(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
元素質量分析計であって、
イオンを発生させるためのイオン源と、
前記イオン源により発生したイオンを受容し、受容した前記イオンからある質量対電荷比のフィルタ範囲のイオンであって、目的の質量（Ａ）のイオン，及び質量（Ａ−１）のイオンを含む、イオンを選択して、その選択したイオンを透過させるように設けられた質量フィルタと、
前記質量フィルタにより透過されたイオンを受容し、受容したイオンをガスと反応または衝突させ、それによって生成物イオンを提供するように構成された反応セルまたは衝突セルと、
前記反応セルまたは前記衝突セルから前記生成物イオンを受容し、質量対電荷比の１つまたは複数の分析範囲内にある受容した前記イオンを分析し、分析した前記イオンの検出に基づいて少なくとも１つの出力を提供するように設けられた質量分析部と、
所望の質量対電荷比（Ｍ）を含む質量対電荷比の第１の分析範囲内にあるイオンであって、前記目的の質量（Ａ）のイオンから生成された生成物イオンを含む、イオンを測定する前記質量分析部から第１の出力を提供し、前記所望の質量対電荷比より少なくとも０．９５原子質量単位分低い質量対電荷比（Ｍ−ｉ）（ｉは、０．９５以上である）を含む質量対電荷比の第２の分析範囲内にあるイオンであって、前記質量（Ａ−１）のイオンから生成された生成物イオンを含む、イオンを測定する前記質量分析部から第２の出力を提供し、前記第２の出力に基づいて、前記質量（Ａ−１）のイオンにより生じる干渉について前記第１の出力を補正するように、前記元素質量分析計を動作させるように構成された制御部と、
を備える元素質量分析計。
【請求項２】
前記質量対電荷比のフィルタ範囲が、１原子質量単位よりも広い、請求項１に記載の元素質量分析計。
【請求項３】
前記質量対電荷比の１つまたは複数の分析範囲の各々が、１原子質量単位以内であり、  前記第１の出力が、前記質量対電荷比の第１の分析範囲内にある受容したイオンを分析するように構成された前記質量分析部を用いた前記元素質量分析計の第１の動作によって提供され、
前記第２の出力が、前記質量対電荷比の第２の分析範囲内にある受容したイオンを分析するように構成された前記質量分析部を用いた前記元素質量分析計の第２の動作によって提供される、請求項１又は２に記載の元素質量分析計。
【請求項４】
前記質量分析部が、少なくとも１原子質量単位の幅を有する質量対電荷比の範囲内にある受容したイオンの単回分析を実施するように設けられ、前記第１の出力及び前記第２の出力が、前記単回分析に基づいて提供される、請求項１又は２に記載の元素質量分析計。
【請求項５】
前記制御部が、前記所望の質量対電荷比より少なくとも０．９５原子質量単位分低い質量対電荷比（Ｍ−ｉ）（ｉは、０．９５以上である）を含む質量対電荷比の第３の分析範囲内にあるイオンを測定する第３の出力を提供するように、前記元素質量分析計を動作させるようにさらに構成され、
前記質量対電荷比の第３の分析範囲が、前記質量対電荷比の第２の分析範囲とは異なり、
前記制御部が、前記第２の出力及び前記第３の出力に基づいて、前記第１の出力を補正するようにさらに構成される、請求項１〜４のいずれかに記載の元素質量分析計。
【請求項６】
前記制御部が、
前記第２の出力に基づいて干渉レベルを決定し、
前記第１の出力に対する前記干渉レベルが少なくとも閾値レベルであるかどうかを識別し、
前記閾値レベルが満たされている場合、更新された第１の出力を提供するように、前記元素質量分析計を動作させるように、さらに構成され、
前記更新された第１の出力に関する少なくとも１つのパラメータが、前記第１の出力の対応するパラメータとは異なり、
前記制御部が、前記第２の出力に基づいて前記更新された第１の出力を補正することによって、前記第１の出力を補正するように構成される、請求項１〜５のいずれかに記載の元素質量分析計。
【請求項７】
前記更新された第１の出力が、前記所望の質量対電荷比（Ｍ）を含むが前記第１の出力に使用された前記質量対電荷比の第１の分析範囲とは異なる、質量対電荷比の更新された第１の分析範囲内にあるイオンを測定する、請求項６に記載の元素質量分析計。
【請求項８】
前記質量対電荷比の更新された第１の分析範囲の下限が、前記質量対電荷比の第１の分析範囲の下限よりも高い、請求項７に記載の元素質量分析計。
【請求項９】
前記反応セルまたは前記衝突セル内で使用される前記ガスの質量が、前記質量対電荷比のフィルタ範囲により定義される帯域通過幅以下であり、前記質量対電荷比の更新された第１の分析範囲の上限が、前記質量対電荷比の第１の分析範囲の上限よりも低い、請求項７に記載の元素質量分析計。
【請求項１０】
前記質量対電荷比の更新された第１の分析範囲の限界と、前記質量対電荷比の第１の分析範囲の対応する限界との間の差が、０．５原子質量単位未満である、請求項７〜９のいずれかに記載の元素質量分析計。
【請求項１１】
前記第１の出力の対応するパラメータとは異なる前記更新された第１の出力に関する前記少なくとも１つのパラメータが、小増加分で調整される前記質量フィルタによって定義される帯域通過幅を含む、請求項６〜１０のいずれかに記載の元素質量分析計。
【請求項１２】
前記反応ガスの質量が、前記質量フィルタにより定義される前記帯域通過幅よりも高く、前記帯域通過幅の調整が、より高い質量に向けたものである、請求項１１に記載の元素質量分析計。
【請求項１３】
前記反応ガスの質量が、前記質量フィルタにより定義される前記帯域通過幅以下で、前記帯域通過幅の調整が、より低い質量に向けたものである、請求項１１に記載の元素質量分析計。
【請求項１４】
前記第１の出力の対応するパラメータとは異なる前記更新された第１の出力に関する前記少なくとも１つのパラメータが、前記反応ガスの主成分、及び前記反応ガスの同位体純度のうちの一方または両方を含む、請求項６〜１３のいずれかに記載の元素質量分析計。
【請求項１５】
前記反応セルまたは前記衝突セルが、受容した前記イオンを多同位体ガスと反応もしくは衝突させるように構成され、かつ／または受容された前記イオンの少なくとも一部が多同位体性である、請求項１〜１４のいずれかに記載の元素質量分析計。
【請求項１６】
前記質量フィルタが、前記質量フィルタの長さと、前記質量フィルタの振動またはＲＦ周波数との積が２×１０5Ｈｚ・ｍ以下となるように構成される、請求項１〜１５のいずれかに記載の元素質量分析計。
【請求項１７】
前記質量フィルタの長さが６０ｍｍ以下であり、かつ／または前記質量フィルタの振動もしくはＲＦ周波数が少なくとも３．５ＭＨｚである、請求項１〜１６のいずれかに記載の元素質量分析計。
【請求項１８】
前記イオン源と前記質量フィルタとを接続するように構成された導入イオン光学をさらに備え、
前記導入イオン光学及び前記質量フィルタが、実質的に同じ圧力で動作するように構成される、請求項１〜１７のいずれかに記載の元素質量分析計。
【請求項１９】
前記質量フィルタ、前記反応セルまたは前記衝突セル、及び前記質量分析部のうちの１つまたは複数が、それぞれ単極型または多重極型のイオン光学デバイスを含む、請求項１〜１８のいずれかに記載の元素質量分析計。
【請求項２０】
前記多重極型のイオン光学デバイスが、四重極型、六重極型、及び八重極型のうちの１つである、請求項１９に記載の元素質量分析計。
【請求項２１】
前記イオン源が、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）トーチ、グロー放電源、またはマイクロ波誘導プラズマ（ＭＩＰ）源を含む、請求項１〜２０のいずれかに記載の元素質量分析計。
【請求項２２】
前記質量分析部が、
受容した前記生成物イオンから、前記質量対電荷比の１つまたは複数の分析範囲のイオンを選択して、その選択したイオンを透過させるように構成された質量選択デバイスと、  前記質量選択デバイスにより透過されたイオンを検出するように設けられたイオン検出部と、を備える請求項１〜２１のいずれかに記載の元素質量分析計。
【請求項２３】
前記質量分析部が、飛行時間型もしくは飛行距離型の質量分析器、磁気セクター、ＲＦトラップ、静電トラップ分析器、または軌道トラップ質量分析器を含む、請求項１〜２２のいずれかに記載の元素質量分析計。
【請求項２４】
元素質量分析計を動作させる方法であって、
イオン源内でイオンを発生させる段階と、
質量フィルタにおいて、前記イオン源により発生された前記イオンからある質量対電荷比のフィルタ範囲のイオンであって、目的の質量（Ａ）のイオン，及び質量（Ａ−１）のイオンを含む、イオンを選択して、その選択したイオンを透過させる段階と、
