JP2017508238A - 多極デバイスから捕捉イオンを除去するための方法 - Google Patents

Abstract

多極デバイスのロッドのうちの１つまたはそれを上回るものにＤＣまたはＲＦ一掃パルスを導入するステップを含む、多極イオン透過デバイスからイオンを一掃するための方法および装置。ＤＣパルスは、イオン透過デバイスのＲＦ電位によって生成される擬電位捕捉ウェルを克服するために十分な運動エネルギーをイオンに供給するよう選択される。ＲＦパルスに対し、補助ＲＦ信号は、出射されたイオンの運動の周波数に対応する周波数を使用する。選択実施形態では、多極デバイスは、四重極であり得るか、またはこの装置は、タンデム質量分析計の一部であり得る。

Description

（関連出願）
本出願は、２０１３年１２月３１日に出願された米国仮出願番号第６１／９２２，２８８号および２０１４年２月４日に出願された同第６１／９３５，７３１号からの優先権の利益を主張しており、これら両方の仮出願の内容は、それらの全体が本明細書によって参考として援用される。

（分野）
本明細書中の教示は、質量分析システム内のイオンを一掃する方法を対象とする。

（背景）
タンデム質量分析システムでは、複数の質量分析計デバイスが、増進した分析能力を達成するように直列に接続される。したがって、不適切な移送が不正確な結果につながり得るため、１つのデバイスから次のデバイスへのイオンの移送は、分析において重要なステップである。

一般に、あるタンデム質量分析計は、イオンを移動させて操作するために複数の多極デバイスを使用する。例えば、四重極デバイスは、ロッドの内面の間隔が中心軸から一定の距離ｒ_０（場半径）である、正方形の４つの角において中心長手軸の周囲で円周方向に配列される、４本のロッドから成る。場半径ｒ_０に対するロッドＲの直径の比は、丸いロッドについては約１．１２６である。ロッドは、理想的には、双曲線断面外形を有するが、多くの場合、形状が円形である。四重極は、ＲＦ電圧のみ、またはＲＦおよびＤＣ電圧のいずれかをそれに印加させることができ、四重極を通ったイオン軌道は、ＤＣ電位（分解ＤＣ）がａの値によって、ＲＦ振幅がｑの値によって判定される、マシューパラメータａおよびｑによって統制される（参照することによって本明細書に組み込まれる、“Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”， Ｐｅｔｅｒ Ｈ． Ｄａｗｓｏｎ， Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ， １９９５）。四重極設定は、２つの極（ＡおよびＢ）を有する。各極は、中心軸の対向する側で相互から直接横断して位置する、４本のロッドのうちの２つ（一対）から成る。Ｂ極上のＲＦは、Ａ極に対して１８０°だけシフトさせられ、Ｂ極上の分解ＤＣは、Ａ極上の分解ＤＣの反対極性である。四重極を通るイオン軌道は、非直線状であり、安定している（多極を通過する）か、または不安定である（半径方向に出射されるか、またはロッドのうちの１本に接触する）かのいずれか一方である、ある全体的軌道の周囲で振動する。四重極は、一般に、イオントラップ（３Ｄおよび２Ｄ）に沿った質量選択とともに使用される。四重極、トラップ、および飛行時間デバイスが、質量分析のために使用される。他のタイプの多極は、六重極および八重極を含むが、それらに限定されない。

タンデム質量分析計デバイスの典型的な簡略化された設置の側面図が、図１に描写されている。そのようなデバイスは、複数の四重極デバイス（Ｑ０、Ｑ１、Ｑ２、およびＱ３と標識される）から成る。Ｑ０およびＱ２は、ＲＦ電圧のみを使用して動作し、マシュー安定性パラメータａが０に等しく、ｑが０ではない、イオンガイドとして機能すると見なされる。Ｑ０領域が、典型的には、３〜１０ｍＴｏｒｒ体制（レジメ）内の上昇した圧力において操作される一方で、Ｑ２イオンガイドは、タンデム質量分析実験中に３〜１０ｍＴｏｒｒにおいて操作され、衝突セルとして動作することができる。Ｑ１およびＱ３は、ＲＦおよびＤＣ電圧の両方で動作し、特定のｍ／ｚまたはｍ／ｚ比の範囲のみを有するイオンを選択的に通過する、質量フィルタとして使用される。加えて、Ｑ１およびＱ３質量フィルタの前には、イオン移動デバイスとしての機能を果たし、フィルタリング四重極の直前に位置付けられるため前置フィルタとして表されることができる、ＲＦ単独モードで動作する短い四重極（ＳＴ１およびＳＴ３）が位置付けられる。ＳＴ２もまた、衝突セルとして動作することができる、Ｑ２四重極の中への透過を向上させる役割を果たすイオン移動デバイスである。前置フィルタの直前には、レンズ（ＩＱ１およびＩＱ３と標識される）が位置付けられる。ＩＱ２は、衝突セルＱ２に先立って位置付けられる別のレンズである。

タンデム質量分析計において高いイオンビーム強度を使用するとき、全イオン電流（ＴＩＣ）測定が一貫せず、不安定であることが見出されている。そのような非一貫性は、例えば、信号対濃度のプロットがより高いカウント速度において非線形になる、較正曲線目的で作成されるプロット等の不正確な定量的測定につながり得る。この例は、化合物シタマキンについて生成された較正曲線が５００ｎｇ／ｍＬの濃度において線形性から１５％の偏差を実証した、図２に描写されている。

内部試験を通して、これらの状況で示された非線形性は、システム内の前置フィルタ領域中で捕捉されるようになるイオンに関係付けられることが発見されている。イオンは、正しい条件に遭遇したときに、前置フィルタ／質量フィルタ境界（すなわち、ＳＴ１／Ｑ１またはＳＴ３／Ｑ３境界）においてイオン源の方向に向かって後方に反射することができる。これらの反射されたイオンはまた、ＩＱ１およびＩＱ３レンズに最も近い上昇した圧力にある、バックグラウンドガスとの衝突を通じて、軸方向運動エネルギーを失い、前置フィルタ領域中で捕捉されるようになる。前置フィルタ領域中で捕捉されるようになるイオンは、前置フィルタを通るイオンの透過に変動を引き起こし得る。高いイオンビーム強度において、イオンは、前置フィルタ領域を急速に充填し、平衡状態が達成されるまで、イオン信号を時間とともに変動させる。

任意のＲＦ単独四重極、より具体的には、本明細書で説明される前置フィルタからイオンを除去する１つの方法は、４本のロッドに印加されるＤＣパルスの使用を伴う。例として、ＳＴ１の前置フィルタ領域は、走査または多重反応監視（ＭＲＭ）実験に先立って１ミリ秒の期間にわたって、その伝送電位から接地電位まで前置フィルタ上のＤＣオフセットをパルスさせることによって、空にされることができる。このシナリオでは、ＳＴ１電位は、イオンが、隣接するＩＱ１およびＱ１光学部に向かって流出させられ、ＳＴ１領域から出て行かせられるようなものである。理解されるように、接地電位が使用されるが、隣接するデバイスに向かったイオンの一掃を可能にする限り、任意の好適な相対的電位が使用されることができる。したがって、前置フィルタＤＣオフセットは、捕捉されたイオンを隣接する光学部に向かって移動させる、隣接するイオン光学部に対する反発電位に変化させられる。このＤＣパルスは、中程度のイオンビーム強度が使用されるときに前置フィルタを空にするが、非常に明るいイオンビーム強度が使用されるときに不十分であることが分かっている。イオンが半径方向に逃避し得るレベルまでロッド上のＲＦ振幅を低減させること等の他の技法が、利用されることができるが、残りの四重極と異なるＲＦ振幅において前置フィルタを独立して操作するために、別個のＲＦ発生器を必要とする。これは、費用の増加につながり得る。加えて、別個のＲＦ発生器の使用を回避して、全ての四重極の振幅が集合的に低減させられることができるが、これは、Ｑ０四重極を補充するために付加的な時間が必要とされるため、デューティサイクルの減少を引き起こす。

"Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ Ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ"， Ｐｅｔｅｒ Ｈ． Ｄａｗｓｏｎ， Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ， １９９５）

（要旨）
種々の質量分析計動作モードでの動作とともに起こる前置フィルタ四重極を含む、多極内のイオンの捕捉は、前置フィルタ四重極−フィルタ四重極界面における（例えば、ＳＴ１とＱ１との間の）イオンの反射の結果であることが見出されている。また、例えば、空間電荷効果が拡張したイオン雲につながり得る場所で、高強度イオンビームが使用されるとき等に、本反射がより高い半径方向振幅を有するイオン上で起こることも見出されている。

イオンがイオン透過四重極から一掃され得る従来の方法は、高価であるか、または効果的ではなく、したがって、そのような四重極を一掃する新しい方法が必要とされる。

イオン透過四重極を一掃する効果的かつ迅速な様式は、四重極からイオンを一掃する電位勾配を四重極内で生成することによることが見出された。これは、電位パルスを用いて、ロッドに向かって、またはロッドから離してのいずれかで、イオンの全てを強制的に移動させる半径方向ＤＣパルスを、多極設定内のロッドのうちの１本または１本より多くの上で生成することによって達成される。

種々の実施形態では、多極イオン透過デバイスからイオンを一掃する方法が開示され、多極は、長手軸の周囲で円周方向に、かつそこから等距離に配列されるいくつかのロッドを有し、このロッドのそれぞれは、多極イオン透過デバイス内でイオンを捕捉するための多極場を生成するよう、ＲＦ発生器源およびコントローラに接続され、この方法は、ＤＣパルスをロッドの総数未満の一連のロッドのうちの１本またはそれを上回るロッドに印加するステップを含み、ＤＣパルスは、ＤＣパルスの結果としてイオンによって獲得される運動エネルギーが、多極場によって生成される半径方向捕捉力を克服するようなものである。

種々の実施形態では、質量分析計内でイオンを輸送する際に使用するための多極デバイスが開示され、このデバイスは、長手軸の周囲で円周方向に、かつそこから等距離に配列される、一連のロッドと、イオンを捕捉することが可能な多極場を生成するために一連のロッドのうちの各ロッドに電気的に接続される、少なくとも１つのＲＦ電位供給部と、ロッドのうちの少なくとも１本に電気的に接続される、少なくとも１つのＤＣ電位供給部と、ロッドに印加されるＲＦおよびＤＣ電位を制御するための１つまたはそれを上回るコントローラとを備え、１つまたはそれを上回るコントローラは、２つのモードの間で２つのモードのうちの１つを切り替えるように構成され、第１のモードでは、一連のロッドのうちの各ロッドに対するＤＣ電位は同一であり、第２のモードでは、一連のロッドのうちのロッドのうちの少なくとも１本に対するＤＣ電位は、一連のロッドのうちの残りのロッドに印加されるＤＣ電位と異なる。

種々の実施形態では、長手軸の周囲で円周方向に、かつそこから等距離に配列される、４本のロッドと、イオンを捕捉することが可能な四重極場を生成するために４本のロッドのそれぞれに電気的に接続される、少なくとも１つのＲＦ電位供給部と、ロッドのうちの少なくとも１本に電気的に接続される、少なくとも１つのＤＣ電位供給部と、４本のロッドに印加されるＲＦ電位およびＤＣ電位を制御するための１つまたはそれを上回るコントローラとを備え、１つまたはそれを上回るコントローラは、２つのモードの間を２つのモードのうちの１つを切り替えるように構成され、第１のモードでは、４本のロッドのそれぞれに対するＤＣ電位は同一であり、第２のモードでは、ロッドのうちの１本または２本に対するＤＣ電位は同一であって、残りのロッドに対するＤＣ電位と異なる電位に保たれる、質量分析計内でイオンを輸送する際に使用するための四重極デバイスが開示される。

種々の実施形態では、四重極前置フィルタ内のイオンを一掃する方法が開示され、四重極前置フィルタは、第１の長手軸の周囲で円周方向に、かつそこから等距離に配列される、第１および第２の一対の前置フィルタロッドを備え、この方法は、第１および第２の一対の前置フィルタロッドを四重極質量フィルタに接続するステップであって、四重極質量フィルタは、第１の長手軸と一列に並び、かつそこから下流に位置付けられる、第２の長手軸の周囲で円周方向に、かつそこから等距離に配列される、第１および第２の一対のフィルタリングロッドを備え、第１の一対の前置フィルタロッドは、それらの間に位置付けられるコンデンサによって、第１の一対のフィルタリングロッドと直列に電気的に接続され、第２の一対の前置フィルタロッドは、それらの間に位置付けられるコンデンサによって、第２の一対の質量フィルタリングロッドと直列に電気的に接続される、ステップと、第１および第２の一対の質量フィルタリングロッドをＲＦ電圧源およびＤＣ電圧源に接続するステップであって、ＲＦ電圧源は、四重極前置フィルタおよび四重極フィルタの両方の中でＲＦ場を生成するためである、ステップと、ＤＣ電圧パルスを第１および／または第２の一対の四重極質量フィルタロッドに印加するステップとを含み、ＤＣ電圧パルスの印加は、四重極前置フィルタ内で分解ＤＣ場を形成させ、前置フィルタ内のＲＦ場およびＤＣ場の結果として生じる組み合わせは、四重極前置フィルタからイオンを除去することが可能である。

種々の実施形態では、第２の四重極からイオンを一掃する方法が開示され、第２の四重極は、直列に、かつ第１の四重極から上流に位置付けられ、この方法は、第１の四重極の中の第１の一対のロッドを、それらの間に位置付けられるコンデンサによって、第２の四重極の中の第１の一対のロッドに電気的に接続するステップと、第１の四重極の中の第２の一対のロッドを、それらの間に位置付けられるコンデンサによって、第２の四重極の中の第２の一対のロッドに電気的に接続するステップと、第２の四重極が質量フィルタとして動作するように、ＲＦ電圧供給およびＤＣ電圧供給を第２の四重極に提供するステップと、第２の四重極の中の第１および／または第２の一対のロッドに対しＤＣ電圧をパルスさせるステップとを含み、パルスさせるステップは、第１の四重極内で分解ＤＣ場を形成させる。

種々の実施形態では、ＤＣパルスの振幅は、運動エネルギーを提供するように増加させられる。

種々の実施形態では、ＤＣパルスは、ロッドのうちの１本のみに印加される。

種々の実施形態では、多極は、四重極である。

種々の実施形態では、ＤＣパルスは、一連のロッドのうちの２本の隣接するロッドに印加される。

種々の実施形態では、ＤＣパルスは、一連のロッドのうちの２本の隣接しないロッドに印加される。

種々の実施形態では、多極は、前置フィルタとして動作し、少なくとも１つのフィルタリング四重極の直接上流に位置付けられる。

種々の実施形態では、多極は、タンデム質量分析計の一部である。

種々の実施形態では、ＤＣパルスは、印加されたＤＣパルスを伴う一連のロッドのうちの１本またはそれを上回るロッドに向かってイオンを移動させる。

種々の実施形態では、質量分析計は、タンデム質量分析計である。

種々の実施形態では、多極は、前置フィルタとして動作し、少なくとも１つのフィルタリング四重極の直接上流に位置付けられる。

種々の実施形態では、ＤＣ電位供給部は、ＤＣパルスの印加のために一連のロッドのうちのロッドのうちの１本のみに電気的に接続される。

種々の実施形態では、第２のモードでは、供給されるＤＣ電位は、イオンを捕捉することが可能な多極場を克服するために十分な運動エネルギーをイオンに付与する。

種々の実施形態では、第２のモードでは、一連のロッドのうちの１本のロッドに対するＤＣ電位は、一連のロッドのうちの１本のロッドに向かってイオンを移動させるよう選択される。

種々の実施形態では、質量分析計は、タンデム質量分析計である。

種々の実施形態では、四重極デバイスは、前置フィルタとして動作し、少なくとも１つのフィルタリング四重極の直接上流に位置付けられる。

種々の実施形態では、ＤＣ電位は、ＤＣパルスの印加のために４本のロッドのうちのロッドのうちの１本のみに電気的に接続される。

種々の実施形態では、第２のモードでは、供給されるＤＣ電位は、四重極場によって生成される、イオンを捕捉する捕捉場を克服するために十分な運動エネルギーをイオンに付与する。

