JP7191241B2

JP7191241B2 - 四重極デバイス

Info

Publication number: JP7191241B2
Application number: JP2021550038A
Authority: JP
Inventors: レイモンドグリーン，マーティン; ジェイラングリッジ，デイビッド
Original assignee: マイクロマスユーケーリミテッド
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2022-12-16
Anticipated expiration: 2040-03-11
Also published as: GB202003530D0; CN113454753B; EP3939068A1; US20220157594A1; EP3939067A1; GB202003532D0; GB2584756A; JP2022520112A; WO2020183160A1; JP7268178B2; WO2020183159A1; CN113508450B; US20220148874A1; GB2584757B; GB2584756B; CN113508450A; JP2022522697A; GB2584757A; CN113454753A

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年３月１１日に出願された英国特許出願第１９０３２１３．５号および２０１９年３月１１日に出願された英国特許出願第１９０３２１４．３号からの優先権およびそれらの利益を主張する。これらの出願の全ての内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、一般に、四重極デバイスおよび四重極デバイスを備えている質量および／またはイオン移動度分光器などの分析機器に関し、より具体的には、四重極質量フィルタおよび四重極質量フィルタを備えている分析機器に関する。

四重極質量フィルタは、よく知られており、４つの平行ロッド電極を備えている。図１は、四重極質量フィルタの典型的な配設を示す。

従来の動作では、ＲＦ電圧およびＤＣ電圧は、四重極が質量または質量電荷比分解動作モードで動作するように、四重極のロッド電極に印加される。所望の質量電荷比範囲内の質量電荷比を有するイオンは、質量フィルタによって前方に透過されるが、質量電荷比範囲外の質量電荷比値を有する望ましくないイオンは、大幅に減衰される。

駆動電圧は、四重極デバイスが１つ以上のいわゆる「安定領域」内で動作するように、すなわち、少なくとも一部のイオンが四重極デバイス内の安定した軌道をとるように選択される。例えば、四重極デバイスは、いわゆる「第１の」（すなわち、最下位の）安定領域内で動作させることが一般的である。

ＵＳ５２２７６２９（特許文献１）は、単一の追加的な四重極ＡＣ摂動電圧が（主ＲＦおよびＤＣ電圧に加えて）四重極の電極に印加される動作モードを記載している。これは、新しい安定領域または「安定の島」が生成されるように、安定線図を変化させる効果を有する。この動作モードでの動作は、高質量分解能を提供することができる。

Ｎ．Ｖ．Ｋｏｎｅｎｋｏｖらの論文ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ２０８（２００１）１７－２７（Ｋｏｎｅｎｋｏｖ）（非特許文献１）は、これらの修正された安定線図をより詳細に記載している。

Ｍ．Ｓｕｄａｋｏｖらの論文ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ４０８（２０１６）９－１９（Ｓｕｄａｋｏｖ）（非特許文献２）は、（主ＲＦおよびＤＣ電圧に加えて）２つの追加的な位相ロックＡＣ励起が四重極のロッド電極に印加される動作モードを記載している。これは、第１の安定領域（「Ｘバンド」）の頂部の近くの高ｑ境界に沿って、安定した狭く長い帯域を生じさせる効果を有する。Ｘバンドモードでの動作は、高質量分解能および高速質量分離を提供することができる。

ＵＳ５２２７６２９

Ｎ．Ｖ．Ｋｏｎｅｎｋｏｖ等、ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ２０８（２００１）１７－２７（Ｋｏｎｅｎｋｏｖ）Ｍ．Ｓｕｄａｋｏｖ等、ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ４０８（２０１６）９－１９（Ｓｕｄａｋｏｖ）

改善された四重極デバイスを提供することが望ましい。

一態様によれば、四重極デバイスを動作させる方法が提供され、本方法は、
主四重極電圧を四重極デバイスに印加することと、
補助四重極電圧を四重極デバイスに印加することと、
双極子電圧を四重極デバイスに印加することと、を含む。

様々な実施形態は、主（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧および補助（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧が四重極デバイスに（同時に）印加される、四重極質量フィルタなどの四重極デバイスを動作させる方法を目的とする。

したがって、例えば、様々な実施形態によれば、繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧波形の第１の位相を四重極デバイスの一方の対向する電極対に印加することによって、および繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧波形の逆位相（１８０°位相が異なる）を他方の対向する電極対に印加することによって、主（ＡＣまたはＲＦ）および補助（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧を含む繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧波形が四重極デバイスに印加される。

主四重極（ＡＣまたはＲＦ）および補助（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧に加えて、双極子（ＡＣまたはＲＦ）電圧もまた、（主および補助四重極電圧と同時に）四重極デバイスに印加される。

したがって、例えば、様々な実施形態によれば、繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧波形の第１の位相を四重極デバイスの電極の１つに、および繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧波形の逆位相（１８０°位相が異なる）を四重極デバイスの対向する電極に印加することによって（または繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧波形の第１の位相を四重極デバイスの一方の隣接する電極対に、および繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧波形の逆位相（１８０°位相が異なる）を他方の隣接する電極対に印加することによって）、（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧を含む繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧波形が四重極デバイスに印加される。

下でより詳細に説明するように、補助（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧の四重極デバイスへの印加は、四重極デバイスが、改善された性能特性（高質量分解能および高速質量分離など）を有する、「Ｘバンド」、「Ｘバンド様」、「Ｙバンド」、または「Ｙバンド様」動作モードなどの動作モードで動作することを可能にすることができる。

しかしながら、本明細書で説明する様々な実施形態にあるように、単一の補助四重極電圧だけが四重極デバイスに印加される場合、そのような動作モードで四重極デバイスを動作させることは、２つの別々の質量電荷比範囲内のイオンの四重極デバイスによる望ましくない同時透過をもたらし得る。これは、これらの動作モードでは、いわゆる「走査線」が複数の異なる安定領域と重なり得るからである。

様々な実施形態によれば、この（「単一の補助励起Ｘバンド」または「単一の補助励起Ｙバンド」）動作モードで動作するときにそうしなければ四重極デバイスによって透過され得る望ましくないイオンの透過を防止するために、追加的な（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧が四重極デバイスに印加される。

下でより詳細に説明するように、このような（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧の四重極デバイスへの印加は、これらの望ましくないイオンの透過を防止するための特に好都合な技術であり、デバイスの複雑さを大幅に増加させることなく、したがって、デバイスのコストを大幅に増加させることなく、比較的容易な様式で達成され得る。

したがって、様々な実施形態は、例えば高質量分解能および高速質量分離に関する、Ｘバンド（様）（またはＹバンド（様））動作の利点を達成することができ、一方で、特に容易かつ好都合な様式で、単一の（所望の）質量電荷比窓内のイオンだけを四重極デバイスによって透過することを確実にすることができる、動作モードを提供する。

したがって、本発明が、改善された四重極デバイスを提供することが認識されるであろう。

本方法は、１つ以上のＤＣ電圧を（主四重極、補助四重極、および補助双極子電圧と同時に）四重極デバイスに印加することを含み得る。

主四重極電圧、補助四重極電圧、および１つ以上のＤＣ電圧は、２つ以上の安定領域での四重極デバイスの動作に同時に対応するように選択され得る。すなわち、主四重極電圧、補助四重極電圧、および１つ以上のＤＣ電圧は、（双極子電圧を印加することなく）主四重極電圧、補助四重極電圧、および１つ以上のＤＣ電圧だけが四重極デバイスに（同時に）印加されたときに、少なくとも２つの異なる質量電荷比範囲（各範囲が、２つ以上の安定領域のそれぞれ１つに対応する）内の質量電荷比を有するイオンが、四重極デバイス内で同時に安定する（安定した軌道をとることができる）（したがって、四重極デバイスによって（同時に）透過することができる）ように選択され得る。換言すれば、主四重極電圧、補助四重極電圧、および１つ以上のＤＣ電圧は、走査線が２つ以上の安定領域と交差するように選択され得る。

（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧（または各々）は、（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧を四重極デバイスに印加することが、（イオンが四重極デバイスを通過するときに）２つ以上の安定領域のうちの少なくとも１つ（それぞれの安定領域）に対応するイオンを減衰させるように選択され得る。

別の態様によれば、四重極デバイスを動作させる方法が提供され、本方法は、
主四重極電圧を四重極デバイスに印加することと、
補助四重極電圧を四重極デバイスに印加することと、
１つ以上のＤＣ電圧を四重極デバイスに印加することと、を含み、
主四重極電圧、補助四重極電圧、および１つ以上のＤＣ電圧が、２つ以上の安定領域での四重極デバイスの動作に同時に対応するように選択され、本方法は、
イオンが四重極デバイスを通過するときに、２つ以上の安定領域のうちの少なくとも１つに対応するイオンを減衰させることをさらに含む。

イオンが四重極デバイスを通過するときに２つ以上の安定領域のうちの少なくとも１つに対応するイオンを減衰させることは、（主（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧、補助（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧、および１つ以上のＤＣ電圧と同時に）１つ以上の（ＡＣまたはＲＦ）電圧を四重極デバイスに印加することを含み得る。１つ以上の（ＡＣまたはＲＦ）電圧は、１つ以上の（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧を含み得る。

イオン（２つ以上の安定領域のうちの少なくとも１つに対応する）は、イオンが四重極デバイスを通過するときにイオンの少なくとも一部の（例えば、全ての）半径方向振幅を増加させること（双極子電圧の四重極デバイスへの印加）によって減衰され得る。

イオン（２つ以上の安定領域のうちの少なくとも１つに対応する）は、イオンの少なくとも一部（例えば、全て）を四重極デバイスの１つ以上の電極に衝突させること、および／または（四重極デバイスの電極間で）四重極デバイスから半径方向に通過させること（双極子電圧の四重極デバイスへの印加）によって減衰され得、および／または別様に（デバイスの下流の）四重極デバイスによって減衰され得る（透過され得ない）。

（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧は、単一の選択安定領域以外の２つ以上の安定領域のうちの１つの安定領域または複数の安定領域に対応するイオンを減衰させるように構成され得る。

２つ以上の安定領域のうちの少なくとも１つは、Ｘバンド、Ｘバンド様、Ｙバンド、またはＹバンド様安定領域であり得る。したがって、２つ以上の安定領域のうちの少なくとも１つの安定境界での不安定性（放出）は、単一の（ｘまたはｙ）方向（だけ）にあり得る。

単一の選択安定領域は、Ｘバンド、Ｘバンド様、Ｙバンド、またはＹバンド様の安定領域であり得る。すなわち、単一の選択安定領域は、安定領域の安定境界での不安定性（放出）が単一の（ｘまたはｙ）方向（だけ）にあり得る安定領域であり得る。

本方法は、（単一の）Ｘバンド、Ｘバンド様、Ｙバンド、またはＹバンド様の安定領域以外の２つ以上の安定領域の各々に対応するイオンを減衰させることを含み得る。これは、（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧を四重極デバイスに印加することが（単一の）Ｘバンド、Ｘバンド様、Ｙバンド、またはＹバンド様の安定領域以外の２つ以上の安定領域の各々に対応するイオンを減衰させるように、（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧を選択することによって行われ得る。

四重極デバイスは、（単一の）Ｘバンド、Ｘバンド様、Ｙバンド、またはＹバンド様の安定領域（だけ）に対応するイオン（だけ）を透過し得る。すなわち、四重極デバイスは、安定領域の安定境界での不安定性（放出）が単一の（ｘまたはｙ）方向（だけ）にある（単一の）安定領域（だけ）に対応するイオン（だけ）を透過し得る。