前記質量フィルタにより透過されたイオンを、反応セルにおいてガスと反応または衝突させて、それによって生成物イオンを提供する段階と、
所望の質量対電荷比（Ｍ）を含む質量対電荷比の第１の分析範囲内にあるイオンであって、前記目的の質量（Ａ）のイオンから生成された生成物イオンを含む、イオンを測定する第１の出力を提供するように、及び前記所望の質量対電荷比より少なくとも０．９５原子質量単位分低い質量対電荷比（Ｍ−ｉ）（ｉは、０．９５以上である）を含む質量対電荷比の第２の分析範囲内にあるイオンであって、前記質量（Ａ−１）のイオンから生成された生成物イオンを含む、イオンを測定する第２の出力を提供するように、質量対電荷比の複数の分析範囲内にある前記生成物イオンを、質量分析部において分析する段階と、
前記第２の出力に基づいて、前記質量（Ａ−１）のイオンにより生じる干渉について前記第１の出力を補正する段階と、を含む方法。
【請求項２５】
プロセッサによって実行されると、請求項２４に記載の方法に従って動作するように元素質量分析計を制御するように構成された、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、元素質量分析計、特に三連四重極型質量分析部に基づく元素質量分析計、及び元素質量分析計を動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
三連四重極型質量分析計は、エレクトロスプレー、大気圧化学イオン化、及びその他のものなどの分子イオン源を使用する、複合混合物の標的化分析のために周知かつ広く使用されている機器である。これらの機器において、特定の質量対電荷（ｍ／ｚ）比範囲の前駆イオンが１つの四重極型分析部（Ｑ１）によって選択され、ガス充填衝突セル（Ｑ２）内で断片化され、次いで１つまたは複数の特定の断片が第２の四重極型分析部（Ｑ３）によって選択される。これにより、所望の前駆イオン及び対応する目的の断片イオンのみをフィルタリングで取り出すことが可能になる。このように、分析の標的が既知であるが他の分析物と比較して非常に低いレベルで存在する場合の標的化分析のための堅牢な定量方法が提供されている。
【０００３】
また、かかる機器は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、グロー放電（ＧＤ）、マイクロ波誘導プラズマ（ＭＩＰ）、及びその他のものを含む、様々なイオン源を使用し得る元素分析に首尾よく適用され得ることが知られている。三連四重極型ＩＣＰ質量分光法システムは、１つの「フル分解能」四重極（分解能は質量に依存するが、一般的にはピーク幅が０．７〜０．８ａｍｕの範囲内である約３００の範囲内）及び衝突または反応セルのみを備えたもの（それ故に二連四重極型デバイスと呼ばれ得る）と比較していくつかの利点を有する。三連四重極では、衝突または反応セルの上流に位置付けられた四重極が、イオンのｍ／ｚ比に従って選択された限定された一組のイオンが衝突／反応セル内で反応を受けることを可能にする。
【０００４】
１つの手法では、衝突セル（Ｑ２）は、酸素（Ｏ2）またはアンモニア（ＮＨ3）などの反応性ガスが充填された反応セルとして動作する。代替的には、衝突セル（Ｑ２）は、不活性ガス（Ｈｅなど）、他の反応性ガス（例えば、Ｈ）、または混合物（例として、Ｈ＋Ｈｅ）を用いて衝突モードで使用されてもよい。
【０００５】
これらの原理に基づくいくつかの実施態様は、干渉イオンを反応させて別の質量にする（または衝突によってこれを達成する）ことができ、一方で、所望のイオンはそのまま残され、したがってＱ３分析部内で選択及び検出されることができる。この例は、米国特許第７，２０２，４７０号、米国特許第７，２３０，２３２号、及び米国特許第７，３３９，１６３号に詳述されている。代替的には、干渉イオンをそのまま残しながら、所望のイオンを反応または衝突させて別の質量にしてもよい。その場合Ｑ３分析部は、Ｑ１分析部とは異なる質量（反応の場合はより高い質量）において所望のイオンを選択及び検出するために使用され得る。かかる構成の例は、「Ｓｏｍｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ  ｏｎ  ＩＣＰ−ＭＳ」、Ｄ．Ｊ．Ｄｏｕｇｌａｓ，Ｃａｎａｄ．Ｊ．Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃ．，Ｖ．３４，Ｎｏ．２，１９８９、米国特許第６，８７５，６１８号、英国特許第２３９１３８３号、国際公開第０１／０１４４６号、及び米国特許第８，６１０，０５３号に記載されている。
【０００６】
Ｑ２セルが反応モードで動作するとき、異なる元素または付加イオンが、大きく異なる速度で反応セルのガスと反応し得る。故に、異なる元素の同位体または付加物がＱ１によって選択された後に同じ質量範囲（ｍａｓｓ  ｗｉｎｄｏｗ）内に現れる場合、所望の元素イオンは、Ｑ２内でさらに変換されて、例として付加生成物（［Ａ＋Ｏ］+または［Ａ＋ＮＨ3］+など）になることができ、一方で、干渉元素の同位体または付加物は、典型的には同じｍ／ｚ比のままである。原則として、第２の四重極型分析部（Ｑ３）が次いで目的の生成物を選択することができ、したがって検出部からの無干渉の出力を提供する。
【０００７】
しかしながら、かかる干渉の低減を達成することは、従来の単一四重極型分析部と比較して機器設計の著しい複雑化を要求する。米国特許第８，６１０，０５３号では、このことは、単位質量分解能をもって動作するために厳密な真空条件を必要とする分析品質のＱ１を追加する必要性により引き起こされると示唆されている。かかる機器は複雑かつ高価である。干渉を増加させることなく、または存在比感度を低減させることなく、より低い真空要件を有する、より低い分解能のＱ１を使用することが望ましい。
【発明の概要】
【０００８】
こうした背景の下、請求項１に従う元素質量分析計、及び請求項２４に従う元素質量分析計を動作させる方法（または元素質量分光測定の方法）が提供される。本方法はコンピュータプログラムを使用して実施され得、かかるコンピュータプログラムも請求項２５に従って提供される。しかしながら、本方法は、ハードウェア、ファームウェア、プログラマブル論理、特定用途向け回路、及びソフトウェアのうちの任意の１つまたは複数を使用して実施されてもよいことが理解されるであろう。本発明の好ましく有利な特徴は、特許請求の範囲においてさらに定義される。
【０００９】
要約すると、三連四重極型質量分析計（または、例えば、四重極以外の分析部が使用されていても第３の分析段階は本明細書では便宜上Ｑ３と表記されるが、第３の四重極の代わりにまたはそれに加えて他の分析部が使用される場合、より一般的にはＭＳ／ＭＳ質量分析計）は、元素分析のために動作する。第１の出力が、所望の質量対電荷比（Ｍ）を含むように設定されたｍ／ｚ帯域を分析するＱ３によって提供される。追加的に、第２の出力が、所望の質量対電荷比より少なくとも０．９、０．９５、０．９６、０．９７、０．９８、０．９９、または１原子質量単位（ａｍｕ）分低い質量対電荷比、すなわち（Ｍ−ｉ）（ｉは、０．９５または１（または本明細書に詳述される別の値）以上である）を含むように設定されたｍ／ｚ帯域を分析するＱ３によって提供される。典型的には、初期のさらなる動作は、（Ｍ−１）を含むように設定されたＱ３のｍ／ｚ帯域を有する。任意選択的に、後続のさらなる動作は、（Ｍ−２）を含むように設定されたＱ３のｍ／ｚ帯域を有する。第１の出力は、第２の出力を使用して補正される。かかる手法は、反応セルまたは衝突セルのガスが多同位体性であり、かつ／またはそのイオンの少なくとも一部が多同位体性（具体的には干渉イオンであるが、代替的にまたは加えて場合により求められるイオン）である場合に特に有用であり得る。
【００１０】
この手法を使用すると、Ｍに関するイオン検出部の測定値を、Ｍよりも低い質量に関するイオン検出部の出力を使用して、例えば（Ｍ−１）に関するイオン検出部の測定値を使用して、また任意選択的に、（Ｍ−２）に関するイオン検出部の測定値も使用して補正することが可能となり得る。本発明によりとられる手法は、第１の段階（Ｑ１）により透過されるｍ／ｚ帯域が１ａｍｕ超、場合により数ａｍｕ（実施形態において１．５、２、３、４、５、１０ａｍｕ、またはそれ以上）であることを可能にし得る。実施形態において、導入イオン光学及び第１の段階（Ｑ１）は、実質的に同じ圧力で動作し得る。有利なことに、Ｑ１は、短く、低分解能であり、質の劣る真空下で動作し、かつ／または、干渉を増加させることなく、もしくは存在比感度を低減させることなく、小さなサイズであることができる。
