KR20050056937A - 탠덤 비행시간 질량 분석기 및 그 사용방법 - Google Patents

Abstract

포괄적 (즉, 신속하고 민감한) MS-MS 분석을 제공하기 위해, 발명자는 2개의 비행시간(TOF) 질량 분석기를 사용하는 타임 네스팅된 분리를 채용한다. 페런트 이온은 낮은 이온 에너지(1 내지 100eV)에서 동작하는 느리고 긴 TOF1에서 분리되고, 프래그먼트 이온은 휠씬 더 높은 keV 에너지에서 동작하는 빠르고 짧은 TOF2에서 질량 분석된다. TOF1와 TOF2 사이의 저 에너지 프래그멘테이션 셀은 주로 셀을 짧게 하고 보다 높은 가스압을 채용함으로써, 프래그멘테이션 및 댐프닝 스텝을 가속화하기 위해 테일러링된다. TOF1내의 분리가 수 밀리초가 걸리고 TOF2내의 질량 분석이 수 마이크로초가 걸리기 때문에 본 발명은 단일 이온 펄스당 복수의 프리커서 이온의 포괄적 MS-MS 분석을 제공한다. TOF1에서 저속 분리는 새로운 TOF1 분석기의 도입으로 가능해진다. TOF-TOF 는 여기에서 스피래트론의 예로 기술된 안정적인 TOF1, 그리들 공간 포커싱 이온 미러를 가진 플레이너 및 원통형 멀티 패스 분리기를 사용하여 구현될 수도 있다. 보다 높은 성능이 무선 주파수(RF) 및 정방형 DC 필드를 조합하여, 새로운 하이브리드 TOF1 분석기를 사용함으로써 기대된다. RF 필드는 TOF1 분석기내에 저 에너지 이온을 포함하고, 정방형 DC 필드는 비교적 큰 에너지 확산을 보상함으로써 분해능을 향상시킨다.

Description

탠덤 비행시간 질량 분석기 및 그 사용방법{TANDEM TIME OF FLIGHT MASS SPECTROMETER AND METHOD OF USE}

본 발명은 질량 분석법 분야에 관한 것으로, 더 상세하게는, 두개의 비행시간 질량 분석기를 포함하는 장치에서의 높은 작업 처리량의 포괄적 탠덤 질량 분석법에 관한 것이다.

질량 분석기는 샘플을 기화(vaporize)하고 이온화한 후 정적 또는 동적 전기장을 사용하여 그 형성된 이온에 대한 질량 대 전하비를 측정하는 디바이스이다. 복잡한 혼합물의 화합물 식별과 구조 분석을 위해 탠덤 질량 분석방법이 사용된다. 모든 응용에서 MS-MS 처리는 동일한 작동 시퀀스를 가진다:

·단일 질량 대 전하비(m/z)의 패런트(parent) 이온의 질량 선택;

·이들 이온의 프래그멘테이션(fragmentation);

·프래그먼트의 질량 분석.

비록 그들 각각의 장점과 약점을 지닌 매우 다양한 탠덤 MS-MS 인스트루먼트가 존재하지만, 이들 모두는 하나의 공통된 특징을 가진다 - 이들 모두는 한번에 하나의 패런트 이온을 사용한다. 나머지 이온 종류(species)는 주 이온빔에서 제거되어 상실된다.

트리플(triple) 4극자 인스트루먼트는 가장 일반적인 MS-MS 인스트루먼트 이다. 예컨대 일렉트로스프레이(electrospray:ESI)와 같은 연속적인 이온 소스에 의해 이온이 첫번째 4극자 질량 필터로 도입되고, 이것이 조절되어(tuned), 관심있는 이온들(ions-of-interest)만이 질량 필터를 통과한다. 주 빔의 나머지 성분들은 통과되지 못하고 상실된다. 선택된 이온들은 mTorr의 가스로 채워져 있고 무선주파수(RF) 4극자 가이드가 설치된 '충돌에 의한 분리(collision induced dissociation)'(CID) 셀이라고 불리우는 것 안으로 이동된다. 주입된 이온의 운동에너지가 질량 필터의 정전기 바이어스에 의해 제어되고, 가스 충돌을 통한 이온 프래그멘테이션을 유도하기 위해 조정된다. 프래그먼트 이온은 CID 셀 내에서 충돌 댐프닝되고(collisional dampened), 그 후 질량 분석을 위해 두번째의 4극자로 도입된다. 두번째 4극자에서의 질량 스캐닝이 시간을 많이 걸리고 c. a. 1000 팩터 만큼의 부수적인 이온 손실을 가져오기 때문에, 패런트 이온 및 프래그먼트 이온의 기지의(known) 질량을 갖는 기지의 종류를 검출하기 위해서 트리플 4극자 인스트루먼트가 대부분의 경우 사용된다.

4극자 비행시간 탠덤 질량 분석기(Q-TOF)의 도입은 MS-MS 인스트루먼트의 처리량을 강력하게 강화시킨다(Morris 등의 'Rapid Commun. Mass Spectrom' v. 10, pp. 889-896, 1996 을 참조). 트리플 4극자가 변형되었고, 두번째 4극자 질량 필터는 오소고날(orthogonal) TOF MS(oa-TOFMS)에 의해 대체되었다. 이러한 치환은 한번에 모든 프래그먼트의 병렬 분석의 장점을 제공하며, 따라서, 두번째 MS의 강화된 분해능과 질량 정확도 뿐만 아니라 두번째 MS에서 더 높은 감도(sensitivity)와 더 빠른 포착을 제공한다. 그러나, 4극자는 하나를 제외한 모든 이온 종류의 제거를 동반하는 패런트 이온 선택을 위해 여전히 사용되고 있다. 병렬 분석의 아이디어는 패런트 이온에 대해서는 확장되지 않았었다.

또다른 일반적인 MS-MS 디바이스는 R. E. March와 R. J. Hughes의 '4극자 저장 질량 분석기'(Willey-Interscience, New York 1989)에 설명되어 있는 폴(Paul) 이온 트랩 질량 분석기(ITMS)를 사용한다. 이온 소스에서 생성된 이온은 ITMS 내로 주기적으로 주입되고 무선주파수(RF) 필드에 의해 ITMS내에서 포획(trap)된다. '불필요한' 종류들은 예컨대 광대역 공진 AC 신호를 인가함으로써 제거되고, 단지 관심있는 이온들만이 트랩에 남겨진다. 선택된 패런트 이온은 분리된 AC 필드에 의해 여기(excited)되고, 프리커서의 세큘러 운동(secular motion)과 공진한다. 패런트 이온은 버퍼 가스와의 강력한 충돌에서 프래그먼트 및 운동에너지를 얻는다. 프래그먼트는 공진 방출 기술(resonant ejection technique)을 사용하여 질량 분석된다. RF 필드의 진폭이 ramp하고, 이에 의해, 이온이 그들의 m/z 값에 따라 순차적으로 트랩을 떠나게 된다.

프래그먼트 이온의 보다 정확한 질량 분석을 위해 3-D 폴 트랩과 TOF 분석기를 결합하는 것 역시 공지되어 있다(Quin 및 D. Lubman의 'Rap. Commun. Mass. Spectrom' 10, 1079, 1996, 및 Shimadzu의 WO 099/39368를 참조). D. Douglas에 의한 미국특허 제5,847,386호, Sciex에 의한 미국특허 제6,111,250호, Analytica에 의한 미국특허 제6,020,586호, 및 뉴헴프셔의 U에 의한 WO 01/15201호에서는 선형 이온 트랩(LIT)이 TOF 분석기에 결합된다. 모든 이온 트랩 탠덤은 대부분 다단계 MS-MS 분석기에서 유래한다. 패런트 이온은 다른 이온 성분들이 손실되면서 선택된다.

최근에 도입된 탠덤 비행시간 질량 분석기(TOF-TOF)는, 사용되는 하드웨어의 유사성으로 인해, 아래에 설명되는 발명에 가장 근사한 전형이다. TOF-TOF의 실시예는 Schlag 등에 의한 미국특허 5,032,722호, T. J. Kornish 등에 의한 미국특허 제5,464,985호, Bergmann에 의한 미국특허 제5,854,485호, M. L. Vestal에 의한 특허 제WO99/40610호, 및 C. Hop에 의한 WO99/01889호에 설명되어 있다. 모든 TOF-TOF 탠덤에서, 펄싱된(pulsed) 이온빔이 제1의 고에너지 TOF에서 시간-분리되고 타임 이온 선택기(timed ion selector)에 의해 필터링되어, 관심있는 이온이 CID 셀을 통과한다. CID 셀은 낮은 가스압(통상 1 mtorr 이하)에서 가스로 채워지고, 이온 프래그멘테이션에 충분한, 버퍼 가스와 거의 단일 고에너지 충돌을 일으키지만, 그러나 이온 패킷의 짧은 지속시간을 여전히 유지한다. 프래그먼트 이온의 펄싱된 빔은 제2의 고에너지 TOF에서 분석된다. 프래그먼트 이온의 넓은 에너지 분포를 다루기 위해, 제2 TOF는 전방형 필드 전위(field potential) 또는 부가적인 펄싱된 액셀러레이션(acceleration)중 어느 하나를 채용한다.

베렌치코프(Verentchikov)의 특허 WO 00/77823호에서, TOF-TOF 탠덤의 변동(variation)은, 프래그먼트의 충돌 댐프닝과 함께 패런트 이온의 CID 셀로의 저속 주입을 사용하고, 그리고 오소고날 TOF로의 후속 주입을 사용한다. 사용된 구성요소들을 고려할 때 이 인스트루먼트는 본 발명에 가장 가까운 전형이다. 프래그멘테이션 셀에서의 충돌 댐프닝은 제2 TOF 앞에서의 이온빔 특성을 향상시키고, 프래그먼트 이온 질량의 높은 분해능과 정확한 측정을 가능케 한다. 제1 TOF는 1kV 에너지 및 짧은 타임 스케일에서 동작한다. CID 셀 앞의 타임 게이트는 한번에 단지 하나의 패런트 이온 질량을 허락한다.

설명된 모든 탠덤에서, 제1 질량분석기(4극자, 이온 트랩, 또는 TOF중 어느 하나)는 시간내에 하나의 패런트 질량을 선택하고 다른 모든 성분을 제거한다. 약물의 물질대사(metabolism) 연구와 같은 몇몇 응용에서는, 관심있는 단일 화합물을 추적하는 것이 용인될 수 있다. 그러나 (젤에서의 단백질 특성화 등과 같은) 복잡한 혼합물의 경우에는, 복수의 패런트 이온을 분석하는 것이 필요한다. 기존의 기술을 사용하면, 복수의 프리커서의 순차 MS-MS 분석은 지루하고 반응성도 좋지 않다.

D. 클렘머(Clemmer)의 WO 00/70335호에서, 최근에 도입된 탠덤 IMS-CID-TOF는 이온손실 없이 잠재성있게 구현되는 타임-네스팅된 포착(time-nested acquisition) 원리를 사용한다. 이온 이동도(mobility) 질량분석기(IMS)에서의 분리가 밀리초 시간내에 일어나고 TOF 질량 분석법에서는 마이크로초 스케일이 되기 때문에, 각각의 이온 이동도 프랙션(fraction)에 대한 프래그먼트 스펙트럼을 포착하는 것이 가능한 일이 되고 있다. 이 기술의 단점은 R=50 이하의 이동도 분해능을 갖는 나쁜 IMS 분리성이고, 이것은 대략 10의 질량 분해능에 대응한다. IMS-TOF 탠덤이 타임-네스팅된 포착을 갖는 포괄적 탠덤 질량분석기 원리를 사용하므로, 이것이 본 발명의 전형으로서 선택된다.

패런트 이온의 손실이 없는 MS-MS 분석의 아이디어는 B. 라인홀드(Reinhold)와 A. 베렌치코프(Verentchikov)의 WO 01/15201에서도 이용되고 있다. 이온은 공진 여기(resonant excitation)에 의해 선택되고 이온 트랩 사이를 움직이며, 다른 이온화한 성분이 거부되지 않는다. 이 처리는 많은 시간을 요하고 지루한 반면, 이온 소스로부터 나오는 이온들이 손실된다. 키르츠너(Kirchner)에 의한 WO 92/14259에서는 소위 말하는 병렬 이온 처리방법이 복수의 이온 트랩에서 사용되는데, 빔이 복수의 트랩 사이에서 분리된다. 감도를 낮춤으로써 시간이 절약된다.

이온 소스로부터 나오는 이온을 거부(reject)하지 않으면서 복수의 패런트 이온에 대한 병렬로 신속하고 감도있는 MS-MS 분석을 제공하는 인스트루먼트에 대한 필요성이 여전히 존재하고 있다.

