知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】2022-07-07
(45)【発行日】2022-07-15
(54)【発明の名称】質量分析
(51)【国際特許分類】
H01J 49/00 20060101AFI20220708BHJP
G01N 27/62 20210101ALI20220708BHJP
H01J 49/42 20060101ALI20220708BHJP
【ＦＩ】
H01J49/00 810
G01N27/62 Z
H01J49/42 200
H01J49/42 400
H01J49/42 600
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2019514033
(86)(22)【出願日】2017-09-12
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2019-10-17
(86)【国際出願番号】 GB2017052678
(87)【国際公開番号】W WO2018046968
(87)【国際公開日】2018-03-15
【審査請求日】2020-04-16
(31)【優先権主張番号】1615469.2
(32)【優先日】2016-09-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(73)【特許権者】
【識別番号】508320561
【氏名又は名称】ザ ユニバーシティ オブ ウォリック
(74)【代理人】
【識別番号】110002468
【氏名又は名称】特許業務法人後藤特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】オコーナー， ピーター
(72)【発明者】
【氏名】ヴァン アグトホーフェン， マリア アンドレア
【審査官】鳥居 祐樹
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－１９２５５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第５４４０４４９（ＪＰ，Ｂ２）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｊ ４９
Ｇ０１Ｎ ２７／６２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量分析を実行する方法であって、それぞれが質量電荷比を有する複数のイオンを収容するために静電型または動電型イオントラップを使用することであって、前記イオンが第１の複数の質量電荷比を有し、各イオンが、ある半径の、静電型または動電型イオントラップ内の経路を辿る、静電型または動電型イオントラップを使用することと、
前記第１の複数の質量電荷比の一部である第２の複数の質量電荷比の各々について、
前記質量電荷比に依存して、質量電荷比依存的に前記イオンの前記半径を変更することと、
このように変更された前記イオンを半径依存的にフラグメンテーションすることと、
前記イオンの質量スペクトルを判定することと
を含む、方法。
【請求項2】
前記静電型または動電型イオントラップは、リニアイオントラップ（ＬＩＴ）、または、四重極イオントラップ、３次元イオントラップ、またはイオンが一貫した振動周波数を有するイオントラップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記半径の前記変更が、前記イオンに印加される電界を変更することを含む、請求項１から２のいずれかに記載の方法。
【請求項4】
遅延によって分離された励起パルスを印加することを含み、前記遅延が、前記質量電荷比依存性を実現する、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
ある周波数で変更される変更励起パルスを印加することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項6】
前記周波数は、前記質量電荷比を有するイオンの振動周波数の共振を実現するようなものである、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記変更励起パルスは、ＳＷＩＦＴ（ｓｔｏｒｅｄ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｉｎｖｅｒｓｅ ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）パルスおよびＳＷＩＭ（ｓｔｏｒｅｄ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｉｏｎ ｒａｄｉｕｓ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）パルスのうちの少なくとも１つを含む、請求項５または請求項６に記載の方法。
【請求項8】
前記半径の変更が、異なる半径をもつ経路に対して前記質量電荷比を有するイオンの前記半径を優先的に変化させること、または異なる半径をもつ経路に対して前記質量電荷比を有していないイオンの前記半径を優先的に変化させることを含む、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項9】
前記イオンをフラグメンテーションすることは、フラグメンテーションゾーンを通過するイオンをフラグメンテーションすることを含む、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項10】
前記半径の前記変更が、前記フラグメンテーションゾーンに入る、および／または出るイオンの半径を変更する、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記質量スペクトルが、飛行時間（ＴＯＦ）質量分析計、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（ＦＴ ＩＣＲ）、リニアイオントラップ（ＬＩＴ）、及び、オービトラップ質量分析計を含むグループのうちの少なくとも１つを使用して判定される、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項12】
前記質量スペクトルが、トリプル四重極（ＱＱＱ）質量分析計を使用して判定される、請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
【請求項13】
静電型または動電型イオントラップと、前記静電型または動電型イオントラップのための制御回路とを備える質量分析機器であって、前記静電型または動電型イオントラップが、少なくとも２つの軸方向トラッピング電極と、複数の径方向トラッピング電極と、少なくとも１つの励起電極とを含む電極を備え、前記制御回路が、前記電極によって規定されたボイド内に複数のイオンを使用時に含有するように、各励起電極に電圧を印加し、各イオンが、ある半径の、前記静電型または動電型イオントラップ内の経路を辿り、前記イオンが第１の複数の質量電荷比を有し、
前記第１の複数の質量電荷比の一部である 第２の複数の質量電荷比の各々について、
前記質量電荷比に依存して、前記イオンの前記半径を変更するように構成され、
前記機器が、このように変更された前記イオンを半径依存的にフラグメンテーションするように構成されたフラグメンテーションデバイスと、前記イオンの質量スペクトルを判定するように構成された質量判定デバイスとをさらに備える、
質量分析機器。
【請求項14】
前記静電型または動電型イオントラップが、リニアイオントラップ（ＬＩＴ）、または、四重極イオントラップ、３次元イオントラップ、またはイオンが一貫した振動周波数を有するイオントラップを含む、請求項１３に記載の機器。
【請求項15】
前記半径の前記変更が、各励起電極を使用して前記イオンに印加される電界を変更することを含むように、前記制御回路が構成される、請求項１３または１４に記載の機器。
【請求項16】
前記半径の前記変更が、異なる半径をもつ経路に対して特定の質量電荷比を有するイオンの前記半径を優先的に変化させること、または異なる半径をもつ経路に対して前記特定の質量電荷比を有していないイオンの前記半径を優先的に変化させることを含むように、前記制御回路が構成される、請求項１３から１５のいずれかに記載の機器。
【請求項17】
前記フラグメンテーションデバイスが、フラグメンテーションゾーンを通過するフラグメントイオンをフラグメンテーションするように構成される、請求項１３から１６のいずれかに記載の機器。
【請求項18】
前記制御回路が、前記フラグメンテーションゾーン内、または外へイオンをシフトさせるように前記半径を変更するように構成される、請求項１７に記載の機器。
【請求項19】
前記質量判定デバイスが、飛行時間（ＴＯＦ）質量分析計、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（ＦＴ ＩＣＲ）質量分析計、リニアイオントラップ（ＬＩＴ）質量分析計、オービトラップ質量分析計、及び、トリプル四重極（ＱＱＱ）質量分析計を含むグループから選択される１つの測定機器を含む、請求項１３から１８のいずれかに記載の機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、質量分析を実行する方法および質量分析機器に関する。
【背景技術】
【0002】
