(57)【要約】タンデム飛行時間型質量分析計が記載される。上記のタンデム飛行時間型質量分析計は、複数のイオンを生成するパルスイオン源を備える。第１の飛行時間型質量分離器は、上記の複数のイオンを加速し、その加速された複数のイオンのうちの少なくとも一部分をフラグメント化し、その後、第１群のイオンおよびイオンフラグメントを選択する。第２の飛行時間型質量分離器は、上記の第１群のイオンおよびイオンフラグメントを加速し、その加速された第１群のイオンおよびイオンフラグメントのうちの少なくとも一部分をフラグメント化し、その後、第２群のイオンおよびイオンフラグメントを選択する。第３の飛行時間型質量分離器は、上記の第２群のイオンおよびイオンフラグメントを加速する。イオン検出器は、第３の飛行時間型質量分離器から、上記の第２群のイオンおよびイオンフラグメントを検出する。
2005533358.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンデム飛行時間型質量分析計であって、以下；
ａ）複数のイオンを発生させるパルスイオン源；
ｂ）該パルスイオン源によって発生された該複数のイオンを受け取るように配置される第１の飛行時間型質量分離器であって、該第１の飛行時間型質量分離器は、該複数のイオンを加速し、該加速された複数のイオンのうちの少なくとも一部分をフラグメント化し、そして第１群のイオンおよびイオンフラグメントを選択する、第１の飛行時間型質量分離器；
ｃ）該第１群のイオンおよびイオンフラグメントを受け取るように配置される第２の飛行時間型質量分離器であって、該第２の飛行時間型質量分離器は、該第１群のイオンおよびイオンフラグメントを加速し、該加速された第１群のイオンおよびイオンフラグメントのうちの少なくとも一部分をフラグメント化し、そして第２群のイオンおよびイオンフラグメントを選択する、第２の飛行時間型質量分離器；
ｄ）該第２群のイオンおよびイオンフラグメントを受け取るように配置される第３の飛行時間型質量分離器であって、該第３の飛行時間型質量分離器は、該第２群のイオンおよびイオンフラグメントを加速する、第３の飛行時間型質量分離器；そして
ｅ）該第３の飛行時間型質量分離器から該第２群のイオンおよびイオンフラグメントを受け取るように配置されるイオン検出器
を備える、タンデム飛行時間型質量分析計。
【請求項２】
前記パルスイオン源が、レーザー脱離／イオン化イオン源を備える、請求項１に記載のタンデム飛行時間型質量分析計。
【請求項３】
前記パルスイオン源が、遅延抽出イオン源を備える、請求項１に記載のタンデム飛行時間型質量分析計。
【請求項４】
前記パルスイオン源が、イオンを第１のフィールドフリー領域中に注入するインジェクター、および注入の方向に対して垂直方向に該イオンを引き出すパルスイオン加速器を備える、請求項１に記載のタンデム飛行時間型質量分析計。
【請求項５】
前記イオン検出器によって検出されたイオンの質量対電荷比を決定するプロセッサをさらに備える、請求項１に記載のタンデム飛行時間型質量分析計。
【請求項６】
前記第２群のイオンおよびイオンフラグメントを受け取るように配置されるイオンリフレクターをさらに備え、該イオンリフレクターは、該第２群のイオンおよびイオンフラグメントのエネルギーを補正する、請求項１に記載のタンデム飛行時間型質量分析計。
【請求項７】
前記第３の飛行時間型質量分離器が、パルス加速により前記第２群のイオンおよびイオンフラグメントを加速する、請求項１に記載のタンデム飛行時間型質量分析計。
【請求項８】
前記第２の飛行時間型質量分離器が、負の加速により前記第１群のイオンおよびイオンフラグメントを加速する、請求項１に記載のタンデム飛行時間型質量分析計。
【請求項９】
前記第１の飛行時間型質量分離器が、フィールドフリー領域に配置されるイオン選択器を備え、該イオン選択器は、実質的に第１の所定の質量対電荷比の範囲内にある質量対電荷比を有するイオンを選択する、請求項１に記載のタンデム飛行時間型質量分析計。
【請求項１０】
前記第２の飛行時間型質量分離器が、フィールドフリー領域に配置されるイオン選択器を備え、該イオン選択器は、実質的に第２の所定の質量対電荷比の範囲内にある質量対電荷比を有するイオンを選択する、請求項１に記載のタンデム飛行時間型質量分析計。
【請求項１１】
前記第１の飛行時間型質量分離器および前記第２の飛行時間型質量分離器のうちの少なくとも１つが、フラグメントイオンを選択する定時イオン選択器を備える、請求項１に記載のタンデム飛行時間型質量分析計。
【請求項１２】
前記第１の飛行時間型質量分離器および前記第２の飛行時間型質量分離器のうちの少なくとも１つが、イオンフラグメント化器を備える、請求項１に記載のタンデム飛行時間型質量分析計。
【請求項１３】
前記イオンフラグメント化器が、イオンが中性気体分子と衝突するのを引き起こすことによってイオンをフラグメント化する衝突室を備える、請求項１２に記載のタンデム飛行時間型質量分析計。
【請求項１４】
前記イオンフラグメント化器が、イオンに光子線を照射することによってフラグメントイオンを形成する光解離室を備える、請求項１２に記載のタンデム飛行時間型質量分析計。
【請求項１５】
前記イオンフラグメント化器が、イオンを固体表面または液体表面と衝突させることによってフラグメントイオンを形成する表面解離フラグメント化器を備える、請求項１２に記載のタンデム飛行時間型質量分析計。
【請求項１６】
前記第１の飛行時間型質量分離器および前記第２の飛行時間型質量分離器のうちの少なくとも１つが、イオン集束エレメントを備える、請求項１に記載のタンデム飛行時間型質量分析計。
【請求項１７】
前記第１の飛行時間型質量分離器および前記第２の飛行時間型質量分離器のうちの少なくとも１つが、イオンステアリングエレメントを備える、請求項１に記載のタンデム飛行時間型質量分析計。
【請求項１８】
前記第１の飛行時間型質量分離器および前記第２の飛行時間型質量分離器のうちの少なくとも１つが、イオンガイドを備える、請求項１に記載のタンデム飛行時間型質量分析計。
【請求項１９】
フラグメントイオンの高分解能な飛行時間型質量分析のための方法であって、該方法は以下：
ａ）目的のサンプルからイオンパルスを発生させる工程；
ｂ）ある時間間隔中に該イオンパルスから前駆イオンを選択して、選択された前駆イオンを形成する工程であって、該選択された前駆イオンは、所定の質量対電荷比を有する、工程；
ｃ）該選択された前駆イオンをフラグメント化する工程；
ｄ）ある時間間隔中に該フラグメント化された選択された前駆イオンから一次イオンフラグメントを選択して、選択された一次イオンフラグメントを形成する工程；
ｅ）該選択された一次イオンフラグメントをフラグメント化して、二次イオンフラグメントを形成する工程；
ｆ）該選択された一次イオンフラグメントから該二次イオンフラグメントを適当な時間に分離する工程；ならびに
ｇ）該選択された一次イオンフラグメントおよび該二次イオンフラグメントのうちの少なくとも１つを時間の関数として検出して、質量スペクトルを作成する工程
を包含する、方法。
【請求項２０】
前記選択された一次イオンフラグメントの運動エネルギーを調整する工程をさらに包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記二次イオンフラグメントを集束する工程をさらに包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記イオンパルスを発生させる工程が、エレクトロスプレー、空気支援エレクトロスプレー、化学イオン化、ＭＡＬＤＩ、およびＩＣＰのうちの１種を使用することによって該イオンパルスを発生させる工程を包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記選択された前駆イオンをフラグメント化する工程が、該選択された前駆イオンを中性気体分子と衝突させることによって、該選択された前駆イオンを励起する工程を包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記前駆イオンを選択する工程が、前記選択された前駆イオンを定時イオン選択器を通して伝達する工程、および他のすべてのイオンを実質的にブロックする工程を包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記一次イオンフラグメントを選択する工程が、該一次イオンフラグメントを定時イオン選択器を通して伝達する工程、および他のすべてのイオンを実質的にブロックする工程を包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記選択された前駆イオンをほぼフィールドフリーの領域を通過させ、それにより該選択された前駆イオンがフラグメント化を実質的に完了するのを可能にする工程をさらに包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記選択された一次イオンフラグメントをほぼフィールドフリーの領域を通過させ、それにより該選択された一次イオンフラグメントがフラグメント化を実質的に完了するのを可能にする工程をさらに包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
タンデム飛行時間型質量分析計であって、以下；
ａ）複数のイオンを発生させるパルスイオン源；
ｂ）該パルスイオン源によって発生された該複数のイオンを受け取るように配置される第１の飛行時間型質量分離器であって、該第１の飛行時間型質量分離器は、該複数のイオンを加速し、該加速された複数のイオンのうちの少なくとも一部分をフラグメント化し、そして第１群のイオンおよびイオンフラグメントを選択する、第１の飛行時間型質量分離器；
ｃ）該第１群のイオンおよびイオンフラグメントを受け取るように配置される第２の飛行時間型質量分離器であって、該第２の飛行時間型質量分離器は、該第１群のイオンおよびイオンフラグメントを加速し、該加速された第１群のイオンおよびイオンフラグメントのうちの少なくとも一部分をフラグメント化し、そして第２群のイオンおよびイオンフラグメントを選択する、第２の飛行時間型質量分離器；
