特許 7374994 ＲＦイオントラップイオン装填方法

(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】

(24)【登録日】2023-10-27

(45)【発行日】2023-11-07

(54)【発明の名称】ＲＦイオントラップイオン装填方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/00 20060101AFI20231030BHJP

   H01J 49/06 20060101ALI20231030BHJP

   H01J 49/42 20060101ALI20231030BHJP

   H01J 49/02 20060101ALI20231030BHJP

【ＦＩ】

H01J49/00 500

H01J49/06 700

H01J49/42 150

H01J49/42 250

H01J49/02 200

H01J49/42 900

H01J49/00 310

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2021510881

(86)(22)【出願日】2019-09-04

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-04

(86)【国際出願番号】 IB2019057459

(87)【国際公開番号】W WO2020049487

(87)【国際公開日】2020-03-12

【審査請求日】2022-09-01

(31)【優先権主張番号】62/728,637

(32)【優先日】2018-09-07

(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】グナ， ミルシア

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】特表２００２－５１７８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／０４４２４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－１１７３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６１７７６６８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２４８１５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２１９３３７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ４９／００

Ｈ０１Ｊ ４９／０２

Ｈ０１Ｊ ４９／０６

Ｈ０１Ｊ ４９／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量分析計内でイオンを処理する方法であって、
異なる質量／電荷（ｍ／ｚ）比を有する複数のイオンを衝突セル内に捕獲することと、
前記イオンを前記衝突セルからｍ／ｚ比の降順において放出することと、
複数のロッドを有する質量分析器内に前記イオンを受容することであって、前記複数のロッドのうちの少なくとも１つにＲＦ電圧が印加される、ことと
を含み、
前記ＲＦ電圧の振幅は、前記放出されたイオンが前記質量分析器によって受容されるにつれて、第１の値からより低い第２の値に変動される、方法。

【請求項2】

前記受容されるイオンを前記質量分析器から質量選択的軸方向射出（ＭＳＡＥ）を介して放出することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記衝突セルは、四重極構成に配列された複数のロッドを備える、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記イオンを前記衝突セルから放出する前記ステップは、質量選択的軸方向射出（ＭＳＡＥ）を利用することを含む、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記ＭＳＡＥは、前記衝突セルの前記複数のロッドの２つの半径方向に対向するロッドを横断した双極電圧の印加によって実施される、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記双極電圧の振幅は、第１の値から第２のより低い値に漸減され、降順ｍ／ｚ比においてイオンを前記衝突セルから放出する、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記ＭＳＡＥは、励起電圧を前記衝突セルと前記質量分析器との間に配置されたレンズに印加することによって実施される、請求項４に記載の方法。

【請求項8】

前記質量分析器は、四重極構成に配列された複数のロッドを備える、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記ＲＦ電圧は、前記複数のロッドのうちの少なくとも１つに印加される、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記ＲＦ電圧の振幅は、前記第１の値から前記第２の値に線形に変動される、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

前記ＲＦ電圧の振幅は、前記第１の値から前記第２の値に非線形に変動される、請求項１に記載の方法。

【請求項12】

イオンが前記質量分析器によって前記衝突セルから受容されるにつれて、ガス圧力パルスを前記質量分析器に印加することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

複数のイオンを捕獲する前記ステップに先立って、以下のステップ：
イオンを発生させるステップと、
捕獲するために、前記発生されたイオンのサブセットを質量選択するステップと
を実施することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項14】

低ｍ／ｚ比から高ｍ／ｚ比において、前記イオンを前記質量分析器から質量選択的に軸方向に射出することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項15】

質量分析計であって、
異なる質量／電荷（ｍ／ｚ）比を有する複数のイオンを発生させるための源と、
前記複数のイオンの少なくともサブセットを受容および捕獲するためのイオントラップであって、前記サブセットは、異なるｍ／ｚ比を有するイオンを備える、イオントラップと、
前記イオントラップの下流に位置付けられた質量分析器であって、前記質量分析器は、複数のロッドを備え、前記複数のロッドのうちの少なくとも１つにＲＦ電圧が印加され得る、質量分析器と、
ｍ／ｚ比の降順において前記イオントラップからの前記捕獲されたイオンの放出をもたらし、前記放出されたイオンが前記質量分析器によって受容されるにつれて、前記質量分析器の少なくとも１つのロッドに印加される前記ＲＦ電圧の振幅を変動させるためのコントローラと
を備える、質量分析計。

【請求項16】

前記イオントラップは、四重極構成に配列された４つのロッドを備える、請求項１５に記載の質量分析計。

【請求項17】

イオンをその中に半径方向に閉じ込めるために、ＲＦ電圧を前記質量分析器の前記少なくとも１つのロッドに印加するための少なくとも第１のＲＦ電圧源と、ＲＦ電圧を前記イオントラップの少なくとも１つのロッドに印加するための少なくとも第２のＲＦ電圧源とをさらに備える、請求項１５に記載の質量分析計。

