JP6227241B2 - イオン移動度飛行時間型質量分析用のデータ取得モード - Google Patents

イオン移動度飛行時間型質量分析用のデータ取得モード Download PDF

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Description

本発明は一般に、イオン移動度による分離と飛行時間型の質量分析との組合せを利用したスペクトル測定データの取得に関し、より具体的には、スペクトルの複雑な逆畳込み（ｄｅｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）を必要としないデータの取得に関する。
ドリフト型のイオン移動度（ｉｏｎ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）（ＩＭ）スペクトロメータを飛行時間型の質量分析器（ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）（ＴＯＦ ＭＳ）と組み合わせて、問題の分析物に関する固有の２次元情報を提供することができる。組み合わされたＩＭ−ＴＯＦシステム（以後、組合せＩＭ−ＴＯＦシステム）では、イオンを移動度によって分離し、その後にそれらのイオンをＴＯＦ ＭＳ内へ送達し、ＴＯＦ ＭＳで、それらのイオンをその飛行時間に基づいて質量分解し、検出器へ送達する。これらの２つの分離技法をタンデム（ｔａｎｄｅｍ）で実行することは、ポリヌクレオチド、タンパク質、炭水化物などの生体高分子の分析において特に有用である。これは、ＩＭ分離によって追加される次元が、互いに異なる分子であるが、重なり合う質量ピークを示す大きなイオンを質量分解するのに役立つことがあるためである。
ＩＭおよびＴＯＦ ＭＳはともに高速の分離技法であり、それらの技法を互いに概ね両立できるようにする一般的なタイミングパラメータを有するが、これらの技法はともに、従来法に従って「パルスアンドウェイト（ｐｕｌｓｅ ａｎｄ ｗａｉｔ）」（または「インジェクトアンドウェイト（ｉｎｊｅｃｔ ａｎｄ ｗａｉｔ））アプローチを用いて実施すると本来的に低いデューティサイクルに関係づけられる。このパルスアンドウェイトアプローチでは、イオンパケットがＩＭスペクトロメータのドリフト管内へ注入された後、ドリフト管からの最初のイオンパケットの流出が完了するまで、次のイオンパケットが注入されない。この流出の完了には数百ミリ秒かかることがある。ＴＯＦ ＭＳでは、パルスアンドウェイトアプローチにおいて、直前のＴＯＦ注入パルスの最も遅いイオンが検出器に到達するまで、ＴＯＦ注入パルスが加えられない。このパルスアンドウェイトアプローチは、スペクトルの重なりを回避し、それによって調査中の試料からの質量スペクトルの構造を単純にするために従来から実行されているが、既に述べたとおり、このアプローチではデューティサイクルが低くなる。
組合せＩＭ−ＴＯＦシステムでは、ＩＭドリフト管から流出したイオンがＴＯＦ ＭＳのパルサ（ｐｕｌｓｅｒ）内へ送達され、パルサは、それらのイオンをＴＯＦ ＭＳの飛行管内へ注入する。飛行管を通過して検出器に到達するまでのイオンの飛行時間は数マイクロ秒程度であり、しばしば、ＩＭドリフト管を通過するドリフト時間よりも２桁または３桁速い。許容可能なレベルの検出感度を提供し、過剰な量のイオンを失うこと（すなわちパルサを通して送達されたイオンがＴＯＦ ＭＳの飛行管内へ注入されないこと）を防ぐためには、パルサが、パルスアンドウェイトアプローチの周波数よりもより高い周波数で動作する必要がある。ＩＭ機器を「多重化」または「オーバーサンプリング」し（すなわちそれぞれのイオンパケットの全流出時間よりも速い速度でイオンパケットをＩＭドリフト管内へ注入し）、ＴＯＦ ＭＳを「多重化」または「オーバーパルシング」する（すなわちそれぞれのイオンパケットの全飛行時間よりもよりも速い速度でイオンパケットをＴＯＦ ＭＳの飛行管内へ注入する）ことによって、組合せＩＭ−ＴＯＦシステムの全体的なデューティサイクルを向上させることができる。多重化により、感度およびスループットを増大させることができ、イオンの損失を減らすことができるが、従来の方法では、多重化が、完全なデータを回復し、意味のある質量スペクトルを生み出すために、ＩＭスペクトルとＴＯＦスペクトルの両方の複雑な逆畳込み技法（例えばフーリエ変換技法、アダマール（Ｈａｄａｍａｒｄ）変換技法、疑似ランダムシーケンシングなど）を必要とする。２重（ＩＭおよびＴＯＦ）スペクトル逆畳込みは、高価な電子機器およびかなりのリアルタイム計算資源を必要とすることがある。
したがって、イオン移動度飛行時間型質量分析を実現する解決策であって、２重スペクトル逆畳込みによる複雑化を伴うことなく感度を最大にする解決策を提供することが求められている。
上記の課題の全てまたは一部に対処するため、および／または当業者によって見出されている可能性がある他の課題に対処するため、本明細書の開示は、後述する実施態様に例示的に記載された方法、プロセス、システム、装置、機器および／またはデバイスを提供する。
一実施形態によれば、スペクトル測定データを取得する方法は、イオン移動度（ＩＭ）ドリフト管内へ複数のイオンパケットを逐次的に注入するステップであり、少なくとも２つのイオンパケットがＩＭドリフト管内に同時に存在するような多重化された注入速度で注入が実行されるステップと、イオンがＩＭドリフト管内でドリフトしているときに、それぞれのイオンパケット中のイオンをＩＭに従って分離するステップと、イオンパケットを飛行時間型（ＴＯＦ）質量分析器のパルサ内へ送達（ｔｒａｎｓｍｉｔ）するステップと、パルサから新たな複数のイオンパケットを逐次的に抽出し、ＴＯＦ質量分析計の飛行管内へ送達するステップであり、パルサ内へ送達された同じイオンパケットから２つ以上のイオンパケットが抽出され、抽出された少なくとも２つのイオンパケットが飛行管内に同時に存在するような多重化された抽出速度で抽出が実行されるステップと、イオンが飛行管内でドリフトしているときに、抽出されたそれぞれのイオンパケット中のイオンをＴＯＦに従って分離するステップと、飛行管から検出器にイオンが到達したときにイオンを検出するステップと、イオンを検出する前に、それぞれのイオンパケット中のイオンを選択された質量範囲に隔離するステップであり、飛行管内のそれぞれのイオンパケットが、残りのイオンパケットのイオンと同じ選択された質量範囲のイオンを含み、飛行管内での連続したイオンパケット間の重なりが最小化されるステップとを含む。
他の実施形態によれば、スペクトル測定データを取得する方法は、イオン移動度（ＩＭ）ドリフト管内へイオンパケットを注入するステップと、イオンが前記ＩＭドリフト管内でドリフトしているときに、イオンパケット中のイオンをＩＭに従って分離するステップと、イオンパケットを飛行時間型（ＴＯＦ）質量分析器のパルサ内へ送達するステップと、パルサから新たな複数のイオンパケットを逐次的に抽出し、ＴＯＦ質量分析計の飛行管内へ送達するステップであり、パルサ内へ送達された同じイオンパケットから２つ以上のイオンパケットが抽出され、抽出された少なくとも２つのイオンパケットが飛行管内に同時に存在するような多重化された抽出速度で抽出が実行されるステップと、イオンが飛行管内でドリフトしているときに、抽出されたそれぞれのイオンパケット中のイオンをＴＯＦに従って分離するステップと、イオンがＴＯＦ質量分析器の検出器に到達したときに、ＴＯＦに従って分離されたイオンパケットのイオンを検出するステップと、イオンを検出する前に、それぞれのイオンパケット中のイオンを連続する質量範囲に隔離するステップであり、それぞれの連続する質量範囲が直前の質量範囲よりも高い質量範囲であり、それぞれの質量範囲の幅が、飛行管内での連続したイオンパケット間の重なりを最小化するように選択されたステップとを含む。
いくつかの実施形態では、それぞれのイオンパケット中のイオンをＩＭに従って分離した後に、イオンパケットを質量フィルタ（ｍａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）に通すことによってイオンが隔離され、パルサ内へ送達されるイオンパケットが、質量フィルタに通されたイオンパケットである。
いくつかの実施形態では、パルサからイオンパケットを抽出した後に、ドリフト管内に配置された質量フィルタにイオンパケットを通すことによってイオンが隔離される。
本発明の他のデバイス、装置、システム、方法、特徴および利点は当業者には明らかであり、または当業者が以下の図および詳細な説明を検討すれば明らかになる。このような全ての追加のシステム、方法、特徴および利点は、この説明に含まれ、本発明の範囲内に含まれ、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図されている。
本発明は、以下の図を参照することによってより十分に理解することができる。図中の構成要素は一様な尺度では必ずしも描かれておらず、それよりも本発明の原理を示すことに重点が置かれている。図中、異なる全ての図を通して、同様の参照符号は対応する部分を示している。
本明細書に記載された方法を実施する際に利用することができるイオン移動度飛行時間型質量分析器（ＩＭ−ＴＯＦ ＭＳ）の一例の略図である。 （Ａ）多重化を使用したときの図１に示されたものなどのＩＭ−ＴＯＦ ＭＳの飛行管内への飛行時間注入、（Ｂ）多重化を使用しない飛行時間注入、（Ｃ）多重化を使用したときのＩＭ−ＴＯＦ ＭＳのイオン移動度ドリフト管内への注入、および（Ｄ）多重化を使用しないイオン移動度ドリフト管内への注入に対する一般的なタイミングシーケンスを示す図である。 高頻度の（多重化された）注入速度でＩＭ注入を実行し、ＴＯＦ抽出を多重化しなかったときに取得することができる生の２次元（２Ｄ）スペクトルの一例である。 本明細書に記載された動作モードの実現に関連してＩＭ注入とＴＯＦ抽出の両方を多重化したときに取得することができる生の２次元（２Ｄ）スペクトルの一例である。 本明細書に記載された動作モードに基づく質量フィルタリングを使用してＩＭ−ＴＯＦ ＭＳを動作させた結果として取得することができるＴＯＦスペクトルの一例である。 ＩＭドリフト管内への単一の注入から、ＴＯＦ抽出を多重化することなしに取得することができる生の２次元（２Ｄ）スペクトルの一例である。 本明細書に記載された動作モードの実現に関連してＴＯＦ抽出を多重化したときにＩＭドリフト管内への単一の注入から取得することができる生の２次元（２Ｄ）スペクトルの一例である。 本明細書に記載された方法を実施する際に利用することができるＩＭ−ＴＯＦ ＭＳの他の例の略図である。 （Ａ）図６に示したＩＭ−ＴＯＦ ＭＳのイオンパルサに印加されるＴＯＦ電圧および（Ｂ）図６に示したＩＭ−ＴＯＦ ＭＳのブラッドバリー−ニールセンゲート（Ｂｒａｄｂｕｒｙ−Ｎｉｅｌｓｅｎ ｇａｔｅ）または類似のイオン光学デバイスに印加される偏向電圧の一般的なタイミングシーケンスを示す図である。
