(57)【要約】  質量分析計およびそれに関連した使用方法であって、第１イオン試料流（３２−１）および第２イオン試料流（３２−ｈ）は、質量分析計に注入され、その質量分析計において、イオン流は、反射体（５２）によって反射され、また、同時に検出される。
2005514737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）イオンを発生させる第１イオン化源と、（ｉｉ）イオンを発生させる第２イオン化源と、（ｉｉｉ）イオンを検出する第１検出器と、（ｉｖ）イオンを検出する第２検出器と、を有する質量分析計によって化学情報を取得する方法であって、
（ａ）前記第１イオン化源および前記第２イオン化源によって発生されたイオンを同時にサンプリングして、第１イオン試料および第２イオン試料を生成するステップと、
（ｂ）前記第１イオン試料からのイオンを前記第１検出器によって、前記第２イオン試料からのイオンを前記第２イオン検出器によって、同時に検出するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
スペクトル計であって、
少なくとも２つの異なるイオン源からの少なくとも２つの異なるイオン流を同時にスペクトル計に結合させる装置を、
備えるスペクトル計。
【請求項３】
請求項２に記載の装置であって、前記スペクトル計が、飛行時間型質量分析計を含む、装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源のうちの１つが、エレクトロスプレー・イオン化源を含む、装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源のうちの１つが、誘導結合プラズマ源を含む、装置。
【請求項６】
請求項２に記載の装置であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源のうちの１つが、エレクトロスプレー・イオン化源を含む、装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源のうちの１つが、誘導結合プラズマ源を含む、装置。
【請求項８】
請求項３に記載の装置であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源のうちの１つが、誘導結合プラズマ源を含む、装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源のうちの１つが、電子衝撃イオン化装置を含む、装置。
【請求項１０】
請求項２に記載の装置であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源のうちの１つが、誘導結合プラズマ源を含む、装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源のうちの１つが、電子衝撃イオン化装置を含む、装置。
【請求項１２】
請求項２に記載の装置であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源のうちの１つが、電子衝撃イオン化装置を含む、装置。
【請求項１３】
請求項３に記載の装置であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源のうちの１つが、電子衝撃イオン化装置を含む、装置。
【請求項１４】
請求項２に記載の装置であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源のうちの１つが、マトリックス支援レーザ脱離イオン化装置を含む、装置。
【請求項１５】
請求項３に記載の装置であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源のうちの１つが、マトリックス支援レーザ脱離イオン化装置を含む、装置。
【請求項１６】
スペクトル計の操作方法であって、
少なくとも２つの異なるイオン源を提供するステップと、
前記少なくとも２つの異なるイオン源からのイオン流を同時にスペクトル計に結合させるステップと、
を含む、スペクトル計の操作方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載のスペクトル計の操作方法であって、飛行時間型質量分析計の操作方法を含む、スペクトル計の操作方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源を提供するステップが、エレクトロスプレー・イオン化源を提供するステップを含む、方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源を提供するステップが、誘導結合プラズマ源を提供するステップを含む、方法。
【請求項２０】
請求項１６に記載の方法であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源を提供するステップが、エレクトロスプレー・イオン化源を提供するステップを含む、方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源を提供するステップが、誘導結合プラズマ源を提供するステップを含む、方法。
【請求項２２】
請求項１７に記載の方法であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源を提供するステップが、誘導結合プラズマ源を提供するステップを含む、方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源を提供するステップが、電子衝撃イオン化装置を提供するステップを含む、方法。
【請求項２４】
請求項１６に記載の方法であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源を提供するステップが、誘導結合プラズマ源を提供するステップを含む、方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源を提供するステップが、電子衝撃イオン化装置を提供するステップを含む、方法。
【請求項２６】
請求項１６に記載の方法であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源を提供するステップが、電子衝撃イオン化装置を提供するステップを含む、方法。
【請求項２７】
請求項１７に記載の方法であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源を提供するステップが、電子衝撃イオン化装置を提供するステップを含む、方法。
【請求項２８】
請求項１４に記載の方法であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源を提供するステップが、マトリックス支援レーザ脱離イオン化装置を提供するステップを含む、方法。
【請求項２９】
請求項１５に記載の方法であって、前記少なくとも２つの異なるイオン源を提供するステップが、マトリックス支援レーザ脱離イオン化装置を提供するステップを含む、方法。
【請求項３０】
スペクトル計の操作方法であって、
少なくとも２つの異なるイオン源を提供するステップと、
初めに前記イオン源のうち第１イオン源からのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップと、
その次に前記イオン源のうち第２イオン源からのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップと、
その次に前記イオン源のうち前記第２イオン源からのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップと、
その次に前記イオン源のうち前記第１イオン源からのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップと、
を含む、スペクトル計の操作方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載のスペクトル計の操作方法であって、飛行時間型質量分析計の操作方法を含む、スペクトル計の操作方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法であって、
前記イオン源のうち第１イオン源からのイオン流をスペクトル計へと結合させている間に、前記イオン源のうち第２イオン源からのイオン流をスペクトル計へと結合させることによって、質量スペクトルを発生させるステップを、
さらに含む方法。
【請求項３３】
