(57)【要約】  線形イオントラップを動作させるための方法及び装置を提供する。従来の３分割した線形イオントラップと比較して、機能においてさらなる汎用性が見込まれる線形イオントラップの構成を提供する。線形イオントラップは複数のセグメントを備え、動作中、これらのセグメントが、最初のイオン集団を少なくとも空間的に第１及び第２のイオン集団に分割する。個々のセグメントは効果的に独立しており、第１のイオン集団に相当するイオンを第２のイオン集団に相当するイオンとは無関係に操作することができ、これらのイオンは、同じ条件下のイオン源により発生したものである。その後、イオンをイオントラップから放出することができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線形イオントラップを動作させる方法であって、
ａ．最初のイオン集団を前記イオントラップ内に捕捉するステップと、
ｂ．前記最初のイオン集団を、少なくとも第１及び第２のイオン集団を含む少なくとも２つのイオン集団に空間的に分割するステップと、
ｃ．イオンを線形イオントラップから放出する前に、第１のイオン集団に相当するイオンの少なくとも一部を、第２のイオン集団に相当するイオンの少なくとも一部とは無関係に操作するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１のイオン集団に相当する前記イオンの少なくとも一部は、前記第２のイオン集団に相当する前記イオンの少なくとも一部と同時に操作される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記操作ステップはイオンを開裂させるステップを含む、
ことを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記操作ステップは、所望の質量電荷比の範囲を有するイオンを分離するステップを含む、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１のイオン集団は、前記第２のイオン集団の質量電荷比の範囲とは異なる質量電荷比を有する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記最初のイオン集団は、広い範囲の質量電荷比の値を有し、前記第１のイオン集団は、前記最初のイオン集団の質量電荷比の値の範囲よりも狭い範囲の質量電荷比の値を有する、
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記広い範囲とは、２００Ｔｈと４０００Ｔｈとの間のことである、
ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記狭い範囲とは、２００Ｔｈと２０００Ｔｈとの間のことである、
ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記狭い範囲とは、２０００Ｔｈと４０００Ｔｈとの間のことである、
ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
各々がセクションに分けられた複数の電極を有する線形イオントラップと、
前記複数の電極のセクションに電圧を印加して、第１及び第２のイオン集団をそれぞれ閉じ込める少なくとも第１及び第２のセグメントを前記線形イオントラップ内に確立するように構成されたコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、前記複数の電極のセクションに電圧を印加し、或いは該セクションに印加された電圧を変化させて、イオンを前記線形イオントラップから放出する前に、前記第１のイオン集団に相当する前記イオンの少なくとも一部を、前記第２のイオン集団に相当するイオンとは無関係に操作するようにさらに構成されている、
ことを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記複数の電極のセクションに電圧を印加し、或いは該電圧を調節して、前記第１のイオン集団に相当する前記イオンを、前記第２のイオン集団に相当する前記イオンと同時に操作するようにさらに構成されている、
ことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記操作はイオンの開裂を含む、
ことを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記操作は、所望の質量電荷比の範囲を有するイオンを分離する工程を含む、
ことを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１及び第２のイオン集団は異なる質量範囲のイオンを含む、
ことを特徴とする請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記複数の電極の各々は３つのセクションを有する、
ことを特徴とする請求項１０から請求項１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
個々のセクションは３分割した電極構造を備える、
ことを特徴とする請求項１０から請求項１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
線形イオントラップを動作させる方法であって、
ａ．少なくとも第１及び第２の２つのイオン集団が設けられた、空間的に分割したイオン集団を捕捉するステップと、
ｂ．前記空間的な分割を前記線形イオントラップ内で維持するステップと、
ｃ．イオンを線形イオントラップから放出する前に、前記第１のイオン集団に相当する前記イオンの少なくとも一部を、前記第２のイオン集団に相当する前記イオンの少なくとも一部とは無関係に操作するステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