本明細書の開示は、分析物イオンからスペクトル測定データを取得する方法、装置およびシステムを記載する。これらの方法、装置およびシステムは、ドリフト型のイオン移動度（ＩＭ）分離と飛行時間型の質量分析（ＴＯＦ ＭＳ）との組合せを実現する。これらの方法、装置およびシステムは、比較的に幅の広いイオン隔離窓（または範囲）を用いた質量フィルタリングを使用することによって、タンデム構成の両方の分離技法の完全な感度の潜在性の使用を可能にすることができる。以下に、実施形態の例を図１〜７に関して説明する。それらの実施形態は少なくとも２つの動作モードを含む。１つのモードは、質量フィルタを利用して、データ取得の全行程にわたって一定である選択されたｍ／ｚ範囲（または「質量」範囲）内のイオンにイオンパケットを限定することを伴う。他のモードは、質量フィルタを利用して、データ取得の全行程にわたって変化するｍ／ｚ範囲内のイオンにイオンパケットを限定することを伴う。
図１は、本明細書に記載された方法を実施する際に利用することができるハイブリッド（またはタンデムまたは組合せ）イオン移動度飛行時間型質量分析器（ＩＭ−ＴＯＦ ＭＳ）システム１００の一例の略図である。ＩＭ−ＴＯＦ ＭＳシステム１００は一般にイオン源１０４、ＩＭスペクトロメータ１０８、質量フィルタ１１２、ＴＯＦ ＭＳ１１４およびシステムコントローラ１１８を含む。ＩＭシステムおよびＴＯＦ ＭＳシステムの構成要素の動作および設計は当業者に概ね知られており、したがって本明細書で詳細に説明する必要はないことに気づくであろう。その代わりに、本明細書では、本明細書に開示された方法の理解を容易にするために、ある種の構成要素を簡潔に説明する。
イオン源１０４は、ＩＭ動作およびＴＯＦ動作に適した任意のタイプの連続ビーム源またはパルスイオン源とすることができる。ＩＭおよびＴＯＦに対して一般的なイオン源１０４の例には、限定はされないが、エレクトロスプレーイオン化（ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ ｉｏｎｉｚａｉｔｏｎ）（ＥＳＩ）源、レーザ脱離イオン化（ｌａｓｅｒ ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ）（ＬＤＩ）源およびマトリックス支援（ｍａｔｒｉｘ−ａｓｓｉｔｅｄ）レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）源が含まれる。いくつかの実施形態では、イオン源１０４が、イオントラップ、イオン光学デバイス（図示せず）などのイオン蓄積（またはイオン貯蔵）デバイスを含み、またはそのようなイオン蓄積デバイスと連通していることができる。
ＩＭスペクトロメータ１０８はＩＭドリフト管１２２を含み、ＩＭドリフト管１２２は、ＩＭドリフト管１２２を通過するイオンの飛行に対して向流を形成するような態様でバッファガスをドリフト管１２２内へ送り込むための１つまたは複数のポートを有する。ＩＭドリフト管１２２は、ドリフト管１２２内の圧力を制御するポンプ（図示せず）と連通したハウジング（図示せず）内に封入することができる。ＩＭスペクトロメータ１０８はさらに、ドリフト管１２２内の温度を制御するための加熱デバイス（図示せず）を含むことができる。ＩＭドリフト管１２２の内面には一般に、一連の電極（例えば環形電極（図示せず））が取り付けられており、それらの電極は、ＩＭドリフト管１２２の縦軸に沿って軸方向に配置されている。それらの電極は、ＩＭドリフト管１２２の縦軸に沿って一定の電場を確立するために電圧源と信号通信状態にあるが、いくつかの実施形態ではこの電場が変化することがある。
質量フィルタ１１２は、本明細書の教示に基づく調整可能な幅の広いｍ／ｚ範囲、すなわちイオン隔離の窓（隔離窓）を提供するのに適した任意のタイプの質量フィルタとすることができる。この文脈では、「幅の広い」ｍ／ｚ範囲すなわち隔離窓が一般に数十から数百程度である。本明細書に開示された方法を実施するのに適した質量フィルタ１１２の例には、限定はされないが、多重極質量フィルタおよびある種のイオン光学デバイスが含まれ、イオン光学デバイスには、ブラッドバリー−ニールセンゲート（または格子またはシャッタ）、設計または動作原理がブラッドバリー−ニールセンゲートに類似したデバイスなどが含まれる。質量フィルタ１１２が図１に示すように配置されるとき、現時点では、多重極構成が、より一般的な実施形態として企図される。当業者には理解されることだが、多重極質量フィルタは一般に、イオンビームの送達方向に延びる一組の平行な細長い電極を含む。多重極質量フィルタは一般に４重極構成（４つの電極）を有するが、（例えば６重極、８重極など）５つ以上の電極を有することもできる。１つまたは複数の電圧源が、位相が１８０度ずれたＲＦ電圧を交番電極対に印加し、さらに、それらの電極にＤＣ電圧を印加する。多重極質量フィルタがイオンを隔離するｍ／ｚ範囲は、ＲＦ電圧の振幅および周波数ならびにＤＣ電圧の振幅を設定（または調整）することによって選択され、制御される。代替のブラッドバリー−ニールセンゲートまたは類似のデバイスのケースは後に説明する。
ＴＯＦ ＭＳ１１４は、イオンパルサ（またはイオン抽出領域）１３４、飛行管１３８およびイオン検出器１４２を含む。イオンパルサ１３４は、イオンパルサ１３４からイオンを抽出し、飛行管１３８内へ送達するのに十分なパルス電場を印加する電圧源と通信する一組の電極（例えば格子または孔のあいた板）を含む。飛行管１３８は、電場のないドリフト領域を画定し、このドリフト領域内でイオンは検出器１４２に向かってドリフトする。検出器１４２は、ＴＯＦ ＭＳ内で使用するのに適した任意の検出器とすることができ、非限定的ないくつかの例は、平形ダイノードを有する電子増倍管およびマイクロチャンネルプレート検出器である。検出器１４２は、イオンの到達を検出し（またはイオンを計数し）、代表的なイオン検出信号を生み出す。この例では、ＴＯＦ ＭＳ１１４が直交ＴＯＦ ＭＳとして構成されている。すなわち、イオンが抽出され、イオンが飛行管１３８内でドリフトする方向が、イオンがイオンパルサ１３４内へ送達される方向と概ね直交する（または少なくともかなりの角度で交わる）。他の例では、ＴＯＦ ＭＳ１１４の軸が、ＩＭドリフト管１２２および質量フィルタ１１２の軸と整列することができる。さらに、この例では、ＴＯＦ ＭＳ１１４が、単段式または多段式のイオン反射器（またはリフレクトロン）１４６を含む。当業者には理解されるとおり、イオン反射器１４６は、イオンの経路を概ね１８０度回転させて、検出器１４２に到達する前にイオンの運動エネルギーを集束させる。この例の結果として生じるイオン飛行経路の全体が１５０で示されている。他の実施形態では、反射器１４６が利用されず、イオンパルサ１３４と検出器１４２とが飛行管１３８の対向する端部に配置される。
図１では、システムコントローラ１１８が、ＩＭ−ＴＯＦ ＭＳシステム１００のさまざまな機能態様を制御し、監視し、かつ／またはそれらのタイミングを調整するように構成された１つまたは複数のモジュールを表すものとして図式的に示されており、このようなＩＭ−ＴＯＦ ＭＳシステム１００のさまざまな機能態様には、イオン源１０４の動作、所望の注入頻度でのＩＭドリフト管１２２内へのイオンパケットの注入、所望の大きさの電場を確立するためのＩＭドリフト管１２２の電極への電圧の印加、ＩＭドリフト管１２２へのバッファガスの導入およびガス圧（および任意選択でガス温度）の制御、所望のｍ／ｚ範囲を選択するための質量フィルタ１１２の動作パラメータの設定および調整、所望のパルシング（または抽出）周波数でのイオンパルサ１３４への電圧の印加、図１に具体的には示されていない他のイオン光学要素の制御などがある。システムコントローラ１１８はさらに、検出器１４２からイオン検出信号を受け取り、検出されたイオンの飛行時間を（例えばタイムツーディジタルコンバータ（ｔｉｍｅ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）または高速アナログ−ディジタル変換器を利用して）計算し、飛行時間をｍ／ｚ値と相関させ、必要に応じてデータの取得および信号の解析に関係した他のタスクを実行して、分析中の試料を特徴づける質量スペクトルを生み出すように構成されている。システムコントローラ１１８は、本明細書に開示された方法のうちのいずれかの方法を実行するための命令を含むコンピュータ可読媒体を含むことができる。これらの目的のため、システムコントローラ１１８は、イオン源１０４、ＩＭスペクトロメータ１０８、質量フィルタ１１２およびＴＯＦ ＭＳ１１４のうちの１つまたは複数の構成要素と、対応するそれぞれの通信リンク１５２、１５４、１５６、１５８を介して信号通信状態にあるものとして図式的に示されている。所与の通信リンク１５２、１５４、１５６、１５８は適宜、有線リンクまたは無線リンクとすることができる。これらの目的のため、システムコントローラ１１８はさらに、１つまたは複数のタイプのハードウェア、ファームウェアおよび／またはソフトウェア、ならびに１つまたは複数のタイプの記憶装置およびデータベースを含むことができる。システムコントローラ１１８は一般に、全体的な制御を提供する主電子プロセッサを含む。システムコントローラ１１８は、専用の制御操作または特定の信号処理タスクを実行するように構成された１つまたは複数の電子プロセッサを含むことができる。システムコントローラ１１８はさらに、ＩＭ−ＴＯＦ ＭＳシステム１００のさまざまな構成要素に電圧を印加するのに必要な全ての電圧源、タイミングコントローラ、クロック、周波数発生器などを図式的に表す。
システムコントローラ１１８はさらに、ユーザ入力デバイス（例えばキーパッド、タッチスクリーン、マウスなど）、ユーザ出力デバイス（例えば表示画面、プリンタ、視覚インジケータまたはアラート、可聴インジケータまたはアラートなど）、ソフトウェアによって制御されたグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）、電子プロセッサが読むことができる媒体（例えばソフトウェア、データなどの中に具体化された論理命令）を装填するためのデバイスなど、１つまたは複数のタイプのユーザインタフェースデバイスを表すことがある。システムコントローラ１１８は、システムコントローラ１１８のさまざまな機能を制御し管理するオペレーティングシステム（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ソフトウェア）を含むことができる。システムコントローラ１１８の１つまたは複数の構成要素をＩＭ−ＴＯＦ ＭＳシステム１００から離れた位置に配置することができ、それらの構成要素は、システムコントローラ１１８のローカル部分と、有線または無線通信リンクを介して通信することができる。
質量スペクトルを生み出すため、システムコントローラ１１８は、ＩＭスペクトル情報が畳み込まれた情報である場合に、質量スペクトルを、逆畳込みまたは他の方法によって数学的に再構成するように構成されたソフトウェアを含むことができる。従来の方法では、このようなソフトウェアがさらに、畳み込まれた質量スペクトル情報から、質量スペクトルの逆畳込みを実行するように構成されている。しかしながら、後の説明から明らかになるとおり、本明細書に開示された方法は、２重（ＩＭおよびＴＯＦ）スペクトル逆畳込みを必要としない。
