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(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】
(24)【登録日】2022-07-06
(45)【発行日】2022-07-14
(54)【発明の名称】フーリエ変換質量分析計
(51)【国際特許分類】
H01J 49/42 20060101AFI20220707BHJP
G01N 27/62 20210101ALI20220707BHJP
【ＦＩ】
H01J49/42 150
G01N27/62 E
H01J49/42 850
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2019561381
(86)(22)【出願日】2018-01-29
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-02-27
(86)【国際出願番号】 IB2018050532
(87)【国際公開番号】W WO2018142265
(87)【国際公開日】2018-08-09
【審査請求日】2021-01-13
(31)【優先権主張番号】62/453,167
(32)【優先日】2017-02-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】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】ヘイガー， ジェイムズ
【審査官】鳥居 祐樹
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－１３０４６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２２５５９３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平１１－００３６７９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｊ ４９／４２
Ｇ０１Ｎ ２７／６２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量分析器であって、四重極であって、前記四重極は、複数のイオンを受容するための入力端部と、出力端部とを有し、前記出力端部を通して複数のイオンが前記四重極から出射することが可能であり、前記四重極は、複数のロッドを有し、前記複数のイオンが前記四重極を通して伝搬するにつれて前記複数のイオンの半径方向閉じ込めを引き起こすための四重極場を生成し、さらに、前記出力端部に近接してフリンジング場を生成するために、前記複数のロッドのうちの少なくともいくつかにＲＦ電圧が印加されることが可能である、四重極と、
前記複数のロッドのうちの少なくとも１つに電圧パルスを印加することにより、前記四重極を通過する前記複数のイオンのうちの少なくとも一部の半径方向発振をその永年周波数において励起するための少なくとも１つの電圧源であって、前記励起は、異なる質量／電荷比を有する複数のイオンを包含する広帯域励起である、少なくとも１つの電圧源と
を備え、
前記半径方向に励起される複数のイオンは、それらの半径方向発振が軸方向発振に変換されるように、それらが前記四重極から出射するにつれて前記フリンジング場と相互作用する、質量分析器。
【請求項2】
前記質量分析器は、前記四重極の出力端部の下流に配置されている検出器をさらに備え、前記検出器は、前記四重極から出射する前記軸方向に発振する複数のイオンを検出するためのものである、請求項１に記載の質量分析器。
【請求項3】
前記検出器は、前記軸方向に発振する複数のイオンを検出することに応答して、時変信号を生成する、請求項２に記載の質量分析器。
【請求項4】
前記質量分析器は、分析モジュールをさらに備え、前記分析モジュールは、前記時変信号を受信し、フーリエ変換を前記時変信号に適用することにより、周波数領域信号を生成するためのものである、請求項３に記載の質量分析器。
【請求項5】
前記分析モジュールは、前記周波数領域信号に作用することにより、前記励起される複数のイオンの質量スペクトルを生成する、請求項４に記載の質量分析器。
【請求項6】
前記電圧パルスは、約１０ナノ秒～約１ミリ秒の範囲内の持続時間を有する、請求項１に記載の質量分析器。
【請求項7】
前記電圧パルスは、約１マイクロ秒～約５マイクロ秒の範囲内の持続時間を有する、請求項６に記載の質量分析器。
【請求項8】
前記電圧パルスは、約１０ボルト～約４０ボルトの範囲内の振幅を有する、請求項１に記載の質量分析器。
【請求項9】
前記電圧パルスは、約２０ボルト～約３０ボルトの範囲内の振幅を有する、請求項１に記載の質量分析器。
【請求項10】
前記四重極は、約１×１０－６トル～約９×１０－３トルの範囲内の圧力に維持される、請求項１に記載の質量分析器。
【請求項11】
前記四重極は、約８×１０－６トル～約１×１０－４トルの範囲内の圧力に維持される、請求項１０に記載の質量分析器。
【請求項12】
前記複数のロッドは、４つのロッドを含み、前記４つのロッドは、それらに前記ＲＦ電圧を印加することに応答して四重極場を生成するように配列されている、請求項１に記載の質量分析器。
【請求項13】
前記複数のロッドは、少なくとも補助電極の対をさらに含む、請求項１２に記載の質量分析器。
【請求項14】
前記電圧源は、前記補助電極の対を横断するように前記電圧パルスを印加する、請求項１３に記載の質量分析器。
【請求項15】
前記質量分析器は、前記四重極の前記出力端部に近接して配置されている出射レンズをさらに備える、請求項１に記載の質量分析器。
【請求項16】
前記少なくとも１つの電圧源は、前記出射レンズにＤＣ電圧またはＲＦ電圧を印加することにより、前記四重極の前記出力端部に近接する前記フリンジング場を調節するように構成されている、請求項１５に記載の質量分析器。
【請求項17】
質量分析を実行する方法であって、複数のロッドを備える四重極を通して複数のイオンを通過させることであって、四重極ロッドセットは、前記複数のイオンを受容するための入力端部と、出力端部とを備え、前記出力端部を通して複数のイオンが前記四重極から出射する、ことと、
前記複数のイオンが前記四重極を通過するにつれて前記複数のイオンの半径方向閉じ込めのための場を生成するように、前記複数のロッドのうちの少なくとも１つに少なくとも１つのＲＦ電圧を印加することと、
前記複数のロッドの少なくとも１つの対を横断するように電圧パルスを印加することにより、前記四重極を通過する前記複数のイオンの少なくとも一部の半径方向発振をその永年周波数において励起することであって、前記励起は、異なる質量／電荷比を有する複数のイオンを包含する広帯域励起であり、前記出力端部に近接するフリンジング場は、前記励起される複数のイオンが前記四重極ロッドセットから出射するにつれて、前記励起される複数のイオンの少なくとも一部の前記半径方向発振を軸方向発振に変換する、ことと、
前記四重極ロッドセットから出射する前記軸方向に発振する複数のイオンの少なくとも一部を検出することにより、時変信号を生成することと
を含む、方法。
【請求項18】
前記方法は、前記時変信号のフーリエ変換を取得することにより、周波数領域信号を生成することと、前記周波数領域信号を利用することにより、前記検出された複数のイオンに関連付けられている質量スペクトルを生成することとをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項19】
前記四重極を通して前記複数のイオンを通過させるステップは、前記四重極内に前記複数のイオンを閉じ込めることなく達成される、請求項１７に記載の方法。
【請求項20】
質量分析を実行する方法であって、
複数のロッドを備える四重極を通して複数のイオンを通過させることであって、四重極ロッドセットは、前記複数のイオンを受容するための入力端部と、出力端部とを備え、前記出力端部を通して複数のイオンが前記四重極から出射する、ことと、
