JP6774958B2 - 質量分析計のロバスト性を向上させるためのｒｆ／ｄｃフィルタ - Google Patents

Description

（関連出願）
本願は、２０１５年４月１日に出願された米国仮出願第６２／１４１，４６６号からの優先権の利益を主張するものであり、該仮出願の全体の内容は、参照により本明細書中に援用される。

本発明は、質量分析計に関し、より具体的には、イオンを伝送するために多極イオンガイドを利用する方法および装置に関する。

質量分析計（ＭＳ）は、定量的および定質的用途の両方を伴う、試験基質の基本組成を判定するための解析技法である。例えば、ＭＳは、未知の化合物を同定するために、分子中の元素の同位体組成を判定するために、およびその断片化を観察することによって特定の化合物の構造を判定するために、ならびにサンプル中の特定の化合物の量を定量化するために、使用されることができる。

質量分析法では、サンプル分子は、概して、イオン源を使用してイオンに変換され、次いで、１つまたはそれを上回る質量分析器によって分離および検出される。大部分の大気圧イオン源に関して、イオンは、真空チャンバ内に配置されるイオンガイドへの入射に先立って、入口オリフィスを通して通過する。従来の質量分析計システムでは、イオンガイドに印加される無線周波数（ＲＦ）信号は、イオンが、質量分析器が配置される、後続のより低い圧力の真空チャンバの中に移送されるにつれて、イオンガイドの中心軸に沿って、衝突冷却および半径方向集束を提供する。大気圧におけるイオン化（例えば、化学イオン化、エレクトロスプレーによって）は、概して、サンプル中の分子をイオン化する高効率手段であるため、着目検体のイオンだけではなく、干渉／汚染イオンおよび中性分子も、大量に生成され得る。イオンガイドに入射する着目イオンの数を増加させるために、イオン源とイオンガイドとの間の入口オリフィスのサイズを増加させる（それによって、潜在的に、ＭＳ器具の感度を増加させる）ことが望ましくあり得るが、そのような構成も同様に、より多くの望ましくない分子が、真空チャンバと、潜在的に、着目イオンの軌道が電場によって精密に制御される、高真空チャンバの内側深くに位置する、下流の質量分析器段とに入射することを可能にし得る。望ましくないイオンおよび中性分子の伝送は、これらの下流の要素を汚損／汚染し得、それによって、質量分析解析に干渉する、および／または高真空チャンバ内の侵襲的成分の清掃によって必要となるコストの増加もしくはスループットの低下につながる。今日の大気圧イオン化源を用いて分析されている、より大量のサンプル装填量および生物学的ベースのサンプルの汚染性質のため、清潔な質量分析器を維持することは、重要な懸念のままである。

故に、下流の質量分析器中の汚染を低減させるための改良された方法およびシステムの必要性が、残っている。

本出願人の教示の種々の実施形態のある側面によると、イオンを発生させるためのイオン源と、イオン源によって発生されるイオンを受容するための入口オリフィスと、イオンをイオンガイドチャンバから、少なくとも１つの質量分析器（例えば、三連四重極、線形イオントラップ、四重極飛行時間型、Ｏｒｂｉｔｒａｐ、または他のフーリエ変換質量分析計等）を格納する、真空チャンバの中に伝送するための少なくとも１つの出射開口とを有する、イオンガイドチャンバとを備える、質量分析計システムが、提供される。種々の側面によると、イオンガイドチャンバは、全て非限定的実施例であるが、約１ｍＴｏｒｒ〜約１０ｍＴｏｒｒの範囲内の圧力に維持されることができる一方、真空チャンバは、より低い圧力（例えば、１×１０^−４Ｔｏｒｒ未満、約５×１０^−５Ｔｏｒｒ）に維持されることができる。いくつかの側面では、イオンガイドチャンバは、四重極ロッドの圧力×長さが２．２５×１０^−２Ｔｏｒｒ−ｃｍを上回るような圧力に維持されることができる。本システムはまた、イオンガイドチャンバ内に配置される多極イオンガイドであって、ｉ）入口オリフィスに隣接して配置される近位端から出射開口に隣接して配置される遠位端まで延在する四重極ロッドセットであって、第１の対のロッドおよび第２の対のロッドを備え、各ロッドは、中心縦軸から離間され、かつそれに並んで延在する、四重極ロッドセットと、ｉｉ）四重極ロッドセットの少なくとも一部に沿って、中心縦軸から離間され、かつそれに並んで延在する複数の補助電極（例えば、Ｔ形状電極）（例えば、補助電極の長さは、四重極ロッドセットの長さの約５０％未満、約３３％未満、約１０％未満である）とを備える、多極イオンガイドを備えることができる。種々の側面では、複数の補助電極は、補助電極が、四重極ロッドセットのロッドによって相互から分離されるように、かつ補助電極がそれぞれ、第１の対のロッドの単一ロッドおよび第２の対のロッドの単一ロッドに隣接するように、四重極ロッドセットのロッド間に介在される。種々の側面では、本システムはまた、多極イオンガイドに結合され、第１の周波数および第１の位相における第１の対のロッドへの第１のＲＦ電圧と、第１の周波数に等しい第２の周波数および第１の位相と反対の第２の位相における第２の対のロッドへの第２のＲＦ電圧と、補助電極のそれぞれへの実質的に同じ補助電気信号とを提供するように動作可能な電力供給源を備える。一例として、電力供給源は、第１のＲＦ電圧を第１の対のロッドに提供するように動作可能な第１の電圧源と、第２のＲＦ電圧を第２の対のロッドに提供するように動作可能な第２の電圧源と、ＲＦ電圧および／またはＤＣ電圧を補助電極に提供するように動作可能な少なくとも１つの補助ＲＦ電圧源とを備えることができる。種々の実施形態では、多極イオンガイドは、質量分析計システム内のＱ０として機能することができる。

本教示の種々の側面によると、補助電気信号は、四重極ロッドセットが維持されるＤＣオフセット電圧と異なる、ＤＣ電圧であることができる。いくつかの関連側面では、例えば、本システムはまた、ｉ）多極イオンガイドから伝送されるイオンを減衰させるように、補助電極に提供されるＤＣ電圧を調節する、ｉｉ）多極イオンガイドから伝送されるイオンのｍ／ｚ範囲を調節するように、補助電極に提供されるＤＣ電圧を調節する、および／またはｉｉｉ）イオンが真空チャンバの中に実質的に伝送されない（例えば、多極イオンガイドから出射開口を通した伝送を停止する）ように、第１の対のロッドに提供される第１のＲＦ電圧、第２の対のロッドに印加される第２のＲＦ電圧、および補助電極に提供されるＤＣ電圧のうちの少なくとも１つを調節するように構成される、コントローラを備えることができる。例えば、電圧を調節することによって、多極イオンガイドは、イオン源から受容されたイオンの５％未満、２％未満、１％未満、または０％を伝送するように構成されることができる。

本教示の種々の側面によると、補助電気信号は、加えて、または代替として、ＲＦ信号、例えば、第３の周波数（例えば、第１の周波数と異なる）および第３の位相におけるＲＦ電圧を備えることができる。関連側面では、補助電気信号は、ＲＦ信号と、四重極ロッドセットが維持されるＤＣオフセット電圧と異なる、ＤＣ電圧の両方を備えることができる。

種々の側面では、電力供給源はさらに、補完電気信号を四重極ロッドセットのロッドのうちの少なくとも１つに提供するように動作可能であることができ、補完電気信号は、ＤＣ電圧および／またはＡＣ励起信号のうちの１つである。一例として、電力供給源は、双極ＤＣ場、四重極ＤＣ場、またはイオンビーム内のイオンのいくつかと共鳴もしくはほぼ共鳴する補完ＡＣ場を使用して共鳴励起を発生させるように、補完電気信号を四重極ロッドセットに提供するように動作可能であることができる。

補助電極は、本教示の種々の側面によると、種々の構成を有することができる。一例として、補助電極は、丸形またはＴ形状であることができる。いくつかの側面では、Ｔ−電極は、その全長に沿って、一定Ｔ形状断面積を有することができる。種々の側面では、補助電極は、四重極ロッドセットの長さの半分未満（例えば、３３％未満、１０％未満）の長さを有することができ、四重極ロッドセットの長さに沿った種々の場所に（例えば、四重極ロッドセットの近位３分の１、真ん中の３分の１、または遠位３分の１のうちの１つまたはそれを上回るものに）配置されることができる。いくつかの側面では、本システムは、四重極ロッドセットの長さに沿って相互から軸方向にオフセットされた２セットの補助電極を備えることができる。関連側面では、例えば、電力供給源は、実質的に同じ第２の補助電気信号を補助電極の第２のセットの電極のそれぞれに提供するように動作可能であることができ、第２の補助電気信号は、補助電極の第１のセットに提供される補助信号と異なる。非限定的実施例として、補助電極の第１のセットに印加される補助信号は、四重極ロッドセットが維持されるＤＣオフセット電圧と異なる、ＤＣ電圧を備えることができる一方、第２の補助信号は、ＲＦ信号を備えることができる。