種々の実施形態では、コントローラは、第２のモードでは、ロッドのうちの１本に対するＤＣ電位が、他の３本のロッドに対するＤＣ電位と異なり、異なるＤＣ電位を有する１本のロッドに向かってイオンを移動させるよう選択されるように構成される。

種々の実施形態では、コントローラは、第２のモードでは、２本の隣接するロッドに対するＤＣ電位が同一であり、他の２本のロッドに対するＤＣ電位と異なるように構成される。

種々の実施形態では、コントローラは、第２のモードでは、２本の隣接しないロッドに対するＤＣ電位が同一であり、他の２本のロッドに対するＤＣ電位と異なるように、構成される。

有効電圧という用語は、多極デバイスを通るイオンの軌道に影響を及ぼす電場を生成するように１本または複数のロッドに印加される全体的な電圧をいうことが意味される。四重極の場合に関して、そのような軌道は、マシュー（Ｍａｔｈｉｅｕ）安定等式を使用することによって判定されることができる。

実施形態では、ＤＣ電位供給部が特定のロッドに接続されていないとき、このロッドのためのＤＣ電位は、０Ｖであると理解され得る。このようにして、ＤＣ電位供給部が１本のロッドに接続されるのみであるとき、残りのロッドは、０Ｖの同一のＤＣ電位を有すると理解され得る。

種々の実施形態では、四重極イオン透過デバイスからイオンを一掃する方法が開示され、四重極イオン透過デバイスは、極の２つのセットを有し、各極は、２本のロッドを有し、ロッドのそれぞれは、ＲＦ発生器源およびコントローラに接続され、この発生器源およびコントローラは、イオン透過デバイス内でイオンを捕捉するための四重極場を生成するためであり、本方法は、このイオンの運動の周波数に対応する周波数において、１ミリ秒未満の期間の間、補助ＲＦ場を生成するステップを含む。

種々の実施形態では、補助ＲＦ場は、補助ＲＦ電圧信号を該極の１つのセットに印加することによって生成される。

種々の実施形態では、補助ＲＦ電圧は、別個のＲＦ発生器源によって生成され、変圧器の使用を通して上記極の１つのセットに伝送され、好ましくは、変圧器は、トロイダル変圧器であり得る。

種々の実施形態では、四重極イオン透過デバイスはまた、極の２つのセットの間の間隔内に配置される、少なくとも一対の補助電極も備え、上記補助ＲＦ場は、補助ＲＦ電圧信号を上記少なくとも一対の補助電極に印加することによって生成される。

図１は、典型的タンデム質量分析計のレイアウトの側面図を描写する。 図２は、化合物シタマキンの質量分析計ベースの較正曲線を描写する。 図３は、ｍ／ｚ６０９のための低強度ＴＩＣを示す。 図４は、低強度ＴＩＣにおいてｍ／ｚ６０９のために生成されたスペクトルを示す。 図５は、４本ロッド離脱パルス後のイオン透過中の種々の電圧の関数としてのＴＩＣを描写する。 図６は、４本ロッド離脱パルスを含む種々のシナリオ中の界面に沿った空間ＤＣ電位を伴うＱ０／ＩＱ１／ＳＴ１／Ｑ１設定界面の簡略化された図を描写する。 図７および８は、Ｑ０／ＩＱ１／ＳＴ１／Ｑ１設定内の反射イオン軌道を描写する。 図７および８は、Ｑ０／ＩＱ１／ＳＴ１／Ｑ１設定内の反射イオン軌道を描写する。 図９は、本発明の実施形態による、四重極の断面配列およびＤＣ電圧ならびに例示的な電位の輪郭を描写する。 図１０は、単一のロッドパルス中の四重極上の例示的ＤＣ電圧を描写する。 図１１は、２本のＡ極ロッドの間の軸および２本のＢ極ロッドの間の軸に沿った電位寄与を描写する。 図１２は、質量および駆動周波数の関数としての理論的擬電位ウェル深さを描写する。 図１３は、タンデム四重極設定における無パルス動作中のイオン軌道のシミュレーションを描写する。 図１４は、タンデム四重極設定における単一ロッドＤＣパルスの実装中のイオン軌道のシミュレーションを描写する。 図１５は、単一のロッドＤＣパルスを実装するための例示的回路を描写する。 図１６は、ＤＣ離脱パルスを伴わない、ＳＴ１＝−１８Ｖでのｍ／ｚ６０９のＴＩＣトレースを描写する。 図１７は、１ミリ秒にわたって１本のロッド上に−２５０ＶＤＣ離脱パルスを伴う、ＳＴ１＝−１８Ｖでのｍ／ｚ６０９のＴＩＣトレースを描写する。 図１８は、ＤＣ離脱パルスを伴わない、ＳＴ１＝−３０Ｖでのｍ／ｚ６０９のＴＩＣトレースを描写する。 図１９は、１ミリ秒にわたって１本のロッド上に−２５０ＶＤＣ離脱パルスを伴う、ＳＴ１＝−３０Ｖでのｍ／ｚ６０９のＴＩＣトレースを描写する。 図２０は、多重ロッドパルスを実装するための例示的回路を描写する。 図２１は、図２０の回路を利用するＤＣ応答曲線を描写する。 図２２は、イオンを一掃するための補助ＲＦパルスを生成する代替実施形態の回路図を描写する。 図２３は、イオンを一掃するための補助ＲＦパルスを生成する代替実施形態の回路図を描写する。

（実施形態の詳細な説明）
以下の実施形態は、具体的には、四重極の使用を説明するが、理解されるように、これらの教示内で、イオンを操作する目的で好適な電力供給デバイスに接続された好適な配列とともにロッドを使用する、任意のデバイスに適用されることができる。そのようなデバイスは、例えば、質量分析において前置フィルタとして利用されることができる。

いくつかの実施形態では、前置フィルタ四重極は、残りの３本のロッド上で正常なＤＣ電位を維持しながら、単一のロッドのみに印加されるＤＣオフセット電位を変化させることによって、空にされることができる。これは、１本のロッドに印加される電位オフセットに応じて、ロッドのうちの少なくとも１本の上で任意の捕捉されたイオンを強制的に出射または中和させる、１本のロッドから他の３本のロッドへ／３本のロッドから１本のロッドへの勾配を効果的に生成する。
（線形ダイナミックレンジ試験における線形性からの偏差）

シタマキン濃度対信号強度のプロットが、図２に描写されている。５００ｎｇ／ｍＬにおいて、ピーク面積対濃度をプロットするときに約＋１５％の差を表す、９．３×１０^７ｃｐｓにおける線形性からの偏差が存在する。
（短太領域中の捕捉のための実験的証拠）

ｍ／ｚ６０６からｍ／ｚ６１４に及ぶ８Ｄａの質量範囲にわたって走査しながら、１０００Ｄａ／秒の走査速度において、０．５分の期間にわたってスペクトルが収集された。実験は、とりわけ、イオン源およびシリンジポンプにおける変動が原因である多少の不安定性を通常有していたＴＩＣを生じた。ｍ／ｚ６０９における約２．２×１０^７ｃｐｓのカウント速度に対する典型的全イオン電流（ＴＩＣ）が、図３に示されている一方で、データのスペクトルは、図４に示されている。

