のイオンに対して反対極性を有する。本方法はまた、第１のロッドセットから、選択的に、第１の閾値より小さいｍ／ｚを有する、生成イオンの少なくとも一部を抽出することを含むことができる。いくつかの実施形態では、第１の群のイオンは、試薬アニオンを含み、第２の群のイオンは、検体カチオンを含む。種々の実施形態では、生成イオンと第１の群のイオンとの間の二次反応は、例えば、閾値より小さいｍ／ｚを有する生成イオンの持続的または準持続的抽出を介して、抑制されることができる。いくつかの実施形態では、第１のロッドセットから抽出されたイオンは、第２のロッドセット、例えば、四重極ロッドセットによって質量選択され、さらなる分析のために、質量分析計の後続段階に移送されることができる。いくつかの実施形態では、本方法はさらに、選択的に、第１のロッドセットから、第１の閾値を上回り得る第２の閾値より大きいｍ／ｚを有する生成イオンの少なくとも一部を抽出することを含む。このように、ノッチフィルタが、前駆体イオンをトラップ内に保持するが、選択的に、イオン、例えば、前駆体イオンのものを下回るまたは上回るｍ／ｚ比を有する生成イオンをトラップから抽出し得るように実装されることができる。いくつかの実施形態では、第１のロッドセットからの生成イオンの抽出は、生成イオンと第１の群のイオンとの間の二次反応を抑制する。

いくつかの実施形態では、第１の群のイオンは、試薬アニオンを含み、第２の群のイオンは、検体イオンを含む。

いくつかの実施形態では、質量分析計であって、半径方向ＲＦ場および半径方向ＤＣ場を介して、複数のイオンを捕捉するように構成される、少なくとも１つの多極ロッドセットを備えている、イオントラップを備えている、質量分析計が、開示される。イオントラップはさらに、共鳴励起を使用せずに、選択的に、閾値より小さいｍ／ｚ比を有するイオンを該第１のロッドセットから抽出するように適合される、機構を備えている。いくつかの実施形態では、機構は、ＤＣバイアス電圧を該ロッドセット内のイオンに印加するように適合される、電圧源を備えていることができる。いくつかの実施形態では、バイアス電圧は、少なくとも約０．５ボルトであることができる。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの多極ロッドセットは、縦一列に位置付けられた２つの多極ロッドセットを備えている。

いくつかの実施形態では、質量分析を行なう方法であって、複数の前駆体イオンの少なくとも一部を解離させ、複数の生成イオンを発生させることと、トラップ内に残っている前駆体イオンの少なくとも一部を解離させながら、生成イオンの少なくとも一部をトラップから抽出することとを含むことができる、方法が、開示される。いくつかの実施形態では、前駆体イオンは、電子移動解離、電子捕獲解離、および／または光解離を介して、解離されることができる。いくつかの実施形態では、抽出ことは、選択的に、前駆体イオンのｍ／ｚより小さいｍ／ｚを有する生成イオン（例えば、前駆体イオンのｍ／ｚより少なくとも約１０％小さい、少なくとも約２０％小さい、少なくとも約３０％小さい、少なくとも約４０％小さい、および／または少なくとも約５０％より小さいｍ／ｚ）を抽出することを含むことができる。いくつかの実施形態では、抽出するステップは、選択的に、前駆体イオンのｍ／ｚより大きいｍ／ｚを有する生成イオン（例えば、前駆体イオンのｍ／ｚより少なくとも約１０％大きい、少なくとも約２０％大きい、少なくとも約３０％大きい、少なくとも約４０％大きい、および／または少なくとも約５０％大きいｍ／ｚ）を抽出することを含むことができる。

