(57)【要約】ＲＦイオンガイドを含む質量分析計が開示される。動作モードにおいては、イオンの連続、擬似連続またはパルスビームが、前記イオンガイドから直交サンプリングされ、前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームは、前記ＲＦイオンガイド内において、軸方向に捕捉されず、また、軸方向に閉じ込められない。使用時には、前記イオンガイドは、（ｉ）０．０００１〜０．００１ｍｂａｒ、（ｉｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｉｖ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｖ）１〜１０ｍｂａｒ、（ｖｉ）１０〜１００ｍｂａｒ、および（ｖｉｉ）＞１００ｍｂａｒからなる群から選択される圧力で維持される。【選択図】図４Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作モードにおいては、イオンの連続、擬似連続またはパルスビームが、前記イオンガイドから直交サンプリングされ、前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームは、前記ＲＦイオンガイド内において、軸方向に捕捉されず、また、軸方向に閉じ込められない、複数の電極を含むＲＦイオンガイドと、
前記イオンガイドを、（ｉ）０．０００１〜０．００１ｍｂａｒ、（ｉｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｉｖ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｖ）１〜１０ｍｂａｒ、（ｖｉ）１０〜１００ｍｂａｒ、および（ｖｉｉ）＞１００ｍｂａｒからなる群から選択される圧力で維持するように配置および適合されるデバイスとを備える、質量分析計。
【請求項２】
前記イオンビームは、前記イオンガイドから非質量選択的にサンプリングされるかまたは放出される、請求項１に記載の質量分析計。
【請求項３】
前記イオンガイドからイオンを直交サンプリングさせるために、前記電極のうちの少なくともいくつかの電極にＤＣ電位を印加するように配置および適合されるデバイスをさらに備える、請求項１または２に記載の質量分析計。
【請求項４】
前記イオンガイドからイオンを直交サンプリングさせるために、前記電極のうちの少なくともいくつかの電極に、前記ＤＣ電位に加えてＲＦ電位を印加するように配置および適合されるデバイスをさらに備える、請求項３に記載の質量分析計。
【請求項５】
前記イオンガイドの軸長の少なくとも一部または実質的に全体に沿ってイオンを付勢するように配置および適合されるデバイスをさらに備える、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項６】
前記イオンガイドの軸長の少なくとも一部または実質的に全体に沿ってイオンを付勢するように配置および適合される前記デバイスは、
（ｉ）前記電極のうちの少なくともいくつかの電極に１つまたはそれ以上の過渡ＤＣ電圧または電位を印加するように、および／または
（ｉｉ）前記イオンガイドの軸長の少なくとも一部または実質的に全体に沿ってＤＣ電圧勾配を維持するように、および／または
（ｉｉｉ）前記電極のうちの少なくともいくつかの電極に、３つまたはそれ以上の位相を有するＲＦ電圧を印加し、ここで、異なる位相の前記ＲＦ電圧が、異なる電極に印加されるように前記ＲＦ電圧を印加するように、
配置および適合される、請求項５に記載の質量分析計。
【請求項７】
前記イオンガイドに到達する前、および／または、前記イオンガイド中で伝達されている間に、イオンが物理化学特性に従って予め分離される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項８】
前記物理化学特性は、質量または質量電荷比を含む、請求項７に記載の質量分析計。
【請求項９】
前記イオンビームの直交サンプリングは、特定の質量または質量電荷比の範囲内にある質量または質量電荷比を有するイオンを選択する効果を有する、請求項８に記載の質量分析計。
【請求項１０】
前記物理化学特性は、イオン移動度または示差イオン移動度を含む、請求項７に記載の質量分析計。
【請求項１１】
前記イオンビームの直交サンプリングは、特定のイオン移動度または示差イオン移動度の範囲内にあるイオン移動度または示差イオン移動度を有するイオンを選択する効果を有する、請求項１０に記載の質量分析計。
【請求項１２】
前記ＲＦイオンガイドは、少なくとも６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９または２０個の電極を有し、使用時には、ＲＦ電圧が前記少なくとも６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９または２０個の電極に印加される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１３】
使用時には、前記イオンガイドは、前記イオンガイド内のイオンの平均自由経路が前記イオンガイドの長さよりも実質的に短くなるような圧力で維持される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１４】
前記複数の電極は、実質的に平坦な電極を含む、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１５】
前記複数の電極は、ロッドまたはリング電極を含む、請求項１〜１３のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１６】
前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームは、前記イオンビームの一部が、前記イオンビームの初期方向に対して実質的に直交する方向の電界を経験するように直交サンプリングされる、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１７】
前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームは、（ｉ）＜５％、（ｉｉ）５〜１０％、（ｉｉｉ）１０〜１５％、（ｉｖ）１５〜２０％、（ｖ）２０〜２５％、（ｖｉ）２５〜３０％、（ｖｉｉ）３０〜３５％、（ｖｉｉｉ）３５〜４０％、（ｉｘ）４０〜４５％、（ｘ）４５〜５０％、（ｘｉ）５０〜５５％、（ｘｉｉ）５５〜６０％、（ｘｉｉｉ）６０〜６５％、（ｘｉｖ）６５〜７０％、（ｘｖ）７０〜７５％、（ｘｖｉ）７５〜８０％、（ｘｖｉｉ）８０〜８５％、（ｘｖｉｉｉ）８５〜９０％、（ｘｉｘ）９０〜９５％、および（ｘｘ）＞９５％からなる群から選択されるデューティ−サイクルで直交サンプリングされる、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１８】
前記イオンガイド内においてイオンを第１の方向（ｙ）に閉じ込めるために、ＡＣ電圧またはＲＦ電圧を前記電極に印加するように配置および適合されるデバイスをさらに備える、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１９】
制御システムをさらに備え、前記制御システムは、第１の動作モードにおいて、前記イオンガイド内においてイオンを第２の異なる方向（ｘ）に閉じ込めるために、ＤＣ電圧を前記電極にさらに印加するように配置および適合される、請求項１８に記載の質量分析計。
【請求項２０】
前記制御システムは、前記イオンガイドを切替え、イオンが前記イオンガイドの一部から直交サンプリングされる第２の動作モードで動作させるように配置および適合される、請求項１９に記載の質量分析計。
【請求項２１】
分析分離デバイスをさらに備え、前記第２の動作モードにおいては、イオンが前記イオンガイドから直交サンプリングされ、前記分析分離デバイスに伝達される、請求項２０に記載の質量分析計。
【請求項２２】
前記分析分離デバイスは、（ｉ）質量または質量電荷比分離デバイス、（ｉｉ）イオン移動度分離デバイス、または（ｉｉｉ）示差イオン移動度分離デバイスを含む、請求項２１に記載の質量分析計。
【請求項２３】
反応セルまたは衝突セルをさらに備え、イオンが前記イオンガイドから直交サンプリングされ、前記反応セルまたは衝突セルに伝達される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項２４】
