JP5749018B2 - 低圧力短時間高振幅励起を提供するために線形イオントラップを動作する方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して、線形イオントラップ質量分析計を動作する方法に関する。

イオントラップは、分子の研究および分析に有用な科学器具である。このような器具は、イオンが閉じ込められる空間の小領域を囲む複数の電極を含む。振動電場および静電場を電極に印加して、トラップ電位を生成する。このトラップ電位内に移動するイオンは、トラップされ、すなわち、イオン閉じ込め領域に運動を制限される。

トラップにイオンを保持している間、イオン化分子の収集は、種々の動作を受け得る（例えば、フラグメンテーションまたはフィルタリング等であるが、これらに限定されない）。次いで、イオンは、トラップから質量分析計内に送られることが可能であり、質量分析計において、一群のイオンの質量スペクトルを得ることが可能である。スペクトルは、イオンの組成に関する情報を示す。本手順の後、未知の試料の化学的組成を識別することが可能になり、薬物、化学、セキュリティ、犯罪学、およびその他の分野に有用な情報が提供される。

イオンフラグメンテーションは、イオンをその構成要素の一部または全部に分解または解離する処理である。一般的に、これは、交流電位（ＲＦ電位）をトラップの電極に印加して、トラップ中のイオンに運動エネルギーを与えることによって、イオントラップにおいて実行される。加速イオンは、トラップ内の他の分子と衝突し、十分高い衝突エネルギーでは、イオンのフラグメンテーションをもたらすことが可能である。しかしながら、全てのＲＦ電位が、イオンのフラグメンテーションをもたらすわけではない。いくつかのＲＦ電位は、例えば、ＲＦ周波数、振幅、またはその両方に起因して、イオンがイオントラップの要素と衝突するか、またはトラップから放出されるようにイオンを軌道に置く。他の振動運動は、振幅が十分でない場合があるため、イオンのフラグメント化には不十分なエネルギーを与える場合がある。このような低振幅、低エネルギーの事例のいくつかでは、イオンは、衝突中に、エネルギーを損失さえする場合がある。加えて、例えば、１０^−３トール以上の範囲における高衝突ガス圧力および／または、例えば、６００ｍＶ（グランドからピーク）以上の範囲における高励起振幅が、高フラグメンテーション効率の達成に必要であることが、当技術分野の大部分において示される。

種々の実施形態では、従来の方法で使用するものよりも低い衝突ガス圧力および低いＲＦ励起振幅を使用して、フラグメントイオンを産生するイオントラップを動作するための方法が提供される。種々の実施形態では、従来の方法で使用するものよりも低い衝突ガス圧力、低いＲＦ励起振幅、および長い励起時間を使用する方法が提供される。種々の実施形態では、ＲＦ多重極を備える線形イオントラップとともに使用するための方法が提供され、この場合、多重極のロッド（半径方向閉じ込め電極）は、実質的に円形の断面を有する。

種々の側面では、本教示は、約１ｘ１０^−４トール未満の圧力で、５０ミリボルト（ｍＶ）から約２５０ミリボルト（ｍＶ）（ゼロからピーク）の間の励起振幅により、線形イオントラップにおいてイオンをフラグメント化するための方法を提供する。種々の実施形態では、約１ｘ１０^−４トール未満の圧力で、約２５０ミリボルト（ｍＶ）（ゼロからピーク）未満の励起振幅により、約８０％を超えるフラグメンテーション効率において、約２５ミリ秒未満のイオン励起時間の間、線形イオントラップにおいてイオンをフラグメント化するための方法が提供される。またさらなる実施形態では、最大約７００ミリボルト（ｍＶ）（ゼロからピーク）の励起振幅で、約１０ミリ秒のイオン励起時間中に、線形イオントラップにおいてイオンをフラグメント化するための方法が提供される。

種々の実施形態では、イオントラップは、非線形逆電位を有するイオントラップ場を産生可能である実質的に円形の断面図を含むロッド（半径方向電極）を有する４重極線形イオントラップを備える。種々の実施形態では、実質的に円形の断面の電極は、トラップＲＦ場およびイオン運動の位相のずれによる電極との衝突に起因する、イオンの損失の低減を促進する。