２次元質量分析（２Ｄ ＭＳ）は、先行してイオン分離する必要なしに、試料中のプリカーサイオンとフラグメントイオンとを相関させる技術である。２Ｄ ＭＳは、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析計（ＦＴ－ＩＣＲ ＭＳ）（Ｍ． Ｂ． Ｃｏｍｉｓａｒｏｗ，Ａ． Ｇ． Ｍａｒｓｈａｌｌ、「Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ」、Ｃｈｅｍ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．、１９７４年、２５，２８２）について、１９８７年に、Ｐｆaｎｄｌｅｒらによって最初に提案された（Ｐ． Ｐｆａｅｎｄｌｅｒ，Ｇ． Ｂｏｄｅｎｈａｕｓｅｎ，Ｊ． Ｒａｐｉｎ，Ｒ． Ｈｏｕｒｉｅｔ， Ｔ． Ｇaｕｍａｎｎ、「Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ」、Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１９８７年，１３８， １９５；Ｐ． Ｐｆａｅｎｄｌｅｒ，Ｇ． Ｂｏｄｅｎｈａｕｓｅｎ，Ｊ． Ｒａｐｉｎ，Ｍ． Ｅ． Ｗａｌｓｅｒ，Ｔ． Ｇaｕｍａｎｎ、「Ｂｒｏａｄ－ｂａｎｄ ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ」、Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．、１９８８年，１１０，５６２５；Ｍ． Ｂｅｎｓｉｍｏｎ，Ｇ． Ｚｈａｏ，Ｔ． Ｇaｕｍａｎｎ、「Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｇｅｎｅｒａｔｅ ｐｈａｓｅ ｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ ｉｎ ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ」、Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、１９８９年，１５７，９７）。２Ｄ ＭＳのパルスシーケンスは、ＮＯＥＳＹ ＮＭＲ分光法（Ａ． Ｋｕｍａｒ，Ｒ． Ｒ． Ｅｒｎｓｔ，Ｋ． Ｗｕｅｔｈｒｉｃｈ、「Ａ ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｎｕｃｌｅａｒ Ｏｖｅｒｈａｕｓｅｒ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ （２Ｄ ＮＯＥ） ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｌｕｃｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｐｒｏｔｏｎ－ｐｒｏｔｏｎ ｃｒｏｓｓ－ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｉｎ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ」、Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．、１９８０年、９５，１）と、Ｍａｒｓｈａｌｌらによって実行された位相反転実験（Ａ． Ｇ． Ｍａｒｓｈａｌｌ，Ｔ． Ｃ． Ｌ． Ｗａｎｇ，Ｔ． Ｌ． Ｒｉｃｃａ、「Ｉｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ／ｄｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ：ａ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ」、Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、１９８４年、１０５，２３３）の両方に着想を得たものである。規則的に増分した遅延により分離された２つの同一の励起パルスを使用し、フラグメンテーション期間の前に、半径依存的なフラグメンテーション法を用いて、イオンサイクロトロン半径をサイクロトロン周波数（すなわち質量電荷比）により変更した（Ｓ． Ｇｕａｎ，Ｐ． Ｒ． Ｊｏｎｅｓ、「Ａ ｔｈｅｏｒｙ ｆｏｒ ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｆｏｕｒｉｅｒ－ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ」、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．、１９８９年、９１，５２９１）。得られた２Ｄ質量スペクトルは、試料からのすべてのイオンのフラグメンテーションパターンを示し、それらのパターンにより、簡単にフラグメントイオンスキャン、プリカーサイオンスキャンおよび中性ロスライン、さらに場合によっては電子捕獲ラインを抽出することが可能になる（Ｍ． Ａ． ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ，Ｍ．－Ａ． Ｄｅｌｓｕｃ，Ｇ． Ｂｏｄｅｎｈａｕｓｅｎ，Ｃ． Ｒｏｌａｎｄｏ、「Ｔｏｗａｒｄｓ ａｎａｌｙｔｉｃａｌｌｙ ｕｓｅｆｕｌ ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ」、Ａｎａｌ．Ｂｉｏａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．、２０１３年、４０５，５１）。２Ｄ質量スペクトルは、イオン分離を必要とせずに、試料からの全イオンのフラグメンテーションパターンを示すので、真の意味で包括的であると捉えることができ、複合試料の分析に非常に有用となり得る。
【0003】
データの処理および記憶のための計算能力の進歩を背景に、２０１０年以降、ＦＴ－ＩＣＲ機器上の２Ｄ ＭＳは、フラグメンテーション方法として赤外多光子解離（ＩＲＭＰＤ）および電子捕獲解離（ＥＣＤ）を用いた成熟した分析技術へと発展した（Ｍ． Ａ． ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ，Ｍ．－Ａ．Ｄｅｌｓｕｃ，Ｃ． Ｒｏｌａｎｄｏ、「Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ＦＴ－ＩＣＲ／ＭＳ ｗｉｔｈ ＩＲＭＰＤ ａｓ ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ」、Ｉｎｔ．Ｊ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ、２０１１年、３０６，１９６；Ｍ． Ａ． ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ，Ｌ． Ｃｈｉｒｏｎ，Ｍ．－Ａ． Ｃｏｕｔｏｕｌｙ，Ｍ．－Ａ． Ｄｅｌｓｕｃ，Ｃ． Ｒｏｌａｎｄｏ、「Ｔｗｏ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ＥＣＤ ＦＴ－ＩＣＲ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ｏｆ Ｐｅｐｔｉｄｅｓ ａｎｄ Ｇｌｙｃｏｐｅｐｔｉｄｅｓ」、Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．、２０１２年、８４，５５８９；Ｍ． Ａ． ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ，Ｌ． Ｃｈｉｒｏｎ，Ｍ．－Ａ． Ｃｏｕｔｏｕｌｙ，Ａ． Ａ． Ｓｅｈｇａｌ，Ｐ． Ｐｅｌｕｐｅｓｓｙ，Ｍ．－Ａ． Ｄｅｌｓｕｃ，Ｃ． Ｒｏｌａｎｄｏ、「Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｐｕｌｓｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ＦＴ－ＩＣＲ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ｕｓｉｎｇ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｍｕｌｔｉｐｈｏｔｏｎ ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ」、Ｉｎｔ．Ｊ．ｏｆ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ、２０１４年、３７０，１１４）。２Ｄ質量スペクトルにおけるノイズの影響を低減するために、ノイズ除去アルゴリズムが開発された（Ｍ． Ａ． ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ，Ｍ．－Ａ． Ｃｏｕｔｏｕｌｙ，Ｃ． Ｒｏｌａｎｄｏ，Ｍ．－Ａ． Ｄｅｌｓｕｃ、「Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ： ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｎｏｉｓｅ ｕｓｉｎｇ Ｃａｄｚｏｗ ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ」、Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．、２０１１年、２５，１６０９；Ｌ． Ｃｈｉｒｏｎ，Ｍ． Ａ． ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ，Ｂ． Ｋｉｅｆｆｅｒ，Ｃ． Ｒｏｌａｎｄｏ，Ｍ．