(57)【要約】質量分析システムに使用するための質量分析装置は細長いロッドセットを備える。ロッドセットは、第1および第2の末端とロッドセット内に内接する円を有する。ロッドセットの半径は、異なる質量のイオン対電荷比がロッドセットの異なる位置において不安定になるように、ロッドセットの一方の末端から他方の末端まで異なる。次いで、この特徴を使用して、ロッドセットの異なる位置において質量依存的にイオンを排出することができる。次いで、ロッドセットに直線的に配置した検出装置を使用して、排出位置からのイオンを検出し、イオンの質量を測定することができる。
2005536021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
(a)第1の末端および第2の末端を有する細長いロッドセットであって、細長いロッドセットは軸方向に位置づけされ、ロッド間に内接する円を規定し、内接する円は半径r0を有し、第1の末端と第2の末端の半径は異なり、かつ少なくとも1つのロッドはイオンを排出する開口部を含む、細長いロッドセット；
(b)該細長いロッドにRF電圧を適用するための手段；および
(c)該少なくとも1つのロッドにおいて、開口部に存在するイオンの強度および位置を検出するために位置づけられるアレイ検出装置
を含む、イオンを分析するための質量分析装置。
【請求項２】
細長いロッドセットが少なくとも1対の向き合うロッドを含む、請求項1記載の質量分析装置。
【請求項３】
細長いロッドセットが四重極構成を有する、請求項1または2記載の質量分析装置。
【請求項４】
開口部がスロットである、請求項1〜3のいずれか一項記載の質量分析装置。
【請求項５】
ロッドにDCオフセット電圧を適用するための手段をさらに含む、請求項2〜4のいずれか一項記載の質量分析装置。
【請求項６】
ロッド対に捕捉AC電圧を適用するための手段をさらに含む、請求項2〜5のいずれか一項記載の質量分析装置。
【請求項７】
捕捉AC電圧を適用する細長いロッドのほぼ後方に各々位置づけられる2つのアレイ検出装置をさらに含む、請求項6記載の質量分析装置。
【請求項８】
ロッドが、高次磁場成分を形成するために、正確な四重極構成から移動した少なくとも1つのロッドを含む、請求項1〜7のいずれか一項記載の質量分析装置。
【請求項９】
請求項1〜8のいずれか一項記載の質量分析装置を含む、1つより多い質量分析装置を有する質量分析計システム。
【請求項１０】
質量分析装置にパルスを注入するためのイオンを貯蔵するための手段を有する請求項9記載の質量分析計システム。
【請求項１１】
質量分析装置にフラグメント化したイオンを注入するために衝突誘発解離のための手段を有する請求項9記載の質量分析計システム。
【請求項１２】
質量分析装置にイオンを注入するためのイオン移動分離のための手段を有する請求項9記載の質量分析計システム。
【請求項１３】
以下の段階を含む、イオンを分析する方法：
(a)  第1の末端と第2の末端を有し、軸を取り巻いて位置する細長いロッドセットを提供する段階であって、ロッド間に半径r0の内接円を規定し、細長いロッドセットの長さ方向に半径r0が異なる段階；
(b)  細長いロッドセットの第1の末端にイオンを収容する段階；
(c)  細長いロッドセットにイオンを通過させ、イオンの少なくとも一部が質量対電荷比に応じた細長いロッドセットの位置で不安定になる段階；
(d)  不安定なイオンを軸に対して実質的に直角に排出させる段階、および不安定なイオンを細長いロッドの少なくとも1つに位置づけられるスロットに通過させる段階；および
(e)  排出された不安定なイオンが細長いロッドセットから出た後、排出された不安定なイオンを検出する段階。
【請求項１４】
段階(b)において、イオンが衝突セルから収容される、請求項13記載の方法。
【請求項１５】
段階(b)において、イオンがイオン移動装置から収容される、請求項14記載の方法。
【請求項１６】
段階(b)において、イオン移動装置が衝突セルの前に位置する、請求項15記載の方法。
【請求項１７】
段階(b)において、対象となるイオンの検出を促進するために、軸に対して望ましい位置、方向および速度特性を有するイオンを細長いロッドセットに収容する段階を含む、請求項13記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
発明の技術分野