前記イオンガイド内のイオンは、そのイオン移動度、質量電荷比、または示差イオン移動度に対して分離される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項２５】
前記ＲＦイオンガイドは、四重極ロッドセット、六重極ロッドセット、八重極ロッドセット、または１０個もしくはそれ以上のロッド電極を有する多極ロッドセットを含む、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項２６】
ＲＦイオンガイドを準備する工程と、
イオンの連続、擬似連続またはパルスビームを前記ＲＦイオンガイドに通過させる工程であって、前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームは、前記ＲＦイオンガイド内において、軸方向に捕捉されず、また、軸方向に閉じ込められない工程と、
前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームを直交サンプリングする工程と、
前記イオンガイドを、（ｉ）０．０００１〜０．００１ｍｂａｒ、（ｉｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｉｖ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｖ）１〜１０ｍｂａｒ、（ｖｉ）１０〜１００ｍｂａｒ、および（ｖｉｉ）＞１００ｍｂａｒからなる群から選択される圧力で維持する工程とを含む、質量分析法。
【請求項２７】
複数の電極を含むＲＦイオンガイドを備えた質量分析計であって、第１の動作モードにおいては、前記イオンガイド内においてＤＣポテンシャル井戸にイオンを径方向に閉じ込めるためにＤＣ電圧が前記電極に印加され、第２の動作モードにおいては、前記電極に印加される前記ＤＣ電圧は、イオンが前記イオンガイドから直交サンプリングされるように変化する、質量分析計。
【請求項２８】
前記第１の動作モードにおいては、イオンが前記イオンガイド内において軸方向に閉じ込められない、請求項２７に記載の質量分析計。
【請求項２９】
複数の電極を含むＲＦイオンガイドを準備する工程と、
前記イオンガイド内においてＤＣポテンシャル井戸にイオンを径方向に閉じ込めるためにＤＣ電圧を前記電極に印加する工程と、
イオンが前記イオンガイドから直交サンプリングされるように前記電極に印加される前記ＤＣ電圧を変化させる工程とを含む、質量分析法。
【請求項３０】
イオンが直交サンプリングされるとき、前記イオンは前記イオンガイド内において軸方向に閉じ込められない、請求項２９に記載の質量分析法。
【請求項３１】
動作モードにおいては、イオンの連続、擬似連続またはパルスビームが前記イオンガイドから直交サンプリングされ、前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームは、前記イオンガイド内において、軸方向に捕捉されず、また、軸方向に閉じ込められない、ドリフトチューブを含むイオンガイドと、
前記イオンガイドを、（ｉ）０．０００１〜０．００１ｍｂａｒ、（ｉｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｉｖ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｖ）１〜１０ｍｂａｒ、（ｖｉ）１０〜１００ｍｂａｒ、および（ｖｉｉ）＞１００ｍｂａｒからなる群から選択される圧力で維持するように配置および適合されるデバイスとを備える、質量分析計。
【請求項３２】
使用時には、前記ドリフトチューブにはＲＦ電圧が印加されない、請求項３１に記載の質量分析計。
【請求項３３】
ドリフトチューブを含むイオンガイドを準備する工程と、
イオンの連続、擬似連続またはパルスビームを前記イオンガイドに通過させる工程であって、前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームは、前記イオンガイド内において、軸方向に捕捉されず、また、軸方向に閉じ込められない工程と、
前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームを直交サンプリングする工程と、
前記イオンガイドを、（ｉ）０．０００１〜０．００１ｍｂａｒ、（ｉｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｉｖ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｖ）１〜１０ｍｂａｒ、（ｖｉ）１０〜１００ｍｂａｒ、および（ｖｉｉ）＞１００ｍｂａｒからなる群から選択される圧力で維持する工程とを含む、質量分析法。
【請求項３４】
ＲＦ電圧が前記ドリフトチューブには印加されない、請求項３３に記載の質量分析法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願のクロスレファレンス
本願は、２０１１年４月１９日に提出された米国仮特許出願第６１／４７６，８６６号および２０１１年３月１４日に提出された英国特許出願第１１０４２２０．７号の優先権および利益を主張する。これらの出願の内容は、参考のためにすべて本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は、質量分析計および質量分析法に関する。好ましい実施形態は、イオンガイドおよびイオンガイド方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
イオンを分離するための様々な分離技術が知られており、２つの異なるタイプに大きく分類され得る。第１のタイプでは、検体イオンの連続ストリームからの分離または濾過を行う。第２のタイプでは、検体イオンは、イオンの収束パルスで、または、イオンの非連続ストリームとして送達される。
【０００４】
個々の成分を検体イオンの連続ストリームから分離もしくは同定することが可能なデバイスまたは技術としては、ＲＦ四重極マスフィルター、磁気セクター質量分析計、静電分析器、ＵＶおよび蛍光分光計、ならびに示差イオン移動度分光計が挙げられる。
【０００５】
個々の成分を分離または同定するために検体イオンの非連続送達を必要とするデバイスまたは技術としては、ガスクロマトグラフィー、液体クロマトグラフィー、飛行時間質量分析計、イオン移動度分光計、ＦＴＩＣＲ質量分析計、ならびにＲＦおよび静電型イオントラップが挙げられる。
【０００６】
一般に、検体イオンの非連続送達を必要とするデバイスまたは技術では、検体イオンのパルスの各導入間において、ある一定の時間を経過させなければならない。大抵の場合、この期間は、前のパルスの検体イオンの分析を完了するために必要な時間全体を指す。
【０００７】
検体分子を連続してイオン化し、イオンの連続ビームを生成する技術、例えば、エレクトロスプレーイオン化によると、狭いパルス幅のイオンは、イオンビームの小さなセクションをゲートで制御して、質量分析計に入力させることによって生成され得る。デバイスの分析性能は、イオンビームのゲートで制御された部分の時間幅に反比例する。例えば、ＩＭＳ分析では、典型的な分析時間は、１０ミリ秒のオーダーであり、ゲート幅は、１００マイクロ秒のオーダーであり得る。残りの入来イオンビームは、１０ミリ秒の分析時間中に失われ、その後、このようなデバイスのデューティサイクルは、１％のオーダーとなる。
【０００８】
イオン移動度分光計（「ＩＭＳ」）などのデバイスのデューティサイクルを改善するために、幾つかのアプローチが開発された。例えば、イオンは、イオンストレージトラップに蓄積され、そのイオントラップは、分析用のパルスイオンを生成するために用いられ得る。分析時間中にイオントラップに到達するイオンは、次の分析期間に対して準備されたイオントラップ内に蓄積され得る。この方法は、イオントラップ、ＩＭＳ分析、および飛行時間分析に対してほぼ１００％のデューティサイクルが得られるようにして用いられている。
【０００９】
しかし、ＲＦ閉じ込め電界による効果的なイオンの捕捉は、大気圧に近い圧力下では困難であり、バックグラウンドガス分子との衝突によりイオンが運動エネルギーを迅速に失わない非常に低い圧力下でも困難である。市販の大気圧ＩＭＳデバイスは、ＲＦイオントラップもＲＦイオンガイドも用いない。
【００１０】
良好でないデューティサイクル問題への第２のアプローチとしては、多重化が挙げられる。多重化では、イオンは、デバイスの全分析時間によって課せられる周波数よりも高い周波数でパルス化されて質量分析計に入る。これにより、初期のゲート制御周波数、または、符号化パターンの知識に基づき解析される必要がある複合スペクトルが生成される。アダマール飛行時間は、このアプローチの一例である。