図５は、前置フィルタ四重極ＤＣオフセット電位の関数としての一連の全イオン電流プロットを描写する。図６で描写されるように、隣接するＱ０／ＩＱ１およびＱ１光学部のＤＣオフセットは、それぞれ、−１０／−１０．５および−１１Ｖである。これらの場合のそれぞれにおいて、電位を１ミリ秒にわたって０Ｖまで上昇させる一掃パルスが、４本の前置フィルタロッド上の電位に印加される。ＤＣ電位は、全ての他の時間において図に示される値に設定される。より高いＤＣ電位において、前置フィルタ領域における捕捉の問題は、時間とともにＴＩＣの有意な変動として現れる。これは、前置フィルタ上のＤＣ電位が−３０および−４０Ｖに設定されるときに明白となる。イオンビームが前置フィルタ領域を通過するとき、イオンは、前置フィルタ／質量フィルタ境界において後方に反射することができる。バックグラウンドガスとの衝突を受けるイオンは、軸方向運動エネルギーを失い、捕捉される。捕捉されるイオンの数密度は、密度がウェルの深さによって制限される最大値（ＩＱ１に対する前置フィルタＤＣ電位差および質量フィルタＤＣ電位）に達するまで変動する。前置フィルタ領域を通したイオンの集束は、ＴＩＣの変動につながる密度の関数である。いったん前置フィルタ領域中で捕捉されるイオンの密度が最大に達すると、ＴＩＣは安定する。４本全てのロッド上のパルスが、前置フィルタ領域を一掃するという適切な作業を行っている場合には、前置フィルタに印加されるＤＣ電位オフセットにもかかわらず、ＴＩＣが安定したままとなるであろうことが予期されるであろう。

図６は、Ｑ０／ＩＱ１／ＳＴ１およびＱ１領域の概略、ならびに四重極の４本のロッド上のＤＣパルスの使用の予期される結果を示す。Ａと標識されたＤＣ電位は、Ｑ１質量フィルタの中への１ｅＶのイオンエネルギーを使用した走査に適用される。ＳＴ１光学部は、約−１８Ｖで伝送して着目イオンの最大透過を提供するように設定される。ＳＴ１を一掃することを意図しているＤＣパルスの間に、ＳＴ１上の電位は、０Ｖまで上昇し、Ｂに示されている。次いで、イオンは、それらが捕捉されたときから、熱的軸方向運動エネルギーまたは残留軸方向運動エネルギーを使用して、短い期間内で前置フィルタ領域から外へ移動することができる。イオンは、ＩＱ１光学部および質量フィルタに向かって移動することができ、それによって、前置フィルタから捕捉されたイオンを一掃する。前置フィルタＤＣ電位が常に−１０．８Ｖに設定された実験が実行された。これは、イオンが軸方向ＤＣ場によって前置フィルタ領域中で捕捉されるいかなる可能性も除去する。ＴＩＣは、イオンビーム強度にかかわらず安定し、短太領域中のイオン密度が実験の全体を通して一定であったことを示した。

しかしながら、前置フィルタＤＣ電位が軸方向ウェルを生成するときに、イオンは前置フィルタ領域中で捕捉されるようになり、透過イオンビーム強度の変動につながる。これは、実験中に監視されるサンプルの測定精度に影響を及ぼす。記録される強度は、約数秒またはそれより長くあり得る、前の時間期間において前置フィルタ領域に進入したイオンの数に依存し得る。偏差は、前置フィルタ領域中で捕捉されるイオンの数が増加するにつれてより有意であると予期される。

（捕捉の機構）
望ましくない捕捉の機構は、以下で説明されるシミュレーション結果を使用して、より容易に視覚化されることができる。Ｓｉｍｉｏｎ（登録商標）８．０７．４７を使用して、概して、図１に説明されるシステムの一部の動作をシミュレーションする、モデルが構築された。具体的には、モデルは、Ｑ０イオンガイドの最後の２５ｍｍ、差動ポンプ送出開口、前置フィルタＳＴ１、および質量分析器Ｑ１の最初の４０ｍｍから成った。初期イオン運動エネルギーは、Ｑ１に向かって移動するクワッド軸に沿って５ｅＶで一定に保たれた。イオンは、０．１ｍｍの標準偏差を伴う３Ｄガウス分布を使用して、軸上に分配された。前置フィルタ領域中の圧力が、長手軸に沿って二次様式で０．０１ｍＴｏｒｒまで低減させられている間に、Ｑ０における圧力が７ｍＴｏｒｒで保たれた一方で、質量フィルタ領域は、０．０１ｍＴｏｒｒで保たれた。２８０A^２の衝突断面積が、衝突ガスとしての窒素およびイオンとしてのｍ／ｚ６０９とともに使用された。イオン軌道は、図７に示されるサンプルイオン軌道を用いて１ミリ秒後に終了させられた。本実施例では、イオンは、ＩＱ１レンズと前置フィルタ／質量フィルタ境界との間で前後に数回反射された。

０．４７、０．４７、および０．７０６というマシュー（Ｍａｔｈｉｅｕ）のｑ値が、それぞれ、Ｑ０、ＳＴ１、およびＱ１に選択された。Ｑ１は、マシューａ＝０．２を有した。オフセット電位は、Ｑ０、ＩＱ１、ＳＴ１、およびＱ１について、それぞれ、０、−０．５、−８、および−１Ｖであった。図７で見られるように、通常、左から右へ進行するイオン軌道は、ＳＴ１／Ｑ１境界において反射し、また、窒素との衝突を通じて軸方向運動エネルギーを失った後に、ＩＱ１付近でも反射する。イオンは、前置フィルタ領域中で捕捉されるようになる。反射および捕捉効果は、四重極軸からのイオンの初期開始位置の半径方向変位が大きいほど、さらに広く行き渡ようになる。この効果は、高強度イオンビームにおけるイオンの空間電荷反発とともに、より大きい程度まで生じることが予期される。

図８では、ガスがシミュレーションから除去されている。この状況では、前置フィルタ／質量フィルタ境界において後方に反射するイオン軌道は、ＩＱ１レンズ上で終了するか、または少数の場合には、ＩＱ１レンズを通過してＱ０イオンガイド領域の中へ戻る。これは、イオンが前置フィルタ領域中で捕捉されるようになる、バックグラウンドガスとのイオンの衝突を通じた軸方向運動エネルギー損失を有することの必要性を実証する。

（イオンの除去）
本発明教示によると、捕捉されたイオンは、ＤＣ一掃パルスを前置フィルタロッドのうちの１本に印加することによって、前置フィルタ領域から除去されることができる。この現象は、勾配が生成される、図９に描写されている。本実施例では、１本のロッド上のＤＣ電位オフセットを−８Ｖから−２５０Ｖに変化させることにより、−２５０Ｖを伴う極に向かって正イオンを移動させる。パルスの大きさは、イオンが、四重極ロッドに印加されるＲＦ場によって生成されるイオンを捕捉する擬電位に打ち勝つに十分な半径方向運動エネルギーを獲得するために、十分に高くなければならない。

ＤＣパルスからイオンに付与されることができる運動エネルギーの量は、近似的に計算されることができる。イオンが四重極軸上で開始すると仮定して、その点における電位は、４本のロッドに印加されたＤＣから生じるＤＣ場の線形推測を行うことによって、計算されることができる。

図１０は、電位がＡ極ロッドのうちの１本の上で−８Ｖから−２５０Ｖまで上昇させられた、パルスの間にロッドに印加された電位を示す。Ａ極ロッドとＢ極との間の距離の関数としての電位への寄与が、図１１に示されている。０ｍｍの距離に位置する四重極軸において、Ａ極からの電位が、−１２９Ｖである一方で、Ｂ極からの電位は、−８Ｖである。イオンが遭遇する電位は、これら２つの値の平均、すなわち、−６８．５Ｖであり得る。イオンが獲得することができる最大運動エネルギーは、それが向かって進んでいるロッドと四重極軸上の電位との間の電位差である。この例では、電位差は、１８１．５ｅＶの運動エネルギーを一価イオンに与える、１８１．５Ｖである。これは、以下の等式によって、等式の形態で表されることができる。

式中、Ａ’およびＡ’’は、パルスがＡ’に印加された、Ａ極ロッドに対するオフセットであり、Ｂ’およびＢ’’は、Ｂ極ロッドに対するオフセットである。この等式では、イオンがＡ’ロッドに引き付けられることが仮定される。

加えて、ＲＦ捕捉場に起因する微動からの寄与もまた、イオン運動エネルギーを正確に計算するために含まれるべきである。パルスからの最終的な最大運動エネルギーもまた、イオンが空間的に開始する場所に依存する。印加されたパルスを有するロッドから遠いほど、達成可能である最終的な最大運動エネルギーが高くなる。