第１及び第２のイオン集団における前記イオンの少なくとも一部は同時に操作される、
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記操作ステップはイオンを開裂させるステップを含む、
ことを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記操作ステップは、所望の質量電荷比の範囲を有するイオンを分離するステップを含む、
ことを特徴とする請求項１７から請求項１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１のイオン集団は、前記第２のイオン集団の質量電荷比の範囲とは異なる質量電荷比の範囲を有する、
ことを特徴とする請求項１７から請求項２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記最初のイオン集団は、広い範囲の質量電荷比の値を有し、前記第１のイオン集団に相当するイオンは、前記最初のイオン集団の質量電荷比の値の範囲よりも狭い範囲の質量電荷比の値を有する、
ことを特徴とする請求項１７から請求項２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
前記広い範囲とは、１５０Ｔｈと４０００Ｔｈとの間のことである、
ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記狭い範囲とは、１５０Ｔｈと２０００Ｔｈとの間のことである、
ことを特徴とする請求項２２又は請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記狭い範囲とは、２０００Ｔｈと４０００Ｔｈとの間のことである、
ことを特徴とする請求項２２又は請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示する本発明の実施形態は、一般に、線形イオントラップを動作させるための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
線形イオントラップには、多くの質量分析の分野において多くの用途が見出される。これらの用途では、通常、タンデム質量分析（ＭＳ／ＭＳ）技術の容易化、高い質量電荷（ｍ／ｚ）比の計測、広い動的範囲、精度、高品質なデータ及びスループットが要求される。このことは、特に生物学又は生化学の用途についても当てはまる。例えばプロテオミクスの分野では、分析機器には、小分子及び巨大分子の両方を同定し、分子構造を特定することが求められると共に、質の高い結果をもたらす一方でこれらを迅速に行うことが求められる。これらの機器には、単一の試料から広い動的範囲に及ぶ何千ものペプチドを同定することが求められる。タンデム質量分析に基づくペプチドの同定、又はペプチドのＭＳ／ＭＳ開裂も同様に求められる。また、この特定の技術分野では、通常、莫大な量のデータに最短時間で対応するための高度な自動化が求められる。従って、これらの理由から、このような要求に応える線形イオントラップを可能にする新しい装置及び方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５，４２０，４２５号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明により、従来の３分割した線形イオントラップと比較して、機能においてさらなる汎用性を提供するための装置及び方法を開示する。第１及び第２のセグメントを含む少なくとも空間的に２つのセグメントに分割可能な線形イオントラップを提供する。個々のセグメントは効果的に独立しており、これらのセグメントに蓄積されたイオンを別々に操作するという利点を有し、これらのイオンは、同じ条件下のイオン源により発生したものである。その後、イオンをイオントラップから放出することができる。
【０００５】
２又はそれ以上のセグメントで同時にイオンの操作を行うことができる。操作は、開裂、分離、又はイオンの挙動に影響を与える他の任意の処理の形をとることができる。
【０００６】
線形イオントラップは複数の電極を有することができ、個々の電極はセクションに分けられる。個々のセクションは３分割された電極アセンブリを備える。
【０００７】
この構成により、イオン源からの充填を１回しか必要とせずにタンデム（ＭＳ／ＭＳ）実験を迅速に実施できるようになるため、この構成は好都合である。さらに、例えば、前駆イオンを次第に狭い範囲のｍ／ｚ値に分離することにより、トラップ領域のイオン容量を空間電荷制限内で最適化できるようになる。
【０００８】
本発明の１つの態様では、最初の（initial）イオン集団が線形イオントラップに入る前に、例えば質量電荷比により、このイオン集団を空間的に分割することができる。この場合、最初の集団を分割することにより、線形イオントラップは、最初の集団の空間的分割を線形イオントラップ内で維持するように動作する。
【０００９】
本発明の性質及び目的をより確実に理解するために、添付図面と共に以下の詳細な説明を参照されたい。同様の参照番号は、図面のうちのいくつかの図にわたって対応する部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】線形イオントラップを含む質量分析器の構成を示す図である。
【図２】２次元線形イオントラップの基本設計を示す斜視図である。
【図３】本発明の態様による線形イオントラップを含む質量分析器の構成を示す図である。
【図４ａ】本発明によるセグメントを設けるように線形イオントラップを構成できる方法を示す概略図である。
【図４ｂ】本発明によるセグメントを設けるように線形イオントラップを構成できる方法を示す概略図である。
【図４ｃ】本発明によるセグメントを設けるように線形イオントラップを構成できる方法を示す概略図である。
【図５】本発明の態様による方法を示すフロー図である。
