特許 6000512 線形イオントラップにおいてイオンをフラグメント化する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6000512

(24)【登録日】2016年9月9日

(45)【発行日】2016年9月28日

(54)【発明の名称】線形イオントラップにおいてイオンをフラグメント化する方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/42 20060101AFI20160915BHJP

   G01N 27/62 20060101ALI20160915BHJP

   H01J 49/26 20060101ALI20160915BHJP

【ＦＩ】

   H01J49/42

   G01N27/62 B

   G01N27/62 E

   H01J49/26

【請求項の数】14

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2010-544545(P2010-544545)

(86)(22)【出願日】2009年1月26日

(65)【公表番号】特表2011-512614(P2011-512614A)

(43)【公表日】2011年4月21日

(86)【国際出願番号】CA2009000090

(87)【国際公開番号】WO2009094762

(87)【国際公開日】20090806

【審査請求日】2012年1月12日

【審判番号】不服2015-3328(P2015-3328/J1)

【審判請求日】2015年2月23日

(31)【優先権主張番号】61/025,023

(32)【優先日】2008年1月31日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】510075457

【氏名又は名称】ディーエイチ テクノロジーズ デベロップメント プライベート リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(72)【発明者】

【氏名】グーナ， ミルセア

(72)【発明者】

【氏名】コリングス， ブルース

【合議体】

【審判長】 森林 克郎

【審判官】 松川 直樹

【審判官】 伊藤 昌哉

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００５−５２２８４５号公報（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／１４４６２７号（ＷＯ，Ａ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

G01N27/60-27/70

G01N27/92

H01J40/00-49/48

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオンをフラグメント化するための方法であって、
（ａ）保持時間間隔の間、線形イオントラップのイオン閉じ込め領域に該イオンを保持することであって、該線形イオントラップは、該イオンの半径方向閉じ込めのためのＲＦ多重極と、該イオンの軸方向閉じ込めのためのエンドキャップ電極とを備える、ことと、
（ｂ）第１の上昇圧力に、該イオン閉じ込め領域における圧力を上昇させるように、該保持時間の少なくとも一部分の間、中性ガスを該線形イオントラップ内に供給することによって、該イオン閉じ込め領域内において非定常状態圧力増加を生成することであって、該第１の上昇圧力の値は、第１の上昇圧力持続時間の間、約５．５ｘ１０^−５トールを超えた値と約５ｘ１０^−４トール未満の値との間で変動する、ことと、
（ｃ）励起時間の間、約５００ｍＶ_{（０−ｐｋ）}未満の振幅を有する補助交流電場をイオンに受けさせることによって、該イオン閉じ込め領域内において、該イオンの少なくとも一部分を励起することであって、該励起時間は、該保持時間未満であることと、
（ｄ）該保持時間の終了前に、該線形イオントラップ内の圧力を第１の復元圧力値に低下させることと、
（ｅ）該保持時間の終了時に、該線形イオントラップから該イオンを放出することと
を含む、方法。

【請求項2】

前記ＲＦ多重極は、断面が実質的に円形である半径方向閉じ込め電極を有する４重極である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記中性ガスを供給することは、１つ以上のパルス弁からの前記中性ガスの注入を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記中性ガスは、水素、ヘリウム、窒素、アルゴン、酸素、キセノン、クリプトン、メタン、組み合わせのうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記第１の上昇圧力の値は、約５．５ｘ１０^−５トールを超えた値と約３ｘ１０^−４トール未満の値との間で変動する、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記第１の上昇圧力の値は、約１ｘ１０^−４トールを超えた値と約５ｘ１０^−４トール未満の値との間で変動する、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記補助交流電位の前記振幅は、約２５０ｍＶ_{（０−ｐｋ）}未満である、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記補助交流電位の前記振幅は、約５０Ｄａから約５００Ｄａの間の範囲の質量を有するイオンについて、約１０ｍＶ_{（０−ｐｋ）}から約５０ｍＶ_{（０−ｐｋ）}の間の範囲にある、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

ステップ（ｃ）における前記補助交流電位の前記振幅は、約５００Ｄａから約５０００Ｄａの間の範囲の質量を有するイオンについて、約５０ｍＶ_{（０−ｐｋ）}から約２５０ｍＶ_{（０−ｐｋ）}の間の範囲にある、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記励起時間は、約５ミリ秒から約２５ミリ秒の間の範囲にあり、前記第１の上昇圧力持続時間は、約５ミリ秒から約２５ミリ秒の間の範囲にある、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

ステップ（ｃ）における前記イオンのうちの少なくとも一部分を励起することは、ステップ（ｂ）における前記イオン閉じ込め領域における圧力が、約５．５ｘ１０^−５トールを超えて上昇する時間と実質的に同時に開始する、請求項１に記載の方法。

【請求項12】

前記励起時間は、約１０ミリ秒を超える、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

前記励起時間は、約３０ミリ秒を超える、請求項１に記載の方法。

【請求項14】

前記第１の復元圧力値は、約２ｘ１０^−５トールから約５．５ｘ１０^−５トールの間の範囲にある、請求項１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

イオントラップは、分子の研究および分析に有用な科学器具である。このような器具は、イオンが閉じ込められる空間の小領域を囲む複数の電極を含む。電極は、イオン閉じ込め領域内に電位井戸を生成する。この電位井戸内に移動するイオンは、「トラップ」され、すなわち、イオン閉じ込め領域に運動を制限される。

【背景技術】

【0002】

トラップにイオンを保持している間、イオン化分子の集団は、種々の動作を受け得る。次いで、イオンは、トラップから放出され、質量分析計内に送られることが可能であり、質量分析計において、イオンの集団の質量スペクトルを得ることが可能である。スペクトルは、イオンの組成に関する情報を示す。本手順の後、未知の試料の化学的組成を識別することが可能になり、薬物、化学、セキュリティ、犯罪学、およびその他の分野に有用な情報が提供される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

改良型ＭＳ３性能は、パルス衝突ガスの導入とともに、低圧力ＬＩＴにおいて得ることが可能である。大幅に修正された４０００ Ｑ Ｔｒａｐにおいて実験を実行した。試料は、１００ｐｇ／μｌ カフェイン（１３８ｍ／ｚおよび１９５ｍ／ｚ）、リドカイン（２３５ｍ／ｚ）、５−ＦＵ（１２９ｍ／ｚ）、およびタウリン酸（５１４ｍ／ｚ）を含んだ。１０．０μｌ／ｍｉｎで試料を注入した。５ミリ秒から２００ミリ秒の励起時間を使用してデータを収集し、マシューｑ＝０．２３６で励起を実行した。

【0004】

イオンフラグメンテーションは、イオンをその構成要素の一部または全部に分解または解離する処理である。一般的に、これは、交流電位（ＲＦ電位）をトラップの電極に印加して、トラップ中のイオンに運動エネルギーを与えることによって、イオントラップにおいて実行される。加速イオンは、トラップ内の他の分子と衝突し、十分高い衝突エネルギーでは、イオンのフラグメンテーションをもたらすことが可能である。しかしながら、全てのＲＦ電位が、イオンのフラグメンテーションをもたらすわけではない。いくつかのＲＦ電位は、例えば、ＲＦ周波数、振幅、またはその両方に起因して、イオンがイオントラップの要素と衝突するか、またはトラップから放出されるようにイオンを軌道に置く。他の振動運動は、振幅が十分でない場合があるため、イオンのフラグメント化には不十分なエネルギーを与える場合がある。このような低振幅、低エネルギーの事例のいくつかでは、イオンは、衝突中に、エネルギーを損失さえする場合がある。加えて、例えば、１０^−３トール以上の範囲における高衝突ガス圧力および／または、例えば、６００ｍＶ（グランドからピーク）以上の範囲における高励起振幅が、高フラグメンテーション効率の達成に必要であると一般に考えられてきた。

