JP7301885B2 - 静電線形イオントラップにおける２次元フーリエ変換質量分析 - Google Patents

静電線形イオントラップにおける２次元フーリエ変換質量分析 Download PDF

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Description

（関連出願）
本願は、その内容が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２０１８年５月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／６７７，１４９号の利益を主張する。
（背景）
本明細書の教示は、質量分析計を動作させ、または制御し、静電線形イオントラップ（ＥＬＩＴ）において２次元フーリエ変換質量分析または質量分析法（２Ｄ ＦＴ ＭＳ）を実施することに関する。２Ｄ ＦＴ ＭＳにおいて、前駆イオンおよび生成イオンデータが、同時に記録され、生成イオンが、前駆イオン分離を実施することなく、それらの対応する前駆イオンに合致させられる。
より具体的に、本明細書の教示は、励起および断片化パルスのみを使用して、ＥＬＩＴを用いて２Ｄ ＦＴ ＭＳを実施するシステムおよび方法に関する。これは、加えて、２Ｄ ＭＳを実施するために複雑なエンコーディングパルスを要求する従来のシステムに優る大幅な改善である。本明細書に開示されるシステムおよび方法は、１つ以上のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または図１のコンピュータシステム等のコンピュータシステムと併せて実施される。
（質量分析技法についての背景）
一般に、タンデム質量分析または質量分析／質量分析（ＭＳ／ＭＳ）は、化合物を分析するための周知の技法である。タンデム質量分析は、サンプルからの１つ以上の化合物のイオン化と、１つ以上の化合物の１つ以上の前駆イオンの選択と、断片または生成イオンへの１つ以上の前駆イオンの断片化と、生成イオンの質量分析を伴う。
タンデム質量分析は、定性的および定量的情報の両方を提供することができる。生成イオンスペクトルは、着目分子を識別するために使用されることができる。１つ以上の生成イオンの強度が、サンプルに存在する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。
従来のタンデム質量分析は、活性化および分離の前の前駆イオン分離に依拠する。活性化および解離は、以降、集合的に断片化とも称される。極めて複雑な混合物、例えば、原油または血液に関して、多くの化合物が、同じ名目上の質量対電荷比（ｍ／ｚ）を共有し得、それは、着目イオンを質量分離し、タンデム質量分析（特に、四重極において）を実施することが可能ではないこともある。加えて、サンプルに存在する全てのイオンのＭＳ／ＭＳ質量スペクトルを得るために、注入、分離、断片化、および分析ステップの数は、異なるイオンの数とともに直線的に増減する。
（２Ｄ ＦＴ－ＩＣＲ ＭＳ）
２Ｄ ＦＴ ＭＳは、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析（ＦＴ－ＩＣＲ ＭＳ）を使用して実施され得ることが周知である。ＦＴ－ＩＣＲ ＭＳは、ＦＴ－ＩＣＲ質量分析計を使用して実施される。
図２は、ＦＴ－ＩＣＲ質量分析計の概略図２００である。図２のＦＴ－ＩＣＲ質量分析計は、イオン源２１０と、イオン伝達光学系２２０と、ＩＣＲセルまたはトラップ２３０と、超電導磁石２４０とを含む。超電導磁石２４０の大型サイズは、ＦＴ－ＩＣＲ質量分析計を購入および動作させることを高価にする。
Ｆｌｏｒｉｓ ｅｔ ａｌ．による、「２Ｄ ＦＴ－ＩＣＲ ＭＳ ｏｆ Ｃａｌｍｏｄｕｌｉｎ：Ａ Ｔｏｐ－Ｄｏｗｎ ａｎｄ Ｂｏｔｔｏｍ－Ｕｐ Ａｐｐｒｏａｃｈ」（Ｊ． Ａｍ． Ｓｏｃ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．（２０１６），２７：１５３１－１５３８）と題された論文（以降では「Ｆｌｏｒｉｓ論文」）は、２Ｄ ＦＴ ＭＳがＦＴ－ＩＣＲ ＭＳを使用して実施される方法を例証する。Ｆｌｏｒｉｓ論文は、２Ｄ ＦＴ ＭＳが、「事前分離なしに、サンプル内の全てのイオンのデータ依存性断片化、および前駆イオンと断片イオンとの相関を可能にし」、この「相関が、一連の（無線周波数（ＲＦ）パルス）を使用して、断片化に先立って前駆イオンのサイクロトロン半径の変調を通して得られる」ことを説明する。換言すると、断片イオンとの前駆イオンの相関は、一連のＲＦパルスの使用を通して可能にされる。Ｆｌｏｒｉｓ論文は、これらのＲＦパルスをエンコーディングパルスと称する。ＦＴ－ＩＣＲ質量分析計（２Ｄ ＦＴ－ＩＣＲ ＭＳ）を使用して、２Ｄ ＦＴ ＭＳ実験を実施するために、Ｆｌｏｒｉｓ論文は、エンコーディングパルスに加えて、３つの他のタイプのパルスを印加することを説明する。
図３は、ＦＴ－ＩＣＲ質量分析計のＩＣＲセルにおいて２Ｄ ＦＴ－ＩＣＲ ＭＳを実施するために必要な４つのパルスを示すＦｌｏｒｉｓ論文からのタイミング図３００である。イオンは、軸方向にＩＣＲセルに進入し、励起パルス３１０によって励起される。Ｆｌｏｒｉｓ論文によると、「イオンは、エンコーディング時間にわたってそれらのサイクロトロン周波数に従ってセルの内側で回転し、位相を蓄積する」。励起パルス３１０に等しいエンコーディングパルス３２０が、「次いで、印加され、イオンは、（エンコーディングパルス３２０）に対するそれらの瞬時位相に応じて、さらに励起されるか、または脱励起される」。エンコーディングパルス３２０の終わりに、「イオンのサイクロトロン半径は、（エンコーディング時間およびそれらのサイクロトロン周波数）に従って変調される」。
エンコーディングパルス３２０の後、「イオンが、半径依存性断片化を受け、その存在量が（前駆イオンのエンコーディング時間およびサイクロトロン周波数）に依存する断片イオンを生成する」断片化期間が続く。半径依存性断片化は、断片化パルス３３０によって描写される。断片化パルス３３０は、他のパルスのようなＲＦパルスではないことに留意されたい。Ｆｌｏｒｉｓ論文は、断片化パルス３３０が、例えば、中性ガスパルスを用いたセル内衝突解離、赤外線多光子解離（ＩＲＭＰＤ）、または電子捕捉解離（ＥＣＤ）を含み得ることを規定する。
断片化パルス３３０後、観察パルス３４０が、印加される。観察パルス３４０は、前駆イオンおよび断片イオンが、ＦＴ－ＩＣＲ質量分析計のＩＣＲセルによって検出され得るように、両方を励起する。
（ＬＩＴにおける２Ｄ ＭＳ）
上で説明されるように、ＦＴ－ＩＣＲ質量分析計は、購入し、動作させることが高価である。結果として、２Ｄ ＦＴ ＭＳを実施するための低コスト代替物が、継続的に求められている。ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ ｅｔ ａｌ．による、「Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ｉｎ ａ ｌｉｎｅａｒ ｉｏｎ ｔｒａｐ，ａｎ ｉｎ ｓｉｌｉｃｏ ｍｏｄｅｌ」（Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．（２０１７），３１：６７４－６８４０）と題された論文（以降では「ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ論文」）において、四重極線形イオントラップ（ＬＩＴ）における２Ｄ ＭＳ（非ＦＴ）のシミュレーションが、実施された。
図４は、ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ論文内のシミュレーションで使用された四重極ＬＩＴの概略図４００である。ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ論文のシミュレーションにおいて、イオン源４１０が、前駆イオンを四重極ＬＩＴ４２０に供給する。イオンが、電圧発生器（図示せず）を使用して、直流（ＤＣ）電圧を四重極ＬＩＴ４２０のエンドキャップ電極に、ＲＦ電圧発生器４２１を使用して、無線周波数（ＲＦ）電圧を四重極ＬＩＴ４２０の四重極ロッドに印加することによって、四重極ＬＩＴ４２０内に貯蔵される。ＤＣ電圧およびＲＦ電圧は、集合的に、例えば、励起パルスである。エンコーディングパルスが、エンコーディング変調器４２２を使用して、四重極ＬＩＴ４２０の四重極ロッド上のＲＦ電圧に追加される。エンコーディングパルスは、双極子励起が実施されるのと同様に、一対のロッドのみ（各ロッドにおいて逆位相）に追加される。エンコーディングパルスは、例えば、貯蔵された波形イオン半径変調（ＳＷＩＭ）パルスを含む。エンコーディングパルスが印加された後、断片化パルスが、軸方向に印加される。例えば、レーザ４３０は、断片化パルスを提供し、光解離を実施することができる。
ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ論文において、実験は、毎回異なるＳＷＩＭエンコーディングパルスを使用して、１２８回繰り返される。各ＳＷＩＭパルスは、イオンを励起し（振幅は、周波数依存性である）、イオン雲の半径を増加させる。イオン雲の半径が、増加させられるにつれて、断片化効率は、減少させられる（断片化ゾーン内により少ないイオン）。断片化効率は、したがって、イオンの永年周波数における励起波形の振幅／持続時間に直接関連する。各異なるＳＷＩＭ波形は、異なる振幅対周波数プロファイルを有する。
これは、次に、異なる前駆イオンのカウントを１２８ＳＷＩＭパルスインデックスに対して異なって変動させる。異なる前駆イオンのカウントは、例えば、異なる１２８ＳＷＩＭパルスインデックスで減少する。ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ論文は、断片化パルスから生成される生成イオンが１２８ＳＷＩＭパルスインデックスに対して変動する周波数が、それらの前駆イオンと同じであることを示す。換言すると、ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ論文は、１２８ＳＷＩＭパルスインデックスから成るエンコーディングパルスが、前駆イオンをそれらの生成イオンに関係付け、２Ｄ ＭＳを可能にするために使用され得ることを示す。
図５は、２Ｄ ＭＳを可能にするために四重極ＬＩＴシミュレーションにおいて印加されたパルスを示すｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ論文からのタイミング図５００である。上で説明されるように、シミュレーションは、１２８回繰り返される。パルスの各々は、単一のシミュレーションのための総タイムラインであるタイムライン上に示される。例えば、シミュレーションは、時間５０１から開始し、時間５０９において終了する。シミュレーションの開始時、イオン化パルス５１０または時間量が、サンプルをイオン化し、四重極ＬＩＴをイオンで充填するために提供される。シミュレーション全体に関して、ＲＦ信号５２０が、四重極ロッドに印加され、ＤＣ信号５３０が、四重極ＬＩＴのエンドキャップに印加される。ＲＦ信号５２０は、四重極に印加されるＲＦ捕獲場であり、実験の全体を通して一定である。同様に、ＤＣ信号５３０は、軸方向次元内にイオンを閉じ込め、実験の全体を通して一定である。
イオン化後であるが断片化前、励起およびエンコーディングパルス５４０が、印加される。励起およびエンコーディングパルス５４０パルスは、単一のＳＷＩＭ波形から成る。最後、エンコーディングパルスが印加された後、断片化パルス５５０が、前駆イオンを断片化するために印加される。実験は、異なる励起およびエンコーディングパルス５４０を用いて１２８回繰り返される。
