(57)【要約】  本発明は反応セルを含む質量分析計およびそのような質量分析計を使用する方法に関する。特に、限定はしないが、本発明は、タンデム質量分析計およびタンデム質量分析に関する。本発明は、イオンを、質量分析計の長軸に沿って順方向に移動し、中間イオン貯蔵部を通過し、その後に反応セルに入るように誘導し、イオンを反応セル内で処理し、処理イオンを、長軸に沿って戻し、中間イオン貯蔵部にもう一度入るように放出し、処理イオンの１つまたは複数のパルスを軸外方向で質量アナライザまで放出する工程を含む、長軸を有する質量計を使用する質量分析法を提供する。
2008535168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）イオン源においてイオンを発生させる工程と、
（ｂ）イオンが前記イオン源に対し順方向で質量分析計の長軸に沿って移動するように、イオンを抽出する工程と、
（ｃ）前記イオンが順方向で長軸に沿って進行する時に、前記イオンが中間イオン貯蔵部に入り、その後に出て行くようにする工程と、
（ｄ）前記イオンが順方向で前記長軸に沿って進行する時に、前記イオンが反応セルに入るようにする工程と、
（ｅ）前記反応セル内で前記イオンを処理する工程と、
（ｆ）処理イオンを、前記反応セルから出て行かせ、前記イオン源に対し逆方向で前記長軸に沿って戻るようにする工程と、
（ｇ）前記処理イオンを、逆方向で前記長軸に沿って進行する時に、もう一度前記中間イオン貯蔵部に入るようにする工程と、
（ｈ）前記処理イオンの１つまたは複数のパルスを、前記中間イオン貯蔵部から軸外方向に出て行かせる工程と、
（ｉ）前記処理イオンの１つまたは複数のパルスを質量アナライザに入るようにする工程と、
（ｊ）前記質量アナライザを用いて前記処理イオンの１つまたは複数のパルスの質量スペクトルを獲得する工程と、
の連続工程を含む、長軸を有する質量分析計を使用する質量分析法。
【請求項２】
工程（ｃ）はさらに、前記イオンが前記中間イオン貯蔵部に入った後にイオンをトラップし、その後イオンを出て行かせる工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
工程（ｅ）におけるイオン処理は、前記反応セル中でイオン集団を変化させる工程を含む、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
工程（ｅ）における処理は、イオン集団の一部を除去する工程を含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
工程（ｅ）における処理は、質量選択を用いて、イオン集団の一部を除去する工程を含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
工程（ｅ）における処理は、別のイオンをイオン集団に導入する工程を含む、請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
工程（ｅ）における処理は、イオン集団の少なくともいくらかの電荷を変化させる工程を含む、請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
工程（ｅ）における処理は、イオン集団のエネルギーの広がりを変化させる工程を含む、請求項３から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
工程（ｅ）における処理は、イオン集団の少なくともいくらかをフラグメント化する工程を含む、請求項３から請求項８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
工程（ｅ）におけるフラグメント化は、ガス分子との衝突、表面との衝突、反応性安定分子との衝突、準安定分子または原子との衝突、反対の電荷のイオンとの衝突、または真空ＵＶからＩＲおよびアト秒から連続のスペクトル域からの光子ビームによる照射を含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
工程（ｅ）におけるフラグメント化は、電子捕獲解離を含まない、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
工程（ｅ）におけるフラグメント化は、電子捕獲解離を含む、請求項９記載の方法。
【請求項１３】
磁場を使用せずに反応セル中にイオンをトラップし、その間に、電子捕獲解離によりフラグメント化する工程をさらに含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
工程（ｅ）はイオンを前記反応セルにトラップする工程を含む、上記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
イオンを、前記反応セルの１つまたは複数のトラッピング領域にトラップする工程を含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
イオンの移動度、ｍ／ｚまたは微分イオン移動度にしたがい、２つまたはそれ以上のトラッピング領域間で移動する間にイオンを分離する工程を含む、請求項１４または請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
工程（ｆ）は、反応セル上に配置したＤＣ電圧を操作することにより前記処理イオンを放出する工程を含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
前記処理イオンを、工程（ｈ）で前記中間イオン貯蔵部にトラップする工程を含む、上記請求のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記処理イオンは、前記イオンを冷却することにより、エネルギーを失うようにすることによりトラップされる、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
衝突冷却または断熱冷却により前記イオンを冷却する工程を含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記中間イオン貯蔵部に対応する湾曲線形トラップに前記イオンをトラップする工程を含む、請求項１８から請求項２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
工程（ｈ）において、前記処理イオンの１つまたは複数のパルスを、前記中間イオン貯蔵部から軸外方向に出て行かせ、前記１つまたは複数のパルスは、前記長軸に対し直角に移動し、半径方向に収束される工程を含む、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
１ｍｓ、１０μ秒または０．５μ秒のうちの１つより小さい幅のパルスとしてイオンを放出する工程を含む、請求項１７から請求項２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
１ｍ、５０ｍｍ、１０ｍｍまたは５ｍｍのうちの１つより小さい空間長のパルスとしてイオンを放出する工程を含む、請求項１７から請求項２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