本出願人の教示のある実施形態の種々の側面によると、イオン源によって発生されるイオンをイオンガイドチャンバの入口オリフィスを通して受容するステップと、イオンをイオンガイドチャンバ内に配置される多極イオンガイドを通して伝送するステップであって、多極イオンガイドは、ｉ）入口オリフィスに隣接して配置される近位端からイオンガイドチャンバの出射開口に隣接して配置される遠位端まで延在する四重極ロッドセットであって、第１の対のロッドおよび第２の対のロッドを備え、各ロッドは、中心縦軸から離間され、かつそれに並んで延在する、四重極ロッドセットと、ｉｉ）四重極ロッドセットの少なくとも一部に沿って、中心縦軸から離間され、かつそれに並んで延在する複数の補助電極とを備える、ステップとを含む、イオンを処理する方法が、提供される。複数の補助電極は、補助電極が、四重極ロッドセットのロッドによって相互から分離されるように、かつ補助電極がそれぞれ、第１の対のロッドの単一ロッドおよび第２の対のロッドの単一ロッドに隣接するように、四重極ロッドセットのロッド間に介在されることができる。本方法はまた、第１の周波数および第１の位相における第１の対のロッドへの第１のＲＦ電圧を印加するステップと、第１の周波数に等しい第２の周波数および第１の位相と反対の第２の位相における第２の対のロッドへの第２のＲＦ電圧を印加するステップと、実質的に同じ補助電気信号を補助電極のそれぞれに印加するステップとを含むことができる。イオンは、多極イオンガイドから出射開口を通して少なくとも１つの質量分析器（例えば、三連四重極、線形イオントラップ、四重極飛行時間型、Ｏｒｂｉｔｒａｐ、または他のフーリエ変換質量分析計等）を格納する真空チャンバの中に伝送されることができる。いくつかの側面では、本方法はまた、下流の真空チャンバが維持される圧力（例えば、１×１０^−４Ｔｏｒｒ未満、約５×１０^−５）より高くあり得る、約１ｍＴｏｒｒ〜約１０ｍＴｏｒｒの範囲内の圧力にイオンガイドチャンバを維持するステップを含むことができる。いくつかの側面では、イオンガイドチャンバは、四重極ロッドの圧力×長さが２．２５×１０^−２Ｔｏｒｒ−ｃｍを上回るような圧力に維持されることができる。

種々の側面によると、実質的に同じ補助電気信号を補助電極のそれぞれに印加するステップは、四重極ロッドセットが維持されるＤＣオフセットと異なる電圧である、ＤＣ電圧を複数の電極のそれぞれに印加するステップを含むことができる。関連側面では、例えば、本方法はさらに、多極イオンガイドから伝送されるイオンを減衰させるように（例えば、イオン電流を低減させるため）、および／または多極イオンガイドから伝送されるイオンのｍ／ｚ範囲を調節するように、補助電極に提供されるＤＣ電圧を調節するステップを含むことができる。いくつかの側面では、本方法はさらに、第１の対のロッドに提供される第１のＲＦ電圧、第２の対のロッドに印加される第２のＲＦ電圧、および補助電極に提供されるＤＣ電圧のうちの少なくとも１つを調節することによって、多極イオンガイドによって受容されたイオンの出射開口を通した伝送を防止するステップを含むことができる。

本教示の種々の側面によると、実質的に同じ補助電気信号を補助電極のそれぞれに印加するステップは、第３の周波数（例えば、第１の周波数と異なる）および第３の位相におけるＲＦ信号を印加するステップを含むことができる。関連側面では、ＲＦ信号と、四重極ロッドセットが維持されるＤＣオフセット電圧と異なる、ＤＣ電圧は両方とも、補助電気信号として印加されることができる。

種々の側面では、本方法はまた、補完電気信号を四重極ロッドセットのロッドのうちの少なくとも１つに印加するステップであって、補完電気信号は、ＤＣ電圧およびＡＣ励起信号のうちの１つである、ステップを含むことができる。一例として、四重極ロッドに印加される補完電気信号は、加えて、双極ＤＣ場、四重極ＤＣ場、またはイオンビーム内のイオンのいくつかと共鳴もしくはほぼ共鳴する補完ＡＣ場を使用して共鳴励起を発生させるために有効であることができる。

いくつかの側面では、補助電極に印加される補助電気信号は、多極イオンガイドを通して伝送されているイオンのクラスタ分離を助長するように選択されることができる。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
質量分析計システムであって、
イオンを発生させるためのイオン源と、
イオンガイドチャンバであって、前記イオン源によって発生されるイオンを受容するための入口オリフィスと、イオンを前記イオンガイドチャンバから少なくとも１つの質量分析器を格納する真空チャンバの中に伝送するための少なくとも１つの出射開口とを備える、イオンガイドチャンバと、
前記イオンガイドチャンバ内に配置される多極イオンガイドであって、
ｉ）前記入口オリフィスに隣接して配置される近位端から前記出射開口に隣接して配置される遠位端まで延在する四重極ロッドセットであって、前記四重極ロッドセットは、第１の対のロッドおよび第２の対のロッドを備え、各ロッドは、中心縦軸から離間され、かつそれに並んで延在する、四重極ロッドセットと、
ｉｉ）前記四重極ロッドセットの少なくとも一部に沿って、前記中心縦軸から離間され、かつそれに並んで延在する複数の補助電極であって、前記複数の補助電極は、前記補助電極が、前記四重極ロッドセットのロッドによって相互から分離されるように、かつ前記補助電極がそれぞれ、前記第１の対のロッドの単一ロッドおよび前記第２の対のロッドの単一ロッドに隣接するように、前記四重極ロッドセットのロッド間に介在される、複数の補助電極と、
を備える、多極イオンガイドと、
前記多極イオンガイドに結合され、ｉ）第１の周波数および第１の位相における前記第１の対のロッドへの第１のＲＦ電圧と、ｉｉ）前記第１の周波数に等しい第２の周波数および前記第１の位相と反対の第２の位相における前記第２の対のロッドへの第２のＲＦ電圧と、ｉｉｉ）前記補助電極のそれぞれへの補助電気信号であって、前記補助電極のそれぞれに印加される補助電気信号は、実質的に同じである、補助電気信号とを提供するように動作可能な電力供給源と、
を備える、質量分析計システム。
（項目２）
前記電力供給源は、前記第１のＲＦ電圧を前記第１の対のロッドに提供するように動作可能な第１の電圧源と、前記第２のＲＦ電圧を前記第２の対のロッドに提供するように動作可能な第２の電圧源と、ＲＦ電圧を前記補助電極に提供するように動作可能な補助ＲＦ電圧源およびＤＣ電圧を前記補助電極に提供するように動作可能な補助ＤＣ電圧源のうちの少なくとも１つとを備える、項目１に記載の質量分析計システム。
（項目３）
前記補助電気信号は、前記四重極ロッドセットが維持されるＤＣオフセット電圧と異なる、ＤＣ電圧を備える、項目１に記載の質量分析計システム。
（項目４）
前記多極イオンガイドから伝送されるイオンを減衰させるように、前記補助電極に提供される前記ＤＣ電圧を調節するように構成される、コントローラをさらに備える、項目３に記載の質量分析計システム。
（項目５）
前記多極イオンガイドから伝送されるイオンのｍ／ｚ範囲を調節するように、前記補助電極に提供される前記ＤＣ電圧を調節するように構成される、コントローラをさらに備える、項目３に記載の質量分析計システム。
（項目６）
イオンが前記出射開口を通して前記真空チャンバの中に実質的に伝送されないように、前記第１の対のロッドに提供される第１のＲＦ電圧、前記第２の対のロッドに印加される第２のＲＦ電圧、および前記補助電極に提供されるＤＣ電圧のうちの少なくとも１つを調節するように構成される、コントローラをさらに備える、項目３に記載の質量分析計システム。
（項目７）
前記補助電気信号は、第３の周波数および第３の位相におけるＲＦ信号を備える、項目１に記載の質量分析計システム。
（項目８）
前記補助電気信号はさらに、前記四重極ロッドセットが維持されるＤＣオフセット電圧と異なる、ＤＣ電圧を備える、項目７に記載の質量分析計システム。
（項目９）
前記電力供給源はさらに、補完電気信号を前記四重極ロッドセットのロッドのうちの少なくとも１つに提供するように動作可能であって、前記補完電気信号は、ＤＣ電圧およびＡＣ励起信号のうちの１つである、項目１に記載の質量分析計システム。
（項目１０）
前記補助電極は、前記四重極ロッドセットの長さ未満の長さを有し、
前記システムはさらに、前記補助電極の第１のセットから軸方向にオフセットされる補助電極の第２のセットを備え、
前記電力供給源は、実質的に同じ第２の補助電気信号を前記補助電極の第２のセットのそれぞれに提供するように動作可能であって、前記第２の補助電気信号は、前記補助電極の第１のセットに提供される補助信号と異なる、
項目１に記載の質量分析計システム。
（項目１１）
イオンを処理する方法であって、
イオン源によって発生されるイオンをイオンガイドチャンバの入口オリフィスを通して受容するステップと、
イオンを前記イオンガイドチャンバ内に配置される多極イオンガイドを通して伝送するステップであって、前記多極イオンガイドは、
ｉ）前記入口オリフィスに隣接して配置される近位端から前記イオンガイドチャンバの出射開口に隣接して配置される遠位端まで延在する四重極ロッドセットであって、前記四重極ロッドセットは、第１の対のロッドおよび第２の対のロッドを備え、各ロッドは、中心縦軸から離間され、かつそれに並んで延在する、四重極ロッドセットと、
ｉｉ）前記四重極ロッドセットの少なくとも一部に沿って、前記中心縦軸から離間され、かつそれに並んで延在する複数の補助電極であって、前記複数の補助電極は、前記補助電極が、前記四重極ロッドセットのロッドによって相互から分離されるように、かつ前記補助電極がそれぞれ、前記第１の対のロッドの単一ロッドおよび前記第２の対のロッドの単一ロッドに隣接するように、前記四重極ロッドセットのロッド間に介在される、複数の補助電極と、
を備える、ステップと、
第１の周波数および第１の位相における前記第１の対のロッドへの第１のＲＦ電圧を印加するステップと、
前記第１の周波数に等しい第２の周波数および前記第１の位相と反対の第２の位相における前記第２の対への第２のＲＦ電圧を印加するステップと、
実質的に同じ補助電気信号を前記補助電極のそれぞれに印加するステップと、
イオンを前記多極イオンガイドから前記出射開口を通して少なくとも１つの質量分析器を格納する真空チャンバの中に伝送するステップと、
を含む、方法。
（項目１２）
前記イオンガイドチャンバを約１ｍＴｏｒｒ〜約１０ｍＴｏｒｒの範囲内の圧力に維持するステップをさらに含む、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
実質的に同じ補助電気信号を前記補助電極のそれぞれに印加するステップは、前記補助電極に、前記四重極ロッドセットが維持されるＤＣオフセットと異なる電圧であるＤＣ電圧を印加するステップを含む、項目１１に記載の方法。
（項目１４）
前記多極イオンガイドから伝送されるイオンを減衰させるように、前記補助電極に提供されるＤＣ電圧を調節するステップをさらに含む、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
前記多極イオンガイドから伝送されるイオンのｍ／ｚ範囲を調節するように、前記補助電極に提供されるＤＣ電圧を調節するステップをさらに含む、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
前記第１の対のロッドに提供される第１のＲＦ電圧、前記第２の対のロッドに印加される第２のＲＦ電圧、および前記補助電極に提供されるＤＣ電圧のうちの少なくとも１つを調節し、前記出射開口を通した前記真空チャンバの中へのイオンの伝送を停止するステップをさらに含む、項目１４に記載の方法。
（項目１７）
実質的に同じ補助電気信号を前記補助電極のそれぞれに印加するステップは、第３の周波数および第３の位相におけるＲＦ信号を印加するステップを含む、項目１１に記載の方法。
（項目１８）
実質的に同じ補助電気信号を前記補助電極のそれぞれに印加するステップはさらに、前記補助電極に、前記四重極ロッドセットが維持されるＤＣオフセットと異なるＤＣ電圧を印加するステップを含む、項目１７に記載の方法。
（項目１９）
補完電気信号を前記四重極ロッドセットのロッドのうちの少なくとも１つに印加するステップであって、前記補完電気信号は、ＤＣ電圧およびＡＣ励起信号のうちの１つである、ステップをさらに含む、項目１１に記載の方法。
（項目２０）
前記補助電極のそれぞれに印加される前記補助電気信号は、前記多極イオンガイドを通して伝送されているイオンのクラスタ分離を助長するように選択される、項目１１に記載の方法。