単一の補助四重極電圧だけが、四重極デバイスに印加され得る。

（単一の）Ｘバンド、Ｘバンド様、Ｙバンド、またはＹバンド様の安定領域は、「単一の励起Ｘバンド」（または「単一の励起Ｙバンド」）の安定領域であり得る。すなわち、（単一の）Ｘバンド、Ｘバンド様、Ｙバンド、またはＹバンド様の安定領域は、（主四重極電圧に加えて）単一の補助四重極電圧だけを四重極デバイスに印加することによって生成され得る。

主四重極電圧、補助四重極電圧、および双極子電圧のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、デジタル電圧を含み得る。

主四重極電圧、補助四重極電圧、および双極子電圧のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、高調波（ＲＦまたはＡＣ）電圧を含み得る。

四重極デバイスは、４つの（平行）（ロッド）電極を備え得、各電圧は、４つの電極のうちの、２つまたは全て（４つ）などの、少なくとも１つに印加され得る。

主（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧波形を四重極デバイスに印加することは、主（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧波形を、四重極デバイスの（４つの）電極のうちの、２つまたは全て（４つ）などの、少なくとも１つに印加することを含み得る。

補助（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧を四重極デバイスに印加することは、補助（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧を、四重極デバイスの（４つの）電極のうちの、２つまたは全て（４つ）などの、少なくとも１つに印加することを含み得る。

（ＡＣまたはＲＦ）（または各）双極子電圧を四重極デバイスに印加することは、（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧を、四重極デバイスの（４つの）電極のうちの、２つまたは全て（４つ）などの、少なくとも１つに印加することを含み得る。

１つ以上のＤＣ電圧を四重極デバイスに印加することは、１つ以上のＤＣ電圧（の各々）を、四重極デバイスの（４つの）電極のうちの、２つまたは全て（４つ）などの、少なくとも１つに印加することを含み得る。

四重極デバイスの４つの電極は、２つの対向する電極対として配設され得る。したがって、４つの電極は、２つの隣接した電極対にグループ化され得、各隣接する電極対は、各対向する電極対の１つの電極だけを備える。

主（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧を四重極デバイスに印加すること、および／または補助（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧を四重極デバイスに印加することは、繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧波形の第１の位相を四重極デバイスの一方の対向する電極対（の各電極）に印加することと、繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧波形の逆位相（１８０°位相が異なる）を、他方の対向する電極対（の各電極）に印加することと、を含み得る。

追加的または代替的に、主（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧を、四重極デバイスに印加すること、および／または補助（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧を四重極デバイスに印加することは、繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧波形の第１の位相を、四重極デバイスの対向する電極対の一方だけ（各電極）に印加すること（かつ繰り返し四重極電圧波形（の任意の位相）を、四重極デバイスの他方の対向する電極対（の各電極）に印加しないこと）を含み得る。

（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧（または各々）を四重極デバイスに印加することは、繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧波形の第１の位相を、四重極デバイスの一方の隣接する電極対（の各電極）に印加することと、繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧波形の逆位相（１８０°位相が異なる）を、他方の隣接する電極対（の各電極）に印加することと、を含み得る。

追加的または代替的に、（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧（または各々）を四重極デバイスに印加することは、繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧波形の第１の位相を、四重極デバイスの１つの電極だけに印加することと、繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧波形の逆位相（１８０°位相が異なる）を、四重極デバイスの対向する電極（だけ）に印加すること（かつ繰り返し双極子電圧波形（の任意の位相）を、四重極デバイスの他の（２つの）電極に印加すること）を含み得る。

四重極デバイスは、四重極質量フィルタを備え得る。

本方法は、イオンがそれらの質量電荷比に従って選択および／またはフィルタリングされるように、四重極質量フィルタを動作させることを含み得る。

本方法は、四重極デバイスによってイオンが選択および／または透過される質量電荷比または質量電荷比範囲（の中央）を変化させること（走査することなど）を含み得る。すなわち、本方法は、四重極デバイスの設定質量を変化させることを含み得る。

本方法は、四重極デバイスの分解能を変化させることを含み得る。これは、四重極デバイスによってイオンが選択および／または透過される質量電荷比または質量電荷比範囲（の中央）に依存して（すなわち、四重極デバイスの設定質量に依存して）行われ得る。

本方法は、
四重極デバイスの分解能を高くし、一方で、四重極デバイスによってイオンが選択および／または透過される質量電荷比または質量電荷比範囲（の中央）を増大させること（すなわち、四重極デバイスの設定質量を増大させること）、または
四重極デバイスの分解能を低くし、一方で、四重極デバイスによってイオンが選択および／または透過される質量電荷比または質量電荷比範囲（の中央）を減少させること（すなわち、四重極デバイスの設定質量を減少させること）を含み得る。

本明細書で使用するとき、四重極デバイスの設定質量は、四重極デバイスによってイオンが選択および／または透過される質量電荷比または質量電荷比範囲の中央である。

本方法は、異なる質量電荷比または質量電荷比範囲について（すなわち、異なる設定質量について）一定のピークの幅を維持するように、四重極デバイスの分解能を変化させることを含み得る。

本方法は、主四重極電圧および／または補助四重極電圧および／または双極子電圧の振幅および／または周波数を変化させることによって、四重極デバイスの分解能を変化させることを含み得る。

一態様によれば、上述の方法を含む、質量および／またはイオン移動度分光分析の方法が提供される。

別の態様によれば、装置が提供され、本装置は、
四重極デバイスと、
１つ以上の電圧源であって、
主四重極電圧を四重極デバイスに印加すること、
補助四重極電圧を四重極デバイスに印加すること、および
双極子電圧を四重極デバイスに印加すること、を行うように構成された、１つ以上の電圧源と、を備える。

１つ以上の電圧源は、２つ以上のＤＣ電圧を、（主（ＡＣまたはＲＦ）四重極、補助（ＡＣまたはＲＦ）四重極、および補助（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧と同時に）四重極デバイスに印加するように構成され得る。

主（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧、補助（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧、および１つ以上のＤＣ電圧は、２つ以上の安定領域での四重極デバイスの動作に同時に対応するように選択され得る。換言すれば、主四重極電圧、補助四重極電圧、および１つ以上のＤＣ電圧は、走査線が２つ以上の安定領域と交差するように選択され得る。

別の態様によれば、装置が提供され、本装置は、
四重極デバイスと、
１つ以上の電圧源であって、
主四重極電圧を四重極デバイスに印加すること、
補助四重極電圧を四重極デバイスに印加すること、および
１つ以上のＤＣ電圧を四重極デバイスに印加すること、を行うように構成された、１つ以上の電圧源と、を備え、
主四重極電圧、補助四重極電圧、および１つ以上のＤＣ電圧が、２つ以上の安定領域での四重極デバイスの動作に同時に対応するように選択され、
本装置は、イオンが四重極デバイスを通過するときに２つ以上の安定領域のうちの少なくとも１つに対応するイオンを減衰させるように構成されている。

１つ以上の電圧源は、イオンが四重極デバイスを通過するときに２つ以上の安定領域のうちの少なくとも１つに対応するイオンを減衰させるように、１つ以上の（ＡＣまたはＲＦ）電圧を、（主（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧、補助（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧、および１つ以上のＤＣ電圧と同時に）四重極デバイスに印加するように構成され得る。１つ以上の（ＡＣまたはＲＦ）電圧は、１つ以上の（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧を含み得る。

本装置は、イオンが四重極デバイスを通過するときにイオンの少なくとも一部（例えば、全て）の半径方向振幅を増加させること（（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧の四重極デバイスへの印加）によって、（２つ以上の安定領域のうちの少なくとも１つに対応する）イオンを減衰させるように構成され得る。

本装置は、イオンの少なくとも一部（例えば、全て）を四重極デバイスの１つ以上の電極に衝突させること、および／または（四重極デバイスの電極間で）四重極デバイスから半径方向に通過させること（（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧の四重極デバイスへの印加）によってイオン（２つ以上の安定領域のうちの少なくとも１つに対応する）を減衰するように構成され得、および／または別様に（デバイスの下流の）四重極デバイスによって減衰される（透過されない）ように構成され得る。

２つ以上の安定領域のうちの少なくとも１つは、Ｘバンド、Ｘバンド様、Ｙバンド、またはＹバンド様安定領域であり得る。したがって、２つ以上の安定領域のうちの少なくとも１つの安定境界での不安定性（放出）は、単一の（ｚまたはｙ）方向（だけ）にあり得る。

本装置は、（単一の）Ｘバンド、Ｘバンド様、Ｙバンド、またはＹバンド様の安定領域以外の２つ以上の安定領域の各々に対応するイオンを減衰させるように構成され得る。（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧は、（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧を四重極デバイスに印加することが（単一の）Ｘバンド、Ｘバンド様、Ｙバンド、またはＹバンド様の安定領域以外の２つ以上の安定領域の各々に対応するイオンを減衰させるように選択され得る。

本装置は、四重極デバイスが（単一の）Ｘバンド、Ｘバンド様、Ｙバンド、またはＹバンド様安定領域に対応するイオン（だけ）を透過するように構成され得る。すなわち、本装置は、安定領域の安定境界での不安定性（放出）が単一の（ｘまたはｙ）方向（だけ）にある（単一の）安定領域（だけ）に対応するイオン（だけ）を四重極デバイスが透過するように構成され得る。

１つ以上の電圧源は、単一の補助（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧だけを四重極デバイスに印加するように構成され得る。

（単一の）Ｘバンド、Ｘバンド様、Ｙバンド、またはＹバンド様の安定領域は、「単一の励起Ｘバンド」（または「単一の励起Ｙバンド」）の安定領域であり得る。すなわち、単一のＸバンド、Ｘバンド様、Ｙバンド、またはＹバンド様の安定領域は、単一の補助（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧だけを四重極デバイスに印加することによって生成され得る。

１つ以上の電圧源のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、デジタル電圧源を備え得る。

１つ以上の電圧源のうちの少なくとも１つ（例えば、各々）は、高調波（ＲＦまたはＡＣ）電圧源を備え得る。

四重極デバイスは、４つの（平行）（ロッド）電極を備え得、１つ以上の電圧源は、各電圧を、４つの電極のうちの、２つまたは全て（４つ）などの、少なくとも１つに印加するように構成され得る。

１つ以上の電圧源は、主（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧を、四重極デバイスの（４つの）電極のうちの、２つまたは全て（４つ）などの、少なくとも１つに印加することによって、主（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧を四重極デバイスに印加するように構成され得る。

１つ以上の電圧源は、補助（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧を、四重極デバイスの（４つの）電極のうちの、２つまたは全て（４つ）などの、少なくとも１つに印加することによって、補助（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧を四重極デバイスに印加するように構成され得る。

１つ以上の電圧源は、（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧を、四重極デバイスの（４つの）電極のうちの、２つまたは全て（４つ）などの、少なくとも１つに印加することによって、（ＡＣまたはＲＦ）（または各）双極子電圧を四重極デバイスに印加するように構成され得る。

１つ以上の電圧源は、１つ以上のＤＣ電圧（の各々）を、四重極デバイスの（４つの）電極のうちの、２つまたは全て（４つ）などの、少なくとも１つに印加することによって、１つ以上のＤＣ電圧を四重極デバイスに印加するように構成され得る。

１つ以上の電圧源は、繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧波形の第１の位相を、四重極デバイスの一方の対向する電極対（の各電極）に印加することによって、および繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧波形の逆位相（１８０°位相が異なる）を、他方の対向する電極対（の各電極）に印加することによって、主（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧および／または補助（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧を四重極デバイスに印加するように構成され得る。

追加的または代替的に、１つ以上の電圧源は、繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧波形の第１の位相を、四重極デバイスの対向する電極対の一方だけ（各電極）に印加すること（かつ繰り返し四重極電圧波形（の任意の位相）を、四重極デバイスの他方の対向する電極対（の各電極）に印加しないこと）によって、主（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧および／または補助（ＡＣまたはＲＦ）四重極電圧を四重極デバイスに印加するように構成され得る。