ガスを前記反応セル中に導入して、ガス圧と反応セルの長さの積が１ｍｂａｒ・ｍｍを超えないような圧力とする工程を含む、上記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記積が０．２ｍｂａｒ・ｍｍを超えない、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記積が０．１ｍｂａｒ・ｍｍを超えない、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
質量選択工程をさらに含む、上記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
工程（ｇ）と（ｈ）の間に、
前記イオンを、前記中間イオン貯蔵部から、前記長軸に沿って、逆方向に出て行かせる工程と、
前記イオンを反射させ、前記イオンが、前記長軸に沿って、順方向に戻り、前記イオンが前記中間イオン貯蔵部をもう一度通過し、その後前記反応セルに入るようにする工程と、
前記イオンを前記反応セル内でさらに処理する工程と、
前記処理イオンを前記反応セルから出て行かせ、前記長軸に沿って、逆方向に戻り、前記中間イオン貯蔵部にもう一度入るようにする工程と、
をさらに含む、上記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
工程（ｂ）と（ｃ）の間に、前記イオンが前記長軸に沿って順方向に移動する時に、前記イオンがイオントラップに入り、その後出て行くようにする工程をさらに含む、上記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
前記イオンを前記イオントラップにトラップさせ、その後、前記イオンを前記長軸に沿って順方向に前記イオントラップを出て行かせる工程をさらに含む、請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
前記イオントラップにトラップされたイオンの質量スペクトルを得る工程をさらに含む、請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
前記イオントラップを質量フィルタとして用い、所望の質量範囲内のイオンのみを、前記イオントラップから、前記長軸に沿って、順方向に出て行かせる工程をさらに含む、請求項３０から請求項３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
前記イオントラップを用い、自動利得制御を実施する工程を含む、請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
前記イオントラップを通るイオンの１つを超える経路上で質量フィルタとして、前記イオントラップを使用する工程を含む、請求項３３または請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
イオン源と、
前記イオン源によって生成させたイオンを長軸に沿って誘導するように動作することができるイオンオプティクスと、
前記イオン源の下流に配置され、前記長軸上に配置された第１および第２の開口を有し、前記第１の開口は前記イオン源に面し、第３の開口が軸外に配置された、中間イオン貯蔵部と、
前記中間イオン貯蔵部の下流に配置され、前記中間イオン貯蔵部の第２の開口に面する開口を有し、イオンを処理するように動作することができる反応セルと、
前記中間イオン貯蔵部の第３の開口に面する入口開口を有する前記中間イオン貯蔵部と隣接して配置された質量アナライザであって、前記中間イオン貯蔵部が前記第３の開口から１つまたは複数のイオンパルスを前記質量アナライザに放出するように動作することができる、質量アナライザと、
を備える、長軸を有する質量分析計。
【請求項３７】
前記中間イオン貯蔵部は、ガスを前記中間イオン貯蔵部に導入するための関連ガス供給を有する、請求項３６記載の質量分析計装置。
【請求項３８】
前記中間イオン貯蔵部は湾曲線形イオン貯蔵部であり、前記湾曲は、前記イオン貯蔵部から前記第３の開口を通って半径方向に収束するように放出されたイオンを集束させるものである、請求項３６または請求項３７記載の質量分析計装置。
【請求項３９】
前記反応セルはガス充填イオン−分子反応器である、請求項３７から請求項３８のいずれか一項に記載の質量分析計装置。
【請求項４０】
前記反応セルは、イオンを前記イオンセルに導入するように動作することができるイオン源を有する、請求項３６から請求項３９のいずれか一項に記載の質量分析計装置。
【請求項４１】
前記反応セルはフラグメンテーションセルである、請求項３６から請求項４０のいずれか一項に記載の質量分析計装置。
【請求項４２】
前記フラグメンテーションセルは、衝突誘起解離のためのガス充填衝突セルである、請求項４１記載の質量分析計装置。
【請求項４３】
前記フラグメンテーションセルは、表面誘起解離のための表面をさらに備える、請求項４１または請求項４２記載の質量分析計装置。
【請求項４４】
前記フラグメンテーションセルは、反応性安定分子との衝突、準安定分子または原子との衝突、反対の電荷のイオンとの衝突、または真空ＵＶからＩＲおよびアト秒から連続のスペクトル域の光子ビームによる照射により、イオンをフラグメント化するために配列された、請求項４１から請求項４３のいずれか一項に記載の質量分析計。
【請求項４５】
前記フラグメンテーションセルは、電子捕獲解離のための電子源を含まない、請求項４１から請求項４４のいずれか一項に記載の質量分析計装置。
【請求項４６】
前記フラグメンテーションセルは、電子捕獲解離のための電子源をさらに含む、請求項４１から請求項４４のいずれか一項に記載の質量分析計装置。
【請求項４７】
前記反応セル内にイオンをトラップするように動作することができる磁石を含まない、請求項４６記載の質量分析計。
【請求項４８】
前記イオン源と前記中間イオン貯蔵部との間に配置され、前記長軸上に配置された開口を有するイオントラップをさらに備える、請求項３６から請求項４７のいずれか一項に記載の質量分析計装置。
【請求項４９】
前記イオントラップが質量アナライザを含む、請求項４８記載の質量分析計装置。
【請求項５０】
請求項１〜３５のいずれか一項に記載の方法を実施するように動作することができる制御装置をさらに備える、請求項３６から請求項４９のいずれか一項に記載の質量分析計装置。
【請求項５１】
請求項５０記載の装置の前記制御装置により実施されると、前記制御装置に、請求項１〜３５のいずれか一項に記載の方法を実行させるコンピュータプログラム命令を含むコンピュータプログラム。
【請求項５２】
請求項５１記載のコンピュータプログラムを保存しているコンピュータ記憶媒体。
【請求項５３】
イオンを長軸に沿って誘導するイオン源と；
前記軸上に配置された入口開口を有する反応セルと；
質量アナライザと；
前記イオン源からのイオンが前記軸に沿って前記反応セルまで誘導され、前記反応セルで生成された生成イオンが分析用に前記質量アナライザに誘導される第１のモードと、前記イオン源からのイオンが前記軸から偏向され、前記反応セルに入らずに分析用に前記質量アナライザに誘導される第２のモードとの間で切替可能なイオンオプティクスと、
を備える、長軸を有する質量分析計。
【請求項５４】
イオンを長軸に沿って誘導するイオン源と；
反応セルと；
前記軸上に配置された入口開口を有する質量アナライザと；
前記イオン源からのイオンが前記軸から偏向され、前記反応セルまで誘導され、前記反応セルで生成された生成イオンが前記軸に戻って、前記質量アナライザの前記入口開口に誘導される第１のモードと、前記イオン源からのイオンが前記軸に沿って、前記反応セルに入らずに分析用に前記質量アナライザに誘導される第２のモードとの間で切替可能なイオンオプティクスと、