前記複数のイオンが前記四重極を通過するにつれて前記複数のイオンの半径方向閉じ込めのための場を生成するように、前記複数のロッドのうちの少なくとも１つに少なくとも１つのＲＦ電圧を印加することと、
前記複数のロッドの少なくとも１つの対を横断するように電圧パルスを印加することにより、前記四重極を通過する前記複数のイオンの少なくとも一部の半径方向発振をその永年周波数において励起することであって、前記出力端部に近接するフリンジング場は、前記励起される複数のイオンが前記四重極ロッドセットから出射するにつれて、前記励起される複数のイオンの少なくとも一部の前記半径方向発振を軸方向発振に変換する、ことと、
前記四重極ロッドセットから出射する前記軸方向に発振する複数のイオンの少なくとも一部を検出することにより、時変信号を生成することと、
所望の分解能に対応する前記時変信号の時間的長さを取得するように前記四重極に入射する前記イオンの運動エネルギーを選択することであって、前記分解能は、前記時変信号の時間的長さが増加するにつれて増加する、ことと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願）
本願は、２０１７年２月１日に出願され“Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ”と題された米国仮出願第６２／４５３，１６７号に対する優先権を主張するものであり、これは、全体が参照により本明細書中に援用される。
本願は、２０１７年２月１日に出願され“Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ”と題された米国仮出願第６２／４５３，１６７号に対する優先権を主張するものであり、これは、全体が参照により本明細書中に援用される。
【0002】
本発明は、概して、質量分析器に関し、特に、種々の異なる質量分析計において採用され得るフーリエ変換質量分析器に関する。
【背景技術】
【0003】
質量分析法（ＭＳ）は、定量的および定性的用途の両方で試験物質の元素組成を決定するための分析技法である。例えば、ＭＳは、未知の化合物を同定し、分子中の元素の同位体組成を決定し、その断片化を観察することによって特定の化合物の構造を決定し、およびサンプル中の特定の化合物の量を定量化するために使用されることができる。ある場合では、低分解能質量スペクトルが、上流のクロマトグラフ分離に続いて着目分析物を同定するために十分であり得る。
【0004】
クロマトグラフ分離と組み合わせて使用され得る、好適な感度を伴う改良された走査型質量分析計の必要性が、依然としてある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
一側面では、質量分析器が開示され、該質量分析器は、四重極を備え、該四重極は、イオンを受容するための入力端部と、出力端部とを有し、該出力端部を通してイオンが四重極から出射し得、該四重極は、複数のロッドを有し、該イオンが四重極を通して伝搬するにつれてイオンの半径方向閉じ込めを引き起こすための四重極場を生成し、さらに、該出力端部に近接してフリンジング場を生成するために、該複数のロッドのうちの少なくともいくつかにＲＦ電圧が印加され得る。質量分析器はさらに、四重極を通過するイオンの少なくとも一部の半径方向発振をその永年周波数において励起するように該ロッドのうちの少なくとも１つに電圧パルスを印加するための、少なくとも１つの電圧源を含み、半径方向に励起されるイオンの少なくとも一部は、それらの半径方向発振が軸方向発振に変換されるように、それらが四重極から出射するにつれてフリンジング場と相互作用する。
【0006】
質量分析器はさらに、四重極から出射する該軸方向に発振するイオンを検出するために、四重極の出力端部の下流に配置される、検出器を含むことができる。検出器は、軸方向に発振するイオンの少なくとも一部の検出に応答して、時変信号を生成する。分析器は、検出器から時変信号を受信することができ、フーリエ変換を時変信号に適用し、周波数領域信号を生成することができる。分析器はさらに、周波数領域信号に作用し、検出されたイオンの質量スペクトルを生成することができる。
【0007】
電圧パルスの振幅および持続時間は、例えば、特定の用途に基づいて選択されることができる。実施例として、電圧パルスは、約１０ナノ秒（ｎｓ）～約１ミリ秒の範囲内、例えば、約１マイクロ秒～約１００マイクロ秒の範囲内、または約５マイクロ秒～約５０マイクロ秒の範囲内、または約１０マイクロ秒～約３０マイクロ秒の範囲内の持続時間を有することができる。さらに、電圧パルスは、例えば、約１０ボルト～約４０ボルトの範囲内の振幅を有することができる。例えば、電圧パルスの振幅は、約２０ボルト～３０ボルトの範囲内であり得る。いくつかの実施形態では、電圧パルスは、双極電圧として、すなわち、１つのロッドへの正の電圧の印加および別のもの（典型的には、対角線的に対向するロッド）への負の電圧の印加を介して印加される。他の実施形態では、電圧パルスは、単一のロッドに印加されてもよい。
【0008】
いくつかの実施形態では、四重極は、約１×１０－６トル～約１．５×１０－３トルの範囲内の圧力に維持される。例えば、四重極は、約８×１０－６トル～約１×１０－４トルの範囲内の圧力に維持されることができる。いくつかの実施形態では、四重極は、約１×１０－６トル～約９×１０－３トルの範囲内の圧力に維持される。
【0009】
四重極は、４つのロッド（本明細書では四重極ロッドと称される）を含むことができ、該４つのロッドは、該４つのロッドの間の経路を、該経路を通したイオンの通過のために提供するように配列される。四重極ロッドのうちの１つ以上のものへの１つ以上のＲＦ電圧の印加は、四重極場を生成することができ、これは、イオンが四重極を通過するにつれてイオンの半径方向閉じ込めを促進することができる。いくつかの実施形態では、四重極は、複数の補助電極、例えば、四重極ロッドの間に散在する４つの補助電極を含む。いくつかのそのような実施形態では、電圧パルスは、補助電極のうちの少なくとも１つに印加される。例えば、双極電圧パルスが、２つの対角線的に対向する補助電極に印加されることができる。
【0010】
いくつかの実施形態では、質量分析器は、入力レンズおよび／または出力レンズを含むことができる。分析器は、入力レンズおよび／または出力レンズのうちのいずれかにＤＣ電圧を印加するためのＤＣ電圧源を含むことができる。入力レンズは、四重極の中へのイオンの入射を促進するために、四重極の入力端部に近接して位置付けられることができ、出射レンズは、四重極からのイオンの出射を促進するために、四重極の出力端部に近接して位置付けられることができる。いくつかの実施形態では、四重極の出力端部に近接するフリンジング場を調節するために、誘引性ＤＣ電圧、例えば、四重極ＤＣオフセットに対して誘引性の約－５～－５０Ｖの範囲内のＤＣ電圧が、出射レンズに印加されることができる。いくつかの実施形態では、分析器は、入力レンズおよび／または出力レンズのうちのいずれかにＲＦ電圧を印加するための、ＲＦ電圧源を備えることができる。いくつかの実施形態では、四重極の出力端部に近接するフリンジング場を調節するために、ＲＦ電圧、例えば、５０ｋＨｚ～２ＭＨｚの範囲内の周波数を伴う約１０Ｖｐ－ｐ～３００Ｖｐ－ｐの範囲内のＲＦ電圧が、出射レンズに印加されることができる。
【0011】
本教示による質量分析器は、種々の異なる質量分析計に組み込まれることができる。例えば、そのような質量分析計は、本教示による質量分析器と、イオンを生成するためのイオン源と、例えば、質量分析器の上流に配置されるイオンを集束、誘導、選択、および／または解離するための要素とを含むことができる。実施例として、イオン集束四重極が、イオン源と本教示による質量分析器との間に配置されることができる。いくつかの実施形態では、衝突セルが、イオン源と四重極との間に配置されることができる。衝突セルは、イオン源からイオンを受容し、受容されたイオンの少なくとも一部の断片化を引き起こし、断片化されたイオンを生成することができ、断片化されたイオンの少なくとも一部が、四重極によって受容される。
