(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の選択された質量対電荷範囲に対して質量分析計を操作するための方法であって、該質量分析計は、イオントラップを有し、該複数の選択された質量対電荷範囲は、質量対電荷範囲全体を構成し、該複数の選択された質量対電荷範囲の各々に対して、該方法は、
該イオントラップを該選択された質量対電荷範囲の断片化されたイオンで充填することと、
第１の冷却期間中に、該イオントラップの中に捕捉された該断片化されたイオンを冷却することと、
該選択されたイオン質量対電荷範囲外のいかなる残りの断片化されたイオンも排除し、該選択されたイオン質量対電荷範囲内のイオンを留保するために、ＲＦ電圧および分解直流電圧を該イオントラップに印加することと、
第２の冷却期間中、該イオントラップの中で留保されたイオンを冷却することと、
該留保されたイオンを該イオントラップから外に走査し、そこから放出される該イオンを検出することと
を含む、方法。
【請求項２】
複数の質量対電荷窓の各々に対する前記分解直流電圧は、該複数の質量対電荷窓の各々についての前記選択されたイオン質量対電荷範囲に依存する値を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の質量対電荷窓の各々に対する前記分解直流電圧の値は、該複数の質量対電荷窓の各々に対する前記選択されたイオン質量対電荷範囲外の断片化されたイオンを不安定化するように決定される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＲＦ電圧の値は、前記所望のイオン質量対電荷範囲外のｍ／ｚ値を有する断片化されたイオンを不安定化するように選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記質量分析計は、第１、第２、および第３の四重極ロッドセットを有する三連四重極構成を有し、該第３の四重極ロッドセットは、イオントラップとして構成されている、請求項１〜４に記載の方法。
【請求項６】
前記質量分析計は、第１および第２の四重極ロッドセットを有する二連四重極構成を有し、該第１の四重極ロッドセットは、質量フィルタとして構成され、該第２の四重極ロッドセットは、イオンを断片化するための衝突セルとして構成され、断片化後に、断片化されたイオンは、イオントラップとして再構成される該第１の四重極ロッドセットに戻る、請求項１〜４に記載の方法。
【請求項７】
質量スペクトルは、前記複数の質量対電荷窓の各々についての走査するステップから取得される、請求項１〜６に記載の方法。
【請求項８】
質量スペクトル全体は、前記複数の質量対電荷窓の各々についての走査するステップから取得された質量スペクトルを追加することによって、前記質量対電荷範囲全体に対して取得される、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、米国仮特許出願第６１／５０６，３９９号（２０１１年７月１１日）の優先権を主張し、この出願は、その全体が参照することによって本明細書に援用される。
【０００２】
（分野）
本出願人の教示は、質量分析に関する。より具体的には、本教示は、質量分析計の中の線形イオントラップに関する。
【背景技術】
【０００３】
（導入）
質量分析計において利用されるようなイオントラップは、分析技法において広く使用されている。これらのイオントラップは、イオンが閉じ込められる小空間領域を包囲する複数の電極を含有する。電極に印加される電圧は、イオン閉じ込め領域内に電気ポテンシャル井戸を生成する。このポテンシャル井戸の中へ移動するイオンは、「捕捉」された状態、すなわち、イオン閉じ込め領域に移動が制限された状態になる。
【０００４】
トラップの中におけるその留保の間、イオン化された分子の集合が、種々の操作を受け得る。イオンは、次いで、トラップから放出され得、イオン集合の質量スペクトルが取得され得る。スペクトルは、イオンの組成物に関する情報を露呈させる。
【０００５】
全てのイオン捕捉システムに共通の問題の１つは、イオントラップの相対的過充填から生じる過剰空間電荷と、空間電荷の結果として呈される干渉であって、それによって、捕捉されたイオンから取得される質量スペクトルが歪められた状態となる。そのような歪みは、特に、いくつかのトラップ走査技法において顕著となり得る。
【０００６】
