(57)【要約】  本発明は、イオンを多重反射により反復運動させ、或いは一群の電極の周囲等で閉軌道沿いに周回運動させるタイプの荷電粒子トラップを稼働させる方法に関する。本発明においては、その後段での検出及びフラグメント化に備え複数種のイオンを互いに好適に分離させるべく、イオントラップ内におけるイオンの反復運動周期を参照してタイミングを導出し、そのタイミングに従いそのイオンをイオントラップ外に偏向、出射させる。
2010509743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重反射型又は閉軌道型のイオントラップアセンブリを稼働させる方法であって、
（ａ）イオントラップに注入され又はその内部で発生したイオン種の大群に属し、そのイオントラップの内部経路上で実質的にアイソクロナスに且つそのイオンの質量電荷比に対応する特徴的な運動周期で反復又は周回運動している種々のイオンのなかで、当該運動周期が違うｎ種（但しｎ≧２）を注目イオンとして特定するステップと、
（ｂ）上記イオントラップの内部又は近傍に設けられているイオンゲートを、上記内部経路上で運動中の注目イオンを第１イオン経路に通す第１ゲート状態と、同内部経路上で運動中の他種イオンを第１イオン経路とは別の第２イオン経路方向に通す第２ゲート状態との間で、切り替えるステップと、
を有し、上記イオンゲートの第１ゲート状態への切替を、そのうち第１の種のイオンの運動周期に従い定めたタイミングＴa（但しａ≧１）、同じく第２の種のイオンの運動周期に従い定めた別のタイミングＴb（但しｂ≧１）等々、ｎ種ある注目イオンそれぞれの運動周期に従い定めた一群のタイミングＴx（但しｘ＝１，２，…）に従い実行することにより、それらの注目イオンを他種イオンから分離させる方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、
上記イオンゲートが、随意に作動及び停止可能なイオン偏向器であり、
上記ステップ（ｂ）が、タイミングＴxに従いそのイオン偏向器を停止させることで第１ゲート状態を発生させるステップと、それ以外の時期にそのイオン偏向器を作動させることで第２ゲート状態を発生させるステップと、を含み、
第１ゲート状態のイオン偏向器を通った注目イオンが辿る第１イオン経路が、そのイオン偏向器へのイオン飛来方向とほぼ同方向に延び、第２ゲート状態のイオン偏向器を通った他種イオンが辿る第２イオン経路が、第１イオン経路とは異なる方向に延びる方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、
上記イオンゲートが、随意に作動及び停止可能なイオン偏向器であり、
上記ステップ（ｂ）が、タイミングＴxに従い上記イオン偏向器を作動させることで第１ゲート状態を発生させるステップと、それ以外の時期にそのイオン偏向器を停止させることで、第２ゲート状態を発生させるステップと、を含み、
第１ゲート状態のイオン偏向器を通った注目イオンが辿る第１イオン経路が、そのイオン偏向器へのイオン飛来方向とは異なる方向に延び、第２ゲート状態のイオン偏向器を通った他種イオンが辿る第２イオン経路が、第１イオン経路とほぼ同方向に延びる方法。
【請求項４】
請求項２又は３記載の方法であって、更に、第２イオン経路上のイオンをイオントラップ外に出すステップを有する方法。
【請求項５】
請求項２、３又は４記載の方法であって、第２イオン経路上のイオンを廃棄する方法。
【請求項６】
請求項５記載の方法であって、そのイオンを持続的に廃棄する方法。
【請求項７】
請求項２、３又は４記載の方法であって、更に、第２イオン経路上のイオンを全て又は何個か捕獲するイオン捕獲ステップを有する方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法であって、上記イオントラップが多重反射型又は閉軌道型であり、そのイオントラップの外にイオン貯留装置があり、上記イオン捕獲ステップが、捕獲したイオンを当該イオン貯留装置に貯留するステップを含む方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法であって、更に、後続の分析サイクルに属するステップとして、
（ｃ）注目イオンでなかったためそのイオントラップ外のイオン貯留装置に貯留されたイオンを全て又は何個か、当該イオン貯留装置から上記多重反射型又は閉軌道型のイオントラップに再注入するステップと、
（ｄ）その再注入されたイオンに関しステップ（ｂ）を再実行するステップと、
を有する方法。
【請求項１０】
請求項９記載の方法であって、上記ステップ（ａ）が、
（ｅ）イオントラップ内に存するイオン種の大群からｐ種（但しｐ＞ｎ）の分析対象イオンを選定するステップと、
（ｆ）注目イオンのうちｎ種以下の種をｐ種ある分析対象イオンのなかから選定するステップと、
（ｇ）選定した種の注目イオンを他の分析対象イオンから分離するステップと、
（ｈ）分離させた注目イオンを現分析サイクルで処理する一方残りの分析対象イオンは上記イオントラップに再注入して爾後１回又は複数回の分析サイクルに備えるステップと、
を含む方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の方法であって、上記ステップ（ｆ）が、現分析サイクルで処理すべき注目イオンを種間分離最適化条件に従い選定するステップを含む方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法であって、その種間分離最適化条件が、ｐ種の分析対象イオンの種間に存する運動周期差に依拠又は関連する条件である方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法であって、その種間分離最適化条件が、それらの種間に存することとなる反復又は周回運動周期の差が極力拡がるよう注目イオンを選定する条件である方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれか一項記載の方法であって、複数種ある注目イオンそれぞれの運動周期に応じて決めた都合複数通りのタイミングにて上記イオンゲートを第１ゲート状態に切り替えることによって、それら注目イオンを種毎に第１イオン経路に通す方法。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか一項記載の方法であって、更に、注目イオンを検出するステップを有する方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法であって、更に、その注目イオンの全て又は何個かが他種イオンから分離されたときに、注目イオンをイオンレシーバ例えばイオン検出手段に送るイオン送出ステップを有する方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法であって、上記イオン送出ステップが、ｎ種ある注目イオンのうち検出すべき少なくとも一種がイオンゲート近傍に飛来するタイミングで、イオンをイオン検出手段方向に通す第３ゲート状態へと上記イオンゲートを切り替えるステップを、含む方法。
【請求項１８】
請求項１７記載の方法であって、ｎ種ある注目イオンのうち複数種が、上記イオントラップ内をその種の特徴的な運動周期に応じ異なる回数運動した後、上記イオンゲートにほぼ同着する場合に備えるべく、更に、
（ｊ）ｎ種ある注目イオンのうちｍ種（但しｎ＞ｍ≧２）が上記イオンゲートにほぼ同着するタイミングを、それら注目イオンの運動周期に基づき導出するステップと、
（ｋ）その結果に基づき、注目イオンのうちそれらｍ種がイオンゲート近傍に共存するタイミングにて上記イオンゲートを第３ゲート状態に切り替えることにより、それらｍ種の注目イオンをほぼ一斉に上記イオン検出手段に送るステップと、
を有する方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法であって、更に、
ある期間に、同着するｍ種の注目イオンを上記ステップ（ｊ）及び（ｋ）に供するステップと、
それに続く別の期間に、ｎ種ある注目イオンのうち別の複数種を上記ステップ（ｊ）及び（ｋ）に供するステップと、
を有する方法。
【請求項２０】
請求項１８記載の方法であって、更に、
ある期間に、同着するｍ種の注目イオンを上記ステップ（ｊ）及び（ｋ）に供するステップと、
それに続く別の期間に関し、ｎ種ある注目イオンのうち同着するｍ種ではない一種だけがイオンゲート近傍に飛来するタイミングを、それらの種に特徴的な運動周期に基づき特定するステップと、
当該別の期間に、ｎ種ある注目イオンのうち上掲の一種だけがイオンゲート近傍に存するタイミングで、その一種を通すべく上記イオンゲートを第３ゲート状態に切り替えることにより、その一種だけを上記イオン検出手段に送るステップと、
を有する方法。
【請求項２１】
請求項１８記載の方法であって、更に、
（ｌ）ｎ種ある注目イオンのうち特定の一種だけがイオンゲート近傍に飛来するタイミングを注目イオンの運動周期に基づき特定するステップと、
（ｍ）当該特定の一種がイオンゲート近傍に存するときに、その注目イオンだけが上記イオン検出手段方向に通るよう、上記イオンゲートを第３ゲート状態に切り替えるステップと、
を有する方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法であって、更に、
ある期間に、注目イオンのうち上記特定の一種を上記ステップ（ｌ）及び（ｍ）に供するステップと、
それに続く別の期間に、ｎ種ある注目イオンのうち別の一種を上記ステップ（ｌ）及び（ｍ）に供するステップと、
を有する方法。
【請求項２３】
請求項２１記載の方法であって、
ある期間に、注目イオンのうち上記特定の一種を上記ステップ（ｌ）及び（ｍ）に供するステップと、
それに続く別の期間に、ｎ種ある注目イオンのうちｍ種がイオンゲート近傍にほぼ同着するタイミングを、それらｎ種の注目イオンの運動周期から導出するステップと、
その結果に基づき、同着するｍ種の注目イオンがイオンゲート近傍に共存するタイミングで上記イオンゲートを第３ゲート状態に切り替えることにより、それらｍ種の注目イオンを互いに同時に上記イオン検出手段に送るステップと、
