(57)【要約】向上した質量分解能を有する多重極マスフィルタ。多重極マスフィルタは、少なくともＲＦ電圧源に結合される第１の電極一式と、第１の電極一式に挟入され、並列である第２の電極一式とを有する。第２の電極一式は、第２の電極一式の２つの半径方向に対向する電極に結合される可変ＡＣ電圧を有する。上記第１の電極一式の複数の伝導性ロッドのそれぞれは、横断面が略円形であり、上記第２の電極一式の複数の伝導性ロッドのそれぞれは、横断面が略Ｔ字形である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重極マスフィルタであって、
複数の伝導性ロッドを有する第１のロッド一式と、
交互パターンで該第１のロッド一式に挟入され、並列に配列される、複数の伝導性ロッドを有する第２のロッド一式であって、該第１のロッド一式および該第２のロッド一式は、イオンを受容するための入力端および出力端を画定する、第２のロッド一式と、
該第１のロッド一式に電気的に結合される第１の電圧系統であって、該第１のロッド一式にＲＦ電圧を印加する、第１の電圧系統と、
該第２のロッド一式に電気的に結合される第２の電圧系統であって、該第２のロッド一式の該複数の伝導性ロッドの半径方向に対向する一対に、可変ＡＣ電圧を印加する、第２の電圧系統と
を備える、多重極マスフィルタ。
【請求項２】
前記第１のロッド一式の前記複数の伝導性ロッドのそれぞれは、横断面が略円形である、請求項１に記載の多重極マスフィルタ。
【請求項３】
前記第２のロッド一式の前記複数の伝導性ロッドのそれぞれは、横断面が略Ｔ字形である、請求項１に記載の多重極マスフィルタ。
【請求項４】
前記第２のロッド一式の前記複数の伝導性ロッドの残りに一定の電圧を印加する前記第２の電圧系統をさらに備える、請求項１に記載の多重極マスフィルタ。
【請求項５】
前記ＲＦ電圧は、所定の質量のイオンが前記入力端から前記出力端を通過可能にするための手段を提供する、請求項１に記載の多重極マスフィルタ。
【請求項６】
前記ＡＣ電圧は、前記マスフィルタの分解能を増大させるための手段を提供する、請求項１に記載の多重極マスフィルタ。
【請求項７】
前記第１のロッド一式は、４つの伝導性ロッドを備え、前記第２のロッド一式は、４つの伝導性ロッドを備える、請求項１に記載の多重極マスフィルタ。
【請求項８】
前記第２のロッド一式の前記複数の伝導性ロッドの前記半径方向に対向する一対に印加される、前記第１の電圧系統からの前記可変ＡＣ電圧は、質量対電荷比および質量分解能の関数である、請求項１に記載の多重極マスフィルタ。
【請求項９】
前記第１のロッド一式の前記複数の伝導性ロッドは、中心軸から等距離である、請求項１に記載の多重極マスフィルタ。
【請求項１０】
前記第２のロッド一式の前記複数の伝導性ロッドは、中心軸から等距離で離間している、請求項１に記載の多重極マスフィルタ。
【請求項１１】
質量分析計システムであって、
略大気圧領域内でイオンを発生させるイオン源と、
真空チャンバと、
該真空チャンバに配置される第１のマスフィルタであって、複数の伝導性ロッドを有する第１のロッド一式と、該第１のロッド一式に挟入され、並列に配列され、半径方向に対向する、複数の伝導性ロッドを有する第２のロッド一式とを含む、第１のマスフィルタであって、該第１のロッド一式および第２のロッド一式は、該イオンを受容する入力端および該イオンの少なくとも１つを渡す出力端を画定し、該第１のマスフィルタは、該第１のロッド一式の該複数の伝導性ロッドのそれぞれに電気的に接続される第１の電圧源をさらに有し、該第１の電圧源は、該第１のロッド一式にＲＦ電圧を印加し、該第１のマスフィルタは、該第２のロッド一式の該複数の伝導性ロッドの該それぞれに電気的に接続される第２の電圧源をさらに有し、該第２の電圧源は、可変ＡＣ電圧が該第２のロッド一式の２つの半径方向に対向する伝導性ロッドに印加されるように、該第２のロッド一式にＡＣ電圧を印加する、第１のマスフィルタと、
少なくとも１つのイオンを検出する検出器と
を備える、質量分析計システム。
【請求項１２】
前記真空チャンバに配置される衝突セルであって、前記第１のマスフィルタから前記イオンのうちの前記少なくとも１つの分離を誘起する衝突セルであって、前記マスフィルタの前記出力端に接続される入力と、そこから断片化したイオンを放出するための出力端とを有する、衝突セルと、
該真空チャンバに配置される第２のマスフィルタであって、複数の伝導性ロッドを有する第３のロッド一式と、該第３のロッド一式に挟入され、並列に配列され、半径方向に対向する、複数の伝導性ロッドを有する第４のロッド一式とを備える、第２のマスフィルタであって、該第３のロッド一式と第４のロッド一式は、該断片化したイオンを受容する入力端および少なくとも１つのイオンを渡す出力端を画定し、該第２のマスフィルタは、該第３のロッド一式の該複数の伝導性ロッドのそれぞれに電気的に接続される第３の電圧源をさらに有し、該第３の電圧源は、該第３のロッド一式にＲＦ電圧を印加し、該第２のマスフィルタは、該第４のロッド一式の前記複数の伝導性ロッドのそれぞれに電気的に接続される第４の電圧源をさらに有し、該第４の電圧源は、可変ＡＣ電圧が該第４のロッド一式の２つの半径方向に対向する伝導性ロッドに印加されるように、該第４のロッド一式にＡＣ電圧を印加する、第２のマスフィルタと
をさらに備える、請求項１１に記載の質量分析計システム。
【請求項１３】