도 1은 본 발명의 방법을 설명하는 블록도,

도 2는 탠덤형 TOF-TOF 질량분석기의 동작 타이밍도,

도 3은 신규의 인라인 TOF1의 개요도,

도 4는 신규의 W형 TOF1의 개요도,

도 5는 진공 펄스 MALDI 이온 소스의 개요도,

도 6은 충돌 댐프닝을 가진 펄스 MALDI 이온 소스의 개요도,

도 7은 펄싱 스토리지 4극자를 가진 연속 이온 소스의 개요도,

도 8은 CID셀의 개요도,

도 9는 SID셀의 개요도,

도 10은 오소고날 TOF2의 개요도,

도 11은 동축 TOF2의 개요도,

도 12는 인라인 TOF1 및 CID셀을 가진 TOF-TOF의 개요도,

도 13은 W형 TOF1 및 SID셀을 가진 TOF-TOF,

도 14는 정적 동축 TOF1을 가진 TOF-TOF의 개요도,

도 15는 평면 정전 멀티패스 TOF1의 개요도,

도 16은 원통형 정전 멀티패스 TOF1의 개요도.

본 발명은, 두개의 비행시간(TOF) 질량분석기-패런트 이온 분리를 위한 저속 TOF1 및 프래그먼트 질량분석을 위한 고속 TOF2-를 사용하여 네스팅된 타임 분리의 원리를 구현하는 것을 실현하였다. 따라서, 본 발명의 탠덤 질량분석법의 일반적인 방법은 두개의 비행시간 분리를 사용하고, 여기서, 동일한 질량대 이온비를 위해, 제1 분리 단계에서의 비행시간은 제2 분리 단계에서의 비행시간보다 더 길고, 복수의 패런트 이온이 분리되고, 프래그먼트되고, 그리고 이온 소스로부터의 단일 이온 주입마다 질량 분석된다.

본 발명의 탠덤 질량분석기는 펄싱된 이온 소스, 패런트 이온의 타임 분리를 위한 비행시간 질량 분석기(TOF1), 프래그멘테이션 셀, 프래그먼트 이온의 질량분석을 위한 제2 비행시간 질량분석기(TOF2), 및 데이터 포착 시스템을 포함한다. TOF-TOF 시스템의 전형과는 달리, TOF1에서의 비행 시간은 프래그멘테이션 셀을 통과하는 시간 및 TOF2에서의 비행시간 둘 다 보다 실질적으로 더 길다. 전형적으로 밀리초 범위로 TOF1에서 연장된 분리는, 전형적으로 약 1 내지 100eV인 낮은 운동에너지에서 더 긴 TOF1를 작동하고 반면 3 내지 10eV 에너지에서 더 짧은 TOF2를 사용함으로써, 달성될 수 있다. 인접한 패런트 이온 종류들의 도착 사이의 시간은 프래그먼트화 및 프래그먼트의 질량분석에 충분하게 된다. 따라서, 본 발명은 패런트 이온의 거부없이 실시간으로 복수의 패런트 이온의 신속한 MS-MS 분석을 가능케 한다. MS-MS 포착 사이클은 몇 밀리초 동안 지속되고, 복수회 반복되어서 반응도와 신호 품질을 향상시킬 수 있다.

이온 손실을 피하기 위해, 이온 소스는, MS-MS 사이클의 밀리초 시간과 양립할 수 있는, 대략 100Hz 반복율에서의 펄싱된 모드(pulsed mode)에서 동작한다. MALDI(Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization) 이온 소스가, 사용가능한 펄싱된 이온 소스의 한 실시예가 된다. 본 발명은 또한 ESI, 가스 냉각을 갖는 MALDI, 화학적 이온화, 및 가스 충전 포토-이온화 이온 소스 등과 같은 매우 다양한 연속 이온 소스와도 양립될 수 있다. 이온 플로우가 저장 무선주파수(RF) 디바이스내에서 연속적으로 축적되며, 주기적으로 TOF1 안으로 펄스 주입된다. 상기 저장 디바이스는 폴(Paul) 트랩 또는 저장 멀티폴, 바람직하게는 4극자 중 어느 하나가 될 수 있다.

본 발명인이 알고 있는 바로는, 신규한 타임-네스팅된 TOF-TOF 방법은 성능의 심각한 희생 없이도 기존의 TOF-TOF 인스트루먼트 상에서 구현될 수 있다. 본 발명은 다섯개의 신규한 TOF1 분리기를 개시하며, 이들은 분리 시간을 확장하기 위해 낮은 이온 에너지(1 내지 100ev)에서 동작한다.

이들 신규한 TOF1 분석기중 두개는 제한 무선주파수(RF) 필드와 DC 정방형 필드의 결합을 사용하며, 상대적으로 큰 에너지 확산을 갖는 이온빔의 시간적 포커싱을 제공한다. 이러한 분석기는 특히 1 내지 10eV로부터의 낮은 이온 에너지에서 동작한다. 바람직한 일 실시예에서, 신규한 TOF1 분석기는 DC 미러에 의해 둘러싸인 선형 멀티폴 이온 가이드(바람직하게는 4극자)를 포함한다. 양쪽 단부의 DC 미러는 턴온 및 턴오프되어, 하나의 TOF1 단부로부터의 이온 주입, 다수의 이온 반사, 및 다른 단부로부터의 후속하는 이온 방출을 제공한다. 바람직한 일 실시예에서, 신규한 TOF1 분석기는 DC 전극의 두개의 외부 행(row), 및 TOF1 축을 가로지르는 방향의 RF전용(RF-only) 로드(rod)의 두개의 내부 행을 포함한다. 이 구조는, TOF 축을 따라 정방향 전위 분포와 결합된 2차원 RF-터널을 형성한다. 이온들은 축에 작은 각도로 TOF1내로 주입되고, 축을 따라 복수회의 반사를 경험하고, 축을 따라 천천히 변위되고, 그리고 몇번의 반사후에 TOF1을 떠난다.

또 다른 세개의 신규한 분석기는 약 100eV의 미디엄(medium) 에너지에서 동작하는 정전(electrostatic) 디바이스이다. 이들 중 하나인 '스피레이션(spiration)'은 한쌍의 동축 원통형 전극을 포함하며, 이 전극 사이에 DC 전압이 인가된다. 이온은 축에 작은 각도로 상기 전극들 사이로 주입된다. 미디엄 에너지(100eV) 이온은 전극을 턴 어라운드(turn around)하여, 축을 따라 천천히 드리프팅한다. 여러번의 턴 후에, DC 필드 외란을 피하기 위해 양쪽면이 프린트된 회로판으로 형성된 차단 경계를 통해, 이온이 TOF1을 떠난다. 다른 두개의 정전 분리기는 ,렌즈와 같이 동시에 작용하는, 그리들(griddle) 미러를 사용하는 평면 및 원통형 멀티-패스 분석기 이다. 멀티-패스 모드를 사용함으로써 효과적인 비행 경로가 확장되어, (RF 보조 TOF1과 비교하여) 더 높은 에너지에도 불구하고 10ms 타임 스케일이 달성된다.

본 발명은 다양한 프래그멘테이션 방법-가스 충돌에서, 표면과의 및 빛에 의한 충돌에서-과 양립가능한다. 프래그멘테이션 셀의 설계는 전송 타임 및 타임 확산을 감소하기 위해 다듬어진다. CID 셀은 짧은 것(약 1cm)으로 선택되며, 상대적으로 높은 압력(0. 1mBar 이상)에서 가스로 채워지고 축상(axial) DC 필드로 보충되어 전송을 가속화하고 TOF2와 동기하여(synchronous) 이온빔을 변조시킨다. SID(Surface Induced Dissociation) 셀은, 시간적 포커싱(번칭(bunching))과 함께 공간적 포커싱을 제공하기 위해, 펄싱된 렌즈를 사용한다. 이온은 펄싱된 프로브 전위에 의해 SID 셀로부터 방출되고, (타임 쉬프트가 있지만) 번칭 렌즈와 TOF2 펄스와 동기(synchronize)된다.

비록 제2 비행시간 분석기의 선택이 결정적인 것은 아니지만, 오소고날 이온 주입을 갖는 TOF(o-TOF)가 대부분의 탠덤 실시예에서 더 적당한다. 오소고날 주입(소위 말하는 듀티 사이클)의 효율을 개선하기 위해, 오소고날 주입 펄스의 조금 이전에 그리고 동기하여 프래그멘테이션 셀로부터 방출하는 것이 바람직하다.

TOF-TOF 탠덤은 적당한 분해능으로 패런트 이온을 분리하며, 예를 들어 10us의 제2 TOF MS의 속도에 의해 대부분 제한된다. 300의 오더에서 (상세한 설명 참조) TOF1의 추정되는 분해능은 패런트 이온의 아이소토프(isotope)의 그룹을 격리하기에 여전히 충분하며 이온 이동도 분석기에서 패런트 분리의 분해능보다 더 높다-본 발명의 전형. 더 높은 격리 분해능은 더 긴 TOF1, 또는 CID 셀 앞의 타임 게이트에 의한 주기적인 이온 선택에 의해 달성될 수 있다.

본 발명은 데이터 포착의 복수의 전략을 가능케 한다. 가장 간단하고 강력한 접근에서, MS-MS 데이터가 연속으로 포착되고 복수의 패런트 이온의 MS-MS 스펙트럼이 그 후에 재구성된다. 그러나, 두개의 스테이지에서 MS-MS 분석을 수행하는 것이 더 현명하다. 처음에, MS-전용 스테이지에서, 패런트 이온이 패런트 이온의 질량분석을 위해 TOF2내로 연속해서 들어가게 된다. 패런트 이온의 질량에 대한 정보는 제2 MS-MS 스테이지를 위해 사용된다. 패런트 이온 분리의 분해능을 향상시키고 화학적 배경(chemical background)으로부터 신호를 피하기 위해, 타임 게이트는 관심있는 다수의 패런트가 도착할 때에만 오픈된다. TOF2 신호 역시 의미없는 데이터 플로우를 거부하기 위해 단지 선택된 시간 왼도우 동안에만 포착된다. 패런트 이온에 대한 유사한 정보들이, TOF1 이후의 어디에라도 위치하는 선택사양의 온라인 검출기를 사용하여 얻어질 수 있다.

고도로 감도가 높고 신속한 MS-MS 분석에 부가하여, 본 발명은 다양한 타입의 MS-전용 분석을 제공한다. 적정한 시간에 피크를 확산시키기 위하여 MS 전용 분석을 위해 TOF1 혼자만이 사용될 수 있는데, 검출기 포화를 방지하며 저렴하고 느린 트랜지언트(transient) 레코더를 사용한다. 패런트 이온의 더 좋은 품질의 스펙트럼은, 패스 모드에서 TOF1을 사용하는 동안, TOF2에서 얻어진다. 소위 말하는 "패런트 스캔", 즉 한 세트의 특정 프래그먼트를 갖는 패런트 이온의 스펙트럼이 MS-MS 데이터로부터 재구성될 수 있고, 복수의 소스 주입에서 평균된다. 데이터는 단지 패런트 질량을 위해서만 최종적으로 저장될 수 있다.

MS/MS 스펙트럼이 단일 이온 주입에서 관심있는 모든 프리커서 이온에 대해 포착되므로, 본 발명은 MS/MS 분석의 예외적인 속도를 제공하는데, 초당 10 내지 30 풀 사이클로 추정된다. MS-MS 분석의 이 속도는 크로마토그래픽 분리의 타임 스케일과 양립가능하고, 따라서, 이온 트랩과 Q-TOF에서 현재 사용되고 있는 예컨대 "데이터 의존 포착"과 같은 어떠한 기존의 제한 없이도, 실시간 LC-MS-MS 분석이 가능하다. 또한 본 발명의 MS-MS 탠덤의 높은 포착 속도와 감도는 네스팅된 LC-LC 분석을 사용하는 기회를 제공한다.

본 발명은 첨부된 청구항내에 특징이 나타난다. 본 발명의 상기 이점 및 기타 이점은 첨부 도면과 결부된 이하의 상세한 설명을 참조하면 보다 잘 이해될 것이다.

본 발명의 탠덤형 질량분석기의 분석법은:

1. 상이한 애널라이트 이온의 혼합물을 포함하는, 이온 소스내의 이온 펄스를 발생시키는 단계;

2. 제 1 비행시간 질량분석기내에서 애널라이트 이온을 시간에 맞게 분리하고, 저 에너지에서 동작하고, 따라서, 질량열에서 이온 패킷열을 생성하는 단계;

3. 상기 분리된 이온 패킷을 혼합함이 없이 애널라이트 이온을 순차적으로 프래그멘테이션화하는 단계;

4. 제 1 분리 단계의 타임 스케일보다, 훨씬 짧은 타임 스케일에서 제 2 비행시간 질량분석기내의 프래그멘테이션 이온을 신속하게 질량 분석하는 단계;

5. 이온 소스로부터 단일 이온 펄스에서 복수의 애널라이트 이온의 질량 대 전하비에 대한 프래그멘테이션 질량 스펙트럼을 포착하는 단계;

6. 선택적으로, 복수의 소스 펄스위에서 각각의 애널라이트 이온에 대한 프래그멘테이션 스펙트럼을 합하는 단계를 포함한다.