擬電位ウェル深さＤは、以下の２つの等式を使用して計算されることができる。

式中、ｑは、マシューパラメータであり、Ｖ_ｒｆは、極から接地まで測定されたＲＦ振幅であり、ｍは、イオンの質量であり、ｒ_０は、四重極の場半径であり、Ωは、角駆動周波数であり、ｅは、電荷であり、Ａ_２（１．００１４６２）は、Ｒ／ｒ_０＝１．１２６である丸いロッドに対する四重極場内容である。

図１２は、質量および駆動周波数の両方の関数としての計算された擬電位のプロットを示す。１．２２８ＭＨｚの駆動周波数が、低い質量範囲に対して使用される一方で、９４０ｋＨｚの駆動周波数は、高質量範囲に対して使用される。擬電位ウェル深さは、両方の質量範囲について約１８０ｅＶの最大を有する。

前置フィルタ領域を空にするために、イオンに付与される運動エネルギーの量は、擬電位ウェル深さより大きくなければならない。ロッドに印加されるパルスの大きさは、固定オフセットを加えた擬電位ウェル深さに等しい値に設定されることができるか、または任意の質量のために必要とされるであろう最大より大きい値に設定されることができるかのいずれかである。

一掃パルスの振幅の計算は、着目質量と同時に存在し得る、着目質量（質量フィルタが伝送している質量）より高い、およびより低い、他のイオンのｑ値を考慮しなければならない。全てのイオンは、着目質量と同一のＶ_ｒｆを有する。したがって、着目質量より質量が大きい質量が、着目質量より低いｑ値を有する一方で、より軽い質量は、低質量カットオフである０．９０８における最高安定ｑ値を伴って、着目質量より高いｑ値を有し得る。最大擬電位は、以下の等式を用いて、低質量カットオフにおけるｑ値を使用して計算されることができる。

これは、擬電位がｑ＝０．４７を使用して計算された、等式（２）から以前に求められたものより０．９０８／０．４７＝１．９３倍大きい。

この等式は、四重極の軸上で開始し、一掃パルスが印加されたロッド、すなわち、Ａ’ロッドに向かって移動する場合に、イオンが獲得することができる運動エネルギーを与える。ｑ＝０．４７および最大質量を使用した最大擬電位は、１８０Ｖであった。最大ＲＦ振幅を伴うが、ｑ＝０．９０８において捕捉されたイオンの除去は、擬電位を１８０Ｖ×１．９３＝３４７Ｖまで上昇させる。これは、ＤＣパルスがあらゆる状況で捕捉されたイオンを除去するであろうことを確実にするように、等式（２）からの電位差が等しくなければならないであろう最大値である。等式（１）は、代入Ａ”＝Ｂ’＝Ｂ”および電位差＝
を使用して、Ａ’の値を求めるように再配列されることができ、次いで、以下を生じる。

次いで、最大必要一掃パルス振幅は、四重極がその質量範囲の最大値において操作されるときに前置フィルタ領域を空にするために、Ａ’−Ａ”＝（４／３）＊３４７Ｖ＝４６３Ｖである。

図１３および図１４は、それぞれ、起動された一掃パルスを伴う、および伴わない、（ｍ／ｚ６０９に対する）イオン軌道の例を示す。前置フィルタのために選択されたＤＣ電位は、図９で表示されたものであった。図１３では、各軌道がシミュレーション境界において、または１ミリ秒後に終了する、１００個のイオン軌道が表示されている。

図１４では、ＤＣパルスは、１００マイクロ秒の期間後に起動される。この図は、一掃パルスが起動される前に、いくつかのイオンが前置フィルタを通過するために十分に速く移動しており、その場合、それらがＱ１を通過し、シミュレーション境界において終了することを示している。一掃パルスがオンであるときに前置フィルタに進入するか、または前置フィルタの中ですでに捕捉されているイオンは、前置フィルタロッドと衝突する。シミュレーションはまた、前置フィルタ領域からイオンを一掃するために、少数のみの（２〜５）ＲＦサイクルの持続時間が必要とされることも示す。

実験が、高ダイナミックレンジ検出器を含んた多四重極デバイスで行われた。ハードウェアは、ＤＣパルスが前置フィルタ（ＳＴ１）光学部のＡ’ロッドに追加されることを可能にするように修正された。一掃パルスは、一時停止時間の開始時に１ミリ秒の持続時間の間印加された。５ミリ秒の一時停止時間が、全ての実験に使用され、測定の開始に先立って、イオンビームがイオン経路に沿って平衡を保つことを可能にすることを意図している。修正の概略図が、図１５に示されている。一掃パルスおよびＤＣオフセット電位の合計が、Ａ’ロッドに追加された。この電位は、Ａ’ロッドの近くに接続されたインダクタを通して印加された。

これらの実験に使用される前置フィルタＤＣオフセットは、−１８および−３０Ｖであった。Ｑ０／ＩＱ１およびＱ１光学部に対するＤＣオフセットは、それぞれ、−１０、−１０．５、および−１１Ｖであった。Ａ’ロッドは、前置フィルタの中で捕捉されたイオンの除去のために、−２５０Ｖまでパルスさせられた。これらの電位は、正イオンモードのみに使用された。

１ｎｇ／μｌレセルピンの溶液が、７．０μｌ／分で注入された。質量範囲６０６〜６１４Ｄａが、１０００Ｄａ／秒で走査された。第１の同位体の強度は、上流四重極イオンガイド上のＲＦ振幅を調節することによって、約１０^８ｃｐｓに調節された。

図１６は、前置フィルタの４本全てのロッドが−１８Ｖの電位で保たれた、時間の関数としてのＴＩＣトレースを示す。いかなる一掃パルスもＡ’ロッドに印加されなかった。上部フレームに示されるＴＩＣは、ｍ／ｚ３０、幅８Ｄａにおける短い走査の直後に得られた。低質量走査の目的は、前置フィルタ領域からあらゆる捕捉されたイオンを空にすることである。ＴＩＣは、最初の０．２分にわたって不安定である。すぐに実験を繰り返すことにより、中央フレーム、次いで、下部フレームに示されるＴＩＣを生じる。後続の走査では、前置フィルタが捕捉されたイオンで依然として充填されており、平衡状態が達成されているという事実に起因して、ＴＩＣはそれほど不安定ではない。各実験の終了時にこの器具のために５６５Ｄａに設定されたピーク質量まで下降するＱ１質量の結果である、各実験の開始時のわずかな低下が可視的である。各フレームに示されるカウント速度は、ｍ／ｚ６０９についてのピーク強度を表す。これは、０．３〜０．５分のデータを使用して判定された。

図１７は、ここでは一掃パルスが起動されることを除いて、同一の実験について収集されたデータを示す。各実験の前に、ｍ／ｚ３０に設定されたＱ１を用いて実験が実行される。本データにおいて、ＴＩＣは、ここでは各実験の持続時間にわたって安定している。強度データは、図１６のデータより約１０％低い。

図１８および１９は、ここでは前置フィルタに印加されるＤＣオフセットが−３０Ｖであることを除いて、同一のタイプの実験を示す。先に、前置フィルタに印加されたＤＣオフセットの規模が大きいほど、ＴＩＣにおける不安定性がより顕著であることが見出された。図１８のデータが、印加された一掃パルスを有していない一方で、図１９のデータは、一掃パルスを有する。図１８の上部フレームは、Ｑ１質量がｍ／ｚ３０に設定された実験後に得られたデータを示す。ＴＩＣは、底部フレームに示される第２の実験でさえも、減少し続けて安定しない。観察されたイオンカウントは、時間とともに減少し続ける。図１９では、一掃パルスの使用が、安定したＴＩＣにつながる。この特定の場合では、イオン強度は、一掃パルスが印加されたときに増加しており、これは、ＤＣオフセットが−１８Ｖに設定されたときに図１６および１７において上記で見られるものと反対である。