【課題を解決するための手段】

【0005】

種々の実施形態では、従来の方法で使用するものよりも低い衝突ガス圧力および低いＲＦ励起振幅を使用して、フラグメントイオンを産生するイオントラップを動作するための方法が提供される。種々の実施形態では、従来の方法で使用するものよりも低い衝突ガス圧力、低いＲＦ励起振幅、および長い励起時間を使用する方法が提供される。種々の実施形態では、ＲＦ多重極を備える線形イオントラップとともに使用するための方法が提供され、この場合、多重極のロッド（半径方向閉じ込め電極）は、実質的に円形の断面を有する。

【0006】

種々の側面では、本教示は、約５ｘ１０^−４トール未満の圧力で、５００ミリボルト（ｍＶ）（グランドからピーク）未満の励起振幅により、線形イオントラップにおいてイオンをフラグメント化するための方法を提供する。種々の実施形態では、約５ｘ１０^−４トール未満の圧力で、約５００ミリボルト（ｍＶ）（グランドからピーク）未満の励起振幅により、約８０％を超えるフラグメンテーション効率において、約２５ミリ秒未満のイオン励起時間の間、線形イオントラップにおいてイオンをフラグメント化するための方法が提供される。

【0007】

種々の実施形態では、（ａ）約５ｘ１０^−４トール未満、（ｂ）約３ｘ１０^−４トール未満、および／または（ｃ）約１ｘ１０^−４トールから約５ｘ１０^−４トールの間の範囲のうちの１つ以上の衝突ガス圧力で、（ａ）約５００ｍＶ（グランドからピーク）未満、（ｂ）約２５０ｍＶ（グランドからピーク）未満、（ｃ）約１００ｍＶ（グランドからピーク）未満、（ｄ）約５０ｍＶ（グランドからピーク）未満、（ｅ）約５ｍＶ（グランドからピーク）から約５００ｍＶ（グランドからピーク）の間の範囲、および／または（ｆ）約５ｍＶ（グランドからピーク）から約２５０ｍＶ（グランドからピーク）の間の範囲のうちの１つ以上の励起振幅を有する補助交流電場を使用して、イオントラップにおいてイオンをフラグメント化するための方法が提供される。種々の実施形態では、補助交流電場は、（ａ）約１０ミリ秒（ｍｓ）を超える、（ｂ）約２０ミリ秒を超える、（ａ）約３０ミリ秒を超える、および／または（ｃ）約５ミリ秒から約２５ミリ秒の間の範囲のうちの１つ以上である時間（励起時間）の間に印加される。

【0008】

種々の実施形態では、イオンがトラップに保持されている間、中性ガスは、約３０ミリ秒未満の持続時間の間、例えば、パルス弁によるトラップへの注入によって供給される。種々の実施形態では、中性ガスの供給は、イオン保持時間の終了前に終了する。種々の実施形態では、補助交流電位は、トラップへの中性ガスの注入と実質的に同時に印加され、例えば、補助交流電位は、ガス注入の開始と実質的に同時に開始し、ガス注入の終了と実質的に同時に終了する。種々の実施形態では、補助交流電位は、中性衝突ガスの供給終了後に継続して印加される。励起時間の後、残存ガスは、イオンチャンバから排出可能であり、その結果、チャンバ内の圧力は、さらなるイオン処理に適切な、例えば、イオン冷却、イオン選択、イオン検出、励起、冷却、および質量分析を含むがこれらに限定されない後続のイオン処理に適切な第１の復元圧力に復元する。種々の実施形態では、第１の復元圧力値は、約２ｘ１０^−５トールから約５．５ｘ１０^−５トールの間の範囲にあることが可能である。

【0009】

種々の実施形態では、イオントラップは、非線形逆電位を有するイオントラップ場を産生可能である実質的に円形の断面図を含むロッド（半径方向電極）を有する４重極線形イオントラップを備える。種々の実施形態では、実質的に円形の断面の電極は、トラップＲＦ場とイオン運動との位相のずれによる電極との衝突に起因する、イオンの損失の低減を促進する。

【0010】

種々の実施形態では、イオンをフラグメント化するための方法であって、ａ）保持時間間隔の間、イオントラップのイオン閉じ込め領域にイオンを保持することと、（ｂ）第１の上昇圧力持続時間の間、約５．５ｘ１０^−５トールから約５ｘ１０^−４トールの間の範囲にある値を有する第１の可変上昇圧力に、イオン閉じ込め領域における圧力を上昇させるように、保持時間の少なくとも一部分の間、中性ガスをイオントラップ内に供給することによって、イオン閉じ込め領域内において非定常状態圧力増加を生成することと、（ｃ）励起時間の間、約５００ｍＶ_{（０−ｐｋ）}（ゼロからピーク）未満の振幅を有する補助交流電場をイオンに受けさせることによって、イオン閉じ込め領域内において、イオンの少なくとも一部分を励起することであって、励起時間は、保持時間未満であることと、（ｄ）保持時間の終了前に、イオントラップ内の圧力を第１の復元圧力値に低下させることと、（ｅ）保持時間の終了時に、イオントラップからイオンを放出することとを含む方法が提供される。種々の実施形態では、放出されたイオンは、さらなるイオン処理、例えば、イオン選択、イオン検出、励起、冷却、および質量分析を受ける。

【0011】

種々の実施形態では、背景圧力は、通常、圧力の上昇前、例えば、パルス弁の作動前に、約２ｘ１０^−５トールから約５．５ｘ１０^−５トールの間である。パルス弁が開放すると、圧力は、急速に増加する。どの値までかは、弁の背圧と、弁が開放する持続時間とに依存する。種々の実施形態では、局所的圧力を約２倍増加させることによって、衝突率が約２倍増加し、励起時間の短縮が約２倍になり得る。種々の実施形態では、本方法は、第１の上昇圧力持続時間の間、背圧圧力の約１０％を超える圧力から、約５ｘ１０^−４トールの間の範囲にある値を有する第１の可変上昇圧力に、イオン閉じ込め領域における圧力を上昇させるように、保持時間の少なくとも一部分の間、中性ガスをイオントラップ内に供給することによって、イオン閉じ込め領域内において非定常圧力増加を生成する。

【0012】

種々の実施形態では、第１の可変上昇圧力は、（ａ）約５ｘ１０^−４トール未満、（ｂ）約３ｘ１０^−４トール未満、（ｃ）約５．５ｘ１０^−５トールから約５ｘ１０^−４トールの間の範囲、（ｄ）約５．５ｘ１０^−５トールから約３ｘ１０^−４トールの間の範囲、および／または（ｅ）約１ｘ１０^−４トールから約５ｘ１０^−４トールの間の範囲のうちの１つ以上である。多種多様の中性ガスを使用して、水素、ヘリウム、窒素、アルゴン、酸素、キセノン、クリプトン、メタン、およびそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない非定常状態圧力増加を生成することが可能である。

【0013】

種々の実施形態では、補助交流電位の振幅または励起振幅は、（ａ）約５００ｍＶ（グランドからピーク）未満、（ｂ）約２５０ｍＶ（グランドからピーク）未満、（ｃ）約１００ｍＶ（グランドからピーク）未満、（ｄ）約５０ｍＶ（グランドからピーク）未満、（ｅ）約５ｍＶ（グランドからピーク）から約５００ｍＶ（グランドからピーク）の間の範囲、および／または（ｆ）約５ｍＶ（グランドからピーク）から約２５０ｍＶ（グランドからピーク）の間の範囲のうちの１つ以上である。種々の実施形態では、補助交流電位は、（ａ）約１０ミリ秒（ｍｓ）を超える、（ｂ）約２０ミリ秒を超える、（ａ）約３０ミリ秒を超える、および／または（ｃ）約５ミリ秒から約２５ミリ秒の間の範囲のうちの１つ以上である励起時間の間に印加される。補助交流電位の印加の持続時間は、中性ガスの供給に実質的に一致するように選択可能である。