前記第３のロッド一式の前記複数の伝導性ロッドのそれぞれは、横断面が略円形である、請求項１２に記載の質量分析計システム。
【請求項１４】
前記第４のロッド一式の前記複数の伝導性ロッドのそれぞれは、横断面が略Ｔ字形である、請求項１２に記載の質量分析計システム。
【請求項１５】
前記第２のロッド一式の前記複数の伝導性ロッドの残りに一定のＲＦ電圧を供給する前記第２の電圧源をさらに備える、請求項１１に記載の質量分析計システム。
【請求項１６】
前記第１のロッド一式の前記複数の伝導性ロッドのそれぞれは、横断面が略円形である、請求項１１に記載の質量分析計システム。
【請求項１７】
前記第２のロッド一式の前記複数の伝導性ロッドのそれぞれは、横断面が略Ｔ字形である、請求項１１に記載の質量分析計システム。
【請求項１８】
マスフィルタの質量分解能を向上させる方法であって、
中心軸の周囲に等距離で配設される、第１の複数の細長い電極を提供することと、
交互パターンで、該第１の複数の細長い電極と実質的に並列であり、挟入される、第２の複数の細長い電極を提供することと、
該第１の複数の細長い電極にＲＦ電圧を印加することと、
該第２の複数の細長い電極の２つの半径方向に対向する電極に可変ＡＣ電圧を印加することと
を含む、方法。
【請求項１９】
前記ＲＦ電圧を変動させるように、少なくとも１つの波形を印加することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記可変ＡＣ電圧を変動させるように、前記複数の電極の前記２つの半径方向に対向する電極に少なくとも１つの波形を印加することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の複数の細長い電極の残りに一定のＲＦ電圧を印加することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
選択された質量対電荷比および質量分解能の両方の関数を使用して、前記２つの半径方向に対向する相補的な電極に前記可変ＡＣ電圧を印加することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
複数のイオンを前記マスフィルタに導入し、質量対電荷比に基づいて前記イオンを分離することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記質量対電荷比によって分離された前記イオンを検出することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記可変ＡＣ電圧は、変動振幅を含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
概して、正方形の角からの中心およびその対向する極が電気的に接続されるように配設される、４つの並列伝導性ロッドまたは細長い電極からなる四重極マスフィルタに関する。これらのロッドに印加される電圧は、典型的には、静的ポテンシャルと正弦波無線周波数（ＲＦ）ポテンシャルとの重なり合いからなる。これらのマスフィルタに沿ったイオンのＸおよびＹ方向への運動は、マシュー方程式によって説明され、その解は、特定の質量対電荷比の範囲内にあるイオンは、ｚ軸に沿って伝達され得ることを示す。例えば、Ｐａｕｌの特許文献１を参照されたい。
【０００２】
従来、四重極等の多重極マスフィルタにおける分解能を向上させるためには、伝導性ロッドを延長することにより、ｚ軸に沿った場が延長されている。しかしながら、伝導性ロッドの長さを増加することにより、マスフィルタのサイズが大型化し、またこのマスフィルタを格納するために必要な真空チャンバが対応する大きさとなるため、関連する製造コストが増大する。さらに、従来のマスフィルタの物理的なサイズが大型化すると、その内部で必要な低圧環境を維持するために、より大きな、および／または追加の真空ポンプがさらに必要となる。またさらには、必要とされる許容値を備えたより長い伝導性ロッドの製造に関連する対応するコストが増大する。最後に、伝導性ロッドの延長によって、関連する質量分析計の全体的なサイズが大きくなり、これは多くの研究室設置の据え付けを制限することとなり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第２，９３９，９５２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
故に、出願人の教示は、全体的なサイズおよびシステムのコストを過度に増大させることなく、マスフィルタの質量分解能を向上するための方法および装置を提供する。これを達成するために、いくつかの実施形態では、中心軸のまわりに等距離に配設される細長い電極の第１の群、および細長い電極の第１の群と並列に、交互のパターンで配設される第２の群電極を有するマスフィルタが提供される。電極の第１の群にＲＦ電圧が印加されてもよく、第２の群の２つの半径方向に対向する電極に可変ＡＣ電圧が印加されてもよい。これにより、本願に記載されるとおり、質量分解能およびマスフィルタの規定の質量範囲の感度が最適化される。この最適化を通して、従来のマスフィルタと比較して、より短い電極が使用されることができる。またさらには、この最適化を通して、従来のマスフィルタにおいて使用されるには許容値を超えているとして周知の電極が、出願人の教示によれば、ここで提供される可制御性の向上の結果として、マスフィルタにおいて使用されることができ、これは製造コストおよび廃棄物を削減する。