動作時、イオンの個々のパケット（またはイオンパケット）がＩＭドリフト管１２２内へ逐次的に注入される。いくつかの実施形態では、注入速度（または注入頻度）が、多重化された注入速度である。この文脈では、多重化された注入速度が、注入開始後の所与の瞬間に、少なくとも２つの連続した（または隣接する）イオンパケット（一般的には３つ以上のイオンパケット）がＩＭドリフト管１２２内に同時に存在する、十分に速い注入速度を指す。このＩＭスペクトロメータ１０８の多重化をオーバーサンプリングと呼ぶこともある。印加された電場の影響下で、それぞれのイオンパケット中のイオンがＩＭドリフト管１２２内を移動すると、イオンはバッファガス分子と衝突する。この過程によって、相対的に大きな衝突断面積を有するイオンは、相対的に小さな衝突断面積を有するイオンよりも大きく減速される。したがって、相対的に小さな衝突断面積を有するイオンは、相対的に大きな衝突断面積を有するイオンよりも高い移動度を有し、したがって、相対的に小さな衝突断面積を有するイオンは、ＩＭドリフト管１２２の出口端から最初に流出し、続いて、連続的により低い移動度のイオンが逐次的に流出する。したがって、それぞれのイオンパケットがＩＭドリフト管１２２内を移動するにつれて、イオンパケット中のイオンがその異なる移動度に応じて時間的に分離するため、イオンパケットは、ＩＭドリフト管１２２の縦軸に沿って空間的に分散する。結果として生じるＩＭに従って分離されたイオンパケットは、ＩＭドリフト管１２２から逐次的に流出し、質量フィルタ１１２内へ送達される。いくつかの実施態様では、２つ以上の連続した（または隣接する）イオンパケットのうちの先頭のイオンパケットがＩＭドリフト管１２２から完全に流出する前に、それらの連続した（または隣接する）イオンパケットが少なくとも部分的に重なり合うことになる。すなわち、直前のイオンパケットの最も速いイオンが、先頭のイオンパケットの最も遅いイオンに追いつくことがある。
ＩＭに従って分離されたそれぞれのイオンパケットが質量フィルタ１１２内を移動するとき、そのイオンパケットは、前述のＲＦ電圧およびＤＣ電圧によって確立された複合ＲＦ／ＤＣ電場にさらされる。このＲＦ電圧およびＤＣ電圧は、選択されたｍ／ｚ範囲を画定する低い方のｍ／ｚカットオフ値および高い方のｍ／ｚカットオフ値を確立する。選択されたｍ／ｚ範囲に含まれないイオンはそれぞれのイオンパケットから排除され、それによって選択されたｍ／ｚ範囲に含まれるイオンを隔離する。その結果として、質量フィルタ１１２を出たイオンパケットは、そのＩＭベースの分離を保持しているが、さらに、選択されたｍ／ｚ範囲に従って質量フィルタリングされる。本明細書の教示によれば、質量フィルタ１１２は、イオン処理技法において質量フィルタを使用するときに従来の方法において確立される隔離窓よりもはるかに幅の広い隔離窓を確立するように動作する。前述のとおり、隔離窓の幅は、ｍ／ｚ単位で数十から数百程度とすることができ、すなわち、隔離窓の幅は、約１０から１００または約１０から１００以上とすることができる。したがって、いくつかの実施形態では、数十程度（例えば１０、２０、３０、４０またはそれ以上、すなわち最高１００）の幅を有する隔離窓を提供するように、質量フィルタ１１２を動作させうる。一例として、選択されたｍ／ｚ範囲の幅を３０とすることができる。低い方のｍ／ｚカットオフ値が２０００であるとすると、この例の選択されたｍ／ｚ範囲は２０００から２０３０になる（すなわち２０００から２０３０の範囲に含まれる質量を有するイオンだけが質量フィルタ１１２によって送達される）ことになる。他の例として、選択されたｍ／ｚ範囲の幅を６０とすることができる。低い方のｍ／ｚカットオフ値が２０００であるとすると、この例の選択されたｍ／ｚ範囲は２０００から２０６０になることになる。他の実施形態では、数百程度（例えば１００、２００、３００、４００またはそれ以上）の幅を有する隔離窓を提供するように、質量フィルタ１１２を動作させうる。一例として、選択されたｍ／ｚ範囲の幅を１００とすることができる。低い方のｍ／ｚカットオフ値が２０００である例を続けて使用すると、この例の選択されたｍ／ｚ範囲は２０００から２１００になることになる。他の例として、選択されたｍ／ｚ範囲の幅を２００とすることができる。低い方のｍ／ｚカットオフ値がやはり２０００であるとすると、この例の選択されたｍ／ｚ範囲は２０００から２２００になることになる。
追加の例として、隔離窓の幅（またはｍ／ｚ範囲の幅）、すなわち送達されることが許されるイオンの最も低い質量から最も高い質量までの範囲は、１０〜２０（例えば、送達されることが許されるイオンは６２〜７１、または２６２〜２７５、または１２６２〜１２７８、または５４６２〜５４７３などの範囲の質量を有する）、２０〜３０（例えば６２〜８１、または２６２〜２８７、または１２６２〜１２８４、または５４６２〜５４８６などの範囲の質量を有数するイオンが送達される）、３０〜４０（例えば６２〜９２、または２６２〜２９９、または１２６２〜１２９８、または５４６２〜５４９３などの範囲の質量を有数するイオン）、４０〜５０、５０〜６０、６０〜７０、７０〜８０、８０〜９０、９０〜１００、１００〜２００（例えば６２〜１６１、または２６２〜３７８、または１２６２〜１３９８、または５４６２〜５６１２などの範囲の質量を有数するイオン）、２００〜３００（例えば６２〜２６１、または２６２〜４９３、または１２６２〜１５２３、または５４６２〜５６７０などの範囲の質量を有数するイオン）、３００〜４００、４００〜５００、５００-６００、６００〜７００、７００〜８００、８００〜９００、９００〜１０００、１０００〜２０００、２０００〜３０００、３０００〜４０００、４０００〜５０００、５０００〜６０００、６０００〜７０００、７０００〜８０００、８０００〜９０００、９０００〜１００００、１００００〜２００００などにすることができる。上記の例で示した低い方の質量カットオフ値６２、２６２、１２６２および５４６２は任意に選択したものであり、本明細書に開示された方法において実行される質量フィルタリングは、数万の範囲の質量を有するより大きなイオンを含む、システム内で分析する任意の質量を有するイオンに対して使用することができることが理解される。本発明のいくつかの実施形態では、隔離窓が、所与の時刻に予想されるｍ／ｚ範囲のある百分率、例えば９５％、９０％、８５％、８０％、７５％、７０％などを通過させることを可能にする。例えば、所与の時刻に、イオンパルサが、１００から１２０の範囲のｍ／ｚを有するイオンを受け取り、質量フィルタが、そのｍ／ｚ範囲の９０％のイオンを通過させるように設定されている場合、「通過」ｍ／ｚ範囲は、１０１から１１８、１０２から１１９などになる。通過ｍ／ｚ範囲は、所与の時刻に予想されるｍ／ｚ範囲（上の例では１００〜１２０）の中央とすることができる。
本明細書に開示された第１の動作モードでは、それぞれのイオンパケットが、同じ質量フィルタリングパラメータにかけられる。すなわち、選択されたｍ／ｚ範囲が全てのイオンパケットに対して同じである。幅の広い質量フィルタリングの効果は、後にさらに説明するように、ＴＯＦ ＭＳ１１４を多重化して感度を増大させることを可能にし、同時に、データの取得をかなり単純にすることである。
ＩＭに従って分離され、質量フィルタに通されたそれぞれのイオンパケットは、質量フィルタ１１２から、ＴＯＦ ＭＳ１１４のイオンパルサ１３４内へ送達される。イオンパルサ１３４は、イオンパルサ１３４に到達したそれぞれのイオンパケットからイオンを逐次的に抽出し、それによってイオンパケットを逐次的に加速し、飛行管１３８内へ送達するように動作させる。イオンパルサ１３４に到達したＩＭに従って分離された所与の単一のイオンパケットから、２つ以上のイオンパケットを抽出することができる。この実施形態では、抽出速度（もしくは抽出頻度）またはパルスレート（もしくはパルス頻度）が、多重化された抽出速度である。この文脈では、多重化された抽出速度が、抽出開始後の所与の瞬間に、少なくとも２つの連続した（または隣接する）イオンパケット（一般的には３つ以上のイオンパケット）が飛行管１３８内に同時に存在する、十分に速い抽出速度を指す。したがって、抽出されたイオンパケットが必ずしも、抽出が実行されたＩＭに従って流出したイオンパケットと同じイオン集団からなるわけではない限りにおいて、抽出されて飛行管１３８内へ送達されたイオンパケットを、ＩＭドリフト管１２２から流出したイオンパケットに対して、「新たな」または「異なる」イオンパケットと特徴づけることができる。このＴＯＦ ＭＳ１１４の多重化を、多重パルシングまたはオーバーパルシングと呼ぶこともある。抽出されたそれぞれのイオンパケット中のイオンは、全てのイオンが同じ運動エネルギーを有するが、個々のｍ／ｚ比に応じて個々のイオンの速度は異なるような態様で加速される。したがって、抽出されたそれぞれのイオンパケットが飛行管１３８内を移動するにつれて、イオンパケットは空間的および時間的に分散する。イオンが検出器１４２に到達すると、検出器１４２はそれらのイオンを計数し、イオン検出信号を生成させる。このイオン検出信号から、イオンの飛行時間を計算し、それらの飛行時間をイオンのｍ／ｚ比と相関させ、質量スペクトルを生み出すことができる。別の箇所で述べたとおり、これらのイオンパケットは質量フィルタに通されているため、イオンパケットのｍ／ｚ範囲は限定されており、したがって、イオンパケットの分散または広がりも、飛行管１３８内において連続したイオンパケット間の重なりがほとんどまたは全く生じないような態様で限定されており、それによってデータの取得および解析は大幅に単純になる。
図２は、（Ａ）多重化を使用したときのＴＯＦ注入（イオンパルサ１３４から飛行管１３８内へのイオンパケットの抽出）、（Ｂ）多重化を使用しないＴＯＦ注入、（Ｃ）多重化を使用したときのＩＭドリフト管１２２内への注入、および（Ｄ）多重化を使用しないＩＭ注入に対する一般的なタイミングシーケンスを示す。単一のイオンパケットに対する完全なＴＯＦ流出サイクルの一般的な所要時間が図２（Ａ）および２（Ｂ）の２０４に示されている。ＴＯＦ流出サイクル２０４は、イオンパルサ１３４からイオンパケットが抽出された後、そのイオンパケットの最も遅い（最も重い）イオンが検出器１４２に到達するまでにかかる時間に対応する。単一のイオンパケットに対する完全なＩＭ流出サイクルの一般的な所要時間が図２（Ｃ）および２（Ｄ）の２０８に示されている。ＩＭ流出サイクル２０８は、イオンパケットがＩＭドリフト管１２２内へ注入された後、そのイオンパケットの最も遅い（最も移動性の低い）イオンがＩＭドリフト管１２２から流出するまでにかかる時間に対応する。多重化を使用しないとき、図２（Ｂ）および２（Ｄ）はそれぞれ、「パルスアンドウェイト」条件下で動作しているＴＯＦ ＭＳ１１４およびＩＭスペクトロメータ１０８を表し、パルスアンドウェイト条件下では、ＩＭドリフト管１２２内への注入と注入の間の時間がＩＭ流出サイクル２０８にほぼ対応し、ＴＯＦ抽出パルスとＴＯＦ抽出パルスの間の時間がＴＯＦ流出サイクル２０４にほぼ対応することがある。
ＩＭ流出サイクル２０８の時間スケールは一般に、ＴＯＦ流出サイクル２０４の時間スケールよりも数桁（例えば２桁または３桁）遅い。例えば、ＩＭ流出サイクル２０８は１０から１００ｍｓの範囲で変化し、対応するＴＯＦ流出サイクル２０４は５０から５００μｓの範囲で変化することがある。多重化を使用しないとデューティサイクルが非常に低いことが分る。さらに、多重化を使用しないとイオンが失われる。これは、前述のとおり、ＩＭドリフト管１２２の上流でイオン蓄積デバイスを使用して注入と注入の間にイオンを蓄積することができるが、ＴＯＦ ＭＳ１１４では、抽出パルスと抽出パルスの間にイオンパルサ１３４内を飛行するイオンは失われるためである。図２（Ａ）および２（Ｃ）にそれぞれ示すように、ＴＯＦ ＭＳ１１４の多重化は、単一のＴＯＦ流出サイクル２０４よりも速い速度（頻度）でパルスシングすることを伴い、ＩＭスペクトロメータ１０８の多重化は、単一のＩＭ流出サイクル２０８よりも速い速度（頻度）で注入することを伴う。デューティサイクルを向上させるだけでなく、イオン蓄積デバイスの容量が限られている場合にもＩＭスペクトロメータ１０８を多重化することができる。このケースでは、イオン信号が強い場合に、通常の注入（多重化されていない速度での注入）と注入の間にイオン蓄積デバイスがいっぱいになることがあり、それによって、イオンおよびＩＭ分離の分解能が失われる可能性がある。さらに、多重化は、機器のダイナミックレンジを増大させることができる。非常に少数の別々のピークに同じ種類のイオンが詰め込まれると、データの取得が飽和することがある。この問題は多重化によって軽減することができ、その結果、複数のピーク間でイオンが分散される。