【0014】

種々の実施形態では、補助交流電位の振幅は、励起されるイオンの特定の質量範囲および／または質量範囲に対応する事前に設定された範囲にあるように選択可能である。例えば、励起振幅は、約５０Ｄａから約５００Ｄａの間の範囲内にある質量を有するイオンについて、約１０ミリボルト_{（０−ｐｋ）}から約５０ミリボルト_{（０−ｐｋ）}の間の範囲にあることが可能であり、約５００Ｄａから約５０００Ｄａの間の範囲内の質量を有するイオンについて、約５０ミリボルト_{（０−ｐｋ）}から約２５０ミリボルト_{（０−ｐｋ）}の間の範囲にあることが可能である。

【0015】

イオンを放出するステップの前にイオンをフラグメント化するための方法の種々の実施形態において、種々の実施形態では、本方法は、（ｉ）約８ｘ１０^−５トールを超える圧力に、イオン閉じ込め領域における圧力を上昇させるように、イオン閉じ込め領域に中性冷却ガスを注入することと、（ｉｉ）イオン閉じ込め領域内において非定常状態圧力を生成することであって、非定常状態圧力は、第２の上昇圧力持続時間の間に、第２の上昇圧力値を超えて上昇することと、（ｉｉ）保持時間の終了前に、イオントラップ内の圧力を第２の復元圧力値に低下させることとを含む。種々の実施形態では、第２の上昇圧力値は、約１ｘ１０^−４トールを超える。種々の実施形態では、第２の復元圧力値は、約２ｘ１０^−５トールから約５．５ｘ１０^−５トールの間の範囲にある。

【0016】

本教示の前述のおよび他の側面、実施形態、および特徴は、添付の図面と併用して、以下の説明によってさらに十分に理解可能になる。当業者は、本明細書に説明する図面が、例証目的のためだけのものであることを理解されたい。図面において、同一の参照文字は、概して、種々の図面において同一の特徴および構造的要素を指す。図面は、必ずしも縮尺が一定ではなく、代わりに、教示の原理を図示する際に強調されている。図面は、本教示の範囲を限定することを決して意図されない。
例えば、本発明は、以下の項目を提供する。
（項目１）
イオンをフラグメント化するための方法であって、
（ａ）保持時間間隔の間、イオントラップのイオン閉じ込め領域に該イオンを保持することと、
（ｂ）第１の上昇圧力持続時間の間、約５．５ｘ１０^−５トールから約５ｘ１０^−４トールの間の範囲にある第１の可変上昇圧力に、該イオン閉じ込め領域における圧力を上昇させるように、該保持時間の少なくとも一部分の間、中性ガスを該イオントラップ内に供給することによって、該イオン閉じ込め領域内において非定常状態圧力増加を生成することと、
（ｃ）励起時間の間、約５００ｍＶ_{（０−ｐｋ）}未満の振幅を有する補助交流電場をイオンに受けさせることによって、該イオン閉じ込め領域内において、該イオンの少なくとも一部分を励起することであって、該励起時間は、該保持時間未満であることと、
（ｄ）該保持時間の終了前に、該イオントラップ内の圧力を第１の復元圧力値に低下させることと、
（ｅ）該保持時間の終了時に、該イオントラップから該イオンを放出することと
を含む、方法。
（項目２）
前記イオントラップは、ＲＦ４重極、ＲＦ６重極、およびＲＦ多重極のうちの１つ以上を備える線形イオントラップを備える、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記イオントラップは、断面が実質的に円形である半径方向閉じ込め電極を有する４重極線形イオントラップを備える、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記中性ガスを供給することは、１つ以上のパルス弁からの前記中性ガスの注入を含む、項目１に記載の方法。
（項目５）
前記中性ガスは、水素、ヘリウム、窒素、アルゴン、酸素、キセノン、クリプトン、メタン、および組み合わせのうちの１つ以上を含む、項目１に記載の方法。
（項目６）
前記第１の可変上昇圧力は、約５．５ｘ１０^−５トールから約３ｘ１０^−４トールの間の範囲で変動する、項目１に記載の方法。
（項目７）
前記第１の可変上昇圧力は、約１ｘ１０^−４トールから約５ｘ１０^−４トールの間の範囲で変動する、項目１に記載の方法。
（項目８）
前記補助交流電位の前記振幅は、約２５０ｍＶ_{（０−ｐｋ）}未満である、項目１に記載の方法。
（項目９）
前記補助交流電位の前記振幅は、約５０Ｄａから約５００Ｄａの間の範囲の質量を有するイオンについて、約１０ｍＶ_{（０−ｐｋ）}から約５０ｍＶ_{（０−ｐｋ）}の間の範囲にある、項目１に記載の方法。
（項目１０）
ステップ（ｃ）における前記補助交流電位の前記振幅は、約５００Ｄａから約５０００Ｄａの間の範囲の質量を有するイオンについて、約５０ｍＶ_{（０−ｐｋ）}から約２５０ｍＶ_{（０−ｐｋ）}の間の範囲にある、項目１に記載の方法。
（項目１１）
励起時間は、約５ミリ秒から約２５ミリ秒の間の範囲にあり、第１の上昇圧力持続時間は、約５ミリ秒から約２５ミリ秒の間の範囲にある、項目１に記載の方法。
（項目１２）
ステップ（ｃ）における前記イオンのうちの少なくとも一部分を励起することは、ステップ（ｂ）における前記イオン閉じ込め領域における圧力が、約５．５ｘ１０^−５トールを超えて上昇する時間と実質的に同時に開始する、項目１に記載の方法。
（項目１３）
前記励起時間は、約１０ミリ秒を超える、項目１に記載の方法。
（項目１４）
前記励起時間は、約３０ミリ秒を超える、項目１に記載の方法。
（項目１５）
前記第１の復元圧力値は、約２ｘ１０^−５トールから約５．５ｘ１０^−５トールの間の範囲にある、項目１に記載の方法。
（項目１６）
ステップ（ｃ）の後およびステップ（ｅ）の前に、
第２の上昇圧力持続時間の間に、約８ｘ１０^−５トールを超える第２の上昇圧力値に、前記イオン閉じ込め領域における圧力を上昇させるように、該イオン閉じ込め領域内に中性冷却ガスを供給するステップと、
前記イオントラップ内の圧力を第２の復元圧力値に低下させるように、前記中性冷却ガスの一部分を排出するステップであって、該第２の復元圧力値は、約２ｘ１０^−５トールから約５．５ｘ１０^−５トールの間の範囲にある、ステップと
を含む、項目１に記載の方法。

【図面の簡単な説明】

【0017】

図面において、本教示は、４重極線形イオントラップを使用して図示されるが、しかしながら、本教示が限定されず、６重極線形イオントラップおよび多重極線形イオントラップを含むがこれらに限定されない他の種類のイオントラップに適用可能であることを理解されたい。

【図1】図１は、線形イオントラップ（ＬＩＴ）を有するイオン分析装置の略ブロック図である

【図2A】図２Ａは、４重極線形イオントラップと、中性衝突分子のガスをトラップ内に注入する装置とを概略的に示す立面側面図である。

【図2B】図２Ｂは、図２Ａに概略的に示す４重極トラップの立面端面図である。種々の実施形態を示すために、３つのガス注入ノズルが図面に追加されている。

【図3】図３は、中性衝突ガスの注入中および注入後の、イオン閉じ込め領域内の非定常状態圧力状態を表す例証的グラフである。

【図4】図４は、圧力の関数としての、質量選択軸方向放出（ＭＳＡＥ）効率に関する実験的に測定されたグラフである。

【図5】図５は、（ａ）衝突分子のガスの注入を行なわない場合、（ｂ）ガス注入を行なう場合の、カフェインイオン（ｍ／ｚ＝１９５．２）のフラグメンテーションから得られる質量スペクトルを比較する。