したがって、空間電荷効果を低減させる方法を提供する必要性が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本出願人の教示のある側面によると、複数の選択された質量対電荷範囲に対して質量分析計を操作するための方法であって、質量分析計は、イオントラップを有し、複数の選択された質量対電荷範囲は、質量対電荷範囲全体を構成し、複数の選択された質量対電荷範囲の各々に対して、
イオントラップを選択された質量対電荷範囲の断片化されたイオンで充填することと、
第１の冷却期間中、イオントラップの中に捕捉された断片化されたイオンを冷却することと、
選択されたイオン質量対電荷範囲外のいかなる残りの断片化されたイオンも排除し、選択されたイオン質量対電荷範囲内のイオンを留保するために、ＲＦ電圧および分解直流電圧をイオントラップに印加することと、
第２の冷却期間中、イオントラップの中に留保されたイオンを冷却することと、
留保されたイオンをイオントラップから走査し、そこから放出されるイオンを検出することと
を含む、方法が提供される。
【０００８】
本出願人の教示のこれらおよび他の特徴は、本明細書に記載される。
【０００９】
当業者は、以下に説明される図面が、例示目的にすぎないことを理解するであろう。図面は、本出願人の教示の範囲をいかようにも限定するように意図されない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、従来の三連四重極質量分析計を図式的に図示する。
【図２】図２は、図１の線形イオントラップ内の断片化されたイオンの安定性を図示する、例示的安定性の図である。
【図３】図３は、分解ＤＣ電圧をイオントラップに印加し、図２において不安定軌道を伴う断片化されたイオンを排除するための例示的方法を描写する、流れ図である。
【図４】図４Ａ〜４Ｄは、図３に描写される方法を使用した走査の結果を図示する、例示的質量スペクトル図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面中、類似参照番号は、類似部品を示す。
【００１２】
次に、図１を参照すると、概して、数字１０によって参照される、従来の三連四重極質量分析計を図式的に図示する。エレクトロスプレーイオン源等のイオン源１２は、カーテンプレート１４に向かって指向されるイオンを発生させる。イオンは、次いで、オリフィスプレート１６内の開口部を通過する。カーテンチャンバ１８は、カーテンプレート１４とオリフィスプレート１６との間に形成され、カーテンガス流は、質量分析計の分析セクションの中への望ましくない中性子の流動を低減させる。
【００１３】
オリフィスプレート１６後、スキマープレート２０が存在する。中間圧力チャンバ２２は、オリフィスプレート１６とスキマープレート２０との間に画定され、このチャンバ内の圧力は、典型的には約２Ｔｏｒｒである。
【００１４】
イオンは、スキマープレート２０を通って、２４に示される質量分析計の第１のチャンバの中へと通過する。四重極ロッドセットＱ０は、イオンを収集および集束するために、このチャンバ２４内に提供される。このチャンバ２４は、イオン流から溶媒のさらなる残りを抽出する役割を果たし、典型的には、７ｍＴｏｒｒの圧力下で動作する。質量分析計の分析セクションの中への界面を提供する。
【００１５】
第１の四重極間障壁またはレンズＩＱ１は、チャンバ２４を主要質量分析計チャンバ２６から分離し、イオンのための開口を有する。四重極間障壁ＩＱ１に隣接して、短い「短太」ロッドセット、すなわち、Ｂｒｕｂａｋｅｒレンズ２８が存在する。
【００１６】
第１の質量分解四重極ロッドセットＱ１は、前駆体イオンの質量選択のために、チャンバ２６内に提供される。ロッドセットＱ１後に、第２の四重極ロッドセットＱ２を含有する衝突セル３０が存在し、衝突セル３０後に、第２の質量分析ステップをもたらすための第３の四重極ロッドセットＱ３が存在する。
【００１７】
最終または第３の四重極ロッドセットＱ３は、主要四重極チャンバ２６内に位置し、その中の圧力（典型的には、１×１０−５Ｔｏｒｒ）に曝される。示されるように、第２の四重極ロッドセットＱ２は、より高い圧力に維持され得るように、衝突セル３０を形成する封入体内に含有される。当業者が理解するように、この圧力は、検体依存性であって、例えば、５ｍＴｏｒｒであり得る。四重極間障壁またはレンズＩＱ２およびＩＱ３は、衝突セル３０の封入体のいずれかの端部に提供される。
【００１８】