を有する方法。
【請求項２４】
請求項１乃至２３のいずれか一項記載の方法であって、更に、少なくとも一種類の別分析を実行するステップを有し、注目イオンのうち一種若しくは複数種又は注目外イオンのうち一種若しくは複数種がその別分析に供される方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の方法であって、更に、注目イオンのうち一種若しくは複数種又は他種イオンのうち一種若しくは複数種をフラグメント化するフラグメント化ステップを、有する方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の方法であって、更に、注目イオンのうち一種若しくは複数種又は他種イオンのうち一種若しくは複数種をフラグメント化するフラグメント化ステップを有すると共に、別の分析サイクルで実行されるステップとして、
（ｃ）生成されたフラグメントイオンを全て又は何個か上記イオントラップに再注入するステップと、
（ｄ）それらのイオンを上記ステップ（ｂ）に供するステップと、
を有する方法。
【請求項２７】
請求項２５記載の方法であって、上記フラグメント化ステップを実行した後、そのステップで生成されたフラグメントイオンをイオントラップ外のイオン貯留装置に貯留させる方法。
【請求項２８】
請求項２４乃至２７のいずれか一項記載の方法であって、上記別分析ステップが、その対象となる種の注目イオンを別の質量分析部に送る別分析用イオン送出ステップを、含む方法。
【請求項２９】
請求項２８記載の方法であって、上記別分析用イオン送出ステップが、その注目イオンをフラグメント化装置に送るステップと、その注目イオンを全て又は何個かフラグメント化するステップと、得られたフラグメントイオンを少なくとも一段の質量分析に供する質量分析ステップと、を含む方法。
【請求項３０】
請求項２９記載の方法であって、上記質量分析ステップが、Ｏｒｂｉｔｒａｐ（登録商標）型の装置、飛行時間効果（ＴＯＦ）型質量分析部、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（ＦＴ−ＩＣＲ）型質量分析部又はその任意の組合せによりイオンを分析するステップを含む方法。
【請求項３１】
請求項２９又は３０記載の方法であって、
ある複数種の注目イオンを上記フラグメント化装置に送りその注目イオンを全て又は何個かフラグメント化して上記質量分析ステップに供する第１分析サイクルと、
別の複数種の注目イオンを上記フラグメント化装置に送りその注目イオンを全て又は何個かフラグメント化して上記質量分析ステップに供する第２分析サイクルと、
を有し、第１分析サイクルの実行と第２分析サイクルの実行との間に上記フラグメント化装置での注目イオン滞留時間より長い時間間隔をおくことにより、上記質量分析部にて複数種の親イオンを順繰りに分析させる方法。
【請求項３２】
請求項２０の記載に従い実行される請求項２１乃至３１のいずれか一項記載の方法であって、
上記ある期間と上記それに続く別の期間との間の時間間隔Δｔが上記イオン検出手段の応答遅延より長く、
更に、上記イオン検出手段に飛来するイオンが何個かのイオンパケットに分かれており、各イオンパケットの長さがそのイオン検出手段の応答遅延に比べ短くまたそれらイオンパケット同士の間隔が当該イオン検出手段の応答遅延に比べ長い方法。
【請求項３３】
請求項３２記載の方法であって、内部キャリブラントによってもたらされる少なくとも一種の注目イオン及び少なくとも一種の他種イオンの定量的質量スペクトル分析に、上記イオン検出手段の応答遅延を利用する方法。
【請求項３４】
多重反射型又は閉軌道型イオントラップのアセンブリを稼働させることにより、複数種の注目イオンを含む所要質量電荷比域に亘る連続乃至擬連続質量スペクトルを捕捉する方法であって、
（ａ）イオントラップに注入され又はその内部で発生したイオン種の大群に属し、そのイオントラップの内部経路上で実質的にアイソクロナスに且つそのイオンの質量電荷比に対応する特徴的な運動周期で反復又は周回運動している種々のイオンのなかで、当該運動周期が違うｎ種（但しｎ≧２）を注目イオンとして特定するステップと、
（ｂ）上記イオントラップの内部又は近傍に設けられているイオンゲートを、上記内部経路上で運動中の注目イオンを第１イオン経路に通し更なる処理に供する第１ゲート状態と、当該内部経路上を運動中の他種イオンを第１イオン経路とは別の第２イオン経路に通し貯留又は廃棄する第２ゲート状態との間で、切り替えるステップと、
を有し、上記イオンゲートの第１ゲート状態への切替を、そのうち第１の種のイオンの運動周期に従い定めたタイミングＴa（但しａ≧１）、同じく第２の種のイオンの運動周期に従い定めた別のタイミングＴb（但しｂ≧１）等々、ｎ種ある注目イオンそれぞれの運動周期に従い定めた一群のタイミングＴx（但しｘ＝１，２，…）に従い行うと共に、
その対象となる大群を、上記イオントラップに注入され又はその内部で発生した別の大群に変えまた上記タイミングＴa、Ｔb等々を個別的に変えて上記ステップ（ａ）及び（ｂ）を繰り返すことにより、最初の大群中で特定されたｎ種の注目イオンと異なるｐ種（但しｐ≧２）の注目イオンを特定し、
必要ならば、イオントラップ内の大群に含まれる全ての注目イオンが特定されるまで、更なる大群について上記ステップ（ａ）及び（ｂ）を繰り返す方法。
【請求項３５】
請求項３４記載の方法であって、反復又は周回運動の上限回数を指定しておき、同じ大群に属し似通った質量電荷比を有する他種イオンからその上限回数の範囲内で分離させうる種のイオンを、注目イオンとして各大群内で特定する方法。
【請求項３６】
請求項３４又は３５記載の方法であって、各大群内の注目イオンを第１イオン経路経由でフラグメント化装置に送る方法。
【請求項３７】
請求項３４、３５又は３６記載の方法であって、各大群内の注目イオンを第１イオン経路経由でイオン検出手段に送る方法。
【請求項３８】
請求項３４乃至３７のいずれか一項記載の方法であって、各大群をイオン源からイオントラップ内に注入する方法。
【請求項３９】
請求項３４乃至３７のいずれか一項記載の方法であって、注目イオンとして特定されなかったため第２イオン経路に送られたイオンを貯留し、それらのイオンを後に次の大群としてイオントラップ内に再注入する方法。
【請求項４０】
多重反射型又は閉軌道型のイオントラップアセンブリであって、
イオントラップと、イオンゲートを含む電極装置と、システムコントローラと、を備え、
上記イオンゲートが、上記イオントラップの内部経路上を辿っているイオンを第１イオン経路に送る第１ゲート状態と、当該イオンを第２イオン経路に送る第２ゲート状態との間で切替可能であり、
上記システムコントローラが、上記イオントラップに注入され又はその内部で発生する種々の荷電粒子のうち、上記内部経路上で実質的にアイソクロナスに且つそのイオンの質量電荷比に対応する特徴的な運動周期で反復又は周回運動している種々のイオンのなかから、当該運動周期が違うｎ種（但しｎ≧２）を注目イオンとして特定し、更に、上記イオンゲートの第１ゲート状態への切替を、そのうち第１の種のイオンの運動周期に従い定めたタイミングＴa（但しａ≧１）、同じく第２の種のイオンの運動周期に従い定めた別のタイミングＴb（但しｂ≧１）等々、ｎ種ある注目イオンそれぞれの運動周期に従い定めた一群のタイミングＴx（但しｘ＝１，２，…）に従い実行することによって、それら注目イオンを他種イオンから分離させるイオントラップアセンブリ。
【請求項４１】
請求項４０記載のイオントラップアセンブリであって、上記システムコントローラが、ある期間に、その近傍に存するイオンがｎ種ある注目イオンのうちいずれかであるはずのタイミングでは第１ゲート状態になり、分析対象とならない種のイオンであるはずのタイミングでは第２ゲート状態になるよう、上記イオンゲートを制御するイオントラップアセンブリ。
【請求項４２】
請求項４１記載のイオントラップアセンブリであって、上記システムコントローラが、上記とは別の期間に、ｎ種ある注目イオンのうち一種がその近傍に飛来するはずのタイミングでイオン検出状態になるよう上記イオンゲートを制御するイオントラップアセンブリ。
【請求項４３】
請求項４１記載のイオントラップアセンブリであって、上記システムコントローラが、その種に特徴的な運動周期に差があるためイオントラップ内を異なる回数運動する複数種のイオンに関し、上記とは別の期間に、それらのイオンがそのイオンゲートに同着するはずのタイミングでイオン検出状態になるよう上記イオンゲートを制御するイオントラップアセンブリ。
【請求項４４】
請求項４１、４２又は４３記載のイオントラップアセンブリであって、上記システムコントローラが、ｎ種ある注目イオンが第１イオン経路経由で上記電極装置の一部に達し上記イオントラップにおけるその反復又は周回運動を継続するよう、またその他の種のイオンが当該イオントラップから第２イオン経路経由で他のイオン光学系に達しそのイオン光学系の作用で当該イオントラップにおける反復又は周回運動をやめるよう、上記イオンゲートを制御するイオントラップアセンブリ。
【請求項４５】
請求項４４記載のイオントラップアセンブリであって、上記イオンゲートが、注目イオンでないため第２イオン経路に送られたイオンを上記イオントラップから外に出し又は当該イオントラップの一部への射突により消滅させるイオントラップアセンブリ。
【請求項４６】
請求項４２乃至４５のいずれか一項記載のイオントラップアセンブリであって、
上記イオンゲートが、励振用の電極及び電源を備え、
上記システムコントローラが、上記電源を随時制御して上記イオンゲートを第２ゲート状態にすることにより、分析対象として特定されていない種のイオンを第２イオン経路上に追いやるイオントラップアセンブリ。
【請求項４７】
請求項４６記載のイオントラップアセンブリであって、上記システムコントローラが、ｎ種ある注目イオンのうちいずれかがイオンゲート近傍に存するときに、その注目イオンが実質的に励振を受けずにそのイオンゲートを通り抜けることとなるよう、上記電源を制御して上記電極の作用を停止させるイオントラップアセンブリ。