【００１１】
好ましくは、第１の出力及び第２の出力に関して分析されるｍ／ｚ帯域の幅は、各々、単一の生成物の検出を可能にするように、例えば、各々が１ａｍｕ以内であるように設定される。好ましい実施形態は、三連四重極型質量分析計を使用し、その場合、第３の段階（Ｑ３）は、１ａｍｕ以内であるｍ／ｚ帯域内のイオンを透過させるように設定され得る。次いで、本元素質量分析計は、単一の試料を分析するために複数回動作し得、第１の動作は第１の出力を提供するために使用され、第２の動作は第２の出力を提供する。代替的には、いくつかの質量分析部の使用により、第１及び第２の出力が元素質量分析計の単回動作により提供されることが可能となり得る。
【００１２】
干渉レベルが、イオン検出部出力に基づいて、第２の出力（また任意選択的に、Ｍより低い他のｍ／ｚ比を分析する第３のまたはさらなる出力）から決定され得る。これが、補正に使用されてもよい。しかしながら、第１の出力に対する干渉レベルの割合が少なくとも閾値レベル（例えば、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、または９０％）である場合、原初の第１の出力と少なくとも１つの差を有する更新された第１の出力が提供される。具体的には、更新された第１の出力に関して分析されるＱ３のｍ／ｚ帯域は、Ｍを含むが第１の出力のために使用されたＱ３のｍ／ｚ帯域とは異なるように設定され得る（例えば、Ｑ３のｍ／ｚ帯域は調整され得る）。更新された第１の出力は第１の出力の代わりに使用され得るが、ただし、更新された第１の出力に対する干渉レベルの割合がそのとき閾値レベルを満たすことを条件とする（さもなければ、更新された第１の出力に対する干渉レベルの割合が閾値レベルを満たすまで毎回、１つまたは複数のさらなる更新された第１の出力に、増加した調整量を提供してよい）。概して、更新された第１の出力に対するＱ３のｍ／ｚ分析帯域の調整量は少ない（０．５ａｍｕ未満、典型的には０．３ａｍｕ）。ほとんどの事例では、この調整は、Ｑ３のｍ／ｚ分析帯域をより高い範囲に移動させる（すなわち、より高い質量がその範囲内に含まれる）が、反応ガスが（特にＱ１のｍ／ｚ帯域通過幅に対して）低い分子質量を有する場合、この調整は、（より低い質量がその範囲内に含まれるように）Ｑ３のｍ／ｚ分析帯域をより低い範囲に移動させ得る。
【００１３】
本発明はいくつかの方法で実践されてよく、以降、単なる例として、また添付の図面を参照して、好ましい一実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に従って動作し得るＩＣＰ質量分析計の概略的な一実施形態を図示する。
【図２】第１の使用事例における、図１の質量分析計の第１の分析部段階及び反応セルの出力に関する質量に対する強度のサンプルプロットを例示する。
【図３】第２の使用事例における、図１の質量分析計の第１の分析部段階及び反応セルの出力に関する質量に対する強度のサンプルプロットを例示する。
【図４】第３の使用事例における、図１の質量分析計の第１の分析部段階及び反応セルの出力に関する質量に対する強度のサンプルプロットを例示する。
【図５】硫黄の無干渉の定量のための、図１のＩＣＰ質量分析計の動作原理を概略的に示す。
【図６Ａ】チタンの無干渉の定量のための、図１のＩＣＰ質量分析計の動作原理を概略的に示す。
【図６Ｂ】チタンの無干渉の定量のための、図１のＩＣＰ質量分析計の動作原理を概略的に示す。
【図７Ａ】図１に従う、質量分析計内の第１の質量フィルタの幅に依存した、１つまたは複数のｍ／ｚ比のイオンがアンモニアと反応する状況に関する、概略的な単純化された質量スペクトルを図示する。
【図７Ｂ】図１に従う、質量分析計内の第１の質量フィルタの幅に依存した、１つまたは複数のｍ／ｚ比のイオンがアンモニアと反応する状況に関する、概略的な単純化された質量スペクトルを図示する。
【図７Ｃ】図１に従う、質量分析計内の第１の質量フィルタの幅に依存した、１つまたは複数のｍ／ｚ比のイオンがアンモニアと反応する状況に関する、概略的な単純化された質量スペクトルを図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
まず図１を参照すると、ＩＣＰトーチ１０と、サンプラーコーン２０と、スキマーコーン３０と、イオン光学４０と、第１の（Ｑ１）質量フィルタ５０と、反応セル（Ｑ２）６０と、差動排気孔７０と、第２の（Ｑ３）質量フィルタ８０と、イオン検出部９０と、を備える、ＩＣＰ質量分析計の概略的な一実施形態が図示されている。Ｑ３質量フィルタ８０は、質量分析部または質量分析部の一部と見なされ得る。この好ましい実施形態では、イオンがＩＣＰトーチ１０内で生成され、サンプラー２０及びスキマー３０を介して真空内に導入され、（屈曲）イオン光学４０を通して輸送され、Ｑ１四重極型質量フィルタ５０によって選択される。Ｑ１質量フィルタ５０は、Ｑ２反応セル６０及びＱ３質量フィルタ８０と比較して相対的に短く、そのように概略的に図示されることに留意されたい。さらに、Ｑ１質量フィルタ５０の真空条件は、後続の段階の真空条件ほど過酷ではない。ここで、イオン光学４０及びＱ１質量フィルタ５０は、実質的に同じ圧力で動作する。選択された質量範囲のイオンは四重極型反応セル６０内に通り、その反応生成物は、イオン光学及び差動排気孔７０を通って分析用の四重極型質量フィルタＱ３  ８０内に導かれ、高ダイナミックレンジ検出部９０、例えばＳＥＭによって検出される。Ｑ３質量フィルタ８０は（特にＱ１質量フィルタ５０と比較して）高度に選択的であり、典型的には１ａｍｕ以下の帯域通過幅を有する。制御部（図示せず）が分析計を動作させる。この制御部は、典型的にはコンピュータプロセッサを備える。コンピュータプログラムが、プロセッサによって実行されると、本発明の方法に従って動作するように分析計を制御することを可能にする。
【００１６】
図２を参照すると、第１の事例における、本質量分析計の第１の質量フィルタ５０（実線）及び反応セル６０（破線）の出力に関する質量に対する強度のサンプルプロットが例示されている。Ｑ１質量フィルタ５０の出力に関して、このプロットは、単離ピークとも呼ばれ得る。強度は、対数目盛上でプロットされている。このプロットでは、Ａは、目的の公称ｍ／ｚ比を示し、Ｑ１質量フィルタ５０は、この質量の略最大（１００％に合理的に可能な限り近い）透過度に設定される。Ｑ１質量フィルタ５０の短い長さ及びより低い真空のため、目的の質量Ａのイオンだけではなく、隣接する質量（Ａ−２）、（Ａ−１）、（Ａ＋１）・・・（Ａ＋Ｎ）もまた透過する。それでも、より低い質量は、通常、Ｑ１質量フィルタ５０によって著しく（２〜３桁以上分）減衰させられる。したがって、Ｑ１質量フィルタ５０の帯域通過幅は、Ｎまたは任意選択的にＮ＋２と定義され得る。
【００１７】
Ｑ２セル６０内での反応後、単離ピークは、反応ガスのｍ／ｚ比（Ｒ）によってより高いｍ／ｚ比にシフトさせられ、Ｍ＝Ａ＋Ｒとなる。図２中、単離ピーク内の全ての種に関するイオン−分子反応の全てが、反応セル６０出力の強度プロファイルがＱ１質量フィルタ５０出力の強度プロファイルと同じサイズ及び形状を有するように、１００％効率的である。かかるレベルの効率は通常は可能とならないため、これは一例に過ぎない。次いで、質量Ｍ＝（Ａ＋Ｒ）のイオンが、Ｑ３質量フィルタ８０による分析及び後続の検出のために選択される。ここで、反応ガスの質量（または少なくとも生成物のｍ／ｚ比に及ぼすその作用）が、Ｒ＞Ｎ、好ましくはＲ＞Ｎ＋２となるようにＱ１の帯域通過幅よりも大きいことが分かる。次いで、分析物Ａの原初の濃度を決定するために、選択された質量Ｍ＝（Ａ＋Ｒ）のイオンからの検出信号が使用される。概して、これは、当業者に周知である元素分析技術を使用して見出すことができる。しかしながら、Ｑ１質量フィルタ５０の帯域通過幅は、以降に記載するような問題を引き起こし得る。
【００１８】
使用される反応ガスは、典型的には単同位体性ではない。例えば、ＮＨ3は、０．３７％の15Ｎ及び０．０１６％の2Ｈを含有し、酸素は、０．２％の18Ｏ及び０．０３８％の17Ｏを含有する。故に、Ｑ１質量フィルタ５０出力において、質量（Ａ−１）における別の質量ピークが、質量Ｍ＝（Ａ＋Ｒ）（Ｒは反応付加物の公称質量（ＮＨ3についてはＲ＝１７、Ｏ2についてはＲ＝１６）である）における干渉を生成し得る。この干渉の強度は、次式により定量され得る。
【数１】
0006300874.tif 000002