【請求項18】

前記質量分析計はさらに、前記イオントラップ内に含有されるイオンの放出を生じさせるために前記イオントラップの前記４つのロッドのうちの２つのロッドを横断して励起電圧を印加するための、前記コントローラの制御下で動作する励起電圧源を備える、請求項１６に記載の質量分析計。

【請求項19】

前記コントローラは、前記放出されたイオンが前記質量分析器によって受容されるにつれて、前記第１のＲＦ電圧源を制御し、前記質量分析器の前記少なくとも１つのロッドに印加されるＲＦ電圧の振幅の変動を生じさせる、請求項１７に記載の質量分析計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願）
本願は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、２０１８年９月７日に出願され、「ＲＦ Ｉｏｎ Ｔｒａｐ Ｉｏｎ Ｌｏａｄｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ」と題された、米国仮出願第６２／７２８，６３７号の優先権を主張する。

【0002】

本教示は、概して、質量分析計内のイオントラップ、例えば、線形イオントラップ（ＬＩＴ）の中へのあるｍ／ｚ比の範囲を有するイオンの効率的輸送のための方法およびシステムに関連する。

【背景技術】

【0003】

（背景）
質量分析法（ＭＳ）は、定質的および定量的用途の両方を伴う、分子の質量／電荷比を測定するための分析技法である。ＭＳは、未知の化合物を識別し、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判定し、サンプル中の特定の化合物の量を定量化するために有用であり得る。質量分析計は、検体と荷電イオンの変換がサンプル処理の間に生じなければならないようなイオンとして化学実体を検出する。

【0004】

タンデム質量分析法（ＭＳ／ＭＳ）では、イオン源から発生されるイオンは、質量分析法の第１の段階において、質量選択されることができ（前駆体イオン）、前駆体イオンは、第２の段階において、断片化され、生成イオンを発生させることができる。生成イオンは、次いで、検出および分析されることができる。

【0005】

ある場合には、上流質量フィルタによって選択された前駆体イオンは、その中でそれらが断片化を受ける衝突セルとして機能する、ＲＦイオントラップの中に導入されることができる。断片化されたイオンは、次いで、下流ＬＩＴによって受容され、そのｍ／ｚ比に従って、例えば、質量選択的軸方向射出（ＭＳＡＥ）を介して放出され、下流検出器によって検出されることができる。

【0006】

しかしながら、従来の線形イオントラップは、低有効捕獲電位に起因して、低印加ＲＦ電圧では、大ｍ／ｚイオンに関して不良捕獲効率を呈し得る。印加されるＲＦ電圧を増加させることは、大ｍ／ｚイオンの捕獲効率を増加させることができるが、より高い印加ＲＦ電圧では、低ｍ／ｚイオンの運動が不安定になり得るため、低ｍ／ｚイオンの捕獲に悪影響を及ぼし得る。その結果、線形イオントラップの質量範囲は、典型的には、別個のサンプル工程を使用して解析され、ともに繋ぎ戻され、広範囲のｍ／ｚ比を有するイオンを処理することが可能である。しかしながら、質量範囲のそのような解析は、デューティサイクルおよび感度を減少させ得る。

【0007】

故に、質量分析法において使用するための改良された線形イオントラップの必要性が存在する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0008】

（要約）
一側面では、質量分析計内でイオンを処理する方法が、開示され、方法は、異なる質量／電荷（ｍ／ｚ）比を有する複数のイオンを衝突セル内に捕獲することと、該イオンを衝突セルからｍ／ｚ比の降順において放出することと、複数のロッドを有する質量分析器内にイオンを受容することであって、複数のロッドのうちの少なくとも１つにＲＦ（無線周波数）電圧が印加される、こととを含み、ＲＦ電圧は、放出されたイオンが質量分析器によって受容されるにつれて、第１の値からより低い第２の値に変動される。

【0009】

第１の値から第２の値へのＲＦ電圧の変化は、イオンが上流衝突セルからｍ／ｚ比の降順において放出されるにつれて、質量分析器内のイオンの効率的捕獲が達成され、質量分析器によって受容されることを確実にするように構成される。いくつかの実施形態では、質量分析器に印加されるＲＦ電圧の変動は、分析器がイオンを衝突セルから受容するにつれて、線形であり得るが、他の実施形態では、そのような変動は、非線形であることができる。いくつかの実施形態では、時間の関数としてのＲＦ電圧の変動は、プラトーによって分離される、減少部分によって特徴付けられることができる。いくつかの実施形態では、質量分析器に印加されるＲＦ電圧は、約５０～約１，０００の範囲内のｍ／ｚ比を有するイオンが分析器によって受容されるにつれて、少なくとも約８０％減少される。

【0010】

質量分析器によって受容されるイオンは、次いで、例えば、質量選択的軸方向射出（ＭＳＡＥ）を介して放出され、下流検出器によって検出されることができる。例えば、質量分析器内に含有されるイオンは、ＭＳＡＥを介して、ｍ／ｚ比の昇順において、すなわち、低ｍ／ｚから高ｍ／ｚ比へと放出されることができる。