－Ａ． Ｄｅｌｓｕｃ、「Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｄｅｎｏｉｓｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｆｏｒ ｌａｒｇｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａｓｅｔｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ」、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｕ．Ｓ．Ａ．、２０１４年、１１１，１３８５）。２Ｄ ＭＳは、小分子の分析（Ｍ． ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ，Ｍ． Ｂａｒｒｏｗ， Ｌ． Ｃｈｉｒｏｎ，Ｍ．－Ａ． Ｃｏｕｔｏｕｌｙ，Ｄ． Ｋｉｌｇｏｕｒ，Ｃ． Ｗｏｏｔｔｏｎ，Ｊ． Ｗｅｉ，Ａ． Ｓｏｕｌｂｙ，Ｍ．－Ａ．Ｄｅｌｓｕｃ，Ｃ． Ｒｏｌａｎｄｏ， Ｐ． Ｏ’Ｃｏｎｎｏｒ、「Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｎｇ Ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ Ｐａｔｈｗａｙｓ ｏｆ Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｏｌ ｂｙ Ｔｗｏ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ．」、Ｊ． Ａｍ． Ｓｏｃ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ、２０１５年、２６，２１０５）、並びに、ボトムアッププロテオミクス（Ｈ． Ｊ． Ｓｉｍｏｎ， Ｍ． Ａ． ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ，Ｐ． Ｙ． Ｌａｍ，Ｆ． Ｆｌｏｒｉｓ，Ｌ． Ｃｈｉｒｏｎ，Ｍ． Ａ． Ｄｅｌｓｕｃ，Ｃ． Ｒｏｌａｎｄｏ，Ｍ． Ｐ． Ｂａｒｒｏｗ，Ｐ． Ｂ． Ｏ'Ｃｏｎｎｏｒ、「Ｕｎｃｏｉｌｉｎｇ ｃｏｌｌａｇｅｎ
： ａ ｍｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ｓｔｕｄｙ」、Ａｎａｌｙｓｔ、２０１６年，１４１，１５７；Ｍ． Ａ． ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ，Ｃ． Ａ． Ｗｏｏｔｔｏｎ，Ｌ． Ｃｈｉｒｏｎ，Ｍ．－Ａ． Ｃｏｕｔｏｕｌｙ，Ａ． Ｓｏｕｌｂｙ，Ｊ． Ｗｅｉ，Ｍ． Ｐ． Ｂａｒｒｏｗ，Ｍ．－Ａ． Ｄｅｌｓｕｃ，Ｃ． Ｒｏｌａｎｄｏ，Ｐ． Ｂ． Ｏ'Ｃｏ
ｎｎｏｒ、「Ｔｗｏ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ｆｏｒ Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ， ａ Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ Ｓｔｕｄｙ ｗｉｔｈ Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ ｃ」、Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ．（Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ， ＤＣ， Ｕ．Ｓ．）、２０１６年、８８， ４４０９）、及び、トップダウンプロテオミクス（Ｆ． Ｆｌｏｒｉｓ， Ｍ． ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ， Ｌ． Ｃｈｉｒｏｎ， Ａ． Ｊ． Ｓｏｕｌｂｙ， Ｃ． Ａ． Ｗｏｏｔｔｏｎ， Ｙ． Ｐ． Ｙ． Ｌａｍ， Ｍ． Ｐ． Ｂａｒｒｏｗ， Ｍ．－Ａ． Ｄｅｌｓｕｃ， Ｐ． Ｂ． Ｏ’Ｃｏｎｎｏｒ、「２Ｄ ＦＴ－ＩＣＲ ＭＳ ｏｆ Ｃａｌｍｏｄｕｌｉｎ：Ａ Ｔｏｐ－Ｄｏｗｎ ａｎｄ Ｂｏｔｔｏｍ－Ｕｐ Ａｐｐｒｏａｃｈ」、 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、２０１６年、２７， １５３１）に対して有効に利用されている。
： ａ ｍｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ｓｔｕｄｙ」、Ａｎａｌｙｓｔ、２０１６年，１４１，１５７；Ｍ． Ａ． ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ，Ｃ． Ａ． Ｗｏｏｔｔｏｎ，Ｌ． Ｃｈｉｒｏｎ，Ｍ．－Ａ． Ｃｏｕｔｏｕｌｙ，Ａ． Ｓｏｕｌｂｙ，Ｊ． Ｗｅｉ，Ｍ． Ｐ． Ｂａｒｒｏｗ，Ｍ．－Ａ． Ｄｅｌｓｕｃ，Ｃ． Ｒｏｌａｎｄｏ，Ｐ． Ｂ． Ｏ'Ｃｏ
ｎｎｏｒ、「Ｔｗｏ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ｆｏｒ Ｐｒｏｔｅｏｍｉｃｓ， ａ Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ Ｓｔｕｄｙ ｗｉｔｈ Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ ｃ」、Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ．（Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ， ＤＣ， Ｕ．Ｓ．）、２０１６年、８８， ４４０９）、及び、トップダウンプロテオミクス（Ｆ． Ｆｌｏｒｉｓ， Ｍ． ｖａｎ Ａｇｔｈｏｖｅｎ， Ｌ． Ｃｈｉｒｏｎ， Ａ． Ｊ． Ｓｏｕｌｂｙ， Ｃ． Ａ． Ｗｏｏｔｔｏｎ， Ｙ． Ｐ． Ｙ． Ｌａｍ， Ｍ． Ｐ． Ｂａｒｒｏｗ， Ｍ．－Ａ． Ｄｅｌｓｕｃ， Ｐ． Ｂ． Ｏ’Ｃｏｎｎｏｒ、「２Ｄ ＦＴ－ＩＣＲ ＭＳ ｏｆ Ｃａｌｍｏｄｕｌｉｎ：Ａ Ｔｏｐ－Ｄｏｗｎ ａｎｄ Ｂｏｔｔｏｍ－Ｕｐ Ａｐｐｒｏａｃｈ」、 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、２０１６年、２７， １５３１）に対して有効に利用されている。
【0004】
１９９３年には、Ｒｏｓｓらにより、さらなるＦＴ－ＩＣＲ質量分析計上の２Ｄ ＭＳのパルスシーケンスが提案された（Ｃ． Ｗ． Ｒｏｓｓ，ＩＩＩ，Ｓ． Ｇｕａｎ，Ｐ． Ｂ． Ｇｒｏｓｓｈａｎｓ，Ｔ． Ｌ． Ｒｉｃｃａ，Ａ． Ｇ． Ｍａｒｓｈａｌｌ、「Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ／ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ｗｉｔｈ ｓｔｏｒｅｄ－ｗａｖｅｆｏｒｍ ｉｏｎ ｒａｄｉｕｓ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ」、Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．、１９９３年、１１５，７８５４）。このパルスシーケンスは、パルス間の遅延ではなく、励起後のイオンのサイクロトロン半径が励起振幅と励起長との積に比例するという事実に基づく（Ｍ． Ｖ． Ｇｏｒｓｈｋｏｖ，Ｅ． Ｎ． Ｎｉｋｏｌａｅｖ、「Ｏｐｔｉｍａｌ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒａｄｉｕｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ＦＴ－ＩＣＲ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ」、Ｉｎｔ． Ｊ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ． Ｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ、１９９３年、１２５，１）。ＳＷＩＦＴ（ｓｔｏｒｅｄ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）（Ａ． Ｇ． Ｍａｒｓｈａｌｌ，Ｔ． Ｃ． Ｌ． Ｗａｎｇ，Ｌ． Ｃｈｅｎ，Ｔ． Ｌ． Ｒｉｃｃａ、「Ｎｅｗ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ」、ＡＣＳ Ｓｙｍｐ． Ｓｅｒ．、１９８７年、３５９，２１）を利用して、励起周波数に従って変更された振幅の励起パルスを発生させた。ＩＣＲセル中のプリカーサイオンにこれらの励起パルスを適用すると、それらのサイクロトロン周波数に従ってそれらのサイクロトロン半径が変更されたので、半径依存的なフラグメンテーションの後にそれらのフラグメントの存在量が変更された。ＳＷＩＭ（ｓｔｏｒｅｄ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｉｏｎ ｒａｄｉｕｓ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）と呼ばれるこの技術は、アミノ酸のダイマーおよびトリマーの分析（Ｇ． ｖａｎ ｄｅｒ Ｒｅｓｔ，Ａ． Ｇ． Ｍａｒｓｈａｌｌ、「Ｎｏｉｓｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ２Ｄ ｔａｎｄｅｍ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ」、Iｎｔ． Ｊ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ 、２００１年、２１０／２１１，１０１）と、ポリマーおよび製剤製品の分析（Ｃ． Ｗ． Ｒｏｓｓ，Ｗ． Ｊ． Ｓｉｍｏｎｓｉｃｋ，Ｊｒ．，Ｄ． Ｊ． Ａａｓｅｒｕｄ、「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｏｒｅｄ Ｗａｖｅｆｏｒｍ Ｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ２Ｄ－ＦＴＩＣＲ ＭＳ／ＭＳ ｔｏ ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｍｉｘｔｕｒｅｓ」、Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ．２００２年、７４，４６２５）とに利用された。しかしながら、ＳＷＩＦＴを利用可能な市販のＦＴ－ＩＣＲ機器が稀であるため、ＳＷＩＭよりも、２Ｄ ＦＴ－ＩＣＲ ＭＳの元来のパルスシーケンスの方が利用しやすい。