ｄ）該第２群のイオンおよびイオンフラグメントを受け取るように配置される第３の飛行時間型質量分離器であって、該第３の飛行時間型質量分離器は、該第２群のイオンおよびイオンフラグメントを加速し、該加速された第２群のイオンおよびイオンフラグメントのうちの少なくとも一部分をフラグメント化し、そしてそして第３群のイオンおよびイオンフラグメントを選択する、第３の飛行時間型質量分離器；
ｅ）該第３群のイオンおよびイオンフラグメントを受け取るように配置される第４の飛行時間型質量分離器であって、該第４の飛行時間型質量分離器は、該第３群のイオンおよびイオンフラグメントを加速する、第３の飛行時間型質量分離器；そして
ｆ）該第４の飛行時間型質量分離器から該第３群のイオンおよびイオンフラグメントを受け取るように配置されるイオン検出器
を備える、タンデム飛行時間型質量分析計。
【請求項２９】
タンデム飛行時間型質量分析計であって、以下；
ａ）目的のサンプルからイオンパルスを発生させるための手段；
ｂ）ある時間間隔中に該イオンパルスから前駆イオンを選択して、選択された前駆イオンを形成するための手段；
ｃ）該選択された前駆イオンをフラグメント化するための手段；
ｄ）ある時間間隔中に該フラグメント化された選択された前駆イオンから一次イオンフラグメントを選択して、選択された一次イオンフラグメントを形成するための手段；
ｅ）該選択された一次イオンフラグメントをフラグメント化して、二次イオンフラグメントを形成するための手段；
ｆ）該選択された一次イオンフラグメントから該二次イオンフラグメントを適当な時間に分離するための手段；ならびに
ｇ）該選択された一次イオンフラグメントおよび該二次イオンフラグメントのうちの少なくとも１つを時間の関数として検出して、質量スペクトルを作成するための手段
を含む、タンデム飛行時間型質量分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、一般に、質量分析計および質量分析の実施方法に関する。特に、本発明は、タンデム飛行時間型質量分析計およびタンデム飛行時間型質量分析計を使用する質量分析の実施方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
質量分析計は、目的のサンプルを気化およびイオン化し、そして生じたイオンの質量対電荷比を決定する。飛行時間型（ＴＯＦ）質量分析計は、電場の影響下で、与えられたイオンが、イオン源から検出器へ移動するのに要する時間を測定することによって、イオンの質量対電荷比を決定する。電場の与えられた磁場強度に関して、イオンが検出器に到達するのに要する時間は、イオンの質量についての一次関数であり、そしてイオンの電荷についての逆関数である。
【０００３】
最近では、ＴＯＦ質量分析計は広く受け入れられてきており、特に、相対的に不揮発性の生体分子の分析について、および高速、高感度、および／または広範な質量範囲を必要とする他の適用について受け入れられてきた。新規のイオン化技術（例えば、マトリックス支援レーザー脱離／イオン化（ＭＡＬＤＩ）およびエレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ））は、質量分析計によって分析し得る分子の質量範囲を劇的に広げてきた。
【０００４】
ＴＯＦ質量分析計は、これらの適用についての独特の利点を有する。例えば、米国特許第５，６２５，１８４号、同第５，６２７，３６９号、および同第６，０５７，５４３号に記載されるように、遅延イオン抽出に関する最近の開発は、高分解能および正確な質量測定をＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量分析計で日常的に利用可能にしてきた。米国特許第５，６２５，１８４号、同第５，６２７，３６９号、および同第６，０５７，５４３号の全体の開示は、本明細書中で参考として援用される。パルス化抽出物の垂直注入は、ＥＳＩ−ＴＯＦについて同様の性能強化を提供してきた。これらの技術は、サンプルの分子量について正確なデータを提供する。しかし、これらの技術は、分子構造について情報をほとんど提供しない。
【０００５】
いくつかの先行技術のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量分析計は、ポストソース分解（ＰＳＤ）として公知の技術を使用して、イオンをフラグメント化する。しかし、ＰＳＤによって生成されるフラグメント化スペクトルは、多くの場合、相対的に弱く、そして解釈するのが困難である。他の先行技術のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量分析計は、衝突室を備える。その衝突室は、いくつかのイオンを中性気体分子との高エネルギー衝突を引き起こし、低質量のフラグメントイオンの生成を促進し、そしていくつかの追加のフラグメント化を生じる。しかし、これらの先行技術の質量分析は、あらゆる適用に対して有用ではない。
【０００６】
他の先行技術の技術（例えば、イオン捕獲およびフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析計（ＦＴ−ＩＣＲ−ＭＳ））は、一次イオンのフラグメント化についての複数の工程を観察することを可能にする。これらの技術は、フラグメント化についてのより詳細な図を提供し、そしていくつかの事例において、より構造的な情報を得ることを可能にし得る。しかし、これらのデバイスは、高エネルギー衝突性解離によって提供される特異性のうちのいくつかを提供しないような、低エネルギー衝突性プロセスに限定される。
【０００７】
なお他の先行技術の質量分析計は、大気圧のエレクトロスプレーと真空の質量分析計との間の界面において、エネルギー性衝突の発生を引き起こすことによってフラグメント化を生じるような、ＥＳＩ−ＴＯＦを使用する。しかし、これらの先行分野の質量分析計は、特定の一次イオンを選択するための手段を全く有さない。
【０００８】
いくつかの先行技術のタンデム質量分析計が存在し、それらは一般に、ＭＳ−ＭＳ機器と呼ばれる。ＭＳ−ＭＳ機器は、一次イオンを選択するために、および／またはフラグメントイオンを検出しかつ分析するために、質量分析技術を使用する。タンデム質量分析計の最も一般的な形態は、三重四極子質量分析計である。第１の四極子は、一次イオンを選択する。第２の四極子は、代表的には、十分に高圧かつ高電圧にて維持され、そのため、複数の低エネルギー衝突が発生し、いくつかのイオンのフラグメント化が引き起こされる。第３の四極子は、フラグメントイオンスペクトルを分析するために走査される。得られるスペクトルは、代表的には、解釈が容易であり、多数の分析技術が開発されてきた。例えば、そのようなスペクトルから、ペプチドのアミノ酸配列を決定するための技術が開発されてきた。
【０００９】
別の先行技術のタンデム質量分析計は、２つの四極子質量フィルタおよび１台のＴＯＦ質量分析計を使用する。第１の四極子は、一次イオンを選択する。第２の四極子は、十分に高圧かつ高電圧にて維持され、そのため、複数の低エネルギー衝突が発生し、いくつかのイオンのフラグメント化が引き起こされる。ＴＯＦ質量分析計は、フラグメントイオンスペクトルを検出しかつ分析する。
【００１０】
米国特許第５，２０２，５６３号は、１つの接地真空ハウジング、フラグメント化チャンバにより連結される２つの反射型質量分析器、そして上記接地真空ハウジングに関して電気的に浮遊される飛行チャネル（ｆｌｉｇｈｔ  ｃｈａｎｎｅｌ）を備える、タンデム飛行時間型質量分析計を記載する。これらの質量分析計は、一般に、相対的に小さい分子を分析することに限定され、そして生物学的な適用（例えば、ペプチドまたはオリゴヌクレオチドの配列決定）のために必要とされる感度および分解能を提供しない。
【００１１】
タンデム質量分析計によるペプチドの配列決定および構造決定のために、質量分析器の両方が、対象の質量範囲にわたって、適切な質量分解能および良好なイオン伝達を有する必要がある。ＭＳ−ＭＳ系は、代表的には、分子量が１０００以上のペプチド配列決定のために使用される。これらの系は、大きい質量範囲を有する２台の二重集束磁気偏向質量分析計を備え得る。これらの機器は、大きい質量範囲かつ高い質量精度を提供するが、飛行時間型質量分析計と比較した場合、感度が限定されており、そして現代的なイオン化技術（例えば、ＭＡＬＤＩおよびエレクトロスプレー）を用いる使用のために、すぐには適合できない。これらの機器はまた、非常に複雑かつ高価である。
【００１２】
飛行時間型質量分析技術を使用する別の先行技術のタンデム質量分析計は、表面誘起解離（ＳＩＤ）を使用する２台の直列な飛行時間型質量分析器を備える。そのようなある質量分析計は、イオン鏡を備える。米国特許第５，２０６，５０８号は、線形分析器または反射分析器のいずれかを使用するタンデム質量分析計を記載し、このタンデム質量分析計は、互いに異なる質量の親イオンの分離を必要とすることなく、各々の親イオンについてタンデム質量スペクトルを得る能力がある。
【００１３】
飛行時間型を使用するタンデム質量分析計（ＭＳ−ＭＳ）は、構造的な情報を提供し得る。そのようなタンデムＭＳ−ＭＳ機器は、米国特許第６，３４８，６８８号に記載され、その全体の開示は本明細書中で参考として援用される。このＭＳ−ＭＳ機器において、第１の質量分析器は、目的の一次イオン（例えば、特定のサンプルの分子イオン）を選択するために使用される。その後、その目的のイオンは、イオンの内部エネルギーを増加させることによってフラグメント化される。例えば、目的のイオンは、そのイオンと中性気体分子との衝突を引き起こすことによってフラグメント化され得る。その後、フラグメントイオンの質量スペクトルが、第２の質量分析器によって分析される。一次イオンの構造は、そのフラグメント化パターンを解釈することによって決定され得る。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（発明の要旨）
本発明は、質量分析計の性能を改善することに関する。１つの実施形態において、本発明に従う質量分析計は、１台のＴＯＦ質量分析計において直列に作動する複数のＴＯＦ質量分離器を備える。本発明の質量分離器は、前の質量分離器によって発生されるイオン種を分離し得、かつフラグメント化し得る。それにより、各々の連続する段階で、化学的サンプルについてのますます詳細な分析が提供される。本発明の質量分析計の１つの局面は、質量分析測定の段階の動作モードが電気的に選択され得ることである。
【００１５】