【0011】

いくつかの実施形態では、衝突セルは、四重極構成に配列される、複数のロッドを備えることができる。１つ以上のＲＦ電圧が、イオンを衝突セル内に半径方向に閉じ込めるために、衝突セルの１つ以上のロッドに印加され、電磁場を発生させることができる。いくつかの実施形態では、衝突セルの入口および／または出口に近接して配置される、１つ以上の電極が、イオンの軸方向閉じ込めを提供するために、軸方向電場を衝突セルに印加するように採用されることができる。

【0012】

いくつかの実施形態では、衝突セルからのイオンの放出は、質量選択的軸方向射出（ＭＳＡＥ）を介して達成されることができる。実施例として、ＭＳＡＥは、励起されたイオンと衝突セルの遠位端におけるフリンジ場との間の相互作用が衝突セルからのイオンの射出を生じさせ得るように、衝突セルの少なくとも１つのロッドへのＡＣ励起電圧の印加を介して達成され、イオンのサブセットを半径方向に励起させることができる。いくつかの実施形態では、励起電圧の振幅は、第１の値から第２の値に漸減されることができ、第１の値は、第２の値を下回る。実施例として、励起電圧の振幅は、約０．２ボルト～約５ボルトで変動されることができる。いくつかの実施形態では、励起電圧は、衝突セルの一対のロッドに印加される、双極電圧である。いくつかの実施形態では、ＭＳＡＥは、励起電圧を衝突セルと質量分析器との間に配置されるレンズに印加することによって実施される。

【0013】

いくつかの実施形態では、イオンは、衝突セルの四重極ロッドセットのロッドに印加されるＡＣ電圧の振幅を第１の値から第２の値に変動させることによって、衝突セルから放出される。

【0014】

いくつかの実施形態では、ガス圧力パルスが、イオンが質量分析器によって受容されるにつれて、そこに印加されるＲＦ電圧の低減と併せて、質量分析器に印加されることができる。そのような圧力パルスは、有利なこととして、質量分析器によって受容されるイオンの冷却を促進し、質量分析器内において、例えば、約３０～約４，０００の範囲内の大ｍ／ｚ比範囲を有する、イオンの効率的捕獲を向上させることができる。

【0015】

いくつかの実施形態では、衝突セルの上流に位置付けられる、イオン源は、複数のイオンを発生させ、イオン源と衝突セルとの間に配置される、フィルタ、例えば、ＲＦ／ＤＣフィルタは、衝突セルの中への導入のために、それらのイオンのサブセットを選択するように採用される。

【0016】

関連側面では、質量分析計が、開示され、質量分析計は、異なる質量／電荷（ｍ／ｚ）比を有する複数のイオンを発生させるための源と、該複数のイオンの少なくともサブセットを受容および捕獲するためのイオントラップとを備え、該サブセットは、異なるｍ／ｚ比を有する、イオンを備える。質量分析器は、イオントラップの上流に位置付けられる。質量分析器は、そのうちの少なくとも１つにＲＦ電圧が印加され得る、複数のロッドと、ｍ／ｚ比の降順においてイオントラップからの捕獲されたイオンの放出をもたらし、放出されたイオンが該質量分析器によって受容されるにつれて、質量分析器の少なくとも１つのロッドに印加されるＲＦ電圧を変動させるためのコントローラとを備えることができる。

【0017】

いくつかの実施形態では、イオントラップは、四重極構成に配列される、４つのロッドを含むことができる。いくつかのそのような実施形態では、イオントラップは、衝突セルとして構成されることができる。

【0018】

上記の実施形態のうちのいくつかでは、質量分析計はさらに、ＲＦ電圧を質量分析器の少なくとも１つのロッドに印加するための１つのＲＦ電圧源と、ＲＦ電圧をイオントラップの少なくとも１つのロッドに印加するための第２のＲＦ電圧源とを含むことができる。さらに、質量分析計は、イオントラップからのイオンの質量選択的軸方向射出（ＭＳＡＥ）を生じさせるために、励起電圧をイオントラップの２つのロッドを横断して印加するための、コントローラの制御下で動作する励起電圧源を含むことができる。

【0019】

加えて、コントローラは、イオントラップから放出されたイオンが質量分析器によって受容されるにつれて、ＲＦ電圧を質量分析器に供給するＲＦ電圧源を制御し、質量分析器のための少なくとも１つのロッドに印加されるＲＦ電圧の振幅を変動させ、例えば、ＲＦ電圧を減少させることができる。

