(57)【要約】質量分析計の電界内で、比較的高い分解能と効率でイオンをフラグメント化するための方法と装置である。この技術は、好ましくはバックグラウンド・ガスすなわち中性ガスの圧力が１０−５トル程度である直線イオン・トラップ内にイオンをトラップすることを含む。トラップされたイオンを、比較的長い期間（例えば、５０ｍｓ超）、比較的低い励起レベル（例えば、１ボルト（０−ｐｋ）未満）で適度に励起する。この技術により、イオンを高い識別度で選択的に解離することができる。イオンをトラップするのに用いられる四重極ＲＦ電界に高次の多重極電界を重ねることにより高いフラグメンテーション効率を達成することができる。多重極電界（好ましくは八重極電界）は、トラップの周辺で共振的に励起されたイオンの半径方向の振動運動を減衰させる。これによりイオンがトラップから半径方向に放出する確率を低くして、衝突誘起解離の確率を高くする。
2005522845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンをフラグメント化する方法であって、
約９ｘ１０−５トルより低い圧力の中性バックグラウンド・ガスが存在する環境内に置かれまたは環境を形成するイオン・トラップ内にイオンをトラップし、
選択されトラップされたイオンに交番ポテンシャルを与えることによりイオンを共振的に励起して、前記トラップされたイオンの少なくとも一部分の衝突誘起解離を促進し、
前記トラップの周辺に近づく前記共振的に励起され選択されたイオンの振動運動を減衰させて、前記選択されたイオンが前記トラップから放出される確率を低くする、
イオンをフラグメント化する方法。
【請求項２】
前記圧力は約１ｘ１０−５トルから約９ｘ１０−５トルの範囲内にある、請求項１記載のイオンをフラグメント化する方法。
【請求項３】
前記励起期間は約２５ｍｓから約２０００ｍｓの範囲内にある、請求項１記載のイオンをフラグメント化する方法。
【請求項４】
前記励起期間は約５０ｍｓから約５５０ｍｓの範囲内にある、請求項３記載のイオンをフラグメント化する方法。
【請求項５】
前記選択されトラップされたイオンに最大１ボルト（０−ｐｋ）の交番ポテンシャルを与える、請求項１記載のイオンをフラグメント化する方法。
【請求項６】
前記選択されトラップされたイオンに最大５５０ｍＶ（０−ｐｋ）の交番ポテンシャルを与える、請求項５記載のイオンをフラグメント化する方法。
【請求項７】
前記交番ポテンシャルは、トラッピング電界に対して選択されたイオンの基本共振周波数に実質的に等しい周波数成分を有する、請求項１記載のイオンをフラグメント化する方法。
【請求項８】
イオンをフラグメント化する方法であって、
イオンに実質的に四重極ＲＦポテンシャルを与えることにより、約９ｘ１０−５トルより低いバックグラウンド・ガス圧力が存在する環境内に置かれた直線イオン・トラップ内にイオンをトラップし、
前記トラップされたイオンを振り分ける少なくとも一組の極に補助交番励起信号を約２５ミリ秒を超える期間与えることにより、選択されたｍ／ｚ値のトラップされたイオンを共振的に励起して、前記選択されたイオンの衝突誘起解離を促進し、
前記トラップの半径方向周辺に近づく前記共振的に励起され選択されたイオンの振動運動を減衰させて、前記選択されたイオンが前記トラップから放出される確率を低くする、
イオンをフラグメント化する方法。
【請求項９】
前記減衰させることは前記四重極ＲＦポテンシャルを作るのに用いられる電極間に追加の電極を導入することにより行う、請求項８記載のイオンをフラグメント化する方法。
【請求項１０】
前記直線イオン・トラップは一連の極で構成し、前記トラップの前記追加の電極と前記極との間にＤＣ電圧ポテンシャルが存在する、請求項９記載のイオンをフラグメント化する方法。
【請求項１１】
前記ＤＣ電圧ポテンシャルは前記選択されたイオンのｍ／ｚ値に従って変わる、請求項１０記載のイオンをフラグメント化する方法。
【請求項１２】
前記選択されトラップされたイオンに最大１ボルト（０−ｐｋ）の補助交番ポテンシャルを与える、請求項９記載のイオンをフラグメント化する方法。
【請求項１３】
前記選択されトラップされたイオンに最大５５０ｍＶ（０−ｐｋ）の補助交番ポテンシャルを与える、請求項１２記載のイオンをフラグメント化する方法。
【請求項１４】
前記励起信号は前記四重極電界またはその高調波に対して選択されたイオンの基本励起周波数に実質的に等しい周波数を有する、請求項９記載のイオンをフラグメント化する方法。
【請求項１５】
前記フラグメント化されたイオンを質量分析してマス・スペクトルを得ることを含む、請求項９記載のイオンをフラグメント化する方法。
【請求項１６】
イオンのストリームを質量分析する方法であって、
（ａ）イオンのストリームに第１の質量濾過ステップを行って、第１の所望の範囲内の或る質量対電荷比を有する前駆イオンを選択し、
（ｂ）実質的に四重極のＲＦトラッピング電界に高次の多重極電界を重ねた直線イオン・トラップ内に前記前駆イオンをトラップし、
（ｃ）１０−５トルより低いバックグラウンド・ガス圧力の下で約２５ミリ秒を超える励起期間、選択されトラップされた前駆イオンに補助交番ポテンシャルを与えることにより四重極電界内の前記選択されたイオンを共振的に励起してフラグメント・イオンを生成し、
（ｄ）前記トラップされたイオンを質量分析してマス・スペクトルを生成する、
イオンのストリームを質量分析する方法。
【請求項１７】
前記高次の電界は前記直線イオン・トラップの中心縦軸付近の全ポテンシャルに対する寄与が比較的小さい、請求項１６記載のイオンのストリームを質量分析する方法。
【請求項１８】
前記選択されトラップされたイオンに最大１Ｖ（０−ｐｋ）の補助交番ポテンシャルを与える、請求項１７記載のイオンのストリームを質量分析する方法。
【請求項１９】
前記選択されトラップされたイオンに最大５５０ｍＶ（０−ｐｋ）の補助交番ポテンシャルを与える、請求項１８記載のイオンのストリームを質量分析する方法。
【請求項２０】
ステップ（ｄ）の前に、
前記トラップされたイオンに第２の質量濾過ステップを行って、第２の望ましい範囲内のｍ／ｚ値を有するイオンを分離し、
ステップ（ｃ）を繰り返す、
ことを含む、請求項１７記載のイオンのストリームを質量分析する方法。
【請求項２１】
イオンのストリームを質量分析する方法であって、
（ａ）イオンのストリームに第１の質量濾過ステップを行って、第１の所望の範囲内の或る質量対電荷比を有する前駆イオンを選択し、
（ｂ）前記前駆イオンを衝突セル内でフラグメント化して第１世代のフラグメント・イオンを作り、
（ｃ）全ての解離されない前駆イオンと前記第１世代のフラグメント・イオンとを直線イオン・トラップ内にトラップし、前記直線イオン・トラップ内では実質的に四重極のＲＦ交番電界に高次の多重極電界を重ねることによりイオンをトラップし、
（１）前記トラップされたイオンに第２の質量濾過ステップを行って、第２の所望の  範囲内の或るｍ／ｚ値を有するイオンを分離し、
（２）９ｘ１０−５トルより低いバックグラウンド・ガス圧力の下で約２５ミリ秒を  超える励起期間、選択された第１世代のイオンに補助交番ポテンシャルを与えることに
より四重極電界内の前記選択されたイオンを共振的に励起して第２世代のフラグメント  ・イオンを生成し、
（ｄ）前記トラップされたイオンを質量分析してマス・スペクトルを生成する、
イオンのストリームを質量分析する方法。
【請求項２２】
前記高次の電界は前記直線イオン・トラップの中心縦軸付近の全ポテンシャルに対する寄与が比較的小さい、請求項２１記載のイオンのストリームを質量分析する方法。
【請求項２３】
前記選択されトラップされたイオンに最大１Ｖ（０−ｐｋ）の補助交番ポテンシャルを与える、請求項２２記載のイオンのストリームを質量分析する方法。
【請求項２４】
前記励起期間は約５０ｍｓから約２０００ｍｓの範囲内にある、請求項２３記載のイオンのストリームを質量分析する方法。
【請求項２５】
前記選択されトラップされたイオンに最大５５０ｍＶ（０−ｐｋ）の補助交番ポテンシャルを与える、請求項２４記載のイオンのストリームを質量分析する方法。
【請求項２６】
前記励起期間は約５０ｍｓから約５５０ｍｓの範囲内にある、請求項２５記載のイオンのストリームを質量分析する方法。
【請求項２７】
ステップ（ｃ）（１）と（ｃ）（２）とを繰り返して次の世代のフラグメント・イオンを生成する、請求項２１記載のイオンのストリームを質量分析する方法。
【請求項２８】
イオンのストリームを質量分析する方法であって、
（ａ）イオンのストリームに第１の質量濾過ステップを行って、第１の所望の範囲内の或る質量対電荷比を有する前駆イオンを選択し、
（ｂ）前記前駆イオンを衝突セル内でフラグメント化して第１世代のフラグメント・イオンを作り、
（ｃ）全ての解離されない前駆イオンと前記第１世代のフラグメント・イオンとを直線イオン・トラップ内にトラップし、前記直線イオン・トラップ内では実質的に四重極のＲＦ交番電界に高次の多重極電界を重ねることによりイオンをトラップし、
（１）前記トラップされたイオンに第２の質量濾過ステップを行って、第２
の所望の範囲内の或るｍ／ｚ値を有するイオンを分離し、
（２）約２５ミリ秒を超える励起期間、前記トラップされたイオンを振り分
ける少なくとも一組の電極に約１Ｖ（０−ｐｋ）より小さい振幅を有する交番励起信号
を与えることにより、四重極電界内の或る選択されたｍ／ｚ値のトラップされ
たイオンを共振的に励起して、前記選択されたイオンの衝突誘起解離を促進し、
（ｄ）前記トラップされたイオンを質量分析してマス・スペクトルを生成する、
イオンのストリームを質量分析する方法。
【請求項２９】
前記高次の電界は前記直線イオン・トラップの中心縦軸付近の全ポテンシャルに対する寄与が比較的小さい、請求項２８記載のイオンのストリームを質量分析する方法。
【請求項３０】
質量分析計であって、
実質的に四重極のＲＦトラッピング電界を生成するための四重極ロッド・セットと、前記トラッピング電界に高次の多重極電界を重ねるための一組の追加の電極とを有する直線イオン・トラップと、