上記の技法は、具体的には、前置フィルタ四重極とともに使用するために説明されるが、説明される技法はまた、Ｑ２衝突セル等の他の四重極を急速に空にするために使用されることもできる。例えば、衝突セルロッドにいかなるＲＦも印加されず、７ｍＴｏｒｒの圧力および所与の熱エネルギー（０．０２５ｅＶ）を伴って衝突セルの軸上で開始するイオンは、ロッド上で終了するために、数十マイクロ秒〜数百マイクロ秒を必要とした。ｍ／ｚ１２５０およびｍ／ｚ２０００が場半径に等しい距離（４．１７ｍｍ）を進行するための進行時間の計算は、それぞれ、６７および８５マイクロ秒という値を与えた。これらの値は、衝突がない場合について計算され、イオンは、０．０２５ｅＶの初期運動エネルギーを与えられた。より急速に衝突セルを空にする必要性がある場合には、一掃パルスを印加することにより、単純に四重極ロッド上のＲＦ振幅を低下させることよりも有意により速い、＜５マイクロ秒で領域を一掃し得る。

ＤＣパルスがロッドのうちの１本のみに印加される、特定の実施形態が説明されているが、イオンの一掃はまた、例えば、四重極デバイスの動作時に、ＤＣパルスを２本の隣接するロッド、または３本のロッドに印加することによって達成されることもできる。「隣接する」とは、ロッドが断面形態で視認され、例えば、四重極の場合については図１０で見られるように、中心軸の周囲で円周方向に配列されるものとして描写されるときに、ＤＣパルスが、右上ロッド、および左上ロッドまたは右下ロッドのいずれか一方に印加されることができることを意味することが意図されている。規定数のロッドを含有する多極設定では、ＤＣパルスは、最大で存在するロッドの数より１本少ないロッドに印加されることができる。使用時に、四重極設定内の２本の隣接するロッドへのＤＣパルスの印加は、捕捉されたイオンを２本のロッドの間の間隔に駆動するであろう。これは、イオンが、単一のロッド上で堆積させられるよりもむしろ、間隔を通して四重極から出射される際に、前置フィルタロッド上のイオン汚染を低減させることに利益を有する。

さらに、四重極の場合に関して、２本のロッドが隣接していない（すなわち、それらが中心長手軸を横断して相互の正反対にある）、ロッドのうちの２本へのＤＣパルスの印加によって、イオンが一掃されてもよい。このようにして、印加されたＤＣパルスは、マシュー等式によって定義される不安定性の領域に従ってイオンを一掃する分解ＤＣを生成する。

別の実施形態では、例えば、図２０において設定される様式で、前置フィルタの中で分解ＤＣを生成することが可能である。この実施形態では、前置フィルタロッド（Ａ_１’、Ａ_１”Ｂ_１”Ｂ_１’）は、複数対のロッドから成り、コンデンサを通って、質量フィルタによって供給されるＲＦ（Ｖ_ｒｆＡ，Ｖ_ｒｆＢ）およびＤＣ（Ｕ_Ａ，Ｕ_Ｂ）電圧に電気的に接続される。このようにして、別個のＲＦまたはＤＣ電圧供給部が前置フィルタに必要とされない。質量フィルタの２対のロッド（Ａ_２’、Ａ_２”Ｂ_２”Ｂ_２’）に印加されるＲＦ電圧もまた、適切なＲＦ場を生成するために使用される前置フィルタのロッドに伝送される。ＤＣパルスは、ＤＣパルスが断続的であり、充電フェーズ中にコンデンサを通して部分的に伝送されるため、前置フィルタを一掃する一対の四重極質量フィルタロッド（Ｕ_ａまたはＵ_ｂを介して）または両対の四重極質量フィルタロッド（Ｕ_ａおよびＵ_ｂを介して）に印加されることができる。しかしながら、質量フィルタが、一定のＤＣ電圧が印加されているときのその通常分解モードで動作しているとき、コンデンサは、前置フィルタへのＤＣ電圧の伝送または生成を防止し、したがって、前置フィルタが伝送専用デバイスとして動作することを可能にする。そのような方法の効果は、８００ＶＤＣパルスが、５０ミクロン秒の立ち上がり、１０ミクロン秒の持続時間、および５０ミクロン秒の立ち下がりを含む期間にわたって、一対の質量フィルタリングロッドに印加されるときに、図２１で描写されている。これは、４７ｐＦコンデンサおよび２０ＭＯｈｍレジスタの存在に起因して、対の前置フィルタロッドの１つの対において約５２０ＶＤＣパルスの生成をもたらす。理解されるように、コンデンサは、分解ＤＣ場が前置フィルタ内で生成されるように、質量フィルタに印加されるＤＣパルスがコンデンサを介して前置フィルタに適切に伝送されるように、選択されなければならない。質量フィルタロッドに印加されるパルスおよび適切なコンデンサは、結果として生じる伝送されたＤＣパルスが、前置フィルタからのイオンの除去を引き起こすために十分に長いように、選択されなければならない。これは、典型的には、１つより多くのＲＦサイクルの長さを必要とする。

別の実施形態では、前置フィルタ領域は、補助ＲＦ信号を利用する代替的機構を使用して空にされることができる。前置フィルタ内で捕捉されるイオンは、前置フィルタに印加される駆動ＲＦの周波数および振幅によって判定される運動の周波数を有する。イオンの運動の周波数に対応する、選択された周波数において補助ＲＦ信号をパルスさせることによって、イオンは、それらの前置フィルタロッドとの衝突に至り、イオンを除去させ得るより大きい半径方向振幅に励起され得る。

別の実施形態では、前置フィルタ領域は、補助ＲＦ信号を利用する代替的機構を使用して空にされることができる。前置フィルタ内で捕捉されるイオンは、前置フィルタに印加される駆動ＲＦの周波数および振幅によって判定される運動の周波数を有するであろう。イオンの運動の周波数に対応する、選択された周波数において補助ＲＦ信号をパルスさせることによって、イオンは、前置フィルタロッドとの衝突につながり、イオンを除去させ得るより大きい半径方向振幅まで励起され得る。

イオンの長期的周波数は、イオンと関連付けられるマシューｑおよびａパラメータの知識から判定されることができる。前置フィルタの場合、ａ＝０に至る、いかなる分解ＤＣも印加されていない。マシューｑパラメータは、以下の式によって定義され、
式中、ｍは、着目質量であり、ｒ_０は、前置フィルタの場半径であり、Ωは、駆動周波数であり、Ｖ_ｒｆは、ゼロからピークまで、極から接地まで測定される前置フィルタに印加されるＲＦ振幅である。イオンの運動の長期的周波数は、以下の式によって定義され、
ω_０＝βΩ／２
式中、βは、ｑ＜０．４の場合に関して、以下の式によって概算されることができる。
より大きいｑ値に関して、より厳密な定義は、参照することによって組み込まれる、“Ａｎ Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｉｏｎ Ｔｒａｐ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ”Ｒ．Ｅ．Ｍａｒｃｈ，Ｊ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．３２，３５１−３６９（１９９７）の等式２８において説明されるような連分数式を利用する。しかしながら、等式２８の中の式「（β_ｕ＋４）^４」が「（β_ｕ＋４）^２」に訂正されるべきであることに留意されたい。

短い（１ミリ秒未満、好ましくは、約数マイクロ秒の）補助ＲＦパルスを前置フィルタイオン光学部の１つの極に印加することによって、イオンが除去されることができる。補助ＲＦパルスを印加する１つの方法は、変圧器の使用と、双極信号がＡ’およびＡ”電極に印加される、図２２に描写される様式でＲＦを印加するステップとを伴う。代替実施形態では、補助ＲＦパルスは、主要前置フィルタ電極に印加される必要がない。そのような実施形態は、双極信号が前置フィルタの主要ロッド／電極の間に挿入された一対の補助電極を横切って印加される、図２３に描写されている。ＤＣ電位を印加するためのＤＣオフセット回路は示されていない。また、四重極励起等の他の形態の励起が印加されることができることも認識されたい。