（エンコーディング問題）
ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ論文で提案される四重極ＬＩＴは、２Ｄ ＭＳを実施するためのＦＴ－ＩＣＲ質量分析計に優る大きなコスト利点を有するが、それは、依然として、同様のレベルの複雑性を伴う。特に、２Ｄ ＦＴ－ＩＣＲ ＭＳのように、複雑なエンコーディングパルスが、前駆イオンを生成イオンに関係付けるために要求される。より重要なこととして、四重極ＬＩＴによって生成される２Ｄ質量スペクトルの分解能は、最終的に質量分析器によって限定される。四重極を使用して、数千の分解能を達成することのみが可能である。結果として、追加のシステムおよび方法が、２Ｄ ＭＳを実施するために要求される複雑性を低減させるために必要とされる。
（要約）
システム、方法、およびコンピュータプログラム製品が、前駆イオンデータと生成イオンデータとを同時に測定するように質量分析計を制御するために開示される。３つ全ての実施形態は、以下のステップを含む。
プロセッサを使用して、質量分析計のイオン伝達光学系およびＥＬＩＴが、取得の総数Ｎを実施するように制御される。いくつかのステップが、プロセッサを使用して、Ｎ回の取得のうちの各取得ｎに関して実施される。イオン伝達光学系は、イオンビームからのイオンをＥＬＩＴの中に注入するように制御され、ＥＬＩＴは、２つの組のリフレクトロンによって生成された２つの電場間でイオンに軸方向に振動させる。イオンビームは、サンプルをイオン化するように構成されたイオン源によって生成される。ＥＬＩＴは、２つの組のリフレクトロンと、１つ以上のピックアップ電極と、断片化デバイスとを含む。
ＥＬＩＴは、１つ以上のピックアップ電極を使用して、イオン注入から合計取得時間Ｔａｃｑ１まで、振動するイオンの時間ドメインイメージ電流を測定するように制御される。ＥＬＩＴは、断片化デバイスを使用して、振動するイオンの一方または両方の転換点において、Ｔａｃｑ１内で、振動するイオンの位置依存性断片化を実施し、生成イオンを振動するイオンに追加するように、制御される。断片化は、各後の取得ｎ＋１において時間増分Δｔだけ増加させられるイオン注入に対する遅延時間ｔａｃｔにおいて実施され、振動するイオンの断片化をそれらの位置に依存させる。
遅延時間ｔａｃｔは、一様なサンプリングまたは非一様なサンプリングを使用して、増加させられることができる。一様なサンプリングにおいて、遅延時間ｔａｃｔは、一定の時間増分Δｔだけ増加させられる。非一様なサンプリングにおいて、遅延時間ｔａｃｔは、データ点がスキップされ、取得の総数が削減されることを可能にする変動する時間増分Δｔだけ増加させられる。
測定された時間ドメインイメージ電流は、メモリデバイスにおいて、２次元行列の行または列ｎとして記憶される。当業者は、同じ行列演算が、列または行に実施され得るので、このデータが、代替として、行列の行内に記憶され得ることを理解するであろう。
出願者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。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
（項目１）
前駆イオンデータと生成イオンデータとを同時に測定するように質量分析計を制御するためのシステムであって、前記システムは、
サンプルをイオン化し、イオンビームを生成するように構成されたイオン源デバイスと、
イオン伝達光学系と、
２つの組のリフレクトロンと、１つ以上のピックアップ電極と、断片化デバイスとを含む静電線形イオントラップ（ＥＬＩＴ）と、
前記イオン源デバイス、前記イオン伝達光学系、および前記ＥＬＩＴと通信しているプロセッサと
を備え、
前記プロセッサは、
取得の総数Ｎを実施するように前記イオン伝達光学系およびＥＬＩＴを制御し、前記Ｎ回の取得のうちの各取得ｎに関して、
前記イオンビームからのイオンを前記ＥＬＩＴの中に注入するように前記イオン伝達光学系を制御することであって、前記ＥＬＩＴは、前記２つの組のリフレクトロンによって生成された２つの電場間で前記イオンを軸方向に振動させる、ことと、
前記１つ以上のピックアップ電極を使用して、イオン注入から合計取得時間Ｔ ａｃｑ１ まで、前記振動するイオンの時間ドメインイメージ電流を測定することと、前記断片化デバイスを使用して、Ｔ ａｃｑ１ 内で、前記振動するイオンの一方または両方の転換点において前記振動するイオンの位置依存性断片化を実施し、生成イオンを前記振動するイオンに追加することとを行うように前記ＥＬＩＴを制御することであって、前記断片化は、前記イオン注入に対する遅延時間ｔ ａｃｔ において実施され、前記遅延時間ｔ ａｃｔ は、各後続の取得ｎ＋１において時間増分Δｔだけ増加させられ、前記振動するイオンの断片化をそれらの位置に依存させる、ことと、
メモリデバイスにおいて、２次元行列の行または列ｎ ａ として前記測定された時間ドメインイメージ電流を記憶することと
を行う、システム。
（項目２）
前記プロセッサは、
前記取得の総数ＮをＮ＝Ｎ ａ に設定することであって、Ｎ ａ は、前駆イオン質量分解能の選択から計算される、ことと、
ｆ ｓ２ のサンプリング周波数における連続取得において、イオン注入と断片化との間の前記遅延時間ｔ ａｃｔ を増加させることと
によって、前駆体次元において一様なサンプリングを実施するように前記ＥＬＩＴを制御し、
最大遅延時間Ｔ ａｃｑ２ は、Ｔ ａｃｑ２ ＝（Ｎ ａ －１）／ｆ ｓ２ から計算され、ｆ ｓ２ は、測定されるべき前駆イオンの最小質量対電荷比（ｍ／ｚ）の選択から計算され、前記時間増分Δｔは、一定の時間増分Δｔ ａｃｔ である、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記プロセッサは、連続取得において前記時間増分Δｔを変動させることによって、前駆体次元において非一様なサンプリングを実施するように前記ＥＬＩＴを制御する、項目１に記載のシステム。
（項目４）
前記プロセッサは、ｆｓ１のサンプリング率でのＮｓ個のサンプルを使用して、前記振動するイオンの時間ドメインイメージ電流を測定するように前記ＥＬＩＴを制御し、前記合計取得時間Ｔ ａｃｑ１ は、Ｔ ａｃｑ１ ＝（Ｎ ｓ －１）／ｆ ｓ１ から計算される、項目１に記載のシステム。
（項目５）
ｆ ｓ１ は、測定されるべき生成および前駆イオンの最小質量対電荷比（ｍ／ｚ）の選択から計算され、Ｎ ｓ は、生成イオン質量分解能の選択から計算される、項目２に記載のシステム。
（項目６）
前記プロセッサは、ミラー切り替えを使用して、前記イオンビームからのイオンを前記ＥＬＩＴの中に注入するように前記イオン伝達光学系を制御する、項目１に記載のシステム。
（項目７）
前記プロセッサは、イントラップ電位リフトを使用して、前記イオンビームからのイオンを前記ＥＬＩＴの中に注入するように前記イオン伝達光学系を制御する、項目１に記載のシステム。
（項目８）
前記プロセッサは、パルス偏向器を使用して、前記イオンビームからのイオンを前記ＥＬＩＴの中に注入するように前記イオン伝達光学系を制御する、項目１に記載のシステム。
（項目９）
前記断片化デバイスは、光源を含み、前記光源は、光ビームを前記一方または両方の転換点に向け、紫外線光解離（ＵＶＰＤ）または赤外線多光子解離による断片化を生成する、項目１に記載のシステム。
（項目１０）
前記断片化デバイスは、電子源を含み、前記電子源は、電子ビームを前記一方または両方の転換点に向け、電子活性化解離による断片化を生成する、項目１に記載のシステム。
（項目１１）
前記断片化デバイスは、中性粒子源を含み、前記中性粒子源は、中性粒子ビームを前記一方または両方の転換点に向け、中性粒子解離による断片化を生成する、項目１に記載のシステム。
（項目１２）
前記断片化デバイスは、前記一方または両方の転換点における表面を含み、前記表面は、表面誘発解離（ＳＩＤ）を生成する、項目１に記載のシステム。
（項目１３）
前記プロセッサは、フーリエ変換を前記２次元行列の各列に適用することと、フーリエ変換を前記２次元行列の各行に適用することとをさらに行うことによって、周波数値の２次元行列を生成し、前記周波数値の２次元行列を転置し、前記ＥＬＩＴの幾何学形状に基づいて、前記転置された周波数値の２次元行列を質量対電荷比（ｍ／ｚ）値の行列に変換し、２次元質量スペクトルとして前記ｍ／ｚ値の行列の値をプロットする、項目１に記載のシステム。
（項目１４）
前駆イオンデータと生成イオンデータとを同時に測定するように質量分析計を制御する方法であって、前記方法は、
プロセッサを使用して、取得の総数Ｎを実施するようにイオン伝達光学系およびＥＬＩＴを制御し、前記Ｎ回の取得のうちの各取得ｎに関して、
前記プロセッサを使用して、前記イオンビームからのイオンを前記ＥＬＩＴの中に注入するように前記イオン伝達光学系を制御することであって、前記ＥＬＩＴは、２つの組のリフレクトロンによって生成された２つの電場間で前記イオンに軸方向に振動させ、前記イオンビームは、サンプルをイオン化するように構成されたイオン源によって生成され、前記ＥＬＩＴは、前記２つの組のリフレクトロンと、１つ以上のピックアップ電極と、断片化デバイスとを含む、ことと、
前記プロセッサを使用して、前記１つ以上のピックアップ電極を使用して、イオン注入から合計取得時間Ｔ ａｃｑ１ まで、前記振動するイオンの時間ドメインイメージ電流を測定することと、前記断片化デバイスを使用して、Ｔ ａｃｑ１ 内で、前記振動するイオンの一方または両方の転換点において前記振動するイオンの位置依存性断片化を実施し、生成イオンを前記振動するイオンに追加することとを行うように前記ＥＬＩＴを制御することであって、前記断片化は、前記イオン注入に対する遅延時間ｔ ａｃｔ において実施され、前記遅延時間ｔ ａｃｔ は、各後続の取得ｎ＋１において、時間増分Δｔ ａｃｔ だけ増加させられ、前記振動するイオンの断片化をそれらの位置に依存させる、ことと、
メモリデバイスにおいて、２次元行列の行または列ｎとして前記測定された時間ドメインイメージ電流を記憶することと
を含む、方法。
（項目１５）
非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を備えているコンピュータプログラム製品であって、前記記憶媒体のコンテンツは、プロセッサ上で実行される命令を伴うプログラムを含み、前記命令は、前駆イオンデータと生成イオンデータとを同時に測定するように質量分析計を制御する方法を実施するためのものであり、前記方法は、
システムを提供することであって、前記システムは、１つ以上の異なるソフトウェアモジュールを備え、前記異なるソフトウェアモジュールは、制御モジュールと、記憶および分析モジュールとを備えている、ことと、
前記制御モジュールを使用して、取得の総数Ｎを実施するように前記イオン伝達光学系およびＥＬＩＴを制御し、前記Ｎ回の取得のうちの各取得ｎに関して、
前記制御モジュールを使用して、前記イオンビームからのイオンを前記ＥＬＩＴの中に注入するように前記イオン伝達光学系を制御することであって、前記ＥＬＩＴは、２つの組のリフレクトロンによって生成された２つの電場間で前記イオンに軸方向に振動させ、前記イオンビームは、サンプルをイオン化するように構成されたイオン源によって生成され、前記ＥＬＩＴは、前記２つの組のリフレクトロンと、１つ以上のピックアップ電極と、断片化デバイスとを含む、ことと、