【０００５】
本願において提供される説明により、適用のさらなる範囲が明確となろう。説明および特定の実施例は、説明を目的とすることのみを意図するものであり、出願人の教示の範囲を限定することを意図するものでないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
当業者であれば、以下の図面は説明のみを目的とするものであると理解されよう。この図面は、出願人の教示の範囲をいかなる意味においても限定することを意図するものでない。
【図１】図１は、出願人の教示のいくつかの実施形態による、多重極マスフィルタを示す斜視図である。
【図２】図２は、出願人の教示のいくつかの実施形態による、図１の多重極マスフィルタの端面図である。
【図３】図３は、多重極マスフィルタ出願人の教示のいくつかの実施形態による、第１の代替の構成を示す端面図である。
【図４】図４は、多重極マスフィルタ出願人の教示のいくつかの実施形態による、第２の代替の構成を示す端面図である。
【図５】図５は、多重極マスフィルタ出願人の教示のいくつかの実施形態による、第３の代替の構成を示す端面図である。
【図６】図６は、出願人の教示のいくつかの実施形態による、質量分析計の制限されない実施例を示すブロック図である。
【図７】図７は、出願人の教示のいくつかの実施形態による、タンデム質量分析計の制限されない実施例を示すブロック図である。
【図８】図８Ａ〜図８Ｃは、出願人の教示のいくつかの実施形態による、質量スペクトルデータの制限されない実施例である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下の説明は、本質として例示的なものに過ぎず、出願人の教示、用途または使用の制限を意図するものではない。出願人の教示は、いくつかの実施形態では質量分析およびマスフィルタに関連して議論されるが、かかる議論は出願人の教示をかかる用途のみに限定するものであると見なされないものとする。さらに、出願人の教示は、例えば、四重極、六重極、および八重極またはより高強度場を有する多重極を含む種々の多重極計器と併用して使用されることができることを理解されたい。図面全体において、対応する参照番号は、同様のまたは対応する部品および外観を示すことを理解されたい。
【０００８】
本願において引用されるすべての参考文献は、参照することによって全体としてすべての目的について本願に組み込まれる。本願における参考文献の引用は、それらの参考文献が、従来の技術であるか、または本願に開示される出願人の教示の特許性に何らかの関連を持つものであるという承認をなすものではない。１つ以上の組み込まれた参考文献、特許文献および類似の材料が、定義された用語、用語の使用、記載された技術等を含む本願明と異なるか、または矛盾する場合、本願が優先するものとする。
【０００９】
（装置）
図１および図２を参照すると、出願人の教示による、マスフィルタ１０の実施例が示され、これは第１のロッド一式１５および第２のロッド一式５５を有する多重極マスフィルタであってもよい。いくつかの実施形態では、第１のロッド一式１５は、中心軸４４を等距離に取り囲み、並列に伸長する、４つの主要ロッド２０、２１、２２、２３（ロッドは、当業者によって電極または極と称され得る）を備えてもよい。同様に、いくつかの実施形態では、第２のロッド一式５５は、中心軸４４を等距離に取り囲み、並列に伸長する、４つの相補的ロッド６０、６１、６２、６３を備えてもよい。
【００１０】
引き続き図１および図２を参照して、主要ロッド２０、２１、２２、２３はそれぞれ、長さ２８を有する実質的に円形の横断面を備えてもよい。いくつかの実施形態では、主要ロッド２０、２１、２２、２３はそれぞれ、サイズおよび形状において、互いに実質的に同等物であってもよい。主要ロッド２０、２１、２２、２３は、電気的に伝導性であり、したがって、金属または合金等のあらゆる伝導性の材料から作られることができる。
【００１１】
いくつかの実施形態では、相補的ロッド６０、６１、６２、６３のそれぞれは、長さ５８を有する種々の断面形状のうちのいかなる１つを備えてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、相補的ロッド６０、６１、６２、６３の断面形状は、円形、楕円形、涙滴形、三角形、または場１２の特性のパッケージング、実装、および／または調整に対して伝導性である、あらゆる他の形状であってもよい。いくつかの実施形態では、相補的ロッド６０、６１、６２、６３の断面形状は、付随の図に図示されるように、実質的にＴ字形であってもよい。出願人の教示のＴ字形の横断面は、いくつかの利点を提供する。特に、上端直交部分４０および伸長する脚部分４２（図２）を有するＴ字形は、上端直交部分４０のあらゆる外部支持筐体への接続を依然として提供しつつ、隣接する主要ロッド２０、２１、２２、２３の間に、伸長する脚部分４２がその間に伸長し、場１２の直接隣接する点に達するように、便宜的に配置されることができる。最後に、相補的ロッド６０、６１、６２、６３のＴ字形は、主要ロッド２０、２１、２２、２３とあわせて、マスフィルタ１０の全体的な本体サイズを最小化し、したがって、製造コストを最小化し、場１２のフリンジ効果を最小化する。
【００１２】