図３Ａは、高頻度の（多重化された）注入速度でＩＭ注入を実行し、ＴＯＦ抽出を多重化しなかったときに取得することができる生の２次元（２Ｄ）スペクトルの一例である。ｘ軸は、ＩＭドリフト管１２２内でのドリフト時間を表し、ｙ軸は、飛行管１３８内でのイオンの飛行時間を表す。ＩＭ分離の基本的な特性は、イオンの移動度とイオンの質量がある程度、相関することである。図３Ａでは、ＩＭドリフト管１２２内への個々のイオンパケットの注入による信号（質量ピーク）の分布またはグルーピングを、３１２、３１４、３１６および３１８も示されているようなＩＭ「傾向ライン」または「帯域」によって表すことができる。それぞれのＩＭ帯域は、対応するそれぞれの単一の注入から取得した質量ピーク（具体的には示されていない）を包囲していると考えることができる。ＩＭパルスは、ＩＭドリフト管１２２を通過する所与のイオンパケットのドリフト時間の逆数よりも例えば１０倍高い頻度で生み出すことができる。この多重化または「オーバーサンプリング」の間、図３Ａに示した２Ｄスペクトル中には複数のＩＭ帯域が観察され、それぞれのＩＭ帯域は、ＩＭドリフト管１２２内へ注入された個々のイオンパケットに対応する。
図３Ａには、ｘ軸に沿った任意の位置に時刻Ｔ０が配置されており、時刻Ｔ０は、細い垂直ストリップまたは垂直線３３０としても描かれている。この議論の目的上、時刻Ｔ０は、ＴＯＦ ＭＳ１１４のイオンパルサ１３４によって実現される第１の抽出パルスに対応すると考えることができる。したがって、時刻Ｔ０には、イオンパルサ１３４内に、ある選択されたイオンが存在する。ＩＭ注入を多重化することにより、時刻Ｔ０に実行されている抽出には、いくつかのＩＭ帯域３１２、３１４、３１６および３１８（垂直ストリップ３３０が横切っているそれぞれのＩＭ帯域）からのイオンが含まれている。従来の「パルスアンドウェイト」アプローチを実施した場合には、第２の抽出（Ｔ１）は、全てのイオンが検出器１４２に到達した後にのみ実施され、システムのデューティサイクルは非常に低くなることになる。
前述のとおり、ＴＯＦ ＭＳ１１４を多重化（オーバーパルシング）することによってデューティサイクルを向上させることができる。図３Ｂは、ＩＭ注入とＴＯＦ抽出の両方を多重化したときに取得することができる生の２次元（２Ｄ）スペクトルの一例である。多重化された抽出速度のため、個々のＩＭ帯域（例えば帯域３１２、３１４、３１６、３１８）によって表されたデータは、垂直次元（ＴＯＦに対する時間スケール）に沿って複数回、複製され、それによってそのデータは、図３Ａに示された程度よりもはるかに大きな程度で２Ｄ空間を埋める。従来の方法では、ＩＭ注入とＴＯＦ抽出の両方を多重化するといくつかの欠点が生じることがある。従来の方法では、ＴＯＦ検出器に到達するさまざまなイオンパケットの到達時刻がかなり重なり合うことになり、それによって特別な逆畳込み技法が必要となる。このことは、１つまたはいくつかのＴＯＦ抽出パルスの間にイオン信号の強度がかなり変化しうるような態様でＩＭ分離の分解能が高くなることがあることによってさらに複雑になり、それによって複雑な逆畳込みがより信頼性の低いものになる。さらに、ＩＭスペクトロメータ１０８を多重化したことによるＩＭ逆畳込みも同時に実行されるため、前述のとおり、複雑な逆畳込みは、非常に多くのリアルタイム計算資源を必要とすることがある。このレベルの逆畳込みは実現可能でもまたは実際的でもないことがある。
ここに開示した方法は、ＩＭ注入とＴＯＦ抽出の両方の多重化を使用して、ＩＭ−ＴＯＦ ＭＳシステムのデューティサイクルを増大させることを可能にし、同時に分析感度を最大にし、データの取得を単純にする。ここに開示した方法は、これを、システム内へ注入されたそれぞれのイオンパケットに含まれる最初のイオン集団のうちの制限されたｍ／ｚ範囲だけからスペクトルデータを取得することによって達成する。このｍ／ｚ範囲は、図１に関して上で説明したようにイオンが加速されてＴＯＦ ＭＳ１１４の飛行管１３８内へ送達される前に、または図６に関して後に説明するようにイオンが加速されて飛行管１３８内へ送達された後にイオンを質量フィルタに通すことによって制限される。
図３Ｂは、イオンパケットを質量フィルタに通してイオンパケットを選択されたｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ)１から（ｍ／ｚ)２に制限し、同時にＩＭ注入とＴＯＦ抽出の両方を多重化する効果を示す。選択されたｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ)１から（ｍ／ｚ)２は例えば３０から５０、５０から１００、２００から２７５などにすることができる。より一般的には、所与の実験に対して選択されるｍ／ｚ範囲は、分析中の試料に含まれていることが分っている、または分析中の試料に含まれていると思われる分析物イオンの組成および全体のｍ／ｚ範囲、ならびにＴＯＦ ＭＳ１１４内でのイオンパケット間の重なりを最小化し、または排除したい要求に依存するであろう。例えば、より幅の狭いｍ／ｚ範囲がより軽いイオンに対してより有効であることがあり、より幅の広いｍ／ｚ範囲がより重いイオンに対してより有効であることがある。より幅の狭いｍ／ｚ範囲を選択することは、より高い多重化速度（頻度）での動作を可能にし、同時に、飛行管１３８内でのイオンパケットの重なりを回避する（または少なくとも最小化する）。図３Ｂでは、水平領域３３４が、選択されたｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ)１から（ｍ／ｚ)２の幅（または隔離窓）を、時間の経過に対して表している。この実施形態では、時間が経過しても幅が一定に保たれる。水平領域３３４が全てのＩＭ帯域を横切って延びていることは、この実施形態では、全てのイオンパケットが、同じ質量フィルタリングパラメータにかけられることを示している。すなわち、質量フィルタ１１２を出たそれぞれのイオンパケットは、残りのイオンパケットが質量フィルタ１１２を出るときの残りのイオンパケットと同じｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ)１から（ｍ／ｚ)２に制限されている。再び時間Ｔ０をイオンパルサ１３４からの抽出時刻とすると、抽出される唯一のイオンは、垂直ストリップ３３０と水平領域３３４とが交差する領域３３８内に質量があるイオンである。時刻Ｔ０に対して選択された図３Ｂの位置で、領域３３８は単一のＩＭ帯域３１６と重なり、時刻Ｔ０に使用可能な他のＩＭ帯域３１２、３１４、３１８とは重ならない。したがって、この特定の時刻Ｔ０に、ｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ)１から（ｍ／ｚ)２は、１つのＩＭ帯域３１６だけに属するイオンを含み、残りのＩＭ帯域３１２、３１４、３１８からのイオンは飛行管１３８内へ送達されない。
本明細書に記載された質量フィルタリングを実施すると、（選択されたｍ／ｚ範囲内の）イオンの検出をかなり強化し、したがって感度を増大させるのには十分に高く、ＴＯＦ飛行管１３８内での連続したイオンパケット間の重なりを防ぎまたは少なくともかなり低減させるのには十分に低い抽出速度（頻度）でＴＯＦ ＭＳ１１４を多重化することができる。これによって、結果として生じるＴＯＦスペクトル中のピークの重なりが排除され、または少なくともかなり低減され、それによって所与の実験において質量スペクトルを生み出すプロセスが単純になる。例えば、多くの実験に対して、ＴＯＦスペクトルの逆畳込みはもはや必要ない。この開示の文脈では、連続したイオンパケット間の重なりを「最小化する」ことが、所与のＩＭ−ＴＯＦ実験においてＴＯＦスペクトルの逆畳込みが必要とならない程度まで、この重なりを低減させることを意味する。当業者には理解されることだが、ＴＯＦ逆畳込みを回避するのに必要な重なりの低減の程度は、実行する特定の実験（例えば試料の組成、利用するイオン化技法、イオン化条件など）に依存する。さらに、重なりを「最小化する」ことは、少量の重なりが依然として存在するような態様で重なりを低減させることだけを包含するのではなく、重なりを完全に排除する（すなわちＴＯＦ飛行管１３８内において連続したイオンパケット間に重なりが全く存在しないような態様で重なりを排除する）ことをも包含する。本明細書に開示された方法に従って実施されるとき、質量フィルタリングは、上記の条件（感度を増大させ、重なりを最小化すること）を満たす広範囲の潜在的に最適な抽出速度を使用可能にする。さらに、この最適なイオン抽出速度の範囲は、小分子から高分子量の生体高分子までの幅広いさまざまな関心の試料に対して幅広いであろう。
図４は、この実施形態に基づく質量フィルタリングを使用してＩＭ−ＴＯＦ ＭＳシステム１００を動作させた結果として取得することができるＴＯＦスペクトルの一例である。ｘ軸は、連続した一連のＴＯＦ取得サイクルをマイクロ秒を単位として表し、ｙ軸は、イオン信号強度を任意の単位で表しており、その結果、抽出されたそれぞれのイオンパケットから一連のＴＯＦスペクトル４０２〜４１２が取得された。簡単にするため、６つのＴＯＦスペクトル４０２〜４１２だけが示されている。多重化を使用しないと、ＩＭドリフト管１２２内へ注入されたそれぞれのイオンパケットに対して、ＴＯＦスペクトル４０２〜４１２のうちの１つのＴＯＦスペクトルだけが観察されるであろう。図４は、飛行管１３８内でイオンパケットの重なりが生じておらず、その結果、ＴＯＦスペクトル４０２〜４１２の重なりが存在しない一例を示す。したがって、ＴＯＦスペクトル４０２〜４１２の複雑な逆畳込みは必要なく、適当な時間補正を利用してＴＯＦスペクトル４０２〜４１２を単純に合計することができる。したがって、この実施形態は、ＩＭ取得とＴＯＦ取得の両方のデューティサイクルを最大にし、イオンの選択されたｍ／ｚ範囲に対して極めて感度の高い２Ｄスペクトルを達成することを可能にする。
比較として、図４の破線のトレースは、イオンパケットのｍ／ｚ範囲が制限されていない場合に存在するであろう（４２２〜４３０のピークなどの）ピークを表している。質量フィルタリングを使用しないと、その結果、ＴＯＦスペクトルにかなり大きな重なりが生じ、それによって、ＴＯＦ取得から質量スペクトルを構築するために複雑な逆畳込みが必要になるであろう。
前述の第１の動作モードでは、選択されたｍ／ｚ範囲に関連した隔離窓が変化せず、データ取得の全行程にわたって一定に維持される。次に、データ取得の全行程にわたって隔離窓が段階的に変化する他の方法または動作モードを説明する。この第２のモードは特に、例えばＩＭドリフト管１２２の上流のイオン集積デバイスがいっぱいになることがない低レベル信号の取得の場合など、ＩＭスペクトロメータ１０８の多重化が必要でない場合に適用される。