前記制御モジュールを使用して、前記１つ以上のピックアップ電極を使用して、イオン注入から合計取得時間Ｔ ａｃｑ１ まで、前記振動するイオンの時間ドメインイメージ電流を測定することと、前記断片化デバイスを使用して、Ｔ ａｃｑ１ 内で、前記振動するイオンの一方または両方の転換点において前記振動するイオンの位置依存性断片化を実施し、生成イオンを前記振動するイオンに追加することとを行うように前記ＥＬＩＴを制御することであって、前記断片化は、前記イオン注入に対する遅延時間ｔ ａｃｔ において実施され、前記遅延時間ｔ ａｃｔ は、各後続の取得ｎ＋１において時間増分Δｔだけ増加させられ、前記振動するイオンの断片化をそれらの位置に依存させる、ことと、
前記記憶および分析モジュールを使用して、メモリデバイスにおいて、２次元行列の行または列ｎとして前記測定された時間ドメインイメージ電流を記憶することと
を含む、コンピュータプログラム製品。
当業者は、下で説明される図面が例証目的のみのためであることを理解するであろう。図面は、いかようにも本教示の範囲を限定することを意図していない。
図１は、本教示の実施形態が実装され得るコンピュータシステムを図示するブロック図である。
図２は、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（ＦＴ－ＩＣＲ）質量分析計の概略図である。
図３は、ＦＴ－ＩＣＲ質量分析計のＩＣＲセルにおいて２次元（２Ｄ）ＦＴ－ＩＣＲ質量分析（ＭＳ）を実施するために必要な４つのパルスを示すＦｌｏｒｉｓ論文からのタイミング図である。
図４は、ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ論文内のシミュレーションで使用された四重極線形イオントラップ（ＬＩＴ）の概略図である。
図５は、２Ｄ ＭＳを可能にするために四重極ＬＩＴシミュレーションにおいて印加されたパルスを示すｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ論文からのタイミング図である。
図６は、種々の実施形態による、２Ｄ ＦＴ ＭＳを実施するための静電線形イオントラップ（ＥＬＩＴ）の断面側面図である。
図７は、種々の実施形態による、ＥＬＩＴが断片化パルスのタイミングをシフトさせる複数の連続取得からの仮定のデータの３次元（３Ｄ）プロットを示し、前駆イオンｍ／ｚ対生成イオンｍ／ｚの対応する２次元（２Ｄ）質量スペクトルを示す略図である。
図８は、種々の実施形態による、ＥＬＩＴを用いて２Ｄ ＦＴ ＭＳを実施するためのワークフローを示す例示的フローチャートである。
図９は、ＦＴ－ＩＣＲを用いて２Ｄ ＦＴ ＭＳを実施するためのワークフローを示す例示的フローチャートである。
図１０は、種々の実施形態による、ＥＬＩＴを使用して２Ｄ ＦＴ ＭＳをシミュレートすることから得られる２Ｄスペクトルの例示的プロットである。
図１１は、種々の実施形態による、５２５の前駆イオンｍ／ｚにおいて図１０の２Ｄスペクトルから抽出される生成イオンスペクトルの例示的プロットである。
図１２は、前駆イオンデータと生成イオンデータとを同時に測定するように質量分析計を制御するためのシステムの概略図である。
図１３は、種々の実施形態による、前駆イオン次元における一様なサンプリングを示すＥＬＩＴが断片化パルスのタイミングをシフトさせる複数の連続取得からの仮定のデータの３Ｄプロットである。
図１４は、種々の実施形態による、前駆イオン次元における非一様なサンプリングを示すＥＬＩＴが断片化パルスのタイミングをシフトさせる複数の連続取得からの仮定のデータの３Ｄプロットである。
図１５は、種々の実施形態による、前駆イオンデータと生成イオンデータとを同時に測定するように質量分析計を制御する方法を示すフローチャートである。
図１６は、種々の実施形態による、前駆イオンデータと生成イオンデータとを同時に測定するように質量分析計を制御する方法を実施する１つ以上の異なるソフトウェアモジュールを含むシステムの概略図である。
本教示の１つ以上の実施形態が、詳細に説明される前、当業者は、本教示が、それらの用途において、以下の詳細な説明に記載され、または図面に図示される構造の詳細、構成要素の配列、およびステップの配列に限定されないことを理解するであろう。本明細書で使用される表現法および用語が説明の目的のためであり、限定的と見なされるべきではないことも理解されたい。
（様々な実施形態の説明）
（コンピュータ実装システム）
図１は、本教示の実施形態が実装され得るコンピュータシステム１００を図示するブロック図である。コンピュータシステム１００は、情報を通信するためのバス１０２または他の通信機構と、情報を処理するためのバス１０２と結合されたプロセッサ１０４とを含む。コンピュータシステム１００は、プロセッサ１０４によって実行されるべき命令を記憶するためにバス１０２に結合されたランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または他の動的記憶デバイスであり得るメモリ１０６も含む。メモリ１０６は、プロセッサ１０４によって実行されるべき命令の実行中に一時的変数または他の中間情報を記憶するためにも使用され得る。コンピュータシステム１００は、プロセッサ１０４のための静的情報および命令を記憶するためのバス１０２に結合された読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）１０８または他の静的記憶デバイスをさらに含む。磁気ディスクまたは光ディスク等の記憶デバイス１１０が、情報および命令を記憶するために提供され、バス１０２に結合されている。
コンピュータシステム１００は、情報をコンピュータユーザに表示するためにバス１０２を介して陰極線管（ＣＲＴ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）等のディスプレイ１１２に結合され得る。英数字または他のキーを含む入力デバイス１１４が、情報およびコマンド選択をプロセッサ１０４に通信するためにバス１０２に結合されている。別のタイプのユーザ入力デバイスは、方向情報およびコマンド選択をプロセッサ１０４に通信すること、およびディスプレイ１１２上のカーソル移動を制御することを行うためのマウス、トラックボール、またはカーソル方向キー等のカーソル制御１１６である。この入力デバイスは、デバイスが平面内の位置を規定することを可能にする２つの軸、すなわち、第１の軸（すなわち、ｘ）および第２の軸（すなわち、ｙ）において２つの自由度を典型的に有する。
コンピュータシステム１００は、本教示を実施することができる。本教示のある実装と一致して、結果が、プロセッサ１０４がメモリ１０６内に含まれる１つ以上の命令の１つ以上の一続きを実行することに応答して、コンピュータシステム１００によって提供される。そのような命令は、記憶デバイス１１０等の別のコンピュータ読み取り可能な媒体からメモリ１０６に読み込まれ得る。メモリ１０６内に含まれる一続きの命令の実行は、本明細書に説明されるプロセスをプロセッサ１０４に実施させる。代替として、配線回路が、本教示を実装するために、ソフトウェア命令の代わりに、またはそれらと組み合わせて、使用され得る。したがって、本教示の実装は、ハードウェア回路とソフトウェアのいずれの具体的組み合わせにも限定されない。
種々の実施形態において、コンピュータシステム１００は、ネットワーク化されたシステムを形成するために、ネットワークを横断してコンピュータシステム１００のような１つ以上の他のコンピュータシステムに接続されることができる。ネットワークは、私設ネットワークまたはインターネット等の公衆ネットワークを含むことができる。ネットワーク化されたシステムにおいて、１つ以上のコンピュータシステムは、データを記憶し、他のコンピュータシステムに供給することができる。データを記憶および供給する１つ以上のコンピュータシステムは、クラウドコンピューティングシナリオではサーバまたはクラウドと称されることができる。１つ以上のコンピュータシステムは、例えば、１つ以上のウェブサーバを含むことができる。データをサーバまたはクラウドに送信、およびそれからデータを受信する他のコンピュータシステムは、例えば、クライアントまたはクラウドデバイスと称されることができる。
本明細書で使用されるような用語「コンピュータ読み取り可能な媒体」は、実行のために命令をプロセッサ１０４に提供することに関与する任意の媒体を指す。そのような媒体は、限定ではないが、不揮発性媒体、揮発性媒体、および伝送媒体を含む多くの形態をとり得る。不揮発性媒体は、例えば、記憶デバイス１１０等の光または磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、メモリ１０６等の動的メモリを含む。伝送媒体は、バス１０２を備えているワイヤを含む同軸ケーブル、銅線、および光ファイバを含む。
コンピュータ読み取り可能な媒体またはコンピュータプログラム製品の一般的形態は、例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、または任意の他の磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）ディスク、任意の他の光学媒体、サムドライブ、メモリカード、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、およびＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ（登録商標）－ＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップまたはカートリッジ、またはコンピュータが読み取り得る任意の他の有形媒体を含む。
コンピュータ読み取り可能な媒体の種々の形態が、実行のために１つ以上の命令の１つ以上の一続きをプロセッサ１０４に搬送することに関与し得る。例えば、命令は、遠隔コンピュータの磁気ディスク上で最初に搬送され得る。遠隔コンピュータは、命令をその動的メモリの中にロードし、モデムを使用して、電話線を経由して命令を送信することができる。コンピュータシステム１００にローカルのモデルが、電話線上でデータを受信し、赤外線伝送機を使用して、データを赤外線信号に変換することができる。バス１０２に結合される赤外線検出器が、赤外線信号内で搬送されるデータを受信し、バス１０２上にデータを設置することができる。バス１０２は、メモリ１０６にデータを搬送し、それから、プロセッサ１０４が、命令を読み出し、実行する。メモリ１０６によって受信される命令は、随意に、プロセッサ１０４による実行の前または後のいずれかに記憶デバイス１１０上に記憶され得る。
種々の実施形態によると、方法を実施するためにプロセッサによって実行されるように構成される命令が、コンピュータ読み取り可能な媒体上に記憶される。コンピュータ読み取り可能な媒体は、デジタル情報を記憶するデバイスであり得る。例えば、コンピュータ読み取り可能な媒体は、ソフトウェアを記憶するための当技術分野内で公知であるようなコンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）を含む。コンピュータ読み取り可能な媒体は、実行されるように構成される命令を実行するために好適なプロセッサによってアクセスされる。
本教示の種々の実装の以下の説明が、例証および説明の目的のために提示されている。これは、包括的ではなく、本教示を開示される精密な形態に限定しない。修正および変形例が、上記の教示を踏まえて可能である、または本教示の実践から取得され得る。加えて、説明される実装は、ソフトウェアを含むが、本教示は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせとして、またはハードウェア単独で実装され得る。本教示は、オブジェクト指向および非オブジェクト指向プログラミングシステムの両方を用いて実装され得る。