7. 본 방법의 핵심은 프래그멘테이션화 타임보다 훨씬 긴 제 1 TOF에서의 분리 시간 및 동일한 질량 대 전하비에 대한 프래그멘테이션 질량 분석 시간을 정렬하는 것이다. 타임 스케일의 실질적인 차이는 이온 소스로부터 단일 이온 주입당 복수의 페런트 이온에 대한 프래그멘테이션을 분리, 프래그멘테이션화 및 질량분석하는데 이용된다. 타임 스케일의 실질적인 차이는 제 1 TOF에서 보다 긴 플라이트 경로 및/또는 보다 낮은 이온 에너지를 선택함으로써 달성된다.

블록도

도 1을 참조하면, 주된 탠덤 MS-MS 컴포넌트의 블록도가 도시된다. 타임 네스팅된 포착(11)을 가진 일반적인 TOF-TOF 도구는 순차적으로 통신하는 펄싱된 이온원(12), 제 1 비행시간 질량분석기-TOF1(13), 프래그멘테이션 셀-CID/SID(14), 제 2 비행시간 질량분석기 TOF2(15) 및 타임 네스팅된 포착을 위한 데이터 시스템(16)을 포함한다. 펄싱된 이온원은 전압공급장치(17)에 의하여 TOF1 질량분석기에 비하여 작은 전위차에서 바이어싱되고, TOF1은 CID셀에 비하여 전압공급장치(18)에 의한 전위차로 바이어싱된다. TOF1 분리를 강화하기 위해 TOF1(13)과 CID셀(14)사이에 옵셔널 타임드 게이트(19)가 삽입될 수 있다.

동작

동작을 간단히 설명하면, 펄싱된 이온원은 애널라이트(패런트) 이온의 이온 펄스를 발생시키고, 전압공급장치(17)에 의해 제어되는 1 내지 10eV사이의 작은 에너지에서 이온을 TOF1에 주입한다. TOF 질량분석기는 보통 3 내지 30keV사이의 에너지에서 동작하기 때문에 이것이 본 발명과 종래 기술과의 핵심적인 차이이다. TOF1의 분리는 몇 밀리초내에 일어난다. 안내 예에서와 같이, TOF1의 유효 길이=8m, 이온 에너지 E=3eV 그리고 이온 질량 m=1000a.u.로 한다. 이 실시예에서 이온 속도는 V=800m/s이고 비행 시간은 10ms이다. 시분리된 페런트 이온은 TOF1와 셀사이의 DC바이어스에 의해 제어된, 증가된 에너지에서 TOF1로부터 CID셀로 순차적으로 주입된다. 가스 분자에 의한 에너지 충돌에 의해 페런트 이온을 프래그멘테이션으로 변환한다. 순차의 가스 충돌에 의해 프래그멘테이션 이온의 충돌 댐프닝을 일으킨다. 프래그멘테이션은 셀을 통해 신속하게 이동하고 TOF2 질량분석기로 주입된다. TOF2는 10 내지 100us사이의 훨씬 짧은 시간 스케일에서 프래그멘테이션 이온을 분리시킨다. TOF1와 TOF2의 엄청난 시간 스케일 차이에 의해, 소스 펄스간의 상이한 페런트 이온에 따른, 복수의 프래그멘테이션 스펙트럼의 데이터 포착을 허용한다. 특별한 데이터 포착 시스템(16)은, 개개의 스펙트럼이 혼합되지 않는, 타임 네스팅된 방식으로 복수의 프래그멘테이션 스펙트럼을 포착한다. 각각의 페런트 이온에 대한 프래그멘테이션 스펙트럼은 많은 이온 소스 펄스위에서 통합된다. 따라서, 이온 소스에서 생성된 이온 펄스는 모든 단계에서 이온을 주입함이 없이 복수의 페런트 이온에 대한 전체의 MS-MS 데이터 세트를 포착하는데 사용된다.

타임도

도 2를 참조하면, 전형적인 타임도가, 본 발명의 방법, 개별 디바이스의 동기화 및 타임 네스팅된 데이터 포착의 원리를 도시하고 있다. 최상부의 그래프(21)는 10ms마다, 즉 초당 100번 이온 주입이 일어나는, 포착 사이클을 나타낸다. 페런트 이온은 10ms 타임내의 TOF1에서 분리되고, CID셀은 페런트 이온 질량에 따라 정렬된, 이온 패킷열을 받는다(그래프(22)). 페런트 이온은 셀에서 부분적으로 프래그멘테이션화되고, 셀내의 짧은 전달 시간때문에, 프래그멘테이션은 페런트 이온과 거의 동시에 TOF2에 도착한다(그래프(23)). 각각의 새로운 이온 군(즉, 페런트 이온 및 도우터 이온)은 10us마다 고 에너지 TOF2로 오소고날 펄싱되고, 각각의 페런트 이온질량에 대하여 TOF2 스펙트럼을 발생시킨다(그래프(24)). 각각의 TOF2 스펙트럼은 소스 펄스에 대하여 TOF2 펄스의 타임 태그, 즉 TOF1 타임 태그를 포착한다. 동일한 TOF1 타임 태그를 가진 스펙트럼은, 실선으로 도시된 바와 같이, 복수의 이온 소스 펄스위에 합쳐지고, TOF2 스펙트럼을 동일한 TOF1 타임 태그와 연결한다.

로버스트 모드

상기한 동작 모드에서, 타임 네스팅된 포착은 직접적인 방식으로 수행된다. 도구 동작 파라메터는, 이온 소스로부터 이온 빔 구성에 무관하게 동일하게 유지되고, 데이터는 항상 포착된다. 페런트 이온 스펙트럼 및 다양한 패런트 이온에 대한 프래그멘테이션 스펙트럼과 같은, 모든 정보는 후속의 데이터 분석에서 추출된다.

데이터 디펜던트 포착-DDA

'데이터 디펜던트 포착'으로 불리는 또다른 동작 모드에 있어서, MS-MS 분석은 두 단계로 일어난다. 제 1 단계에서, TOF1 및 CID셀이 프래그멘테이션화없이 연속적으로 이온을 통과시키는 동안, 페런트 이온의 질량 스펙트럼이 TOF2에서 포착된다. 제 2 단계에서, 도구는 MS-MS로서 동작되고, 즉 TOF1이 페런트 이온을 분리하고, 프래그멘테이션 셀이 프래그멘테이션을 형성하고, TOF2가 타임 네스팅된 데이터 방식으로 프래그멘테이션 질량 스펙트럼을 포착한다. 타임 네스팅된 포착은 페런트 이온 질량의 정보를 이용하고, 페런트 이온이 오지 않는 공백 타임에서 데이터 포착을 회피함으로써 강화된다. 화학적 노이즈의 억제는 물론 TOF1 분리를 강화하는데 옵셔널 타임드 게이트(19)가 사용될 수 있다. 당연히, TOF1로부터 오는 이온 패킷이, CID셀 출구에서의 동일한 이온 패킷보다 짧다고 예상된다. 타임드 게이트는 페런트 이온의 도착에 따라, 복수의 좁은 시간 윈도우에서만 이온을 허용한다. 이러한 게이팅은 화학적 배경으로부터 오는 이온 신호를 억제하고 검출 한계를 개선시킨다. 게이트 동작은 또한 민감도를 희생함으로써 근접한 질량의 페런트 이온쌍의 분리를 강화하는데도 사용될 수 있다. 타임드 게이트가 타임에 있는 쌍의 하나의 페런트 이온 질량만을 허용하는 동안, 몇 세트의 MS-MS 데이터가 포착된다.

일반적인 방법을 설명하였고, 명확화를 위해, 우선 개별 컴포넌트 단계에서 상세한 실시예가 설명될 것이고 다음에 통합 TOF-TOF 장치의 예가 나타날 것이다. 몇개의 사용된 컴포넌트가 당업계에서 주지되어있지만, 구성과 파라메터는 본 발명의 목적에 적합하도록 변경될 수 있다. 선택된 절충안을 이해하기 위해, 우선 TOF-TOF 방법 및 장치에서의 주된 과제를 살펴본다.

일반적인 목적

본 발명의 방법은, 몇가지 이유로 실행할 수 없는 것으로 참조되기 때문에, 매우 직관적이지 못하다. 당업자는:

1. TOF1 분해능은, 소스내에 퍼진 이온 에너지가 TOF1내의 이온 에너지와 유사하기 때문에, 극도로 낮을 것이다;

2. TOF1 분해능은 또한 약한 가속 필드내에서 (초기 속도 분산에 의해 일어난, 타임 확산인) 큰 턴 어라운드 시간때문에 곤란을 겪을 것이다;

3. TOF1의 길이가 크게 예상되고, TOF1내의 느린 이온의 높은 발산때문에, TOF1을 통한 이온 손실이 나빠지게 될 것이 예상된다;

4. TOF1 및 가스로 채워진 CID셀의 진공 단계는 작은 아퍼추어에 의해 분리되어야 하므로, 이온 손실은 훨씬 크다고 예상된다;

5. 또한, 10 내지 100us의 시간 스케일내의 CID셀을 통하여 신속히 전달될 것 같지 않다. 대부분의 기존 CID셀은 200 내지 10000us의 타임 확산을 갖는다;

6. TOF에 현재 채용된, 상용의 데이터 포착 시스템중 어떤것도 예상 데이터 흐름 속도를 처리할 수 없다라는 것에 이의를 제기할 것이다.

상기한 이의는 대체로 TOF1에 집중되어 있고 고 에너지에서 동작하는 기존의 TOF 질량분석기의 지식으로부터 일어난 것이다. 발명가는 TOF1의 복수의 기법이 보통의 분해능을 가진 느린 분리를 할 수 있음을 깨달았다. TOF1 분해능의 개선은 에너지 확산을 보상하기 위해 알려진, 정방형 전위 분포를 갖는 이온 미러를 사용함으로써 수행된다. 이 현상은, 주기가 진동 진폭에 의존하지 않는, 탄성 진동과 마찬가지이다. 정방형 필드는 TOF 기술에서 잘 검색된다. Makarov등의 국제 저널 Mass Spectrum and Ion Processings, v.146/147, 1995, pp.165-182를 참조하라. 불행히도, 이러한 분석은 또한 큰 빔 확산을 일으킨다. 발병가는 또한 낮은 에너지의 TOF는 적어도 1 방향으로 이온 빔의 무선 주파수 콘파인먼트을 도입함으로써 개선될 수 있음을 발견하였다. RF 콘파인먼트에 의해 이온 빔 확산을 제거하고 또한 낮은 에너지 장치에 중요한, 표면 차징을 제거한다. RF콘파인먼트과 축 DC 정방형 전위를 결합하는, 신규의 TOF 타입이 발견되었다.

인라인 TOF

도 3을 참조하면, 신규의 저에너지 비행시간 분리기(31)의 바람직한 실시예는 RF만의 멀티폴(32), 두개의 정전 미러(33) 및 펄스 발생기(34)를 포함한다. 미러는 복수의 전극으로 구성되고, 디바이딩 저항(35)열과 상호연결된다. 미러(33)의 외부 전극은 펄스 발생기(34)와 접지되는 미러(33)의 중간 전극에 연결된다. 엔드 필드는 아퍼추어(36)에 의해 종단하고, 전위는 펄스 발생기(34)상의 전체 전위의 일부로서 조절된다.

동작에서, 도 3에서 화살표(37)로 나타난, RF 필드가 방사상 콘파인먼트를 제공한다. 방사상 RF 콘파인먼트는 축을 따라있는 이온의 움직임에 영향을 주지는 않는다. 축 파라볼릭 전장이 멀티폴 로드간의 필드 침투에 의해 형성된다. 파라볼릭 필드는 이온 에너지에 대략 독립적이고 이온의 m/z의 제곱근에 비례하는, 주기를 갖는 이온 축 반사를 제공한다. 미러 단부의 펄싱 전위는 TOF1으로의 이온 주입, TOF1내의 이온 반사(39) 및 TOF1의 타단에서의 후속의 이온 방출사이에 스위칭을 가능하게 한다. 유효 플라이트 경로(LEFF)는 TOF1 길이(L)보다 N□+1배 더 높고, 여기서 N은 전체 권선수이다. 전체적으로, RF 콘파인먼트 및 복수의 반사에 의해, 정방형 전위가 TOF1 분해능을 강화하고 높은 상대 에너지 확산을 가진 느린 이온 빔의 분리를 가능하게 하는 동안, 이온 손실없이 신장된 타임 분리를 가능하게 한다.