請求項３２に記載の方法であって、前記イオン源のうち第１イオン源からのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップは、エレクトロスプレー・イオン化源からのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップを含む、方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の方法であって、前記イオン源のうち第２イオン源からのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップは、誘導結合プラズマ源からのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップを含む、方法。
【請求項３５】
請求項３０に記載の方法であって、前記イオン源のうち第１イオン源からのイオン流をスペクトル計へと結合させている間に、前記イオン源のうち第２イオン源からのイオン流をスペクトル計へと結合させることによって、質量スペクトルを発達させるステップを、
さらに含む方法。
【請求項３６】
請求項３５に記載の方法であって、前記イオン源のうち第１イオン源からのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップは、エレクトロスプレー・イオン化源からのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップを含む、方法。
【請求項３７】
請求項３６に記載の方法であって、前記イオン源のうち第２イオン源からのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップは、誘導結合プラズマ源からのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、２００２年１月３日出願の米国仮特許出願第６０／３４５，６３４号の優先権を主張するものであり、その開示を参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、化学情報の取得に関する。化学情報の取得については、例えば、特定の金属、それらの濃度、それらの関連性、および化学種形成（chemical speciation）を特定するために、混合物に関して、多数の別個の形態の化学情報を取得する状況で開示されている。しかし、それが同様に他の用途でも有用と考えられている。
【背景技術】
【０００３】
科学界では、金属が、無数の生化学プロセスで、またさらに材料特性を決定する際にも重要な役割を果たすが、その役割が不明確な場合があることが広く認識されている。したがって、金属に関わるプロセスについて、またさらに化学物質中の金属の存在について理解することが、環境監視、薬化学、医薬品化学などの分野できわめて重要である。試料中の金属の完全な種形成情報を決定する総合的手段の有用性は、明らかである。本明細書で使用するとき、種形成とは、一般に、試料中で金属がとる（１つまたは複数の）化学形態、例えば、金属の酸化状態、ならびに金属が有機物質および／または無機物質に結合した形態を意味する。
【０００４】
化学分析のための様々な方法および装置が知られている。今日の方法は、通常、混合物の分離とその後の元素／種形成データの分析という一般的な形態をした、個々の元素および金属種形成情報の連続取得を採用している。例えば、初めに混合物に液体クロマトグラフィーによる分離を実施し、その排液（effluent）を誘導結合プラズマ質量分析法によって金属について分析することができる。再度、同一の混合物分離が実施され、その排液がエレクトロスプレー・イオン化質量分析法によって種形成データについて分析される。これら２つの分離を比較して混合物内の金属会合種の濃度および同一性を決定するために、ピーク保持時間マッチングが実施されるので、分析には、分離の不一致による関連誤差が生じやすい。したがって、これらのタイプの手順は、必然的に、いくぶん非効率的であり、そのため別個の２つの機器を必要とし、いくぶんコストがかかり、被分析試料の使用が非効率的で、多大な時間を要する。
【０００５】
また例えば、以下の参考文献にも方法および装置が説明／記載されている。すなわち、英国特許出願ＧＢ２，２７３，２００Ａ；Casiot, C.、Vacchina, V.、Chassaigne, H.、Szpunar, J.、Potin-Gautier, M.、Lobinski, R.の「An Approach to the Identification of Selenium Species in Yeast Extracts Using Pneumatically-Assisted Electrospray Tandem Mass Spectrometry」、Anal. Commun.、１９９９、３６巻、７７〜８０頁；Houk, R. S.の「Electrospray and ICP-Mass Spectrometry: Enemies or Allies?」、Spectrochim. Acta、Part B、１９９８、５３Ｂ巻、２６７〜２７１頁；Elgersma, J. W.、Kraak, J. C.、Poppe, H.の「Electrospray as Interface in the Coupling of Micro High-Performance Liquid Chromatography to Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry」、J. Anal. At. Spectrom.、１９９７、１２巻、１０６５〜１０６８頁；Brown, F. B.、Olson, L. K.、Caruso, J. A.の「Comparison of Electrospray and Inductively Coupled Plasma Sources for Elemental Analysis with Mass Spectrometric Detection」、J. Anal. At. Spectrom.、１９９６、１１巻、６３３〜６４１頁；Chassaigne, H.、Lobinski, R.の「Speciation of Metal Complexes with Biomolecules by Reversed-Phase HPLC with Ion-Spray and Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometric Detection」、Fresenius' J. Anal. Chem.、１９９８、３６１巻、２６７〜２７３頁；Kim, T.、Tolmachev, A. V.、Harkewicz, R.、Prior, D. C.、Anderson, G.、Udseth, H. R.、Smith, R. D.、Bailey, T. H.、Rakov, S.、Futrell, J. H.の「Design and Implementation of a New Electrodynamic Ion Funnel」、Anal. Chem.、２０００、７２巻、２２４７〜２２５５頁；Tolmachev, A. V.、Kim, T.、Udseth, H. R.、Smith, R. D.、Bailey, T. H.、Futrell, J. H.の「Simulation-Based Optimization of the Electrodynamic Ion Funnel for High Sensitivity Electrospray Ionization Mass Spectrometry」、Int. J. Mass Spectrom.、２０００、２０３巻、３１〜４７頁；Lynn, E. C.、Chung, M.-C.、Han, C.-C.の「Characterizing the Transmission Properties of an Ion Funnel」、Rapid Commun. Mass Spectrom、２０００、１４巻、２１２９〜２１３４頁；Kim, T.、Udseth, H. R.、Smith, R. D.の「Improved Ion Transmission from Atmospheric Pressure to High Vacuum Using a Multicapillary Inlet and Electrodynamic Ion Funnel Interface」、Anal. Chem.、２０００、７２巻、５０１４〜５０１９頁；Voyksner, R. D.、Lee, H.の「Investigating the Use of an Octupole Ion Guide for Ion Storage and High-Pass Mass Filtering to Improve the Quantitative Performance of Electrospray Ion Trap Mass Spectrometry」、Rapid Commun. Mass Spectrom.