式中、Ｐrel（Ａ−ｉ）は、目的の質量Ａよりｉ単位分低い質量の相対透過度（図２を参照して示される）であり、Ｉ（Ａ−ｉ）は、質量（Ａ−ｉ）における信号の絶対強度であり、Ｉrel（Ｒ＋ｉ）は、その単同位体質量（Ｒ）よりｉ単位分高い質量における反応ガス付加物の相対強度である。上記で考慮される２つのガス（酸素及びアンモニア）については、ｉ＞２は完全に無視してよく、ｉ＝１、２のみを考慮するべきである。実際には、Ｐrel（Ａ−ｉ）及びＩrel（Ｒ＋ｉ）は既知であり、Ｉ（Ａ−ｉ）は実験により測定され得る。これは、以下により詳細に記載される。
【００１９】
次に図３を参照すると、第２の事例における、本質量分析計の第１の質量フィルタ５０（実線）及び反応セル６０（破線）の出力に関する質量に対する強度のサンプルプロットが例示されている。ここで、反応ガス（または反応ガスの成分）の質量は、Ｒ≦Ｎ（好ましくはＲ＜Ｎ）となるように、Ｑ１の帯域通過幅以下（好ましくはそれ未満）である。
【００２０】
ここで図４を参照すると、第３の事例における、本質量分析計の第１の質量フィルタ５０（実線）及び反応セル６０（破線）の出力に関する質量に対する強度のサンプルプロットが例示されている。図３及び４の両方において、反応ガスは低い分子質量を有し、図４の特定例では、同様に低い原子質量の成分を有する水素が使用されている。したがって、この事例では、水素原子という成分は、Ｒ＝１及びｉ＝１となるために適切である。結果として、目的の質量Ａだけではなく、（Ａ−Ｎ）、・・・（Ａ−２）、（Ａ−１）・・・（Ａ＋Ｒ−１）の範囲全体もまた、Ｑ１質量フィルタ５０を通して透過し得る。それでも、質量（Ａ＋Ｒ）のイオンは、Ｑ１質量フィルタ５０によって著しく（２〜３桁超分）減衰させられる。図４に示される使用事例に関して、Ｑ１質量フィルタ５０の単離範囲（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ｗｉｎｄｏｗ）は、他の使用事例のものよりも長方形であることが特に注目され、このことは、透過度の著しい損失を回避するために望ましい。
【００２１】
反応ガスまたは反応ガスの成分の質量が低い事例では、干渉についての上記の式は依然として適用可能であるが、単離範囲内にあるＡの位置は、図３及び図４に示されるように変化する。それは、Ｑ１透過範囲の低質量境界から、その高質量境界へと移動する。質量（Ａ＋１）における超高強度の干渉の事例のみが、この手法によって対処され得ない。
【００２２】
ＩＣＰ−ＭＳの非常に高いダイナミックレンジのため、Ｑ１質量フィルタ５０前の質量（Ａ−１）及び（Ａ−２）におけるピークの初期強度は、理論上は質量Ａにおけるものよりも最大５桁または６桁分高くなり得る。この質量分析ではマトリックス信号が存在し得る。マトリックスピークは通常、数百（１００）のｐｐｍと等価の電流において飽和に達し、一方で分析物の検出限度は通常１兆分の１未満（ｓｕｂ−ｐｐｔ）で達する。マトリックスが１００〜５００ｐｐｍ以上の濃度を有する場合、その電流は空間電荷によって飽和され、おおよそ１００ｐｐｍに対応するレベルに留まる（例として、２＊１０8イオン／秒／ｐｐｍは２＊１０10イオン／秒の電流に対応し、１ｐｐｔの信号は２＊１０2イオン／秒の電流を示すことになる）。このような極端な事例では、また潜在的に最も困難なアンモニアの事例では、２．５＊１０-4＜Ｐrel（Ａ−１）＜２．５＊１０-3である場合、干渉を分析物信号よりも小さくすることができる。酸素の場合、２．５＊１０-3＜Ｐrel（Ａ−１）＜２．５＊１０-2である。質量（Ａ−１）におけるマトリックスの原初のイオンが酸素（Ｒ＝１６）と完全に反応する場合、検出限度は、質量（Ａ＋Ｒ−１）における酸素の基準同位体（ｂａｓｅ  ｉｓｏｔｏｐｅ）については２＊１０10の信号強度によって、また（Ａ＋Ｒ）における17Ｏについては、１００ｐｐｔと等価である対応する２＊１０4の信号強度（上に詳述されたこの同位体の相対存在量に関し、かつＰrel＝２．５＊１０-3である）によって定義される。マトリックスの強度がさほど高くなければ（低いｐｐｍがより典型的である）、ほとんどの実際的事例についてＰrel＝２．５＊１０-2が既に十分であろう。
【００２３】
この条件が満たされる場合、Ｐrel（Ａ−２）が十分に小さくなり、その結果、干渉レベルを十分な精度で決定するためにＩ（Ａ−２）・Ｐrel（Ａ−２）を測定する必要がなくなる。かかる値は、四重極型質量フィルタにしては実際にはかなり控えめだが、図１に示される実施形態のＱ１質量フィルタ５０など、より高い圧力で動作する短く低性能の四重極では到達が困難な場合がある。
【００２４】
したがって、誤った結果を回避するため、また上で概説したように、通常の動作モードに、追加の品質制御動作（質量（Ａ＋Ｒ）における信号（第１の出力）だけではなく、（Ａ＋Ｒ−１）における（第２の出力）、そしていくつかの事例では（Ａ＋Ｒ−２）における（第３の出力）も取得すること）を追加することが提案される。これらの質量における信号が分析物の質量におけるものよりも大幅に強い場合にしか意味をなさないため、かかる測定は、分析物の滞留時間より少なくとも１桁少ない滞留時間を用いて達成され得る。これはＩ（Ａ−ｉ）・Ｐrel（Ａ−ｉ）の直読値を示し、残りの項Ｉrel（Ｒ＋ｉ）は所与の反応ガスの既知数である（ｉ＝１、２）。Ｑ３の代わりにまたはそれに加えて、パノラマ式分析部（ｐａｎｏｒａｍｉｃ  ａｎａｌｙｓｅｒ）（例として、軌道トラップ型のものなどの飛行時間型静電トラップ分析部）が使用される場合、これらの信号は同時に取得され得る。
【００２５】
したがって、第１の出力の補正が達成され得る。強度は（Ａ＋Ｒ−１）において測定され、第２の出力を提供する。これは、目的の元素と、16Ｏ（Ｒ＝１６）などの反応ガスの基準の（通常最も強い）同素体との反応について強度が確立されることを可能にする。17Ｏは、この基準同位体に対して３．８＊１０-4の割合で天然に豊富であるため、これは、（Ａ＋Ｒ）における目的の信号（第１の出力）の成分としての干渉の強度が、（Ａ＋Ｒ−１）で測定されたものの３．８ｅ−４であることを意味する。したがって、この干渉強度は、（Ａ＋Ｒ）における測定値から減算される。酸素の事例では、基準同位体に対して２．０５＊１０-4の割合で天然に豊富である18Ｏも存在し、そのため、信号（第３の出力）がまた（Ａ＋Ｒ−２）で測定され、この成分は（Ａ＋Ｒ）における信号に強力な入力情報も与え得るため、第１の出力を補正するために使用される。
【００２６】
計算される干渉が、質量（Ａ＋Ｒ）に対して検出された信号の大部分を構成しない場合（例えば、８０％の閾値が、全信号中のその占有率に対して選択され得る）、その質量において測定される信号は補正され、分析測定のために使用され得る。
【００２７】
さもなければ、この測定を棄却するべきであり、Ｑ１の単離範囲をわずかな増加（典型的には、０．３ａｍｕ）分移動させる。図２に示される事例（反応ガスの質量がＱ１帯域通過幅より高い場合）では、この調整は、質量Ａにおける分析物透過度を犠牲にしてＰrel（Ａ−１）を低減させるために、より高い質量に向けたものである。典型的には、これはＰrel（Ａ−１）を１〜２桁分低減させることができ、一方で、質量Ａにおける信号は２〜５の倍数分低下するであろう。図３の事例（反応ガスの分子質量がＱ１帯域通過幅よりも高くない場合）では、単離範囲は、Ｐrel（Ａ＋１）を低減させるために、代わりにより低い質量に向けて移動させられるべきである。単離範囲のこの調整が役立たない場合、分析物測定のための代替的方法（代替的な反応ガス、同位体的にクリーンな反応ガス、または同様のものなど）が選択され得る。
【００２８】
故に、概括的に言えば、これは、イオンを発生させるためのイオン源（例えば、ＩＣＰ）と、イオン源により発生したイオンを受容し、受容されたイオンからある質量対電荷比のフィルタ範囲のイオンを選択し、選択されたイオンを透過させるように設けられた質量フィルタと、質量フィルタにより透過したイオンを受容し、受容されたイオンをガスと反応させ、それによって生成物イオンを発生させるように構成された反応セルまたは衝突セルと、反応セルまたは衝突セルから生成物イオンを受容し、質量対電荷比の１つまたは複数の分析範囲内にある受容されたイオンを分析するように設けられた質量分析部と、制御部と、を備える質量分析計、特に元素質量分析計と見なされ得る。本質量分析部は、分析されたイオンの検出に基づいて少なくとも１つの出力を提供するように特別に構成される。制御部は、所望の質量対電荷比（Ｍ）を含む質量対電荷比の第１の分析範囲内にあるイオンを測定する（質量分析部からの）第１の出力を提供し、所望の質量対電荷比より少なくとも０．９５原子質量単位分低い質量対電荷比（Ｍ−ｉ）（ｉは、０．９５以上である）を含む質量対電荷比の第２の分析範囲内にあるイオンを測定する（質量分析部からの）第２の出力を提供するように、元素質量分析計を動作させるように、特に構成される。制御部は、次いで、第２の出力に基づいて第１の出力を補正するように、さらに有益に構成される。