１つ以上の電圧源は、繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧波形の第１の位相を、四重極デバイスの一方の隣接する電極対（の各電極）に印加することによって、および繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧波形の逆位相（１８０°位相が異なる）を、他方の隣接する電極対（の各電極）に印加することによって、（ＡＣまたはＲＦ）（または各）双極子電圧を四重極デバイスに印加するように構成され得る。

追加的または代替的に、１つ以上の電圧源は、繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧波形の第１の位相を、四重極デバイスの１つの電極だけに印加することによって、および繰り返し（ＡＣまたはＲＦ）双極子電圧波形の逆位相（１８０°位相が異なる）を、四重極デバイスの対向する電極（だけ）に印加すること（かつ繰り返し双極子電圧波形（の任意の位相）を、四重極デバイスの他の（２つの）電極に印加すること）によって、（ＡＣまたはＲＦ）（または各）双極子電圧を四重極デバイスに印加するように構成され得る。

四重極デバイスは、四重極質量フィルタを備え得る。

本装置は、イオンがそれらの質量電荷比に従って選択および／またはフィルタリングされるように、四重極質量フィルタが動作するように構成され得る。

本装置は、四重極デバイスによってイオンが選択および／または透過される質量電荷比または質量電荷比範囲（の中央）を変化させる（走査するなど）ように構成され得る。すなわち、制御システムは、四重極デバイスの設定質量を変化させるように構成され得る。

本装置は、四重極デバイスの分解能を変化させるように構成され得る。これは、四重極デバイスによってイオンが選択および／または透過される質量電荷比または質量電荷比範囲に依存して（すなわち、四重極デバイスの設定質量に依存して）行われ得る。

本装置は、
四重極デバイスの分解能を高くし、一方で、四重極デバイスによってイオンが選択および／または透過される質量電荷比または質量電荷比範囲（の中央）を増大させること（すなわち、四重極デバイスの設定質量を増大させること）、または
四重極デバイスの分解能を低くし、一方で、四重極デバイスによってイオンが選択および／または透過される質量電荷比または質量電荷比範囲（の中央）を減少させること（すなわち、四重極デバイスの設定質量を減少させること）、を行うように構成され得る。

四重極デバイスの設定質量は、イオンが四重極デバイスによって選択および／または透過される質量電荷比または質量電荷比範囲の中央であり得る。

本装置は、異なる質量電荷比または質量電荷比範囲について一定のピークの幅を維持するように、四重極デバイスの分解能を変化させるように構成され得る。

本装置は、主四重極電圧および／または補助四重極電圧および／または双極子電圧の振幅および／または周波数を変化させることによって、四重極デバイスの分解能を変化させるように構成され得る。

一態様によれば、上述の装置を備える、質量および／またはイオン移動度分光器が提供される。

一態様によれば、方法が提供され、本方法は、
第１および第２の対向する電極対を備えている第１の四重極イオンガイドを提供することと、
振幅Ｖおよび周波数ωを有する第１の主または駆動ＡＣ電圧を第１および第２の対向する電極対の間に印加することと、
ＤＣ電圧Ｕを第１および第２の対向する電極対の間に印加することと、
第２の振幅Ｖ_ｅｘおよび周波数ω_ｅｘを有するパラメータ励起ＡＣ電圧を第１および第２の対向する電極対の間に印加することと、を含み、ここで、Ｖ＞Ｖ_ｅｘおよびω≠ω_ｅｘであり、それにより、動作中に、１つを超える異なる質量電荷比領域が同時に透過され、
イオンが四重極イオンガイドを横断するときに、該同時に透過された質量電荷比範囲の一部内のイオンが透過されることを阻止する。

イオンの透過を阻止する手段は、１つ以上の双極子励起波形の第１の四重極イオンガイドへの印加によって提供され得る。

様々な実施形態によれば、ＲＦおよび分解ＤＣ電圧を閉じ込めることに加えて、四重極デバイスの安定線図を変化させるために、単一の四重極の励起波形が印加される。

動作中に、１つを超える質量電荷比領域または窓が四重極デバイスによって同時に透過されるように、ＤＣ／ＲＦ比が調整され得る。

透過される質量電荷比領域の少なくとも１つは、改善されたピーク形状、イオン安定性、存在度感度、および分解能－透過特性をもたらすイオン安定性域から生じ得る。

透過されることが望ましくない質量電荷比領域からのイオンは、四重極の励起の周波数と異なり得る１つ以上の周波数において、別々の１つまたは複数の双極子励起波形を印加することによって、四重極デバイスを出ることを阻止し得るか、または前方に透過されることを阻止し得る。

イオンが電極に衝突するように、電極の間から放出されるもしくはそこを通過するように、またはイオンを下流のデバイスによって透過させるもしくは検出することができないように、出口で十分に摂動されるように、イオンが四重極デバイスを横断するときに不要なイオンの半径方向振幅を増加させるために、双極子励起波形が使用され得る。したがって、四重極デバイスは、単一の質量電荷比範囲だけを透過することを可能にし得る。

以降に、様々な実施形態が、添付図面を参照しながら、例としてのみ説明される。

様々な実施形態による四重極質量フィルタを図式的に示す。単一の補助四重極励起波形が四重極質量フィルタに印加される動作モードで動作する四重極質量フィルタの安定線図を示す。補助質量フィルタが分析四重極質量フィルタの上流に配設されている配設を図式的に示す。補助質量フィルタが分析四重極質量フィルタの下流に配設されている配設を図式的に示す。図２の安定線図に対する質量フィルタの効果を示す。走査線が２つの安定領域と同時に交差した状態で動作している四重極質量フィルタを使用して得られた質量スペクトルを示す。様々な実施形態に従って補助双極子励起波形が四重極質量フィルタに印加されたときの、走査線が２つの安定領域と同時に交差した状態で動作している四重極質量フィルタを使用して得られた質量スペクトルを示す。様々な実施形態による四重極デバイスを備えている様々な分析機器を図式的に示す。様々な実施形態による四重極デバイスを備えている様々な分析機器を図式的に示す。

様々な実施形態は、四重極質量フィルタなどの四重極デバイスを動作させる方法を目的とする。

図１に図式的に示すように、四重極デバイス１０は、互いに平行であるように配設され得る４つの電極、例えばロッド電極などの複数の電極を備え得る。四重極デバイスは、任意の好適な数の他の電極（図示せず）を備え得る。

ロッド電極は、四重極（ｚ軸）の中心（長手方向）（すなわち、軸（ｚ）方向に延在する）軸を取り囲み、軸に平行（軸方向またはｚ方向に平行）になるように配設され得る。

各ロッド電極は、軸（ｚ）方向に相対的に延在し得る。複数のまたは全てのロッド電極は、（軸（ｚ）方向に）同じ長さを有し得る。ロッド電極の１つ以上または各々は、例えば、（ｉ）＜１００ｍｍ、（ｉｉ）１００～１２０ｍｍ、（ｉｉｉ）１２０～１４０ｍｍ、（ｉｖ）１４０～１６０のｍｍ、（ｖ）１６０～１８０ｍｍ、（ｖｉ）１８０～２００ｍｍ、または（ｖｉｉ）＞２００ｍｍ、などの、任意の好適な値を有し得る。

複数のまたは全てのロッド電極は、軸（ｚ）方向に整列され得る。

複数の延在する電極の各々は、同じ半径方向距離（内接半径）ｒ_０だけ、イオンガイドの中心軸から半径（ｒ）方向（半径方向（ｒ）は、軸（ｚ）方向に対して直角である）にオフセットされ得るが、（中心軸に対して）異なる角（方位角）変位を有し得る（角度方向（θ）は、軸（ｚ）方向および半径方向（ｒ）方向に対して直角である）。四重極の内接半径ｒ_０は、例えば、（ｉ）＜３ｍｍ、（ｉｉ）３～４ｍｍ、（ｉｉｉ）４～５ｍｍ、（ｉｖ）５～６ｍｍ、（ｖ）６～７ｍｍ、（ｖｉ）７～８ｍｍ、（ｖｉｉ）８～９ｍｍ、（ｖｉｉｉ）９～１０ｍｍ、または（ｉｘ）＞１０ｍｍ、などの、任意の好適な値を有し得る。

複数の延在電極の各々は、角度（θ）方向に等しく離間され得る。このように、電極は、回転対称様式で中心軸の回りに配設され得る。各延在電極は、他方の延在電極に半径方向に対向するように配設され得る。すなわち、イオンガイドの中心軸に対して特定の角度変位θ_ｎで配設された各電極について、他方の電極は、角度変位θ_ｎ±１８０°で配設されている。

したがって、四重極デバイス１０（例えば、四重極質量フィルタ）は、どちらも第１の（ｘ）平面内の中心軸と平行に配置された第１の一対の対向するロッド電極と、中心軸で第１の（ｘ）平面と垂直に交差する、どちらも第２の（ｙ）平面内の中心軸に配置された第２の一対の対向するロッド電極と、を備え得る。

四重極デバイス１０は、（動作に際して）少なくとも一部のイオンが半径方向（ｒ）（半径方向は、軸方向に対して直角であり、かつ外向きに延在している）にイオンガイド内に閉じ込められるように構成され得る。少なくとも一部のイオンは、半径方向に実質的に中心軸に沿って（近接して）閉じ込められ得る。使用に際して、少なくとも一部のイオンは、実質的に中心軸に沿って（近接して）イオンガイドを通って進行し得る。

下でより詳細に説明するように、様々な実施形態では、（動作に際して）例えば１つ以上の電圧源１２によって、複数の異なる電圧が四重極デバイス１０の電極に印加される。１つ以上の電圧源１２の１つ以上または各々は、アナログ電圧源および／またはデジタル電圧源を備え得る。

図１に示すように、様々な実施形態によれば、制御システム１４が提供され得る。１つ以上の電圧源１２は、制御システム１４によって制御され得、および／または制御システム１２の一部を形成し得る。制御システムは、例えば本明細書で説明する様々な実施形態の様式で、四重極１０および／または電圧源１２の動作を制御するように構成され得る。制御システム１４は、四重極１０および／または電圧源１２を、本明細書で説明する様々な実施形態の様式で動作させるように構成されている、好適な制御回路を備え得る。制御システムは、本明細書で説明する様々な実施形態に関して、必要な処理および／または後処理動作のうちの任意の１つ以上または全てを行うように構成された好適な処理回路も備え得る。

四重極デバイス１０の一方（または両方の）電極対の電極は、電気的に接続され得、および／または１つ以上の同じ電圧を含み得る（しかしながら、そのようにする必要はない）。例えば、四重極デバイス１０の対向する電極の各対は、電気的に接続され得、および／または１つ以上の同じ電圧が提供され得る。１つ以上のまたは各（ＲＦまたはＡＣ）四重極電圧の第１の位相は、対向する電極対の１つに印加され得、その電圧の対向する位相（１８０°位相が異なる）は、他の電極対に印加され得る。追加的または代替的に、１つ以上のまたは各（ＲＦまたはＡＣ）四重極電圧は、対向する電極対の１つにだけ印加され得る。加えて、例えば１つ以上のＤＣ電圧を電極対の一方または両方に印加することによって、ＤＣ電位差が２つの対向する電極対の間に印加され得る。

したがって、１つ以上の電圧源１２は、１つ以上の（ＲＦまたはＡＣ）駆動電圧を２つの対向するロッド電極対の間に提供するように各々が構成され得る、１つ以上の四重極（ＲＦまたはＡＣ）駆動電圧源を備え得る。加えて、１つ以上の電圧源１２は、２つの対向するロッド電極対の間のＤＣ電位差を供給するように構成され得る、１つ以上のＤＣ電圧源を備え得る。