【００１１】
飛行時間質量分析法に対して一般に用いられる第３のアプローチは、直交抽出である。イオンビームの比較的大きなセクションは、突発性電圧パルスの印加によって直交抽出される。直交方向におけるビームのエネルギー分布が軸方向におけるビームのエネルギー分布に比べて比較的低いため、２０％〜４０％のオーダーのデューティサイクルで、非常に高い解像度の飛行時間分析が実現され得る。
【００１２】
飛行時間分析では、連続イオンビームの直交抽出は、バックグランドガスとの衝突を最小限に抑えるために、非常に低い圧力下で行われる。さもなければ、飛行時間分析器の性能が低下するか、および／または、衝突によって誘導されるフラグメンテーションが生じる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
改善された質量分析計、および質量分析法を提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一態様によると、質量分析計であって、
複数の電極を含むＲＦイオンガイドであって、動作モードにおいては、イオンの連続、擬似連続またはパルスビームが、前記イオンガイドから直交サンプリングされ、前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームは、前記ＲＦイオンガイド内において、軸方向に捕捉されず、また、軸方向に閉じ込められない、ＲＦイオンガイドと、
前記イオンガイドを、（ｉ）０．０００１〜０．００１ｍｂａｒ、（ｉｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｉｖ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｖ）１〜１０ｍｂａｒ、（ｖｉ）１０〜１００ｍｂａｒ、および（ｖｉｉ）＞１００ｍｂａｒからなる群から選択される圧力で維持するように配置および適合されるデバイスとを備える質量分析計が提供される。
【００１５】
イオンは、前記イオンガイド内で少なくとも１つの径方向にイオンを閉じ込めるように作用する放射状擬似電位によって前記ＲＦイオンガイド内に閉じ込められる。
【００１６】
前記イオンビームは、好ましくは、前記イオンガイドから非質量選択的にサンプリングされるかまたは放出される。
【００１７】
前記質量分析計は、好ましくは非質量選択的にまたは非質量電荷比選択的に、前記イオンガイドからイオンを直交サンプリングさせるために、前記電極のうちの少なくともいくつかの電極にＤＣ電位を印加するように配置および適合されるデバイスをさらに備えることが好ましい。
【００１８】
好ましさが劣る一実施形態によると、前記質量分析計は、前記イオンガイドからイオンを直交サンプリングさせるために、前記電極のうちの少なくともいくつかの電極に、前記ＤＣ電位に加えて（小さな）ＲＦ電位を印加するように配置および適合されるデバイスをさらに備え得る。
【００１９】
前記質量分析計は、前記イオンガイドの軸長の少なくとも一部または実質的に全体に沿ってイオンを付勢するように配置および適合されるデバイスをさらに備え得る。
【００２０】
前記デバイスは、好ましくは、
（ｉ）前記電極のうちの少なくともいくつかの電極に１つまたはそれ以上の過渡ＤＣ電圧または電位を印加するように、および／または
（ｉｉ）前記イオンガイドの軸長の少なくとも一部または実質的に全体に沿ってＤＣ電圧勾配を維持するように、および／または
（ｉｉｉ）前記電極のうちの少なくともいくつかの電極に、３つまたはそれ以上の位相を有するＲＦ電圧を印加し、ここで、異なる位相の前記ＲＦ電圧が、異なる電極に印加されるように前記ＲＦ電圧を印加するように、配置および適合される。
【００２１】
一実施形態によると、前記イオンガイドに到達する前、および／または、前記イオンガイド中で伝達されている間に、イオンが物理化学特性に従って予め分離され得る。
【００２２】
一実施形態によると、前記物理化学特性は、質量または質量電荷比を含み得る。この結果、前記イオンビームの直交サンプリングは、特定の質量または質量電荷比の範囲内にある質量または質量電荷比を有するイオンを選択する効果を有する。
【００２３】
他の実施形態によると、前記物理化学特性は、イオン移動度または示差イオン移動度を含み得る。この結果、前記イオンビームの直交サンプリングは、特定のイオン移動度または示差イオン移動度の範囲内にあるイオン移動度または示差イオン移動度を有するイオンを選択する効果を有する。
【００２４】
前記ＲＦイオンガイドは、好ましくは、少なくとも６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９または２０個の電極を有する。ＲＦ電圧が、好ましくは、前記少なくとも６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９または２０個の電極に印加される。
【００２５】
使用時には、前記イオンガイドは、好ましくは、前記イオンガイド内のイオンの平均自由経路が前記イオンガイドの長さよりも実質的に短くなるような圧力で維持される。
【００２６】
前記複数の電極は、実質的に平坦な電極を含み得る。
【００２７】
他の実施形態によると、前記複数の電極は、ロッドまたはリング電極を含み得る。
【００２８】
前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームは、好ましくは、前記イオンビームの一部が、前記イオンビームの初期方向に対して実質的に直交する方向の電界を経験するように直交サンプリングされる。
【００２９】
前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームは、好ましくは、（ｉ）＜５％、（ｉｉ）５〜１０％、（ｉｉｉ）１０〜１５％、（ｉｖ）１５〜２０％、（ｖ）２０〜２５％、（ｖｉ）２５〜３０％、（ｖｉｉ）３０〜３５％、（ｖｉｉｉ）３５〜４０％、（ｉｘ）４０〜４５％、（ｘ）４５〜５０％、（ｘｉ）５０〜５５％、（ｘｉｉ）５５〜６０％、（ｘｉｉｉ）６０〜６５％、（ｘｉｖ）６５〜７０％、（ｘｖ）７０〜７５％、（ｘｖｉ）７５〜８０％、（ｘｖｉｉ）８０〜８５％、（ｘｖｉｉｉ）８５〜９０％、（ｘｉｘ）９０〜９５％、および（ｘｘ）＞９５％からなる群から選択されるデューティ−サイクルで直交サンプリングされる。
【００３０】
前記質量分析計は、好ましくは、前記イオンガイド内でイオンを第１の方向（ｙ）に閉じ込めるために、ＡＣ電圧またはＲＦ電圧を前記電極に印加するように配置および適合されるデバイスをさらに備える。
【００３１】
前記質量分析計は、好ましくは、制御システムをさらに備え、前記制御システムは、第１の動作モードにおいて、前記イオンガイド内でイオンを第２の異なる方向（ｘ）に閉じ込めるために、ＤＣ電圧を前記電極にさらに印加するように配置および適合される。前記第２の方向（ｘ）は、好ましくは、前記第１の方向（ｙ）と直交する。
【００３２】
前記制御システムは、好ましくは、前記イオンガイドを切替え、イオンが前記イオンガイドの一部から直交サンプリングされる第２の動作モードで動作させるように配置および適合される。
【００３３】
前記質量分析計は、好ましくは、分析分離デバイスをさらに備え、前記第２の動作モードにおいては、イオンが前記イオンガイドから直交サンプリングされ、前記分析分離デバイスに伝達される。
【００３４】
前記分析分離デバイスは、好ましくは、（ｉ）質量または質量電荷比分離デバイス、（ｉｉ）イオン移動度分離デバイス、または（ｉｉｉ）示差イオン移動度分離デバイスを含む。
【００３５】
前記質量分析計は、反応セルまたは衝突セルをさらに備えていてもよく、イオンが前記イオンガイドから直交サンプリングされ、前記反応セルまたは衝突セルに伝達される。
【００３６】
前記イオンガイド内のイオンは、そのイオン移動度、質量電荷比、または示差イオン移動度に対して分離され得る。
【００３７】
一実施形態によると、前記ＲＦイオンガイドは、四重極ロッドセット、六重極ロッドセット、八重極ロッドセット、または１０個もしくはそれ以上のロッド電極を有する多極ロッドセットを含み得る。
【００３８】
本発明の一態様によると、
ＲＦイオンガイドを準備する工程と、
イオンの連続、擬似連続またはパルスビームを前記ＲＦイオンガイドに通過させる工程であって、前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームは、前記ＲＦイオンガイド内において、軸方向に捕捉されず、また、軸方向に閉じ込められない工程と、
前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームを直交サンプリングする工程と、