이상적인 정방형 기법은 TOF1내 및 TOF1로부터 벗어난 길에 있는 자유 플레이트 세그먼트의 존재에 의해 변경된다. 상기 인용한 Makarov등의 간행물에 따라, 여기서 LEFF의 c.a. 30%인, 실질적인 필드 프리 플라이트의 경우에도, 50%에 달하는 상대 에너지 확산을 가진 이온 펄스에 대해 2000의 질량 분해능을 달성할 수 있다. 0.3LEFF이하의 프리 플라이트 경로를 유지하기 위해, 본 기법은, 2개의 전체 권선에 따라, 적어도 5개의 반사를 요한다. 그것은 Leff를 7.3L로 증가시키는 것을 돕지만 페런트 이온의 질량 범위를 2 비율로 줄인다. 즉, MMAX/MMIN<2가 된다.

W-TOF

도 4를 참조하면, 신규의 저 에너지 비행시간 분리기(41)의 또다른 바람직한 실시예는 1세트의 정전 전극(43)으로 둘러싸인, RF 채널(42), 종단 전극(44), 및 디플렉터(45)를 포함한다. RF 채널은 교번 RF상을 가진 복수의 로드(46)에 의해 형성되고 Y축을 따라 정렬된다. 정전 미러(43)의 전극 또한 Y축을 따라 정렬되고, 디바이딩 저항(47)의 사슬을 거쳐 연결된다.

동작에서, 교번 RF 전위를 가진 로드(46)는, Z방향으로 이온을 제한하는 RF 터널을 형성한다. 전극(43, 44)상의 전위는 저항 사슬에 의해 분산되어 TOF의 중심 평면에서 최소인 X축을 따라 정전위를 형성한다. 외부 DC 전극의 필드는 RF 채널로 침투하고, 보다 약하지만 정방형 전위 분포를 제공한다. 프린징 필드를 고려하지 않으면 Y방향에는 필드가 없다. 이온은 X축에 작은각으로 주입되고 편향 플레이트에 의해 편향되어 평균 에너지를 갖는 이온에 대하여 편향각을 두배로 한다. 편향은 X 에너지 스프레드에 의해 일어난, Y공간 확산을 줄인다. 이온 움직임은 Y방향을 따라 느린 드리프트 및 X방향을 따라 복수의 반사로 결합된다. 전체적으로, 이온 트라젝토리는, RF 터널의 경계에서 끝나는, 파형을 갖는다. 이온은, 이온 포스트 가속에 의해 부분적으로 보상되고 렌즈에 의해 포커싱하는, TOF의 출구에서 몇몇 공간 확산을 얻는다.

발명가에 의한 SIMION시뮬레이션에 따라, 심지어 50%의 에너지 확산에서도 50x30cm의 디바이스는 인접한 권선과 이온을 혼합하지 않고 N=5 내지 5 쌍의 반사를 허용한다. 디바이스의 유효 플라이트 경로는 L*□*N과 같고, LEFF=7.5cm에 이른다. RF 필드는 R=1000에 달하는 TOF1 분해능을 제한하지 않는다. 명백하게, RF 제한 W형 TOF라 불리는, 제 2 형의 TOF1은 보다 간단한 동작과 TOF1내의 보다 긴 플라이트 경로를 제공하고, 따라서 대개, 두개의 TOF 분석기간의 비행 시간의 비로 제한되는, TOF1의 분리를 개선한다. TOF1의 복잡성은 인쇄회로기판(PCB) 어셈블리를 사용하여 줄일 수 있다.

이의에 대한 답

두개의 신규 TOF 질량 분리기에서, 각각의 반사 주기는 대체로 이온 에너지에 독립하고 이온 m/z의 제곱근에 비례한다. 이온은 RF 필드에 의해 제한되고 이온 손실은 실용적으로 제거된다. 신규한 저 에너지 TOF 분석기의 도입으로 본 발명을 실용적이게 하고, 상기한 이의를 해결한다.

1. 높은 상대 에너지 확산은, 멀티폴 가이드나 터널로의 DC 전장 침투에 의해 생성된, 이온 미러내의 전위의 정방형 분산에 의해 보상된다;

2. 높은 상대 에너지 확산에서 동작하는 TOF1의 기능때문에, 종래의 TOF에 비해, 훨씬 긴 타임 스케일 및 훨씬 낮은 이온 에너지에서 동작할 수 있다. 결과적으로, 본 장치는 이온 소스로부터 훨씬 긴 이온 펄스를 견디고, 턴 어라운드 타임은 더이상 장애가 되지 않는다;

3. TOF1와 TOF2의 상당한 타임 스케일의 차이가 타임 네스팅된 데이터 포착을 허용한다;

4. 이온 손실은 무선 주파수 가이드나 터널내의 이온을 가이드함으로써 실제적으로 회피된다;

5. RF 필드에 의한 이온 제한 및 CID셀 앞에서 이온 포스트 가속은 CID셀로의 전체 이온 빔 전달을 허용한다;

6. CID셀내의 타임 확산은 부가적인 축 DC필드를 가진 짧고, 높은 압력셀을 사용하여 줄어들고,

7. 크고 빠른 애버리징 메모리를 가진 과도현상 레코더가 최근 스위스 회사 Acquiris(www.acquiris.com)에 의해 소개되고 있다.

본 발명의 방법과 장치의 목적에 맞게 특별히 맞춤화된 펄싱된 이온원, 프래그멘테이션셀 및 TOF2등 개별 컴포넌트 단계로 상세한 설명이 계속된다. 특히 타임 확산에 주목할 것이다.

진공 MALDI 소스

도 5를 참조하면, 본 발명의 TOF-TOF 방법과 장치는, 하우징(52), 분석된 샘플(54)을 가진 샘플 플레이트(53), 펄스 레이저(55), 저전압 전력공급장치(54), 및 출구 아퍼추어(56)를 포함하는, 펄스 MALDI 이온 소스(51)를 사용한다.

동작에서, 분석용 샘플이 종래 주지된 매트릭스내에 마련되고, 샘플 플레이트(53)상에 위치된다. 펄스 레이저(55)는 샘플을 비추고 짧은 펄스의 애널라이트 이온을 발생시킨다. 이온은, 1kD이온에 대하여 0.5 내지 1.5eV사이의 초기 이온 에너지와 대응하는, 300 내지 600m/s의 속도로 방출된다고 알려져있다. 이온은 매우 적은 전위 바이어스에 의해 가속화된다. 1kD의 이온은 수 마이크로초의 타임 확산 및 1eV이하의 에너지 확산을 가진 이온 소스를 남긴다고 평가할 수 있다. 진공 MALDI 이온 소스의 주 단점은, 종래의 고 에너지 MALDI에 잘 설명되는 이온 일시 불안이다. 발명가는, 소프트 매트릭스나 적외선 레이저를 사용하여, 보다 소프트한 MALDI 이온 소스에 적용할 수 있을 것 같다. 이온의 일시 안정은 이하 설명할 충돌 냉각에 의해 개선된다.

가스 충전 펄싱된 MALDI

도 6을 참조하면, 본 발명의 TOF-TOF 방법 및 장치는 가스 충전 펄싱된 MALDI 이온 소스(61)을 채용한다. 소스(61)는 소스 하우징(61), 분석된 샘플(64)을 가지는 샘플 플레이트(63), 펄싱된 레이저(65), 저전압 전력원(66) 및 개구(67A)와 같은 진공 MALDI 소스의 특징을 포함한다. 소스(61)는 또한 하우징(62)내로 가스를 공급하는 가스 입구(68), TOF1 펌프의 가스 부하를 줄이기 위해 출구 개구(67B)에서 끝나는 추가의 펌핑 스테이지(69)를 포함한다.

동작은, 소스 하우징(62)이 가스 입구(67)을 통해 버퍼 가스로 충전된다. 소스 하우징내의 가스압은 이온 충돌 냉각(www. asms. org의 ASMS 컨퍼런스 1999, 베렌치코프 등 참조)을 제공하기 위해 0. 01 내지 1Torr사이에서 유지된다. 2개의 1mm 개구(67A,B) 및 2개의 일반적인 2501/s 터보 펌프(하나의 펌핑 TOF1)을 가진 차등 펌핑 시스템은 1E-6Torr 이　으로 TOF1에서 진공을 유지한다. 레이저 펄스는 샘플로부터 고속(1내지 3ns) 이온 방출을 발생한다. 레이저(65)는 이온 생성을 향상시키기 위해 고에너지 레이저이다. 버퍼 가스와의 충돌은 이온 내부 에너지를 완화한다. 가스와의 충돌은 이온 운동 에너지를 거의 열 에너지 0. 01 내지 0. 1eV로 댐프닝하고, 이온 빔의 펄스 특질을 보유한다. 이온은 개구를 통한 가스 흐름에 의해 샘플링되고, 샘플 플레이트상에 c.a. 1V DC 바이어스에 의해 보조된다. 이온은 그 후 운동 에너지로 가속되고, 개구(67A,B)사이의 DC 바이어스에 의해 제어되고, 이온 소스를 떠나게 된다. 내부적으로 콜드 이온은 안정하고, 이온 분해없이 TOF1내의 긴 분리를 견딘다. 전체적으로, MALDI 소스에서 가스 댐퍼닝은 본 발명의 TOF-TOF 방법에 이득을 주지만, 시간 및 에너지 확산을, 느린 TOF1 분리에 유용한, 10us 및 1eV 경계내에 남겨둔다.

연속 이온 소스

도 7을 참조하면, 본 발명의 TOF-TOF 방법 및 장치는 펄스화된 이온 소스(71)를 채용하고, 추가의 펌핑 스테이지(75)에 싸여 있는, 출구 개구(73)를 가진 소프트 이온화기(72)를 가진 연속 이온 소스, 가스 충전 RF 트래핑 디바이스(74)를 포함한다. 연속 이온 소스는 다음 리스트 중의 하나이다: 전자스프레이(ESI), APCI, 가스 충전 MALDI, PI, 또는 CI이다. 트래핑 디바이스는 다음 중 하나이다: 3-D 파울 트랩(Paul Trap), 축 분사를 하는 선형 RF 전용 멀티폴, 방사 분사를 하는 구부러진 RF 멀티폴. 실시예는 축 분사를 하는 선형 4중극 이온 트랩이다. 4중극(74)는 DC 전극(76)과 개구(73,77)에 둘러싸여 있다.

동작은, 4중극이 1 내지 100mTorr 압력으로 버퍼가스로 충전되어 있다. 차등 펌핑 시스템(75)는 TOF1 펌핑의 가스 부하를 감소한다. 이온은 이온소스(72)에서 발생하고, RF 전용 4중극 이온 가이드(74)를 연속적으로 충전한다. 가스 충돌은 이온 운동 에너지를 완화하고, 이온을 전극(76) 및 개구(77)에 의해 형성된 DC 벽의 하부 및 4중극 축에 가둔다. 주기적으로, 전극(76) 및 출구 개구(77)상의 전위는 저장된 이온을 축방향으로 TOF1으로 분사하도록 조정된다. 이온 펄스는 1eV 에너지 확산 이하 및 10us 시간 확산 이하를 가지는 것을 알 수 있다.

상기 예에서, 펄스화된 이온 소스는 1eV 에너지 확산 이하 및 10us 시간 확산 이하를 가진 이온 펄스를 발생할 수 있다. 동위원소 그룹을 분리하기에 충분한 300 내지 500의 바람직한 TOF1 질량 분해능은 600 내지 1000의 시간 분해능을 요구한다. 10us 초기 시간 확산 때문에, 1kD 이온의 비행 시간은 낮은 eV 이온 에너지로 5 내지 10m의 유효 비행 경로에 획득될 수 있는, 적어도 10ms이어야 한다. 상술한 다중-턴 TOF1 분석기는 0. 5 내지 1 m 디바이스내에서 10m 유효 경로를 제공한다. 다음 논리적인 문제는 분리가 훼손되지 않도록 이온이 10us 내에 프래그멘테이션될 수 있는 가이다.

CID 셀

도 8을 참조하면, TOF-TOF 방법은 이온 파편화를 위해 짧은 고 가스압 CID 셀(81)을 채용한다. CID 셀(81)은 진공 하우징(82), 입구 렌즈(83), 가스 입구(85)에 연결된 CID 챔버(84), CID 챔버에 싸여 있는, 옵셔널 DC 전극(87)을 구비한 RF 초점 디바이스(86), 출구 이온 렌즈(88)를포함한다. CID 셀은 또한 옵셔널 타임드 이온 선택 게이트(89)를 포함한다. 가스 입구는 CID 챔버내로 버퍼 가스를 공급한다. CID 챔버(83)는 개구(83A,B)를 포함한다. 진공 하우징(82)는 개구(82A,B) 및 진공 펌프(82C)를 포함한다. RF 초점 디바이스는 바람직하게 RF 전용 4중극이다.