下記で詳細に議論されるとおり、相補的ロッド６０、６１、６２、６３は、主要ロッド２０、２１、２２、２３と並列に配列されてもよい。いくつかの実施形態では、相補的ロッド６０、６１、６２、６３は、主要ロッド２０、２１、２２、２３の間に、代替的な、または挟入されるパターンで位置付けられてもよい。相補的ロッド６０、６１、６２、６３は、電気的に伝導性であり、したがって、例えば、金属、合金、またはドープファイバ等のあらゆる伝導性材料から作られてもよい。いくつかの実施形態では、隣接する主要ロッド２０、２１、２２、２３の間、隣接する相補的ロッド６０、６１、６２、６３の間、および／または個々の主要ロッドおよび個々の相補的ロッドの間に絶縁体（図示せず）が配置されてもよい。
【００１３】
出願人の教示のロッドは、単一のロッドまたはロッドの組み合わせに電位が印加されることができるように、１つ以上の電圧源に電気的に結合されてもよい。この目的を達成するために、各電圧源は、それぞれ対応する１つのまたは一群のロッドに電気的に結合される、１つ以上の電源供給装置を備えてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、図２に図示されるように、第１の電源供給装置３０は、そこに同一の電位を印加することができるように、半径方向に対向する主要ロッド２０、２２に電気的に結合されてもよい。同様に、いくつかの実施形態では、第２の電源供給装置３２は、半径方向に対向する主要ロッド２１、２３に電気的に結合されてもよい。図２に図示されるように、第１の電源供給装置３０は、Ｖ（ｔ）＝＋（Ｕ−Ｗｃｏｓ  Ωｔ）の電位を印加してもよく、第２の電源供給装置３２は、Ｖ（ｔ）＝−（Ｕ−Ｗｃｏｓ  Ωｔ）の電位を印加してもよく、ここで、ＵはＤＣ電圧、Ｗは無線周波数（ＲＦ）振幅、Ωは、ＲＦ角周波数、ｔは時間である。その結果、いくつかの実施形態では、第１の電源供給装置３０および／または第２の電源供給装置３２は、ＡＣ電圧の産物として無線周波数（ＲＦ）を生成することができる。
【００１４】
同様に、いくつかの実施形態では、第２の電圧源は、第３の電源供給装置７３、第４の電源供給装置７５および第５の電源供給装置７０を備えてもよい。図２に図示されるように、第３の電源供給装置７３は、その離散制御を提供することができるように、相補的ロッド６０に電気的に直接結合されてもよい。同様に、第４の電源供給装置７５は、その離散制御を提供することができるように、相補的ロッド６２に電気的に直接結合されてもよい。いくつかの実施形態では、第３の電源供給装置７３は、Ｖ（ｔ）＝Ａ＾（Ｂｉ  ｃｏｓ  Ωｔ）の電位を提供することができ、第４の電源供給装置７５は、Ｖ（ｔ）＝Ａ２−（Ｂ２  ｃｏｓ  Ωｔ）の電位を提供することができ、ここで、ＡはＤＣ電圧、（Ｂ２  ｃｏｓ  Ωｔ）はＡＣ電圧、Ｂは振幅、ｃｏｓ  Ωは周波数、ｔは時間である。いくつかの実施形態では、マスフィルタ１０の向上した質量分解能を少なくとも部分的に提供するために、一定周波数および変動振幅を有する可変ＡＣ電圧を提供するために、Ｂは変動であってよく、ｃｏｓ  Ωｔは一定に保たれてもよい。
【００１５】
第３の電源供給装置７３および第４の電源供給装置７５の電位出力端には、マスフィルタ１０の質量分解能をさらに向上させるために使用されることができる、いくつかの変形例が存在することを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、相補的ロッド６０に印加される可変ＡＣ電圧は、相補的ロッド６２に印加される可変ＡＣ電圧と位相がずれてもよい。いくつかの実施形態では、Ｂ２はＢｉよりも大きくてもよい。いくつかの実施形態では、Ｂ２／Ｂｉの比率は、例えば、２、３、４、５または６などの整数であってもよい。いくつかの実施形態では、第２のロッド一式５５に印加されるＡＣ電圧の周波数は、第１のロッド一式１５に印加されるＲＦ電圧の電圧と異なってもよい。最後に、いくつかの実施形態では、可変ＡＣ電圧は、半径方向に対向する相補的ロッド６０、６２のうちの１つのみに提供されてもよい。
【００１６】
いくつかの実施形態では、第５の電源供給装置７０は、その複合制御を提供するため、残りの相補的ロッド６１、６３に電気的に結合されてもよい。いくつかの実施形態では、第１の電源供給装置３０、第２の電源供給装置３２、第３の電源供給装置７３、第４の電源供給装置７５および第５の電源供給装置７０は、単一の電圧源に結合されてもよいということを理解されたい。いくつかの実施形態では、第３の電源供給装置７３および第４の電源供給装置７５は、第５の電源供給装置７０が一定のＤＣ電圧を提供しながらも、または電圧を提供せずとも、可変ＡＣ電圧を提供することができる。加えて、主要ロッドおよび相補的ロッドのそれぞれは、制御性および設定可能性を最大にするため、個々のおよび別個の電源装置に結合されてもよいということを理解されたい。
【００１７】