【請求項４８】
請求項４５乃至４７のいずれか一項記載のイオントラップと、その外部に設けられたイオン貯留装置と、を備え、
上記イオンゲートが、ｎ種ある注目イオンのいずれでもない種のイオンを上記イオントラップから取り出して上記イオン貯留装置に送る質量分析計。
【請求項４９】
請求項４８記載の質量分析計であって、
更にイオン検出手段を備え、
上記システムコントローラが、イオントラップ内で他の種のイオンから分離されたｎ種の注目イオンのうちｍ種（但しｎ≧ｍ≧１）がイオンゲート近傍に飛来するであろうタイミングを求め、そのタイミングにて上記イオンゲートをイオン検出状態に切り替え、そしてそのイオン検出状態になっているとき当該イオンゲートの近傍に存するｍ種の注目イオンを上記イオン検出手段に送り検出させる質量分析計。
【請求項５０】
請求項４５乃至４７のいずれか一項記載のイオントラップと、イオン検出手段と、を備え、
上記システムコントローラが、イオントラップ内で注目外イオンから分離されたｎ種の注目イオンのうちｍ種（但しｎ≧ｍ≧１）がイオンゲート近傍に飛来するであろうタイミングを求め、そのタイミングで上記イオンゲートをイオン検出状態に切り替え、そしてそのイオン検出状態になっているとき当該イオンゲートの近傍に存するｍ種の注目イオンを上記イオン検出手段に送り検出させる質量分析計。
【請求項５１】
請求項５０記載の質量分析計であって、上記システムコントローラが、ｎ種ある注目イオンのうち上掲のｍ種を上記イオン検出手段に送る第１検出サイクルと、残りｎ−ｍ種ある注目イオンのうちｑ種（但しｎ−ｍ≧ｑ≧１）をそのイオン検出手段に送りそこで検出させる第２検出サイクルとを、当該イオン検出手段の応答遅延を上回る時間間隔Δｔをおいて実行させる質量分析計。
【請求項５２】
請求項４８乃至５１のいずれか一項記載の質量分析計であって、上記システムコントローラが、上記イオントラップに注入され又はその内部で発生した複数種の荷電粒子種のうちｐ種（但しｐ≧２）を分析対象にする旨のユーザ入力を受け付け、更に、第１イオン分離サイクルにて処理すべきｎ種の注目イオンをイオン種間分離最適化アルゴリズムに従い特定する質量分析計。
【請求項５３】
請求項５２記載の質量分析計であって、そのイオン種間分離最適化アルゴリズムが、ｐ種ある分析対象イオン間に存する反復又は周回運動の周期差に基づき、第１イオン分離サイクルにて処理すべきｎ種のイオンを特定するアルゴリズムである質量分析計。
【請求項５４】
請求項４９乃至５３のいずれか一項記載の質量分析計であって、上記イオン検出手段がイオントラップ外にある質量分析計。
【請求項５５】
請求項４９乃至５３のいずれか一項記載の質量分析計であって、上記イオン検出手段が上記イオントラップを構成する電極装置の内部又は近傍に配置された質量分析計。
【請求項５６】
請求項４８乃至５５のいずれか一項記載の質量分析計であって、更に、荷電粒子を発生させるイオン源を備える質量分析計。
【請求項５７】
請求項５６記載の質量分析計であって、更に、上記イオン源と上記イオントラップの間にイオン貯留兼注入装置を備え、そのイオン貯留兼注入装置が、当該イオン源からの荷電粒子を受け入れて蓄え、次いでその複数個の荷電粒子を当該イオントラップに注入する質量分析計。
【請求項５８】
請求項４８乃至５７のいずれか一項記載の質量分析計であって、更に、注目イオンを分析する質量分析部を備える質量分析計。
【請求項５９】
請求項５８記載の質量分析計であって、上記質量分析部が、上記イオントラップから注目イオンを受け入れフラグメント化するフラグメント化装置を備え、そのフラグメント化装置で得られたイオン例えばフラグメントイオンをその後段にある別の質量分析部に送る質量分析計。
【請求項６０】
請求項５９記載の質量分析計であって、上記フラグメント化装置が複数本のチャネルを有し、そのうち少なくとも１本が、注目イオンを高々一種しか受け入れないチャネルである質量分析計。
【請求項６１】
請求項５９又は６０記載の質量分析計であって、上記フラグメント化装置が、イオン貯留機能、イオン貯留装置又はその双方を備える質量分析計。
【請求項６２】
請求項５９、６０又は６１記載の質量分析計であって、更に、上記フラグメント化装置の下流に別の質量分析部を備え、その質量分析部が、Ｏｒｂｉｔｒａｐ（登録商標）型質量分析計、飛行時間効果（ＴＯＦ）型質量分析計、ＦＴ−ＩＣＲ型質量分析計又はその任意の組合せである質量分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一群の電極の作用下で多重反射的にイオンを反復運動させ又は周回的に閉軌道を辿らせるタイプの荷電粒子トラップに関する。より詳細には、本発明は、その種のトラップを稼働させ、引き続く検出乃至フラグメント化に備え複数種のイオンを好適に相互分離させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日では質量分析(mass spectrometry)に備え荷電粒子を捕獲乃至貯留する技術が数多く知られている。なかでも三次元ＲＦ（無線周波数）トラップ、リニア多重極ＲＦトラップ等のイオントラップや、昨今その普及が進みつつあるＯｒｂｉｔｒａｐ（登録商標；以下表記省略）等のトラップでは、外部から注入され又はその内部で発生したイオンが単振動（調和振動）的に反復運動する。その状態でそのトラップに対し励振場を印加すれば、イオンを選別して他のトラップに送り、質量分析、検出等に供することができる。これは、トラップ内に存する個々のイオンがその質量電荷比（ｍ／ｚ比）で決まる特徴的な反復運動周期を有しているためである。即ち、そのトラップ全体に時間変動性の場（時変場）を印加すると、そのトラップから特定ｍ／ｚ比のイオンが励振、射出されることとなる。
【０００３】
他方、イオンを単振動させない多重反射(multi-reflection)型のトラップ、例えば二組の反射電極を差し向かいに配置した構成のＥＳＴ（electrostatic trap：静電トラップ）では、イオンが少なくとも一種の場の作用を受けて空間を飛行し、また少なくとも２個の反射電極によって反射される。この種のトラップでは、励振場を印加したときに選別されるイオンのｍ／ｚ比が一種類になるとは限らない。これは、イオンのトラップ内反復運動周波数が、単振動で励振する場合と違い一種類ではなく、複数の周波数成分を含むある値域に亘るからである。即ち、イオン反復周期はそのｍ／ｚ比毎にユニークであるが、その反復運動が正弦波的でないため、そのイオンを様々な周波数の正弦波時変場によって励振することができる。そのため、印加する励振場が単一周波数の正弦波であってもトラップ内では様々なｍ／ｚ比のイオン種の反復運動が励振されるので、イオン種をそのｍ／ｚ比に従い高分解能分解する際そうした場を使用することはできない。
【０００４】
ただ、そのｍ／ｚ比が異なる様々なイオン種が同周波数で反復運動することがあるといっても、上述の通りトラップ内反復運動周期がｍ／ｚ比毎にユニークであることに違いはない。言い換えれば、そのｍ／ｚ比が（ｍ／ｚ）1のイオン種がトラップ内の任意点を時刻ｔ1，ｔ2，ｔ3，ｔ4，…に通り、そのｍ／ｚ比が（ｍ／ｚ）2である別のイオン種が同じ点を時刻ｔa，ｔb，ｔc，ｔd，…に通る場合、前者の反復運動周期（ｔ2−ｔ1）＝（ｔ3−ｔ2）＝（ｔ4−ｔ3）＝…と後者の反復運動周期（ｔb−ｔa）＝（ｔc−ｔb）＝（ｔd−ｔc）＝…は等しくならない（即ちｔb−ｔa≠ｔ2−ｔ1）。
【０００５】
従って、そのトラップの特定の個所に特定のタイミングで励振場を印加すれば、所要ｍ／ｚ比のイオンを励振することができる。その際、注目イオン(ions of interest)だけを励振することも可能だが、現実にはその逆を行うのが普通である。即ち、不要イオンが励振されトラップ外に出て行くような、或いは不要イオンがトラップ内構造物と衝突して消滅するような励振場を、注目イオン以外の全てのイオンを相手に印加する。この励振場は、注目イオンが励振場の作用区画を通るタイミングで毎回停止させる。これによって、そのトラップ内のイオンのｍ／ｚ比域が狭まっていき、そのトラップ内に残るイオンはある狭い一種類のｍ／ｚ比域に近づいていく。励振場は、通常、偏向器の電極にパルス電圧を印加することによって発生させる。その電極は、そのイオントラップ内でイオンが辿る経路の近くに配置する。
【０００６】
こうした原理に基づく反射型トラップの従来例としては、まず特許文献１に記載のものがある。この文献では、反射型トラップを構成する正バイアスされた反射電極間を陽イオンが行き来する。それら反射電極のうち一方は所要ｍ／ｚ比のイオンが飛来するタイミングのみで正バイアスされるので、所要ｍ／ｚ比でないイオンは、それ以外の期間で悉くその反射電極を通り抜け廃棄されることとなる。また、特許文献２にはこれと類似した反射型トラップが記載されている。このトラップでは、複数個の反射電極を差し向かいに配置し、そのうち一方へのバイアス印加をある特定の期間に停止させることによって、狙ったイオンをその電極越しに通過させ検出器に送る。また、このトラップではトランスミッション向上のため反射電極間に静電粒子ガイドが設けられている。こうしたガイドがあるため、その飛行経路上のイオンを選択的に射出することができる。
【０００７】
他方、特許文献３等に記載の従来システムでは、そのトラップを比較的低いｍ／ｚ比分解能で随時稼働させることができる。また、連続だが割合に広いｍ／ｚ比域に亘りイオンを取り出し後段での処理乃至検出に供することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第３２２６５４３号明細書
【特許文献２】米国特許第６０１３９１３号明細書
【特許文献３】米国特許第６８８８１３０号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００５／０１５１０７６号明細書
【特許文献５】ソビエト連邦特許第１７１６９２２号明細書
【特許文献６】米国特許第６３００６２５号明細書