전형적으로 10 내지 20cm 길이의 일반적인 CID 셀은 c.a. 10mTorr 가스압에서 작동한다. 빠른 이온 전달을 제공하기 위해, 본 발명에서 채용된 CID 셀은 전형적으로 5 내지 10mm 더 짧고, 300mTorr 이상의 더 높은 가스압에서 작동한다. 고압 영역은 챔버(84)내에 집중되고, 차등 펌핑의 추가적인 레이어에 의해 둘러싸인다. 전형적으로 1. 5mm 직경의 개구(89A,B)는 진공 하우징내로의 전체 가스 유량을 c.a. 0. 1Torr*L/s로 제한한다. 300L/s의 펌핑 속도를 가진 펌프(82C)는 진공 하우징을 c.a. 3E-4Torr로 비운다. 전형적으로 1. 5mm 직경의 개구(82A,B)는 TOF1 및 TOF2로의 가스 유량을 더 감소시키고, 3E-7Torr 이하의 가스압에서 작동한다. 가스 방전을 피하기 위해, RF 진폭은 300V이하로 감소되고, 1MHz이하로 주파수 강하와 동반한다.

동작은, 이온이 전형적으로 50eV/kDa의, 이온 프래그멘테이션에 충분한 에너지로 셀의 전방에서 가속된다. 이온 패킷은 개구(82A, 84A)를 통해 셀로 들어가고, 렌즈(83)에 의해 포커싱된다. 300mTorr 가스압에서, 가스 밀도는 n=1E+22m-3에 해당하고, 단면적□=100A의 1kD 질량은 평균 자유 경로 □=1/n□=0. 1mm를 가진다. L=1cm길이의 전형적인 4중극에서, 이온은 c.a. 100충돌을 경험한다. 이온/가스 질량비보다 3배나 큰 충돌수는 이후의 댐퍼닝을 가진 프래그멘테이션을 보장하기에 충분하다. 제1 에너지 충돌은 이온 운동 에너지를 이온 가열로 변환하고, 이온 프래그멘테이션을 야기한다. 이온이 운동 에너지를 잃으면, 이후의 가스 충돌은 프래그먼트 이온을 안정화시키고, 더 나아가 그들 운동 에너지 완화하고 RF 포커싱에 의한 이온을 축에 한정한다. CID 셀에서 충돌 댐퍼닝 현상은 돈 더글라스의 미국 특허에 잘 개시되어 있다.

CID 셀에서 이온 빔의 시간 확산이 본 발명에서 중요한 관심사이다. 고압 영역이전의 주행 시간은 TOF1을 튜닝하는 동안 가정되고, 그것은 시간 지연만을 발생학, 시간 확산은 발생하지 않는다. 가스 충돌은 짧은 CID 셀내에서 조차 중요한 시간 확산을 일으킬 수 있다. 확산을 감소하기 위해, 셀을 통한 이온 통로는 개구(84A,B)의 DC 전위에 의해 발생되는 정전 축 필드에 의해 보조된다. 직경 D=1cm 및 길이 L=1cm로 새겨진 전형적인 4중극에서 프린징 필드는 RF 4중극으로 스며들고, 2이하의 값으로 억압된다. 20V의 가속 전위는 속도 c.a. 500m/s의 가스를 통해 이온 드래그를 제공하고, 20us 이하의 전체 통과 시간을 제한하고, 시간 확산을 10us 이하로 제한한다. 통과 시간을 제어하는 것은 TOF2로 주입되기 전에 이온을 다발화(즉, 이온 펄스의 지속을 압축)하는 데 도움을 준다. CID 셀내의 가속 필드는 TOF2 주입 펄스로 동기화(시간 쉬프트와 함께)되고, 변조된다.

SID 셀

도 9를 참조하면, 본 발명의 TOF-TOF 방법 및 장치는 이온 프래그멘테이션을 위해 표면 유도 분리(SID)를 구비한 프래그멘테이션 셀(91)을 채용한다. SID 셀(91)은 다발화(시간적 포커싱), 공간 포커싱 및 스티어링(steering) 렌즈(92), 플루오러 탄화수소 단층으로 코팅된 프로브(93), 프로브에 부착된 펄스 발생기(94), 접치 실드(96)에 둘러싸여 있는 가속 기둥(95)을 포함한다. DC 가속 기둥은 펄스 발생기(98)에 연결된 메시(97)를 포함한다.

동작은, 시간 분리된 패런트 이온의 이온 패킷이 c.a. 50eV/kDa의 특정 에너지로 펄스 가속되고, 렌즈(92)에 의해 다발화된다. 자석 섹터-TOF 탠덤에서 채용된 다발화는 이온 패킷 지속시간을 dT<1us이하로 압축한다. 렌즈(92)는 패런트 이온 패킷(99)를 프로브(93)의 중앙으로 포커싱하고 스티어링한다. 이온 빔은 45 도 정도의 어떤 각도로 표면을 충돌한다. 플루오러 탄화수소 단층 표면과의 중간 에너지 충돌은 작은 분자 이온 및 펩타이드의 프래그멘테이션을 유도하는 것으로 알려져 있다. 프래그먼트 이온은 표면을 c.a. 500 내지 200m/s 속도로 튀어오르고, 주요 이온 패킷 지속의 dT<1us 내에서 2mm 이하를 주행한다. 충돌동안 작은 저지 전위가 메시(97)에 인가되고, 프래그먼트 이온의 TOF2 분석기로 누설을 방지한다. 전체 주요 이온 패킷의 충돌에 대응하는 적당한 지연 이후에 펄스 발생기(94,98)가 트리거되고, 전기 펄스가 프로브(93) 및 메시(97)에 인가된다. 프래그먼트 이온은 TOF2 분석기로 펄스 가속된다.

CID 셀과 비교하면, SID 셀은 다음과 같은 이득을 가진다:

1. 저압력에서 작동하고 따라서 펌핑 시스템에 대한 요구조건이 감소한다.

2. 프레그멘테이션 단계에서 시간 확산을 제거한다.

3. 주요 이온의 더 넓은 빔을 수용한다.

4. SID 의 불리한 점은

5. 중간 질량 이온의 불량한 특성의 프래그멘테이션 패턴

6. 프래그멘테이션 이온의 고 에너지 확산, TOF2 분해능 감소

7. TOF2 분석기에서 프래그멘테이션 이온의 준안정 붕괴

CID 셀은 인라인 TOF1에 더 적당하고, SID 셀은 W-TOF1에 더 적당하다.

도10을 참조하면, 본 발명의 TOF-TOF 방법 및 장치는 바람직하게 CID 셀과 결합하여, 프래그먼트 이온의 질량 분석을 위해 종래의 오소고날 TOF(101)을 채용한다. o-TOF(101)는 오소고날 펄스 가속기(102), 이온 미러(103), 부유 자유 비행 영역(104), TOF 검출기(105) 및 인라인 검출기(106)를 포함한다. 상기 검출기들은 모두 데이터 포착 시스템에 결합되어 있고, 고속 평균 과도현상 레코더(107)를 포함하고 있다. TOF 분석기(101)는 진공 챔버(108)에 둘러싸여 있고, 펌프(109)에 의해 진공으로 된다.

o-TOF의 작동은 종래기술에 잘 개시되어 있다. c.a. 10eV로 가속된, 연속 또는 펄싱된 이온 빔이 가속 영역으로 진입한다. 주기적인 펄스는 이온을 c.a. 3keV에 직각으로 가속하고, 이온을 TOF 분석기로 주입한다. 이온은 이온 미러에서 반사되고, TOF 검출기(105)에 도달한다. 초기 이온 빔의 일부가 인라인 검출기(106)상에 획득된다. 프래그먼트 이온의 빠른 분석을 수용하기 위해, o-TOF 파라메터는 조금 변경된다. 분석기는 L=10 내지 20cm로 작고, 고 반복율, c.a. 100KHz를 수용하기 위해 높은 TOF 에너지(5 내지 15kV)에서 작동한다. 소형 분석기는 1E-5Torr보다 조금 낮은 가스압에서 작동할 수 있다. 일반적인 TOF 분석기는 검출기로 고전류 2차 전자 배합기(SEM) 또는 하이브리드 MCP/PEM를 사용하고 데이터 획득 시스템으로 고속 vudrs 과도상태 레코드를 이용함으로써 수정될 수 있다. 짧은 길이 및 짧은 비행 거리는 TOF2 분해능에 제한을 가한다. TOF2 분해능을 개선하기 위해서, TOF2에서 비행 시간을 증가시킬수 있고, 반면 다음과 같은 방업에 의해 허용된 이온의 시간 윈도우를 제한한다. :

1. IMS 스캔사이에 삽입된 10us 타임 게이트 및 더 느린 TOF2의 펄스율을 사용;

2. 100KHz율로 TOF2를 펄싱하고 TOF2내에서 이온을 다수의 검출기로 전환;

3. 100KHz율로 TOF2를 펄싱하고, TOF2내에 위치에 민감한 검출기를 사용

TOF2는 이온이 TOF1으로부터 오지 않을 때, 공백 시간내에 신호를 획득하는 것을 회피하기 위해 인라인 검출기를 부가적으로 구비한다.

일반적인 TOF2

도11을 참조하면, TOF-TOF 방법은 바람직하게 SID 셀과 결합하여, 프래그먼트 이온의 질량 분석을 위해 일반적인 반사하는 TOF(111)를 채용한다. TOF(111)는 빌트인 SID 셀(91), 전기적 부유 자유 비행 영역(112), 검출기 실드(113)를 가진 검출기(114), 이온 미러(115), 진공 하우징(116), 펌프(117) 및 데이터 획득을 위한 과도상태 레코더(118)를 포함한다.

동작은, 프래그먼트 이온의 펄스가 SID 셀(91)내에서 가속되고, 필드 프리 영역(112)을 통해 비행하고, 이온 미러(115)에서 반사되어 검출기(114)에 도달한다. 이온 트라젝토리는 라인(119)에서 도시된 바와 같다. 검출기로부터의 신호가 과도 상태 레코더(118)상에 획득된다. 다시, 고속 데이터 획득을 위해 분석기는 L=10 내지 20cm로 짧고, 100KHz의 높은 반복율을 수용하기 위해 높은 가속 전위에서 작동한다.

개별적인 콤포넌트를 기술하였으므로, 집적된 TOF-TOF 방법 및 장치의 개념 및 특성을 쉽게 이해할 수 있다. 아래에 본 발명의 TOF-TOF 탠덤의 특정 예를 예시한다. 다만 이것은 다수의 가능한 조합들을 한정하는 것은 아니다.

인라인 TOF-CID-o-TOF를 구비한 MS-MS

도 12를 참조하면, TOF-TOF 설비의 바람직한 실시예는 연속 이온 소스(72)를 가진 순차적으로 연결된 펄싱된 소스(71), 저장 4중극(74) 및 전극(76, 77), 2개의 펄싱된 이온 미러(33A, B)에 둘러싸인 RF 전용 4중극 가이드(32)를 가진 인라인 TOF 질량 분석기 (TOF1, 31), 개구(84A,B)에 둘러싸인 RF 4중극을 가지는 짧은 가스-충전 충돌 CID 셀(81), 및 아날로그 데이터 획득 시스템(107)이 구비되고, 펄스 가속기(102)를 가진 제2 오소고날 TOF 질량 분석기(o-TOF2, 101)를 구비한다. 개별적인 콤포넌트는 상술되었고 도 3,7,8,10상에 도시되어 있으며, 도면부호는 동일하게 표시하였다.