従って、本発明のタンデム飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ−ＭＳ）は、複数のイオンを発生させるパルスイオン源を備える。１つの実施形態において、パルスイオン源は、イオンを第１のフィールドフリー領域中に注入するインジェクタ−、および注入の方向に対して垂直方向にイオンを加速することによって、注入されたイオンから複数のイオンを抽出するパルスイオン加速器を備える。別の実施形態において、パルスイオン源は、レーザー脱離／イオン化イオン源である。１つの実施形態において、パルスイオン源は、時間遅延後にイオンを抽出し、その後イオン化する、遅延抽出イオン源である。１つの実施形態において、パルスイオン源は、空気支援エレクトロスプレーオン源、化学イオン化イオン源、またはＩＣＰイオン源である。
【００１６】
本発明のタンデムＴＯＦ−ＭＳはまた、パルスイオン源によって発生される複数のイオンの経路に沿って配置される第１のＴＯＦ質量分離器、第２の質量分離器、および第３の質量分離器を備える。第１の質量分離器は、パルスイオン源によって発生される複数のイオンを受け取るように配置される。第１の質量分離器は、パルスイオン源によって発生される複数のイオンを加速し、その複数のイオンをそれらの質量対電荷比に従って分離し、そしてその複数のイオンからそれらの質量対電荷比に基づいて第１群のイオンを選択する。第１の質量分離器はまた、その第１群のイオンのうちの少なくとも一部分をフラグメント化する。
【００１７】
第２の質量分離器は、第１の質量分離器によって発生される第１群のイオンおよびイオンフラグメントを受け取るように配置される。第２の質量分離器は、第１群のイオンおよびイオンフラグメントを加速し、第１群のイオンおよびイオンフラグメントをそれらの質量対電荷比に従って分離し、そして第１群のイオンおよびイオンフラグメントからそれらの質量対電荷比に基づいて第２群のイオンを選択する。第２の質量分離器はまた、その第２群のイオンのうちの少なくとも一部分をフラグメント化する。第１の質量分離器および／または第２の質量分離器はまた、イオンガイド、イオン集束エレメント、および／またはイオンステアリングエレメントを備え得る。
【００１８】
第３の質量分離器は、第２の質量分離器によって発生される第２群のイオンおよびイオンフラグメントを受け取るように配置される。第３の質量分離器は、第２群のイオンおよびイオンフラグメントを加速し、第２群のイオンおよびイオンフラグメントをそれらの質量対電荷比に従って分離する。１つの実施形態において、第３の質量分離器は、パルス加速度を使用して第２群のイオンおよびイオンフラグメントを加速する。
【００１９】
タンデムＴＯＦ−ＭＳはまた、第２群のイオンおよびイオンフラグメントを受け取るように配置されるイオン検出器を備える。１つの実施形態において、タンデムＴＯＦ−ＭＳはまた、フィールドフリー領域中に配置されるイオンリフレクターを備える。そのイオンリフレクターは、第１群のイオンおよびイオンフラグメントまたは第２群がイオン検出器に到達する前に、それらのうちの少なくとも１つのエネルギーを補正する。１つの実施形態において、タンデムＴＯＦ−ＭＳはまた、イオン検出器によって検出されたイオンの質量対電荷比を決定するプロセッサを備える。１つの実施形態において、そのプロセッサは、データ加工エレメント（例えば、内蔵型マイクロプロセッサまたはスタンドアロンコンピュータ）を備える。
【００２０】
本発明のタンデムＴＯＦ−ＭＳは、種々の方法で構成され得る。１つの実施形態において、第２のＴＯＦ質量分離器は、負の加速度によって第１群のイオンおよびイオンフラグメントを加速する。負の加速度はまた、減速度と呼ばれる。１つの実施形態において、第１のＴＯＦ質量分離器は、実質的に第１の所定の範囲内である質量対電荷比を有するイオンを選択するイオン選択器を、フィールドフリー領域中に備える。
【００２１】
１つの実施形態において、第２のＴＯＦ質量分離器は、フィールドフリー領域および実質的に第２の所定の範囲内である質量対電荷比を有するイオンを選択するイオン選択器を備える。１つの実施形態において、第１のＴＯＦ質量分離器および第２のＴＯＦ質量分離器のうちの少なくとも１つは、フラグメントイオンを選択する定時イオン選択器を備える。
【００２２】
１つの実施形態において、第１のＴ質量分離器および第２のＴＯＦ質量分離器のうちの少なくとも１つは、イオンフラグメント化器を備える。多数の型のイオンフラグメント化器が、当該分野で公知である。例えば、１つの実施形態において、イオンフラグメント化器は、イオンが中性気体分子との衝突を引き起こされることによってフラグメント化される衝突室を備える。別の実施形態において、イオンフラグメント化器は、イオンに光子線を照射することによってイオンをフラグメント化する光解離室を備える。なお別の実施形態において、イオンフラグメント化器は、イオンを固体表面または液体表面と衝突させることによってイオンをフラグメント化する表面解離フラグメント化器を備える。
【００２３】
本発明はまた、構造的情報の増加を提供するフラグメントイオンの高分解能ＴＯＦ質量分析のための方法を特徴とする。その方法は、目的のサンプルからイオンパルスを発生させる工程を包含する。１つの実施形態において、イオンパルスは、エレクトロスプレー、空気支援エレクトロスプレー、化学イオン化、ＭＡＬＤＩ、およびＩＣＰのうちの１つを含む方法を使用することによって発生される。
【００２４】
次いで、ある時間間隔中に、イオンパルスから前駆イオンが選択され、所定の質量対電荷比を有する選択された前駆イオンを形成する。１つの実施形態において、その前駆イオンは、選択された前駆イオンを定時イオン選択器を通して伝達すること、そして実質的に他のすべてのイオンをブロックすることによって選択される。次いで、その選択された前駆イオンは、フラグメント化される。１つの実施形態において、その選択された前駆イオンは、選択された前駆イオンと中性気体分子とを衝突させ、それにより選択された前駆イオンを励起することによってフラグメント化される。１つの実施形態において、その選択された前駆イオンは、選択された前駆イオンをほぼフィールドフリーの領域を通過させ、それにより選択された前駆イオンの実質的に完全なフラグメント化を可能にすることによって、フラグメント化される。
【００２５】
次いで、ある時間間隔中に、フラグメント化された選択された前駆イオンから、一次イオンフラグメントが選択され、選択された一次イオンフラグメントを形成する。１つの実施形態において、その選択された一次イオンフラグメントの運動エネルギーが調整される。次いで、その選択された一次イオンフラグメントは、フラグメント化され、二次イオンフラグメントを形成する。１つの実施形態において、その選択された一次イオンフラグメントは、ほぼフィールドフリーの領域を通過され、それにより選択された一次イオンフラグメントの実質的に完全なフラグメント化が可能になる。
【００２６】
次いで、その二次フラグメントイオンは、適当な時間に、選択された一次イオンフラグメントから分離される。１つの実施形態において、その二次イオンフラグメントは、集束される。選択された一次イオンフラグメントおよび二次イオンフラグメントのうちの少なくとも１つは、時間の関数として検出され、質量スペクトルを作成する。
【００２７】
その方法はまた、選択された一次イオンフラグメントの運動エネルギーを調整する工程を包含し得る。１つの実施形態において、その一次イオンフラグメントのエネルギーは、本発明に従うタンデムＴＯＦ  ＭＳの操作モードにおける変更についての補正をするために調整される。１つの実施形態において、この方法は二次イオンフラグメントを集束させる工程を包含する。
【００２８】
本発明は、特に、添付の特許請求の範囲において記載される。本発明の上記の局面およびさらなる局面は、添付の図面に関連して以下の記述を参照することによって、より理解され得る。その図面において、同じ数字は、種々の図における同じ構造的要素および特徴を示す。図面は必ずしも拡大縮小されたり、強調されることはなく、代わりに本発明の原理が図示される。
【００２９】
（詳細な説明）
代表的な飛行時間型質量分析計は、パルスイオン源、飛行時間型質量分離器、および検出器を備える。代表的な飛行時間型質量分析計はまた、イオン加速器、フィールドフリードリフト空間を備え、そしてイオンフラグメント化器および定時イオン選択器を備え得る。イオン加速器においてイオンによって得られる運動エネルギーは、イオン加速器において電位差によって乗算されるイオン電荷の積に等しい。従って、運動エネルギーゲインは、イオン質量に非依存性である。
【００３０】
運動エネルギーは、運動エネルギーがイオン速度の二乗により乗算されるイオン質量の２分の１に等しいという、周知の関係を通してイオン速度と関連付けられる。加速前の運動エネルギーが小さい場合、または質量に非依存性の場合、フィールドフリードリフト空間におけるイオン速度は、そのイオンの質量対電荷比の平方根に比例する。より小さい質量のイオンは、より大きい質量のイオンよりも速く飛行する；従って、より小さい質量のイオンは、より大きい質量のイオンよりも、より速い時間でフィールドフリー領域における任意の選択された地点に到達する。飛行時間型質量分析計において、イオン検出器は、イオンの経路に配置される。イオンが検出器に衝突すると、電気パルスを生じる。イオンパルスの生成とイオンに応答して検出器によって生成される電気パルスとの間の時間間隔が、飛行時間型質量分析計によって記録され、そしてこの時間間隔は、そのイオンの質量対電荷比の測定値を提供するために較正され得る。
【００３１】
フィールドフリードリフト空間中に存在するいくつかのイオンは、より低い質量のイオンおよび中性のフラグメントを生成するために、フラグメント化され得る。フラグメント化は、イオン源におけるイオン形成中にイオンに与えられる過剰な内部エネルギーの結果として自発的に起こり得るか、あるいはイオンが質量分離器中に配置されるイオンフラグメント化器を通過することの結果として起こり得る。これらのフラグメントを分離するそのエネルギーは、元のイオンの運動エネルギーと比較して非常に小さくあり得る。従って、フラグメントイオンは、非フラグメントイオンと実質的に同じ速度でフィールドフリードリフト空間を通して動き続け、そしてフラグメントイオンと非フラグメントイオンの両方が、実質的に同じ時間に検出器に到達する。フラグメントイオンは、中性のフラグメントの運動エネルギーに相当する量で、非フラグメントイオンより小さい運動エネルギーを有する。