【００２９】
同じように、元素質量分析計の少なくとも１つの動作を実施することを含む、質量分析計、特に元素質量分析計を動作させる方法（または質量分光測定の方法、質量分光法、元素質量分光測定、もしくは元素質量分光法）も提供され得る。各動作は、イオン源内でイオンを発生させるステップと、イオン源により発生したイオンからある質量対電荷比のフィルタ範囲のイオンを、質量フィルタにおいて選択して、選択されたイオンを透過させるステップと、質量フィルタにより透過したイオンを、反応セルまたは衝突セルにおいてガスと反応または衝突させて、それによって生成物イオンを提供するすなわち発生させるステップと、質量対電荷比複数の分析範囲内にある生成物イオンを、質量分析部において分析するステップと、を含み得る。次いで、所望の質量対電荷比（Ｍ）を含む質量対電荷比の第１の分析範囲内にあるイオンを測定する第１の出力が、有利に提供される。所望の質量対電荷比より少なくとも０．９５原子質量単位分低い質量対電荷比（Ｍ−ｉ）（ｉは、０．９５以上である）を含む質量対電荷比の第２の分析範囲内にあるイオンを測定する第２の出力が、有益にさらに提供される。それによって、第１の出力が、第２の出力に基づいて補正され得る。
【００３０】
広範囲の任意選択かつ好ましい特徴が本元素質量分析計及び本方法のいずれかまたは両方に適用され得、１つのものに関して本明細書に記載される任意の特徴は、他のものに等しく適用され得る。例えば、質量対電荷比のフィルタ範囲は、好ましくは１原子質量単位よりも広い。
【００３１】
いくつかの事例では、本元素質量分析計は、質量対電荷比の第３の分析範囲内にあるイオンを測定する第３の出力を提供するように動作し得る。第３の分析範囲は、所望の質量対電荷比より少なくとも０．９５原子質量単位分低い質量対電荷比（Ｍ−ｉ）（ｉは、０．９５以上である）を含む。有益なことに、第１の出力は、第２の出力及び第３の出力に基づいて補正される。質量対電荷比の第３の分析範囲は、質量対電荷比第２の分析範囲とは有利に異なり、典型的には、例えば、特にｉがおよそ１であるとき、第２の分析範囲が（Ｍ−ｉ）を含み得、第３の分析範囲が（Ｍ−２ｉ）を含み得るように、質量対電荷比の第２の分析範囲の上限より少なくとも０．９５ａｍｕ分低い上限を有する。
【００３２】
好ましい実施形態では、質量対電荷比の１つまたは複数の分析範囲の各々は、１原子質量単位以内であり、より好ましくは、質量分析部は、１原子質量単位以内である帯域通過質量幅を有する。第１の出力は、好ましくは、質量対電荷比の第１の分析範囲（幅１ａｍｕ未満）内にある受容されたイオンを分析するように構成された質量分析部を用いた、本元素質量分析計の第１の動作によって提供され、第２の出力は、質量対電荷比の第２の分析範囲（幅１ａｍｕ未満）内にある受容されたイオンを分析するように構成された質量分析部を用いた、本元素質量分析計の第２の動作によって提供される。したがって、第２の出力は、本元素質量分析計のさらなる動作提供され得る。このさらなる動作（及び第３またはそれよりも多くの出力を提供するためのさらなる動作）は、典型的には、第１の動作に続いて起こるが、これは厳密に必要ではない。典型的には、反応セルまたは衝突セルは、受容されたイオンを多同位体ガスと反応または衝突させるように構成され、かつ／または受容されたイオンの少なくとも一部は多同位体性である。追加的または代替的には、例えばアンモニアが反応ガスとして使用されるとき、このガスは、異なるｍ／ｚ比を有する複数の付加物（または生成物）イオンを生じさせ得る。かかる事例では、所望のイオンのｍ／ｚ比とわずかに異なるｍ／ｚ比を有する同位体は、所望のイオンにより発生する付加物（または生成物）イオンのｍ／ｚ比と容易に区別できないｍ／ｚ比を有する付加物（または生成物）イオンをもたらし得るため、第２の質量フィルタ（Ｑ３段階）において受容される所望のイオンの全てを直ちに識別することは必ずしも可能ではない場合がある。
【００３３】
別の実施形態では、質量分析部は、少なくとも１原子質量単位の幅を有する質量対電荷比の範囲内にある受容されたイオンの単回分析を実施するように設けられる。次いで、第１の出力及び第２の出力（また任意選択的に第３のまたはそれよりも多くの出力）が、単回分析に基づいて提供され得る。
【００３４】
第１の質量フィルタ、第２の質量フィルタ、及び反応セルまたは衝突セルのうちの１つまたは複数（より好ましくは全て）が、単極型イオン光学デバイス、またはより好ましくは、四重極型、六重極型、もしくは八重極型イオン光学デバイスなどの多重極型イオン光学デバイスを含み得る（しかし八重極型イオン光学デバイスは一般的には、反応セルまたは衝突セルとしてしか使用され得ない）。いくつかの実施形態では、質量分析部は、飛行時間型もしくは飛行距離型の質量分析器、ＲＦトラップ、イオン移動度フィルタ、磁気セクター、静電トラップ分析器、または軌道トラップ質量分析器を含む。質量分析部は、受容された生成物イオンから、質量対電荷比の１つまたは複数の分析範囲のイオンを選択し、選択されたイオンを透過させるように構成された質量選択デバイス（多重極型イオン光学デバイス、飛行時間型質量選択デバイス、静電トラップ、または同様のものなど）と、質量選択デバイスにより透過したイオンを検出するように設けられたイオン検出部と、を備え得る。
【００３５】
したがって、第１の出力は（質量対電荷比の第１の分析範囲がＭを含むとき）、第２の出力（また任意選択的に第３のまたはさらなる出力）を使用して補正される。任意選択的に、干渉レベルが、第２の出力（また任意選択的に第３のまたはさらなる出力）に基づいて決定される。この干渉レベルは、第１の出力を補正するため、または（以降に詳述されるように）更新された第１の出力を提供するために、有益に使用される。
【００３６】
第１の出力に対する干渉レベルが少なくとも閾値レベルであるかどうかが識別され得る。閾値レベルが満たされる場合、更新された第１の出力を提供するための元素質量分析計の動作が実施される（これは、好ましい実施形態では追加の動作であり得る）。更新された出力に関する少なくとも１つのパラメータは、典型的には、第１の出力に関する対応するパラメータとは異なる。次いで、第２の出力に基づいて更新された第１の出力を補正することによって、第１の出力が補正され得る。更新された第１の出力には、Ｍを含むように設定されるが第１の出力に使用された質量対電荷比の第１の範囲とは異なる、質量対電荷比の更新された第１の分析範囲が任意選択的に使用される。例えば、設定される質量対電荷比の更新された第１の分析範囲の下限は、第１の出力に対して設定される質量対電荷比の第１の分析範囲の下限よりも高くてよい。
【００３７】
いくつかの実施形態では、反応セルまたは衝突セル内で使用されるガスの質量は、質量対電荷比のフィルタ範囲によって定義される帯域通過幅以下である。この質量は、付加物内の成分が、Ａ−ＨまたはＡ−Ｏにあるような、ＨまたはＯ原子などの原子である、原子質量であり得る。他の事例では、この質量は、アンモニアガスが使用される場合にＡ−ＮＨにあるような、ＮＨなどの分子断片の質量であり得る。その場合、質量対電荷比の更新された第１の分析範囲の上限は、第１の出力に対して設定される質量対電荷比の第１の分析範囲の上限よりも低くてよい。追加的または代替的には、このことは、更新された第１の出力に関する少なくとも１つのパラメータが、わずかな増加分調整される質量フィルタによって定義される帯域通過幅を含む第１の出力の対応するパラメータとは異なるとして理解され得る。例えば、反応ガスの質量が、質量フィルタにより定義される帯域通過幅よりも高い場合、帯域通過幅の調整は、より高い質量に向けたものであり得る。反応ガスの質量が、質量フィルタにより定義される帯域通過幅よりも高くない場合、帯域通過幅の調整は、より低い質量に向けたものであり得る。質量対電荷比の更新された第１の分析範囲の限界と、第１の出力に対して設定された質量対電荷比の第１の分析範囲の対応する限界との間の差（または代替的には、上記の小増加分）は、好ましくは、１ａｍｕ、０．５ａｍｕ未満、より好ましくは０．４、０．３、０．２５、０．２、または０．１ａｍｕ未満である。追加的または代替的には、第１の出力に関する対応するパラメータとは異なる更新された第１の出力に関する少なくとも１つのパラメータは、反応ガスの主成分、及び反応ガスの同位体純度のうちの一方または両方を含む。
【００３８】