【図６ａ】分割処理によりイオン集団のセグメント化を実現できる１つの方法を示す図である。
【図６ｂ】分割処理によりイオン集団のセグメント化を実現できる１つの方法を示す図である。
【図６ｃ】分割処理によりイオン集団のセグメント化を実現できる１つの方法を示す図である。
【図６ｄ】分割処理によりイオン集団のセグメント化を実現できる１つの方法を示す図である。
【図７】分割処理によりイオン集団のセグメント化を実現できる別の方法を示す図である。
【図８】本発明のさらに別の態様によるセグメント化した線形イオントラップを示す概略図である。
【図９】本発明の別の態様による方法を示するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、典型的な線形イオントラップ質量分析器の構成１００を示す図である。構成１００は、チャンバ１２０内にエレクトロスプレーイオン源などの適当なイオン源１１０を含む。チャンバ１２０内で生成されたイオンは、加熱したキャピラリ１４０を通って第２のチャンバ１３０へ導かれ、レンズ配列体１５０により第３のチャンバ１６０内へ導かれる。第３のチャンバ１６０に入るイオンは、四重極イオンガイド１７０に誘導され、真空チャンバ１９０内に収容された２次元（線形）四重極イオントラップ１８０の方へ導かれる。イオン源１１０により生じるイオンは、直接的に又は間接的にイオントラップ１８０へ進む。
【００１２】
四重極イオントラップは、実質的に四重極の電場を使用してイオンを捕捉する。純粋な四重極電場では、イオンの動きは、マシュー方程式と呼ばれる２次微分方程式の解により数学的に説明される。２次元及び３次元の両方の四重極イオントラップを含む全ての高周波（ＲＦ）かつ直流（ＤＣ）の四重極装置に適用される一般的なケースへと解を展開することができる。２次元四重極トラップは米国特許第５，４２０，４２５号に記載されており、該特許全体が引用により組み入れられる。
【００１３】
図２は、線形又は２次元（２Ｄ）四重極イオントラップ２００の四重極電極／ロッドの構造を示す図である。四重極構造は、座標系のｚ方向に沿って中心軸を有する長い内部容積を定めるロッドを含む２組の対向する電極を含む。対向する電極のＸの組は、座標系のｘ軸に沿って配列されたロッド２１５及び２２０を含み、対向する電極のＹの組は、座標系のｙ軸に沿って配列されたロッド２０５及び２１０を含む。図示のように、ロッド２０５、２１０、２１５、２２０の各々は、メインすなわち中心セクション２３０及び前後のセクション２３５、２４０に切断される。
【００１４】
イオンは、コントローラ２９０の制御下でＸ及びＹ電極／ロッドの組に印加されるＲＦ四重極トラップ電位により径方向に閉じ込められる。Ｘの組にある１つの位相が印加される一方、Ｙの組に逆の位相が印加された状態で、これらのロッドに高周波（ＲＦ）電圧が印加される。これにより、ｘ方向及びｙ方向にＲＦ四重極閉じ込め電場が確立され、これらの方向にイオンが捕捉されることになる。
【００１５】
イオンを軸方向（ｚ方向）に拘束するために、前後のセグメント２３５、２４０のＤＣ電圧とは異なるＤＣ電圧を中心セグメント２３０内の電極に印加するか、或いは電圧を変化させるようにコントローラ２９０を構成することができる。このようにして、四重極電場の径方向の閉じ込めに加えて、ｚ方向にＤＣ「電位井戸」が形成され、３次元全てにおいてイオンの閉じ込めが行われるようになる。
【００１６】
ロッド２０５、２１０、２１５、２２０のうちの１つの中心セクション２３０の少なくとも１つに開口部２４５が定められる。中心軸に対して直交する方向に追加のＡＣ双極電場を印加するか、或いは電場を変化させることにより、コントローラ２９０は、捕捉されたイオンがこれらのイオンの質量電荷比に基づいて、この開口部２４５を通じて上記の方向に選択的に放出されるのをさらに容易にできるようになる。この例では、開口部及び印加された双極電場は、Ｘロッドの組の上に存在する。他の適当な方法を使用してイオンを放出することもでき、例えば、ロッドの間からイオンを放出することもできる。
【００１７】
閉じ込めたイオンの質量スペクトルを得る１つの方法として、捕捉パラメータを変更して、増加する質量電荷比の値を有する捕捉されたイオンが不安定になるようにする方法がある。イオンの運動エネルギーは、イオンが不安定になる形で励起されるのが効果的である。これらの不安定なイオンは、トラップ構造の境界を超える軌道を作り上げ、電極構造の１つの開口部又は一連の開口部を通って四重極電場を離れる。
【００１８】
連続して放出されるイオンは、通常、ダイノード１９５に衝突し、ここから生じる２次粒子が、後続する検出器装置の素子に向けて放出される。検出器装置の配列及び種類は異なるものであってもよく、例えば、イオントラップの全長に沿って延びる検出器装置であってもよい。本明細書全体を通じて、ダイノードは検出器装置の一部であると考えられ、他の素子は、電子マルチプライヤ、前置増幅器、及びその他のこのような装置などの素子である。
【００１９】
当分野ではよく知られているが、質量分析システムに異なる配列を使用することができる。例えば、イオンを径方向ではなく軸方向に放出するように分析装置を構成することができる。利用可能な軸方向を使用して、線形イオントラップを、フーリエ変換ＲＦ四重極分析器、飛行時間分析器、３次元イオントラップ、Ｏｒｂｉｔｒａｐ（登録商標）、又はその他の種類の質量分析器などの別の質量分析器にハイブリッド構成で結合することができる。
【００２０】