図１を参照すると、この第２のモードに基づく動作では、単一のイオンパケットがＩＭドリフト管１２２内へ注入される。イオンパケットがＩＭドリフト管１２２内を移動するにつれて、イオンは、イオン移動度に応じて、前述の方式で分離される。その結果生じたＩＭに従って分離されたイオンパケットはＩＭドリフト管１２２から流出し、質量フィルタ１１２内へ送達される。ＩＭに従って分離されたイオンパケットが質量フィルタ１１２内を移動するにつれて、イオンは、変化するｍ／ｚ範囲に従って隔離される。すなわち、この動作モードでは、質量フィルタ１１２が提供するｍ／ｚ範囲が時間の経過とともに高速に移動するように、例えばシステムコントローラ１１８のハードウェアモジュールおよび／またはソフトウェアモジュールによって、質量フィルタ１１２がプログラムされる（すなわち電圧の大きさおよび周波数などの質量フィルタ１１２の動作パラメータが動的に調整される）。例えば、注入されたイオンパケットの質量スペクトル全体にわたってｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ）１〜（ｍ／ｚ）２、（ｍ／ｚ）３〜（ｍ／ｚ）４、．．．、（ｍ／ｚ）ｎ−１〜（ｍ／ｚ）ｎを逐次的に確立するように、質量フィルタ１１２を動作させることができる。ここで、（ｍ／ｚ）１は最も低いｍ／ｚ比に対応し、（ｍ／ｚ）ｎは最も高いｍ／ｚ比に対応する。一般的な一実施形態では、ｍ／ｚ範囲が、重なり合うように段階的に変化する。例えば、第１のｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ）１〜（ｍ／ｚ）２を１００〜２００、第２のｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ）３〜（ｍ／ｚ）４を１０４〜２０４、第３のｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ）５〜（ｍ／ｚ）６を１０８〜２０８、．．．とすることができる。実験によっては、それぞれのｍ／ｚ範囲の幅が一定である必要はなく、連続するｍ／ｚ範囲間の重なりの量（単位はｍ／ｚ）が一定である必要がない。例えば、第１のｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ）１〜（ｍ／ｚ）２を１００〜２００、第２のｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ）３〜（ｍ／ｚ）４を１０４〜２２４、第３のｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ）５〜（ｍ／ｚ）６を１３４〜２２４、．．．とすることができる。実験によっては、連続するｍ／ｚ範囲が、重なり合うように段階に変化する必要がない。例えば、第１のｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ）１〜（ｍ／ｚ）２を１００〜２００、第２のｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ）３〜（ｍ／ｚ）４を２０１〜３０１、第３のｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ）５〜（ｍ／ｚ）６を３０２〜４０２、．．．とすることができる。このような全ての場合に、第１の動作モードの場合と同様に、制限されたｍ／ｚ範囲のそれぞれの繰返しを画定する隔離窓の幅を、数十から数百程度とすることができる。すなわち、所与の選択されたｍ／ｚ範囲の幅を１０から数百までとすることができる。第１の動作モードの場合と同様に、ＴＯＦ ＭＳ１１４内でのイオンパケット間の重なりを最小化し、または排除するための隔離窓の幅は、分析中の試料に含まれていることが分っている、または分析中の試料に含まれていると思われる分析物イオンの組成および全体のｍ／ｚ範囲（例えば軽いイオンと重いイオン）に依存する。
上記のｍ／ｚ範囲を変化させる例では、連続するそれぞれのｍ／ｚ範囲が直前のｍ／ｚ範囲よりも高いｍ／ｚ範囲である。あるいは、連続するそれぞれのｍ／ｚ範囲が直前のｍ／ｚ範囲よりも低いｍ／ｚ範囲となるようにｍ／ｚ範囲を変化させることもできる。より一般的には、連続するそれぞれのｍ／ｚ範囲が直前のｍ／ｚ範囲とは異なるｍ／ｚ範囲になるようにｍ／ｚ範囲を変化させることができる。ｍ／ｚ範囲を変化させる最も適当な方法は、実行する特定の実験によって異なりえる。
質量による隔離を変化させる上記の全ての例では、質量フィルタ１１２に通した後もイオンパケットがそのＩＭベースの分離を保持するが、ここではさらに、イオンパケットが、変化するｍ／ｚ範囲に従って質量フィルタリングされる。したがって、イオンパケットの最も移動性の大きいイオン（ＩＭに従って分離されたイオンパケットの先頭のイオン）が最初に質量フィルタ１１２に到達し、最初のｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ）１〜（ｍ／ｚ）２のカットオフ限界によってフィルタリングされる。最も移動性の大きいイオンに続いて、連続的により低い移動度のイオンが到達し、それらのイオンは、連続する中間のｍ／ｚ範囲のカットオフ限界によってフィルタリングされる。イオンパケットの最も移動度の小さいイオン（ＩＭに従って分離されたイオンパケットの最後部のイオン）は最後に質量フィルタ１１２に到達し、その特定の時刻に質量フィルタ１１２によって使用されるｍ／ｚ範囲のカットオフ限界によってフィルタリングされる。実験によっては、最も移動度の小さいイオンを、質量フィルタ１１２が使用するようにプログラムされた最後のｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ）ｎ−１〜（ｍ／ｚ）ｎのカットオフ限界によってフィルタリングすることができる。
ＩＭに従って分離され、質量フィルタに通されたイオンパケットが質量フィルタ１１２からイオンパルサ１３４内へ送達されると、イオンパルサ１３４は、イオンパルサ１３４に到達したイオンパケットからイオンを逐次的に抽出し、それによって「新たな」イオンパケットを逐次的に加速し、飛行管１３８内へ送達する。第１の動作モードの場合と同様に、抽出速度（もしくは抽出頻度）またはパルスレート（もしくはパルス頻度）は、多重化された抽出速度である。抽出されたそれぞれのイオンパケットが飛行管１３８内を移動するにつれて、イオンパケットは、速度の違いに応じて空間的および時間的に分散する。イオンが検出器１４２に到達すると、検出器１４２はそれらのイオンを計数し、イオン検出信号を生成させ、このイオン検出信号から、ＴＯＦスペクトルおよび最終的に質量スペクトルを生み出すことができる。
第１の動作モードの場合と同様に、イオンパケットに対して使用された質量フィルタリングが提供する限界は、飛行管１３８内において連続したイオンパケット間の重なりがほとんどまたは全く生じないような態様で、抽出されたイオンパケットの分散または広がりを限定する。すなわち、前述のように重なりが「最小化される」。前述のとおり、これによってＴＯＦ ＭＳ１１４を多重化し、したがって感度を増大させることが可能になり、データの取得はかなり単純化されて、ＴＯＦスペクトルの逆畳込みの必要性が排除される。次に、第２の動作モードに基づく変化する質量フィルタリングを使用する効果を図５Ａおよび５Ｂに関して説明する。
図５Ａは、ＩＭドリフト管１２２内への単一の注入から、ＴＯＦ抽出を多重化することなしに取得することができる生の２次元（２Ｄ）スペクトルの一例である。ｘ軸は、ＩＭドリフト管１２２内でのイオンのドリフト時間を表し、ｙ軸は、飛行管１３８内でのイオンの飛行時間を表す。図５Ａの単一のＩＭ帯域５０４は、ＩＭドリフト管１２２内への単一のイオンパケットの注入を表す。この議論の目的上、時刻Ｔ０、Ｔ１、．．．、ＴＮを、ＩＭドリフト管１２２から質量フィルタ１１２内へのイオンパケットのイオンの流出時刻に対応すると考えることができる。時刻Ｔ０、Ｔ１、．．．、ＴＮは、ＴＯＦ時間スケールに沿った細い垂直ストリップとしても描かれており、時刻Ｔ０におけるストリップ５３０および時刻ＴＮにおけるストリップ５３４を含む。質量フィルタ１１２は、時刻Ｔ０に、第１のｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ）０１〜（ｍ／ｚ）０２のイオンを送達するように設定されている。質量フィルタ１１２は、後続の時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３．．．に、連続的により高いｍ／ｚ範囲のイオンを送達するように設定されており、質量フィルタ１１２は、時刻ＴＮに、ｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ）１１〜（ｍ／ｚ）１２のイオンを送達するように設定されている。質量フィルタ１１２は、所与の時刻Ｔに、ＩＭ帯域５０４内のイオンの適当な位置に対応するｍ／ｚ範囲を送達するようにプログラムされている。質量フィルタ１１２の設定のこの段階的な変更は、ＩＭ帯域５０４がＩＭ−ＴＯＦ ＭＳシステム１００内を前進するときに、ｍ／ｚ窓（反復的なｍ／ｚ範囲）がＩＭ帯域５０４の形状および方向に密接に従うのに十分な頻度で実行される。このプロセスは、ｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ）０１〜（ｍ／ｚ）０２が時刻Ｔ０と交差する領域５１２、およびｍ／ｚ範囲（ｍ／ｚ）１１〜（ｍ／ｚ）１２が時刻ＴＮと交差する領域５１６によって、図５Ａに部分的に示されている。領域５１２と領域５１６はともにＩＭ帯域５０４に含まれる。ｍ／ｚ範囲を予め選択した後、飛行管１３８内での連続するイオンパケット間の重なりを回避する（または少なくとも最小化する）ことができる最大多重化頻度を決定する。あるいは、より高い多重化頻度で動作させることができるであろうより幅の狭いｍ／ｚ範囲を選択することもできる。このアプローチは、よりいっそう高い検出効率を提供するであろうが、高い検出効率が得られるのは、パルサ領域内へ到達しているイオンの部分集団に対してだけである。
図５Ｂは、ＴＯＦ抽出を多重化したときにＩＭドリフト管内への単一の注入から取得することができる生の２次元（２Ｄ）スペクトルの一例である。多重化された抽出速度のため、単一のＩＭ帯域５０４によって表されたデータは、垂直次元（ＴＯＦに対する時間スケール）に沿って複数回、複製され、それによってそのデータは、図５Ａに示された程度よりもはるかに大きな程度で２Ｄ空間を埋める。例として、図５Ｂは、６つのＴＯＦ抽出を表すＩＭ帯域５０４の５つのコピーを示している。流出したイオンパケットのそれぞれの部分（それぞれの部分は概ね流出時刻Ｔ０、Ｔ１、．．．、ＴＮに対応する）から複数回のＴＯＦ抽出が実行されるため、データは、それぞれの時刻に使用可能な２Ｄ空間全体から集められる。例えば、時刻Ｔ０には、単一の領域５１２からだけでなく、垂直ストリップ５３０全体の他の領域からもデータが集められる。別の言い方をすれば、時刻Ｔ０に最初のＴＯＦ抽出から取得されたデータが領域５１２に対応することがあり、次のＴＯＦ抽出（最初のＴＯＦ抽出から非常に短い時間の後に実行される）から取得されたデータが、領域５１２のすぐ上の垂直ストリップ５３０の領域に対応することがある。以下同様である。続いて、イオンパケットの残りの部分（すなわち残りの流出時刻Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、．．．、ＴＮ）に対して複数のＴＯＦ抽出が繰り返される。このようにして、そのイオンパケットから、ＴＯＦ抽出を多重化することによって使用可能になった２Ｄ空間全体にわたってデータが取得される。このプロセスの実行中に、ｍ／ｚ範囲を、図５Ａに関して先に説明した方式で段階的に変化させる。このようにすると、注入されたイオンパケットのイオンの全てを取得することができ、制限された１つのｍ／ｚ範囲内だけでなく関心の試料のスペクトル全体にわたって感度が強化される。