【図6】図６は、衝突分子のガスの注入を行なう場合（白丸）、ガス注入を行なわない場合（黒丸）の、励起時間の関数としての、リドカインイオン（ｍ／ｚ＝２３５）のフラグメンテーション効率の２つのグラフを示す。

【図7】図７は、２つの異なる時間、２５ミリ秒および１００ミリ秒の間に励起される異なるｍ／ｚ比率のイオンについてのフラグメンテーション効率における利得を比較する。フラグメンテーション効率における最大利得は、短い励起時間および小さいｍ／ｚ比率について観測される。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本教示の種々の実施形態についてさらに説明する前に、本明細書および本技術分野において使用する種々の用語の使用について説明することが、その理解に有用になり得る。

【0019】

イオンフラグメンテーション処理に関連する性能指数の１つとして、「フラグメンテーション効率」が挙げられ、これは、フラグメントに変換される親分子の量の測定値である。１００％のフラグメンテーション効率は、全ての親分子が、１つ以上の構成要素に分裂したことを意味する。追加の性能指数には、フラグメントを産生可能である速度と、後続のイオン処理にフラグメントが利用可能になる速度とが含まれる。

【0020】

多種多様のイオントラップが知られており、そのイオントラップのうちの１つの種類として、イオンの半径方向閉じ込めのためのＲＦ多重極と、しばしばイオンの軸方向閉じ込めのための端部電極とを備える線形イオントラップが挙げられる。ＲＦ多重極は、一般的にロッドと呼ばれる偶数の細長い電極を備え、線形イオントラップにおいてしばしば見られる端部電極と区別するために、本明細書において半径方向閉じ込め電極とも呼ばれる。４つのロッドを備えるＲＦ多重極は、４重極と呼ばれ、６つの場合は６重極、８つの場合は８重極等と呼ばれる。これらの電極（但し、一般的にロッドと呼ばれる）の断面は、必ずしも円形ではなく、むしろ、双曲線状の断面の電極（対向面が双曲線形状を有する電極）を当技術分野において考慮して、より良好な性能を提供する。例えば、Ｊｏｈｎ Ｒａｙｍｏｎｄ ＧｉｂｓｏｎおよびＳｔｅｐｈｅｎ Ｔａｙｌｏｒによる「Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ｍａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｏｒ ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ ａｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ 」， Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ， Ｖｏｌ． １４， Ｉｓｓｕｅ １８， Ｐａｇｅｓ １６６９ − １６７３ （２０００）を参照されたい。種々の実施形態では、ＲＦ多重極を使用して、多重極のロッドにＤＣ電位およびＡＣ電位を印加することによって、イオンをトラップ、フィルタリング、および／または誘導することが可能である。電位のＡＣ成分は、しばしばＲＦ成分と呼ばれ、振幅および発振周波数により説明可能である。１つを超えるＲＦ成分をＲＦ多重極に印加することが可能である。イオントラップに関する種々の実施形態では、トラップＲＦ成分を印加して多重極内にイオンを半径方向に閉じ込め、イオン励起時間間隔の間に多重極の２つ以上の対向ロッドに印加される補助ＲＦ成分を使用して、並進エネルギーをイオンに与えることが可能である。

【0021】

本明細書において使用する際、表記（０−ｐｋ）は、接地電位から測定される交流電位（ＲＦ電位）のピーク振幅を表し、イオントラップの極に印加される。例えば、図２Ｂに示すような４重極イオントラップでは、ロッド２１０のうちの２つ、つまり右上および左下のロッドは、一方の極を形成し、他の２つのロッドは、第２の極を形成する。本例では、２つの極において印加される正５ボルトと負５ボルトとの間で交流する正弦波型交流電位は、５ボルト_{（０−ｐｋ）}と表わされる。

【0022】

本教示をさらに理解し易くするために、本方法の種々の側面および実施形態について、図１および図２Ａ〜図２Ｂに関連して説明する。図１のブロック図は、イオントラップ１２０を備えるイオン分析装置を概略的に示し、イオントラップ１２０は、イオン源１１０とイオン後処理要素１３０との間に配置される。種々の実施形態では、イオン源１１０は、例えば、イオン化源（例えば、エレクトロスプレイの出口）、質量分析計の出口等であることが可能であり、後処理要素１３０は、例えば、質量分析計、タンデム量分析計、またはイオン検出装置であることが可能である。種々の実施形態では、イオントラップは、例えば、４重極ＬＩＴ等の、線形イオントラップ（ＬＩＴ）を備える。例えば、イオントラップ１２０は、例えば連続して配置されるいくつかの類似のイオントラップを備えることが可能である。イオントラップ１２０は、４重極線形イオントラップ、６重極線形イオントラップ、および多重極線形イオントラップが含まれるがこれらに限定されないいくつかの種類のイオントラップのうちの１つであることが可能である。種々の実施形態では、イオントラップ１２０は、イオン通路２０５に実質的に平行に配向されるイオン閉じ込め電極を有する４重極線形イオントラップである。種々の実施形態では、４重極線形イオントラップのロッド（半径方向閉じ込め電極）は、実質的に円形の断面を有する。

【0023】

典型的には、イオントラップを有するイオン分析装置では、イオン源１１０から生じるイオン（典型的には、ガス形態）は、実質的にイオン通路１０５に沿ってイオントラップ１２０内に輸送される。イオン輸送の通路は、しばしばイオン軸と呼ばれ、必ずしも直線状である必要はなく、すなわち、通路は、１回以上屈曲してもよい。イオントラップを通るイオン軸は、典型的には、トラップ内において軸方向であると考えられ、トラップ内においてイオン通路に垂直な方向は、半径方向と考えられる。イオントラップを使用して、イオンを空間的に拘束すること、およびイオンをある時間の間トラップ内に保持することが可能である。この保持時間中、例えば、電気的励起、フラグメンテーション、選択、化学反応、冷却、分光測定等の１つ以上のイオン関連動作を実行することが可能である。保持時間の後、イオンは、イオントラップから、例えば、検出器、質量分析計等のイオン後処理要素１３０内に放出される。例えば、ＬＩＴからのイオンの放出は、例えば、イオントラップの軸１０５に沿ってイオン集団全体の放出を介して、質量選択軸方向放出（ＭＳＡＥ）を介して、トラップからの半径方向放出を介して等して発生することが可能である。

【0024】

動作中、イオン源からイオントラップへのイオンの輸送と、イオントラップから後処理要素へのイオンの輸送とは、典型的には、例えば、イオン損失、他のガスとのイオンの反応、過剰な検出器雑音等を回避するために、約１０^−３トール未満の減少圧力下で発生する。この圧力は、しばしば、トラップにおいて処理動作が発生していない場合、例えば、衝突または冷却ガスがイオントラップに添加されていない場合の、イオントラップチャンバ１２０に存在する基準圧力または環境圧力と呼ばれる。種々の実施形態では、トラップからのイオンの放出時に、圧力は、約２ｘ１０^−５トールから約５．５ｘ１０^−５トールの間である。種々の実施形態では、圧力は、約２ｘ１０^−５トールから約７．５ｘ１０^−５トールの間である。種々の実施形態では、圧力は、約２ｘ１０^−５トールから約１０^−４トールの間である。