種々の実施形態では、補助交流電位の振幅または共鳴励起電圧振幅は、（ａ）約２５０ｍＶ（ゼロからピーク）未満、（ｂ）約１２５ｍＶ（ゼロからピーク）未満、（ｃ）約５０ｍＶ（ゼロからピーク）から約２５０ｍＶ（ゼロからピーク）の間の範囲、および／または（ｄ）約５０ｍＶ（ゼロからピーク）から約１２５ｍＶ（ゼロからピーク）の間の範囲のうちの１つ以上である。種々の実施形態では、補助交流電位は、（ａ）約１０ミリ秒（ｍｓ）を超える、（ｂ）約２０ミリ秒を超える、（ａ）約３０ミリ秒を超える、（ｃ）約２ミリ秒から約５０ミリ秒の間の範囲、および／または（ｄ）約１ミリ秒から約１５０ミリ秒の間の範囲のうちの１つ以上である励起時間の間に印加される。補助交流電位の印加の持続時間は、中性ガスの供給と実質的に一致するように選択可能である。

種々の実施形態では、補助交流電位の振幅および励起時間間隔は、特定の質量範囲および／または励起されるイオンの質量範囲に対応する事前に設定された範囲にあるように選択されることが可能である。例えば、励起振幅は、５０Ｄａから約５００Ｄａの間の範囲内の質量を有するイオンについて、約５０ミリボルト_{（０−ｐｋ）}から約３００ミリボルト_{（０−ｐｋ）}の間の範囲にあることが可能であり、約５００Ｄａから約５０００Ｄａの間の範囲内の質量を有するイオンについて、約１００ミリボルト_{（０−ｐｋ）}から約７００ミリボルト_{（０−ｐｋ）}の間の範囲にあることが可能であり、その他の範囲も可能である。励起時間間隔は、補助交流電位とは逆に変動可能である。

特定のイオンの運動は、質量分析器のマシューパラメータａおよびｑによって制御される。陽イオンでは、これらのパラメータは、以下のように、端子から接地に印加される電位の特徴に関連する。

式中、ｅは、イオンにおける電荷であり、ｍ_ｉｏｎは、イオン質量であり、Ω＝２πｆであって、ｆはＲＦ周波数であり、Ｕは、極から接地までのＤＣ電圧であり、Ｖは、各極から接地までのゼロからピークのＲＦ電圧である。電位が、極の対と接地との間に異なる電圧により印加される場合、ＵおよびＶは、それぞれ、ロッド対間のＤＣ電圧の１／２と、ゼロからピークのＡＣ電圧とである。ｘおよびｙの両方の方向における安定イオン運動を提供するａおよびｑの組み合わせは、通常、安定線図において示される。

種々の実施形態では、励起電位の終了後に、親イオンの低質量フラグメントの保持を増加させるための方法が提供される。種々の実施形態では、励起電位の終了後、トラップ交流電位（トラップＲＦ）のｑ値を低下させる。ＲＦトラップ電位のｑの低下は、残存する高温（励起）親イオンが解離を継続し、かつより多くの低質量フラグメントを保持することが可能であるように低下可能である。マシュー安定性ｑパラメータの低下は、ＲＦトラップ電位振幅を低下させることによって、および／またはＲＦトラップ電位の角周波数を増加させることによって達成可能である。種々の実施形態では、これらの方法は、低質量値へのフラグメンテーションスペクトルの質量範囲の拡張を促進する。種々の実施形態では、ｑは、少なくとも１０％だけ、場合により少なくとも３０％または６０％だけ低下される。

種々の実施形態では、本発明の方法は、親イオンの初期励起の後にｑ値を低下させることによって、イオントラップに保持されるイオンフラグメント質量の範囲を増加させることが可能である。例えば、親イオンは、最初に、ｑ_ｅｘｃのｑ値で励起され、その後、ｑ_ｈの値までｑを低下させる。値ｑ_ｈは、親イオンのｑの高質量カットオフ値として実験的に決定され、すなわち、使用され、かつトラップに親イオンを依然として保持し得るｑの最小値として実験的に決定可能である。ｑ値の低下により、イオントラップに保持されるイオンフラグメント質量の範囲の割合の増加Δ％が、以下の量だけもたらされる。

式中、割合の増加は、トラップ、すなわち、ｍ−ＬＭＣＯにおいて保持されるイオンフラグメント質量の初期範囲に関連して表現される。

本発明の実施形態の側面によると、質量分析計のイオントラップにおいてイオンをフラグメント化するための方法であって、ａ）フラグメンテーションのために親イオンを選択することと、ｂ）保持時間間隔の間、イオントラップ内に親イオンを保持することであって、イオントラップは、約１ｘ１０^−４トール未満の動作圧力を有することと、ｃ）保持時間間隔内の励起時間間隔中に、励起レベルにおけるマシュー安定性パラメータｑを提供するために、ＲＦトラップ電圧をイオントラップに提供することと、ｄ）親イオンを励起およびフラグメント化するために、励起時間間隔中に、共鳴励起電圧をイオントラップに提供することと、ｅ）保持時間間隔内、かつ励起時間間隔の後、共鳴励起電圧を終了し、イオントラップに印加するＲＦトラップ電圧を変更して、イオントラップ内に親イオンのフラグメントを保持するように励起レベル未満の保持レベルまでマシュー安定性パラメータｑを低下させることとを含む方法が提供される。