【特許文献７】英国特許第２０８００２１号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００５／０１５１０７６号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００５／００４５８１７号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００５／００７７４６１号明細書
【特許文献１１】英国特許第２４０２２６０号明細書（Ａ）
【特許文献１２】米国特許第６４６９２９５号明細書（Ｂ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここに、先に述べた方の手法、即ち励振を繰り返してｍ／ｚ比分解能を高める手法では、イオンをアイソクロナス(isochronous)に反復運動させることと、そのイオンをトラップ内に十分長期間に亘り捉えておくこととが必要になる。しかし、通常はトラップ内イオン光学系が完全無欠でないためこれらの条件は完全には満たされず、実質的な稼働周期が限られることとなる。即ち、そのトラップの分解能限界に到達してしまうと、それ以上イオンの反復運動を継続させても何も得られなくなる。継続させても、単に、そのイオンがそのトラップ内のバックグラウンドガスとの散乱現象に余計に曝されるだけである。なお、上述の時間的制限は数〜数百ｍｓｅｃのオーダである。
【００１０】
また、従来技術には、いちどきに選別、射出させうるのが、ある単一のｍ／ｚ比のイオン（高分解能型）か、或いは複数の似通ったｍ／ｚ比を含むある連続なｍ／ｚ比域内のイオン（低分解能型）か、のどちらかに限られる、というやっかいな短所がある。まず、高分解能型では、選別できるイオンの種数がそのトラップへの注入１回当たり一種だけであり、たった一種のイオンを分析するのに一稼働周期をまるまる費やさねばならない。タンデム質量分析（ＭＳ／ＭＳ分析）を１回行うだけなら、選別すべき親イオン（プリカーサイオン）が一種だけであるので、こうした事情が問題にならないかもしれない。しかしながら、広域に亘る質量スペクトルを高分解能で即ちＭＳ／ＭＳ分析の繰返しで捉えるには、これではトラップへのイオン注入を何回も行わねばならず、長い時間がかかってしまう。ことに、分析にかけられる試料が少量だと、この手法ではほんの僅かなｍ／ｚ比域しか分析できない。他方、低分解能型、即ち似通ったｍ／ｚ比のイオンを低分解能選別する従来技術では、それとは別の問題が発生する。まず、その後段での処理乃至検出に使用できる典型的な広ダイナミックレンジ検出器（荷電粒子増倍検出システム例えばダイノードアレイ付電子増倍器たるチャネルトロンにより形成されたもの）の応答遅延は、１〜１０μｓｅｃオーダと長い。通常、多重反射型トラップから出てくるイオンパケット（小群）のパルス幅は２０〜１００ｎｓｅｃのオーダであり、これは当該典型的な検出器の応答遅延に比べて数桁程短いので、そのアバンダンス（パケット規模）に大きなばらつきがありそのｍ／ｚ比が似通っている複数種のイオンを、高分解能選別することができない。なお、遅延時間をもっと短くするには飛行時間効果（ＴＯＦ）型質量分析計用の特殊な検出器を用いればよいが、反面でそのダイナミックレンジがかなり狭くなるのが普通である。ダイナミックレンジが狭いのは、そのピーク電流値が従前の低速な検出器と同等水準であるのに、その種の検出器では質量ピークがかなり小さい（従って検出電荷総量がかなり少ない）からである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
これらの課題に対処するため、本発明のある実施形態では次のような方法を提案する。この方法は、多重反射型又は閉軌道型のイオントラップアセンブリを稼働させる方法であって、（ａ）イオントラップに注入され又はその内部で発生したイオン種の大群に属し、そのトラップの内部経路上で実質的にアイソクロナスに且つそのイオンのｍ／ｚ比に対応する特徴的な運動周期で反復又は周回運動している種々のイオンのなかで、当該運動周期が違うｎ種（但しｎ≧２）を注目イオンとして特定するステップと、（ｂ）そのトラップの内部又は近傍に設けられているイオンゲートを、そのトラップの内部経路上で運動中の注目イオンを第１イオン経路に通す第１ゲート状態と、同内部経路上で運動中の他種イオンを第１イオン経路とは別の第２イオン経路方向に通す第２ゲート状態との間で、切り替えるステップと、を有する。本方法では、第１ゲート状態へのゲート状態切替を、そのうち第１の種のイオンの運動周期に従い定めたタイミングＴa（但しａ≧１）、同じく第２の種のイオンの運動周期に従い定めた別のタイミングＴb（但しｂ≧１）等々、ｎ種ある注目イオンそれぞれの運動周期に従い定めた一群のタイミングＴx（但しｘ＝１，２，…）に従い実行することにより、それらの注目イオンを他種イオンから分離させる。
【００１２】
ここでいうイオントラップとは、イオンの運動経路を所定の反復又は周回運動経路に制限することが可能な種々の装置のことである。このトラップは、その内部にある所定の反復又は周回運動経路上を繰返し巡るよう、その稼働時にイオンの運動を制約する。なかでも使いやすいのはＥＳＴであるが、本件技術分野で習熟を積まれた方々（いわゆる当業者）には自明な通り他種トラップにも使用可能なものがある。
【００１３】
また、イオンゲートとは、例えば、随意に作動及び停止可能な静電偏向型又は電磁偏向型のイオン偏向器のことである。このゲートは例えばトラップの内部又は近傍に配置し、そのトラップの内部経路上を辿っているイオンをそのゲートを介し第１イオン経路や第２イオン経路に送るようにする。第１及び第２イオン経路のうち一方は例えばその内部経路をそのまま延長した経路とする。その場合、そのトラップの内部経路上のイオンを、あるゲート状態ではその経路からずれた方向へと偏向させ、他方のゲート状態では偏向させずにそのままその経路を辿らせることができる。
【００１４】
このイオントラップアセンブリを稼働させると、トラップ内イオンのうちその運動周期が異なる複数の種が特定され、その運動周期を示す情報に基づく相応のタイミングでゲートが作動する。その結果、それらの種のイオン即ち注目イオンが他種イオンから分離される。例えば、静電偏向型のイオン偏向器を、その作動で他種イオンを偏向させるゲートとして使用する。注目イオンについては、ゲート近傍に存するタイミングを予め知ることができるので、該当するタイミングにてゲートによる偏向動作を停止させればよい。また、偏向させた他種イオンは、そのトラップ例えばＥＳＴの壁面に射突させてもよいし、そのトラップから出射させてもよい。出射させたイオンをそのトラップ外のイオン貯留装置に蓄えるようにすれば、そのイオンを後のサイクルで再度トラップに注入し更なる分析に供することもできる。或いは、そのイオンを他の装置で更に処理すること、例えばフラグメント化することもできる。
【００１５】
ゲートの幾何学的な位置は例えばトラップのほぼ中心にする。トラップのほぼ中心にあると、原理的にいって、イオンがトラップ内の“半行程”を旅する期間と残りの“半行程”を旅する期間とが同じ期間Ｔx／２になるのが普通である。イオンがその一往復当たり２回ゲートを通るので、ゲート状態の切替は一往復当たり２回必要になる。また、ゲートの位置をトラップの中心からずらすこともできる。その場合も一往復当たり２回ゲート状態を切り替えることとなるが、切替から次の切替までの時間とその切替から更にその次の切替までの時間は、種が同じでも異なる時間になる。この他、イオンの一往復又は一周当たりゲート通過回数が１回のみになるようトラップを構成することもできる。
【００１６】
各イオン種の反復運動周期は前もって知ることができるので、相応のアルゴリズムを使用すればイオン種同士の間隔を最適化することができる。例えば質量スペクトルを捕捉したい場合、選別すべきイオンを種単位でリストアップする。そのリスト上の種の運動周期やその運動エネルギは予め知ることができるので、それを利用し、リスト上の種を何個かの組に分ける。組分けの際には、そのｍ／ｚ比ひいてはゲート通過タイミングが大きく異なるイオン種同士が、互いに同じ組に入るようにする。トラップ内に注入され又はその内部で発生したイオンの運動周期を求め、またその運動周期に基づき注目イオンの最善な組分けを知るには、例えば、標本イオン種群を用いキャリブレーションを行えばよい。
【００１７】
こうした手法を採ると、トラップへのイオン注入を１回行うだけで、何組かのイオン種を選別することができる。即ち、相応のアルゴリズムによって注目イオンを何種かずつ複数の組に分け、組単位で選別するようにしているので、ある組を選別した後残った他の組のイオンを廃棄する必要はない。例えば、上述の通りトラップ外に貯留しておき、そのトラップに再注入して後のサイクルで分析すればよい。
【００１８】
また、そのｍ／ｚ比が異なるイオン種は運動周期も異なるものである。その運動周期が違うイオンのパケットは、同じ時間のうちにトラップ内を異なる回数運動する。そのため、複数種のイオンが同じゲートにほぼ同着することがある。例えば、ｍ／ｚ比＝ｍ／ｚ1の種は運動周期がＴ1、ｍ／ｚ比＝ｍ／ｚ2の種は運動周期がＴ2であるとし、それらのイオンパケットが同じ場所から互いに同時に出発したとすると、それらがその場所で再会するのはｎ×Ｔ1＝ｋ×Ｔ2が成り立つタイミングとなる（但しｎ及びｋはこの関係を満たす最小の整数値）。
【００１９】
これを利用するとイオンの射出及び分析をより柔軟に行うことができる。例えば、ある一種だけを射出させて分析したい場合は、そのアルゴリズムとして、その一種を特定してその種のイオンがゲートに飛来するタイミング（但し他種イオンは飛来しないタイミング）を求めるアルゴリズムを使用する。逆に、複数種を一括分析したい場合は、そのアルゴリズムとして、それらの種のイオンがイオンゲート近傍に共存するタイミングを求めるアルゴリズムを使用する。また、一種だけを射出させたい場合でも、そのアルゴリズムを繰り返して実行した方がよい。それによって、無用なｍ／ｚ比域に係る種を迅速に廃棄することができる。ひいては、バックグラウンドガスの増大を抑え干渉を少なくすることができる。
【００２０】