、１９９９、１３巻、１４２７〜１４３７頁；Cha, B.、Blades, M.、Douglas, D. J.の「An Interface with a Linear Quadrupole Ion Guide for an Electrospray-Ion Trap Mass Spectrometer System」、Anal. Chem.、２０００、７２巻、５６４７〜５６５４頁；Michael, S. M.、Chien, B. M.、Lubman, D. M.の「Detection of Electrospray Ionization Using a Quadrupole Ion Trap Storage/Reflection Time-Of-Flight Mass Spectrometer」、Anal. Chem.、１９９３、６５巻、２６１４〜２６２０頁；Draper, W. M.の「Electrospray Liquid Chromatography Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometry Determination of Phenyl Urea Herbicides in Water」、J. Agric. Food Chem.、ACS ASAP；Boue, S. M.、Stephenson, J. L. Jr.、Yost, R. A.の「Pulsed Helium Introduction into a Quadrupole Ion Trap for Reduced Collisional Quenching During Infrared Multiphoton Dissociation of Electrosprayed Ions」、Rapid Commun. Mass Spectrom.、２０００、１４巻、１３９１〜１３９７頁；Egan, M. J.、Kite, G. C.、Porter, E. A.、Simmonds, M. S. J.、Howells, S.の「Electrospray and APCI Analysis of Polyhydroxyalkaloids Using Positive and Negative Collision Induced Dissociation Experiments in a Quadrupole Ion Trap」、Analyst (英国ケンブリッジ)、２０００、１２５巻、１４０９〜１４１４頁；Quarmby, S. T.、Yost, R. A.の「Fundamental Studies of Ion Injection and Trapping of Electro-Sprayed Ions on a Quadrupole Ion Trap」、Int. J. Mass Spectrom.、１９９９、１９０巻、８１〜１０２頁；Shen, J.、Brodbelt, J. S.の「Post-Column Metal Complexation of Quinolone Antibiotics in a Quadrupole Ion Trap」、Rapid Commun. Mass Spectrom.、１９９９、１３巻、１３８１〜１３８９頁；Ding, J.、Vouros, P.の「Advances in CE/MS」、Anal. Chem.、１９９９、７１巻、３７８Ａ〜３８５Ａ頁；Purves, R. W.、Li, L.の「Development of an Ion Trap/Linear Time-Of-Flight Mass Spectrometer with Electrospray Ionization for Micro-Column Liquid Chromatography Detection」、J. Microcolumn、１９９５年９月、７巻、６０３〜６１０頁；Chien, B. M.、Lubman, D. M.の「Analysis of the Fragments from Collision-Induced Dissociation of Electrospray-Produced Peptide Ions Using a Quadrupole Ion Trap Storage/Reflection Time-Of-Flight Mass Spectrometer」、Anal. Chem.、１９９４、６６巻、１６３０〜１６３６頁；Myers, D. P.、Li, G.、Yang, P.、Hieftje, G. M.の「An Inductively Coupled Plasma-Time-Of-Flight Mass Spectrometer for Elemental Analysis. Part I：Optimization and Characteristics」、J. Am. Soc. Mass Spectrom.、１９９４、５巻、１００８〜１０１６頁；http://www.srv.net/~klack/simion.html、特にScientific Instrument Services, Inc.、http://www.sisweb.com/simion.htmを通じて入手可能なＳＩＭＩＯＮソフトウェアパッケージ；GBC Scientific Equipment、http://www.gbcsci.com/products/icp＿tof/optimass.aspから入手可能なＧＢＣモデルＯｐｔｉｍａｓｓ８０００ＩＣＰ−ＴＯＦＭＳ機器；およびLeco ICP-TOFMS、http://www.leco.com/icp-tofms/renaissance/renaissance.htmがある。
【０００６】
これらの参考文献の開示を参照により本明細書に組み込む。このリストは、すべての関連先行技術を完全に調査したことを表すものではない。またこのリストは、列記した以外の関連技術がこれ以上存在しないことを表すものでもない。またこのリストは、列記された先行技術が特許性に対する材料であることを表すものでもない。また、このような表現のいずれも推測されるべきではない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、（ｉ）イオンを発生させる第１イオン化源と、（ｉｉ）イオンを発生させる第２イオン化源と、（ｉｉｉ）イオンを検出する第１検出器と、（ｉｖ）イオンを検出する第２検出器とを有する質量分析計によって、化学情報を取得する方法が提供される。当該方法は、（ａ）前記第１イオン化源および前記第２イオン化源によって発生されたイオンを同時にサンプリングして、第１イオン試料および第２イオン試料を生成するステップと、（ｂ）前記第１イオン試料からのイオンを前記第１検出器によって、前記第２イオン試料からのイオンを前記第２イオン検出器によって、同時に検出するステップとを含む。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、スペクトル計（spectrometer）には、少なくとも２つの異なるイオン源からの少なくとも２つの異なるイオン流を同時にスペクトル計に結合させる装置が含まれる。
【０００９】
一例として、本発明のこの態様によれば、スペクトル計が、飛行時間型質量分析計（time-of-flight mass spectrometer）を含む。
一例として、本発明のこの態様によれば、少なくとも２つの異なるイオン源のうちの１つが、エレクトロスプレー・イオン化源（electrospray ionization source）を含む。
【００１０】
一例として、本発明のこの態様によれば、少なくとも２つの異なるイオン源のうちの１つが、誘導結合プラズマ源（inductively coupled plasma source）を含む。
一例として、本発明のこの態様によれば、少なくとも２つの異なるイオン源のうちの１つが、電子衝撃イオン化装置（electron-impact ionization apparatus）を含む。
【００１１】
本発明の他の態様によれば、スペクトル計の操作方法には、少なくとも２つの異なるイオン源を提供するステップと、少なくとも２つの異なるイオン源からのイオン流を同時にスペクトル計に結合させるステップとが含まれる。
【００１２】
一例として、本発明のこの態様によれば、当該方法が、飛行時間型質量分析計を操作する方法を含む。
一例として、本発明のこの態様によれば、少なくとも２つの異なるイオン源を提供するステップが、エレクトロスプレー・イオン化源を提供するステップを含む。
【００１３】
一例として、本発明のこの態様によれば、少なくとも２つの異なるイオン源を提供するステップが、誘導結合プラズマ源を提供するステップを含む。
一例として、本発明のこの態様によれば、少なくとも２つの異なるイオン源を提供するステップが、電子衝撃イオン化装置を提供するステップを含む。
【００１４】
