(57)【要約】【課題】多極子においてイオン分析に適したポテンシャル分布を得る。【解決手段】不均等にセグメント化された多重極を開示する。不均等にセグメント化された多重極を使用して質量分析法によりイオンを分析する方法と共に、不均等にセグメント化された多重極を利用する質量分析計が提供される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２Ｎのロッドを有するロッドセットを備える長さがＬの多極子であって、Ｎが２〜８の整数であり、各ロッドに、ロッド形状の支持体と、前記ロッド形状の支持体に沿って配置された複数の導電性セグメントが含まれており、各ロッドの前記導電性セグメントのうち少なくとも１つの長さが、約１４％Ｌ〜約９０％Ｌの範囲内であり、各ロッドの前記導電性セグメントのうち少なくとも３つの長さが、約１％Ｌ〜約１２％Ｌの範囲内であることを特徴とする、多極子。
【請求項２】
各ロッドの前記複数の導電性セグメントのうち少なくとも２つの長さが、約１４％Ｌ〜約７５％Ｌの範囲内であることを特徴とする、請求項１に記載の多極子。
【請求項３】
各ロッドの前記複数の導電性セグメントのうち少なくとも３つの長さが、約１４％Ｌ〜約６０％Ｌの範囲内であることを特徴とする、請求項１に記載の多極子。
【請求項４】
各ロッドの前記複数の導電性セグメントのうち少なくとも４つの長さが、約１％Ｌ〜約１２％Ｌの範囲内であることを特徴とする、請求項１に記載の多極子。
【請求項５】
各ロッドの前記複数の導電性セグメントのうち少なくとも５つの長さが、約１％Ｌ〜約１２％Ｌの範囲内であることを特徴とする、請求項１に記載の多極子。
【請求項６】
Ｎが、２、または、３、または、４のうちから選択され、前記多極子が、それぞれ、四極子、または、六極子、または、八極子であることを特徴とする、請求項１に記載の多極子。
【請求項７】
前記多極子が中心軸を有し、前記ロッドが前記中心軸のまわりに配置され、前記ロッドが、互いに対して、及び、前記中心軸に対してほぼ平行であることを特徴とする、請求項１に記載の多極子。
【請求項８】
さらに、前記導電性セグメント間に配置された非導電性領域を含むことを特徴とする、請求項１に記載の多極子。
【請求項９】
各ロッドの前記導電性セグメントが、相対的に長い導電性セグメントと相対的に短い導電性セグメントによるパターンが各ロッド毎に同じになるように、他のロッドのそれぞれの導電性セグメントと同様に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の多極子。
【請求項１０】
請求項１に記載の多極子を備える質量分析計。
【請求項１１】
請求項１に記載の多極子を含む質量分析計においてイオンを分析する方法であって、
ａ）試料を得るステップと、
ｂ）前記試料をイオン化して、イオンを生じさせるステップと、
ｃ）請求項１に記載の多極子に前記イオンを送り込むステップであって、前記多極子は、各ロッドに沿って配置された少なくとも４つの導電性セグメントを有し、前記導電性セグメントは、少なくとも１つの相対的に長いセグメントと少なくとも３つの相対的に短いセグメントを有することからなる、ステップと、
ｄ）前記多極子の前記導電性セグメントに電位を印加して、前記質量分析計においてイオンを操作し、それによって、操作イオンを得るステップと、
ｅ）前記操作イオンを検出するステップ
とを含むことを特徴とする、方法。
【請求項１２】
前記イオンの操作に、質量選択、イオン間反応、断片化、衝突集束、イオン輸送、衝突誘起解離、及び、電荷減少からなるグループから選択される、１つ以上の操作が含まれることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、イオン分析及び他の用途に役立つ四極子のような多極デバイスに関するものである。とりわけ、本発明は、セグメント化多極子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