図３は、本発明の態様による線形イオントラップ３８０を含む質量分析器の構成３００を示す図である。この構成は、線形イオントラップ３８０及びダイノード３９５を除き、図１で示し、説明した構成の特徴全てを示していることがわかる。この構成では、線形イオントラップ３８０は複数のセグメントを含み、個々の分離したセグメントに隣接して配置された複数のダイノード３９５が存在する。この特定の構成では、多セグメント化した線形イオントラップの両側にダイノード３９５が配置され、イオントラップから放出されるほぼ全てのイオンを検出することができる。ダイノードの個数及びこれらの配置は例示したものに限定されず、図１のものと同様に、ダイノードを線形イオントラップの片側のみに配置したり、１個おきのセグメントに隣接して配置したり、或いは例えば軸方向に配置されたダイノードを含んだりすることができる。この点において、図３は、必ずしもイオントラップからイオンが放出される（通常、排出される及び／又は抽出される）方向を表すものではなく、この方向が軸方向及び／又は径方向のいずれであるにせよ、イオンが放出されるという事実を表すものであるにすぎない。放出の軌道は、とりわけ採用する構成に依存することになる。
【００２１】
動作中、図３の線形イオントラップの構成により、多セグメント化した線形イオントラップ３８０からのイオンの同時放出が実現され、放出されたイオンは複数のダイノード３９５により検出される。イオンが、多分割した線形イオントラップ３８０の全てのセグメントから同時には放出されず、少なくとも２つのセグメントのグループが任意の時点でイオンを放出する場合、２回目の及びその他の後続する放出の結果を、１回目の放出の結果と合計することにより、単一の質量スペクトルを生成することができる。
【００２２】
多セグメント化した四重極イオントラップを使用することにより、図１に示すと共に米国特許第５，４２０，４２５号で詳細に説明されるような従来の３分割した線形イオントラップの機能と比較して、機能においてさらなる汎用性が見込まれる。線形イオントラップを複数の半独立セグメントに空間的に分割することにより、これらのセグメントに蓄積されたイオンを独立して操作することが容易になる構造が実現されると共に、別個のセグメント内でイオンを同時に処理できるようになる。また、これにより、同時期に同じ条件下で同じイオン源から生じる所定のイオン集団を同時に操作し、検出し、或いは別様に処理し、又は分析できるようになる。後続する検出、処理、又は分析の前に、個々のイオン集団を独立して操作することもできる。
【００２３】
質量スペクトルデータの品質の改善を実現できる１つの用途として、拡張質量範囲の走査の最適化が挙げられる。質量スペクトルデータの品質の改善を実現できる別の用途として、所定の走査速度に対する走査時間の短縮を試みる場合が挙げられる。これらの用途のうちのいくつかについて、後程さらに詳細に説明することにする。
【００２４】
本発明による線形イオントラップの２つの実施構成を図４ａ、図４ｂ、及び図４ｃに示す。線形イオントラップ３８０は、複数の（少なくとも２つの）実質的に分離したトラップ容積すなわちセグメント４１０を備えるように構成可能であり、これらのセグメント４１０の各々、又はセグメントの組み合わせは、電気的及び／又は磁気的分離機構が作動した際には互いに電気的に分離され、セグメントが「組み立てられる」か、或いは電気的分離手段が停止した際には、協働して連続装置として働くことができる。線形イオントラップ３８０は、図４ａに示す最初のイオン集団４２０に作用し、或いはこれらを物理的に細分化できるようにして、図４ｂ及び図４ｃに示すように、所定のイオン集団を、多セグメント化したイオントラップのうちの１又はそれ以上のセグメント４１０内に空間的に局在化できるようにする。
【００２５】
線形イオントラップ３８０を空間的に分割する電位壁を作り出すことにより、線形イオントラップの複数のセグメントを設けることができる。本発明の１つの態様では、４つのロッド電極を含む四重極ロッド組立体などの、対応する多極ロッドアセンブリ４３０を作動させることにより、セグメントを生成し、或いは作動させることができる。複数のロッドアセンブリの各々は、多セグメント化した線形イオントラップの軸の周囲に、セグメントすなわちトラップ容積を少なくとも部分的に（すなわちその少なくとも１つの端部を）定める。これらの多極ロッドアセンブリは、単一のセクション又は連続したロッドを備えるか、或いは多分割したロッドを含むことができる。このトラップ容積内で、ＲＦ電位とＤＣ電位との組み合わせを多極ロッドアセンブリに印加することにより、セクションの１又はそれ以上においてイオンを径方向及び軸方向に閉じ込めることができる。
【００２６】
図４ｂに示すように、本発明の１つの実施形態では、線形イオントラップ３８０のセグメントが、３分割した多極ロッドアセンブリ４４０及び４５０で構成される。第１の３分割した多極ロッドアセンブリ４４０は、動作中、主にアセンブリ４４０の中心セクションに閉じ込められたトラップ容積４１０ａを生成することができる。第２の３分割した多極ロッドアセンブリ４５０は、動作中、主にアセンブリ４５０の中心セクションに閉じ込められたトラップ容積４１０ｂを生成することができる。
【００２７】
図４ｃに示すように、本発明の別の態様では、線形イオントラップ３８０のセグメントは、ここでも３分割した多極ロッドアセンブリ４６０、４７０、及び４８０で構成される。しかしながら、今回は、第１の３分割した多極ロッドアセンブリ４６０の３番目のセクションは、第２の３分割した多極ロッドアセンブリ４７０の１番目のセクションとしても機能する。同様に、第２の３分割した多極ロッドアセンブリ４７０の３番目のセクションは、第３の３分割した多極ロッドアセンブリ４８０の１番目のセクションとしても機能する。３分割した多極ロッドアセンブリは効果的に重なり合い、動作中、図４ｂに示す構成よりも多くのトラップ容積４１０ｃ、４１０ｄ、及び４１０ｅを生成することができる。
【００２８】
個々の多極ロッドアセンブリには各々、独自のＲＦ電圧、ＤＣ電圧、及び補助励起電圧が供給される。一般に、端部セクションは、イオントラップに出入りするイオンへのフリンジ電界の影響を最小限に抑えるように構成される。イオンがトラップ内に捕捉されると、ＲＦ電圧、ＤＣ電圧、及び／又は補助電圧の成分の印加を利用して、捕捉されたイオンに影響を与え、捕捉されたイオンが所定の態様でイオントラップの全長に沿って分布するようにすることができる。その後、ＲＦ電圧、ＤＣ電圧、及び／又は補助電圧の成分をさらに修正してイオンに影響を与え、イオントラップ内の１つのセグメントから別のセグメントへイオンを移動させたり、セグメントからイオンを除去したり、或いは隣接するセグメント間におけるイオンの結合を最小限に抑えたりすることができる。