【0005】
２Ｄ ＭＳはＦＴ－ＩＣＲ機器に対して良好な結果を示すが、ＦＴ－ＩＣＲ機器の購入および維持に高コストがかかることが、２Ｄ ＭＳ開発の妨げになっている。さらに、ＦＴ－ＩＣＲ質量分析計のデューティーサイクルによっては、各２Ｄ ＭＳ実験が３０分以上かかる可能性がある。したがって、他の質量分析計に適用できる２Ｄ質量分析技術を開発することが、複合試料に対するデータ非依存の構造分析の開発にとって重要である。
【0006】
イオンマニピュレーションデバイスとして、リニアイオントラップ（ＬＩＴ）（Ｊ． Ｃ． Ｓｃｈｗａｒｔｚ，Ｍ． Ｗ． Ｓｅｎｋｏ，Ｊ． Ｅ． Ｐ． Ｓｙｋａ、「Ａ ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ｉｏｎ ｔｒａｐ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ」、Ｊ． Ａｍ． Ｓｏｃ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ、２００２年、１３，６５９）が一般的に利用されている。それは、四重極イオントラップよりも大量のイオンに対応可能な寸法を有する（Ｒ． Ｅ． Ｍａｒｃｈ、「Ａｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ｉｏｎ ｔｒａｐ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、１９９７年、３２，３５１）。ＬＩＴにより、共振質量選択動径励起が確立されている（Ｂ． Ａ． Ｃｏｌｌｉｎｇｓ，Ｗ． Ｒ． Ｓｔｏｔｔ，Ｆ． Ａ． Ｌｏｎｄｒｙ、「Ｒｅｓｏｎａｎｔ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｌｏｗ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｉｎｅａｒ ｉｏｎ ｔｒａｐ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、２００３年、１４，６２２；Ｄ． Ｊ． Ｄｏｕｇｌａｓ，Ｎ． Ｖ． Ｋｏｎｅｎｋｏｖ、「Ｍａｓｓ ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｄｉｐｏｌａｒ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｌｉｎｅａｒ ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ｉｏｎ ｔｒａｐ」、Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、２０１４年、２８，４３０）。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一態様によれば、質量分析を実行する方法であって、
それぞれ質量電荷比を有する複数のイオンを収容するために静電型または動電型イオントラップを使用することであって、イオンが第１の複数の質量電荷比を有し、各イオンが、半径を有する静電型または動電型イオントラップ内の経路を辿る、使用することと、
第２の複数の質量電荷比の各々について、
質量電荷比に依存して、質量電荷比依存的にイオンの半径を変更することと、
このように変更されたイオンを半径依存的にフラグメンテーションすることと、
イオンの質量スペクトルを判定することと
を含む方法が提供される。
それぞれ質量電荷比を有する複数のイオンを収容するために静電型または動電型イオントラップを使用することであって、イオンが第１の複数の質量電荷比を有し、各イオンが、半径を有する静電型または動電型イオントラップ内の経路を辿る、使用することと、
第２の複数の質量電荷比の各々について、
質量電荷比に依存して、質量電荷比依存的にイオンの半径を変更することと、
このように変更されたイオンを半径依存的にフラグメンテーションすることと、
イオンの質量スペクトルを判定することと
を含む方法が提供される。
【0008】
したがって、本出願人は、静電型または動電型イオントラップにおける２次元（２Ｄ）質量分析（ＭＳ）の応用例を実現した。全ての走査による質量スペクトルの照合は、プリカーサの質量電荷比と相関されるフラグメント（１次元）の質量電荷比に関する情報を提供することになる（どのイオンをフラグメンテーションするか制御する半径変更に対する質量電荷比依存性による）。発明者には、とりわけ、従来どおりにフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析計（ＦＴ ＩＣＲ ＭＳ）を実行するよりも、静電型または動電型イオントラップにおける２Ｄ ＭＳがより迅速に実行できうることを確認した。事実、十分に急速に質量スペクトルを得ることができる場合、液体クロマトグラフィ（ＬＣ）または気体クロマトグラフィ（ＧＣ）のタイムスケールでの分析が可能であり得る。さらに、静電型または動電型イオントラップは、ＦＴ ＩＣＲ ＭＳほど厳格な真空条件が求められない。即ち、大気（または他の非検体）ガスの存在に対する許容度が高いのである。
【0009】
典型的には、静電型または動電型イオントラップは、リニアイオントラップ（ＬＩＴ）を含む。或いは、静電型または動電型イオントラップは、四重極イオントラップ、３次元イオントラップ、またはイオンが一貫した振動周波数を有するイオントラップを含み得る。
【0010】
半径の変更は、イオンに印加される電界を変更することを含み得る。１つの実施形態では、遅延によって分離された励起パルスが印加され、遅延によって、質量電荷比依存性が実現される。しかしながら、好ましい実施形態では、ある周波数で変調される変調励起パルスを実現することができる。これは、典型的には、質量電荷比を有するイオンの振動周波数の共振を実現するようなものである。変調励起パルスは、ＳＷＩＦＴ（被記憶波形逆フーリエ変換：ｓｔｏｒｅｄ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）パルスまたはＳＷＩＭ（被記憶波形イオン半径変更：ｓｔｏｒｅｄ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｉｏｎ ｒａｄｉｕｓ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）パルスを含み得る。この後者の実施形態では、イオンは全体としてコヒーレントでなくてもよい。事実、ＳＷＩＭの利点として、元来の２Ｄ ＦＴ－ＩＣＲパルスシーケンスとは異なり、動径変化において、イオン雲がコヒーレントである必要がないのである。イオン種の密度とフラグメンテーションゾーンとの間の重複をＳＷＩＭにより変更できる場合、フラグメントイオン存在量をそれらのプリカーサの共振周波数によって変更することができ、静電型または動電型イオントラップの２Ｄ質量分析がしやすくなる。
【0011】
したがって、イオンをフラグメンテーションするステップは、フラグメンテーションゾーンを通過するイオンをフラグメンテーションすることを含んでもよい。半径の変更は、フラグメンテーションゾーンに入る、および／または出るイオンの半径を変更としてもよい。典型的には、フラグメンテーションゾーンは、典型的には半径０を含む、より小さな半径のものとなる。
【0012】
イオンをフラグメンテーションするステップは、レーザベースの（典型的にはフラグメンテーションゾーンにおけるイオンへのレーザビームの印加を含む）フラグメンテーション方法、電子ベースの（典型的にはフラグメンテーションゾーンにおけるイオンへの電子ビームの印加を含む）フラグメンテーション方法、または衝突ベースの（典型的にはフラグメンテーションゾーンにおけるイオンとガス分子との衝突を含む）フラグメンテーション方法を含んでもよい。
【0013】
任意の好都合な手段によって質量スペクトルを判定することができる。１つの実施形態では、飛行時間（ＴＯＦ）質量分析計を使用して質量スペクトルを判定することができる。これは、その他いくつかのＭＳデバイスよりも正確性は低いが迅速で、分解能が高いにもかかわらず迅速である。本発明の方法へのＴＯＦ ＭＳの適用は、本発明の方法の速度およびＴＯＦ ＭＳの動作の相乗効果により特に有利であることが確認された。さらに、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（ＦＴ ＩＣＲ）、リニアイオントラップ（ＬＩＴ）、オービトラップ質量分析計、トリプル四重極（ＱＱＱ）質量分析計または他のそのような方法など、他の質量分析方法を使用することもできる。
【0014】
第２の複数の質量電荷比は、第１の複数の質量電荷比と同様でもよく、あるいは、そのサブセットまたはスーパーセットでもよい。典型的には、第２の複数の質量電荷比は、典型的には連続している範囲全体に離散離間している質量電荷比の範囲を含むことになる。
【0015】