本発明の他の実施形態は、多重反射型又は閉軌道型のイオントラップアセンブリであって、イオントラップと、イオンゲートを含む電極装置と、トラップコントローラと、を備える。イオンゲートは、イオントラップの内部経路上を辿っているイオンを第１イオン経路に送る第１ゲート状態と、当該イオンを第２イオン経路に送る第２ゲート状態との間で切替可能とする。トラップコントローラは、イオントラップに注入され又はその内部で発生する種々の荷電粒子のうち、そのトラップの内部経路上で実質的にアイソクロナスに且つそのイオンの質量電荷比に対応する特徴的な運動周期で反復又は周回運動している種々のイオンのなかから、当該運動周期が違うｎ種（但しｎ≧２）を注目イオンとして特定する。トラップコントローラは、更に、イオンゲートの第１ゲート状態への切替を、そのうち第１の種のイオンの運動周期に従い定めたタイミングＴa（但しａ≧１）、同じく第２の種のイオンの運動周期に従い定めた別のタイミングＴb（但しｂ≧１）等々、ｎ種ある注目イオンそれぞれの運動周期に従い定めた一群のタイミングＴx（但しｘ＝１，２，…）に従い実行することによって、それら注目イオンを他種イオンから分離させる。
【００２１】
ここでいうイオントラップとは、イオンの運動経路を所定の反復又は周回運動経路に制限することが可能な種々の装置のことである。このトラップは、その内部にある所定の反復又は周回運動経路上を繰返し巡るよう、その稼働時にイオンの運動を制約する。なかでも使いやすいのはＥＳＴであるが、いわゆる当業者には自明な通り他種トラップにも使用可能なものがある。
【００２２】
また、イオンゲートは例えばイオントラップの内部又は近傍に配置し、そのトラップの内部経路上を辿っているイオンをそのゲートを介し第１イオン経路や第２イオン経路に送るようにする。第１及び第２イオン経路のうち一方は例えばその内部経路をそのまま延長した経路とする。その場合、そのトラップの内部経路上のイオンを、あるゲート状態ではその経路からずれた方向へと偏向させ、他方のゲート状態では偏向させずにそのままその経路を辿らせることができる。
【００２３】
本発明の更に他の実施形態は、こうしたイオントラップアセンブリと、それを構成するイオントラップの外部に設けられ後のサイクルでの分析用にイオンを貯留する１個若しくは複数個のイオン貯留装置、そのトラップの内部又は外部に配置されたイオン検出手段、荷電粒子を発生させるイオン源、並びにイオン源・トラップ間に配置されたイオン貯留兼注入装置のうちいずれか又はその任意の組合せと、を備える質量分析計である。更に、本発明はＭＳ／ＭＳ分析やＭＳn  分析の際の親イオン選別にも使用できる。その際、引き続くフラグメント化及び質量分析は、トラップ外のフラグメント化セルや質量分析計で、或いはプリトラップや多重反射型又は閉軌道型のそのイオントラップでも、実行することができる。
【００２４】
複数種の注目イオンを相互干渉無しでフラグメント化するには、それらをフラグメント化セルへとシーケンシャルに注入する際の種同士の時間間隔を、それらのイオン又はそのフラグメントイオンがフラグメント化セル内で占める分布幅に比し、長い時間にすればよい。このようにすると、複数種の注目イオンを単一バッチで同じフラグメント化セルに注入し、そのセル内で相前後してフラグメント化することができる。また、注目イオンの種毎に専用のフラグメント化／トラッピングセルを設けておき、注目イオンをその種毎に別々のセルに送るようにしてもよい。その場合、種同士の時間間隔は短くてもよく、また全種を並列処理することもできる。
【００２５】
本発明の更なる実施形態は、多重反射型又は閉軌道型のイオントラップアセンブリを稼働させる方法であって、（ａ）あるｍ／ｚ比域に分布する複数種の荷電粒子をＥＳＴに注入するステップと、（ｂ）注入された荷電粒子のうち、そのＥＳＴの内部経路上で実質的にアイソクロナスに運動しＥＳＴ内所定点をある特徴的な運動周期で繰返し通過する種々のイオンのなかから、当該運動周期が違うｎ種（但しｎ≧２）を分析対象イオンとして特定するステップと、（ｃ）ゲーティング位置に設けられているイオンゲートを、ＥＳＴ内所定点を通過する分析対象イオンを第１イオン経路に通す第１ゲート状態と、それ以外のイオンを第１イオン経路とは別の第２イオン経路に通す第２ゲート状態との間で、切り替えるステップと、（ｄ）分析対象イオンを検出するステップと、を有する。イオンゲートの第１ゲート状態への切替は、分析対象イオンが他種イオンから分離されるよう、分析対象イオンの種それぞれに特徴的な反復運動周波数に係る都合複数のタイミングで実行する。
【００２６】
注記すべきことに、本発明は、荷電粒子が非調和的に多重振動するタイプの様々なイオントラップに対し等しく適用可能である。本発明を適用できるトラップの例としては、イオンミラー２個付のリニアＥＳＴ（前掲の特許文献１及び２参照）、セクタ即ち扇形部分を複数個有するセクタＥＳＴ（特許文献４等を参照）、スパイラルＥＳＴ（特許文献５等を参照）等がある。各回反射後のイオン飛行経路が互いに同一になる閉鎖型（特許文献６の図８参照）でも、概ね同じだが全く同じにはならないかもしれない開放型（特許文献７参照）でもよい。他のイオン励振方法もあるものの、イオンが調和振動するタイプのトラップにも適用可能である。本発明の他の構成要素及び効果については、実施形態についての詳細な説明及び別紙特許請求の範囲を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１ａは、本発明の一実施形態に係る質量分析計、それを構成する多重反射型又は閉軌道型の静電イオントラップ、並びにそのトラップに組み込まれたイオン偏向器を示す図である。
【図２】図１ｂは、本発明の他の実施形態に係る質量分析計、並びにそれを構成する多重反射型又は閉軌道型の静電イオントラップを示す図である。
【図２ａ】ある種のイオンを取り出す際に図１に示したイオン偏向器に印加されるパルスを示すタイムチャートである。
【図２ｂ】それとは別種のイオンを取り出す際に図１に示したイオン偏向器に印加されるパルスを示すタイムチャートである。
【図２ｃ】更に別種のイオンを取り出す際に図１に示したイオン偏向器に印加されるパルスを示すタイムチャートである。
【図２ｄ】それらの種のイオンを取り出す際に図１に示したイオン偏向器に印加されるパルスを示すタイムチャートである。
【図３ａ】図２ａ〜図２ｄに示したパルス列のタイミングを決めるアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図３ｂ】図３ａの続きを示すフローチャートである。
【図３ｃ】図３ｂの続きを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１ａに本発明の一実施形態に係る質量分析計１０を示す。この分析計１０にはエレクトロスプレイ型イオン源、ＭＡＬＤＩ型イオン源等のイオン源２０が連結されている。そのイオン源２０に発する荷電粒子流、即ち分析対象荷電粒子の連続流又はパルス流は、第１イオン光学系３０を介しプリトラップ４０に取り込まれる。プリトラップ４０内ではイオンの動きが制約されるため、イオン源２０からイオンが送り込まれるたびに、このプリトラップ４０内にはイオンがたまっていく。そのイオンは第２イオン光学系５０を介しＲＦ駆動型の注入トラップ６０に送り込まれる。注入トラップ６０としてはリニア四重極トラップ、リニア八重極トラップ等も用いうるが、本実施形態ではＲＦスイッチングが可能な湾曲付リニアトラップを用いている。注入トラップ６０はその第１入射口５５を介しプリトラップ４０からイオンを受け入れ、その内部に蓄えた上で、その湾曲部にあるイオン出射口６５からその注入トラップ６０に対し直交する方向へと、そのイオンを射出する。そのイオン出射口６５から出てきたイオンは、トラップ光学系７０を通り、図中のＥＳＴ８０につながる図示しないＥＳＴ注入口に達する。注入口に達したイオンは、一気呵成にそのＥＳＴ８０に入っていく。ＥＳＴ８０に入ったイオンは、そのＥＳＴ８０内の第１反射電極９０・第２反射電極１００間を反復運動し始める。その反復運動の経路は、図示の通りＥＳＴ８０の軸１０５沿いに延び、電極９０・１００間に亘っている。
【００２９】
そのＥＳＴ８０の内部には変調器／偏向器１１０が配置されている。その位置は、この模式図の如く、ＥＳＴ８０内イオン反復運動経路（ＥＳＴ８０の軸１０５）上である。図示例では第１反射電極９０からも第２反射電極１００からも等距離にあるが、ご理解頂ける通りこれは一例であり、変調器／偏向器１１０はＥＳＴ８０外を含め様々な場所に配置することができる。例えば、軸１０５から外れた場所や、反射電極９０，１００から等距離でない場所である。但し、その配置は、ＥＳＴ８０内の経路１０５上で反復運動中のイオンをその変調器／偏向器１１０の動作で操ること（例えば偏向させること）ができる配置でなければならない。
【００３０】
変調器／偏向器１１０は幾つかの役目を負っている。なかでも重要なのはイオンゲートとしての役目である。イオンゲートとしての変調器／偏向器１１０は、ＥＳＴ８０内反復運動経路１０５上からイオンを偏向乃至分岐させる。その作動タイミングについては図２ａ〜図２ｄを参照してより詳細に後述する。他の役目、即ちＥＳＴ８０に入ってくるイオンのエネルギを設定乃至制御する役目は次の通りである。
【００３１】
まず、ＥＳＴ８０内反復運動は様々な手法で引き起こすことができる。第１の手法は、ＥＳＴ８０へのイオンの入り口となる注入口の位置と、ＥＳＴ８０内電場が十分強い位置との関係により、そのイオンの反復運動を開始させる手法である。例えば、その注入口をＥＳＴ８０内電場が十分に強い場所に形成しておけば、ＥＳＴ８０への注入だけでイオンが反復運動し始める。また、ＥＳＴ８０への注入に先立ち十分な運動エネルギを与えておくことでも、反復運動を開始させることができる。ＥＳＴ８０内加速のため改めて加速電場を印加する必要はない。
【００３２】
別の手法としては、ＥＳＴ８０への注入直後のイオンに場を印加し、それによってそのイオンに運動エネルギを付与する手法がある。例えば図中の変調器／偏向器１１０を作動させれば運動エネルギを付与できる。
【００３３】
いずれの手法でも、ＥＳＴ８０内イオンの平均運動エネルギは前もって知ることができる。
【００３４】