加えて、下でより詳細に説明するように、１つ以上の電圧源１２は、１つ以上の双極子駆動電圧を対向するロッド電極対の一方または両方に提供するように各々が構成され得る、１つ以上の駆動電圧源を備え得る。

四重極デバイス１０（の電極）に印加される複数の電圧は、所望の質量電荷比を有するまたは所望の質量電荷比範囲内の質量電荷比を有する四重極デバイス１０内の（例えば、そこを通って進行している）イオンが、四重極デバイス１０内で安定した起動をとる（すなわち、半径方向または別様に閉じ込められる）ように、したがって、デバイス内に保持されるように、および／またはデバイスによって前方に透過されるように、選択され得る。所望の質量電荷比以外の質量電荷比値を有する、または所望の質量電荷比範囲外のイオンは、四重極デバイス１０内で不安定な軌道をとり得、したがって、失われ得る、および／または実質的に減衰され得る。したがって、四重極デバイス１０に印加される複数の電圧は、四重極デバイス１０内のイオンを、それらの質量電荷比に従って選択および／またはフィルタリングさせるように構成され得る。

上で説明したように、従来の（「通常の」）動作、質量、または質量電荷比の選択および／またはフィルタリングは、単一の四重極ＲＦ電圧および分解ＤＣ電圧を四重極デバイス１０の電極に印加することによって達成される。

この場合、総印加電位Ｖ_ｎ（ｔ）は、次のように表すことができる。

式中、Ｕは、印加分解ＤＣ電位の振幅であり、Ｖ_ＲＦは、主四重極ＲＦ波形の振幅であり、Ωは、主四重極ＲＦ波形の周波数である。

また、上で説明したように、閉じ込めＲＦおよび分解ＤＣ電圧に加えて、単一の四重極のＡＣ励起電圧を四重極デバイス１０に印加することで、新しい安定領域安定性または「安定の島」の新しい領域が生成されるように安定線図を変化させることができる。

これを図２によって示す。図２は、形態Ｖ_ｅｘｃｏｓ（ω_ｅｘｔ）の単一の補助四重極の励起波形を、（（方程式１による）主四重極のＲＦおよびＤＣ電圧に加えて）四重極デバイス１０に印加することで生じる（ｑ次元での）安定線図の先端部を示す。

このモードでの四重極デバイス１０の動作の場合、総印加四重極電位Ｖ_ｘｂ（ｔ）は、次のように表すことができる。

式中、Ｕは、印加分解ＤＣ電位の振幅であり、Ｖ_ＲＦは、主四重極のＲＦ波形の振幅であり、Ωは、主四重極のＲＦ波形の周波数であり、Ｖ_ｅｘは、補助四重極の波形の振幅であり、ω_ｅｘは、補助四重極の波形の周波数であり、α_ｅｘは、主四重極のＲＦ電圧の位相に対する補助四重極の波形の初期位相である。

補助波形の無次元パラメータｑ_ｅｘ、ａ、およびｑは、次のように定義され得る。

および

式中、Ｍは、イオン質量であり、ｅは、その電荷である。

補助四重極励起の周波数ω_ｅｘは、無次元基本周波数νに関する主閉じ込めＲＦ周波数Ωの分数として表され得る。

νの好適な値は、約１／６～１／４０であり得、実施形態では、約１／１０～１／２０であり得る。ｑ_ｅｘの好適な値は、約０．１以下（または以上）であり得る。ｑ_ｅｘは、所望の分解能を与えるように選択され得る。図２に表す実施例では、ν＝０．９５およびｑ_ｅｘ＝０．０１である。

様々な実施形態によれば、分解ＤＣ電位の振幅Ｕおよび主四重極波形の振幅Ｖ_ＲＦは、分解ＤＣ電位の振幅と主四重極波形の振幅との比、２Ｕ／Ｖ_ＲＦ（＝ａ／ｑ）が、一定であるように変化され得る。固定ａ／ｑ比に対応する線は、いわゆる動作線または「走査線」として定義される。

図２から分かるように、単一の補助励起ＲＦの印加は、いくつかの異なる安定の島の形成をもたらす。四重極デバイス１０は、これらの異なる安定の島のうちの任意の１つにおいて動作させることが望ましい場合がある。例えば、安定の島の１つ以上は、Ｘバンド、Ｘバンド様（またはｙバンドもしくはＹバンド様）の特性を示し得る。Ｘバンド様（またはＹバンド様）安定領域は、安定領域の安定境界での不安定性（放出）がｘ（またはｙ）方向だけにあり得る安定領域を備え得る。

図２では、領域「Ａ」、「Ｃ」、および「Ｅ」は、この単一の補助励起動作モードの「Ｘバンド」の一部であるとみなされ得る。領域「Ｂ」および「Ｄ」は、「Ｙバンド」の一部であるとみなされ得る。しかしながら、他の領域はまた、Ｘバンド様（またはＹバンド様）の特性も示し得る。例えば、領域「Ｆ」などのＸバンド領域の左側の領域はまた、Ｘバンド様の特性も示し得る。そのような領域について、領域のどちらかの縁部での安定境界は、ｘ方向（またはｙ方向）不安定性であり得、したがって、Ｘバンド様（またはＹバンド様）の特性および相当する受容性を有し得る。これはまた、図２に示す、および示さない他の安定領域にも当てはまり得る。

図２から同じく分かるように、第１の走査線２１は、「Ａ」と記された単一の安定の島と交差する。しかしながら、走査線２２は、２つの異なる安定の島「Ｃ」および「Ｄ」と交差する。これは、走査線２１で四重極を動作させることは、質量電荷比（ｍ／ｚ）値の単一の範囲内だけのイオンが四重極によって透過されることになり得、一方で、走査線２２で四重極を動作させることは、望ましくない、２つの別々の質量電荷比（ｍ／ｚ）範囲からのイオンの同時透過をもたらし得ることを意味する。さらに、他の走査線は、３つ以上の安定の島と交差し得る。

したがって、ＵＳ５２２７６２９（特許文献１）では、単一の質量電荷比（ｍ／ｚ）範囲だけを透過させることができるように、分解ＤＣ電圧が選択される。すなわち、走査線２１などの、領域「Ａ」だけと交差している走査線が選択される。そのような動作モードでの動作は、補助励起（「通常」動作）を伴わない動作と比較して、ピークの形状および存在度感度を改善することができる。しかしながら、ａ／ｑ（ＤＣ／ＲＦ）比を誤って設定することは、不所望に、１つを超える質量電荷比（ｍ／ｚ）範囲内の質量電荷比を有するイオンが、四重極によって透過されることになり得る。

領域「Ａ」、「Ｃ」、または「Ｅ」のいずれか（またはバンド「Ａ」－「Ｃ」－「Ｅ」（図２に示さず）のより低いａ値でのさらなる領域）で四重極デバイス１０を動作させることは、従来の（「通常」）モードでの動作と比較して、イオンの高速な放出、および改善された質量フィルタ性能、例えば改善されたピーク形状を提供することができることを見出した。さらに、領域「Ｃ」または「Ｅ」（またはバンド「Ａ」－「Ｃ」－「Ｅ」のより低いａ値のさらなる領域）で四重極を動作させることは、領域「Ａ」で四重極を動作させることに勝る、いくつかのさらなる利点を提供することができることを見出した。

具体的には、領域「Ｃ」または「Ｅ」（またはバンド「Ａ」－「Ｃ」－「Ｅ」のより低いａ値のさらなる領域）で四重極を動作させることは、高および低の両方のｑ境界線における同じ方向への（同じ対向する電極対に向かう）イオンの放出をもたらし得る。対照的に、領域「Ａ」では、放出は、安定境界においてだけ一方向に生じない。さらに、透過対分解能は、領域「Ｃ」または「Ｅ」（またはバンド「Ａ」－「Ｃ」－「Ｅ」のより低いａ値のさらなる領域）で動作する四重極デバイス１０と比較して、領域「Ａ」で動作する四重極デバイス１０について大幅に劣る。

したがって、これらの望ましい安定領域（「Ｃ」、「Ｅ」、およびバンド「Ａ」－「Ｃ」－「Ｅ」のより低いａ値のさらなる領域）は、安定境界での不安定性が単一の方向（だけ）であることを特徴とし得、「Ｘバンド」安定領域と称され得る。特に、これらの領域（「Ｃ」、「Ｅ」、およびバンド「Ａ」－「Ｃ」－「Ｅ」のより低いａ値のさらなる領域）は、単一の補助四重極の励起波形だけが四重極デバイスに印加されたときに生成され得るので、該領域は「単一の励起Ｘバンド安定領域」と称され得る。

発明者らは、単一の励起Ｘバンド安定領域（安定境界での不安定性が単一の方向だけにある）で四重極デバイス１０を動作させることが望ましくなり得ることを認識した。例えば、上で説明したように、そのような安定領域は、領域「Ｃ」、「Ｅ」、およびバンド「Ａ」－「Ｃ」－「Ｅ」のより低いａ値のさらなる領域を含む。そのような各Ｘバンド安定領域の動作は、改善されたピーク形状、存在度感度、および分解能－透過特性を提供し得る。

しかしながら、上で論じたように、発明者らは、そのような（望ましい）Ｘバンド安定領域で動作させたときに、走査線２２が、１つ以上の他の（あまり望ましくない）安定領域を通過し得ることを見出した。例えば、上で説明したように、走査線２２はまた、領域「Ｄ」も通過し得る。

したがって、走査線２２は、２つ（以上）の安定領域を同時に通過し得る。すなわち、四重極デバイス１０は、（Ｖ_ＲＦおよびＵの適切な選択によって）２つ（以上）の安定領域で同時に動作し得る。２つ（以上）の安定領域で四重極デバイス１０を同時に動作させることは、望ましくない２つの別々の質量電荷比（ｍ／ｚ）範囲内の質量電荷比を有するイオンの同時透過をもたらし得る。

したがって、四重極デバイス１０をＸバンド安定領域で動作させ、一方で、領域「Ｄ」などの他の（あまり望ましくない）安定領域またはバンドに対応するイオンの同時透過を回避することが望ましい。

他の実施形態では、図２に示し、上述した安定領域のうちの任意の１つなどの、Ｘバンド様安定領域、Ｙバンド安定領域、またはＹバンド様安定領域などの、他のタイプの安定領域で四重極デバイス１０を動作させることが望ましくなり得る。

例えば、補助質量フィルタを使用して（すなわち、主四重極デバイス１０に加えて（およびそれとは別であり得る）質量フィルタを使用して）、例えば領域「Ｄ」に対応する、望ましくないイオンを取り除くことによってそのような動作を達成することが可能である。

この実施例を図３に示す。図３Ａは、補助質量フィルタ３２が主分析四重極１０の上流に配設されている配設を示す。図３Ｂは、補助質量フィルタ３２が主分析四重極１０の下流に配設されている代替的な配設を示す。

これらの実施例では、（主ＲＦおよびＤＣ電圧に加えて）単一の補助ＡＣ（ＲＦ）四重極の励起波形が主分析四重極１０に印加され得、四重極１０は、図２の走査線２２などの走査線が領域「Ｃ」および「Ｄ」と交差した状態で動作され得る。次いで、領域「Ｄ」に対応する不要なイオンを取り除くために、すなわち、不要なイオンが補助質量フィルタ３２によって透過されないように、補助質量フィルタ３２が使用され得る。

図３に示すように、これらの配設はまた、随意に、ＲＦのみのプレフィルタ３１Ａ、３１Ｂも含み得、これらを使用して、非ＲＦ環境から、または異なるフィルタリング条件を有する別の質量フィルタに結合された一方の質量フィルタから、ＲＦ質量フィルタへのイオンの透過を維持するのを補助することができる。