前記トラップ内に約９ｘ１０−５トルより低い圧力のバックグラウンド・ガスを与えるための手段と、
イオンを前記トラップ内に導入するための手段と、
共振励起信号を与えて、選択されたイオンの衝突誘起解離を促進するための手段と、
前記トラップされたイオンを質量分析してマス・スペクトルを生成するための手段と、
を備える質量分析計。
【請求項３１】
前記四重極ロッド・セットのロッドと前記追加の電極との間に或るＤＣ電圧ポテンシャルが存在する、請求項３０記載の質量分析計。
【請求項３２】
前記ＤＣ電圧ポテンシャルは選択された共振的に励起されたイオンのｍ／ｚ値に従って変わる、請求項３１記載の質量分析計。
【請求項３３】
前記選択されトラップされたイオンに、約１Ｖ（０−ｐｋ）を超えない前記励起信号からの交番ポテンシャルを２５ｍｓを超える期間与える、請求項３０記載の質量分析計。
【請求項３４】
前記選択されトラップされたイオンに、５５０ｍＶ（０−ｐｋ）の最大振幅を有する交番ポテンシャルを５５０ｍｓより少ない期間与える、請求項３３記載の質量分析計。
【請求項３５】
前記四重極ロッド・セットのロッドの間に４個の追加の電極を挿入して八重極電界を近似する、請求項３０記載の質量分析計。
【請求項３６】
前記追加の電極はテーパ付きまたはテーパなしのステム部を有するＴ型電極である、請求項３１記載の質量分析計。
【請求項３７】
質量分析計であって、
実質的に四重極のＲＦトラッピング電界を生成するための手段と、前記トラッピング電界に高次の多重極電界を重ねるための手段とを含む直線イオン・トラップと、
前記トラップ内に約９ｘ１０−５トルより低い圧力のバックグラウンド・ガスを与えるための手段と、
イオンを前記トラップ内に導入するための手段と、
共振励起信号を与えて、選択されたイオンの衝突誘起解離を促進するための手段と、
前記トラップされたイオンを質量分析してマス・スペクトルを生成するための手段と、
を備える質量分析計。
【請求項３８】
前記トラップ内にトラップされ選択されたイオンに、約１Ｖ（０−ｐｋ）を超えない前記励起信号からの交番ポテンシャルを約２５ｍｓを超える期間与える、請求項３７記載の質量分析計。
【請求項３９】
イオンを半径方向に抑制するための少なくとも４個の平面または曲面の電極と、イオンを軸方向に抑制するための少なくとも２個の電極とを有するペニング・トラップにおいて、改善の内容は、全ての２個の隣接する半径方向に抑制する電極の間に挿入された少なくとも１個の追加電極と、各追加の電極と前記隣接する半径方向に抑制する電極との間にＤＣポテンシャル電圧を確立する電圧発生器とを含む、ペニング・トラップ。
【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、米国暫定特許出願第６０／３７０，２０５号、２００２年４月５日出願、「低圧イオン・トラップ内の共振励起によるイオンのフラグメンテーション（Fragmentation of Ions by Resonant Excitation in a Low Pressure Ion Trap）」からの優先権を請求する。
【０００２】
本発明は質量分析計に関するもので、特に比較的高い効率と識別とでイオンをフラグメント化することが可能な質量分析計に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
タンデム質量分析技術では、一般に質量分析計内で物理的な変化を受けたイオンを検出する。多くの場合、物理的変化は、選択された前駆イオンすなわち親イオンを解離すなわちフラグメント化して、得られたフラグメント・イオンすなわち子イオンのマス・スペクトルを記録することを含む。フラグメント・イオンのマス・スペクトル内の情報は前駆イオンすなわち親イオンの構造を解明するのに有用な助けであることが多い。例えば、質量分析／質量分析（ＭＳ／ＭＳすなわちＭＳ２）スペクトルを得るのに用いられる一般的方法では、選択された前駆イオンすなわち親イオンを適当なｍ／ｚ分析計で分離し、前駆イオンすなわち親イオンを中性ガスと活発に衝突させて解離を誘発し、最後にフラグメント・イオンすなわち子イオンを質量分析してマス・スペクトルを生成する。
【０００４】
別の段のＭＳを上述のＭＳ／ＭＳ方式に追加してＭＳ／ＭＳ／ＭＳすなわちＭＳ３を作ることができる。この追加の段は解離経路を解明するのに非常に有用である。特に、ＭＳ２スペクトル内に多くのフラグメント・イオン・ピークを含む場合か、またはほとんど構造情報を持たない一次フラグメント・イオンが圧倒的に多い場合に有用である。ＭＳ３は一次フラグメント・イオンを分解して、しばしば注目の情報を作る追加のすなわち二次のフラグメント・イオンンを生成する。実際に、この方法をｎ回行うとＭＳｎスペクトルが得られる。
【０００５】
一般に、イオンは何らかの形の衝突セル内で不活性ガスと衝突してフラグメント化する、すなわち解離する。解離は、高い軸方向エネルギーでイオンをセル内に導入するかまたは外から励起を与えることにより誘発される。例えば、２０００年６月８日付、ダグラス（Douglas）他の、ＷＩＰＯ発行のＷＯ００／３３３５０を参照していただきたい。
【０００６】
ダグラスはトリプル四重極質量分析計を開示している。中央の四重極はイオンをトラップするための比較的高圧の衝突セルを形成する。これにより、共振励起技術を用いて、選択されたイオンを分離してフラグメント化することができる。ダグラスの装置の問題は、衝突セル内で特定のイオンを分離してフラグメント化する能力が比較的低いことである。これを補償するため、ダグラスは第１の四重極を質量フィルタとして用いて、前駆イオンを選択するときの分解能を高くしている。これにより、ＭＳ２スペクトルを比較的高い精度で記録することができる。しかしＭＳ３（またはより高次の）スペクトルを作るには、分解能が制限される衝突セル内で分離とフラグメンテーションとを行わなければならない。
【発明の開示】
【０００７】
概して言えば、本発明は比較的高い分解能でイオン・トラップ内のイオンをフラグメント化する方法と装置とを与える。これを行うには、トラップ内の不活性ガスすなわちバックグラウンド・ガスを従来の衝突セルより低い圧力に保持する。トラップ内の圧力は１０−４トル以下の程度で、好ましくは１０−５トル程度である。トラップされたイオンは、比較的低い励起振幅で比較的長い期間（好ましくは２５ｍｓ超）共振的に励起される。これにより、比較的高い識別度でイオンを選択的に解離すなわちフラグメント化することができる。例えば、ｍ／ｚ＝６０９で、少なくとも約１ｍ／ｚの識別が得られる。
【０００８】
本発明の１つの形態では物質を分析する方法を与える。この方法は、（ａ）約９ｘ１０−５トルより低いバックグラウンド・ガス圧力を有するイオン・トラップを設け、（ｂ）物質をイオン化してイオンのストリームを作り、（ｃ）イオン・ストリームの少なくとも一部をトラップ内にトラップし、（ｄ）選択されトラップされたイオンを共振的に励起して、選択されたイオンの衝突誘起解離を促進し、（ｅ）次に、トラップされたイオンを分析してマス・スペクトルを生成する。好ましくは、共振励起はイオンに交番ポテンシャルを約２５ｍｓを超える励起期間与えて行うことを含む。
【０００９】
本発明の別の形態では、イオンをフラグメント化する方法を与える。この方法は、（ａ）イオンにＲＦ交番ポテンシャルを与えることにより、１０−５トル程度の圧力のバックグラウンド・ガスが存在する環境内に置かれたイオン・トラップ内にイオンをトラップし、（ｂ）トラップされたイオンを振り分ける（ｓｔｒａｄｄｌｅ）少なくとも一組の極に補助交番励起信号を約２５ミリ秒を超える期間与えることにより、選択されたｍ／ｚ値のトラップされたイオンを共振的に励起して、選択されたイオンの衝突誘起解離を促進することを含む。
【００１０】
本発明の別の形態では、イオンのストリームを質量分析してＭＳ２スペクトルを得る方法を与える。この方法は、（ａ）イオンのストリームに第１の質量濾過ステップを行って、第１の所望の範囲内の或る質量対電荷比を有する前駆イオンを選択し、（ｂ）この前駆イオンにＲＦ交番ポテンシャルを与えてイオンを直線イオン・トラップ内にトラップし、（ｃ）１０−５トル程度のバックグラウンド・ガス圧力の下で約２５ミリ秒を超える励起期間、トラップされた前駆イオンに補助交番ポテンシャルを与えることによりイオンを共振的に励起してフラグメント・イオンを生成し、（ｄ）トラップされたイオンを質量分析してマス・スペクトルを生成することを含む。
【００１１】
本発明の更に別の形態では、イオンのストリームを質量分析してＭＳ３スペクトルを得る方法を与える。この方法は、（ａ）イオンのストリームに第１の質量濾過ステップを行って、第１の所望の範囲内の或る質量対電荷比を有する前駆イオンを選択し、（ｂ）この前駆イオンを衝突セル内でフラグメント化して第１世代のフラグメント・イオンを作り、（ｃ）全ての解離されない前駆イオンと第１世代のフラグメント・イオンとにＲＦ交番ポテンシャルを与えることによりイオンを直線イオン・トラップ内にトラップし、トラップされたイオンに第２の質量濾過ステップを行って、第２の所望の範囲内の或るｍ／ｚ値を有するイオンを分離し、１０−５トル程度のバックグラウンド・ガス圧力の下で約２５ミリ秒を超える励起期間、第１世代のイオンの少なくとも一部に補助交番ポテンシャルを与えることによりイオンを共振的に励起して第２世代のフラグメント・イオンを生成し、（ｄ）トラップされたイオンを質量分析してマス・スペクトルを生成する、ことを含む。
【００１２】
本発明の更に別の形態では質量分析計を与える。質量分析計はイオンを空間的にトラップするための直線イオン・トラップを含む。少なくとも一組の極は、トラップされたイオンの少なくとも一部を振り分ける。極はイオン・トラップの構造の一部を形成してもよいし、または外部の極として設けてもよい。トラップ内のバックグラウンド・ガスの圧力は約９ｘ１０−５トルより低い。イオンをトラップ内に導入するための手段を設ける。交流電圧源は少なくとも一組の極に共振励起信号を約２５ミリ秒を超える期間与えて、選択されたイオンの衝突誘起解離を促進する。トラップされたイオンを質量分析してマス・スペクトルを生成するための手段も設ける。
【００１３】