【0020】

本教示の種々の側面のさらなる理解は、下記に簡単に説明される、関連付けられる図面と併せて、以下の発明を実施するための形態を参照することによって取得されることができる。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
（項目１）
質量分析計内でイオンを処理する方法であって、
異なる質量／電荷（ｍ／ｚ）比を有する複数のイオンを衝突セル内に捕獲することと、
前記イオンを前記衝突セルからｍ／ｚ比の降順において放出することと、
複数のロッドを有する質量分析器内に前記イオンを受容することであって、前記複数のロッドのうちの少なくとも１つにＲＦ電圧が印加される、ことと
を含み、
前記ＲＦ電圧の振幅は、前記放出されたイオンが前記質量分析器によって受容されるにつれて、第１の値からより低い第２の値に変動される、方法。
（項目２）
前記受容されるイオンを前記質量分析器から質量選択的軸方向射出（ＭＳＡＥ）を介して放出することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目３）
前記衝突セルは、四重極構成に配列された複数のロッドを備える、項目１に記載の方法。
（項目４）
前記イオンを前記衝突セルから放出する前記ステップは、質量選択的軸方向射出（ＭＳＡＥ）を利用することを含む、項目３に記載の方法。
（項目５）
前記ＭＳＡＥは、前記衝突セルの前記複数のロッドの２つの半径方向に対向するロッドを横断した双極電圧の印加によって実施される、項目４に記載の方法。
（項目６）
前記励起電圧の振幅は、第１の値から第２のより低い値に漸減され、降順ｍ／ｚ比においてイオンを前記衝突セルから放出する、項目５に記載の方法。
（項目７）
前記ＭＳＡＥは、励起電圧を前記衝突セルと前記質量分析器との間に配置されたレンズに印加することによって実施される、項目４に記載の方法。
（項目８）
前記質量分析器は、四重極構成に配列された複数のロッドを備える、項目１に記載の方法。
（項目９）
前記ＲＦ電圧は、前記複数のロッドのうちの少なくとも１つに印加される、項目８に記載の方法。
（項目１０）
前記ＲＦ電圧の振幅は、前記第１の値から前記第２の値に線形に変動される、項目１に記載の方法。
（項目１１）
前記ＲＦ電圧の振幅は、前記第１の値から前記第２の値に非線形に変動される、項目１に記載の方法。
（項目１２）
イオンが前記質量分析器イオントラップによって前記衝突セルから受容されるにつれて、ガス圧力パルスを前記質量分析器イオントラップに印加することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目１３）
複数のイオンを捕獲する前記ステップに先立って、以下のステップ：
イオンを発生させるステップと、
捕獲するために、前記発生されたイオンのサブセットを質量選択するステップと
を実施することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目１４）
低ｍ／ｚ比から高ｍ／ｚ比において、前記イオンを前記質量分析器から質量選択的に軸方向に射出することをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目１５）
質量分析計であって、
異なる質量／電荷（ｍ／ｚ）比を有する複数のイオンを発生させるための源と、
前記複数のイオンの少なくともサブセットを受容および捕獲するためのイオントラップであって、前記サブセットは、異なるｍ／ｚ比を有するイオンを備える、イオントラップと、
前記イオントラップの下流に位置付けられた質量分析器であって、前記質量分析器は、そのうちの少なくとも１つにＲＦ電圧が印加され得る、複数のロッドを備える、質量分析器と、
ｍ／ｚ比の降順において前記イオントラップからの前記捕獲されたイオンの放出をもたらし、前記放出されたイオンが前記質量分析器によって受容されるにつれて、前記質量分析器の少なくとも１つのロッドに印加される前記ＲＦ電圧の振幅を変動させるためのコントローラと
を備える、質量分析計。
（項目１６）
前記イオントラップは、四重極構成に配列される、４つのロッドを備える、項目１５に記載の質量分析計。
（項目１７）
イオンをその中に半径方向に閉じ込めるために、ＲＦ電圧を前記質量分析器の前記少なくとも１つのロッドに印加するための少なくとも第１のＲＦ電圧源と、ＲＦ電圧を前記イオントラップの少なくとも１つのロッドに印加するための少なくとも第２のＲＦ電圧源とをさらに備える、項目１５に記載の質量分析計。
（項目１８）
前記質量分析計はさらに、前記衝突セル内に含有されるイオンの放出を生じさせるために前記衝突セルの２つのロッドを横断して励起電圧を印加するための、前記コントローラの制御下で動作する励起電圧源を備える、項目１５に記載の質量分析計。
（項目１９）
前記コントローラは、前記放出されたイオンが前記質量分析器によって受容されるにつれて、前記第１のＲＦ電圧源を制御し、前記質量分析器の前記少なくとも１つのロッドに印加されるＲＦ電圧の振幅の変動を生じさせる、項目１７に記載の質量分析計。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、質量分析器にあるｍ／ｚ比範囲を有するイオンを装填するための、本教示による方法における種々のステップを描写する、フローチャートである。

【図2】図２は、ｍ／ｚの降順における、衝突セルからのイオンの放出と、衝突セルから放出されたイオンを受容するように位置付けられる下流の質量分析器のロッドに印加される、ＲＦ電圧の振幅の同時減少とを図式的に描写する。

【図3】図３は、段階的方式での、ｍ／ｚ比の降順における、衝突セルからのイオンの放出と、類似段階的方式での、衝突セルからのイオンの放出と連動した、下流の質量分析器のロッドに印加されるＲＦ電圧の振幅の同時減少とを図式的に描写する。