【００３２】
質量分析器は、定時イオン選択器を備え得る。定時イオン選択器は、イオンパルスの形成後、選択された時間間隔内にその選択器に到達するイオンを伝達し、かつ他のすべての時間に到達するイオンを排除するように動作する。従って、選択された時間間隔内に定時イオン選択器に到達する質量対電荷比内のイオンおよびイオンフラグメントのみが伝達され、他のすべてのイオンは排除される。
【００３３】
より詳しく図を参照すると、図１は、本発明に従うタンデムＴＯＦ質量分析計１００の一般的なブロック図を示す。ＴＯＦ質量分析計１００は、短い時間の期間にイオンパケットを生じるパルスイオン源１０２を備える。そのイオンパケットは、分析のためにＴＯＦ質量分析計１００中に導入される化学サンプル由来の複数のイオンを含む。
【００３４】
化学サンプルは、その化学サンプルからパルスイオン源１０２がイオンパケットを発生し得る任意の化学サンプルであり得る。例えば、化学サンプルは、タンパク質の酵素的消化により生成されるペプチド混合物を含む生物学的サンプルであり得る。化学サンプルはまた、無機化学サンプルまたは有機化学サンプル、あるいは有機化合物および無機化合物の混合物であり得る。
【００３５】
パルスイオン源１０２は、任意の型のパルスイオン源であり得、かつ任意のイオン化技術を使用し得る。例えば、パルスイオン源１０２は、ＥＳＩ、化学イオン化、電子衝撃、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、またはＭＡＬＤＩを含み得る。１つの実施形態において、パルスイオン源１０２は、遅延イオン抽出を有するＭＡＬＤＩ源である。
【００３６】
別の実施形態において、パルスイオン源１０２は、イオンをフィールドフリー領域中に注入するＥＳＩ源、および注入の方向に対して垂直な方向にイオンを引き出すパルスイオン加速器を含む。フィールドフリー領域によって、本発明者らは、飛行経路に沿ってイオンを加速または減速する目的のための実質的な電場または磁場がない空間の容積を意味する。減速はまた、負の加速として引用される。フィールドフリー領域は、イオン集束レンズ、イオンガイド、ビームステアリング電極を含み得る。
【００３７】
本発明に従うタンデムＴＯＦ質量分析計は、パルスイオン源１０２によって発生されるイオンの飛行経路に沿って配置される、複数の飛行時間型（ＴＯＦ）質量分離器を備える。複数のＴＯＦ質量分離器の各々は、イオンパケットからのイオンのさらなる選択およびフラグメント化によって、化学サンプルを分析するためのさらなる能力を提供する。図１に示されるＴＯＦ質量分析計１００は、第１のＴＯＦ質量分離器１０４、第２のＴＯＦ質量分離器１０６、および第３の質量分離器１０８を備える。
【００３８】
第１のＴＯＦ質量分離器１０４は、パルスイオン源１０２によって発生される複数のイオンを受け取るように、イオンの飛行経路に沿って配置される。第１のＴＯＦ質量分離器１０４は、複数のイオンのうちの少なくとも一部分を加速する。さらに、第１のＴＯＦ質量分離器１０４は、複数のイオンを分離し、そして第１群のイオンおよびイオンフラグメントを選択する。
【００３９】
第２のＴＯＦ質量分離器１０６は、第１の質量分離器１０４を離れる第１群のイオンおよびイオンフラグメントを受け取るように配置される。第２のＴＯＦ質量分離器１０６は、第１群のイオンおよびイオンフラグメントのうちの少なくとも一部分を加速する。さらに、第２のＴＯＦ質量分離器１０６は、第２群のイオンおよびイオンフラグメントを選択する。
【００４０】
第３のＴＯＦ質量分離器１０８は、第２のＴＯＦ質量分離器１０６を離れる第２群のイオンおよびイオンフラグメントを受け取るように配置される。第３のＴＯＦ質量分離器１０８は、第２群のイオンおよびイオンフラグメントのうちの少なくとも一部分を加速する。さらに、第３のＴＯＦ質量分離器１０８は、第３群のイオンおよびイオンフラグメントを選択し得る。質量対電荷比に従って分離されたイオンを検出するためのイオン検出器１１０は、第３のＴＯＦ質量分離器１０８を離れる第２群のイオンおよびイオンフラグメントまたは第３群のうちの少なくとも１つを受け取るように配置される。
【００４１】
１つの実施形態において、質量分析器１１２は、イオン検出器１１０から電気的シグナルを受け取る。質量分析器１１２は、少なくとも部分的にはイオン検出器１１０から受け取られる電気的シグナルに基づいて、質量分析を生じる。別の実施形態（示さず）において、第３のＴＯＦ質量分離器１０８は、イオン検出器１１０と一緒になって、質量分析器を構成する。
【００４２】
１つの実施形態において、質量分析器１１２は、イオン検出器１１０の前にイオンの飛行経路に沿って配置される、フィールドフリードリフト領域（示さず）およびイオンリフレクター（示さず）を含む。イオンリフレクターはまた、イオンミラーまたはリフレクトロンとして呼ばれる。
【００４３】
作動中、イオンパケットは、パルスイオン源１０２から発生される。第１のＴＯＦ
質量分離器１０４は、パルスイオン源１０２からイオンパケットを受け取り、そのイオンパケットを加速し、そしてイオンパケットから所定の質量対電荷比範囲を有する第１群のイオンを選択する。第１のＴＯＦ質量分離器１０４は、第１群のイオンにおけるイオンの画分をフラグメント化し、そして第１群のイオンおよびイオンフラグメントを、飛行経路に沿って配置される第２のＴＯＦ質量分離器１０６中に伝達する。
【００４４】
第２のＴＯＦ質量分離器１０６は、第１のＴＯＦ質量分離器１０４から第１群のイオンおよびイオンフラグメントを受け取り、そしてその第１群のイオンおよびイオンフラグメントを加速する。第２のＴＯＦ質量分離器１０６は、第１群のイオンおよびイオンフラグメントの質量対電荷比に従ってそれらを分離し、そして第１群のイオンおよびイオンフラグメントから所定の質量対電荷比範囲を有する第２群のイオンを選択する。第２のＴＯＦ質量分離器１０６は、第２群のイオンにおけるイオンの画分をフラグメント化し、そして第２群のイオンおよびイオンフラグメントを、第３のＴＯＦ質量分離器１０８中に伝達する。
【００４５】
第３のＴＯＦ質量分離器１０８は、第２のＴＯＦ質量分離器１０６から第２群のイオンおよびイオンフラグメントを受け取り、そしてその第２群のイオンおよびイオンフラグメントを加速する。第３のＴＯＦ質量分離器１０８は、第２群のイオンおよびイオンフラグメントの質量対電荷比に従ってそれらを分離し、そして第２群のイオンおよびイオンフラグメントから所定の質量対電荷比範囲を有する第３群のイオンを選択する。
【００４６】
第３の質量分離器１０８は、第３群のイオンにおけるイオンの画分をフラグメント化し、第３群のイオンおよびイオンフラグメントの質量対電荷比に従ってそれらを分離し、その第３群のイオンおよびイオンフラグメントをイオン検出器１１０に伝達する。１つの実施形態において、第３群のイオンおよびイオンフラグメントの分離は、イオンリフレクター（示さず）において生じ、そしてイオンリフレクターに適用される電圧は、イオン検出器１１０でのフラグメントイオンのうちの少なくとも一部分に集中するようにプログラム化され得る。
【００４７】
第１のＴＯＦ質量分離器１０４、第２のＴＯＦ質量分離器１０６、および第３のＴＯＦ質量分離器１０８におけるイオンの加速、分離、選択、およびフラグメント化の動作は、特定の質量分析の分析またはＴＯＦ質量分析計１００の動作モードに関する特定の要求を満たすように、電子的に制御され得る。１つの実施形態において、第１のＴＯＦ質量分離器１０４、第２のＴＯＦ質量分離器１０６、および第３のＴＯＦ質量分離器１０８のうちの１つにおける、選択、フラグメント化、および加速のうちの少なくとも１つが、動作を停止する。
【００４８】
本発明の１つの実施形態において、ＴＯＦ質量分析計１００の動作モードは、第１のＴＯＦ質量分離器１０４、第２のＴＯＦ質量分離器１０６、および第３のＴＯＦ質量分離器１０８のうちの１つを作動させるまたは停止させることによって変更され得る。１つの実施形態において、ＴＯＦ質量分析計１００の動作モードは、第１のＴＯＦ質量分離器１０４、第２のＴＯＦ質量分離器１０６、および第３のＴＯＦ質量分離器１０８のうちの１つにおけるイオン選択器、イオンフラグメント化器またはイオン加速器を作動させるまたは停止させることによって変更され得る。
【００４９】
１つの実施形態において、ＴＯＦ質量分析計１００の動作モードは、化学サンプルの分析中に変更される。１つの実施形態において、化学サンプルについて補完的な分析情報を提供するために、異なる動作モードが使用される。１つの実施形態において、ＴＯＦ質量分析計１００の動作モードは、コンピュータ制御の下で自動的に変更される。
【００５０】
図２は、本発明のタンデムＴＯＦ質量分析計１５０の１つの実施形態に関するブロック図を示す。タンデムＴＯＦ質量分析計１５０は、イオンパケットを発生するイオン発生器１５４を有するパルスイオン源１５２を備える。イオン発生器１５４は、任意の型のイオン発生器であり得る。例えば、イオン発生器１５４は、ＭＡＬＤＩまたはＥＳＩを使用してイオンパケットを発生し得る。
【００５１】
パルスイオン源１５２からのイオンパケットは、第１のＴＯＦ質量分離器１５８に伝達される。第１のＴＯＦ質量分離器１５８は、任意の型のイオン加速器であり得る第１のイオン加速器１５６を備える。１つの実施形態において、第１のイオン加速器１５６は、パルスイオン加速器である。パルスイオン加速器は、そのイオン加速器において飛行経路に沿って制御される様式で時間依存性電場がイオンを加速するイオン加速器である。１つの実施形態において、第１のイオン加速器１５６は、イオンパケットが発生された後、所定の遅延時間でイオン発生器からイオンパケットを抽出する。第１のイオン加速器１５６は、第１のＴＯＦ質量分離器１５８内の飛行経路に沿ってイオンパケットを加速する。
【００５２】
第１のイオン選択器１６０は、第１のイオン加速器１５６によって加速されるイオンを受け取る。第１のイオン選択器１６０は、イオンパケットから実質的に第１の所定の質量対電荷比範囲内のイオンを選択し、そして実質的に他のすべてのイオンを排除する。第１のイオン選択器１６０は、任意の型のイオン選択器であり得る。１つの実施形態において、第１のイオン選択器１６０は、実質的に所定の質量対電荷比範囲を有するイオンを伝達し、かつすべての他のイオンを実質的にブロックすることによって、イオンパケットからイオン（第１群のイオン）を選択する。