【0025】

図２Ａ〜図２Ｂを参照すると、多重ＬＩＴの種々の実施形態が概略的に示される。種々の実施形態では、多重極ＬＩＴは、イオン通路１０５に実質的に平行にあるように構成される４つのロッド状電極２１０、半径方向閉じ込め電極と、イオンの軸方向閉じ込めを促進するエンドキャップ電極２１２とを備える。ＤＣ成分およびＡＣ成分を含む電位は、ロッド２１０およびエンドキャップ電極に印加可能であり、イオンをトラップ内のイオン閉じ込め領域２０５に閉じ込める電場を生成する。

【0026】

イオン閉じ込め領域２０５内に保持されるイオンは、領域２０５の反対側に位置するロッド２１０の少なくとも２つに補助交流電位を印加することによって励起可能である。補助電位は、閉じ込め領域内に交流電場を生成し、これによりトラップ内におけるイオンの振動運動を加速する。イオンは、補助電位が印加される限り、運動エネルギーを得ることが可能である。得られた運動エネルギーは、イオンが、別の分子または原子との衝突を受ける場合に、内部イオンエネルギー（例えば、振動、回転、電子励起）に変換可能である。イオンの内部エネルギーは、複数の連続的な衝突により増加することが可能である。十分な内部エネルギーが利用可能である場合、フラグメンテーションがもたらされることが可能である。ロッドまたはエンドキャップ電極との衝突により、イオンの表面支援フラグメンテーションが、もたらされることが可能であるか、またはイオンの中和および損失がもたらされる可能性が高い。

【0027】

種々の実施形態では、本方法は、イオンをイオントラップ内に閉じ込め、中性ガスをイオントラップ１０５内に供給して、第１の上昇圧力持続時間の間、トラップの少なくとも一部分内において、約５．５ｘ１０^−５トールを超え、かつ約５ｘ１０^−４トール未満である非定常状態圧力を生成する。例えば、図３を参照すると、種々の実施形態では、圧力は、基準動作圧力Ｐ_０からピーク値Ｐ_Ｐｋに上昇する。種々の実施形態では、ピーク値は、ガス注入の終了に実質的に一致する時に到達可能であるか、またはガス供給の終了後に発生可能であり、ガス供給装置の構成と真空チャンバ幾何学的形状とに依存する。種々の実施形態では、圧力は、図３の線３２２、３２４により境界付けられる領域として概略的に示す第１の上昇圧力持続時間の間、上昇圧力値Ｐ_２を超えて、かつピーク値（例えば、種々の実施形態において、５ｘ１０^−４トール）未満で上昇したままの第１の可変上昇圧力まで上昇され、最終的に、圧力は、基準動作圧力Ｐ_０に復元する。種々の実施形態では、イオンフラグメンテーション中に到達するピーク圧力Ｐ_ｐｋは、約５ｘ１０^−４トール未満であり、上昇圧力持続時間は、約２５ミリ秒未満であり、圧力値Ｐ_２は、約５．５ｘ１０^−５トールを超え、基準動作圧力Ｐ_０は、約３．５ｘ１０^−５トールであることが可能であり、種々の実施形態では、実質的に定常状態である。種々の実施形態では、本方法は、約５ｘ１０^−４トール未満、および／もしくは約３ｘ１０^−４トール未満の中性衝突ガス圧力Ｐ_Ｐｋを使用し、ならびに／または種々の実施形態では、本方法は、約１ｘ１０^−４トールを超えるおよび／または約２ｘ１０^−４トールを超える上昇圧力値Ｐ_２を使用する。

【0028】

運動エネルギーをイオンに与え、かつ中性ガスとの衝突によりイオンをフラグメント化するために、補助交流電場をイオントラップに印加する。種々の実施形態では、約５００ｍＶ_{（０−ｐｋ）}未満の励起振幅を有する補助交流電場が使用される。種々の実施形態では、補助交流電場の振幅は、約２５０ｍＶ_{（０−ｐｋ）}未満、約１００ｍＶ_{（０−ｐｋ）}未満、約５０ｍＶ_{（０−ｐｋ）}未満、約５ｍＶ_{（０−ｐｋ）}から約５００ｍＶ_{（０−ｐｋ）}の間の範囲、および／または約５ｍＶ_{（０−ｐｋ）}から約２５０ｍＶ_{（０−ｐｋ）}の間の範囲である。種々の実施形態では、補助交流電場の印加は、イオントラップにおける圧力が、第１の上昇圧力（例えば、図３における線３２２）に到達する時と実質的に同時に印加される。種々の実施形態では、補助交流電場は、ガス注入のためにパルス弁を開放する時と実質的に同時に印加され、補助電場は、弁の閉鎖時と実質的に同時に終了する。種々の実施形態では、補助交流電場の印加の持続時間、つまり励起時間は、上昇圧力値Ｐ_２を超える圧力上昇の持続時間を超えて延長する。

【0029】

種々の実施形態では、励起時間は、約１０ミリ秒を超え、約２０ミリ秒を越え、約３０ミリ秒を越え、および／または約５ミリ秒から約２５ミリ秒の範囲にある。種々の実施形態では、第１の上昇圧力持続時間は、約５ミリ秒から約２５ミリ秒の間の範囲である。種々の実施形態では、第１の上昇圧力持続時間は、圧力が上昇圧力値Ｐ_２以上である時間に実質的に相当する。

【0030】

ＬＩＴを用いる方法の種々の実施形態では、本方法は、断面が実質的に円形である半径方向閉じ込め電極（ロッド）２１０を有するＬＩＴに適用するために提供される。断面が実質的に円形であるトラップ電極を有するＬＩＴにおけるイオンの挙動の例について、Ｂ． Ａ． Ｃｏｌｌｉｎｇｓら， Ｊ． Ａｍ． Ｓｏｃ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃ， Ｖｏｌ． １４， Ｎｏ． ６ （２００３） ｐｐ． ６２２−６３４および米国特許第７，０４９，５８０号に記載されており、これらの両方は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。断面が円形であるロッドは、双曲線状電極により産生される純４重極トラップ電位に追加された成分を有するイオントラップ電位を産生する。追加の電位成分は、印加された補助電位に対するイオン運動の位相のずれ、例えば、振動運動の減速および加速、ならびに非半径方向への運動の交差カップリングを引き起こし得る。種々の実施形態では、これらの効果は、イオンの前後運動の振幅を拘束し、トラップのロッドとの衝突防止を支援する。これは、双曲線状電極を使用する従来のイオントラップに関する状況とは異なる。これらの器具では、トラップ電位は、実質的に純粋に４重極であり、イオンの振動運動の振幅は、イオンが電極において終了するまで線形に増加する。

【0031】

種々の実施形態では、断面が実質的に円形であるロッドを有する多重極線形イオントラップとともに使用するための方法であって、（ａ）保持時間の間、線形イオントラップのイオン閉じ込め領域にイオンを保持することと、（ｂ）第１の上昇圧力持続時間の間、約５．５ｘ１０^−５トールから約５ｘ１０^−４トールの間の範囲であるが、約１ｘ１０^−４トールを超える第１の可変上昇圧力に、イオン閉じ込め領域における圧力を上昇させるように、保持時間の少なくとも一部分の間、中性ガスをイオントラップ内に供給することによって、イオン閉じ込め領域内において非定常状態圧力増加を生成することと、（ｃ）励起時間の間、約５００ｍＶ_{（０−ｐｋ）}未満の振幅を有する補助交流電場をイオンに受けさせることによって、イオン閉じ込め領域内において、イオンの少なくとも一部分を励起することと、（ｄ）保持時間の終了前に、線形イオントラップ内の圧力を第１の復元圧力値に低下させることと、（ｅ）保持時間の終了時に、線形イオントラップからイオンを放出することとを含む方法が提供される。種々の実施形態では、本方法を使用して、断面が実質的に円形であるロッドを有する線形イオントラップにおいてイオンを励起することが可能である。