いくつかの実施形態では、励起時間間隔は、ｉ）持続時間が約１ミリ秒から約１５０ミリ秒の間であるか、ｉｉ）持続時間が約５０ミリ秒未満であるか、ｉｉｉ）持続時間が約２ミリ秒を超えるか、またはｉｖ）持続時間が約１０ミリ秒を超える。

いくつかの実施形態では、共鳴励起電圧は、ｉ）ゼロからピークの約５０ｍＶから約２５０ｍＶの間の振幅を有するか、またはｉｉ）ゼロからピークの約５０ｍＶから約１００ｍＶの間の振幅を有する。

いくつかの実施形態では、ｑの励起レベルは、ｉ）約０．１５から約０．９の間にあるか、ｉｉ）約０．１５から約０．３９の間にある。

いくつかの実施形態では、ｑの保持レベルは、約０．０１５を超える。

いくつかの実施形態では、励起時間間隔は、励起時間間隔がイオントラップにおける動作圧力とは逆に変動するように、イオントラップにおける動作圧力に少なくとも部分的に基づいて決定され、共鳴励起電圧の振幅は、共鳴励起電圧の振幅がイオントラップにおける動作圧力とは逆に変動するように、イオントラップにおける動作圧力に少なくとも部分的に基づいて決定される。

いくつかの実施形態では、ｑの保持レベルは、ｉ）イオントラップ内に親イオンを保持するのに十分高くなるように、かつｉｉ）親イオンの親ｍ／ｚの約５分の１未満のフラグメントｍ／ｚを有する親イオンのフラグメントをイオントラップ内に保持するのに十分低くなるように決定されることが可能である。

いくつかの実施形態では、励起時間間隔は、約１０ミリ秒を超え、共鳴励起電圧は、ゼロからピークの約５０ｍＶから約１００ｍＶの間の振幅を有する。

いくつかの実施形態では、励起時間間隔は、約１ミリ秒から約１５０ミリ秒の間であり、共鳴励起電圧は、ゼロからピークの約５０ｍＶから約７００ｍＶの間の振幅を有する。

いくつかの実施形態では、励起時間間隔は、持続時間が約１ミリ秒から約１５０ミリ秒の間であり、共鳴励起電圧は、マシュー安定性パラメータｑを保持レベルまで低下させるように変化するイオントラップに印加されるＲＦトラップ電圧と実質的に同時に終了する。

いくつかの実施形態では、励起時間間隔は、持続時間が約１ミリ秒から約１５０ミリ秒の間であり、イオントラップは、約５ｘ１０^−５トール未満の動作圧力を有する。

いくつかの実施形態では、励起時間間隔は、持続時間が約１ミリ秒から約１５０ミリ秒の間であり、ｑの保持レベルは、ｑの励起レベルより少なくとも約１０パーセント低い。

ＡＰＩ ４０００ Ｑ ＴＲＡＰ質量分析計（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ／ＭＤＳ ＳＣＩＥＸ， Ｃａｎａｄａ）の修正版を使用して実験を実行した。イオン通路は、従来のＲＦ／ＤＣ質量フィルタとして、または線形イオントラップ（ＬＩＴ）として動作するように構成される少なくとも４重極ロッド配列（Ｑ３）を備える３連４重極質量分析計のイオン通路に基づいた。

イオン活性化は、２つの対向するロッドの間に印加される単一周波数双極子補助信号による共鳴励起を介して達成された。励起の周波数は、主ＲＦ場により決定された。マシューパラメータｑ＝０．２３６の前駆イオンの安定性パラメータに対応する励起の周波数において実験を行なった。

ＬＩＴにおける圧力は、０．０２から０．０５ミリトールの間であった。１００ミリ秒から２０ミリ秒へのフラグメンテーション時間の減少と、その直後の、親イオン解離中の主ＲＦ電圧の減少とによって、低質量カットオフ未満の質量対電圧比のフラグメントイオンの収集が可能になったことが観測された。