質量分析システムは、化学混合物及び生体試料を含む材料の組成の定量的及び定性的測定に用いられる分析システムである。一般に、質量分析システムは、イオン源を利用して、分析すべき材料から荷電粒子（例えば、分子または多原子イオン）を生じさせる。いったん生じると、荷電粒子は、質量分析計に送り込まれ、それぞれの質量対電荷比に基づき、質量分析器によって分離される。次に、分離された荷電粒子の存在量（または存在割合）が検出され、その材料の質量スペクトルが生成される。質量スペクトルによって、混合試料中の特定の化合物の質量対電荷比に関する情報が得られ、場合によっては、混合試料中のその成分の分子構造に関する情報が得られることもある。
【０００３】
ある化合物の分子量の測定には、単一質量分析器を用いる質量分析システムが広く用いられている。これらの分析器には、四極（Ｑ）質量分析器、ＴＯＦ質量分析装置（ＴＯＦＭＳ。または飛程時間質量分析計）、イオン・トラップ（ＩＴ−ＭＳ）等が含まれる。しかし、より複雑な分子構造の分析には、タンデム型質量分析計（タンデムＭＳまたはＭＳ／ＭＳ）が必要になる場合が多い。タンデム質量分析器は、一般に、例えば、ＴＯＦ−ＴＯＦ  ＭＳまたはＱ−ＴＯＦ  ＭＳのような同じタイプまたは異なるタイプの２つの質量分析器から構成されている。タンデム型ＭＳ分析の場合、イオン化粒子が第１の質量分析器に送られ、対象とするイオンが選択される。選択されたイオンは、一般に、衝突セルに送られて、そこで断片化される。断片イオンは、質量分析のため、第２の質量分析器に送られる。第２の質量分析器から得られる断片化パターンは、対応する分子の構造を求めるために利用可能である。
【０００４】
例えば、三重四極質量分析計の場合、イオン化源によって、複数の親イオンが生じる。第１の四極子（または、四重極。以下同じ）を質量分析器として用いて、特定の親イオンが選択される。次に、選択された親イオンが、第２の四極子において、光解離及び／または衝突誘起解離（collision induced dissociation）によって娘イオンに解離される。その後、第３の四極子を質量分析器として用いて、娘イオンがそれぞれの質量対電荷比に基づいて分離される。結果生じる質量スペクトルを利用して、娘イオンを同定することが可能であるが、これを、選択された親イオンの構造の識別に役立てることができる。
【０００５】
上述の例の場合、第２の四極子を衝突セルとして利用することにより、選択された親イオン（以下、選択親イオンという）の衝突誘起解離を促進することが可能である。こうした衝突セルの場合、選択親イオンは、バックグラウンド・ガス（通常、アルゴンのような不活性ガス）で約１〜１０ミリバールまで加圧されたＲＦ四重極場に送り込まれる。親イオンがバックグラウンド・ガスと衝突すると、親イオンの並進エネルギーの一部が、一部の分子結合を破壊して、娘イオンを形成するのに十分なほど高い活性化エネルギーに変換される。ＲＦ四重極場は、後続の質量分析まで、娘イオン及び残りの親イオンを閉じ込めておくのに役立つ。生成された断片パターンによって、もとの分子の特性が明らかになり、その構造に関する情報が得られる。
【０００６】
ＲＦ四極子は、他のイオン光学素子と組み合わせられると、イオンを蓄積するためのイオン・トラップとして利用することもできる。ポテンシャル勾配が四極子の軸に沿って形成され、イオンがポテンシャル井戸に捕捉される。イオンの捕捉によって、イオン蓄積、電荷減少（charge reduction）、及び、イオン間化学反応を実現する可能性が得られる。タンデム質量分析用途の中には、イオン衝突セル／線形イオン・トラップが質量選択デバイスとして利用されるものもある。ある特定の質量の分子イオンが選択され、分離され、蓄積される。次に、イオン・ガス衝突及び／またはイオン間反応が実施される。
【０００７】