従来の四重極型質量分析計は、RFおよびDC電圧を適用する4つの平行な電極からなる。電極プロファイルは、双曲線(ロッド間に理想的な四重極を形成する)であってもまたは円形(適切な間隔の場合に、理想的な電場に近い近似を形成する)であってもよい。四重極型質量分析計は、微量化学分析のための市販の質量分析計システムに広範に使用されている。
【０００２】
四重極は、選択した質量範囲だけ(またはさらに正確には、m/e(式中、mは質量であり、eはイオンの電荷である)を通過させることによってイオンビームが軸を通過するとき、マスフィルターとして作動する。安定なイオンだけが通過することができ、安定性の条件は、無次元量aおよびq:
q = 4eV/(r02ω2m)
a = 2eU/(r02ω2m)
(式中、UはDC電圧であり、VはRF電圧であり、r0はロッド間に内接する円の半径であり、ωはRF電圧の角周波数(半径/s)であり、mはイオンの質量であり、eは電荷である)によって規定される。安定性の限界外のaおよびqを有するイオンは振動の振幅を増加し、ロッドに衝突する。
【０００３】
典型的には、質量スペクトルは、質量の大小のあるイオンが同一の安定性のa-q値で通過して、逐次的に通過されるように、ある範囲の値でRFおよびDC電圧(一定の比)をスイープすることによって得られる。
【０００４】
同じ影響は周波数をスイープすることによっても得られるが、質量と周波数の間には二乗関係があることが注目される。
【発明の開示】
【０００５】
発明の概要
本発明は、数学的には、質量スペクトルを得るための第3のオプションが、r0、電極間の円の半径をスイープすることであると思われるという認識に基づいている。しかし、半径r0を変更し、ロッドセット方向にこれを一定且つ均一に維持することが機械的に大変なことである。従って、本発明は、r0がイオンの飛行通路方向に減少し、ロッドは適所に固定されているように構成を配置している。次いで、各イオンは、軸を横切るとき、値が徐々に増加しているq(およびa)に出会うように、電極に適用する一定の電圧および周波数を選択することができる。スキャンラインの傾斜(装置を通過するイオンを参照するフレーム内)が大きすぎない場合には、各イオンは、安定領域の末端部に達するまでは安定を保ち、安定領域の末端部で不安定になり、ロッドに衝突する。V、Uおよびωが一定であり、r0が距離zの関数である場合には、各イオンは同じ値のq(およびa)において不安定になるので、各イオンの不安定点は空間的に分散している。すなわち、r0 = r0(z)の場合には、各質量について、q = q(z)であり、qの特定の値は、mとzの下記関数である。
q = f(z,m)
【０００６】
本発明者らがa = 0で操作し、不安定点がq =0.908(安定性の境界)であると考えると、各質量の不安定位置は：
0.908 = 4eV/r02ω2m          [1]
である。
【０００７】
r0が距離の線形関数であり、従ってr0 = r0max - kzであり、本発明者らが通過対象の最小質量を確立すると、本発明者らは、不安定となるr0の値に関して、mを：
m = 4eV/(0.908r02ω2)           [2]
= 4eV/(0.908ω2(r0max - kz)2)
と表すことができる。
【０００８】
これは、質量mが不安定にあるm(質量)と距離(または位置)の関係を示している。
【０００９】
本発明において、ロッドの1つ以上は、不安定になったイオンが排出されるスロットを有することができる。スロットを通過して抜け出るイオンの位置および強度を検出するために、アレイ検出装置(位置-検地型検出装置)スロットを整列させる。アレイ検出装置のイオンシグナルの位置は、イオンの質量と数学的に相関させることができる。
【００１０】
20 cmにおいて30〜3000の質量範囲をカバーするためには、r0が長さ20 cmにわたって10×変化することが必要である。r0が距離の線形関数である場合には(一定のテーパー)、mは距離の非線形関数であり(上記に示す)、高質量は最後の数cmに押し込められる。
【００１１】
本発明をより良く理解するためおよび本発明を実施することができる方法をより明らかに示すために、本発明の好ましい態様を示す添付の図面を例として言及する。
【００１２】
発明の詳細な説明