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。

本発明の前述および他の目的ならびに利点は、添付の図面を参照して、以下の発明を実施するための形態からより完全に理解されるであろう。当業者は、以下に説明される図面が、例証目的のためだけのものであることを理解するであろう。図面は、本出願者の教示の範囲をいかようにも限定することを意図するものではない。

図１は、概略図において、本出願者の教示の種々の実施形態の一側面による、補助電極を備える多極イオンガイドを含む、ＱＴＲＡＰ^（Ｒ）ＱｑＱ質量分析計システムを図示する。 図２は、概略図において、図１の質量分析計システムにおいて使用するための、本教示の種々の側面による、例示的多極イオンガイドの断面図を描写する。 図３は、図２の多極イオンガイドの一部の例示的プロトタイプを描写する。 図４Ａは、本教示の種々の側面による、質量分析計システムによって処理された３２２Ｄａのｍ／ｚを有するイオンに関する例示的データを描写する。図４Ｂは、本教示の種々の側面による、質量分析計システムによって処理された６２２Ｄａのｍ／ｚを有するイオンに関する例示的データを描写する。図４Ｃは、本教示の種々の側面による、質量分析計システムによって処理された９２２Ｄａのｍ／ｚを有するイオンに関する例示的データを描写する。 図５Ａ−Ｃは、本教示の種々の側面による、イオンを処理するための質量分析計システムによって発生された例示的質量スペクトルを描写する。 図６Ａ−Ｄは、本教示の種々の側面による、イオンを処理するための質量分析計システムによって発生された例示的質量スペクトルを描写する。 図７Ａ−Ｃは、本教示の種々の側面による、イオンを処理するための質量分析計システムによって発生された例示的質量スペクトルを描写する。 図８Ａ−Ｆは、本教示の種々の側面による、イオンを処理するための質量分析計システムによって発生された例示的質量スペクトルを描写する。

明確にするために、以下の議論は、そうすることが便宜的または適切である場合、ある具体的詳細を省略しながら、本出願者の教示の実施形態の種々の側面を詳説するであろうことを理解されたい。例えば、代替実施形態における同様または類似特徴の議論は、若干、簡略化され得る。周知の考えまたは概念もまた、簡潔にするために、さらに詳細に論じられない場合がある。当業者は、本出願者の教示のいくつかの実施形態が、実施形態の完全な理解を提供するためだけに本明細書に記載される、具体的に説明される詳細のあるものを全ての実装において要求しない場合もあることを認識するであろう。同様に、説明される実施形態は、本開示の範囲から逸脱することなく、一般的常識に従って、代替または変形例を受け入れる余地があり得ることが明白となるであろう。以下の発明を実施するための形態は、本出願者の教示の範囲をいかようにも限定するものと見なされないものとする。

用語「約」および「実質的に同じ」は、本明細書で使用されるように、例えば、実世界における測定または取扱手順を通して、これらの手順における不注意による誤差を通して、電気要素の製造における差異／瑕疵を通して、電気損失を通して生じ得る、数値量における変動だけではなく、そのような変動が先行技術によって実践される既知の値を包含しない限り、均等物であるとして当業者によって認識されるであろう変動を指す。典型的には、用語「約」は、記載される値の１／１０、例えば、±１０％だけ、記載される値または値の範囲より多いもしくは少ないことを意味する。例えば、約＋３Ｖ ＤＣの電圧を要素に印加することは、＋２．７Ｖ ＤＣ〜＋３．３Ｖ ＤＣの電圧を意味し得る。同様に、値が、「実質に同じ」であると述べられる場合、値は、最大５％だけ異なり得る。用語「約」および「実質的に同じ」によって修飾されるかどうかにかかわらず、請求項に列挙される定量値は、列挙される値の均等物、例えば、生じ得るが、当業者によって均等物であると認識されるであろう、そのような値の数値量における変動を含む。

本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法は、多くの異なる質量分析計システムと併用されることができるが、そのような使用のための例示的質量分析計システム１００が、図１に概略的に図示される。質量分析計システム１００は、本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法の実施形態に従う使用のための１つの可能性として考えられる質量分析計器具を表すにすぎず、他の構成を有する質量分析計も全て、同様に、本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法に従って使用されることができることを理解されたい。

図１に描写される例示的実施形態に概略的に示されるように、質量分析計システム１００は、概して、Ｊａｍｅｓ Ｗ． ＨａｇｅｒおよびＪ． Ｃ． Ｙｖｅｓ Ｌｅ Ｂｌａｎｃによって共著され、Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ（２００３；１７：１０５６−１０６４）において発表された「Ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｏｎ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａ Ｑ−ｑ−Ｑ_{ｌｉｎｅａｒ} ｉｏｎ ｔｒａｐ （Ｑ ＴＲＡＰ(R)） ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ」と題された記事（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に概して説明され、本教示の種々の側面に従って修正されるようなＱＴＲＡＰ^（Ｒ）Ｑ−ｑ−Ｑハイブリッド線形イオントラップ質量分析計を備える。本明細書に開示されるシステム、デバイス、および方法に従って修正され得る、他の非限定的例示的質量分析計システムは、例えば、「Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｃｅｌｌ ｆｏｒ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ」と題された米国特許第７，９２６，６８１号（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に見出され得る。限定ではないが、本明細書に説明されるものおよび当業者に公知のその他を含む、他の構成もまた、本明細書に開示されるシステム、デバイス、および方法と併用されることができる。