【００２９】
一般に、制御ユニットが、多セグメント化したイオントラップのセグメントに、対応するＲＦ電圧の組を印加してＲＦ多極電位を発生させ、線形イオントラップの軸周辺のトラップ容積内でイオンを径方向に閉じ込める。この制御ユニットはまた、イオントラップのセグメントに様々なＤＣオフセットを印加して、イオントラップのトラップ容積に軸方向に沿うセグメントのいずれか、又は組み合わせの中にイオンを捕捉する。
【００３０】
必要であれば、多極ロッドアセンブリのうちの１又はそれ以上のロッドにスロット又は開口部を設けて、イオンが複数の検出器装置へ向けて通過できるようにすることができる。
【００３１】
一対のロッドが関連するセグメントの両端に補助ＡＣ電圧を印加し、その特定のセグメント内のイオンが共振してイオントラップを離れるようにすることにより、イオントラップからのイオンの放出を実現することができる。このようなＡＣ電圧を印加することにより、他のセグメント内のイオンが影響を受ける可能性があるため、これに対する補償が必要となる場合がある。この影響は、印加したＡＣ電圧が、上記特定のセグメント内のイオンに影響を与えるだけでなく、そのフリンジング効果により、隣接するセグメント内のイオンも結合されるという事実によるものである。
【００３２】
本発明の１つの態様による線形イオントラップを動作させる方法を、一連のステップにより図５及び図６に示す。この方法のステップは、最初のイオン集団（４２０）を多セグメント化した線形イオントラップ内に捕捉するステップ（ステップ５１０）と、最初のイオン集団（４２０）を、第１の集団及び第２の集団を含む少なくとも２つのイオン集団に空間的に分割するステップ（ステップ５２０）と、第１及び第２のイオン集団に相当するイオンを多セグメント化した線形イオントラップから放出するステップ（ステップ５３０）とを含むことができる。第１及び第２のイオン集団に相当するイオンは、それぞれ第１及び第２のイオン集団から得られるイオン、又はこれらのイオン集団から導出されるイオンを含む。次に、第１の集団に相当するイオンの少なくとも一部を第１の検出器装置で検出することができ、第２のイオン集団に相当するイオンの少なくとも一部を第２の検出器装置で検出することができる。場合によっては、第１及び第２の検出器装置がいくつかの素子を共有することができる。或いは、これらの素子は別個のものであってもよい。
【００３３】
必要であれば、ステップ５２５で示すように、多セグメント化した線形イオントラップのセグメントのうちのいずれか、又は組み合わせの中のイオンが抽出され、検出器装置へ移動する前に、これらのイオンを任意で操作することができる。第１のイオン集団に相当するイオンを第２のイオン集団に相当するイオンとは無関係に、及び必要であれば同時に操作することができる。操作は、開裂、分離、或いはイオンが通常反応する他の任意のこのような動作又は影響の形をとることができる。
【００３４】
図６は、多セグメント化した線形イオントラップ３８０の個々のセグメントが、３分割した多極電極構造６１０、６１５、６２０により実現される構成を示す図である。図示のように、多セグメント化した線形イオントラップ３８０からのイオンの放出は、軸方向６２５に対してほぼ直交する方向に行われる。或いは、軸方向６２５にほぼ平行な方向と直交する方向との組み合わせでイオンの抽出を行うことができる。
【００３５】
イオン集団を空間的に仕切ることができる１つの方法として、質量電荷比（ｍ／ｚ）又はｍ／ｚ範囲による方法がある。例えば、多セグメント化した線形イオントラップ３８０の第３のセグメント６２０は、質量範囲Ｍrange1内のイオンを捕捉するように構成されてもよく、この範囲は質量ｍ1よりも小さい質量を含む。多セグメント化した線形イオントラップ３８０の第２のセグメント６１５は、質量範囲Ｍrange2内のイオンを捕捉するように構成されてもよく、この範囲は質量ｍ1とｍ2との間の質量に対応する。第１のセグメント６１０は、ｍ2とｍ3との間の質量範囲Ｍrange3内のイオンを捕捉するように構成されてもよく、この場合ｍ3＞ｍ2＞ｍ1となる。
【００３６】
上記を実現できるいくつかの方法が存在し、そのうちの１つは、軸方向に異なる軸励起ＡＣ電圧を印加することによるものである。これにより、基本的にイオンは、セグメントが対応するｍ／ｚの範囲に影響を与える励起が印加されていないセグメントに達するまでトラップに沿って移動することが可能となり、このセグメントに達すると、イオンは衝突してエネルギーを失い、このセグメントに留まるようになる。
【００３７】
例えば、最初のイオン集団６０５は、Ｍrange1＋Ｍrange2＋Ｍrange3を含む。これらのイオンは、読み手から見て図の左手側で多セグメント化したイオントラップに入る。第１のセグメント６１０は、入ってくるイオン（好ましくは連続した流れ）を捕獲すると同時に、例えば、ｍ／ｚ範囲（１５０〜２００Ｔｈ）及びｍ／ｚ（２００〜２０００）である第２の質量範囲Ｍrange2及び第３の質量範囲Ｍrange1の範囲内のイオンを励起して、第１のセグメント６１０と第２のセグメント６１５とを区分する電位壁を乗り越えるようにする。ＤＣ電場及び任意でＲＦ電場を組み合わせることにより、電位壁を形成することができる。電位壁にＡＣ電場を加えることにより励起を与えて、特定の質量電荷比を上回るイオンの軸方向の共振振動が励起されるようにすることができる。第１のセグメント６１０内の第１のイオン集団に相当するイオンは、セグメント６１０とセグメント６１５とを分ける電位壁を乗り越え、第２のセグメント６１５（Ｍrange3）に到達するのに十分なエネルギーが得られるまで、軸方向にエネルギーを得ることになる。第１のセグメント６１０の入口開口部を通じてイオンを失うことを避けるために、開口部に追加のＤＣ電位を印加してイオンを反射し、セグメント６１０内に戻すことができる。