を備える、長軸を有する質量分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応セルを含む質量分析計（ｍａｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）およびそのような質量分析計の使用法に関する。特に、限定はされないが、本発明はタンデム質量分析計およびタンデム質量分析に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、質量分析計は、分析する分子からイオンを発生させるためのイオン源と、そのイオンを質量アナライザ（ｍａｓｓ  ａｎａｌｙｓｅｒ）に誘導するためのイオンオプティクス（ｉｏｎ  ｏｐｔｉｃｓ）とを備える。タンデム質量分析計はさらに、第２の質量アナライザを備える。タンデム質量分析では、イオン化分子の構造解明は、第１の質量アナライザを使用して質量スペクトルを収集し、その後、第１の質量アナライザを使用して質量スペクトルから所望の１つまたは複数の前駆体イオンを選択し、選択した前駆体イオンを反応セルに放出させ（ｅｊｅｃｔ）、そこでイオンをフラグメント化させ、フラグメントイオンを含むイオンを第２の質量アナライザに輸送し、フラグメントイオンの質量スペクトルを収集することにより、実施される。方法は、フラグメンテーション（ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）の１つまたは複数のさらなる段階を提供するように拡大することができる（すなわち、フラグメントイオンのフラグメンテーションなど）。これは典型的にはＭＳnと呼ばれ、ｎはイオン生成の数を示す。このように、ＭＳ2はタンデム質量分析に対応する。
【０００３】
タンデム質量分析計は、３つの型に分類することができる：
（１）空間的に連続、伝達（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ）質量アナライザの組み合わせに対応（例えば、磁気セクタ、四重極子、飛行時間（ＴＯＦ）、通常それらの中間に衝突セルがある）；
（２）時間的に連続、独立型トラッピング質量アナライザに対応（例えば、四重極子、線形、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（ＦＴ−ＩＣＲ）、静電トラップ）；および
（３）時間および空間的に連続、トラップおよび伝達質量アナライザのハイブリッドに対応。
ほとんどのタンデム質量分析計は、共通軸に沿って互いに続く異なる質量分析段階を有する。そのような「連続」配置により、ＲＦ衝突セルまたは追加のトラッピング段階を設置することができるが、例えば下記のような他の装置を除外する：
追加のイオン源（例えば、キャリブラント（ｃａｌｉｂｒａｎｔ）イオンまたは反対の極性のイオンの導入のため）；
レーザ照射を導入するためのウインドウ；
イオンのソフトランディングのための表面（ＷＯ０３／１０５１８３において記述）；
電子源（例えば、電子捕獲解離（ＥＣＤ）を実行するための電子を導入するため、ＷＯ０２／０７８０４８およびＷＯ０３／１０２５４５を参照されたい）。
【０００４】
【特許文献１】国際公開第０３／１０５１８３号パンフレット
【特許文献２】国際公開第０２／０７８０４８号パンフレット
【特許文献３】国際公開第０３／１０２５４５号パンフレット
【特許文献４】国際公開第０２／４８６９９号パンフレット
【特許文献５】国際公開第９７／４８１２０号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
連続配置を有するタンデム質量分析計の例はＷＯ０２／４８６９９により提供される。この分光計は、イオン源と、一連のイオントラップと、を備え、このうちの１つは衝突セルとして動作し、続いてＴＯＦアナライザを備える。タンデム質量分析およびＭＳnは複数のイオン移動の逆転を使用して実施される。これは、イオンをトラップし、それらを逆方向に放出し、フラグメント化し、フラグメントをトラップし、およびサイクルを繰り返し、所望の数のイオン発生を得ることにより実施される。しかしながら、最終的に、フラグメントは全てのイオントラップを通って戻り、連続配列ＴＯＦアナライザに進んでいかなければならない。
【０００６】
連続しているが、普通ではない配置を有するタンデム質量分析計がＷＯ９７／４８１２０において記述されている。イオン源はイオンを発生させ、イオンは直角に加速され、ＴＯＦアナライザ中に入る。イオンはイオンミラーにより反射され、イオンのいくつかはＴＯＦ検出器により収集され、一方、いくつかはＴＯＦアナライザの後ろに配置された反応セルまで進み続け、そこでフラグメント化されてもよい。フラグメントイオンは反射され、逆経路に沿ってＴＯＦアナライザ中に戻り、ＴＯＦ検出器により収集される。反応セルは３つの方法、衝突誘起解離（ＣＩＤ）、ＳＩＤまたは光子誘起解離（ＰＩＤ）のうちの１つによりイオンをフラグメント化してもよい。この配置は反応セルの設計および動作においてより大きなフレキシビリティを提供するが、その有用性は、直角パルシングのデューティサイクルの低さによりイオン損失が高いため、制限される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
こうした背景の下、第１の観点から、本発明は、（ａ）イオン源においてイオンを発生させる工程と、（ｂ）イオン源に対し順方向で質量分析計の長軸（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ａｘｉｓ）に沿って移動するようにイオンを抽出する工程と、（ｃ）イオンが順方向で長軸に沿って進行する時に、イオンが中間イオン貯蔵部に入り、その後に出て行くようにする工程と、（ｄ）イオンが順方向で長軸に沿って進行する時に、イオンが反応セルに入るようにする工程と、（ｅ）反応セル内でイオンを処理する工程と、（ｆ）処理イオンを、反応セルから出て行かせ、イオン源に対し逆方向で長軸に沿って戻るようにする工程と、（ｇ）処理イオンを、逆方向で長軸に沿って進行する時に、もう一度中間イオン貯蔵部に入るようにし、必要に応じて、それらをそこでトラップさせる工程と、（ｈ）処理イオンの１つまたは複数のパルスを、軸外方向で中間イオン貯蔵部から出て行かせる工程と、（ｉ）処理イオンの１つまたは複数のパルスを質量アナライザに入るようにする工程と、（ｊ）質量アナライザを用いて処理イオンの１つまたは複数のパルスの質量スペクトルを獲得する工程と、の連続工程を含む、長軸を有する質量分析計を使用する質量分析法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
フラグメントなどの処理イオンの効率的な質量分析では、それらの放出と質量アナライザの動作との適合が必要であることは理解されている。ほとんどの高性能質量アナライザ（例えば、ＦＴ  ＩＣＲ、ＴＯＦ、オービトラップ（ｏｒｂｉｔｒａｐ）、など）は、本質的にパルス特性を有するので、イオンパルスとして質量アナライザ中に注入する前のいくらかの時間、イオンを貯蔵する必要がある。これは、追加のイオン貯蔵部を使用することにより、またはそのようなイオン貯蔵部を反応セル中に組み入れることにより実施することができる。同じイオン貯蔵部は、イオンを質量アナライザ中に注入するだけでなく、イオン入射方向とは実質的に異なる方向でこれを実施する（以下に詳細に記載）ように再構成されることもまた理解されている。機器のレイアウトの容易さの他に、この配列では、都合よく、望ましくない場合にイオンが反応セル中に誘導されることが回避される。