出願者の教示に関するこれらの特徴および他の特徴について本明細書に記載する。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
質量分析計のイオントラップにおいてイオンをフラグメント化するための方法であって、
ａ）フラグメンテーションのために親イオンを選択することと、
ｂ）保持時間間隔の間、該イオントラップ内に該親イオンを保持することであって、該イオントラップは、約１ｘ１０ ^−４ トール未満の動作圧力を有する、ことと、
ｃ）該保持時間間隔内の励起時間間隔中に、励起レベルにおけるマシュー安定性パラメータｑを提供するために、ＲＦトラップ電圧を該イオントラップに提供することと、
ｄ）該親イオンを励起およびフラグメント化するために、該励起時間間隔中に、共鳴励起電圧を該イオントラップに提供することと、
ｅ）該保持時間間隔内で、かつ該励起時間間隔の後、該共鳴励起電圧を終了し、該イオントラップに印加する該ＲＦトラップ電圧を変更して、該イオントラップ内に該親イオンのフラグメントを保持するように該励起レベル未満の保持レベルまで該マシュー安定性パラメータｑを低下させることと、
を含む、方法。
（項目２）
前記励起時間間隔は、持続時間が約１ミリ秒と約１５０ミリ秒との間である、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記励起時間間隔は、持続時間が約５０ミリ秒未満である、項目２に記載の方法。
（項目４）
前記励起時間間隔は、持続時間が約２ミリ秒を超える、項目２に記載の方法。
（項目５）
前記励起時間間隔は、持続時間が約１０ミリ秒を超える、項目２に記載の方法。
（項目６）
前記共鳴励起電圧は、ピークからピークの約５０ｍＶと約２５０ｍＶとの間の振幅を有する、項目２に記載の方法。
（項目７）
前記共鳴励起電圧は、ピークからピークの約５０ｍＶと約１００ｍＶとの間の振幅を有する、項目２に記載の方法。
（項目８）
ｑの励起レベルは、約０．１５と約０．９との間にある、項目２に記載の方法。
（項目９）
ｑの保持レベルは、約０．０１５を超える、項目２に記載の方法。
（項目１０）
ｃ）が、前記励起時間間隔が前記イオントラップにおける動作圧力とは逆に変動するように、該イオントラップにおける動作圧力に少なくとも部分的に基づいて、励起時間間隔を決定することを含み、
ｄ）が、前記共鳴励起電圧の振幅が該イオントラップにおける動作圧力とは逆に変動するように、該イオントラップにおける動作圧力に少なくとも部分的に基づいて、該共鳴励起電圧の振幅を決定することを含む
項目２に記載の方法。
（項目１１）
ｅ）が、ｉ）前記イオントラップ内に前記親イオンを保持するのに十分高くなるように、かつ、ｉｉ）該親イオンの親ｍ／ｚの約５分の１未満のフラグメントｍ／ｚを有する該親イオンのフラグメントを該イオントラップ内に保持するのに十分低くなるように、ｑの保持レベルを決定することを含む、項目２に記載の方法。
（項目１２）
ｑの励起レベルは、約０．１５から約０．３９の間にある、項目２に記載の方法。
（項目１３）
前記励起時間間隔は、約１０ミリ秒を超える、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
前記共鳴励起電圧は、ピークからピークの約５０ｍＶと約１００ｍＶとの間の振幅を有する、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記共鳴励起電圧は、ピークからピークの約５０ｍＶと約７００ｍＶとの間の振幅を有する、項目２に記載の方法。
（項目１６）
前記共鳴励起電圧は、前記マシュー安定性パラメータｑを保持レベルまで低下させるように変化する前記イオントラップに印加されるＲＦトラップ電圧と実質的に同時に終了する、項目２に記載の方法。
（項目１７）
ｂ）において、前記イオントラップは、約５ｘ１０ ^−５ トール未満の動作圧力を有する、項目２に記載の方法。
（項目１８）
ｑの保持レベルは、ｑの励起レベルより少なくとも約１０パーセント低い、項目２に記載の方法。

当業者は、後述する図面が例証目的のためだけのものであることを理解する。図面は、出願者の教示の範囲を限定することを決して意図されない。
図１ａは、Ｑトラップ線形イオントラップ質量分析計を略図において図示する。 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を略図において図示する。 図２ａは、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用して得られる１２９０Ｄａ親イオンについてのスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は１００ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの５０ｍＶである。 図２ｂは、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用する１２９０Ｄａ親イオンについて得られるスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は５０ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの５０ｍＶである。 図３ａは、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用して得られる７３４Ｄａ親イオンについてのスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は２５ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの１００ｍＶである。 図３ｂは、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用して得られる７３４Ｄａ親イオンについてのスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は１００ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの５０ｍＶである。 図４は、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用して得られる１５２２Ｄａ親イオンについてのスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は１００ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの７５ｍＶである。 図５は、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用して得られる１５２２Ｄａ親イオンについてのスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は２０ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの４００ｍＶである。 図６は、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用して得られる１５２２Ｄａ親イオンについてのスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は１０ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの７００ｍＶである。