本発明の第２の態様によれば、静電型または動電型イオントラップと、静電型または動電型イオントラップのための制御回路とを備える質量分析機器であって、静電型または動電型イオントラップが、少なくとも２つの軸方向トラッピング電極と、複数の径方向トラッピング電極と、少なくとも１つの励起電極とを含む電極を備え、制御回路が、
電極によって規定されたボイド内に複数のイオンを使用時に含有するように、各励起電極に電圧を印加し、各イオンが、ある半径の、静電型または動電型イオントラップ内の経路を辿り、
イオンの質量電荷比に依存して、イオンの半径を変更するように構成され、
当該機器が、このように変更されたイオンを半径依存的にフラグメンテーションするように構成されたフラグメンテーションデバイス、およびイオンの質量スペクトルを判定するように構成された質量判定デバイスをさらに備える、質量分析器が提供される。
電極によって規定されたボイド内に複数のイオンを使用時に含有するように、各励起電極に電圧を印加し、各イオンが、ある半径の、静電型または動電型イオントラップ内の経路を辿り、
イオンの質量電荷比に依存して、イオンの半径を変更するように構成され、
当該機器が、このように変更されたイオンを半径依存的にフラグメンテーションするように構成されたフラグメンテーションデバイス、およびイオンの質量スペクトルを判定するように構成された質量判定デバイスをさらに備える、質量分析器が提供される。
【0016】
したがって、本出願人は、静電型または動電型イオントラップにおける２次元（２Ｄ）質量分析（ＭＳ）の応用例を実現した。質量電荷比依存的な変更により、異なる質量電荷比のイオンが選択的に変更される、一連の走査からの質量スペクトルの照合は、プリカーサの質量電荷比と相関されるフラグメント（１次元）の質量電荷比に関する情報を提供することになる（どのイオンをフラグメンテーションするか制御する半径変更に対する質量電荷比依存性による）。発明者には、とりわけ、従来どおりにフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析計（ＦＴ ＩＣＲ ＭＳ）を実行するよりも、静電型または動電型イオントラップにおける２Ｄ ＭＳがより迅速に実行できうることを確認した。事実、十分に急速に質量スペクトルを得ることができる場合、液体クロマトグラフィ（ＬＣ）または気体クロマトグラフィ（ＧＣ）のタイムスケールでの分析が可能であり得る。さらに、静電型または動電型イオントラップは、ＦＴ ＩＣＲ ＭＳほど厳格な真空条件が求められない。即ち、大気（または他の非検体）ガスの存在に対する許容度が高いのである。
【0017】
典型的には、静電型または動電型イオントラップは、リニアイオントラップ（ＬＩＴ）を含む。或いは、静電型または動電型イオントラップは、四重極イオントラップ、３次元イオントラップ、またはイオンが一貫した振動周波数を有するイオントラップを含み得る。
【0018】
半径の変更は、各励起電極を使用してイオンに印加される電界を変更することを含み得る。１つの実施形態では、制御回路は、遅延によって分離された各励起電極に励起パルスを印加するように構成され、遅延は、質量電荷比依存性を実現する。しかしながら、好ましい実施形態では、制御回路は、各励起電極に、ある周波数で変調される変調励起パルスを実現することができる。これは、特定の質量電荷比を有するイオンの振動周波数の共振を実現するようなものである。変調励起パルスは、ＳＷＩＭ（ｓｔｏｒｅｄ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｉｏｎ ｒａｄｉｕｓ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）パルスを含み得る。このような実施形態では、イオンは全体としてコヒーレントでなくてもよい。
【0019】
制御回路は、半径の変更が、異なる半径をもつ経路に対して特定の質量電荷比を有するイオンの半径を優先的に変化させること、または異なる半径をもつ経路に対して特定の質量電荷比を有していないイオンの半径を優先的に変化させることを含むように構成してもよい。したがって、フラグメンテーションデバイスは、特定の質量電荷比を有するまたは有さないフラグメントイオンを優先的にし得る。
【0020】
したがって、フラグメンテーションデバイスは、フラグメンテーションゾーンを通過するイオンをフラグメンテーションするように構成してもよい。制御回路は、フラグメンテーションゾーン内、または外へイオンをシフトさせるように半径を変更するように構成してもよい。典型的には、フラグメンテーションゾーンは、典型的には半径０を含む、より小さな半径のものとなる。
【0021】
フラグメンテーションデバイスは、（典型的にはフラグメンテーションゾーンにおいてイオンにレーザビームを印加するように構成さえる）レーザ、（典型的にはフラグメンテーションゾーンにおいてイオンに電子ビームを印加するように構成される）電子源、または（典型的にはフラグメンテーションゾーンにおいてガス分子とイオンとを衝突させるように構成される）衝突源を備えてもよい。
【0022】
質量判定デバイスは、任意の好都合な手段とすることができる。１つの実施形態では、フラグメンテーション後にイオンが転送される飛行時間（ＴＯＦ）質量分析計を備えてもよい。これは、その他いくつかのＭＳデバイスよりも正確性は低いが迅速である。本発明の方法へのＴＯＦ ＭＳの適用は、本発明の方法の速度およびＴＯＦ ＭＳの動作の相乗効果により特に有利であることが確認された。さらに、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（ＦＴ ＩＣＲ）質量分析計、リニアイオントラップ（ＬＩＴ）質量分析計、オービトラップ質量分析計、トリプル四重極（ＱＱＱ）質量分析計または他の質量分析計など、他の質量分析デバイスを使用することもできる。
【0023】
添付図面を参照して、あくまで例として、本発明の実施形態について以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【発明を実施するための形態】
【0025】
本発明の第１の実施形態では、ＳＩＭＩＯＮイオン軌道計算を使用して探査される、リニアイオントラップ（ＬＩＴ）における２Ｄ質量分析の実現可能性を実証する質量分析機器について説明する。
【0026】
ＳＩＭＩＯＮ ８．０（Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ、米国ニュージャージー州リンゴーズ）を使用して、ｘ＝１６ｍｍ、ｙ＝１６ｍｍ、ｚ＝８３ｍｍの寸法のイオン光学ベンチ上ですべてのシミュレーションを実行した。リニアイオントラップ（ＬＩＴ）は、ｙ＝０平面を中心に鏡面対称で単一のポテンシャルアレイに内蔵されている。これはＳｃｈｗａｒｔｚらによってモデル化されたものと同様である（Ｊ． Ｃ． Ｓｃｈｗａｒｔｚ，Ｍ． Ｗ． Ｓｅｎｋｏ，Ｊ． Ｅ． Ｐ． Ｓｙｋａ、「Ａ ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ｉｏｎ ｔｒａｐ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ」、Ｊ． Ａｍ． Ｓｏｃ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ、２００２年、１３，６５９）。ポテンシャルアレイは、１０グリッド単位／ｍｍ精度の１１個の電極を含んでおり、１０-5の収束限界で精密化した。
【0027】
図１は、ＬＩＴを含むイオン光学ベンチを示している。図１ａに示すように、軸方向にイオンを収容するために２つのエンドキャップ１が使用され、径方向にイオンを収容するために３つの四極子２、３（２つの一致する外側四極子２および中央四極子３）が使用される。図１ｂは、厚さ２ｍｍおよび開口部半径３ｍｍのエンドキャップ電極１を示す。エンドキャップ電極は、外側四極子２から２ｍｍの間隙５を空けて離隔される。図１ｃおよび図１ｄは、四極子２、３を形成する四極子ロッド２ａ～２ｄ、３ａ～３ｄが、軸８を中心にして４ｍｍの内径で双曲線形状であることを示す。外側四極子２の長さは、１２ｍｍである。中央四極子３の長さは、３７ｍｍである。四極子２、３は、１ｍｍの間隙６を空けて互いに離隔されている。軸上レーザ７は、トラップに保持されるイオンに対して、半径依存的なフラグメンテーションを行う。その際に四極子に印加される電圧は、エンドキャップ１に＋１０．０ＶDC、外側四極子ロッド２ａ～２ｄに＋５．０ＶDC、中央四極子ロッド３ａ～３ｄに＋／－１００．０ＶRFである。等ポテンシャル線は、－１００．０Ｖ、－７５．０Ｖ、－５０．０Ｖ、－２５．０Ｖ、－１０．０Ｖ、０．０Ｖ、＋２．５Ｖ、５．０Ｖおよび１０．０Ｖに対応する。
【0028】
本明細書では直接シミュレートしないが、上記ＬＩＴの内容物を、以下で説明するようにそれぞれの励起およびフラグメンテーションの後の質量スペクトルを判定するために、さらなる質量分析計１０に送ることができる。
【0029】
図２は、イオン軌道をシミュレートするために使用される実験のタイミングを示す。実験条件を発生させるために使用されるワークベンチプログラムは、Ｌｕａ ５．１．１（ブラジル国リオデジャネイロ州リオデジャネイロ）プログラミングで記述された。各イオン軌道シミュレーションの最初の１０μｓ（初期設定セグメント）の間、ＬＩＴの中央の０．２ｍｍ半径の区域においてイオン化をランダム化した。連続するトラッピング電圧を、イオン軌道シミュレーション全体にわたって、エンドキャップ電極上では＋１０．０Ｖに、外側四極子のロッド上では＋５．０Ｖに設定した。振幅３００．０Ｖpp、周波数１．１ＭＨｚの高周波電圧を３つの四極子すべてに印加した。
【0030】
５０．０μｓ後、以下で説明するように、ＳＷＩＦＴを使用して外部で生成した励起パルスを、振幅７００．００Ｖ0p、周波数範囲２０～５５０ｋＨｚで中央四極子３のロッド３ａ～３ｄに印加した。各パルスの長さを３８０μｓに設定した。
【0031】