【図4A】図４Ａは、本教示のある実施形態による、質量分析計を図式的に描写する。

【図4B】図４Ｂは、圧力パルスを質量分析計の質量分析器に印加するための、図４Ａの質量分析計において利用されるガス源を図式的に描写する。

【図5A】図５Ａは、イオンをそこから放出するための、図４Ａの質量分析計の衝突セルのロッドへの励起電圧の印加の実施例を描写する。

【図5B】図５Ｂは、イオンをそこから放出するための、図４Ａの質量分析計の衝突セルおよび／または質量分析器のロッドへの励起電圧の印加の実施例を描写する。

【図6】図６は、ｍ／ｚの降順においてイオンをそこから放出するための衝突セルの２つの対向するロッドへの双極電圧と、下流の質量分析器のロッドに印加されるＲＦ電圧との印加を図式的に描写し、イオンが質量分析器によって受容されるにつれたＲＦ電圧の減少を描写する。

【図7】図７は、段階的方式での、ｍ／ｚの降順における、イオンをそこから放出するための衝突セルの２つの対向するロッドへの段階的方式での双極励起電圧と、下流の質量分析器のロッドに印加されるＲＦ電圧との印加を図式的に描写し、ＲＦ電圧は、衝突セルからのイオンの放出と連動して段階的方式で減少される。

【発明を実施するための形態】

【0022】

（詳細な説明）
本教示は、概して、質量分析器イオントラップを効率的に装填するための方法およびシステムに関する。さらに詳細に議論されるように、いくつかの実施形態では、質量分析器イオントラップは、イオンを上流衝突セルから受容することができる。ロッド、例えば、質量分析器イオントラップの四重極ロッドセットに印加されるＲＦ閉じ込め電圧の振幅は、イオンが質量分析器によって受容されるにつれて、例えば、線形または非線形方式において低減される。このように、質量分析器は、広範囲のｍ／ｚ比、例えば、約３０～約４，０００の範囲内のｍ／ｚ比を有するイオンで、効率的に装填されることができる。下記でさらに詳細に議論されるように、いくつかの実施形態では、質量分析器のロッドに印加されるＲＦ電圧の振幅を低減させることに加え、ガス圧力パルスが、質量分析器に印加され、それによって受容されるイオンの冷却を促すことができる。

【0023】

図１のフローチャートを参照すると、質量分析計内でイオンを処理するための本教示の一実施形態では、異なる質量／電荷（ｍ／ｚ）比を有する、複数のイオンが、衝突セル内で捕獲される。捕獲されたイオンは、次いで、ｍ／ｚ比の降順において、衝突セルから放出され、放出されたイオンは、そのうちの少なくとも１つにＲＦ電圧が、印加され、質量分析器内のイオンの捕獲を促進し得る、四重極構成に配列される複数のロッドを備える、質量分析器内に受容される。質量分析器に印加されるＲＦ電圧は、イオンが質量分析器によって受容されるにつれて減少される。いくつかの実施形態では、衝突セルからのイオンの放出は、質量選択的軸方向射出（ＭＳＡＥ）を使用して達成されることができる。

【0024】

続いて、質量分析器内に収集されるイオンは、例えば、ＭＳＡＥを介して放出されることができ、放出されたイオンは、次いで、下流検出器によって検出されることができる。

【0025】

質量分析器に印加されるＲＦ電圧は、衝突セルから放出されたイオンが、種々の異なる方法において質量分析器によって受容されるにつれて、変動（減少）されることができる。実施例として、図２に示されるように、質量分析器に印加されるＲＦ電圧は、イオンが、衝突セルから放出され、質量分析器によって受容されるにつれて、線形方式において変動（減少）されることができる。図２に示されるように、そのような実施形態では、衝突セルから出射するイオンのｍ／ｚ比は、時間の関数として実質的に線形に減少する。衝突セルからのそのようなイオンの放出と連動して、質量分析器に印加されるＲＦ閉じ込め電圧の振幅も同様に、所与の時間における質量分析器に印加されるＲＦ電圧がその時点で受容される閉じ込めイオンのために好適であるように、実質的に線形方式において減少される。言い換えると、ＲＦ電圧は、それらのイオンのｍ／ｚ比が変化するにつれて衝突セルによって受容される閉じ込めイオンのために好適であるように変動される。より高いｍ／ｚイオンの衝突冷却は、より低いｍ／ｚ比を伴うイオンが質量分析器によって受容されるにつれたＲＦ電圧の振幅の低減にもかかわらず、質量分析器内におけるそれらのイオンの留保を促進することができる。

