(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ大気圧またはそれを超えた圧力で動作する第１の圧力領域であって、
イオン源からサンプルイオンを受け取り、かつ選択されたサンプルイオンの第１のセットを通過させるための第１のＤＭＳフィルタを含む第１の圧力領域と、
少なくとも１つの試薬を導入するための、前記第１の圧力領域と連通したドーパント入口であって、前記ドーパント入口は、前記少なくとも１つの試薬の貯蔵部に流体接続されている、ドーパント入口と、
ほぼ大気圧より低い圧力で動作する、前記第１の圧力領域と連通した第２の圧力領域であって、
選択されたサンプルイオンの前記第１のセットを加速するための分離領域と、
選択されたサンプルイオンの第２のセットを通過させるための第２のＤＭＳフィルタと、を含む第２の圧力領域と、
を含むサンプル分析システム。
【請求項２】
約１Ｔｏｒｒ未満で動作する、前記第２の圧力領域と連通した第３の圧力領域であって、
選択されたサンプルイオンの前記第２のセットを受け取るためのイオン光学要素を含む第３の圧力領域を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
約１０−４Ｔｏｒｒ未満で動作する、前記第３の圧力領域と連通した第４の圧力領域であって、
質量分析器を含む第４の圧力領域を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
カーテンガスおよび搬送ガスの少なくとも１つを導入するための、前記第１の圧力領域と連通したガス入口を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
ｉ）イオンのデクラスタリング、ｉｉ）イオンの脱溶媒和、ｉｉｉ）試薬を用いた、イオンの再クラスタリングの加速、およびｉｖ）ドーパントまたは試薬を用いた、イオン用のクラスタリング平衡のシフト、の少なくとも１つを実行するように構成された少なくとも１つの加熱領域を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも１つの加熱領域における温度を制御するための少なくとも１つの調整可能な加熱要素を含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１または第２の圧力領域内に配置された加熱領域を含み、前記加熱領域が、前記サンプルイオンの望ましくないクラスタの除去、および少なくとも１つの試薬を用いた前記サンプルイオンの再クラスタリングの加速の少なくとも１つを実行するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの試薬を用いて、前記サンプルイオンの一部をクラスタリングするために前記第１の圧力領域に反応領域を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
イオン源と、
前記イオン源からのイオンフローと、
少なくとも１つの修飾剤を前記イオンフローに導入するための反応領域であって、前記反応領域は、ドーパント入口を含み、前記ドーパント入口は、前記少なくとも１つの修飾剤の貯蔵部に流体接続されている、反応領域と、
前記反応領域から前記イオンフローを受け取るための、ほぼ大気圧で動作する第１のＤＭＳであって、第１の移動度ベースのフィルタ動作を前記イオンフローに対して実行する第１のＤＭＳと、
前記第１のＤＭＳから前記イオンフローを受け取るための、大気圧より低い圧力で動作するデクラスタリング領域と、
前記デクラスタリング領域から前記イオンフローを受け取り、かつ第２の移動度ベースのフィルタ動作を前記イオンフローに対して実行するための、大気圧より低い圧力で動作する第２のＤＭＳと、
を含むイオン分析器。
【請求項１０】
前記第２のＤＭＳから前記イオンフローを受け取るための質量分光計を含む、請求項９に記載の分析器。
【請求項１１】
前記質量分光計が質量分析器を含む、請求項１０に記載の分析器。
【請求項１２】
ｉ）イオンのデクラスタリング、ｉｉ）イオンの脱溶媒和、ｉｉｉ）試薬を用いた、イオンの再クラスタリングの加速、およびｉｖ）ドーパントまたは試薬を用いた、イオン用のクラスタリング平衡のシフト、の少なくとも１つを実行するように構成された少なくとも１つの加熱領域を含む、請求項９に記載の分析器。
【請求項１３】
前記第１のＤＭＳが、クラスタリングモデル機構に基づいて分離を実行する、請求項９に記載の分析器。
【請求項１４】
前記第２のＤＭＳが、剛体球衝突モデル機構に基づいて分離を実行する、請求項１３に記載の分析器。
【請求項１５】
前記イオンフローを前記第２のＤＭＳに供給するために、前記第２のＤＭＳの上流にイオンガイドを含む、請求項９に記載の分析器。
【請求項１６】
イオン源と、
前記イオン源からのイオンフローと、
前記イオンフローからのイオンの第１の部分を修飾して、イオンの前記第１の部分に関連するα関数を変更するための第１の手段と、
イオンの前記第１の部分を受け取り、微分移動度分離を行い、かつイオンの第２の部分を出力するように構成された第１のＤＭＳと、
イオンの前記第２の部分を修飾して、イオンの前記第２の部分に関連する前記α関数を変更するための第２の手段と、
イオンの前記第２の部分を受け取り、微分移動度分離を行い、かつイオンの第３の部分を出力するように構成された第２のＤＭＳと、
を含むイオン分析システムであって、
修飾するための前記第１の手段が、ｉ）反応領域、または、ｉｉ）反応領域およびクラスタリング領域を含み、修飾するための前記第２の手段が、分離領域およびデクラスタリング領域のうちの少なくとも１つを含み、
前記反応領域は、少なくとも１つの修飾剤を前記イオンフローに導入するように構成されており、
前記反応領域は、ドーパント入口を含み、前記ドーパント入口は、前記少なくとも１つの修飾剤の貯蔵部に流体接続されている、イオン分析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、「Ｍａｓｓ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｗｉｔｈ  Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ（低圧微分移動度分光計を備えた質量分析システム）」と題された、２０１０年１月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／２９９，０８６号の利益を主張し、その仮特許出願の全体が、参照によって本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
電界非対称波形イオン移動度分光計（ＦＡＩＭＳ）または電界イオン分光計（ＦＩＳ）と呼ばれる微分移動度分光計（ＤＭＳ）は、典型的には気相イオンサンプル分離および分析を実行する。状況によっては、ＤＭＳは、質量分光計（ＭＳ）とインターフェースされて、ＤＭＳの大気圧、気相、および連続イオン分離能力、ならびにＭＳの検出精度を利用する。
【０００３】
ＤＭＳをＭＳとインターフェースすることによって、プロテオミクス、ペプチド／タンパク質構造、薬物動態、および代謝分析を含むサンプル分析の多数の分野が強化された。製薬およびバイオテクノロジ用途に加えて、ＤＭＳベースの分析器は、痕跡レベル爆発物検出および石油監視用に使用されてきた。
【０００４】
ＤＭＳは、イオン移動度分光計（ＩＭＳ）のように、イオン移動度ベースの分析器と見なされる。なぜなら、ＤＭＳが、イオンの移動度特性に基づいてイオンを分離および分析するからである。ＩＭＳにおいて、イオンは、定電界にさらされている間に、ドリフト管の中にパルスされ、そこを通過する。イオンは、ドリフト管におけるドリフトガスと相互作用し、その相互作用は、サンプルイオンがドリフト管を通過するために必要な時間（例えば飛行時間）（ＴＯＦ）に影響する。これらの相互作用は、サンプルの各検体イオンに特有であり、単なる質量／電荷比を超えるものに基づいたイオン分離につながる。対照的に、ＴＯＦ  ＭＳにおいて、ＭＳのドリフト領域には真空が存在し、したがってＭＳドリフト領域を通るイオンの時間は、真空の無衝突環境においてイオンの質量対電荷比（ｍ／ｚ）に基づいている。
【０００５】
ＤＭＳは、イオンがドリフトガスの中で分離されるという点でＩＭＳに似ている。しかしながら、ＩＭＳと異なり、ＤＭＳは、典型的には連続的にイオンが通過する少なくとも２つの平行電極間に印加される非対称電界波形を用いる。電界波形は、典型的には、一極性における高電界期間および次に反対極性における低電界期間を有する。高電界および低電界部分の期間は、ＤＭＳフィルタ電極に印加される正味電圧が０であるように印加される。
【０００６】
図１Ａは、非対称電界を生成するために印加できる時変ＲＦならびに／または非対称高電圧および低電圧波形１０１（例えばＶｒｆ）のプロット１００を示す。図１Ｂは、非対称電圧波形１０１に起因する非対称電界にイオンＭ＋の経路がさらされるＤＭＳフィルタ１０２の図を示す。非対称電界におけるイオンの移動度は、ＤＭＳフィルタ１０２の底部電極プレートへ向かう正味移動１０３を示す。この例は、ＤＭＳにおいて、イオンの移動度が、高電界と比較して低電界の影響下では一定でないことを示す。イオンが、プレート間におけるその移動中に、フィルタ電極プレートの１つへ向けた正味移動を経験する可能性があるので、フィルタ電極の１つに当たることなくＤＭＳフィルタ１０２を通過するイオンのための安全な軌道１０４を維持するために、補償電圧（Ｖｃ）が、フィルタ電極に印加される。イオンは、フィルタ電極上流の加圧ガスフローで押されて通るか、またはフィルタ電極下流のポンプに引かれて通ることによって、２つのフィルタ電極間を通過する。
【０００７】
ＤＭＳまたはＩＭＳにおいて、イオンは、典型的には、サンプルイオンと中性ドリフトガス分子との間の衝突を可能にする十分な圧力でガス中において分離される。イオンが小さければ小さいほど、それが、引かれてドリフトガスを通過するときに経験する衝突はそれだけ小さい。その理由で、イオンの断面積は、ドリフトガスを通るイオンの移動度を達成することができる。図１Ｂに示すように、イオンの移動度は、高電界と比較して、低電界の影響下では一定ではない。移動度におけるこの差は、イオンが弱および強電界を経験するときに生じるクラスタリング／デクラスタリング反応に関連する可能性がある。イオンは、典型的には、波形の弱電界部分の間にドリフトガスにおける中性分子とのクラスタリングを経験し、断面積の増加に帰着する。波形の強電界部分の間に、クラスタは、分離され、イオンの断面積を低減する可能性がある。代わりに、高および低電界の移動度挙動間の差は、イオン並進エネルギにおいて発生する変化ゆえの異なる衝突力学による可能性がある。
【０００８】
ＭＳとＤＭＳの統合は、化学的ノイズの低減および同重体干渉の排除などの目的に使用できる追加の選択性を提供することができる。化学的背景のこの一般的な低減は、様々な分析用の検出限界（例えば、３σ／校正曲線の傾きとして定義される）における改善をもたらすことができる。ＭＳ分析を備えたＤＭＳ技術の一般的な適用可能性を制限する主要な要因の１つは、ＤＭＳを取り付けると観察される計器感度の低下である。実験によれば、ＤＭＳによる観察される感度低下は、フローレート依存性を有し、典型的な値は、低溶媒フロー（１０μＬ／ｍｉｎ）で３倍低下し、高フロー（５００μＬ／ｍｉｎ）で１０倍低下することが示された。これらの感度低下は、３つの異なる現象、すなわち、１）ＤＭＳ自体における拡散損失、２）ＤＭＳの中へ、およびそこから外へのイオン輸送における非効率、および３）イオンクラスタリングの結果として発生する可能性がある。我々の実験によって、次の強い証拠がもたらされた。すなわち、高溶媒フローにおいてＤＭＳで現在観察される損失の大部分が、「ウェットスプレー」をＤＭＳの中にサンプリングすること、および続いて、非クラスタ化された親イオンと同じＶｃでは伝達しないクラスタをフィルタリングすることの結果であるという強い証拠がもたらされた。この仮説は、追加ヒータをＤＭＳの前に配置した場合の伝達係数における改善を示す実験データと同様に、拡散挙動のモデリングによってサポートされる。