図４は、図２の安定線図に関する図３の配設の効果を示す。

この実施例では、補助質量フィルタ３２は、バンドパスフィルタとして動作するように配設され、図４の斜線領域は、補助質量フィルタ３２のパスバンド（ｑ）を表す。

主分析四重極１０の安定領域「Ｃ」に対応するイオンは、補助質量フィルタ３２のパスバンド内にあり、したがって、補助質量フィルタ３２によって透過される。しかしながら、主分析四重極１０の安定領域「Ｄ」に対応するイオンは、補助質量フィルタ３２のパスバンド内に存在せず、したがって、補助質量フィルタ３２によって透過されない。

したがって、図３Ａの配設では、安定領域「Ｄ」内のイオンは、主分析四重極１０に到達せず、したがって、主分析四重極１０に入らないか、またはそれによって透過されない。図３Ｂの配設では、安定領域「Ｄ」内のイオンは、主分析四重極１０によって透過されるが、次いで、補助質量フィルタ３２によって透過されない。

これらの配設では、補助質量フィルタ３２は、主分析四重極１０と同じ性能特性を有する必要がないことが認識されるであろう。すなわち、補助質量フィルタ３２の性能は、主分析四重極１０より劣り得る。したがって、補助質量フィルタ３２は、（主分析四重極１０と比較して）相対的に低い分解能のデバイスであり得る。同様に、補助質量フィルタ３２は、（主分析四重極１０と比較して）相対的に短い長さを有することができ、および／または相対的に緩和された機械的許容限度で構築され得る。また、補助質量フィルタ３２デバイスは、バンドパスデバイスではなく、高質量カットオフ（ハイパス）デバイスとして動作することができることも認識されるであろう。

しかしながら、主分析四重極１０に加えて、補助質量フィルタ３２の使用は、（補助質量フィルタ３２を使用しないことと比較して）デバイスの複雑さを増加させ得、したがって、コストを増加させる。特に、ハードウェアの、電子部品の、および関連する制御要件がより大きくなる。さらに、大規模な（したがって、高価な）再設計を行わなければ、補助質量フィルタ３２を既存の四重極または器具設計に組み込むことができない場合がある。

Ｘバンド動作を達成し、一方で、他の（あまり望ましくない）安定領域に対応するイオンの同時の透過を回避する別の方法は、例えばＳｕｄａｋｏｖに記載されているような、「２つの励起Ｘバンド」動作モードで四重極デバイス１０を動作させることである。この動作モードでは、２つの追加的な位相ロック補助四重極ＡＣ励起が、（主ＲＦおよびＤＣ電圧に加えて）四重極デバイス１０に印加される。

これらの２つの補助四重極の励起波形の相対周波数および振幅を正確に調整し、それらの位相差を制御することによって、単一の質量電荷比（ｍ／ｚ）範囲だけが四重極デバイス１０によって透過されるような方法で、安定線図を変化させることができる。

特に、２つの追加的なＡＣ励起波形の励起周波数および振幅の適切な選択によって、ｘまたはｙいずれかの方向におけるイオン運動について２つの励起の影響を互いに打ち消すことができ、狭いおよび長い安定バンドを、第１の安定領域の頂部（いわゆる「Ｘバンド」またはＹバンド」）の近くで境界線に沿って生じさせることができる。

四重極デバイスは、ＸバンドモードまたはＹバンドモードで動作させることができるが、Ｘバンドモードの動作は、主ＲＦ電圧に生じる不安定性をもたらすサイクルが非常に少なくなるので、質量フィルタリングの場合に有利であり得、それによって、いくつかの利点、すなわち、高速な質量分離、より高い質量電荷比（ｍ／ｚ）分解能、機械的不完全性に対する許容限度、混入による初期イオンエネルギーおよび表面電荷に対する許容限度、ならびに四重極デバイスのサイズを小型化するまたは低減させる可能性、を提供する。

四重極デバイスの２つの励起Ｘバンドモードでの動作の場合、総印加電位Ｖ_ｘｂ（ｔ）は、次のように表すことができる。

式中、Ｕは、印加分解ＤＣ電位の振幅であり、Ｖ_ＲＦは、主ＲＦ波形の振幅であり、Ωは、主ＲＦ波形の周波数であり、Ｖ_ｅｘ１およびＶ_ｅｘ２は、第１および第２の補助四重極波形の振幅であり、ω_ｅｘ１およびω_ｅｘ２は、第１および第２の補助四重極波形の周波数であり、α_ｅｘ１およびα_ｅｘ２は、主ＲＦ電圧の位相に対する２つの補助四重極波形の初期位相である。

ｎ番目の補助四重極の波形の無次元パラメータｑ_{ｅｘ（ｎ）}、ａ、およびｑは、次のように定義され得る。

および

式中、Ｍは、イオン質量であり、ｅは、その電荷である。
補助四重極波形α_ｅｘ１およびα_ｅｘ２の位相オフセットは、次式によって互いに関連付けられ得る。

したがって、２つの補助四重極の波形は、位相同期（または位相ロック）であるが、主ＲＦ電圧に対して位相が自由に変化され得る。

２つのパラメータの励起ω_ｅｘ１およびω_ｅｘ２の周波数は、無次元基本周波数νに関する主閉じ込めＲＦ周波数Ωの分数として表され得る。

２つの励起Ｘバンド動作のための可能な励起周波数および関連する励起振幅（ｑ_ｅｘ２／ｑ_ｅｘ１）の例を表１に示す。基本周波数νは、典型的に０～０．１である。典型的に、表１に示すようにν_１＝νおよびν_２＝１－νであるが、他の組み合わせが可能である。比ｑ_ｅｘ２／ｑ_ｅｘ１の最適な値は、ｑ_ｅｘ１およびｑ_ｅｘ２の大きさおよび基本周波数νの値に依存し、したがって、固定されない。

２つの追加的な励起電圧の振幅の最適な比（（表１で）次元パラメータｑ_ｅｘ１およびｑ_ｅｘ２の比として表す）は、選択される励起周波数に依存する。最適な振幅比を維持しながら、励起の振幅を増加または減少させることは、安定性バンドの狭小化または拡大をもたらし、そのため、四重極デバイスの質量分解能を増加または減少させる。

２つの励起Ｘバンドモードでの四重極デバイス１０の動作は、（上で説明したような）様々な利点と関連付けられるが、発明者らは、互いにコヒーレントな位相である（または位相ロックされた）２つの補助波形を印加するための要件は、例えば必要な電子機器などに関して困難であり得ることを見出した。特に、広い質量電荷比（ｍ／ｚ）範囲にわたる２つの励起Ｘバンド動作に必要とされる精密な電子制御は、複雑さおよび出費を追加し得る。

これは、特に、デジタル駆動システムが用いられる場合である。２つの補助励起Ｘバンド動作モードで動作するデジタル駆動四重極デバイス１０（２つのデジタル生成された位相ロック補助四重極励起波形が四重極１０に印加される場合）では、安定線図の先端部近くのｙ軸不安定性バンドの打ち消しは、四重極１０が調和的に駆動される場合よりも効率が低くなり得る。これは、特に高分解能での、安定したＸバンドのサイズの低減につながり得る。

これらの効果は、位相および電圧振幅が不完全に制御されている場合に増加し得、典型的に、より単純なデジタル駆動システムを有する場合などであり得る。したがって、デジタル駆動システムを使用した２つの補助励起Ｘバンド動作モードでの四重極デバイス１０の満足な動作は、相対的に複雑な、したがって、高価な制御システムを必要とし得る。

したがって、様々な実施形態によれば、（閉じ込めＲＦおよび分解ＤＣ電圧に加えて）単一の補助ＡＣ四重極励起波形だけを四重極デバイス１０に印加して、安定線図を変化させて、例えば図２に示す実施例にあるような、例えば、領域「Ｃ」、「Ｅ」、およびバンド「Ａ」－「Ｃ」－「Ｅ」のより低いａ値のさらなる領域などの、１つ以上の「単一の励起Ｘバンド」安定領域を含む、複数の安定の島または安定領域を生成する。

図２は、安定の島（すなわち、最低次の安定領域）が初めから生成されていることを示すが、様々な他の実施形態では、安定の島は、他のより高次の安定領域から生成され得ることが認識されるであろう。

したがって、様々な実施形態によれば、（単一の）補助四重極電圧は、第１の（または他の（より高次）の）安定領域内に複数の安定の島を生成するように選択され得る。２つ以上の安定領域は、各々が、第１の（または他の（より高次の））安定領域内に複数の安定の島のうちの１つ（であり得る）を備え得る。

次いで、閉じ込め四重極のＲＦ電圧、分解ＤＣ電圧、および単一の補助ＡＣ四重極励起波形（だけ）が四重極デバイス１０に印加される場合、１つを超える質量電荷比（ｍ／ｚ）範囲内の（各範囲が、複数の安定の島または安定領域のうちの１つに対応する）質量電荷比（ｍ／ｚ）を有するイオンを、四重極デバイス１０によって同時に透過することができるように、ａ／ｑ（ＤＣ／ＲＦ）比が選択され得る。すなわち、様々な実施形態によれば、印加電圧は、２つ以上の安定領域での四重極デバイス１０の動作に同時に対応するように（すなわち、四重極デバイス１０を動作させるのに好適であるように）選択される。

さらに、様々な実施形態によれば、選択は、質量電荷比（ｍ／ｚ）範囲の１つが、「単一の励起Ｘバンド」または「単一の励起Ｙバンド」安定領域に対応するように行われ得る。例えば、様々な実施形態によれば、印加電圧は、図２の走査線２２などの走査線と交差する領域「Ｃ」に対応するように選択される。

上で論じたように、そのような走査線によって四重極デバイス１０を動作させることは、不所望に、他の安定領域に対応するイオンの同時透過をもたらし得る。例えば、走査線２２の場合、領域「Ｄ」に対応するイオンが、領域「Ｃ」に対応するイオンと共に同時に透過され得る。図２から分かるように、他の走査線は、３つ以上の安定領域または安定の島に対応するイオンの同時透過をもたらし得る。

したがって、様々な実施形態によれば、次いで、他の望ましくない安定領域に対応する質量電荷比（ｍ／ｚ）範囲内の質量電荷比（ｍ／ｚ）値を有するイオン（領域「Ｄ」に対応するイオンなど）が、減衰されるか、四重極デバイス１０を出ることが阻止されるか、または四重極デバイス１０によって前方に透過されることが阻止される。様々な実施形態では、これは、１つ以上のＡＣ（ＲＦ）双極子電圧波形を四重極デバイス１０に印加することによって行われる。

したがって、様々な実施形態では、２つ以上の安定領域のうち少なくとも１つに対応するイオンが減衰される（四重極デバイス１０によって透過されることが阻止される）。様々な実施形態では、これは、１つ以上のＡＣ（ＲＦ）双極子電圧波形を四重極デバイス１０に印加することによって行われる。１つ以上のＡＣ（ＲＦ）双極子励起波形は、主四重極の波形の周波数Ωと異なる、かつ単一の補助ＡＣ（ＲＦ）四重極励起波形の周波数ω_ｅｘと異なる、１つ以上の周波数で印加され得る。

様々な実施形態によれば、１つ以上のＡＣ（ＲＦ）双極子励起波形は、イオンが四重極デバイス１０を横断するときに、（領域「Ｄ」に対応するイオンなどの）不要なイオンの半径方向振幅を増加させる効果を有し、それにより、例えば、四重極デバイス１０の電極に衝突するため、または電極の間から放出されるもしくはそこを通過するため、またはイオンを下流のデバイスによって透過させるもしくは検出することができないように四重極デバイス１０を出ることが十分に摂動されるため、不要なイオンが減衰される。