図１に示されるように、例示的質量分析計システム１００は、イオン源１０２と、第１の真空チャンバ１１２内に格納される多極イオンガイド１２０（すなわち、Ｑ０）と、第２の真空チャンバ１１４内に格納される１つまたはそれを上回る質量分析器と、検出器１１６とを備えることができる。例示的第２の真空チャンバ１１４は、３つの質量分析器（すなわち、Ｑ１とＱ２との間のオリフィスプレートＩＱ２と、Ｑ２とＱ３との間のＩＱ３とによって分離される、伸長ロッドセットＱ１、Ｑ２、およびＱ３）を格納するが、より多いまたはより少ない質量分析器要素が、本教示に従って、システム内に含まれることもできることを理解されたい。便宜上、伸長ロッドセットＱ１、Ｑ２、およびＱ３は、概して、本明細書では、四重極（すなわち、それらは、４つのロッドを有する）と称されるが、伸長ロッドセットは、任意の他の好適な多極構成、例えば、六重極、八重極等であることができる。また、１つまたはそれを上回る質量分析器は、全て非限定的実施例であるが、三連四重極、線形イオントラップ、四重極飛行時間型、Ｏｒｂｉｔｒａｐ、または他のフーリエ変換質量分析計のいずれかであることを理解されたい。

図１に示されるように、例示的質量分析計システム１００は、加えて、特定のＭＳ用途に応じて、種々の異なる動作モードのために、ＲＦ、ＡＣ、および／またはＤＣ成分を伴う電位を四重極ロッド、種々のレンズ、および補助電極に印加し、質量分析計システム１００の要素を構成するように、コントローラ１０３によって制御され得る、１つまたはそれを上回る電力供給源（例えば、ＲＦ電力供給源１０５およびＤＣ電力供給源１０７）を含むことができる。コントローラ１０３はまた、実行されるタイミングシーケンスの共同制御を提供するために、種々の要素に連結されることができることを理解されたい。故に、コントローラは、本明細書のその他で論じられるように、質量分析計システム１００を制御するために、協働方式で種々の構成要素に給電する電源に制御信号を提供するように構成されることができる。

Ｑ０、Ｑ１、Ｑ２、およびＱ３は、当技術分野において公知のように、例えば、開口レンズＩＱ１、ＩＱ２、およびＩＱ３によって分離され、大気圧下に排気される、隣接するチャンバ内に配置されることができる。一例として、機械的ポンプ（例えば、ターボ分子ポンプ）が、真空チャンバを適切な圧力まで排気するために使用されることができる。出射レンズ１１５は、Ｑ３と検出器１１６との間に位置付けられ、検出器１１６の中へのイオン流動を制御することができる。いくつかの実施形態では、短太ロッドのセットもまた、近隣の対の四重極ロッドセット間に提供され、四重極間のイオンの移送を促進することができる。短太ロッドは、Ｂｒｕｂａｋｅｒレンズとして役割を果たすことができ、例えば、レンズがオフセット電位に維持される場合、隣接するレンズの近傍に形成され得る、任意のフリンジ場との相互作用を最小限にすることに役立つことができる。非限定的実施例として、図１は、イオンの流動をＱ１の中に集束させるためのＩＱ１とＱ１との間の短太ロッドＳＴを描写する。同様に、短太ロッドＳＴは、例えば、伸長ロッドセットＱ２の上流および下流にも含まれる。

イオン源１０２は、イオンを発生させるための任意の公知のまたは今後開発されるイオン源であって、本教示に従って修正されることができる。本教示と併用するために好適なイオン源の非限定的実施例として、とりわけ、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）源、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）源、連続イオン源、パルスイオン源、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）イオン源、マトリクス支援レーザ脱離／イオン化（ＭＡＬＤＩ）イオン源、グロー放電イオン源、電子衝突イオン源、化学イオン化源、または光イオン化イオン源が挙げられる。

質量分析計１００の動作の間、イオン源１０２によって発生されるイオンは、オリフィスプレート１０４およびスキマ１０６（すなわち、入口オリフィス１１２ａ）内の開口を通して連続的に通過させ、狭小かつ非常に集束されたイオンビームをもたらすことによって、コヒーレントイオンビームの中に抽出されることができる。種々の実施形態では、約１Ｔｏｒｒ〜約４Ｔｏｒｒのおおよその範囲内の圧力まで排気され得るが、他の圧力も、本目的または他の目的のために使用され得る、中間圧力チャンバ１１０が、オリフィスプレート１０４とスキマ１０６との間に位置することができる。いくつかの実施形態では、イオンは、ガス動態および無線周波数場の組み合わせを使用して、イオンビームの付加的集束および微調整を提供するために、１つまたはそれを上回る付加的真空チャンバおよび／または四重極（例えば、ＱＪｅｔ^(R)四重極または他のＲＦイオンガイド）を横断することができる。

イオン源１０２によって発生されるイオンは、入口オリフィス１１２ａを通して伝送され、本教示に従って、望ましくないイオン（例えば、干渉／汚染イオン、高質量イオン）がより低い圧力の真空チャンバ１１４の中に伝送されることを防止しながら、さらなる処理のために、イオン源１０２から受容されたイオンの一部を下流の質量分析器の中に伝送するように動作し得る、多極イオンガイド１２０（すなわち、Ｑ０）に入射する。例えば、本教示の種々の側面によると、以下に詳細に論じられるように、多極イオンガイド１２０は、多極イオンガイド１２０の構成要素への種々のＲＦおよび／またはＤＣ電位の印加に応じて、着目イオンが、衝突冷却され（例えば、真空チャンバ１１２の圧力と併せて）、さらなる処理のために、出射開口１１２ｂを通して下流の質量分析器の中に伝送される一方、望ましくないイオンが、多極イオンガイド１２０内で中性化され、それによって、下流の処理ステップにおける汚染および／または干渉の潜在的源を低減させ得るように、四重極ロッドセット１３０と、多極イオンガイド１２０の一部に沿って延在し、四重極ロッドセット１３０のロッド間に介在される、複数の補助電極１４０とを備えることができる。その中に多極イオンガイド１２０が格納される、真空チャンバ１１２は、チャンバを衝突冷却を提供するために好適な圧力まで排気するように動作可能な機械的ポンプ（図示せず）と関連付けられることができる。例えば、真空チャンバは、約１ｍＴｏｒｒ〜約１０ｍＴｏｒｒのおおよその範囲内の圧力まで排気されることができるが、他の圧力も、本目的または他の目的のために使用されることができる。例えば、いくつかの側面では、真空チャンバ１１２は、四重極ロッドの圧力×長さが２．２５×１０^−２Ｔｏｒｒ−ｃｍを上回るような圧力に維持されることができる。レンズＩＱ１（例えば、オリフィスプレート）が、Ｑ０の真空チャンバと隣接するチャンバとの間に配置され、２つのチャンバ１１２、１１４を隔離することができる。

Ｑ０からレンズＩＱ１の出射開口１１２ｂを通して伝送された後、イオンは、イオンガイドチャンバ１１２のものより低く維持され得る圧力まで排気され得る真空チャンバ１１４内に位置し得る、隣接する四重極ロッドセットＱ１に入射することができる。非限定的実施例として、真空チャンバ１１４は、約１×１０^−４Ｔｏｒｒ未満（例えば、約５×１０^−５Ｔｏｒｒ）の圧力に維持されることができるが、他の圧力も、本目的または他の目的のために使用されることができる。当業者によって理解されるであろうように、四重極ロッドセットＱ１は、着目イオンおよび／または着目イオンの範囲を選択するように動作され得る、従来の伝送ＲＦ／ＤＣ四重極質量フィルタとして動作されることができる。一例として、四重極ロッドセットＱ１は、質量分解モードで動作するための好適なＲＦ／ＤＣ電圧が提供されることができる。理解されるはずであるように、Ｑ１の物理特性および電気特性を考慮して、印加されるＲＦおよびＤＣ電圧に関するパラメータが、Ｑ１が選定されるｍ／ｚ率の伝送窓を確立し、これらのイオンが概して妨害されずにＱ１を横断し得るように、選択されることができる。しかしながら、窓外のｍ／ｚ率を有するイオンは、四重極内で安定した軌道を達成せず、四重極ロッドセットＱ１を横断することを防止されることができる。本動作モードは、Ｑ１に関する１つの可能性として考えられる動作モードにすぎないことを理解されたい。一例として、Ｑ１とＱ２との間のレンズＩＱ２は、四重極ロッドセットＱ１がイオントラップとして動作されるように、Ｑ１よりはるかに高いオフセット電位に維持されることができる。そのような様式では、入射レンズＩＱ２に印加される電位は、Ｑ１内にトラップされたイオンが、例えば、イオントラップとしても動作され得る、Ｑ２の中に加速され得るように、選択的に降下される（例えば、質量選択的に走査される）ことができる。

四重極ロッドセットＱ１を通して通過するイオンは、示されるように、加圧されたコンパートメント内に配置され得、約１ｍＴｏｒｒ〜約１０ｍＴｏｒｒのおおよその範囲内の圧力において、衝突セルとして動作するように構成され得るが、他の圧力も、本目的または他の目的のために使用され得る、レンズＩＱ２を通して隣接する四重極ロッドセットＱ２の中に通過することができる。好適な衝突ガス（例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等）が、ガス入口（図示せず）を用いて提供され、イオンビーム内のイオンを熱平衡化および／または断片化することができる。いくつかの実施形態では、四重極ロッドセットＱ２ならびに入射および出射レンズＩＱ２およびＩＱ３への好適なＲＦ／ＤＣ電圧の印加は、随意の質量フィルタ処理を提供することができる。