本出願人の教示のこれらおよび他の特徴が、本明細書に記載される。

当業者は、以下に説明される図面が、例証目的にすぎないことを理解するであろう。図面は、本出願人の教示の範囲をいかようにも限定することを意図しない。
図１は、本教示のいくつかの実施形態による、質量分析計においてイオンを捕捉するための種々のステップを図示する、流れ図である。 図２Ａは、互に対して縦一列に軸方向に整列され、互に容量結合される、２つの四重極ロッドセットを備えていることができる、いくつかの実施形態による、イオントラップの概略描写である。 図２Ｂは、図２Ａの２つの四重極ロッドセットの概略斜視描写である。 図３は、小ｍ／ｚを有するカチオンが、四重極から抽出される一方、大ｍ／ｚを有するカチオンが、四重極内に捕捉されたままとなるように、軸方向バイアス電位を有する、いくつかの実施形態の概略描写である。 図４は、本教示のいくつかの実施形態による、線形イオントラップ内のイオンの捕捉および抽出の理論的シミュレーションを描写する。 図５は、本教示に従って、前駆体イオンの解離を生じさせるためのセルを備えている、本教示のいくつかの実施形態による、質量分析計の概略描写である。 図６は、高域フィルタリングおよび低域フィルタリングの組み合わせを備えている、本教示のいくつかの実施形態による、質量分析計の概略描写である。 図７Ａは、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）の質量選択的抽出を示す。 図７Ｂは、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）イオンおよびＰＰＧ断片の抽出の効率を示す。 図８Ａは、ＰＰＧの各ＥＳＩ生成物に対する抽出効率対抽出バイアス電圧（各ｍ／ｚに対するＶ）のプロットである。 図８Ｂは、ｍ／ｚに基づく閾値抽出電圧Ｖの線形性を示す、各ｍ／ｚに対する８０％抽出効率時の抽出バイアスＶのプロットである。 図９は、本教示による、ＥＴＤ反応セル内でアゾベンゼンアニオンによって解離された［メリチン＋５Ｈ］^５＋の一式のＥＴＤスペクトルであり、底部、中央、および上部スペクトルは、それぞれ、抽出された低ｍ／ｚ生成物、抽出された高ｍ／ｚ生成物、および反応後にセル内に残留したイオンを示す。 図１０Ａは、互に対して縦一列に軸方向に整列され、互に容量結合される、２つの六重極ロッドセットの概略斜視描写であり、本教示による、イオントラップにおいて採用され得る。 図１０Ｂは、互に対して縦一列に軸方向に整列され、互に容量結合される、２つの八重極ロッドセットの概略斜視描写であり、本教示による、イオントラップにおいて採用され得る。

図１は、本教示のいくつかの実施形態による、質量分析計においてイオンを捕捉するための種々のステップを図示する、流れ図であって、縦一列に位置付けられた少なくとも第１および第２の多極ロッドセットが提供され、ＲＦ電位が、半径方向捕捉電位を該ロッドセット内で発生させるように、ロッドセットのうちの少なくとも１つに印加される（１００）。いくつかの実施形態では、ロッドセットは、ロッドセットのうちの一方に印加されるＲＦ電位が、他方に容量結合され得るように、互に対して位置付けられる。いくつかの実施形態では、ロッドセットは、１つ以上の個別的なキャパシタによって、互に連結される。イオンは、第１のロッドセットに導入されることができ、そこで、半径方向電位に曝される（１０２）。半径方向ＤＣ電位（例えば、双極電位）が、第１のロッドセットに印加され、イオンのｍ／ｚの関数として、ＲＦ電位によって発生される半径方向捕捉電位を変調することができる（１０４）。イオンは、ＲＦ半径方向電位およびＤＣ半径方向電位の重畳（本明細書では、「総半径方向電位」）である半径方向電位内に捕捉されることができる。ＤＣバイアス電位は、軸方向バイアス電位を２つのロッドセット間に提供するように、ロッドセット間に印加される。以下により詳細に論じられるように、双極ＤＣ電位は、第１のロッドセット内のイオンの半径方向位置におけるｍ／ｚ依存偏移と、イオンによって経験される半径方向電位井戸の深度におけるｍ／ｚ依存偏移を生じさせることができる。一例として、いくつかの実施形態では、異なるｍ／ｚ値を有する第１のロッドセット内の２つのイオンの場合、半径方向電位井戸の深度は、より小さいｍ／ｚを有するイオンに対してより浅い。したがって、種々の実施形態では、より小さいｍ／ｚ値、例えば、閾値より小さいｍ／ｚ値を有するイオンは、軸方向バイアス電位の影響下、第１のロッドセットから第２のロッドセットに射出されることができる一方、より大きいｍ／ｚ値、例えば、閾値より大きいｍ／ｚ値を有するそれらのイオンは、第１のロッドセット内に捕捉されたままとなる。言い換えると、種々の実施形態では、より小さいｍ／ｚイオンは、共鳴励起を使用せずに、選択的に、第１のロッドセットから射出されることができる（１０６）。