励起パルスの最後に、軸８を中心に０．０５ｍｍ半径の最上部のフラグメンテーションゾーンを用いて、レーザ７の使用についてフラグメンテーション期間をモデル化した。以下の式を使用してフラグメンテーションの確率を計算した。
式中、Ｐは、フラグメンテーションの確率であり、ｔは、フラグメンテーション期間中にフラグメンテーションゾーン内でイオンが費やした時間であり、Ｔdecayは５００．０μｓに設定した。このモデルは、レーザベースのフラグメンテーション法を表わすために選択された。フラグメンテーションゾーンの半径と時間減衰はいずれも、妥当なフラグメンテーション効率を実現するように任意選択された。イオン軌道シミュレーション毎に、フラグメンテーションの実行は一度のみとした。フラグメンテーション期間後、イオン軌道計算が終了するように設定した。１２８個の異なる励起パルスを用いて実験スクリプトを１２８回繰り返した。
【数1】
【0032】
ＳＷＩＭパルス生成
パイソン２．７プログラム言語を開発環境Ｓｐｙｄｅｒ２．３．８（Ａｎａｃｏｎｄａ， Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ Ａｎａｌｙｔｉｃｓ，米国テキサス州オースチン）において使用して、１２８個のＳＷＩＭ（ｓｔｏｒｅｄ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｉｏｎ ｒａｄｉｕｓ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）パルスを発生させ、カンマ区切り（ｃｓｖ）ファイルの形式で記憶し、ＳＩＭＩＯＮワークベンチプログラムによって呼び出されるようにした。図３には、Ｒｏｓｓらによって提案されたように各パルスを発生させるプロセスがまとめられている（Ｃ． Ｗ． Ｒｏｓｓ，ＩＩＩ，Ｓ． Ｇｕａｎ，Ｐ． Ｂ． Ｇｒｏｓｓｈａｎｓ，Ｔ． Ｌ． Ｒｉｃｃａ，Ａ． Ｇ． Ｍａｒｓｈａｌｌ、「Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ／ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ｗｉｔｈ ｓｔｏｒｅｄ－ｗａｖｅｆｏｒｍ ｉｏｎ ｒａｄｉｕｓ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ」、Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．、１９９３年、１１５，７８５４；Ｃ． Ｗ． Ｒｏｓｓ，Ｗ． Ｊ． Ｓｉｍｏｎｓｉｃｋ，Ｊｒ．，Ｄ． Ｊ． Ａａｓｅｒｕｄ、「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｏｒｅｄ Ｗａｖｅｆｏｒｍ Ｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ２Ｄ－ＦＴＩＣＲ ＭＳ／ＭＳ ｔｏ ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｍｉｘｔｕｒｅｓ」、Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ．、２００２年、７４，４６２５）。各パルスの周波数範囲は、２０～２１１７．１５１ｋＨｚであるが、各パルスの振幅は、２０～５５０ｋＨｚの周波数範囲上で非ゼロである。周波数増分は、１Ｈｚであった。各パルスの振幅包絡線は、以下の式によって求められる。
式中、Ｍは振幅であり、ｆは周波数であり、ｎはパルスのインデックスであり、ｆmaxはパルスの最大周波数（ここでは、５５０ｋＨｚ）であり、ｆminはパルスの最小周波数（ここでは、２０ｋＨｚ）である。
パイソン２．７プログラム言語を開発環境Ｓｐｙｄｅｒ２．３．８（Ａｎａｃｏｎｄａ， Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ Ａｎａｌｙｔｉｃｓ，米国テキサス州オースチン）において使用して、１２８個のＳＷＩＭ（ｓｔｏｒｅｄ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｉｏｎ ｒａｄｉｕｓ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）パルスを発生させ、カンマ区切り（ｃｓｖ）ファイルの形式で記憶し、ＳＩＭＩＯＮワークベンチプログラムによって呼び出されるようにした。図３には、Ｒｏｓｓらによって提案されたように各パルスを発生させるプロセスがまとめられている（Ｃ． Ｗ． Ｒｏｓｓ，ＩＩＩ，Ｓ． Ｇｕａｎ，Ｐ． Ｂ． Ｇｒｏｓｓｈａｎｓ，Ｔ． Ｌ． Ｒｉｃｃａ，Ａ． Ｇ． Ｍａｒｓｈａｌｌ、「Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ／ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ｗｉｔｈ ｓｔｏｒｅｄ－ｗａｖｅｆｏｒｍ ｉｏｎ ｒａｄｉｕｓ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ」、Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．、１９９３年、１１５，７８５４；Ｃ． Ｗ． Ｒｏｓｓ，Ｗ． Ｊ． Ｓｉｍｏｎｓｉｃｋ，Ｊｒ．，Ｄ． Ｊ． Ａａｓｅｒｕｄ、「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｏｒｅｄ Ｗａｖｅｆｏｒｍ Ｉｏｎ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ２Ｄ－ＦＴＩＣＲ ＭＳ／ＭＳ ｔｏ ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｍｉｘｔｕｒｅｓ」、Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ．、２００２年、７４，４６２５）。各パルスの周波数範囲は、２０～２１１７．１５１ｋＨｚであるが、各パルスの振幅は、２０～５５０ｋＨｚの周波数範囲上で非ゼロである。周波数増分は、１Ｈｚであった。各パルスの振幅包絡線は、以下の式によって求められる。
【数2】
【0033】
時間領域パルスの最大電圧を低減するために、Ｇｕａｎらよって提案された四相関数（Ｓ． Ｇｕａｎ，Ｒ． Ｔ． ＭｃＩｖｅｒ，Ｊｒ．、「Ｏｐｔｉｍａｌ ｐｈａｓｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｔｏｒｅｄ ｗａｖｅ ｆｏｒｍ ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ． Ｉ． Ｂａｓｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ」、Ｊ． Ｃｈｅｍ． Ｐｈｙｓ．、１９９０年、９２，５８４１）を周波数領域パルスに適用した。
式中、φは位相であり、ｆは周波数であり、ｆmax,rangeは全周波数範囲（ここでは、２１１７．１５１ｋＨｚ）であり、ｆminは最小周波数（ここでは、２０ｋＨｚ）である。式２と式３とを組み合わせて得られる関数：
を、逆高速フーリエ変換の実数部を使用して、時間領域パルスに変換した。
【数3】
【数4】
【0034】
得られた時間領域パルスは、１秒であった（時間増分０．４７７μｓ）。ｃｓｖファイルでの記憶前に１０ｎｓの時間増分を達成するために、パルスの有意部分を３８０μｓで切り捨てて補間した。
【0035】
粒子定義、データ記録およびデータ処理
イオン軌道計算をクーロン反発なしに行った。各ＳＷＩＭパルスについて、ｍ／ｚ１６６、ｍ／ｚ１９５およびｍ／ｚ３２２の１００個のイオンの軌道を計算した。それらのフラグメントのｍ／ｚ比は、それぞれｍ／ｚ１２２、ｍ／ｚ１８１およびｍ／ｚ１９０であった。すべてのｍ／ｚ比を任意に選択した。各イオン軌道計算について、イオンスプラットの瞬間またはシミュレーションの終了時に、イオンのインデックス、ｍ／ｚ比および飛行時間をテキストファイルに記録および記憶した。シミュレーションの終了時にＬＩＴ中に残存するイオンの数を、全イオン電流（ＴＩＣ）と定義した。
イオン軌道計算をクーロン反発なしに行った。各ＳＷＩＭパルスについて、ｍ／ｚ１６６、ｍ／ｚ１９５およびｍ／ｚ３２２の１００個のイオンの軌道を計算した。それらのフラグメントのｍ／ｚ比は、それぞれｍ／ｚ１２２、ｍ／ｚ１８１およびｍ／ｚ１９０であった。すべてのｍ／ｚ比を任意に選択した。各イオン軌道計算について、イオンスプラットの瞬間またはシミュレーションの終了時に、イオンのインデックス、ｍ／ｚ比および飛行時間をテキストファイルに記録および記憶した。シミュレーションの終了時にＬＩＴ中に残存するイオンの数を、全イオン電流（ＴＩＣ）と定義した。
【0036】
シミュレーションを目的として、パイソン２．７プログラム言語を使用して、イオン軌道計算により記録されたデータを２Ｄ質量スペクトルに変換したが、実世界の実施形態では、質量分析計（ＭＳ）、典型的には飛行時間（ＴＯＦ）ＭＳが使用される。
【0037】
各ｍ／ｚ比について、マグニチュードモードにおけるＳＷＩＭインデックスｎに沿って、イオン数のフーリエ変換を計算した。ｎのサンプリングレートは１なので、符号化周波数に対するナイキスト周波数が０．５となる。１２８個のデータポイントにわたってイオン数を測定したので、周波数増分は１／６４である。３つのプリカーサイオンｍ／ｚ比を使用し、周波数を基準点として符号化する周波数対質量変換のために二次適合を使用した（Ｅ． Ｂ． Ｌｅｄｆｏｒｄ，Ｊｒ．，Ｄ． Ｌ． Ｒｅｍｐｅｌ，Ｍ． Ｌ． Ｇｒｏｓｓ、「Ｓｐａｃｅ ｃｈａｒｇｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ． ＩＩ． Ｍａｓｓ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ」、Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ．、１９８４年、５６，２７４４）。