注入トラップ６０からＥＳＴ８０へとイオンを注入したら、それら様々な様々なイオン種のなかで、一組の分析対象イオン種を特定する。例えば、ある広いｍ／ｚ比域に属する複数のイオン種を、互いに分離させうるもの同士が同じ組に入るよう組分けすることにより、相互分離可能な複数種を分析対象として特定する。或いは、ｍ／ｚ比の上下限を指定することであるｍ／ｚ比域を特定し、その域内の全てのイオン種を分析対象として特定する。ご理解頂けるように、個々の注目イオンをそのｍ／ｚ比に基づき特定する必要があるという点では、これらの手法は等価的なものである。しかしながら、後者では特定される種同士の質量数或いは価数が近いため、特定したイオンのＥＳＴ８０内での扱われ方が、前者と若干違っている。
【００３５】
いずれにせよ、複数注目イオン種の特定が済んだら、そのＥＳＴ８０に接続されているトラップコントローラ１２０例えばそのプロセッサが、それらの注目イオンに関し反復運動速度及び運動エネルギが既知であることを利用して手順を決め、その手順に従いイオンの選別及び分析を実行する。以下、まず概要説明を通じ装置動作をご理解頂いた上で、当該手順を決めるアルゴリズムの好適例を図３ａ〜図３ｃを参照して説明する。
【００３６】
まず、ほんの数種（例えば二乃至三種）のイオンを分析できればよい場合は、それらのイオンをＥＳＴ８０内に一括注入し、原則として複数組に分けずに分析すればよい。これに対し、より多種のイオンを分析したい場合、トラップコントローラ１２０は注目イオン種間運動周期差を考慮しそれらの種を適切に組分けする。例えば十五種のイオンを分析したいのであれば、コントローラ１２０は、大きな反復運動周期差を有する例えば三種が同じ組に入るよう、即ち注入トラップ６０から注入された後同じ組内の種同士が迅速に分離していくよう、例えばそのうちの五種を選んで同じ組に入れる。後述する通り、残りの十二種の注目イオンはＥＳＴ８０外に貯留させ、後のサイクルで再注入することができる。それらの種も、やはり、コントローラ１２０が後述のアルゴリズムに従い決めた手順に従い処理される。
【００３７】
説明を単純化するため、ここでは、最初に注入トラップ６０からＥＳＴ８０へと注入されるイオンのうち三種だけが最終的な注目イオン種であるとする。更に、それら三種のイオン間に十分大きな反復運動周期差があり迅速に相互分離可能であるとする。とはいえ、ご理解頂けるように、イオン種の組合せ方がより複雑で組同士が重なり合うような状況にも本発明を適用可能である。
【００３８】
この例の場合、トラップコントローラ１２０は、三種の注目イオンを他種イオンから分離させるに当たり、まず注目イオンの個々の種が変調器／偏向器１１０近傍に飛来するタイミングを求める。コントローラ１２０は、求めたタイミングに従い変調器／偏向器１１０を制御する。変調器／偏向器１１０、即ち注入口の直後にありときとしてＥＳＴ８０内加速も担う装置は、本例の場合、注目イオンでないイオンを偏向させて反復運動経路１０５から逸らすよう、また注目イオンがその近傍に存するときにはそうした偏向動作を行わない状態に切り替わるよう、コントローラ１２０によって制御される。従って、注目イオンは反射電極９０及び１００による反射を経ながら経路１０５沿いに飛行し続け、それ以外のイオンは悉く偏向されてその経路１０５上から排除される。この動作がＥＳＴ８０内で十分な回数に亘り繰り返されると、注目外イオンがその経路１０５から排除されてしまうため、注目イオンだけが反復運動しつつ残存することとなる。
【００３９】
なお、本例では変調器／偏向器１１０を概ね常時作動させ、注目イオンがその近傍に存するときだけその作動を停止させているが、もしそのＥＳＴ８０に注入されるイオンの種が前もって悉く判っている場合には、ＥＳＴ８０の作動タイミングをこれとは逆にすることもできる。即ち、変調器／偏向器１１０を概ね常時停止させておき、他種イオンがその近傍に存するときだけ変調器／偏向器１１０を作動させてその種を悉く経路１０５から排除するようにしてもよい。更に、変調器／偏向器１１０を単純に作動／停止させる構成にとどまらず、変調器／偏向器１１０を常時作動させその電圧を随時切り替える構成にすることもできる。その構成では、変調器／偏向器１１０への注入後に辿り続けた経路と異なる第１イオン経路へと注目イオンを偏向、方向転換させて（当然ながら）保存する一方、他種イオンは注目イオンから分離するよう第２イオン経路へと方向転換させる。
【００４０】
いずれにせよ、イオンパケット同士の時間間隔は数十ｎｓｅｃ〜数十μｓｅｃ程度まで拡げることができる。他方、同じｍ／ｚ比のイオンで形成されているパケットの時間長（時間軸に沿った差し渡し）はほんの数十ｎｓｅｃ程度である。従って、注目イオン種を分離させる上で制約になるのは、電子回路の応答遅延ではなく、寧ろ親イオン選別装置たる変調器／偏向器１１０の物理的なサイズの方である。例えばその質量が１０００Ｄａで運動エネルギが１０ｋｅＶのイオンがパルス幅＝２０ｎｓｅｃのパケットを形成している場合、その空間長（経路に沿った差し渡し）は０．８９ｍｍとなる。従って、理論的には変調器／偏向器１１０のサイズもそれと同程度でよい。実際にはイオンビームがかなり大きなサイズであるので、そのサイズではイオンビームに抵触する。
【００４１】
マルチパスシステムのトランスミッションを良好にするには、イオン飛行経路上にグリッドやワイヤを配するタイプの装置を、経路１０５上で変調器／偏向器１１０として使用するは望ましくない。即ち、ＴＯＦ型タンデム質量分析計等の非マルチパスシステムにおいてと違い、その種の親イオン選別装置はあまり使用することができない。また、マルチパス型親イオン選別装置のトランスミッションを仮に９９％超に高めたとしても、それを変調器／偏向器１１０として使用した場合、繰返し通過により質量分析中に不許レベルの損失が生じる可能性がある。その点、邪魔なワイヤがない開放型の装置、即ち場無し領域に配した偏向プレートやオンオフスイッチング可能な静電分析器で親イオン選別を行う装置であれば、変調器／偏向器１１０として使用することが可能である。しかし、その種の装置は数十ｍｍ〜数十ｃｍ以上というやや大型の装置となる。そのため、この種の装置で隣接イオンパケット間を高分解能で分離させるには、イオン通過回数を多くしなければならない。
【００４２】
それよりは、イオンビーム射突が生じないタイプの変調器／偏向器１１０をＥＳＴ８０内での親イオンの低分解能選別に限って使用し、最終的なイオン選別は別プロセスで行うようにした方がよい。通過回数が異なるイオンパケット同士が隣り合わせになっていないので、その最終的なイオン選別プロセスは単純なプロセスとなる。ＥＳＴ８０内での低分解能選別に大きめの変調器／偏向器１１０を用いることで、イオンの多数回通過によるトランスミッション低下を抑えることができ、またＥＳＴ８０から第１イオン経路上に射出されたイオンに対し例えばブラッドベリ・ニールセン型ワイヤイオンゲートを用いて最終的なイオン選別を行うことで、より高い分解能でイオンを選別可能でＥＳＴ８０内通過回数も少ないシステムを実現することができる。この手法が適するのは、ＭＳ／ＭＳ分析によって少数例えば１個又は２個のｍ／ｚ比窓を選別してフラグメント化に供する場合である。その場合、親イオン選別所要時間が短縮され、真空条件が緩和され、且つデューティサイクルも改善される。
【００４３】
翻って、図１ａに示した質量分析計１０では、当初は注目イオンでなかった種のイオンを捕獲し、後のサイクルにて再分析することができる。特に、一連の質量スペクトルを形成する複数種の注目イオンが、前述の通り何種かずつトラップコントローラ１２０上で複数組に分けられている場合、最初のサイクルで注目イオンでなかったため分離、排除された組の種を貯留しておき、それらを後のサイクルで分析することで、例えば質量スペクトル全域を捉えることができる。これを実行する際には、図示の通り、現サイクルで注目イオンとされていない種のうち後のサイクルで分析したい種、即ち貯留しておくべき種を、偏向させて経路１３０沿いにオプションの電子セクタ装置１４０へと出射させる。そのイオンは電子セクタ装置１４０内で減速し、更なるイオン光学系により案内され、その第２入射口１５０を介し注入トラップ６０に再注入される。次いで、そのイオンはその注入トラップ６０内に一旦貯留され、イオン出射口６５を介し直交方向に射出され、ＥＳＴ８０内に戻って後の分析サイクルに供される。所望なら、ＥＳＴ８０内に戻す前のイオンに、注入トラップ６０内でフラグメント化等の付加処理を施すこともできる。
【００４４】
注目イオンの分離が済んだら（即ちＥＳＴ８０内に残存する種が概ね注目イオンだけになったら）、トラップコントローラ１２０は、注目イオンがその近傍に存するタイミングで変調器／偏向器１１０を作動させることによって、それらの種の注目イオンを反復運動経路１０５から逸らしてイオンレシーバ１２５に送る。レシーバ１２５としてはイオン検出器、例えばチャネルトロン等の電子増倍器を使用する。この種の検出器はダイナミックレンジが広い。但し、その応答遅延が少なくとも１００ｎｓｅｃ、大きければ１ｍｓｅｃにもなる。また、レシーバ１２５としてフラグメント化セル、質量分析計或いはその双方を外付けすることもできる。例えばＯｒｂｉｔｒａｐやＴＯＦ型ＦＴ−ＩＣＲ（フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴）型質量分析計等の装置である。図１ａに示した構成であれば、それと同様のフラグメント化をプリトラップ４０で実行させ、それによって生じたフラグメントイオンを（上記同様に）ＥＳＴ８０へと注入させることも、また当該フラグメント化を注入トラップ６０で実行させ、フラグメントイオンをやはりＥＳＴ８０に注入させることもできる。また、図１ｂに示した別の実施形態（大半の構成が図１ａと同じであるので同一部材については同様の参照符号を使用している）では、イオンが通る経路１０５と寄り添うようにフラグメント化セル１６０が配置されているので、イオンを変調器／偏向器１１０で偏向させてそのセル１６０に送り込むことができる。
【００４５】