本教示による方法は、種々の多極ロッドセットを使用することによって実践されることができる。好適なロッドセットのいくつかの実施例として、限定ではないが、四重極（例えば、図２Ａ−２Ｂに示されるように）、六重極（例えば、図１０Ａに示されるように）、八重極（例えば、図１０Ｂに示されるように）等が挙げられる。以下では、本教示の種々の実施形態によるデバイスは、四重極ロッドセットが使用されるように説明される。しかしながら、本教示は、四重極ロッドセットの使用に限定されないことを理解されたい。さらに、いくつかの実施形態では、一方のロッドセットは、あるタイプの多極ロッドセット（例えば、四重極）であることができ、他方ロッドセットは、異なるタイプの多極ロッドセット（例えば、六重極）であることができる。

図２Ａ−２Ｂは、互に対して縦一列に軸方向に整列され、互に容量結合される、２つの四重極ロッドセットＳＴ２およびＱ２（本明細書では、簡潔にするために、四重極ＳＴ２およびＱ２とも称される）を備えていることができる、いくつかの実施形態による、イオントラップ２００を図式的に描写する。ＲＦ（無線周波数）電圧源２０２は、当技術分野において公知の様式において、ＲＦ電位を四重極Ｑ２のロッドに印加し、半径方向捕捉電位（本明細書では、半径方向閉じ込め電位とも称される）をその四重極内に発生させるように構成される。四重極Ｑ２のロッドの各々に印加されるＲＦ電位は、四重極ＳＴ２のそれぞれのロッドに容量結合され、半径方向捕捉電位をその四重極内にも発生させることができる。複数のイオン２０４が、その入力オリフィス２０６を介して、四重極ＳＴ２に導入されることができる。本実施形態では、単一ＲＦ源が採用されるが、他の実施形態では、各四重極が、ＲＦ電位をその専用ＲＦ源から受電することができる。

ＤＣ電圧源２０８は、ＤＣバイアス電位を四重極ＳＴ２およびＱ２を横断して印加するように構成される。一例として、ＤＣ電圧源は、ＤＣ電位（Ｖ）を２つの四重極のうちの２つのそれぞれのロッドを横断して印加することができる。代替として、いくつかの実施形態では、四重極ＳＴ２のうちの４つのロッドは、あるＤＣ電圧に維持されることができ、四重極Ｑ２の４つのロッドが、異なるＤＣ電圧に維持されることができる。２つの四重極を横断したＤＣ電位の印加は、あるイオンに対する抽出電位として機能し、ＳＴ２からのイオンの射出を促進し得、かつ四重極ＳＴ２から四重極Ｑ２への反対極性を有するある他のイオンの射出を抑制し得る、軸方向バイアス電位を発生させることができる。

本例証的実施形態では、別のＤＣ電圧２１０が、双極ＤＣ電位（ΔＶ）を四重極ＳＴ２の２つのロッド２１２Ａと２１２Ｂとの間に印加するように構成される。種々の実施形態では、双極電位ΔＶは、低ｍ／ｚイオン、例えば、閾値より低いｍ／ｚを有するイオンが、共鳴励起を伴わずに、四重極ＳＴ２から抽出され得る一方、高ｍ／ｚイオン、例えば、閾値より大きいｍ／ｚを有するイオンが、四重極ＳＴ２内に捕捉されたままであり得るように、半径方向捕捉電位のｍ／ｚ依存変化を四重極ＳＴ２内に生じさせることができる。

一例として、本例証的実施形態では、ＲＦ半径方向捕捉電位（擬電位）（ψ）は、両四重極に印加され、これは、以下のように、四重極の中心軸からの距離（ｒ）の関数として定義され得る。

式中、

式中、
Ｖ_ｒｆは、ロッドに印加されるＲＦ電圧を示し、
Ωは、ＲＦ電圧の角周波数を示し、
ｍは、イオンの質量を示し、
Ｚｅは、イオン電荷を示し、
２ｒ_０は、ロッド間の距離であって、
ｋは、当技術分野において公知の様式におけるＶ_ｒｆの定義に依存する、定数である。

さらに、双極ＤＣ電位（Φ）が、四重極ＳＴ２のロッド２１２Ａおよび２１２Ｂに印加され、これは、四重極の中心軸からの距離（ｒ）の関数として、以下の関係に従って定義される。