再び図１を参照すると、いくつかの実施形態では、相補的ロッド６０、６１、６２、６３の長さは、主要ロッド２０、２１、２２、２３の長さに相対して縮小されてもよく、それでもマスフィルタ１０の全体的な分解能は、相補的ロッド６０、６２に供給されるＡＣ電圧の変動によって、維持および／または向上される。したがって、相補的ロッド６０、６１、６２、６３の長さ５８は、主要ロッド２０、２１、２２、２３の長さ２８よりも顕著に短くなることができる。非制限的な実施例では、第１のロッド一式１５の主要ロッド２０、２１、２２、２３は、長さ２８が約２０ｃｍであってもよく、第２のロッド一式５５の相補的ロッド６０、６１、６２、６３は、長さ５８が約５ｃｍであってもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態では、ＡＣ電圧振幅（Ｂ）は、質量分解能およびマスフィルタ１０の規定の質量範囲の感度を最適化するため、系統的に可変であってもよい。出願人の教示は、従来のマスフィルタにおいて使用されるよりも短い主要ロッド２０、２１、２２、２３を用いて、信頼できる結果を達成することができるマスフィルタ１０を提供することができる。非制限的な実施例では、マスフィルタ１０は、約５ｃｍの長さ２８を有する主要ロッド２０、２１、２２、２３および約５ｃｍの長さ５８を有する相補的ロッド６０、６１、６２、６３を含んでもよい。この非制限的な実施例に記載されるマスフィルタ１０は、約２０ｃｍの長さを有する電極を含む従来の多重極マスフィルタを上回るか、または同等の質量分解能を有することができる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、従来のマスフィルタにおいて使用されるには許容値を超えているとして周知の主要ロッド２０、２１、２２、２３が、マスフィルタ１０において使用され、満足な結果を提供することができる。これは、相補的ロッド６０、６２に供給されるＡＣ電圧の変動によって提供される、マスフィルタ１０の向上した可制御性および分解能のためである。出願人の教示を適用することにより、そうでなければ使用不能なロッドの価値が保持され得る。
【００２０】
図３を参照すると、マスフィルタ１０は、図示されるミラーイメージ等の種々の構成のうちのいかなる１つをも画定することができるということを理解されたい。かかる配列において、第５の電源供給装置７０は、相補的ロッド６１、６３ではなく、相補的ロッド６０、６２に電気的に結合されてもよい。同様に、第３の電源供給装置７３は、その離散制御を提供するために、相補的ロッド６０ではなく、相補的ロッド６１に電気的に直接結合されてもよい。同様に、第４の電源供給装置７５は、その離散制御を提供するために、相補的ロッド６２ではなく、相補的ロッド６３に電気的に直接結合されてもよい。
【００２１】
当業者であれば、第３の電源供給装置７３および第４の電源供給装置７５に結合される、半径方向に対向する相補的ロッドの異なる組み合わせを選択することにより、他の同等の構成が存在することが理解されよう。例えば、相補的ロッド６２は第３の電源供給装置７３に結合されてもよく、相補的ロッド６０は第４の電源供給装置７５に結合されてもよく、残りの相補的ロッド６１、６３は第５の電源供給装置７０に結合されてもよい。同様に、相補的ロッド６３は、第３の電源供給装置７３，に結合されてもよく、相補的ロッド６１は第４の電源供給装置７５に結合されてもよく、残りの相補的ロッド６０、６２は第５の電源供給装置７０に結合されてもよい。
【００２２】
図４および図５を参照すると、出願人の教示によるマスフィルタ１０の実施例が図示され、これは一対の半径方向に対向する相補的ロッド６１、６３のみを有する第２のロッド一式５５を備える。図４において、第１のロッド一式１５は、図１および図２に関連して説明される第１のロッド一式１５と同一であり、第２のロッド一式５５は、第３の電源供給装置７３に結合される相補的ロッド６１および第４の電源供給装置７５に結合される相補的ロッド６３を備える。本配列は、４つの個々の相補的ロッドを必要としない用途向けの簡略構造を提供することができる。
【００２３】
図５を参照すると、第１のロッド一式１５は、やはり図１および図２に関連して説明される第１のロッド一式１５と同一であり、第２のロッド一式５５は、第３の電源供給装置７３に結合される相補的ロッド６０および第４の電源供給装置７５に結合される相補的ロッド６２を備える。当業者であれば、本願に記載されるものと類似の構成を明示する、図示されない他の同等の構成が使用されてもよいということが理解されよう。
（システム）
図６を参照すると、出願人の教示による質量分析計システム１００が図示される。いくつかの実施形態では、質量分析計システム１００は、イオン源１０１、マスフィルタ１０、１６、１８、および検出器システム１０２を備えてもよい。いくつかの実施形態では、データシステム１０３は、検出器システム１０２から受信したデータを受信および／または解析するために、検出器システム１０２に協働し得るように結合される。
【００２４】
概して、解析中において、イオン源１０１に試料が導入されてもよく、これは試料に含有される分子をイオン化してイオンを生成する。これらのイオンは、本願に記載のとおり、イオンを質量対電荷比に応じて分離するために、マスフィルタ１０内に注入されてもよい。分離されたイオンは、検出器システム１０２によって検出され、その信号はデータシステム１０３に送信されてもよく、そこで検出された質量対電荷比が、のちに質量スペクトルおよび／またはデータ解析として提示するために、対応するイオンの相対存在量とともに収集される。
【００２５】