さらに、質量フィルタリングを利用して、分析には無関係な背景イオン（例えば汚染物質または溶媒マトリックスから生成しうる背景イオンなど）を質量スペクトルから排除することができる。背景イオンは一般に、この２Ｄ空間においてより広い分布を有し、その分布はＩＭ帯域に従わない。
第２の動作モードを実現するこの方法を、追加のイオンパケットに対して繰り返すことができ、それぞれのイオンパケットは、ＩＭドリフト管１２２内へ一度に１パケットずつ注入される。
図６は、前述の質量フィルタリングモードを含む本明細書に記載された方法を実施する際に利用することができるハイブリッドＩＭ−ＴＯＦ ＭＳシステム２００の他の例の略図である。この実施形態では、質量フィルタ１１２が、ＩＭドリフト管１２２とＴＯＦ ＭＳ１１４の間ではなく、ＴＯＦ ＭＳ１１４の飛行管１３８内に配置される。質量フィルタ１１２は、図１に関して例として上で説明した構成など、適当な任意の構成をとることができる。質量フィルタ１１２が図６に示すように配置されるとき、現時点では、ブラッドバリー−ニールセンゲートまたは類似のイオン光学デバイスが、より一般的な実施形態として企図される。ブラッドバリー−ニールセンゲート（または類似のデバイス）は一般に、イオンの飛行（イオン飛行経路１５０）と直交する平面内に配置された一組の平行な導線（または格子として配置された導線のアレイ）を含む。当業者には理解されることだが、交番導線には、位相が１８０度ずれたパルス高周波電圧が印加される。このパルス電圧は、ゲートが「開いている」ある時間の間に導線を通過する選択されたｍ／ｚ範囲内のイオンだけが、イオン飛行経路に沿って進むことができるようなタイミングで印加される。選択されたｍ／ｚ範囲の外側のイオンは、ゲートが「閉じている」別の時間の間に、例として６０４で示されているイオン飛行経路からイオンがそれるような態様で導線を通過する。
図７は、（Ａ）イオンパルサ１３４に印加されるＴＯＦ電圧、および（Ｂ）ブラッドバリー−ニールセンゲートまたは類似のイオン光学デバイスとして構成された質量フィルタ１１２に印加される偏向電圧の一般的なタイミングシーケンスを示す。この実施形態では、質量フィルタ１１２の偏向要素に印加される電圧は通常は「ハイ」であり、全てのイオンは偏向され、したがって検出器１４２には到達しない。所望のｍ／ｚ範囲内のイオンが質量フィルタ１１２内を移動しているときには、偏向電圧をゼロに低下させる。
本明細書に記載された方法に関連した質量フィルタ１１２として利用することができるイオン光学デバイスの他の例として、一組の平行な偏向板を提供することができる。この一組の平行な偏向板は、偏向板間に適当な電位差が印加されたときにイオンを偏向させる。より一般的には、イオン光学デバイスは、指定された時間間隔の間だけイオンの送達を防ぐように構成することができる任意の電極幾何構造を含むことができる。
動作時、ＩＭに従って分離されたイオンパケットは、質量フィルタリングされることなく、ＴＯＦ ＭＳ１１４のイオンパルサ１３４内へ送達される。その代わりに、それらのイオンパケットは、図６および７から明らかなように、イオンパルサ１３４によって抽出され、飛行管１３８内へ送達された後に質量フィルタに通され、その間に、イオンは分離され始める。この実施形態では、質量フィルタリングを容易にするために抽出された１つのイオンパケットからのイオンが十分に分離されるが、それらのイオンが他のイオンパケットからのイオンと重なるほどにはまだ十分には分離されないイオンパルサ１３４の後ろのある位置に、質量フィルタ１１２が配置される。図１に関して上で説明した実施形態の場合と同様に、イオンの質量フィルタリングは、飛行管１３８内において連続したイオンパケット間の重なりがほとんどまたは全く生じないような態様でイオンの分散または広がりを限定し、この場合もやはり、データの取得および解析が大幅に単純になる。
上で説明し図６および７に示した実施形態を利用して、第１の動作モードおよび第２の動作モードのうちのいずれの動作モードも実現することができる。図６の場合のようにイオンパルサ１３４のすぐ「下流に」質量フィルタ１１２が配置されるときには、図３Ａおよび３Ｂ（第１の動作モード）に示された時刻Ｔ０が、抽出されたイオンパケットのイオンがまさに分離され始め、飛行管１３８内に配置された質量フィルタ１１２に遭遇する抽出直後の時刻に対応すると考えることができる。あるいは、図５Ａおよび５Ｂに示された第２の動作モードを実現するときには、前述の段階的質量フィルタリング方式のうちのいずれかの段階的質量フィルタリング方式に従ってイオン質量隔離の範囲を時間の経過に伴って変更するように、図６に示されたＴＯＦ内に配置された質量フィルタ１１２をプログラムすることができる。
（例示的な実施形態）
本明細書に開示された主題に従って提供される例示的な実施形態には、限定はされないが、以下のものが含まれる。
１．イオンからスペクトル測定データを取得する方法であって、
イオン移動度（ＩＭ）ドリフト管内へ複数のイオンパケットを逐次的に注入するステップであり、注入された少なくとも２つのイオンパケットがＩＭドリフト管内に同時に存在するような多重化された注入速度で注入が実行されるステップと、
イオンがＩＭドリフト管内でドリフトしているときに、注入されたそれぞれのイオンパケット中のイオンをＩＭに従って分離して、注入された対応するそれぞれのイオンパケットから、ＩＭに従って分離された複数のイオンパケットを生み出すステップと、
ＩＭに従って分離されたイオンパケットを質量フィルタ内へ送達して、質量フィルタに通された複数のイオンパケットを生み出すステップであり、質量フィルタに通されたそれぞれのイオンパケットが、質量フィルタに通された残りのイオンパケットのイオンと同じ選択されたｍ／ｚ範囲のイオンを含むステップと、
質量フィルタに通されたイオンパケットを飛行時間型（ＴＯＦ）質量分析器のパルサ内へ送達するステップと、
パルサから複数のイオンパケットを逐次的に抽出し、ＴＯＦ質量分析器の飛行管内へ送達して、質量フィルタに通されたイオンパケットから、抽出された複数のイオンパケットを生み出すステップであり、質量フィルタに通された同じイオンパケットから２つ以上のイオンパケットが抽出され、抽出された少なくとも２つのイオンパケットが飛行管内に同時に存在するような多重化された抽出速度で抽出が実行されるステップと、
イオンが飛行管内でドリフトしているときに、抽出されたそれぞれのイオンパケット中のイオンをＴＯＦに従って分離して、飛行管内において、抽出された対応するそれぞれのイオンパケットから、ＴＯＦに従って分離された複数のイオンパケットを生み出すステップと、
イオンがＴＯＦ質量分析器の検出器に到達したときに、ＴＯＦに従って分離されたイオンパケットのイオンを検出するステップと
を含む方法。
２．イオンからスペクトル測定データを取得する方法であって、
イオン移動度（ＩＭ）ドリフト管内へ複数のイオンパケットを逐次的に注入するステップであり、注入された少なくとも２つのイオンパケットがＩＭドリフト管内に同時に存在するような多重化された注入速度で注入が実行されるステップと、
イオンがＩＭドリフト管内でドリフトしているときに、注入されたそれぞれのイオンパケット中のイオンをＩＭに従って分離して、注入された対応するそれぞれのイオンパケットから、ＩＭに従って分離された複数のイオンパケットを生み出すステップと、
ＩＭに従って分離されたイオンパケットを飛行時間型（ＴＯＦ）質量分析器のパルサ内へ送達するステップと、
パルサから複数のイオンパケットを逐次的に抽出し、ＴＯＦ質量分析器の飛行管内へ送達して、ＩＭに従って分離されたイオンパケットから、抽出された複数のイオンパケットを生み出すステップであり、ＩＭに従って分離された同じイオンパケットから２つ以上のイオンパケットが抽出され、抽出された少なくとも２つのイオンパケットが飛行管内に同時に存在するような多重化された抽出速度で抽出が実行されるステップと、
イオンが飛行管内でドリフトしているときに、抽出されたそれぞれのイオンパケット中のイオンをＴＯＦに従って分離して、飛行管内において、抽出された対応するそれぞれのイオンパケットから、ＴＯＦに従って分離された複数のイオンパケットを生み出すステップと、
抽出されたそれぞれのイオンパケット中のイオンを分離している間に、抽出されたイオンパケットを質量フィルタ内へ送達して、質量フィルタに通された複数のイオンパケットを生み出すステップであり、質量フィルタに通されたそれぞれのイオンパケットが、質量フィルタに通された残りのイオンパケットのイオンと同じ選択されたｍ／ｚ範囲のイオンを含むステップと、
イオンがＴＯＦ質量分析器の検出器に到達したときに、質量フィルタに通されたイオンパケットのイオンを検出するステップと
を含む方法。
３．イオンからスペクトル測定データを取得する方法であって、
イオン移動度（ＩＭ）ドリフト管内へイオンパケットを注入するステップと、
イオンがＩＭドリフト管内でドリフトしているときに、イオンパケット中のイオンをＩＭに従って分離して、ＩＭドリフト管内において、ＩＭに従って分離されたイオンパケットを生み出すステップと、
ＩＭに従って分離されたイオンパケットを質量フィルタ内へ送達するステップと、
ＩＭに従って分離されたイオンパケットを質量フィルタ内へ送達している間に、第１のｍ／ｚ範囲の第１のイオンを隔離し、この第１のイオンを、飛行時間型（ＴＯＦ）質量分析器のパルサ内へ送達するステップと、
この第１のイオンをパルサ内へ送達している間に、パルサから第１のイオンの複数のイオンパケットを逐次的に抽出し、ＴＯＦ質量分析器の飛行管内へ送達するステップであり、第１のイオンの抽出された少なくとも２つのイオンパケットが飛行管内に同時に存在するような多重化された抽出速度で抽出が実行されるステップと、
ＩＭに従って分離されたイオンパケットを質量フィルタ内へ送達している間の第１のイオンを隔離した後に、第１のｍ／ｚ範囲よりも高い第２のｍ／ｚ範囲の第２のイオンを隔離し、この第２のイオンをパルサ内へ送達するステップと、
第２のイオンをパルサ内へ送達している間に、第２のイオンの複数のイオンパケットを逐次的に抽出し、飛行管内へ送達するステップであり、第２のイオンの抽出された少なくとも２つのイオンパケットが飛行管内に同時に存在するような多重化された抽出速度で抽出が実行されるステップと、
イオンが飛行管内でドリフトしているときに、第１のイオンの抽出されたそれぞれのイオンパケット中のイオンおよび第２のイオンの抽出されたそれぞれのパケット中のイオンをＴＯＦに従って分離して、飛行管内において、抽出された対応するそれぞれのイオンパケットから、ＴＯＦに従って分離された複数のイオンパケットを生み出すステップと、
イオンがＴＯＦ質量分析器の検出器に到達したときに、ＴＯＦに従って分離されたイオンパケットのイオンを検出するステップと