本教示の種々の実施形態についてさらに説明する前に、本明細書および本技術分野において使用する種々の用語の使用について説明することが、その理解に有用であり得る。

イオンフラグメンテーション処理に関連する用語の１つとして、「フラグメンテーション効率」が挙げられ、これは、フラグメントに変換される親分子の量の測定値として定義されることが可能である。１００％のフラグメンテーション効率は、全ての親分子が、１つ以上の構成要素に分裂したことを意味する。追加の関連用語には、フラグメントを産生可能である速度と、後続のイオン処理にフラグメントが利用可能になる速度とが含まれる。

多種多様のイオントラップが知られており、そのイオントラップのうちの１つの種類として、イオンの半径方向閉じ込めのためのＲＦ多重極と、しばしばイオンの軸方向閉じ込めのための端部電極とを備える線形イオントラップが挙げられる。ＲＦ多重極は、一般的にロッドと呼ばれる偶数の細長い電極を備え、線形イオントラップにおいてしばしば見られる端部電極と区別するために、本明細書において半径方向閉じ込め電極とも呼ばれる。４つのロッドを備えるＲＦ多重極は、４重極と呼ばれ、６つの場合は６重極、８つの場合は８重極等と呼ばれる。これらの電極（但し、一般的にロッドと呼ばれる）の断面は、必ずしも円形ではない。例えば、双曲線状の断面の電極（対向面が双曲線形状を有する電極）も使用することが可能である。例えば、Ｊｏｈｎ Ｒａｙｍｏｎｄ ＧｉｂｓｏｎおよびＳｔｅｐｈｅｎ Ｔａｙｌｏｒによる「Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ｍａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｏｒ ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ ａｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ 」， Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ， Ｖｏｌ． １４， Ｉｓｓｕｅ １８， Ｐａｇｅｓ １６６９ − １６７３ （２０００）を参照されたい。種々の実施形態では、ＲＦ多重極を使用して、多重極のロッドにＤＣ電位およびＡＣ電位を印加することによって、イオンをトラップ、フィルタリング、および／または誘導することが可能である。電位のＡＣ成分は、しばしばＲＦ成分と呼ばれ、振幅および発振周波数により説明可能である。１つを超えるＲＦ成分をＲＦ多重極に印加することが可能である。イオントラップに関する種々の実施形態では、トラップＲＦ成分を印加して、保持時間間隔の間、多重極内にイオンを半径方向に閉じ込め、イオン励起時間間隔の間に多重極の２つ以上の対向ロッドに印加される補助ＲＦ成分を使用して、並進エネルギーをイオンに与えることが可能である。

以下の説明では、電圧振幅は、ゼロからピークの電位を表す。例えば、極に印加する＋５ボルトから−５ボルトを交流する正弦波型交流電位は、５ボルトの振幅を有すると考えられる。

図１ａを参照すると、例えば、ＨａｇｅｒおよびＬｅ Ｂｌａｎｃによる米国特許第６，５０４，１４８号、ｒａｐｉｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ， ２００３， １７， １０５６−１０６４において記載されるような、本発明の側面に従って方法を実装するための使用に適切なｑトラップイオントラップ質量分析計の特定の変形例の略図が図示される。また、本発明の異なる側面に従って方法を実装するために異なる質量分析計を使用してもよいことを、当業者は理解する。

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１５を通って真空チャンバ１２内に入る。例えば、ＭＡＬＤＩ、ＮＡＮＯＳＰＲＡＹ、またはＥＳＩ等の任意の適切なイオン源１１を使用することが可能である。質量分析計システム１０は、ロッドＱ０およびＱ１の２つの細長い組を備える。これらのロッドの組は、４重極（すなわち、４つのロッドを有し得る）、６重極、８重極であってもよく、またはいくつかの他の適切な多重極構成を有してもよい。オリフィス板ＩＱ１は、ロッド組Ｑ０とＱ１との間に設けられる。場合によっては、ロッド組の近傍対の間のフリンジ電場は、イオンの流れを歪め得る。スタビロッドＱ１ａは、イオンの流れを細長いロッド組Ｑ１内に収束するのに役立つことが可能である。

図１ａに示すシステムでは、Ｑ０においてイオンを衝突で冷却することが可能であり、一方、Ｑ１は、線形イオントラップとして動作する。典型的には、ＲＦ電圧をロッドに印加し、適切なトラップ電圧を端部開口レンズに印加することによって、線形イオンストラップにおいてイオンをトラップすることが可能である。当然ながら、オフセット電圧をＱ１に印加してイオンを軸方向にトラップするように電圧差を提供する場合、端部レンズ自体に実際に電圧を提供する必要はない。