式中、
ΔＶは、２つのロッドを横断して印加される電圧差を示し、
２ｒ_０は、ロッド間の距離である。

故に、ＲＦ半径方向電位およびＤＣ双極電位の重畳として表され得る、総半径方向電位は、以下の関係によって表されることができる。

半径方向電位（電位の深度）の最小値は、以下の関係によって表されることができる。

さらに、総半径方向電位の最小値の半径方向場所は、以下の関係によって表されることができる。

前述の式（５）は、電位最小値の位置偏移および深度が、より大きいｍ／ｚ値を有するイオンよりより小さいｍ／ｚ値を有するイオンに対して小さいことを示す。言い換えると、第１の四重極ロッドセット内では、マシュー安定性パラメータ（ｑ）は、小ｍ／ｚイオンに対してより大きく、大ｍ／ｚイオンに対してより小さい。これは、四重極ＳＴ２の端部における軸上の質量依存電位障壁を表す。障壁は、四重極Ｑ２のＤＣオフセット（すなわち、ＤＣバイアス電位）をより誘引性にし、閾値より小さいｍ／ｚ値を有するイオンが、四重極Ｑ２に移動することを可能にする一方、より高いｍ／ｚイオンが、四重極ＳＴ２内に捕捉されたままにすることによって、克服されることができる。例えば、バイアスＤＣ電位が、イオン（本実施形態では、カチオン）が半径方向に閉じ込められる、電位井戸の最小値の大きさ（−ψ）を上回る場合、すなわち、−ψ＜Ｖまたは

である場合、イオンは、四重極ＳＴ２から抽出されるであろう。閾値は、四重極ＳＴ２とＱ２との間のＤＣバイアス電位を変化させることによって調節されることができる。安定性パラメータ（ｑ）が、ｍ／ｚに反比例するので、抽出されるｍ／ｚに対する閾値は、抽出バイアスＶに線形に依存する。

本例証的実施形態では、図３に図式的に示されるように、軸方向バイアス電位は、小ｍ／ｚ（例えば、閾値より小さいｍ／ｚ）を有するカチオンが、四重極ＳＴ２から抽出される一方、大ｍ／ｚ（例えば、閾値より大きいｍ／ｚ）を有するカチオンが、四重極ＳＴ２内に捕捉されたままであるように設定されることができる。本例証的実施形態では、軸方向バイアス電位は、アニオンが、四重極ＳＴ２内に捕捉されたままであることを確実にする。言い換えると、四重極ＳＴ２からのカチオンの質量依存選択的抽出が、達成されることができる。他の実施形態では、軸方向バイアス電位の極性を切り替えることによって、四重極ＳＴ２からのアニオンの選択的抽出が、カチオンが四重極ＳＴ２内に捕捉されたままであることを確実にしながら、達成されることができることを理解されたい。

図４は、２つのタンデム四重極ロッドセット（ＳＴ２およびＱ２）を使用する、本教示による、線形イオントラップ内のイオンの捕捉および抽出の理論的シミュレーションを示し、２００のｍ／ｚを有するカチオンが、ＳＴ２からＱ２に射出される一方、１５００のｍ／ｚを有するイオンが、ＳＴ２内に捕捉されたままであることを示す。本シミュレーションでは、以下のパラメータが、採用された：ｒ_０＝２ｍｍ（ロッドセット間の距離は、２ｒ_０）、Ｖｒｆ＝３００ボルト、Ω／２π＝１ＭＨｚ、ΔＶ（ＤＣ双極電圧）＝６ボルト、およびＶ（ＤＣバイアス電圧）＝１ボルト。

シミュレーションは、Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ（Ｎ．Ｊ．、Ｕ．Ｓ．Ａ）から市販のＳＩＭＯＮシミュレーションソフトウェアを使用して行なわれた。

いくつかの実施形態では、第２の四重極セットＱ２を使用するのではなく、軸方向ＤＣバイアス電位は、四重極ＳＴ２の出口開口に近接して配置される電極を採用することによって、ＳＴ２内のイオンに印加されることができる。そのような実施形態では、ＲＦ捕捉電圧は、直接、ＳＴ２のロッドに印加されることができる。