図1は、本発明による質量分析装置10を示す。質量分析装置10は、向き合うロッド12aを含む第1の対と向き合うロッド12bからなる第2の対(共に図2に示す)を含む四重極ロッドセットを備える。示されるように、ロッド12a、12bは全て同一で一定の半径を有し、ロッド間に内接する円が図1の左側のロッドセットの注入口のr0maxの最大値から図1の右側のロッドセットの他方の末端部の最小値まで変化するように取り付けられている。従って、ロッド12a、12bは等式[2]により構成される。従って、異なる質量が不安定になる位置は、質量と内接する円の半径の逆二乗の関係によって決定される。
【００１３】
示されるように、ロッド12aには、イオンを検出装置16の方向に通過させるスロット14が提供されている。ロッド12bは、従来の中実の丸いロッドである。イオンを検出装置16方向に排出させる励起スキームの詳細は以下に示されている。イオン流は18で示す。
【００１４】
等式[1]および[2]において上記に示すように、質量と半径の間の逆二乗の関係により、ロッドセットの一方の末端部から他方の末端部にかけて内接半径に単純で均一なテーパーを加えることにより、図1のように、質量とロッドセットの距離の間には非線形の関係が生ずる。本発明はまた、距離が線形である質量スケールを提供するために、r0は以下の関係：
r0 = (1/(r0max + kz))1/2          [3]
により作製することができることも理解している。
【００１５】
[3]を上記の[2]に代入すると、質量(m)と位置(z)の間の線形の関係：
m = 4eV(r0max + kz)/.908ω2          [4]
が得られる。
【００１６】
次いで、これにより、質量とロッドセットの位置の線形の関係が得られ、検出装置アレイのイオンの位置が質量値を示す。
【００１７】
この関係が適用される場合には、一定の径のシンプルなロッドは使用できないことが理解される。次いで、ロッドの外部プロファイルはいくぶんかほぼ放物線状のプロファイルを有することが必要とされると思われる。これを達成するためには、半径がロッドの長さ方向に変わるように加工または製造されるロッドを提供することが一般に必要である。このためには、軸が装置の軸と全て平行になり、r0について上記に示す関係が得られるようにロッドの半径が変わるようにロッドを整列させることが好ましい場合がある。
【００１８】
一般に、内接半径、r0と各ロッドの半径rの間が一定の比となること、すなわち、r/r0が一定になるようにすることが望ましいことも当技術分野において既知である。これも、ロッドを好適に加工することによって達成されると思われるが、一般に、ロッドプロファイルがさらに複雑になると予想される。
【００１９】
さらに考慮すべきことは、半径がロッドの長さ方向に変わる比較的複雑な形状にロッドを製造することが必要な場合には、比較的複雑で、高価な数値制御式の加工技法が必要になる可能性があるということである。当技術分野においては、高性能および高分解能を得るためには、極めて密な許容性が必要とされることを心にとめておくべきである。従って、いくつかの適用のためには、上記のようにr0が変わる用件を満たすように変わる双曲線プロファイルを有する電極としてロッドを提供することが有用であることを証明することができる。このような場合には、単純な円筒形のロッドは任意の事象において使用できないことおよび双曲線プロファイルは高い性能を提供することができることを考慮すると、双曲線プロファイルを提供するための追加の費用はあまり大きくない場合がある。従って、「ロッド」に言及している特許請求の範囲においては、これは、純粋に円筒形の形状ではない電極、必ずしも純粋に円形の断面ではない電極および双曲線プロファイルの電極の可能性を含むことが考慮されるべきである。
【００２０】
上記に示す等式の解析は、ロッドセット内の磁場の標準的な解析に基づいていることが理解される。さらに具体的には、これは、電場が軸方向に一定で、均一であることを仮定している。ロッドがいかに正確なプロファイルであったとしても、ロッドセットのテーパーの程度が比較的わずかである場合にはこの仮定は真である。比較的広い範囲のイオンを分析することが望ましい場合には、ロッドセットの長さ方向に比較的急なテーパーを提供することが必要な場合がある。このような場合には、電場は必ず軸方向に大きく変わり、この仮定は完全には保たれない。さらに、例えば、ロッドプロファイルが等式[3]により選択される場合には、これにより、ロッドセットの1箇所には比較的大きいが、ロッドセット全体にではないテーパーがロッドに提供され、電場の歪みを生じ、結果として電場は軸方向には一定であるという仮定に基づいた標準的な解析が完全には当てはまらなくなることがある。
【００２１】