図１ｂを参照すると、Ｑ−ｑ−Ｑイオントラップ質量分析計の略図が図示される。 図１ａまたは図１ｂの質量分析計システム１０のどちらかを使用して、本発明の異なる側面に従って方法を実装することが可能である。明確にするために、同一の参照番号を使用して、図１ａおよび図１ｂの質量分析計システム１０の類似要素を示す。簡潔にするために、図１ａの説明は、図１ｂに関して繰り返さない。

図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システム１０の構成では、Ｑ１は、従来の透過ＲＦ／ＤＣ４重極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。Ｑ２は、イオンが衝突ガスと衝突して、質量がより小さい生成物にフラグメント化する衝突セルである。場合により、Ｑ２は、イオン−中性反応またはイオン−イオン反応を発生させて他の種類のフラグメントまたは付加物を生成する反応セルとしても使用可能である。

動作中、前駆イオンの群がＱ０に入り、その中で冷却された後、対象の特定の前駆イオンまたは親イオンは、Ｑ１において選択され、Ｑ２に送られることが可能である。衝突セルＱ２では、この対象の親イオンまたは前駆イオンは、例えば、フラグメント化されて、対象のフラグメントを産生し、次いで、対象のフラグメントは、Ｑ２から線形イオントラップＱ３に放出される。Ｑ３内において、Ｑ２からのこの対象のフラグメントは、以下により詳細に説明するように、Ｑ３において実行する後続の質量分析において対象の親イオンになることが可能である。

図２ａおよび図２ｂを参照すると、質量が１２９０Ｄａである親イオンのフラグメンテーションスペクトルが図示される。フラグメンテーションスペクトルは、図１ｂの線形イオントラップＱ３により生成される。Ｑ３において分析する親イオンは、Ｑ１において適切な前駆イオンを選択し、次いで、Ｑ２においてこれらの前駆イオンをフラグメント化して、他のイオンの中から質量が１２９０Ｄａの親イオンを提供することによって入手され得る。次いで、この質量が１２９０Ｄａの親イオンは、Ｑ３に送られ得る。グラフに示すように、使用するフラグメンテーション時間は異なるが、励起電圧５０ｍＶ_０−ｐは同一であった。グラフにおいて示されるように、図２ａの質量スペクトルのフラグメンテーション時間または励起時間間隔は、１００ミリ秒であり、図２ｂのスペクトルのフラグメンテーション時間または励起時間間隔は、５０ミリ秒であった。両事例では、Ｑ３における圧力は、約３．５ｘ１０^−５トールであった。図２ａおよび図２ｂの両方のスペクトルを得るために、１つのｑ値、０．２３６を使用した。概して、イオンは、ｑ値が０．９０７を超えると不安定になる。両スペクトルの低質量カットオフは、親イオンの質量の約２６％、つまり約３３５Ｄａであり、これは、当技術分野の大部分について典型的である。図２ｂのスペクトルは、この質量閾値未満の明らかなピークを含まない。図２ｂのスペクトルは、３３５Ｄａの低質量カットオフの前後またはそれ未満の極めて小さいピークを示す。

図３ａおよび図３ｂを参照すると、７３４Ｄａのｍ／ｚのイオンについて得られるスペクトルが図示される。図２ａおよび図２ｂの質量スペクトルと同様に、図３ａおよび図３ｂの質量スペクトルは、図１ｂの質量分析計システム１０のＱ３を使用して生成された。この場合、Ｑ３は、４．５ｘ１０^−５の圧力で動作した。図３ａのスペクトルの場合、ｑは、初めに０．２３６の励起レベルに保持され、その後、０．１６の保持レベルまで降下した。より具体的には、ｑは、フラグメンテーション中、２５ミリ秒の間、０．２３６のレベルに保持され、その後、ｑを０．１６まで降下させた。フラグメンテーション中、共鳴励起電圧振幅は１００ｍＶであった。

図３ｂのスペクトルは、１００ミリ秒のフラグメンテーション時間の間、５０ｍＶの共鳴励起電圧振幅をＱ３に提供することによって生成された。図３ａのスペクトルと同様に、図３ｂのスペクトルを提供するために、ｑ値は、このフラグメンテーション時間中の０．２３６の初期値から、０．１６のｑの保持値まで降下した。