本発明の更に別の形態では、シーケンスに配列された第１、第２、第３の四重極ロッド・セットを含む四重極質量分析計を与える。第１の四重極ロッド・セットは選択されたイオンを分離するためのものである。第２の四重極ロッド・セットは、第１および第２のロッド・セット内よりかなり高いバックグラウンド・ガス圧力を有する衝突室内に置く。第３の四重極ロッド・セットは直線イオン・トラップとして形成して、トラップされたイオンの少なくとも一部を振り分ける少なくとも一組の極を含む。トラップは約９ｘ１０−５トルより低いバックグラウンド・ガス圧力を有する。少なくとも１組の極に共振励起信号を約２５ミリ秒を超える期間与えるために交流電圧源を設け、選択されたイオンの衝突誘起解離を促進する。この装置はトラップされたイオンを質量分析してマス・スペクトルを生成するための手段を含む。
【００１４】
最も好ましい実施の形態では、約５０ミリ秒（ｍｓ）から約２０００ｍｓの期間共振励起信号を与える。共振励起信号または交番ポテンシャルの最大振幅は、好ましくは約１Ｖ（０−ｐｋ）に限定する。ただし、後で起こるイオン放出の程度などの種々の要因によりこの値は変わってよい。詳細は後で説明する。
【００１５】
本発明の別の広い形態では、イオンをトラップするのに用いられる電界に高次の補助電界を重ねることによりフラグメンテーション効率を高めてよい。補助電界（直線イオン・トラップ内のＲＦ四重極電界を用いてイオンをトラップする場合の八重極電界など）は、トラップの半径方向周辺に近づく共振的に励起されたイオンの振動運動を減衰させる。これにより、イオンがトラップから半径方向に放出する確率が低くなり、衝突誘起解離の確率が、したがってフラグメンテーション効率が高くなる。
【００１６】
本発明の１つの形態では、イオンをフラグメント化する方法を提供する。この方法は、（ａ）約９ｘ１０−５トルより低い圧力のバックグラウンド・ガスが存在する環境内に置かれまたは環境を形成するイオン・トラップ内にイオンをトラップし、（ｂ）選択されトラップされたイオンに交番ポテンシャルを与えることによりイオンを共振的に励起して、トラップされたイオンの少なくとも一部の衝突誘起解離を促進し、（ｃ）トラップの周辺の共振的に励起され選択されたイオンの振動運動を減衰させて、選択されたイオンがトラップから放出する確率を低くする。
【００１７】
好ましくは、追加の極を導入してトラッピング電界に高次の電界を重ねることにより減衰を与える。好ましい実施の形態では、トラップは直線イオン・トラップであり、トラッピング電界はＲＦ四重極電界であり、高次の電界は、好ましくはトラップの中心縦軸付近のイオンが受ける全電圧の中の比較的少量だけ与える。
【００１８】
本発明の別の形態では直線イオン・トラップを与える。このトラップは、実質的に四重極のＲＦトラッピング電界を生成するための手段と、ＲＦトラッピング電界に高次の多重極電界を重ねるための手段と、トラップ内に約９ｘ１０−５トルより低い圧力のバックグラウンド・ガスを与えるための手段と、トラップ内にイオンを導入するための手段と、共振励起信号を与えて、選択されたイオンの衝突誘起解離を促進するための手段と、トラップされたイオンを質量分析してマス・スペクトルを生成するための手段とを含む。
【実施例】
【００１９】
図１は第１の実施の形態に係る質量分光装置１０を示す。周知のように、装置１０はイオン源１２を含む。これは電子スプレイ、イオン・スプレイ、コロナ放電装置、または任意の他の周知のイオン源でよい。イオン源１２からのイオンはアパーチャ・プレート１６内のアパーチャ１４を通って送られる。プレート１６の反対側にカーテン・ガス室１８があり、カーテン・ガスがガス源（図示しない）からこれに供給される。カーテン・ガスは、コーネル研究基金（Cornell Research Foundation Inc.）の米国特許第４，８６１，９８８号に記述されているように、アルゴンや窒素やその他の不活性ガスでよい。上記特許は適当なイオン・スプレイ装置も開示している。この特許の内容をここに援用する。
【００２０】
次に、イオンはオリフィス・プレート２０内のオリフィス１９を通って、差動ポンプで排気される真空室２１に入る。次にイオンはスキマ・プレート２４内のアパーチャ２２を通って、差動ポンプで排気される第２の室２６に入る。一般に差動ポンプで排気される室２１内の圧力は１トルまたは２トル程度であり、差動ポンプで排気される第２の室２６（質量分析計の第１室と見なされることが多い）は約７ミリトルまたは８ミリトルの圧力まで真空排気される。
【００２１】
室２６内に、従来のＲＦ専用の多重極イオン・ガイドＱ０がある。その機能はイオンを冷却して収束させることであって、室２６内にある比較的高いガス圧力により助けられる。室２６は、大気圧のイオン源１２と低圧真空室との間のインターフェースとしての役目もあり、次の処理の前にイオン・ストリームから多くのガスを除去する働きをする。
【００２２】
インターカッド（interquad）アパーチャＩＱ１は室２６と第２の主真空室３０とを分離する。第２の室３０内に、ブルベーカ（Brubaker）レンズとして働くＳＴ（スタッビーズ（stubbies）の略で、軸長の短いロッドであることを示す）と書かれているＲＦ専用のロッドがある。四重極ロッド・セットＱ１は、約１トルから３ｘ１０−５トルに真空排気された真空室３０内にある。第２の四重極ロッド・セットＱ２は、３４から衝突ガスを供給される衝突セル３２内にある。衝突セル３２は、トムソン（Thomson）とジョリフェ（Jolliffe）の米国特許第６，１１１，２５０号に教示されているように出口端に向かって軸方向電界を形成するよう設計する。上記特許の全内容をここに援用する。セル３２は室３０内にあり、両端にインターカッド・アパーチャＩＱ２，ＩＱ３を含み、一般に約５ｘ１０−４トルから１０−２トルの範囲の圧力に、より好ましくは約５ｘ１０−３トルから１０−２トルの圧力に保たれる。Ｑ２の後に、３５で示す第３の四重極ロッド・セットＱ３と、出口レンズ４０とがある。Ｑ３の向かい合うロッドの間隔は好ましくは約８．５ｍｍであるが、他の間隔も考えられ、また実際に用いられる。好ましくはロッドの断面は円であり、完全な双曲プロフィールを有していない。Ｑ３領域内の圧力は通常はＱ１の圧力と同じで、１トルから３ｘ１０−５トルである。出口レンズ４０から出るイオンを検出するための検出器７６を設ける。
【００２３】
ＲＦ用電源３７と、ＲＦ／ＤＣ用電源３６と、ＲＦ／ＤＣおよび補助ＡＣ用電源３８とを設けて、四重極Ｑ０、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３に接続する。Ｑ０はＲＦ専用の多重極イオン・ガイドとして動作し、その機能は米国特許第４，９６３，７３６号に教示されているようにイオンを冷却して収束させることである。上記特許の内容をここに援用する。Ｑ１は標準の分解ＲＦ／ＤＣ四重極である。ＲＦ電圧とＤＣ電圧とは、注目の前駆イオンまたは或る範囲のイオンだけをＱ２に送るように選択される。Ｑ２はガス源３４から衝突ガスを供給され、前駆イオンを解離すなわちフラグメント化して第１世代のフラグメント・イオンを作る。Ｑ３は修正直線イオン・トラップとして動作し、イオンをトラップすることに加えて、選択されたイオンを分離してフラグメント化するのにも用いられる。これについては後で詳細に説明する。次に、軸方向放出技術を用いて、質量に依存してイオンをＱ３からスキャンアウトする。
【００２４】
例示の実施の形態では、イオン源１２からのイオンは真空室３０に送られる。必要であれば、この技術で周知のように四重極ロッド・セットに印加されるＲＦ＋ＤＣ電圧を操作してＱ１で前駆イオンｍ／ｚ（または質量対電荷比の範囲）を選択してよい。前駆イオンを選択した後、Ｑ１とＱ２との間の適当な電圧降下によりイオンを加速してＱ２内に送り、米国特許第５，２４８，８７５号に教示されているようにフラグメンテーションを誘発させる。上記特許の内容をここに援用する。フラグメンテーションの程度は、衝突セルＱ２内の圧力とＱ１とＱ２との間のポテンシャル差とにより、部分的に制御することができる。例示の実施の形態では、Ｑ１とＩＱ２との間には約１０−１２ボルトのＤＣ電圧降下が存在する。
【００２５】
第１世代のフラグメント・イオンは解離されない前駆イオンと共に、その運動量と、Ｑ２とＱ３との間の周囲圧力勾配とにより、Ｑ３内に運ばれる。出口レンズ４０に阻止ポテンシャルがあって、イオンが脱出するのを防ぐ。適当な充填時間の後ＩＱ３に阻止ポテンシャルを与えて、直線イオン・トラップとして機能するＱ３内に前駆イオンと第１世代のフラグメント・イオンとをトラップする。
【００２６】
Ｑ３内にトラップされると、前駆イオンと第１世代のフラグメント・イオンとは質量分離されて特定のｍ／ｚ値またはｍ／ｚ範囲を選択する。次に、選択されたイオンを後で詳細に説明するようにＱ３の低圧環境内で共振的に励起して、第２世代のフラグメント・イオン（すなわち、フラグメントのフラグメント）を作ってもよいし、または選択された前駆イオンをフラグメント化してもよい。次に、イオンを直線イオン・トラップから質量選択的にスキャンアウトして、Ｑ３内で解離されるのが第１世代のフラグメントか前駆イオンかに従って、ＭＳ３またはＭＳ２スペクトルを生成する。また、分離またはフラグメント化のサイクルを１回以上行ってＭＳｎスペクトル（ｎ＞３）を生成してよいことが認識される。
【００２７】
後で詳細に説明するように、Ｑ３の低圧環境内でイオンを分離してフラグメント化する選択性すなわち分解能は多くの目的に対して十分高い。したがって、前駆イオンを分離するのに用いられるＱ１は、望ましければ省略してよいことが理解される。なぜなら、分解能は同じ程度ではないが、この作用はＱ３で行ってよいからである。同様に、Ｑ２衝突セルを省略してもよい。なぜなら、イオンをフラグメント化するステップは、Ｑ２内よりはるかに高い分解能で直線トラップＱ３の領域内で完全に行うことができるからである。実際のところ、イオン源に適切に結合した直線イオン・トラップを用いてＭＳ２、ＭＳ３またはより高いスペクトルを生成することができる。
【００２８】