また、応答が遅いというこの種のイオンレシーバ１２５の難点は、これらの実施形態では容易に克服することができる。即ち、レシーバ１２５への飛来タイミングがそのレシーバ１２５の応答時間以上ずれるように、個々のイオンをトラップコントローラ１２０による制御で種毎に且つ順繰りに偏向させればよい。三種の注目イオンをＥＳＴ８０内で前掲の手法により特定する前掲の例でいえば、これは、それら三種のうちある一種の注目イオン（ｍ／ｚ比＝ｍ／ｚ1）を偏向させレシーバ１２５に送ってから（時刻ｔ1）別種の注目イオン（ｍ／ｚ比＝ｍ／ｚ2）をレシーバ１２５に送るまで（時刻ｔ2）の時間ｔ2−ｔ1を、レシーバ１２５の応答遅延以上にする、ということである。また、容易にご理解頂けるように、検出したい種の注目イオンを検出できるようになるまで、そのＥＳＴ８０の許容範囲内なら何回でも、その種のイオンを経路１０５沿いに反復運動させることができる。
【００４６】
こうしてより低速な検出器をイオンレシーバ１２５として使用可能になるということは、強度検出値ダイナミックレンジを顕著に拡げうるということである。また、高速検出器（例えばＴＯＦ型検出器）でよく用いられるデータシステムではなく、四重極型乃至イオントラップ機器用でかなり廉価な最新式のデータシステムを、使用することが可能になる。強度検出値のダイナミックレンジが拡がるということは、検出器起因偏差及び飽和現象を抑圧することができ、従ってより定量的な分析を行えるということである。従来から、イオンの定量分析は三連四重極型質量分析計を用いて行われており、またその内部キャリブラントとしては同種分子が使用されることが多かった。本発明では、注目イオンの個々の種に係る内部キャリブラントを試料と対にして貯留しておき、その上で上述した分析サイクルを１回実行するだけで、試料及び内部キャリブラントを共に検出することができる。特に重要なことに、試料とそのキャリブラントとを注入トラップ６０及びＥＳＴ８０に同時注入することができ、従ってイオン源断続変動の影響を抑えることができる。
【００４７】
更に、三連四重極の諸諸稼働モードをこの手法で提供することができる。
【００４８】
（ａ）親イオン（プリカーサイオン）走査：  これは、所要ｍ／ｚ比域に亘る擬連続スペクトルを複数個の小領域に分割して捕捉するモードである。このモードでは、そのｍ／ｚ比域内にＮ個（Ｎ＞１）のｍ／ｚ比窓を設定し、各サイクルにてそれらの窓のイオンを分離させイオンレシーバ１２５に送り込む。Ｎの値は例えば２０〜４０とする。その次のサイクルでは、個々のｍ／ｚ比窓の位置（ｍ／ｚ比の値）をプラス方向に例えば０．１％ずらした上で、その新たな窓に係る強度値を計測する。こうしたサイクルを所要ｍ／ｚ比域全体がカバーされるまで繰返し実行し、個々のサイクルで得られたデータを相互結合させると、その所要ｍ／ｚ比域についての擬連続スペクトルが判明する。
【００４９】
（ｂ）生成イオン（プロダクトイオン）走査：  これは、フラグメント化対象として選定された個々のｍ／ｚ比について、フラグメント化サイクル毎に複数個（例えばＮ＝２０〜４０個）のｍ／ｚ比窓を選定し、そのｍ／ｚ比窓内のイオンをイオンレシーバ１２５に送るモードである。ｍ／ｚ比窓の位置は上記同様にサイクル毎にシフトさせていく。
【００５０】
（ｃ）ニュートラルロス走査：  これは、フラグメント化対象として選定された個々のｍ／ｚ比について、その注目イオンのニュートラルロスに相応する１個のみのｍ／ｚ比窓を検出用に選定するモードである。
【００５１】
モード（ａ）及び（ｂ）の場合、デューティサイクルは従来のスキャン機構に比べＮ倍改善されることとなる。例えば繰返し速度が約１０００Ｈｚなら、等価的に毎秒１０００×Ｎ個のｍ／ｚ比窓を走査することができる。これは、例えばｍ／ｚ比窓のサイズが０．１ＤａでＮ＝２０なら、２０００Ｄａ／ｓｅｃという高分解能スペクトルが得られる、ということである。
【００５２】
本発明の諸実施形態には、更に、複数種の注目イオンを種毎に抽出及び検出する必要がない、という長所がある。即ち、注目イオンの反復運動周期は一般にその種毎に異なるが、ＥＳＴ８０への注入後の反復運動回数の違いによって、二種のイオンが変調器／偏向器１１０にて再会することがある。トラップコントローラ１２０はそのタイミングを算出することができる。従って、複数種の注目イオンを検出に際し一斉に射出することができる。とりわけ、同一試料（例えば蛋白質）をその荷電状態の違いにより分析する際には、この機能の利用で信号対雑音比を向上させることができる。この点については、図３ａ〜３ｃを参照しより詳細に後述する。
【００５３】
次に、図２ｄとして模式的な合成タイムチャートを示す。このタイムチャートは、三種の注目イオン（ｍ／ｚ比＝ｍ／ｚ1，ｍ／ｚ2，ｍ／ｚ3）を特定し後のサイクルでの分析用に選別する際、トラップコントローラ１２０によって変調器／偏向器１１０に印加される励振波形を示している。また、図２ａ〜図２ｃとして示すタイムチャートは、分析対象となるイオンを一種ずつ選別する際、変調器／偏向器１１０に印加される励振パルスを示している。図２ａで選別されるのはそのｍ／ｚ比がｍ／ｚ1のイオンだけ、図２ｂで選別されるのはそのｍ／ｚ比がｍ／ｚ2のイオンだけ、図２ｃで選別されるのはそのｍ／ｚ比がｍ／ｚ3のイオンだけである。これからより詳細に説明する通り、図２ｄは図２ａ〜図２ｃを重ね合わせた合成タイムチャートになっている。
【００５４】
まず、ＥＳＴ８０には種々のイオンが注入される。そのなかから三種ｍ／ｚ1，ｍ／ｚ2，ｍ／ｚ3の注目イオンを特定し不要な他種イオンから分離させる場合、トラップコントローラ１２０は、それらの種ｍ／ｚ1，ｍ／ｚ2，ｍ／ｚ3が変調器／偏向器１１０を過ぎるタイミングを算出する。イオン種間には反復運動周期差があるのでこうした計算を行うことができる。例えば、反復運動周期ｔ1の第１注目イオン種ｍ／ｚ1は図２ａに示す通り時刻Ｔ’＋ｔ1、Ｔ’＋２ｔ1、Ｔ’＋３ｔ1等々に、反復運動周期ｔ2の第２注目イオン種ｍ／ｚ2は図２ｂに示す通り時刻Ｔ’’＋ｔ2、Ｔ’’＋２ｔ2、Ｔ’’＋３ｔ2等々に、そして反復運動周期ｔ3の第３注目イオン種ｍ／ｚ3は図２ｃに示す通り時刻Ｔ’’’＋ｔ3、Ｔ’’’＋２ｔ3、Ｔ’’’＋３ｔ3等々に、それぞれ変調器／偏向器１１０を通過する。これらの種ｍ／ｚ1，ｍ／ｚ2，ｍ／ｚ3の反復運動周期ｔ1，ｔ2，ｔ3は互いに同一でないので、自明な通り、図２ｄに示すイオン選別期間Ｐ中に変調器／偏向器１１０を通過する回数は種毎に異なる。図示例でいうなら、第１の種ｍ／ｚ1が期間Ｐ中に５回変調器／偏向器１１０を通過するのに対し、第２の種ｍ／ｚ2は図２ｂに示す通り７回、また第３の種ｍ／ｚ3は図２ｃに示す通り１０回、それぞれ変調器／偏向器１１０を通過する。
【００５５】
前述の通り、変調器／偏向器１１０は、注目イオンがその近傍に存するタイミングに限りその作動を停止させ、それ以外の期間には常時作動させるのが望ましい（但し必須ではない）。図２ｄでは、時間軸の縮尺及び起点を揃えてある図２ａ〜図２ｃとの対比で一目瞭然な通り、第３の種ｍ／ｚ3がその近傍に飛来する直前に変調器／偏向器１１０の作動を停止させている。それより僅かに長い反復運動周期ｔ2を有する第２の種ｍ／ｚ2は、例えば図２ａ〜図２ｄ中で冒頭に記されている反復運動周期では先の種ｍ／ｚ3からほとんど離れず変調器／偏向器１１０に飛来するので、その時点でも変調器／偏向器１１０の作動は停止したままとする。そして、更に長い反復運動周期ｔ1を有する第１の種ｍ／ｚ1は、当該冒頭の反復運動周期では先の種ｍ／ｚ2のすぐ後を追い変調器／偏向器１１０に飛来するので、この時点でも変調器／偏向器１１０の作動を停止したままにする。従って、種ｍ／ｚ1もそこを通過し図１ａ中の経路１０５に沿った反復運動を続ける。
【００５６】
また、第１の種ｍ／ｚ1が通過したら変調器／偏向器１１０の作動をできるだけ早く再開させる。そのようにすると、それら三種ｍ／ｚ1，ｍ／ｚ2，ｍ／ｚ3の注目イオン以外のイオンが悉くその反復運動経路１０５から逸らされ、上述の通りＥＳＴ８０から除去乃至廃棄されることとなる。
【００５７】
その次の周期では、トラップコントローラ１２０における計算結果に基づき、第３の種ｍ／ｚ3が変調器／偏向器１１０に再来するタイミング（図２ｃ参照）にてその変調器／偏向器１１０の作動を再停止させる。但し、この周期ではその種ｍ／ｚ3と第２の種ｍ／ｚ2及び第１の種ｍ／ｚ1との間に大きな間隔が空くので、種ｍ／ｚ2の飛来を待たずに変調器／偏向器１１０を再作動させる。種ｍ／ｚ2はその後暫くして飛来する。
【００５８】
それら注目イオンの種ｍ／ｚ1，ｍ／ｚ2，ｍ／ｚ3はその後も反復運動を継続する。種毎に反復運動周期が大きく違うものの、いずれは、ある回数の反復運動を経たある注目イオン種が、それとは別の回数の反復運動を経た別の注目イオン種に追いつく、といったことが生じる。例えば図２ｄ中に特記した時刻Ｘでは、第２の種ｍ／ｚ2と第３の種ｍ／ｚ3が変調器／偏向器１１０にほぼ同着している。この再会までの間に、種ｍ／ｚ3は種ｍ／ｚ2に比べ一行程余計にＥＳＴ８０内を巡っている。
【００５９】
トラップコントローラ１２０は、三種ｍ／ｚ1，ｍ／ｚ2，ｍ／ｚ3の注目イオンが不要な他種イオンから分離されるのに十分な時間が経過した時点、より具体的にはそれらの種ｍ／ｚ1，ｍ／ｚ2，ｍ／ｚ3を除く全イオンがＥＳＴ８０から除去された時点で、変調器／偏向器１１０への印加電圧を変化させることによって、それらの種ｍ／ｚ1，ｍ／ｚ2，ｍ／ｚ3のうち一種又は複数種をその反復運動経路１０５から逸らしてイオンレシーバ１２５に送る。具体的には、変調器／偏向器１１０への印加電圧を例えば図２ｄ中の時刻Ｙにて変化させ、不要イオン種除去の際に常用する極性とは逆極性にする。すると、第３の種ｍ／ｚ3だけが偏向され、その経路１０５上から逸れてイオンレシーバ１２５に送られることとなる。
【００６０】
また、これまでの説明からもご推察頂けるように、そうした逆極性電圧によって変調器／偏向器１１０を作動させるタイミングを適宜設定することにより、複数種のイオンを同時に射出することもできる。例えば、図２ｄ中の時刻Ｘにて変調器／偏向器１１０の作動を停止させるのではなく、時刻Ｙに示したものと同じく逆極性の電圧（但しその持続期間がより長いもの）をその時刻Ｘに変調器／偏向器１１０に印加するようにすれば、第２の種ｍ／ｚ2及び第３の種ｍ／ｚ3のイオンをほぼ同時期に反復運動経路１０５から射出してイオンレシーバ１２５に送ることができる。反復運動周期はいずれの注目イオン種についても既知であるので、トラップコントローラ１２０では、個々の種の注目イオンが変調器／偏向器１１０に飛来するタイミングや、複数種の注目イオンが任意の組合せで或いは全種の注目イオンがほぼ同時に変調器／偏向器１１０に飛来するタイミングを、先立って求めておくことができる。