図３ａおよび図３ｂのスペクトルの比較により、フラグメンテーション時間を減少させ、かつこのフラグメンテーション時間の後にｑを低下させて低質量のイオンの保持に役立てることによって、低質量カットオフにおける有意な利得を得ることが可能であることが明らかである。したがって、図３ａのスペクトルでは、１９１Ｄａまたは７３５Ｄａの２６％を大幅に下回る１５８．２Ｄａにおいて有意なピークが存在する。対照的に、ｑが、１００ミリ秒のより長い励起時間間隔の間に、より高いレベルの０．２３６に保持される場合、１９１Ｄａ閾値未満の有意なピークは存在しない。したがって、フラグメンテーション時間または励起時間間隔を短縮し、このフラグメンテーション時間の後にｑを降下させることによって、有意な利得を得ることが可能である。フラグメンテーション時間におけるこの降下により生じるフラグメンテーション効率の任意の低下は、共鳴励起電圧振幅を増加させることによってある程度補うことが可能である。すなわち、図３ａおよび図３ｂの質量スペクトルを比較すると、ピークは、１９１Ｄａの閾値を超えるとほぼ同一であり、違いは、１９１Ｄａの閾値未満において、図３ａのスペクトルではピークが示されるが、図３ｂのスペクトルには示されないことにある。

図３ａおよび図３ｂのスペクトルは、質量の低いイオンを保持可能にする際に、フラグメンテーション時間の短縮が有利であり得ることを示すように見えるが、フラグメンテーション時間の延長が、依然として、比較的フラグメント化しにくい強い親イオンに適切であり得る。図４を参照すると、１５２２Ｄａに同等のｍ／ｚの親イオンについて得られるスペクトルがグラフにおいて図示される。図２ａ、図２ｂ、図３ａ、および図３ｂに関連して上述したスペクトルと同様に、図４の親イオンは、最初に、図１ｂのシステムのＱ１において適切な前駆イオンを選択し、Ｑ２において、これらの選択された前駆イオンをフラグメント化し、次いで、Ｑ３において、これらの前駆イオンのフラグメントのうちの１つ、つまり１５２２Ｄａのイオンについてさらなる分析を実行することによって得られる。図４のスペクトルを生成するために、Ｑ３は、３．５ｘ１０^−５トールの圧力で動作した。フラグメンテーション時間は１００ミリ秒であり、共鳴励起電圧の振幅は７５ｍＶであった。Ｑは、フラグメンテーション時間中、０．２３６の励起レベルに維持され、次いで、０．０８の保持レベルまで降下した。この場合、当技術分野の大部分に典型的である低質量カットオフは、３９５Ｄａであり、図４のグラフにおいて、その低質量カットオフが示される。

図４に示すように、本スペクトルは、３９５Ｄａの典型的な低質量カットオフ閾値を大幅に下回ってピークを含む。恐らく、最も有意なピークは、２５１Ｄａにおいて発生する。

比較的フラグメント化しにくい強い親イオンに適切なフラグメンテーション時間の延長に加え、より高い共鳴励起電圧を使用することも有利であり得る。図５を参照すると、１５２２Ｄａに同等であるｍ／ｚの親イオンについて得られるスペクトルがグラフにおいて図示される。上述のスペクトルと同様に、図５の親イオンは、最初に、図１ｂのシステムのＱ１において適切な前駆イオンを選択し、Ｑ２において、これらの選択された前駆イオンをフラグメント化し、次いで、Ｑ３において、これらの前駆イオンのフラグメントのうちの１つ、つまり１５２２Ｄａイオンのさらなる分析を実行することによって得られることが可能である。図５のスペクトルを生成するために、Ｑ３は、４．７ｘ１０^−５トールの圧力で動作した。フラグメンテーション時間は、２０ミリ秒であり、共鳴励起電圧の振幅は４００ｍＶであった。Ｑは、フラグメンテーション時間中、０．４の励起レベルに維持され、次いで、０．０８３の保持レベルまで降下した。この場合、比較的高い共鳴励起電圧およびｑ値を考慮すると、当技術分野の大部分において典型的である低質量カットオフは、６７２Ｄａとなり、図５のグラフにおいて、その低質量カットオフが示される。図示するように、図５のスペクトルは、６７２Ｄａの典型的な低質量カットオフ閾値を大幅に下回ってピークを含む。

さらに大きい共鳴励起電圧振幅を使用し得る。図６を参照すると、１５２２Ｄａに同等であるｍ／ｚの親イオンについて得られるスペクトルがグラフにおいて図示される。上述のスペクトルと同様に、図６の親イオンは、最初に、図１ｂのシステムのＱ１において適切な前駆イオンを選択し、Ｑ２において、これらの選択された前駆イオンをフラグメント化し、次いで、Ｑ３において、これらの前駆イオンのフラグメントのうちの１つ、つまり１５２２Ｄａイオンのさらなる分析を実行することによって得られることが可能である。図６のスペクトルを生成するために、Ｑ３は、４．７ｘ１０^−５トールの圧力で動作した。フラグメンテーション時間は、１０ミリ秒であり、共鳴励起電圧の振幅は７００ｍＶであった。Ｑは、フラグメンテーション時間中、０．７０３の励起レベルに維持され、次いで、０．０８３の保持レベルまで降下した。この場合、比較的高い共鳴励起電圧およびｑ値を考慮すると、当技術分野の大部分において典型的である低質量カットオフは、１１８１Ｄａとなり、図６のグラフにおいてその低質量カットオフが示される。図示するように、図６のスペクトルは、１１８１Ｄａの典型的な低質量カットオフ閾値を大幅に下回ってピークを含む。