図２はＱ３内で与えられる波形のタイミング図の詳細を示す。初期段５０で、ＩＱ３の阻止ポテンシャルを下げて、好ましくは約５−１００ｍｓの範囲（好ましくは５０ｍｓ）の間、トラップを満たす。
次は冷却段５２で、前駆イオンと第１世代のイオンとをＱ３内で約１０−１５０ｍｓの期間、冷却または熱運動化する。冷却段はオプションであって、実際には省略してよい。
【００２９】
分離したい場合は、次は分離段５４である。Ｑ３内でのイオン分離は種々の方法で行うことができる。例えば、適当なＲＦ信号とＤＣ信号とをＱ３の四重極に与えて、安定領域の端の選択されたイオンを、またはカットオフ値より低いイオンを分離する。このプロセスで、選択されたｍ／ｚ範囲は変わりやすくなる。なぜなら、その関連するａ，ｑ値が通常のマシュー（Mathieu）安定図の外に出るからである。これは好ましい方法である。なぜなら、この方法を用いた分離の質量分解能は比較的高いことが分かっているからである。例示のシステムでは、ＲＦ信号の周波数を固定し、ＲＦ信号の振幅とＤＣオフセットとを操作して（参照番号６４で概略を示すように）不必要なイオンを半径方向に放出する。例示のシステムでは、分離段の間は補助ＡＣ電圧成分は活動的でない。この段は約＜５ｍｓ続き、０．１ｍｓと短くてよい。
【００３０】
または、分離は共振放出技術で行うことができる。とりわけ、ダグラス他のＷＩＰＯ発行第ＷＯ  ００／３３３５０、２０００年６月８日付、に開示されているように、この技術を用いて全ての他のイオンを半径方向に放出することができる。ダグラス出願の内容をここに援用する。ダグラス出願では、補助ＡＣ電圧を制御して、順次の正弦波で作られる、広い周波数範囲にわたるノッチ付き広帯域励起波形を生成する。各正弦波は比較的高い振幅を持ち、周波数の間隔は０．５ｋＨｚである。広帯域波形内のノッチは一般に２−１０ｋＨｚ幅で、その中心は注目のイオンに対応する永続周波数である。この技術に係る分離段は約４ｍｓ間続く。
【００３１】
他のイオン分離技術も考えられる。なぜなら、十分な分解能が得られるのであれば、どの手段を用いるかは重要ではないからである。共振励起技術による分離は多くの目的に使えることを認識すべきである。なぜなら、イオンは比較的低圧の環境内でトラップされるので、分解能が比較的高いからである。したがって、後で詳細に説明するように、同じｍ／ｚ値を有するイオンの永続周波数の幅すなわち変動は比較的低いので、より高い識別が可能になる。
【００３２】
分離段５４の次は、選択されたイオンをフラグメント化するフラグメンテーション段５６である。この段５６の間は、イオンをＱ３内にトラップするのに用いられるＲＦ電圧に重ねる補助ＡＣ電圧を、好ましくは一組の極対に、ｘまたはｙ方向に印加する。補助ＡＣ電圧（または、「共振励起信号」と呼ぶ）はＱ３内に補助の、双極性の、交番電界を作る（イオンをトラップするのに用いるＲＦ電界にこれを重ねる）。これにより、トラップされたイオンに交番ポテンシャルが与えられる。交番ポテンシャルの最大値はロッドのすぐ近くで起こる。
【００３３】
選択されたイオンに共振周波数の補助ＡＣ電圧を印加するとその振動の振幅が大きくなる。振幅が極対の半径より大きい場合は、イオンはＱ３から半径方向に放出されるか、またはロッドにより中和される。または、活動的なイオンはバックグラウンド・ガス分子と衝突し、そのエネルギーは、イオンを解離してフラグメント・イオンを作るのに必要な十分な内部エネルギーに変換される。励起電圧とその印加時間とを適当に操作することにより、バックグラウンド・ガス圧力が好ましくは１０−５トル程度のＱ３の非常に低圧の環境内でも、適度の実際的なフラグメンテーション効率でＣＩＤが起こるのに十分な回数のイオンとバックグラウンド・ガスとの衝突を起こすことが可能であることを本発明者は発見した。従来、質量分析で実際に用いるときにこの現象を起こすためにはこの圧力は低すぎると考えられていた。更に良いことに、フラグメンテーションの分解能が比較的高い（後で説明する実験データから分かるように約７００である）ことを本発明者は発見した。これはこれまで文献に報告されている値の２−３倍である。
【００３４】
断面が完全には双曲面でないＱ３内のロッド・セットを用いることも好ましい。例えば、好ましい実施の形態は断面が円のロッドを用いる。共振励起信号を与えるとイオンは半径方向に振動し、イオンはトラップの中心縦軸から移動して更に一層離れる。双曲面でないロッド・セットの場合は、かかるロッドは理想的でない四重極電界を作るので、共振励起信号がイオンに与える影響はトラップの中心の縦軸から離れるほど小さくなる。実際のところ、四重極電界が理想的でないと振動運動を減衰させて、所定の時間内に半径方向に放出されるイオンの数が少なくなるので、イオンがバックグラウンド・ガス分子と衝突して解離する機会が多くなる。
【００３５】
例示の実施の形態では、共振励起信号は正弦波で、その振幅はゼロからピークまで（０−ｐｋ）測定して最大約１ボルトの範囲であり、好ましくは約１０ｍＶ（Ｏ−ｐｋ）から５５０ｍＶ（Ｏ−ｐｋ）の範囲である。後者の値は、一般に生体分子に見られる強く結合するボンドの大部分を解離するのに十分であることが分かった。実際には、約２４−２５ｍＶ（Ｏ−ｐｋ）のプリセット振幅を用いると広範囲のｍ／ｚにわたって良好に動作することが分かった。
【００３６】
共振励起信号の周波数ｆａｕｘ（６８）は、好ましくはフラグメンテーションのために選択されたイオンの基本共振周波数ω０に等しくする。ω０はｍ／ｚ毎に特有で、
【数１】
2005522845.tif 000003
でかなり精密に近似することができる。ただし、ΩはトラッピングＲＦ信号の角周波数である。この近似は、ＲＦ専用の四重極においてｑｘ，ｙ≦０．４で有効である。例示の実施の形態では、Ｑ３はｘおよびｙ平面で約０．２１のｑで動作する。
【００３７】
共振励起信号は、約２５ミリ秒（ｍｓ）を超える期間、好ましくは少なくとも約５０ｍｓから最大２０００ｍｓまでの範囲で与える。実際には、５０ｍｓの期間与えると広範囲のｍ／ｚ値にわたって良好に動作することが分かった。
【００３８】
フラグメンテーション効率（全てのフラグメント・イオンの和を最初の親イオンの数で割った値と定義する）は、後で説明する実験結果で示すように、或るイオンでは好ましい動作パラメータの下で約７０−９５％にも達することがある。
フラグメンテーションの後、好ましくはイオンを約１０ｍｓから１５０ｍｓの間、追加の冷却段５８に保ってイオンを熱運動化する。場合によっては、この段は省略してよい。
【００３９】
冷却段の次は質量スキャン段すなわち質量分析段６０である。ここで、好ましくは米国特許第６，１７７，６６８号に一般に教示されている軸方向放出技術を用いて、イオンを質量に従ってＱ３から軸方向にスキャンアウトする。上記特許の内容をここに援用する。簡単に述べると、米国特許第６，１７７，６６８号に開示されている技術では、イオンをロッド・セット（例えば、四重極ロッド・セット）の入口に導入して、出口部材に障壁電界を作ることによりイオンを遠端にトラップする。ＲＦ電界をロッドに（少なくとも障壁部材の近くに）与えると、ロッド・セットの出口端と障壁部材の近くの抽出領域内でＲＦ電界は相互作用して縁電界を作る。抽出領域内のイオンは付勢されて、選択された質量対電荷比の少なくとも複数のイオンをロッド・セットから軸方向に障壁電界を通して質量選択的に放出される。次に、放出されたイオンを検出する。イオンを軸方向に放出するための種々の技術が知られている。すなわち、端レンズまたは障壁に与えられた補助ＡＣ電界をスキャンする方法、ロッド・セットに印加されたＲＦ電圧をスキャンすると共に固定周波数の補助電圧を端障壁に印加する方法、補足ＡＣ電圧をロッド・セットだけでなくレンズに、またロッドのＲＦに印加する方法、などである。
【００４０】
例示の実施の形態は上の諸技術の組合せを用いる。より特定すると、出口レンズ４０に与えるＤＣ阻止ポテンシャル６５を、完全に除くのではなく少し低くして、スキャニング期間にわたってランプさせる。同時に、Ｑ３のＲＦ電圧６９とＱ３の補助ＡＣ電圧７０とをランプさせる。この段では、好ましくは補助ＡＣ電圧の周波数は軸放出に効果があることが知られている所定の周波数ωｅｊｅｃに設定する。（各直線イオン・トラップは、その正確な外形形状に基づいて最適な軸方向放出のための少し異なる周波数を有してよい。）出口障壁とＲＦ電圧と補助ＡＣ電圧とを同時にランプさせると、軸方向に放出するイオンの効率が高まる。これについては、被譲渡人の同時継続出願の特許出願第１０／１５９，７６６号、２００２年５月３０日出願、「多重極質量分析計における改善された軸方向放出分解能（Improved Axial Ejection Resolution in Multipole Mass Spectrometers）」に詳細に説明されている。この出願の内容をここに援用する。
【００４１】
上述の装置を用いたいくつかの実験データについて図３−８を参照して以下に説明する。図３の（ａ）−（ｄ）は、標準の較正ペプチド（５μｌ／分、インフュージョン・モード）に関係する多数のマス・スペクトルをそれぞれ示す。図３（ａ）は高分解能ＭＳスペクトルであって、Ｑ１（低い分解能に設定）内で分解ＲＦ／ＤＣを用いてｍ／ｚ８２９．５のペプチドを分離し、イオンを低エネルギーでＱ２衝突セル内に導入してフラグメンテーションを最小にした。衝突セルＱ２内の中性ガス（窒素）圧力は約５−１０ミリトルであった。上に述べたようにＱ３内で好ましい軸方向放出スキャニング技術を用いてこのスペクトル（および図３の全ての他のスペクトル）を得た。図３（ｂ）は、比較的高い導入エネルギーでＱ２衝突セル内に導入したペプチドのＭＳ２スペクトルを示す。図３（ｃ）は、Ｑ３内で低質量カットオフ技術を用いてｍ／ｚ＝７２４．５の注目のピークより低いイオンをほとんど除去した、高質量イオンの分離を示す。図３（ｄ）は、ｍ／ｚ＝７２４．５のイオンの共振励起を示すＭＳ３スペクトルである。このスペクトルを作るため、共振励起信号の周波数を６０．３７ｋＨｚに、励起振幅を２４ｍＶ（０−ｐｋ）に設定した。励起期間は１００ｍｓであった。Ｑ３内の中性ガス圧力は室壁で測定して２．７ｘ１０−５トルであった。（Ｑ３四重極をセル内に置いていなかったので、Ｑ３内の周囲圧力としてはこの圧力は恐らく２−３倍以内の精度であろう。）図３（ｂ）に示すＭＳ２スペクトルに比べて図３（ｄ）のＭＳ３スペクトルでは、ｍ／ｚ＝７０６でのピークの強度は大きく、ｍ／ｚ＝７２４．５の強度は小さいことに注意していただきたい。