【００３８】
前述したように、図６は、多分割した四重極ロッドアセンブリ６１０、６１５、６２０により、多セグメント化した線形イオントラップ３８０の個々のセグメントが設けられる構成を示しており、これにより、多セグメント化した線形イオントラップ３８０のｘ電極の最初の３つのセクションに励起電圧を印加して、セクション６３０、６３５、６４０にＶ210の電位を供給することができる。励起電圧の大きさは、Ｍrange3の質量範囲の外に存在する質量電荷比を有するイオンを、多セグメント化した線形イオントラップ３８０に沿って前方かつ軸方向に励起するのに十分な大きさであり、この結果、質量範囲Ｍrange2及びＭrange1内のイオンは６２５の方向に前方に伝播するようになる。第１のイオン集団に相当する質量範囲Ｍrange3内のイオンは捕捉され、第１の多分割した四重極ロッドアセンブリ６１０の３番目のセクション６４０よりも先には伝播しない。図６に示すように、隣接するセクション間で極性が−Ｖ210、＋Ｖ210、−Ｖ210の形で交互に入れ替わるように、最初の３つのセクション６３０、６３５、６４０に印加される励起電圧を印加することができる。このため、質量範囲Ｍrange3内のイオンは、中央セクションであるセクション２の６３５内に効果的に捕捉されることになる。このように、質量範囲Ｍrange3内のイオンは、隣接する４番目のセクション６４５内のイオンからはそれほど影響を受けず、イオン源に戻る可能性も低い。上述の方法を利用して、質量範囲Ｍrange3に属さない全てのイオンをセグメント６１０から移動させることができるだけでなく、これに加え、質量範囲Ｍrange3内のイオンがセグメント６１０、６１５、及び６２０の間に分布することを放置せずに、この質量範囲の全てのイオンをセグメント６１０内に集めることができる。小さな正のＤＣ電圧をイオントラップの全長に沿って軸方向に印加して、アセンブリの最も左の先端、例えばセクション６３０にある最低のＤＣ電位を有する点へ質量と無関係にイオンを引き寄せることができる。これにより、セグメント６１０、６１５、６２０のいずれにも存在する可能性のある質量範囲Ｍrange3のイオンがセグメント６１０内に移動するようになる。同様に、上記は他のｍ／ｚ範囲のイオンにも当てはまるが、軸のＡＣ電場によりもたらされる励起の大きさは、（Ｍrange1及びＭrange2に対応する）イオンをセグメント６１０から押し出し、Ｍrange1に対応するイオンをセグメント６１０、６１５から押し出すのに十分な軸エネルギーを供給するように選択される。ＤＣ電圧という点では、他の質量範囲のイオンにも同じ考えが当てはまり、ＤＣが作り出す電場は、アセンブリの左側にイオンを集める傾向にあるが、軸のＡＣが作り出す電場は、イオンが、共振するＡＣ電場のないセグメントに行き着き、その領域内に落ち着き滞留するまで、イオンを質量とは無関係に逆方向に励起する。上述のＤＣが作り出す電場により動きが妨害されるため、これらのイオンが、共振するＡＣ電圧が印加されていない領域内へとさらに拡散することはない。
【００３９】
同様に、３つのセクションの第２の組（第２の多分割した四重極ロッドアセンブリ６１５）に印加される励起電圧は、質量範囲Ｍrange1内のイオンが、イオン源から６２５の方向に離れて、多セグメント化したイオントラップ３８０のもう一方の端部に伝播するように印加される。第２のイオン集団に相当する質量範囲Ｍrange2内のイオンは捕捉され、第２の多分割した四重極ロッドアセンブリ６１５の３番目のセクション６５５よりも先には伝播しない。これらのイオンは、セクション６５５に存在するＡＣ電場と共振せず、ガスと衝突して自らのエネルギーをさらに失うことにより、このセグメント６１５内に蓄えられるようになる。印加される電圧Ｖ10は、範囲Ｍrange2内のイオンが、電位壁を横切って多セグメント化した線形イオントラップ３８０の後続するセグメント６２０内に入れるようになるほど十分なものではない。この場合も、第２の多分割した四重極ロッドアセンブリ６１５に印加される励起電圧は、隣接するセクション６４５、６５０、６５５の間で極性が＋Ｖ10、−Ｖ10、＋Ｖ10のように交互に入れ替わる状態で印加される。このため、質量範囲Ｍrange2内のイオンは、これらの３つのセクションの中央にある、左から５番目のセクション６５０に捕捉される。このように、第２のイオン集団に相当する質量範囲Ｍrange2内のイオンは、隣接する４番目及び６番目のセクション６４５、６５５内のイオンからはそれほど影響を受けない。
【００４０】
図示の多セグメント化した線形イオントラップ３８０の構成の第３の多分割した四重極ロッドアセンブリ６２０についても同様の説明を行うことができる。第３のイオン集団に相当するイオンを伴う質量範囲Ｍrange1内のイオンは、上述した方法と同様の方法で８番目のセクション内に捕捉される。
【００４１】
或いは、セグメント間の境界にあるロッドの間に共振する双極電場又は四重極電場を印加することにより、イオンを特定のセグメントから放出又は抽出してもよい。径方向の動きと軸方向の動きとを組み合わせることにより、イオンが誘導されて軸方向に移動するようになるが、印加されたＡＣ電圧と共振状態にあるイオンのみが移動する。正のＤＣ勾配による同じ概念を適用して、ｍ／ｚ比に基づく分割が開始されるセグメント内のイオンの集合を促すこともできる。
【００４２】
説明した構成を利用して、イオン集団が空間的に位置決めされ、上記の方法でセグメント化されると、放出を行うことにより、第２のセグメントから走査される質量範囲とは異なる質量範囲を第１のセグメントから走査できるようになるだけでなく、１つ又は２つの別個の検出器装置を必要として、ほぼ同時に走査を行うこともできる。これには、多セグメント化した線形イオントラップの第１及び第２のセグメントに別個のＡＣ信号をそれぞれ異なるように印加することが必要となる。