本元素（ＩＣＰ）質量分析計の動作モード、特に反応セル（Ｑ２）に関するいくらかのさらなる詳細を、以降に記載する。様々なガスが反応セル６０内に導入されてよいが、それらの全てが、典型的には、事前選択された前駆イオンの生成物イオンを生成することができる。イオンの熱力学特性及び／または化学特性に基づいて、事前選択されたイオンのみが反応（ひいてはそれぞれのｍ／ｚ比の変化）を受けるべきであることが特に望ましい。他のイオン（干渉）は、反応を受けるべきではなく、それ故にそれらの質量の増加を示さない。これは、質量分析部（Ｑ３）が生成物イオンのｍ／ｚ比に設定されることを可能にし、このｍ／ｚ比は、対応する前駆イオンのｍ／ｚ比とは異なる。これは、潜在的な同重体の多原子干渉を劇的に低減させ、ひいてはバックグラウンド等価濃度（ＢＥＣ）を低下させることができる。次いで、これは、このモードにおけるシステムの感度が同様に低減されても、最低の検出限界及び定量下限（ＬＯＤ／ＬＯＱ）が達成されることを可能にする。以降、この手法に従ういくつかの実施例を、以下にＩＣＰ−ＭＳと称される図１の実施形態を参照して記載する。
【００３９】
第１の実施例は、様々なマトリックス上の硫黄の定量である。硫黄は、ＩＣＰ−ＭＳによる定量に使用され得る４つの同位体を有する。しかしながら、最良のＬＯＤを得ることは、これらの同位体の天然の存在量によって妨げられ得る。例えば、３２の公称ｍ／ｚ比を有する最も豊富な同位体（９５．０２％）は、正電荷を帯びた分子酸素に強く干渉される。それ故に、研究者らはこれまで、彼らの分析のために３４のｍ／ｚ比を有する同位体（存在比４．２１％）をしばしば使用してきたが、16Ｏ18Ｏ+のような干渉もここで起こり得、高いＢＥＣ及び偽陽性結果につながる。
【００４０】
硫黄はタンパク質中の数少ないヘテロ原子のうちの１つであるため、その定量は極めて望ましい。タンパク質の性質（その保持時間に基づく）ならびに試料中のその量を決定するために、ＩＣＰ−ＭＳシステムは、液体クロマトグラフィー（ＬＣ）またはイオンクロマトグラフィー（ＩＣ）システムなどの初期分離デバイスに連結されることが多い。用いられるカラム上では非常にわずかな量しか分離され得ないため、脱溶媒和、蒸発、原子化、及びイオン化後にＩＣＰ−ＭＳシステムの分析部に到達するイオンの量も限定される。試料は典型的には生物源由来であるため、マトリックスは、いくつかの他の成分が同じ保持時間で分離デバイスから溶出する一方で、大気中で生じる元素、特にアルゴン（これはプラズマを持続させるために使用される）は概して常に存在するように、かなり複雑である。ＩＣＰ三連四重極型質量分析計の使用は、分析を著しく改善させることができる。
【００４１】
図５を参照すると、硫黄の無干渉の定量のための、図１のＩＣＰ質量分析計の動作原理が概略的に示されている。四重極型デバイス（Ｑ１）である、第１の質量フィルタ５０では、少なくとも３２のｍ／ｚ値を有するイオンのみが選択され、他の質量（４８など）を有するイオンは、イオンビームからフィルタリングで取り出さされる。これは、ステップ１１０に示される。このように、このイオンビームは、概算で、ステップ１２０において衝突または反応セル６０に進入する前に、硫黄（この事例では最も豊富な同位体が使用され得る）及び他の同重体干渉のみを含む。かかる適用例では、セルは酸素で加圧される。硫黄イオンは、発熱反応において酸素と反応し、４８のｍ／ｚ値を有する32Ｓ16Ｏ+を形成する。エネルギーが必要とされるため（吸熱）、32Ｓと同じｍ／ｚを有する分子状の酸素イオンはこの反応を受けることができない。したがって、衝突または反応セル６０の後に、イオンビームは、３２のｍ／ｚを有する干渉、反応を受けなかった硫黄イオン（少なくともこの反応に関しては、質量シフトモードが使用される事例ではシステムの感度はより低くてよい）、及び４８のｍ／ｚを有する正電荷を帯びた硫黄酸化物を含む。４８のｍ／ｚを有する他の干渉は全て、第１の四重極内のイオンビームからフィルタリングで取り出された。したがって、硫黄は、ステップ１３０において、四重極型デバイス（Ｑ３）でもある第２の質量フィルタ８０が４８のｍ／ｚ（生成物イオンの質量）に設定されるとき、干渉なしに分析されることができる。代替的には、第２の質量フィルタ８０（Ｑ３）は、６４のｍ／ｚ値に設定されてもよい。この事例では、32Ｓ16Ｏ16Ｏ+のみが得られる信号に寄与するであろう。
【００４２】
別の実施例は、血液などのマトリックス内のチタンの定量である。チタン、またはより具体的にはチタン合金は、人工股関節の材料として使用されている。いわゆるメタルオンメタル（ＭｏＭ）インプラントが使用される場合、その材料は、正確に固着していない場合があるか、または経時的に緩む。この事例では、チタンを血流に曝露し、血中のチタン含有量を分析して、人工関節を交換する必要があるか否かを確かめることができる。
【００４３】
硫黄と同様に、チタンは、定量に使用され得るいくつかの同位体を有する。この事例では、４８のｍ／ｚ比を有する同位体が最も豊富であり、通常は、カルシウムまたは二重荷電ジルコニウムのいずれかによって強く干渉される。繰り返しになるが、明確に定義されたｍ／ｚ比範囲内にあるイオンのみが第１の質量フィルタ５０（Ｑ１）を通ることができ、一方で、チタンの事例では、衝突または反応セル６０を加圧するためにアンモニアを用いることが最良の結果をもたらす。純酸素、またはアルゴン、キセノン、もしくはヘリウムのような不活性ガスとの混合物は、限定された一組の生成物イオン（一酸化物イオン及び二酸化物イオン）しかもたらし得ないが、アンモニアは、可能性のある様々な生成物イオンを発生させることができる。形成される特定の生成物イオンは、イオン運動エネルギー、ひいてはＩＣＰ−ＭＳシステム内のイオンレンズの設定、主に、衝突または反応セル６０及び第２の質量フィルタ８０（Ｑ３）に印加されるバイアス電圧に強く依存する。以下の表は、窒素原子及び水素原子の数に従って可能性のある質量差を要約する。
【表１】
0006300874.tif 000003
【００４４】
この計算では、これらの元素の両方が単同位体性であると仮定したことに留意されたい。これは、１５（ＮＨ）、１６（ＮＨ2）、及び１７（ＮＨ3）のｍ／ｚ比を有するイオンの存在量を見ると妥当であると思われる。これらの分子の各々の存在量値が９９％超であることが分かり、それらが単同位体性として扱われてよいことを示している。文献から、オスミウム及びイリジウムは、１５ａｍｕの質量シフトを有する付加イオンを形成することが知られている（ゲルマニウムは１６ａｍｕ、銅、白金、及び金は３４ａｍｕ、そしてチタンは６６ａｍｕ）。しかしながら、３２ａｍｕの質量シフトも報告されている。図６Ａ及び図６Ｂには、チタンの無干渉の定量のための、図１のＩＣＰ質量分析計の動作原理が概略的に示されている。これらは上記の硫黄の実施例に近く、その原理はその説明を参照すれば理解され得る。
【００４５】
上述のように、図１に示される種類の機器（ＩＣＰ三連四重極型質量分析計など）が、従来のシステムと比較して優れた結果を示す、様々な用途を見出すことができる。最も関連性のある質量シフト反応は、酸素で加圧された衝突または反応セル６０を使用する酸化である。周期表の全ての元素は、外部エネルギーを加えることなく酸素との反応が可能であるもの（発熱反応）、衝突または反応セル６０のバイアス電圧のためにイオンが十分なエネルギーを保有する場合に酸化が可能であるもの（必要とされるエネルギーの３倍多いエネルギーを加えるバイアス電位との低エネルギー障壁吸熱反応）、及びエネルギー障壁が高すぎるため酸化が不可能であるもの（強い吸熱反応）の、３つの群に分類され得る。しかしながら、分析物の生成物イオンを干渉から分離させるために酸化反応が使用され得ない場合、他の反応ガスが使用されてもよい。上述のように、例えば、銅、白金、金、チタン、イリジウム、オスミウム、及びゲルマニウムに関して、アンモニアとの反応が報告されている。この目的のために３番目に広く使用されているガスは水素である。最も顕著な例は、ＣｌＨ2+への塩素イオンの水素化、及びＰＨ4+へのリンの水素化である。この事例では前駆イオンと生成物イオンとの間の質量差は１〜４ａｍｕであることに留意されたい。
【００４６】
質量範囲の最大幅及び必要とされる質量範囲の位置の計算を以降に記載する。上記の実施例から分かるように、前駆イオンの質量シフトは、酸素については少なくとも１６ａｍｕ、アンモニアについては１５ａｍｕである。これは、第１の質量フィルタ５０（Ｑ１）の質量範囲が、前駆イオンの質量、すなわち、分析物の原初の質量ｍから始まり得、ｍ＋１４ａｍｕにおいて終わり得ることを意味する。［ｍ，ｍ＋１４］の範囲内にある質量を有するイオンは全て、分析物生成物イオンが第２の質量フィルタ８０（Ｑ３）によって全ての干渉から分離され得るように、１５または１６ａｍｕ少なくとも増加する。