Ｑ２によって伝送されるイオンは、ＩＱ３によって上流と出射レンズ１１５によって下流とに境界される、隣接する四重極ロッドセットＱ３の中に通過することができる。当業者によって理解されるであろうように、四重極ロッドセットＱ３は、Ｑ２のものと比較して低動作圧力、例えば、約１×１０^−４Ｔｏｒｒ未満（例えば、約５×１０^−５Ｔｏｒｒ）で動作されることができるが、他の圧力も、本目的または他の目的のために使用されることができる。当業者によって理解されるであろうように、Ｑ３は、いくつかの様式において、例えば、走査ＲＦ／ＤＣ四重極として、または線形イオントラップとして、動作されることができる。Ｑ３を通した処理または伝送に続いて、イオンは、検出器１１６の中に出射レンズ１１５を通して伝送されることができる。検出器１１６は、次いで、本明細書に説明されるシステム、デバイス、および方法に照らして、当業者に公知の様式において動作されることができる。当業者によって理解されるであろうように、本明細書の教示に従って修正される任意の公知の検出器が、イオンを検出するために使用されることができる。

ここで図２および３を参照すると、図１の例示的多極イオンガイド１２０が、より詳細に描写される。最初に、図２に関して、多極イオンガイド１２０は、図１に描写される補助電極１４０の場所を横断する断面概略図で描写される。示され、前述のように、多極イオンガイド１２０は、概して、入口オリフィス１１２ａに隣接して配置される近位入口端から出射開口１１２ｂに隣接して配置される遠位出口端まで延在する、４つのロッド１３０ａ、ｂのセットを備える。ロッド１３０ａ、ｂは、イオンガイド１２０の中心軸を囲繞し、それに沿って延在し、それによって、それを通してイオンが伝送される、空間を画定する。当技術分野において公知のように、四重極ロッドセット１３０を形成する、ロッド１３０ａ、ｂはそれぞれ、中心軸の両側のロッドが、それに実質的に同じＲＦ信号が印加される、ロッド対をともに形成するように、ＲＦ電力供給源に結合されることができる。すなわち、ロッド対１３０ａは、第１の周波数および第１の位相における第１のＲＦ電圧を第１の対のロッド１３０ａに提供する、第１のＲＦ電力供給源に結合されることができる。一方、ロッド対１３０ｂは、第２の周波数（第１の周波数と同一であり得る）であるが、第１の対のロッド１３０ａに印加されるＲＦ信号と位相が反対である、第２のＲＦ電圧を提供する、第２のＲＦ電力供給源に結合されることができる。当業者によって理解されるであろうように、ＤＣオフセット電圧もまた、四重極ロッドセット１３０のロッド１３０ａ、ｂに印加されることができる。

図２に示されるように、多極イオンガイド１２０は、加えて、同様に中心軸に沿って延在する、四重極ロッドセット１３０のロッド間に介在される複数の補助電極１４０を含む。図２に示されるように、各補助電極１４０は、四重極ロッドセット１３０のロッド１３０ａ、ｂによって別の補助電極１４０から分離されることができる。さらに、補助電極１４０はそれぞれ、第１の対のロッド１３０ａと第２の対のロッド１３０ｂに隣接して、かつその間に配置されることができる。以下に詳細に論じられるように、補助電極１４０はそれぞれ、本明細書のその他に説明されるように、多極イオンガイド１２０からのイオンの伝送を制御または操作するように、補助電気信号を補助電極１４０に提供するために、ＲＦおよび／またはＤＣ電力供給源（例えば、図１の電力供給源１０５および１０７）に結合されることができる。非限定的実施例として、一実施形態では、四重極ロッドセット１３０ａ、ｂのロッドに印加されるＤＣオフセット電圧に等しいＤＣ電圧が、補助電極１４０に印加されることができる。補助電極１４０に印加されるそのような同等ＤＣ電圧は、多極イオンガイドが従来のコリメート四重極イオンガイドとして機能するであろうように、多極イオンガイド１２０内のイオンによって被られる半径方向力に実質的に影響を及ぼさないであろうことを理解されたい。代替として、本教示の種々の側面によると、四重極ロッドセット１３０のロッド１３０ａ、ｂは、第１の周波数および第１の位相において第１の対のロッド１３０ａに印加される第１のＲＦ電圧と、第２の周波数であるが、第２の対のロッド１３０ｂに印加される位相と反対である、（例えば、第１のＲＦ電圧と同一振幅（Ｖ_０−ｐ）の）第２のＲＦ電圧とを用いて、ＤＣオフセット電圧に維持されるが、全て非限定的実施例であるが、ｉ）ＤＣオフセット電圧と異なるが、ＲＦ成分を伴わない、ＤＣ電圧と、ｉｉ）第３の振幅および周波数（例えば、第１の周波数と異なる）および第３の位相におけるものであるが、ＤＣ電圧がＤＣオフセット電圧と同等である、ＲＦ信号と、ｉｉｉ）ＤＣオフセット電圧と異なるＤＣ電圧と第３の振幅および周波数ならびに第３の位相におけるＲＦ信号の両方とを含む、種々の補助電気信号が、補助電極１４０に印加されることができる。さらに、本教示の種々の側面による、補助電極１４０に印加される補助ＲＦおよび／またはＤＣ信号は、四重極イオンガイド内のイオンの半径方向振幅を増加させるために利用される、当技術分野において公知の他の技法と組み合わせられることができることを理解されたい。そのような例示的技法として、全て非限定的実施例であるが、双極ＤＣ印加、四重極ＤＣ印加、および四重極のロッドに印加される補完ＡＣ信号であって、イオンビーム内のイオンのいくつかと共鳴もしくはほぼ共鳴する、ＡＣ信号を使用する、共鳴励起が挙げられる。

本教示に照らして、補助電極１４０は、種々の構成を有することができることが理解されるであろう。一例として、補助電極１４０は、種々の形状（例えば、丸形、Ｔ形状）を有することができるが、Ｔ形状電極は、長方形ベース１４０ａからイオンガイド１２０の中心軸に向かうステム１４０ｂの延在部が、補助電極の最内伝導性表面が中心軸により近接して配置される（例えば、イオンガイド１２０内の場の強度を増加させるために）ことを可能にするため、好ましくあり得る。種々の側面では、Ｔ形状電極は、ステム１４０ｂの最内半径方向表面が補助電極１４０の全長に沿って中心軸から実質的に一定距離のままであるように、その長さに沿って実質的に一定断面を有することができる。丸形補助電極（または他の断面形状のロッド）もまた、本教示の種々の側面に従って使用されることができるが、概して、四重極ロッド１３０ａ、ｂ間の限定された空間に起因して、四重極ロッド１３０ａ、ｂと比較してより小さい断面積を呈する、および／または中心軸からのその増加される距離に起因して、より大きい補助電位の印加を要求するであろう。

前述のように、補助電極１４０は、四重極ロッド１３０ａ、ｂの全長に沿って延在する必要はない。例えば、補助電極１４０は、四重極ロッドセット１３０の長さの半分未満（例えば、３３％未満、１０％未満）の長さを有することができる。従来のＱ０四重極のロッド電極は、約１０ｃｍ〜約３０ｃｍの範囲内の縦軸に沿った長さを有することができる一方、補助電極１４０は、全て非限定的実施例であるが、１０ｍｍ、２５ｍｍ、または５０ｍｍの長さを有することができる。さらに、図１は、四重極ロッドセット１３０の近位端と遠位端との間の中間あたりに配置される補助電極１４０を描写するが、補助電極１４０は、本描写される例示的実施形態と比較してより近位またはより遠位に位置付けられることもできる。一例として、補助電極１４０は、四重極ロッドセット１３０の近位３分の１、中央３分の１、または遠位３分の１のいずれかに配置されることができる。実際、補助電極１４０の比較的により短い長さのため、四重極ロッドセット１３０ａ、ｂは、補助電極１４０の複数のセットを中心軸に沿った種々の位置に収容することができることを理解されたい。一例として、本教示の範囲内において、質量分析計システム１００は、第１の補助電気信号（例えば、ロッド１３０ａ、ｂのＤＣオフセット電圧と異なるＤＣ電圧）が印加され得る、補助電極の第１の近位セットと、第２の補助電気信号（例えば、ＲＦ成分を有する）が印加され得る、補助電極の１つまたはそれを上回る遠位セットとを含むことができる。

ここで図３を参照すると、例示的プロトタイプのイオンガイド１２０の一部が、描写される。図３に示されるように、イオンガイド１２０は、ベース部分１４０ａと、そこから延在するステム部分１４０ｂとを有する、４つのＴ形状電極１４０を備える。１０ｍｍの長さであって、約６ｍｍの長さのステム１４０ｂを有する、電極１４０は、本教示の種々の側面によると、四重極ロッドセット１３０の所望の場所に搭載され得る、搭載リング１４２に結合されることができる。非限定的実施例として、例示的搭載リング１４２は、四重極ロッドセット１３０のロッドに（例えば、想像線として示される四重極１３０ａと）しっかりと係合するための切り欠きを備える。示されるように、ＲＦ電力供給源１０５および／またはＤＣ電力供給源１０７に結合され得る、単一導線１４４もまた、実質的に同じ補助電気信号が補助電極１４０のそれぞれに印加されるように、補助電極１４０のそれぞれに電気的に結合されることができる。