（ＥＬＩＴにおける２Ｄ ＦＴ ＭＳ）
上で説明されるように、従来のタンデム質量分析は、断片化の前、前駆イオン分離に概して依拠する。しかしながら、前駆イオン分離は、多くの場合、複雑なサンプルにおいて実施することが困難であり、生成イオン質量分析を異なる前駆イオンの数とともに直線的に増減させる。
２次元フーリエ変換質量分析（２Ｄ ＦＴ ＭＳ）は、従来のタンデム質量分析に優る大幅な改善を提供する。２Ｄ ＦＴ ＭＳにおいて、前駆イオンおよび生成イオンデータが、同時に記録され、生成イオンが、前駆イオン分離を実施することなく、それらの対応する前駆イオンに合致させられる。
２Ｄ ＦＴ ＭＳは、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（ＦＴ－ＩＣＲ ＭＳ）質量分析を使用して実施され得ることが周知である。しかしながら、ＦＴ－ＩＣＲ質量分析計上で２Ｄ ＦＴ ＭＳを実施することは、複雑である。これは、分析を実施するために、励起パルス、エンコーディングパルス、断片化パルス、および観察パルスを要求する。加えて、超電導磁石の大型サイズは、ＦＴ－ＩＣＲ質量分析計を購入および動作させることを高価にする。
結果として、２Ｄ ＦＴ ＭＳを実施するための低コスト代替物が、継続的に求められている。１つの代替物は、四重極線形イオントラップ（ＬＩＴ）を使用して２Ｄ ＭＳを実施することである。四重極ＬＩＴ質量分析計は、ＦＴ－ＩＣＲ質量分析計より購入し、動作させることが確かに安価である。しかしながら、ＬＩＴにおいて２Ｄ－ＭＳを実施することの主要な欠点は、非常に限定された分解能である。２Ｄ－ＭＳ分解能は、質量分析器の分解能と同程度に良好にすぎないものであり得、それは、ＬＩＴにおいて極めて不良である。
種々の実施形態において、２Ｄ ＦＴ ＭＳは、静電線形イオントラップ（ＥＬＩＴ）を使用して実施される。ＥＬＩＴは、ＦＴ－ＩＣＲ質量分析計より安価であり、四重極ＬＩＴ質量分析計より優れた分解能を提供することができる。ＥＬＩＴが断片化パルスを使用して２Ｄ ＦＴ ＭＳが簡単に実施されることを可能にするので、複雑性も、低減させられる。換言すると、ＦＴ－ＩＣＲ質量分析計または四重極ＬＩＴ質量分析計を使用するときに必要とされるエンコーディングパルスが、排除される。代わりに、各後続の励起パルスとの断片化パルスのタイミングを単に変動させることが、前駆イオンが生成イオンに関係づけられることを可能にする。
結果として、種々の実施形態において、ＥＬＩＴ質量分析計が、前駆イオン分離を伴わずに、全てのＭＳ／ＭＳデータを同時に記録する。走査または取得の数も、混合物に存在する前駆イオンの数に依存せず、むしろ、最も軽い着目前駆イオンの周波数に依存する。
図６は、種々の実施形態による、２Ｄ ＦＴ ＭＳを実施するためのＥＬＩＴの断面側面図６００である。図６のＥＬＩＴは、形状が円筒形である。これは、イオン入口６０１と、リフレクトロンの第１の組６１０と、ピックアップ電極６０３と、リフレクトロンの第２の組６２０と、イオン出口６０２とを含む。
リフレクトロンの第１の組６１０およびリフレクトロンの第２の組６２０の各々は、中央に孔を伴ういくつかの平行同軸電極を含む。図６に示される同軸電極は、円板である。種々の実施形態において、同軸電極は、円錐形電極であり得る。
図６のＥＬＩＴにおいて、前駆イオン６０４が、イオン入口６０１を通して軸方向に注入され、リフレクトロンの第１の組６１０とリフレクトロンの第２の組６２０との間で軸方向に振動する。前駆イオン６０４は、リフレクトロンに印加される電圧およびそれらが生成する電場に起因して、リフレクトロンの第１の組６１０とリフレクトロンの第２の組６２０との間で軸方向に振動する。種々の実施形態において、前駆イオン６０４は、例えば、ミラー切り替え（軸方向注入）、イントラップ電位リフト（軸方向注入）、またはパルス偏向器（半径方向注入）によって、ＥＬＩＴの中に注入されることができる。
２Ｄ ＦＴ ＭＳを実施し、生成イオンおよび前駆イオンを分析するために、図６のＥＬＩＴは、断片化デバイス６０５をさらに含む。図６において、断片化デバイス６０５は、紫外線光解離（ＵＶＰＤ）のための紫外線光を生成する光源である。断片化デバイス６０５は、転換点６２１に、ミラー６２２および６１２を通して、転換点６１１に紫外線光を向ける。転換点６１１および６２１は、イオンが停止し、それらの振動において方向を変化させる軸方向場所である。転換点６１１および６２１における前駆イオンは、同時に活性化および解離（断片化）され、生成イオンを生成する。これらの生成イオンは、次いで、リフレクトロンの第１の組６１０とリフレクトロンの第２の組６２０との間で前駆イオンとともに振動する。
種々の実施形態において、転換点６１１および６２１における前駆イオンは、ＵＶＰＤ以外の解離方法を使用して、断片化されることができる。例えば、転換点６１１および６２１における前駆イオンは、表面誘発解離（ＳＩＤ）、光ビーム（例えば、赤外線多光子）、電子（例えば、電子活性化解離）、または中性子を使用して、断片化されることができる。解離方法は、図６に示されるように、光、原子、または電子のビームを介して、半径方向に適用され得る。種々の実施形態において、解離は、表面誘発されるか、または、大量の低エネルギー電子を介したものであり得る。
いずれの解離技法が選定されるとしても、活性化プロセスが、急速な解離につながらなければならない。断片化の任意の遅延（準安定イオン）が、生成イオンの位相ランダム化、パケットコヒーレンスの損失（より低い信号）、不安定な軌道に起因するトラップからのイオンの損失、または解離時運動エネルギー分割を可能にする。このタイプの実験は、半径方向活性化が転換点において実施され得る（運動エネルギー分割を最も小さいにする）限り、任意のＥＬＩＴ幾何学形状に有効である。これは、円筒形／円錐形リフレクトロンにおける孔、または平行板電極間の間隙を要求する。
ピックアップ電極６０３は、振動前駆または生成イオンによって生成される誘発イメージ電荷または電流を測定するために使用される。測定されたイメージ電流は、例えば、デジタル化され、記録される。
図６において、単一の中心ピックアップ電極６０３が、使用される。しかしながら、任意の検出電極構成が、稼働するであろう。２Ｄ ＦＴ ＭＳを実施する方法が、複雑な混合物の分析のために最も有用であるので、高調波成分を最も小さいにし、それによって、質量スペクトルを単純化する検出方式を採用することが最善である。米国仮特許出願第６２／５６２，５９７号は、例えば、高調波成分を最も小さいにするＥＬＩＴ検出方式を説明し、参照することによって本明細書に組み込まれる。
フーリエ変換が、イオンの振動周波数を得るために、ピックアップ電極６０３から測定される誘発電流信号に適用される。振動周波数から、１つ以上のイオンのｍ／ｚが、計算されることができる。測定後、残留イオンが、イオン出口６０２を使用してＥＬＩＴから放出されることができる。イオンは、入口６０１を通して放出されることもできる。
イメージ電流がサンプリングされる率は、ナイキスト基準を満たす必要があり、すなわち、サンプリング率（ｆｓ１）は、最も高い検出イオン周波数（前駆イオンおよび生成イオン）の２倍を上回る必要がある。イメージ電流の過渡および時間ドメイン測定は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムを使用して処理され、例えば、その後、周波数ドメインは、規模モード、吸収モード、または拡張フーリエ変換（ｅＦＴＴＭ）モードで表示されることができる。時間ドメインは、フィルタ対角化方法（ＦＤＭ）、最も小さい二乗分析、または段階的スペクトルデコンボリューション方法（ΦＳＤＭ）等の超解像方法を介して、処理されることもできる。ＥＬＩＴにおけるイオンの基本検出周波数は、以下の式（１）に示されるように、イオンの質量対電荷比（ｍ／ｚ）の平方根に反比例する。
Figure 0007301885000001
式（１）において、ｋおよびｂは、ＥＬＩＴ幾何学形状、イオンの運動エネルギー、電極電位、検出電極構成、および検出電極の数に関連する定数である。既知の化合物の組を使用することによって、周波数スペクトルは、式１を介して、較正され、質量スペクトルに変換されることができる。
図６のＥＬＩＴを使用したサンプルからの前駆イオンのパケットの単一の分析は、単一の走査、注入、または取得と称されることもできる。サンプルからの前駆イオンの単一の取得において、前駆イオンは、図６のＥＬＩＴの中に注入されることによって、それらがリフレクトロンの組６１０および６２０間で振動することを引き起こし、前駆イオンは、断片化デバイス６０５を使用して断片化され、生成イオンを生成し、生成イオンも、リフレクトロン間で振動させられる。ＥＬＩＴの中への前駆イオン６０４の注入は、したがって、取得の励起パルスである。断片化デバイス６０５による前駆イオンの断片化は、取得の断片化パルスである。
結果として、図６のＥＬＩＴは、励起パルスおよび断片化パルスのみを使用して、前駆イオンパケットを分析することができる。エンコーディングパルスは、必要ではない。エンコーディングパルスを使用する代わりに、ＥＬＩＴは、前駆イオンを生成イオンに関係付けるために、連続取得において励起パルスに対する断片化パルスのタイミングをシフトさせる。
断片化（活性化および解離とも称される）が実施される時間は、活性化時間（ｔａｃｔ）と称される。活性化時間は、イオン注入に対する遅延時間を増加させることによって、各後続の注入に関して改変される。各活性化時間に関して、ｔ＝０から合計取得時間Ｔａｃｑ１に及ぶ過渡状態が、記録される。合計取得時間は、以下の式Ｔａｃｑ１＝（Ｎｓ－１）／ｆｓ１に従って、サンプリング率ｆｓ１および過渡状態のサンプルの数Ｎｓから決定される。異なる取得における活性化時間間の時間差Δｔａｃｔは、遅延時間の有効サンプリング周波数ｆｓ２が、最も軽い着目前駆イオンの検出周波数の２倍を上回るように選定される。実践において、ｆｓ２は、ｆｓ１以下である。
時間とともに、前駆イオンは、通常の軸方向振動を介してＥＬＩＴの活性化または断片化領域に進入し、解離とその生成イオンの存在量の増加とをもたらす。前駆イオンが活性化領域から退出すると、より少ないイオンが、解離され、生成イオンの存在量が減少させられる。したがって、前駆および生成イオンの両方の強度は、前駆イオンの検出周波数において変調されるが、生成イオン強度は、それらの前駆イオンのそれと１８０度位相がずれている。
図７は、種々の実施形態による、ＥＬＩＴが断片化パルスのタイミングをシフトさせる複数の連続取得からの仮定のデータの３次元（３Ｄ）プロットを示し、前駆イオンｍ／ｚ対生成イオンｍ／ｚの対応する２次元（２Ｄ）質量スペクトルを示す略図７００である。３Ｄプロット７１０は、サンプルからの前駆イオンの１２回の異なる取得に関して見出される１２個の生成イオンスペクトルを示す。各取得に関して、断片化または活性化の時間ｔａｃｔが、増分される。１２個の生成イオンスペクトルは、質量の関数として強度を提供し、したがって、フーリエ変換後のデータの描写が、適用された。
１２個の生成イオンスペクトルは、１つの前駆イオンｍ／ｚ７１１および２つの生成イオンｍ／ｚ値７１２および７１３に関して、ピークを示す。３Ｄプロット７１０から、前駆イオンｍ／ｚ７１１および生成イオンｍ／ｚ値７１２および７１３の強度が、活性化時間ｔａｃｔの増加とともに周期的に変動することが明白である。実際、前駆イオンｍ／ｚ７１１および生成イオンｍ／ｚ値７１２および７１３の強度は、同じ周波数で変調されている。しかしながら、生成イオンｍ／ｚ値７１２および７１３の強度の変調の周波数は、前駆イオンｍ／ｚ７１１の強度の変調の周波数と１８０°位相がずれている。上で説明されるように、それは、生成イオンｍ／ｚ値７１２および７１３が前駆イオンｍ／ｚ７１１の前駆イオンの生成イオンであることを示す。それは、ｍ／ｚ値７１２および７１３を伴う生成イオンが、ｍ／ｚ７１１を伴う前駆イオンに関係づけられる様子をグラフでも描写している。