本発明の他の態様によれば、スペクトル計の操作方法には、少なくとも２つの異なるイオン源を提供するステップと、初めに前記イオン源のうち第１イオン源からのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップと、その次に前記イオン源のうち第２イオン源からのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップと、その次に前記イオン源のうち第２イオン源からのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップと、その次に前記イオン源のうち第１イオン源からのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップとが含まれる。
【００１５】
一例として、本発明のこの態様によれば、当該方法が、飛行時間型質量分析計の操作方法を含む。
一例として、本発明のこの態様によれば、当該方法には、さらに、前記イオン源のうち第１イオン源からのイオン流をスペクトル計へと結合させている間に、前記イオン源のうち第２イオン源からのイオン流をスペクトル計へと結合させることによって、質量スペクトルを発達させるステップが含まれる。
【００１６】
一例として、本発明のこの態様によれば、前記イオン源のうちの１つからのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップが、エレクトロスプレー・イオン化源からのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップを含む。
【００１７】
一例として、本発明のこの態様によれば、前記イオン源のうちの１つからのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップが、誘導結合プラズマ源からのイオン流をスペクトル計へと結合させるステップを含む。
【００１８】
なお、本発明は、以下の例示的な実施形態の詳細な説明および本発明を図示する図面を参照することによって、最も良く理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、スクリーニングや標的種の明確な検出などの目的で、または一般に元素情報および種形成情報の知識を必要とする分析が望ましいときに、環境的／生物学的／薬学的複合混合物もしくは関心のある他の複合混合物中の元素（例えば金属）の種形成に関する情報を、迅速に取得する方法および装置の提供に努める。本発明は、化学分析のための確立された分離方法および新規検出システムを使用する。検出システムには、飛行時間型質量分析計（以後、ＴＯＦＭＳ（time-of-flight mass spectrometer）とも呼ぶ）および多数のイオン源が含まれる。本発明は、１回の分離ごとに、元素種形成および金属種形成の情報を提供する。したがって、この分析では、実施ごとのばらつきに起因した誤差が低減し、直接比較することによって金属含有種を識別することができる。元素同一性および金属種形成データが、直交したタイプの情報を表すので、混合物中の構成成分の不完全分離は、デコンボリューション法（deconvolution techniques）によって克服することができる。図示した実施形態が、単一の機器を企図しているので、分析は、より少ない関連コストで、より効率的かつ迅速に完了する。
【００２０】
混合物分離ステップおよび質量分光分析ステップを含む化学情報取得方法が、図１に図式的に示されている。
分離ステップ２０は、互いに共通した金属を含有する別個の化学種を分離する。注目すべきことには、単一の金属、元素、または同位体プロファイルを対応する分子イオンスペクトルと一致させる能力によって、非理想的な分離２０の問題が克服されるので、本発明の方法および装置は、混合物中のすべての種の包括的な分離を必要としない。一例として、混合物分離２０は、液体クロマトグラフィー、キャピラリー電気泳動、または当該技術分野で公知のいずれかの数の他の分離方法２０によって達成することができる。
【００２１】
２０で分離されると、排液が２４で所定の体積比に分配され、個々の流れ２６−１、２６−２、．．．２６−ｎが、それぞれ、異なる２つ以上のイオン化源２８−１、２８−２、．．．２８−ｎのうちの１つに注入される。一般に、イオン化源２８−１、２８−２、．．．２８−ｎは、独立したタイプの化学情報を提供する能力に基づいて選択される。一例として、イオン化源２８−１、２８−２、．．．２８−ｎのうちの１つ（例えば、エレクトロスプレー・イオン化源２８−１）は、種形成情報を提供する能力について選択され、イオン化源２８−１、２８−２、．．．２８−ｎのうちの他のもの（例えば、誘導結合プラズマ源２８−ｎ）は、非常に高感度の元素決定を提供する能力について選択される。多数のイオン化源２８−１、２８−２、．．．２８−ｎは、単一の質量分析計３０を使用して同時にサンプリングされる。各イオン化源２８−１、２８−２、．．．２８−ｎによって生成されたイオン３２−１、３２−２、．．．３２−ｎは、それぞれ、各検出器３４−１、３４−２、．．．３４−ｎによって検出される。一例として、検出は、同時並行式に、または時分割多重化方式で順次に実施することができる。いずれにせよ、所望の化学情報は、単一の分離２０によって事実上同時に得られる。
【００２２】
（分離）
本発明の方法および装置２４、２６−１、２６−２、．．．２６−ｎ、２８−１、２８−２、．．．２８−ｎ、３０、３４−１、３４−２、．．．３４−ｎは、単一の化合物の分析にも有用であるが、分離方法および装置２０とともに使用することもできる。これで、混合物中の被分析試料の比較的明確な特定が可能になる。またこれで、分離間の誤差が最小限に抑えられる。またこれで、ユーザが、異なる多数のイオン化源および方法から入手可能な、直交または独立した性質の化学情報の利益を得ることができる。異なる多くのイオン化方法および装置が日常的に使用され、また文献に記載されており、そのうちの適切な１つまたは複数を、有効性が実証されている用途について選択することができる。図示した実施形態は、異なる２つのイオン化方法および装置、すなわち、エレクトロスプレー・イオン化（以後、ＥＳＩ（electrospray ionization）とも呼ぶ）方法と装置２８−１、および誘導結合プラズマ（以後、ＩＣＰ（inductively coupled plasma）とも呼ぶ）方法と装置２８−ｎを使用する。例えば、前述のCasiot, C.らの「An Approach to the Identification of Selenium Species in Yeast Extracts Using Pneumatically-Assisted Electrospray Tandem Mass Spectrometry」、前述のHouk, R. S.の「Electrospray and ICP-Mass Spectrometry: Enemies or Allies?」、前述のElgersma, J. W.らの「Electrospray as Interface in the Coupling of Micro High-Performance Liquid Chromatography to Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry」、前述のBrown, F. B.らの「Comparison of Electrospray and Inductively Coupled Plasma Sources for Elemental Analysis with Mass Spectrometric Detection」、および前述のChassaigne, H.らの「Speciation of Metal Complexes with Biomolecules by Reversed-Phase HPLC with Ion-Spray and Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometric Detection」に記載されているように、これらの方法および装置２８−１、２８−ｎは、それらが提供する情報の種類および溶液取込み要件において相補的である。例えば、高速液体クロマトグラフィー２０（以後、ＨＰＬＣ（high-performance liquid chromatography）とも呼ぶ）による分離を、例えば総排液流量１ｍＬ／分で使用するときには、約１００μＬ／分をＥＳＩ装置２８−１に供給し、残りをＩＣＰ装置２８−ｎに供給することができる。元素プロファイルおよび分子同一性は、同時にまたは事実上同時にモニタリングすることができ、デコンボリューション方法および装置を使用して、不完全分離を補正することができる。方法および装置２０、２４、２６−１、２６−２、．．．２６−ｎ、２８−１、２８−２、．．．２８−ｎ、３０、３４−１、３４−２、．．．３４−ｎが信頼性のある結果をもたらすには、各イオン化源２８−１、２８−２、．．．２８−ｎの出力が、同一のクロマトグラムに、考えられる最大の一致を示さなければならない。したがって、源流を分配する操作２４によって、例えばデッドボリュームを通じて導入されたコンボリューション、イオン化源２８−１、２８−２、．．．２８−ｎへの源流の導入の間の遅延時間、または源流自体に起因した遅延時間を、特徴付け、かつ／または最小限に抑えなければならない。そのような特徴付けは、未知の源流の分析前に、当該方法および装置２４、２６−１、２６−２、．．．２６−ｎ、２８−１、２８−２、．．．２８−ｎ、３０、３４−１、３４−２、．．．３４−ｎ内に標準的な源流を流すことによって達成することができる。