Ｑ３から離れるイオンは、出射レンズ３２を通って、検出器３４に通過する。図１の表現は、概略であって、種々の付加的要素が装置を完成するために提供されるであろうことは、当業者によって理解されるであろう。例えば、種々の電源が、ＡＣおよびＤＣ電圧を装置の異なる要素に送達するために要求される。加えて、ポンプ配列または方式が、圧力を前述の所望のレベルに維持するために要求される。
【００１９】
示されるように、電力供給源３６は、ＲＦおよびＤＣ分解電圧を第１の四重極ロッドセットＱ１に供給するために提供される。同様に、第２の電力供給源３８は、イオンをロッドセットＱ３から軸方向に走査するために、駆動ＲＦおよび補助ＡＣ電圧を第３の四重極ロッドセットＱ３に供給するために提供される。衝突ガスは、４０に示されるように、衝突セルに供給される。
【００２０】
本実施形態では、第３の四重極ロッドセットＱ３は、補助双極性ＡＣ電圧（図１には図示せず）を利用して、イオン放出をもたらす、軸方向走査および放出をもたらすための能力を伴う、線形イオントラップ質量分析計として作用するように修正される。器具は、従来の三連四重極質量分析計として操作される能力を留保する。
【００２１】
米国特許第６，１７７，６６８号に詳述される、標準的走査機能は、Ｑ３を線形イオントラップとして操作するステップを伴う。検体イオンが、Ｑ３内に収容され、捕捉され、冷却される。次いで、イオンは、出射レンズ３２を通って、検出器３４へと質量選択的に走査される。線形イオントラップの軸に垂直な方向における線形イオントラップイオン放出の出射漏れ磁場内の半径方向および軸方向のイオン運動の結合もまた、米国特許第５，４２０，４２５号によって教示されるように、もたらされ得るため、イオンは、その半径方向の永年周波数が、ロッドセットＱ３に印加される双極性補助ＡＣ信号のものと整合すると放出される。捕捉されたイオンはまた、四重極方式で印加された補助電圧を用いて、またはｑ〜０．９０７における安定境界を利用することによって、任意の補助電圧を伴わずに放出され得る。捕捉されたイオンはまた、米国特許第４，７５５，６７０号によって教示されるように原位置において検出されてもよい。
【００２２】
広範なｍ／ｚ範囲にわたって行われる高感度生成イオン（ＥＰＩ）走査の実施例では、構文解析アルゴリズムが使用される。この構文解析アルゴリズムは、ｍ／ｚ範囲をより狭いｍ／ｚ窓に分ける。例示的ＥＰＩ走査では、９２２Ｄａ単一電荷前駆体イオンの断片の走査が行われ、ｍ／ｚ範囲が、１５０Ｄａ〜９２５Ｄａである場合、アルゴリズムは、例えば、２つの別個の走査窓：第１の走査窓（１５０Ｄａ〜４６８Ｄａ）と第２の走査窓（４６８Ｄａ〜９２５Ｄａ）とに走査を分割することができる。イオンは、イオントラップＱ３を充填し、冷却される。各走査窓では、断片化されたイオンは、イオントラップＱ３から走査され、検出される。第１の走査窓では、１５０Ｄａ〜４６８Ｄａのｍ／ｚの断片化されたイオンのみが走査される。しかしながら、４６８Ｄａを上回るｍ／ｚの断片化されたイオンもまた、イオントラップＱ３内に存在し、これは、分析スペクトルの劣化につながり得る。干渉が空間電荷の結果として呈され、それによって、捕捉されたイオンから取得される質量スペクトルは、歪んだ状態となる。
【００２３】
図２は、概して、数字４０によって参照される、典型的安定性の図を描写する。本実施例では、安定性曲線４２は、あるｍ／ｚに対してプロットされる。当業者が理解するであろうように、境界４２内側の面積は、断片化されたイオンが安定軌道を有するであろう電圧を表し、境界４４外側の面積は、断片化されたイオンが不安定軌道を有するであろう電圧を表す。不安定軌道を有するイオンは、イオントラップＱ３の四重極電極に衝打することによって中性化される。
【００２４】
走査線４６は、選択された質量範囲に依存し、式ｙ＝ｂｘ＋ｃによって表される。交点（ａ１，ｑ１）および（ａ２，ｑ２）は、あるＲＦおよびＤＣが四重極のロッドに印加されると、Ｑ３の中で安定するイオンの質量範囲の最小および最大のｍ／ｚを決定する。本実施例では、走査線４６は、質量窓範囲２００〜５００Ｄａに対するものである。パラメータａおよびｑは、マチウ方程式
【００２５】
【数１】
0005916856.tif 000002
によって定義される。
【００２６】
式中、ｍは、質量であり、ｒ０は、四重極の磁場半径であり、Ωは、四重極の角駆動周波数であり、Ｕは、接地に対する分解ＤＣ測定極点であり、Ｖは、接地に対するＲＦ振幅測定極点である。
【００２７】
変数ＵおよびＶは、大質量窓の伝送または隔離を可能にするように、四重極を設定する。走査線４６の勾配ｂは、