【０００９】
既存のＤＭＳ−ＭＳシステムにおいて、１）ターボヒータを７５０℃まで動作させ得る源領域と、２）加熱されたカーテンガスによって確立される逆流ガスフロー領域と、３）入口オリフィスと第１の真空レンズ要素との間の電位差が、いくらかのデクラスタリングを提供する第１の真空ステージ内のデクラスタリング領域とを含む、脱溶媒和またはデクラスタリングが利用されるいくつかのアプローチが存在する。既存のＤＭＳ−ＭＳシステムは、典型的には、ＭＳのオリフィスの前にＤＭＳを配置するが、これは、イオンおよびクラスタが、オリフィスの前でフィルタリングされ、第１の真空ステージ内でデクラスタリングする能力を取り除くという点で制限に帰着する。このデクラスタリングステージの排除は、ＤＭＳに伴う感度低下に帰着し、より高い溶媒フローが最も問題である。しかしながら、ＤＭＳの前に追加の加熱を加え、かつ追加の脱溶媒和を提供しようとする努力によって、次のことが示された。すなわち、感度におけるいくらかの改善が、非常に高いＡＣ電位のすぐ近くで一定の温度を維持することの決定的な重要性および温度を監視することの困難さゆえに、商業化に関して非常に大きな難題をもたらすことが示された。ＤＭＳを用いて検出限界の改善を示すことができる分析の範囲は、ＤＭＳ装置を用いて観察される感度低下の大きさによって制限される。例えば、１０倍の感度低下を伴う例に関して、この数は、５〜１０％ほどの低さになり得る。移動度ベースの分離はまた、低分解能であることが知られており、ピーク出力において制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、移動度ベースの分解能および特定性を改善するための、および高フロー分析用を含めて、感度および選択性の改善を提供することによってＤＭＳ−ＭＳ分析の適用可能性を向上させるための必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本出願は、様々な実施形態において、サンプル分析感度および／または選択性の向上を可能にするために、ＭＳを低圧ＤＭＳと組み合わせる質量分析システムを含むシステムおよび方法を提供することによって、現在のＤＭＳ−ＭＳシステムの欠陥に対処する。ある態様において、有利なことに、タンデムＤＭＳ装置には、２つの異なる分離モデルに基づいた分離機構を利用する第１および第２のＤＭＳフィルタが含まれる。
【００１２】
タンデム装置を用いると、第１のＤＭＳを含むセルが、クラスタリングが効率的に行われるほぼ大気において動作し、第２のＤＭＳを含む第２のセルが、裸イオンへのデクラスタリングが効率的に行われる真空において動作する。ほぼ大気における分離は、「クラスタ化モデル」に従って行われるが、このモデルは、その特定性を、イオンおよびその近接する環境の化学的相互作用における差から引き出す。例えば水素結合、ファンデルワース力、立体障害であり、これらの作用の全てが、クラスタ化モデルに関与する。搬送ガスへの修飾剤（例えばドーパント）の追加によって、この機構により分離が発生すると保証することができる。
【００１３】
真空において、タンデム装置は、クラスタを背景ガスの中へ加速することにより、例えば自由噴流膨張における活発な衝突を用いて乾燥イオンを生成する。イオンを加速し衝突させるために、大気と比較して真空下ではかなり大きな平均自由行程が存在するので、デクラスタリングは、自由噴流ガス膨張においてかまたはその近くで最も効率的に行うことができる。次に、デクラスタリングされたイオンは、「剛体球衝突モデル」に従って第２の真空ＤＭＳにおいて分離される。この機構は、より「物理的な」プロセス、すなわち、イオン移動度が、不活性背景ガス分子との衝突中におけるイオンの相互作用および散乱と関連するより「物理的な」プロセスに基づいている。有利なことに、両方のモデルの組み合わせを用いたイオン移動度ベースの分離は、従来の技術に関連するイオン分析をかなり向上させる直交分離機構を提供する。本出願人の教示のこれらや他の特徴が、本明細書で説明されている。
【００１４】
一態様において、質量分析システムには、低圧分離領域、サンプルイオンをフィルタリングする低圧ＤＭＳ、およびサンプルイオンにおける選択された部分のいくらかまたは全てを受け取る質量分光計が含まれる。分離領域には、限定するわけではないが、衝突領域、断片化領域、膨張領域、脱溶媒和領域、放射領域、高温領域等を含んでもよい。分離領域は、レーザ、線源、衝突ガス源、熱源、ガス膨張機構などを用いて、分離プロセスを達成してもよい。一構成において、ＤＭＳには、イオンフロー経路を画定する少なくとも一対のフィルタ電極が含まれ、このイオンフロー経路において、フィルタ電極は、サンプルイオンのイオン移動度特性に基づいてサンプルイオンの選択された部分を通過させるための電界を生成する。ある実施形態において、ＤＭＳには、複数のフィルタ電極対を含むことができる。ＤＭＳにはまた、フィルタ電極の少なくとも１つにＲＦおよびＤＣ電圧を供給して電界を生成する電圧源が含まれる。ＤＭＳには、さらに、低圧衝突領域を通過したサンプルイオンを受け取るイオン入口、およびサンプルイオンの選択された部分を出力するイオン出口が含まれる。
【００１５】
一特徴において、低圧分離領域は、サンプルイオンを加速し、かつサンプルイオンを衝突ガスと衝突させるように構成される。低圧分離領域は、サンプルイオンのデクラスタリングおよび断片化の少なくとも１つを実行するように構成してもよい。ＤＭＳ、および／または低圧分離領域の一部における圧力は、ほぼ大気圧より低く設定してもよい。ＤＭＳ、および／または低圧分離領域の一部における圧力は、約５０〜約７６０Ｔｏｒｒに設定してもよい。ＤＭＳ、および／または低圧分離領域の一部における圧力は、約１００Ｔｏｒｒ未満に設定してもよい。ある構成において、ＤＭＳは、約２００〜約５００Ｔｏｒｒで動作する。ある構成において、ＤＭＳは、約２００Ｔｏｒｒで動作する。ある構成において、ＤＭＳは、約５０Ｔｏｒｒ未満、約２５Ｔｏｒｒ未満、約１５Ｔｏｒｒ未満、約５Ｔｏｒｒ未満、約３Ｔｏｒｒ未満、および約１Ｔｏｒｒ未満で動作することができる。ＤＭＳは、約２〜４Ｔｏｒｒで動作させてもよい。一構成において、ＤＭＳにおけるイオンフロー経路の圧力は、低圧分離領域の一部における圧力とほぼ同じである。
【００１６】
別の特徴において、質量分析システムには、少なくとも低圧分離領域か、または低圧ＤＭＳと低圧分離領域との間の中間領域に位置する少なくとも１つのイオンガイドが含まれる。イオンガイドには、少なくとも１つのイオン集束要素を含んでもよい。イオン集束要素には、ＲＦロッド、ＲＦリング、ＲＦレンズ、ＤＣレンズ、ＤＣリング、偏向板、および／またはグリッドを含んでもよい。
【００１７】
低圧分離領域は、イオン源からのサンプルイオンのフローを受け取るように構成してもよい。イオン源には、ほぼ大気圧またはその上の圧力で動作する第２のＤＭＳを含んでもよい。低圧分離領域は、自由噴流膨張内でイオンを加速するように構成してもよい。一構成において、ハウジングは、低圧ＤＭＳおよび低圧分離領域をほぼ取り囲む。ハウジングには、サンプルイオンを受け取るためのハウジング入口または真空入口を含んでもよい。ハウジングにはまた、選択されたサンプルイオンの一部を質量分光計に出力するための、低圧ＤＭＳの出口と連通したハウジング出口を含んでもよい。様々な態様において、低圧分離領域に位置するイオンガイドは、除去することができ、低圧ＤＭＳには、４つの電極を含むことができる。
【００１８】
別の構成において、質量分光計には、ハウジング出口を介してサンプルイオンの選択された部分を受け取る少なくとも１つのイオン光学要素が含まれる。質量分光計には、少なくとも１つのイオン光学要素と連通する質量分析器を含んでもよい。ある特徴において、絶縁材料が、ＤＭＳフィルタ電極の少なくとも１つと通じているかまたはそれを支持する。ある構成において、質量分析システムには、ｉ）イオンのデクラスタリング、ｉｉ）イオンの脱溶媒和、ｉｉｉ）試薬を用いたイオンの再クラスタリングの加速、および／またはｉｖ）ドーパントもしくは試薬を用いた、イオン用のクラスタリング平衡のシフト、の少なくとも１つを実行するように構成された１つまたは複数の加熱領域が含まれる。
【００１９】
別の態様において、サンプル分析装置には、ほぼ大気圧またはそれを超える圧力で動作する第１の圧力領域が含まれる。第１の圧力領域には、イオン源からサンプルイオンを受け取り、かつ選択されたサンプルイオンの第１のセットを通過させる第１のＤＭＳフィルタが含まれる。システムにはまた、ほぼ大気圧より低い圧力で動作する、第１の圧力領域と連通した第２の圧力領域が含まれる。第２の圧力領域には、分離および／または衝突領域が含まれ、そこでは、選択されたサンプルイオンの第１のセットが、加速されて衝突ガスと衝突され、サンプルイオンを脱溶媒和および／または断片化する。第２の圧力領域にはまた、選択されたサンプルイオンの第２のセットを、それらのイオン移動度特性に基づいて通過させる第２のＤＭＳフィルタが含まれる。
【００２０】
一構成において、システムには、約１Ｔｏｒｒ未満で動作する、第２の圧力領域と連通した第３の圧力領域が含まれる。第３の圧力領域には、選択されたサンプルイオンの第２のセットを受け取るイオン光学要素を含んでもよい。別の構成において、システムには、約１０−４Ｔｏｒｒ未満で動作し、かつ質量分析器を含む、第３の圧力領域と連通した第４の圧力領域が含まれる。ある実施形態において、真空抵抗が、より低い圧力領域からより高い圧力領域へ確立され、イオンの輸送を促進する。例えば、真空抵抗を利用して、第１および／または第２のＤＭＳの中へ、かつ／またはそれらを通して、あるいはイオン分析器の他のコンポーネントを通してイオンを引っ張ってもよい。
【００２１】
別の態様において、イオン分析システムには、イオン入口と、第１の分離領域および微分移動度分光計を含む、約５０〜約７６０Ｔｏｒｒ範囲の圧力に維持された第１の低圧領域と、が含まれる。質量分析器を含む第４の低圧領域にイオンを誘導するためのＲＦイオンガイドを備えた第２および第３の低圧領域は、約５０Ｔｏｒｒ未満および約１Ｔｏｒｒ未満にそれぞれ維持される。
【００２２】
さらなる態様において、イオン分析器には、イオン源と、イオン源からのイオンフローと、少なくとも１つの化学修飾剤をイオンフローに導入する反応領域と、ほぼ大気圧で動作する第１のＤＭＳであって、反応領域からイオンフローを受け取り、かつイオンフローに対して第１の移動度ベースのフィルタ動作を実行する第１のＤＭＳと、が含まれる。分析器にはまた、第１のＤＭＳからのイオンフローを受け取る、大気圧より低い圧力で動作するデクラスタリング領域が含まれる。分析器には、さらに、大気圧より低い圧力で動作する第２のＤＭＳであって、デクラスタリング領域からイオンフローを受け取り、かつイオンフローに対して第２の移動度ベースのフィルタ動作を実行する第２のＤＭＳが含まれる。上記のように、有利なことに、イオン分析器は、直交分離アプローチを用いてもよく、このアプローチでは、ほぼ大気圧で動作する第１のＤＭＳは、クラスタ化モデルに基づいてイオン移動度ベースの分離を実行し、一方で大気圧より低い圧力で動作する第２のＤＭＳは、剛体（ｈａｒｄまたはｒｉｇｉｄ）球衝突モデルに基づいてイオン移動度ベースの分離を実行する。これらの分離モデルに関するさらなる詳細は、後で本明細書で提供される。
【００２３】