前述のように、種々のＲＦおよび／またはＤＣ信号が、本教示によると、多極イオンガイド１２０から下流の真空チャンバ１１４の中へのイオンの伝送を制御または操作するように、補助電極１４０に印加されることができる。前述の教示は、ここで、本教示を限定するのではなく、実証することを前提として、ｉ）ロッド１３０ａ、ｂに印加されるＤＣオフセット電圧と異なるＤＣ電圧（ＲＦ成分を伴わない）が、図２の例示的補助Ｔ形状電極１４０に印加され、ｉｉ）ＲＦ信号が、図２の例示的補助Ｔ形状電極１４０に印加され（電極１４０に印加されるＤＣ電圧は、ＤＣオフセット電圧と同等である）、ｉｉｉ）ロッド１３０ａ、ｂに印加されるＤＣオフセット電圧と異なるＤＣ電圧と、ＲＦ信号の両方が、図２の例示的補助Ｔ形状電極１４０に印加される、以下の実施例を使用して実証されるであろう。

最初に、図４Ａ−Ｃを参照すると、Ｑ０の四重極ロッド（長さ約１８ｃｍを有する）の近位入口端から下流約１２ｃｍに位置する、長さ約５０ｍｍを有する補助Ｔ形状電極１４０を含むように本教示に従って修正された、４０００ＱＴＲＡＰ^(R)システム（ＳＣＩＥＸによって市販）を通した種々のイオンの伝送を実証する、例示的データが、描写される。Ｑ０の四重極ロッドは、−１０Ｖ ＤＣオフセットに維持され、異なる振幅（すなわち、１８９Ｖ_０−ｐ、２８３Ｖ_０−ｐ、３７８Ｖ_０−ｐ、および５６７Ｖ_０−ｐ）の種々のＲＦ信号が、四重極ロッドに印加された。四重極ロッドに印加される主駆動ＲＦは、約１ＭＨｚであって、隣接する四重極ロッドに印加される信号は、相互に位相が反対であった。

図４Ａ−Ｃは、それぞれ、補助電極に印加されるＤＣ電圧がＤＣオフセット電圧（すなわち、−１０Ｖ ＤＣ）から調節されるにつれて、多極イオンガイドを通して３２２Ｄａ、６２２Ｄａ、および９２２Ｄａのｍ／ｚを呈する、イオンの伝送の変化を描写する。例えば、ここで図４Ａを具体的に参照すると、３２２Ｄａのｍ／ｚを有するイオンの伝送は、四重極ロッドに印加される種々のＲＦ信号毎に、ＤＣオフセット電圧から約±１０〜１５Ｖ ＤＣの補助ＤＣ電圧（すなわち、約−１８〜２２Ｖ ＤＣおよび＋１２〜１５Ｖ ＤＣ）において実質的に停止される。しかしながら、図４Ｂおよび４Ｃに示されるように、増加されるｍ／ｚのイオンに関するＤＣカットオフは、四重極ロッドに印加されるＲＦの振幅に応じて実質的に変動する（概して、Ｖ_０−ｐが増加するにつれて、ますますより高い補助ＤＣ電圧が、多極イオンガイドを通したイオンの伝送を停止するために要求される）。一例として、９２２Ｄａのｍ／ｚを有するイオンに関して、カットオフは、１８９Ｖ_０−ｐでは、ＤＣオフセット電圧から約±１０Ｖ ＤＣ（すなわち、−２０Ｖ ＤＣおよび０Ｖ ＤＣ）である一方、５６７Ｖ_０−ｐでは、カットオフは、ＤＣオフセット電圧から約±２５Ｖ ＤＣ（すなわち、−３５Ｖ ＤＣおよび＋１５Ｖ ＤＣ）である。これらの実施例に照らして、四重極ロッドセットおよび／または補助ＤＣ信号に印加されるＲＦ電圧は、下流の質量分析器への全イオンの伝送を実質的に阻止するように、調節されることができる（例えば、コントローラ１０３を介して）ことを理解されたい。非限定的実施例として、補助ＤＣ電圧は、イオン源によって発生される実質的に全イオンのカットオフポイントを超えて、ＤＣオフセット電圧から調節されることができる。前述のデータはまた、四重極ロッドに印加されるＲＦ信号の振幅が、多極イオンガイドを通したイオンの伝送を防止するように、補助ＤＣ電圧とＤＣオフセット電圧との間の差異の増加と別個に、またはそれと連動して同時に減少されることができることを示す。故に、本教示による方法およびシステムは、例えば、検体が連続イオン源（例えば、液体クロマトグラフィの勾配溶出の初めまたは後の部分における）に送達されているサンプル中に存在しないことが既知である、および／または下流の質量分析器（例えば、イオントラップデバイス）がイオンガイドを通して以前に伝送されたイオンを処理している、時間周期の間、下流の質量分析器の中へのイオンの流動を停止する（例えば、汚染をさらに低減させる）ことができる。

図４Ａ−Ｃを継続して参照すると、約−１０Ｖ ＤＣの補助ＤＣ電圧では、イオンガイド内の電場は、多極イオンガイドが従来のコリメート四重極として機能するであろうように（すなわち、補助電極が存在さえしないであろうかのように）、補助ＤＣ電圧によって実質的に改変されないであろうことを理解されたい。本教示の種々の側面による方法およびシステムは、望ましくないイオン（例えば、本明細書のその他で、以下の図５Ａ−Ｃに関して具体的に論じられるように、高ｍ／ｚの干渉／汚染イオン）の伝送を低減させるために効果的であり得るが、図４Ａ−Ｃは、驚くことに、イオンガイドを通した全体的イオン伝送が、補助ＤＣ信号がＤＣオフセット電圧から調節されるにつれて、従来のコリメート四重極と比較して増加され得ることを実証する。すなわち、図４Ａ−Ｃに示されるように、全体的検出されたイオン電流は、最初に、補助ＤＣ電圧がＤＣオフセット電圧に維持されるときに発生されるイオン電流と比較して、補助ＤＣ電圧によって増加される。任意の特定の理論によって拘束されるわけではないが、イオン電流の本増加は、補助ＤＣ信号によって引き起こされたイオンガイド内のイオンのクラスタ分離の増加に起因し得ると考えられる。これらの重く帯電されたクラスタは、従来のコリメート四重極Ｑ０内で中性化される、および／またはＱ０を通した下流の真空チャンバの中への伝送に続き、下流の光学要素および質量分析器を汚染し得る一方、本教示の種々の側面による方法およびシステムは、驚くことに、イオンガイド内のこれらの帯電されたクラスタをクラスタ分離し、それによって、イオンをそこから解放し、潜在的に、典型的には従来のシステム内で喪失される、着目イオンの伝送／検出を可能にすることによって、感度を増加させるために使用されることができる。

ここで図５Ａ−Ｃを参照すると、Ｑ０の四重極ロッド（長さ約１８ｃｍを有する）の近位入口端から約１２ｃｍ下流に位置する、長さ約５０ｍｍを有する補助Ｔ形状電極を含むように本教示の種々の側面に従って修正された、４０００ＱＴＲＡＰ^(R)システムを通したイオン化された標準（Ａｇｉｌｅｎｔ ＥＳＩ Ｔｕｎｉｎｇ Ｍｉｘ、Ｇ２４２１！、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）の伝送に続く例示的質量スペクトルが、描写される。Ｑ０の四重極ロッドは、−１０Ｖ ＤＣオフセットに維持され、１８９Ｖ_０−ｐのＲＦ信号が、四重極ロッドに印加された。四重極ロッドに印加される主駆動ＲＦは、約１ＭＨｚであって、隣接する四重極ロッドに印加される信号は、相互に位相が反対であった。

図５Ａの質量スペクトログラムを生成するために、補助電極は、イオンガイドが従来のコリメート四重極として実質的に機能されるように、−１０Ｖ ＤＣ（すなわち、四重極ロッドの同一ＤＣオフセット電圧）に維持された。図５Ｂに関して、補助ＤＣ電圧は、補助ロッドの電圧を−１５Ｖ ＤＣ（ΔＶ＝ＤＣオフセットに対して−５ＶＤＣ）まで減少させることによって、ＤＣオフセット電圧から調節された。すなわち、四重極ロッドと比較すると、補助電極は、イオン源によって発生される正イオンに５Ｖより誘引性であった。図５Ｃのスペクトログラムを得るために、補助ＤＣ電圧は、−１９Ｖ ＤＣ（ΔＶ＝−９Ｖ ＤＣ）までさらに減少された。ＲＦ信号は、補助電極に印加されなかった。

図５Ｂと図５Ａを比較すると、ＤＣオフセット電圧に対して補助ＤＣ電圧を調節する（この場合、減少させ、補助電極を正イオンにより誘引性にする）ことによって、図５Ｂの構成は、高ｍ／ｚイオンをフィルタ処理するために効果的であったことが観察され得る。例えば、識別可能ピークが、図５Ａでは、１５１８．８６Ｄａおよび１５２１．６６Ｄａに存在するが、これらのピークは、図５Ｂには存在しない。実際、図５Ｂでは、約１４００Ｄａを上回るｍ／ｚにおいて、判別可能信号はない。