【００４７】
しかしながら、アンモニアはより複雑なクラスターを形成することができるため、この仮定は完全に妥当ではない場合がある。このことを念頭に置いて、図１に従う、質量分析計内の第１の質量フィルタの幅に依存した、１つまたは複数のｍ／ｚ比のイオンがアンモニアと反応する状況に関する、概略的な単純化された質量スペクトルが図示されている図７Ａ〜７Ｃをここで参照する。まず図７Ａを参照すると、１つの特定の質量（ｍ）を有する１つのみのイオンがアンモニアと反応する場合の、例示的な質量スペクトルが示されている。ｍ＋１５、ｍ＋１６、ｍ＋１７、ｍ＋３２、ｍ＋３３、及びｍ＋３４におけるピークを見ることができることが分かる。図７Ｂは、より多くの質量が加えられている同様の状況に関する質量スペクトルを図示する。これが起こるのは、この図の左側に示されるように、第１の質量フィルタ５０（Ｑ１）がより大きな１２ａｍｕの質量範囲幅を有するためである。分析物質量は、Ｑ１質量範囲の低質量側に位置付けられる。第１の質量フィルタ５０のため、反応セル６０後のイオンの質量スペクトルは、質量ｍ−１において、また質量ｍ＋１３及びｍ＋１４において、相対的に非常に小さな強度を含む。上記のように、干渉の寄与は除去され得る。この例示の目的のために、全てのイオンが同じ反応効率を示すと仮定されるが、このことは全ての適用例に当てはまるものではないことに留意すべきである。１２ａｍｕの最大質量範囲幅が、干渉なしでｍ＋３２ａｍｕにおいて生成物イオンを分析するために必要とされることが、本実施例から分かる。しかしながら、（ｍ＋ＮＨ（ＮＨ３）n）のクラス（ここで、ｎは、０を含む自然数である）に入る生成物イオンしか分析され得ない。
【００４８】
（ｍ＋（ＮＨ3）n+1）のクラスに入るイオンも分析するためには、分析物質量を、質量範囲の高質量側にシフトさせるべきである。図７Ｃは、この図の左側に示されるように、第１の質量フィルタ５０（Ｑ１）が１２ａｍｕの質量範囲幅を有する、図７Ｂと同様の状況に関する質量スペクトルを図示する。質量範囲の中心の質量は同じである。唯一の差は、質量範囲内にある目的の前駆体質量の位置である。分析物質量は、Ｑ１質量範囲の高質量側に位置付けられる。
【００４９】
上記のように、質量範囲の位置を目的の前駆体質量を中心としてシフトさせることは、前述の水素との反応に関する問題への解法でもある。ここで、前駆イオン質量と生成物イオン質量との間の質量差は、１〜４ａｍｕである。この事例では、前駆イオン質量も、第１の質量フィルタ５０（Ｑ１）によって作り出される質量範囲の高質量側に位置付けられる必要がある。言及された２つの実施例では、塩素またはリンよりも低い質量を有するイオンのいずれも、生成物イオンよりも多くの水素原子を有するクラスターを生成することができない。これは、衝突または反応セル６０内で新たなイオンが作り出されても、これらの生成物イオンのいずれも、３５ａｍｕ（31Ｐ+は前駆イオンである）または３７ｕ（35Ｃｌ+）は前駆イオンであるの質量を有しないことを意味する。リンの精確な定量は、例えば、最もクリーンな化学物質のみを使用し、シリコンウェハ内のドーピングの量を検証するために、半導体産業にとって重要となり得る。
【００５０】
低い及び高い質量抑制の質を、第１の質量フィルタ５０（Ｑ１）の質量範囲を参照して以降に記載する。図７Ｂ及び７Ｃから分かるように、質量範囲内の最低質量よりも１ａｍｕ少ないか、または質量範囲内の最高質量よりも１ａｍｕ高い質量を有するイオンは、目的の生成物イオンと同じｍ／ｚ比値を有する不要な生成物イオンを作り出さないように、抑制されるべきである。
【００５１】
反応セル６０が酸化反応を実施する場合、抑制の質は、全てのイオンに対して同じ反応効率を仮定すること、ならびに、酸素の低存在量の同位体である17Ｏ（０．０３８％）及び18Ｏ（０．２％）との反応に起因する干渉イオンの質を計算することによって定義され得る。システム全体の存在比感度がまた、単一の存在比感度値の積として含まれる場合、３％の偽陽性信号に対して、干渉信号が分析物よりも５，０００倍強くなり得ることが分かる。これは、質量範囲が、ｍ−１及びｍ＋１３（低質量抑制の場合）またはｍ−１３及びｍ＋１（高質量抑制の場合）における質量を１％に、すなわち１００の倍数分抑制する場合に達成され得る。これは、第１の質量フィルタ５０（Ｑ１）の質量分離力が、十分に急な勾配を質量範囲ピークの斜面に提供するのに十分でない場合、作用点（所望の質量）は実際にはピークの斜面内にあってもよいことを意味する。これは、得ることのできる機器の感度を潜在的に低下させるが、それでも十分な干渉抑制を保証し得る。しかしながら、さらなる点に留意すべきである。正確なだけではなく精確な結果を得るためには、干渉抑制の質は、より長期にわたって一定に保たれなければならない。
【００５２】
いくつかの他の実施例、及び「オンマス」の適用例を、以降に記載する。第１の質量フィルタ５０として四重極を用いることは、既に言及したものとは別に、いくつかの他の追加の利益を有する。かかる四重極型デバイスが必ずしも質量フィルタとして駆動されないことを、当業者であれば理解するであろう。それは、追加的または代替的に、印加される無線周波数の電圧が分析物の質量と共に増加するとき、低質量イオンを排除する能力を有するイオンガイドとして働くことができる。
【００５３】
第１の四重極の設定質量が第３の四重極の設定質量と同じである場合にも、利点を得ることができる。例として、存在比感度が改善され得る。例えば、臭素の８１ａｍｕの同位体において臭素を分析するとき、８０のｍ／ｚ比におけるピーク（40Ａｒ40Ａｒ）は、テーリングに起因して８１のｍ／ｚにおける信号に寄与し得る。この事例では、いわゆる存在比感度が、質量範囲の位置によって低質量側または高質量側のいずれかに向かって高まるため、第１の四重極が有益であり得る。しかしながら、ほとんどのイオンが単一の水素化反応を受け、目的の分析物の質量上で高存在量を有するピークの一部分を単にシフトさせるだけであるため、この適用例は限定され得る。さらに、第１の四重極の後にイオンビーム内のイオンの数が限定されるため、目的の質量範囲全体にわたる、低減した空間電荷作用及びより平坦な質量バイアスも有益である。これにより、この機器を通常のまたは高度な四重極型質量分析計として使用することが可能となる。
【００５４】
この機器は、反応セル６０が分析物の質量ではなく干渉イオンの質量をシフトさせるように構成されてもよい。これは、一組の選択された前駆イオンから、分析物イオンは反応しないが、干渉イオンは反応することを意味する。上記のように、このことは、希土類元素の技術分野でいくつかの適用例について報告されており、干渉の質量シフトがセレンまたは鉄の定量のために使用される初期のＩＣＰ−ＭＳシステムからも周知である。これらの元素の最も豊富な２つの同位体（それぞれ、８０、５６ａｍｕ）は、40Ａｒ40Ａｒ+及び40Ａｒ16Ｏ+に強く干渉される。両方の事例において、水素、または水素と不活性ガスとの混合物は、干渉を「放電する」ため、または水素を用いて生成物イオンを作り出すために使用される。鉄イオン及びセレンイオンと水素との反応効率は、この事例では両方の四重極がそれぞれの同じ質量に再度設定されるようにかなり低い。
【００５５】
上で説明したように、本発明の動機は、第１の（Ｑ１）質量フィルタ５０のパラメータに関し、具体的には、この質量フィルタに、１ａｍｕ超のｍ／ｚ比範囲を有するイオンを透過させることに関する。第１の質量フィルタ５０は、典型的には多重極型イオン光学デバイス、好ましくは四重極型デバイスである。このデバイスを通るイオンの速度は、より緩徐なイオン及びより高い質量フィルタリング特性につながる増加した電位と共に、軸電位（オフセット電位とも名付けられる）を使用することで制御され得る。しかしながら、増加した軸電位（具体的には陽軸電位）は、デバイスを通る透過度の低減を引き起こす場合もある。約０Ｖである軸電位を用いると、分解能と第１の質量フィルタ５０の透過度との間の良好な着地点が達成され得ることが見出された。正確な軸電位は、透過されるｍ／ｚ比範囲に依存し得る。現行のＩＣＰ−ＭＳ分析部でのイオンの分析は、約５ｅＶのＦＷＨＭ（半値全幅）と共に、１ｅＶをわずかに超える平均エネルギーを示唆する。
【００５６】