【００２３】
（イオン化源）
前述のように、図示した実施形態は、イオン化源２８−１、２８−ｎとして、それぞれＥＳＩおよびＩＣＰを使用する。これらは、相補的な性質であるので、魅力のある方法および装置である。ＥＳＩ方法および装置２８−１は、多価の分子イオンおよび分子フラグメントイオン３２−１を生成する。これによって、化学構造の情報を得ることができる。ＩＣＰ方法および装置２８−ｎは、主に原子イオン３２−ｎを生成する。これによって、ほとんどの元素について非常に高い感度で元素および同位体情報を得ることができる。したがって、直交または独立したタイプの化学情報を生成させることができるのであれば、このような方法および装置の組合せをうまく使用することができる。例えば、ガスクロマトグラフィーで得られるような蒸気質試料を電子衝撃イオン化装置２８−ｋ（１≦ｋ≦ｎ）およびＩＣＰ装置２８−ｎに注入して、事実上同時に分子フラグメンテーションおよび元素情報を入手することができる。一般に、使用されるイオン化源２８−１、２８−２、．．．２８−ｎの選択は、入手可能な化学情報の値、利用可能な被分析試料のタイプ、質量要件、およびＴＯＦＭＳ操作要件によって決まる。
【００２４】
（ＴＯＦＭＳ）
飛行時間型質量分析計３０には、いくつかの利点がある。そのうちの１つは、ＴＯＦＭＳ３０がきわめて迅速に質量スペクトルを取得できるので、分離によって生じた短時間の過渡現象の完全な特徴付けが可能になることである。すべての質量が同時に引き出されて分析されるので、ＴＯＦＭＳ３０は、一般に、スペクトルスキュー誤差（spectral skew error）、または過渡信号の時間依存性濃度プロファイル時の質量スペクトルデータの走査取得に付随した誤差の影響を受けないものとして認識されている。さらに、関心のあるすべての質量が同時に引き出されるので、同位体希釈や内部標準化などの比演算（ratioing）方法および装置において、より高い精度を達成することができる。これらの利点によって、複合混合物の事実上完全な特徴付けにおいて、また、例えば組合せライブラリの高速スクリーニングのように短時間の過渡現象をもたらすシステムで、ＴＯＦＭＳ３０が有用なものになる。
【００２５】
ＴＯＦＭＳ３０の幾何学構造により、多数の、例えば２つの別個のタイプの化学情報を、多数の、やはり例えば２つの異なるイオン化源２８−１、２８−ｎから、取得の迅速な組合せができる。このような応用には、大きなダイナミックレンジかつ高い時間分解能で、多数の、やはり一例として２つの、実質的に異なる質量対電荷比の観察が必要になる。ＴＯＦＭＳ３０の幾何学構造を使用すると、１つにはＴＯＦＭＳ３０のスペクトル生成速度が速いので、また１つには機器が迅速に変化させることのできる電場を使用するので、調査している多数の、例えば２つの別個のイオン化源２８−１、２８−ｎから、データを同時にまたは事実上同時に（高速で交互に）取得することができる。また、ＴＯＦＭＳ３０の幾何学構造によって、各イオン化源２８−１、２８−ｎがモニタリングされるデューティサイクル（duty cycle）の変更も可能になる。例えば、ＥＳＩ源２８−１がＩＣＰ源２８−ｎから得られるのと類似の信号対雑音比を提供するように、ＥＳＩ源２８−１が占める機器の取得時間をＩＣＰ源２８−ｎよりも大きな部分にすることができる。
【００２６】
ＴＯＦＭＳ３０の幾何学構造は、様々なタイプの機器の能力を統合する。各タイプの機器を別々に使用することもでき、または様々なタイプの機器を並行して使用して、各機器を特徴付ける追加的な利点をもたらすこともできる。このＴＯＦＭＳ３０の幾何学構造は、構築および維持にあまりコストがかからない。例えば、真空ポンプ、電源、データ取得システムの一部など、いくつかのコンポーネントおよびシステムが重複しており、それらを統合してコストを節減することができる。例えば、通常ＥＳＩ源２８−１およびＩＣＰ源２８−ｎとともに使用されるインターフェース領域は、類似の真空要件を有する。ＴＯＦＭＳ３０の幾何学構造により、単一の真空ポンプを使用して両方の真空インターフェースの第一段階を真空排気することができ、ＥＳＩ源２８−１およびＩＣＰ源２８−ｎそれぞれの第２および第３真空段階は、単一の高真空ポンプ、例えばターボ分子ポンプによって果たすことができる。さらに、ＴＯＦＭＳ３０の幾何学構造により、それぞれ別個の各イオン化源２８−１、２８−２、．．．２８−ｎによって生成されるイオン電流およびイオンエネルギーについて最適化された、イオン光学系３８−１、３８−２、．．．３８−ｎの使用が可能になる。例えば、図１を参照すると、イオン光学電極３８−１、３８−ｎの多くが、ＴＯＦＭＳ３０の操作のＥＳＩサイクルおよびＩＣＰサイクルに共有されていることが理解されよう。機器が順次に操作される場合、検出システム３４−１、３４−２、．．．３４−ｎを、多数のイオンビーム生成システム２８−１、２８−２、．．．２８−ｎの間で高速で切り替えて、ＥＳＩ検出器３４−１およびＩＣＰ検出器３４−ｎの出力を交互にモニタリングすることができる。これで、より高い感度を達成することができ、一般的な折衷的イオン光学システムで可能なよりも、必要な試料材料がより少なくなる。
【００２７】
ＴＯＦＭＳ３０の直交引出し領域３５の幾何学構造により、多数のイオン化源２８−１、２８−２、２８−ｎによって生成されるイオン３２−１、３２−２、．．．３２−ｎを同時に、または高速で順次に分析することができる。図１を参照すると、イオン化源２８−１、２８−ｎは、互いに１８０°に配向しており、イオンは、連続的に反対方向に引き出される。各イオン化源は、イオンをその現時の圧力、例えば大気圧から、真空環境内へと移動させるために、別個の差動排気型真空インターフェースを有する。各インターフェースが別個のものであるので、各インターフェースを各イオン化源２８−１、２８−ｎによって生成されたイオンの流束およびエネルギーに調整することができる。次いで、イオン化源２８−１、２８−ｎから得られるイオンビームが平行化され、同一の引出し領域３５に導かれて、その引出し領域３５で質量分析のために引き出される。イオン化源２８−１、２８−ｎは、異なる方向に配向しているので、ＴＯＦＭＳ３０のドリフト領域内で異なる軌道４０−１、４０−ｎに達し、したがって異なるイオン検出器３４−１、３４−ｎで別々に検出することができる。これらの引出しイベントを順次に実施し、または時分割多重化することによって、すなわち各イオン化源２８−１、２８−ｎからそれぞれのイオン３２−１、３２−ｎを交互に引き出すことによって、異なるタイプの化学情報が非常に迅速に得られる。場合によっては、多数のイオン化源２８−１、．．．２８−ｎからのそれぞれのイオン３２−１、．．．３２−ｎすべてを同時に質量分析器へと引き出すこともできる。
【００２８】
（イオン光学系）
各イオン化源２８−１、．．．２８−ｎが別個のインターフェース領域を通じてサンプリングされるので、引出し領域３５への導入前に、各イオン化源２８−１、．．．２８−ｎからのイオンビームの平行化を担うイオン光学系３８−１、．．．３８−ｎを、各イオン化源２８−１、．．．２８−ｎのイオンの流束およびエネルギーに調整することができる。例えば、ＥＳＩ源２８−１が使用されるときには、より高い感度を達成するために、得られるプルーム（plume）から過剰な溶媒を乾燥させることがきわめて有利であることが示されている。また、ＥＳＩ源２８−１が、比較的強度の小さい、等エネルギーのイオンビームを生成することも知られている。ビームには、多数の電荷を有する高質量イオン３２−１が含まれる。したがって、このイオン化源２８−１のためのイオン光学系３８−１および引出しシステムに、イオンを脱溶媒化するための乾燥領域と、適切なイオン３２−１のエネルギーに対応できる電極とを含めることがきわめて有利である。適切なイオン光学系３８−１については、例えば、前述のKim, T.らの「Design and Implementation of a New Electrodynamic Ion Funnel」、前述のTolmachev, A. V.らの「Simulation-Based Optimization of the Electrodynamic Ion Funnel for High Sensitivity Electrospray Ionization Mass Spectrometry」、前述のLynn, E. C.