【００２８】
【数２】
0005916856.tif 000003
によって決定される。
質量窓の中心は、
【００２９】
【数３】
0005916856.tif 000004
によって決定される。
【００３０】
図２に示される走査線４６の位置は、窓の幅および位置に依存するであろう。同一の走査線４６は、より低い質量の場合、より高い質量に対してより広い窓をもたらすであろう。したがって、窓の幅と窓の位置との間の関係は、ＵおよびＶの計算のために使用される。図２における実施例のために選定される関係は、窓幅と窓の中心との比率である。図２の走査線４６に対して、窓は、３５０Ｄａを中心とする３００Ｄａ幅であり、比率０．８５７１４をもたらす。
【００３１】
安定性の図から、任意のセットのＵおよびＶに対して、あるｍ／ｚのイオンが安定軌道を有するかどうかを決定することができる。例えば、あるｍ／ｚにおいて、ＲＦ電圧および分解ＤＣ電圧が、四重極様式において、イオントラップＱ３に印加され、その比率は、走査線４６上にある。走査線４６および安定性曲線４２によって境界される面積内側にｍ／ｚを有する断片化されたイオンは、断片化されたイオン軌道が安定したままであろう安定範囲４８を生成する。安定範囲４８外の全ての他の断片化されたイオンは、不安定となり、Ｑ３から軸方向に放出されるであろう。
【００３２】
図３は、概して、数字６０によって参照される、空間電荷を低減させる方法を描写する流れ図である。ステップ６２では、イオンｍ／ｚ範囲全体が、分析のために選定され、より小さい選択されたｍ／ｚ範囲に分割される。選択されたｍ／ｚ範囲は、蓄積されると、ｍ／ｚ範囲全体を形成するように分割される。ステップ６４では、イオントラップが、分析のために、選択されたイオン質量対電荷（ｍ／ｚ）範囲のうちの１つの断片化されたイオンで充填される。ステップ６６では、断片化されたイオンが、典型的には、イオントラップ内の衝突速度および圧力によって決定される冷却期間中、緩衝ガスとの衝突を通してイオントラップ内で冷却される。ステップ６８では、ＲＦ電圧および分解ＤＣ電圧が、イオントラップに四重極的に印加され、所望のｍ／ｚ範囲外の断片化されたイオンを排除する。ＲＦ電圧および分解ＤＣ電圧が印加されるにつれて、所望のｍ／ｚ範囲より大きいまたは小さいｍ／ｚを有する断片化されたイオンは、不安定となり、不安定軌道を有するであろう。図２を参照すると、これらの不安定軌道を生じさせるＲＦ電圧および分解ＤＣ電圧は、範囲４８内にある。
【００３３】
図３における方法に戻ると、ステップ７０では、トラップ内に留保された断片化されたイオンは、イオントラップ内の衝突速度および圧力によって決定される別の冷却期間中、緩衝ガスとの衝突によって冷却される。ステップ７２では、留保されたイオン断片は、米国特許第６，１７７，６６８号に説明されるように、質量選択的軸方向放出を使用することによって、イオントラップから走査される。ステップ７４では、トラップから放出されるイオンは、電極増幅器または任意の他のイオン検出器等の検出器によって検出される。ステップ７６において、分析するための選択されたｍ／ｚ範囲がさらに存在する場合、方法は、ステップ６４に戻り、イオントラップは、次の選択されたｍ／ｚ範囲のために充填される。ステップ７６において、分析するためのｍ／ｚ範囲がもう存在しない場合、イオンｍ／ｚ範囲全体に対する質量スペクトル分析が、各選択されたｍ／ｚ範囲に対する各走査からの結果を集積することによって準備される。
【００３４】
第１の冷却期間のための典型的な冷却期間時間は、２０ｍｓであり得る。第１の冷却時間期間は、特に、より低い質量範囲に対して、１０ｍｓ以下に短縮されることができる。イオントラップ内のより高い圧力に対しては、より短い時間が、隔離の前に、イオンを冷却するために要求される。第１の冷却時間が短過ぎる場合、断片化されたイオンは、四重極ＲＦ場によって生成される擬ポテンシャル井戸の底まで冷却されない。すなわち、四重極軸に近い、安定軌道を有すると考えられる断片化されたイオンの一部は、不安定となり、ロッド上で損失され、感度の降下をもたらす。
【００３５】
同様に、第２の冷却期間のための典型的な冷却期間時間は、５０ｍｓであり得、これは、２０ｍｓ以下に短縮されることができる。再び、イオントラップ内のより高い圧力に対しては、より短い時間が、隔離の前に、断片化されたイオンを冷却するために要求される。したがって、断片化されたイオンが軽いほど、イオンを冷却するために要求される時間は短くなる。
【００３６】