【００４３】
質量分析データの品質改善を実現できる用途の１つは、例えば６０００Ｔｈまで拡張した質量範囲の走査中にある。１５０〜４０００Ｔｈの質量範囲の走査が望まれる場合の実験について考えられたい。従来技術により現在決められているような通常の質量範囲（１５０〜２０００Ｔｈ）に使用されるものと同じＲＦ発生器を、この拡張した４０００Ｔｈまでの質量範囲に使用する場合、放出ｑパラメータを、およそ１／２倍だけ減じなければならない。同じ走査速度（イオントラップからイオンが放出される速度であり、分析の速さ）を使用する場合、データの品質は、通常１５０〜２０００Ｔｈの標準の質量範囲と比較して低くなる。分析の速さを著しく低下させなければ、これらのデータの質量分解能、質量精度、及び感度はさらに悪くなる。これは、ｍ／ｚが２０００Ｔｈを下回るイオンより通常少なくとも３倍程低速で走査される高い質量範囲のイオンに特に当てはまる。
【００４４】
本発明の態様によれば、関心対象であるいくぶん低い値のｍ／ｚを有するイオンが所定のｑ値に置かれる。その後、ＲＦ振幅がおよそ最大電圧まで線形に走査されることにより、ｑ値を放出ｑまで動かすことによっておよそ最大ｍ／ｚまでイオンが放出される。このように、第１のｑパラメータを有するイオンの動きを表す（ａ、ｑ）安定線図内で、イオンの動きが安定した領域からイオンの動きが不安定な領域へイオンを移行させることにより、第１のイオン集団に相当するイオンを放出することができ、第２のｑパラメータを表す（ａ、ｑ）安定線図内で、イオンの動きが安定した領域からイオンの動きが不安定な領域へイオンを移行させることにより、第２のイオン集団に相当するイオンを放出することができ、第１のｑパラメータと第２のｑパラメータとは互いに異なる。
【００４５】
多セグメント化した線形イオントラップの、高い質量範囲のイオンが滞留するセグメントに第２の共振放出信号を印加することにより、ＲＦ振幅が大きくなった時に高いｑ値で放出することができる低い質量範囲のイオンと同時にこのｑ値で放出されるイオンに、ある程度低いｑパラメータ値を利用することができる。例えば、第１のセグメントが２０００〜４０００Ｔｈのｍ／ｚを走査できる一方で、第２のセグメントは、１５０〜２０００Ｔｈのｍ／ｚを走査することができる。前述の態様は４つの検出器を使用する。また、走査時間の短縮が存在し、範囲２００〜２０００Ｔｈ内のイオンが０．８８の標準速度で走査されるのに対し、２０００〜４０００Ｔｈという高い質量範囲内のイオンはｑ＝０．４４で走査されるが、この低いｑで走査されるイオンの範囲は、全体の範囲の２００〜４０００Ｔｈよりも小さいため、この低いｑ値での走査をより短い時間で実現することができ、走査時間を全体的に短縮できるようになる。或いは、同じ走査時間で、改善された質量分解能及び質量精度を実現することができる。
【００４６】
このようにして、イオンは、自身のｍ／ｚ比に従って多セグメント化した線形イオントラップ全体に分散され、その後３分割した多極電極アセンブリの適当なセクション内に捕捉される。多セグメント化したＲＦイオントラップをこのシナリオで使用することにより、質量スペクトルデータの品質を改善することができ、拡張範囲全体にわたってデータを最適化することにより、この改善を実現することができる。問題となる特定の離れた質量範囲に対して適当な、調整した方法でイオンを励起することにより、線形イオントラップの感度、走査速度、又は分解能力を必ずしも犠牲にすることなく、時間の活用を最適化することができる。
【００４７】
従来のアプローチでは、３分割した線形イオントラップは、許容される空間電荷制限である約２０００に達するのに、１００ｆｍｏｌ／ｕＬの範囲の化合物で０．０１〜０．１ｍｓ（１０ｆｍｏｌ／ｕＬ毎にサブｍｓ時間）の間充填されたであろうし、線形イオントラップは、必要な１５０〜４０００Ｔｈの質量範囲に対応するのに、（０．４ｍｓ／Ｔｈの走査速度で）１．５ｓの間走査されたであろう。本発明では、注入時間が不要なため、この例での走査時間と比較すると、約５０％の時間で同じデータを取得することができる。
【００４８】
図６は、（図４ｂの多極ロッドアセンブリと同様の）複数の３分割した多極ロッドアセンブリを利用して、線形イオントラップのセグメント化を実現する方法を示しており、図では、所要の結果を確実にするために、個々の多極ロッドアセンブリの個々のセクションが、特定の位相で印加された励起電圧を有する。図７は、例えば、図示のように２分割した多極構造体を利用してセグメント化を行い、セクションとセクションの間にトラップ容積部を形成して上記を達成できる別の方法が存在することを示す図である。
【００４９】
本発明の別の態様では、多セグメント化したイオントラップ内にイオンが入る前に、自身のｍ／ｚ比に従ってイオンを分散させることができ、多セグメント化したイオントラップ内にイオンが入ると、多セグメント化した線形イオントラップ内のセグメントを作動させることにより、この分散を維持することができる。この特定のシナリオでは、すでに分散したイオンが、比較的低い圧力で無電場領域を通って移動するか、或いはイオン固有のイオン移動度に基づいて、イオン移動用の光学系の加圧セクション内で分離する場合、異なるｍ／ｚ比のイオンがこの領域を横切って、多セグメント化した線形イオントラップにそれぞれ異なる時間に到達することになる。従って、低いｍ／ｚ値のイオンは、高いｍ／ｚ値のイオンより前にイオントラップに到達することになり、このため分散の維持が可能になる。
【００５０】
様々な他の機構を採用して、線形イオントラップの軸次元に沿って分離した電位壁を作り出すことができる。これらは、例えば図８に示すように、セグメント又は多極ロッドアセンブリを、軸８２５から異なる距離に位置決めすることを含む。基本的に、１つのセグメントのｒ0値（多セグメント化した線形イオントラップの長手方向軸８２５からの距離）は、隣接するセグメントのｒ0値とは異なる値を有する。図３を参照すると、複数のセグメントの各々のｒ0値は同じであるのに対し、図８では、各々が異なる、すなわちｒ1、ｒ2、ｒ3、ｒ4、ｒ5、及びｒ6となっていることがわかるであろう。