前記イオンガイドを、（ｉ）０．０００１〜０．００１ｍｂａｒ、（ｉｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｉｖ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｖ）１〜１０ｍｂａｒ、（ｖｉ）１０〜１００ｍｂａｒ、および（ｖｉｉ）＞１００ｍｂａｒからなる群から選択される圧力で維持する工程と、を含む質量分析法が提供される。
【００３９】
本発明の一態様によると、
複数の電極を含むＲＦイオンガイドを備えた質量分析計であって、第１の動作モードにおいては、前記イオンガイド内においてＤＣポテンシャル井戸にイオンを径方向に閉じ込めるためにＤＣ電圧が前記電極に印加され、第２の動作モードにおいては、前記電極に印加されるＤＣ電位は、イオンが前記イオンガイドから直交サンプリングされるように変化する質量分析計が提供される。
【００４０】
前記好ましい実施形態によると、前記第１の動作モードにおいては、イオンが前記イオンガイド内において軸方向に閉じ込められない。
【００４１】
本発明の一態様によると、
複数の電極を含むＲＦイオンガイドを準備する工程と、
前記イオンガイド内においてＤＣポテンシャル井戸にイオンを径方向に閉じ込めるためにＤＣ電圧を前記電極に印加する工程と、
イオンが前記イオンガイドから直交サンプリングされるように前記電極に印加される前記ＤＣ電位を変化させる工程と、を含む質量分析法が提供される。
【００４２】
前記好ましい実施形態によると、イオンが直交サンプリングされるとき、前記イオンは前記イオンガイド内に軸方向に閉じ込められない。
【００４３】
本発明の一態様によると、質量分析計であって、
ドリフトチューブを含むイオンガイドであって、動作モードにおいては、イオンの連続、擬似連続またはパルスビームが、前記イオンガイドから直交サンプリングされ、前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームは、前記イオンガイド内において、軸方向に捕捉されず、また、軸方向に閉じ込められない、イオンガイドと、
前記イオンガイドを、（ｉ）０．０００１〜０．００１ｍｂａｒ、（ｉｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｉｖ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｖ）１〜１０ｍｂａｒ、（ｖｉ）１０〜１００ｍｂａｒ、および（ｖｉｉ）＞１００ｍｂａｒからなる群から選択される圧力で維持するように配置および適合されるデバイスと、を備える質量分析計が提供される。
【００４４】
前記好ましい実施形態によると、前記ドリフトチューブにはＲＦ電圧が印加されない。
【００４５】
本発明の一態様によると、質量分析法であって、
ドリフトチューブを含むイオンガイドを準備する工程と、
イオンの連続、擬似連続またはパルスビームを前記イオンガイドに通過させる工程であって、前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームは、前記イオンガイド内において、軸方向に捕捉されず、また、軸方向に閉じ込められない工程と、
前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームを直交サンプリングする工程と、
前記イオンガイドを、（ｉ）０．０００１〜０．００１ｍｂａｒ、（ｉｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｉｖ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｖ）１〜１０ｍｂａｒ、（ｖｉ）１０〜１００ｍｂａｒ、および（ｖｉｉ）＞１００ｍｂａｒからなる群から選択される圧力で維持する工程と、を含む質量分析法が提供される。
【００４６】
前記好ましい実施形態によると、ＲＦ電圧が前記ドリフトチューブには印加されない。
【００４７】
前記好ましい実施形態は、好ましくは、第１のイオンビームまたは一次イオンビームの高圧下での直交サンプリングを可能にする。この圧力は、好ましくは、イオンの平均自由経路が前記高圧領域の長さよりも実質的に短くなるようにされる。
【００４８】
前記イオンビームの直交サンプリングは、好ましくは、イオンガイド内で行われ、イオンがＲＦ電圧によって前記イオンガイド内に閉じ込められる。
【００４９】
しかし、イオンビームの直交サンプリングが、ＲＦ閉じ込めされずにドリフトチューブから実施され得る好ましさが劣る実施形態も考えられる。
【００５０】
イオンは、好ましくは、直交サンプリングされ、その質量電荷比またはそのイオン移動度のいずれかに基づきイオンを分離するように配置され得るさらなる分析分離デバイスに入る。
【００５１】
イオンは、直交サンプリングされ、反応セルまたは衝突セルに入り得る。
【００５２】
前記第１のイオンビームまたは一次イオンビームは、好ましくは、連続または非連続である。
【００５３】
前記第１のイオンビームまたは一次イオンビームは、イオン移動度または質量電荷比に対して分離され得る。
【００５４】
前記第１のイオンビームまたは一次イオンビームは、示差イオン移動度に対して分離または濾過され得る。
【００５５】
一実施形態によると、前記質量分析計は、
（ａ）（ｉ）エレクトロスプレーイオン化（「ＥＳＩ」）イオン源、（ｉｉ）大気圧光イオン化（「ＡＰＰＩ」）イオン源、（ｉｉｉ）大気圧化学イオン化（「ＡＰＣＩ」）イオン源、（ｉｖ）マトリックス支援レーザー脱離イオン化（「ＭＡＬＤＩ」）イオン源、（ｖ）レーザー脱離イオン化（「ＬＤＩ」）イオン源、（ｖｉ）大気圧イオン化（「ＡＰＩ」）イオン源、（ｖｉｉ）シリコンを用いた脱離イオン化（「ＤＩＯＳ」）イオン源、（ｖｉｉｉ）電子衝撃（「ＥＩ」）イオン源、（ｉｘ）化学イオン化（「ＣＩ」）イオン源、（ｘ）電界イオン化（「ＦＩ」）イオン源、（ｘｉ）電界脱離（「ＦＤ」）イオン源、（ｘｉｉ）誘導結合プラズマ（「ＩＣＰ」）イオン源、（ｘｉｉｉ）高速原子衝撃（「ＦＡＢ」）イオン源、（ｘｉｖ）液体二次イオン質量分析（「ＬＳＩＭＳ」）イオン源、（ｘｖ）脱離エレクトロスプレーイオン化（「ＤＥＳＩ」）イオン源、（ｘｖｉ）ニッケル−６３放射性イオン源、（ｘｖｉｉ）大気圧マトリックス支援レーザー脱離イオン化イオン源、（ｘｖｉｉｉ）サーモスプレーイオン源、（ｘｉｘ）大気サンプリンググロー放電イオン化（「ＡＳＧＤＩ」）イオン源、および（ｘｘ）グロー放電（「ＧＤ」）イオン源からなる群から選択されるイオン源、および／または
（ｂ）１つまたはそれ以上の連続イオン源またはパルスイオン源、および／または
（ｃ）１つまたはそれ以上のイオンガイド、および／または
（ｄ）１つもしくはそれ以上のイオン移動度分離デバイスおよび／または１つもしくはそれ以上の電界非対称性イオン移動度分光計デバイス、および／または
（ｅ）１つもしくはそれ以上のイオントラップまたは１つもしくはそれ以上のイオン捕捉領域、および／または
（ｆ）（ｉ）衝突誘起解離（「ＣＩＤ」）フラグメンテーションデバイス、（ｉｉ）表面誘起解離（「ＳＩＤ」）フラグメンテーションデバイス、（ｉｉｉ）電子移動解離（「ＥＴＤ」）フラグメンテーションデバイス、（ｉｖ）電子捕獲解離（「ＥＣＤ」）フラグメンテーションデバイス、（ｖ）電子衝突または衝撃解離フラグメンテーションデバイス、（ｖｉ）光誘起解離（「ＰＩＤ」）フラグメンテーションデバイス、（ｖｉｉ）レーザー誘起解離フラグメンテーションデバイス、（ｖｉｉｉ）赤外線誘起解離デバイス、（ｉｘ）紫外線誘起解離デバイス、（ｘ）ノズル−スキマー・インターフェース・フラグメンテーションデバイス、（ｘｉ）インソース・フラグメンテーションデバイス、（ｘｉｉ）インソース衝突誘起解離フラグメンテーションデバイス、（ｘｉｉｉ）熱または温度源フラグメンテーションデバイス、（ｘｉｖ）電界誘起フラグメンテーションデバイス、（ｘｖ）磁場誘起フラグメンテーションデバイス、（ｘｖｉ）酵素消化または酵素分解フラグメンテーションデバイス、（ｘｖｉｉ）イオン−イオン反応フラグメンテーションデバイス、（ｘｖｉｉｉ）イオン−分子反応フラグメンテーションデバイス、（ｘｉｘ）イオン−原子反応フラグメンテーションデバイス、（ｘｘ）イオン−準安定イオン反応フラグメンテーションデバイス、（ｘｘｉ）イオン−準安定分子反応フラグメンテーションデバイス、（ｘｘｉｉ）イオン−準安定原子反応フラグメンテーションデバイス、（ｘｘｉｉｉ）イオンを反応させて付加物または生成物イオンを形成するためのイオン−イオン反応デバイス、（ｘｘｉｖ）イオンを反応させて付加物または生成物イオンを形成するためのイオン−分子反応デバイス、（ｘｘｖ）イオンを反応させて付加物または生成物イオンを形成するためのイオン−原子反応デバイス、（ｘｘｖｉ）イオンを反応させて付加物または生成物イオンを形成するためのイオン−準安定イオン反応デバイス、（ｘｘｖｉｉ）イオンを反応させて付加物または生成物イオンを形成するためのイオン−準安定分子反応デバイス、（ｘｘｖｉｉｉ）イオンを反応させて付加物または生成物イオンを形成するためのイオン−準安定原子反応デバイス、および（ｘｘｉｘ）電子イオン化解離（「ＥＩＤ」）フラグメンテーションデバイスからなる群から選択される１つまたはそれ以上の衝突、フラグメンテーションまたは反応セル、および／または