【0012】
関連する側面では、複数のロッドを備える四重極を通して複数のイオンを通過させることであって、該四重極は、イオンを受容するための入力端部と、出力端部とを有し、該出力端部を通してイオンが四重極から出射する、ことと、それらが四重極を通過するにつれてイオンの半径方向閉じ込めのための電磁場を生成するように、ロッドのうちの少なくとも１つに少なくとも１つのＲＦ電圧を印加することとを含む、質量分析を実施する方法が、開示される。本方法はさらに、四重極を通過するイオンの少なくとも一部の半径方向発振をその永年周波数において励起するように、該複数のロッドの少なくとも１つの対を横断して電圧パルスを印加することであって、該出力端部に近接するフリンジング場は、励起されるイオンが四重極ロッドセットから出射するにつれて、該励起されるイオンの少なくとも一部の半径方向発振を軸方向発振に変換することができる、ことを含むことができる。
【0013】
本方法はさらに、時変信号を生成するために、四重極ロッドセットから出射する軸方向に発振するイオンの少なくとも一部を検出することを含むことができる。時変信号のフーリエ変換が、周波数領域信号を生成するように取得されることができる。周波数領域信号は、次いで、検出されたイオンと関連付けられる質量スペクトルを生成するために使用されることができる。いくつかの実施形態では、四重極に入射するイオンの運動エネルギーが、所望の分解能に対応する時変信号の時間的長さを取得するように選択され、分解能は、時変信号の時間的長さが増加するにつれて増加する。
【0014】
本教示の種々の側面のさらなる理解が、下記に簡潔に説明される、関連付けられる図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって取得されることができる。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
質量分析器であって、
四重極であって、前記四重極は、イオンを受容するための入力端部と、出力端部とを有し、前記出力端部を通してイオンが前記四重極から出射し得、前記四重極は、複数のロッドを有し、前記イオンが前記四重極を通して伝搬するにつれて前記イオンの半径方向閉じ込めを引き起こすための四重極場を生成し、さらに、前記出力端部に近接してフリンジング場を生成するために、前記複数のロッドのうちの少なくともいくつかにＲＦ電圧が印加され得る、四重極と、
前記四重極を通過する前記イオンの少なくとも一部の半径方向発振をその永年周波数において励起するように、前記ロッドのうちの少なくとも１つに電圧パルスを印加するための、少なくとも１つの電圧源と
を備え、
前記半径方向に励起されるイオンは、それらの半径方向発振が軸方向発振に変換されるように、それらが前記四重極から出射するにつれて前記フリンジング場と相互作用する、質量分析器。
（項目２）
前記四重極から出射する前記軸方向に発振するイオンを検出するために、前記四重極の出力端部の下流に配置される検出器をさらに備える、項目１に記載の質量分析器。
（項目３）
前記検出器は、前記軸方向に発振するイオンの検出に応答して、時変信号を生成する、項目２に記載の質量分析器。
（項目４）
周波数領域信号を生成するように、前記時変信号を受信し、フーリエ変換を前記時変信号に適用するための分析モジュールをさらに備える、項目３に記載の質量分析器。
（項目５）
前記分析モジュールは、前記励起されるイオンの質量スペクトルを生成するように前記周波数領域信号に作用する、項目４に記載の質量分析器。
（項目６）
前記電圧パルスは、約１０ナノ秒～約１ミリ秒の範囲内の持続時間を有する、項目１に記載の質量分析器。
（項目７）
前記電圧パルスは、約１マイクロ秒～約５マイクロ秒の範囲内の持続時間を有する、項目６に記載の質量分析器。
（項目８）
前記電圧パルスは、約１０ボルト～約４０ボルトの範囲内の振幅を有する、項目１に記載の質量分析器。
（項目９）
前記電圧パルスは、約２０ボルト～約３０ボルトの範囲内の振幅を有する、項目１に記載の質量分析器。
（項目１０）
前記四重極は、約１×１０ －６ トル～約９×１０ －３ トルの範囲内の圧力に維持される、項目１に記載の質量分析器。
（項目１１）
前記四重極は、約８×１０ －６ トル～約１×１０ －４ トルの範囲内の圧力に維持される、項目１０に記載の質量分析器。
（項目１２）
前記複数のロッドは、４つのロッドを含み、前記４つのロッドは、それへの前記ＲＦ電圧の印加に応答して四重極場を生成するように配列される、項目１に記載の質量分析器。
（項目１３）
前記複数のロッドはさらに、少なくとも補助電極の対を含む、項目１２に記載の質量分析器。
（項目１４）
前記電圧源は、前記補助電極の対を横断して前記電圧パルスを印加する、項目１０に記載の質量分析器。
（項目１５）
前記四重極の出力端部に近接して配置される出射レンズをさらに備える、項目１に記載の質量分析器。
（項目１６）
前記少なくとも１つの電圧源は、前記四重極の出力端部に近接する前記フリンジング場を調節するように、前記出射レンズにＤＣ電圧またはＲＦ電圧を印加するように構成される、項目１２に記載の質量分析器。
（項目１７）
質量分析を実施する方法であって、
複数のロッドを備える四重極を通して複数のイオンを通過させることであって、四重極ロッドセットは、前記イオンを受容するための入力端部と、出力端部とを備え、前記出力端部を通してイオンが前記四重極から出射する、ことと、
前記イオンが前記四重極を通過するにつれて前記イオンの半径方向閉じ込めのための場を生成するように、前記ロッドのうちの少なくとも１つに少なくとも１つのＲＦ電圧を印加することと、
前記四重極を通過する前記イオンの少なくとも一部の半径方向発振をその永年周波数において励起するように、前記複数のロッドの少なくとも１つの対を横断して電圧パルスを印加することであって、前記出力端部に近接するフリンジング場は、前記励起されるイオンが前記四重極ロッドセットから出射するにつれて、前記励起されるイオンの少なくとも一部の前記半径方向発振を軸方向発振に変換する、ことと、
時変信号を生成するために、前記四重極ロッドセットから出射する前記軸方向に発振するイオンの少なくとも一部を検出することと
を含む、方法。
（項目１８）
周波数領域信号を生成するように前記時変信号のフーリエ変換を取得し、前記検出されたイオンと関連付けられる質量スペクトルを生成するために前記周波数領域信号を利用することをさらに含む、項目１７に記載の方法。
（項目１９）
前記四重極を通して前記イオンを通過させるステップは、前記四重極内に前記イオンを閉じ込めることなく達成される、項目１７に記載の方法。
（項目２０）
所望の分解能に対応する前記時変信号の時間的長さを取得するように前記四重極に入射する前記イオンの運動エネルギーを選択することをさらに含み、前記分解能は、前記時変信号の時間的長さが増加するにつれて増加する、項目１７に記載の方法。
例えば、本願は以下の項目を提供する。
（項目１）
質量分析器であって、
四重極であって、前記四重極は、イオンを受容するための入力端部と、出力端部とを有し、前記出力端部を通してイオンが前記四重極から出射し得、前記四重極は、複数のロッドを有し、前記イオンが前記四重極を通して伝搬するにつれて前記イオンの半径方向閉じ込めを引き起こすための四重極場を生成し、さらに、前記出力端部に近接してフリンジング場を生成するために、前記複数のロッドのうちの少なくともいくつかにＲＦ電圧が印加され得る、四重極と、
前記四重極を通過する前記イオンの少なくとも一部の半径方向発振をその永年周波数において励起するように、前記ロッドのうちの少なくとも１つに電圧パルスを印加するための、少なくとも１つの電圧源と
を備え、
前記半径方向に励起されるイオンは、それらの半径方向発振が軸方向発振に変換されるように、それらが前記四重極から出射するにつれて前記フリンジング場と相互作用する、質量分析器。
（項目２）
前記四重極から出射する前記軸方向に発振するイオンを検出するために、前記四重極の出力端部の下流に配置される検出器をさらに備える、項目１に記載の質量分析器。