동작은, 연속 이온 소스(71)이 패런트 이온을 저장 4중극(74)로 공극한다. 10 내지 20ms 마다 한번씩 출구 개구(77) 및 DC 전극(76)의 펄싱 전위에 의해 이온이 저장 4중극으로부터 방출된다. 다수의 다양한 패런트 이온을 포함하고 있는 방출된 이온 패킷은 10us 길이 이하이고, 1eV 이하의 에너지 확산을 가진다. 방출된 이온 펄스의 평균 에너지는 전극(76,77)의 펄스 전위를 선택함으로써 c.a. 2eV로 조정된다. 이온은 제1 미러(33A)의 전위를 낮춤으로써 TOF1 분리기로 들어간다. 이온은 4중극 RF 필드에 의해 방사 트랩되고, 하지만 4중극 축을 따라 자유롭게 이동한다. 모든 질량의 패런트 이온(Mmax/Mmin=2로 제한)이 제1 미러를 통과하면, 제1 미러(33A)가 턴온된다. 제2 미러(33B)는 이전 사이클내에서 턴온된다. 이온은 TOF1 축을 따라 정방형 전위 분포를 가지는 2개의 미러사이에서 다수 반사, 바람직하게 5번 반사를 경험한다. 진동의 주기는 전체적으로 이온 에너지에 무관하고, 패런트 이온 질량의 제곱근에 비례한다. 분석기의 유효 비행 경로는 TOF1의 물리적인 경로보다 2□+1=7. 3배 까지 더 길다. 바람직하게 5번의 반사이후에 이온은 제2 미러(33B)의 전위를 낮춤으로써 TOF1으로부터 나오게 된다. 시간 분리된 이온 패킷의 흐름은 CID 셀로 들어간다. 전형적인 시간 분리의 시간 스케일은 ikaDa 이온의 비행시간으로 측정되는, 10ms이고, 패런트 이온 질량에 대응하는, 각각의 패킷의 지속시간은 약 10us이다. 패런트 이온은 500 질량 분해능에 대응하는, c.a. 1000 시간 분해능으로 분리된다.

TOF1으로부터 나온 후, 각각은 이온 패킷은 가스 충돌에서 프래그멘테이션을 유도하기에 충분한, 50eV/kDa의 특정 에너지로 가속된다. 이온은 렌즈 시스템에 의해 포커싱되고, 개구(82A,84A)를 통해 고압 CID 셀로 주입된다. 이온은 상기 셀에서 프래그먼트되고, 프래그먼트 이온은 충돌 댐프닝되어 RF 필드에 의해 한정된다. 셀은 TOF2 펄스에 대하여 동기화 및 시간 쉬프트된, 2개의 CID 개구(84A,B)의 펄싱된 저위에 의해 활동적으로 비워진다. 이온은 오소고날 가속 영역(102)로 들어가고, TOF2 분석기로 주입되어, 시간 분리된다. 따라서 TOF2에서 질량이 분석된다. TOF2로 동기화된 주입은 시간 갭을 제거한다. 즉 TOF2 펄스사이에 어떤 프래그먼트도 손실되지 않는다. 동기화된 주입은 또한 TOF2의 듀티 사이클을 향상한다. 대부분의 프래그먼트 이온은 TOF2 펄스 시간에 가속 영역(102)내에 포함되어 있다.

TOF2 스펙트럼은 모든 시간 분리된 패런트 이온 질량에 대해 프래그먼트 스펙트럼을 표현한다. 동일한 TOF1 태그(즉, 동일한 m/z의 패런트 이온에 대응하는)를 가진 스펙트럼은 다수의 소스 주입에 대해 합해진다. 1초 획득내에서 데이터는 1000 프래그먼트 스펙트럼을 포함하고, 100소스 주입에 대해 평균화된다.

상술한 장치에 있어서, TOF1 분리의 분해능을 나쁘게 하는, 시간 확산의 3개의 거의 동일한(c.a. 10us) 소스가 있다: 이온 소스에서 얻어진 시간 확산; CID 셀내에서 그리고 TOF2 디지털화(즉, 이산 시간에 스펙트럼 획득)에 기인한 시간 확산. 상기 3개의 소스사이에 상관관계가 없다고 가정하면, 전체 시간 확산은 17us(각 확산보다 3의 제곱근 더 높은)로 추정된다. TOF1 분리 분해능은 300과 동일하게 되고, 이것은 패런트 이온 분리에 적절한 분해능으로 여겨진다. 비교를 위해, 상업적인 MALDI TOF-TOF의 TOF1의 분해능은 c.a. 100이고, 고감도 모드에서 Q-TOF 내의 4중극 분해능은 c.a. 300이다. 본 발명의 TOF1의 분해능은 다음의 방법에 의해 향상될 수 있다:

TOF1의 길이를 1m 이상으로 증가한다;

TOF1내의 이온 에너지를 최적화한다;

스캔사이에 삽입된, 다수의 좁은 질량 윈도우를 가진 타임 게이트를 적용한다;

TOF2 펄싱을 더 빠르게 하고, 이온을 다수의 검출기로 전환한다;

TOF2내에 위치에 민감한 검출기를 사용한다.

W-TOF-SID-동축 TOF를 갖춘 MS-MS

도 13을 참조하면, 가스-충진되고 펄싱된 MALDI 이온 소스(61), W-형상 TOF1(41), SID 셀(91) 및 동축 TOF2(111)을 포함하는 본 발명의 TOF-TOF 장치의 또다른 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 소스(61)는 가스-충진 챔버(62), 샘플 플레이트(63), 레이저(65), 및 샘플 플레이트(63)에 연결된 저전압 바이어스 서플라이(66)를 포함한다. TOF1(41)은 편향 플레이트(45), 종단 플레이트(44)를 갖춘 두 개의 스타틱 리플렉터(43), 및 이차원 RF 터널(42)을 포함한다. 스타틱 리플렉터(43)는 사분 전위 분포를 형성하기 위해 RF 채널(42)을 포위한다. SID 셀(91)은 번칭 및 포커싱 렌즈(92)와, 플루오르카본 모노층을 코팅된 프로브(93)을 포함한다. TOF2(111)은 과도현상 리코더(114)에 연결된 제2 전자 체배기-SEM(113)를 포함한다. 소스(61) 및 SID 셀(91)은 TOF1(41)내부에 복수의 이온반사될 수 있도록 하기 위해 오프-라인으로 위치된다. 상기 선택된 요소들의 조합은 이전의 TOF-TOF 실시예에 설명되지 않은, 요소들간의 상호작용을 주로 나타내기 위해 선택되었다.

동작시, 레이저(65) 펄스는 50 내지 100Hz의 반복율로 샘플 플레이트(63)에 떨어진 주 이온들의 짧은 버스트를 발생한다. 소스 챔버(62)는 이온 내부 에너지를 완화시키고 이온 붕과를 방지하기 위해 가스로 채워진다. 이온은 전계 및 가스 흐름에 의해 얇은 가스 층을 통해 샘플되고,따라서 이온 패킷은 10㎲보다 짭게 유지되고 1eV 미만으로 에너지가 확산된다. 이온 패킷은 저전압 바이어스 서플라이(66)에 의해 또다른 수 볼트 전위로 가속되고 Y축에 대해 작은 각도로 멀티-반사 TOF1(41)내부로 주입된다. 스티어링 플레이트(45)는 Y축 에너지 확산과 관련된, X 방향으로의 공간 확산을 감소시키기 위해 각도를 증배시킨다. TOF1내의 이온 이동은 세개의 독립 성분들인, Z-방향에서 RF 필드를 한정하는 오실레이션, 이온 에너지와 무관한 주기로 Y축을 따른 복수의 반사, 및 X축과 직교방향을 따른 저속 표류등을 갖는다. 여러번의 Y 바운싱 후 이온은 TOF1을 떠나 SID 셀(91)의 번칭 렌즈(92)에 들어가고, 그들의 m/z 비율에 따라 정렬된, 시간이 이온 패킷의 트레인으로 분리된다. 작은 이온 에너지에서의 복수의 반사는 연장된 시간이 10ms 정도로 분리될 수 있게 한다. TOF1내의 사분 DC필드가 이온 에너지 확산을 보상하기 때문에, TOF1내의 분리는 이온 패킷의 상기 10㎲ 시간 확산을 증대시킨다. 따라서, TOF1을 떠난 후 부모 이온은 c.a 300 내지 500 질량 레졸루션으로 분리된다.

주기적으로, 즉, 매 10㎲ 마다 한번씩, 이온은 c.a 1㎲ 패킷으로 타임 번칭되고 펄싱된 렌즈(92)에 의해 c.a 1mm로 공간적으로 포커싱된다. 펄스 포커싱된 이온 패킷은 플루오르카본 모노층으로 코팅된 SID 프로브(93)의 표면을 가격한다. 표면과의 충돌은 이온 프래크멘테이션을 유도한다. 프래크멘트는, 표면으로부터 저속으로 이동하는, 1㎲ 만에서 c.a 1mm에 대해 확산된다. 프로브(93)에 인가된 지연 전기 펄스는 프래크멘트 이온을 가속시키고 이것들을 제2 TOF2(111) 분석기내부로 주입한다. 프래크멘트 이온의 초기 파라미터(즉, 프로브 펄스 이전의 파라미터)는 수천의 레졸루션으로 TOF2내의 질량 분석을 수행하기에 충분할 정도로 양호하다. 신호는 고 동적범위로 SEM(114)에서 탐지된다. 신호는 과도현상 기록기(113)에 전달되고, 데이터는 타임-네스팅된 방식으로 획득된다. 여러 부모 이온의 프래크멘트 스펙트럼을 나타내는, TOF2 트랜지언트는 함께 혼합되지 않는다. 각각의 프래크멘트 스펙트럼은 소스 펄스와 번칭 렌즈 펄스간의 시간으로서 측정된 바와 같이, TOF1 분리의 시간 태그를 획득한다. TOF1 시간 태그는 부모 이온 m/z 비율에 대한 정보를 운반한다. 동일한 TOF1 시간 태그를 갖는 TOF2 스펙트럼은 신호 대 잡음비를 개선시키기 위해 복수의 레이저 펄승 대해 평균화된다.

본 발명자는 본 발명이 간명한 스타틱 TOF1을 채용하는 것이 실현될 수 있는 광범위한 TPF-TOF 방법에 주안점을 둔다. 하기에서 스타틱 세퍼레이터의 여러 예를 발견한다. 스타틱 필드에서의 이온 빔의 유지는 100eV 정도의 비교적 고 에너지에서 동작을 필요로 한다. 밀리초 분리 시간은 비행 경로를 확대시키고 특수하게 디자인된 정전계의 포커싱 특성을 사용함에 의해 달성된다.

스피라트론

도 14를 참조하면, 정전 렌즈(122), 디플렉터(123) 및 입구유닛(124), 그들사이에 인가된 DC 전압을 갖춘 두개의 동축 전극(125) 및 (126), 출구 유닛(127), 뒤이어지는 디플렉터(128) 및 렌즈(129)를 포함하는 시간-비행 세퍼레이터(121)에 대한 다른 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 상기한 디바이스는 스피라트론으로 공지되어 있고 Bakker I.M.B., The Spiratron.-In: Adv. In Mass Spectrom, London, 1971, v.5, pp. 278-280에 설명되어 있다. 텐덤 TOF 시스템내의 낮은 에너지 세퍼레이터로서 디바이스를 이용함에 의한 신규사항이 도입되어 있다.

동작시, 펄싱된 이온 소스(71)로부터의 이온 빔은 렌즈에 의해 비례적으로 낮은 각도 확산("쿼지-패러렐 빔")에 의한 넓은 빔으로 변형된다. 이 빔은 전극(125 및 126)의 축에 대해 경사(α)의 제어 각도를 제공하도록 디플렉터(123)에 의해 편향된다. 당업자에게는, 동일 효과가 예로서 고정 각도로 전극(125 및 126)을 위치시킴에 의해, 달성됨을 알아야 한다. 이 이온 빔은 입구유닛(124)의 애퍼어처를 통해 전극(125 및 126)간의 정전 방사상 필드에 들어간다. 입구유닛(124)의 한 바람직한 실시예는 3개의 양면으로 된 인쇄회로보드(PCBs)로 이루어진다. 이들 보드의 외부 표면은 디플렉터(123)에 면하고 등전위면을 형성하기 위해 금속피복된다. 이들 보드의 내부 표면은 전극(125와 126)간의 갭에 면하고 한 셋트의 금속피복 스트립을 포함한다. 이들 스트립은 전극(125와 126)간에 이상적 지수적 전압 분포와 매칭하는 전압 분포를 제공하고 따라서 이온 궤적을 따른 필드의 요동을 최소화한다. 출구유닛(127)은 마찬가지의 구서을 갖질 수 있다.

이온이 입구유닛(124)을 통과한 후, 나선형 궤적으로 따라 이동하기 시작하고, 전극(125) 둘레를 감싸고, 그들의 질량-전하 비에 따라 시간-비행으로 분리한다. 이온 빔 사이즈를 최소화하기 위해, 이 나선형은 원형으로 될 필요가 있다. 이것은 전극(125 및 126)간의 전압(U)이 이온 에너지(V1)의 평균에 상응하는 경우 달성된다.

여기서 r1 및 r2는 대응하는 전극(125 및 126)의 반경이다. 여러번의 회전 후, 이온은 축을 따른 거리(H) 만큼 표류 후, 출구 유닛(127)을 통해 필드를 빠져나간다. 출구 유닛(127)의 구성은 주입 유닛(124)의 구성과 마찬가지이다. 최대 회전 수는 그것의 턴이 초기 이온 빔의 유효 온도(kT)에 의해 제한되는 이온 빔의 전체 각도 확산(Δα)에 의해 주로 제한된다.