【００５３】
１つの実施形態において、第１のイオン選択器１６０は、ドリフト管および定時イオンデフレクターを備える。ドリフト管は、既に加速されたイオンが、異なる質量対電荷比に従って飛行経路に沿って空間分離に蓄積するフィールドフリー領域である。いくつかの適用および動作モードにおいて、第１のイオン検出器１６０は動作を停止され、そして第１のＴＯＦ質量分離器１５８においてイオン選択は起こらない。
【００５４】
第１のイオンフラグメント化器１６２は、第１のイオン選択器１６０に続いて、第１群のイオンの飛行経路に沿ってフィールドフリー領域中に配置される。１つの実施形態において、第１のイオンフラグメント化器１６２および第１のイオン選択器１６０は、同一のフィールドフリー領域中に配置される。第１のイオンフラグメント化器１６２は、第１群のイオンの画分をフラグメント化する。
【００５５】
第１のイオンフラグメント化器１６２は、任意の型のイオンフラグメント化器であり得る。例えば、第１のイオンフラグメント化器１６２は、イオンパケットが中性気体分子と衝突することを引き起こし、それによりイオンパケットのイオンが十分にイオンフラグメントおよび中性のフラグメントにフラグメント化するようエネルギーを与える衝突室であり得る。第１のイオンフラグメント化器１６２はまた、イオンが光子ビームで照射される光解離室であり得る。さらに、第１のイオンフラグメント化器１６２は、イオンが固体表面または液体表面と衝突することを引き起こす表面解離イオンフラグメント化器であり得る。いくつかの適用および動作モードにおいて、第１のイオンフラグメント化器１６２は動作を停止され、そしてイオン源における励起の結果として複数のイオンのうちの一部分がフラグメント化する場合にのみ、第１のＴＯＦ質量分離器１５８においてイオンフラグメント化が起こる。
【００５６】
第２のＴＯＦ質量分離器１６６は、第１のＴＯＦ質量分離器１５８に続いて、第１群のイオンおよびイオンフラグメントの飛行経路に沿って配置される。第２のＴＯＦ質量分離器１６６は、第２のイオン加速器１６４を備える。第２のイオン加速器１６４は、任意の型のイオン加速器であり得る。いくつかの適用およびいくつかの動作モードにおいて、第２のイオン加速器１６４は動作を停止され、そして第２のＴＯＦ質量分離器１６６においてイオン加速は起こらない。
【００５７】
１つの実施形態において、第２のイオン加速器１６４は、ＴＯＦ質量分析計１５０の質量分解能を向上させるフラグメントエネルギー補正デバイスを備える、パルスイオン加速器である。例えば、第２のイオン加速器１６４は、インタクトな前駆イオンのエネルギーと相対的にフラグメントイオンのエネルギーを増加させる時間可変加速場を適用し、フラグメント化プロセスにおいて失われるエネルギーについて補正することによって、ＴＯＦ質量分析計１５０の分解能を向上させるフラグメントエネルギー補正デバイスを、備え得る。
【００５８】
第２のイオン加速器１６４は、飛行経路に沿って配置される第２のＴＯＦ質量分離器１６６における、第１群のイオンおよびイオンフラグメントを加速する。第２のＴＯＦ質量分離器１６６は、第２のイオン選択器１６８を備える。その第２のイオン選択器１６８は、任意の型のイオン選択器であり得る。第２のイオン選択器１６８は、第１のイオン選択器１６０と同一であり得るか、または異なる型のイオン選択器であり得る。第２のイオン選択器１６８は、第１群のイオンおよびイオンフラグメントから、実質的に第２の所定の質量対電荷比範囲（第２群のイオン）内のイオンを選択し、そして実質的に他のすべてのイオンを排除する。いくつかの適用およびいくつかの動作モードにおいて、第２のイオン選択器１６８は動作を停止され、そして第２のＴＯＦ質量分離器１６６においてイオン選択は起こらない。
【００５９】
第２のイオンフラグメント化器１７０は、第２のイオン選択器１６８に続いてまたは第２のイオン選択器１６８の前に、飛行経路に沿って配置される。第２のイオンフラグメント化器１７０は、第２群のイオンの画分をフラグメント化する。第２のイオンフラグメント化器１７０は、任意の型のイオンフラグメント化器であり得る。第２のイオンフラグメント化器１７０は、第１のイオンフラグメント化器１６２と同一であり得るか、または異なる型のイオンフラグメント化器であり得る。いくつかの適用および動作モードにおいて、第２のイオンフラグメント化器１７０は動作を停止され、そしてイオン源または第１のイオンフラグメント化器１６２のうちの少なくとも１つにおける励起の結果として、第１群のイオンのうちの一部分がフラグメント化する場合にのみ、第２のＴＯＦ質量分離器１６６においてイオンフラグメント化が起こる。
【００６０】
第３のＴＯＦ質量分離器１７４は、第２のイオンフラグメント化器１７０に続いて、第２群のイオンおよびイオンフラグメントの飛行経路に沿って配置される。第３のＴＯＦ質量分離器１７４は、第３のイオン加速器１７２を備える。第３のイオン加速器１７２は、任意の型のイオン加速器であり得る。第３のイオン加速器１７２は、第２のイオン加速器１６４と同一であり得るか、または異なる型のイオン加速器であり得る。第３のイオン加速器１７２は、飛行経路に沿って配置される第３のＴＯＦ質量分離器１７４において、第２群のイオンおよびイオンフラグメントを加速する。いくつかの適用および動作モードにおいて、第３のイオン加速器１７２は動作を停止され、そして第３のＴＯＦ質量分離器１７４においてイオン加速は起こらない。
【００６１】
第３のＴＯＦ質量分離器１７４は、飛行経路に沿って配置される第３のイオン選択器１７６を備える。第３のイオン選択器１７６は、任意の型のイオン選択器であり得る。第３のイオン選択器１７６は、第１のイオン選択器１６０および／または第２のイオン選択器１６８と同一であり得るか、または異なる型のイオン選択器であり得る。第３のイオン選択器１７６は、第２群のイオンおよびイオンフラグメントから実質的に第３の所定の質量対電荷比範囲（第３群のイオン）内のイオンを選択し、かつ実質的にすべての他のイオンを排除する。いくつかの適用および動作モードにおいて、第３のイオン選択器１７６は動作を停止され、そして第３のＴＯＦ質量分離器１７４においてイオン選択が起こらない。
【００６２】
第３のイオンフラグメント化器１７８は、第３のイオン選択器１７６に続いて、飛行経路に沿って配置される。第３のイオンフラグメント化器１７８は、第３群のイオンの画分をフラグメント化する。第３のイオンフラグメント化器１７８は、任意の型のイオンフラグメント化器であり得る。第３のイオンフラグメント化器１７８は、第１のイオンフラグメント化器１６２および／または第２のイオンフラグメント化器１７０と同一であり得るか、または異なる型のイオンフラグメント化器であり得る。いくつかの適用および動作モードにおいて、第３のイオンフラグメント化器１７８は動作を停止され、そしてイオン源、第１のイオンフラグメント化器１６２、または第２のイオンフラグメント化器１７０のうちの少なくとも１つにおける励起の結果として、第２群のイオンのうちの一部分がフラグメント化する場合にのみ、第３のＴＯＦ質量分離器１７４においてイオンフラグメント化が起こる。
【００６３】
第３群のイオンおよびイオンフラグメントは、質量分析器１８０中を飛行経路に沿って飛行する。質量分析器１８０は、第３群のイオンおよびイオンフラグメントの飛行経路中に配置されるイオン検出器１８２を備える。イオン検出器１８２は、時間の関数として選択されたイオンおよびイオンフラグメントを検出する。
【００６４】
１つの実施形態において、質量分析器１８０はまた、イオン検出器１８２の前に飛行経路に沿って配置されるフィールドフリードリフト領域（示さず）およびイオンリフレクター１８４を備える。イオンリフレクター１８４は、１つ以上の遅延静電場を発生する。イオンリフレクター１８４は、イオンの初期運動エネルギー分布の影響について補正するために使用される。１つの実施形態において、イオンリフレクターに適用される電圧は調整され、少なくとも１つの第３群のイオンおよびイオンフラグメントの画分が、イオン検出器１８２に集束される。
【００６５】
静電場に関してイオンがイオンリフレクター１８４に進入すると、そのイオンは場の方向における速度成分がゼロになるまで減速される。その後、イオンは逆方向にされ、イオンリフレクター１８４を通って後方に加速される。イオンは、それらの進入エネルギーと実質的に同一であるが、速度は逆方向であるエネルギーを有してイオンリフレクター１８４を抜け出る。より大きいエネルギーを有するイオンは、より深く進入し、その結果、イオンリフレクター１８４中により長い時間の間残存する。厳密に設計されたイオンリフレクターにおいて、イオンの飛行経路を改変するためにポテンシャルが選択され、同様の質量および電荷のイオンが、初期エネルギーに関係なく同一の時間にイオン検出器１８２に到達する。
【００６６】
ＴＯＦ質量分析計１５０が、真空ハウジング（示さず）に囲まれる。真空ハウジングは、真空ポンプ（示さず）と流動的に連絡される。真空ポンプは、真空ハウジング中の中性気体のバックグラウンドの圧力を十分に低く維持するため、イオンと中性気体分子との衝突は起こり得ない。
【００６７】
本発明のＴＯＦ質量分析計１５０は、複数の動作モードで使用され得る。例えば、ＴＯＦ質量分析計１５０は、質量分析計（ＭＳ）モードで作動され得る。ＭＳモードにおいて、第１のイオンフラグメント化器１６２、第２のイオンフラグメント化器１７０、および第３のイオンフラグメント化器１７８は、動作を停止される。第１のイオン選択器１６０、第２のイオン選択器１６８、および第３のイオン選択器１７６のうちの１つ以上は、質量分析器１８０に伝達されるまでにイオン質量の範囲を限定するために作動され得る。例えば、低質量のイオン（例えば、ＭＡＬＤＩにおいてマトリックス物質から生成されるイオン）を除去し、イオン検出器１８２の飽和状態を回避するためにしばしば有利である。
【００６８】