（項目３）
前記検出器は、前記軸方向に発振するイオンの検出に応答して、時変信号を生成する、項目２に記載の質量分析器。
（項目４）
周波数領域信号を生成するように、前記時変信号を受信し、フーリエ変換を前記時変信号に適用するための分析モジュールをさらに備える、項目３に記載の質量分析器。
（項目５）
前記分析モジュールは、前記励起されるイオンの質量スペクトルを生成するように前記周波数領域信号に作用する、項目４に記載の質量分析器。
（項目６）
前記電圧パルスは、約１０ナノ秒～約１ミリ秒の範囲内の持続時間を有する、項目１に記載の質量分析器。
（項目７）
前記電圧パルスは、約１マイクロ秒～約５マイクロ秒の範囲内の持続時間を有する、項目６に記載の質量分析器。
（項目８）
前記電圧パルスは、約１０ボルト～約４０ボルトの範囲内の振幅を有する、項目１に記載の質量分析器。
（項目９）
前記電圧パルスは、約２０ボルト～約３０ボルトの範囲内の振幅を有する、項目１に記載の質量分析器。
（項目１０）
前記四重極は、約１×１０ －６ トル～約９×１０ －３ トルの範囲内の圧力に維持される、項目１に記載の質量分析器。
（項目１１）
前記四重極は、約８×１０ －６ トル～約１×１０ －４ トルの範囲内の圧力に維持される、項目１０に記載の質量分析器。
（項目１２）
前記複数のロッドは、４つのロッドを含み、前記４つのロッドは、それへの前記ＲＦ電圧の印加に応答して四重極場を生成するように配列される、項目１に記載の質量分析器。
（項目１３）
前記複数のロッドはさらに、少なくとも補助電極の対を含む、項目１２に記載の質量分析器。
（項目１４）
前記電圧源は、前記補助電極の対を横断して前記電圧パルスを印加する、項目１０に記載の質量分析器。
（項目１５）
前記四重極の出力端部に近接して配置される出射レンズをさらに備える、項目１に記載の質量分析器。
（項目１６）
前記少なくとも１つの電圧源は、前記四重極の出力端部に近接する前記フリンジング場を調節するように、前記出射レンズにＤＣ電圧またはＲＦ電圧を印加するように構成される、項目１２に記載の質量分析器。
（項目１７）
質量分析を実施する方法であって、
複数のロッドを備える四重極を通して複数のイオンを通過させることであって、四重極ロッドセットは、前記イオンを受容するための入力端部と、出力端部とを備え、前記出力端部を通してイオンが前記四重極から出射する、ことと、
前記イオンが前記四重極を通過するにつれて前記イオンの半径方向閉じ込めのための場を生成するように、前記ロッドのうちの少なくとも１つに少なくとも１つのＲＦ電圧を印加することと、
前記四重極を通過する前記イオンの少なくとも一部の半径方向発振をその永年周波数において励起するように、前記複数のロッドの少なくとも１つの対を横断して電圧パルスを印加することであって、前記出力端部に近接するフリンジング場は、前記励起されるイオンが前記四重極ロッドセットから出射するにつれて、前記励起されるイオンの少なくとも一部の前記半径方向発振を軸方向発振に変換する、ことと、
時変信号を生成するために、前記四重極ロッドセットから出射する前記軸方向に発振するイオンの少なくとも一部を検出することと
を含む、方法。
（項目１８）
周波数領域信号を生成するように前記時変信号のフーリエ変換を取得し、前記検出されたイオンと関連付けられる質量スペクトルを生成するために前記周波数領域信号を利用することをさらに含む、項目１７に記載の方法。
（項目１９）
前記四重極を通して前記イオンを通過させるステップは、前記四重極内に前記イオンを閉じ込めることなく達成される、項目１７に記載の方法。
（項目２０）
所望の分解能に対応する前記時変信号の時間的長さを取得するように前記四重極に入射する前記イオンの運動エネルギーを選択することをさらに含み、前記分解能は、前記時変信号の時間的長さが増加するにつれて増加する、項目１７に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
本教示は、四重極ロットセットと、随意に、複数の補助電極とを含み得る、質量分析器に関する。１つ以上の四重極ロッドまたは補助電極のうちの１つ以上のものへの電圧パルスの印加は、四重極を通過するイオンの少なくとも一部の半径方向励起を引き起こすことができる。半径方向に励起されるイオンと四重極の出力端部の近傍のフリンジング場との相互作用は、励起されるイオンの少なくとも一部の半径方向発振を軸方向発振に変換することができる。軸方向に発振するイオンは、イオン信号を生成するために検出器によって検出されることができる。検出されたイオンの質量スペクトルが、イオン信号のフーリエ変換に基づいて計算されることができる。イオンは、最初に質量分析器内に閉じ込められることなく質量分析器を通過する。
【0017】
種々の用語が、当技術分野におけるそれらの一般的意味と一貫して本明細書で使用される。用語「半径方向」は、四重極ロッドセットの軸方向寸法に垂直な（例えば、図１Ａのｚ方向に沿った）平面内の方向を指すように本明細書で使用される。用語「半径方向励起」および「半径方向発振」は、それぞれ、半径方向における励起および発振を指す。数値を修飾するために本明細書で使用されるような用語「約」は、数値についての最大５パーセントの変動を表すことを意図している。
【0018】
図１Ａおよび１Ｂは、イオンを受容するために構成される入力端部（Ａ）からそれを通してイオンが四重極ロッドセットから出射し得る出力端部（Ｂ）まで延在する四重極ロッドセット１００２を含む、本教示のある実施形態による、質量分析器１０００を図式的に描写する。本実施形態では、四重極ロッドセットは、それを通して四重極ロッドセットによって受容されたイオンが入力端部（Ａ）から出力端部（Ｂ）まで伝搬し得る、通路をその間に提供するように相互に対して配列される、４つのロッド１００４ａ、１００４ｂ、１００４ｃ、および１００４ｄ（本明細書では、集合的に四重極ロッド１００４と称される）を含む。本実施形態では、四重極ロッド１００４は、円形断面を有する一方、他の実施形態では、それらは、双曲等の異なる断面形状を有することができる。
【0019】
質量分析器１０００は、イオン源（本図に図示せず）によって生成されるイオン、例えば、イオンの連続流を受容することができる。種々の異なるタイプのイオン源が、採用されることができる。いくつかの好適な実施例は、限定ではないが、とりわけ、エレクトロスプレーイオン化デバイス、ネブライザ支援エレクトロスプレーデバイス、化学イオン化デバイス、ネブライザ支援霧化デバイス、マトリクス支援レーザ脱離／イオン化（ＭＡＬＤＩ）イオン源、光イオン化デバイス、レーザイオン化デバイス、熱スプレーイオン化デバイス、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）イオン源、ソニックスプレーイオン化デバイス、グロー放電イオン源、および電子衝撃イオン源、ＤＥＳＩを含む。
【0020】
四重極ロッド１００４への無線周波数（ＲＦ）電圧の印加は、それらが四重極を通過するにつれてイオンの半径方向閉じ込めのための四重極場を提供することができる。ＲＦ電圧は、四重極ロッドのうちの１つ以上のものに並列して印加される選択可能な量の分解ＤＣ電圧の有無を問わずにロッドに印加されることができる。
【0021】
いくつかの実施形態では、四重極ロッド１００４に印加されるＲＦ電圧は、約０．８ＭＨｚ～約３ＭＨｚの範囲内の周波数および約１００ボルト～約１，５００ボルトの範囲内の振幅を有することができるが、他の周波数および振幅もまた、採用されることができる。本実施形態では、コントローラ１０１０の制御下で動作するＲＦ電圧源１００８が、要求されるＲＦ電圧を四重極ロッド１００４に提供する。
【0022】
いくつかの実施形態では、四重極ロッドセット内の圧力は、約１×１０－６トル～約１．５×１０－３トルの範囲内に、例えば、約８×１０－６トル～約５×１０－４トルの範囲内に維持されることができる。いくつかの実施形態では、四重極は、約１×１０－６トル～約９×１０－３トルの範囲内の圧力に維持される。
【0023】