第１の質量フィルタ５０の透過範囲の勾配は、考慮すべき別のパラメータである。典型的には、透過範囲の境界において少なくとも１０2.5／ａｍｕの強度勾配（隣接する質量を１％未満に抑制することと等価）が許容可能であり、より急な勾配が好ましい。これは、所望のｍ／ｚ比が透過範囲の境界に近い（すなわち、境界から１ａｍｕ以下または未満分離れている）ときに特に当てはまる。振動の数は、第２の（Ｑ３）質量フィルタ８０の振動の半分であり得る。特定の実施形態では、第１の質量フィルタ５０の長さと、その振動周波数との積は、約２＊１０5Ｈｚ＊ｍ（またはそれ以下）、代替的には、約２．５＊１０5Ｈｚ＊ｍ、３＊１０5Ｈｚ＊ｍ、３．５＊１０5Ｈｚ＊ｍ、４＊１０5Ｈｚ＊ｍ、４．５＊１０5Ｈｚ＊ｍ、５＊１０5Ｈｚ＊ｍ、または５．５＊１０5Ｈｚ＊ｍ（またはそれ以下）であるべきである。
【００５７】
概括的に言えば、別の態様は、イオンを発生させるためのイオン源と、イオン源により発生したイオンを受容し、受容されたイオンからある質量対電荷比のフィルタ範囲のイオンを選択し、選択されたイオンを透過させるように設けられた（多重極型、好ましくは四重極型）質量フィルタと、質量フィルタにより透過したイオンを受容し、受容されたイオンをガスと反応させ、それによって生成物イオンを発生させるように構成された反応セルまたは衝突セルと、反応セルまたは衝突セルから生成物イオンを受容し、質量対電荷比の１つまたは複数の分析範囲内にある受容されたイオンを分析するように設けられた質量分析部と、を備える元素質量分析計と見なされ得る。質量フィルタは、質量フィルタの長さと、その振動（ＲＦ）周波数との積が、２＊１０5Ｈｚ＊ｍ、２．５＊１０5Ｈｚ＊ｍ、３＊１０5Ｈｚ＊ｍ、３．５＊１０5Ｈｚ＊ｍ、４＊１０5Ｈｚ＊ｍ、４．５＊１０5Ｈｚ＊ｍ、５＊１０5Ｈｚ＊ｍ、及び５．５＊１０5Ｈｚ＊ｍのうちの１つ以下となるように構成され得る。追加的または代替的には、（第１の）質量フィルタに関連して本明細書に開示されるパラメータ（またはパラメータ範囲）のうちの他のいずれかを使用してもよい。反応セルまたは衝突セル及び／または質量分析部も、多重極型（好ましくは四重極型）イオンデバイスであってよい。加えて、この概括的な態様は、他の態様に関連して本明細書に開示される任意の他の特徴と任意選択的に組み合わされ得る。
【００５８】
第１の質量フィルタ５０は、各イオンがガス分子との最小数の衝突を受けるように、さらに構成される。かかる衝突は透過度を低減させる。好ましくは、各イオンは、四重極内で１回以下の衝突を受けるべきである。これは、第１の質量フィルタ５０が反応セル６０と同じ圧力領域内（１０％、２０％、または２５％以下の圧力差）で動作していても達成され得る。この事例では、第１の質量フィルタ５０の長さが短いこと、好ましくはおよそ５０ｍｍ、典型的には１００ｍｍ、９０ｍｍ、８０ｍｍ、７５ｍｍ、７０ｍｍ、６０ｍｍ、及び５０ｍｍのうちの１つ以下（または未満）であることが望ましい。追加的または代替的には、第１の質量フィルタ５０の長さは、第２の（Ｑ３）質量フィルタ８０の長さの半分以下であってよい。
【００５９】
上記の分析に基づいて、第１の質量フィルタ５０に印加されるＲＦ周波数が計算され得る。質量フィルタの長さとそのＲＦ周波数との積が２．５＊１０5Ｈｚ＊ｍであり、その長さが５０ｍｍである場合、ＲＦ周波数は４ＭＨｚとなるはずである。実際には、より高い周波数が有利であり得るため、ＲＦ周波数はこれより高くてよい。例えば、質量フィルタの長さは、４０ｍｍ、５０ｍｍ、６０ｍｍ、もしくは７０ｍｍ以下であり得、かつ／または質量フィルタの振動もしくはＲＦ周波数は、少なくとも３、３．５、４、４．５、５ＭＨｚであり得る。追加的または代替的には、第１の質量フィルタ５０のＲＦ周波数は、第２の（Ｑ３）質量フィルタ８０のＲＦ周波数の１．５または２倍以下であってよい。これらのパラメータを考慮すると、四重極のサイズパラメータ（ｒ0）は、２、３、または４ｍｍとなるはずである。
【００６０】
イオン源と質量フィルタとを接続するように構成された導入イオン光学が、好ましくは提供される。導入イオン光学及び質量フィルタは、実質的に同じ圧力で（１％、２％、３％、４％、５％または１０％の許容差内で）動作するように任意選択的に構成される。これは質量フィルタの準最適な性能をもたらし得るが、出力の総合的な低下は本開示の発明によって軽減され得る。さらに、導入イオン光学及び質量フィルタを動作させることは、これらの部品間の差圧よりも著しく実施の複雑性が低く、かつ／または安価であり得る。
【００６１】
特定の一実施形態を記載したが、様々な修正及び交替が可能であることを当業者であれば理解するであろう。例えば、本元素質量分析計の構造は、異なる種類のイオン源、インターフェース構造及び光学系、導入イオン光学（例えば偏向を必ずしも必要としないもの）、ならびに／または差動排気系の配置と共に異なってよい。構成要素が組み合わされるか、または別様に実装される、システムの他の構成が可能である。Ｑ３質量フィルタまたは分析部８０の代替形態は、単極型デバイス、線形もしくは３次元ＲＦトラップ、イオン移動度フィルタ、飛行時間型もしくは飛行距離型の質量選択デバイス、静電トラップ（軌道トラップ質量分析部など）、磁気セクター、または他の質量選択もしくは分析デバイスを含み得る。事実上、Ｑ３段階は、直列もしくは並列の複数の質量選択または分析デバイスを含んでよい。任意選択的に、Ｑ３質量フィルタ８０は、１ａｍｕ超の帯域通過幅を有し得る。全信号中の占有率に対して８０％の閾値を上に記載したが、３０％、５０％、９０％、またはその他など、任意の他の閾値を選択してもよい。上記の説明は典型的には単一荷電イオンを暗示するが、本発明は多重荷電イオンにも適用可能である。
【００６２】
上記の実施例は、多同位体性反応ガスを用いる。しかしながら、追加的または代替的には、分析されているイオン及び／または干渉イオンが多同位体性であってよいことを当業者であれば理解するであろう。本明細書に記載される原理は、適切な応用と共に用いられてよい。
【００６３】
したがって、本発明の前述の実施形態への変更が、依然として本発明の範囲内にありながら行われ得ることは理解されるであろう。本明細書に開示される各特徴は、別段の記載がない限り、同一、等価、または同様の目的を果たす代替的な特徴と置き換えられてもよい。したがって、別段の記載がない限り、開示される各特徴は、包括的な一連の等価または同様の特徴の一例に過ぎない。
【００６４】
特許請求の範囲を含め、本明細書において使用される場合、文脈による別段の指示がない限り、本明細書における用語の単数形は複数形を含むものと見なされるものとし、その逆も同様である。例として、文脈による別段の指示がない限り、特許請求の範囲を含めて、本明細書における単数形の言及、例えば「１つの（ａ）」または「１つの（ａｎ）」（デジタル変換器の１つの類似物など）は、「１つまたは複数の」（例えば、デジタル変換器の１つまたは複数の類似物）を意味する。本開示の説明及び特許請求の範囲の全体にわたり、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、及び「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」という語、ならびにこれらの語の変形、例えば「備えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、または同様のものは、「限定されないが含む」ことを意味し、他の構成要素を除外することを意図しない（かつ除外しない）。
【００６５】
本明細書において提供されるありとあらゆる例、または例示的な言葉（「例として」、「など」、「例えば」、及び同様の言葉）の使用は、本発明をより良好に例示することを意図するものに過ぎず、別段の主張がない限り、本発明の範囲の限定を示すものではない。本明細書中のいかなる言葉も、任意の要素を本発明の実践に対して必須であるものとして示すものと解釈されるべきではない。
【００６６】
本明細書に記載されるいかなるステップも、別段の記載がない限り、または文脈が別段必要としない限り、任意の順序で、または同時に実施されてよい。
【００６７】
本明細書に開示される特徴の全ては、かかる特徴及び／またはステップの少なくとも一部が相互排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わされてよい。特に、本発明の好ましい特徴は、本発明の全ての態様に適用可能であり、任意の組み合わせで使用されてよい。同様に、非本質的な組み合わせで記載される特徴は、別々に（組み合わせずに）使用されてよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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