【0032】

イオンをフラグメント化するための方法の種々の実施形態では、イオントラップに保持されるイオンについて、約８０％を超える、約９０％を超える、および約９５％を超えるフラグメンテーション効率を提供することが可能である。

【0033】

種々の実施形態では、本教示の方法は、低質量フラグメントイオンを産生するのに必要な時間を短縮することが可能であるため、トラップに関連する典型的な低質量カットオフ（ＬＭＣＯ）未満のフラグメントの検出が可能になる。イオントラップに関する低質量カットオフは、典型的には、それ未満においてイオンがトラップにおいて不安定な軌道を有し、トラップから放出される質量として定義される。イオンをフラグメント化する時間の短縮により、イオンの保持時間が短縮可能になるため、その不安定な軌道が低質量イオンをトラップから除去する前に、後続の処理（例えば、質量分析）のために低質量イオンを放出することが可能になる。４重極ＬＩＴの典型的な低質量カットオフ（ＬＭＣＯ）は、本教示の実行を含まずに、

【0034】

【数1】

により求めることが可能であり、式中、ｍは、親イオンの質量であり、ｑは、後述のイオンおよびトラップ値に関連するマシュー安定性パラメータである。

【0035】

４重極を備える線形イオントラップでは、マシュー安定性ｑパラメータは、

【0036】

【数2】

によって表わされ、式中、ｅは、質量ｍのイオンの電荷を表わし、Ｖ_ＲＦは、トラップＲＦ電位の接地振幅への極を表わし、Ωは、ＲＦの角駆動周波数であり、ｒ_０は、電極の分離としてしばしば解釈される電場半径を表わす。

【0037】

本教示の方法の種々の実施形態は、中性ガスをイオントラップ内に供給することによって、イオントラップのイオン閉じ込め領域内において非定常状態圧力増加を生成する。多種多様の手段を使用して、中性衝突ガスをイオントラップのイオン閉じ込め領域に供給して、この非定常状態圧力増加を産生することが可能である。例えば、中性ガスは、トラップのイオン閉じ込め領域の近くに位置するパルス弁によりトラップ内に供給されることが可能である。再び図２Ａ〜図２Ｂを参照すると、種々の実施形態では、ガス注入ノズル２２２を有するパルス弁２３０を使用して、例えば、管２２０により弁に連結されるガス供給部２４０からガスを供給する。ノズル２２２は、間に管２２０を含まずに弁２３０内に組み込み可能である。

【0038】

種々の実施形態では、パルス弁は、Ｌｅｅ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｗｅｓｔｂｒｏｏｋ， Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ， Ｕ．Ｓ．により供給される種類であって、約０．２５ミリ秒の応答時間、約０．３５ミリ秒の最小パルス持続時間、および約２５０ｘ１０^６サイクルの稼動寿命を有する種類であることが可能である。図２Ａを参照すると、種々の実施形態では、ノズルは、ロッド２１０から距離ｄ_１２６２を置いて位置し、かつイオン閉じ込め領域２０５の中心から距離ｄ_２３６４を置いて位置することが可能である。種々の実施形態では、ｄ_１は約１０ｍｍであり、ｄ_２は約２１ｍｍである。種々の実施形態では、パルス弁は、パルス弁の帯電を防止するために、実質的に導電性の材料、および／または実質的に伝導性の材料で塗膜される材料のうちの１つ以上から構成される。種々の実施形態では、パルス弁は、イオン閉じ込め領域の中心からロッド直径の２．２５倍よりも近くに位置しない。種々の実施形態では、パルス弁は、隣接ロッドの分離よりも少なくとも３倍大きい距離を電極配列から置いて位置する。

【0039】

パルス弁２３０は、制御電子機器により遠隔動作して、ガスのイオントラップ内への噴出を導入することが可能である。注入された中性ガスは、衝突標的物をイオンに提供する。ガス注入のタイミングは、補助交流電位の印加に実質的に一致するように選択可能である。

【0040】

種々の実施形態では、ガスをノズル２２２から放出する際、ノズル２２２は、円錐状のプルームのガスを生成することが可能である。種々の実施形態では、ガス注入のために追加される装置は、プルーム２２４がイオン閉じ込め領域２０５に実質的に作用し、注入された分子とトラップされたイオンとの効率的な混合を促進するように、位置することが可能である。種々の実施形態では、ノズル自体は、所定のプルーム形状を供給するように設計されることが可能である。

【0041】

本教示の方法の種々の実施形態は、イオン保持時間の終了時に、トラップからイオンを放出する。種々の実施形態では、例えば、さらなるイオン光学系および／または処理要素へのイオンの移動を促進するために、放出前にトラップ中の圧力を第１の復元圧力値に低下させる。種々の実施形態では、例えば、装置に存在し得るイオン検出器により課される可能な動作圧力の小さい圧力に、および／または例えば、質量選択軸方向放出（ＭＳＡＥ）によってトラップからのイオンの効率的な放出のために選択される値に、第１の復元圧力値を選択することが可能である。概して、イオン検出器は、感圧器具であり、検出器の損傷を回避するために安全動作圧力未満で動作しなければならない。この安全動作圧力は、第１の復元圧力値として選択可能である。

【0042】

再び図３を参照すると、第１の復元圧力値を、基準動作圧力、Ｐ_０に実質的に同等であるように選択することが可能であり、基準動作圧力、Ｐ_０は、種々の実施形態では、イオントラップと組み合わせて使用する任意のイオン検出器の安全動作圧力、Ｐ_１よりも低くなることが可能である。例えば、基準動作圧力は、５ｘ１０^−５トールであってもよく、安全動作圧力は、９ｘ１０^−５トールであってもよい。種々の実施形態では、イオン検出器は、衝突ガスの供給中に停止し、圧力が安全動作レベル、つまり、図面の時間線３２６により示されるＰ_１未満に降下する時に再び作動する。

【0043】

放出処理、例えば、質量選択軸方向放出ＭＳＡＥは、それ自体、圧力依存性を有することが可能である。ＭＳＡＥ圧力依存性の例を、図４の実験的に決定されたグラフにおいて示すことが可能である。本グラフは、概して、ＭＳＡＥ効率が、試験を受ける実験構成のための約３．５ｘ１０^−５トール未満の圧力について減少することを示す。種々の実施形態では、約５ｘ１０^−５トールを超える圧力で発生する過剰な検出器雑音は、ＭＳＡＥ測定に悪影響を及ぼす可能性がある。

【0044】

種々の実施形態では、ＭＳＡＥは、約２ｘ１０^−５トールから約５．５ｘ１０^−５トールの間の圧力の範囲で実行される。種々の実施形態では、ＭＳＡＥは、約２ｘ１０^−５トールから約７．５ｘ１０^−５トールの間の圧力の範囲で実行される。種々の実施形態では、ＭＳＡＥは約２ｘ１０^−５トールから約１ｘ１０^−４トールの間の圧力の範囲で実行される。

【0045】

種々の実施形態では、中性衝突ガス供給により到達するピーク圧力Ｐ_ｐｋは、イオントラップの基準動作圧力、Ｐ_０≦５ｘ１０^−５トールの約１０倍以内である。種々の実施形態では、ピーク圧力の減少により、同一の体積および同一の真空ポンプ速度を有するイオンチャンバについて、圧力回復時間、例えば、チャンバが圧力Ｐ_１に復元する時間であって、図３における線３２４と線３２６との間の時間を短縮することが可能であるため、種々の実施形態では、ピーク圧力上昇の低下の条件下でフラグメント化されたイオンは、より急速に後続のイオン処理に利用可能になることが可能である。