여기서, M은 렌즈(122)의 확대이고배율이고 계수(p)는 요구되는 신뢰 레벨(이온의 95%에 대해 p4, 이온의 99%에 대해 p5, 및 이온의 99.6%에 대해 p6.6)에 좌우된다. 바람직한 실시예에서, 를 1/45 즉, 약 1도에 근사하게 제한하는, M=5 및 p=5를 선택하였다. 그러면 궤적의 최대 전체 길이는,

예를들어, 길이 H=.5m, kT=0.05eV, V1=100V, M=5이면, 전체 비행경로는 L1=22m이다. 여기서 TOF1과 TOF2간의 시간 스케일의 비를 다음과 같이 정의한다.

이 값은 TOF2의 펄싱된 특성에 의해 야기된 TOF1의 최대 질량 리졸빙 파워로 제한한다. 상기한 파라미터에 대해, 유효 경로 길이는 TOF2 L2=.5이고 평균 가속 전압은 V2=5000V이고, 비 150이고, 이것은 TOF1 분리의 질량 레졸루션 R~75에 해당한다. 레졸루션도 이온 빔의 상대적 에너지 확산에 의해 c.a. R=100에 제한되므로 더 긴 디바이스를 사용할 필요가 없다. 상기한 TOF 스펙트로미터에 비해, 레졸루션이 열악한 경우도, 스피라트론 디바이스는 간명서, 고 동작 에너지의 이점을 갖고, TOF2 이전의 스트로보스코픽 기술에 의하지 않고 제기능을 한다. 75인 레졸루션은 주 이온의 복소 혼합을 분리하는 데에 여전히 유용하다. 비교를 위해 PSD MALDI에서의 분리는 50 내지 100 레졸루션을 갖고, 전형적인 트리플 쿼트로풀 실험에서의 분리는 300 정도이다.

나선형 r0의 평균 반경은 실제적 제한요소, 보드(124A-124C)상의 금속피복 스트립의 주기(d), 에 기초하여 선택될 수 있다. 예로서, r0=80 mm에 대해, 나선형의 스텝은 15mm이다. d=3mm이면, 빔과 플레이트(124C)간의 최종 갭은 렌즈(122) 다음의 초기 빔 사이즈 3-4mm에 대해서도 프린징 필드가 충분히 감쇠될 수 있게한다(M=5에 대해, 이것은 소스(71)로부터의 출구상에서 0.6-0.8mm의 이온 빔 직경에 대응한다).

신규의 스타틱 로우 에너지 TOF는 상기한 프래그멘테이션 수단 및 TOF2 스펙트로미터 또는 프래그멘트 분석기중 임의의 것에 연결될 수 있다. 도 14를 참조하면, TOF1(121)은 CID 셀(81) 및 직교 TOF(101)에 연결된다. 이 조합에서의 주요 사항은 주 빔을 CID 셀의 입구에 포커싱하는 것이다. 이온 빔이 100eV의 에너지를 갖고 빔이 출구에서 넓어지더라도, 빔은 전체적으로 평행하고 종래 렌즈에 의해 작은 애퍼어처에 양호하게 포커싱된다.

멀티-패스 TOF1

도 15를 참조하면, 자유 비행 채널(152), 및 포커싱 전극(154) 및 리플렉터 전극(155)으로 된 두 개의 정전 미러(153)를 포함하는, "정전 멀티-패스"로 불리우는 본 발명의 제1 시간-비행 세퍼레이터(즉, TOF1;151)이 도시되어 있다. 자유 비행 채널(152)은 입구 및 출구 윈도우(156)를 갖는다. 모든 전극은 Y축을 따라 뻗고 정전필드는 이온 경로의 영역에서 2차원이 된다. 펄싱된 이온 빔은 공간 포커싱 렌즈(157)와 한 셋트의 스티어링 플레이트(158)를 통해 멀티-턴 정전 TOF(151)내로 주입된다. 이온의 이온 경로는 선(159)으로 도시되어 있다. 전형적인 축방향 전위분포(U(x))는 그래프(160)로 도시되어 있다.

동작시, 이온 펄스는 렌즈(158)에 의해 평행 빔내로 포커싱되고 플레이트(159)에 의해 스티어링된다. 빔은 X축에 대해 작은 각도로 입구 윈도우(156)를 통해 세퍼레이터(151)내에 도입된다. 이온은 X축을 따라 여러번 반사하고, Y축을 따라 저속으로 표류한다. 복수의 완전한 턴 후(각각의 완전한 턴은 한 쌍의 반사에 의해 형성됨) 이온은 입구 윈도우(157)를 통해 세퍼레이터를 빠져나가고, 그들의 m/z비에 따라 시간 분리된다. 완전한 턴의 수는 스티어링 플레이트상에서의 전위에 의해 조정가능한-주입각도에 좌우된다.

정전 미러는 당업계에 공지된, 그리들 TOF에서의 미러와 유사하게 디자인된다. 미러 전극에 인가된 정전 잔위는 공간 포커싱 및 시간-비행 포커싱의 조건을 충족하도록 튜닝된다. 그래프(160)는 이들 필요조건을 충족하는, 축방향 전위분포(U(x))의 유형을 도시한다. Z방향을 따른 공간 포커싱을 제공하기 위해, 각각의 정전 미러(153)는 초점을 갖고, 자유비행영역의 중앙 평면 가까이에 위치된(점선으로 나타냄) 렌즈를 형성한다. 이온 빔(라인 159)은 입구 윈도우(156)에서 평행 빔으로서 시작한다. 미러의 우측에서 제1 반사 후 빔은 중간 평면에 있는 한 지점에 포커싱된다. 모든 이온의 포커싱이 단일 이온 궤적에 의해 도면상에 제시되고, 축과 교차함을 주목해야 한다. 좌측 미러에서의 반사 후 빔은 병렬 빔으로 전환된다.

SIMION 프로그램을 이용한 본 발명자의 이온 광학기구 시뮬레이션에 따라, 특정 TOF1(151)에서의 공간 포커싱은 적어도 제1 차, 즉 초기 에너지 및 직교 변위에 의한 비행 시간의 제1 미분계수는 거의 제로이다. 이온 빔은 단지 초기 공간 확산이 TOF1 폭의 5%이하이고 각도 확산이 2도 이하이면 갇혀있는 상태로 남아있다. 35 이하의 에너지 확산에 대해 TOF1의 비행시간 레졸루션은 10,000을 초과한다. 이러한 초기 조건은 선형 저장 쿼드로풀로부터의 펄스 방출 후 약 30 전자 볼트로 이온 빔이 가속되록하기 위해 실제적인 조건이다.

기타 실시예에 비해, 비교적 고 에너지(30 매지 100eV)에서의 동작은 TOF1에서의 밀리초 시간 스케일 분리를 달성하기 위해 TOF1에서 더 긴 경로(30 내지 100m)를 필요로 한다. 이온 경로는 TOF1 디자인 및 그 스타틱 동작의 적은 복잡도로 인해 용이하게 확장될 수 있다. 약 20개의 완전한 턴을 지닌 1m 길이의 계기는 적어도 50m 유효 비행시간에 대응한다.

실린더형 멀티-패스 TOF1

도 16을 참조하면, 2차원 필드를 실린더형 필드로 접음에 의해 형성된, 수정된 정전 멀티-패스 세퍼레이터인 본 발명의 또다른 바람직한 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 콤팩트 디자인을 위한 목적으로, 불리는 실린더형 멀티-패스 세퍼레이터(161)에서, 각각의 신장된 전극은 한 쌍의 동축 실린더-내부 및 외부-로 변환된다. 세퍼레이터(161)는 실린더(162,153)에 의해 형성된 자유 비행 채널, 포커싱 실린더(164)와 리플렉터 실린더(165)로 구성된 두 개의 정전 미러를 포함한다. 자유 비행 채널의 외부 실린더(162)는 빔 디플렉터(170)가 구비된, 입구 및 출구 윈도우(166)를 갖는다. 펄싱된 이온 빔은 공간 포커싱 렌즈(167)를 통해, 한 셋트의 스티어링 플레이트(168)를 통해, 입구 윈도우(166)와 디플렉터(170)를 통해 세퍼레이터(161)에 도입된다.

동작시, 실린더형 세퍼레이터는 상기 설명한 2차원 정전 멀티-패스 세퍼레이터와 매우 유사하다. 이온은 렌즈 전극에 의해 공간적으로 포커싱되는 한편, 미러간에 복수번 바운싱하도록 강제된다. 이온을 궤도의 동일 반경에 가까이 보유하기 위해 추가의 전위가 외부 실린더(162) 내부 실린더(163)간에 인가된다. 방사상 편향 전위도 전극(164 및 165)의 외부 실린더 및 내부 실린더사이에 인가될 수 있다.

이온의 입구 및 출구는 다양한 방법으로 구성될 수 있다. 도 16B는 후속하는 수평방향 편향, x축을 따른 이온 빔 정렬로 슬릿형상 윈도우(166b)를 통한 이온 도입의 예를 도시한다. 프린징 필드를 감소시키기 위해, 디플렉터(170b)는 메시에 의해 포위된다. 도 16C는 전체 실린더형 애널라이저에서의 세그먼트 절결부를 통해 x축을 따른 이온 도입의 예를 도시한다. 빔은 플레이트(170C)에 의한 수평방향 편향 후 애널라이저 내부로 투사된다. 필드 왜곡은 절결부내에서 등전위이고 실린더형 애널라이저를 향해 방향지워진 측상에서 저누이가 분포된, 두 개의 면을 갖춘 PCB를 이용하여 달성된다. 상기한 저속 정전 멀티-패스 세퍼레이터는 상기한 펄싱된 이온 소스, 프래그멘테이션 셀 및 고속의 또다른 TOF의 다양한 조합으로 본 발명의 종합 텐덤 TOF 스펙트로미터에서의 사용을 위해 제안된다.

분명히, RF 콘파인먼트, 스피라트론 및 정전 멀티-패스 세퍼레이터를 갖춘 TOF1 세퍼레이터의 예들은 이온 빔을 보유하면서 연장된 시간 분리를 제공하는, TOF1의 모든 가능성을 배제하지만, 그보단 본 발명의 종합 텐덤 TOF 질량 스펙트로미터의 일반적인 방법의 실현가능성을 증명한다.

달성된 효과

상기한 본 발명의 종합 텐덤 TOF 질량 스펙트로미터는 기존의 TOF-TOF 질량 스펙트로미터에 비해, 분석에 대한 민감도 및 속도 증대를 얻게된다. 개선사항은 맨처음 텐덤 TOF에 적용된, 타임-네스팅된 획득 원리를 채용함으로써 달성된다. 이온 소스로부터의 이온 펄스는 완전히 이용되고 복수의 부모 이온이 단일 소스 펄스 당 분석된다. 본 발명은 또한 가장 밀접한 프로토타입-IMS-TOF에 비해, MS-MS정보의 속도를 개선시키고, 또한 타임-네스팅된 획득 원리를 채용한다. 개선사항은 부모 이온 분리의 단계에서 더욱 고 레졸루션으로 됨에 의해 이루어지고, 더욱 복잡한 혼합물에 대한 분석을 제공하게된다.

LC-LC-MS-MS

더욱 고속의 텐덤 MS-MS 분석은 실시간 스케일에서 텐덤 MS 분석과 멀티-단계 액상 분리를 연결시킬 기회를 제공한다. 이러한 분리 기술은 친화도 분리, 액상 크로마토그래피(LC) 및 캐필러리 일렉트로포리시스(CE)를 포함할 수 있다. 수 분 스케일에서 고속의 LC 및 CE 분리는 LC-MS 분석에서 루틴으로 되어진다. 그러나, LC-MS-MS 분석은 통상적으로 저속의 MS-MS 스테이지에 의해 속도가 느려지고, 본 발명의 종합 TOF-TOF 방법 및 장치를 도입한 이후 더 이상 저속으로 되지 않는다.

유용한 요소들의 조합예 및 바람직한 실시예가 설명된 반면, 당업자에게는 그러한 개념을 통합하는 기타 실시예도 이용될 수 있음을 분명히 알게 될 것이다. 그러므로 이들 실시예는 개시된 실시예에 제한되지 않으며, 그 보단 특허청구범위의 정신 및 범위에 의해서만 한정되어야 한다. 청구항에서, 이온 이동성-직교 TOF는 가장 밀접한 프로토타입으로서 여겨진다.