いくつかの実施形態では、前述の教示は、質量分析計において、電子捕獲解離（ＥＣＤ）および電子移動解離（ＥＴＤ）反応（本明細書では、集合的に、ＥｘＤ反応と称される）を行なうために採用されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、複数の試薬アニオンが、第１の四重極ＳＴ２に導入されることができ、四重極ＳＴ２とＱ２との間のＤＣバイアス電位が、その中でのアニオンの捕捉を確実にする。続いて、複数の前駆体カチオンが、四重極ＳＴ２に導入され、例えば、ＳＴ２のロッドへのＡＣ電位の印加によって、例えば、擬電位障壁が、ロッドセット間に発生された場合、アニオンと相互作用することができる（例えば、ＥＴＤを介して）（例えば、図６の実施形態の議論参照）。前駆体カチオンとアニオンとのイオン−イオン相互作用は、前駆体イオンより低いおよび高いｍ／ｚを有する両方の生成イオン（例えば、断片イオン）を発生させることができる。より小さいｍ／ｚを有する、これらの生成イオンの少なくとも一部は、次いで、ＡＣ電圧（例えば、図６における源６０２によって提供されるＡＣ電圧）がゼロボルトに設定されると、バイアスＤＣ電位を介して、四重極ＳＴ２から抽出され、四重極Ｑ２に入射することができる。射出されたイオンは、Ｑ２を通過し、質量分析のために、他の下流構成要素に入射することができる。いくつかの実施形態では、バイアスＤＣ電位は、断片イオンを抽出するために、閾値を変化させるように変動されることができる。

このように、種々の実施形態では、前駆体イオンは、トラップ内に保たれ得る一方、生成イオンは、例えば、持続的または準持続的に、トラップから抽出される。バイアスＤＣ電位は、アニオンが負に帯電されているので、アニオン試薬をトラップ内に安定して保持することを可能にし、抽出バイアスは、アニオンのための捕捉障壁として機能することができる。いくつかの実施形態では、前駆体イオンは、アニオンであることができ、試薬イオンは、カチオンであることができる。そのような場合、本教示は、例えば、前述のように、適切な電圧を選択することによって、印加されることができる（例えば、バイアス電圧の極性は、前駆体イオンがカチオンであり、試薬イオンがアニオンである場合に対して逆であることができる）。

前述のように、従来、共鳴励起が、低ｍ／ｚイオンのためのトラップからイオンを抽出するために採用される。しかしながら、そのような共鳴励起は、生成イオンの衝突励起を生じさせ、そのラジカル化学を変化させ得、例えば、アルファ炭素上のラジカル電子は、別の位置に移動し得る。対照的に、本教示の種々の実施形態では、ＥｘＤによって発生される生成イオンは、共鳴励起を採用せずに、抽出される。本教示は、ＥＴＤおよびＥＣＤだけではなく、また、赤外線多光子解離（ＩＲＭＰＤ）等の前駆体イオンの光解離のためにも使用されることができる。

図５は、本教示に従って、前駆体イオンの解離を生じさせるために、本教示のある実施形態による、質量分析計５００を図式的に描写する。イオンは、真空チャンバ内に設置され、例えば、その中に位置するイオンを衝突冷却することによって、衝突集束イオンガイドとして動作され得る、四重極ロッドセットＱ０に入射することができる。イオンは、次いで、レンズＩＱ１を通過し、別の真空化チャンバ内に位置し得、質量分解モードにおいて、例えば、ＲＦ／ＤＣ質量フィルタとして動作され、例えば、所望のｍ／ｚを有する前駆体イオンを選択し得る、四重極Ｑ１に入射することができる。本例証的実施形態では、短太ロッド（ＳＴ）が、イオンの流動をＱ１に集束させるために採用されることができる。

例証的システム５００はさらに、２つの無線周波数四重極（ＲＦＱ）ロッドセットＳＴ２およびＱ２を備え得る、本教示による、イオン−イオン反応セル５０４を備えていることができる。図示される反応セルは、イオンを受け取るための入口開口５０６と、それを通して、イオンが、セルから出射し、分光計、例えば、飛行時間（ＴＯＦ）質量分析器の下流段階に入射し得る、出口開口５０８とを備えている。本実施形態では、四重極ＳＴ２は、例えば、長さ約５０ｍｍを有する、一式の４つの短太ロッドとして実装される。他の実施形態では、四重極ＳＴ２は、異なるように実装されることができる。四重極ＳＴ２およびＱ２は、例えば、本実施形態では、１０００ｐＦキャパシタを介して、互に容量結合される。ＳＴ２とＱ２との間のＤＣバイアス電位およびＳＴ２に印加される双極ＤＣ電位は、電圧源５１０および５１２によって提供される。ＤＣ双極電位は、ＲＦＱロッドＳＴ２の間隙方向に印加される。ＤＣ電圧５１０および５１２によって印加される電圧（ｄｃ１）および（ｄｃ２）の平均は、ＳＴ２のＤＣバイアスを表し、ｄｃ１とｄｃ２との差異（ｄｃ１−ｄｃ２）は、双極ＤＣ電圧ΔＶを表す。ＲＦ電圧源５０２は、ＲＦ電圧をＳＴ２およびＱ２四重極に印加し、それらの四重極内のイオンの半径方向閉じ込めを提供することができる。