らの「Characterizing the Transmission Properties of an Ion Funnel」、および前述のKim, T.らの「Improved Ion Transmission from Atmospheric Pressure to High Vacuum Using a Multicapillary Inlet and Electrodynamic Ion Funnel Interface」に記載されている。さらに、衝突を通じてイオンビームを冷却するために、イオン光学系３８−１に高周波多重極イオンガイドが使用され（例えば、前述のVoyksnerらの「Investigating the Use of an Octupole Ion Guide for Ion Storage and High-Pass Mass Filtering to Improve the Quantitative Performance of Electrospray Ion Trap Mass Spectrometry」、および前述のCha, B.らの「An Interface with a Linear Quadrupole Ion Guide for an Electrospray-Ion Trap Mass Spectrometer System」を参照)、または、ＴＯＦＭＳの引出し領域３５への注入前にイオン電流を集束させるために四重極イオントラップが使用されてきた（例えば、前述のMichael, S. M.らの「Detection of Electrospray Ionization Using a Quadrupole Ion Trap Storage/Reflection Time-Of-Flight Mass Spectrometer」、前述のDraper, W. M.の「Electrospray Liquid Chromatography Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometry Determination of Phenyl Urea Herbicides in Water」、前述のBoue, S. M.らの「Pulsed Helium Introduction into a Quadrupole Ion Trap for Reduced Collisional Quenching During Infrared Multiphoton Dissociation of Electrosprayed Ions」、前述のEgan, M. J.らの「Electrospray and APCI Analysis of Polyhydroxyalkaloids Using Positive and Negative Collision Induced Dissociation Experiments in a Quadrupole Ion Trap」、前述のQuarmby, S. T.らの「Fundamental Studies of Ion Injection and Trapping of Electro-Sprayed Ions on a Quadrupole Ion Trap」、前述のShen, J.らの「Post-Column Metal Complexation of Quinolone Antibiotics in a Quadrupole Ion Trap」、前述のDing, J.らの「Advances in CE/MS」、前述のPurves, R. W.らの「Development of an Ion Trap/Linear Time-Of-Flight Mass Spectrometer with Electrospray Ionization for Micro-Column Liquid Chromatography Detection」、および前述のChien, B. M.らの「Analysis of the Fragments from Collision-Induced Dissociation of Electrospray-Produced Peptide Ions Using a Quadrupole Ion Trap Storage/Reflection Time-Of-Flight Mass Spectrometer」を参照）。これら一般的なタイプのシステムのいずれかを、本発明��コンポーネントとして使用できると考えられている。
【００２９】
対照的に、典型的なＩＣＰ源２８−ｎは、約１〜２５０ａｍｕの原子範囲に限定された質量のイオン３２−ｎを含んだ、強度が非常に大きい、等運動エネルギー分布のイオンビームを生成することが知られている。ＩＣＰ源２８−ｎをＴＯＦＭＳ３０に結合させるために、修飾電極が使用されてきた。例えば、前述のMyers, D. P.らの「An Inductively Coupled Plasma-Time-Of-Flight Mass Spectrometer for Elemental Analysis. Part I: Optimization and Characteristics」を参照されたい。
【００３０】
（ＴＯＦＭＳパラメータ）
ＴＯＦＭＳ３０は、多数の、例えば２つの異なるイオン化源２８−１、．．．２８−ｎからの、多数の、一例としては２つの異なる質量範囲のイオン３２−１、．．．３２−ｎのサンプリングが可能なように構成されている。したがって、異なるいくつかのＴＯＦＭＳ３０の機器の幾何学構造を、本発明によって構築される機器の設計、構造、および使用のための出発点にすることができる。ＴＯＦＭＳ３０の構造のイオン軌道４０−１、．．．４０−ｎシミュレーションが、図２に示されている。図２は、本発明によるＴＯＦＭＳ３０の構造の特定の一般原理を示す。図２に示したＴＯＦＭＳ３０は、一般に直交引出し幾何学構造と呼ばれる幾何学構造に基づいている。直交引出し幾何学構造では、イオン３２−１、．．．３２−ｎは、それらの当初の運動方向に垂直な方向に沿って加速領域５０へと引き出される。したがって、イオン３２−１、．．．３２−ｎは、それらの初期エネルギーＥyに応じて、ＴＯＦＭＳ３０の飛行領域内で角度αに達し、
α＝ａｒｃｔａｎ（Ｖy／Ｖx）＝ａｒｃｔａｎ（ｓｑｒｔ（Ｅy／Ｅx））    （１）
式中、Ｅxは、加速エネルギー、Ｖyは、イオン３２−１、．．．３２−ｎの初速度、Ｖxは、加速を通じて達した速度、ｓｑｒｔは、平方根の演算子である。ＥＳＩ源２８−１によって生成されたイオン３２−１−ｐ、．．．３２−１−ｑがすべて同一のエネルギー（適当な概算で）を有する場合、結果としてすべての質量がドリフト領域内で同一の角度αに達し、イオン化源２８−１のビームから引き出された場所で離隔していた距離と同じ距離だけ離隔した検出器３４−１に到達することになる。このことが、図２にイオン３２−１−ｐおよび３２−１−ｑについて示されており、一例としてこれらのイオンは、ともに１０ｅＶのエネルギーを有する。すなわち、Ｅy＝１０ｅＶである。検討しているイオン３２−１−ｐ、．．．３２−１−ｑの質量とは無関係に、図２のイオン３２−１−ｐの起点から引き出されたイオンは、引出し領域３５の最も近くにある検出器３４−１の縁部５７に突き当たり、一方、イオン３２−１−ｑのエネルギーおよび起点をもったイオンは、検出器３４−１の縁部５８に接触する。したがって、この例では、ＥＳＩ源２８−１のための引出し領域３５は、そのイオン化源２８−１からのイオン３２−１を検出するのに使用される検出器３４−１とほぼ同一のサイズがあれば十分である。
【００３１】
対照的に、ＩＣＰ源２８−ｎは、イオン３２−ｎが等速度部分および等エネルギー部分の両方を含んだエネルギーを有するようなイオンビームを生成し、その結果、質量に依存する１次イオンビーム軌道３２−ｎ−ｒ、．．．３２−ｎ−ｓをもたらす。引出し領域３５内の同一の起点から引き出された異なる質量を有するイオン３２−ｎ−ｒ、．．．３２−ｎ−ｓは、飛行領域内で異なる角度に達し、結果として異なる位置で検出器３４−ｎに突き当たる。この質量バイアスを最小限に抑えるために、引出し領域３５を、一連のイオン３２−ｎ−ｒ、．．．３２−ｎ−ｓのエネルギーに適合するように設計しなければならず、したがって、はるかに大きなサイズにしなければならない。また、図２は、２つのＩＣＰイオン３２−ｎ−ｒ、３２−ｎ−ｓを示す。ＩＣＰイオン３２−ｎ−ｒ、３２−ｎ−ｓは、一例としては直径４．４ｃｍの検出器３４−ｎによって、一例として幅１０ｃｍの引出し領域３５でサンプリングされたエネルギーウィンドウの境界を表す、異なるエネルギーを有する。
【００３２】