一構成において、イオン分析器には、第２のＤＭＳからイオンフローを受け取る質量分光計が含まれる。別の構成において、質量分光計には、質量分析器が含まれる。イオン分析器には、ｉ）イオンのデクラスタリング、ｉｉ）イオンの脱溶媒和、ｉｉｉ）試薬を用いたイオンの再クラスタリングの加速、および／またはｉｖ）ドーパントもしくは試薬を用いた、イオン用のクラスタリング平衡のシフト、の少なくとも１つを実行するように構成された少なくとも１つの加熱領域を含んでもよい。
【００２４】
さらに別の態様において、イオン分析システムには、イオン源と、イオン源からのイオンフローと、イオンフローからのイオンの第１の部分を修飾して、イオンの第１の部分に関連するイオン種のそれぞれに対して特定のα関数を提供するための第１の手段と、イオンの第１の部分を受け取り、微分移動度分離を行い、かつイオンの第２の部分を出力するように構成された第１のＤＭＳと、イオンの第２の部分を修飾して、イオンの第２の部分に関連するα関数を変更する第２の手段と、イオンの第２の部分を受け取り、微分移動度分離を行い、かつイオンの第３の部分を出力するように構成された第２のＤＭＳと、が含まれる。修飾用の手段には、反応領域、クラスタリング領域、分離領域、および／またはデクラスタリング領域を含んでもよい。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
低圧分離領域と、
微分移動度分光計であって、
少なくとも一対のフィルタ電極であって、前記フィルタ電極間にイオンフロー経路を画定し、サンプルイオンの移動度特性に基づいて前記サンプルイオンの選択された部分を通過させるための電界を生成するフィルタ電極と、
前記フィルタ電極の少なくとも１つにＲＦおよびＤＣ電圧を供給して前記電界を生成する電圧源と、
前記低圧分離領域を通過したサンプルイオンを受け取るためのイオン入口と、
前記サンプルイオンの前記選択された部分を出力するためのイオン出口と、含む微分移動度分光計と、
前記サンプルイオンにおける前記選択された部分のいくらかまたは全てを受け取るための質量分光計と、
を含む質量分析システム。
（項目２）
前記分離領域が、衝突領域、脱溶媒和領域、およびデクラスタリング領域の少なくとも１つを含む、項目１に記載のシステム。
（項目３）
前記低圧分離領域が、前記サンプルイオンを加速するように構成される、項目２に記載のシステム。
（項目４）
前記低圧分離領域が、前記サンプルイオンのデクラスタリングおよび断片化の少なくとも１つを実行するように構成される、項目３に記載のシステム。
（項目５）
前記微分移動度分光計、および前記低圧分離領域の一部における圧力が、ほぼ大気圧より低い、項目１に記載のシステム。
（項目６）
前記微分移動度分光計および前記低圧分離領域の一部における前記圧力が、約１００Ｔｏｒｒ未満である、項目５に記載のシステム。
（項目７）
前記イオンフロー経路の圧力が、前記低圧分離領域の一部における前記圧力とほぼ同じである、項目１に記載のシステム。
（項目８）
前記低圧分離領域、および前記微分移動度分光計と前記低圧分離領域との間の中間領域の少なくとも１つに位置する少なくとも１つのイオンガイドを含む、項目１に記載のシステム。
（項目９）
前記少なくとも１つのイオンガイドが、少なくとも１つのイオン集束要素を含む、項目７に記載のシステム。
（項目１０）
前記イオン集束要素が、ＲＦロッド、ＲＦリング、ＲＦレンズ、ＤＣレンズ、ＤＣリング、偏向板、およびグリッドの少なくとも１つを含む、項目８に記載のシステム。
（項目１１）
前記低圧分離領域が、イオン源から前記サンプルイオンのフローを受け取るように構成される、項目１に記載のシステム。
（項目１２）
前記フローが、前記分離領域から真空抵抗によって形成される、項目１１に記載のシステム。
（項目１３）
前記イオン源が、第２の微分移動度分光計を含む、項目１０に記載のシステム。
（項目１４）
前記第２の微分移動度分光計が、ほぼ大気圧またはその上の圧力で動作する、項目１１に記載のシステム。
（項目１５）
前記低圧分離領域が、自由噴流膨張内でイオンを加速するように構成される、項目１０に記載のシステム。
（項目１６）
ハウジングであって、前記微分移動度分光計をほぼ取り囲むハウジングを含む、項目１に記載のシステム。
（項目１７）
前記ハウジングが、前記低圧分離領域をほぼ取り囲む、項目１６に記載のシステム。
（項目１８）
前記ハウジングが、前記サンプルイオンを受け取るためのハウジング入口を含む、項目１７に記載のシステム。
（項目１９）
前記ハウジングが、選択されたサンプルイオンの前記部分を前記質量分光計に出力するために、前記イオン出口と連通したハウジング出口を含む、項目１６に記載のシステム。
（項目２０）
前記質量分光計が、前記ハウジング出口を介して、前記サンプルイオンの前記選択された部分を受け取るための少なくとも１つのイオン光学要素を含む、項目１９に記載のシステム。
（項目２１）
前記質量分光計が、前記少なくとも１つのイオン光学要素と連通した質量分析器を含む、項目２０に記載のシステム。
（項目２２）
前記フィルタ電極の少なくとも１つと通じた絶縁材料を含む、項目１に記載のシステム。
（項目２３）
ｉ）イオンのデクラスタリング、ｉｉ）イオンの脱溶媒和、ｉｉｉ）試薬を用いたイオンの再クラスタリングの加速、およびｉｖ）ドーパントまたは試薬を用いた、イオン用のクラスタリング平衡のシフト、の少なくとも１つを実行するように構成された少なくとも１つの加熱領域を含む、項目１に記載のシステム。
（項目２４）
前記微分移動度分光計、および前記低圧分離領域の一部における圧力が、約５０〜約７６０Ｔｏｒｒである、項目１に記載のシステム。
（項目２５）
前記微分移動度分光計が４つの電極を含む、項目１に記載のシステム。
（項目２６）
サンプルを分析するための方法であって、
低圧分離領域にサンプルイオンを通過させることと、
少なくとも一対のフィルタ電極の少なくとも一電極にＲＦおよびＤＣ電圧を印加することと、
前記少なくとも一対のフィルタ電極間のフロー経路に電界を生成することと、
前記サンプルイオンの移動度特性に基づいて前記サンプルイオンの選択された部分を電界に通過させることと、
前記質量分光計において、前記サンプルイオンの前記選択された部分のいくらかまたは全てを受け取ることと、
を含む方法。
（項目２７）
前記低圧分離領域において前記サンプルイオンを加速することを含む、項目２６に記載の方法。
（項目２８）
前記低圧分離領域における前記サンプルイオンのデクラスタリングおよび断片化の少なくとも１つを実行することを含む、項目２７に記載の方法。
（項目２９）
前記フロー経路、および前記低圧分離領域の一部における圧力が、約７６０Ｔｏｒｒ未満である、項目２６に記載の方法。
（項目３０）
前記フロー経路、および前記低圧分離領域の一部における圧力が、約１００Ｔｏｒｒ未満である、項目２９に記載の方法。
（項目３１）
前記イオンフロー経路の圧力が、前記低圧分離領域の圧力の一部とほぼ同じである、項目２６に記載の方法。
（項目３２）
前記低圧分離領域および中間領域の少なくとも１つを通して前記サンプルイオンを案内することを含む、項目２６に記載の方法。
（項目３３）
前記案内が、少なくとも１つのイオン集束要素を含むイオンガイドによって実行される、項目３２に記載の方法。
（項目３４）
前記イオン集束要素が、ＲＦロッド、ＲＦリング、ＲＦレンズ、ＤＣリング、ＤＣレンズ、偏向板、およびグリッドの少なくとも１つを含む、項目３３に記載の方法。
（項目３５）
イオン源からの前記サンプルイオンのフローを前記低圧分離領域において受け取ることを含む、項目２６に記載の方法。
（項目３６）
ｉ）イオンのデクラスタリング、ｉｉ）イオンの脱溶媒和、ｉｉｉ）試薬を用いたイオンの再クラスタリングの加速、およびｉｖ）ドーパントまたは試薬を用いた、イオン用のクラスタリング平衡のシフト、の少なくとも１つを実行するように構成された少なくとも１つの加熱領域を設けることを含む、項目２６に記載の方法。
（項目３７）
前記少なくとも一対のフィルタ電極が、４つの電極を含む、項目２６に記載の方法。
（項目３８）
ほぼ大気圧またはそれを超えた圧力で動作する第１の圧力領域であって、
イオン源からサンプルイオンを受け取り、かつ選択されたサンプルイオンの第１のセットを通過させるための第１のＤＭＳフィルタを含む第１の圧力領域と、
ほぼ大気圧より低い圧力で動作する、前記第１の圧力領域と連通した第２の圧力領域であって、
選択されたサンプルイオンの前記第１のセットを加速するための分離領域と、
選択されたサンプルイオンの第２のセットを通過させるための第２のＤＭＳフィルタと、を含む第２の圧力領域と、
を含むサンプル分析システム。
（項目３９）
約１Ｔｏｒｒ未満で動作する、前記第２の圧力領域と連通した第３の圧力領域であって、
選択されたサンプルイオンの前記第２のセットを受け取るためのイオン光学要素を含む第３の圧力領域を含む、項目３８に記載のシステム。
（項目４０）
約１０−４Ｔｏｒｒ未満で動作する、前記第３の圧力領域と連通した第４の圧力領域であって、
質量分析器を含む第４の圧力領域を含む、項目３９に記載のシステム。
（項目４１）
少なくとも１つの試薬を導入するための、前記第１の圧力領域と連通したドーパント入口を含む、項目３８に記載のシステム。
（項目４２）
カーテンガスおよび搬送ガスの少なくとも１つを導入するための、前記第１の圧力領域と連通したガス入口を含む、項目３８に記載のシステム。
（項目４３）
ｉ）イオンのデクラスタリング、ｉｉ）イオンの脱溶媒和、ｉｉｉ）試薬を用いた、イオンの再クラスタリングの加速、およびｉｖ）ドーパントまたは試薬を用いた、イオン用のクラスタリング平衡のシフト、の少なくとも１つを実行するように構成された少なくとも１つの加熱領域を含む、項目３８に記載のシステム。
（項目４４）
前記少なくとも１つの加熱領域における温度を制御するための少なくとも１つの調整可能な加熱要素を含む、項目４３に記載のシステム。
（項目４５）
前記第１または第２の圧力領域内に加熱領域を含み、前記加熱領域が、前記サンプルイオンの望ましくないクラスタの除去、および少なくとも１つの試薬を用いた前記サンプルイオンの再クラスタリングの加速の少なくとも１つを実行するように構成される、項目４１に記載のシステム。
（項目４６）
前記少なくとも１つの試薬を用いて、前記サンプルイオンの一部をクラスタリングするために前記第１の圧力領域に反応領域を含む、項目４１に記載のシステム。
（項目４７）
イオン源と、
前記イオン源からのイオンフローと、
少なくとも１つの修飾剤を前記イオンフローに導入するための反応領域と、
前記反応領域から前記イオンフローを受け取るための、ほぼ大気圧で動作する第１のＤＭＳであって、第１の移動度ベースのフィルタ動作を前記イオンフローに対して実行する第１のＤＭＳと、
前記第１のＤＭＳから前記イオンフローを受け取るための、大気圧より低い圧力で動作するデクラスタリング領域と、
前記デクラスタリング領域から前記イオンフローを受け取り、かつ第２の移動度ベースのフィルタ動作を前記イオンフローに対して実行するための、大気圧より低い圧力で動作する第２のＤＭＳと、
を含むイオン分析器。
（項目４８）
前記第２のＤＭＳから前記イオンフローを受け取るための質量分光計を含む、項目４７に記載の分析器。
（項目４９）
前記質量分光計が質量分析器を含む、項目４８に記載の分析器。
（項目５０）
ｉ）イオンのデクラスタリング、ｉｉ）イオンの脱溶媒和、ｉｉｉ）試薬を用いた、イオンの再クラスタリングの加速、およびｉｖ）ドーパントまたは試薬を用いた、イオン用のクラスタリング平衡のシフト、の少なくとも１つを実行するように構成された少なくとも１つの加熱領域を含む、項目４７に記載の分析器。
（項目５１）
前記第１のＤＭＳが、クラスタリングモデル機構に基づいて分離を実行する、項目４７に記載の分析器。
（項目５２）
前記第２のＤＭＳが、剛体球衝突モデル機構に基づいて分離を実行する、項目５１に記載の分析器。
（項目５３）
前記イオンフローを前記第２のＤＭＳに供給するために、前記第２のＤＭＳの上流にイオンガイドを含む、項目４７に記載の分析器。
（項目５４）
イオン源と、
前記イオン源からのイオンフローと、