コントローラ５１４は、ｄｃ１およびｄｃ２を発生させる電圧源５１０および５１２を含め、四重極ＳＴ２およびＱ２に印加されるＤＣおよびＲＦ電圧を制御することができる。

使用時、試薬アニオンは、反応セルに導入され、バイアスＤＣ電位を介して、その中に捕捉されることができる。複数の前駆体検体カチオンが、反応セルに導入され、試薬アニオンと相互作用することができる。そのような相互作用は、例えば、ＥＴＤおよびＥＣＤを介して、断片イオン等の生成イオンを発生させることができる。前述のように、双極ＤＣ電位は、バイアスＤＣ電圧が、ＳＴ２四重極からＱ２への閾値より小さいｍ／ｚを有する生成イオンの射出を生じさせ得る一方、前駆体イオンおよびアニオン試薬イオンが、捕捉されたままであるように、前駆体および生成イオンによって経験される半径方向閉じ込め電位を偏移させることができる。このように、前駆体検体カチオンは、トラップ内に保持され、試薬アニオンと相互作用し続けることができる一方、より小さいｍ／ｚを有する生成カチオンは、持続的または半持続的に射出され、それによって、試薬アニオンと生成カチオンとの間の二次イオン−イオン反応（例えば、解離）を低減させることができる。

いくつかの実施形態では、前述のような低域フィルタリングおよび高域フィルタリングの組み合わせは、前駆体イオンのノッチフィルタリングを行なうために実装されることができる。いくつかの実施形態では、高域フィルタリング、例えば、前駆体イオンより高いｍ／ｚイオンの抽出は、ＲＦゲーティングの方法を使用して実装されることができる（例えば、Ｂａｂａ、他、ＵＳＰ６，８５２，９７２，Ｌｏｂｏｄａ、他、Ｊ．Ａｍ．Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．２００９；２０：１３４２−８参照（参照することによって本明細書に全体として組み込まれる））。いくつかの実施形態では、ＲＦゲーティングは、例えば、ＡＣ場を２つのＲＦロッドセット間に印加し、擬電位障壁をそれらのロッドセット間に発生させることによって、行なわれることができる。障壁は、小ｍ／ｚイオンに対してより大きくなり、より大きなｍ／ｚイオンに対してより小さくなり得る、ｍ／ｚ依存性を有するため、高ｍ／ｚイオンのための質量選択的抽出が、達成されることができる。

いくつかの実施形態では、低ｍ／ｚおよび高ｍ／ｚ抽出の順次組み合わせによって、前駆体イオンのノッチフィルタリングが、例えば、ＥＴＤ反応周期の間、実現されることができる。

一例として、図６は、イオンの低域ならびに高域フィルタリング両方を提供することができる、本教示のいくつかの実施形態による、イオントラップを図式的に描写する。前述の実施形態と同様に、例証的イオントラップ６００は、本実施形態では、１００ｐＦキャパシタを介して、縦一列に位置付けられ、互に容量結合される、２つの四重極ロッドセット（ＳＴ２およびＱ２）を備えている。ＤＣバイアス電位ならびにＤＣ双極電位は、調節可能ＤＣ電圧源６０１を介して、ＳＴ２四重極のロッドに印加され、前述の様式において、イオンの低域フィルタリングを提供する。加えて、ＡＣ電圧源６０２は、ＡＣ電圧をＳＴ２四重極のロッドに印加し、ＲＦゲーティングを介して、擬電位障壁を２つのロッドセット間に提供するように構成される。そのようなＲＦゲーティングは、イオンの高域フィルタリングを提供するために採用されることができる。いくつかの実施形態では、イオントラップ６００は、例えば、ＥＴＤ反応期間の間、低ｍ／ｚおよび高ｍ／ｚイオン抽出の順次組み合わせにおいて、採用されることができる。

本教示はまた、負に帯電された前駆体イオンが、正に帯電された試薬イオンによって解離される、ＥＴＤの補完バージョンである、逆ＥＴＤに適用可能である。ＥＴＤのためのｄｃ電圧設定は、逆ＥＴＤを行なうために、負に反転されることができる。