【０００９】
一般に、同じｍ／ｚのイオンに対するパルス幅は１ｍｓ未満であるべきであり、好ましくは１０μ秒未満である。最も好ましいレジームは、０．５μ秒より短いイオンパルスに対応する（これは、大体４００と２０００との間のｍ／ｚに対し使用してもよい）。また、および特に、ある広がりのｍ／ｚを有するイオンパルスに対しては、放出パルスの空間長は１ｍ未満であるべきであり、好ましくは５０ｍｍ未満である。最も好ましいレジームは約５〜１０ｍｍまたはさらに短いイオンパルスに対応する。最も好ましいレジームは、オービトラップアナライザおよび多重反射ＴＯＦアナライザのような静電型質量アナライザに対しとりわけ有益である。
【００１０】
もちろん、「イオン」は質量分析計内の全てのイオンとして考えるべきでない。これは、イオンの中は必然的に輸送中に失われたものがあり、処理されないものもあり（すなわち、反応セル中に未処理のまま残っている）、質量アナライザにより検出されないものもあるという事実と一致する。しかしながら、上記工程全てを受け、そのため、使用した条件の範囲内にあるイオン群が存在する。
【００１１】
質量分析計の長軸は線形である必要はないが、概して、質量分析計を通って延在するべきである。例えば、長軸は、１つまたは複数の部分で、例えば蛇行形状に、湾曲してもよく、コンパクトな分光計が生成される。
【００１２】
そのような配列を使用すると、上記従来技術のシステムの問題および欠点に対してフレキシブルな解決策が提供される。好都合なことに、イオンは効果的に反応セル中で反射され、同じ側から出たり入ったりする。しかしながら、イオンは中間イオン貯蔵部中に反射されて戻され、そこから、軸外で質量アナライザに放出される。イオンは両方の軸方向に沿って、中間イオン貯蔵部中に、および貯蔵部から輸送され、軸外でも放出されるので、中間イオン貯蔵部は質量分析計を通るイオン経路において合流点を提供する。イオンは放出される前に中間イオン貯蔵部にトラップされてもよい。この配列のために、質量アナライザを効果的に自由に選択することができ、これにより、直角加速ＴＯＦアナライザへのＷＯ９７／４８１２０の狭い適用性が克服される。さらに、本発明の利点は、タンデムまたはＭＳn分光法に限定されず、より広い用途に恵まれている。
【００１３】
本発明をタンデム質量分析のために使用する場合、イオンは反応セルに輸送され、そこで、任意の公知のスキーム、例えば、ＣＩＤ、ＥＣＤ、ＳＩＤおよびＰＩＤに従いフラグメント化される。これはハードフラグメンテーション（ｈａｒｄ  ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）を含んでもよく、例えば、イオンを単純な元素およびそれらの酸化物、水素化物、などにフラグメント化する。さらに、反応セルの反射配置は、直接的なＥＣＤのための電子源（例えば、単に、長軸に沿って真っ直ぐ戻るようにしてもよい）および同様にＰＩＤのためのレーザまたはＳＩＤのための表面を自然に提供する。
【００１４】
さらに、方法は、必要に応じてさらに、工程（ｇ）と（ｈ）の間に、イオンを逆方向で長軸に沿って中間イオン貯蔵部を出て行かせる工程と、必要に応じて、追加のイオン選択を提供する工程と、イオンを反射させ、イオンが順方向で長軸に沿って戻るようにし、そのため、イオンはもう一度中間イオン貯蔵部を通過し、その後反応セルに入る工程と、さらに反応セル内でイオンを処理する工程と、処理イオンを、反応セルから出て行かせ、長軸に沿って逆方向に戻り、もう１度中間イオン貯蔵部に入るようにする工程とを含む。
【００１５】
処理およびさらなる処理工程は、フラグメント化を含んでもよく、これによりＭＳ3分光法が可能となる。さらに複数の反応を引き起こすと、イオンは反応セルに戻り、さらに多くのフラグメント化が可能となり、そのため、本方法はＭＳn分光法を提供する可能性がある。
【００１６】
好ましくは、工程（ｃ）はさらに、イオンが入った後中間イオン貯蔵部中にイオンをトラップし、その後に、イオンを出て行かせる工程を含む。中間イオン貯蔵部にイオンをトラップすると２つの利点が得られる可能性がある。第１に、イオンを一定期間にわたり蓄積させてもよい。第２に中間イオン貯蔵部にトラップされたイオンを、スクイーズして（ｓｑｕｅｅｚｅｄ）コンパクトな束を形成させてもよい。この後者の利点は、イオンが次に質量アナライザに放出される場合、とりわけ、イオン束の集束が好ましい場合、例えば、湾曲線形四重極子からオービトラップアナライザなどの静電アナライザへの放出では、特に好都合である。
【００１７】
中間イオン貯蔵部は、伝達モードで動作させてもよく、そのため、長軸に沿って順方向で進むイオンが、中間イオン貯蔵部を素通りする。
【００１８】
フラグメント化についてはすでに、工程（ｅ）のイオン処理の一例として記述したが、本発明はまたは他の処理形態にまで拡大する。本発明のいくつかの実施形態では、イオンの処理は、イオンを反応させる、すなわち、イオン中にある変化を引き起こす、イオンが関連する相互作用を引き起こすこととされる。フラグメント化によりイオンの開裂（ｂｒｅａｋ−ｕｐ）が引き起こされる他に、イオンに対する他の変化には、それらの荷電状態の変化が含まれる。より広い意味では、イオンの処理は、反応セル内のイオン集団を変化させることとしてもよい。これは、多様な方法で実施してもよい。例えば、イオン集団の一部を、例えば、質量分析により除去してもよく、そのため、所望の質量範囲のイオンのみが中間イオン貯蔵部に戻り、または、イオン移動度に基づく選択により除去してもよい。処理には、別のイオンをイオン集団に導入することが含まれてもよい。これは、キャリブラントイオンを導入する、または反対の極性のイオンを導入するように実施してもよい。また、処理は、イオン集団のエネルギーの広がりを変更する工程を含んでもよい。これらの処理工程は、それら単独で、または任意の組み合わせで実施してもよい。
【００１９】
必要に応じて、工程（ｈ）で処理イオンをトラップする工程は、イオンを「冷却」する工程を含み、このため、イオンはエネルギーを失う。これを達成する２つの好ましい方法が存在する。第１は、衝突冷却によるものであり、この場合、ガスが中間イオン貯蔵部中に導入され、そのため、イオンは低エネルギー衝突で（さらにイオンがフラグメント化されるのを避けるのに十分低い）、エネルギーを失う。第２は、断熱冷却の他の周知の技術によるものである。
【００２０】
好ましくは、方法は、工程（ｂ）と（ｃ）の間に、イオンが長軸に沿って順方向で移動する時に、イオンをイオントラップに入らせ、その後、そこから出て行かせる工程をさらに含む。そのような配列は、方法が、イオンをイオントラップ中にトラップし、その後、イオンを長軸に沿って順方向に出て行かせる工程をさらに含む場合に特に好都合である。このように、イオンはイオントラップ中に所望の数まで蓄積されてもよく、その後、反応セル中で処理のために放出される。蓄積されたイオン数は、例えば、自動利得制御を使用して制御してもよく、確実に、イオンの最適数が得られる（質量スペクトルにおいて良好な統計が確立されるような可能な限り多くのイオンに対する要望と、イオン濃度が高すぎる場合の空間電荷の悪影響との間にトレードオフ（ｔｒａｄｅ−ｏｆｆ）が存在する）。イオントラップはまた、質量スペクトルを収集するために、および必要に応じて、イオントラップを通過するイオン質量選択を実施するために、組み合わせてまたは選択的に、使用してもよい。当然、イオントラップは、イオンがイオントラップを通過する経路の数が何であれ、そのいずれかの間に、これらの方法のいずれにおいて使用されてもよい。質量分析計に沿ったイオンの複数の通過を用いる場合、イオントラップを使用して、反応セルにより実施された反射に対し対向端でイオンを反射させてもよい。