イオンが不安定になる場合には、イオンは、イオンの最初の流入条件に依存して4つのロッドのいずれかの方向に不安定になる。イオンを1つの平面だけに不安定にすることが有利であり、結果として検出装置はロッドの1つまたは2つの後方に配置されるだけでよい。これは、ロッド対12aに補助的なAC双極子電圧を適用することによって達成されうる。周波数は、qの特定の値においてイオンの恒常的な動きに共鳴するように選択される。各質量のqは軸の距離の関数であるので、イオンは独自の位置で励起され、装置から出る。上記のように、これにより、質量対軸の距離のシグナルが提供される。比較的低いq値に適当な低周波数ACを適用することによって、質量範囲は.908/qの比だけ拡大される。シグナルを増加するために2つの検出装置16を使用し、励起電圧を適用する2つの向かいあうロッドの各々の後方に配置する。補助的なAC電圧を付加するこの技法は、質量範囲を増加するためにイオントラップ質量分析計に通常使用されている。
【００２２】
不安定になったイオンをロッドの1つのセット方向に集束する別の方法は、ロッド12a、12bの間に小さい四重極(解像用)DC電圧を適用することである。これにより、0.908よりわずかに小さいq値においてイオンをX方向に不安定にし、イオンは確実にロッドの1つのセットだけから排出される。なお、a≠0の場合には、最も重いイオンは装置の入り口で不安定になる場合があるので、a≠0において上記質量分析計を操作すると、利用可能な質量範囲がいくぶんか制限される。aの値が高くなるほど、装置を同時に通過することができるイオンの質量範囲は狭くなる。実際には、aを適当な値に設定することは、質量範囲、分解能および検出効率の要件の均衡を保つことである。
【００２３】
別の操作様式では、イオンは装置の前面に保存され、次いでパルス状に注入される。イオンが一定の速度で流入すると、軽いイオンが一番早く不安定点に達し、次に重いイオンが達し、従って、軽いイオンが装置を出る時間が一番早い。イオンが一定のエネルギーで流入する場合には、重いイオンは遅くなり、従って時間分散が増す。時間および空間分散を組み合わせると、質量分解能の改善の助けになる。
【００２４】
本発明により達成されうる質量分解能は、a)検出装置の空間的分解能およびb)質量が同じ全てのイオンは空間の同じ位置に排出されるという仮定に依存する。実際には、イオンが排出される位置には範囲があり、質量分解能の限界となる。
【００２５】
操作特性に与える種々のパラメーターの影響を考慮する。
【００２６】
a)イオンエネルギー拡散：
質量の分解能はΔm/Δzと規定することができる。各イオンは、不安定になって検出装置に到達するのに時間τを必要とするので、イオンエネルギーの任意の拡散は検出装置の空間的位置の拡散に反映される。例えば、質量m1および運動エネルギーE1のイオンは速度v1 = (2E1/m1)1/2を有する。同じ質量m1の別のイオンが運動エネルギーE2および速度v2 = (2E2/m1)1/2を有する場合には、2つのイオンは検出装置の2つの位置z1およびz2に衝突する。位置の差は以下となる：
z1 - z2 = (v1 - v2)τ          [5]
(式中、τはイオンが排出されるのに必要な時間、すなわち、ロッドセットの中心から検出装置まで移動するのに必要な時間：
τ = d/V
= d/(2E/m1)1/2
である)。
【００２７】
τ、v1およびv2を上記の[5]に代入すると以下のようになる：
z1 - z2 = d [(E1 - E2) / E]1/2
式中、dが約10 mm、E1 - E2が約1 eV、イオンが四重極から排出されるエネルギーであるEが約100 eVとすると、Δzは、拡散される1 eVのエネルギーあたり1 mm程度となりうる。0.1 mmより小さい空間分散を得るためには、0.01 eV未満のエネルギー拡散が必要となる。
【００２８】
b)イオンエネルギー
イオンが出る位置はエネルギー依存的であるが、エネルギーが質量依存的ない限り、これは大きな問題ではない。
【００２９】
c)質量範囲：利用可能な総質量範囲(検出することができる最も軽いイオンと最も重いイオンの比) = (r0max/r0min)2。r0max = 12 mm、r0min = 1.2 mm場合には、質量範囲は100倍、すなわち、30〜3000または10〜1000等である。
【００３０】