前記イオンフローからのイオンの第１の部分を修飾して、イオンの前記第１の部分に関連するα関数を変更するための第１の手段と、
イオンの前記第１の部分を受け取り、微分移動度分離を行い、かつイオンの第２の部分を出力する第１のＤＭＳと、
イオンの前記第２の部分を修飾して、イオンの前記第２の部分に関連する前記α関数を変更するための第２の手段と、
イオンの前記第２の部分を受け取り、微分移動度分離を行い、かつイオンの第３の部分を出力する第２のＤＭＳと、
を含むイオン分析システム。
（項目５５）
修飾するための前記手段が、反応領域、クラスタリング領域、分離領域、およびデクラスタリング領域の少なくとも１つを含む、項目５４に記載のシステム。
【００２５】
本発明の前述ならびに他の目的および利点は、添付の図面に関連した、本発明の以下のさらなる説明からより完全に理解されよう。当業者は、以下で説明する図面が、例示だけを目的としていることを理解されよう。図面は、本出願人の教示の範囲を限定するようには決して意図されていない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１Ａは、微分移動度分光計（ＤＭＳ）において非対称電界を生成するために印加可能な時変ならびに／または非対称高および低電圧波形のプロットを示す。図１Ｂは、図１Ａの非対称電圧波形に起因する非対称電界にイオンＭ＋の経路がさらされるＤＭＳフィルタの図を示す。
【図２】本発明の例示的な実施形態に従って、ＤＭＳおよび衝突領域を含む真空チャンバを備えた質量分析システムの図を示す。
【図３】本発明の例示的な実施形態による、図２のシステムを用いてイオンを分析するためのプロセスの流れ図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態に従って、イオンガイドを備えた、図２におけるような質量分析システムの図を示す。
【図５Ａ】本発明の例示的な実施形態に従って、大気圧ＤＭＳ前置フィルタを備えた、図４におけるような質量分析システムの図を示す。
【図５Ｂ】本発明の例示的な実施形態に従って、図５ＡのようだがＲＦイオンガイドのない質量分析システム、および４つの電極を含むＤＭＳの図を示す。
【図６】本発明の例示的な実施形態に従って、大気圧ＤＭＳの前にクラスタリングおよび／または反応領域を備えた、図５Ａにおけるような質量分析システムの図を示す。
【図７Ａ−１】様々なＶｒｆ設定において試薬修飾剤（ｒｅａｇｅｎｔ  ｍｏｄｉｆｉｅｒ）なしに、ＤＭＳにおける正規化されたイオン強度ピークのプロットを含む。
【図７Ａ−２】様々なＶｒｆ設定において試薬修飾剤（ｒｅａｇｅｎｔ  ｍｏｄｉｆｉｅｒ）なしに、ＤＭＳにおける正規化されたイオン強度ピークのプロットを含む。
【図７Ａ−３】様々なＶｒｆ設定において試薬修飾剤（ｒｅａｇｅｎｔ  ｍｏｄｉｆｉｅｒ）なしに、ＤＭＳにおける正規化されたイオン強度ピークのプロットを含む。
【図７Ｂ−１】試薬修飾剤が様々なＶｒｆ設定において導入されたＤＭＳにおける正規化されたイオン強度ピークのプロットを含む。
【図７Ｂ−２】試薬修飾剤が様々なＶｒｆ設定において導入されたＤＭＳにおける正規化されたイオン強度ピークのプロットを含む。
【図７Ｂ−３】試薬修飾剤が様々なＶｒｆ設定において導入されたＤＭＳにおける正規化されたイオン強度ピークのプロットを含む。
【図７Ｂ−４】試薬修飾剤が様々なＶｒｆ設定において導入されたＤＭＳにおける正規化されたイオン強度ピークのプロットを含む。
【図７Ｂ−５】試薬修飾剤が様々なＶｒｆ設定において導入されたＤＭＳにおける正規化されたイオン強度ピークのプロットを含む。
【図８】本発明の例示的な実施形態に従って、混合チャンバを介したドーパント導入システムの図を示す。
【図９】本発明の例示的な実施形態に従って、代替ドーパント導入システムの図を示す。
【図１０】本発明の例示的な実施形態に従って、乱流加熱領域を備えた、図６におけるような質量分析システムの図を示す。
【図１１】大気圧ＤＭＳへの入口がそれぞれ加熱された場合および加熱されない場合における、正規化されたイオン強度対補償電圧のプロットを含むグラフである。
【図１２】タイプＡ、ＢおよびＣイオン移動度挙動用のアルファ挙動のグラフである。
【図１３】不活性搬送ガスを備えた、およびクラスタリング修飾剤を含むノルフェンタニルのサンプルに対してアルファ関数において発生する劇的な変化を示すグラフである。
【図１４】異なる条件下における３６の化合物用のアルファ関数データを示す一連のグラフを含む。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
様々な実施形態に関連して本出願人の教示を説明するが、本出願人の教示が、かかる実施形態に限定されるようには意図されていない。反対に、当業者によって理解されるであろうように、本出願人の教示には、様々な代替案、修正および均等物が含まれる。
【００２８】
エレクトロスプレーイオン源に関する共通の問題は、それらが、典型的には、イオン分析システムの分解能に悪影響を及ぼす可能性がある異種イオンクラスタを生成するということである。イオンおよび中性気相分子のクラスタリングは、典型的には、大気圧におけるイオン化に起因する。エレクトロスプレープロセス中に生成されるイオンは、裸分子イオンと、エレクトロスプレー溶媒の小液滴においてクラスタリングされるかまたはそれらに含まれるイオンとの組み合わせである。イオン、イオンクラスタ、および帯電液滴の相対的比率は、帯電した霧状の液体が脱溶媒和される程度に大きく依存する。
【００２９】
ＤＭＳなどの移動度ベースの分析器が、エレクトロスプレーイオン源と共に用いられる場合に、これらの異種クラスタイオン集団の生成範囲は、移動相導入フローレートに関連する。移動相フローレートが、毎分数百マイクロリットルの範囲に及ぶ場合に、イオン蒸発プロセスによって生成されるイオンの大部分は、多種多様な組成のクラスタおよび小液滴として生成される。このように形成されたクラスタイオン集団は、非常に異種性であり、背景搬送ガスとイオンの相互作用中に気相において形成される比較的同種のクラスタイオン集団とは異なる。
【００３０】
特定のイオンが、分子量および化学成分の広範囲な分布をカバーする種々様々の異なるクラスタ状態で存在する可能性がある。これは、空気圧で霧状にされたエレクトロスプレーを蒸発させるために、高い脱溶媒和温度が用いられても用いられなくても発生するが、しかしその問題は、低温で悪化する。大気圧で動作する、ＤＭＳなどの移動度ベースの分析器は、分布の成分を分離することができる。しかしながら、例えばＭＳによって検出されるような標的検体用の感度は、移動度分解能およびピーク出力に加えて低下される。不完全なエレクトロスプレー脱溶媒和の条件下において、異なるサイズおよび組成の異種クラスタが、小液滴に加えて存在する可能性がある。これらのクラスタは、はるかに大きな範囲の微分移動度値および対応する、より大きなピーク幅を示す。
【００３１】
毎分ナノリットルから低マイクロリットルの範囲における液体フローで動作するエレクトロスプレー源は、生成するクラスタがより少なく、検体および溶媒化学に依存して、ＭＳの真空入口の前に非クラスタ化された分子イオンを生成することが多い。これは、標準化合物のエレクトロスプレーされた溶液におけるＶｃスキャンが、高および低液体フローレートで行われる場合に明白である。フローレートが上昇するのにつれた分解能の明白な損失は、ますます異種性になる検体／クラスタイオン集団の形成、および恐らく移動度ベース分析器内の小液滴の持続性に帰することができる。
【００３２】
比較的高フローレートにおける分解能問題に取り組む一アプローチは、移動度ベースのフィルタリングの前にイオンクラスタを分離することによる。ある実施形態において、分離領域が、イオン移動度ベースのフィルタリングの前に確立される。いくつかの実施形態において、低圧ＤＭＳが、イオンクラスタの分離後に剛体球衝突（または散乱）モデルに基づいてイオンをフィルタリングするために用いられる。イオンクラスタのイオン移動度ベースのフィルタが望ましい他の実施形態において、大気圧ＤＭＳが、クラスタリングモデルに基づいてイオン移動度ベースのフィルタを設ける。さらなる実施形態において、イオン分析システムには、両方のモデルを用いてイオン移動度ベースのフィルタリングの利点を組み合わせた低圧ＤＭＳおよび大気圧ＤＭＳの両方が含まれる。剛体球衝突およびクラスタリングモデルに関するさらなる詳細は、後で図１２に関連して本明細書で提供される。
【００３３】
図２は、本発明の例示的な実施形態に従って、ＤＭＳ２０４および分離領域２０６を含む真空チャンバ２０２を備えた質量分析システム２００の図を示す。システム２００にはまた、イオン源２０８、真空チャンバ入口および／またはオリフィス２１０、真空プレート２１２、出口オリフィス２１４、質量分光計２２４、電圧源２２６、およびコントローラ２２８が含まれる。ＤＭＳ２０４には、フィルタ電極２１６および２１８、ＤＭＳ入口２２０、ならびにＤＭＳ出口２２２が含まれる。質量分光計２２４には、イオン光学アセンブリ２３０および質量分析器２３２、ならびにイオン検出部（図示せず）が含まれる。ある実施形態において、分離領域２０６には、衝突領域、デクラスタリング領域、脱溶媒和領域、およびガス膨張領域の少なくとも１つが含まれる。
【００３４】
真空チャンバ入口２１０は、イオン源２０８と連通しており、かつオリフィス、パイプ、加熱された毛細管、抵抗毛細管、または当業者に周知である任意の適切なサンプル入口構成を含んでもよい。真空チャンバ入口２１０は、サンプル入口２１０を介して真空チャンバ２０２内へのイオン導入を促進するために、源拡張リングなどのコンポーネントを含むサンプル入口システムの一部であってもよい。イオン源２０８は、真空チャンバ入口２１０もしくは入口システムと統合してもよく、または代替として入口システムと別個であってもよい。イオン源２０８は、当業者に周知である任意の適切なイオン源であってもよい。例えば、イオン源２０８には、溶液に溶解されたサンプル検体からイオンを生成する能力を備えたエレクトロスプレーイオン源を含んでもよい。イオン源２０８の他の例示的な構成には、大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）、大気圧光イオン化法（ＡＰＰＩ）、実時間直接分析（ＤＡＲＴ）、脱離エレクトロスプレー（ＤＥＳＩ）、大気圧マトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＡＰ  ＭＡＬＤＩ）、液体クロマトグラフィー（ＬＣ）カラム、ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）カラム、マルチモードイオン源、表面分析源（ｓｕｒｆａｃｅ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｓｏｕｒｃｅｓ）、または多数の入口システムおよび／もしくは源を備えた構成を含んでもよい。
【００３５】
ある実施形態において、真空チャンバ２０２は、ＤＭＳ２０４の上流に位置する低圧分離領域２０６および／またはデクラスタリング領域を含むように構成される。低圧分離領域２０６は、自由噴流膨張内のサンプルイオンを真空チャンバ入口２１０から加速するように構成してもよい。真空チャンバ２０２は、真空プレート２１２および／またはハウジングによって画定するかまたは境界を定めてもよい。サンプルイオンは、入口２１０を通って移動するが、入口２１０において、真空膨張が、入口２１０の両側における圧力差の結果として発生する。低圧分離領域２０６は、サンプルイオンフロー経路２３４に沿った圧力勾配を含んでもよく、それによって圧力は、真空チャンバ入口２１０近くのほぼ大気圧から、ＤＭＳ入口２２０近くの大気圧未満の設定圧力に低下される。ＤＭＳ入口近くの圧力は、約１Ｔｏｒｒから大気圧（例えば７６０Ｔｏｒｒ）未満までであってもよい。いくつかの実施形態において、ＤＭＳは、約５０〜約７６０Ｔｏｒｒで動作することができる。ある構成において、ＤＭＳは、約２００〜約５００Ｔｏｒｒで動作することができる。ある構成において、ＤＭＳは、約２００Ｔｏｒｒで動作することができる。いくつかの実施形態において、圧力は、約１Ｔｏｒｒ〜約１００Ｔｏｒｒ以下であってもよい。ある状況において、ＤＭＳ２０４にサンプルイオンを送り出す前に、サンプルイオンは、電圧を用いて低圧分離領域２０６において加速し、背景ガスと衝突させ、デクラスタリングおよび／または断片化を達成してもよい。