【００２１】
第２の観点から、本発明は、イオン源と；イオン源によって生成させたイオンを長軸に沿って誘導するように動作することができるイオンオプティクスと；イオン源の下流に配置され、長軸上に配置された第１および第２の開口を有し、第１の開口はイオン源に面し、第３の開口が軸外に配置された、中間イオン貯蔵部と；中間イオン貯蔵部の下流に配置され、中間イオン貯蔵部の第２の開口に面する開口を有し、イオンを処理するように動作することができる反応セルと；中間イオン貯蔵部の第３の開口に面する入口開口を有する中間イオン貯蔵部と隣接して配置され、中間イオン貯蔵部が第３の開口から１つまたは複数のイオンパルスを質量アナライザに放出するように動作することができる、質量アナライザと、を備える、長軸を有する質量分析計に関する。
【００２２】
反応セルは、上記のように、イオンを処理するように動作することができてもよい。例えば、反応セルは、イオン集団に変化を引き起こしてもよく、イオンを反応させイオンに変化を引き起こしてもよく、またはイオンのフラグメント化を引き起こしてもよい。
【００２３】
この配列を用いると、イオンはイオン源で発生させられ、長軸に沿って順方向に移動させられ、中間イオン貯蔵部の第１の開口、その後に中間イオン貯蔵部の第２の開口、さらに反応セルの開口を通過してもよい。その後、イオンは反射されてもよく、そのため、イオンは反応セル中の開口を通って逆方向に再出現し、その後、第２の開口を通って中間イオン貯蔵部に再び入る。イオンはその後、第３の開口を通して軸外で放出されてもよい。
【００２４】
開口は任意の適した手段により提供されてもよい。例えば、開口は、単に、関連する部分の欠落した端面に対応してもよい。また、開口は、電極など中で、または電極間などで残されるギャップにより提供される穴に対応してもよい。
【００２５】
イオン源は、任意の一般に入手可能な型、例えばエレクトロスプレー源、電子衝撃源、化学的イオン化源、大気圧光イオン化、ＭＡＬＤＩ（大気圧、減圧、または真空における）、二次イオン源または質量分析または分離の任意の前段階（例えば、ＤＣまたは場非対照（ｆｉｅｌｄ−ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）イオン移動度分光計、進行波分光計、など）から自由に選択してもよい。
【００２６】
中間イオン貯蔵部は、多くの様式で実装してもよい。例としては、３Ｄ四重極イオントラップまたは蓄積多重極子（ｓｔｏｒａｇｅ  ｍｕｌｔｉｐｏｌｅ）が挙げられる。蓄積多重極子を使用する場合、貯蔵は、ＲＦ電位を用いて、好ましくは、ＧＢ０４１３８５２．５で記述されるようにＲＦスイッチングを用いて実施されてもよい。選択したものが何であれ、軸および軸外の両方の放出ができなければならない。好ましくは、軸外放出は直角に実施され、そのため、中間イオン貯蔵部の第３の開口は、そのような直角放出が可能となるように配置される。
【００２７】
必要に応じて、中間イオン貯蔵部はガスを中間イオン貯蔵部にガスを導入するための関連ガス供給を有する。ガスはイオンのガス支援トラッピングにおいて使用してもよい。
【００２８】
現在好ましい実施形態では、中間イオン貯蔵部は、湾曲線形イオン貯蔵部である。湾曲線形トラップは、イオンパルスを放出することができ（すなわち、迅速放出）、さらなる成形が必要ないという点で好都合である。中間イオン貯蔵部の湾曲を使用して、イオン貯蔵部から第３の開口を通って直角に放出されるイオンを集束させてもよい。すなわち、イオンはイオン経路に直角に放出され、そのため、湾曲の中心に向かって移動し、または半径方向に収束される。イオンはオービトラップアナライザなどの静電質量アナライザ中に、必要に応じて１組のイオンオプティクス（ion optics）を通して放出させてもよい。中間イオン貯蔵部の湾曲およびオーブトラップアナライザの位置決めは、イオンが、オービトラップアナライザの入口開口で集束するようなものとしてもよい。
【００２９】
反応セルは多様な形態をとってもよい。反応セルは、ガス充填イオン−分子反応器に対応してもよく、または反応セルは、イオンを反応器セル中に導入するように動作することができるイオン源を有してもよい。分子は、ガス状態で、または励起種（分子または原子）のビームとして、外部源（例えば、準安定原子源、または放出、または電場により排除された帯電種の噴霧）から送達させることができる。そのような反応セルを、入射イオンの修飾または精製またはフラグメント化のために使用することができる。フラグメント化目的では、反応セルはさらに、ＥＣＤのための電子源、ＳＩＤのための表面、イオン−イオン反応のための（例えば、プロトン移動または電子移動解離、ＥＴＤを促進するため）イオン源、ＣＩＤのための特定の衝突ガス、または任意のスペクトル域の光子ビームを含んでもよい。当然、上記特徴の任意の組み合わせを有するハイブリッドセルを使用してもよい。
【００３０】
オービトラップアナライザなどの静電質量アナライザについて上記で記述してきたが、他の型の質量アナライザを使用してもよい。例えば、質量アナライザは、ＦＴ−ＩＣＲセルまたはＴＯＦアナライザに対応してもよい。
【００３１】
必要に応じて、質量分析計はさらに、イオン源と中間イオン貯蔵部との間に配置され、長軸上に配置された開口を有するイオントラップを備えてもよい。開口は、長軸に沿ったイオンの経路を可能とするように位置決めされる。このイオントラップは、別の質量アナライザを含んでもよい。これにより、前駆体イオンの質量スペクトルが収集される。イオントラップは、例えば、細長い輸送電極、磁気セクタまたはＷｉｅｎフィルタ、四重極質量フィルタ、蓄積ＲＦ多重極共鳴または質量選択的イオン選択、３Ｄ四重極イオントラップまたは線形イオントラップとしてもよい。
【００３２】
好ましくは、質量分析計はさらに、上記方法のいずれかを実施するように動作することができる制御装置を備える。本発明はまた、制御装置により実行されると、制御装置が上記方法のいずれかを実行するようにするコンピュータプログラム命令を含むコンピュータプログラムまで拡張される。本発明は、さらに、そのようなコンピュータプログラムが保存されているコンピュータ記憶媒体に拡張される。
【００３３】
さらに別の観点によれば、本発明は、イオンを長軸に沿って誘導するイオン源と；前記軸場に配置された入口開口を有する反応セルと；質量アナライザと；イオン源からのイオンが前記軸に沿って前記反応セルまで誘導され、反応セルで生成された生成イオンが分析用に質量アナライザに誘導される第１のモードと、イオン源からのイオンが前記軸から偏向され、反応セルに入らずに分析用に質量アナライザに誘導される第２のモードとの間で切替可能なイオンオプティクスと、を備える、長軸を有する質量分析計に関する。
【００３４】
さらに別の観点によれば、本発明は、イオンを長軸に沿って誘導するイオン源と；反応セルと；前記軸上に配置された入口開口を有する質量アナライザと；イオン源からのイオンが前記軸から偏向され、反応セルまで誘導され、反応セルで生成された生成イオンが軸に戻って、質量アナライザの前記入口開口に誘導される第１のモードと、イオン源からのイオンが前記軸に沿って、反応セルに入らずに分析用に質量アナライザに誘導される第２のモードとの間で切替可能なイオンオプティクスと、を備える、長軸を有する質量分析計に関する。