ＲＦ電圧の印加は、四重極ロッドセットの入力（入射）端部および出射端部の近傍のフリンジング場によって特徴付けられる、四重極内の四重極場の生成をもたらすことができる。下記により詳細に議論されるように、そのようなフリンジング場は、イオンの半径方向運動および軸方向運動を結合することができる。実施例として、四重極ロッドセットの出力端部（Ｂ）に近接する領域内の四重極電位の減少は、（ｚ方向に沿った）四重極の縦方向に沿った成分を呈し得る、フリンジング場の生成をもたらすことができる。いくつかの実施形態では、本電場の振幅は、四重極ロッドセットの中心から増加する半径方向距離の関数として増加することができる。
【0024】
例証として、任意の特定の理論に限定されるわけではないが、四重極ロッドへのＲＦ電圧の印加は、以下の関係において定義されるような２次元四重極電位の生成をもたらすことができる。
【化1】
【0025】
式中、
は、接地に対して測定された電位を表し、ｘおよびｙは、イオンの伝搬の方向に垂直な（すなわち、ｚ方向に垂直な）平面を定義するデカルト座標を表す。上記の電位によって生成される電磁場は、電位の空間勾配を取得することによって計算されることができる。
【化2】
【0026】
再び、任意の特定の理論に限定されるわけではないが、一次近似として、四重極の入力端部および出力端部の近傍のフリンジング場と関連付けられる電位は、下記に示されるように、関数ｆ（ｚ）による四重極の入力端部および出力端部の近傍の２次元四重極電位の減少によって特徴付けられてもよい。
【化3】
【0027】
式中、
は、フリンジング場と関連付けられる電位を表し、
は、上記に議論される２次元四重極電位を表す。２次元四重極場の減少に起因するフリンジング電場の軸方向成分（Ｅｚ，ｑｕａｄ）は、以下のように説明されることができる。
【化4】
【化5】
【化6】
【0028】
下記により詳細に議論されるように、そのようなフリンジング場は、四重極ロッドのうちの１つ以上のもの（および／または１つ以上の補助電極）への電圧パルスの印加を介して励起されるイオンの半径方向発振を軸方向発振に変換することを可能にし、軸方向に発振するイオンは、検出器によって検出される。
【0029】
継続して図１Ａおよび１Ｂを参照すると、本実施形態では、質量分析器１０００はさらに、四重極ロッドセットの入力端部に近接して配置される、入力レンズ１０１２と、四重極ロッドセットの出力端部に近接して配置される、出力レンズ１０１４とを含む。コントローラ１０１０の制御下で動作するＤＣ電圧源１０１６は、例えば、四重極のＤＣオフセットに対して誘引性の約１～５０Ｖの範囲内の２つのＤＣ電圧を入力レンズ１０１２および出力レンズ１０１４に印加することができる。いくつかの実施形態では、入力レンズ１０１２に印加されるＤＣ電圧は、質量分析器の中へのイオンの入射を促進する、電場の生成を引き起こす。さらに、出力レンズ１０１４へのＤＣ電圧の印加は、四重極ロッドセットからのイオンの出射を促進することができる。
【0030】
レンズ１０１２および１０１４は、種々の異なる方法で実装されることができる。例えば、いくつかの実施形態では、レンズ１０１２および１０１４は、それを通してイオンが通過する開口部を有する板の形態であり得る。他の実施形態では、レンズ１０１２および１０１４のうちの少なくとも一方（または両方）は、メッシュとして実装されることができる。また、四重極の入射端部および出射端部にＲＦ専用ブルベーカレンズが存在することができる。
【0031】
いくつかの実施形態では、ＤＣ電圧源は、所望のｍ／ｚウィンドウ内のイオンを選択するように、四重極ロッドのうちの１つ以上のものに分解ＤＣ電圧を印加することができる。いくつかの実施形態では、そのような分解ＤＣ電圧は、約１０～約１５０Ｖの範囲内であり得る。
【0032】
継続して図１Ａおよび１Ｂを参照すると、分析器１０００はさらに、四重極ロッド１００４のうちの少なくとも１つにパルス化電圧を印加するための、パルス化電圧源１０１８を含む。本実施形態では、パルス化電圧源１０１８は、双極パルス化電圧をロッド１００４ａおよび１００４ｂに印加するが、他の実施形態では、双極パルス化電圧は、ロッド１００４ｃおよび１００４ｄに印加されることができる。
【0033】
いくつかの実施形態では、印加されるパルス化電圧の振幅は、例えば、約１０ボルト～約４０ボルトの範囲内または約２０ボルト～約３０ボルトの範囲内であり得るが、他の振幅もまた、使用されることができる。さらに、パルス化電圧の持続時間（パルス幅）は、例えば、約１０ナノ秒（ｎｓ）～約１ミリ秒の範囲内、例えば、約１マイクロ秒～約１００マイクロ秒の範囲内、または約５マイクロ秒～約５０マイクロ秒の範囲内、または約１０マイクロ秒～約４０マイクロ秒の範囲内であり得るが、他のパルス持続時間もまた、使用されることができる。一般に、種々のパルス振幅および持続時間が、採用されることができる。多くの実施形態では、パルス幅が長くなるほど、パルス振幅は小さくなる。四重極を通過するイオンは、通常、単一の励起パルスにのみ暴露される。いったん励起されるイオンの「スラグ」が四重極を通過すると、付加的励起パルスが、誘起される。これは、通常、約５００～１，０００データ取得周期が毎秒収集されるように、１～２ミリ秒毎に起こる。
【0034】
電圧パルスと関連付けられる波形は、高速広帯域励起信号を提供することを目標として、種々の異なる形状を有することができる。実施例として、図２は、方形時間形状を有する例示的電圧パルスを図式的に示す。いくつかの実施形態では、電圧パルスの立ち上がり時間、すなわち、電圧パルスがゼロ電圧から増加し、その最大値に到達するためにかかる持続時間は、例えば、約１～１００ナノ秒の範囲内であり得る。他の実施形態では、電圧パルスは、異なる時間形状を有することができる。
【0035】
任意の特定の理論に限定されるわけではないが、例えば、２つの対角線的に対向する四重極ロッドを横断する電圧パルスの印加は、四重極内に過渡電場を生成する。本過渡電場への四重極内のイオンの暴露は、それらのイオンの少なくとも一部をそれらの永年周波数において半径方向に励起することができる。そのような励起は、異なる質量／電荷（ｍ／ｚ）比を有するイオンを包含することができる。言い換えると、短い時間的持続時間を有する励起電圧パルスの使用は、四重極内のイオンの広帯域半径方向励起を提供することができる。
【0036】
半径方向に励起されるイオンが、出力端部（Ｂ）の近傍の四重極ロッドセットの端部部分に到達するにつれて、それらは、出口フリンジング場と相互作用するであろう。再び、任意の特定の理論に限定されるわけではないが、そのような相互作用は、励起されるイオンの少なくとも一部の半径方向発振を軸方向発振に変換することができる。
【0037】
再び図１Ａおよび１Ｂを参照すると、軸方向に発振するイオンは、四重極ロッドセットおよび出射レンズ１０１４を離れ、コントローラ１０１０の制御下で動作する、検出器１０２０に到達する。検出器１０２０は、軸方向に発振するイオンの検出に応答して、時変イオン信号を生成する。種々の検出器が、採用されることができる。好適な検出器のいくつかの実施例は、限定ではないが、Ｐｈｏｔｏｎｉｓ Ｃｈａｎｎｅｌｔｒｏｎ Ｍｏｄｅｌ ４８２２ＣおよびＥＴＰ電子増倍管Ｍｏｄｅｌ ＡＦ６１０を含む。
【0038】
検出器１０２０と通信する分析器１０２２（本明細書では分析モジュールとも称される）が、検出された時変信号を受信し、その信号に作用し、検出されたイオンと関連付けられる質量スペクトルを生成することができる。より具体的には、本実施形態では、分析器１０２２は、周波数領域信号を生成するために、検出された時変信号のフーリエ変換を取得することができる。分析器は、次いで、マチウａおよびｑパラメータとｍ／ｚとの間の関係を使用して、周波数領域信号を質量スペクトルに変換することができる。
【化7】
【0039】
式中、ｚは、イオン上の電荷であり、Ｕは、ロッド上のＤＣ電圧であり、Ｖは、ＲＦ電圧振幅であり、Ωは、ＲＦの角周波数であり、ｒ０は、四重極の特性寸法である。動径座標ｒは、以下によって与えられる。
加えて、ｑ＜約０．４であるとき、パラメータβは、以下によって与えられる。
基本永年周波数は、以下によって与えられる。