ＭＳモードにおいて、パルスイオン源１５２とイオンリフレクター１８４との間の飛行経路に沿う全範囲は、イオンを飛行経路中に方向付けるために使用される任意のイオンレンズまたはイオンステアリング要素（示さず）に適用されるポテンシャルを除いては、フィールドフリーである。ＭＳモードにおいて、選択される質量範囲内にあるイオンパケット中の実質的にすべてのイオンは、第１のＴＯＦ質量分離器１５８、第２のＴＯＦ質量分離器１６６、および第３のＴＯＦ質量分離器１７４を通って質量分析器１８０に伝達される。その後、イオンパケット中のイオンは、イオンレフレクター１８４によって反射され、次いで、イオン検出器１８２によって時間の関数として検出される。この様式で生成される飛行時間型質量スペクトルは、イオン検出器１８２によって検出されるイオンの質量対電荷比を決定するために校正され得る。
【００６９】
１つの実施形態において、第１の追加のイオン検出器（示さず）が、イオンの飛行経路に沿って第１のＴＯＦ質量分離器１５８のフィールドフリードリフト空間内に配置される。この実施形態において、第１のイオン選択器１６０が調整され、第１群のイオンおよびイオンフラグメントのうちの少なくとも一部分が、第１の追加のイオン検出器によって受け取られ、そして残りのイオンが第２のＴＯＦ質量分離器１６６によって受け取られる。
【００７０】
１つの実施形態において、第２の追加のイオン検出器（示さず）が、イオンの飛行経路に沿って第２のＴＯＦ質量分離器１６６のフィールドフリードリフト空間内に配置される。この実施形態において、第２のイオン選択器１６８が調整され、第２群のイオンおよびイオンフラグメントのうちの少なくとも一部分が、第２の追加のイオン検出器によって受け取られ、そして残りのイオンが第３のＴＯＦ質量分離器１７４によって受け取られる。他の実施形態において、追加のイオン検出器（示さず）が、イオンの飛行経路に沿って第１のＴＯＦ質量分離器１５８および第２のＴＯＦ質量分離器１６６の両方のフィールドフリードリフト空間内に配置される。
【００７１】
第２のイオン選択器１６８は、第１群のイオンおよびイオンフラグメントから実質的に第２の所定の質量対電荷比範囲（第２群のイオン）内のイオンを選択し、かつ実質的に他のすべてのイオンを排除する。いくつかの適用およびいくつかの動作モードにおいて、第２のイオン選択器１６８は動作を停止され、第２のＴＯＦ質量分離器１６６においてイオン選択は起こらない。
【００７２】
ＴＯＦ質量分析計１５０はまた、タンデム質量分析計−質量分析計（ＭＳ−ＭＳ）モードで作動され得る。ＭＳ−ＭＳモードにおいて、ＭＳモード質量スペクトルで検出される限定的な質量対電荷比範囲内のイオン（第１群のイオン）は、第１のＴＯＦ質量分離器１５８、第２のＴＯＦ質量分離器１６６、または第３のＴＯＦ質量分離器１７４のうちの１つにおいて選択され、かつフラグメント化される。第１群のイオンの選択およびフラグメント化は、これらの３つのＴＯＦ質量分離器のいずれかにおいて行われ得る。３つのＴＯＦ質量分離器のうちのどの１つが使用され、第１群のイオンの選択およびフラグメント化が実施されるかという決定は、特定の質量分析の要求に基づく。
【００７３】
１つの実施形態において、第２のＴＯＦ質量分離器１６６は、第１のＴＯＦ質量分離器１５８または第３のＴＯＦ質量分離器１７４よりも高い分解能を提供する。１つの実施形態において、ＴＯＦ質量分析計１５０の分解能は、選択される質量対電荷比範囲を、個々に荷電されたイオンについて１原子質量単位よりも低く限定する。１つの実施形態において、イオンリフレクター（示さず）は、質量選択の分解能を向上させるために、第１のＴＯＦ質量分離器１５８および第２のＴＯＦ質量分離器１６６のうちの少なくとも１つに配置される。別の実施形態において、イオンリフレクターは、ＴＯＦ質量分離器の各々に配置される。この実施形態において、第１群のイオンおよび／または第２群のイオンは、単一のイオン種のみを含み得る。個々に荷電されたイオンについての１つの原子質量単位分解能はまた、単位質量分解能と称される。
【００７４】
１つの実施形態において、イオンパケットからの第１群のイオンの選択およびフラグメント化は、第２のＴＯＦ質量分析器１６６で実施される。第２のＴＯＦ質量分離器１６６における加速後のイオンの運動エネルギーは、第１のイオン加速器１５６に適用される電圧と、第２のイオン加速器１６４に適用される電圧との間の差によって決定される。第１群のイオンおよびイオンフラグメントが、第３のイオン加速器１７２に到達すると、第３のイオン加速器１７２が作動され、第１群のイオンおよびイオンフラグメントが飛行経路に沿って加速される。第１群のイオンおよびイオンフラグメントは、第３のＴＯＦ質量分離器１７４を通って飛行経路に沿って飛行し、そして質量分析のために質量分析器１８０によって受け取られる。
【００７５】
１つの実施形態において、第３のイオン加速器１７２によって第１群のイオンおよびイオンフラグメントに伝えられるエネルギーは、イオンが第２のイオン選択器１６８に到達する場合のイオンパケット中のイオンのエネルギーと比較して大きい。フラグメントイオンは、第１群のイオン中のそれらの親イオンよりも低い運動エネルギーを有し、このことは、第２のイオンフラグメント化器１７０において中性のフラグメントの損失に起因する。しかし、第３のイオン加速器１７２による加速後、フラグメントイオンとそれらの親イオンとの間のエネルギーの広がりは、十分に小さく、フラグメントイオンおよび親イオンの両方が、同時に集束され得、そして質量分析器１８０において検出され得る。この実施形態において、フラグメントイオンの全体の質量範囲以上に、高い質量分解能が提供され得る。
【００７６】
ＴＯＦ質量分析計１５０はまた、タンデム質量分析計−質量分析計−質量分析計（ＭＳ−ＭＳ−ＭＳ）モードで作動され得る。ＭＳ−ＭＳ−ＭＳモードにおいて、ＭＳ−ＭＳ質量スペクトルにおいて検出される限定的な質量対電荷比内のフラグメントイオン（第２群のイオン）は、さらなるフラグメント化のために選択される。第２のＴＯＦ質量分離器１６６または第３のＴＯＦ質量分離器１７４は、第２群のイオンを選択しかつフラグメント化するために使用され得る。
【００７７】
１つの実施形態において、第２群のイオン中の選択される（単一に荷電される）イオンの質量が、第１群のイオン中のイオンの質量の約３分の１より大きい場合、第２のＴＯＦ質量分離器１６６が、第２群のイオンを選択しかつフラグメント化するために使用される。第２群のイオン中の選択される（単一に荷電される）イオンの質量が、第１群のイオン中のイオンの質量の約３分の１未満である場合、第３のＴＯＦ質量分離器１７４が、第２群のイオンを選択しかつフラグメント化するために使用される。
【００７８】
１つの実施形態において、第２のＴＯＦ質量分離器１６６は、第１群のイオンを選択しかつフラグメント化し、そして第３のＴＯＦ質量分離器１７４は、第２群のイオンを選択しかつフラグメント化する。この実施形態において、イオンリフレクター電圧が調整され、質量分析器１８０に進入するように実質的に単一の速度で運動する第２群のイオンおよびイオンフラグメントが集束される。
【００７９】
他の実施形態において、第１のＴＯＦ質量分離器１５８は、第１群のイオンを選択しかつフラグメント化し、そして第２のＴＯＦ質量分離器１６６は、第２群のイオンを選択しかつフラグメント化する。この実施形態において、パルスイオン源１５２に適用される電圧が増加され、第２群のイオンとして選択されるべき所望のフラグメントイオンが、第２のイオンフラグメント化器１７０におけるフラグメント化のために所望の運動エネルギーを有する。例えば、（単一に荷電されるイオンについて）第２群のイオンにおいて選択されるフラグメント質量対、第１群のイオンにおいて選択される質量の比がＲである場合、ＭＳ−ＭＳモードで使用される係数と比較して、実質的に１／Ｒの係数によってパルスイオン源１５２での電圧が増加される。
【００８０】
第２群のイオンおよびイオンフラグメントが、第３のイオン加速器１７２に到達すると、第３のイオン加速器１７２が作動され、飛行経路に沿って第２群のイオンおよびイオンフラグメントが加速される。第２群のイオンおよびイオンフラグメントは、第３のＴＯＦ質量分離器１７４を通って飛行経路に沿って飛行し、そして質量分析のために質量分析器１８０によって受け取られる。
【００８１】
ＴＯＦ質量分析計１５０はまた、タンデム質量分析計−質量分析計−質量分析計−質量分析計（ＭＳ−ＭＳ−ＭＳ−ＭＳ）モードで作動され得る。ＭＳ−ＭＳ−ＭＳ−ＭＳモードは、３つのすべてのＴＯＦ質量分離器において、イオンを選択することおよびフラグメント化することを必要とする。第１群のイオンは、第１のＴＯＦ質量分離器１５８で選択されかつフラグメント化され、第２群のイオンは、第２のＴＯＦ質量分離器１６６で選択されかつフラグメント化され、そして第３群のイオンは、第３のＴＯＦ質量分離器１７４で選択されかつフラグメント化される。
【００８２】
図３は、図２のタンデム質量分析計１５０の操作に関連するポテンシャルダイアグラム２００を示す。図２および図３の両方を参照して、ポテンシャルダイアグラム２００が図示され、図２のタンデム質量分析計１５０のうちの種々の部分に関連するポテンシャルが示される。イオン発生器１５４によって生成されるイオンパケットは、ポテンシャルＶ１２０２を有する。その後、イオンパケットは、第１のイオン加速器１５６において、ポテンシャル勾配２０４に曝露され、このことがイオンパケットを加速する。
【００８３】
イオンパケットは、第１のＴＯＦ質量分離器１５８に伝達され、そこではイオンパケットは、一定のポテンシャル２０６で第１のイオン選択器１６０およびイオンフラグメント化器１６２を通過する。第１のイオン選択器１６０は、第１群のイオンおよびイオンフラグメントを選択する。第１群のイオンおよびイオンフラグメントは、第２のＴＯＦ質量分離器１６６に伝達され、そこでは第１群のイオンおよびイオンフラグメントが、第２のイオン加速器１６４からのポテンシャル勾配２０８に曝露される。ポテンシャル勾配は、ポテンシャルＶ２２１０で終了する。
【００８４】
第１群のイオンのエネルギーは、イオン発生器１５４によって生成されるイオンの初期運動エネルギーと、第１のイオン加速器１５６においてポテンシャルＶ１２０２から生じる運動エネルギーとの和である。従って、第１群のイオンの運動エネルギーＴ１は、
Ｔ１＝ｚＶ１＋Ｔ０
であり、ここでＴ０は、イオン発生器１５４によって生成されるイオンの初期運動エネルギーであり、そしてｚは、イオンの電荷である。初期運動エネルギーＴ０が小さいまたはイオンの質量に関して非依存性である場合、運動エネルギーＴ１は、イオンの質量に関して実質的に非依存性である。特定の質量ｍｐのイオンの速度は以下：