【００３５】
本発明をより容易に理解することができるように、ほんの一例として、下記図面について、以下、説明する。
【００３６】
長軸１１０を有する質量分析計１００を図１に示す。質量分析計１００のほとんどの部分が長軸１１０上に配置されている。イオン源１４０から開始し、下流に動作し、質量分析計１００はイオン源１４０と、第１の質量アナライザ１８０（この実施形態ではイオントラップ）と、中間イオン貯蔵部２２０と、反応セル２６０と、を備える。第２の、パルス質量アナライザ３４０は軸外に、中間イオン貯蔵部２２０に隣接して配置される。図１の一般化された表示は、質量分析計１００の様々な部分間でイオンを誘導するのに使用してもよいイオンオプティクスを図示していない。さらに、図１は、それらの部分内でイオンを誘導および／またはトラップするのに使用される様々な部分の電極を示していない。制御装置３６０を使用して、様々な部分の電極上の電位を設定し、質量分析計１００を命令通りに機能させる他の制御機能を実行する。制御装置３６０は連結部３７５を介して複数の部分と連絡する。
【００３７】
質量分析計１００を通るイオンの経路もまた、図１に示す。分析物１２０はイオン源１４０に導入され、そこで、イオン化され、分析物イオン１６０が形成され、イオン源１４０から出て行く。その後、イオン１６０はイオントラップ１８０に入る。この実施形態についてタンデム質量分析との関連で記述するが、本発明はより広い用途を有することを理解すべきである。このように、イオントラップ１８０は制御装置３６０の指示でイオン１６０から質量スペクトルを獲得する質量分析計の可能性を提供する。イオン１６０はその後、質量選択され、そのため、ある質量範囲内にあるイオン２００ａ，２００ｂのみがイオントラップ１８０から出て行く。
【００３８】
好都合なことに、質量分析計１８０を使用して自動利得制御を実施してもよく、すなわち、確実に、最適数のイオンが蓄積されるようにしてもよい。この最適は、良好な実験統計を確立するための可能な限り多くのイオンに対する要望と、空間電荷効果を避けるためにイオン濃度制限する必要性との間の妥協である。自動利得制御を使用して、中間イオン貯蔵部２４０、反応セル２６０または質量アナライザ３４０におけるイオン存在量を制御してもよい。自動利得制御は米国特許第５，１０７，１０９号および同第６，９８７，２６１号において記述されている。
【００３９】
次の工程は、２つの異なる様式で使用される質量分析計１００を考える。第１のモードでは、イオン２００ａは中間イオン貯蔵部２２０中に輸送され、そこでトラップされる。適した時間遅延が経過するとすぐに、制御装置３６０はイオン２４０を反応セル２６０に輸送する。第２のモードでは、中間イオン貯蔵部２２０は単なるイオンガイドとして使用される（「伝達モード」）。中間イオン貯蔵部２２０はガスで充填してもよく、これにより、イオンが中間イオン貯蔵部２２０を通過し、反応セル２６０に入る時に、衝突冷却によりイオン２２０ｂのエネルギーが減少する。
【００４０】
制御装置は、反応セル２６０中で、１度イオン２４０を処理する。処理は、以下に記述するように、かなりの数の形態をとってもよい。処理されたイオン３００は制御装置３６０により中間イオン貯蔵部２２０に戻される。この実施形態では、中間イオン貯蔵部２４０は処理イオン３００をトラップし、その後、イオン３２０を軸外で放出し、そのため、イオンは半径方向に収束する。このように、イオンは、中間イオン貯蔵部２２０から質量アナライザ３４０まで通過するように集束される。また、処理イオン３００は、軸１１０から単に偏向され、質量アナライザ３４０への経路３２０に従う。その後、制御装置３６０は質量アナライザ３４０を使用して、処理イオンから１つまたは複数の質量スペクトルを収集する。
【００４１】
図２はより詳細に、本発明の実施形態を示したものであり、再び、イオントラップ１８０により提供される第１の質量アナライザと、オービトラップアナライザ３４０（静電アナライザ）により提供される第２の質量アナライザと、を備えるタンデム質量分析計に即したものである。図２は正確な縮尺ではない。
【００４２】
質量分析計１００は一般に線形配列であり、イオンが長軸１１０に沿って通過する。質量分析計１００の前端は、分析物イオン１２０が供給される従来のイオン源１４０を備える。イオンオプティクス１５０がイオン源１４０に隣接して配置され、その後に、線形イオントラップ１８０が続く。さらに、イオンオプティクス１９０がイオントラップ１８０を超えて配置され、その後に、各端でゲート２２２およびゲート２２４により結合される湾曲四重極線形イオントラップ２２０が続く。このイオントラップ２２０は中間イオン貯蔵部２２０を提供する。イオンオプティクス２２６は下流ゲート２２４に隣接して設けられ、イオンを反応セル２６０へ、および反応セル２６０から誘導する。
【００４３】
中間イオン貯蔵部２２０の湾曲は、イオンが軸外で放出されると、イオンが半径方向に収束されるように使用される。イオンは入口３４２からオービトラップ質量アナライザ３４０への方向で軸外に放出される。イオンは中間イオン貯蔵部２２０の電極２３０中に備えられた開口２２８を通して、かつ発生イオンビームの集束を支援する別のイオンオプティクス３３０を通して放出される。中間イオン貯蔵部２２０の湾曲形態はまた、イオンの集束を支援することに注意すべきである。さらに、イオンが中間イオン貯蔵部２２０にトラップされるとすぐに、電位をゲート２２２およびゲート２２４に印加し、イオンを、中間イオン貯蔵部２２０の中心で束にさせてもよい。これもまた集束を支援する。湾曲線形イオントラップ２２０は、イオンパルスを質量アナライザ３４０へ迅速に放出することができ、さらなる成形が（あったとしても）ほとんど必要ないので、本質的に有用である。
【００４４】
動作において、例えば、ＵＳ２００３０１８３７５９号およびＵＳ  ６，１７７，６６８号にしたがい、イオン１６０はイオン源１４０において発生され、イオンオプティクス１５０を通って輸送され、一時的にイオントラップ１８０に蓄積される。イオントラップ１８０は１ｍＴｏｒｒのヘリウムを含み、そのため、イオン１６０はガス分子との衝突でその運動エネルギーのいくらかを喪失する。
【００４５】
一定期間の遅れ（イオントラップ１８０に十分なイオン１６０が蓄積できるように選択）の後、または十分なイオン１６０がイオントラップ１８０において検出された後のいずれかで、イオン２００ａはイオントラップ１８０から放出され、イオンオプティクス１９０を通って移動し、中間イオン貯蔵部２２０に入る。イオン２００ｂは中間イオン貯蔵部２２０を通って反応セル２６０に入り、そこで、処理されて、その後、中間イオン貯蔵部２２０に戻される。
【００４６】
冷却ガスを中間イオン貯蔵部２２０に導入する。冷却ガスとしては窒素、アルゴン、ヘリウムまたは任意の他の適したガス状物質を使用することができるが、イオントラップ１８０にはヘリウムが好ましく、この実施形態の中間イオン貯蔵部２２０には窒素が好ましい。典型的には、１ｍＴｏｒｒの窒素を中間イオン貯蔵部２２０で使用する。ポンピングポートおよび矢印３８０により示される、使用したポンピング配列により、確実に、他の構成要素は実質的にガスを含まず、必要とされる高真空で維持される。イオンの中間イオン貯蔵部２２０中への移動は、共に係属中の特許出願ＧＢ０５０６２８７．２で記述されているように実現することができる。
【００４７】
質量分析計１００の様々な部分について以下、より詳細に記述する。
【００４８】