【化8】
【化9】
【化10】
【0040】
ａ＝０およびｑ＜約０．４の条件下で、永年周波数は、下記の近似関係によってｍ／ｚに関連する。
【化11】
【0041】
βの厳密な値は、ａおよびｑマチウパラメータに関する連続分数式である。本連続分数式は、参考文献Ｊ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ． Ｖｏｌ ３２， ３５１－３６９（１９９７）（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に見出されることができる。ｍ／ｚと永年周波数との間の関係は、代替として、一連の周波数を以下の方程式に適合させることを通して決定されることができる。
【化12】
【0042】
式中、ＡおよびＢは、決定される定数である。
【0043】
いくつかの実施形態では、本教示による質量分析器は、時変励起イオン信号の長さに依存する分解能で質量スペクトルを生成するために採用されることができるが、分解能は、典型的には、約１００～約１，０００の範囲内であり得る。
【0044】
分析器１０２２は、種々の異なる方法でハードウェアおよび／またはソフトウェアにおいて実装されることができる。実施例として、図３は、分析器の動作を制御するためのプロセッサ１２２０を含む、分析器１２００の実施形態を図式的に描写する。例示的分析器１２００はさらに、命令およびデータを記憶するためのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１２４０と、永続性メモリ１２６０とを含む。分析器１２００はまた、（例えば、フーリエ変換を介して）検出器１１８０から受信された時変イオン信号に作用し、周波数領域信号を生成するためのフーリエ変換（ＦＴ）モジュール１２８０と、周波数領域信号に基づいて検出されたイオンの質量スペクトルを計算するためのモジュール１３００とを含む。通信モジュール１３２０が、分析器が検出器１１８０と通信すること、例えば、検出されたイオン信号を受信することを可能にする。通信バス１３４０が、分析器の種々の構成要素が相互に通信することを可能にする。
【0045】
いくつかの実施形態では、本教示による質量分析器は、四重極内のイオンの半径方向励起のために電圧パルスが印加され得る、四重極ロッドセットおよび１つ以上の補助電極を含むことができる。実施例として、図４Ａおよび４Ｂは、４つのロッド２０２０ａ、２０２０ｂ、２０２０ｃ、および２０２０ｄ（本明細書では、集合的に四重極ロッド２０２０と称される）から成る四重極ロッドセット２０２０を含む、そのような実施形態による質量分析器２０００を図式的に描写する。本実施形態では、分析器２０００はさらに、四重極ロッド２０２０の間に散在する、複数の補助電極２０４０ａ、２０４０ｂ、２０４０ｃ、および２０４０ｄ（本明細書では、集合的に補助電極２０４０と称される）を含む。四重極ロッド２０２０と同様に、補助電極２０４０は、四重極の入力端部（Ａ）からその出力端部（Ｂ）まで延在する。本実施形態では、補助電極２０４０は、四重極ロッド２０２０と実質的に類似する長さを有するが、他の実施形態では、それらは、異なる長さを有することができる。
【0046】
前述の実施形態と同様に、ＲＦ電圧が、例えば、それを通して通過するイオンの半径方向閉じ込めのためにＲＦ電圧源（図示せず）を介して、四重極ロッド２０２０に印加されることができる。四重極ロッドのうちの１つ以上のものに電圧パルスを印加するのではなく、本実施形態では、電圧パルスは、四重極を通過するイオンの少なくとも一部の半径方向励起を引き起こすために、補助電極のうちの１つ以上のものに印加されることができる。実施例として、本実施形態では、パルス化電圧源２０６０が、双極電圧パルスをロッド２０４０ａおよび２０４０ｄに（例えば、正の電圧をロッド２０４０ａに、負の電圧をロッド２０４０ｄに）印加することができる。
【0047】
前述の実施形態と同様に、電圧パルスは、四重極を通過するイオンの少なくとも一部の半径方向励起を引き起こすことができる。上記に議論されるように、半径方向に励起されるイオンと四重極の出力端部に近接するフリンジング場との相互作用は、半径方向発振を軸方向発振に変換することができ、軸方向に発振するイオンは、検出器（本図に図示せず）によって検出されることができる。前述の実施形態と同様に、上記に議論される分析器１２００等の分析器は、軸方向に発振するイオンの検出の結果として生成される時変イオン信号に作用し、周波数領域信号を生成することができ、周波数領域信号に作用し、検出されたイオンの質量スペクトルを生成することができる。
【0048】
本教示による質量分析器は、種々の異なる質量分析計に組み込まれることができる。実施例として、図５は、イオン化チャンバ１４内でイオンを生成するためのイオン源１０４と、それから受容されたイオンの初期処理のための上流区分１６と、１つ以上の質量分析器、衝突セル、および本教示による質量分析器１１６を含有する下流区分１８とを備える、そのような質量分析計１００を図式的に描写する。
【0049】
イオン源１０４によって生成されたイオンは、上流区分１６の要素（例えば、カーテン板３０、オリフィス板３２、ＱＪｅｔ １０６、およびＱ０ １０８）を通して連続的に透過され、高真空下流部分１８内でのさらなる質量分析のために（例えば、中心縦方向軸に沿ったｚ方向に）狭く高度に集束されたイオンビームをもたらすことができる。描写される実施形態では、イオン化チャンバ１４は、大気圧に維持されることができるが、いくつかの実施形態では、イオン化チャンバ１４は、大気圧よりも低い圧力まで排気されることができる。カーテンチャンバ（すなわち、カーテン板３０とオリフィス板３２との間の空間）もまた、上昇圧力（例えば、ほぼ大気圧、上流区分１６を上回る圧力）に維持されることができる一方、上流区分１６および下流区分１８は、１つ以上の真空ポンプポート（図示せず）を通した排気によって、１つ以上の選択された圧力（例えば、同一または異なる準大気圧、イオン化チャンバよりも低い圧力）に維持されることができる。質量分析計システム１００の上流区分１６は、典型的には、イオン移動のタイトな集束および制御を助長するように低減圧力において動作する、下流区分１８の種々の圧力領域に対して、典型的には、１つ以上の上昇圧力に維持される。
【0050】
その中でイオン源１０４から排出された流体サンプル内に含有される分析物がイオン化され得る、イオン化チャンバ１４は、オリフィス板３２のサンプリングオリフィスを介して上流区分と流体連通するカーテン板開口を画定するカーテン板３０によって、ガスカーテンチャンバから分離される。本教示の種々の側面によると、カーテンガス供給源が、カーテン板３０とオリフィス板３２との間に（例えば、Ｎ２の）カーテンガス流を提供し、大型中性粒子を脱集塊化および排気することによって、質量分析計システムの下流区分を清浄に保つことを補助することができる。実施例として、カーテンガスの一部は、カーテン板開口からイオン化チャンバ１４の中に流動し、それによって、カーテン板開口を通した液滴の進入を防止することができる。
【0051】
下記に詳細に議論されるように、質量分析計システム１００はまた、本教示の種々の側面による質量分析計システム１００を動作させるように種々の構成要素に結合され得る、電力供給源およびコントローラ（図示せず）を含む。
【0052】
示されるように、描写されるシステム１００は、流体サンプルをイオン源１０４に提供するように構成される、サンプル源１０２を含む。サンプル源１０２は、当業者に公知の任意の好適なサンプル入口システムであり得、サンプル（例えば、着目分析物を含有する、またはそれを含有することが疑われる液体サンプル）を含有する、および／またはそれをイオン源１０４に導入するように構成されることができる。サンプル源１０２は、全て非限定的実施例として、分析されるサンプルのリザーバから、インライン液体クロマトグラフィ（ＬＣ）カラムから、キャピラリ電気泳動（ＣＥ）器具から、またはそれを通してサンプルが注入され得る入力ポートからイオン源１０２に（例えば、１つ以上の導管、チャネル、管類、パイプ、毛細管等を通して）液体サンプルを透過させるように、イオン源に流体的に結合されることができる。いくつかの側面では、サンプル源１０２は、サンプルのプラグが液体キャリアの中に断続的に注入され得る間、液体キャリアをイオン源１０４に連続的に流動させるための、注入ポンプ（例えば、シリンジまたはＬＣポンプ）を備えることができる。