３Ｄプロット７１０から、前駆イオンｍ／ｚ対生成イオンｍ／ｚの２Ｄ質量スペクトル７２０が得られる様子が明白である。２Ｄ質量スペクトル７２０のｘ軸は、ｍ／ｚに伴う生成イオンの変調に対応する。２Ｄ質量スペクトル７２０のｙ軸は、ｍ／ｚに伴う前駆イオンの変調、より直接的に、活性化時間ｔａｃｔに対応する。３Ｄプロット７１０の３つの異なるピークの全ては、２Ｄ質量スペクトル７２０のｘ軸に対して異なるｍ／ｚ値７１１、７１２、および７１３を有する。しかしながら、それらの全ては、２Ｄ質量スペクトル７２０のｙ軸に沿った同じｍ／ｚ値７１１に対応する。これは、それらがｔａｃｔに対して同じ変調周波数を有するからであり、この変調周波数は、前駆イオンｍ／ｚ７１１のｍ／ｚに対応する。
生成イオン質量分解能（２Ｄ質量スペクトル７２０の水平ｘ軸）は、各遅延時間におけるサンプルの数（過渡状態長さ）を増加させることによって改良される。前駆イオン質量分解能（２Ｄ質量スペクトル７２０の垂直ｙ軸）は、最大遅延時間Ｔａｃｑ２＝（Ｎａ－１）／ｆｓ２が増加させられるように、走査または活性化時間の総数（Ｎａ）を増加させることによって改良される。
図６において、イオン断片化が、２つの転換点において実施される。しかしながら、イオン断片化が、１つの転換点のみにおいて実施されることができる場合、振幅が変調される周波数（解離周波数）は、イメージ電流／電荷検出を介した検出周波数の半分（２・１ａｐ＿ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）である。フーリエ変換器具における最大質量分解能（Ｒｍａｘ）は、Ｒｍａｘ＝ｍ／Δｍ５０％＝ｆ／（２×（１／Ｔａｃｑ））＝（ｆ－Ｔａｃｑ）／２として計算されることができる。したがって、前駆体質量分解能は、Ｔａｃｑ１＝Ｔａｃｑ２であるとき、生成イオン質量分解能の半分であるという結果になる。したがって、両方の次元で同じ質量分解能を得ることは、２倍多くの走査（２Ｎａ）が記録されることを要求する。
図８は、種々の実施形態による、ＥＬＩＴを用いて２Ｄ ＦＴ ＭＳを実施するためのワークフローを示す例示的フローチャート８００である。ステップ８０５において、イメージ電流のサンプリング周波数ｆｓ１および遅延時間の有効サンプリング周波数ｆｓ２が、選択される。ナイキスト基準に基づいて、サンプリング率ｆｓ１は、最も高い検出イオン周波数（前駆イオンおよび生成イオン）の２倍を上回る必要があることを想起されたい。遅延時間の有効サンプリング周波数ｆｓ２は、最も軽い着目前駆イオンの検出周波数の２倍を上回らなければならない。
ステップ８１０において、過渡状態時のサンプルの数Ｎｓおよび取得または活性化時間の総数Ｎａが、選択される。生成イオン質量分解能は、Ｎｓを増加させることによって改良されることを想起されたい。したがって、Ｎｓは、所望の生成イオン質量分解能に基づいて選択される。前駆イオン質量分解能は、Ｎａを増加させることによって改良される。したがって、Ｎａは、所望の前駆イオン質量分解能に基づいて選択される。
ステップ８１５において、取得のカウントｎａが、ゼロに初期化される。
ステップ８２０において、取得が、前駆イオンをＥＬＩＴの中に注入し、それらにプレート上のリフレクトロンの組の間で振動させることによって、開始される。加えて、ＥＬＩＴのピックアップ電極におけるイメージ電流の測定が、イメージ電流の選択されるサンプリング周波数ｆｓ１および過渡状態時のサンプルの選択される数Ｎｓを使用して、開始される。
ステップ８２５において、位置依存性断片化が、取得のカウントｎａの関数である活性化時間ｔａｃｔにおいて実施される。上で説明されるように、位置依存性断片化は、断片化がＥＬＩＴにおけるイオンの転換点のうちの一方または両方で実施されることを意味する。
ステップ８３０において、取得時間が、チェックされる。過渡状態イメージ電流データが、合計取得時間Ｔａｃｑ１に到達されるまで、ＥＬＩＴのピックアップ電極において測定される。合計取得時間が以下の式Ｔａｃｑ１＝（Ｎｓ－１）／ｆｓ１に従って、サンプリング率ｆｓ１および過渡状態時のサンプルの数Ｎｓから決定されることを想起されたい。
ステップ８３５において、合計取得時間Ｔａｃｑ１に到達される場合、取得が、終了され、測定された過渡状態イメージ電流データが、行列内に記憶される。取得に関する測定された過渡状態イメージ電流データは、例えば、取得のカウントｎａを表す行列の列内に記憶される。当業者は、同じ行列演算が列または行に実施され得るので、このデータが、代替として、行列の行内に記憶され得ることを理解するであろう。
ステップ８４０において、取得のカウントｎａが、選択された取得の総数Ｎａと比較される。取得のカウントｎａが、選択された取得の総数Ｎａ未満である場合、取得のカウントｎａは、ステップ８４１において増分され、新しい取得が、ステップ８２０に戻ることによって開始される。ｎａは、ステップ８４１において１だけ増分されるが、非一様なサンプリングを使用する場合、より多く増分されることができる。取得のカウントｎａが、選択された取得の総数Ｎａに等しい場合、実験は、終了され、記憶されたデータは、ステップ８４５に移行することによって分析される。
ステップ８４５において、フーリエ変換が、記憶された行列の各列に実施される。
ステップ８５０において、フーリエ変換が、記憶された行列の各行に実施される。
ステップ８５５において、変換される記憶された行列が、転置される。
ステップ８６０において、変換される記憶された行列内のデータが、周波数データからｍ／ｚデータに変換される。このデータは、例えば、上で説明される式（１）を使用して変換される。変換される記憶された行列データは、２Ｄスペクトル８６５としてプロットされることができる。２Ｄスペクトル８６５は、前駆イオンｍ／ｚに対応する垂直軸および生成イオンｍ／ｚに対応する水平軸を伴う２Ｄマップである。
（ＥＬＩＴ対ＦＴ－ＩＣＲ）
ＥＬＩＴは、外部超電導磁石またはＲＦ供給を要求しない純静電デバイス（低電力）である。この品質は、質量分析器をコンパクト、可搬型、かつ卓上計装に適したものにする。これは、市販の既製ステンレス鋼板から作製されることができ、構築し、動作させることが非常に安価である。
ＥＬＩＴにおいて、全てのイオンが、ｍ／ｚにかかわらず、注入による励起を受け、トラップのそれらの中立軸方向振動（周波数は、ｍ／ｚ依存性である）によって活性化領域の中に運ばれる。断片化効率は、活性化ビーム出力および／または注入されたイオンパケットの幅を調節することによって、簡単に調整されることができる。したがって、イオン注入とイオン活性化との間の時間遅延のみが、２Ｄ質量スペクトルの発生において重要な役割を果たす（単一のＴＴＬトリガ）。現代の遅延発生器、波形発生器、レーザ等の時間ベース正確度を考慮すると、これは、問題ではない。１つの質量スペクトルが記録されている間に、次のイオン集団が、注入デバイス内で捕獲され、冷却され、束ねられることができ、それによって、前の過渡状態が完了すると、続く過渡状態が開始され得る（１０～２０マイクロ秒遅延）。要求されるｍ／ｚ範囲および質量分解能に応じて、２Ｄ ＦＴ－ＥＬＩＴ ＭＳのデューティサイクルは、容易に１００％に接近することができる。
イオンの周波数（質量分解能）が、ＥＬＩＴにおいてそのｍ／ｚの平方根に反比例する一方で、ＦＴ－ＩＣＲにおいて、周波数は、イオンｍ／ｚに反比例する。これは、生物学的関連性を保持する高ｍ／ｚイオンの測定においてＥＬＩＴに質量分解能利点を与える。
ＦＴ－ＩＣＲ上の２Ｄ ＦＴ ＭＳは、３つの別個のパルス一続き（励起、エンコーディング、観察）、およびイメージ電流検出（図３参照）の前のイオン活性化ステップ（３００～４００ミリ秒）を要求する。これは、３つの正確な波形（タイミング、帯域幅、電圧）、および５つのトリガを要求する。波形は、多くの場合、断片化効率を最大化するように調整および最適化される必要がある。したがって、最適化は、ＥＬＩＴにおいて、はるかに容易である。
完全な２Ｄ質量スペクトルを発生させるために要する時間の長さを考慮すると、ＦＴ－ＩＣＲ上の過渡状態は、多くの場合、各々、２秒未満に短縮され、数１００ミリ秒が一般的である。一般に、これらの実験のための典型的デューティサイクルは、５０％～８５％に及ぶ。デューティサイクルに基づくと、ＥＬＩＴは、同数の走査に関して、ＦＴ－ＩＣＲより速く２Ｄワークフローを完了し得る。
純粋に理論的な観点から、ＦＴ－ＩＣＲ（＞７テスラ）を使用することの主要な利点は、単位時間あたり非常に高い質量分解能を達成することである。しかしながら、それは、超電導磁石、高い保守コスト（寒剤および電気）、および器具（ポータブルではない）を収納するための広い空間を要求する。ＥＬＩＴが最適化され、圧力が低下させられるにつれて、分解能／時間の差異が、縮小される。代替として、ＥＬＩＴのデューティサイクル利点により、より長い過渡状態が、同時にワークフローを完了しながら、質量分解能の差異を低減させるために取得され得る。
ＦＴ－ＩＣＲを所有することに関連付けられるコストに起因して、それらは、多くの場合、最も困難な分析問題のために確保され、例えば、オービトラップによって置換された。しかしながら、オービトラップは、この時点で２Ｄ ＦＴ ＭＳ実験を実施することができず、ＦＴ－ＩＣＲは、２Ｄ ＦＴ ＭＳ実験が可能であるように修正される必要がある（追加のコスト）。したがって、この技法へのアクセスは、非常に限定される。ＥＬＩＴを所有する／動作させるコストを考慮すると、より多くの科学者が、この技法の費用を負担し、利用することができる。
繰り返して言うと、ＦＴ－ＩＣＲ実験とＦＴ ＥＬＩＴ実験との間に少なくとも３つの異なる差異が存在する。第１に、ＦＴ－ＩＣＲデバイスは、ＩＣＲセルの軸に沿って向けられる低エネルギーで長時間（数１０～１００ミリ秒）の照射を使用し、半径依存性断片化を実施する。ＥＬＩＴデバイスは、半径方向次元に沿って向けられる高エネルギーで短時間（数１０ナノ秒）の活性化を使用し、軸方向位置依存性断片化を実施するであろう。基本的に、それらは、正反対である。
第２に、２Ｄ ＦＴ－ＩＣＲ実験において、イオン注入と検出との間にかなり遅延が存在する一方で、それらは、ＥＬＩＴにおいて、同時である。したがって、実験のデューティサイクルは、ＥＬＩＴにおいて、はるかに高く、より短い分析時間につながる。
第３に、これは、示されず、または説明されていないが、ＦＴ－ＩＣＲにおけるｍ／ｚの関数としての位相は、ＥＬＩＴにおけるよりはるかに複雑であり、吸収モード質量スペクトルを発生させるために、より多くの計算力（より長い処理）を要求する。
図９は、ＦＴ－ＩＣＲを用いて２Ｄ ＦＴ ＭＳを実施するためのワークフローを示す例示的フローチャート９００である。ステップ９０２において、イメージ電流のサンプリング周波数ｆｓ１および遅延時間の有効サンプリング周波数ｆｓ２が、選択される。
ステップ９０４において、過渡状態におけるサンプルの数Ｎｓおよび取得または活性化時間の総数Ｎａが、選択される。ステップ９０６において、取得のカウントｎａが、ゼロに初期化される。
ステップ９０８において、取得が、前駆イオンをＦＴ－ＩＣＲの中に注入し、それらを捕獲することによって開始される。
ステップ９１０において、励起パルスＰ１が、印加される。
ステップ９１２において、時間が、エンコーディング期間が終了したかどうかを決定するために、エンコーディング期間遅延ｔ１と比較される。エンコーディング期間遅延ｔ１は、取得のカウントｎａの関数である。時間が、エンコーディング期間遅延に等しい場合、ステップ９１４が、実行される。
ステップ９１４において、エンコーディングパルスＰ２が、印加される。