本教示の側面は、本教示の範囲をいかようにも限定するものと解釈されるべきではない、以下の実施例に照らしてさらに理解され得る。

（実施例）
ＡＢ Ｓｃｉｅｘ（Ｆｒａｍｉｎｇｈａｍ， Ｕ．Ｓ．Ａ．）によって、商品名Ｔｒｉｐｌｅ ＴＯＦ^ＴＭ６００システムとして市販の三連ＴＯＦ分光計が、そのＱ２セルと図６のシステムに示される反応セルを置換することによって修正された。特に、５６００のＱ２セルの四重極ロッドセットは、図６に図式的に示されるような２つの分離されたＲＦＱロッドセットと置換され、より短いロッドセットＳＴ２は、長さ約５０ｍｍを有する。

図７Ａは、ナトリウム化ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）イオンの質量選択的抽出を示す。電子スプレーイオン化（ＥＳＩ）生成物が、単離せずに使用された。双極ＤＣ電位（ΔＶ）５０ボルト（Ｖ）およびＤＣ抽出バイアス電位４．２５Ｖが、印加された。Ｑ２の捕捉質量の下限（ＬＭＣＯ）は、３００であった。図７Ａの上部におけるスペクトルは、抽出されたｍ／ｚイオンを示し、図７Ａの底部におけるスペクトルは、双極抽出後に残留したｍ／ｚイオンを示す。

図７Ｂは、抽出の効率を示す。ｍ／ｚ＝５６３を有するＰＰＧイオンが、Ｑ１によって単離され、低質量抽出を受けた。ＳＴ２とＱ２との間のバイアスＤＣ電位が、走査される一方、双極ＤＣ電位およびＲＦ電位は、一定に保持された。抽出は、２ボルトのバイアスＤＣ電位から開始し、バイアスＤＣ電位２．５ボルトにおいて最大値に到達した。

図８Ａは、試料イオンが単離されたＰＰＧの各ＥＳＩ生成物に対する抽出効率対抽出電圧（Ｖ）のプロットである。図７Ａは、双極ＤＣ抽出のｍ／ｚ依存性を示す。示されるように、明確なｍ／ｚ依存性が、観察される。

図８Ｂは、各ｍ／ｚに対する８０％抽出効率時の抽出バイアス（Ｖ）のプロットであって、試料イオンが単離されたＰＰＧの各ＥＳＩ生成物に対するｍ／ｚに基づく閾値抽出電圧Ｖの線形性を示す。図７Ａおよび７Ｂに示されるように、標的ｍ／ｚのための適切な抽出バイアスＶが、決定されることができる。

図９は、本教示に従って、イオン−イオン反応セル内のＥＴＤ試薬としてのアゾベンゼンアニオンによって解離された、［メリチン＋５Ｈ］^５＋の一式のＥＴＤスペクトルである。底部（ｃ）、中央（ｂ）および上部（ａ）スペクトルは、それぞれ、抽出された低ｍ／ｚ生成物、抽出された高ｍ／ｚ生成物、および反応後にセル内に残留したイオンを示す。示されるように、明確なｍ／ｚ依存抽出が、本ＥＴＤ実施例において観察される。

本明細書で使用される見出しは、編成目的にすぎず、説明される主題をいかようにも限定するものと解釈されない。本出願人の教示が、種々の実施形態と併せて説明されたが、本出願人の教示がそのような実施形態に限定されることを意図しない。対照的に、本出願人の教示は、当業者によって理解されるような種々の代替、修正、および均等物を包含する。

Claims (20)