を含む方法。
４．イオンからスペクトル測定データを取得する方法であって、
イオン移動度（ＩＭ）ドリフト管内へイオンパケットを注入するステップと、
イオンがＩＭドリフト管内でドリフトしているときに、注入されたイオンパケット中のイオンをＩＭに従って分離して、ＩＭドリフト管内において、ＩＭに従って分離されたイオンパケットを生み出すステップと、
ＩＭに従って分離されたイオンパケットを飛行時間型（ＴＯＦ）質量分析器のパルサ内へ送達するステップと、
第１のイオンをパルサ内へ送達している間に、パルサから第１のイオンの複数のイオンパケットを逐次的に抽出し、ＴＯＦ質量分析器の飛行管内へ送達するステップであり、抽出された少なくとも２つのイオンパケットが飛行管内に同時に存在するような多重化された抽出速度で抽出が実行されるステップと、
第１のｍ／ｚ範囲の第１のイオンを隔離して、第１のイオンの抽出された複数のイオンパケットを生み出すステップと、
第１のイオンを隔離した後に、第１のｍ／ｚ範囲よりも高い第２のｍ／ｚ範囲の第２のイオンを分離して、第２のイオンの抽出された複数のイオンパケットを生み出すステップと、
イオンが飛行管内でドリフトしているときに、第１のイオンの抽出されたそれぞれのイオンパケット中のイオンおよび第２のイオンの抽出されたそれぞれのパケット中のイオンをＴＯＦに従って分離して、飛行管内において、抽出された対応するそれぞれのイオンパケットから、ＴＯＦに従って分離された複数のイオンパケットを生み出すステップと、
ＴＯＦ質量分析器の検出器にイオンが到達したときに、ＴＯＦに従って分離されたイオンパケットのイオンを検出するステップと
を含む方法。
５．前記実施形態のうちのいずれか１つの実施形態に記載の方法を実行するように構成されたＩＭ−ＴＯＦ ＭＳシステム。
６．前記実施形態のうちのいずれか１つの実施形態に記載の方法を実行するための命令を含むコンピュータ可読記憶媒体。
７．実施形態６に記載のコンピュータ可読記憶媒体を含むＩＭ−ＴＯＦ ＭＳシステム。
８．ＩＭ−ＴＯＦ ＭＳシステムであって、
ＩＭドリフト管と、
ＩＭドリフト管から流出したイオンを受け取るように配置されたＴＯＦ飛行管、パルサ、検出器、およびパルサと検出器の間のイオン飛行経路を画定する電場のないドリフト領域を備えるＴＯＦ ＭＳと、
調整可能なあるｍ／ｚ範囲内のイオンを選択して送達するように構成された質量フィルタであり、ＩＭドリフト管とＴＯＦ飛行管の間、またはパルサの下流のＴＯＦ飛行管内に配置された質量フィルタと
を備えるＩＭ−ＴＯＦ ＭＳシステム。
９．イオンからスペクトル測定データを取得する方法であって、
イオン移動度（ＩＭ）ドリフト管内へ複数のイオンパケットを逐次的に注入するステップであり、少なくとも２つのイオンパケットがＩＭドリフト管内に同時に存在するような多重化された注入速度で注入が実行されるステップと、
イオンがＩＭドリフト管内でドリフトしているときに、それぞれのイオンパケット中のイオンをＩＭに従って分離するステップと、
イオンパケットを、飛行時間型（ＴＯＦ）質量分析器のパルサ内へ送達するステップと、
パルサから新たな複数のイオンパケットを逐次的に抽出し、ＴＯＦ質量分析器の飛行管内へ送達するステップであり、パルサ内へ送達された同じイオンパケットから２つ以上のイオンパケットが抽出され、抽出された少なくとも２つのイオンパケットが飛行管内に同時に存在するような多重化された抽出速度で抽出が実行されるステップと、
イオンが飛行管内でドリフトしているときに、抽出されたそれぞれのイオンパケット中のイオンをＴＯＦに従って分離するステップと、
飛行管から検出器にイオンが到達したときにイオンを検出するステップと、
イオンを検出する前に、特定のｍ／ｚ範囲のイオンだけを選択するステップであり、飛行管内のそれぞれのイオンパケットが、残りのイオンパケットのイオンと同じ選択されたｍ／ｚ範囲のイオンを含み、飛行管内での連続したイオンパケット間の重なりが最小化されるステップと
を含む方法。
１０．前記特定のｍ／ｚ範囲の幅が１０から数百の範囲にある、実施形態９に記載の方法。
１１．イオンからスペクトル測定データを取得する方法であって、
イオン移動度（ＩＭ）ドリフト管内へ複数のイオンパケットを逐次的に注入するステップであり、少なくとも２つのイオンパケットがＩＭドリフト管内に同時に存在するような多重化された注入速度で注入が実行されるステップと、
イオンがＩＭドリフト管内でドリフトしているときに、それぞれのイオンパケット中のイオンをＩＭに従って分離するステップと、
イオンパケットを飛行時間型（ＴＯＦ）質量分析器のパルサ内へ送達するステップと、
パルサから新たな複数のイオンパケットを逐次的に抽出し、ＴＯＦ質量分析器の飛行管内へ送達するステップであり、パルサ内へ送達された同じイオンパケットから２つ以上のイオンパケットが抽出され、抽出された少なくとも２つのイオンパケットが飛行管内に同時に存在するような多重化された抽出速度で抽出が実行されるステップと、
イオンが飛行管内でドリフトしているときに、抽出されたそれぞれのイオンパケット中のイオンをＴＯＦに従って分離するステップと、
飛行管から検出器にイオンが到達したときにイオンを検出するステップと、
イオンを検出する前に、特定のｍ／ｚ範囲のイオンだけを選択するステップであり、飛行管内のそれぞれのイオンパケットが、残りのイオンパケットのイオンと同じ選択されたｍ／ｚ範囲のイオンを含み、前記特定のｍ／ｚ範囲の幅が１０から数百の範囲にあるステップと
を含む方法。
１２．イオンからスペクトル測定データを取得する方法であって、
イオン移動度（ＩＭ）ドリフト管内へイオンパケットを注入するステップと、
イオンがＩＭドリフト管内でドリフトしているときに、イオンパケット中のイオンをＩＭに従って分離するステップと、
イオンパケットを、飛行時間型（ＴＯＦ）質量分析器のパルサ内へ送達するステップと、
パルサから新たな複数のイオンパケットを逐次的に抽出し、ＴＯＦ質量分析器の飛行管内へ送達するステップであり、パルサ内へ送達された同じイオンパケットから２つ以上のイオンパケットが抽出され、抽出された少なくとも２つのイオンパケットが飛行管内に同時に存在するような多重化された抽出速度で抽出が実行されるステップと、
イオンが飛行管内でドリフトしているときに、抽出されたそれぞれのイオンパケット中のイオンをＴＯＦに従って分離するステップと、
イオンがＴＯＦ質量分析器の検出器に到達したときに、ＴＯＦに従って分離されたイオンパケットのイオンを検出するステップと、
イオンを検出する前に、連続するｍ／ｚ範囲内のイオンを選択するステップであり、連続するそれぞれのｍ／ｚ範囲が直前のｍ／ｚ範囲とは異なるｍ／ｚ範囲であり、それぞれのｍ／ｚ範囲の幅が、飛行管内での連続したイオンパケット間の重なりを最小化するように選択されたステップと
を含む方法。
１３．前記連続するｍ／ｚ範囲の幅が数十から数百の範囲にある、実施形態１２に記載の方法。
１４．少なくとも１つのｍ／ｚ範囲が、以前のｍ／ｚ範囲と少なくとも部分的に重なる、実施形態１２または１３に記載の方法。
１５．ＴＯＦに従って分離されたイオンパケットの逆畳込みを必要とせずに、検出されたイオンの質量スペクトルを生み出すステップを含む、実施形態９〜１４のいずれかに記載の方法。
１６．ＩＭに従って分離された隣接する少なくとも２つのイオンパケットがＩＭドリフト管内で少なくとも部分的に重なり、この方法がさらに、検出されたイオンの質量スペクトルを生み出すステップを含み、質量スペクトルを生み出す前記ステップが、ＩＭに従って分離されたイオンパケットの逆畳込みを実行するステップを含む、実施形態９〜１５のいずれかに記載の方法。
１７．イオンを選択する前記ステップが、それぞれのイオンパケット中のイオンをＩＭに従って分離した後に、前記イオンパケットを質量フィルタに通すステップを含み、パルサ内へ送達されるイオンパケットが、質量フィルタに通されたイオンパケットである、実施形態９〜１６のいずれかに記載の方法。
１８．イオンを選択する前記ステップが、パルサからイオンパケットを抽出した後に、イオンパケットを、飛行管内に配置された質量フィルタに通すステップを含む、実施形態９〜１６のいずれかに記載の方法。
１９．イオンを選択する前記ステップが、イオンパケットを、重極質量フィルタ、イオン光学デバイスおよびブラッドバリー−ニールセンゲートからなるグループから選択された質量フィルタに通すステップを含む、実施形態９〜１８のいずれかに記載の方法。
２０．イオンを検出した後に、ドリフト管内へ注入する１つまたは複数の追加のイオンパケットに対して請求項９のステップを繰り返すステップを含む、実施形態１２〜１９のいずれかに記載の方法。
２１．連続するそれぞれのｍ／ｚ範囲が直前のｍ／ｚ範囲よりも高いｍ／ｚ範囲である、実施形態１２〜２０のいずれかに記載の方法。
２２．連続するそれぞれのｍ／ｚ範囲が直前のｍ／ｚ範囲よりも低いｍ／ｚ範囲である、実施形態１２〜２０のいずれかに記載の方法。
２３．ＩＭドリフト管と、質量フィルタと、ＴＯＦ質量分析器と通信するシステムコントローラを備え、実施形態９〜２２のうちのいずれかの実施形態を実行するように構成されたイオン移動度飛行時間型質量分析器システム。
本明細書に記載されたプロセス、サブプロセスおよびプロセスステップのうちの１つまたは複数のプロセス、サブプロセスまたはプロセスステップは、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアまたはこれらのうちの２つ以上の組合せによって、１つまたは複数の電子デバイスまたはディジタル制御されたデバイス上で実行することができることが理解される。このソフトウェアは、例えば図１および６に概略的に示されたシステムコントローラ１１８などの適当な電子式処理構成要素または電子式処理システム内のソフトウェア記憶装置（図示せず）内に置くことができる。このソフトウェア記憶装置は、論理機能（すなわちディジタル回路、ソースコードなどのディジタル形態、またはアナログ電気信号、アナログ音響信号、アナログビデオ信号などのアナログ源などのアナログ形態で実現することができる「論理」）を実現するための実行可能命令の順序付けられたリストを含むことができる。それらの命令は、処理モジュール内で実行することができ、この処理モジュールには例えば、１つまたは複数のマイクロプロセッサ、汎用プロセッサ、プロセッサの組合せ、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）または特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）が含まれる。さらに、略図は、アーキテクチャまたは機能の物理的なレイアウトによって限定されない物理的な（ハードウェアおよび／またはソフトウェア）実施態様を有する機能の論理的分割を記載している。本明細書に記載したシステムの例は、さまざまな構成で実現することができ、単一のハードウェア／ソフトウェアユニット内のハードウェア／ソフトウェア構成要素として、または別個のハードウェア／ソフトウェアユニット内のハードウェア／ソフトウェア構成要素として動作することができる。