図５Ｃと図５Ｂを比較すると、ＤＣオフセット電圧に対して補助ＤＣ電圧をさらに減少させることによって、高ｍ／ｚイオンはさらにフィルタ処理されることが観察される。例えば、識別可能ピークが、図５Ｂでは、９２１．２５Ｄａに存在するが、本ピークは、図５Ｃでは存在しない。実際、図５Ｃでは、約９００Ｄａを超えると、判別可能信号はない。また、低ｍ／ｚイオンのフィルタ処理増加もまた、図５Ｃと図５Ｂを比較すると観察され得るが、本効果は、高域通過フィルタ効果ほど顕著ではないことに留意されたい。例えば、図５Ｂでは、２３５．６６Ｄａに存在する識別可能ピークは、図５Ｃでは存在しない。したがって、本教示の種々の側面によるイオンガイドは、補助ＤＣ信号を調節し、それによって、潜在的に、干渉／汚染イオンが下流の質量分析器に伝送されることを防止することによって、低域通過フィルタ（図５Ｂにおけるように）として、および／または帯域通過フィルタ（図５Ｃにおけるように）として動作されることができることが理解されるであろう。

ここで図６Ａ−Ｄを参照すると、図５Ａ−Ｃを参照して前述のように実質的に修正された、４０００ＱＴＲＡＰ^(R)システムを通したイオン化された標準（Ａｇｉｌｅｎｔ ＥＳＩ Ｔｕｎｉｎｇ Ｍｉｘ、Ｇ２４２１！、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）の伝送に続く、例示的質量スペクトルが、描写される。しかしながら、図６Ａ−Ｄの質量スペクトルを得るために、２８３Ｖ_０−ｐのＲＦ信号が、四重極ロッドに印加された（依然として、−１０Ｖ ＤＣオフセットに維持される）。図６Ａ−Ｄの実験条件はさらに、電圧を減少させる（すなわち、補助ＤＣ信号を−１０ＶＤＣオフセットに対してより負にする）のではなく、補助ＤＣ電圧が、図６Ｂにおけるように０Ｖ ＤＣ（ΔＶ＝ＤＣオフセットに対して１０Ｖ ＤＣ）、図６Ｃにおけるように＋５Ｖ ＤＣ（ΔＶ＝＋１５Ｖ ＤＣ）、および図６Ｄにおけるように＋９Ｖ ＤＣ（ΔＶ＝＋１９Ｖ ＤＣ）まで補助ロッドの電圧を増加させることによって、ＤＣオフセット電圧から調節されたという点において異なる。すなわち、四重極ロッドと比較して、補助電極は、イオン源によって発生される正イオンにより反発性となった。図６Ａ−６Ｄを比較すると、イオンガイドは、補助電極が四重極電極に対してますます正（すなわち、正イオンにより反発性）になるにつれて、低ｍ／ｚイオンをより良好にフィルタ処理することが認められる。したがって、本教示の種々の側面によるイオンガイドは、補助ＤＣ信号をより正にし、それによって、潜在的に、干渉／汚染低ｍ／ｚイオンが下流の質量分析器に伝送されることを防止することによって、高域通過フィルタとして動作されることが理解されるであろう。

種々の側面によると、本教示によるイオンガイドは、代替として、または加えて、ＲＦ信号が、多極イオンガイド１２０から下流の真空チャンバ１１４の中へのイオンの伝送を制御または操作するよう、補助電極に印加されるように、ＲＦ電力供給源に結合されることができる。ここで図７Ａ−Ｃを参照すると、Ｑ０の四重極ロッド（長さ約１８ｃｍを有する）の近位入口端から約１２ｃｍ下流に位置する、長さ約１０ｍｍを有する補助Ｔ形状電極を含むように本教示の種々の側面に従って修正された、４０００ＱＴＲＡＰ^(R)システムを通したイオン化された標準（Ａｇｉｌｅｎｔ ＥＳＩ Ｔｕｎｉｎｇ Ｍｉｘ、Ｇ２４２１！、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）の伝送に続く、例示的質量スペクトルが、描写される。Ｑ０の四重極ロッドは、−１０Ｖ ＤＣオフセットに維持され、２８３Ｖ_０−ｐのＲＦ信号が、四重極ロッドに印加された。四重極ロッドに印加される主駆動ＲＦは、約１ＭＨｚであって、隣接する四重極ロッドに印加される信号は、相互に位相が反対であった。

図７Ａの質量スペクトログラムを生成するために、補助電極は、イオンガイドが従来のコリメート四重極として実質的に機能されるように、−１０Ｖ ＤＣ（すなわち、四重極ロッドの同一ＤＣオフセット電圧）に維持された（すなわち、補助ＲＦ信号は、印加されなかった）。図７Ｂに関して、補助ＤＣ電圧もまた、−１０Ｖ ＤＣに維持されたが、同じ補助ＲＦ信号が、周波数８０ｋＨｚにおいて３００Ｖ_ｐ−ｐで補助電極のそれぞれ（例えば、図２および３の４つの電極１４０）に印加された。同様に、図７Ｃに関しても、補助ＤＣ電圧は、−１０Ｖ ＤＣに維持され、同じ補助ＲＦ信号が、周波数８０ｋＨｚにおいて３５０Ｖ_ｐ−ｐで補助電極のそれぞれに印加された。図７Ａ−Ｃを比較すると、補助電極に印加されるＲＦ信号の振幅の増加は、スペクトルの低ｍ／ｚ部分に殆ど乃至全く影響を及ぼさずに、高ｍ／ｚイオンを質量スペクトルから除去するためにますます効果的となり得ることが観察される。例えば、識別可能ピークが、図７Ａでは、２１１６．２２Ｄａに存在するが、本ピークは、図７Ｂでは、大幅に減衰される。図７Ｃと図７Ｂを比較すると（補助ＲＦ信号の振幅を３５０Ｖ_ｐ−ｐから３００Ｖ_ｐ−ｐに増加後）、高ｍ／ｚイオンがさらにフィルタ処理されることが観察される。例えば、識別可能ピークが、図７Ｂでは、９２０．７７Ｄａおよび１５２２．３６Ｄａに存在するが、これらのピークは、図７Ｃでは存在しない。実際、図７Ｃでは、約９００Ｄａを超えると、判別可能信号はない。したがって、本教示の種々の側面によるイオンガイドでは、補助電極に印加されるＲＦ信号は、高ｍ／ｚイオンが下流の質量分析器に伝送されることを防止し、それによって、潜在的に、イオン源によって発生されるイオン中に存在する干渉／汚染イオンの影響を防止するように調節されることができることが理解されるであろう。

さらに、本教示の種々の側面によると、補助電極に印加される補助ＤＣ信号および補助ＲＦ信号は両方とも、多極イオンガイドからのイオンの伝送を制御または操作するように調節されることができる。ここで図７Ａおよび図８Ａ−Ｆを参照すると、例示的質量スペクトルは、ＤＣおよびＲＦ補助信号の両方への調節の影響を描写する。前述のように、図７Ａの質量スペクトログラムを生成するために、補助電極は、イオンガイドが従来のコリメート四重極として実質的に機能されるように、−１０Ｖ ＤＣ（すなわち、四重極ロッドの同一ＤＣオフセット電圧）に維持された（すなわち、補助ＲＦ信号は、印加されなかった）。図８Ａ（図７Ｂと同じ）では、補助ＤＣ電圧は、−１０Ｖ ＤＣに維持されたが、周波数８０ｋＨｚで３００Ｖ_ｐ−ｐにおける同じ補助ＲＦ信号が、補助電極のそれぞれに印加された。図８Ｂ−Ｅのイオンスペクトルに関して、補助ＲＦ信号は、周波数８０ｋＨｚにおいて３００Ｖ_ｐ−ｐに維持された一方、電極に印加される補助ＤＣ電圧は、それぞれ、図８Ｂにおけるように−２５Ｖ ＤＣ（ΔＶ＝ＤＣオフセットに対して−１５Ｖ ＤＣ）、図８Ｃにおけるように−３０Ｖ ＤＣ（ΔＶ＝−２０Ｖ ＤＣ）、図８Ｄにおけるように−３６Ｖ ＤＣ（ΔＶ＝−２６Ｖ ＤＣ）、図８Ｅにおけるように−３８Ｖ ＤＣ（ΔＶ＝−２８Ｖ ＤＣ）、および図８Ｆにおけるように−４５Ｖ ＤＣ（ΔＶ＝−３５Ｖ ＤＣ）に減少された。付随のデータおよび本教示に照らして、ＲＦおよびＤＣ補助信号は両方とも、本明細書に説明される種々の側面に従ってイオンガイドによる所望のフィルタ処理を提供するように調節（例えば、調整）されることができることが、当業者によって理解されるであろう。非限定的実施例として、図８Ａ−Ｆのデータは、ＲＦ信号の印加が、高ｍ／ｚイオンのフィルタ処理のために要求される補助ＤＣ電圧の振幅を低減させることができる一方、低ｍ／ｚイオンが、概して影響されないままであることを実証することを理解されたい（−１９Ｖ ＤＣの補助ＤＣ電圧（ΔＶ＝ＤＣオフセットに対して−９Ｖ ＤＣ）における実質的低ｍ／ｚ除去を描写する、図５Ｃと比較して）。