【0046】

（数値シミュレーション）
理論に縛られることなく、本教示の理解をさらに伝達および促進するために数値シミュレーションを提示する。例えば、双極子励起を介するイオンのフラグメンテーション率が、複雑に相互に関連する多数の変数に依存することが可能であることを理解されたい。例えば、励起振幅、励起の持続時間、衝突相手の質量、運動エネルギーから内部エネルギーへのイオンの変換効率、背景ガスとの減衰衝突によるイオンの内部エネルギー冷却率および／または放射冷却率、イオン内における内部エネルギーの再分布、衝突ガスの密度、ならびにフラグメント化する化学結合の種類等の全てが、要因であることが可能である。本明細書において、多種多様のイオン質量、ガス注入持続時間、励起振幅、励起時間、および圧力について実行した研究からの結果が提示される。

【0047】

イオンの内部自由度（振動および回転）への付与に利用可能なエネルギー量に対する上限は、イオンと衝突相手との間の質量中心衝突エネルギーを計算することによって推定可能である。質量中心衝突エネルギーＥ_ｃｍは、数式、

【0048】

【数3】

により決定可能である。式中、ｍ_１は、イオンの質量であり、ｍ_２は、中性衝突相手の質量であり、Ｅ_ｌａｂは、基準実験室枠におけるイオンの運動エネルギーである。双極子励起の処理中、例えば、イオントラップの電極への補助交流電位の印加中、エネルギーは、運動エネルギーの形態でイオンに供給されるが、イオンは、存在し得る衝突ガスにおける中性分子との衝突により運動エネルギーを損失して、イオンは、運動エネルギー、Ｅ’_ｌａｂになる可能性があり、この場合、ダッシュ記号は、導関数を示すのではなく、変数Ｅ_ｌａｂにより提供される値とは電位的に異なるエネルギー値を示すだけである。運動エネルギー損失量は、２つの値Ｅ_ｌａｂ、Ｅ’_ｌａｂの差異であり、以下の数式を使用して決定可能である。

【0049】

【数4】

数式（３）および数式（４）を使用して、Ｅ_ｃｍのＥ_ｌｏｓｓとの関係は、

【0050】

【数5】

として記述可能であり、これは、ｍ_１＞＞ｍ_２の場合に約０．５Ｅ_ｌｏｓｓとなる。励起中、イオンは、イオンの軌道における位置に依存して、高いおよび低い運動エネルギーの両方を有することが可能である。熱エネルギー級の衝突エネルギーとの衝突、例えば、軌道の種々の低運動エネルギー領域は、イオンの内部エネルギーの増加または減少をもたらすことが可能である。内部励起に利用可能なエネルギーの量は、質量中心衝突エネルギーに比例する。

【0051】

励起処理中のイオンへのエネルギー入力率、Ｅ_ｃｍ／衝突／単位時間は、イオンのフラグメンテーション率に影響を及ぼす。熱化率よりも速くイオンへのエネルギー入力率が増加する場合、およびイオンが電極と衝突しないか、そうでなければトラップから損失されない場合、イオンのフラグメンテーション率は、増加することが可能である。電極との衝突は、例えば、イオンの大部分を中和し、その損失をもたらす。

【0052】

これらの処理および本教示についてより理解するために、イオン軌道シミュレータを使用して、イオンへのエネルギー入力率を調査した。シミュレータは、個々の衝突毎の質量中心衝突エネルギー、イオンと中性衝突ガスとの両方の熱運動速度の効果、ＲＦ閉じ込め場（トラップ交流電位）の効果、および４重極電極の円形断面形状による高次場の効果を考慮する。

【0053】

エネルギー入力率、Ｅ_ｃｍ／衝突／単位時間は、運動エネルギーからイオンの内部エネルギーに変換可能であるエネルギーの量に対して上限を提供する。この率が、トラップにおける圧力および励起振幅Ｖ_ｅｘｃに依存可能であることが分かっている。励起振幅、Ｖ_ｅｘｃは、本明細書において、４重極電極のうちの２つに印加される補助交流電位のゼロからピークの振幅として解釈される。イオンに関するエネルギー利得の持続時間は、励起振幅に依存することが可能であり、例えば、Ｖ_ｅｘｃが高過ぎる場合、イオンは、高横断振幅に到達することが可能であり、例えば、電極と衝突することが可能であり、エネルギー利得持続時間は短縮される。

【0054】

表１は、断面が実質的に円形であるロッドを有する線形ストラップ内において、Ａ、Ｂ、およびＣと示される３つの異なる条件下におけるイオンフラグメンテーションのシミュレーションからの結果を示す。第３の列に記載される励起振幅、Ｖ_ｅｘｃは、シミュレーションにおいて４重極ロッドのうちの２つに印加される補助交流電位のゼロからピークの振幅を表す。結果として生じるイオン軌道の平均持続時間は、第４の列に記載され、ロッドとの衝突前にトラップ内においてイオンが振動を受ける時間量を平均で表す。得られたエネルギー入力率、Ｅ_ｃｍ／衝突／単位時間、単位時間毎の衝突、衝突／単位時間、および得られる質量中心衝突総エネルギー、Ｅ_ｃｍは、隣接する列に記載される。シミュレーションについて、衝突相手には、中性窒素分子が選ばれ、イオンには、レセルピン（ｍ／ｚ＝６０９）が選択された。

【0055】

事例ＡおよびＢでは、イオン閉じ込め領域内の圧力は、３．５ｘ１０^−５トールであり、可能な最大励起時間は、１００ミリ秒であり、補助電位の振幅、Ｖ_ｅｘｃは、それぞれ７．５ｍＶ_{（０−ｐｋ）}および３０ｍＶ_{（０−ｐｋ）}であった。事例Ｃでは、圧力は、３．５ｘ１０^−４トールまで上昇し、Ｖ_ｅｘｃは、３０ｍＶ_{（０−ｐｋ）}であり、励起時間は、２５ミリ秒であった。表の結果は、１０個のイオン軌道の平均から得られ、その軌道の各々は、個々の組の初期開始条件を有する。シミュレーションについて、イオンは、トラップの軸の１．０ｍｍの半径内でランダムに分布された。次いで、イオンは、５ミリトールの圧力で５ミリ秒の時間の間、冷却された。窒素が、中性衝突ガスとして使用され、２８０Åの衝突断面積が使用された。最終的な空間座標および運動エネルギーが、シミュレーションの次の段階のための入力として使用された。シミュレーションの次の段階では、衝突頻度、散乱角、および初期ＲＦ相がランダムに選択された。

【0056】

【表1】

事例Ａに対応するシミュレーションでは、イオンは、電極との衝突に十分大きい横断運動を得る前に、平均で約９３ミリ秒の間加速された。励起振幅を３０ｍＶ_{（０−ｐｋ）}に増加させること（事例Ｂ）は、イオンへのエネルギー入力率、Ｅ_ｃｍ／衝突／単位時間を増加させるように確認されなかった。代わりに、イオン軌道は、１．８ミリ秒後に終了するようにシミュレーションにおいて確認され、衝突に利用可能なＥ_ｃｍの総量は、大幅に減少した。事例Ｂでは、シミュレーションにおけるイオンの大部分は、トラップ内でフラグメント化するのに十分なエネルギーを受ける前にロッドと衝突した。

【0057】

シミュレーション（事例Ｃ）において、イオン励起中およびＶ_ｅｘｃ＝３０ｍＶ_{（０−ｐｋ）}における励起中に、圧力が３．５ｘ１０^−４トールに上昇することによって、イオン軌道のいずれもが２５ミリ秒の時間上限の前に４重極ロッドで終了しないことが確認された。Ｅ_ｃｍ／衝突／単位時間の量は、事例ＡおよびＢよりも約８倍増加したことが確認された。衝突に利用可能な合計Ｅ_ｃｍは、シミュレーションにおける最大励起時間が、事例ＡおよびＢの１００ミリ秒から事例Ｃの２５ミリ秒に減少したにもかかわらず、事例Ａよりも２倍を上回って増加し、事例Ｂよりも１２５倍を上回って増加したことが示された。イオン軌道の平均持続時間は、事例Ｂから事例Ｃにおいて増加し、これは、中性ガス分子との衝突の増加によるものと考えられる。ゆえに、理論に縛られることなく、低圧力ＬＩＴにおけるフラグメンテーション中の圧力の増加が、イオンへのエネルギー入力率における増加と、トラップからの損失によるイオンの大幅な損失、例えば、電極との衝突をもたらさない高めの励起振幅の使用とを提供することが可能であると考えられる。理論に縛られることなく、衝突ガスが、イオン軌道の横断運動を弱める緩衝剤としての役割を果たすことが考えられる。