【００３６】
ＤＭＳ滞留時間およびギャップ高さは、動作圧力によって影響され、より低い圧力は、より広いギャップおよびより長い滞留時間を必要とする場合がある。例えば、以下の表１は、異なる動作圧力におけるＤＭＳ用の典型的なギャップ幅および滞留時間を示す。長い滞留時間は、サンプルスループットを制限する可能性があり、したがって約１００〜約７６０Ｔｏｒｒの圧力領域においてＤＭＳを動作させることが有利になり得る。
【００３７】
【表１】
0005985989.tif 000002
【００３８】
電界非対称イオン移動度分光計（ＦＡＩＭＳ）とも呼ばれるＤＭＳ２０４には、平行プレート、湾曲プレート、同心リング／表面等として形成および／または構成されるフィルタ電極２１６および２１８を含んでもよい。ＤＭＳ２０４には、複数のフィルタ電極対を含んでもよい。フィルタ電極２１６および２１８は、絶縁表面またはコンポーネント上に形成するか、またはそれらに接続してもよい。ＤＭＳ２０４は、略平面、円形、同心、または湾曲構造を含む形状因子を有してもよい。電圧源２２６は、フィルタ電極２１６および２１８の少なくとも１つにＲＦおよびＤＣ電圧を印加して、サンプルイオン種がＤＭＳ２０４を通過する間にその移動度特性に基づいたサンプルイオンフィルタリングを可能にする電界を生成する。ＤＣ電圧は、補償電圧Ｖｃと呼ばれる。なぜなら、Ｖｃは、ＤＭＳ２０４を通過する所望のイオン種を選択するように調整可能であるからである。コントローラ２２８は、次のように電圧２２６を制御してもよい。すなわち、電圧源２２６が、ＤＣ電圧の範囲にわたってＶｃを掃引して、ＤＭＳ２０４を通過可能にされたサンプルイオン種のイオノグラムまたはスペクトルを生成するように制御してもよい。限定するわけではないが、イオン移動度分光測定法（ＩＭＳ）、微分移動度分析器（ＤＭＡ）、ハイブリッドイオン移動度ベースの分析器、高電界／低電界フィルタなどの他のイオン移動度ベースの分離装置および／またはフィルタを、システム２００において使用可能であることが理解されよう。アパーチャ２１４を通るガス抵抗が、ＤＭＳ２０４を通る層状ガスフローを確立するために、出口アパーチャ２１４に真空シールを提供するようにＤＭＳアセンブリ２０４を取り付けてもよい。さらに、ＤＭＳ２０４とアパーチャ２１４との間のＤＣオフセット電位を調整するように、ＤＣ電位を電極２１６および／または２１８に供給して、透過を最適化してもよい。
【００３９】
イオン光学アセンブリ２３０は、ＲＦ電界を用いて、オリフィス２１４からのサンプルイオンをイオン光学経路に集束させ、かつイオンを質量分析器２３２に誘導してもよい。システム２００で用いられるイオン光学アセンブリ２３０は、限定するわけではないが、多極アレイ、リングガイド、抵抗イオンガイド、イオンファンネル、進行波イオンガイドなど、当業者に周知の任意のイオン光学装置で構成可能であることが理解されよう。ある実施形態において、イオン光学アセンブリは、約１〜１０ミリトールの範囲の圧力で動作される。
【００４０】
いくつかの実施形態において、イオン光学アセンブリ２３０は、質量分析器２３２と接続され、サンプルイオンが、イオン光学経路を介して質量分析器２３２に移動し、そこでイオンが、それらの質量対電荷比（ｍ／ｚ）に基づいて分離され、検出され得るようにする。検出されたイオンデータは、メモリに記憶し、プロセッサまたはコンピュータソフトウェアによって分析してもよい。ある実施形態において、コントローラ２２８には、プロセッサおよびメモリまたはデータ記憶装置が含まれる。コントローラ２２８はまた、質量分析器２３２の動作を制御してもよい。質量分析器２３２は、線形イオントラップおよび四重極分析器、飛行時間ＭＳの少なくとも１つとして機能してもよく、または多数の質量分析器を含んでもよい。ある実施形態において、イオン光学アセンブリには、Ｑ０  ＲＦイオンガイドまたは任意の同様のイオンガイドを含んでもよい。イオンガイドは、気体力学および無線周波電界の組み合わせを用いて、オリフィス２１４からのサンプルイオンを捕捉および集束するために用いてもよい。次に、Ｑ０などのイオンガイドは、オリフィス２１４から、後続のイオン光学装置または質量分析器２３２にサンプルイオンを移送してもよい。
【００４１】
ＡＢ  Ｓｃｉｅｘによって製造されたＡＰＩ５０００（商標）システムは、質量分析システム２００によって利用可能な一タイプの例示的な質量分光計２２４である。かかる質量分光計には、典型的には、計測光学装置、質量分析器、カーテンプレート、およびオリフィスが含まれる。計測光学装置には、ＩＱ０レンズによって分離されたＱＪＥＴ（登録商標）ＲＦイオンガイドおよびＱ０  ＲＦイオンガイドが含まれる。ＱＪＥＴ（登録商標）ＲＦイオンガイドは、気体力学および無線周波電界の組み合わせを用いて、イオンを捕捉および集束するために用いられる。ＱＪＥＴ（登録商標）は、オリフィスから、Ｑ０  ＲＦイオンガイドなどの後続のイオン光学装置までイオンを移送する。Ｑ０  ＲＦイオンガイドは、中間圧力領域（例えば、約≒６ｍＴｏｒｒにおける）を通してイオンを輸送し、ＩＱ１レンズを通して、質量分析器を含む高真空チャンバにイオンを送出する。質量分析器領域には、Ｑ１四重極分析器、Ｑ２四重極衝突セル、Ｑ３四重極分析器、およびＣＥＭ検出器が含まれる。
【００４２】
イオンガイドおよび／またはＱ０  ＲＦイオンガイドを含む計測光学装置は、図２のイオン光学アセンブリ２３０において使用できる光学装置の例である。しかしながら、いくつかの実施形態において、これらの要素は、個別に、もしくは他のタイプのイオン光学装置と組み合わせて用いるか、または質量分光計システム２２４において全く使用しないことができる。いくつかの例において、Ｑ０イオンガイドは、Ｑ１またはＱ３四重極のいずれかと容量結合してもよい。いくつかの構成において、イオン光学装置および質量分析器には、様々な圧力範囲で動作する、アパーチャによって分離された１つまたは複数の圧力領域を含んでもよい。例えば、第１の領域は、２．５Ｔｏｒｒに設定してもよく、Ｑ０は、６ｍＴｏｒｒに設定してもよく、Ｑ１、Ｑ２およびＱ３を含む質量分析器は、１０−５Ｔｏｒｒに設定してもよい。Ｑ２には、イオンを断片化するための衝突セルを含むことができ、かつＱ２セル内のガス圧力が、ＡＰＩ５０００（商標）装置のＱ１およびＱ３における圧力よりかなり高くてもよいことが、当業者には明らかであろう。
【００４３】
短い滞留時間を必要とするいくつかの実施形態において、第１の領域は、５０〜７６０Ｔｏｒｒに設定することができ、第２のＱＪＥＴ（登録商標）領域は、２．５Ｔｏｒｒに設定することができ、Ｑ０は、６ｍＴｏｒｒに設定することができ、Ｑ１、Ｑ２およびＱ３を含むｍａｓ分析器は、１０−５Ｔｏｒｒに設定することができる。
【００４４】
ある実施形態において、コントローラ２２０には、ＤＭＳ２０４、電圧源２２６、イオン源２０８、質量分光計２２４、ならびに特にイオン光学装置２３０および質量分析器２３２を含む、質量分析システム２００の様々なコンポーネントの制御を可能にするプロセッサが含まれる。コントローラには、ユーザインターフェース、ネットワークインターフェース、およびデータ記憶装置を含んでもよい。プロセッサには、システム２００の制御を可能にするように構成されたソフトウェアおよび／またはハードウェアコードを有するメモリとのインターフェースを含んでもよい。コントローラ２２８には、システム２００の制御、および／またはシステム２００の動作から取得されたデータの分析または処理を達成するための命令をプロセッサが実行できるようにするための、プログラム媒体に埋め込まれたプログラムコードを含んでもよい。
【００４５】
質量分光計２２４には、イオン光学アセンブリ２３０のすぐ近くに少なくとも１つの電極、例えば線形加速器（ＬＩＮＡＣ）を含んでもよい。１つまたは複数の電極を、ＲＦ多重極を通るイオンを加速するか、またはＲＦ多重極から残留イオンを追い出すために用いてもよい。電圧源２２６（例えば電源）は、電極に接続し、電極にＤＣ電位を印加して、システム２００のイオン光学アセンブリ２３０からかまたは別のコンポーネントから、残留イオンを含むイオンを軸方向に追い出す電界を、電極に生成させてもよい。電極はまた、イオンを加速してイオン光学アセンブリ２３０内の滞留時間を縮小し、それによって、イオンビーム拡散を低減するか、実質的に除去してもよい。
【００４６】
電圧源２２６には、ＲＦおよび／もしくはＤＣ信号ならびに／または補助ＡＣ信号を質量分析器２３２の四重極ロッドセットに供給するＲＦ／ＤＣ補助交流（ＡＣ）電源を含んでもよい。システム２００には、短縮された四重極ロッドセットを含んでもよく、このセットは、システム２００の質量分析器２３２または他のコンポーネントに隣接するＢｒｕｂａｋｅｒ（ブルベーカー）レンズとして働くことができる。
【００４７】
ある実施形態において、質量分光計２２４には、イオンの衝突誘起分離（ＣＩＤ）を開始するために衝突セルに送り込むことができる不活性ガス（例えば、ヘリウム、窒素、アルゴン等）を有する衝突セルを含んでもよい。親イオンなど、衝突セルにおけるイオンは、ガス分子と衝突し、娘イオンと呼ばれる断片に砕けることが可能である。ある実施形態において、質量分光計２２４のコンポーネントが、イオントラップモードで機能する場合に、ＲＦ電源は、イオントラップの四重極ロッドセット内で電界を生成するために用いることができる。印加される電界の振幅および波形を変更することによって、選択されたｍ／ｚのイオンを、四重極ロッドセット内で捕捉することができる。いくつかの構成において、質量分析システム２００は、多重反応モニタリング（ＭＲＭ）を実行する。
【００４８】
図３は、本発明の例示的な実施形態による、図２のシステム２００を用いてイオンを分析するためのプロセス３００の流れ図である。一実施形態において、イオン源２０８には、溶液から真空入口２１０にサンプルイオンを送出するエレクトロスプレーイオン源が含まれる。前述のように、特に高フローレートにおけるエレクトロスプレーイオン化は、望ましくない異種イオンを生成する可能性がある。異種クラスタの悪影響を軽減する一アプローチは、イオン移動度ベースのフィルタリングの前にイオンクラスタを分離することである。
【００４９】
イオン源２０８における圧力は、ほぼ大気圧であってもよく、一方で真空チャンバの内部の圧力は、大気圧より低い圧力であってもよい。したがって、真空入口２１０をわたる圧力差は、真空チャンバ２０２内に自由噴流を生成し、ＤＭＳ入口に向かうフロー経路２３４に沿い、低圧衝突領域２０６を通してサンプルイオンを通過および加速させることができる（ステップ３０２）。有利なことに、低圧衝突領域２０６の配置および使用によって、異種サンプル／溶媒クラスタイオンのデクラスタリングが可能になる。なぜなら、イオン源２０８からのウェットスプレーにおけるサンプルイオンクラスタが、低圧衝突領域２０６の自由噴流膨張内で加速されるからである。ＤＭＳ２０４に入る前に、低圧衝突領域２０６においてサンプルイオンをデクラスタリングおよび／または脱溶媒和することによって、有利なことにシステム２００の感度が改善される。なぜなら、ＤＭＳ２０４は、クラスタをフィルタリングすることとは異なって、所望のサンプルイオンをフィルタリングすることが可能になるからである。
【００５０】