【0026】

代替として、図３に示されるように、質量分析器に印加されるＲＦ電圧は、段階的方式において変動されることができる。図３に描写される実施形態では、イオンは、段階的方式において衝突セルから放出される。例えば、時間周期Ｔ１の間、Ａ１のｍ／ｚ比を有するイオンが、衝突セルから放出され、下流の質量分析器によって受容される。本時間周期の間、質量分析器のロッドに印加されるＲＦ電圧は、これらのイオンの効果的閉じ込めを提供するように構成される。続いて、次の時間周期Ｔ２では、衝突セルから放出されるイオンは、Ａ２のｍ／ｚ比を有する。質量分析器に印加されるＲＦ電圧は、これらのイオンの効果的半径方向閉じ込めを提供するように減少される。本プロセスは、衝突セル内に含有されるイオンの全てが、衝突セルから放出され、質量分析器によって受容されるまで、繰り返されることができる。

【0027】

多くの実施形態では、分析器が衝突セルから放出されるイオンを受容するにつれた質量分析器に印加されるＲＦ電圧の変動は、大範囲に及ぶｍ／ｚ比を有するイオン、例えば、約５０～約１，０００の範囲内のｍ／ｚ比を有するイオンを質量分析器内に効果的に捕獲することを可能にすることができる。

【0028】

本教示は、種々の異なる質量分析計内に実装されることができる。実施例として、図４Ａを参照すると、実施形態による、質量分析計１３００は、イオンを発生させるためのイオン源１３０２を含む。イオン源は、その中に、それを通してイオン源によって発生されるイオンが下流区分に入射し得る、オリフィスを提供する、オリフィスプレート（図示せず）が配置される、カーテンチャンバ（図示せず）によって、分光計の下流区分から分離されることができる。本実施形態では、ＲＦイオンガイド（Ｑ０）が、ガス動態および無線周波数場の組み合わせを使用して、イオンを捕捉および集束させるために使用されることができる。イオンガイドＱ０は、イオンを、レンズＩＱ１およびＢｒｕｂａｋｅｒレンズ、例えば、約２．３５長ＲＦ専用四重極を介して、その中にＲＦイオンガイドＱ０が配置される、チャンバのものを下回って維持され得る、圧力まで真空化され得る、真空チャンバ内に据え付けられ得る、下流の四重極質量分析器Ｑ１に送達する。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^－４Ｔｏｒｒ（例えば、約２×１０^－５Ｔｏｒｒ）未満の圧力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。

【0029】

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、着目イオンタイプおよび／または着目イオンタイプの範囲を選択するように動作され得る、従来の伝送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することによって、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比の伝送窓を確立し、これらのイオンが、著しく摂動されずに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、窓外に該当するｍ／ｚ比を有するイオンは、四重極内で安定軌道を達成せず、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のための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。実施例として、いくつかの実施形態では、四重極ロッドセットＱ１は、ＲＦ専用モードにおいて動作され、したがって、Ｑ_０から受容されるイオンのためのイオンガイドとして作用する。

【0030】

四重極ロッドセットＱ１を通して通過するイオンは、短太ＳＴ２（また、Ｂｒｕｂａｋｅｒレンズとも称される）を通して通過し、その中でイオンの少なくとも一部が、断片化を受け、イオン断片を発生させる、衝突セル１３０４に入射することができる。本実施形態では、衝突セルは、四重極ロッドセットを含むが、他の多極ロッドセットもまた、他の実施形態では採用されることができる。コントローラ１３１２の制御下で動作する、ＲＦ電圧源１３１０ａは、ＲＦ電圧を衝突セルのロッドに印加し、イオンを衝突セル内に半径方向に閉じ込める。さらに、本実施形態では、ＩＱ２およびＩＱ３レンズは、衝突セルの入口および出口ポートに近接して配置される。ＤＣ電圧を衝突セルのロッドオフセットより高いＩＱ２およびＩＱ３レンズに印加することによって、イオンの軸方向捕獲が、達成されることができる。

【0031】

いくつかの実施形態では、衝突セルは、高圧、例えば、約２ｍＴｏｒｒ～約１５ｍＴｏｒｒの範囲内の圧力に維持され、その中に含有されるイオンの効率的冷却を確実にする。

【0032】

図４Ａを継続して参照すると、分析器イオントラップ１３０８が、衝突セル１３０４の下流に位置付けられる。本実施形態では、分析器イオントラップ１３０８は、それに対してＲＦ電圧が、印加され、その中のイオンの半径方向閉じ込めを提供し得る、四重極ロッドセットを含む。いくつかの実施形態では、分析器イオントラップ（図示せず）の入力および／または出力ポートに近接して位置付けられる、１つ以上の電極が、イオンの軸方向閉じ込めのために、例えば、電極へのＤＣ電圧の印加を介して、軸方向場を分析器イオントラップ内に発生させるために採用されることができる。

【0033】

コントローラの制御下で動作する、別のＲＦ電圧源１３１０ｂは、ＲＦ電圧を分析器イオントラップの四重極ロッドに印加することができる。コントローラは、イオンが、衝突セルから放出され、分析器イオントラップによって受容されるにつれて、ＲＦ電圧源１３１０ｂを制御し、分析器イオントラップに印加されるＲＦ電圧の振幅を低減させることができる。いくつかの実施形態では、質量分析器のロッドに印加されるＲＦ電圧の振幅の変化は、例えば、約２０％～約９０％の範囲内であることができる。質量分析器によって受容される、より高いｍ／ｚ比を有するイオンは、衝突冷却を受ける一方、印加されるＲＦ電圧の振幅は、より低いｍ／ｚ比を有するイオンに適応するように減少される。より高いｍ／ｚイオン（例えば、約３００～約１０００の範囲内のｍ／ｚ比を有するイオン）のそのような冷却は、印加されるＲＦ電圧の振幅の減少にもかかわらず、質量分析器内に捕獲されたそれらのイオンの留保を促進することができる。