イオン源１０１への試料導入の方法は、使用されるイオン化法、ならびに解析される試料のタイプおよび複雑性に依存するということを理解されたい。いくつかの実施形態では、試料は、いかなる前処理もなしに、全体としてイオン源１０１に直接挿入されてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、試料は、イオン源１０１への挿入前に、この試料を成分構成要素に分離するクロマトグラフィ法を経てもよい。試料導入のためにクロマトグラフィ法を使用する場合、かかる方法は、イオン源を経由して高圧液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）、ガスクロマトグラフィ（ＧＣ）、またはキャピラリー電気泳動法（ＣＥ）分離カラムに直接結合される質量分析計システム１００を必要とすることがあると予測される。この点において、試料はクロマトグラフィ法により、一連の成分構成要素に分離され、この一連の成分構成要素のそれぞれは、質量分析計システム１００に入ることができる。
【００２６】
いくつかの実施形態では、イオン源１０１は、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、化学イオン化（Ｃｌ）、電子衝撃イオン化（Ｅｌ）、大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）、高速原子衝撃（ＦＡＢ）、フィールドデソープション／フィールドイオン化（ＦＤ／ＦＩ）、マトリクス支援レーザ脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）、サーモスプレーイオン化（ＴＳＰ）、ナノスプレーイオン化等に操作可能な源となり得る。いくつかの実施形態では、イオン源１０１は、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）、マイクロ波プラズマ、または直流プラズマ（ＤＣＰ）等のプラズマ、グロー放電源、アーク光源、スパーク光源、またはイオンを生成することができるあらゆる他の原子発光デバイスであってもよい。いくつかの実施形態では、イオン源１０１は、ガスカーテン、１つ以上のスキマーコーン、オリフィス、噴霧器、スイープガス、イオン化ガス、コロナ放電デバイス、または真空ポンプ（本願に記載のとおり）を備えてもよい。いくつかの実施形態では、イオン源１０１は、大気条件、低圧条件で動作してもよく、または大気条件と低圧条件の間で置き換え可能である。いくつかの実施形態では、イオン源１０１は、少なくとも１つのイオンガイドまたはレンズを備える。いくつかの実施形態では、イオン源１０１は、レーザ光源を備える。いくつかの実施形態では、イオン源１０１は、２つ以上の種類のイオン化法動作可能であり、例えばＥＳＩに動作可能であり、また、ＭＡＬＤＩおよび／またはＡＰＣＩに動作可能である。
【００２７】
いくつかの実施形態では、ＥＳＩに動作可能なイオン源１０１は、１００Ｄａ未満から１，０００，０００Ｄａ以上の範囲の分子量極性分子の解析に使用されてもよい。いくつかの実施形態では、試料は極性の揮発性溶剤に溶解され、ステンレス鋼キャピラリチューブ（典型的には、内径約７５〜約１５０マイクロメータ）を約１Ｌ／分〜１ｍＬ／分の間の流速で送られる。約３ｋＶ〜約４ｋＶの電圧が、質量分析計システム１００のイオン源１０１内に位置付けられるキャピラリチューブの先端に印加される。強電場が発生するため、キャピラリチューブの先端から表に出た試料は分散して高電荷の液滴のエアロゾルとなり、これはキャピラリチューブの外側を流れる、同軸上に導入される噴霧ガス（乾性ガスまたはスイープガスとしても周知である）によって方向付けられる。典型的には、窒素または不活性ガスであるこのガスは、キャピラリチューブの先端から表に出たエアロゾルのマスフィルタ１０への方向付けを支援する。高電荷の液滴は、噴霧ガスの暖かい流れによって補助される溶媒蒸発によってサイズが減少する。最終的に、溶媒のない荷電試料イオンが液滴から放出され、スキマーコーンまたはオリフィスを通って中間真空領域に入り、最終的に小さい開口を通って質量分析計システム１００のマスフィルタ１０に達する。ＥＳＩの手順に関する議論については、例えば、Ｌａｂｏｗｓｋｙらの米国特許第４，５３１，０５６号、Ｆｅｎｎらの第４，５４２，２９３号、Ｆｅｎｎらの第５，１３０，５３８、Ｊｏｌｌｉｆｆｅの第６，５８６，７３１号、およびＳｃｈｎｅｉｄｅｒの第７，０９８，４５２号を参照されたい。加えて、例えば、ナノスプレー等の低減された流速によるＥＳＩは、例えば、Ｊｏｒｇｅｎｓｏｎらの米国特許第５，１１５，１３１号、およびＺｈａｏらの第７，１０５，８１２に示されるとおり、マイクロフルイディクスの使用によって達成されることができることが証明されている。
【００２８】
いくつかの実施形態では、ＭＡＤＬＩのために動作可能なイオン源１０１は、例えば、タンパク質、ペプチド、糖等の生体分子の解析に使用されてもよく、試料のイオン化をもたらすレーザ光線による試料の照射に基づく。いくつかの実施形態では、試料はマトリクスとして周知の光吸収化合物と予混合され、試料標的に加えられ、次いで、乾燥されてから質量分析計システム１００の低圧に挿入される。レーザは、試料／マトリクスの表面にエネルギーを提供することができる。マトリクスは、レーザエネルギーを試料の励起エネルギーへと転換し、これは試料／マトリクスの表面からマトリクスイオンを放出する試料のスパッタリングをもたらす。イオンを含むマトリクスは揮発性であり、したがって、蒸発するため、残ったイオンがマスフィルタ１０に入る。ＭＡＤＬＩはソフトイオン化の方法であるため、エネルギーの伝達は効果的であるが、試料はさもなければ分解を引き起こす過度の直接エネルギーを受けない。ＭＡＬＤＩの手順に関する議論については、例えば、Ｔａｎａｋａの日本国特許第６２０４３５６２号、およびＨｉｌｌｅｎｋａｍｐらの米国特許第４，２１４，１５９号、Ｈｉｌｌｅｎｋａｍｐの第５，７７７，３２４号、Ｄｏｎｅｇａｎらの第６，９９５，３６３号、およびＶｅｓｔａｌらの第７，１０９，４８０号を参照されたい。