前述のように、エレクトロスプレーイオン化中とは異なり、気相においてクラスタを生成する場合に、クラスタは同種であり、したがって明確な構造および結果としての明確な検出ピークを形成する。異種イオンクラスタと異なり、同種クラスタイオン集団は、背景搬送ガス（例えば中性分子）とイオンの相互作用の間に、気相で形成される。ある例において、所望の同種クラスタイオン集団の方へ平衡を移動させる修飾剤および／またはドーパントをガスフローに導入してもよい。同種クラスタは、明確なＤＭＳ特性を有する。
【００５１】
ひとたびサンプルイオンがＤＭＳ入口２２０に入ると、電圧源は、フィルタ電極２１６および２１８の対の少なくとも１つにＲＦ（Ｖｒｆ）およびＤＣ（Ｖｃ）電圧を印加する（ステップ３０４）。印加されたＲＦおよびＤＣ電圧を用いて、フィルタ電極２１６および２１８は、フィルタ電極２１６および２１８の対の間のフロー経路に電界を生成する（ステップ３０６）。ある実施形態において、コントローラ２２８は、電圧源２２６からフィルタ電極２１６および２１８に印加されるＲＦおよびＤＣ電圧を制御して、サンプルイオンの移動度特性に基づいて、サンプルイオンの選択された部分を電界に通過させる（ステップ３０８）。次に、ＤＭＳ出口２２２を出るサンプルイオンにおける選択された部分のいくらかまたは全ては、オリフィス２１４を介して質量分光計２２４で受け取ってもよい（ステップ３１０）。ＤＭＳから質量分光計２２４へのイオンの移送を、アパーチャ２１４と共にＤＭＳの出口を密閉することによって達成し、ＤＭＳ２０４から質量分光計２２４へのガスの真空抵抗を確立してもよい。質量分光計２２４は、イオン光学アセンブリ２３０および質量分析器２３２を使用し、任意の数の周知の技術および操作を用いて、ＤＭＳ２０４からのサンプルイオンを分析および検出してもよい。
【００５２】
図４は、本発明の例示的な実施形態に従って、イオンガイド４０２を追加した、図２におけるシステム２００のような質量分析システム４００の図を示す。ある実施形態において、イオンガイド４０２は、真空入口２１０からのサンプルイオンを集束および誘導するために、低圧衝突領域２０６に含まれる。アパーチャ２１０とイオンガイド４０２との間の領域において、ＤＭＳ２０４に入る前にサンプルイオンを加速し、かつサンプルイオンのデクラスタリングおよび／または脱溶媒和を促進するために、電位を印加してもよい。イオンガイドには、ＱＪＥＴ（登録商標）を含んでもよい。ある条件下において、真空入口とＱＪＥＴ（登録商標）との間の電位差によって、イオン源２０８からのサンプルイオンの加速およびデクラスタリングが可能になり得る。システムにはまた、イオンガイド４０２を通りＤＭＳ入口２２０へ向けてイオンをまた推進する、真空入口／オリフィス２１０をわたる圧力差ゆえの自由噴流膨張を含んでもよい。一実施形態において、イオンガイド４０２には、四重極イオンガイドを含んでもよい。別の実施形態において、イオンガイド４０２には、サンプルイオンの加速およびデクラスタリングを達成するために、二重イオンガイドまたは複数のイオンガイドを含んでもよい。イオンガイド４０２を含むことによって、ＤＭＳ入口２２０へのほぼ乾燥したサンプルイオンの導入が可能になる。イオン集束要素として動作するイオンガイド４０２は、真空入口２１０を介して真空チャンバ２０２に入るサンプルイオンをＤＭＳ入口２２０へ向けて集束および案内してもよい。サンプルイオンと衝突ガスとの間の衝突は、イオンガイド４０２の前、内、または後で発生してもよい。イオンガイド４０２には、ＲＦロッド、ＤＣレンズ、および／またはＲＦレンズを含んでもよい。
【００５３】
一実施形態において、真空チャンバ２０２には、イオンガイド４０２の下流、かつＤＭＳ２０４の上流に位置する中間領域４０６が含まれる。中間領域には、真空チャンバ２０２におけるサンプルイオンの制御をさらに達成するために、限定するわけではないが、第２のイオンガイドおよび／またはＲＦ多重極などのあるタイプのイオン制御要素を含んでもよい。さらに、イオンガイド４０２およびＤＭＳ２０４に印加されるＲＦ電位に対する電気的干渉を制限するために、レンズ要素を領域４０６に含んでもよい。
【００５４】
したがって、ある実施形態において、ＤＭＳ２０４は、大気圧源領域４０４内の位置から、システム４００における真空領域および／またはチャンバ２０２内の新しい位置に移動される。これは、ＱＪＥＴ（登録商標）または二重ＱＪＥＴ（登録商標）イオン光学構成を含むシステム上で達成してもよい。例えば、ＡＢ  Ｓｃｉｅｘ５５００ＱＴＲＡＰプラットホームにおいて、ＤＭＳ２０４は、わずかに短縮されたＱＪＥＴ四重極イオンガイドの下流における第１の真空領域に位置することが可能である。この構成を用いると、システム４００などのＤＭＳ／ＭＳシステムは、標準５５００ＱＴＲＡＰ（登録商標）プラットホームの同一の脱溶媒和／デクラスタリング構成を保持するであろうが、しかしながらイオンフィルタリングは、ＱＪＥＴ（登録商標）の下流で乾燥イオンに対して達成することができる。低圧ＤＭＳ２０４の上流で低圧衝突領域２０６および／またはイオンガイド４０２を使用することの他の利益および利点には、以下のことが含まれ得る。
●  源領域およびイオン源２０８内の溶媒クラスタリングによる感度損失の完全な除去。
●  同じＥ／Ｎ比率が、はるかに低い数密度の領域で達成されることになるので、はるかに低いＡＣ振幅を必要とする劇的に単純化されたＤＭＳ電源。
●  ＱＪＥＴ（登録商標）領域内のあらゆるイオン光学装置漏話の除去。なぜなら、イオンフィルタリングが、この光学装置の下流で行われることになるからである。
●  「ドープされた分離」としてのタンデムＤＭＳの設計における単純化が、標準ＤＭＳを備えた大気圧カーテンチャンバにおいて実行可能である。
●  修飾剤（ドーパント）の存在下の分離が、後で本明細書で説明するクラスタ／デクラスタモデルおよび／またはプロセスに従って行われる。クラスタを解体し、次に、後で本明細書で説明する第２の異なる分離機構、例えば剛体球衝突モデルに基づいた第２の移動度ベースの分離を可能にする衝突領域。２つの直交分離機構の使用によって、分析プロセスの特定性が向上される。
【００５５】
ある実施形態において、真空チャンバ２０２および／またはＤＭＳ２０４の少なくとも一部は、約５０〜約７６０Ｔｏｒｒで動作することができる。ある構成において、ＤＭＳは、約２００〜約５００Ｔｏｒｒで動作することができる。ある構成において、ＤＭＳは、約２００Ｔｏｒｒで動作することができる。ある実施形態において、ＤＭＳは、約２〜４Ｔｏｒｒで動作することができる。ＤＭＳ２０４は、約１００Ｔｏｒｒ、５０Ｔｏｒｒ、２５Ｔｏｒｒ、１０Ｔｏｒｒ、５Ｔｏｒｒ、４Ｔｏｒｒ、２Ｔｏｒｒ、１Ｔｏｒｒ、０．５Ｔｏｒｒ、０．３Ｔｏｒｒおよび／または０．１Ｔｏｒｒ以下で動作することができる。しかしながら、ある圧力設定において、いくらかの信号損失ゆえに、Ｖｒｆ波形周波数ならびに／またはＤＭＳフィルタ電極２１６および２１８間のギャップ高さは、低減された圧力ゆえに発生する可能性がある、ＤＭＳ２０４におけるサンプルイオンの発振振幅の増加に対処するために、調整する必要があり得る。
【００５６】
代替として、ある実施形態において、領域２０２の前に追加真空ステージを含むことができる。圧力は、約５０〜７６０Ｔｏｒｒに設定することができ、その領域には、オプションのイオンガイドと同様にＤＭＳおよびデクラスタリング領域を含むことができる。この構成を用いると、領域２０２は、ＤＭＳを含まないことになろう。
【００５７】
図５Ａは、本発明の例示的な実施形態に従って、追加大気圧ＤＭＳ５０２前置フィルタを備えた、図４に示すシステム４００のような質量分析システム５００の図を示す。ＤＭＳ５０２は、大気圧源領域４０４に位置し、ＤＭＳ入口５０４において、イオン源２０８からサンプルイオンを受け取る。ＤＭＳ２０４と同じ方法で、ＤＭＳ５０２は、非対称ＲＦ電界およびＤＣ補償電界を印加することによって、選択されたサンプルイオンをＤＭＳフィルタ電極５０６および５０８間に通過させる。電圧源は、コントローラ２２８の制御下で、ＤＭＳフィルタ電極５０６および５０８の少なくとも１つにＶｒｆおよびＶｃ電圧の両方を印加して、ＲＦおよびＤＣ電界を生成する。ＤＭＳ５０２のフィルタリング電界を通過するサンプルイオンは、ＤＭＳ５０２のドリフトガスおよび電界におけるサンプルイオンのイオン移動度特性に基づいて分離される。図５Ａはまた、低圧衝突領域２０６におけるイオンフロー２３４が、大気圧またはその近くで動作するＤＭＳ５０２、および約１Ｔｏｒｒ〜ほぼ大気圧で動作する真空チャンバ２０２における圧力差によって生成される真空抵抗に少なくとも部分的に起因することを示す。
【００５８】
質量分析システム５００は、大気圧ＤＭＳ５０２を低圧ＤＭＳ２０４と有利に組み合わせて、両方の条件においてイオン移動度ベースの分離を実行する利点を結び付ける。これは、分離条件が２つの移動度分析器において異なる場合に、分離能力およびピーク出力における劇的な改善をもたらすことができる。
【００５９】
ＤＭＳにおけるイオン分離は、高および低電界におけるイオン移動度の差の結果として行われる。イオン移動度の電界依存は、以下の式、
【数１】
0005985989.tif 000003
に示すように、α関数として象徴的に表すことができ、この式で、Ｋ（Ｅ）は、高電界移動度であり、Ｋ（０）は、低電界移動度である。したがって、アルファ関数は、一定のガス数密度において、電界強度と共に、移動度係数に発生する変化を示す。図１２は、単調に増加するα（タイプＡ）、単調に減少するα（タイプＣ）、最初に増加し、次に減少するα（タイプＢ）を含む、ＤＭＳにおいて観察される３つのタイプの移動度挙動を示す。
【００６０】
ＤＭＳセル内の搬送ガスへの極性修飾剤の追加は、クラスタ形成の結果として選択性を改善することができる。異なる化学種が、様々な程度で化学修飾剤とクラスタリングし、それが、追加的な選択性を与える。ＤＭＳにおいて用いられる非対称波形は、ＭＨｚ範囲の速度で、高電界および低電界領域間で変化する。この変化は、大気圧における高衝突頻度ゆえに、Ｖｒｆ電界と同期する電界依存性有効温度としてモデル化することができる。イオン中性クラスタリングが、かなりの程度で発生している場合に、時変有効温度は、イオンサイズにおける時変変化、およびしたがってイオンの移動断面における同期的変化を引き起こす可能性がある。イオンは、波形の低電界部分の間にクラスタリングされ、波形の高電界部分の間における加熱ゆえにデクラスタリングを経験する。クラスタリングの程度、およびクラスタリングによる移動度の相対変化は、化合物に対して観察されるＶｃシフトの大きさを示し、化合物の構造および化学的差異は、クラスタリング修飾剤またはドーパントが存在する状態で、ピーク位置における広がりにつながる。この可逆的なクラスタ形成は、ＤＭＳにおける異なる移動度効果の増幅のための方法を提供する。クラスタ数における変化が、ＤＭＳにおけるＳＶ波形中に、低および高電界領域間で発生するので、異なる移動度が、非常に強調される。
【００６１】
クラスタリング修飾剤がない状態で、剛体球衝突モデルを用いて、高分離電界における衝突粒子の運動を予測することができる。かかる予測は、粒子レベルにおける物理システムの特性を理解および予測するために、分子力学（ＭＤ）において広く用いられている。剛体球衝突モデルは、気体分子運動論に基づいており、そこでは、粘性減衰モデルと異なり、イオンとガス粒子との間の個々の衝突がモデル化される。距離（平均自由行程）として測定される予測衝突頻度は、周知の圧力、温度、および衝突粒子の衝突断面に応じて、気体分子運動論によって予測される。イオンとガス粒子との間の衝突は、散乱（イオン速度ベクトルの偏向）と同様に正および負のエネルギ移動、または吸収（例えば電子−ガス衝突における）にさえ帰着する。エネルギ移動は、高速で移動するイオンの運動力学的冷却と同様に、ゆっくり移動するイオンの運動力学的加熱も提供する。通常、衝突粒子は、剛体球として扱われる。一般に、背景ガスは、非定常的であり、速度のマクスウェル−ボルツマン分布を有するが、その分布は、温度の関数することができる。