【0034】

例えば、図５Ａは、イオンをその中に半径方向に閉じ込めるための、衝突セルの四重極ロッドと、Ωの周波数におけるそこに印加されるＲＦ電圧とを図式的に描写する。本図に示されるように、Ａロッドに印加されるＲＦ閉じ込め電圧の位相は、Ｂロッドに印加されるものと反対である。本実施形態では、ＤＣ電圧ＲＯ２もまた、衝突セルのロッドに印加される。

【0035】

図５Ａならびに図４Ａを参照すると、同様にコントローラ１３１２の制御下で動作する、ＡＣ励起源１３１１が、

【化1】

の周波数におけるＡＣ電圧を全ての衝突セルロッドに印加し、有効電位を衝突ロッドと四重極間レンズＩＱ３との間に生成することができる。

【0036】

本実施形態では、断片イオンが、衝突セルの端部において、ＩＱ３レンズに印加されるＤＣ電圧によって、軸方向に捕獲される。１ｍｓ～２００ｍｓで変動し得る、充填時間後、ＩＱ２に印加されるＤＣ電圧は、付加的イオンが衝突セルに入射しないように防止するために上昇される。いくつかの実施形態では、ＬＩＮＡＣ電極が、衝突冷却されたイオンを衝突セルの出口領域に向かって移動させるために、軸方向場を衝突セルを横断して生成するために使用され得る。

【0037】

続いて、コントローラ１１３２は、周波数

【化2】

のＡＣ電圧を、ゼロ電圧から、反発性ＩＱ３電圧の不在下でさえ、着目ｍ／ｚ窓を横断してイオンを含有するであろう、有効電位を衝突セルロッドとＩＱ３レンズとの間に生成するために十分に大きい値に増加させるであろう。短周期、例えば、約１００μｓ未満後、ＩＱ３ ＤＣ電圧は、ＲＯ２ロッドオフセットに対して誘引性値に変化される。約１ｍｓ未満の付加的冷却周期後、ＡＣ振幅は、漸減され、したがって、降順ｍ／ｚにおいて、衝突セル内に含有されるイオンの放出を生じさせる。衝突セル１３０４等のイオントラップからイオンを放出するためのそのような機構は、当技術分野において「Ｚｅｎｏ」パルシングとして知られる。

【0038】

本実施形態では、衝突セルからのイオンの放出と同時に、コントローラは、ＲＦ源１３１０ｂに、質量分析器１３０８のロッドに印加されるＲＦ電圧の振幅を減少させることができる。上記に議論されるように、そのような減少は、線形または非線形方式において達成されることができる。総放出時間は、ｍ／ｚ窓に応じて、１～２０ｍｓで変動し得る。いくつかの実施形態では、質量分析器のロッドに印加されるＲＦ電圧の振幅は、衝突セルから質量分析器の中へのイオンの導入の開始から、衝突セルから質量分析器へのイオンの実質的に全ての輸送が遂行されるまでに、少なくとも約２０％、例えば、約２０％～約９５％の範囲内で減少し得る。いくつかの実施形態では、励起電圧が、ＩＱ３レンズに印加されることができる。

【0039】

別の実施形態では、衝突セル内に含有される、断片イオンは、双極励起電圧差を衝突セルの四重極ロッドセットの２つのロッドを横断して印加することによって放出される。例えば、図５Ｂは、イオンをその中に半径方向に閉じ込めるための、衝突セルの四重極ロッドと、Ωの周波数におけるそこに印加されるＲＦ電圧とを図式的に描写する。本図に示されるように、Ａロッドに印加されるＲＦ閉じ込め電圧の位相は、Ｂロッドに印加されるものと反対である。本実施形態では、ＤＣ電圧ＲＯ２もまた、衝突セルのロッドに印加される。

【0040】

図５Ｂならびに図４Ａを参照すると、同様にコントローラ１３１２の制御下で動作する、ＡＣ励起源１３１１は、ωの周波数における励起電圧を、相互に半径方向に反対に位置付けられる、ロッドＡ印加することができる。周波数ωは、衝突セル内でイオンの励起を生じさせ、衝突セルからのその出射を生じさせるために、イオンの永続的運動の周波数に合致する。より具体的には、コントローラは、衝突セルからのその放出を生じさせるために、異なるｍ／ｚ比を有するイオンを励起電圧と共鳴させるように、ＲＦ電圧の振幅の漸減を生じさせることができる。本実施形態では、励起電圧の振幅の漸減は、衝突セル内に含有されるイオンの放出を降順ｍ／ｚにおいて生じさせるように構成される。代替として、ＲＦ電圧は、一定に維持されることができ、励起の周波数は、イオンが、励起され、降順ｍ／ｚにおいてトラップから放出されるように増加されることができる。