図２２を参照すると、四重極内に含まれる一対の極のうちの単一の極への補助ＲＦパルスを生成するために使用されることができる回路を示す代替実施形態が描写されている。第１のＲＦ電圧源１０１は、第２の一対の電極／ロッド（１０５Ａ、１０５Ｂ）（Ｂ’およびＢ”と標識される）から成る第２の極１０４との四重配列で位置付けられる、一対の電極／ロッド（１０３Ａ、１０３Ｂ）（Ａ’およびＡ”と標識される）から成る第１の極１０２に接続され、それと対合される。第２の一対の電極（１０５Ａ、１０５Ｂ）から成る第２の極１０４は、第２のＲＦ電圧源（１０６）と接続される。これらの電圧源（１０１、１０６）のそれぞれは、従来の手段を通して任意のＤＣオフセットに対して補正される。第１および第２の極（１０２、１０４）ならびに関連電圧源（１０１、１０６）は、四重極場を生成するために利用されることができる。第１の極１０２は、加えて、変圧器１０７を介して補助ＲＦ電圧源１０８にリンクされる。一実施形態では、変圧器は、トロイダル変圧器であり得る。マシュー等式に関する上記の方法によってそのように選択される好適な周波数の判定に従って、短い補助ＲＦパルスを導入することにより、特定の周波数を有するイオンは、四重極で半径方向に変位さするようにされ得、それらは除去させられる。

図２３を参照すると、図２２に類似する代替実施形態が描写されているが、四重極の２つの極のうちの１つに印加される補助電圧信号の導入によって補助ＲＦ場を生成するよりもむしろ、付加的な２対の対向する電極（２０９Ａ／２０９Ｂ、２１０Ａ／２１０Ｂ）が、前置フィルタのロッドの間に挿入され、対の電極の少なくとも１つの対（２９０Ａ／２０９Ｂ）が、変圧器を介して補助ＲＦ電圧源２０８に接続される。変圧器２０７は、中心タップを通して補助電極にＤＣオフセットを移すための方法を提供する。ＤＣオフセットはまた、示されていない補助電極対２１０Ａ／２１０Ｂに提供されることもできる。図２２の実施形態と同様に、補助ＲＦ電圧は、マシュー安定性パラメータに従って、特定の周波数を満たすイオンを除去するように選択される。理解されるように、２対の補助電極が図２２の実施形態で描写されているが、一対のみが補助ＲＦ場の生成のために必要である。そのような一対の実施形態もまた、教示内に含むことを意図している。

短い時間期間にわたって周波数ｆ_０をパルスさせることにより、その周波数を中心とした周波数の拡散を生じ得る。周波数の近似最小拡散（Δｆ_ｆ）は、以下の式を使用して見出されることができ、
Δｆ_ｆ＝ｆ_０／Ｎ
式中、Ｎは、励起期間の間に生じるｆ_０のサイクルの数である。（Ａｒｆｋｅｎ，Ｇ．Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｐｈｙｓｉｃｉｓｔｓ；Ａｃａｄｅｍｉｃ：Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９６８；ｐ５３０、その内容が参照することによって組み込まれる）。拡散における周波数成分の振幅は、その成分を主要周波数ｆ_０からさらに離れて減少し得る（Ｆｒｅｎｃｈ，Ａ．Ｐ．Ｗａｖｅｓ ａｎｄ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓ；Ｗ．Ｗ．Ｎｏｒｔｏｎ＆Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．：Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， １９７１；ｐ２１６−２２３、その内容が参照することによって組み込まれる）。前置フィルタから異なるタイプのイオンを除去するために、十分な振幅を伴う十分な周波数範囲を網羅するために異なる主要周波数からの周波数拡散を重複させることが必要である。イオンは、（例えば、図２２で説明される装置を使用して）それらをロッドＡ’およびＡ”に駆動することによって除去され、そこでイオンがロッド表面との衝突時に中和される。

パルスの持続時間もまた、印加された補助パルスの周波数拡散を計算するために使用されることができる。周波数拡散は、単純に、パルス持続時間の逆数、すなわち、以下である。
Δｆ_ｆ＝１／パルス持続時間

表１は、１ＭＨｚの駆動周波数を使用するときのいくつかのイオンに対するマシューｑ値、β値、および長期間周波数のいくつかの例を示す。イオンは、それらのマシューｑ値が反比例するように、同一のＶ_ｒｆレベルで捕捉されると仮定されている。長期間周波数は、βの連分数式を使用して計算された。

表２は、表１で計算された長期間周波数において１０マイクロ秒にわたって印加された補助ＲＦ信号について計算された周波数拡散を示す。計算された周波数拡散の全ては、最小周波数拡散または上記で参照されるパルス持続時間から計算される拡散の定義のうちのいずれかを使用して得られる、計算された拡散に対応する１００ｋＨｚである。

前置フィルタの中で捕捉されるイオンの範囲を網羅するために、前置フィルタの中で捕捉され得る、最低予測長期間周波数（最高質量）から最高予測長期間周波数（最低質量）までの周波数範囲を網羅するように離間させられる、いくつかの主要周波数成分で励起させることが必要であろう。これは、同等に離間させられる周波数のコーム（ｃｏｍｂ）を使用して複合波形が生成される、広帯域励起を印加することに類似する。成分の間隔は、捕捉されたイオンを除去するために必要とされる振幅が質量依存性であり得、より重い質量がより軽い質量よりも大きい振幅を必要とするという事実を可能にするように、各周波数間で異なり得る。周波数拡散は、より短いパルス持続時間を使用することによって増加させられることができるが、これは、各主要周波数と関連付けられる周波数成分が弱すぎて捕捉されたイオンを除去できない場合に、より高いパルス振幅を必要とし得る。

多数の実施形態の先述の説明は、例証および説明の目的で提示されていることを理解されたい。これは、包括的ではなく、請求された発明を開示される正確な形態に限定しない。修正および変更が、上記の説明を踏まえて可能であるか、または本発明を実践することから取得され得る。請求項およびそれらの均等物は、本発明の範囲を定義する。

具体的には、一掃パルスが、ロッドのうちの１本に向かって不要なイオンを駆動する勾配を生成する、実施形態が説明されているが、イオンはまた、ロッドのうちの１本から離してイオンを駆動することによって一掃されることもできると理解されるであろう。このようにして、ロッドのうちの１本に印加される一掃パルスの電位は、一掃パルスが印加されたロッドから離して、かつ残りのロッドに向かってイオンを移動させる、勾配が生成されるようなものである。しかしながら、この実施形態では、イオンが印加されたパルスを伴う１本のロッドに引き付けられるときの実施形態において必要であるよりも、擬電位捕捉障壁を克服するための十分な運動エネルギーをイオンに付与するために、より高いパルス振幅が１本のロッドに印加されるように要求される。

加えて、タンデム質量分析計が複数の多極デバイスの存在を伴う、実施形態が説明されているが、範囲内で説明される教示は、例えば、最後の質量分析計が飛行時間デバイスである場合等の他のタンデム質量分析計構成で使用されることができると理解されるであろう。

Claims (26)