（ｇ）（ｉ）四重極型質量分析器、（ｉｉ）２Ｄまたは直線四重極型質量分析器、（ｉｉｉ）パウルまたは３Ｄ四重極型質量分析器、（ｉｖ）ペニングトラップ質量分析器、（ｖ）イオントラップ質量分析器、（ｖｉ）磁気セクター質量分析器、（ｖｉｉ）イオンサイクロトン共鳴型（「ＩＣＲ」）質量分析器、（ｖｉｉｉ）フーリエ変換イオンサイクロトン共鳴型（「ＦＴＩＣＲ」）質量分析器、（ｉｘ）静電またはオービトラップ型質量分析器、（ｘ）フーリエ変換静電またはオービトラップ型質量分析器、（ｘｉ）フーリエ変換質量分析器、（ｘｉｉ）飛行時間質量分析器、（ｘｉｉｉ）直交加速飛行時間質量分析器、および（ｘｉｖ）直線加速飛行時間質量分析器からなる群から選択される質量分析器、および／または
（ｈ）１つまたはそれ以上のエネルギー分析器または静電エネルギー分析器、および／または
（ｉ）１つまたはそれ以上のイオン検出器、および／または
（ｊ）（ｉ）四重極マスフィルター、（ｉｉ）２Ｄまたは直線四重極イオントラップ、（ｉｉｉ）パウルまたは３Ｄ四重極イオントラップ、（ｉｖ）ペニングイオントラップ、（ｖ）イオントラップ、（ｖｉ）磁気セクターマスフィルター、（ｖｉｉ）飛行時間マスフィルター、および（ｖｉｉｉ）ウィーンフィルターからなる群から選択される１つまたはそれ以上のマスフィルター、および／または
（ｋ）イオンをパスル化するためのデバイスまたはイオンゲート、および／または
（ｌ）実質的に連続するイオンビームをパルスイオンビームに変換するためのデバイスをさらに含み得る。
【００５６】
前記質量分析計は、
（ｉ）外部樽型電極および同軸内部スピンドル型電極を含むＣトラップおよびオービトラップ型（ＲＴＭ）質量分析器であって、第１の動作モードにおいては、イオンが前記Ｃトラップ型質量分析器に伝達され、次いで前記オービトラップ型（ＲＴＭ）質量分析器に注入され、第２の動作モードにおいては、イオンが前記Ｃトラップ型分析器に伝達され、次いで衝突セルまたは電子移動解離デバイスに伝達され、少なくともいくつかのイオンは、フラグメントイオンに断片化され、次いで前記フラグメントイオンは、前記オービット型（ＲＴＭ）質量分析器に注入される前に前記Ｃトラップ型質量分析器に伝達されるＣトラップおよびオービトラップ型（ＲＴＭ）質量分析器、および／または
（ｉｉ）それぞれが使用時にイオンを通過させる開口部を有する複数の電極を含む積層リングイオンガイドであって、前記電極の間隔は、イオン経路の長さに沿って増加し、前記イオンガイドの上流セクションにある前記電極内の開口部は、第１の直径を有し、前記イオンガイドの下流セクションにある前記電極内の開口部は、前記第１の直径よりも小さい第２の直径を有し、使用時には、逆位相のＡＣ電圧またはＲＦ電圧が、連続した電極に印加される積層リングイオンガイドのいずれかをさらに備え得る。
【００５７】
一実施形態によると、１つもしくはそれ以上の過渡ＤＣ電圧または電位、あるいは、前記１つもしくはそれ以上のＤＣ電圧または電位の波形が前記イオンガイドの前記電極に印加され（ｉ）ポテンシャル障壁もしくはバリア、（ｉｉ）ポテンシャル井戸、（ｉｉｉ）複数のポテンシャル障壁もしくはバリア、（ｉｖ）複数のポテンシャル井戸、（ｖ）ポテンシャル障壁もしくはバリアとポテンシャル井戸との組合せ、または（ｖｉ）複数のポテンシャル障壁もしくはバリアと複数のポテンシャル井戸との組合せを形成し得る。
【００５８】
前記１つまたはそれ以上の過渡ＤＣ電圧または電位の波形は、好ましくは、繰り返し波形または方形波を含む。
【００５９】
ＲＦ電圧は、好ましくは、前記イオンガイドの電極に印加され、好ましくは、（ｉ）＜５０Ｖのピークツーピーク電圧、（ｉｉ）５０〜１００Ｖのピークツーピーク電圧、（ｉｉｉ）１００〜１５０Ｖのピークツーピーク電圧、（ｉｖ）１５０〜２００Ｖのピークツーピーク電圧、（ｖ）２００〜２５０Ｖのピークツーピーク電圧、（ｖｉ）２５０〜３００Ｖのピークツーピーク電圧、（ｖｉｉ）３００〜３５０Ｖのピークツーピーク電圧、（ｖｉｉｉ）３５０〜４００Ｖのピークツーピーク電圧、（ｉｘ）４００〜４５０Ｖのピークツーピーク電圧、（ｘ）４５０から５００Ｖのピークツーピーク電圧、（ｘｉ）５００〜５５０Ｖのピークツーピーク電圧、（ｘｘｉｉ）５５０〜６００Ｖのピークツーピーク電圧、（ｘｘｉｉｉ）６００〜６５０Ｖのピークツーピーク電圧、（ｘｘｉｖ）６５０〜７００Ｖのピークツーピーク電圧、（ｘｘｖ）７００〜７５０Ｖのピークツーピーク電圧、（ｘｘｖｉ）７５０〜８００Ｖのピークツーピーク電圧、（ｘｘｖｉｉ）８００〜８５０Ｖのピークツーピーク電圧、（ｘｘｖｉｉｉ）８５０〜９００Ｖのピークツーピーク電圧、（ｘｘｉｘ）９００〜９５０Ｖのピークツーピーク電圧、（ｘｘｘ）９５０〜１０００Ｖのピークツーピーク電圧、および（ｘｘｘｉ）＞１０００Ｖのピークツーピーク電圧からなる群から選択される振幅を有する。
【００６０】
前記ＲＦ電圧は、好ましくは、（ｉ）＜１００ｋＨｚ、（ｉｉ）１００〜２００ｋＨｚ，（ｉｉｉ）２００〜３００ｋＨｚ、（ｉｖ）３００〜４００ｋＨｚ，（ｖ）４００〜５００ｋＨｚ、（ｖｉ）０．５〜１．０ＭＨｚ、（ｖｉｉ）１．０〜１．５ＭＨｚ、（ｖｉｉｉ）１．５〜２．０ＭＨｚ、（ｉｘ）２．０〜２．５ＭＨｚ、（ｘ）２．５〜３．０ＭＨｚ、（ｘｉ）３．０〜３．５ＭＨｚ、（ｘｉｉ）３．５〜４．０ＭＨｚ、（ｘｉｉｉ）４．０から４．５ＭＨｚ、（ｘｉｖ）４．５〜５．０ＭＨｚ、（ｘｖ）５．０〜５．５ＭＨｚ、（ｘｖｉ）５．５〜６．０ＭＨｚ、（ｘｖｉｉ）６．０〜６．５ＭＨｚ、（ｘｖｉｉｉ）６．５〜７．０ＭＨｚ、（ｘｉｘ）７．０〜７．５ＭＨｚ、（ｘｘ）７．５〜８．０ＭＨｚ、（ｘｘｉ）８．０〜８．５ＭＨｚ、（ｘｘｉｉ）８．５〜９．０ＭＨｚ、（ｘｘｉｉｉ）９．０〜９．５ＭＨｚ、（ｘｘｉｖ）９．５〜１０．０ＭＨｚ、および（ｘｘｖ）＞１０．０ＭＨｚからなる群から選択される周波数を有する。
【００６１】
前記イオンガイドは、好ましくは、（ｉ）＞０．００１ｍｂａｒ、（ｉｉ）＞０．０１ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）＞０．１ｍｂａｒ、（ｉｖ）＞１ｍｂａｒ、（ｖ）＞１０ｍｂａｒ、（ｖｉ）＞１００ｍｂａｒ、（ｖｉｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｖｉｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｉｘ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｘ）１〜１０ｍｂａｒ、および（ｘｉ）１０〜１００ｍｂａｒからなる群から選択される圧力で維持される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、イオンがゲートで制御され、高圧分析デバイスに入る従来の配置を示す。
【図２】図２は、本発明の好ましい実施形態によるイオンガイドを示す。
【図３】図３は、本発明の実施形態による図２に示されるイオンガイドの３次元表示を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、少なくともいくつかのイオンを直交サンプリングさせる前の、図３に示される実施形態に適用されるＤＣ閉じ込めポテンシャルの形態を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、少なくともいくつかのイオンを直交サンプリングするために、図３に示されるイオンガイドに適用される前記ＤＣポテンシャルの形態を示す。
【図５】図５は、本発明の好ましい実施形態によるイオンガイドの簡略化された概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
以下、本発明の様々な実施形態を、例示のみを目的としたその他の実施形態と共に添付の図面を参照しながら、例示目的のみで説明する。
【００６４】