【００４２】
図４の（ａ）−（ｆ）は、励起周波数を変えたときのペプチドの第１および第２世代フラグメントの高分解能スペクトルを示す。図４（ａ）は第１世代イオンのＭＳ２スペクトルを示す（すなわち、イオンを共振的に励起しない場合）。Ｑ２衝突セルで起こるフラグメンテーションによりｍ／ｚ＝７２４．５とｍ／ｚ＝７２５．５に２つの間隔の狭いフラグメント・アイソトープ１０２と１０４があることに注意していただきたい。図４（ｂ）は、周波数６０．３７０ｋＨｚ（２４ｍＶ（０−ｐｋ）、励起期間１００ｍｓ）でイオンを共振的に励起したときのスペクトルを示す。ｍ／ｚ＝７２４．５のイオンはほとんど完全に解離され、ｍ／ｚ７０６．５のピークがその最大の強度である。図４（ｃ）、図４（ｄ）、図４（ｅ）に示すように、励起周波数が低くなるに従ってｍ／ｚ７２４．５でのイオンの解離は小さくなる。励起周波数が６０．３１０ｋＨｚに達すると、ｍ／ｚ＝７２５．５のアイソトープ１０４ははっきり解離の兆候を示し、励起周波数が６０．２９０ｋＨｚに達すると、図４（ｆ）に示すように実質的に解離する。この装置により、ユーザはイオンを１ｍ／ｚ単位間隔で選択的にフラグメント化することができる。すなわち、この装置はｍ／ｚ＝７２５で少なくとも１ｍ／ｚ単位の識別を示す。かかる選択性があるので、フラグメント化されないアイソトープを用いて分光計を較正することができることが認識される。詳しく述べると、フラグメント化されないアイソトープのｍ／ｚ値とフラグメンテーション・ステップの前のｍ／ｚ値とを比較し、ｍ／ｚ値が変わっていれば、これを用いて測定器の質量ドリフトを識別して訂正することができる。また、フラグメント化されないアイソトープの強度を比較して、強度の変動を訂正するのに用いることができる。
【００４３】
図５は、親イオン（ｍ／ｚ７２４．５でのペプチド・フラグメント）とそのフラグメント・イオン（ｍ／ｚ７０６．５での第２世代ペプチド・フラグメント）との強度を励起周波数（２４ｍＶ（０−ｐｋ）、１００ｍｓ励起）の関数として示す。親イオン強度の半値幅ＦＷＨＭは７７Ｈｚである。これから、分解能は７８４（６０３６０Ｈｚ／７７Ｈｚ）である。フラグメントのＦＷＨＭは８７Ｈｚで、分解能は６９４である。したがって、７２４．５から７０６．５への解離のフラグメンテーション効率は７３％である。図３（ｄ）のスペクトルから分かるように、全てのフラグメント・イオンがｍ／ｚ＝７０６．５ではないことを考えると、全フラグメンテーション効率は更に高いであろう。
【００４４】
図６の（ａ）と（ｂ）は、レセルピン（１００ｐｇ／□１，５−１０□ｌ／分、インフュージョン・モード）のマス・スペクトルを示す。図６（ａ）は、Ｑ１で分離され（低分解能に設定）、低エネルギーで衝突セルＱ２内に導入され、次にＱ３でイオンがトラップされたレセルピンの高分解能マス・スペクトルである。１００ｍｓの間、励起を与えなかった。次に、前に述べた好ましい軸方向放出技術を用いてイオンをスキャンアウトした。図６（ｂ）は、６０．３７ｋＨｚ、２１ｍＶ（０−ｐｋ）の共振励起信号を用いて１００ｍｓの励起期間にわたってレセルピン・イオンを共振的に励起した後のＭＳ２スペクトルを示す。図６（ａ）ではｍ／ｚ６０９．２３ピークの積分強度は１．７５ｅ６ｃｐｓであり、図６（ｂ）ではフラグメント・イオンの積分強度は１．６３ｅ６ｃｐｓである。これから、フラグメンテーション効率は９３％である。図７は、６０５ｍ／ｚから６１５ｍ／ｚまでの領域内の図６のプロットの詳細を示す。図７から分かるように、ｍ／ｚ６０９．２３のピークだけが解離に選択された。
【００４５】
以下の理論に制約されるわけではないが、共振励起は比較的低圧の環境で行うと比較的高い分解能のフラグメンテーションが達成されると考えられる。計算によると、この低圧でのイオンの永年周波数の幅すなわち変動は約１００Ｈｚである。励起期間は比較的長く、５０−１００ｍｓである。図９に示すように、分解能は周波数領域の２つの信号９０２と９０４との畳み込みから理解することができる。信号９０２は励起パルスを表す。１００ｍｓで、励起パルスはフーリエ変換により決まる約１０ＨｚのＦＷＨＭ幅を有する。信号９０４は、約１００Ｈｚの幅を有する永年周波数の変動を表す。分解能は、これらの２つの信号を畳み込んで、積信号の周波数をＦＷＨＭ値で割って測定することができる。
【００４６】
フラグメンテーション効率は共振励起信号の振幅に或る程度依存する。例えば、図８はレセルピン・フラグメント（親イオンｍ／ｚ＝６０９．２３から解離したもの）の強度を励起振幅の関数として示す。励起周波数は６０．３７ｋＨｚに設定し、ｑ＝０．２０７５で、Ｑ３内の中性ガス圧力は室内で測定して約２．７ｘ１０−５トルである。強度のプロットは最大値に達した後、直線イオン・トラップＱ３からのイオンの放出が増え始めると下降し始める。これは、フラグメンテーションと放出との間に「競合」が存在するからである。共振励起信号の振幅が高いほど、イオンは放出しやすい。
【００４７】
別の例として、図１０は、２７２２ｍ／ｚクラスタ・アジレント（AgilentＴＭ）チューニング溶液のフラグメンテーション中の、フラグメントと、親イオンと、親イオン・アイソトープ・クラスタの強度を励起周波数の関数として示す。実験は図３−８を作ったときと同じ計器を用いて行った。励起は２７２２ｍ／ｚについてｑ＝０．２０７で行った。励起振幅は１００ｍＶ（０−ｐｋ）であった。実験は、親クラスタ（２７２０−２７３０ｍ／ｚ）の約２１％のフラグメンテーション（１５００−２７１６ｍ／ｚ）を示した。約３０％のイオンが直線イオン・トラップＱ３から放出された。これは、親イオンとフラグメント・イオンとの組合せの強度を測定したプロット１２１で、ベースライン強度とピーク・フラグメンテーションの点との間の差１２０で測った値である。このデータでは、励起信号を２００ｍｓの期間与え、直線イオン・トラップ内の圧力の測定値は２．３ｅ−５トルであった。励起振幅を小さくすると（他の動作パラメータは変えない）、フラグメンテーションも放出も減少した。励起振幅を大きくして１５０ｍＶにすると（他の動作パラメータは変えない）、図１１に示すように、フラグメンテーションの程度は増えずに親イオンの放出が更に大きくなった。
【００４８】
図１２Ａは、アジレント（AgilentＴＭ）チューニング溶液成分のフラグメンテーションを種々の励起期間にわたってプロットしたものである。このプロットは、図３−１１のプロットを作るのに用いた計器と同じ構造の計器（同じ計器ではない）を用いて作った。励起周波数は５９．７８０ｋＨｚ、励起振幅は２８０ｍＶ、ｑ＝０．２０５であった。フラグメンテーション効率は約５００ｍｓの励起期間まで急速に増加し（プロット９０８に示すように）、その後は、効率は余り増加していない。比較的平らなプロフィールのプロット９０６が示すように、放出はほぼ一定のように見える。このプロットのフラグメンテーション効率は図８に示すプロットの効率より高いように見える。これは恐らく、別の試験計器を用い、図８のプロットを得るのに用いた計器の場合と全く同じプロフィールを有してはいないロッド・セットを用いたためであろう。
【００４９】
図１２Ｂは２７２２ｍ／ｚイオンのフラグメンテーションを励起振幅の関数としてプロットしたものである。このデータでは、励起周波数は５９．７８０ｋＨｚ、１００ｍＶの間与え、ｑ＝０．２０５であった。振幅が大きいときプロット９１０で示す２７２２ｍ／ｚクラスタとそのフラグメントの強度はかなり下がり、イオンの放出が増えることをこのデータは示す。しかしプロット９１２で示すフラグメンテーション効率は少し高くなるように見える。プロット９１０と９１２とを外挿すると、励起振幅を１ボルト（０−ｐｋ）まで高めると実際に大きなフラグメンテーション効率が得られるようである。
【００５０】
このように、フラグメンテーション効率は種々の要因に依存することが分かる。要因とは、用いるロッド・セットの正確な形すなわちプロフィール、ｑ係数、フラグメント化されるイオンの種類、共振励起周波数の振幅などである。
特に、図８、図１０−１１、図１２Ａ−１２Ｂに示すように、フラグメンテーション効率は共振励起信号の振幅に従って大幅に変動する。最適な振幅を予め知ることは必ずしもできないが、次に説明するように、低圧の直線イオン・トラップを改造して、任意の所定の励起振幅のフラグメンテーション効率を高め、励起を高くしても放出がフラグメンテーションより余り大きくならないようにすることができる。
【００５１】
図１３Ａと図１３Ｂは、第２の実施の形態に係る質量分析計内の修正直線イオン・トラップＱ３’の半径方向と軸方向の断面図をそれぞれ示す。Ｑ３’だけを示す。なぜなら、第２の実施の形態の他の構造と動作の詳細は、上に述べた第１の実施の形態の質量分析計と同じだからである。第２の実施の形態では、Ｑ３’の各四重極ロッド３５’の断面は円で、長さは約２０３．２ｍｍ（８インチ）であり、金被覆セラミックで作られている。この四重極の駆動周波数は８１６ｋＨｚである。４個の追加電極１２２ａ−ｄで構成する「マニトバ（Manitoba）」型のリナック（linac）をＱ３’の主四重極ロッド３５’の間に導入する。種々の形の電極が可能であるが、好ましい電極はステム１２４を含むＴ型の断面を有する。例示の実施の形態では、Ｑ３’の中心縦軸１２６に向かって延びる各ステム１２４の深さｄは、図１３Ｂに明確に示されているように４．１ｍｍから０ｍｍまで変化する。各電極１２２のステム１２４の最大深さの点は中心縦軸１２６から約８．５ｍｍのところにある。
【００５２】