本発明の他の変形および修正が可能である。例えば、多くの異なる線形イオントラップ質量分析計システム（上述のシステムに加えて）を使用して、本発明の異なる実施形態の側面に従って方法を実装してもよい。加えて、全てのこのような修正または変形は、本明細書に添付する請求項により規定される本発明の領域および範囲内にあると考えられる。

Claims (15)

1. 質量分析計のイオントラップにおいてイオンをフラグメント化するための方法であって、
   ａ）フラグメンテーションのために親イオンを選択することと、
   ｂ）保持時間間隔の間、該イオントラップ内に該親イオンを保持することであって、該イオントラップは、約１ｘ１０^−４トール未満の動作圧力を有する、ことと、
   ｃ）該保持時間間隔内の励起時間間隔中に、励起レベルにおけるマシュー安定性パラメータｑを提供するために、ＲＦトラップ電圧を該イオントラップに提供することと、
   ｄ）該親イオンを励起およびフラグメント化するために、該励起時間間隔中に、共鳴励起電圧を該イオントラップに提供することと、
   ｅ）該保持時間間隔内で、かつ該励起時間間隔の後、該共鳴励起電圧を終了し、所定の遅延を選択することなく、該イオントラップに印加する該ＲＦトラップ電圧を変更して、該イオントラップ内に該親イオンのフラグメントを保持するように該励起レベル未満の保持レベルまで該マシュー安定性パラメータｑを低下させることと
   を含み、
   該励起時間間隔は、持続時間が約１ミリ秒と約１５０ミリ秒との間であり、
   該共鳴励起電圧は、ピークからピークの約５０ｍＶと約２５０ｍＶとの間の振幅を有する、方法。
2. 前記励起時間間隔は、持続時間が約５０ミリ秒未満である、請求項１に記載の方法。
3. 前記励起時間間隔は、持続時間が約２ミリ秒を超える、請求項１に記載の方法。
4. 前記励起時間間隔は、持続時間が約１０ミリ秒を超える、請求項１に記載の方法。
5. 前記共鳴励起電圧は、ピークからピークの約５０ｍＶと約１００ｍＶとの間の振幅を有する、請求項１に記載の方法。
6. ｑの励起レベルは、約０．１５と約０．９との間にある、請求項１に記載の方法。
7. ｑの保持レベルは、約０．０１５を超える、請求項１に記載の方法。
8. ｃ）が、前記励起時間間隔が前記イオントラップにおける動作圧力とは逆に変動するように、該イオントラップにおける動作圧力に少なくとも部分的に基づいて、励起時間間隔を決定することを含み、
   ｄ）が、前記共鳴励起電圧の振幅が該イオントラップにおける動作圧力とは逆に変動するように、該イオントラップにおける動作圧力に少なくとも部分的に基づいて、該共鳴励起電圧の振幅を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
9. ｅ）が、ｉ）前記イオントラップ内に前記親イオンを保持するのに十分高くなるように、かつ、ｉｉ）該親イオンの親ｍ／ｚの約５分の１未満のフラグメントｍ／ｚを有する該親イオンのフラグメントを該イオントラップ内に保持するのに十分低くなるように、ｑの保持レベルを決定することを含む、請求項１に記載の方法。
10. ｑの励起レベルは、約０．１５から約０．３９の間にある、請求項１に記載の方法。
11. 前記励起時間間隔は、約１０ミリ秒を超える、請求項１０に記載の方法。
12. 前記共鳴励起電圧は、ピークからピークの約５０ｍＶと約１００ｍＶとの間の振幅を有する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記共鳴励起電圧は、前記マシュー安定性パラメータｑを保持レベルまで低下させるように変化する前記イオントラップに印加されるＲＦトラップ電圧と実質的に同時に終了する、請求項１に記載の方法。
14. ｂ）において、前記イオントラップは、約５ｘ１０^−５トール未満の動作圧力を有する、請求項１に記載の方法。
15. ｑの保持レベルは、ｑの励起レベルより少なくとも約１０パーセント低い、請求項１に記載の方法。

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