最初に、従来の質量分析計について、図１を参照しながら説明する。図１は、イオンゲート２によって一次イオンビーム１が高圧分析デバイス４に入るのが防止される従来の質量分析計を示す。イオンゲート２は、狭いパルス幅のイオン３が分析デバイス４に入るようにするため十分な期間開口している。イオンは、分析デバイス４を横断するにつれて、そのイオン移動度または質量電荷比のいずれかに従って一時的に分離される。次に、イオンは、分析デバイス４の下流側に配置された、さらなる下流側分析器、フラグメンテーションデバイスまたはイオン検出器５へと伝達される。
【００６５】
図２は、本発明の好ましい実施形態によるイオンガイドを示し、図３は、このイオンガイドの対応３次元図を示す。好ましい実施形態によると、イオン１の連続、擬似連続またはパルスビームは、好ましくは、ＲＦイオンガイド６ａ、７、６ｂに入るように設定される。イオンガイド６ａ、７、６ｂは、好ましくは、３つのセクション６ａ，７、６ｂおよび第４のセクション８を含む。
【００６６】
好ましい実施形態によると、第１のイオンガイドセクション６ａの電極および第３のイオンガイドセクション６ｂの電極には、好ましくは、ＲＦ電位が与えられ、電極の隣接プレートには、好ましくは、１８０°位相がずれたＲＦ電圧が与えられる。印加されたＲＦ電位は、擬似ポテンシャル力となり、イオンを第１のイオンガイドセクション６ａ内および第３のイオンガイドセクション６ｂ内でｙ（垂直）方向（図３を参照）に効果的に包含するかまたは閉じ込める。
【００６７】
中間の第２のイオンガイドセクション７は、好ましくは、第１のイオンガイドセクション６ａと第３のイオンガイドセクション６ｂとの間に設けられる。第２のイオンガイドセクション７は、２つの異なる動作モードで動作し、イオンガイドセクションまたは直交加速領域のいずれかとして動作し得る。
【００６８】
好ましくは、第４のイオンガイドセクション８が設けられ、イオンをさらなるデバイスへと伝達するイオンガイドまたは分析分離領域のいずれかとして動作し得る。第４のイオンガイドセクション８は、好ましくは、中間の第２のイオンガイドセクション７に隣接して配置され、好ましくは、中間の第２のイオンガイドセクション７から直交サンプリングされたイオンを受け取る。
【００６９】
伝達動作モードまたはイオンガイド動作モードでは、第１のイオンガイドセクション６ａの電極、第２のイオンガイドセクション７の電極、および第３のイオンガイドセクション６ｂの電極には、好ましくは、上記のように反対位相のＲＦ電圧が与えられ、イオンは、第１、第２および第３のイオンガイドセクション６ａ、７、６ｂ内でｙ方向に閉じ込められる。さらに、ＤＣ電位もまた、好ましくは、第１、第２および第３のイオンガイドセクション６ａ、７、６ｂを構成する電極に印加され、ｘ（水平）方向に優勢なＤＣ閉じ込め力を形成する。イオン伝達モードまたはイオンガイドモードにおける閉じ込めＤＣ井戸の形状は、図４Ａに示される。この動作モードでは、イオンは、好ましくは、デバイスの第１、第２および第３のイオンガイド領域６ａ、７、６ｂをｚ（軸）方向に妨害されずに通過する。イオンは、イオンガイド６ａ、７、６ｂの電極にＤＣ電界もしくは擬似ポテンシャル電界を印加することによって、または、イオンガイド６ａ、７、６ｂの電極にＤＣ進行波もしくは擬似ポテンシャル進行波を印加することによって、ｚ（軸）方向に付勢され得る。
【００７０】
図４Ｂは、直交抽出動作モードにおける、好ましい実施形態によるイオンガイド内のＤＣ電界を示す。この動作モードでは、第２のイオンガイドセクション７には、好ましくは、ＤＣ電界が与えられ、このＤＣ電界は、好ましくは、イオンビームの一部を直交様式で第４のイオンガイドセクション８に抽出するように動作する。第４のイオンガイドセクション８には、イオンを第４のイオンガイドセクション８の軸に沿って付勢するために静電電界または進行波が与えられ得る。
【００７１】
イオンビームの一部が、一旦第２のイオンガイドセクション７から出て、第４のイオンガイドセクション８に入ると、第１のイオンガイドセクション６ａの電極、第２のイオンガイドセクション７の電極および第３のイオンガイドセクション６ｂの電極に印加されるＤＣ電圧は、図４Ａに示される状態に戻り得る。次に、イオンビームは、第２のイオンガイドセクション７の直交抽出領域内を再度満たす（re-populate）ために第１のイオンガイドセクション６ａおよび第２のイオンガイドセクション7内を進行し得る。
【００７２】
ＲＦ閉じ込め電界およびＤＣ閉じ込め電界は、好ましくは、再充填（re-population）期間において、第４の領域またはイオンガイドセクション８内に維持される。
【００７３】
第４のイオンガイドセクション８に抽出されたイオンは、他の分析デバイスまたはイオン検出器に伝達され得る。第４のイオンガイドセクション８は、それ自体、分析デバイスを有し得る。例えば、第４のイオンガイドセクション８は、イオン移動度分離デバイスを有し得る。第４のイオンガイドセクション８またはイオン移動度分離デバイスに直交注入されたイオンは、ＤＣ電界またはＤＣ進行波を第４のイオンガイドセクション８を構成する電極に印加することによって、第４のイオンガイドセクション８またはイオン移動度分光計を通しておよびドリフトガスを通して付勢され得る。イオンが第４のイオンガイドセクションまたはイオン移動度分離デバイス８から出るためにかかる時間は、好ましくは、検体イオンの有効衝突断面に関連する。イオンは、第４のイオンガイドセクション８に沿って進行するにつれて、印加されたＲＦ電位による擬似ポテンシャル力によってｙ（垂直）方向に閉じ込められ、ＤＣ力またはＤＣポテンシャル井戸によってｚ方向に閉じ込められる。
【００７４】
好ましい実施形態では、第１のイオンガイドセクション６ａ、第２のイオンガイドセクション７、第３のイオンガイドセクション６ｂおよび第４のイオンガイドセクション８は、実質的に同じ圧力下で維持され得る。しかし、第１のイオンガイドセクション６ａおよび／または第２のイオンガイドセクション７および／または第３のイオンガイドセクション６ｂおよび／または第４のイオンガイドセクション８におけるバッファーガスの圧力および／または組成が異なり得る他の実施形態も考えられる。
【００７５】
圧力およびバッファーガスの組成が、第１のイオンガイドセクション６ａ、第２のイオンガイドセクション７、第３のイオンガイドセクション６ｂおよび第４のイオンガイドセクション８において同一であり、ならびに、第１のイオンガイドセクション６ａ、第２のイオンガイド７、および第３のイオンガイドセクション６ｂを通して、第４のイオンガイドセクション８の軸方向、即ちｚ方向、およびｘ方向にイオンを付勢する電界が同一であると想定すると、検体イオンは、そのイオン移動度に関連する速度Ｖdでこれらの領域内を進行する：
【００７６】
【数１】
2014509772.tif 000003
【００７７】
ここでＶdは、イオンの速度であり、Ｋは、移動度であり、Ｅは、電界である。
【００７８】
図４Ａおよび図４Ｂは、好ましいデバイスの簡略化された概略図を示す。図５を参照すると、第４のイオンガイドセクション８内に形成されるＩＭＳ分離領域の長さは、Ｌ２として定義され得る。第２のイオンガイドセクション７から直交サンプリングされるイオンビームのセクションの長さは、Ｌ１である。連続、擬似連続またはパルスビーム内のイオンの速度が、イオン移動度分離イオンガイドセクション８内のイオンの速度と同じである場合には、ある検体に対する最大のデューティサイクルＤ1は、以下の式で表される：
【００７９】
【数２】
2014509772.tif 000004
【００８０】
ここで、Ｋminは、イオンビーム中に存在する検体イオンに関連する最低イオン移動度であり、Ｋ1は、目的の特定検体イオンに関連するイオン移動度である。
【００８１】
デューティサイクルを改善させることが可能な他の動作モードも考えられる。例えば、軸方向、即ちｚ方向、における電界Ｅzは、分離デバイスまたは第４のイオンガイドセクション８内のｘ方向における電界Ｅxとは異なり得る。イオンガイド内の軸方向、即ちｚ方向、における電界が以下のように設定されるとすると、
【００８２】
【数３】
2014509772.tif 000005
【００８３】
そして、最大のデューティサイクルＤ2は、以下の式で表される：
【００８４】
【数４】
2014509772.tif 000006
【００８５】
これにより、デューティサイクルはさらに改善される。
【００８６】
他の動作モードでは、進行波または１つもしくはそれ以上の過渡ＤＣ電圧が、第１のイオンガイドセクション６ａおよび／または第２のイオンガイドセクション７および／または第３のイオンガイドセクション６ｂを構成する電極に対して軸方向、即ちｚ方向、に印加され、連続イオンビームを効果的に分割するように設定され得る。次に、すべてのイオンは、進行波の速度で搬送され得る。進行波の速度は、第４のイオンガイドセクション８の前の検体スキャンが終了した時点であり、かつ、直交抽出パルスの直前では、抽出領域Ｌ１がすべての検体イオンで満たされるように設定され得る。この結果、ほぼ１００％のデューティサイクルを達成することが可能である。