機器の設計に重要な他のパラメータは、引出し領域３５を再充満（refill）するのに要する時間と、質量分析を完了するのに要する時間との関係である。このパラメータは、事実上、機器のデューティファクタ（duty factor）を決定し、したがって、機器の効率および機器の感度を決定する。典型的なＴＯＦＭＳの繰返し数（repetition rate）は、ｍ／ｚが最大の、したがって最低速度を有するイオン３２−１、．．．３２−ｎが、飛行領域を横断して検出器３４−１、．．．３４−ｎに突き当たるのに要する時間によって制限される。連続的なイオン化源２８−１、．．．２８−ｎが使用されるときには、繰返し数は、やはり、イオン化源２８−１、．．．２８−ｎから入射してくるイオンビームが質量バイアス効果を生じない形で引出し領域３５を充満するのに要する時間によって制限される。例えば、ＴＯＦＭＳ３０によってサンプリングされる単一エネルギーのイオンビームは、次の関係式に従い、
ｄ≦ａ（ｓｑｒｔ（２Ｅy））    （２）
式中、Ｅyは、ビームのエネルギー、ｄは、ｙ軸に沿った検出器３４−１、．．．３４−ｎの幅または引出し領域３５の幅のいずれかで、いずれにしても制限されており、ａは、特定の機器に依存した機器定義比例定数で、次の飛行時間との関係から導出される。
【００３３】
飛行時間（ｍ／ｚの関数）＝ａ（ｓｑｒｔ（ｍ／ｚ））    （３）
ビームがｍ／ｚ＝１０００相当までの質量をすべて含んでいる場合、特定の質量が引出し領域３５に充満するまで引出しを起こしてはならない。こうすることで、引き出されたイオン３２−１、．．．３２−ｎが、確実に、入射イオンビームの組成を精確に反映したものになる。ｄ≦ａ（ｓｑｒｔ（２Ｅy））がｍ／ｚに依存しないことに留意する。これは、ｍ／ｚの増加とともに増加した飛行時間が、引出し領域３５を充満するのに要する、より長い時間を補償するからである。単一エネルギービームのエネルギーが１０ｅＶで、ａの値がきわめて典型的な１．８×１０-6の場合、限界寸法は、８．３ｃｍになる。
【００３４】
等速度イオン３２−１、．．．３２−ｎのビームでは、各ｍ／ｚが同一速度で進行するので状況が異なる。したがって、各ｍ／ｚは、質量とともに線形に変化するエネルギーＥyを有する。その結果、領域３５のサイズ、したがって再充満時間が、調査している質量範囲とともに変化する。各質量が異なるエネルギーを有するので、問題となっているｍ／ｚの範囲が、そこから検出器３４−１、．．．３４−ｎの表面に突き当たることのできる引出し領域３５内の適切な位置に移動するのに十分な時間が取れるまで、引出しを遅延させなければならない。引出し領域３５を再充満するのに要する時間は、調査している質量範囲と次の関係式による関係があり、
再充満時間＝ａ（ｓｑｒｔ（（ｍ／ｚ）HIGH）−ｓｑｒｔ（（ｍ／ｚ）LOW）））    （４）
式中、（ｍ／ｚ）HIGHは、サンプリングされる最大の（ｍ／ｚ）で、（ｍ／ｚ）LOWは、サンプリングされる最小の（ｍ／ｚ）である。したがって、等速度イオンビームの場合、再充満時間は、入射イオンビームの速度とは無関係で、機器に起因した加速度だけによって決まる。典型的なＩＣＰ−ＴＯＦＭＳ（例えば、ａ＝１．８×１０-6）では、関心のある質量範囲がｍ／ｚ＝約２〜約２５０になる。これは、約３９ＫＨｚの最大繰返し数（１／充満速度）をもたらすことになる。比較すると、飛行時間によって決定される最大の繰返し数は、約３５ＫＨｚになる。
【００３５】
関心のあるイオンビームが等速度特性および単一エネルギー特性の両方を有する場合（例えば、ＩＣＰ源２８−ｎからのイオンビームの典型的な状況）、計算がより複雑になる。ビームが等速度特性および単一エネルギー特性を示すので、再充満時間および寸法は、質量範囲ＭHIGH〜Ｍm/z、検出器３４−ｎのサイズＤＥＴＥＣＴＯＲ、オフセット電位Ｅ0、膨張温度Ｔ、および飛行時間パラメータａによって決まる。再充満時間は、次の関係式から計算でき、
再充満時間（Ｍm/z）＝（ＤＥＴＥＣＴＯＲ＋ａｓｑｒｔ（Ａｖｑ）（（ｓｑｒｔ（（５ＭHIGHｋＴ＋２Ｅ0ＭArｑ）／ＭArｑ）−ｓｑｒｔ（（５Ｍm/zｋＴ＋２Ｅ0ＭArｑ）／ＭArｑ）））／ｓｑｒｔ（（５Ｍm/zｋＴ＋２Ｅ0ＭArｑ）／ＭArＭm/z）    （５）
式中、ＭArは、槽内気体（この例ではアルゴン）の質量、ｋは、ボルツマン定数、ｑは、元素の電荷、Ａｖは、アボガドロ数である。限界再充満時間を有するｍ／ｚは、温度およびオフセット電位の相対的な大きさに応じて変化するが、等速膨張の場合に決まるよりも常に小さくなる。
【００３６】
すべてのＴＯＦＭＳは、飛行時間の誤差を低減するためにイオンの初期空間分布の補償を図っている。現在これは、一般に、先行技術で広く文書化されている空間収束法によって達成される。空間収束平面位置がｍ／ｚとは無関係であるので、イオン源２８−１、．．．２８−ｎには単一系列の機器条件で十分である。図２に示した引出し領域３５および加速領域５０内の場の強度の大きさが等しい条件下では、２次の主空間収束平面は、加速領域５０の端から、引出し領域３５の長さに加速領域５０の２倍の長さを加えた距離に等しい距離に位置する。他の引出し領域の幾何学構造を考える際には、これらの空間収束条件を観察する必要がある。
【００３７】
また、ＴＯＦＭＳは、引き出されるイオン３２−１、．．．３２−ｎ間の初速度分布を補償するために、イオンミラーなどのエネルギー補償法を使用する。速度分布誤差が補償される程度は、しばしば、加速電位損失量（δＵ／Ｕ）の関数として、減少した飛行時間の差分（δｔ／Ｔ）の点から表される。ほとんどの条件下では、異なるイオン化源２８−１、．．．２８−ｎからのイオン３２−１、．．．３２−ｎは、同一の加速電位を受ける。したがって、イオン源２８−１、．．．２８−ｎに同一のリフレクトロン５２構成を使用することが可能である。イオン源２８−１、．．．２８−ｎからのイオン３２−１、．．．３２−ｎの引出し領域３５が異なる場合、また場合によってはその引出し領域３５が同一の場合にも、別個の２つのリフレクトロン５２を使用することが有利な可能性がある。また、係数ａを増加させる、したがってイオン質量のオフセット距離を増加させる手段として、（１つまたは複数の）リフレクトロン５２を使用することが可能である。
【００３８】
本発明によって構築される機器について、効率の２つの指標を計算することができる。その１つは、各イオン源２８−１、．．．２８−ｎによって生成されるイオン３２−１、．．．３２−ｎの分析に関連したデューティサイクルである。各イオン源２８−１、．．．２８−ｎに関連したデューティサイクルは、次式のように計算することができ、
デューティサイクル＝（ｆイオン源ｄイオン源）／Ｖｅｌイオン源    （６）
式中、ｆイオン源は、特定のイオン源２８−１、．．．２８−ｎについての１秒当たりの引出しイベント数、ｄイオン源は、引出し領域３５の幅、Ｖｅｌイオン源は、イオン源２８−１、．．．２８−ｎによって生成された１次（引出し前の）ビームにおけるイオン３２−１、．．．３２−ｎの平均速度である。ゲーティング（gating）が使用される場合、デューティサイクルは、ＴＯＦＭＳ３０の引出しイベント数（frequency）と変調ゲートパルス幅との積に減少するが、最大値は、依然としてこの関数によって制限されている。
【００３９】
本発明によって構築された機器を先行技術と比較する際に有用な他の効率の指標は、各イオン源２８−１、．．．２８−ｎに割り当てられた分析時間の割合に関するイオン源分配比である。イオン源分配比は、各イオン源２８−１、．．．２８−ｎからのイオン３２−１、．．．３２−ｎが測定される時間と利用可能な分析時間との比として定義される。例えば、２つのイオン源２８−１、２８−ｎの装置および方法では、３：１の比は、イオン源２８−ｎからの引出しイベントごとに、イオン源２８−１からの引出しイベントが３回あることを示すことになる。
【００４０】
（引出し領域の幾何学構造、引出しシーケンス、およびイオンゲーティング）
図３Ａ〜Ｄは、本発明によって構築された方法および装置で有用な、考えられるいくつかの引出し領域３５の幾何学構造を示す。引出し領域３５は、一般に、リペラー（repeller）５６と第１加速電極５８との間の領域として定義される。イオンは、一方または両方の電極に電圧パルスＶＲを印加することによって、質量分析のために引き出される。やはり同様に、図３Ａに示した最も単純な形態である、ビームオフセットのない単一領域は、イオン源２８−１、２８−ｎからイオンビームを同一軸に沿って、ただし反対方向に発射する。この実施形態では、単一の引出しパルスで、イオン源２８−１、２８−ｎからイオンを加速領域に注入することができる。イオンが電位勾配を通って移動するにつれて、イオン群のイオンエネルギー分布が同一になる。したがって、イオン源２８−１、２８−ｎに、同一のイオン光学系およびリフレクトロン５２の電位の多くを使用することができる。
【００４１】
図３Ｂに示した他の実施形態では、ビーム軸がｘ軸に沿って、すなわち飛行管（flight tube）の方向に沿って、引出し領域３５内で空間的にオフセットしている。ビームが共軸でないので、あるイオン源２８−１からのイオンと他のイオン源２８−ｎからのイオンとの衝突、およびイオンとサンプリングプロセスで生み出された原子の中性粒子ビームとの衝突によって引き起こされる問題が軽減される。引き出されるときには、イオン３２−１、３２−ｎ群すべてが同一の場に曝される。ただし、各群の初期位置が異なるので、それぞれ異なる空間依存性エネルギーを有する。空間収束平面位置が各群について同一のままであっても、イオン光学系３８−１、３８−ｎの電位およびリフレクトロン５２の電位は、異なるビームではいくらか異なる場合がある。