図４Ａ〜４Ｄは、９２２Ｄａイオンに対するＥＰＩ走査の間に行われた実験から取得された質量スペクトル図である。これらの例示的実験では、ＥＰＩ窓は、４８０Ｄａ〜９２５Ｄａに設定された。スペクトルは、２つの異なるイオントラップ充填時間の間、取得され、空間電荷の効果を比較した。イオントラップ充填時間が長いほど、イオントラップとより大きなイオン集団を生成し、より短いイオントラップ充填時間によって生成されたより小さいイオン集団より高い空間電荷を有するであろう。
【００３７】
走査は、２つの質量対電荷窓に解析され、両走査から取得された結果は、スペクトル全体を取得するために集積された。これらの例示的実験では、第１の窓は、４８０Ｄａ〜６００Ｄａであって、第２の窓は、６００Ｄａ〜９２５Ｄａであった。四重極分解ＤＣ電圧がイオントラップに印加されると、６００Ｄａより高いｍ／ｚを有する断片化されたイオンは、留保されたイオンの走査前にイオントラップから排除される。
【００３８】
図４Ａは、イオントラップ充填時間１ｍｓの間、第１の窓に対して取得されたスペクトルを示し、その間、分解ＤＣ電圧は、イオントラップに印加されていない。図４Ｂは、イオントラップ充填時間１ｍｓの間に、第１の窓に対して取得されたスペクトルを示し、分解ＤＣ電圧が走査が行われる前に、トラップに印加されている。
【００３９】
図４Ｃは、イオントラップ充填時間１０ｍｓの間に、第１の窓に対して取得されたスペクトルを示し、その間、分解ＤＣ電圧は、イオントラップに印加されていない。図４Ｄは、イオントラップ充填時間１０ｍｓの間、第１の窓に対して取得されたスペクトルを示し、分解ＤＣ電圧が、走査が行われる前に、トラップに印加されている。
【００４０】
当業者が理解し得るように、図４Ａ〜４Ｄに提示される結果は、ＤＣ電圧が、走査が行われる前にトラップに印加されると、空間電荷が低減されることを実証する。
【００４１】
前述の実施形態では、使用された質量分析計構造実施例は、分解四重極ロッドセットＱ１と、第２の四重極ロッドセットＱ２を含有する衝突セル３０と、衝突セル３０後の第２の質量分析ステップをもたらすための第３の四重極ロッドセットＱ３との構造を有し、Ｑ３は、線形イオントラップとして構成された。代替実施形態では、質量分析計は、二連四重極構成を有するように構成することができる。この構成では、第１および第２の四重極ロッドセットが存在する。第１の四重極ロッドセットは、質量フィルタとして構成され、第２の四重極ロッドセットは、イオンを断片化するための衝突セルとして構成される。衝突セル内の断片化後、質量分析計は、断片化されたイオンが、線形イオントラップとして再構成される、第１の四重極ロッドセットに戻るように構成され、そこで、分解ＤＣ電圧が印加され、次いで、残りのイオンが走査され、そこから検出されるであろう。
【００４２】
限定されないが、特許、特許出願、記事、書籍、論文、およびウェブページを含む、本願に引用された全文献および類似資料は、そのような文献および類似資料の形式にかかわらず、参照することによってその全体として明示的に組み込まれる。定義された用語、用語の使用、説明される技法などを含むが、それらに限定されない、組み込まれた文献および類似資料のうちの１つ以上が、本願と相違または矛盾する場合、本願が優先するものとする。
【００４３】
本出願人の教示が、特に、具体的な例示的実施形態を参照して、図示および説明されたが、形態および詳細における種々の変更が、本教示の精神および範囲から逸脱することなく、行われ得ることを理解されたい。したがって、本教示の精神および範囲内にある全実施形態およびその均等物が請求される。本出願人の教示の方法の説明および略図は、その旨が記載されない限り、説明される要素の順序に限定されるものとして読まれるべきではない。
【００４４】
本出願人の教示が、種々の実施形態および実施例と併せて説明されたが、本出願人の教示は、そのような実施形態または実施例に限定されることを意図しない。対照的に、本出願人の教示は、当業者によって理解されるように、種々の代替、修正、および均等物、ならびにそのような修正または変形例を包含し、当業者は、さらなる変形例および修正が、添付の請求項によって定義されるようなその精神および範囲から逸脱することなく、行われ得ることを理解するであろう。
【図１】
0005916856.tif 000005
【図２】
0005916856.tif 000006
【図３】
0005916856.tif 000007
【図４】
0005916856.tif 000008