【0038】
シミュレーション結果
四極子におけるイオン軌道の周波数は、以下の式によって求められる。
式中、ｆrは動径周波数であり、ｆdriveは四極子電極に印加されたＲＦ電圧の周波数であり、βrは径方向寸法おいてマチウ方程式を解くために使用される安定性パラメータである（０≦βr≦１）。質量分析において一般に使用される安定性図の区域では、ｍ／ｚ比が増大するとβr安定性パラメータは減少する（Ｒ． Ｅ． Ｍａｒｃｈ、「Ａｎ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ｉｏｎ ｔｒａｐ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、１９９７年、３２，３５１）。四極子おいて所与のｍ／ｚ比のイオンを動径励起または不安定化させるために、共振ＲＦ電圧を使用することができる。動径励起は、励起電圧のＲＦ振幅および長さとともに増大する。
四極子におけるイオン軌道の周波数は、以下の式によって求められる。
【数5】
【0039】
この効果は、Ｈｉｌｇｅｒらによるリニアイオントラップにおけるイオン分離に使用されてきた（Ｒ． Ｔ． Ｈｉｌｇｅｒ，Ｒ． Ｅ． Ｓａｎｔｉｎｉ，Ｃ． Ａ． Ｌｕｏｎｇｏ，Ｂ． Ｍ． Ｐｒｅｎｔｉｃｅ，Ｓ． Ａ． ＭｃＬｕｃｋｅｙ、「Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｉｓｏｌａｔｉｎｇ ｉｏｎｓ ｉｎ ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ｉｏｎ ｔｒａｐｓ ｕｓｉｎｇ ａｎ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｉｘｉｎｇ」、Ｉｎｔ． Ｊ． Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ、２０１５年、３７７，３２９）。この研究において、四極子ロッドに双曲線形状が選択された。一方で、リニアイオントラップについて、共振周波数に関して同様の結果となる多くの異なる電極形状が開発され、テストされてきた。共振周波数がフラグメンテーションゾーンのサイズ全体で安定している限り、半径変更の品質は影響されにくい。
【0040】
各ＳＷＩＭファイルにおいて、イオンは、式５で定義された周波数に基づいて式２により求められた周波数依存的なＲＦ振幅の、一定の範囲の周波数（すなわちｍ／ｚ比）にわたって動径励起される。所与のｍ／ｚ比について、それらの共振周波数における振幅（すなわち励起後にイオン雲の半径）は、以下の符号化周波数を用いて、ＳＷＩＭファイルのインデックスｎに従って変更される。
式中、ｆeは符号化周波数であり、ｆrはイオンの軌道の共振径方向周波数であり、ｆminは（ｍ／ｚ範囲における最も高いｍ／ｚ比に対応する）周波数範囲の最小周波数であり、ｆmaxは（ｍ／ｚ範囲における最も低いｍ／ｚ比に対応する）周波数範囲の最大周波数である。
【数6】
【0041】
ＩＲＭＰＤ（Ｓ． Ａ． Ｈｏｆｓｔａｄｌｅｒ，Ｋ． Ａ． Ｓａｎｎｅｓ－Ｌｏｗｅｒｙ，Ｒ． Ｈ． Ｇｒｉｆｆｅｙ、「Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｍｕｌｔｉｐｈｏｔｏｎ Ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｉｎ ａｎ Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｉｏｎ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ」、Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ．、１９９９年、７１，２０６７）、ＵＶＰＤ（Ｒ． Ｃａｎｎｏｎ Ｊｏｅ，Ｂ． Ｃａｍｍａｒａｔａ Ｍｉｃｈａｅｌ，Ａ． Ｒｏｂｏｔｈａｍ Ｓｃｏｔｔ，Ｃ． Ｃｏｔｈａｍ Ｖｉｃｔｏｒｉａ，Ｂ． Ｓｈａｗ Ｊａｒｅｄ，Ｔ． Ｆｅｌｌｅｒｓ Ｒｙａｎ，Ｐ． Ｅａｒｌｙ Ｂｒｙａｎ，Ｍ． Ｔｈｏｍａｓ Ｐａｕｌ，Ｌ． Ｋｅｌｌｅｈｅｒ Ｎｅｉｌ，Ｓ． Ｂｒｏｄｂｅｌｔ Ｊｅｎｎｉｆｅｒ、「Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｐｈｏｔｏｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｈｏｌｅ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｏｎ ａ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃ ｔｉｍｅ ｓｃａｌｅ」、Ａｎａｌ Ｃｈｅｍ、２０１４年、８６，２１８５）、または、ＥＴＤ（Ｇ． Ｃ． ＭｃＡｌｉｓｔｅｒ，Ｄ． Ｐｈａｎｓｔｉｅｌ，Ｄ． Ｍ． Ｇｏｏｄ，Ｗ． Ｔ． Ｂｅｒｇｇｒｅｎ，Ｊ． Ｊ． Ｃｏｏｎ、「Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｎ ａ Ｈｙｂｒｉｄ Ｌｉｎｅａｒ Ｉｏｎ Ｔｒａｐ－Ｏｒｂｉｔｒａｐ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ」、Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ．（米国ワシントンＤＣ） 、２００７年、７９，３５２５）のような、本実施形態とともに使用できるレーザベースまたは電子ベースのフラグメンテーション法の場合、フラグメンテーション効率が高いゾーンは、四極子の中央にある。イオン雲の半径が大きい（共鳴励起が高い）とき、イオン雲とフラグメンテーションゾーンとの間の重複は小さく、フラグメンテーションがあまり期待できない。イオン雲の半径が小さい（共鳴励起が低い）と、イオン雲とフラグメンテーションゾーンとの間の重複は大きく、フラグメンテーション効率が高くなることが予想される。
【0042】
ＦＴ－ＩＣＲ ＭＳとは異なり、ＬＩＴにおけるイオンマニピュレーションは、イオン雲コヒーレンスを必要としない（Ｍ． Ｂ． Ｃｏｍｉｓａｒｏｗ，Ａ． Ｇ． Ｍａｒｓｈａｌｌ、「Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ」、Ｃｈｅｍ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．、１９７４年、２５，２８２）。その結果、分解能を損なうことなく、衝突活性化解離を２Ｄ ＬＩＴ ＭＳにおいて使用することができる。ＣＡＤにおけるフラグメンテーション効率は、イオン運動エネルギーとともに向上するため、イオン雲とフラグメンテーションゾーンとの間の重複は、高半径でイオンが励起されたときには高く、イオンが低半径で励起されたときには低い。
【0043】
これらの仮定に従って、ＳＷＩＭにおけるフラグメントイオン存在量は、フラグメンテーション法が、レーザベースか、電子ベースか、またはＣＡＤであるかどうかにかかわらず、それらのプリカーサの半径と同じ（式６で定義した）符号化周波数で変更される。この効果により、ＬＩＴにおける２Ｄ ＭＳが可能になる。
【0044】
図３は、広帯域励起の逆フーリエ変換からなる、ＳＷＩＭを使用したイオン雲半径の符号化を示している。励起波形が、すべての周波数において０位相を有する場合、逆フーリエ変換により、高い振幅の短励起の原因となるチャープパルスがもたらされる（Ａ． Ｇ． Ｍａｒｓｈａｌｌ，Ｔ． Ｃ． Ｌ． Ｗａｎｇ，Ｔ． Ｌ． Ｒｉｃｃａ、「Ｔａｉｌｏｒｅｄ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ」、Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．、１９８５年、１０７，７８９３）。チャープパルスにより、質量分析器を駆動するＲＦ増幅器は、高い電圧振幅（数百Ｖpp）および高い周波数仕様が求められる。励起パルスにおける個々の周波数の影響を経時的に広げることで、ＲＦ増幅器に求められる性能を低く抑えるため、Ｇｕａｎら（１９９０年、前述している）は、最適な振幅低減のため、ＳＷＩＦＴ励起パルスの位相変更を最適化するアルゴリズムを提案した。広帯域励起の場合、最適な位相変調は、式３によって得られる。振幅包絡線が異なる広帯域励起の場合、最適な位相変調は、包絡線の形状に依存する。ＳＷＩＭの場合、これは、最適な位相変調関数が各インデックスｎについて異なることを意味する。
【0045】
ｉｎ ｓｉｌｉｃｏの実験では、電圧振幅の制限はないが、２Ｄ ＭＳ実験を物理的な実施形態に適応させるためには、パルスの電圧振幅およびパルスの長さという２つの要素について検討する必要がある。一方では、パルスの電圧振幅は、ＲＦ増幅器の性能の範囲内であることが求められる。他方では、ＬＣのタイムスケールに２Ｄ ＭＳを適合するには、パルス幅が限定されている必要がある（この実験では、最低周波数は、４００μｓのパルス幅に対応する２０ｋＨｚである）。さらに、ＳＷＩＭインデックスｎとは無関係の位相変調関数を選択すると、各実験の前に、ＳＷＩＭパルスをより早く発生させることになる。この研究では、式３で提案される位相変調関数を選択した。図４は、正規化された周波数領域包絡線のための位相変調を用いたパルスのピーク間振幅および当該位相変調を用いないパルスの頂点間振幅を示している。すべてのＳＷＩＭインデックスについて、位相変調を用いたパルスは、位相変調を用いないパルスよりも低い振幅を有する。平均振幅は位相変調を用いないと０．１８７であり、位相変更を用いると０．１１１である。したがって、平均振幅が１．６８倍減となる。これにより、２Ｄ ＭＳのプロトタイプに対して、ＲＦ増幅器に求められる性能がほぼ半分に抑えられる。