イオン源１４０は、市販の型のいずれか１つとしてもよい。例えば、エレクトロスプレイ、大気圧光イオン化または化学イオン化、大気圧／減圧／真空ＭＡＬＤＩ、電子衝撃（ＥＩ）、化学イオン化（ＣＩ）、二次イオン、または質量分析またはイオン選択（例えば、ＤＣまたは場−非対称イオン移動度分光計、進行波分光計など）の任意の前段階は全て適した選択であると考えられる。
【００４９】
イオントラップ１８０はまた、多くの選択肢から選択してもよい。当業者であれば、選択は、実施すべき実験にしたがって行ってもよいことを理解するであろう。選択肢としては、細長い輸送電極、磁気セクタまたはＷｉｅｎフィルタ、四重極質量フィルタ、共鳴または質量選択的イオン選択を有する蓄積ＲＦ多重極子、３Ｄ四重極イオントラップ、または半径もしくは軸放出を有する線形イオントラップが挙げられる。
【００５０】
中間イオン貯蔵部２２０において使用するのに適した型のイオントラップ／イオン貯蔵部としては、３Ｄ四重極イオントラップ、ＲＦ切替を有しない蓄積ＲＦ多重極子、ＵＳ５，７６３，８７８またはＵＳ２００２００９２９８０Ａ１における蓄積多重極子、ＧＢ０４１３８５２．５におけるＲＦ切替のある蓄積ＲＦ四重極子、リングトラップ、スタックトラップまたは静的トラップが挙げられる。
【００５１】
中間イオン貯蔵部２２０は、多くの様式で動作させてもよい。例えば、中間イオン貯蔵部２２０はイオン捕獲モード（イオントラップを動作させる従来様式）で動作することができる。また、中間イオン貯蔵部２２０は、イオンを反応セル２６０に到達させるイオン伝達モードおよび戻ってくる時の捕獲モードで動作することができる。さらに、また、中間イオン貯蔵部２２０は、イオントラップ１８０と反応セル２６０との間の複数のイオンバウンス（ｂｏｕｎｃｅ）に対し、伝達モードで動作することができ、それから、予め決められた数のバウンス後に捕獲モードに切り替えることができる。各バウンスには、イオントラップ１８０または反応セル２６０における異なる型の処理が関与することができる。
【００５２】
イオントラップ１８０を、イオンをトラップするために使用する場合、質量アナライザ３４０における質量分析の各サイクルあたり、イオントラップ１８０から中間イオン貯蔵部２２０への複数のイオン放出が可能であり、より大きなイオン集団が蓄積される。
【００５３】
図２の実施形態では、湾曲または直線ガス充填四重極子２２０は、その電極に印加される切替可能なＲＦ電位およびゲート２２２およびゲート２２４への時間依存性電圧を有する。これらの電位およびＲＦオフセットを変化させて、１つの動作レジームから別の動作レジームに切替させる：十分高い電位はイオンビームを反射し、このようにして、さらなる伝搬を遮断する。また、これらの電位を増加させて、その後にイオン放出させ、イオン束をスクイーズさせることができる。イオンは、ＲＦをオフに切り替え、電極間にＤＣグラジエントを印加することにより、電極２３０中の開口２２８を通って質量アナライザ３４０中に放出される。
【００５４】
質量アナライザ３４０はＦＴ−ＩＣＲセル、任意の型のＴＯＦＭＳ、またはオービトラップアナライザのような静的トラップとしてもよい。
【００５５】
反応セル２６０について、以下、より詳細に、例示的な実施形態を示す図３，図４および図５を参照して説明する。反応セル２６０は、反応セル２６０内のイオンの集団に効果的に動作して、その集団を何らかの形で変化させる多くの形態の１つをとってもよい。イオン自体が変化してもよく（例えば、フラグメント化または反応による）、イオンが添加されてもよく（例えば、キャリブラント）、イオンが除去されてもよく（例えば、質量選択による）、またはイオンの特性が変化してもよい（例えば、それらの運動または内部エネルギーなど）。このように、反応セル２６０はこれらの機能に見合う多くの可能性のうちの任意の１つとしてもよい。
【００５６】
図３は高エネルギーＣＩＤのためのガス充填衝突セル形態の反応セル２６０を、イオンを反応セル２６０中に、または反応セル２６０から誘導するように動作することができるイオンオプティクス２２６と共に示したものである。反応セル２６０内へのイオンの進入および保持はゲート電極２６２により制御される。反応セル２６０内へのイオンのトラッピングは、トラッピングＲＦ四重極子２６４により支援される。ゲート電極２６２の対向端に配置されたトラップ電極２６６は、トラッピング配列を完成させる。ガス供給２６８を使用して、ガスを反応セル２６０内に導入する。
【００５７】
動作において、イオンは、イオントラップ１８０で質量選択され、低エネルギーで中間イオン貯蔵部２２０を通って輸送され、その後、イオンオプティクス２２６により約３０〜５０ｅＶ／ｋＤａのエネルギーまで加速される。その後、イオンは反応セル２６０に入り、そこで、ガス分子と衝突し、フラグメント化する。フラグメントイオンは反応セル２６０内にトラップされる。好ましくは、反応セル２６０は気圧Ｐ（ｍｂａｒ）およびイオン侵入深さＬ（ｍｍ）の積が０．１ｍｂａｒ・ｍｍ、最も好ましくは１ｍｂａｒ・ｍｍを超えるように動作させられる。フラグメントイオン、および任意の前駆体イオンが、ＤＣ電圧（ゲート電極２６２およびトラップ電極２６６上）の適した操作により反応セル２６０から放出される。これらのイオンはその後、中間イオン貯蔵部２２０にトラップされ、その後、質量アナライザ３４０に輸送される。
【００５８】
この反射モードにおける動作により下記２つの適用が可能である。第１に、全てのイオンの平行フラグメント化を含む、高エネルギーフラグメント化。フラグメント化前に、バックグラウンドピークのいくつか、または広範囲の質量スペクトルを、イオントラップ１８０内における質量選択を用いて排除してもよい。第２に、イオントラップ１８０および質量アナライザ３４０を使用した、低質量インモニウムイオンの分析および前駆体イオン走査。
【００５９】
図３の反応セル２６０はまた、ガス充填イオン−分子反応器として動作させてもよい。この方法では、イオンはより低いエネルギーで反応セル２６０中に導入される。トラップされたイオンは、衝突ガスと共に導入された活性反応物質との反応（例えば、電荷交換）に入る。反応ガスの例としては、メタン、水蒸気（重水素化されたものを含む）、臭化アルキル類、アルコール類、エーテル類、ケトン類、アミン類（例えば、トリエチルアミン）、などが挙げられる。別の適用は、特異的に、同位体標識したガスを特異イオン官能基（例えば、ホスフェート）と反応させ、この基を有するイオンを標識することである。標識イオンは、その後のフラグメント化に対し、質量アナライザ３４０中での分析のためにすぐに、またはイオントラップ１８０において連続的に、耳標させることができる。どちらの適用でも、反応進行度は、反応セル２６０内でのトラッピング期間および反応物質の圧力により調整してもよい。活性化およびフラグメント化を提供するために、低圧力放電もまた使用することができる。
【００６０】