Claims (45)

1. 펄싱된 이온원, 페런트 이온 분리기, 프래그멘테이션 셀, 제2 비행시간 질량 분석기(TOF2) 및 복수의 페런트 이온에 대한 프래그먼트 질량 스펙트럼을 포착하는 타임 네스팅된 데이터 포착 시스템을 순차로 포함하고 있고, 페런트 이온 분리의 분해능을 향상시키기 위해 상기 페런트 이온 분리기는 비행시간 질량 분석기이고, 동일한 질량 대 전하 비의 이온에 대하여, 상기 TOF1내의 비행시간이 상기 프래그멘테이션 셀을 통과하는 통과 시간과 상기 TOF2내의 광시간 모두보다 상당히 큰 것을 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
2. 제1항에 있어서, 상기 TOF1내의 비행시간은 상기 TOF2내의 비행시간보다 적어도 10배 큰 것을 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
3. 제1항에 있어서, 상기 TOF1내의 평균 이온 에너지가 상기 TOF2내에서 보다 적어도 100배 적은 것을 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
4. 제1항에 있어서, 상기 펄싱된 이온원은 진공으로부터 0.1 밀리바에 이르는 가스압을 가지고 있는 MALDI 이온원인 것을 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
5. 제1항에 있어서, 상기 펄싱된 이온원은 펄스 동작 무선주파수(RF) 깅거장치 및 다음의 리스트의 연속 이온원: 전자분사 소스, 10 밀리토르와 1 기압 사이의 가스압의 가스로 채워진 MALDI 이온원, 전자 충돌 이온원, 화학 전리를 동반한 전자 충돌 이온원, 또는 광 전리 이온원의 연속 이온원을 포함하고 있고, 이온들은 임의의 이온원으로부터 계속하여 공급되어, 축적되고 상기 기억장치로부터 펄스 배출되는 것을 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
6. 제5항에 있어서, 상기 기억장치는 논제로 전장을 생성하는, 적어도 하나의 DC 전극에 의해 보충된, 적어도 하나의 RF만의 선형 멀티폴을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
7. 제1항에 있어서, 상기 TOF1는 축방향 정방형 전장을 가진 2개의 펄싱된 미러에 의해 둘러싸인, RF만의 선형 멀티폴을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
8. 제1항에 있어서, 상기 TOF1는 정방형 전자을 가진 2 차원 DC 미러에 의해 둘러싸인 2차원 RF만의 이온 터널을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
9. 제1항에 있어서, 상기 TOF1은 사이에 DC 전압이 인가된 적어도 한 쌍의 동축 전극을 포함하고 있고, 이온은 상기 전극 사이에 이들의 축에 특정 각도로 주입되는 것을 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
10. 제9항에 있어서, 이온은 상기 전극 사이의 갭을 차단 경계를 통해 들어가고 나가고, 이것은 양면 인쇄회로기판에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
11. 제1항에 있어서, 상기 TOF1은 2차원 자유 비행 채널 및, 포커싱 및 리플렉팅 전극으로 구성된 2개의 플레이너 포커싱 정전 미러를 포함하고 있는 플레이너 멀티 패스 정전 TOF인 것을 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
12. 제1항에 잇어서, 상기 TOF1은 동축 실린더로 구성된, 방사형 검출 및 2개의 포커싱 정전 미러를 가진 적어도 한 쌍의 동축 실린더를 포함하고 있는 원통형 멀티패스 정전 TOF인 것을 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
13. 제1항에 있어서, 복수의 내로우 타임 윈도우내에서만 이온을 전송할 수 있는, 상기 TOF1와 상기 프래그멘테이션 셀 사이의 추가 타임드 게이트를 포함하고 있는 텐덤 질량 분석기.
14. 제1항에 있어서, 상기 프래그멘테이션 셀내로의 이온 주입의 에너지는 상기 TOF1과 상기 프래그멘테이션 셀 사이의 정전 오프셋에 의해 조정되고, 상기 오프셋은 페런트 프래그멘테이션에 대해 최적인, 약 50V/kD의 질량 디펜던트 이온 에너지를 제공하기 위해 TOF1 분리 동안 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
15. 제1항에 있어서, 상기 프래그멘테이션 셀은 적어도 하나의 DC 전극에 으해 보충된, 적어도 하나의 RF만의 멀티폴을 포함하고 있고 가스로 채워진, 충돌 유도 해리(CID) 셀인 것을 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
16. 제13항에 있어서, 상기 CID 셀내의 이온 패킷의 타임 스프레드는 길이가 1cm 이고 높은 가스압이 100밀리토르인 짧은 셀을 사용함으로써 감소되는 것ㅇ르 특징으로 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
17. 제13항에 있어서, 타임 압축의 목적을 위해, 충돌 셀은 셀내의 축방향 DC 필드의 변조를 사용하여 프래그멘트 이온을 저장하고 TOF2 펄스로써 동기화된 펄싱된 빔을 배출하는 것을 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
18. 제1항에 있어서, 상기 프래그멘테이션 셀은 펄싱된 시공 포커싱 렌즈 및 플루오러 탄화수소 단층에 의해 코팅된 타겟을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
19. 제1항에 있어서, 상기 TOF2는 오소고날 타임 주입(o-TOF MS)을 가진 TOF MS인 것을 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
20. 제1항에 있어서, 상기 TOF2는 고전류 검출기 및 과도현상 레코더를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
21. 제1항에 잇어서, 상기 TOF1내의 타임 분리의 분해능은 TOF1내의 수많은 반사를 사용하여, 1m 보다 긴 TOF1을 사용하여, 복수의 내로우 타임 윈도우를 가진 타임드 게이트를 사용하여, 이온 경로를 따라 정방형 전윈 분포를 형성하는 TOF1의 임의의 반사기에 의해 강화되는 것을 특징으로 하는 탠덤 질량 분석기.
22. 제1항에 있어서, 추가적인 인라인 검출기는 TOF1 후의 임의의 장소에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 텐덤 질량 분석기.
23. 다음의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포괄적 MS-MS 분석 방법.
24. 펄싱된 이온원으로부터의 다양한 질량 대 전하 비(M/Z)를 가진 복수의 페런트 이온의 펄스 배출.
25. 제1 타임 분리기내의 페런트 이온의 시분할.
26. 시분할된 이온의 프래그멘테이션.
27. 제2 비행시간 질량 분석기(TOF2)내의 프래그먼트 이온의 질량 분석.
28. 상이한 페런트 이온의 프래그먼트 스펙트럼의 혼합 없이 모든 단일 이온 펄스 당 복수의 페런트 이온에 상응하는 타임 네스팅된 프래그먼트 질량 스펙트럼 포착.
29. MS-MS 분석의 감도 및 스루풋을 향상시킬 목적을 위해, 상기 시분할은 비행시간 질량 스펙트럼(TOF1)내에 일어나고, 상기 페런트 이온 분리는 상기 프레그멘테이션 및 상기 프래그먼트 질량 분석 모두의 시간을 상당힌 초과하는 것을 특징으로 하는 타임 네스팅된 프래그먼트 질량 스펙트럼 포착.
30. 포괄적 MS-MS 분석의 방법에 있어서, 상기 TOF1내의 비행시간은 상기 TOF2내에서보다 적어도 10배 큰 것을 특징으로 하는 방법.
31. 제23항에 있어서, 상기 이온 펄스는 진공으로부터 100밀리토르에 이르는 가스압으로 MALDI 이온원에서 발생되는 것을 특징으로 하는 포괄적 MS-MS 분석의 방법.
32. 제23항에 있어서, 상기 이온 펄스는 기억 4극자로부터 펄싱된 배출에 의해 형성되고, 이온은 다음의 리스트, 전자분사 소스, 10밀리토르와 1 기압 사이의 가스압으로서 채워진 MALDI 이온원, 전자 충돌 이온원, 화학적 전리 이온원을 가진 전자 충돌, 또는 광 전리 이온원의 연속 이온원으로부터 기억 4극자내로 유입되는 것을 특징으로 하는 포괄적 MS-MS 분석의 방법.
33. 제23항에 있어서, 상기 페런트 이온의 시분할은 정방형 DC 필드에서 일어나고 상기 TOF1내의 이온의 에너지는 상기 TOF2에서 보다 적어도 100 배 적은 것을 특징으로 하는 포괄적 MS-MS 분석의 방법.
34. 제26항에 있어서, 정방형 필드내의 상기 페런트 이온의 시분할은 DC 필드에 오소고날 상태인, 적어도 1차원으로 콘파이닝 부선 주파수 필드의 도움으로 달성되는 것을 특징으로 하는 포괄적 MS-MS 분석의 방법.
35. 제27항에 있어서, RF만의 필드내의 이온 콘파인먼트는 일 축을 따라 달성되고 이온은 RF 필드 존의 일단부로부터 주입된 후 펄싱된 정방형 DC 필드내의 복수의 반사가 타단부에서 해제되는 것을 특징으로 하는 포괄적 MS-MS 분석의 방법.
36. 제27항에 있어서, RF만의 필드에 의해 페런트 이온 콘파인먼트는 2차원 플레인을 따라 달성되고 이온은 DC 필드의 그래디언트에 평행인 TOF1에 작은 각도로 주입되고, 이온은 오소고날 방향으로, RF 필드의 출구쪽으로 천천히 드리프팅하면서, DC 필드내의 복수의 반사의 과정을 거치는 것을 특징으로 하는 포괄적 MS-MS 분석의 방법.
37. 제23항에 있어서, 상기 페런트 이온의 시분할은 정전계에서 일어나고 제1 배행시간 분리기에서의 이온의 에너지는 사기 제2 비행시간 질량 분석기에서 보다 적어도 10 배 적고, 상기 제1 비행시간 분리기내의 효율적인 비행경로는 상기 제2 비행시간 질량 분석기에서 보다 적어도 30 배 큰 것을 특징으로 하는 포괄적 MS-MS 분석의 방법.
38. 제23항에 있어서, 상기 페런트 이온의 시분할은 한 쌍의 동축 전극에 의해 생성된 정전계에서 일어나고, 이온들은 전극 축에 특정 각도로 상기 정전계내에 주입되고, 경계에서의 상기 정전계의 외란이 양면 인쇄회로기판에 의해 감소되는 것을 특징으로 하는 포괄적 MS-MS 분석의 방법.
39. 제23항에 있어서, 상기 페런트 이온의 시분할은 플레이언 자유 비행 채널 및 플레이너 포커싱 그리들 이온 미러에 의해 형성된 플레이너 정전계에서 발생하고, 이온은 TOF1 축에 작은 각도로 주입되고 미러 사이의 복수의 바운스의 과정을 거치는 것을 특징으로 하는 포괄적 MS-MS 분석의 방법.
40. 제23항에 있어서, 상기 페런트 이온의 시분할은 복수의 쌍의 동축 실린더에 의해 형성된 원통형 정전계에서 발생하고, 적어도 하나의 쌍의 방사형 필드가 인가되고, 실린더 사이의 원통형 필드는 제232항의 필드에 유사하고, 이온은 TOF1에 작은 각도로 주입되고 미러사이의 복수의 바운스의 과정을 거치는 것을 특징으로 하는 포괄적 MS-MS 분석의 방법.
41. 제23항에 있어서, TOF1내의 시분할의 부해능은 상기 프래그멘테이션 스텝에 이온을 제공하기 전에 복수의 내로우 타임 윈도우를 샘플링함으로서 강화되는 것을 특징으로 하는 포괄적 MS-MS 분석의 방법.
42. 제23항에 있어서, 상기 프래그멘테이션은 다음의 프로세스, 즉, 가스에 대한 에너지 충돌, 표면에 대한 충돌, 광에 의해 프로세스중 하나에서 달성되는 것을 특징으로 하는 포괄적 MS-MS 분석의 방법.
43. 제23항에 있어서, 분석은 2개의 스텝, 즉, 패스 모드에서 TOF1을 사용하면서 TOF2내의 페런트 질량 스펙트럼을 포착하는 스텝1, 및 충돌 셀의 번방에서 내로우 타입 윈도우를 샘플링하고, 의미있는 페런트 이온의 도착에 상응시키고 타임 윈도만을 위한 프래그먼트 스펙트럼을 포착하는 스텝2에서 이루어지고, 상기 타임 윈도우는 스텝 1 측정으로부터의 페런트 질량에 기초하여, 플라이에서 선택되는 것을 특징으로 하는 포괄적 MS-MS 분석의 방법.
44. 제23항에 있어서, "페런트 스캔", 즉, 소정의 세트의 프래그먼트 이온을 가지고 있는 페런트 이온의 스펙트럼이 완전한 MS/MS 데이터 세트로부터 재구성되어 있는 것을 특징으로 하는 포괄적 MS-MS 분석의 방법.
45. 용매의 흐름은 LC로부터 제1항의 텐덤 질량 스펙트럼내로 연속적으로 유입되고 MS-MS 데이터는 제21항 내지 제37항에 기술된 방법을 사용하여 포착되는 것을 특징으로 하는 LC-MS-MS 분석 또는 LC-LC-MS-MS 분석법.