【００２９】
いくつかの実施形態では、質量分析計システム１００は、バックグラウンドガスの分散損失を最小限にするため、イオン源１０１のあらゆる組み合わせを取り囲む真空システム１０４、マスフィルタ１０検出器システム１０２、およびデータシステム１０３を備えてもよい。真空システム１０４は、真空チャンバ１０５、およびそこに低圧を作るために、真空チャンバ１０５を真空にするための１つ以上の真空ポンプ１０６を備えてもよい。いくつかの実施形態では、真空チャンバ１０５内の圧力は、５Ｘ１０４トール未満であり、５Ｘ１０−５トール未満であってもよい。概して、いくつかの実施形態では、真空チャンバ１０５内の圧力は、約５Ｘ１０−４トール〜約１Ｘ１０−６トールの間の範囲であってもよい。より低圧が使用されてもよいが、１Ｘ１０６トールを下回る分散損失の減少は、通常、主な用途においてごくわずかである。真空ポンプ１０６は、例えば、油拡散ポンプ、ターボ分子ポンプ、低温ポンプ等、いくつかのポンプの種類のうちのいずれかを備えてもよく、個々にまたはタンデムで使用されてもよい。
【００３０】
依然として図６を参照すると、いくつかの実施形態では、検出器システム１０２は、検出器システム１０２内でイオンの通過または衝突が検出された場合、データを出力するために、誘導された電荷または産生されたイオン電流を監視および記録する。このデータは、質量スペクトルおよび／またはデータ解析としてのちに提示するために、データシステム１０３に送信されてもよい。検出器システム１０２は、光電子増倍管、ファラデーカップ、電子倍増間、マイクロチャネルプレート等であってもよい。
【００３１】
図７を参照すると、出願人の教示によるタンデム質量分析計システム２００が図示されている。タンデム質量分析計システム２００は、構造または配列研究において使用するために、２つ以上のマスフィルタを備えてもよい。いくつかの実施形態では、タンデム質量分析計システム２００は、イオン源１０１、第１のマスフィルタシステム２０１、質量分析器２０２、第２のマスフィルタシステム２０３、検出器システム１０２、およびデータシステム１０３を備えてもよい。
【００３２】
いくつかの実施形態では、第１のマスフィルタシステム２０１および第２のマスフィルタシステム２０３は、実質的に同等物であってもよい。いくつかの実施形態では、第１のマスフィルタシステム２０１および第２のマスフィルタシステム２０３は、マスフィルタ１０であってもよい。
【００３３】
動作時、第１のマスフィルタシステム２０１は、選択されるイオンを伝達し、選択されるイオンを質量分析器２０２に向けて加速させてもよい。いくつかの実施形態では、質量分析器２０２は、選択されるイオンが衝突誘起解離（ＣＩＤ）によって断片化されるように、衝突セルである。いくつかの実施形態では、選択されるイオンの断片は、次いで、第２のマスフィルタシステム２０３に進入するように、質量分析器２０２から加速して退出する。第２のマスフィルタシステム２０３は、所定の質量範囲を走査してもよく、これにより選択されるイオンの断片を分離し、この断片を検出器システム１０２に出力する。検出器システム１０２は、検出器システム１０２内で選択されたイオンの断片の通過または衝突が検出された場合、データを出力するために、誘導された電荷または産生されたイオン電流を監視および記録する。このデータは、質量スペクトルおよび／またはデータ解析としてのちに提示するために、データシステム１０３に送信されてもよく、または構造情報または元試料の識別をさらに提供してもよい。
【００３４】
タンデム質量分析計システム２００は、特定の用途向けに調製された変形例を含んでもよいということを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、第２のマスフィルタシステム２０３は、例えば、Ｃｈｅｒｎｕｓｈｅｖｉｃｈらの米国特許第６，２８５，０２７号および６，５０７，０１９号に記載の飛行時間質量分析計（ＴＯＦ）であってもよい。いくつかの実施形態では、第２のマスフィルタシステム２０３は、磁場型質量分析計、イオントラップ質量分析計、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析計、または他のあらゆる種類の質量分析計であってもよい。いくつかの実施形態では、第２のマスフィルタシステム２０３は、直列の２つ以上の質量分析器またはマスフィルタであってもよい。いくつかの実施形態では、イオンが第２のマスフィルタシステム２０３内でトラップされることができ、ＭＳｎ分析をもたらす複数のＭＳステップに曝露されることができる。例えば、本発明の譲受人に譲渡されたＣｏｕｓｉｎｓらの米国特許第６，９９２，２８５号およびＨａｇｅｒの第７，０６９，９７２号を参照されたい。
【００３５】
（方法）
出願人の教示の動作の方法に関する以下の議論に関連して、主要ロッドおよび相補的ロッドに関連する上記に記載の式を、参照のために以下に繰り返す。
第１の電源供給装置３０：Ｖ（ｔ）＝＋（Ｕ−Ｗｃｏｓ  Ωｔ）、
第２の電源供給装置３２：Ｖ（ｔ）＝−（Ｕ−Ｗｃｏｓ  Ωｔ）、
第３の電源供給装置７３：Ｖ（ｔ）＝Ａ１＋（Ｂ１ｃｏｓ  Ωｔ）、