【００８７】
他の実施形態では、イオンは、軸方向、即ちｚ方向、に通過するバッファーガスのストリーム内に閉じ込められた（entrained）状態で、一定の速度で運ばれ、高デューティサイクルで直交サンプリングされ得る。
【００８８】
尚、これらは、理論上の最大デューティサイクル計算であることに留意されたい。実際には、デューティサイクルは、抽出電界がオンである期間中の第１のイオンガイドセクション６ａにおけるイオン損失、および、直交抽出における第２のデバイスへのイオンの転送中におけるイオン損失などの影響により、低減され得る。
【００８９】
好ましい実施形態の重要な態様は、デューティサイクルの利得が、分析分離の性能を損なわずになされ得ることである。一次イオンビームは、直交サンプリング方向において、低い空間およびエネルギー分布を有するように設定され得る。イオンがゲートで制御され分析領域に入るシステムでは、ゲート時間幅を増加させることにより得られるディーティサイクルの利得には、分析性能の損失が伴われる。直交放出方向へのイオンビームの狭窄または収束は、バックグラウンドガスとの衝突の結果生じるイオンの衝突冷却によって、ＲＦ閉じ込めイオンガイドまたはＲＦ／ＤＣ閉じ込めイオンガイドにおいて助けられる。イオンは、このようなイオンガイド内を進行中に準熱的エネルギーを成し遂げ、最小限のいずれかの閉じ込めポテンシャル井戸に閉じ込められ得る。
【００９０】
好ましい実施形態を、ＲＦイオンガイドを用いて説明したが、同じ原理は、好ましさが劣る実施形態によると、ＲＦ閉じ込め電界を用いない従来のドリフトチューブを用いてデューティサイクルを引き上げるために用いられ得る。
【００９１】
例えば、直交抽出領域を有するＲＦリングスタックおよびＲＦロッドセットを含むＲＦイオンガイドの他の幾何学的配置も考えられる。
【００９２】
直交サンプリングのさらなる領域は、第１のイオンガイドセクション６ａおよび／または第２のイオンガイドセクション７および／または第３のイオンガイドセクション６ｂにおいて提供され得る。
【００９３】
直交サンプリングは、分析分離中に第４のイオンガイドセクション８から実施され得る。例えば、第４のイオンガイドセクション８は、イオンを質量電荷比に対して分離し得る。次に、狭い質量電荷比領域は、第４のイオンガイド８から他の分析デバイスへと直交サンプリングされ、サンプリングされた質量範囲内でイオンのＩＭＳ分離を行う。このように、ＩＭＳ−ＭＳまたはＭＳ−ＩＭＳまたはＩＭＳ−ＩＭＳが実施され得る。
【００９４】
第１のイオンガイドセクション６ａは、それ自体、マスフィルターまたは示差イオン移動度フィルターなどの分析デバイスであり得る。
【００９５】
イオンは、パルスイオン源またはイオントラップから第１のイオンガイドセクション６ａへとパルス化され、質量電荷比またはイオン移動度に対するパルスイオンの分離は、第１のイオンガイドセクション６ａ内で実施され得る。従って、複数の寸法の分離が実施され得る。
【００９６】
動作モードでは、直交加速パルスは、イオントラップからのイオンの放出と同期させられ、特定の質量電荷比またはイオン移動度値を有するイオンが１００％伝達されることになる。
【００９７】
さらに、ビームの直交サンプリングは、第４のイオンガイドセクション８の下流側にあるさらなる１つのまたは複数の分析デバイスの総分析時間によって課せられる周波数よりも高い周波数で第１のイオンガイドセクション６ａから直交サンプリングされ、および／または、第１のイオンガイドセクション６ａに注入されるように、多重アプローチと組合せられ得る。結果として生成された複合スペクトルは、初期の直交サンプリング周波数または符号化パターンの知識に基づいて解析される。
【００９８】
イオンガイドから直交加速されないイオンは、イオンガイドを通って、他の下流側分析器または検出器に伝達され得る。
【００９９】
直交抽出パルスは、経時的に変化し、サンプリングされたイオンビームのある程度の空間収束を成し遂げるように設定され得る。これにより、次の分析デバイスの解像度が向上する。
【０１００】
各イオンガイドに沿ってイオンを付勢する軸力は、経時的にまたはイオンガイド内の位置と共に振幅または速度（進行波の場合）が変化するように設定され得る。
【０１０１】
デューティサイクルを改善させるために直交飛行時間分光測定法に適用されてきた多くのアプローチはまた、上記のような本発明の実施形態によるより高圧なデバイス内での直交サンプリングにも適用可能である。例えば、イオンは、高い質量電荷比から低い質量電荷比へと次々に短期間に渡って第１のイオンガイドセクション６ａに質量選択的に送達され得る。第１のイオンガイドセクション６ａが、それ自体、低い質量電荷比を有するイオンがデバイス中において高い質量電荷比を有するイオンよりも高い速度を有する質量選択デバイスとなるように配置される場合、イオントラップからのイオンの質量選択的放出は、すべての質量電荷比値を有するイオンが同時に直交サンプリング領域７で出会うように、イオンガイド内の質量選択的分離と一致し得る。このようにして、すべての質量電荷比値または広い範囲の質量電荷比値のイオンに対する１００％のデューティが実現され得る。同じ電荷状態にあるイオンに対する質量電荷比とイオン移動度との相関関係のために、同様の効果は、イオントラップからのイオンの放出と、イオン移動度分離器として作用する第１のイオンガイドセクション６ａにおけるイオンの進行とを一致させることによって、達成され得る。さらに、イオンは、その到達が直交サンプリングと同期させられて移動度に従ってトラップから放出されることで、同様のデューティサイクル改善が実現され得る。
【０１０２】
あるいは、イオンが第１のイオンガイドセクション６ａに質量選択的に送達され、この質量分離がこの領域を通ってイオンが搬送されるときに保持される場合、各質量電荷比の範囲からのイオンが１００％の効率で効果的にサンプリングされるように、イオンの繰り返し直交サンプリングは、イオン注入と同期させられ得る。
【０１０３】
この同じ効果は、イオンが第１のイオンガイドセクション６ａへと非質量選択的にパルス化され、第１のイオンガイドセクション６ａが、それ自体、質量またはイオン移動度分離器である場合に達成され得る。イオンの初期導入に同期させられる複数の直交サンプリング事象が成し遂げられ得る。各直交サンプリング事象では、異なる質量電荷比または移動度範囲を有するイオンが下流側分析デバイスに注入されることになる。この結果、すべての質量電荷比またはイオン移動度比を有するイオンに対して１００％の効率がもたらされる。
【０１０４】
本発明は、好ましい実施形態を参照しながら説明したが。当業者であれば、添付の請求の範囲に提示されるような発明の範囲を逸脱しないように、形態および詳細の様々な変更がなされ得ること理解するであろう。
【図１】
2014509772.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年5月31日(2013.5.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極を含むＲＦイオンガイドと、
第１の動作モードにおいて、前記イオンガイド内においてイオンをＤＣポテンシャル井戸に径方向に閉じ込めるために、ＤＣ電圧を前記電極に印加するように配置および適合され、前記制御システムは、前記イオンガイドを切替え、第２の動作モードで動作させるように配置および適合され、前記電極に印加される前記ＤＣ電圧は、前記イオンの一部が、前記イオンの初期方向に対して実質的に直交する方向の電界を経験し、イオンが前記イオンガイドから直交サンプリングされるように変化する制御システムと、
前記イオンガイド内においてイオンを垂直方向（ｙ）に閉じ込めるために、ＡＣ電圧またはＲＦ電圧を前記電極にさらに印加するように配置および適合されるデバイスとを備え、
前記第１の動作モードにおいては、イオンが前記イオンガイド内において軸方向に閉じ込められない、質量分析計。
【請求項２】
前記イオンガイドを、（ｉ）０．０００１〜０．００１ｍｂａｒ、（ｉｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｉｖ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｖ）１〜１０ｍｂａｒ、（ｖｉ）１０〜１００ｍｂａｒ、および（ｖｉｉ）＞１００ｍｂａｒからなる群から選択される圧力で維持するように配置および適合されるデバイスをさらに備える、請求項１に記載の質量分析計。
【請求項３】