ｖ＝（２Ｔ１／ｍｐ）１／２
のとおりである。
【００８５】
これらのイオンがフラグメント化し、質量ｍｐより中性フラグメントの質量に相当する量ｍｎだけ小さい質量ｍｆのイオンを形成し、かつフラグメント化工程に伴う運動エネルギーが小さい場合、フラグメントイオンは、イオン経路に沿って速度ｖを持続する。フラグメントイオンの運動エネルギーは：
Ｔ１（ｍｆ）＝Ｔ１Ｒ
であり、ここでＲ＝ｍｆ／ｍｐである。
【００８６】
第１のイオン選択器１６２の励起が計時され、所定の速度ｖに関して微増のイオンが伝達される場合、ｍｐのうちの所定の質量範囲内のイオンがそのフラグメントと共に伝達され、そして他のすべてのイオンおよびフラグメントが排除される。
【００８７】
図３中のポテンシャルダイアグラムは、第２のイオン加速器１６４によって引き起こされるイオン加速を、負の加速または減速として示す。第１のＴＯＦ質量分離器１５８を通り、その後、第２の加速器１６４を通り（ここでイオンは減速場に曝露される）フラグメント化なしに飛行するイオンの運動エネルギーＴ２は、以下：
Ｔ２＝Ｔ１−ｚＶ２＝ｚＶ３＋Ｔ０
の等式によって表され得、ここで、Ｔ１は、第１のＴＯＦ質量分離器１５８におけるイオンの運動エネルギーを表し、Ｔ０は、イオン発生器１５４によって生成されるイオンの初期運動エネルギーを表し、ｚは、イオンの電荷を表し、そしてＶ３２１２は、ポテンシャルＶ１２０２とポテンシャルＶ２２１０との間のポテンシャル差である。
【００８８】
質量ｍｐの前駆イオンから形成される質量ｍｆのフラグメントイオンについて、減速後の運動エネルギーは、以下：
Ｔ２（ｍｆ）＝Ｔ１Ｒ−ｚＶ２
のとおりであり、ここでＲは質量比である。質量ｍｆのフラグメントの運動エネルギーが、ゼロ未満またはゼロに等しい場合、これらのイオンフラグメントは、第２のＴＯＦ質量分離器１６６中にさらには伝達されない。特定のフラグメント質量ｍｆのエネルギーは、ポテンシャルＶ１２０２およびポテンシャルＶ２２１０の相対的な大きさを調整することによって、任意の所定の値に調整され得る。
【００８９】
イオンおよびフラグメントの第１群は、一定のポテンシャルＶ２２１０で、第２のイオン選択器１６８および第２のイオンフラグメント化器１７０を通過する。第２のＴＯＦ質量分離器１６６のフィールドフリー領域を通って飛行する際に第１のＴＯＦ質量分離器１５８において選択される、第１群のイオンからの質量ｍｆのフラグメントイオンの速度は：
ｖ（ｍｆ）＝［２Ｔ２（ｍｆ）／ｍｆ］１／２
である。
【００９０】
第２のイオン選択器１６８の励起が計時され、所定の速度ｖ（ｍｆ）関して微増のイオンが伝達される場合、ｍｆのうちの所定の質量範囲内のイオンを含む第２群のイオンが、そのフラグメントと共に伝達され、そして他のすべてが排除される。伝達されるイオンは、第３のイオン加速器１７２によって加速される。１つの実施形態において、これは、選択されるイオンが加速器に進入した所定の時間後に、振幅Ｖ４２１５の加速パルスを適用することによって、イオンを加速するために計時されるパルス加速器である。
【００９１】
１つの実施形態において、勾配２１４の総加速器ポテンシャルＶ２＋Ｖ４は、ポテンシャル差Ｖ１−Ｖ２よりもはるかに大きくあるように選択される。この選択は、質量分析器１８０におけるイオンの総運動エネルギーに対して、フラグメントイオンのエネルギーの広がりを減少させ、そしてイオンリフレクター１８４に適用されるポテンシャルＶ５２２０の単一の設定を有するすべてのイオンについて、高い分解能の達成を可能にする。
【００９２】
第３の質量分離器１７４を通って飛行するイオンは、第３のイオンフラグメント化器１７８によってフラグメント化が引き起こされ得、そして第３のイオン選択器１７６によって、特定の範囲の質量およびそのフラグメントが選択され得る。選択されるイオンは、選択される速度の狭い範囲内で飛行し、そしてそのフラグメントは、類似の速度を有するが、本明細書中で考察される中性フラグメントによって運ばれるエネルギーに起因して、異なる運動エネルギーを有する。
【００９３】
フラグメントイオンは、イオンリフレクター１８４における減速および加速の効果によって、前駆体から分離される。より低いエネルギーのイオンは、イオンリフレクター１８４中に、より短い距離で進入し、従って、より高いエネルギーのイオンよりも早くイオン検出器１８２に到達する。従って、フラグメントは、適当な時間に前駆体から分離される。イオンリフレクター１８４のポテンシャルＶ５２２０は、通常は、イオン検出器１８２に前駆イオンを集束させるように設定されるが、ポテンシャルＶ５２２０が減少される場合には、選択される範囲またはフラグメントイオンが集束され得る。
【００９４】
第１の加速器１５６、第２の加速器１６４、および第３の加速器１７２、ならびにリフレクター１８４における加速場は、簡単にするために同質の静電場として示される。しかし、本発明のいくつかの実施形態において、これらの静電場は、パルス静電場であり、非同質な静電場であり、または１つ以上の同質な場のセグメントに分割される静電場である。
【００９５】
本発明のタンデム質量分析計は、多数のモードで作動し得る。例えば、ＭＳ−ＭＳモードにおいて、ポテンシャルが本明細書中に記載されるように調整され、そして第１のイオンフラグメント化器１６２は動作を停止される。前駆イオンは、第１のイオン選択器１６０および第２のイオン選択器１６８のうちの少なくとも１つによって選択され得る。その後、選択されるイオンは、第２のＴＯＦ質量分離器１６６中で第２のフラグメント化器１７０によってフラグメント化される。その後、生じるフラグメントスペクトルが、第３のＴＯＦ質量分離器１７４において分離され、その後、質量分析器１８０によって分析される。
【００９６】
例えば、タンデムＭＳ−ＭＳ−ＭＳ動作モードにおいて、ポテンシャルは、本明細書中で記載されるＭＳ−ＭＳでの動作のために使用されるポテンシャルと類似である。しかし、ポテンシャルＶ１２０２とポテンシャルＶ２２１０との間の差は、第２のＴＯＦ質量分離器１６６において選択される一次フラグメントイオンについて、所定の運動エネルギーを提供するように調整される。このモードにおいて、第１のイオン選択器１６０は、名目上の前駆質量を選択する。
【００９７】
その後、生じるイオンは、第１のＴＯＦ質量分離器１５８のフィールドフリー領域において、第１のイオンフラグメント化器１６２によってフラグメント化される。その後、所定の一次フラグメントイオンは、第２のイオン選択器１６８によって選択される。その後、これらの選択されるイオンは、第２のフラグメント化器１７０によってさらにフラグメント化される。その後、そのイオンは、第３のＴＯＦ質量分離器１７４において分離され、そして質量分析器１８０によって分析される。
【００９８】
例えば、タンデムＭＳ−ＭＳ−ＭＳ−ＭＳ動作モードにおいて、第３のフラグメント化器１７８および第３のイオン選択器１７６が作動され、第２のフラグメント化器１７０からの二次フラグメントから、所定の質量を選択しかつフラグメント化する。
【００９９】
１つの実施形態において、本発明のタンデムＴＯＦ質量分析計１５０の動作モードは、化学サンプルの分析中に、コンピュータ制御下で自動的に変化される。この実施形態において、本発明に従うタンデムＴＯＦ質量分析計の動作モードは、単独のＭＳモード、ＭＳ−ＭＳモード、ＭＳ−ＭＳ−ＭＳモード、またはＭＳ−ＭＳ−ＭＳ−ＭＳモード（および当然、より高次なモード（ＭＳｎ））に変化され得る。
【０１００】
例えば、タンデムＴＯＦ質量分析計の動作モードは、ポテンシャルＶ２２１２およびＶ４２１５をゼロまで減少させ、かつイオンフラグメント化器１６２、１７０、および１７８を停止させることによって、単独のＭＳモードに変化され得る。イオン選択器１６０、１６８、および１７８のうちの１つ以上が、スペクトルから不要なイオンを除去するために使用され得る。例えば、分析中のサンプルと無関係なＭＡＬＤＩマトリックス由来のイオン、または他のバックグラウンドの物質を除去するために、イオン選択器１６０、１６８、または１７８が使用され得る。
【０１０１】
本明細書は、質量分析の４つの段階に関する記載を含む。しかし、本発明は、使用される段階の数において限定されない。本明細書中に記載されるように追加のＴＯＦ質量分離器を備えることによって、さらなる段階が追加され得る。さらなる段階は、さらなる構造的情報を提供するために必須のものとして、必要とされる。また、さらなる段階は、さらなる機能性を提供するために使用され得る。多数の段階を含む実用的なデバイスが、構築され得る。
【０１０２】
本発明のタンデム質量分析計の１つの実施形態において、分析計は、多数の段階（４つの段階より多い）を含み、そして必要とされる質量分離は、正の加速のみを使用することによって達成される。しかし、このような系が、各々の段階でのイオンエネルギーにおける増加を伴うため、適用される電圧についての実施上の制限内で、フラグメントスペクトルについて高い分解能を達成するのは困難である。本発明のタンデム質量分析計の別の実施形態において、分析計は、多数の段階（４つの段階より多い）の質量分析を含み、そして必要とされる質量分離は、各々の連続的な段階で加速および減速を交互にすることによって達成される。
【０１０３】
タンデム質量分析計に関して多数の重要な適用が存在する。特定の関心についての１つの適用は、生物学的サンプル中のタンパク質の同定および特徴付けである。このようなタンパク質は、通常は、比較的に複雑な混合物である。サンプル中に存在する可能な限り多くのタンパク質を同定し、定量し、そして特徴付けすることが所望される多くの適用が存在する。
【０１０４】
タンパク質を同定しかつ特徴付けるために公知の技術の１つは、タンパク質サンプルを適切なタンパク質分解酵素（例えば、タンパク質をペプチドフラグメントに切断するトリプシン）を使用して消化することである。例えば、トリプシンは、タンパク質中のアルギニンおよびリシン残基のＣ末端側を切断する。この技術を使用して、サンプル中の各々のタンパク質は、より低い分子量の多数のペプチドに変換され、そしてそのペプチドの分子量が、質量分析法によって正確に決定される。ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦは、タンパク質消化によって生成されるペプチドの分子量を正確に決定するための、好ましい方法である。
【０１０５】