【００６１】
上述した手法から帰結される更なる長所は、注目イオン他種イオン間の間隔が拡がった後であれば、いつでもその注目イオンを偏向させイオンレシーバ１２５に送れることである。即ち、上述の手法である種の注目イオンを偏向させてレシーバ１２５に送った場合、その後別種の注目イオンをそのレシーバ１２５に送るまでの期間を、そのレシーバ１２５にて好適にイオンを検出することができるようそのレシーバ１２５の応答遅延に応じて定めることができる。言い換えれば、例えば第３の種ｍ／ｚ3の射出から第２の種ｍ／ｚ2の射出までの時間をレシーバ１２５の応答遅延（例えば電子増倍器なら１０μｓｅｃオーダ）より長くすることができる。注目イオンが変調器／偏向器１１０を通過するであろうタイミングは種毎に判っているので、トラップコントローラ１２０ではイオンを射出する段取りを好適に決めることができる。即ち、個々の種の注目イオンが別途検出のためレシーバ１２５へと射出されてから、別種の注目イオンが同様に射出されるまでの時間を、そのレシーバ１２５の応答遅延より長くすることができる。
【００６２】
次に、図３ａ〜図３ｃとして示すフローチャートを参照し、イオンを複数種ずつ検出できるようにするアルゴリズムの好適例について説明する。
【００６３】
このアルゴリズムでは、まずイオン種リストを定義する（ステップ３００）。このリストはＥＳＴ８０内で分離させるべきイオン種を列挙したものであり、ユーザ入力により定義することもデータ依存ソフトウェアで生成することも可能である。分離対象としてこのリストに載せることができるイオン種の範囲は、通常は、そのＥＳＴ８０に単一注入動作で注入可能なｍ／ｚ比域や、そのＥＳＴ８０内でイオン化によって発生するイオンのｍ／ｚ比域によって決まることとなろう。但し、分離させうるイオン種の範囲即ちイオン種の“メニュー”をそのＥＳＴ８０の能力に従い決める手法に代えて、ユーザによる分析対象イオン種の選定を受けてＥＳＴ８０に注入すべき又はその内部で発生させるべきイオンのｍ／ｚ比域を画定し、その質量分析計１０の各部を制御するよう、トラップコントローラ１２０を動作させてもよい。
【００６４】
ユーザによる注目イオン種リスト定義が済んだら、トラップコントローラ１２０は個々の注目イオン種の飛行時間を算出する（ステップ３１０）。数式上、飛行時間は反射回数Ｋ、各注目イオン種のｍ／ｚ比及び付加変数Ｗを引数とする関数ＴＯＦ（Ｋ，ｍ／ｚ，Ｗ）として表現される。付加変数Ｗとしては例えばＥＴ８０へのイオン注入個数等を使用する。コントローラ１２０は、更にその飛行時間ＴＯＦのばらつきΔＴＯＦを算出する。これも数式上はΔＴＯＦ（Ｋ，ｍ／ｚ，Ｗ）として表現される。それらＴＯＦ及びΔＴＯＦの値は、上述した通り校正値や理論値から導出できる。その次は、必要とされる分解能Ｒに基づき最少反射回数Ｋminを算出する（ステップ３２０）。これもまた、数式上はＫmin（Ｒ，ｍ／ｚ，Ｗ）と表記される。
【００６５】
次いで、イオンがＥＳＴ８０内に滞留する期間Ｔ全体を複数個のタイムビンに分割する（ステップ３３０）。個々のビンの長さｄＴは、変調器／偏向器１１０の状態切替所要時間に関連する量であるので、例えば偏向電圧がそのピーク値の１０％から９０％まで立ち上がるのに要する時間に基づき決定するとよい。更に、図示の通り、個々のビンに係るフラグの値を０に初期化する。フラグ値の意味については後述する。
【００６６】
トラップコントローラ１２０は、ステップ３４０として示されている第１ループを繰返し実行する。即ち、Ｋ＝１〜ｉの範囲内の個々のＫ値について、またｍ／ｚ比＝ｍ／ｚ1〜ｍ／ｚjの範囲内の個々のｍ／ｚ比（選定されたイオン種それぞれのｍ／ｚ比）について実行する。その実行のたびに、このループ３４０では、ＴＯＦ（Ｋ，ｍ／ｚ，Ｗ）±ΔＴＯＦ（Ｋ，ｍ／ｚ，Ｗ）値がｎ個のタイムビンのうちどれに属するかを判別する。そのビンに係るフラグ値がまだ０であるならそれを１に加増し、既に１に加増されているなら０に加増し、そして既に２になっているのならそのままにしておく。なお、ループ３４０の実行時に既にフラグ値＝１になっているビンは、そのループ３４０を前に実行したときＴＯＦ（Ｋ，ｍ／ｚ，Ｗ）±ΔＴＯＦ（Ｋ，ｍ／ｚ，Ｗ）値がそのビンに属していると判定されたため、既に１になっているものである。また、フラグ値＝２であるということは、対応するビン内で二種のイオンが相互干渉するであろうこと、即ちそれら二種のイオンがあるタイミングで変調器／偏向器１１０に同着する見込みであることを意味している。
【００６７】
第１ループ３４０が終了したら、各ビンに係るフラグ値のデータを後処理してピークの分解不足を補正する（図３ｂ；ステップ３５０）。例えば、フラグ値＝０（即ち１又は２）のタイムビン同士が、フラグ値＝０のビンを挟まないで或いは１個だけ挟んで連なっている場合には、それらのビンからなる時間領域についてはピーク分解が不十分なだけであるので、その領域に属する全てのビンに関しフラグ値を２に補正する。
【００６８】
次いで、ユーザが選定した個々のイオン種（ｍ／ｚ比＝ｍ／ｚ1〜ｍ／ｚj）について、またＫ＝最小値Ｋmin〜Ｋiの範囲内の全てのＫ値について、第２ループを繰返し実行する。その実行のたびに、このループでは、イオンのＥＳＴ８０内滞留期間ＴについてＴＯＦ（Ｋ，ｍ／ｚ，Ｗ）値の重心を算出し（ステップ３６０）、フラグ値＝１のタイムビンに相応のｍ／ｚ比一種を対応づける（ステップ３７０）。
【００６９】
そして、トラップコントローラ１２０は最終処理ループを開始する（ステップ３８０）。このループ３８０で行いたいのは、大まかにいえば、リスト上の全分離対象イオン種のなかから何種かを適切に選定すること、特にイオンレシーバ１２５（或いはその後段のイオン処理）の分解能に相応しくその反復運動周期（或いはその他のパラメタ）が十分に異なった何種かを選定することである。例えば、ユーザが計測を望んでいる全ての種間に適切な時間差を付与できるほどＥＳＴ８０内滞留期間Ｔが長くなく、それらの間に十分な時間間隔を付与できないことがある。そうした場合、このループ３８０では、そのＥＳＴ８０に同時に注入する予定の種のなかで、その種間間隔を十分に拡げることひいてはその種を計測することが可能な種の組合せを求める。無論、前述の通り、ユーザが分析を望むイオン種である限り、最終的には分離、貯留してその貯留場所からＥＳＴ８０に再注入し後のサイクルで分析することができよう。つまるところ、このループ３８０では、同じ組のイオン種間に十分大きな反復運動周期差が生じるよう、例えば二十種の注目イオンを五種ずつ四組に分ける。注記すべきことに、形成される組の個数、各組に入るイオンの種数等はいずれも設計的事項であり、例えばその質量分析計１０の分解能、イオン処理に費やせる合計の時間、その試料のアバンダンス等のパラメタに基づき定めることができる。
【００７０】
より詳細には、図３ｂ中の処理ループ３８０では、まず各タイムビンを調べてタイムビン列を作成する。即ち、それぞれいずれかのｍ／ｚ比（イオン種）に対応づけられており且つそのフラグ値が１のタイムビンのなかから、同じくフラグ値が１である他のビンとの時間間隔が検出器の時間分解能ｄＴdet（通常はｄＴdet≫タイムビン１個の長さｄＴ）以上のものを少なくとも１個選り出し、それらのビンによりタイムビン列を作成する。通常は、ユーザが選定したイオン種全てに対し十分な時間間隔を付与することはできないが、できるだけそれに近い状態になるようこの手法でタイムビン列を作成する。タイムビン列の作成、即ち射出に使用される一群のビンの特定に成功したら、そのタイムビン列に属さないフラグ値＝１のビンのフラグ値を悉く２に変化させる。これは、そのタイムビン列に属するビンでは射出されないイオン種を、後に検出器上に射出できるよう存置させるためである。また、検出可能なイオン種数を多くするには、注目イオン種リスト上のイオン種を様々に組み合わせ、タイムビン列を複数通り作成してみる必要があるかもしれない。仮に、どのように組み合わせても、ユーザ入力に係るリスト上のイオン種を一種も検出できないようなら、後のサイクルでの精査に供すべくそれらのイオン種を存置させる。
【００７１】
そして、処理ループ３８０の実行により適切な組合せでイオン種が組分けされたら、それらのイオン種をカバーするこのタイムビン列に基づき、変調器／偏向器１１０を作動させるタイミング（図２ｄ参照）を示すトリガシーケンスを作成する。このトリガシーケンスでは、例えば図示しないビームアブソーバ（ダンパ）方向への偏向動作をトリガすべきことを“０”で表す。また、イオンレシーバ１２５方向への偏向動作をトリガすべきことを“１”で表す。そして、イオンを偏向させずそのまま飛行させるべきことを“２”で表す。
【００７２】
また、イオンレシーバ１２５方向への偏向動作を第２の変調器／偏向器１１０（図１ａでは省略）で行う構成であれば、上述の信号値を“０”だけのシーケンスと“１”だけのそれとに分割することもできる。
【００７３】
以上、本発明のある特定の実施形態について説明したが、ご理解頂ける通り、いわゆる当業者であれば様々な変形乃至改良を案出することができよう。
【図１】
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【図２】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
2010509743.tif 000008
【図３ａ】
2010509743.tif 000009
【図３ｂ】
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【図３ｃ】
2010509743.tif 000011
【国際調査報告】
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