前記イオンビームは、前記イオンガイドから非質量選択的にサンプリングされるかまたは放出される、請求項１または２に記載の質量分析計。
【請求項４】
前記イオンガイドの軸長の少なくとも一部または実質的に全体に沿ってイオンを付勢するように配置および適合されるデバイスをさらに備える、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項５】
前記イオンガイドの軸長の少なくとも一部または実質的に全体に沿ってイオンを付勢するように配置および適合される前記デバイスは、
（ｉ）前記電極のうちの少なくともいくつかの電極に１つまたはそれ以上の過渡ＤＣ電圧または電位を印加するように、および／または
（ｉｉ）前記イオンガイドの軸長の少なくとも一部または実質的に全体に沿ってＤＣ電圧勾配を維持するように、および／または
（ｉｉｉ）前記電極のうちの少なくともいくつかの電極に、３つまたはそれ以上の位相を有するＲＦ電圧を印加し、ここで、異なる位相の前記ＲＦ電圧が、異なる電極に印加されるように前記ＲＦ電圧を印加するように、
配置および適合される、請求項４に記載の質量分析計。
【請求項６】
前記イオンガイドに到達する前、および／または、前記イオンガイド中で伝達されている間に、イオンが物理化学特性に従って予め分離される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項７】
前記物理化学特性は、質量または質量電荷比を含む、請求項６に記載の質量分析計。
【請求項８】
前記イオンの直交サンプリングは、特定の質量または質量電荷比の範囲内にある質量または質量電荷比を有するイオンを選択する効果を有する、請求項７に記載の質量分析計。
【請求項９】
前記物理化学特性は、イオン移動度または示差イオン移動度を含む、請求項６に記載の質量分析計。
【請求項１０】
前記イオンの直交サンプリングは、特定のイオン移動度または示差イオン移動度の範囲内にあるイオン移動度または示差イオン移動度を有するイオンを選択する効果を有する、請求項９に記載の質量分析計。
【請求項１１】
前記ＲＦイオンガイドは、少なくとも６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９または２０個の電極を有し、使用時には、ＲＦ電圧が前記少なくとも６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９または２０個の電極に印加される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１２】
使用時には、前記イオンガイドは、前記イオンガイド内のイオンの平均自由経路が前記イオンガイドの長さよりも実質的に短くなるような圧力で維持される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１３】
前記複数の電極は、実質的に平坦な電極を含む、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１４】
前記複数の電極は、ロッドまたはリング電極を含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の質量分析計。
【請求項１５】
前記イオンは、（ｉ）＜５％、（ｉｉ）５〜１０％、（ｉｉｉ）１０〜１５％、（ｉｖ）１５〜２０％、（ｖ）２０〜２５％、（ｖｉ）２５〜３０％、（ｖｉｉ）３０〜３５％、（ｖｉｉｉ）３５〜４０％、（ｉｘ）４０〜４５％、（ｘ）４５〜５０％、（ｘｉ）５０〜５５％、（ｘｉｉ）５５〜６０％、（ｘｉｉｉ）６０〜６５％、（ｘｉｖ）６５〜７０％、（ｘｖ）７０〜７５％、（ｘｖｉ）７５〜８０％、（ｘｖｉｉ）８０〜８５％、（ｘｖｉｉｉ）８５〜９０％、（ｘｉｘ）９０〜９５％、および（ｘｘ）＞９５％からなる群から選択されるデューティ−サイクルで直交サンプリングされる、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１６】
分析分離デバイスをさらに備え、前記第２の動作モードにおいては、イオンが前記イオンガイドから直交サンプリングされ、前記分析分離デバイスに伝達される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１７】
前記分析分離デバイスは、（ｉ）質量または質量電荷比分離デバイス、（ｉｉ）イオン移動度分離デバイス、または（ｉｉｉ）示差イオン移動度分離デバイスを含む、請求項１６に記載の質量分析計。
【請求項１８】
反応セルまたは衝突セルをさらに備え、前記第２の動作モードにおいては、イオンが前記イオンガイドから直交サンプリングされ、前記反応セルまたは衝突セルに伝達される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項１９】
前記イオンガイド内のイオンは、そのイオン移動度、質量電荷比、または示差イオン移動度に対して分離される、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項２０】
前記ＲＦイオンガイドは、四重極ロッドセット、六重極ロッドセット、八重極ロッドセット、または１０個もしくはそれ以上のロッド電極を有する多極ロッドセットを含む、先行する請求項のいずれかに記載の質量分析計。
【請求項２１】
複数の電極を含むＲＦイオンガイドを準備する工程と、
前記イオンガイド内においてＤＣポテンシャル井戸にイオンを径方向に閉じ込めるためにＤＣ電圧を前記電極に印加する工程と、
前記イオンの一部が、前記イオンの初期方向に対して実質的に直交する方向の電界を経験し、イオンが前記イオンガイドから直交サンプリングされるように前記電極に印加される前記ＤＣ電圧を変化させる工程と、
前記イオンガイド内においてイオンを垂直方向（ｙ）に閉じ込めるために、ＡＣ電圧またはＲＦ電圧を前記電極にさらに印加する工程と、を含み、
イオンが直交サンプリングされるとき、前記イオンは前記イオンガイド内に軸方向に閉じ込められない、質量分析法。
【請求項２２】
前記イオンガイドを、（ｉ）０．０００１〜０．００１ｍｂａｒ、（ｉｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｉｖ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｖ）１〜１０ｍｂａｒ、（ｖｉ）１０〜１００ｍｂａｒ、および（ｖｉｉ）＞１００ｍｂａｒからなる群から選択される圧力で維持する工程をさらに含む、請求項２１に記載の質量分析法。
【請求項２３】
動作モードにおいては、イオンの連続、擬似連続またはパルスビームが前記イオンガイドから直交サンプリングされ、前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームは、前記イオンガイド内において、軸方向に捕捉されず、また、軸方向に閉じ込められないドリフトチューブを含むイオンガイドと、
前記イオンガイドを、（ｉ）０．０００１〜０．００１ｍｂａｒ、（ｉｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｉｖ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｖ）１〜１０ｍｂａｒ、（ｖｉ）１０〜１００ｍｂａｒ、および（ｖｉｉ）＞１００ｍｂａｒからなる群から選択される圧力で維持するように配置および適合されるデバイスとを備える、質量分析計。
【請求項２４】
使用時には、前記ドリフトチューブにはＲＦ電圧が印加されない、請求項２３に記載の質量分析計。
【請求項２５】
ドリフトチューブを含むイオンガイドを準備する工程と、
イオンの連続、擬似連続またはパルスビームを前記イオンガイドに通過させる工程であって、前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームは、前記イオンガイド内において、軸方向に捕捉されず、また、軸方向に閉じ込められない工程と、
前記イオンの連続、擬似連続またはパルスビームを直交サンプリングする工程と、
前記イオンガイドを、（ｉ）０．０００１〜０．００１ｍｂａｒ、（ｉｉ）０．００１〜０．０１ｍｂａｒ、（ｉｉｉ）０．０１〜０．１ｍｂａｒ、（ｉｖ）０．１〜１ｍｂａｒ、（ｖ）１〜１０ｍｂａｒ、（ｖｉ）１０〜１００ｍｂａｒ、および（ｖｉｉ）＞１００ｍｂａｒからなる群から選択される圧力で維持する工程とを含む、質量分析法。
【請求項２６】
ＲＦ電圧が前記ドリフトチューブには印加されない、請求項２５に記載の質量分析法。
【国際調査報告】
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