好ましくは、リナック電極は同じＤＣポテンシャル（例えば、０ボルト）に保持する。リナック電極１２２と四重極ロッド３５’との間にＤＣポテンシャル差δを与えると、直線イオン・トラップの縦軸１２６に沿って一般に直線のポテンシャル勾配ができる。ポテンシャル勾配の特性に関する詳細な情報は、ロボタ（Lobota）他の「多重極イオン・ガイド内に軸方向電界を作るための新しいリナックＩＩ電極外形（Novel Linac II Electrode Geometry for Creating an Axial Field in a Multipole Ion Guide）」、Eur.J.Mass Spectrom.,6,531-536(2000）、を参照していただきたい。その全内容をここに援用する。リナック電極１２２を追加すると複雑なＤＣ電界ができる。高次の項を無視すると、これは八重極電界で近似することができる。すなわち、
【数２】
2005522845.tif 000004
ただし、ΔＵａは四重極の軸に沿うポテンシャル差、Ｒは四重極の電界半径（例示の実施の形態では４．１７ｍｍ）、ｒとθとは円筒座標である。またリナック電極１２２はＲＦトラッピング電界に高次の多重極電界を与える。その重要性については後で説明する。
【００５３】
図１４は、第２の実施の形態の質量分析計を用いて行った２７２２ｍ／ｚチューニング溶液をフラグメント化した実験結果を示す。２７２２ｍ／ｚチューニング溶液のフラグメンテーション効率は、リナック電極１２２と四重極ロッド３５’との間にδ＝１６０Ｖのポテンシャル差を与えたとき大きくなる。これらの実験では励起期間はやはり２００ｍｓで、フラグメンテーションは１００，１２５，１７０ｍＶの励起振幅を用いて行った。黒い四角の線１３０は１７０ｍＶの実験でのフラグメント・イオンと親イオンとを含む強度を示す。１７０ｍＶのデータ１３０のピーク１３２（ピークは６０．３３ｋＨｚで起こる）で、フラグメントは最初の親イオンの約８５％を示す。残りの親イオン（図示しない）は最初の親イオンの強度の約１４％を示す。これは、励起プロセス中の親イオンの放出がほぼ０％であることを意味する。
【００５４】
１７０ｍＶのデータ１３２の励起プロフィールはやや歪んでいて、１００ｍＶの励起振幅の下でとった図１０に示す励起プロフィールより広い。これは恐らく、リナック電極１２２のステム長さが変わり、このために、直線イオン・トラップＱ３’の縦軸１２６に沿う距離ｚの関数としてＤＣ八重極コンテントの量が異なるからであろう。
【００５５】
第２の実施の形態は第１の実施の形態に比べてフラグメンテーション効率が高い。優れた結果が得られるのは、Ｑ３’内にイオンをトラップするのに用いられる四重極電界とこれに重なる八重極電界との間の相互作用のためと考えられる。計算によると、中心縦軸１２６でのトラッピング電界内の八重極コンテントの量は、ＲＦ四重極電界の大きさに依存して、高いｍ／ｚ（例えば、ｍ／ｚ＝２７２２）で最大約２％（最大ステム深さの点で）である。したがって、中心縦軸１２６付近にあるイオンはトラッピング四重極ＲＦ電界の影響を多く受ける。中心縦軸から離れたところにあるイオンは八重極電界の影響を実質的により多く受ける。八重極電界では、所定のイオンの永年周波数は中心縦軸１２６からの変位に依存する。（四重極電界では、永年周波数はこの変位とは無関係である。）八重極コンテントが大きいほど、四重極トラッピング・ポテンシャルに比べてイオン運動の周波数への撹乱が大きい。したがって、共振励起信号を与えると、中心縦軸１２６の近くでは永年周波数でイオンを共振的に励起する。しかしイオンの半径方向の変位が大きくなり八重極電界がイオンの運動の周波数をシフトすると、イオンは共振から外れる。イオンは励起周波数による共振から外れて、共振励起信号で励起されことがなくなる。イオンの半径方向の変位が小さくなると、イオンは再び励起されるようになる。このように、八重極電界は振動運動の範囲を狭める。これにより、所定の時間フレーム内でのイオンの半径方向の放出が少なくなり、バックグラウンド・ガス分子との衝突によりイオンが解離する機会が大きくなる。またこれにより、他の方法に比べて大きな振幅の共振励起信号を用いることができる。
【００５６】
またロッド３５’に印加されたＤＣオフセット電圧と同じポテンシャル±δにリナック電極１２２を設定して励起プロフィールを測定した。これにより、ポテンシャル差δは０Ｖになり、軸方向の勾配は実質的にゼロにまで下がり、リナック電極からのＤＣ八重極の寄与は最小になる。この結果を、１００ｍＶと１７０ｍＶの励起振幅について図１５と図１６にそれぞれ示す。これらの結果は、図１０と図１１に示すリナック電極のない結果と同じである。すなわち、親イオンの放出が増える。
【００５７】
修正直線トラップＱ３’を用いることにより生じる問題の１つは、リナック電極を設けたときに質量分析四重極としてのその性能である。最初、リナック電極１２２による高次の電界が存在するために性能が劣化すると考えられた。しかし、電極１２２が四重極の動作中に変わらないポテンシャルにある場合は、かかる影響を最小にすることができると考えられた。位相が１８０度違うことを除いて各極のＲＦポテンシャルが同じであるときは、かかるポテンシャル輪郭が存在する。これを図１７に示す。この場合、ＲＦ電界が変わってもリナック電極を通るポテンシャル輪郭（輪郭線１４０で表す）は変わらない。図１７の場合は、これらは０Ｖ輪郭である。（このポテンシャルは四重極のフロート・ポテンシャルと共に変わり、フロート・ポテンシャルと一致する。）
【００５８】
リナック電極１２２から分析四重極への影響を最小にするにはリナック電極のＤＣポテンシャルを調整する必要があることが実験から分かった。これは、リナック電極１２２のステム１２４の幅が有限であるため、やはり或る高次の電界が分析電界に導入されるからであると考えられる。例えば図１８は、Ｑ３’で得られる質量分析スキャンにおけるｍ／ｚ２０１０イオン・クラスタのための信号の全イオン電流を示す。図１９は、図に示す各リナック・ポテンシャルでとったマス・スペクトルを示す。信号は５ボルト窓全体の全イオン電流の平均である。例えば、δ＝−１００Ｖでのマス・スペクトルは、実際はリナック上の約−９７．５Ｖから−１０２．５Ｖまでの範囲をカバーするイオン信号の合計である。図１８のスペクトルにわたって５ボルト窓をスキャンして最適なリナック・ポテンシャルを決定する。
【００５９】
図２０は、Ｑ３’上のＲＦ／ＤＣポテンシャル（質量に比例する）をスキャンしながらリナック電極のＤＣポテンシャルをランプさせることにより、これらの影響を最小にすることができることを示す。これらのプロットは、リナック電極を設けないときに得られたはずのスペクトルに最もよく似たスペクトルを与えるリナック・ポテンシャルを示す。図２０のこのデータの集合では、Ｑ３’ＤＣオフセット・ポテンシャルδは−２４Ｖであった。
または、或る場合には四重極ロッドのＤＣオフセット電圧を変えてリナックのＤＣ電圧を一定に保っても、同じ効果が得られる。
【００６０】
リナック電極とロッド３５’との間に或るポテンシャル差を与えるとＱ３’内に軸方向勾配が生成され、これにより、イオンはトラップの一端に向かって移動する。望ましい空間プロフィールまたは励起プロフィールに従って、種々の形の電極を用いることができる。リナックのステム長さを変えたために図１４に示す悪い形の励起プロフィールができる場合は、図２１と図２２に示すような、ステム長さが一定の電極１５０を用いて改善することができる。これにより、図２３−２６に示すように励起プロフィールの歪は小さくなる。これらの図に示す実験は、図１１と図１２のデータを生成したときと同じ試験計器を用いて行った。用いた補助電極１５０は、先細りの電極１２２（図１３Ａ、図１３Ｂ）ではなく、２ｍｍの一定のステム長さを有するものである。
【００６１】
図２３（ａ）は、２７２２ｍ／ｚのＡｇｉｌｅｎｔＴＭイオン・クラスタのマス・スペクトル（励起なし）を示す。２７２２ｍ／ｚクラスタの詳細図を１５１ａに示す。図２３（ｂ）は、５９．８６ｋＨｚで励起された２７２２ｍ／ｚイオン・クラスタのマス・スペクトルを示す。２７２２ｍ／ｚクラスタの詳細図を１５１ｂに示す。フラグメントが１０００ｍ／ｚまで延びているのが見られる。このスペクトルの低質量カットオフを計算すると６１５ｍ／ｚである（２７３３ｍ／ｚ＊０．２０５／０．９０７）。これらの図では、補助電極１５０のポテンシャルはＱ３’四重極に与えられるＤＣポテンシャルと同じである。この場合、補助電極１５０の影響は最小になる（最小ＤＣ八重極コンテント）。Ｑ１四重極をオープン分解能で分解モードに設定して、２７２２ｍ／ｚクラスタをＱ３’直線イオン・トラップに送った。オープン分解能は約６Ｄａから８Ｄａの窓を送る。
【００６２】
図２４は、３６０ｍＶの振幅で励起したときの励起プロフィールを示す。黒丸の線１５２は、３００ｍ／ｚから２７００ｍ／ｚの範囲をカバーするイオン・フラグメントの積分強度を示す。白丸の線１５３は２７０１ｍ／ｚから２８００ｍ／ｚの範囲の積分強度を示す（これは２７２２ｍ／ｚクラスタの積分強度である）。黒三角の線１５４は全スペクトルの積分強度を示す。３６０ｍＶの励起振幅で１００ｍｓ間与えると、２７２２ｍ／ｚクラスタの約１／３が解離されてフラグメント・イオンを形成する。同時に、全体（３００ｍ／ｚから２８００ｍ／ｚ）イオン強度が一定であることから分かるように、トラップから放出されるイオンはほとんどない。図２５に示すように、励起振幅を５３０ｍＶに上げてもイオン・フラグメントの数は増えない。逆に、トラップ内のイオンの全数を減らすと、図に示すように放出されるイオンの数は増える。
【００６３】
補助電極１５０のポテンシャルを−４０Ｖに変えると、Ｑ３’四重極（−１６０Ｖ）と補助電極１５０との間に１２０ＶのＤＣポテンシャル差ができる。これにより、トラッピング・ポテンシャルに追加のＤＣ八重極成分ができる。この場合は、２７２２ｍ／ｚクラスタを励起すると高いフラグメンテーションを行うことができる。これを図２６に示すが、フラグメンテーション効率は約８０％である。図２４と図２５で八重極コンテントを最小化したときに比べてフラグメンテーション効率は約２．４倍に増加している。図２６では、励起振幅を９００ｍＶに高めて、５０ｍｓ間与えた。励起プロフィールの低周波側でイオンがいくらか放出される。八重極コンテントを追加しなければ、９００ｍＶの励起振幅により２７２２ｍ／ｚクラスタが大量に放出されて、フラグメンテーションはあったとしても最小になったであろう。
【００６４】