【００６２】
質量分光計２２４と組み合わせて低圧ＤＭＳ２０４を備えた大気圧ＤＭＳ５０２のかかる構成は、システム５００分析選択性の向上を提供する。システム５００におけるようなかかる解決法は、例えばＱＴＲＡＰ（登録商標）５５００システムなどの既存の分析手段へのＤＭＳの組み込みを単純化し、検出限界におけるかなりの改善をもたらすことができる。これによって、ＤＭＳおよびイオン移動度ベースのフィルタリングが有用である分析数が増加される。
【００６３】
いくつかの実施形態において、領域２０２には、ＲＦイオンガイドを含まなくてもよい。これらの実施形態用には、ＤＭＳだけが含まれることになろう。ＤＭＳには、複数のフィルタ電極対を含むことができる。図５Ｂの質量分析システム５５０に示すように、ＤＭＳは４つの電極を含むことができ、分離電圧は、これらの電極のうちの２つに印加することができる。集束電位は、他の２つの電極に印加することができる。
【００６４】
図６は、本発明の例示的な実施形態に従って、大気圧ＤＭＳ５０２の前にクラスタリングおよび／または反応領域６１２を備えた、図５Ａに示すシステム５００のような質量分析システム６００の図を示す。質量分析システム６００にはまた、カーテンプレート６０２、カーテンチャンバ６０４、カーテンガス入口６０６、カーテンガス制御バルブ６０８、カーテンガス源６１０、およびアパーチャ６１４が含まれる。
【００６５】
カーテンプレート６０２は、カーテンガスフロー６１６および６１８を、アパーチャ６１４からイオン源２０８の方へ誘導するように構成してもよい。一実施形態において、高純度カーテンガス（例えばＮ２）が、カーテンプレート６０２と真空プレート２１２との間を、オリフィス６１４から外へ流れ、大きな中性粒子の脱溶媒和および排出によって質量分析システム６００をクリーンに保つ支援をする逆流ガスを供給する。逆流ガスフロー（例えばカーテンガス）は、イオンをデクラスタリングし、かつ中立粒子がカーテンチャンバ６０４および反応領域６１２に入るのを防ぐ役目をする。
【００６６】
動作において、カーテンガスが、制御バルブ６０８および入口６０６を介して、源６１０からカーテンチャンバ６０４に送られる。カーテンガスに加えて、源６１０は、カーテンガスを伴うクラスタリング試薬（ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ  ｒｅａｇｅｎｔ）（例えば、ドーパントまたは修飾剤）を供給してもよい。試薬は、ガス、蒸気、および／または液体の形態であってもよい。クラスタリング試薬を含むことによって、システム６００は、ＤＭＳ５０２によるイオン移動度ベースのフィルタリングの前に、反応／クラスタリング領域６１２においてサンプルイオンの選択的クラスタリングを可能にする。
【００６７】
したがって、ＤＭＳ５０２は、クラスタリングモデルと一致するイオン移動度ベースのフィルタリングおよび／または分離を実行する。クラスタリングモデル（図１２にタイプＡ曲線として示すような）下で、アルファ関数は、ますます正になり、イオンがデクラスタリング量の増加と共により小さくなるにつれて、高電界条件下の移動度がより大きくなることを示す。波形の低電界部分の間の移動度は、高電界条件に比べてより小さくなる。なぜなら、イオンが、より大きく、かつより高度にクラスタリングされるからである。デクラスタリング機構が、分離プロセスを支配し、達成される選択性は、イオンの近接する環境に対するイオンの化学的特性によって非常に影響される。より高い電界は、典型的には、２つの電界条件下で、イオンの状態における差異を強めるデクラスタリング、およびしたがって移動度を改善する。クラスタリングモデルの分離は、化学的に支配された分離（タイプＡ）であると考えられる。
【００６８】
質量分析システム６００は、大気圧ＤＭＳ５０２および低圧ＤＭＳ２０４を用いて、タンデムＤＭＳ動作を可能にし、この場合に、有利なことにＤＭＳ５０２は、クラスタリング試薬との混合ゆえに反応／クラスタリング領域６１２において形成された、ドープされたサンプルイオン（例えば、試薬でクラスタリングされたサンプルイオン）をフィルタリングする。しかし、ＤＭＳ５０２によるフィルタリング後、次に、サンプルイオンは、クラスタリング試薬および／または他のクラスタリングを取り除くために、低圧衝突領域２０６においてデクラスタリングされる。ひとたびデクラスタリング／脱溶媒和が実行されると、次に、乾燥サンプルイオンおよび／またはデクラスタリングされたサンプルイオンは、低圧ＤＭＳ２０４によって、さらなるイオン移動度ベースのフィルタリングにさらされる。
【００６９】
したがって、ＤＭＳ２０４は、剛体球衝突モデルと一致するイオン移動度ベースのフィルタリングおよび／または分離を実行する。クラスタリングおよび付加イオン形成が最小化されるか存在しない搬送ガス条件下で、サンプルイオンの挙動は、タイプＣ分類の方へシフトする。高電界条件下において、移動度は、一定のままである低電界条件に対して減少する。高電界において、かつクラスタがない状態で、剛体球衝突（または剛体球散乱）機構が、支配的になる。高相互作用エネルギにおいて、短距離反発電位が有力になり、移動度の減少に帰着する。修飾剤が存在する状況とは対照的に、達成される分離プロセスおよび選択性は、これらの条件下ではより少ない。なぜなら、それが、衝突力学とより関係があるからである。αにおける負値のシフトは、クラスタリング現象が支配する場合に観察されるのとは反対方向に補償電圧をシフトする。次に、第２のＤＭＳ２０４を通過したサンプルイオンは、質量分光計２２４によって分析および検出される。
【００７０】
したがって、システム６００の構成は、タンデムＤＭＳシステム用の設計概念の向上を示す。したがって、ＤＭＳ分析器、例えばＤＭＳ２０４は、第１の低下された真空圧ステージ、例えば真空チャンバ２０２内に位置してもよく、追加ＤＭＳ分析器、例えばＤＭＳ５０２は、カーテンプレート６０２とガス制限オリフィス２１０との間の大気圧領域内に位置してもよい。この方法において、修飾剤は、クラスタリング修飾剤に基づいたＤＭＳ分離を提供するために、典型的な方法でカーテンガスフローに加えてもよい。例示のように、クラスタは、第１の真空チャンバ２０２の中への膨張で失われるが、これは、オリフィス２１０とＱＪＥＴ（登録商標）イオンガイド４０２との間の電位差を増加させることによって、さらに促進することができる。続いて、第２のイオン移動度ベースの分離が、修飾剤がない状態において第１の真空チャンバ２０２内で達成可能である。タンデム移動度分析器、例えばシステム６００は、単一ＤＭＳ構成に勝る、移動度ピーク出力のかなりの改善をもたらすことができる。したがって、送出されたイオン集団は、ＤＭＳ移動度ベースの分離ステージ間で修飾される。さらに、必要に応じて、イオンは、オリフィス２１０とＱＪＥＴイオンガイド４０２との間の高電位差の印加によって断片化して、追加の選択性を提供してもよい。このワークフローは、ＤＭＳ５０２における特定のイオンの移動度選択、続いてインターフェース、例えば低圧衝突領域２０６における断片化、続いてＤＭＳ２０４における特定の娘イオンの移動度選択を伴うことになろう。ＲＦイオンガイド４０２を除去することができ、ＤＭＳには図５Ｂに示すような電極を含み得ることが、当業者には明らかであろう。
【００７１】
図７Ａには、様々なＶｒｆ設定で試薬修飾剤なしの、ＤＭＳにおける正規化されたイオン強度ピークのプロット７０２、７０４および７０６が含まれる。プロット７０２、７０４、７０６に示すように、ＤＭＳ５０２などのＤＭＳを通過するサンプルイオンにドーパントも修飾剤も追加されない条件下で、この特定の一連の同重体化合物に関連するイオン強度ピークを区別または分離するのは、困難になり得る。図７Ａに示すように、これらの「乾燥イオン」条件下でテストされた全ての化合物において、正のＶｃ値へのシフトが存在する。
【００７２】
図７Ｂには、様々なＶｒｆ設定において試薬修飾剤が導入されたＤＭＳにおける正規化されたイオン強度ピークのプロット７０８、７１０、７１２、７１４および７１６が含まれる。様々なプロット７０８、７１０、７１２、７１４、７１６は、修飾剤、例えばｎ−プロパノール、２−プロパノール、および／または水をカーテンガスに加えることの有利な結果を示し、それらは、ＤＭＳ５０２などのＤＭＳにおける多くの化合物に対して、ピーク出力のかなりの改善およびピーク分離のかなりの改善を示す。図７Ｂに示すように、搬送ガスに修飾剤および／またはドーパントを加えてテストされた全ての化合物において、クラスタ化モデルに基づいて示された負のＶｃ値へのシフトが存在する。
【００７３】
図８は、本発明の例示的な実施形態に従って、混合チャンバ８０２を介したドーパント導入システム８００の図を示す。システム８００は、図６の源６１０に含んでもよく、または源６１０に加えてシステム６００に含んでもよい。システム８００にはまた、カーテン／搬送ガス入口８０４、クラスタリング試薬貯蔵所８０６、およびカーテンチャンバ入口８０８が含まれる。
【００７４】
動作において、クラスタリング試薬は、液体貯蔵所８０６に保存され、混合チャンバ８０２においてカーテン／搬送ガスと混合される。次に、カーテンガスおよび修飾剤の混合物は、入口８０８を介して、カーテンガスチャンバ６０４、および特に反応／クラスタリング領域６１２に送出される。反対に、クラスタリング試薬は、混合チャンバ８０２への導入の前に、キャリア／搬送ガスに追加してもよい。
【００７５】
図９は、本発明の例示的な実施形態に従って、代替のドーパント導入システム９００の図を示す。システム９００には、カーテンチャンバ６０４内の混合領域９０２、カーテン／搬送ガス入口９０４、およびクラスタリング試薬貯蔵所９０６が含まれる。図８により混合チャンバ８０２においてカーテンおよび試薬を予め混合する代わりに、この実施形態において、クラスタリング試薬およびカーテンガスは、カーテンガスチャンバ６０４の混合領域９０２において混合される。反対に、クラスタリング試薬は、混合チャンバ９０２に導入する前に、キャリア／搬送ガスに加えてもよい。
【００７６】
図１０は、本発明の例示的な実施形態に従って、乱流加熱領域１００２を備えた、図６におけるシステム６００のような質量分析システム１０００の図を示す。システム１０００にはまた、クラスタリング試薬入口１００４、カーテンガス入口１００６、および試薬／カーテンガス混合領域１００８が含まれる。いくつかの実施形態において、システム１０００は、図９のシステム９００のようなドーパント導入システムを用いる。他の実施形態において、システム１０００は、図８のシステム８００のようなドーパント導入システムを用いる。代替として、クラスタリング試薬は、システムへの導入の前に、キャリア／搬送ガスに直接追加してもよい。システム１０００はまた、イオン源２０８からのサンプルイオンの乱流加熱を可能にするために、乱流加熱領域１００２を有利に用いる。
【００７７】
サンプルイオンを加熱することによって、サンプルイオンのデクラスタリングおよび／または脱溶媒和は、ＤＭＳ５０２へのサンプルイオンの導入前に強化される。１つまたは複数の加熱要素１０１０を加熱領域１００２に含んで、サンプルイオンを加熱するための選択された温度を生成してもよい。加熱要素１０１０には、抵抗素子を含んでもよい。コントローラ２２８は、電圧源２２６を介した、加熱要素１０１０への電流および／または電圧の印加を制御して、加熱領域１００２における温度を規制してもよい。１つまたは複数の温度センサは、コントローラが加熱領域の温度を規制できるようにするために、コントローラ２２８と通信してもよい。
【００７８】