【0053】
イオン源１０４は、種々の構成を有することができるが、概して、サンプル（例えば、サンプル源１０２から受容される流体サンプル）内に含有される分析物からイオンを生成するように構成される。本実施形態では、イオン源１０４は、エレクトロスプレー電極を備え、これは、サンプル源１０２に流体的に結合される毛細管を備え得、これは、イオン化チャンバ１４の中に少なくとも部分的に延在し、その中に液体サンプルを排出する出口端部において終端する。本教示に照らして当業者によって理解されるであろうように、エレクトロスプレー電極の出口端部は、イオン化チャンバ１４の中に液体サンプルを霧化、エアロゾル化、噴射、または別様に排出（例えば、ノズルを用いて噴霧）し、概して、カーテン板開口に向かって（例えば、その近傍に）指向される複数の微小液滴を備えるサンプルプルームを形成することができる。当技術分野で公知であるように、微小液滴内に含有される分析物は、例えば、サンプルプルームが生成されるにつれて、イオン源１０４によってイオン化（すなわち、荷電）されることができる。いくつかの側面では、エレクトロスプレー電極の出口端部は、サンプルプルーム内に含有される微小液滴内の流体がイオン化チャンバ１２内での脱溶媒和の間に蒸発するにつれて、裸荷電分析物イオンまたは溶媒和イオンが放出され、カーテン板開口に向かって、そしてそれを通して引き込まれるように、伝導性材料から作製され、コントローラ２０に動作可能に結合される電力供給源（例えば、電圧源）に電気的に結合されることができる。いくつかの代替側面では、噴霧器の排出端部は、非伝導性であり得、スプレー荷電が、高電圧を液体流（例えば、毛細管の上流）に印加するために、伝導性融合部または接合部を通して起こり得る。イオン源１０４は、概して、エレクトロスプレー電極として本明細書に説明されるが、サンプル内の分析物をイオン化するために当技術分野で公知であり、本教示に従って修正される任意の数の異なるイオン化技法が、イオン源１０４として利用され得ることを理解されたい。非限定的実施例として、イオン源１０４は、とりわけ、エレクトロスプレーイオン化デバイス、ネブライザ支援エレクトロスプレーデバイス、化学イオン化デバイス、ネブライザ支援霧化デバイス、マトリクス支援レーザ脱離／イオン化（ＭＡＬＤＩ）イオン源、光イオン化デバイス、レーザイオン化デバイス、熱スプレーイオン化デバイス、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）イオン源、ソニックスプレーイオン化デバイス、グロー放電イオン源、および電子衝撃イオン源、ＤＥＳＩであり得る。イオン源１０２は、イオン源１０４から排出されたプルームもまた、概して、カーテン板開口の面を横断して指向され、したがって、カーテンチャンバの中に引き込まれない液体液滴および／または大型中性分子が、イオン化チャンバ内の潜在的汚染物質の蓄積および／または再循環を防止するように、イオン化チャンバ１４から除去され得るように、カーテン板開口およびイオン経路軸に対して直交に配置され得ることを理解されたい。種々の側面では、ネブライザガスもまた、噴霧器先端上の液滴の蓄積を防止する、および／またはカーテン板開口の方向にサンプルプルームを指向するために（例えば、イオン源１０２の排出端部を中心として）提供されることができる。
【0054】
いくつかの実施形態では、オリフィス板３２を通過することに応じて、イオンは、１つ以上の付加的真空チャンバおよび／または四重極（例えば、ＱＪｅｔ（登録商標）の四重極）を横断し、下流高真空区分１８の中に透過されることに先立って、ガス動態および無線周波数場の組み合わせを使用して、イオンビームの付加的集束およびそれに対するより微細な制御を提供することができる。本教示の種々の側面によると、また、本明細書に説明される例示的イオンガイドが、質量分析計システムの種々のフロントエンド場所に配置され得ることを理解されたい。非限定的実施例として、イオンガイド１０８は、ＱＪｅｔ（登録商標）のイオンガイド（例えば、約１～１０トルの圧力において動作される）の従来の役割において、ＱＪｅｔ（登録商標）のイオンガイドによって先行される従来のＱ０集束イオンガイド（例えば、約３～１５ミリトルの圧力において動作される）として、組み合わせられたＱ０集束イオンガイドおよびＱＪｅｔ（登録商標）のイオンガイド（例えば、約３～１５ミリトルの圧力において動作される）として、またはＱＪｅｔ（登録商標）のイオンガイドとＱ０との間の中間デバイス（例えば、典型的なＱＪｅｔ（登録商標）のイオンガイドと典型的なＱ０集束イオンガイドとの間の圧力において、数百ミリトルの圧力において動作される）としての役割を果たすことができる。
【0055】
示されるように、システム１００の上流区分１６は、オリフィス板３２を介してカーテンチャンバから分離され、概して、第１のＲＦイオンガイド１０６（例えば、ＳＣＩＥＸのＱＪｅｔ（登録商標））と、第２のＲＦガイド１０８（例えば、Ｑ０）とを備える。いくつかの例示的側面では、第１のＲＦイオンガイド１０６は、ガス動態および無線周波数場の組み合わせを使用して、イオンを捕捉し、集束させるために使用されることができる。実施例として、イオンは、サンプリングオリフィスを通して透過されることができ、真空膨張が、オリフィス板３２の両側上のチャンバ間の圧力差の結果として起こる。非限定的実施例として、第１のＲＦイオンガイドの領域内の圧力は、約２．５トル圧力に維持されることができる。ＱＪｅｔ １０６は、それによって受容されたイオンを、Ｑ０ ＲＦイオンガイド１０８等の後続イオン光学系へと、それらの間に配置されるイオンレンズＩＱ０ １０７を通して伝達する。Ｑ０ ＲＦイオンガイド１０８は、イオンを、中間圧力領域（例えば、約１ミリトル～約１０ミリトルの範囲内）を通して輸送し、イオンを、ＩＱ１レンズ１０９を通してシステム１００の下流区分１８に送達する。
【0056】
システム１００の下流区分１８は、概して、上流区分１６から透過されるイオンのさらなる処理のための１つ以上の質量分析器を含有する、高真空チャンバを備える。図５に示されるように、例示的下流区分１８は、質量分析器１１０（例えば、伸長ロッドセットＱ１）と、衝突セルとして動作され得る第２の伸長ロッドセット１１２（例えば、ｑ２）とを含む。下流区分はさらに、本教示による質量分析器１１４を含む。
【0057】
質量分析器１１０および衝突セル１１２は、オリフィス板ＩＱ２によって分離され、衝突セル１１２および質量分析器１１４は、オリフィス板ＩＱ３によって分離される。例えば、１０８ Ｑ０からレンズ１０９ ＩＱ１の出射開口を通して透過された後、イオンは、ＲＦイオンガイド１０７が配置されるチャンバのものよりも低い値に維持され得る圧力まで排気され得る真空チャンバ内に位置し得る、隣接する四重極ロッドセット１１０（Ｑ１）に入射することができる。
【0058】
非限定的実施例として、Ｑ１を含有する真空チャンバは、約１×１０－４トル未満の圧力（例えば、約５×１０－５トル）に維持されることができるが、他の圧力も、本目的のために、または他の目的のために使用されることができる。当業者によって理解されるであろうように、四重極ロッドセットＱ１は、着目イオンおよび／またはある範囲の着目イオンを選択するために動作され得る、従来の透過ＲＦ／ＤＣ四重極質量フィルタとして動作されることができる。実施例として、四重極ロッドセットＱ１は、質量分解モードにおける動作のために好適なＲＦ／ＤＣ電圧を提供されることができる。理解されるはずであるように、Ｑ１の物理的および電気的性質を考慮して、印加されるＲＦおよびＤＣ電圧に関するパラメータは、Ｑ１が選定されたｍ／ｚ比の透過ウィンドウを確立し、したがって、これらのイオンが殆ど摂動されずにＱ１を横断し得るように選択されることができる。しかしながら、ウィンドウ外に該当するｍ／ｚ比を有するイオンは、四重極内で安定した軌道を達成せず、四重極ロッドセットＱ１を横断しないように妨害され得る。本動作モードは、Ｑ１に関する１つの可能性として考えられる動作モードにすぎないことを理解されたい。