【実施例】

【0058】

（実施例）
４重極線形イオントラップにおいてイオンフラグメンテーション実験を実行した。これらの実験の詳細および結果は、例として提示される。これらの実施例は、本教示の種々の実施形態を示すが、本教示の範囲を限定するように解釈されない。

【0059】

イオンフラグメンテーション実験は、改良型Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ ４０００ Ｑ Ｔｒａｐ（登録商標）４重極線形イオントラップにおいて実行された。イオントラップのイオン閉じ込めロッドの断面は、実質的に円形であった。パルス弁を使用して、衝突ガス（窒素）を供給し、配置は、図２Ａに示す配置と類似した。パルス弁は、Ｌｅｅ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｗｅｓｔｂｒｏｏｋ， Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ， Ｕ．Ｓ．からの弁であり、０．２５ミリ秒の応答時間、２億５０００万サイクルとして指定される動作寿命、および０．３５ミリ秒の最小パルス持続時間を有する弁であった。ある時間の間、パルス弁を開放することにより、イオンの双極子励起中に、線形イオントラップの少なくとも一部分における圧力の増加が可能になる。実験は、５ミリ秒から１００ミリ秒の範囲のガス注入パルス持続時間を使用して実行されたが、典型的な持続時間は２５ミリ秒である。これらの実験では、真空と圧力との連動は、検出器を保護するために、９．５ｘ１０^−５トールの真空計の数値に設定された。真空計は、ＬＩＴを収容する真空チャンバに取り付けられ、ゆえに、計器で測定された圧力は、ガス注入後のＬＩＴのイオントラップ領域における圧力値よりも低かった。圧力の差異は、ガス注入源、例えば、パルス弁からの距離と、注入されたガスの分散に起因した。パルス弁は、窒素の１５０トールの背圧を有し、弁は、０．０７６ｍｍの直径の出口開口を有した。ＬＩＴチャンバにおける基準圧力は、パルス弁が閉じた状態で、３．７ｘ１０^−５トールであった。パルス弁は、ＲＦトラップ場を干渉せずに、可能な限り線形イオントラップに近くに配置した。実験では、弁のオリフィスは、４重極ロッド組立体の中心から約２１ｍｍ置いて位置し、例えば、図２Ａにおける距離２６４は、約２１ｍｍであった。種々の実施形態では、弁またはその出力オフィリスのイオン閉じ込め領域に対する近位位置は、イオン閉じ込め領域内の所望の圧力上昇に必要な注入ガスの総量を減少させることが可能である。

【0060】

質量範囲が１２９ｍ／ｚから５１４．７ｍ／ｚに及ぶ表２に列挙する５つの化合物についてフラグメンテーション実験を実行した。解離後、質量分析計においてイオンフラグメントを分析した。実質的に表２に示す質量範囲におけるフラグメンテーション質量スペクトルを統合することによって、化合物毎にフラグメンテーション効率を計算した。試料（例えば、以下の表２の化合物の１００ｐｇ／μｌ）を１０μｌ／ｍｉｎで注入した。５ミリ秒から２００ミリ秒の励起時間を使用してデータを収集し、マシューｑ＝０．２３６で励起を実行した。

【0061】

【表2】

【0062】

（実施例１：カフェイン）
カフェインイオン、ｍ／ｚ＝１９５のフラグメンテーションの中性衝突の中性衝突ガスの注入しない場合と、注入する場合との比較について図５に示す。上部のスペクトル（ａ）は、フラグメンテーション中に衝突ガスが注入されない条件に対応し、３．７ｘ１０^−５トールの基準圧力において親イオンを１２．５ｍＶ_{（０−ｐｋ）}振幅で励起する場合に、２．１％のフラグメンテーション効率を生じる。下部のスペクトルは、衝突ガスの注入に使用されるパルス弁により同一のイオンを２１．５ｍＶ_{（０−ｐｋ）}の振幅で励起する場合の１３．１％のフラグメンテーション効率を示す。各試行について、励起時間は、２５ミリ秒であった。本実験では、衝突ガスの注入が、６倍を超えてフラグメンテーション効率を増加させた。

【0063】

（実施例２：リドカイン）
衝突ガスを注入しない場合、短い励起時間の間に、より少ないフラグメンテーションが観測された。図６を参照すると、衝突ガス注入を行なう場合（白丸）および注入を行なわない場合（黒丸）のリドカインイオン、ｍ／ｚ＝２３５のフラグメンテーション効率が示される。１０ミリ秒の励起時間では、フラグメンテーション効率は、注入を行なわない場合、約１０％であり、注入を行なった場合約７５％であり、フラグメンテーション効率における利得は、約７．５であった。２５ミリ秒の励起時間では、効率の利得は、約２．９に降下し、１００ミリ秒では、利得は、またさらに約１．３まで降下する。データによると、本イオンについてガス注入を行なう場合のフラグメンテーション効率が、約２５ミリ秒を超える励起時間では大幅に改善されることはないが、一方、同一のイオンについてガス注入を行なわないフラグメンテーション効率は、最大１５０ミリ秒の励起時間までは、徐々に改善されることが示される。しかしながら、本教示を使用する衝突ガスを含まない場合の１５０ミリ秒において見られる同一の効率が、本教示を使用する衝突ガスを含む場合の約２５ミリ秒において得られることが可能である。

【0064】

（実施例３：励起時間）
２つの異なる励起時間について種々のｍ／ｚ比率に関するガス注入を行なわない条件に比較して、衝突ガス注入の条件下でイオンフラグメンテーション効率における利得のグラフを図７に示す。フラグメント化されたイオンは、表２に列挙されるイオンであった。２つのデータ組は、２５ミリ秒（黒丸）と１００ミリ秒（白丸）との励起時間に対応して示される。測定毎に、励起振幅は、親イオンのフラグメンテーションを最大化するように選択された。図７のデータでは、短い励起時間および低イオン質量について、フラグメンテーション効率における観測利得が最大であることが示される。

【0065】

特許、特許出願、論説、書籍、論文、およびウェブページを含むがこれらに限定されない本出願に引用する全ての文献および類似の資料は、このような文献および類似の資料の形式にかかわらず、参照によりその全体が明示的に組み込まれる。定義された用語、用語の用法、説明する技法、またはその同等物を含むがこれらに限定されない組み込まれた文献および類似の資料のうちの１つ以上が本出願とは異なるか、または本出願に矛盾する場合、本出願が支配する。

【0066】

本明細書に使用する項の表題は、構成目的のためだけのものであり、説明する主題を限定するものとして決して解釈されない。

【0067】

種々の実施形態および実施例に関連して本教示について説明したが、本教示をこのような実施形態および実施例に限定することを意図しない。逆に、本教示は、当業者が理解する種々の代替、修正、および同等物を包含する。

【0068】

請求項は、その趣旨について記述がない限り、説明する順番または要素に限定されるものとして読まれるべきではない。添付の請求項の精神および範囲から逸脱することなく、形式および詳細における種々の変更を当業者が加えてもよいことを理解されたい。以下の請求項およびその同等物の精神および範囲内で生じる全ての実施形態は、請求される。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】