e)質量分解能：質量分解能はamu/mmに関して表すことができる。上記の[2]から、m = 4eV/q(r0)2ω2。r0が距離に対して線形である場合には(すなわち、r0 = r0max - kz)、Δm/Δz = 2mk/(r0)ではなく差によって示すことができる。例えば、k=0.1である場合に、m/z1000がr0 = 2 mmにおいて排出される場合には、m/z1000において、Δm/Δz = 2*1000(0.1)/2 = 100 amu/mmである。これは、m/z 1000をm/z 1001から分離するためには0.01 mmの空間分解能が必要であることを意味している。m/z 100では、この質量が6.32 mmにおいて排出されると仮定すると、Δm/Δz = 2*100(0.1)/6.32 = 2.8 amu/mmである。
【００３１】
上記の例では、広い質量範囲(100倍程度をカバーする)が必要とされることが仮定されている。これは、流入時の径が流出時の径より10×大きいことを必要としている。ロッドセットのこのような大きなテーパーは、理想的な二次元四重極電界に軸方向の電場および歪みを導入し、達成されうる質量分解能および通過を大きく制限する場合がある。
【００３２】
従って、本発明の別の局面は、狭い質量範囲だけを通過するように質量分析装置を設計することである。例えば、2倍の質量範囲(m/z 50からm/z 100またはm/z 500からm/z 1000)をカバーすることだけが必要である場合には、流入径と流出径の必要な比は1.44程度にすぎない。(20 cmの典型的な長さにわたって)これを提供するのに必要なテーパーは歪みをあまり生じず、良好な分解能および感度を達成することができる。所定のロッド長さについて全体的な質量範囲を減少することによって、amu/mmとして測定される感度は大きく増加されうる。逐次的な範囲をカバーするために一定の電圧シリーズを順に使用することによって広範な質量範囲をカバーすることができ、データシステムにおいて組み合わせることができる。
【００３３】
狭い質量範囲から利点を得ることができる一例は、同位体比測定である。これは、2つ以上の隣接するまたは空間で接近して位置するイオンの強度を高い精度で測定することを必要とする。異なるm/zのイオンをロッドセットの異なる地点で同時に測定するということは、走査式装置を用いて達成されうるものを上回る改善された精度を提供するので、この適用において大きな利点となる。狭い質量範囲(例えば、低い質量値の10%)だけをカバーする必要がある場合には、わずかなテーパーが必要になるだけであり、四重極電界の歪みは問題にならない。
【００３４】
良好な質量分解能を達成するためには、同じm/zの全てのイオンが空間の同じ地点において不安定になること並びにそれらができるだけ迅速にロッドおよび検出装置方向に排出されることが重要である。質量選択的排出を実施するために電圧スキャンを使用する二次元および三次元イオントラップのための方法が設計されており、さらにイオンが不安定地点に達したら不安定になる速度を改善するために小型の高次電場要素が加えられている。これらの高次電場要素は、特定の電極形状および位置によって、またはロッド間に追加の電極を追加することによって、またはRF波形に他の低振幅電気的要素を追加することによって形成することができる。同様の利点は、イオンを装置からより迅速に排出するために、このような追加の電場を加えることによって、記載されている発明において得ることができる。適当な実験および理論的なモデル化を使用して、最適な構成を規定することができる。
【００３５】
さらに最近では、四重極ロッドセットが、通常は高次ロッドセットだけに存在する、例えば、通常六重極、八重極等のロッドセットにだけ形成される他の電場を形成するように、四重極ロッドセットを改善することが提案されている。従って、完全な四重極構成から1つ以上のロッドを慎重にいくぶんか移動させると、高次電場要素を形成することが見出されている。これは、非線形電場を形成するためにも使用することができる。
【００３６】
このような高次および／または非線形電場は数多くの方法で形成することができる。例えば、全てのロッドが同じ断面を有する必要はない。断面は、断面の正確な形状および／またはサイズに関して異なるロッド間で異なってもよい。任意の1つのロッドについては、断面のサイズまたは形状および／または断面の形状はロッドの長さ方向において変わってもよい。
【００３７】
この技法は、質量分析装置10がテーパーのついたロッドを有する本発明に適用可能であるはずであることが考えられる。好適な追加の電場要素を選択することにより、狭いピークが提供され、より良好な質量が選択される。