【0041】

本実施形態では、衝突セルからのイオンの放出と同時に、コントローラは、ＲＦ源１３１０ｂに、質量分析器１３０８のロッドに印加されるＲＦ電圧の振幅を減少させることができる。上記に議論されるように、そのような減少は、線形または非線形方式において達成されることができる。いくつかの実施形態では、質量分析器のロッドに印加されるＲＦ電圧の振幅は、衝突セルから質量分析器の中へのイオンの導入の開始から、衝突セルから質量分析器へのイオンの実質的に全ての輸送が遂行されるまでに、少なくとも約２０％、例えば、約２０％～約９５％の範囲内で減少することができる。いくつかの実施形態では、励起電圧は、ＩＱ３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、励起電圧の振幅は、ｍ／ｚに伴って漸減されることができる。

【0042】

さらなる例証として、図６は、いくつかの実施形態では、グラフＡによって描写される衝突セルのロッドに印加されるＡＣ電圧の振幅が、グラフＢに示されるように、初期値ＡＣ１から最終値ＡＣ２までの時間において短調に減少し、ｍ／ｚの降順において、Ｑ２衝突セルからのイオンの放出を生じさせることを図式的に描写する。さらに、衝突セルからのイオンの放出と同時に、質量分析器Ｑ３のロッドに印加されるＲＦ閉じ込め電圧の振幅は、グラフＣに図式的に示されるように減少され、質量分析器内の衝突セルから放出されるイオンの効率的捕獲を可能にする。

【0043】

さらなる例証として、図７は、いくつかの実施形態では、衝突セルのロッドに印加されるＡＣ電圧の振幅が、段階的方式において変動され、異なるｍ／ｚ比を有するイオンの放出を異なる時間間隔に生じさせることを図式的に描写する。例えば、時間間隔Ｔ１の間、衝突セルに印加されるＡＣ電圧は、Ｍ１より大きいｍ／ｚ比を有するイオンの放出を生じさせる一方、時間間隔Ｔ２の間、衝突セルに印加されるＡＣ電圧は、Ｍ２より大きいｍ／ｚ比を有するイオンの放出を生じさせ、続いて、衝突セルに印加されるＡＣ電圧は、Ｍ３より大きいｍ／ｚ比を有するイオンの放出を生じさせ、Ｍ１＞Ｍ２＞Ｍ３となる。図７に示されるように、衝突セルからのイオンの段階的放出と同時に、質量分析器に印加されるＲＦ閉じ込め電圧の振幅は、衝突セルから受容されるイオンの効果的捕獲を提供するように、段階的方式において減少される。

【0044】

随意に、いくつかの実施形態では、ガス圧力パルスが、イオンが、衝突セルから放出され、質量分析器の中に導入されるにつれて、質量分析器に印加されることができる。例えば、図４Ａに示されるように、いくつかのそのような実施形態では、コントローラ１３１２の制御下で動作する、ガス源１３１６は、質量分析器に流動的に結合されることができる。図４Ｂに図式的に示されるように、ガス源１３１６は、ガスリザーバ１３１６ａと、ガスリザーバを質量分析器に結合する、弁１３１６ｂとを含む。コントローラは、弁１３１６ｂを作動させ、ガスのパルスを質量分析器に印加し、質量分析器内の内圧を増加させ、それによって、イオンの冷却を促進することができる。質量分析器の内圧のそのような増加は、イオンの冷却を促進し、それによって、より低いｍ／ｚイオンを捕獲するために、印加されるＲＦ電圧の振幅の低減にもかかわらず、より高いｍ／ｚイオンの留保に役立つことができる。種々のガスが、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、窒素、およびアルゴンを含む。

【0045】

質量分析器内のイオンの収集に続いて、イオンは、質量分析器から放出され、下流のイオン検出器１３１４によって検出されることができる。実施例として、質量分析器からのイオンの放出は、ＭＳＡＥを介して達成されることができる。イオンは、イオン検出器によって検出されることができ、イオンの検出に応答してイオン検出器によって発生される、信号が、例えば、分析器（図示せず）を介して採用され、質量スペクトルを形成することができる。

【0046】

本教示は、いくつかの利点を提供する。例えば、それらは、高ｍ／ｚおよび低ｍ／ｚイオンの両方の効率的捕獲を可能にする。言い換えると、それらは、広範囲のｍ／ｚ比、例えば、約５０～約２，０００の範囲内のｍ／ｚ比を有する、イオンの効率的捕獲を可能にする。これは、ひいては、質量分析のデューティサイクルを向上させることができる。例えば、本教示の実装は、質量分析のデューティサイクルにおける少なくとも２倍の改良をもたらし得る。

【0047】

当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更が上記の実施形態に行われることができることを理解するであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】