ステップ９１６において、半径依存性断片化が、期間τｍにわたって実施される。
ステップ９１８において、観察パルスＰ２が、印加される。
ステップ９２０において、結果として生じる時間依存性イメージ電流が、検出される。
ステップ９２２において、取得時間が、チェックされる。過渡状態イメージ電流データは、合計取得時間Ｔａｃｑ１に到達されるまで測定される。
ステップ９２４において、合計取得時間Ｔａｃｑ１に到達される場合、取得が、終了され、測定された過渡状態イメージ電流データが、行列内に記憶される。取得に関する測定された過渡状態イメージ電流データは、例えば、取得のカウントｎａを表す行列の列内に記憶される。
ステップ９２６において、取得のカウントｎａが、選択された取得の総数Ｎａと比較される。取得のカウントｎａが、選択された取得の総数Ｎａ未満である場合、取得のカウントｎａは、ステップ９２７において増分され、新しい取得が、ステップ９０８に戻ることによって開始される。ｎａは、ステップ９２７において１だけ増分されるが、非一様なサンプリングを実施する場合、より大きい増分が、使用されることができる。取得のカウントｎａが、選択された取得の総数Ｎａに等しい場合、実験は、終了され、記憶されたデータは、ステップ９２８に移行することによって分析される。
ステップ９２８において、フーリエ変換が、記憶された行列の各列に実施される。
ステップ９３０において、フーリエ変換が、記憶された行列の各行に実施される。
ステップ９３２において、変換される記憶された行列が、転置される。
ステップ９３４において、変換される記憶された行列内のデータが、周波数データからｍ／ｚデータに変換される。このデータは、例えば、上で説明される式（１）を使用して変換される。変換される記憶された行列データは、２Ｄスペクトル９３６としてプロットされることができる。２Ｄスペクトル９３６は、前駆イオンｍ／ｚに対応する垂直軸および生成イオンｍ／ｚに対応する水平軸を伴う２Ｄマップである。
図９および８の比較は、ＦＴ－ＩＣＲ質量分析計を用いた２Ｄ ＦＴ ＭＳが、ＥＬＩＴ質量分析計を用いた２Ｄ ＦＴ ＭＳよりはるかに複雑であることを示す。
（ＥＬＩＴ対四重極ＬＩＴ）
上で説明されるように、２Ｄ ＭＳ実験（非ＦＴ）が、提案され、四重極ＬＩＴ質量分析器での使用のためにシミュレートされた。イオン半径は、記憶された波形イオン半径変調（ＳＷＩＭ）を使用して変調され、シミュレートされたレーザビームを使用して中心軸に沿って解離される。ＳＷＩＭパルスは、励起およびエンコーディングパルスであり、断片化パルスに加えて必要とされる。
ＥＬＩＴは、電力消費、デューティサイクル、質量分解能、質量正確度、ピーク容量、およびエンコーディング単純性の観点から、四重極を凌ぐことができる。四重極ＬＩＴ質量分析器は、四重極の限界を回避するために、他の質量分析器（ＴＯＦ、オービトラップ、およびＦＴ－ＩＣＲ）に結合されることが提案される。しかしながら、そうすることにおいて、他の限界および複雑性が、課せられる。
（ＥＬＩＴシミュレーションデータ）
ＳＩＭＩＯＮ ｖ８．１が、図６に描写される幾何学形状のＥＬＩＴをシミュレートするために使用された。ＥＬＩＴトラップ寸法および動作条件が、例えば、Ｄｚｉｅｋｏｎｓｋｉ，ｅｔ ａｌ． Ｉｎｔ． Ｊ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ． ２０１６，４１０，１２－２１ ａｎｄ Ｄｚｉｅｋｏｎｓｋｉ，ｅｔ ａｌ． Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ． ２０１７，８９，４３９２－４３９７（参照することによって組み込まれる）に説明される。
３つの前駆（Ｐ）イオン（ｍ／ｚ４５０、５２５、および６００）が、２，０００ｅＶ／電荷運動エネルギーを伴ってＥＬＩＴの中心から開始された（半径方向運動は考慮されなかった）。これは、前駆イオン調査の前に質量分離が実施されなかった場合を表す。各イオンは、１，０００の電荷重み係数（ＣＷＦ）を有した。したがって、各々は、１，０００個のイオンの無限に狭いパケットを表した。簡単にするために、以下の値、すなわち、ｆｓ１＝ｆｓ２＝１０ＭＨｚ、Ｔａｃｑ１＝Ｔａｃｑ２＝１ミリ秒、およびＮｓ＝Ｎａ＝１０，００１が、選択された。１００の軌道品質係数が、使用された。
両次元における取得時間が、同じであったので、自己相関線に沿った質量分解能は、前駆イオンおよび生成イオンの両方に関して同じである。誘発イメージ電流が、ＳＩＭＩＯＮ ｖ８．１に提供された静電誘発コードを使用して、中心に位置するピックアップ電極上で測定された。最適化されていない検出電極幾何学形状の結果として、高調波が、２Ｄ質量スペクトルに存在することが予期された。
解離は、前駆イオンが活性化領域内にある場合に断片化を誘発する７５％可能性を有した幅３ミリメートルのレーザスポット（１０ナノ秒の持続時間、転換点に中心を置かれる）を使用して、両方の転換点において実施された。イオンが、断片化に関してフラグを付けられた場合、単一の粒子が、４つのイオンに分割された。第１のものは、前駆体と同じｍ／ｚを有したが、電荷の２５％（ＣＷＦ＝２５０）を伴った。他の３つは、各々が発生させられる等しい確率を伴って、ｍ／ｚ１００の順次中性損失を表した。したがって、生成イオンは、各々がＣＷＦ＝２５０を伴って、Ｐ－１００、Ｐ－２００、およびＰ－３００のｍ／ｚを有した。
図８のワークフローは、説明されるＳＩＭＩＯＮ条件を用いて追従された。活性化時間のみが、順次シミュレーション間で変更された。Ｍａｔｌａｂが、過渡状態（合計１０，００１）を処理し、具体的ＥＬＩＴ幾何学形状、電位、およびイオン運動エネルギーに関して較正された２Ｄ質量スペクトルを発生させるために、使用された。
図１０は、種々の実施形態による、ＥＬＩＴを使用して２Ｄ ＦＴ ＭＳをシミュレートすることから得られる２Ｄスペクトルの例示的プロット１０００である。図１０の２Ｄスペクトルは、ＥＬＩＴシミュレーションが２Ｄ ＦＴ ＭＳを正常に実施したことを示す。２Ｄスペクトルのｘ軸の下方に、累積生成イオンスペクトル１０１０が、示される。同様に、２Ｄスペクトルのｙ軸の傍に、累積前駆イオンスペクトル１０２０が、示される。線１０３０は、自己相関線である。線１０４０は、中立損失線である。線１０５０は、５２５の前駆イオンｍ／ｚを伴う抽出された生成イオンスペクトルに関する線である。線１０６０は、３５０の生成イオンｍ／ｚを伴う抽出された前駆イオンスペクトルに関する線である。
図１１は、種々の実施形態による、５２５の前駆イオンｍ／ｚにおいて図１０の２Ｄスペクトルから抽出される生成イオンスペクトルの例示的プロット１１００である。ｍ／ｚ値２２５、３２５、および４２５における３つの生成イオン１１１０、１１２０、および１１３０が、この生成イオンスペクトルに示される。
３つの生成イオンが、同数の電荷を含むとしても、ピークの強度は、ｍ／ｚの増加とともに減少することに留意することが、分析的に有用である。これは、１秒あたりのクーロン数の尺度であるイメージ電流検出を実施することの結果である。より高いｍ／ｚのイオンは、より低い平均速度（ｖ＝ｓｑｒｔ［２ｚＫＥ／ｍ］）で進行し、それによって、フーリエ変換時、より低い瞬時イメージ電流およびより低い強度を誘発する。
（ＥＬＩＴ ２Ｄ ＦＴ ＭＳシステム）
図１２は、前駆イオンデータと生成イオンデータとを同時に測定するように質量分析計を制御するためのシステムの概略図１２００である。図１２のシステムは、イオン源デバイス１２１０と、イオン伝達光学系１２２０と、静電線形イオントラップ（ＥＬＩＴ）１２３０と、プロセッサ１２４０とを含む。
イオン源デバイス１２１０は、サンプルをイオン化し、イオンビームを生成するように構成される。イオン源デバイス１２１０は、限定ではないが、マトリクス支援レーザ脱離／イオン化（ＭＡＬＤＩ）またはエレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）を含むイオン化技法を実施することができる。
ＥＬＩＴ１２３０は、２つの組のリフレクトロン１２３１および１２３２と、１つ以上のピックアップ電極１２３３と、断片化デバイス１２３４とを含む。
プロセッサ１２４０は、イオン源デバイス１２１０、イオン伝達光学系１２２０、およびＥＬＩＴ１２３０と通信する。この通信は、データまたは制御情報を含むことができる。
プロセッサ１２４０は、限定ではないが、図１のシステム、コンピュータ、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、または制御信号およびデータをイオン源デバイス４１０、タンデム質量分析計４０１、および他のデバイスに送信し、かつそれから受信することが可能な任意のデバイスであり得る。プロセッサ１２４０は、図１のシステムのような１つ以上のメモリデバイスへのアクセスをさらに有する。
プロセッサ１２４０は、取得の総数Ｎを実施するようにイオン伝達光学系１２２０およびＥＬＩＴ１２３０を制御する。プロセッサ１２４０は、例えば、イオン伝達光学系１２２０およびＥＬＩＴ１２３０に供給する１つ以上の電圧源（図示せず）を制御することによって、イオン伝達光学系１２２０およびＥＬＩＴ１２３０を制御し、またはそれらに命令を提供する。
Ｎ回の取得のうちの各取得ｎに関して、プロセッサ１２４０は、いくつかのステップを実施する。プロセッサ１２４０は、イオン伝達光学系１２４０を制御し、イオンビームからＥＬＩＴ１２３０の中にイオンを注入し、イオンに２つの組のリフレクトロン１２３１および１２３２によって生成される２つの電場間で軸方向に振動させる。
プロセッサ１２４０は、ＥＬＩＴ１２３０を制御し、１つ以上のピックアップ電極１３３３を使用して、イオン注入から合計取得時間Ｔａｃｑ１まで、振動するイオンの時間ドメインイメージ電流を測定する。プロセッサ１２４０は、ＥＬＩＴ１２３０を制御し、断片化デバイス１２３４を使用して、振動するイオンの一方または両方の転換点においてＴａｃｑ１内に振動するイオンの位置依存性断片化を実施し、生成イオンを振動するイオンに追加する。断片化は、各後続の取得ｎ＋１において時間増分Δｔだけ増加させられるイオン注入に対する遅延時間ｔａｃｔにおいて実施され、振動するイオンの断片化をそれらの位置に依存させる。
最後、プロセッサ１２４０は、メモリデバイスにおいて、２次元行列の行または列ｎとして測定された時間ドメインイメージ電流を記憶する。
種々の実施形態において、ＮおよびΔｔは、前駆イオン次元の一様または非一様なサンプリングを提供するように選定される。
（一様なサンプリング）
図１３は、種々の実施形態による、ＥＬＩＴが、断片化パルスのタイミングをシフトさせる複数の連続取得からの仮定のデータの３Ｄプロット１３００であり、前駆イオン次元における一様なサンプリングを示す。図７のように、図１３は、断片化が実施されるイオン注入に対する異なる遅延時間ｔａｃｔにおける一連の生成イオンスペクトルを示す。図１３のスペクトルに関して、遅延時間ｔａｃｔは、時間増分Δｔだけ増加させられ、Δｔ＝Δｔａｃｔである。一様なサンプリングに関して、時間増分は、定数であり、Δｔ＝Δｔａｃｔ＝一定である。
図７の場合のように、図１３のスペクトルは、遅延時間が増加させられるにつれて、生成イオン１３１２および１３１３および前駆イオン１３１１が変動する様子を示す。遅延時間ｔａｃｔに対して強度の変化を関係づけることによって、生成イオンと前駆イオンとが、合致させられることができる。例えば、生成イオン１３１２および１３１３は、遅延時間ｔａｃｔに対する前駆イオン１３１１と同じ強度の変化を示す（但し、１８０度位相がずれている）。結果として、生成イオン１３１２および１３１３は、前駆イオン１３１１に合致させられる。