したがって、様々な実施形態では、ＡＣ（ＲＦ）双極子電圧波形を四重極デバイス１０に印加することが、イオンが四重極デバイス１０を通過するときに２つ以上の安定領域のうちの少なくとも１つの安定領域に対応するイオンを減衰させるように、１つ以上のＡＣ（ＲＦ）双極子励起波形が選択される。これは、適宜、１つ以上のＡＣ（ＲＦ）双極子励起波形の数および／または周波数および／または振幅および／または方向（ｘまたはｙ）を選択することによって行われ得る。

さらに、様々な実施形態では、選択は、単一のＸバンド、Ｘバンド様、Ｙバンド、またはＹバンド様の安定領域を除く、２つ以上の安定領域の各々に対応するイオンが減衰されるように行われる。Ｘバンド様（またはＹバンド様）安定領域は、安定領域の安定境界での不安定性（放出）がｘ（またはｙ）方向だけにあり得る安定領域を備え得る。

したがって、様々な実施形態によれば、印加電圧は、四重極デバイス１０が、（実質的に）単一の（所望の）質量電荷比（ｍ／ｚ）範囲内のイオンだけを透過させることができるように選択される。特定の実施形態では、（実質的に）単一の（単一の励起）Ｘバンド、Ｘバンド様、Ｙバンド、またはＹバンド様の安定領域に対応するイオン（だけ）が、四重極デバイス１０によって透過される。

したがって、様々な実施形態は、四重極デバイス１０が、Ｘバンド、Ｘバンド様、Ｙバンド、またはＹバンド様動作モードで動作し、一方で、他の（あまり望ましくない）安定領域に対応するイオンの同時透過を回避することを可能にする。例えば、四重極デバイス１０は、領域「Ｄ」に対応するイオンを減衰させながら、領域「Ｃ」において動作することができる。

さらに、ＡＣ（ＲＦ）双極子波形は、例えばイオンが四重極デバイス１０を通過する前またはその後に望ましくないイオンを取り除くための追加的なハードウェアを提供しなければならないのではなく、イオンが四重極デバイス１０を通過するときに、望ましくないイオンの減衰を生じさせることができる。したがって、（例えば、上で説明したような）例えば補助質量フィルタ３２の形態の追加的なハードウェアを提供する必要はなく、それによって、デバイスの複雑さおよびコストを低減させる。

さらに、単一の補助ＡＣ（ＲＦ）四重極電圧波形だけが四重極デバイス１０に印加される状態でも、望ましくないイオンの透過を回避することができる。したがって、望ましくないイオンの透過は、（例えば、上で説明したような）２つの励起Ｘバンド動作モードの場合に必要とされるなどの、複数の位相ロック励起波形を必要とすることなく回避することができる。したがって、位相整列および波形振幅比の制御の厳しい要件を回避することができる。これは、例えば、制御システム１４を単純化することができ、それによって、デバイスの複雑さおよびコストをさらに低減させることができることを意味する。さらに、上で論じたように、様々な実施形態は、したがって、デジタル駆動四重極デバイス１０の使用に特に適している。

したがって、様々な実施形態は、デバイスの複雑さを大幅に増加させることなく、したがって、デバイスのコストを大幅に増加させることなく、四重極デバイス１０が、Ｘバンド、Ｘバンド様、Ｙバンド、またはＹバンド様の安定領域などの、改善された性能特性を有する単一の安定領域で動作することを可能にすることが認識されるであろう。

図５Ａは、不要なイオン信号（領域「Ｄ」から）を取り除こうとすることなく、すなわち、補助双極子波形を四重極デバイス１０に印加することなく、単一の補助四重極励起、および図２の走査線２２と類似の走査線で四重極デバイス１０を動作させることによって生成された質量スペクトルを示す。

この実施例では、主ＲＦ周波数は、Ω＝１．１８５ＭＨｚであった。補助四重極の波形は、主ＲＦ駆動の周波数の０．９の周波数ω_ｅｘ＝０．９Ωを有した。四重極の内接半径は、ｒ_０＝５．３３ｍｍであった。主ＲＦ振幅Ｖ_ＲＦは、一定のａ／ｑ（ＲＦ：ＤＣ振幅）比を維持しながら走査した。

図５Ａに示すように、この実施例では、各質量電荷比（ｍ／ｚ）種は、質量スペクトルに２つのピークを生じさせる。例えば、図５Ａは、安定線図の２つの領域において安定した同じ質量電荷比（ｍ／ｚ）値を有するイオンから生じた２つのピーク５１および５２を示す。特に、図２に例示するように、ピーク５１は、領域「Ｄ」などのＹバンド様領域に対応し、ピーク５２は、領域「Ｃ」などのＸバンド様領域に対応する。ピーク５１は、ピーク５２よりも低い質量電荷比（ｍ／ｚ）値で現れ、ピーク５２よりも低い分解能を有する。

図５Ｂは、様々な実施形態による、図５Ａに関する上記の説明と同じ条件であるが、追加的な補助双極子波形が四重極デバイス１０に印加される状態で四重極デバイス１０を動作させることによって生成された質量スペクトルを示す。補助双極子励起波形は、Ｖ_ｄ＝５Ｖ（ゼロツーピーク）の振幅およびω_ｄ＝５０４ｋＨｚの周波数を有した。

図５Ｂは、補助双極子励起の存在により、安定領域「Ｄ」に対応するイオンが透過される（減衰される）ことが阻止され、高品質な質量スペクトルをもたらすことを示す。

したがって、様々な実施形態では、四重極デバイス１０は、１つ以上の質量スペクトルを生成するように動作される。

様々な実施形態では、主ＡＣ（ＲＦ）四重極電圧波形、補助ＡＣ（ＲＦ）四重極電圧波形、および１つ以上のＤＣ電圧は、２つ以上の安定領域での四重極デバイスの動作に同時に対応するように選択される。換言すれば、主四重極電圧、補助四重極電圧、および１つ以上のＤＣ電圧は、走査線が２つ以上の安定領域と交差するように選択され得る。しかしながら、様々な実施形態では、ＡＣ（ＲＦ）双極子電圧波形が２つ以上の安定領域のうちの少なくとも１つに対応するイオンを四重極デバイス１０内で不安定にさせるので、四重極デバイス１０は、実際には２つ以上の安定領域で同時に動作しないことが認識されるであろう。

したがって、主ＡＣ（ＲＦ）四重極電圧波形、補助ＡＣ（ＲＦ）四重極電圧波形、および１つ以上のＤＣ電圧が、四重極デバイス１０を２つ以上の安定領域で同時に動作させるのに好適であり得ることが認識されるであろう。すなわち、主ＡＣ（ＲＦ）四重極電圧波形、補助ＡＣ（ＲＦ）四重極電圧波形、および１つ以上のＤＣ電圧（だけ）が四重極デバイスに（同時に）印加される（および双極子電圧波形が印加されない）場合、少なくとも２つの異なる質量電荷比範囲（各範囲が、２つ以上の安定領域のそれぞれの１つに対応する）内の質量電荷比を有するイオンが、四重極デバイス１０内の安定軌道を同時にとること（したがって、四重極デバイスによって（同時に）透過すること）ができるように、印加電圧が選択され得る。

上の実施形態は、特に、四重極デバイス１０（だけ）が単一の励起Ｘバンド安定領域に対応するイオンを透過するように（および補助ＡＣ（ＲＦ）双極子波形が１つ以上の他の安定領域に対応するイオンを減衰させるように）印加電圧が選択されることに関して説明してきたが、電圧は、四重極デバイス１０（だけ）が任意の所望の安定領域に対応するイオンを透過する（および任意の他の安定領域に対応するイオンが減衰される）ように選択され得ることが認識されるであろう。

例えば、印加電圧は、四重極デバイス１０（だけ）が２つの励起Ｘバンド、またはＹバンド安定領域、Ｘバンド様安定領域、またはＹバンド様安定領域に対応するイオンを透過し、他の安定のバンドに対応するイオンが減衰されるように選択され得る。

したがって、上の実施形態は、特に、単一の補助四重極波形だけが四重極デバイス１０に印加されていることに関して説明してきたが、他の実施形態では、複数（例えば、２つ、３つ、またはそれ以上）の補助四重極の波形が、四重極デバイス１０に印加され得ることも認識されるであろう。

また、様々な実施形態では、四重極デバイス１０が、走査動作モードで四重極質量フィルタとして動作することも認識されるであろう。これらの実施形態では、主および／または補助四重極波形の振幅および／または周波数、および／またはＤＣ電圧の振幅は、例えば質量電荷比値の走査範囲にわたって一定のピークの幅または一定の分解能を維持するように、（各々が）質量電荷比によって変化、調整、または走査され得る。

同様に、ＡＣ（ＲＦ）双極子波形の数および／または振幅および／または周波数もまた、例えば不要なイオンの効率的な除去（減衰）を確実にするように、例えば質量電荷比および／または質量分解能に依存して、変化、調整、または走査され得る。

また、１つ以上のＡＣ（ＲＦ）双極子励起波形が、四重極デバイス１０の対向する電極対の一方または両方に印加され得ることも認識されるであろう。したがって、望ましくないイオンは、任意の半径方向に放出または摂動され得る。

四重極デバイス１０（例えば、四重極質量フィルタ）は、１つ以上の正弦波、例えばアナログ信号、ＲＦ信号、またはＡＣ信号を使用して動作され得る。しかしながら、四重極デバイス１０は、例えば印加電圧の１つ以上または全てについて、１つ以上のデジタル信号を使用して動作させることも可能である。デジタル信号は、方形波形もしくは矩形波形、パルスＥＣ波形、三相矩形波形、三角波形、鋸歯波形、台形波形、などの、任意の好適な波形を有し得る。

上で説明したように、様々な実施形態では、例えば主四重極の（ＲＦまたはＡＣ）電圧波形、補助四重極の（ＲＦまたはＡＣ）電圧波形、双極子（ＲＦまたはＡＣ）電圧波形および１つ以上のＤＣ電圧を含む１つ以上の電圧源１２によって、複数の異なる電圧が四重極デバイス１０の電極に（同時に）印加される。複数の異なる電圧が、四重極電極のいくつかまたは全て（４つ）に印加され得る。

主四重極電圧波形は、任意の好適な振幅Ｖ_ＲＦを有し得る。主四重極電圧波形は、例えば（ｉ）＜０．５ＭＨｚ、（ｉｉ）０．５～１ＭＨｚ、（ｉｉｉ）１～２ＭＨｚ、（ｉｖ）２～５ＭＨｚ、または（ｖ）＞５ＭＨｚ、などの、任意の好適な周波数Ωを有し得る。主四重極電圧波形は、ＲＦまたはＡＣ電圧を含み得、例えば、Ｖ_ＲＦｃｏｓ（Ωｔ）の形態をとり得る。

同様に、１つ以上のＤＣ電圧の各々は、任意の好適な振幅Ｕを有し得る。

補助四重極電圧波形は、ＲＦまたはＡＣ電圧を含み得、例えば、Ｖ_ｅｘｃｏｓ（ω_ｅｘｔ＋α_ｅｘ）の形態をとり得、ここで、Ｖ_ｅｘは、補助四重極電圧波形の振幅であり、ω_ｅｘは、補助四重極電圧波形の周波数であり、α_ｅｘは、主四重極電圧波形の位相に対する補助四重極電圧波形の初期位相である。

補助四重極電圧波形は、任意の好適な振幅Ｖ_ｅｘおよび任意の好適な周波数ω_ｅｘを有し得る。

同様に、双極子電圧波形（または各々）は、任意の好適な振幅Ｖ_ｄおよび任意の好適な周波数ω_ｄを有し得る。

１つまたは複数の双極子電圧が四重極デバイスに印加され得る。複数の双極子電圧が四重極デバイスに印加される場合、各双極子電圧は、互いの双極子電圧に対して異なる周波数および／または振幅を有し得る。