第４の電源供給装置７５：Ｖ（ｔ）＝Ａ２−（Ｂ２ＣＯＳ  Ωｔ）、および
第５の電源供給装置７０：一定のＤＣ電圧または電圧ゼロ
第１の電源供給装置３０および第２の電源供給装置３２は、そこに電位を電荷することができるように、第１のロッド一式１５の個々のロッドにそれぞれ電気的に結合される。同様に、第３の電源供給装置７３は、その離散制御を提供するために、第２のロッド一式５５の第１のロッドに電気的に直接結合されてもよい。同様に、第４の電源供給装置７５は、その離散制御を提供するために、第２のロッド一式５５の第２の半径方向に対向するロッドに電気的に直接結合されてもよい。最後に、第５の電源供給装置７０は、第２のロッド一式５５の残りのロッドに電気的に結合されてもよい。
【００３６】
いくつかの実施形態では、マスフィルタ１０は、特定のＲＦ角周波数（Ω）およびマスフィルタ１０に供給されるＲＦ振幅（Ｗ）とＤＣ電圧振幅（Ｕ）の比率に応じて、所定の質量対電荷比のイオンの通過を許可するように調整されてもよい。さらに、いくつかの実施形態では、マスフィルタ１０は、ＲＦ振幅（Ｗ）とＤＣ電圧振幅（Ｕ）の比率を一定に保ちながら、ＤＣ電圧（Ｕ）を一定とし、ＲＦ角周波数（Ω）を一定の時間（ｔ）スイープすることにより、またはＲＦ角周波数（Ω）を一定とし、ＤＣ電圧（Ｕ）を一定の時間（ｔ）スイープすることにより、マスフィルタ１０が、定期的に質量対電荷比を増加（または減少）させるイオンを連続して通過させることができるように、ある質量範囲にわたって走査されてもよい。またさらには、いくつかの実施形態では、ＡＣ電圧振幅（Ｂ）は、マスフィルタ１０の質量分解能および規定の質量範囲の感度を最適化するために、系統的に変動であってもよい。
【００３７】
いくつかの実施形態では、第１のロッド一式１５および／または第２のロッド一式５５に、追加的なＤＣ電圧（すなわちオフセット）が加えられてもよい。いくつかの実施形態では、本願に記載の出願人の教示を適用することにより、従来の多重極マスフィルタに使用されている従来の分解能オフセットチューニングに比べて、マスフィルタ１０を調節するほうが簡単であり得る。
【００３８】
いくつかの実施形態では、マスフィルタ１０における変動を修正する方法は、一式のイオンをマスフィルタ１０に導入するステップと、得られたイオンを出力するステップを備えてもよい。この方法は、得られたイオンを注目のイオンと比較して、制御因子を確定するステップと、可変ＡＣ電圧を第２のロッド一式５５に印加するために、制御因子に応じて第２の電圧源を作動させるステップをさらに備えてもよく、得られたイオンは着目イオンと同等物となる。
【００３９】
いくつかの実施形態では、従来のマスフィルタにおいて使用されるには許容値を超えているとして周知の複数の主要ロッドが、マスフィルタ１０において使用されてもよい。出願人の教示の原理を採用することにより、向上したマスフィルタ１０の可制御性を通して、かかる許容値を超えている主要ロッドの効果の不十分さが克服されることができ、これによりそうでなければ使用不能なロッドの価値が保持される。
【実施例】
【００４０】
出願人の教示の側面は、以下の実施例に照らせばさらに理解されるであろうが、これは出願人の教示の範囲を何ら制限するように解釈されるものではない。
【００４１】
図８Ａ〜図８Ｃに図示されるように、経時的な全イオン数を示すグラフ（図８Ａ）、可変ＡＣ電圧制御を持たない一式の主要ロッドのみを有する従来のマスフィルタを使用した、６０９質量対電荷比のときのレセルピンイオンの質量スペクトル（図８Ｂ）、および本願に記載の（図８Ｃ）第１のロッド一式１５および第２のロッド一式５５を有するマスフィルタ１０を使用した、６０９質量対電荷比のときのレセルピンイオンの質量スペクトルが提供されている。
【００４２】
図８Ｂを特に参照して、従来のマスフィルタを使用すると、電圧およびオフセットは、従来の主要ロッド一式に印加される。主要ロッドに印加されるＲＦ周波数は１ＭＨｚである。５０％で得られるピーク幅は、０．６５８原子質量単位（ａｍｕ）である。
【００４３】
図８Ｃを特に参照して、マスフィルタ１０を使用すると、図８Ｂと同一の電圧およびオフセットが第１のロッド一式１５に印加され、可変ＡＣ電圧が第２のロッド一式５５に印加される。一対の半径方向に対向する相補的ロッドに印加されるＡＣ電圧振幅（Ｂ１，Ｂ２）間の比率は、Ｂ２／Ｂ１＝３である。すべての相補的ロッドに印加されるＤＣ電圧は一定であり、第１のロッド一式１５に印加されるオフセットに等しい。第１のロッド一式１５に印加されるＲＦ周波数は１ＭＨｚであり、第２のロッド一式５５に印加されるＡＣ電圧周波数は２６３ＫＨｚである。５０％で得られるピーク幅は、０．３１８ａｍｕである。故に、このデータから、マスフィルタ１０を使用することによって達成される質量分解能は、従来のマスフィルタを使用して達成されるものの２倍以上であることがわかる。
【００４４】
本願に記載されるいくつかの実施形態および実施例は、例示的であり、出願人の教示の構成および方法の全体の範囲を説明することを制限することを意図するものではない。いくつかの実施形態、材料、構成および方法の同等の変更、修正および変形は、出願人の教示の範囲内で行われることができ、実質的に類似する結果を得る。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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