【００４２】
図３Ｃは、イオンビームが垂直方向にオフセットしている一実施形態を示す。このような実施形態では、各イオン源２８−１、２８−ｎについて別個の引出し領域（図示せず）を形成することができる。
【００４３】
図３Ｄは、多数の引出し領域を備えた一実施形態を示しており、各イオンビームが別個の引出し領域３５−１、．．．３５−ｎに注入される。図３Ｄでは、イオン源２８−ｎからのイオンは、負の注入領域に注入される。引出しが起こるときには、負のリペラー・パルスがグリッド５６−に印加され、イオン源２８−ｎからのイオンが加速領域５０に引き込まれる。イオン源２８−１からのイオンは、正の引出し領域３５−１に注入される。リペラー５６＋に正電位が印加され、負のリペラー５６−に負電位が印加されると、イオンが加速領域５０に引き込まれる。これで、電場勾配が各引出し領域３５−１、３５−ｎ全体にわたって一定のままになり、それによって空間収束条件が満たされる。この実施形態では、空間収束平面は、各イオン群によって異なる位置にくる。したがって、リフレクトロン５２の条件およびイオン光学系３８−１、３８−ｎの条件は、各イオン３２−１、３２−ｎ群によって異なるものになる。同様に、他の幾何学構造も導入することができる。例えば、他の実施形態には、図４および図５に示したようなセグメント化された引出し領域３５−１、．．．３５−ｆを備える構造、ならびに図５に示したようなセグメント化されたリフレクトロン５２−１、．．．５２−ｇを備える構造を含めることができる。
【００４４】
前述のように、多数のイオン源２８−１、．．．２８−ｎからの引出しは、同時に達成することができ、または時分割多重化することができる。多数のイオン源２８−１、．．．２８−ｎからのイオン３２−１、．．．３２−ｎが同時にＴＯＦＭＳ３０に注入されるときには、機器の繰返し数は、特定のイオン源２８−１、．．．２８−ｎについて到達可能な、より少ない（最も少ない）繰返し数に制限される。前述したように、これは、問題となっている質量範囲、イオンビームのエネルギー、および（１つまたは複数の）引出し領域３５のサイズによって決まる。一例として、ＥＳＩイオン源２８−１およびＩＣＰイオン源２８−ｎと、前述したパラメータと、図３Ａ〜Ｃに示したタイプの引出し領域３５とを有する機器を考える。図６は、そのようなシステムのタイミングシーケンスを示す。シーケンス中の各ステップの持続時間は、水平な時間増加方向で縮尺されている。垂直次元は、異なるスペクトルを示す。
【００４５】
加速によってＴＯＦＭＳ係数ａ＝１．８×１０-6がもたらされている状態では、ＩＣＰ−ＴＯＦＭＳスペクトルは、完了までに２８μ秒かかる。ＥＳＩスペクトルは、約５７μ秒で収集することができる。ＩＣＰ源２８−ｎが典型的な実験組成（気体温度Ｔ＝５０００°Ｋ、単一エネルギーのオフセット＝２ｅＶ）の元素イオン３２−ｎを生成する場合、典型的な４．４ｃｍ検出器３４−ｎを想定すれば、前述の式（５）によって、引出し領域３５は、長さ６．０ｃｍになるはずである。イオン３２−ｎビームのサンプリングの際の最大精度を向上させるには、引出し領域３５をＩＣＰイオン３２−ｎで充満させるのに最短２．８μ秒の時間が必要になる。ＥＳＩ源２８−１によって生成されるイオン３２−１（ｍ／ｚ＝１０００まで、Ｅy＝１０ｅＶの単一エネルギー）は、同じ６．０ｃｍの距離を横断するのに４３μ秒を要する。ＥＳＩ検出器３４−１のサイズを制限することによって、再充満時間が比例的に減少する。４．４ｃｍの検出器３４−１は、再充満に３２μ秒を要し、一方、ＩＣＰスペクトルの２８μ秒スペクトルウィンドウは、直径３．８ｃｍ以下の検出器３４−ｎを必要とする。ただし、実際には、質量スペクトルの収集に必要な時間だけが、検出器３４のサイズ決定因子になる。この例では、機器のＩＣＰ−ＴＯＦＭＳ部分の繰返し数は、最大繰返し数の約半分になる。
【００４６】
他の実施形態では、順次に引出しが起こる（例えば、図７参照）。イオンゲーティング方法およびイオンゲーティング装置６０−１、．．．６０−ｎを使用して、イオン源２８−ｋを除く、すべてのイオン源２８−１、．．．２８−ｎからのイオンビームが引出し領域３５に進入するのを阻止する。イオン源２８−ｋからのイオンビームは、引出し領域３５を充満することが可能である。このようにスペクトルを組み合わせることによって、再充満時間が唯一の制限因子になる。図７Ａ〜Ｄに、それぞれ、２つのイオン源２８−１、２８−ｎのゲーティングを含んだＴＯＦＭＳ３０のきわめて図式的な図、例示的なタイミングシーケンス、およびそのような時分割多重化実施形態についての例示的なゲーティングシーケンスが示されている。図７Ａに示した装置を使用するシーケンスは、次のように進行することができる。すなわち、初めに、ＩＣＰ−ＴＯＦＭＳ引出しシーケンスが実施され、その直後に引出し領域３５がＥＳＩイオンビームからのイオンで充満される。検出器のサイズを３．８ｃｍ未満に制限することによって、ＩＣＰ質量スペクトルの取得が完了した時点でＥＳＩイオンを引き出すことができる。やはりこれも約２８μ秒になる。その直後に、図７Ｃ〜Ｄに示したようにイオンゲート６０−１、６０−ｎが切り替えられて、ＥＳＩイオン３２−１から引出し領域３５への連通路が遮断され、ＩＣＰイオン３２−ｎによる引出し領域３５の充満が開始される。その後すぐ、例えば約２．８μ秒以内に、ＩＣＰイオン３２−ｎが、適度に精確な試料を提供するのに十分な程度に引出し領域３５を充満して、ＩＣＰ質量スペクトルが収集される。ＥＳＩスペクトルを得るには比較的長い時間がかかるので、ＩＣＰイオンビームゲート６０−ｎを開けたままにして、もう一度ＩＣＰ質量スペクトルを入手してからＩＣＰゲート６０−ｎを閉じ、ＥＳＩビームゲート６０−１を再び開いて、次のＥＳＩスペクトルを引き出すことが有益な可能性がある。こうすることで、２番目のＥＳＩスペクトルデータが収集されている間に、両方のＩＣＰスペクトルを分析することができる。次いで、ステップのこのシーケンスを繰り返すことができる。
【００４７】
本開示について前述の説明で詳細に説明かつ記載したが、このような説明および記載内容は、制限的でなく例示的な性質のものと見なすべきであり、単に好ましい実施形態を示し、記載したにすぎず、本開示の精神に入るすべての変更および修正の保護が望まれることが理解される。例えば、本発明の設計における単一の引出し領域３５を、そのすべてがイオンを単一の検出器３４に同時にまたは順次に送るように構成された、２つ以上の引出し領域３５−１、．．．３５−ｎに置き換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】混合物分離ステップおよび質量分光分析ステップを含む、化学情報取得方法を示す図である。
【図２】単純な機器設計のイオン軌道シミュレーションおよび本発明による機器の設計の特定の一般原理を示す図である。
【図３−Ａ】本発明によって構築された方法および装置で有用な引出し領域の幾何学構造を示す図である。
【図３−Ｂ】本発明によって構築された方法および装置で有用な引出し領域の幾何学構造を示す図である。
【図３−Ｃ】本発明によって構築された方法および装置で有用な引出し領域の幾何学構造を示す図である。
【図３−Ｄ】本発明によって構築された方法および装置で有用な引出し領域の幾何学構造を示す図である。
【図４】本発明による方法および装置に有用なコンポーネントの幾何学構造を示す図である。
【図５】本発明による方法および装置に有用なコンポーネントの幾何学構造を示す図である。
【図６】本発明による方法および装置に有用なタイミングシーケンスを示す図である。
【図７−Ａ】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図７−Ｂ】本発明の他の実施形態のためのタイミングシーケンスを示す図である。
【図７−Ｃ】本発明の他の実施形態のためのゲーティングシーケンスを示す図である。
【図７−Ｄ】本発明の他の実施形態のためのゲーティングシーケンスを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７−Ｂ】
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【図７−Ｃ】
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【図７−Ｄ】
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【国際調査報告】
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