【００３８】
さらに、他の電場要素を提供することにより効率を改善することができ、排出されたイオンが図2に示すように検出装置16によって検出されるように、望ましい方法、例えば、垂直な平面への排出を促進する。
【００３９】
さらに別の可能性は、イオンビーム18を形作るまたはイオンビーム18を望ましい位置、例えば、分析装置10の軸から中心を離れた位置に導入させる機序または装置を質量分析装置10の上流に提供することである。これは、分析装置10の上流のDC偏向板等によって達成されると思われる。これらのDC偏向板は、RF電場と「同期」すると思われる。任意の特定の目的の分析のために、分析装置10に流入したときイオンビーム18の望ましい特徴を測定するために、分析装置10から生ずる理論的な算出を実施することが可能になるはずである。
【００４０】
イオンが最初に注入のための軸に集束される場合には、イオンビームはイオンの狭いビームではなく、軸から拡散された断面を有する空間分布を有するビームであることが注目される。この空間分布は、イオンが長さ方向に移動するとさらに拡大される。所定のm/zについては、軸に対する位置が異なることにより、一部のイオンが不安定になり、他のイオンより早く排出されるので、これにより分解能が低下すると思われる。イオンが軸の中心からそれて注入されるようにイオンのビームを「操縦する」ことによって、イオンは早く不安定になり(早く排出される)、結果として最初の空間分布の影響は問題とならない。
【００４１】
イオンビームを軸の中心からそらすことによって、長さ(mm)の関数としてのamuの関係を「再較正する」ことが必要にあると思われる。これは、イオンビームの時期、中心から外れる位置およびRF電場を一定または既知の値になるように確実に制御することによって実施される。例えば、イオンビームの時期を選ぶことが必要になることがあり、その結果、イオンはRFの特定の時期にイオンガイドに注入される。すなわち、各グループのイオンが同じ時期に注入されるように、イオンビーム注入はRFの位相と「同期する」ようにパルス化される。追加としてまたは別の方法として、イオンが注入される中心軸に対する位置はRFシグナルの関数として変更することができる。
【００４２】
本発明の検出装置は、イオンシグナルの強度とイオンが受容される軸の位置(z座標)の両方を検出しなければならない。種々の種類のアレイ検出装置を使用することができ、質量分析計の分野において既知である。このようなアレイ検出装置は、出口面に空間分散を提供する磁場型質量分析計と共に使用される。長方形の電荷結合アレイを使用することができる1つ種類の検出装置がある。このアレイの個々のコレクタは、1辺が10マイクロメーター程度の長さしかなくてもよい。幅5 mm、長さ20 cmとすると、合計500×20,000の個々の検出装置またはピクセルが利用可能であると思われる。別個のコレクタは各々100イオン程度を検出することができる。1秒の何分の1(例えば、100 ms)についてイオン電流を測定すると、各コレクタの内容が読み取られ、質量スペクトルに対応する位置および強度の測定値を提供することができる。
【００４３】
さらに、アレイ検出装置に検出される前にイオンの強度を最初に増幅するように、マイクロチャネルプレートをスロットと検出装置の間に位置付けることができる。マイクロチャネルプレートのチャネル密度に応じて、アレイ検出装置の別個のセグメントは各々プレートの1つ以上の別個のチャネルに接続されると思われる。
【００４４】
別の種類のアレイ検出装置は、シグナルが装置の側面のセンサーに到達する時間遅延を測定することによって表面に衝突する個々のイオンの位置を測定することができるものである。
【００４５】
以下に詳細に記載するように、本発明の質量分析装置10を組込むことができる、参照番号20によって一般に示す従来の三連四重極質量分析計が示されている図3をここで参照する。イオン源22、例えば、エレクトロスプレーイオン源は、カーテンプレート24に向かうイオンを発生する。カーテンプレート24の後方には、開口部プレート26が存在し、既知の方法で開口部を規定する。
【００４６】
カーテンチャンバー28がカーテンプレート24と開口部プレート26の間に形成され、カーテンガスの流動が、質量分析計の分析セクションへの望ましくない中性分子の流動を低下させる。
【００４７】