当業者は、本明細書に説明される実施形態および実践の多くの均等物を把握する、または日常的にすぎない実験を使用して解明可能であろう。一例として、種々の構成要素の寸法および種々の構成要素に印加される特定の電気信号に関する明示的値（例えば、振幅、周波数等）は、単に、例示であって、本教示の範囲を限定することを意図するものではない。故に、本発明は、本明細書に開示される実施形態を限定するものではなく、法律の下で可能な限り広範囲であるように解釈されるべきである、以下の請求項から理解されるものとすることを理解されたい。

本明細書で使用される見出しは、編成目的のためにすぎず、限定として解釈されない。本出願人の教示は、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するものではない。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に、種々の代替、修正、および均等物を包含する。

Claims (20)

1. 質量分析計システムであって、
   イオンを発生させるためのイオン源と、
   イオンガイドチャンバであって、前記イオンガイドチャンバは、前記イオン源によって発生されるイオンを受容するための入口オリフィスと、イオンを前記イオンガイドチャンバから少なくとも１つの質量分析器を格納する真空チャンバの中に伝送するための少なくとも１つの出射開口とを備える、イオンガイドチャンバと、
   前記イオンガイドチャンバ内に配置される多極イオンガイドであって、前記多極イオンガイドは、
   ｉ）前記入口オリフィスに隣接して配置される近位端から前記出射開口に隣接して配置される遠位端まで延在する四重極ロッドセットであって、前記四重極ロッドセットは、第１の対のロッドおよび第２の対のロッドを備え、各ロッドは、中心縦軸から離間され、かつ前記中心縦軸に並んで延在する、四重極ロッドセットと、
   ｉｉ）前記四重極ロッドセットの少なくとも一部に沿って、前記中心縦軸から離間され、かつ前記中心縦軸に並んで延在する複数の補助電極であって、前記複数の補助電極は、前記補助電極が、前記四重極ロッドセットのロッドによって相互から分離されるように、かつ前記補助電極がそれぞれ、前記第１の対のロッドの単一ロッドおよび前記第２の対のロッドの単一ロッドに隣接するように、前記四重極ロッドセットのロッド間に介在される、複数の補助電極と、
   を備え、前記複数の補助電極は、その長さに沿って実質的に一定断面を備える、多極イオンガイドと、
   前記多極イオンガイドに結合され、ｉ）第１の周波数および第１の位相における前記第１の対のロッドへの第１のＲＦ電圧と、ｉｉ）前記第１の周波数に等しい第２の周波数および前記第１の位相と反対の第２の位相における前記第２の対のロッドへの第２のＲＦ電圧と、ｉｉｉ）前記補助電極のそれぞれへの補助電気信号であって、前記補助電極のそれぞれに印加される補助電気信号は、実質的に同じである、補助電気信号とを提供するように動作可能な電力供給源と、
   を備え、前記補助電気信号は、高ｍ／ｚイオンの伝送を防止するためのＤＣ信号およびＲＦ信号を備える、質量分析計システム。
2. 前記電力供給源は、前記第１のＲＦ電圧を前記第１の対のロッドに提供するように動作可能な第１の電圧源と、前記第２のＲＦ電圧を前記第２の対のロッドに提供するように動作可能な第２の電圧源と、ＲＦ電圧を前記補助電極に提供するように動作可能な補助ＲＦ電圧源およびＤＣ電圧を前記補助電極に提供するように動作可能な補助ＤＣ電圧源のうちの少なくとも１つとを備える、請求項１に記載の質量分析計システム。
3. 前記補助電気信号は、前記四重極ロッドセットが維持されるＤＣオフセット電圧と異なるＤＣ電圧を備える、請求項１に記載の質量分析計システム。
4. 前記多極イオンガイドから伝送されるイオンを減衰させるように、前記補助電極に提供される前記ＤＣ電圧を調節するように構成される、コントローラをさらに備える、請求項３に記載の質量分析計システム。
5. 前記多極イオンガイドから伝送されるイオンのｍ／ｚ範囲を調節するように、前記補助電極に提供される前記ＤＣ電圧を調節するように構成される、コントローラをさらに備える、請求項３に記載の質量分析計システム。
6. イオンが前記出射開口を通して前記真空チャンバの中に実質的に伝送されないように、前記第１の対のロッドに提供される第１のＲＦ電圧、前記第２の対のロッドに印加される第２のＲＦ電圧、および前記補助電極に提供されるＤＣ電圧のうちの少なくとも１つを調節するように構成される、コントローラをさらに備える、請求項３に記載の質量分析計システム。
7. 前記補助電気信号は、第３の周波数および第３の位相におけるＲＦ信号を備える、請求項１に記載の質量分析計システム。
8. 前記補助電気信号はさらに、前記四重極ロッドセットが維持されるＤＣオフセット電圧と異なるＤＣ電圧を備える、請求項７に記載の質量分析計システム。
9. 前記電力供給源はさらに、補完電気信号を前記四重極ロッドセットのロッドのうちの少なくとも１つに提供するように動作可能であり、前記補完電気信号は、ＤＣ電圧およびＡＣ励起信号のうちの１つである、請求項１に記載の質量分析計システム。
10. 前記補助電極は、前記四重極ロッドセットの長さ未満の長さを有し、
    前記システムはさらに、前記補助電極の第１のセットから軸方向にオフセットされる補助電極の第２のセットを備え、
    前記電力供給源は、実質的に同じ第２の補助電気信号を前記補助電極の第２のセットのそれぞれに提供するように動作可能であり、前記第２の補助電気信号は、前記補助電極の第１のセットに提供される補助信号と異なる、
    請求項１に記載の質量分析計システム。
11. イオンを処理する方法であって、
    イオン源によって発生されるイオンをイオンガイドチャンバの入口オリフィスを通して受容することと、
    イオンを前記イオンガイドチャンバ内に配置される多極イオンガイドを通して伝送することであって、前記多極イオンガイドは、
    ｉ）前記入口オリフィスに隣接して配置される近位端から前記イオンガイドチャンバの出射開口に隣接して配置される遠位端まで延在する四重極ロッドセットであって、前記四重極ロッドセットは、第１の対のロッドおよび第２の対のロッドを備え、各ロッドは、中心縦軸から離間され、かつ前記中心縦軸に並んで延在する、四重極ロッドセットと、
    ｉｉ）前記四重極ロッドセットの少なくとも一部に沿って、前記中心縦軸から離間され、かつ前記中心縦軸に並んで延在する複数の補助電極であって、前記複数の補助電極は、前記補助電極が、前記四重極ロッドセットのロッドによって相互から分離されるように、かつ前記補助電極がそれぞれ、前記第１の対のロッドの単一ロッドおよび前記第２の対のロッドの単一ロッドに隣接するように、前記四重極ロッドセットのロッド間に介在される、複数の補助電極と、
    を備え、前記複数の補助電極は、その長さに沿って実質的に一定断面を備える、ことと、
    第１の周波数および第１の位相における前記第１の対のロッドへの第１のＲＦ電圧を印加することと、
    前記第１の周波数に等しい第２の周波数および前記第１の位相と反対の第２の位相における前記第２の対への第２のＲＦ電圧を印加することと、
    実質的に同じ補助電気信号を前記補助電極のそれぞれに印加することであって、前記補助電気信号は、高ｍ／ｚイオンの伝送を防止するためのＤＣ信号およびＲＦ信号を備える、ことと、
    イオンを前記多極イオンガイドから前記出射開口を通して少なくとも１つの質量分析器を格納する真空チャンバの中に伝送することと、
    を含む、方法。
12. 前記イオンガイドチャンバを約１ｍＴｏｒｒ〜約１０ｍＴｏｒｒの範囲内の圧力に維持することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 実質的に同じ補助電気信号を前記補助電極のそれぞれに印加することは、前記補助電極に、前記四重極ロッドセットが維持されるＤＣオフセット電圧と異なるＤＣ電圧を印加することを含む、請求項１１に記載の方法。
14. 前記多極イオンガイドから伝送されるイオンを減衰させるように、前記補助電極に提供されるＤＣ電圧を調節することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記多極イオンガイドから伝送されるイオンのｍ／ｚ範囲を調節するように、前記補助電極に提供されるＤＣ電圧を調節することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第１の対のロッドに提供される第１のＲＦ電圧、前記第２の対のロッドに印加される第２のＲＦ電圧、および前記補助電極に提供されるＤＣ電圧のうちの少なくとも１つを調節し、前記出射開口を通した前記真空チャンバの中へのイオンの伝送を停止することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
17. 実質的に同じ補助電気信号を前記補助電極のそれぞれに印加することは、第３の周波数および第３の位相におけるＲＦ信号を印加することを含む、請求項１１に記載の方法。
18. 実質的に同じ補助電気信号を前記補助電極のそれぞれに印加することはさらに、前記補助電極に、前記四重極ロッドセットが維持されるＤＣオフセット電圧と異なるＤＣ電圧を印加することを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 補完電気信号を前記四重極ロッドセットのロッドのうちの少なくとも１つに印加することであって、前記補完電気信号は、ＤＣ電圧およびＡＣ励起信号のうちの１つである、ことをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
20. 前記補助電極のそれぞれに印加される前記補助電気信号は、前記多極イオンガイドを通して伝送されているイオンのクラスタ分離を助長するように選択される、請求項１１に記載の方法。