図２７のＱ３’の断面図に明確に示されているように、２個の電極１２２と２個の電極１５０を用いることも考えられる。これに関連して、図２８Ａ，２８Ｂに電極１５０の単独の側面図と端面図を、図２９Ａ、２９Ｂに電極１２２の単独の側面図と端面図を示す。かかる実施の形態では、ロッド３５’と電極１５０との間に或るポテンシャル差を与え、電極１２２とロッド３５’との間を０ボルトのポテンシャル差に保つと、妥当な励起プロフィールができる。共振励起の後、ロッド３５’と電極１２２との間のポテンシャル差を大きくして軸方向勾配を作り、イオンを出口レンズ４０に向かって移動させる。これを図３０−３１に示す。１対のリナック電極１２２を追加すると（図２７−２９に示すように）、中心縦軸１２６に沿って軸勾配が作られ、これを用いて影（artifacts）が余りできないようにすることができる。軸方向電界の勾配は４個のリナック電極１２２があるときの勾配より小さいが、それでも影を減らす／除くのに十分である。これを図３０のスペクトルで示す。また電極１２２，１５０のかかる混合対を用いると歪んだポテンシャルができる。これは単にＤＣ八重極を実質的に四重極電界に追加することでは説明できない。
【００６５】
図３０で、２７２２ｍ／ｚクラスタの励起は、５９．４２０ｋＨｚで１００ｍｓ間、１０００ｍＶ（０−ｐｋ）の励起振幅で行った。リナック電極１２２を用いなかった図２３の場合と同様に影はない。励起プロセス中、リナック電極１２２は１６０Ｖのポテンシャルに設定した（Ｑ３ロッド・セットのＤＣオフセット・ポテンシャルと同じ）。他方の電極１５０は０ボルトのポテンシャル、すなわち、δ＝１６０Ｖに設定した。励起が終わった後０Ｖのポテンシャルをリナック電極に与えて、四重極の中心縦軸１２６に沿う勾配を作った。勾配により影が除去され、検出されたイオンの総数が更に増えた（図２４−２６の縦軸の目盛と図３１の縦軸の目盛とを比較すること）。図３１はフラグメンテーション・プロフィールを励起周波数の関数としてプロットしたもので、１００ｍｓの期間中、励起振幅を１０００ｍＶに設定した。収集されたフラグメント・イオンの量は、２７２２ｍ／ｚクラスタの約７５％のフラグメンテーション効率に対応する。このデータは、２個の補助電極１５０があるだけでもポテンシャルの歪が十分あって、高次の電界を用いることによるフラグメンテーション効率の向上に導くことを示す。
【００６６】
説明の目的で、例示の実施の形態について或る程度詳細に述べたが、理解されるように、種々の変形を行っても本発明の原理を実現することができる。例えば、共振励起信号の周波数はフラグメンテーションのために選択されたイオンの基本共振周波数ω０に等しいと述べた。別の実施の形態では、励起期間中、ほぼω０またはその付近の範囲の周波数にわたって励起周波数をステップ状にまたは他の方法で変えてもよい。これにより、必要であれば近接して存在する全てのイオンのアイソトープを解離することができる。周波数は、図４で２０Ｈｚ毎に高めた例のように離散的に、または励起期間にわたって連続的に、変えてよい。範囲は、例えばω０の±０．５％に、または他の所定のパーセンテージに、プリセットしてよい。または、範囲はユーザが設定するパラメータでよい。図８に例を示すように、振幅電圧は励起期間にわたって或る点まで高くして、すなわち変えてよい。
【００６７】
また認識されるように、好ましい実施の形態では励起周波数はフラグメンテーションのために選択されたイオンの基本共振周波数ω０に設定するが、別の実施の形態では基本共振周波数の高調波を用いて、選択されたイオンを共振的に励起してよい。この場合、励起信号は振幅を大きくしまたは励起期間を長くする必要があってよい。
【００６８】
例示の実施の形態では、補助ＡＣ励起信号はトラップを構成する極対の１つに与えると説明した。理解されるように、励起信号を両方の極対に与えることにより、トラップされたイオンに補助の振動する四重極ポテンシャルを与えてよい。また理解されるように、励起信号は直線イオン・トラップのロッド自体に与える必要はない。例えば、追加のロッドまたは他の種類の構造を用いて、トラップされたイオンに交番二重極、四重極または高次のポテンシャル電界を与えて、選択されたイオンを共振的に励起してよい。
【００６９】
また認識されるように、実際的なフラグメンテーション効率（一般に信号対雑音比の３倍のレベルと考えられる）に達するように極対に与えられる共振励起信号の最大振幅は、多数の要因に従ってかなり変わってよい。かかる要因は、極の間の距離、極とトラップの中心縦軸との間の距離、極の形やプロフィール、分子結合の強度、バックグラウンド・ガス分子の衝突断面などを含む。
【００７０】
また例示の実施の形態では、低圧フラグメンテーションを直線（２−Ｄ）トラップの制約内で行うと開示したが、理論的には、フラグメンテーションを四重極（３−Ｄ）イオン・トラップ内で行うことができないという理由はない。しかし実際には、１０−５トル程度の周囲圧で動作することのできる四重極（３−Ｄ）を構築することは困難である。その理由は、かかるトラップの容積は一般に比較的小さいが、ＲＦ／ＤＣ電界がトラッピング機能を行う前にトラップ内に導入されるイオンの速度を落とすのに十分の不活性ガスを中に含まなければならないからである。３−Ｄトラップでは、イオンは一般にリング要素を通して導入される。リング要素に与えられるＲＦはイオンが乗り越えなければならない障壁電界になる。したがって、この障壁を乗り越えるためにイオンは活動的でなければならない。活動的なイオンを冷却するには、３−Ｄ内は高圧が必要である。圧力が低すぎると、減衰してトラップ内に保持されるイオンが少なすぎる。圧力が高すぎると、衝突による散乱のために、導入されたイオンが失われる。したがって、かかるトラップは一般に１０−３トル程度の周囲圧で動作するが、得られる分離とフラグメンテーション分解能とはこのために制限される。
【００７１】
他方で、Ｑ３などの２−Ｄ直線イオン・トラップは細長いので、イオンが衝突するバックグラウンド・ガスが少量でも、トラップする前に必要な減衰効果を得るのに必要な十分な軸方向距離を持つ。詳しく述べると、イオンは２−Ｄトラップのロッドの長さに沿って導入される。導入中には障壁はない。すなわち、入口障壁要素のＤＣは小さいので、イオンは余り活動的である必要はない。しかしイオンはいくらかのエネルギーを有するので、衝突による冷却のために軸方向距離が必要である。充填期間中、長さに沿って進んで出口障壁要素によって反射されるイオンはかなりのエネルギーを失う。かかるイオンを反射し、入口から出るのを防ぐには、入口障壁要素のＤＣは小さくて十分である。トッラプが終わると熱運動するイオンに共振励起を与えて、上に説明したように解離または放出を行う。
【００７２】
また理解されるように、イオンが低圧環境内でフラグメント化された後の質量スキャニング段では種々の機構を用いることができる。例えば、Ｑ３などの低圧フラグメンテーション・トラップの後に別の質量分解四重極を設けてよい。同様に、Ｑ３の後に別の２−Ｄまたは３−Ｄ直線トラップを設けてよい。または、低圧フラグメンテーション・トラップと飛行時間（ＴＯＦ）装置とを結合してマス・スペクトルを得てよい。
【００７３】
リナック電極１２２と別の種類の補助電極１５０とを用いてＤＣ八重極電界を作り、その中心縦軸からトラップの（半径方向）周辺に向かって移動する共振的に励起されたイオンの振動運動を減衰させることについて説明した。認識されるように、八重極電界の代わりに交番電界を用いてよく、また高次の電界（必ずしも八重極でなくてよい）を用いて（適当な数の電極を用いてよい）、トラップの半径方向周辺の四重極電界の影響を減らすことができる。また理解されるように、共振的に励起されたイオンの半径方向の振動運動を減衰させるために追加の電極を設ける場合は、トラップのロッドの断面は円でも双曲面でも悪い影響を与えない。
【００７４】
また、改善されたフラグメンテーションのための高い（四重極以外の）電界を作り、他方で質量分析のために四重極電界に切替える機能を保持するために、他の種類のロッド・プロフィールを用いてよい。例えば、四重極配置Ｑ３’内の各「固体表面」ロッド３５’の代わりに、図３２に示すように多数の平行ワイヤ１６０を配置して円柱の外形１６２を形成してよい。各ワイヤは円柱の形を形成し、個別の電源から電圧ｖ１，ｖ２，．．．，ｖｎが供給される。ただし、簡単のために、ポテンシャルｖ１，ｖ２，ｖ３，ｖ７，ｖ８を持つ８本のワイヤ１６０だけを図３２に示す。個別の円柱内の全てのワイヤ１６０に印加される電圧が同じ値のとき、円柱１６２は固体ロッドと同様に機能する。全ての円柱１６２をこのように調整して適当な極性を与えると、組立体全体は標準の四重極と同様に動作する。すなわち、電圧を選択して組立体の中央の電界が実質的に四重極電界になるようにすることができる。円柱１６２内の各ワイヤの電圧が異なるように調整することにより、高い多重極（四重極以外）電界を形成することができる。
【００７５】
更に別の形態は、図３３と図３４に示すように、四重極ロッドとリナック電極の代わりにワイヤ１７０または１７２の直線配列を用いることを含む。かかる実施の形態は、図３２で説明したものと同様に動作してよい。適当な電圧の組合せを選択することにより、四重極や高次の電界を得ることができる。
【００７６】
同様に、八重極や高次の電界を生成する更に別の形態は、四重極ロッド・セットの１つの極セットのロッド直径を他の極セットの他の直径に対して大きくすることである。更に別の形態では、向かい合うロッドを内側または外側に曲げて高次の電界を作ってよい。Ｐ．Ｈ．ドーソン（Dawson）の「エレクトロニクスおよび電子物理学の進歩（Advance in Electronics and Electron Physics）」、（Ｖｏｌ．５３，１５３−２０８，１９８０）を参照していただきたい。その内容をここに援用する。
【００７７】
また認識すべきであるが、直線イオン・トラップの周辺で共振的に励起されるイオンの振動運動を減衰させるために追加の電極を導入する技術は、ペニング（Ｐｅｎｎｉｎｇ）トラップなどの他の種類のトラップに適用することができる。追加の電極１９０を含むように修正ペニング・トラップ１８０，１８２の例を図３５Ａ，３５Ｂ，３６Ａ，３６Ｂに示す。従来のペニング・トラップは、箱（図３５）または円柱（図３６）の形に形成された少なくとも６個の平面または曲面電極１８４−１８９を含む。イオン・サイクロトロン共振質量分析（ＩＣＲ−ＭＳ）またはフーリエ変換イオン・サイクロトロン共振質量分析（ＦＴＭＳ）装置に用いるとき、ペニング・トラップは高真空（≦１０−９ミリバール）の下でトラップの縦軸に沿う方向（すなわち、ｚ方向）の磁界内に置かれる。