開口部プレート26の後方には、スキマープレート30が存在する。中間圧力チャンバー32が開口部プレート26とスキマープレート30の間に形成され、このチャンバー内の圧力は、典型的には、2 Torr程度である。
【００４８】
イオンは、スキマープレート30を通過して、34で示す質量分析計の第1のチャンバーに流入する。四重極ロッドセットQ0は、イオンを収集し、集束するためにこのチャンバー34に提供されている。このチャンバー34はイオン流から溶媒の残りを抽出する作用をし、典型的には、7 mTorrの圧力で作動する。それは、質量分析計の分析セクションに界面を提供する。
【００４９】
最初のインタークアド（interquad）バリヤーまたはレンズIQ2は、質量分析計のメインチャンバー36とチャンバー34を分離し、イオンのための開口部を有する。インタークアドバリヤーIQ1に隣接して、短い「ずんぐりした」ロッドセットまたはブルベイカー（Brubaker）レンズ38が存在する。
【００５０】
第1の質量分解用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ー36に提供されている。ロッドセットQ1の後方に、第2の四重極ロッドセットQ2を有する衝突セル40が存在し、衝突セル40の後方に、第2の質量分析段階を実施するための第3の四重極ロッドセットQ3が存在する。
【００５１】
最後すなわち第3の四重極ロッドセットQ3はメイン四重極チャンバー36に位置し、典型的には1×10-5 Torrの圧力がかけられている。示されるように、第2の四重極ロッドセットQ2は、高圧で維持されうるように既知の方法で衝突セル40を形成する囲い内に備えられ、この圧力は分析対象物依存的で、5 mTorrであってもよい。インタークアドバリヤーまたはレンズIQ2およびIQ3は、衝突セル40の囲いの両側の末端部に提供されている。
【００５２】
Q3を出たイオンは、出口レンズ42を通過して検出装置44に達する。図3に表すものは略図であり、装置を完成させるために種々の追加の要素を提供してもよいことは当業者に理解される。例えば、ACおよびDC電圧を装置の種々の要素に送達するためには種々の電源が必要である。また、記載する望ましいレベルに圧力を維持するためにはポンプ配列またはスキームが必要である。
【００５３】
示されるように、電源46は、第1の四重極ロッドセットQ1にRFおよびDC分解電圧を供給するために提供されている。同様に、第2の電源48は、ロッドセットQ3からのイオンを軸方向にスキャンするために、第3の四重極ロッドセットQ3に駆動RFおよび補助AC電圧を供給するために提供されている。衝突ガスは、50で示すように、望ましい圧力を維持するために衝突セル30に供給され、RF電源は衝突セル40内のQ2にも接続されてもよい。
【００５４】
本発明は、タンデム質量分析計において、図3に示すものなどの要素として使用することができる。例えば、それは、三連四重極装置20にQ3を交換して、第2の質量分析計として使用することができ、衝突セルからのフラグメントイオンの連続的で効率的な測定を提供する。他のフラグメント化方法(表面誘起フラグメント化、光誘起フラグメント化、電子捕獲解離など)を使用することができる。
【００５５】
本発明は、イオン移動装置の次に衝突セルが位置し、フラグメントイオンの質量スペクトルが記載されている空間分散四重極10(このような装置は、内容が参照として本明細書に組み入れられている米国特許出願第10/004,800号に開示されている)で測定される構成でも使用することができる。イオン移動装置の分離時間は通常の走査型質量分析計には速すぎて、各移動ピークの十分なスキャンを記録できないので、これは特定の利点を有する。記載されている本発明では、質量スペクトルは連続且つ同時に記録されるのでスキャン-速度の限界はない。
【００５６】
要約すると、本発明の利点は、走査しないで質量スペクトルが得られ、その結果感度が走査型装置(質量範囲に依存する)より10×から100×改善される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る検出装置を有するロッドセットの断面図である。
【図２】図1のロッドセットの一方の端から見た、軸を横切る方向の断面図である。
【図３】本発明の導入箇所を示すための、従来の三連四重極質量分析計の略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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