上で説明されるように、図１３の各生成イオンスペクトルは、予期される最も低いｍ／ｚ前駆または生成イオンに基づく率でサンプリングされなければならない。特に、生成イオンサンプリング率（ｆｓ１）は、最も高い検出イオン周波数（前駆イオンおよび生成イオン）の２倍を上回る必要がある。生成および前駆イオンのｍ／ｚは、上で示される式１を使用して、周波数に変換される。ｍ／ｚと周波数とが、反比例するので、最も小さい検出前駆イオンまたは生成イオンｍ／ｚは、最も高い周波数を生成する。したがって、ｆｓ１が、実験が検出することが予期される、最も小さい前駆イオンまたは生成イオンｍ／ｚから見出される。
同様に、遅延時間の有効サンプリング周波数ｆｓ２または前駆体次元におけるサンプリングは、予期される前駆イオンの最も高い検出イオン周波数の２倍を上回る必要がある。再度、前駆イオンのｍ／ｚは、上で示される式１を使用して、周波数に変換される。ｍ／ｚおよび周波数が、反比例するので、最も小さい検出される前駆イオンｍ／ｚは、最も高い周波数を生成する。したがって、ｆｓ２が、実験が検出することが予期される最も小さい前駆イオンｍ／ｚから見出される。
生成イオン次元における分解能が、生成イオン次元において取得されるサンプルの数Ｎｓを増加させることによって増加させられる。当然ながら、それは、Ｔａｃｑ１＝（Ｎｓ－１）／ｆｓ１に従って計算される合計取得時間Ｔａｃｑ１に影響を及ぼす。
同様に、前駆イオン次元における分解能が、前駆イオン次元における取得または活性化時間の数Ｎａを増加させることによって増加させられる。当然ながら、それは、Ｔａｃｑ２＝（Ｎａ－１）／ｆｓ２に従って計算される最大遅延時間Ｔａｃｑ２に影響を及ぼす。
図１２に戻ると、種々の実施形態において、前駆イオン次元における一様なサンプリングに関して、プロセッサ１２４０は、イオン伝達光学系１２２０およびＥＬＩＴ１２３０を制御し、取得の総数Ｎを実施し、Ｎ＝Ｎａである。加えて、一定の断片化が、時間増分Δｔだけ増分されるイオン注入に対する遅延時間ｔａｃｔにおいて実施され、Δｔ＝Δｔａｃｔである。時間差Δｔａｃｔは、異なる取得における活性化時間間の一定の時間差である。これは、遅延時間の有効サンプリング周波数ｆｓ２が、最も軽い着目前駆イオンの検出周波数の２倍を上回るように選定される。
種々の実施形態において、プロセッサ１２４０は、ＥＬＩＴ１２３０を制御し、ｆｓ１のサンプリング率でのＮｓ個のサンプルを使用して、振動するイオンの時間ドメインイメージ電流を測定する。合計取得時間Ｔａｃｑ１は、Ｔａｃｑ１＝（Ｎｓ－１）／ｆｓ１から計算される。
再度、種々の実施形態において、ｆｓ１は、測定されるべき生成および前駆イオンの最小質量対電荷比（ｍ／ｚ）の選択から計算され、Ｎｓは、生成イオン質量分解能の選択から計算される。測定されるべき生成および前駆イオンの最も小さいｍ／ｚおよび生成イオン質量分解能の選択は、例えば、システムのユーザによって行われる。
種々の実施形態において、プロセッサ１２４０は、ＥＬＩＴ１２３０を制御し、ｆｓ２のサンプリング周波数における連続取得において、イオン注入と断片化との間の遅延時間ｔａｃｔを増加させる。最大遅延時間Ｔａｃｑ２は、Ｔａｃｑ２＝（Ｎａ－１）／ｆｓ２から計算される。
再度、種々の実施形態において、ｆｓ２は、測定されるべき前駆イオンの最小質量対電荷比（ｍ／ｚ）の選択から計算され、Ｎａは、前駆イオン質量分解能の選択から計算される。測定されるべき前駆イオンの最も小さいｍ／ｚおよび前駆イオン質量分解能の選択は、例えば、システムのユーザによって行われる。
（非一様なサンプリング）
「Ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍ Ｓａｍｐｌｉｎｇ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｗｏ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ｆｏｒ Ｉｎｃｒｅａｓｅｄ Ｍａｓｓ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｔａｎｄｅｍ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ Ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ Ｉｏｎｓ」（Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ． ２０１７，８９，８５８９－８５９３）と題されたＢｒａｙ ｅｔ ａｌ．による論文（以降では「Ｂｒａｙ論文」）において、２Ｄ ＦＴＩＣＲ質量分析における非一様なサンプリングが、提案される。Ｂｒａｙ論文は、参照することによって本明細書に組み込まれる。Ｂｒａｙ論文は、非一様なサンプリングに先立って、２Ｄ ＦＴＩＣＲ質量分析から四重極質量フィルタ様質量分解能を得るために、一晩の取得が要求されたことを説明する。換言すると、非一様なサンプリングが、２Ｄ ＦＴＩＣＲ質量分析の取得時間を短縮し、依然として、十分な分解能を提供するために、提案された。
Ｂｒａｙ論文において、非一様なサンプリングは、前駆イオン選択に対応する次元においてランダムにスキップする点を伴う。換言すると、前駆イオン次元は、アンダーサンプリングされる。より少ない生成イオンスペクトルが、得られ、それらは、互いに対してランダムな時間に得られる。欠落した点は、アルゴリズムを使用して再構築される。
種々の実施形態において、非一様なサンプリングは、ＥＬＩＴ ２Ｄ ＦＴ質量分析において前駆イオン次元において実施される。断片化は、依然として、時間増分Δｔだけ増分されるイオン注入に対する遅延時間ｔａｃｔにおいて実施される。しかしながら、時間増分は、定数ではなく、Δｔ≠一定である。代わりに、時間増分Δｔは、取得間で変動し得る。
図１４は、種々の実施形態による、前駆イオン次元における非一様なサンプリングを示すＥＬＩＴが断片化パルスのタイミングをシフトさせる複数の連続取得からの仮定のデータの３Ｄプロット１４００である。図１３のように、図１４は、断片化が実施されるイオン注入に対する異なる遅延時間ｔａｃｔにおける一連の生成イオンスペクトルを示す。図１４の各スペクトルに関して、遅延時間ｔａｃｔは、時間増分Δｔだけ増加させられる。しかしながら、時間増分は、定数ではない。
種々の実施形態において、前駆イオン次元におけるサンプルが、依然として、サンプリング周期１／ｆｓ２のある倍数において収集される。
図１３の場合のように、図１４のスペクトルは、遅延時間が増加させられるにつれて、生成イオン１４１２および１４１３および前駆イオン１４１１が変動する様子を示す。遅延時間ｔａｃｔに対して強度の変化を関係づけることによって、生成イオンと前駆イオンとが、合致させられることができる。例えば、生成イオン１４１２および１４１３は、遅延時間ｔａｃｔに対する前駆イオン１４１１と同じ強度の変化を示す（但し、１８０度位相がずれている）。結果として、生成イオン１４１２および１４１３は、前駆イオン１４１１に合致させられる。これは、図１４に示される非一様な間隔があると、確認することがはるかに難しい。しかしながら、相関は、Ｂｒａｙ論文で提案されるもの等のアルゴリズムを収集されたスペクトルデータに適用することによって、回復されることができる。
図１２に戻ると、種々の実施形態において、前駆イオン次元における非一様なサンプリングに関して、プロセッサ１２４０は、イオン伝達光学系１２２０およびＥＬＩＴ１２３０を制御し、取得の総数Ｎを実施し、Ｎ＜Ｎａである。加えて、断片化が、変動する時間増分Δｔだけ増分されるイオン注入に対する遅延時間ｔａｃｔにおいて実施される。
（他の実施形態）
種々の実施形態において、プロセッサ１２４０は、ミラー切り替え、イントラップ電位リフト、またはパルス偏向器を使用して、イオンビームからＥＬＩＴ１２３０の中にイオンを注入するようにイオン伝達光学系１２２０を制御する。
種々の実施形態において、断片化デバイス１２３４は、光ビームを一方または両方の転換点に向け、紫外線光解離（ＵＶＰＤ）または赤外線多光子解離による断片化を生成する、光源を含む。
種々の実施形態において、断片化デバイス１２３４は、電子ビームを一方または両方の転換点に向け、電子活性化解離による断片化を生成する、電子源を含む。
種々の実施形態において、断片化デバイス１２３４は、中性粒子ビームを一方または両方の転換点に向け、中性粒子解離による断片化を生成する、中性粒子源を含む。
種々の実施形態において、断片化デバイス１２３４は、表面誘発解離（ＳＩＤ）を生成する一方または両方の転換点における表面を含む。
種々の実施形態において、プロセッサ１２４０は、さらに、フーリエ変換を２次元行列の各列に適用し、フーリエ変換を２次元行列の各行に適用し、周波数値の２次元行列を生成する。プロセッサ１２４０は、周波数値の２次元行列を転置し、ＥＬＩＴ１２３０の幾何学形状に基づいて、転置された周波数値の２次元行列を質量対電荷比（ｍ／ｚ）値の行列に変換し、２次元質量スペクトルとしてｍ／ｚ値の行列の値をプロットする。
（ＥＬＩＴ ２Ｄ ＦＴ ＭＳ方法）
図１５は、種々の実施形態による、前駆イオンデータと生成イオンデータとを同時に測定するように質量分析計を制御する方法を示すフローチャート１５００である。
ステップ１５１０において、イオン伝達光学系およびＥＬＩＴが、プロセッサを使用して、取得の総数Ｎを実施するように制御される。
ステップ１５２０において、Ｎ回の取得のうちの各取得ｎに関して、いくつかのステップが、プロセッサを使用して実施される。
ステップ１５３０において、イオン伝達光学系は、イオンビームからＥＬＩＴの中にイオンを注入するように制御され、ＥＬＩＴは、イオンに２つの組のリフレクトロンによって生成された２つの電場間で軸方向に振動させる。イオンビームは、サンプルをイオン化するように構成されたイオン源によって生成される。ＥＬＩＴは、２つの組のリフレクトロンと、１つ以上のピックアップ電極と、断片化デバイスとを含む。
ステップ１５３０において、ＥＬＩＴは、１つ以上のピックアップ電極を使用して、イオン注入から合計取得時間Ｔａｃｑ１まで、振動するイオンの時間ドメインイメージ電流を測定するように制御される。そして、ＥＬＩＴは、断片化デバイスを使用して、振動するイオンの一方または両方の転換点においてＴａｃｑ１内に振動するイオンの位置依存性断片化を実施し、生成イオンを振動するイオンに追加するように制御される。断片化は、各後続の取得ｎ＋１において時間増分Δｔだけ増加させられるイオン注入に対する遅延時間ｔａｃｔにおいて実施され、振動するイオンの断片化をそれらの位置に依存させる。
ステップ１５５０において、測定された時間ドメインイメージ電流は、メモリデバイスにおいて、２次元行列の行または列ｎとして記憶される。
（ＥＬＩＴ ２Ｄ ＦＴ ＭＳコンピュータプログラム製品）
種々の実施形態において、コンピュータプログラム製品は、そのコンテンツが前駆イオンデータと生成イオンデータとを同時に測定するように質量分析計を制御する方法を実施するように、プロセッサ上で実行されている命令を伴うプログラムを含む有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を含む。方法は、１つ以上の異なるソフトウェアモジュールを含むシステムによって実施される。
図１６は、種々の実施形態による、前駆イオンデータと生成イオンデータとを同時に測定するように質量分析計を制御する方法を実施する１つ以上の異なるソフトウェアモジュールを含むシステム１６００の概略図である。システム１６００は、制御モジュール１６１０と、記憶および分析モジュール１６２０とを含む。
制御モジュール１６１０は、イオン伝達光学系およびＥＬＩＴを制御し、取得の総数Ｎを実施する。Ｎ回の取得のうちの各取得ｎに関して、いくつかのステップが、実施される。