【００７８】
この磁界と、平面電極１８５−１８７に印加される適当な電圧とにより、イオンは磁界線に垂直な平面（ｘ−ｙ）内で振動する。イオンの質量対電荷比と磁界の強度に特有の周波数とで、イオンは循環的に振動する。磁界線に垂直の平面電極１８４，１８９は静電界を形成してイオンを軸方向にトラップする。短いパルスの衝突ガスをペニング・トラップ内に導入してイオンをフラグメント化する。短いガスのバーストを用いて、フラグメンテーションの前にトラップを真空圧の近くまで再び真空排気するのに必要な時間を最小にし、またフラグメンテーション中に振動を保持する。フラグメンテーションを制御するための、この技術で周知の多くの方法がある。この中には、（ａ）持続的な非共振放射（ＳＯＲＩ）、すなわち、励起周波数とイオン・サイクロトロン周波数との差により、選択されたｍ／ｚ比のイオンを交互に励起したり励起を解除したりする方法、（ｂ）極低エネルギーＣＩＤ（ＶＬＥ）、すなわち、位相が１８０度変わる共振励起によりイオンの励起と非励起を交互に行う方法、そして、衝突活動化のための多重励起（ＭＥＣＡ）、すなわち、イオンを共振的に励起した後、衝突により緩和する方法、などがある。
【００７９】
これらの各技術ではフラグメンテーション効率が比較的低い。励起エネルギーを高くするとトラップからイオンの望ましくない放出が起こる。実際のところ、これらの各技術はイオンに与える運動エネルギーを減らして、ペニング・トラップからイオンの望ましくない放出が起こるのを防ごうとする。例えば、ＳＯＲＩ技術は非共振励起信号を用いて、選択されたｍ／ｚ値のイオンに与える運動エネルギーを制限する。修正ペニング・トラップ１８０，１８２では、追加の各電極１９０のポテンシャルを２個の隣接する平面電極のポテンシャルの中間に保持する。衝突ガスをトラップ内に導入した後、共振励起信号を与える。同時に、適当な電圧を追加の電極１９０に印加する。共振的に励起されたイオンの軌道がトラップの半径方向周辺に近づくと、電極１９０はイオンの循環的な振動運動を減衰させる。これにより高い振幅の励起信号を用いることが可能になり、全電力入力が増え、フラグメンテーション効率が高くなる。
【００８０】
最後に、好ましい実施の形態を参照してここに説明したバックグラウンド・ガス圧力や励起振幅や励起期間は単なる例であって、フラグメンテーションの選択性すなわち分解能で測定される性能を余り低下させることなく、開示された範囲外で変えてよいことを理解すべきである。ここに開示されたどの実施の形態も動作範囲も本発明の実施に対する絶対的な限界を示すものではなく、本発明者はかかる動作パラメータを従来許容されているものと同様に広くクレームするものである。当業者が認識するように、本発明の精神から逸れることなく、ここに開示された実施の形態に多くの他の修正や変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
本発明の上記またはその他の形態は特定の実施の形態の説明と添付の図面から明らかになる。図面は本発明の原理の単なる例を示すものであって制限するものではない。
【図１】第１の実施の形態に係る質量分析計のシステム・ブロック図である。
【図２】選択されたイオンを導入し、トラップし、分離し、フラグメント化し、放出するための、第１の実施の形態の第３の四重極ロッド・セットに与えられる電気信号を略図で示すタイミング図である。
【図３】第１の実施の形態に従って構築された第１の試験計器を用いて較正ペプチドから得た一連のＭＳ，ＭＳ２，ＭＳ３を示す。
【図４】第１の試験計器を用いた、ペプチド・フラグメントに対する共振励起周波数のアイソトープ・パターンを図示する一連のマス・スペクトルを示す。
【図５】第１の試験計器を用いた、ペプチドの親イオンとフラグメント・イオンとの強度を共振励起周波数の関数としてプロットしたグラフである。
【図６】第１の試験計器を用いてレセルピン・イオンから得られた一連のＭＳとＭＳ２のスペクトルを示す。
【図７】図６に示すプロットの一部分の詳細図である。
【図８】第１の試験計器を用いた、レセルピン・イオンの親イオンとフラグメント・イオンとの強度を共振励起周波数の関数としてプロットしたグラフである。
【図９】周波数領域でフラグメンテーションの分解能を測定する方法を示す図である。
【図１０】第１の試験計器を用いた、ＡｇｉｌｅｎｔＴＭチューニング溶液からの親イオンとフラグメント・イオンとの強度を異なる共振励起周波数の関数としてプロットしたグラフである。
【図１１】第１の試験計器を用いた、ＡｇｉｌｅｎｔＴＭチューニング溶液からの親イオンとフラグメント・イオンとの強度を異なる共振励起周波数の関数としてプロットしたグラフである。
【図１２Ａ】第１の実施の形態に従って構築された第２の試験計器を用いて、ＡｇｉｌｅｎｔＴＭチューニング溶液からの親イオンとフラグメント・イオンとの強度を種々の期間にわたってプロットしたグラフである。
【図１２Ｂ】第１の実施の形態に従って構築された第２の試験計器を用いて、ＡｇｉｌｅｎｔＴＭチューニング溶液からの親イオンとフラグメント・イオンとの強度を種々の振幅にわたってプロットしたグラフである。
【図１３Ａ】第２の実施の形態に係るトリプル四重極質量分析計内で、四重極ロッド・セットに加えて一連のリナック（電極）を用いる、直線イオン・トラップの半径方向断面図である。
【図１３Ｂ】図１２Ａに示す直線イオン・トラップの軸方向断面図である。
【図１４】第２の試験計器を用いた、ＡｇｉｌｅｎｔＴＭチューニング溶液成分のフラグメンテーションを励起周波数と振幅との関数として示すグラフである。
【図１５】リナックを四重極ロッドと同じポテンシャルに保持するという動作条件の下で、第２の実施の形態を用いてＡｇｉｌｅｎｔＴＭチューニング溶液成分のフラグメンテーションを励起周波数の関数として示すグラフである。
【図１６】リナックを四重極ロッドと同じポテンシャルに保持するという動作条件の下で、第２の実施の形態を用いてＡｇｉｌｅｎｔＴＭチューニング溶液成分のフラグメンテーションを励起振幅の関数として示すグラフである。
【図１７】第２の実施の形態の直線イオン・トラップ内のポテンシャル輪郭を示す電界図である。
【図１８】ＡｇｉｌｅｎｔＴＭチューニング溶液成分の質量分析中の信号強度をリナック・ポテンシャルの関数として示すグラフである。
【図１９】第２の実施の形態で得られた種々のマス・スペクトルをリナック・ポテンシャルの関数として示す一連のグラフである。
【図２０】非トラッピング・モードで直線トラップを質量分解の四重極として用いるとき、リナックにより導入される任意の歪効果を減らすのに最適のリナック・ポテンシャルを示す一連のグラフである。
【図２１】第２の実施の形態に用いられる別の形の電極の立面図である。
【図２２】第２の実施の形態に用いられる別の形の電極の端面図である。
【図２３】第３の四重極／直線イオン・トラップが図２１と図２２に示す補助電極を用いて高次の電界を作る第３の実施の形態に係る、トリプル四重極質量分析計を用いたＡｇｉｌｅｎｔＴＭチューニング溶液成分のＭＳおよびＭＳ２スペクトルを示す。
【図２４】励起振幅を３６０ｍＶ（０−ｐｋ）に設定しまた補助電極を四重極ロッドと同じポテンシャルに保持する動作条件の下の第３の実施の形態を用いて、ＡｇｉｌｅｎｔＴＭチューニング溶液成分のフラグメンテーションを励起周波数の関数としてプロットしたグラフである。
【図２５】励起振幅を５３０ｍＶ（０−ｐｋ）に設定しまた補助電極を四重極ロッドと同じポテンシャルに保持する動作条件の下の第３の実施の形態を用いて、ＡｇｉｌｅｎｔＴＭチューニング溶液成分のフラグメンテーションを励起周波数の関数としてプロットしたグラフである。
【図２６】励起振幅を９００ｍＶ（０−ｐｋ）に設定しまた補助電極と四重極ロッドとの間に１２０Ｖのポテンシャル差が存在する動作条件の下の第３の実施の形態を用いて、ＡｇｉｌｅｎｔＴＭチューニング溶液成分のフラグメンテーションを励起周波数の関数としてプロットしたグラフである。
【図２７】第４の実施の形態に係るトリプル四重極質量分析計内の直線イオン・トラップの半径方向断面図である。
【図２８Ａ】第４の実施の形態に用いられる補助電極の立面図である。
【図２８Ｂ】第４の実施の形態に用いられる補助電極の端面図である。
【図２９Ａ】第４の実施の形態に用いられる補助電極の立面図である。
【図２９Ｂ】第４の実施の形態に用いられる補助電極の端面図である。
【図３０】第４の実施の形態を用いるＡｇｉｌｅｎｔＴＭチューニング溶液のＭＳおよびＭＳ２スペクトルを示す。
【図３１】第４の実施の形態を用いるＡｇｉｌｅｎｔＴＭチューニング溶液のフラグメンテーションを励起周波数の関数としてプロットしたグラフである。
【図３２】任意の上記実施の形態に用いられる代替的ロッド構造の断面図である。
【図３３】任意の上記実施の形態に用いられる代替的ロッド構造の断面図である。
【図３４】任意の上記実施の形態に用いられる代替的ロッド構造の断面図である。
【図３５Ａ】追加の電極を含むよう修正ペニング・トラップの一例の透視図である。
【図３５Ｂ】追加の電極を含むよう修正ペニング・トラップの一例の断面図である。
【図３６Ａ】修正ペニング・トラップの別の例の透視図である。
【図３６Ｂ】修正ペニング・トラップの別の例の断面図である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３６Ａ】
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【図３６Ｂ】
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【国際調査報告】
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