加熱要素の数および位置は、システム１０００において異なってもよい。例えば、１つまたは複数の加熱要素が、大気圧イオン源領域４０４、カーテンチャンバ６０４、真空チャンバ２０２、中間領域４０６、低圧衝突領域２０６、またはシステム１０００内の領域／位置の任意の組み合わせに位置してもよい。乱流加熱領域１００２などの１つまたは複数の加熱領域を用いるによって、システム１０００の感度は、システム１０００内の所望の位置でデクラスタリング／脱溶媒和を改善することにより向上される。ＲＦ多重極４０２は、除去することができ、ＤＭＳには、図５Ｂに示すように４つの電極を含むことができる。
【００７９】
図１１は、大気圧ＤＭＳへの入口が、それぞれ加熱されない場合および加熱される場合の、正規化されたイオン強度対補償電圧のプロット１１０２および１１０４を含むグラフ１１００である（１１０２が、加熱なしのデータを含む）。プロット１１０２は、水分、例えばエレクトロスプレーイオン源からのウェットスプレーによる望ましくないクラスタリングに恐らく起因するかなりのピークテーリングを備えた、約−２．５ボルトにおけるＶｃ（ＣＶ）を示す。プロット１１０４は、ＤＭＳ入口が加熱された後で、イオン強度の増加およびピーク形状の改善を伴う、約０ボルトへのＶｃのシフトを示し、それは、加熱が、どのようにデクラスタリングおよび／または脱溶媒和を改善し、かつシステム１０００用などの分析システム感度を向上させることができるかを示す。前述のように、異種クラスタは、加熱技術を用いることによって除去または低減することができる。
【００８０】
ＤＭＳにおけるＲＦイオン加熱およびバルクガス加熱効果は、密接に関連している。例えば、バルク加熱は、イオン分析システムにおける異種クラスタイオン集団を低減することができる。目標は、エレクトロスプレーで生成されたクラスタを脱溶媒和／デクラスタリングし、次に、ＤＭＳセルおよび／またはフィルタにおいて同種集団を形成する所望の気相反応を用いて再クラスタリングすることである。熱伝達は、分子衝突の高頻度および放射熱伝達ゆえに、大気圧において非常に効率的である。ＤＭＳフィルタの入口の前でガス中のイオンクラスタを加熱するための様々な手段を、ちょうど説明したＲＦ加熱に加えて想定することができる。一アプローチは、これを達成するために、逆流ガスフローを伴う壁なし混合領域を用いる。修飾剤／ドーパントを備えた不活性窒素カーテン／搬送ガスの混合物を含む熱い脱溶媒和ガスが、壁なしエリアにおいて、入ってくるイオンクラスタおよび源ガスと反対に流れる。
【００８１】
この領域、すなわち、加熱領域におけるクラスタイオン種の滞留時間を最大限にするこの領域において、フローは、非層流として、可能な限り脱溶媒和を駆動することができる。背景ガスは、所望の同種クラスタイオン集団の方へ平衡を移動させる高濃度の修飾剤／ドーパントを有してもよい。ＤＭＳ分析器領域の前における乾燥ガスの流出はまた、中性溶媒および非常に大きな液滴が移動度分析器領域に入って汚染するのを防止する助けとなる。異種イオンクラスタは、このアプローチを用いて低減することができる。ある実施形態において、コントローラ２２８は、限定するわけではないが、システム１０００などの分析システムの様々な部分内におけるドーパント濃度、温度、フローレート、Ｖｃ、Ｖｒｆおよび圧力などの分析プロセスの様々なパラメータを制御する。
【００８２】
図１２は、タイプＡ、ＢおよびＣイオン移動度挙動用のアルファ挙動のグラフである。タイプＡ曲線は、クラスタ化モデルに関連し、かつ電界強度における増加につれてアルファ（α）における単調な増加を示す。タイプＣ曲線は、剛体球衝突モデルに関連し、電界強度における増加につれてアルファ（α）における単調な低下を示す。タイプＢ曲線は、バイモデルモード（最初にタイプＡ、次にタイプＣの組み合わせ）に関連するが、このモードでは、アルファにおいて最初に増加が、次に低下が、電界強度の増加につれて発生する。これらの曲線に示されているように、この分類は、働いている支配的な分離機構を示すが、この分離機構は、次に、イオンがクラスタリングされるかまたは中性分子に付加される程度によって制御される。タイプＡおよびＣは、１つの機構が支配する境界（両極端）を表し、タイプＢは、機構の混合が明らかなような条件下で観察される。
タイプＡ
タイプＡ条件および／またはクラスタ化モデル下において、アルファ関数は、ますます正になり、デクラスタリング量の増加と共にイオンがより小さくなるにつれて高電界条件下の移動度がより大きくなることを示す。波形の低電界部分における移動度は、イオンがより大きく、かつ高度にクラスタリングされるので、高電界条件に比べてより小さくなる。デクラスタリング機構が、分離プロセスを支配し、達成される選択性は、イオンの近接する環境に対するイオンの化学的特性によって非常に影響される。アルファ関数は、増加するＲｆ電界と共に急速に上昇する。
タイプＣ
クラスタリングおよび付加イオン形成が最小化されるか、または存在しない搬送ガス条件（例えば低圧条件）下で、サンプルイオンの挙動は、タイプＣ分類および／または剛体球衝突モデルにシフトする。電界強度の増加と共に、アルファ関数は、ますます負になる。高電界条件下で、移動度は、一定のままである低電界条件に比べて低下する。高電界において、かつクラスタがない状態で、剛体球散乱機構が、支配的になる。高い相互作用エネルギにおいて、短距離反発電位が有力になり、移動度の低下に帰着する。修飾剤が存在する状況とは対照的に、達成される分離プロセスおよび選択性は、これらの条件下ではより少なくなる。なぜなら、それが、衝突力学とより関連するからである。
タイプＢ
不活性搬送ガス条件下で、分離機構は、低Ｒｆ振幅におけるデクラスタリング挙動を示す。この挙動を示す化合物は、乾燥搬送ガス条件下でさえ付加物またはクラスタとして存在する。電界強度が増加するにつれて、Ｖｃは、方向を逆転し、正値の方へシフトし、アルファにおいて負の傾向を示す。このバイモーダル挙動は、図１２のタイプＢアルファプロットに示されている。
【００８３】
乾燥不活性ガスフローにおいて、ＤＭＳ内における所与のイオン用のアルファ関数は、電位および圧力などの計測変動にかかわらず一定である。この校長は、イオン電流検出器と組み合わせて、ニッケル６３ベータ放射体などのイオン源を用いるＤＭＳセンサ用の基礎を形成する。世界の様々な場所における様々なＶｃ位置におけるピークの相関関係が、これを必要とする。この実際的な結論は、単に、２つのＤＭＳフィルタを設け、かつ同じイオン集団に対して１つではなく２つの分離を行うことによって、ＤＭＳピーク出力を著しく改善することはできないということである。ピーク出力における劇的な改善は、２つの分離間において、所与のイオン集団用のアルファ関数の著しい変更を必要とする場合がある。したがって、本発明の一実施形態において、イオン集団は、反応／クラスタ領域を通過し、クラスタリング修飾剤を含む搬送ガスを備えた第１のＤＭＳを通って運ばれる。クラスタリングされたイオン用のα関数は、図１２に示すタイプＡ挙動の形態を有してもよい。次に、イオン集団における選択されたサブセットが、分離領域を通過するが、この領域では、平衡が、デクラスタリングされたイオン種の方へ移動される。最後に、第２のＤＭＳ分離が、イオンのサブセットに対して実行され、この場合に、α関数は、タイプＢまたはタイプＣ挙動を示す可能性がある。図１３は、ノルフェンタニルイオン用のα関数の変形例を示す。ｉ）の名称を付けられたトレースは、１．５％の２−プロパノールが窒素搬送ガスに追加された、修飾されたＤＭＳ分離下で、このイオン用のアルファ関数を示す。ｉｉ）の名称を付けられたトレースは、窒素搬送ガスと共に動作する場合に得られる根本的に異なるアルファ関数を示す。２つの異なる条件下のアルファ関数において観察される化合物依存性は、ピーク出力を劇的に改善する機会を提示する。
【００８４】
図１４Ａ−Ｃは、ＤＭＳにおける一連のイオン分離用のアルファ関数を示す。図１４Ａは、２−プロパノール修飾剤を用いる化学的に修飾された分離を示し、一方で図１４Ｂおよび１４Ｃは、不活性窒素搬送ガスを用いた分離をそれぞれ示す。クラスタリング修飾剤が存在する状態で、３６の化合物が、アルファ関数用に正値を備えたタイプＡ挙動を主に示した。クラスタリング修飾剤がない状態で、３６のイオンのどれも、タイプＡ挙動を示さず、それらの全ては、高電界において負のアルファ値へのシフトを示した。これらのデータポイントを収集するために用いられる計測条件下において、化学種用の観察された補償電圧Ｖｃは、修飾された分離に対しては主に負であり、不活性ガス分離に対しては正だった。多くの場合において、修飾剤がない状態で分離されなかったピークは、搬送ガスフローに修飾剤を有するＤＭＳにおいて分離された。少数の場合において、化学的に修飾された分離を用いて分離されなかったピークは、不活性搬送ガスを用いたＤＭＳにおいて分離された。この単純な例は、イオン集団用のアルファ関数が、タンデム装置におけるＤＭＳ分離間で劇的に変更される場合に可能なピーク出力の改善を示す。この例は、搬送ガスフローにおいてクラスタリング修飾剤の濃度を変更することによってアルファ関数を変更することを示すが、アルファ関数がまた、限定するわけではないが、ａ）クラスタリング修飾剤の一定の濃度を維持し、かつ２つのＤＭＳ分析器内の温度を変えて、クラスタリングの程度に影響を及ぼすことと、液体修飾剤を追加せずに搬送ガス組成を変更することと、第２のＤＭＳにおいて監視されるイオンが、第１のＤＭＳセルにおいて監視されるイオンとは異なるｍ／ｚを有するように、分離領域において、関心のあるイオンを断片化することと、を含む他の方法で変更可能であることが、当業者には明らかであろう。
【００８５】
コントローラ２２８の動作に含まれるある態様が、コンピュータ使用可能および／または可読媒体を含むコンピュータプログラムプロダクトにおいて具体化可能であることが、当業者には明らかであろう。例えば、かかるコンピュータ使用可能媒体は、ＣＤ  ＲＯＭディスクもしくは従来のＲＯＭ装置などの読み取り専用メモリ装置、ハードドライブ装置もしくはフロッピー（登録商標）ディスクなどのランダムアクセスメモリ、またはコンピュータ可読プログラムコードを自身に記憶したフラッシュメモリ装置からなってもよい。分離領域には、レーザなどの線源を含む、イオンを加熱するための他の手段、または他の装置を含んでもよいことが、当業者には明らかであろう。
【００８６】
当業者は、本明細書で説明する実施形態および実践に対する多くの均等物を、単に通常の実験を用いて理解し、または確認することができるであろう。したがって、本発明が、本明細書で開示する実施形態に限定されるべきではなく、法律の下で可能なだけ広く解釈されることになる添付の特許請求の範囲から理解されるべきであることが、理解されよう。
【図５Ｂ】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図６】
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【図７Ａ−１】
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【図７Ａ−２】
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【図７Ａ−３】
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【図７Ｂ−１】
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【図７Ｂ−２】
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【図７Ｂ−３】
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【図７Ｂ−４】
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【図７Ｂ−５】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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