制御モジュール１６１０は、イオンビームからＥＬＩＴの中にイオンを注入するようにイオン伝達光学系を制御し、ＥＬＩＴは、イオンに２つの組のリフレクトロンによって生成された２つの電場間で軸方向に振動させる。イオンビームは、サンプルをイオン化するように構成されたイオン源によって生成される。ＥＬＩＴは、２つの組のリフレクトロンと、１つ以上のピックアップ電極と、断片化デバイスとを含む。
制御モジュール１６１０は、１つ以上のピックアップ電極を使用して、イオン注入から合計取得時間Ｔａｃｑ１まで、振動するイオンの時間ドメインイメージ電流を測定するようにＥＬＩＴを制御する。制御モジュール１６１０は、断片化デバイスを使用して、振動するイオンの一方または両方の転換点においてＴａｃｑ１内に振動するイオンの位置依存性断片化を実施し、生成イオンを振動するイオンに追加するようにＥＬＩＴを制御する。断片化は、各後続の取得ｎ＋１において時間増分Δｔだけ増加させられるイオン注入に対する遅延時間ｔａｃｔにおいて実施され、振動するイオンの断片化をそれらの位置に依存させる。
記憶および分析モジュール１６２０は、メモリデバイスにおいて、２次元行列の行または列ｎとして測定された時間ドメインイメージ電流を記憶する。
本教示は、種々の実施形態と併せて説明されるが、本教示がそのような実施形態に限定されることは意図されない。対照的に、本教示は、当業者によって理解されるであろうように、種々の代替物、修正、および均等物を包含する。
さらに、種々の実施形態を説明する際に、本明細書は、ステップの特定の一続きとして、方法および／またはプロセスを提示していることもある。しかしながら、方法またはプロセスが本明細書に記載されるステップの特定の順序に依拠しない限りにおいて、方法またはプロセスは、説明されるステップの特定の一続きに限定されるべきではない。当業者が理解するであろうように、ステップの他の一続きも、可能であり得る。したがって、本明細書に記載されるステップの特定の順序は、請求項上の限定として解釈されるべきではない。加えて、方法および／またはプロセスを対象とする請求項は、書かれる順序でのそれらのステップの実施に限定されるべきではなく、当業者は、一続きが変動され、依然として、種々の実施形態の精神および範囲内に留まり得ることを容易に理解することができる。

Claims (15)

  1. 前駆イオンデータと生成イオンデータとを同時に測定するように質量分析計を制御するためのシステムであって、前記システムは、
    サンプルをイオン化し、イオンビームを生成するように構成されたイオン源デバイスと、
    イオン伝達光学系と、
    ２つの組のリフレクトロンと、１つ以上のピックアップ電極と、断片化デバイスとを含む静電線形イオントラップ（ＥＬＩＴ）と、
    前記イオン源デバイス、前記イオン伝達光学系、および前記ＥＬＩＴと通信しているプロセッサと
    を備え、
    前記プロセッサは、
    取得の総数Ｎを実施するように前記イオン伝達光学系およびＥＬＩＴを制御し、前記Ｎ回の取得のうちの各取得ｎに関して、
    前記イオンビームからのイオンを前記ＥＬＩＴの中に注入するように前記イオン伝達光学系を制御することであって、前記ＥＬＩＴは、前記２つの組のリフレクトロンによって生成された２つの電場間で前記イオンを軸方向に振動させる、ことと、
    前記１つ以上のピックアップ電極を使用して、イオン注入から合計取得時間Ｔ ａｃｑ１ まで、前記振動するイオンの時間ドメインイメージ電流を測定することと、前記断片化デバイスを使用して、Ｔ ａｃｑ１ 内で、前記振動するイオンの一方または両方の転換点において前記振動するイオンの位置依存性断片化を実施し、生成イオンを前記振動するイオンに追加することとを行うように前記ＥＬＩＴを制御することであって、前記断片化は、前記イオン注入に対する遅延時間ｔａｃｔにおいて実施され、前記遅延時間ｔａｃｔは、各後続の取得ｎ＋１において時間増分Δｔだけ増加させられ、前記振動するイオンの断片化をそれらの位置に依存させる、ことと、
    メモリデバイスにおいて、２次元行列の行または列ｎ ａ として前記測定された時間ドメインイメージ電流を記憶することと
    を行う、システム。
  2. 前記プロセッサは、
    前記取得の総数ＮをＮ＝Ｎａに設定することであって、Ｎａは、前駆イオン質量分解能の選択から計算される、ことと、
    ｆｓ２のサンプリング周波数における連続取得において、イオン注入と断片化との間の前記遅延時間ｔａｃｔを増加させることと
    によって、前駆体次元において一様なサンプリングを実施するように前記ＥＬＩＴを制御し、
    最大遅延時間Ｔａｃｑ２は、Ｔａｃｑ２＝（Ｎａ－１）／ｆｓ２から計算され、ｆｓ２は、測定されるべき前駆イオンの最小質量対電荷比（ｍ／ｚ）の選択から計算され、前記時間増分Δｔは、一定の時間増分Δｔａｃｔである、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記プロセッサは、連続取得において前記時間増分Δｔを変動させることによって、前駆体次元において非一様なサンプリングを実施するように前記ＥＬＩＴを制御する、請求項１に記載のシステム。
  4. 前記プロセッサは、ｆｓ１のサンプリング率でのＮｓ個のサンプルを使用して、前記振動するイオンの時間ドメインイメージ電流を測定するように前記ＥＬＩＴを制御し、前記合計取得時間Ｔａｃｑ１は、Ｔａｃｑ１＝（Ｎｓ－１）／ｆｓ１から計算される、請求項１に記載のシステム。
  5. ｆｓ１は、測定されるべき生成および前駆イオンの最小質量対電荷比（ｍ／ｚ）の選択から計算され、Ｎｓは、生成イオン質量分解能の選択から計算される、請求項２に記載のシステム。
  6. 前記プロセッサは、ミラー切り替えを使用して、前記イオンビームからのイオンを前記ＥＬＩＴの中に注入するように前記イオン伝達光学系を制御する、請求項１に記載のシステム。
  7. 前記プロセッサは、イントラップ電位リフトを使用して、前記イオンビームからのイオンを前記ＥＬＩＴの中に注入するように前記イオン伝達光学系を制御する、請求項１に記載のシステム。
  8. 前記プロセッサは、パルス偏向器を使用して、前記イオンビームからのイオンを前記ＥＬＩＴの中に注入するように前記イオン伝達光学系を制御する、請求項１に記載のシステム。
  9. 前記断片化デバイスは、光源を含み、前記光源は、光ビームを前記一方または両方の転換点に向け、紫外線光解離（ＵＶＰＤ）または赤外線多光子解離による断片化を生成する、請求項１に記載のシステム。
  10. 前記断片化デバイスは、電子源を含み、前記電子源は、電子ビームを前記一方または両方の転換点に向け、電子活性化解離による断片化を生成する、請求項１に記載のシステム。
  11. 前記断片化デバイスは、中性粒子源を含み、前記中性粒子源は、中性粒子ビームを前記一方または両方の転換点に向け、中性粒子解離による断片化を生成する、請求項１に記載のシステム。
  12. 前記断片化デバイスは、前記一方または両方の転換点における表面を含み、前記表面は、表面誘発解離（ＳＩＤ）を生成する、請求項１に記載のシステム。
  13. 前記プロセッサは、フーリエ変換を前記２次元行列の各列に適用することと、フーリエ変換を前記２次元行列の各行に適用することとをさらに行うことによって、周波数値の２次元行列を生成し、前記周波数値の２次元行列を転置し、前記ＥＬＩＴの幾何学形状に基づいて、前記転置された周波数値の２次元行列を質量対電荷比（ｍ／ｚ）値の行列に変換し、２次元質量スペクトルとして前記ｍ／ｚ値の行列の値をプロットする、請求項１に記載のシステム。
  14. 前駆イオンデータと生成イオンデータとを同時に測定するように質量分析計を制御する方法であって、前記方法は、
    プロセッサを使用して、取得の総数Ｎを実施するようにイオン伝達光学系およびＥＬＩＴを制御し、前記Ｎ回の取得のうちの各取得ｎに関して、
    前記プロセッサを使用して、イオンビームからのイオンを前記ＥＬＩＴの中に注入するように前記イオン伝達光学系を制御することであって、前記ＥＬＩＴは、２つの組のリフレクトロンによって生成された２つの電場間で前記イオンに軸方向に振動させ、前記イオンビームは、サンプルをイオン化するように構成されたイオン源によって生成され、前記ＥＬＩＴは、前記２つの組のリフレクトロンと、１つ以上のピックアップ電極と、断片化デバイスとを含む、ことと、
    前記プロセッサを使用して、前記１つ以上のピックアップ電極を使用して、イオン注入から合計取得時間Ｔ ａｃｑ１ まで、前記振動するイオンの時間ドメインイメージ電流を測定することと、前記断片化デバイスを使用して、Ｔ ａｃｑ１ 内で、前記振動するイオンの一方または両方の転換点において前記振動するイオンの位置依存性断片化を実施し、生成イオンを前記振動するイオンに追加することとを行うように前記ＥＬＩＴを制御することであって、前記断片化は、前記イオン注入に対する遅延時間ｔａｃｔにおいて実施され、前記遅延時間ｔａｃｔは、各後続の取得ｎ＋１において、時間増分Δｔａｃｔだけ増加させられ、前記振動するイオンの断片化をそれらの位置に依存させる、ことと、
    メモリデバイスにおいて、２次元行列の行または列ｎとして前記測定された時間ドメインイメージ電流を記憶することと
    を含む、方法。
  15. 非一過性の有形コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を備えているコンピュータプログラム製品であって、前記記憶媒体のコンテンツは、プロセッサ上で実行される命令を伴うプログラムを含み、前記命令は、前駆イオンデータと生成イオンデータとを同時に測定するように質量分析計を制御する方法を実施するためのものであり、前記方法は、
    システムを提供することであって、前記システムは、１つ以上の異なるソフトウェアモジュールを備え、前記異なるソフトウェアモジュールは、制御モジュールと、記憶および分析モジュールとを備えている、ことと、
    前記制御モジュールを使用して、取得の総数Ｎを実施するようにイオン伝達光学系およびＥＬＩＴを制御し、前記Ｎ回の取得のうちの各取得ｎに関して、
    前記制御モジュールを使用して、イオンビームからのイオンを前記ＥＬＩＴの中に注入するように前記イオン伝達光学系を制御することであって、前記ＥＬＩＴは、２つの組のリフレクトロンによって生成された２つの電場間で前記イオンに軸方向に振動させ、前記イオンビームは、サンプルをイオン化するように構成されたイオン源によって生成され、前記ＥＬＩＴは、前記２つの組のリフレクトロンと、１つ以上のピックアップ電極と、断片化デバイスとを含む、ことと、
    前記制御モジュールを使用して、前記１つ以上のピックアップ電極を使用して、イオン注入から合計取得時間Ｔ ａｃｑ１ まで、前記振動するイオンの時間ドメインイメージ電流を測定することと、前記断片化デバイスを使用して、Ｔ ａｃｑ１ 内で、前記振動するイオンの一方または両方の転換点において前記振動するイオンの位置依存性断片化を実施し、生成イオンを前記振動するイオンに追加することとを行うように前記ＥＬＩＴを制御することであって、前記断片化は、前記イオン注入に対する遅延時間ｔａｃｔにおいて実施され、前記遅延時間ｔａｃｔは、各後続の取得ｎ＋１において時間増分Δｔだけ増加させられ、前記振動するイオンの断片化をそれらの位置に依存させる、ことと、
    前記記憶および分析モジュールを使用して、メモリデバイスにおいて、２次元行列の行または列ｎとして前記測定された時間ドメインイメージ電流を記憶することと
    を含む、コンピュータプログラム製品。

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