1. 質量分析計においてイオンを捕捉する方法であって、
   縦一列に位置付けられた少なくとも第１および第２の多極ロッドセットを提供することと、
   半径方向ＲＦ電位を前記ロッドセットのうちの少なくとも１つに印加することにより、ＲＦ半径方向捕捉電位を少なくとも前記第１のロッドセット内に発生させることと、
   半径方向ＤＣ電位を前記第１のロッドセットに印加することにより、前記イオンのｍ／ｚの関数として前記半径方向捕捉電位を変調することと、
   軸方向バイアスＤＣ電位を前記２つのロッドセット間に印加することにより、軸方向バイアス電位を前記２つのロッドセット間に提供することと、
   複数のイオンを前記第１のロッドセットに導入することと
   を含む、方法。
2. 前記半径方向ＲＦ電位は、ＲＦ線形四重極場を発生させ、前記半径方向ＤＣ電位は、ＤＣ双極場を発生させる、請求項１に記載の方法。
3. 前記半径方向ＲＦ電位は、ＲＦ線形六重極場を発生させ、前記半径方向ＤＣ電位は、ＤＣ双極場を発生させる、請求項１に記載の方法。
4. 前記半径方向ＤＣ電位は、選択された閾値より小さいｍ／ｚを有する、前記第１のロッドセット内のイオンが、前記ＤＣバイアス電位の影響下、前記第２のロッドセットに入射可能であるように、前記第１のロッドセット内の前記ＲＦ半径方向捕捉電位を変調する、請求項１に記載の方法。
5. 前記半径方向ＤＣ電位は、前記閾値より大きいｍ／ｚを有する、前記第１のロッドセット内のイオンが、前記第１のロッドセット内に捕捉されるように、前記第１のロッドセット内の前記ＲＦ半径方向捕捉電位を変調する、請求項４に記載の方法。
6. 前記双極バイアスＤＣ電位は、前記イオンの半径方向閉じ込めにおいて、ｍ／ｚ依存偏移を生じさせる、請求項１に記載の方法。
7. 前記双極ＤＣ電位は、前記イオンの各々によって経験される半径方向電位井戸の深度におけるｍ／ｚ依存偏移を生じさせる、請求項１に記載の方法。
8. 前記軸方向ＤＣバイアス電位を選択することにより、閾値より小さいｍ／ｚ比を有するイオンを前記第１のロッドセットから前記第２のロッドセットに選択的に抽出することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記第１のロッドセットからの前記閾値より小さいｍ／ｚ比を有するイオンの前記質量選択的抽出は、共鳴励起を使用せずに達成される、請求項１に記載の方法。
10. 閾値より大きいｍ／ｚを有するイオンを前記第１のロッドセットから選択的に抽出することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. 第１の閾値と第２の閾値との間のｍ／ｚ比を有するイオンを前記第１のロッドセット内に保持しながら、前記第１のロッドセットから前記第１の閾値より低いｍ／ｚ比を有するイオンを選択的に抽出することと、前記第２の閾値より大きいｍ／ｚ比を有するイオンを選択的に抽出することとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記第１のロッドセット内の第１の群のイオンおよび第２の群のイオンを捕捉することにより、前記第１の群のイオンと前記第２の群のイオンとの間のイオン−イオン反応から生成イオンを生成することであって、前記第１の群のイオンは、前記第２の群のイオンに対して反対の極性を有する、ことと、
    前記ＤＣバイアス電位の影響下、前記第１のロッドセットから、第１の閾値より小さいｍ／ｚを有する前記生成イオンの少なくとも一部を選択的に抽出することと
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記第１のロッドセットから、第２の閾値より大きいｍ／ｚを有する生成イオンの少なくとも一部を選択的に抽出することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 質量分析計であって、
    少なくとも１つの多極ロッドセットを備えているイオントラップであって、前記イオントラップは、第１のロッドセット内の半径方向ＲＦ場および半径方向ＤＣ場を介して、複数のイオンを捕捉するように構成されている、イオントラップと、
    共鳴励起を使用せずに、閾値より小さいｍ／ｚ比を有するイオンを前記第１のロッドセットから選択的に抽出するように適合されている機構と
    を備えている、質量分析計。
15. 前記機構は、ＤＣバイアス電圧を前記ロッドセット内のイオンに印加するための電圧源を備えている、請求項１４に記載の質量分析計。
16. 質量分析を行なう方法であって、
    複数の前駆体イオンの少なくとも一部を解離させることにより、複数の生成イオンを発生させることと、
    トラップ内に残っている前記前駆体イオンの少なくとも一部を解離させながら、前記生成イオンの少なくとも一部を前記トラップから抽出することと
    を含む、方法。
17. 前記抽出するステップは、前記前駆体イオンのｍ／ｚより小さいｍ／ｚを有する生成イオンを選択的に抽出することを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記抽出された生成イオンは、前記前駆体イオンのｍ／ｚより少なくとも約１０％小さい、少なくとも約２０％小さい、少なくとも約３０％小さい、少なくとも約４０％小さい、および／または少なくとも約５０％小さいｍ／ｚを有する、請求項１７に記載の方法。
19. 前記抽出することは、前記前駆体イオンのｍ／ｚより大きいｍ／ｚを有する生成イオンを選択的に抽出することを含む、請求項１６に記載の方法。
20. 前記抽出された生成イオンは、前記前駆体イオンのｍ／ｚより少なくとも約１０％大きい、少なくとも約２０％大きい、少なくとも約３０％大きい、少なくとも約４０％大きい、および／または少なくとも約５０％大きいｍ／ｚを有する、請求項１９に記載の方法。

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