【0046】
図５は、各イオン軌道計算の終了時のイオン数、すなわち、イオンの合計数、プリカーサイオンの数およびフラグメントイオンの数をＳＷＩＭインデックスｎの関数として示している。３つのｍ／ｚ比、すなわち、ｍ／ｚ１６６、ｍ／ｚ１９５およびｍ／ｚ３２２について、イオン軌道計算を実行した。
【0047】
図５は、シミュレーションの終了時のイオンの合計数をＳＷＩＭファイルのインデックスを用いて周期的に変更することを示している。全イオン数の周期的な低下は、イオンがＬＩＴから出るまでＳＷＩＭパルスによって高い半径に励起されていることによるものである。全イオン数の減少は、フラグメントイオンの数の減少と一致する。即ち、フラグメンテーションゾーンはＬＩＴの中央に位置しており、プリカーサイオンの半径が増大するにつれて、そのフラグメンテーション効率が低下する。プリカーサイオンの数の挙動は、より複雑である。プリカーサイオンがフラグメンテーションゾーン内に存在する時間はより少なく、励起後のプリカーサイオンの半径が増大するにつれて、そのフラグメンテーション効率が低下する。プリカーサイオンの半径がＬＩＴのサイズに達すると、プリカーサイオンはフラグメンテーション期間の前にＬＩＴから放出されるので、プリカーサイオンの数は再び低下する。この挙動は、図３ａ、図３ｂ、および図３ｃについて繰り返されており、ｍ／ｚ比に依存しない。しかしながら、大きな半径での全イオン数の低下は、ｍ／ｚ比の減少とともに増大し（ＳＷＩＭパルスの３８０μｓでの切り捨てによるものであり得る）、その結果、より低い周波数における励起が低下し、したがって、より高ｍ／ｚ比における励起がより少なくなる。
【0048】
変更の周波数は、ｍ／ｚ比とともに低下し、図５ａは、ｍ／ｚ１６６のプリカーサのイオン数は５サイクルを経ることを示しており、図５ｂでは、ｍ／ｚ１９５のプリカーサは４サイクルを経て、図５ｃでは、ｍ／ｚ３２２のプリカーサは２サイクルを経ている。これらの周波数は、式６の符号化周波数に対応する。対応する共振周波数は、ｍ／ｚ１６６では１０３ｋＨｚ、ｍ／ｚ１９５では８６ｋＨｚ、ｍ／ｚ３２２では５３ｋＨｚである。すべての実験におけるイオン数の周波数は、プリカーサイオンおよびフラグメントイオンの周波数と同じであり、したがって、プリカーサイオンの存在量とフラグメントイオンの存在量との間に相関性、およびＬＩＴにおける２Ｄ質量分析の可能性が確立される。
【0049】
図６は、図５に提示したデータを用いて生成された２Ｄ質量スペクトルを示している。２Ｄ ＦＴ－ＩＣＲ質量スペクトルの場合のように、横軸は、イオン軌道計算の終了時に測定されたｍ／ｚ比は（すなわち、フラグメントｍ／ｚ比）を表し、縦軸は、周波数対質量変換から計算されたｍ／ｚ比（すなわち、プリカーサｍ／ｚ比）を表している。図６の点線は、自身の符号化周波数（すなわちｍ／ｚ比）に応じたプリカーサイオンの存在量の変化に対応する「（ｍ／ｚ）フ゜リカーサ＝（ｍ／ｚ）フラク゛メント」の式による自己相関を示している。
【0050】
図６は、ｍ／ｚ（１９５，１９５）およびｍ／ｚ（３２２，３２２）における自己相関線上の２つのピークを示す。各プリカーサイオンは、フラグメントイオン線上にピークを有し、ｍ／ｚ１９５についてはｍ／ｚ（１８１，１９５）、ｍ／ｚ３２２についてはｍ／ｚ（１９０，３２２）である。２Ｄ質量スペクトルは、ｍ／ｚ（１２２，１６６）においてピークを示すが、ｍ／ｚ（１６６，１６６）において自己相関線上に対応するピークがなく、励起が（射出による）最大励起と（フラグメンテーションによる）最小励起の両方におけるイオン損失を生じるのに十分な強さであるので、プリカーサイオンの変更は、フラグメントイオンの変更の２倍の頻度である。
【0051】
図６の２Ｄ質量スペクトルの、プリカーサ垂直寸法における分解力は低く、ｍ／ｚ２００において１０未満である。２Ｄ ＭＳ法はプリカーサ寸法についてＦＴベースなので、ＳＷＩＭインデックスｎに沿ったデータポイント数の増大は、プリカーサ寸法における分解力を大幅に増大させ得る。現状、データポイントやＬＩＴの径方向における周波数の不安定性以上に垂直分解力を制限するものは確認されていない。同様に、２Ｄ ＭＳ法はプリカーサ寸法についてＦＴベースなので、２Ｄ質量スペクトルのプリカーサ寸法における信号対雑音比は、ＳＷＩＭインデックスｎに沿ったデータポイント数とともに増大すると予想できる。
【0052】
この実施形態では、２Ｄ ＦＴ－ＩＣＲ ＭＳの研究とは異なり、ＳＩＭＩＯＮソフトウェアによってイオンのｍ／ｚ比を直接測定したのでデータのフーリエ変換を計算することは、垂直寸法においてのみ必要であった。物理的な実施形態では、データ処理は、質量分析器１０の性質に依存する。オービトラップとＦＴ－ＩＣＲ質量分析計はいずれもＦＴベースであり、両方の次元においてフーリエ変換を必要とするが、飛行時間と四極子はいずれも、より早く計算される飛行時間からｍ／ｚｚ比への変換に依拠する。
【0053】
この実施形態では、イオンマニピュレーションデバイスとしてＬＩＴを使用した。ＬＩＴは、同様に質量分析器としても使用してもよく、あるいは、フラグメンテーション期間の終了時に質量分析器にイオンを移動させるように、他の質量分析器に接続されてもよい。イオン移動の最適化は、使用する質量分析器の種類に依存する。コストの点では、ＬＩＴ単独、または、トリプル四重極内のＬＩＴが最も魅力的な選択肢であるが、収集時間がかかり、分解力が低い。ＬＩＴをオービトラップまたはＦＴ－ＩＣＲ質量分析計と接続すると、分解力が劇的に向上するが、機器のコストもまた増大する。また、これらの２つの質量分析器のデューティーサイクルは長く、これにより、収集時間が長くなる。より速い収集を達成するために、ＴＯＦ分析器は、デューティーサイクルが短いのでかなり有利であり、２Ｄ ＭＳをオンライン液体クロマトグラフィと接続することを可能とし得る。
【0054】
この実施形態は、リニアイオントラップにおける２次元質量分析の実現可能性が示される（ここでは半径依存的なフラグメンテーション法を適用する前にＳＷＩＭパルスを印加してプリカーサイオン雲の半径を変更することによる）。得られたフラグメントイオンの存在量は、プリカーサイオンの存在量と同じ符号化周波数を用いて変更され、あるいは、プリカーサの最大励起がイオン放出につながる場合には、プリカーサイオンの存在量の符号化周波数を半分にする。イオンの存在量のフーリエ変換を計算し、各ｍ／ｚ比についてそれらをプロットすると、２Ｄ質量スペクトルは、２Ｄ ＦＴ－ＩＣＲ ＭＳについて説明したものと同様になる。
【0055】
したがって、リニアイオントラップにおける２Ｄ ＭＳは、レーザベース（ＩＲＭＰＤ、ＵＶＰＤ）、電子ベース（ＥＴＤ、ＰＴＤ）または衝突ベース（ＣＡＤ）の、様々な半径依存的なフラグメンテーション技術に、適用することができる。ＬＩＴは、イオンマニピュレーションデバイスとしても、質量分析器としても使用できるが、高い分解能またはより速い収集時間などの実験セットアップにおける様々な所望の特性を得るために、ＦＴ－ＩＣＲ質量分析計、オービトラップまたはＴＯＦのような他の質量分析器を接続することができる。特に、ＬＩＴをデューティーサイクルがより速い質量分析器と接続すると、１０秒超の収集時間の短縮が図られ、それにより、２Ｄ ＭＳはＬＣまたはＧＣのタイムスケールに適合可能になる。そのような機器により、イオン分離分析を必要としないＬＣ－２Ｄ ＭＳ実験が実現される。ＬＣ－２Ｄ ＭＳは、ＭＳ／ＭＳが大量の検体を除外する、プロテオミクスおよびペトロリオミクス等の場合のような、複合試料の分析に極めて有効な技術であり、ＭＳ／ＭＳは、多くの検体を省略する。
【0056】
添付図面の図７に示される本発明の第２の実施形態では、リニアイオントラップにおける２Ｄ質量分析の実現可能性を実証する別の質量分析機器が示されている。第１の実施形態と等しい整数は、５０を足した対応する参照番号として示されている。
【0057】
この実施形態では、収容されたイオンを保持するフィールドを提供するために、機器の長さに沿って４つの四極子電極５２のセットが提供される。４つの励起電極６０ａ、６０ｂのさらなるセットが２対の電極として提供され、各対６０ａ、６０ｂは、四極子電極５２の両側に２つの電極を備えている。
【0058】
したがって、ＳＷＩＭ励起パルスを四極子電極５２に印加するのではなく、励起電極に印加する。さらに、励起パルスを１対の励起電極６０ａ、６０ｂにのみ印加するのではなく、ＳＷＩＭ逆フーリエ変換ステップを行った後、時間領域パルスの実数部を一方の対６０ａに印加することができ、虚数部は他方の対６０ｂに印加される。
【0059】
これにより、電極のうちの１対にパルスを印加するという同様の結果が得られるが、（少なくとも約）１／２の振幅が電極の各対に印加される。したがって、ピーク振幅を低減することができる。
【0060】
さらに、この実施形態では、動径周波数とともに線形に増大するＳＷＩＭ周波数を有するのではなく、ＳＷＩＭ周波数は、動径周波数とともに低下する。イオン存在量は、ｆではなく、ｆNyquist－ｆで変更される。
【0061】
最大値の半分の全幅は周波数とは無関係であるため、質量精度および質量分解能は、周波数プロファイルにかかわらずｍ／ｚ比で減少することになる。このことは、周波数プロファイルを増大および減少させた結果を示す、添付図面の図８および図９に示されている。これらの図のそれぞれにおいて、グラフａ）は、所与の径方向のモーション周波数についてのＳＷＩＭ周波数を示し、グラフｂ）は、所与の周波数におけるＭＳ強度を示し、グラフｃ）は、得られた２Ｄ質量スペクトルを示している。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