図４はイオンオプティクス２２６（ＲＦ八重極子）により送り込まれる反応セル２６０を示す。反応セル２６０は一端でゲート電極２６２により、他端でトラップ電極２６６により境界されたトラッピングＲＦ四重極子２６４を有する。ガス供給２６８もまた、イオン源２７０と共に提供される。このイオン源２７０は、反応セル２６０中にすでにトラップされたイオンと同じ極性を有する別のイオンを導入するために使用してもよい。また、イオン源２７０を使用して、反対の極性のイオン（「反応イオン」）を導入してもよい。好ましくは、各極性のイオンを連続して導入する：例えば、最初に陽イオン、その後、陰イオン。適したＲＦ電位をゲート電極２６２とトラップ電極２６６に印加することにより、両方の極性のイオンを反応セル２６０内にトラップさせる。両方の極性のイオンを輸送させ、イオントラップ１８０または中間イオン貯蔵部２２０で反応させることができる（または、反応セル２６０内で反応することができる）。そのような反応の例は電子移動解離、ＥＴＤである（Ｊ．Ｅ．Ｐ．サイカ（Ｓｙｋａ）、Ｊ．Ｊ．クーン（Ｃｏｏｎ）、Ｍ．Ｊ．シュレーダー（Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ）、Ｊ．シャバノウィッツ（Ｓｈａｂａｎｏｗｉｔｚ）、Ｄ．Ｆ．ハント（Ｈｕｎｔ）、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．，１０１（２００４）９５２８−９５３３）。
【００６１】
反応には１段階を超える段階が関与する。例えば、前駆体正イオンは、反応物負イオンとの反応で生成物負イオンを生成することができる。これらの生成物負イオンは、次に、適当に切り替えられたイオン源２７０により送達された反応物正イオンと反応することにより、別の正生成物に変換できる。このように、多段階反応が可能である。他の利点のうちで、これにより、得られるイオンの電荷状態の増加が可能であり、このように、ＭＡＬＤＩにより生成した普通の一価イオンに対しＥＣＤまたはＥＴＤが可能である。
【００６２】
反応物イオンは、また、質量分析計の元のイオン源から、例えば、イオン源およびイオン経路全体の極性を切り替えることにより、送達させることができる。こにより、所望の反応物のイオンの質量選択が可能となる。極性切替中、前駆体イオンは反応セル２６０中に保存されたままであり、そのため、影響されない。極性切替を促進するためには、イオン源内で連続して発生させたイオンの両方の極性を有することが望ましく（例えば、反対の極性の２つの噴霧器を有することにより）、１つの極性のみが任意のある時間に伝達される。
【００６３】
イオン源２７０の代わりに、任意の他の型のビーム：励起（例えば、準安定）または冷却分子または原子またはクラスタ、など、任意のスペクトル域の光子を発生させるエミッタを使用することができる。この場合、ビームは軸に沿ってだけでなく、軸に対しある角度で誘導することができる。これらのビームはパルスまたは連続とすることができる。光子ビームの例のなかで、フェムト秒ＵＶまたは可視光またはＩＲパルス列、真空ＵＶまたはナノ秒ＵＶパルスが最も好ましい。
【００６４】
図５は生物分子イオンの元素分析を提供するためのハードフラグメンテーションのための衝突セルとして動作される反応セル２６０を示す。反応セル２６０には、イオンオプティクス２２６（ＲＦ八重極子）を介してイオンが供給される。反応セル２６０はゲート電極２６２とトラップ電極２６８により境界されたトラッピングＲＦ四重極子２６４を用いてイオンをトラップする。ガスはガス供給２６８により提供されてもよい。反応セル２６０にはまた、レーザ源２７２が備えられる。
【００６５】
好ましくは、単純な元素または酸化物、水素化物、などへのハードフラグメンテーションは、イオンに、レーザ源２７２により提供されるレーザ光の高強度パルスを受けさせることにより達成される。また、グロー放電を使用して、ハードフラグメンテーションを引き起こしてもよい。光子により照射されている間、イオンは、ＲＦ四重極子２６４内に保存することができる。保存されたイオンの質量範囲は、永久磁石２７４により提供されてもよい追加の軸磁場により低質量イオンに有利に改善されてもよい。
【００６６】
図５の反応セル２６０は、レーザ源２７２の代わりに電子源を用いることにより、ＥＣＤにおいて使用するように適合させてもよい。電子源２７２を使用して、低エネルギー電子を反応セル２６０に導入しＥＣＤを引き起こすことができる。しかしながら、ＲＦトラッピング場の存在は、電子を高エネルギーに励起し、これはイオンがフラグメント化する様式を著しく変化させるので、望ましくない。この問題を克服するために、永久磁石２７４により提供される磁場を用いて反応セル２６０にイオンをトラップさせる。ＥＣＤが完了するとすぐに、電場を使用して、トラッピングを支援し、および／または反応セル２６０からのイオンの放出を実施してもよい。
【００６７】
別の態様では、反応セル２６０はＤＣまたは場−非対称イオン移動度分光計を備える。好ましくは、そのような反応セルは、分離チューブの両側にＲＦ−単独線形イオントラップを含む。いずれにしても、分光計は、２つの経路で動作される：最初に、入口トラップから後方トラップに向かって、その後、その逆。１つまたは両方の経路上で、特異的な移動度または電荷状態を有するイオンのみが通過することができる（すなわち、分光計がフィルタとして作用する）。第２の経路はまた、入口トラップに対し相対的に後方トラップのＤＣオフセットを著しく増加させることにより（例えば、選択したｍ／ｚに対し約３０〜５０Ｖ超／ｋＤａ）達成された第１の経路上で選択されたイオンをフラグメント化するために使用することができる。
【００６８】
反応セル２６０はまた、ＳＩＤのために使用してもよい。例えば、図３の反応セル２６０は、トラップ電極２６６がＳＩＤによりフラグメント化を実施するために衝突表面を提供するように動作されてもよい。例えば、様々な有機分子の自己組織化単分子層は、良好なフラグメント化効率を提供することが知られている。このＳＩＤを、トラッピングＲＦ四重極子２６４および衝突冷却（ガス供給２６８による）を使用するイオンのトラッピングと組み合わせると、より良好に、イオンが中間イオン貯蔵部２２０に戻され、衝突エネルギーの選択のフレキシビリティが良好になる。また、ＷＯ０３／１０５１８３に記述されているように、トラップ電極２６６を、イオンソフトランディングおよび予備質量分析のための表面として使用してもよい。この場合、イオンはトラップ電極２６６上に堆積させることができ、その間、質量アナライザ３４０における同時分析により、または表面から脱着したイオンを分析することにより（例えば、レーザによる）、品質制御が実施される。
【００６９】
また、反応セル２６０は別の質量アナライザを備えてもよい。当然、上記で記述した反応セル２６０に貢献する特徴の様々な組み合わせを使用してもよい。
【００７０】
当業者には理解されるように、添付の請求の範囲により規定される本発明の範囲から逸脱せずに、上記実施形態に様々な変更を行ってもよい。
【００７１】
例えば、第１の質量アナライザ１８０は必要に応じて含まれる。この部分は、質量分析機能のない単なるイオントラップとしてもよく、またはこの部分を完全に省略してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の１つの実施形態による、一般化質量分析計を示す概略図である。
【図２】本発明の１つの実施形態による、質量分析計をより詳細に表した図である。
【図３】ガス充填セルの形態の、図１および２の質量分析計において使用するための反応セルを表した図である。
【図４】補助イオン源、または中性原子もしくは分子ビーム、または光子ビームを有する、図１および２の質量分析計において使用するための反応セルを表した図である。
【図５】ＥＣＤのための、図１および２の質量分析計において使用するための反応セルを表した図である。
【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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【国際調査報告】
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