主四重極電圧波形の振幅は、補助四重極電圧波形の振幅よりも大きくなり得る、Ｖ_ＲＦ＞Ｖ_ｅｘ。主四重極電圧波形の振幅は、双極子電圧波形（または各々）の振幅よりも大きくなり得る、Ｖ_ＲＦ＞Ｖ_ｄ。

双極子電圧波形（または各々）の振幅は、補助四重極電圧波形の振幅と異なり得るか、または（ほぼ）等しくなり得る、Ｖ_ｄ＝Ｖ_ｅｘ。各双極子電圧波形の振幅は、互いの双極子電圧波形の振幅と異なり得るか、または（ほぼ）等しくなり得る。

主四重極電圧波形の周波数は、補助四重極電圧波形の周波数と異なり得る、Ω≠ω_ｅｘ。主四重極電圧波形の周波数は、補助四重極電圧波形の周波数よりも大きくなり得る、Ω＞ω_ｅｘ。補助四重極電圧波形の周波数は、主四重極電圧波形の周波数の分数νに等しくなり得る、ω_ｅｘ＝νΩ。分数νは、（ｉ）＜０．５、（ｉｉ）０．５～０．７５、（ｉｉｉ）０．７５～０．８５、（ｉｖ）０．８５～０．９、（ｖ）０．９～０．９５、および（ｖｉ）＞０．９５、からなる群から選択され得る。

双極子電圧波形（または各々）の周波数は、主および／または補助四重極電圧波形の周波数と異なり得る、ω_ｄ≠Ω、ω_ｄ≠ω_ｅｘ。双極子電圧波形（または各々）の周波数は、主および／または補助四重極電圧波形の周波数よりも小さくなり得る、ω_ｄ＜Ω、ω_ｄ＜ω_ｅｘ。双極子電圧波形（または各々）の周波数は、主四重極電圧波形の周波数の分数ν_ｄに等しくなり得る、ω_ｄ＝ν_ｄΩ。分数ν_ｄは、（ｉ）＜０．１、（ｉｉ）０．１～０．４、（ｉｉｉ）０．４～０．４．５、（ｉｖ）０．４５～０．５、（ｖ）０．５～０．８、および（ｖｉ）＞０．８、からなる群から選択され得る。各双極子電圧波形の周波数は、互いの双極子電圧波形の周波数と異なり得るか、または等しくなり得る。

双極子電圧の振幅は、望ましくない質量電荷比（ｍ／ｚ）を有する全てのイオンを不安定に駆動するのに十分であるように選択され得る。これは、特に、（例えば、主および補助四重極電圧振幅および周波数に依存するよりも）質量電荷比（ｍ／ｚ）、および四重極デバイス１０を通る望ましくないイオンの経過時間に依存する。

好適な双極子電圧振幅は、最大で約１０Ｖ（以下）であり得る。様々な実施形態では、双極子電圧振幅は、例えば器具の設定／較正プロセス中に、経験的に決定され得る。大きすぎる双極子励起が四重極デバイス１０に印加された場合、透過することが望ましい（Ｘバンドピーク）イオンが減衰され得る。

補助四重極の励起電圧を伴わない「通常の」動作モードの場合、安定したイオンの永年周波数は、ｘ／ｙ軸のそのβ値に直接関連する（ここで、ω＝Ω×β／２）。よって、安定線図の任意の点について、永年周波数を計算することができる。永続周波数で双極子励起を印加することは、対応する質量電荷比（ｍ／ｚ）値でのイオンの減衰につながる。

（上で説明したように）補助四重極の励起が印加された場合、例えば図２に示すように、不安定のバンドが広がり、島に分かれる安定線図につながる。不安定性のバンドは、補助周波数の分母に対応するβ値に位置付けられる。例えば、１／２０または１９／２０の励起の場合、バンドは、０．９５、０．９、０．８５などのβ値で開かれる。

したがって、図２に示す実施例を考慮すると、走査線が交差させる領域のβ値を近似することができる。よって、例えば、領域「Ｃ」は、β_ｘ＝０．９５～１にわたり、領域「Ｄ」は、β_ｘ＝０．８５～０．９にわたる。同じことを、β_ｙ値に行うことができる。

β値がこれらの範囲の中央にあるように近似された場合、安定線図のこれらの領域の永続周波数値は、すなわち、領域「Ｄ」の場合はΩ×０．４３７５および領域「Ｃ」の場合はΩ×０．４８７５に到達し得る。したがって、Ω＝１ＭＨｚの場合、双極子励起は、領域「Ｄ」を減衰させるために４３７．５ｋＨｚで印加され得、または領域「Ｃ」を減衰させるために４８７．５ｋＨｚで印加され得る。類似の値は、例えば領域「Ｂ」などの他の安定領域の場合に到達し得る。

上記の値は、特に補助四重極波形の印加がイオンの永続運動を歪め得るので、単なる近似であることに留意されたい。しかしながら、安定線図内の所与の位置のイオン運動は、シミュレーションすることができ、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）をイオン運動の軌跡に適用して、イオン運動の周波数成分を直接計算する。これが図２の領域について行われた場合、最大周波数成分が、領域「Ｄ」の場合は４３６．１ｋＨｚであり、領域「Ｃ」の場合は４８５．３ｋＨｚであり、上記の理論的な評価とかなり良好に一致することが見出される。

上で概説した方法は、適切な双極子電圧周波数に対して良好な評価を与えることができるが、正確で最良の値は、実験的に決定され得る。したがって、様々な実施形態では、双極子電圧の周波数は、例えば（振幅と共に）器具の設定／較正プロセスにおいて、経験的に決定され得る。

上で説明したように、単一または複数の双極子電圧が四重極デバイスに印加され得る。減衰させることが所望される領域の幅に応じて、比較的大きい振幅を有する単一の双極子電圧の代わりに、例えば各々が相対的に小さい振幅を有する、複数の双極子電圧を印加することが好ましくなり得る。これは、望ましくない領域の減衰の効率を最大にし、または高め、一方で、所望領域に対する任意の減衰または他の衝撃を最小にするか、または低減させるために選択され得る。

上で説明したように、双極子電圧またはその各々は、任意の（ｘまたはｙ）方向に印加され得る。例えば、複数の双極子電圧が四重極デバイス１０に印加された場合、複数の双極子電圧は、一方の（ｘまたはｙ）方向に、および／または両方の（ｘおよびｙ）方向に印加され得る。すなわち、双極子電圧の各々は、ｘロッド対およびｙロッド対のいずれかにわたって印加され得、複数の双極子電圧は、ｘロッド対およびｙロッド対の一方にわたって、および／またはｘロッド対およびｙロッド対の両方にわたって印加され得る。双極子電圧または各々の周波数は、どの方向（ｘまたはｙ）に双極子電圧が印加されるかに依存し得る。

上記の様々な実施形態は、ＸバンドまたはＸバンド様の安定条件での使用に関して説明してきたが、例えば対応する様式で、準用してＹバンドまたはＹバンド様の安定条件に使用することも可能である。ＹバンドまたはＹバンド様安定条件は、好適な励起周波数の印加によって、（Ｘバンドではなく）質量電荷比（ｍ／ｚ）をフィルタリングするために、生成および使用され得る。

四重極デバイス１０は、質量分光分析（「ＭＳ」）動作モード、タンデム質量分析（「ＭＳ／ＭＳ」）動作モード、フラグメントイオンまたは生成イオンを生成するように、およびフラグメント化または反応しないように、またはより低い程度にフラグメント化または反応するように、親イオンまたは前駆イオンを代替的にフラグメント化または反応させる動作モード、多重反応モニタリング（「ＭＲＭ」）動作モード、データに依存する分析（「ＤＤＡ」）動作モード、データ独立した分析（「ＤＩＡ」）動作モード、定量化動作モード、および／またはイオン移動度分光分析（「ＩＭＳ」）動作モード、を含む、様々な動作モードで動作され得る。

様々な実施形態では、四重極デバイス１０は、一定の質量分解動作モードで動作し得る。すなわち、単一の質量電荷比または単一の質量電荷比範囲を有するイオンが選択され、四重極質量フィルタによって前方に透過され得る。この場合、（上で説明したように）四重極デバイス１０に印加される複数の電圧の様々なパラメータは、適宜、（選択および）維持および／または固定され得る。

あるいは、四重極デバイス１０は、変化する質量分解動作モードで動作し得る。すなわち、１つを超える特定の質量電荷比または１つを超える質量電荷比範囲を有するイオンが選択され、質量フィルタによって前方に透過され得る。

例えば、様々な実施形態によれば、四重極デバイス１０の設定質量は、例えば異なる質量電荷比または質量電荷比範囲を有するイオンを連続的に選択および透過するように、例えば実質的に連続的に走査され得る。追加的または代替的に、四重極デバイスの設定質量は、例えば質量電荷比（ｍ／ｚ）の複数の異なる値の間で、不連続的におよび／または別々に変更され得る。

（本明細書で使用するとき、四重極デバイスの設定質量は、四重極デバイスによってイオンが選択および／または透過される質量電荷比または質量電荷比範囲の中央である。）

これらの実施形態では、（上で説明したように）四重極デバイス１０に印加される複数の電圧の様々なパラメータの１つ以上または各々が、適宜、走査、変更、および／または変化され得る。

特に、四重極デバイスの設定質量を走査、変更、および／または変化するために、主駆動電圧Ｖ_ＲＦの振幅およびＤＣ電圧Ｕの振幅が、走査、変更、および／または変化され得る。主駆動電圧Ｖ_ＲＦの振幅およびＤＣ電圧Ｕの振幅は、適宜、連続する、不連続な、別々の、直線的な、および／または非直線的な様式で増加または減少され得る。これは、主分解ＤＣ電圧振幅と主ＲＦ電圧振幅との比λ＝２Ｕ／Ｖ_ＲＦを一定にまたは別様に維持しながら行われ得る。

四重極デバイス１０を通した透過がその分解能に関連付けられるので、しばしば、低い質量電荷比（ｍ／ｚ）ではより低い分解能を維持し、より高い質量電荷比（ｍ／ｚ）ではより高い分解能を維持することが望ましい。例えば、所望の質量電荷比（ｍ／ｚ）値の各々で、または所望の質量電荷比（ｍ／ｚ）範囲を通じて、（Ｄａの）固定ピーク幅を有する四重極質量フィルタを動作させることが一般的である。

したがって、様々な実施形態によれば、四重極デバイス１０の分解能は、例えば経時的に、走査、変更、および／または変化される。四重極デバイス１０の分解能は、（ｉ）質量電荷比（ｍ／ｚ）（例えば、四重極デバイスの設定質量）、（ｉｉ）（例えば、四重極デバイスの上流のクロマトグラフィ装置から溶離する、イオンが導出される溶離液の）クロマトグラフィ保持時間（ＲＴ）、および／または（ｉｉｉ）（例えば、イオンが四重極デバイス１０の上流または下流のイオン移動度分離器を通過するときの、イオンの）イオン移動度（ＩＭＳ）ドリフト時間、に依存して、変化され得る。

四重極デバイス１０の分解能は、任意の好適な様態で変化され得る。例えば、（上で説明したように）四重極デバイス１０に印加される複数の電圧の様々なパラメータの１つ以上または各々は、四重極デバイス１０の分解能が走査、変更、および／または変化されるように、走査、変更、および／または変化され得る。