図４は、タンパク質サンプルのトリプシン消化から得られる、ＭＡＬＤＩ質量スペクトルの例２５０を示す。このような質量スペクトルは、ペプチド質量フィンガープリントとして、当該分野で公知である。この例において、分子量は、検出されるすべてのペプチドについて、１０ｐｐｍ未満と推定される誤差を有して決定される。観察される質量は、市販のデータベース中の公知のタンパク質の消化から予期される質量と、比較され得る。
【０１０６】
観察される質量とデータベース中の特定のタンパク質について予期される質量との間に十分な数の一致が観察される場合、そのタンパク質がサンプル中に存在することが、高い信頼度で結論付けられ得る。図４において示される例において、２０個以上の観察される質量が、１０ｐｐｍ未満の誤差で、Ｅ．ｃｏｌｉ由来のタンパク質βガラクトシダーゼから予期される質量と一致する。従って、図４において示される例から、βガラクトシダーゼタンパク質がサンプル中に存在することが、明らかである。
【０１０７】
図４において観察される多くの質量は、Ｅ．ｃｏｌｉ由来のβガラクトシダーゼの予期されるトリプシンフラグメントと一致するが、スペクトル中のいくつかの顕著なピークは一致しない。スペクトル中のこれらのピークは、サンプル中の他のタンパク質の存在、あるいはそれらのピークが、同定されるタンパク質の構造がデータベース中の構造と同一でないことを示し得ることのいずれかに起因し得る。例えば、そのタンパク質は変異を含み得、または別の種由来の相同タンパク質であり得る。このような場合において、ペプチド質量フィンガープリント単独では不十分であり得、さらなるタンデム質量分析が必要とされ得る。このような場合の１つは、図４における名目上のｍ／ｚ３００１でのスペクトルピーク２５２である。
【０１０８】
図５は、図４において示されるスペクトル２５０の高質量部分３００の拡大図を示す。このスペクトルの高質量部分は、名目上のｍ／ｚ３００１でのスペクトルピーク２５２以外のピーク（例えば、質量２８４７でのスペクトルピーク（３０２として示す）、質量２８６６でのスペクトルピーク（３０４として示す）、質量２８８３でのスペクトルピーク（３０６として示す））を示す。これらのピークは、βガラクトシダーゼ由来のトリプシンペプチドピークとして同定される。しかし、名目上のｍ／ｚ３００１で示されるスペクトルピークは、任意のトリプシンペプチドと同一であるとはされない。
【０１０９】
図６ａは、タンパク質消化から名目上のｍ／ｚ３００１イオンを選択しかつＭＳ−ＭＳ分析を実施することよって得られた、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ  ＭＳ−ＭＳスペクトル３５０を示す。名目上のｍ／ｚ３００１イオンは、第１のイオン分離器１５８において選択される。その後、選択されるイオンは、第２のイオン分離器１６６においてフラグメント化される。その後、そのフラグメントは、ＴＯＦ質量分析器１８０において分析される。
【０１１０】
フラグメントスペクトルにおいて観察される質量は、データベース中のタンパク質のトリプシン消化によって生成されるペプチドから予期されるフラグメントと、比較され得る。ペプチドフラグメント化についての原則は周知であり、所定の分子量およびアミノ酸配列の任意のペプチドのフラグメント化から予期される質量が、予測可能である。
【０１１１】
図６ａにおいて示される例において、測定値に関して１０ｐｐｍ以内の分子量を有するペプチドがないことは、観察されるフラグメント質量スペクトルと一致するフラグメントスペクトルを生成することを見出した。しかし、１４ダルトンより高い質量を有するペプチドは、トリプシンフラグメントと予測された。この質量は、図４および図５において示されるスペクトルにおいては観察されなかった。名目上の分子量３０１５のペプチドについて予測されたフラグメントスペクトルの低質量部分は、図６ａにおいて示されるフラグメントスペクトルと良く一致したが、いくつかのより高い質量イオン（分子イオンを含む）は、１４ダルトン異なった。
【０１１２】
名目上の前駆体ｍ／ｚ３００１について得られるＭＳ−ＭＳスペクトルの解釈は、図６ｂに示される。アミノ酸についての標準的な一文字コードを使用する配列３６０は、Ｎ末端第１５番目のアミノ酸である３７０位にグルタミン酸（Ｅ）を有する名目上のｍ／ｚ３０１５のタンパク質について、商業用データベースから検索される配列に相当する。慣習的に、配列はＮ末端を左に、そしてＣ末端を右にして書かれる。慣習的な表記において、Ｃ末端に電荷を有するフラグメントイオンは、アルファベットの終わりの文字（例えば、ｘ、ｙ、ｚ）で標識され、そしてＮ末端に電荷を有するフラグメントイオンは、アルファベットの始めの文字（例えば、ａ、ｂ、ｃ）で標識される。特に、アミノ酸間のペプチド結合の単一の切断に起因するイオンは、電荷がＣ末端上である場合はｙイオンとして標識され、電荷がＮ末端上である場合はｂイオンとして標識される。従って、３７０位のＣ末端側でのペプチドのフラグメント化は、ｙ１２イオンおよびｂ１５イオンを生じる。図６ａにおいて示されるスペクトルにおいて、顕著なピークが、配列３６０由来のｙ１２イオンについて予期されるｍ／ｚに相当するｍ／ｚ１２９７．５３にて観察されるが、ｍ／ｚ１７０４．７６でのピークは、３７０位にグルタミン酸（Ｅ）ではなくアスパラギン酸（Ｄ）を有するｂ１５イオンについて予期されるｍ／ｚに相当する。図６ｂにおける他の標識化ピークによって示されるように、完全なフラグメントスペクトルは、３７０位にアスパラギン酸（Ｄ）を有する配列３６０の予期されるフラグメント化と良く一致するが、より高い質量イオンは、３７０位にグルタミン酸（Ｅ）を有する配列３６０について予期されるイオンと、１４質量単位だけ異なる。
【０１１３】
予期されるスペクトルと測定されるスペクトルとの比較は、分析されるサンプルにおいて、ペプチド中の３７０位のアミノ酸が、図６ｂにおいて示されるようにデータベースから検索される配列において与えられるグルタミン酸（Ｅ）ではなく、アスパラギン酸（Ｄ）であることを示す。この補正によって、観察されるスペクトルは、予期されるスペクトルと一致する。得られるスペクトルは、示されたグルタミン酸（Ｅ）がアスパラギン酸（Ｄ）により置換された、Ｅ．ｃｏｌｉ由来のβガラクトシダーゼのタンパク質の変異体と一致する。
【０１１４】
測定されるＭＳ−ＭＳスペクトルは、観察されるペプチドがβガラクトシダーゼ由来であり、そして示されるアミノ酸がグルタミン酸ではなくアスパラギン酸であると確信を持って主張するのに十分である。しかし、測定されるＭＳ−ＭＳスペクトルは、測定されるペプチドとデータベース中の配列との間に、他の未検出の相違がないことを確信するのに不十分であり得る。
【０１１５】
例えば、ｙ６とｙ１２（図６ｂを参照のこと）との間の領域に相当するピークの強度は、やや弱い。測定される質量は、このタンパク質のアミノ酸組成がおそらく正しいことを示す。しかし、この領域における配列が正しいことを確信を持って主張するのは不可能である。また、名目上のｍ／ｚ３０４でのピークは、示される配列から予期されるフラグメントとは一致しない。１つの可能性は、このフラグメントが理論的なモデルに含まれないフラグメント化プロセスの結果である、またはそのことがこの配列中の誤差を示し得るということである。これらの問題は、タンデム質量分析をさらなるＭＳ段階の使用を通して拡張するすることによって対処され得る。
【０１１６】
例えば、ＭＳ−ＭＳ−ＭＳモードにおいて、名目上のｍ／ｚ３００１前駆体は、第１の質量分離器１５８において選択されかつフラグメント化され、ｙ１２フラグメント（ｍ／ｚ１２９７．５）は、第２の質量分離器１６６において選択されかつフラグメント化され、そしてｙ１２のフラグメントが分析され、タンパク質のこの部分の配列におけるより確定的なデータが提供される。同様に、名目上のｍ／ｚ３００１前駆体は、第１の質量分離器１５８において選択され、第２の質量分離器１６６においてフラグメント化され、そして名目上のｍ／ｚ３０４でのフラグメントが第３の質量分離器１７４において選択されかつフラグメント化される。名目上のｍ／ｚ３０４のフラグメントは、質量分析器１８０において分離されかつ分析され、このイオンの構造における情報が提供される。
【０１１７】
（等価物）
本発明は、特定の好ましい実施形態に関して、詳細に示しかつ記載したが、形態および詳細における種々の変化が、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の精神および範囲から逸脱することなしになされ得ることが、当業者により理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】図１は、本発明に従うタンデム質量分析計の一般的なブロック図を示す。
【図２】図２は、本発明に従うタンデム質量分析計のより詳細なブロック図を示す。
【図３】図３は、図２の質量分析計１５０の操作に関連するポテンシャルダイアグラムを示す。
【図４】図４は、タンパク質サンプルのトリプシン消化から得られるＭＡＬＤＩ質量スペクトルの一例を示す。
【図５】図５は、図４で示されるトリプシン消化から得られる質量スペクトルの、高質量部の拡大図を示す。
【図６ａ】図６ａは、タンパク質消化からｍ／ｚ  ３００１フラグメントイオンを選択し、ＭＳ−ＭＳ分析を実施することによって得られた、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ  ＭＳ−ＭＳスペクトルを示す。
【図６ｂ】図６ｂは、タンパク質消化からｍ／ｚ  ３００１フラグメントイオンを選択し、ＭＳ−ＭＳ分析を実施することによって得られた、図６ａのＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ  ＭＳ−ＭＳスペクトルの解釈を示す。
【図１】
2005533358.tif 000003
【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６ａ】
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【図６ｂ】
2005533358.tif 000009
【国際調査報告】
2005533358.tif 000010
2005533358.tif 000011
2005533358.tif 000012