【0059】
四重極ロッドセットＱ１を通過するイオンは、レンズＩＱ２を通して、隣接する四重極ロッドセットｑ２の中に通過することができ、これは、加圧されたコンパートメント内に配置されることができ、概算で約１ミリトル～約１０ミリトルの範囲内の圧力において衝突セルとして動作するように構成されることができるが、他の圧力も、本目的のために、または他の目的のために使用されることができる。好適な衝突ガス（例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム等）が、イオンビーム中のイオンを熱平衡化および／または断片化するために、ガス入口（図示せず）を用いて提供されることができる。
【0060】
本実施形態では、衝突セル１１２から出射するイオンは、本教示による質量分析器１１４によって受容されることができる。上記に議論されるように、質量分析器１１４は、補助電極の有無を問わない四重極質量分析器として実装されることができる。四重極ロッドへの（選択可能分解ＤＣ電圧の有無を問わない）ＲＦ電圧の印加は、それらが四重極を通過するにつれてイオンの半径方向閉じ込めを提供することができ、ＲＦロッドまたは補助電極のうちの１つ以上のものへのＤＣ電圧パルスの印加は、イオンの少なくとも一部（好ましくは、全て）の半径方向励起を引き起こすことができる。上記に議論されるように、半径方向に励起されるイオンとそれらが四重極から出射する際のフリンジング場との相互作用は、イオンの少なくとも一部の半径方向励起を軸方向励起に変換することができる。イオンは、次いで、検出器１１８によって検出され、これは、時変イオン信号を生成する。検出器１１８と通信する分析器１２０が、時変イオン信号に作用し、上記に議論される様式で検出されたイオンの質量スペクトルを導出することができる。
【0061】
以下の実施例は、本教示の種々の側面のさらなる解明のために提供され、必ずしも、本教示を実践する最適な方法または取得され得る最適な結果を提供することを意図していない。
【実施例】
【0062】
４０００ ＱＴＲＡＰ（登録商標）（Ｓｃｉｅｘ）質量分析計が、本教示による質量分析器を組み込むために修正され、図６に図式的に描写される。本システムは、主として、大気－真空界面が、オリフィス－ＱＪｅｔ（登録商標）構成ではなく、オリフィス－スキマー構成を伴うことを除いて、上記に説明されるシステムと非常に類似する。イオンが、ネブライザ支援エレクトロスプレーイオン源（図示せず）によって生成され、オリフィスを通して約２トルの圧力において界面領域の中に進行する。そこから、イオンは、約８×１０－３トルの圧力に維持されるＱ０衝突集束領域に入射する。イオンは、次いで、四重極Ｑ１、Ｑ２、およびＱ３を含有する主要真空チャンバの中に指向される。本チャンバの圧力は、公称で８×１０－６トルであったが、これは、外部ガス供給源を使用して調節されることができる。封入されたＱ２衝突セルは、約５×１０－３トルの圧力において窒素ガスを含有する。Ｑ１は、Ｑ０領域から生じる殆どのイオンを下流に輸送するためにＲＦ専用モードで使用されることができる、またはこれは、質量ウィンドウ選択を提供する四重極質量フィルタとして作用することができる。Ｑ０、Ｑ１、およびＱ２のＲＦ周波数は、約１ＭＨｚであった。Ｑ３ ＲＦ周波数は、１．８３９ＭＨｚであった。それらがＱ３を通過する際のイオンの励起は、四重極の２つの隣接するロッドに双極様式で印加された、Ａｇｉｌｅｎｔ ３３２２０Ａ関数発生器によって生成された方形パルスの増幅によって提供された。通常、双極パルスの正および負に向かう側は、増幅後にそれぞれ約２０～４０Ｖである。
【0063】
検出器においてもたらされる発振信号の実施例が、図７に示される。本信号は、０．１７ｐｍｏｌ／μＬレセルピン溶液からのｍ／ｚ ６０９のＱ１質量選択ビームの励起（７５０ナノ秒、３０Ｖ）双極パルスに続いて生成された。Ｑ３ ＲＦ電圧は、ｍ／ｚプロトン化分子イオンに関する０．１７４のｑ値に対応する６４０Ｖ（０ピーク）に固定された。発振信号は、約１ミリ秒にわたって持続する。本データファイルがＦＦＴプログラム（ＤＰｌｏｔ Ｖｅｒｓｉｏｎ ２．２．１．１， ＨｙｄｅＳｏｆｔ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ， ＵＳＡ）にかけられたとき、図８に示される周波数スペクトルが、もたらされる。主要ピークは、１１４．１ｋＨｚの周波数に位置し、これは、規定された四重極条件下で６０９．２８のｍ／ｚにおけるイオンに関して計算された１１３．７ｋＨｚの計算された永年周波数に非常に近似する。
【0064】
発振信号の長さは、質量スペクトル分解能に上限を与える。この場合、図８に示されるピークは、１．４ｋＨｚ幅であり、これは、（１１４．１ｋＨｚ／１．４ｋＨｚ）＝８１．５の分解能をもたらす。本解像力は、高くないが、混合物中の化合物の分離のために依然として有用である。解像力は、四重極を通過する運動エネルギーによって大部分が決定される発振信号の長さを増加させることによって、増加されることができる。図９Ａ－９Ｆは、励起パルスに続く発振信号の長さに対するイオン運動エネルギーの影響を示す。イオン運動エネルギーが減少するにつれて、発振信号の長さは、増加し、分解能は、増加する。
【0065】
本分析器は、連続的イオンビームと協働するため、いったん発信信号が漸減すると、別の励起パルスが、誘起され、別の発振信号が、取得されることができる。約１ミリ秒持続する信号に関して、約１，０００個のそのようなトレースが、取得されることができ、より正確に言えば、データが、１ｋＨｚ取得レートにおいて取得されることができる。四重極を通過する全てのイオンが励起および検出されるため、本質量分析器は、全ての励起パルスに関する完全な質量スペクトルを記録し、したがって、殆どのイオンは、浪費されない。したがって、本分析器は、高速かつ高感度の両方である。
【0066】
多くの異なる質量／電荷比のイオンが存在するとき、結果として生じる発振信号は、図１０に示されるように、非常に複雑であり得る。図１０のトレースは、フラグメントイオンを生産するために４２．５ｅＶにおける加圧Ｑ２衝突セルに加速されたｍ／ｚ ６０９におけるＱ１質量選択プロトン化レセルピン（０．１７ｐｍｏｌ／μＬ溶液）のイオンビームに関して取得された。Ｑ３ ＲＦ電圧は、６４０Ｖ（０ピーク）に固定された。図１０に描写されるデータがフーリエ変換されたとき、図１１の周波数スペクトルが、取得された。これは、レセルピンの生成イオンスペクトルである。周波数および関連付けられるｍ／ｚ値が、スペクトルにおいて示される。
【0067】
本分析器は、通常、＜１ｘ１０－４トルの圧力に制限される従来の四重極質量フィルタよりもはるかに高い動作圧力における性能の損失を事実上全く伴わずに機能することが見出されている。これは、ｍ／ｚ ６０９におけるレセルピンプロトン化分子イオンに関するフーリエ変換されたスペクトルが、２つの異なるＱ２衝突エネルギー、すなわち、８ｅＶおよび４５ｅＶに関して提示される図１２Ａおよび１２Ｂに示される。Ｑ１は、ｍ／ｚ ６０９レセルピンイオンの周囲に５ａｍｕ幅のウィンドウを伝送するように設定され、Ｑ３ ＲＦ電圧は、６４０Ｖ（０ピーク）に固定された。励起条件は、４０Ｖにおいて７５０ナノ秒幅双極パルスである。チャンバ圧力は、外部窒素ガス供給源を使用して１．４×１０－３トルまで増加された。高いチャンバ圧力にもかかわらず、非常に許容可能なスペクトルが、両方の衝突エネルギーにおいて取得された。
【0068】
当業者は、種々の変更が、本発明の範囲から逸脱することなく、上記の実施形態に行われ得ることを理解するであろう。さらに、当業者は、一実施形態の特徴が、別のものの特徴と組み合わせられ得ることを理解するであろう。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