様々な実施形態によれば、四重極デバイス１０は、質量および／またはイオン移動度分光器などの分析機器の一部であり得る。分析機器は、任意の好適な様態で構成され得る。

図６は、イオン源８０と、イオン源８０の下流の四重極デバイス１０と、四重極デバイス１０の下流の検出器９０と、を備えている、一実施形態を示す。

イオン源８０によって生成されたイオンは、四重極デバイス１０に注入され得る。四重極デバイス１０に印加される複数の電圧は、例えばイオンが四重極デバイス１０を通過するときに、イオンを、四重極デバイス１０内で半径方向に閉じ込めさせ得、および／またはイオンの質量電荷比に従って選択またはフィルタリングさせ得る。

四重極デバイス１０から現れるイオンは、検出器９０によって検出され得る。任意に、直交加速飛行時間型質量分析装置が、例えば検出器９０に隣接して提供され得る。

図７は、四重極デバイス１０の下流の衝突、フラグメンテーション、または反応デバイス１００と、衝突、フラグメンテーション、または反応デバイス１００の下流の第２の四重極デバイス１１０と、を備えている、タンデム型四重極配設を示す。様々な実施形態では、一方または両方の四重極が、上で説明した様式で動作され得る。

これらの実施形態では、イオン源８０は、任意の好適なイオン源を備え得る。例えば、イオン源８０は、（ｉ）エレクトロスプレーイオン化（「ＥＳＩ」）イオン源、（ｉｉ）大気圧光イオン化（「ＡＰＰＩ」）イオン源、（ｉｉｉ）大気圧化学イオン化（「ＡＰＣＩ」）イオン源、（ｉｖ）マトリックス支援レーザ脱離イオン化（「ＭＡＬＤＩ」）イオン源、（ｖ）レーザ脱離イオン化（「ＬＤＩ」）イオン源、（ｖｉ）大気圧イオン化（「ＡＰＩ」）イオン源、（ｖｉｉ）シリコン上脱離イオン化（「ＤＩＯＳ」）イオン源、（ｖｉｉｉ）電子衝突（「ＥＩ」）イオン源、（ｉｘ）化学イオン化（「ＣＩ」）イオン源、（ｘ）電界イオン化（「ＦＩ」）イオン源、（ｘｉ）電界脱離（「ＦＤ」）イオン源、（ｘｉｉ）誘導結合プラズマ（「ＩＣＰ」）イオン源、（ｘｉｉｉ）高速原子衝撃（「ＦＡＢ」）イオン源、（ｘｉｖ）液体二次イオン質量分析（「ＬＳＩＭＳ」）イオン源、（ｘｖ）脱離エレクトロスプレーイオン化（「ＤＥＳＩ」）イオン源、（ｘｖｉ）ニッケル－６３放射性イオン源、（ｘｖｉｉ）大気圧マトリックス支援レーザ脱離イオン化イオン源、（ｘｖｉｉｉ）サーモスプレーイオン源、（ｘｉｘ）大気サンプリンググロー放電イオン化（「ＡＳＧＤＩ」）イオン源、（ｘｘ）グロー放電（「ＧＤ」）イオン源、（ｘｘｉ）インパクタイオン源、（ｘｘｉｉ）リアルタイム直接分析（「ＤＡＲＴ」）イオン源、（ｘｘｉｉｉ）レーザスプレーイオン化（「ＬＳＩ」）イオン源、（ｘｘｉｖ）ソニックスプレーイオン化（「ＳＳＩ」）イオン源、（ｘｘｖ）マトリックス支援入口イオン化（「ＭＡＩＩ」）イオン源、（ｘｘｖｉ）溶媒支援入口イオン化（「ＳＡＩＩ」）イオン源、（ｘｘｖｉｉ）脱離エレクトロスプレーイオン化（「ＤＥＳＩ」）イオン源、（ｘｘｖｉｉｉ）レーザアブレーションエレクトロスプレーイオン化（「ＬＡＥＳＩ」）イオン源、（ｘｘｉｘ）表面支援レーザ脱離イオン化（「ＳＡＬＤＩ」）イオン源、および（ｘｘｘ）低温プラズマ（「ＬＴＰ」）イオン源、からなる群から選択され得る。

衝突、フラグメンテーション、または反応デバイス１００は、任意の好適な衝突、フラグメンテーション、または反応デバイスを備え得る。例えば、衝突、フラグメンテーション、または反応デバイス１００は、（ｉ）衝突誘起解離（「ＣＩＤ」）フラグメンテーションデバイス、（ｉｉ）表面誘起解離（「ＳＩＤ」）フラグメンテーションデバイス、（ｉｉｉ）電子移動解離（「ＥＴＤ」）フラグメンテーションデバイス、（ｉｖ）電子捕獲解離（「ＥＣＤ」）フラグメンテーションデバイス、（ｖ）電子衝突または衝突解離フラグメンテーションデバイス、（ｖｉ）光誘起解離（「ＰＩＤ」）フラグメンテーションデバイス、（ｖｉｉ）レーザ誘起解離フラグメンテーションデバイス、（ｖｉｉｉ）赤外放射誘起解離デバイス、（ｉｘ）紫外放射誘起解離デバイス、（ｘ）ノズルスキマーインターフェースフラグメンテーションデバイス、（ｘｉ）インソースフラグメンテーションデバイス、（ｘｉｉ）インソース衝突誘起解離フラグメンテーションデバイス、（ｘｉｉｉ）熱または温度源フラグメンテーションデバイス、（ｘｉｖ）電界誘起フラグメンテーションデバイス、（ｘｖ）磁界誘起フラグメンテーションデバイス、（ｘｖｉ）酵素消化または酵素分解フラグメンテーションデバイス、（ｘｖｉｉ）イオン－イオン反応フラグメンテーションデバイス、（ｘｖｉｉｉ）イオン－分子反応フラグメンテーションデバイス、（ｘｉｘ）イオン－原子反応フラグメンテーションデバイス、（ｘｘ）イオン－準安定イオン反応フラグメンテーションデバイス、（ｘｘｉ）イオン－準安定分子反応フラグメンテーションデバイス、（ｘｘｉｉ）イオン－準安定原子反応フラグメンテーションデバイス、（ｘｘｉｉｉ）イオンと反応させて付加イオンまたは生成イオンを生成するためのイオン－イオン反応デバイス、（ｘｘｉｖ）イオンと反応させて付加イオンまたは生成イオンを生成するためのイオン－分子反応デバイス、（ｘｘｖ）イオンと反応させて付加イオンまたは生成イオンを生成するためのイオン－原子反応デバイス、（ｘｘｖｉ）イオンと反応させて付加イオンまたは生成イオンを生成するためのイオン－準安定イオン反応デバイス、（ｘｘｖｉｉ）イオンと反応させて付加イオンまたは生成イオンを生成するためのイオン－準安定分子反応デバイス、（ｘｘｖｉｉｉ）イオンと反応させて付加イオンまたは生成イオンを生成するためのイオン－準安定原子反応デバイス、および（ｘｘｉｘ）電子イオン化解離（「ＥＩＤ」）フラグメンテーションデバイス、からなる群から選択され得る。

様々な他の実施形態が可能である。例えば、１つ以上の他のデバイスまたはステージは、イオン源８０、四重極デバイス１０、衝突、フラグメンテーション、または反応デバイス１００、第２の四重極デバイス１１０、および検出器９０のいずれかの上流、下流、および／または間に提供され得る。

例えば、分析機器は、イオン源８０の上流にクロマトグラフィまたは他の分離デバイスを備え得る。クロマトグラフィまたは他の分離デバイスは、液体クロマトグラフィまたはガスクロマトグラフィデバイスを備え得る。あるいは、分離デバイスは、（ｉ）毛細管電気泳動（「ＣＥ」）分離デバイス、（ｉｉ）毛細管電気クロマトグラフィ（「ＣＥＣ」）分離デバイス、（ｉｉｉ）実質的に剛性のセラミックベース多層マイクロ流体基板（「セラミックタイル」）分離デバイス、または（ｉｖ）超臨界流体クロマトグラフィ分離デバイスを備え得る。

分析機器は、（ｉ）１つ以上のイオンガイド、（ｉｉ）１つ以上のイオン移動度分離デバイスおよび／または１つ以上のフィールド非対称イオン移動度分光器デバイス、および／または（ｉｉｉ）１つ以上イオントラップまたは１つ以上のイオントラッピング領域、をさらに備える。

本発明は、好ましい実施形態を参照して説明されてきたが、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を逸脱することなく、形態および細部での様々な変更が行われ得ることは、当業者ならば理解されるであろう。

Claims

四重極デバイスを動作させる方法であって、
主ＡＣ四重極電圧を前記四重極デバイスに印加することと、
補助ＡＣ四重極電圧を前記四重極デバイスに印加することと、
ＡＣ双極子電圧を前記四重極デバイスに印加することと、
１つ以上のＤＣ電圧を前記四重極デバイスに印加することと
を含み、
前記主四重極電圧、前記補助四重極電圧、および前記１つ以上のＤＣ電圧が、２つ以上の安定領域での前記四重極デバイスの動作に同時に対応するように選択され、
前記双極子電圧が、前記２つ以上の安定領域のうちの少なくとも１つに対応するイオンを減衰させるように構成されている、
方法。
前記双極子電圧が、単一の選択安定領域以外の前記２つ以上の安定領域のうちの１つの安定領域または複数の安定領域に対応するイオンを減衰させるように構成されている、請求項１に記載の方法。
前記単一の選択安定領域が、Ｘバンド、Ｘバンド様、Ｙバンド、またはＹバンド様の安定領域である、請求項２に記載の方法。
前記双極子電圧は、イオンが前記四重極デバイスを通過するときに前記イオンの少なくとも一部の半径方向振幅を増加させることによって、前記イオンを減衰させるように構成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
前記主四重極電圧、前記補助四重極電圧、および前記双極子電圧、のうちの１つ以上が、デジタル電圧を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
前記四重極デバイスが、４つの電極を備え、各電圧が、前記４つの電極のうちの少なくとも１つに印加される、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
装置であって、
四重極デバイスと、
１つ以上の電圧源であって、
主ＡＣ四重極電圧を前記四重極デバイスに印加すること、
補助ＡＣ四重極電圧を前記四重極デバイスに印加すること、
ＡＣ双極子電圧を前記四重極デバイスに印加すること、および
１つ以上のＤＣ電圧を前記四重極デバイスに印加すること、を行うように構成された、１つ以上の電圧源と、を備え、
前記主四重極電圧、前記補助四重極電圧、および前記１つ以上のＤＣ電圧が、２つ以上の安定領域での前記四重極デバイスの動作に同時に対応するように選択され、
前記双極子電圧が、前記２つ以上の安定領域のうちの少なくとも１つに対応するイオンが減衰されるように構成されている、
装置。
前記双極子電圧が、単一の選択安定領域以外の前記２つ以上の安定領域のうちの１つの安定領域または複数の安定領域に対応するイオンを減衰させるように構成されている、請求項７に記載の装置。
前記単一の選択安定領域が、Ｘバンド、Ｘバンド様、Ｙバンド、またはＹバンド様の安定領域である、請求項８に記載の装置。
前記双極子電圧は、イオンが前記四重極デバイスを通過するときに前記イオンの少なくとも一部の半径方向振幅を増加させることによって、前記イオンを減衰させるように構成されている、請求項７～９のいずれか１項に記載の装置。
前記１つ以上の電圧源のうちの少なくとも１つが、デジタル電圧源を備えている、請求項７～１０のいずれか１項に記載の装置。
前記四重極デバイスが、４つの電極を備え、前記１つ以上の電圧源が、各電圧を前記４つの電極のうちの少なくとも１つに印加するように構成されている、請求項７～１１のいずれか１項に記載の装置。
請求項７～１２のいずれか１項に記載の装置を備えている質量および／またはイオン移動度分光器。