1. 多極イオン透過デバイスからイオンを一掃する方法であって、前記多極は、長手軸の周囲で円周方向に、かつそこから等距離に配列されるいくつかのロッドを有し、前記ロッドのそれぞれは、前記多極イオン透過デバイス内で前記イオンを捕捉するための多極場を生成するよう、ＲＦ発生器源およびコントローラに接続され、前記方法は、ＤＣパルスをロッドの総数未満の一連のロッドのうちの１本またはそれを上回るロッドに印加するステップを含み、前記ＤＣパルスは、前記ＤＣパルスの結果として前記イオンによって獲得される運動エネルギーが、前記多極場によって生成される半径方向捕捉力を克服するように存在する、方法。
2. 前記ＤＣパルスの振幅は、前記運動エネルギーを提供するように増加される、請求項１に記載の方法。
3. 前記ＤＣパルスは、前記ロッドのうちの１本のみに印加される、請求項１に記載の方法。
4. 前記多極は、四重極である、請求項１に記載の方法。
5. 前記ＤＣパルスは、前記一連のロッドのうちの２本の隣接するロッドに印加される、請求項１に記載の方法。
6. 前記ＤＣパルスは、前記一連のロッドのうちの２本の隣接しないロッドに印加される、請求項４に記載の方法。
7. 前記多極は、前置フィルタとして動作し、少なくとも１つのフィルタリング四重極の直接上流に位置付けられる、請求項１に記載の方法。
8. 前記多極は、タンデム質量分析計の一部である、請求項１に記載の方法。
9. 前記ＤＣパルスは、前記印加されたＤＣパルスを伴う前記一連のロッドのうちの１本またはそれを上回るロッドに向かってイオンを移動させる、請求項１に記載の方法。
10. 質量分析計内でイオンを輸送する際に使用するための多極デバイスであって、
    長手軸の周囲で円周方向に、かつそこから等距離に配列される、一連のロッドと、
    イオンを捕捉することが可能な多極場を生成するために前記一連のロッドのうちの各ロッドに電気的に接続される、少なくとも１つのＲＦ電位供給部と、
    前記ロッドのうちの少なくとも１本に電気的に接続される、少なくとも１つのＤＣ電位供給部と、
    前記ロッドに印加されるＲＦ電位およびＤＣ電位を制御するための１つまたはそれを上回るコントローラと、
    を備え、前記１つまたはそれを上回るコントローラは、２つのモードの間で２つのモードのうちの１つを切り替えるように構成され、第１のモードでは、前記一連のロッドのうちの各ロッドに対するＤＣ電位は同一であり、第２のモードでは、前記一連のロッドのうちの前記ロッドのうちの少なくとも１本に対するＤＣ電位は、前記一連のロッドのうちの残りのロッドに印加されるＤＣ電位と異なる、デバイス。
11. 前記質量分析計は、タンデム質量分析計である、請求項１０に記載の方法。
12. 前記多極は、前置フィルタとして動作し、少なくとも１つのフィルタリング四重極の直接上流に位置付けられる、請求項１０に記載の方法。
13. 前記ＤＣ電位供給部は、ＤＣパルスの印加のために前記一連のロッドのうちのロッドのうちの１本のみに電気的に接続される、請求項１０に記載の方法。
14. 前記第２のモードでは、供給される前記ＤＣ電位は、イオンを捕捉することが可能な前記多極場を克服するために十分な運動エネルギーを前記イオンに付与する、請求項１０に記載の方法。
15. 前記第２のモードでは、前記一連のロッドのうちの前記１本のロッドに対する前記ＤＣ電位は、前記一連のロッドのうちの前記１本のロッドに向かって前記イオンを移動させるよう選択される、請求項１３に記載の方法。
16. 質量分析計内でイオンを輸送する際に使用するための四重極デバイスであって、
    長手軸の周囲で円周方向に、かつそこから等距離に配列される、４本のロッドと、
    イオンを捕捉することが可能な四重極場を生成するために前記４本のロッドのそれぞれに電気的に接続される、少なくとも１つのＲＦ電位供給部と、
    前記ロッドのうちの少なくとも１本に電気的に接続される、少なくとも１つのＤＣ電位供給部と、
    前記４本のロッドに印加されるＲＦ電位およびＤＣ電位を制御するための１つまたはそれを上回るコントローラと、
    を備え、前記１つまたはそれを上回るコントローラは、２つのモードの間で２つのモードの間のうちの１つを切り替えるように構成され、第１のモードでは、前記４本のロッドのそれぞれに対するＤＣ電位は同一であり、第２のモードでは、前記ロッドのうちの１本または２本に対するＤＣ電位は同一であって、残りのロッドの上のＤＣ電位と異なる電位に保たれる、デバイス。
17. 前記質量分析計は、タンデム質量分析計である、請求項１６に記載のデバイス。
18. 前記四重極デバイスは、前置フィルタとして動作し、少なくとも１つのフィルタリング四重極の直接上流に位置付けられる、請求項１６に記載のデバイス。
19. 前記ＤＣ電位は、ＤＣパルスの印加のために前記４本のロッドのうちのロッドのうちの１本のみに電気的に接続される、請求項１６に記載のデバイス。
20. 前記第２のモードでは、供給されるＤＣ電位は、前記四重極場によって生成される、イオンを捕捉する捕捉場を克服するために十分な運動エネルギーを前記イオンに付与する、請求項１６に記載のデバイス。
21. 前記コントローラは、前記第２のモードでは、前記ロッドのうちの１本に対するＤＣ電位が、他の３本のロッドに対するＤＣ電位と異なり、異なるＤＣ電位を有する前記１本のロッドに向かってイオンを移動させるよう選択されるように構成される、請求項２０に記載のデバイス。
22. 前記コントローラは、前記第２のモードでは、２本の隣接するロッドに対するＤＣ電位が同一であり、他の２本のロッドに対するＤＣ電位とは異なるように構成される、請求項１６に記載のデバイス。
23. 前記コントローラは、前記第２のモードでは、２本の隣接しないロッドに対するＤＣ電位が同一であり、他の２本のロッドに対するＤＣ電位と異なるように、構成される、請求項１６に記載のデバイス。
24. 四重極前置フィルタ内のイオンを一掃する方法であって、前記四重極前置フィルタは、第１の長手軸の周囲で円周方向に、かつそこから等距離に配列される、第１および第２の一対の前置フィルタロッドを備え、
    前記第１および第２の一対の前置フィルタロッドを四重極質量フィルタに接続するステップであって、前記四重極質量フィルタは、前記第１の長手軸と一列に並び、かつそこから下流に位置付けられる第２の長手軸の周囲で円周方向に、かつそこから等距離に配列される、第１および第２の一対のフィルタリングロッドを備え、前記第１の一対の前置フィルタロッドは、それらの間に位置付けられるコンデンサによって、前記第１の一対のフィルタリングロッドと直列に電気的に接続され、前記第２の一対の前置フィルタロッドは、それらの間に位置付けられるコンデンサによって、前記第２の一対の質量フィルタリングロッドと直列に電気的に接続される、ステップと、
    前記第１および第２の一対の質量フィルタリングロッドをＲＦ電圧源およびＤＣ電圧源に接続するステップであって、前記ＲＦ電圧源は、前記四重極前置フィルタおよび前記四重極フィルタの両方の中でＲＦ場を生成するためである、ステップと、
    ＤＣ電圧パルスを前記第１および／または第２の一対の四重極質量フィルタロッドに印加するステップと、
    を含み、それによって、前記ＤＣ電圧パルスの印加は、前記四重極前置フィルタ内で分解ＤＣ場を形成させ、前記前置フィルタ内のＲＦ場およびＤＣ場の結果として生じる組み合わせは、前記四重極前置フィルタからイオンを除去することが可能である、
    方法。
25. 第２の四重極からイオンを一掃する方法であって、前記第２の四重極は、直列に、かつ第１の四重極から上流に位置付けられ、
    前記第１の四重極の中の第１の一対のロッドを、それらの間に位置付けられるコンデンサによって、前記第２の四重極の中の第１の一対のロッドに電気的に接続するステップと、
    前記第１の四重極の中の第２の一対のロッドを、その間に位置付けられるコンデンサによって、前記第２の四重極の中の第２の一対のロッドに電気的に接続するステップと、
    前記第２の四重極が質量フィルタとして動作するように、ＲＦおよびＤＣ電圧供給を前記第２の四重極に提供するステップと、
    前記第２の四重極の中の前記第１および／または第２の一対のロッドに対してＤＣ電圧をパルスさせるステップと、
    を含み、前記パルスさせるステップは、前記第１の四重極内で分解ＤＣ場を形成させる、方法。
26. 四重極イオン透過デバイスからイオンを一掃する方法であって、前記四重極イオン透過デバイスは、極の２つのセットを有し、各極は、２本のロッドを有し、前記ロッドのそれぞれは、ＲＦ発生器源およびコントローラに接続され、前記発生器源およびコントローラは、前記イオン透過デバイス内でイオンを捕捉するための四重極場を生成するためであって、前記方法が、前記イオンの運動の周波数に対応する周波数において、１ミリ秒未満の期間について補助ＲＦ場を生成するステップを含む、方法。