実行可能命令は、命令が記憶されたコンピュータプログラム製品として実現することができ、それらの命令は、電子システム（例えば図１のシステムコントローラ１１８）の処理モジュールによって実行されたときに、それらの命令を実行するよう電子システムに指示する。このコンピュータプログラム製品は、コンピュータベースの電子システム、プロセッサを含むシステムなどの命令を実行するシステム、装置もしくはデバイス、または命令を実行するシステム、装置もしくはデバイスから命令を選択的に取り出し、取り出した命令を実行することができる他のシステムによって使用される非一時的な任意のコンピュータ可読記憶媒体、あるいはこれらのシステム、装置もしくはデバイスに接続された非一時的な任意のコンピュータ可読記憶媒体として選択的に具体化することができる。本開示の文脈では、コンピュータ可読記憶媒体が、プログラムを記憶することができる非一時的手段であって、命令を実行するシステム、装置もしくはデバイスによって使用される非一時的手段、または命令を実行するシステム、装置またはデバイスに接続された非一時的手段である。非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、選択的に、例えば、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線または半導体システム、装置またはデバイスとすることができる。非一時的コンピュータ可読媒体のより具体的な例の非網羅的なリストには、１本または数本の導線を有する電気接続（電子媒体）、携帯可能なコンピュータディスケット（磁気媒体）、ランダムアクセスメモリ（電子媒体）、リードオンリーメモリ（電子媒体）、例えばフラッシュメモリなどの消去可能／書込み可能リードオンリーメモリ（電子媒体）、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどのコンパクトディスク記憶装置（光学媒体）、およびディジタルバーサタイルディスク記憶装置（すなわちＤＶＤ）（光学媒体）などが含まれる。非一時的コンピュータ可読記憶媒体が、プログラムが印刷された紙または他の適当な媒体である場合もあることに留意されたい。これは、例えばその紙または他の媒体を光学的に走査することによってプログラムを電子式に捕捉し、次いで、必要ならば、そのプログラムを適当な方法でコンパイルし、翻訳し、または他の方法で処理し、次いでそのプログラムをコンピュータ記憶装置または機械記憶装置に記憶することができるからである。
本明細書で使用される用語「信号通信状態にある（ｉｎ ｓｉｇｎａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）」は、２つ以上のシステム、デバイス、構成要素、モジュールまたはサブモジュールが、あるタイプの信号経路に沿って伝搬する信号を介して互いに通信することができることを意味する。この信号は、第１のシステム、デバイス、構成要素、モジュールまたはサブモジュールと第２のシステム、デバイス、構成要素、モジュールまたはサブモジュールの間の信号経路に沿って、第１のシステム、デバイス、構成要素、モジュールまたはサブモジュールから、第２のシステム、デバイス、構成要素、モジュールまたはサブモジュールへ情報、電力またはエネルギーを伝達することができる通信信号、電力信号、データ信号またはエネルギー信号とすることができる。この信号経路は、物理的な接続、電気的な接続、磁気的な接続、電磁気的な接続、電気化学的な接続、光学的な接続、有線接続または無線接続を含むことができる。この信号経路はさらに、第１のシステム、デバイス、構成要素、モジュールまたはサブモジュールと第２のシステム、デバイス、構成要素、モジュールまたはサブモジュールの間に、追加のシステム、デバイス、構成要素、モジュールまたはサブモジュールを含むことができる。
より一般的には、「通信する（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅ）」、「〜と．．．通信状態にある（ｉｎ．．．ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ）」などの用語（例えば第１の構成要素は第２の構成要素と「通信する」、または第１の構成要素は第２の構成要素と「通信状態にある」）は、本明細書において、２つ以上の構成要素または要素間の構造的、機能的、機械的、電気的、信号的、光学的、磁気的、電磁気的、イオン的または流体的関係を示すために使用される。そのため、１つの構成要素が第２の構成要素と通信するとの言及が、第１の構成要素と第２の構成要素の間に、および／または第１の構成要素と第２の構成要素の間に動作可能に結合されて、もしくは第１の構成要素と第２の構成要素の間に係合されて、追加の構成要素が存在しうる可能性を排除することは意図されていない。
本発明の範囲から逸脱することなく、本発明のさまざまな態様または詳細を変更することができることが理解される。さらに、上記の説明は例示だけが目的であり、限定を目的としたものではない。本発明は、下記の特許請求の範囲によって定義される。

Claims (9)

  1. イオンからスペクトル測定データを取得する方法であって、
    イオン移動度（ＩＭ）ドリフト管（１２２）内へイオンパケットを注入するステップと、
    前記イオンパケット中のイオンが前記ＩＭドリフト管内でドリフトしているときに、このイオンをＩＭに従って分離するステップと、
    前記イオンパケットを、飛行時間型（ＴＯＦ）質量分析器（１１４）のパルサ（１３４）内へ送達するステップと、
    前記パルサから新たな複数のイオンパケットを逐次的に抽出し、前記ＴＯＦ質量分析器の飛行管（１３８）内へ送達するステップであり、前記パルサ内へ送達された同じイオンパケットから前記新たな複数のイオンパケットが抽出され、この抽出された新たな複数のイオンパケットの少なくとも３つが前記飛行管内に同時に存在するような多重化された抽出速度で抽出が実行されるステップと、
    前記新たな複数のイオンパケットが前記飛行管内でドリフトしているときに、前記新たな複数のイオンパケットの各イオンパケットについてイオンをＴＯＦに従って分離するステップと、
    前記新たな複数のイオンパケットの各イオンパケットのイオンが前記ＴＯＦ質量分析器の検出器（１４２）に到達したときに、ＴＯＦに従って分離された前記新たな複数のイオンパケットの各イオンパケットのイオンを検出するステップと、
    前記新たな複数のイオンパケットの各イオンパケットのイオンを検出する前に、前記飛行管内での連続した前記新たな複数のイオンパケット間の重なりが最小化されるようなイオンのｍ／ｚ範囲を選択するステップと
    を含み、
    前記イオンパケットを注入するステップが、前記ＩＭドリフト管内へ複数のイオンパケットを逐次的に注入するステップであり、少なくとも３つのイオンパケットが前記ＩＭドリフト管内に同時に存在するような多重化された注入速度で注入が実行されるステップを含み、
    前記イオンのｍ／ｚ範囲を選択するステップが、特定のｍ／ｚ範囲のイオンだけを選択するステップであり、前記飛行管内の前記新たな複数のイオンパケットの各イオンパケットが、同じ選択された前記特定のｍ／ｚ範囲のイオンを含むステップを含む、方法。
  2. イオンからスペクトル測定データを取得する方法であって、
    イオン移動度（ＩＭ）ドリフト管（１２２）内へイオンパケットを注入するステップと、
    前記イオンパケット中のイオンが前記ＩＭドリフト管内でドリフトしているときに、このイオンをＩＭに従って分離するステップと、
    前記イオンパケットを、飛行時間型（ＴＯＦ）質量分析器（１１４）のパルサ（１３４）内へ送達するステップと、
    前記パルサから新たな複数のイオンパケットを逐次的に抽出し、前記ＴＯＦ質量分析器の飛行管（１３８）内へ送達するステップであり、前記パルサ内へ送達された同じイオンパケットから前記新たな複数のイオンパケットが抽出され、この抽出された新たな複数のイオンパケットの少なくとも３つが前記飛行管内に同時に存在するような多重化された抽出速度で抽出が実行されるステップと、
    前記新たな複数のイオンパケットが前記飛行管内でドリフトしているときに、前記新たな複数のイオンパケットの各イオンパケットについてイオンをＴＯＦに従って分離するステップと、
    前記新たな複数のイオンパケットの各イオンパケットのイオンが前記ＴＯＦ質量分析器の検出器（１４２）に到達したときに、ＴＯＦに従って分離された前記新たな複数のイオンパケットの各イオンパケットのイオンを検出するステップと、
    前記新たな複数のイオンパケットの各イオンパケットのイオンを検出する前に、前記飛行管内での連続した前記新たな複数のイオンパケット間の重なりが最小化されるようなイオンのｍ／ｚ範囲を選択するステップと
    を含み、
    前記イオンのｍ／ｚ範囲を選択するステップが、連続するｍ／ｚ範囲内のイオンを選択するステップを含み、連続するそれぞれのｍ／ｚ範囲が直前のｍ／ｚ範囲とは異なるｍ／ｚ範囲であり、それぞれのｍ／ｚ範囲の幅が、前記飛行管内での連続した前記新たな複数のイオンパケット間の重なりを最小化するように選択され、前記イオンパケットを注入するステップが、それぞれのイオンパケットを前記ＩＭドリフト管内へ一度に１パケットずつ注入するステップである、方法。
  3. 前記ｍ／ｚ範囲、前記特定のｍ／ｚ範囲または前記連続するｍ／ｚ範囲の幅が、十から四百の範囲にある、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記イオンのｍ／ｚ範囲を選択するステップが、前記イオンパケット中のイオンをＩＭに従って分離するステップの後に、このイオンパケットを質量フィルタ（１１２）に通すステップを含み、前記パルサ内へ送達される前記イオンパケットが、この質量フィルタに通されたイオンパケットである、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記イオンのｍ／ｚ範囲を選択するステップが、前記パルサから前記新たな複数のイオンパケットを抽出した後に、この抽出した新たな複数のイオンパケットを、前記飛行管内に配置された質量フィルタ（１１２）に通すステップを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記イオンのｍ／ｚ範囲を選択するステップが、前記イオンパケットまたは前記新たな複数のイオンパケットを、多重極質量フィルタ、イオン光学デバイスおよびブラッドバリー−ニールセンゲートからなるグループから選択された質量フィルタ（１１２）に通すステップを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記イオンを検出した後に、前記ドリフト管内へ注入する１つまたは複数の追加のイオンパケットに対して請求項２に記載の一連のステップを再び行うステップを含む、請求項２に記載の方法。
  8. 前記連続するｍ／ｚ範囲のそれぞれが、直前のｍ／ｚ範囲よりも高いｍ／ｚ範囲または直前のｍ／ｚ範囲よりも低いｍ／ｚ範囲である、請求項２に記載の方法。
  9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されたイオン移動度飛行時間型質量分析器システム（１００）であって、前記ＩＭドリフト管（１２２）と、前記イオンのｍ／ｚ範囲を選択するステップを行うための質量フィルタ（１１２）と、前記ＴＯＦ質量分析器（１１４）との通信を行うシステムコントローラ（１１８）を備えたシステム。
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