【００５１】
この場合、最初のイオン集団が多セグメント化した線形イオントラップ内に捕捉される。次に、この最初のイオン集団が、公知の方法及び／又は上述した方法によりｍ／ｚ範囲（ｍ1Σ、ｍ2Σ、ｍ3Σ、ｍ4Σ、ｍ5Σ、ｍ6Σ）で空間的に分割されて、いくつかのイオン集団が生み出される。上記の均一なｒ0による例と比較して、この分割を行うためのＤＣ電場及びＡＣ電場を作り出すのに必要な電圧を適当に調整する必要がある。走査イベント中、多セグメント化した線形イオントラップの個々のセグメントに同じＲＦ電場が印加されると、質量範囲（ｍ1Σ、ｍ2Σ、ｍ3Σ、ｍ4Σ、ｍ5Σ、ｍ6Σ）全体にわたるイオンが、同じｑパラメータ又はｑパラメータに近いパラメータを有する隣接する（異なるｒ0値のｒ1、ｒ2、ｒ3、ｒ4、ｒ5、及びｒ6の）セグメントから放出されることになる。これは、ｑパラメータ、質量、ＲＦ電位、周波数、及びｒ0の間の関係に起因するものである。このように、イオン集団を完全に放出するのに必要な時間の最適化を実現することができるが、質量分解能、質量精度、及び感度という点で妥協がなされることになる。
【００５２】
特定のｒiを有する個々のセグメントを少なくとも３つのセクションに細分化し、軸方向のＡＣ電場とＤＣ電場との組み合わせを作り出して、前回同様に均一なｒ0を有するセグメント間でイオンを分割することによる同じアプローチを行うことができる。この分割を行うためのＤＣ電場及びＡＣ電場に対する電圧もまた、変化するｒiを考慮に入れて同様に調整する必要がある。
【００５３】
例えば、ロッドの組の間にＤＣ励起電圧を印加したり、或いはただ単にイオンにパルス振動を加えて検出器装置へ放出したりするといった別の方法も存在し、この方法により、イオントラップからイオンを放出することができる。これらの手順の詳細については本明細書では説明しないが、当業者には周知である。
【００５４】
本発明のさらに別の態様では、図９に示すように、線形イオントラップを動作させる代替方法について説明する。この方法のステップは、最初のイオン集団を多セグメント化した線形イオントラップ内に捕捉するステップ（ステップ９１０）と、最初のイオン集団を、第１の集団及び第２の集団を含む少なくとも２つのイオン集団に空間的に分割するステップ（ステップ９２０）と、第１のイオン集団を第２のイオン集団と無関係に操作するステップ（ステップ９３０）とを含むことができる。その後、第１及び第２のイオン集団に相当するイオンの少なくとも一部を検出器装置で検出することができる。検出器装置は、第１及び第２のイオン集団に対して別個の検出器を含むことができる。本発明の別の態様では、第１及び第２のイオン集団に相当するイオンの操作をほぼ同時に行ことができる。本発明のさらに別の態様では、イオン集団を後続する質量分析装置へ転送することができる。
【００５５】
この方法は、イオンを開裂させる必要があるタンデム質量分析（ＭＳ／ＭＳ）実験を行う際に特に有用である。最も関心対象である同定を可能にする完全なＭＳ走査を実行した後、これらのイオンのみが次の注入イベント中にトラップ内に蓄積される。或いは、最初の注入イベントから得られるわずかなイオンのみが完全なＭＳ走査に使用される。適当なＡＣ及びＤＣ電位を使用して、イオンの残りを他のセグメント内に蓄積することができる。この最後のアプローチは、注入時間が長い場合に特に有益である。また、最初のイオン集団を、第１のイオン集団、第２のイオン集団、及び任意にこれ以上の集団に空間的に分割し、全てのイオン集団が同じイオン源から同じ条件下で生じたようにすることができる。次に、例えば、個々の集団内の異なるｍ／ｚのイオンを分離させることにより、個々のイオン集団を互いに独立して操作することができ、その後、この２つのｍ／ｚに開裂が行われる。開裂が行われると、個々のセグメントの中身を別個の検出器装置へ転送し、基本的に１つの線形イオントラップを利用して２つの開裂実験を同時に容易に行うことができるようになる。これらのイベントのうちの全て又はいくつかをほぼ同時に行うことができる。これにより、プロテオミクス業界において時間と高額な消耗品とが節約される。
【００５６】
デジタル電子回路、又はハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、或いはこれらを組み合わせて本発明の方法を実施することができる。入力データに対して動作を行い、出力を生成することによって本発明の機能を実行するためのコンピュータプログラムを実行する１又はそれ以上のプログラム可能なプロセッサにより、本発明における方法ステップを実施することができる。
【００５７】
様々な態様に基づいて説明した様々な特徴を組み合わせて、本発明のさらなる態様を形成することができる。
【００５８】
別途定義しない限り、本明細書で使用される全ての技術用語及び科学用語は、一般に本発明が属する技術分野の当業者に理解される意味を有するものである。開示した材料、方法、及び実施例は、例示的なものにすぎず、本発明を限定することを意図するものではない。当業者であれば、本明細書で説明した内容の同等物と同様の方法及び材料を使用して本発明を実施できることを理解するであろう。
【符号の説明】
【００５９】
３８０  多セグメント化した線形イオントラップ
３９５  ダイノード
６０５  最初のイオン集団
６１０、６１５、６２０  四重極ロッドアセンブリ
６２５  軸方向
６３０、６３５、６４０、６４５、６５０、６５５  セクション
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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