四極子が線形イオン・トラップまたは衝突セルとして用いられる場合、四極子の軸に沿って、特定のポテンシャル分布が形成される。線形イオン・トラップの場合、イオンを閉じ込めるために、ポテンシャル井戸（プラスまたはマイナスに帯電させることが可能である）が形成される。ポテンシャル井戸は、一般に、各端部にゲート電極を備えた四極子を利用して形成される。ゲート電極を比較的「高い」電位（「トラッピング電位」）に保持し、四極子を比較的「低い」電位に保持することによって、イオンを閉じ込めるポテンシャル井戸が得られる。衝突セルの場合、ポテンシャル勾配は、四極子の軸に沿ってイオンを加速するのに必要である。このポテンシャル分布は、一般に、均等にセグメント化された四極子を利用し、四極子のそれぞれのセグメントにＤＣポテンシャル勾配をつけることによって形成される。
【０００８】
説明する質量分析計における四極構造の利用法は、それぞれ、イオンを操作するために印加される特定のＲＦ及び／またはＤＣ電位に依存する。
【特許文献１】米国特許第４，９３５，６２４号明細書
【特許文献２】米国特許第４，８６１，９８８号明細書
【特許文献３】米国特許第４，５０１，９６５号明細書
【特許文献４】米国特許第５，８４７，３８６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、必要なＲＦ及び／またはＤＣポテンシャル分布をもたらす、またはそれらに対応可能な四極子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、上記課題に取り組んで、例えば、質量分析計におけるイオンの操作に役立つ、セグメントの長さが異なる多極子が得られるようにする。多極子には、２Ｎのロッドを有するロッドセットが含まれるが、ここで、Ｎは２〜約８の範囲から選択される整数である。ロッドは、多極子の長軸のまわりに配置される。各ロッドには、ロッド状の支持体と、ロッド状支持体に沿って配置された複数の導電性セグメントが含まれている。導電性セグメントは、ロッド状支持体の非導電性領域によって互いに分離されている。特定の実施態様の場合、各ロッドのセグメントの少なくとも１つは、残りのセグメントに比べて相対的に長い。いくつかの実施態様では、セグメントのうちの２つが、あるいは、３つもが、他の残りのセグメントに比べて相対的に長い。長さがＬの多極子の場合、相対的に長いセグメントの長さは、一般に、約１４％Ｌ〜約９０％Ｌの範囲内である。いくつかの実施態様では、各ロッドのセグメントの少なくとも３つが、相対的に長いセグメントに比べて相対的に短い。相対的に短いセグメントの長さは、一般に、約１％Ｌ〜約１２％Ｌの範囲内である。いくつかの実施態様では、各ロッドのセグメントの少なくとも４つが相対的に短い。いくつかの実施態様では、各ロッドのセグメントの少なくとも５つが相対的に短い。各セグメントは、ＤＣ電位、ＲＦ電位、または、その両方をセグメントに印加し、それによって、質量分析計にイオンを操作するためのポテンシャル分布（または電位分布）を生じさせるべく電位源と電気的に通じるようになっている。典型的な実施態様では、ロッドセットの各ロッドのセグメントは、相対的に長いセグメントと相対的に短いセグメントによるパターンが、各ロッド毎に同じになるように、ロッドのそれぞれにおいて同様に配置されている。
【００１１】
ある特定の実施態様では、Ｎは２であり、多極子は四極子である。別の実施態様では、Ｎは３であり、多極子は六極子（六重極ともいう）である。さらに別の実施態様では、Ｎは４であり、多極子は八極子（八重極ともいう）である。さらに別の実施態様では、Ｎは５であり、多極子は十極子である。別の実施態様では、Ｎは８であり、多極子は「１６極子」と呼ばれる。
【００１２】
本発明によれば、さらに、こうした多極子を含む質量分析計及びこうした多極子を用いた質量分析計においてイオンを分析する方法が得られる。本発明による方法には、試料（サンプル）を得るステップと、試料をイオン化して、イオンを生じさせるステップと、少なくとも１つの相対的に長いセグメントと少なくとも３つの相対的に短いセグメントを含む、少なくとも４つのセグメントを有する多極子に、イオンを送り込むステップが含まれている。本発明によるこの方法には、さらに、多極子のセグメントに電位を印加して、質量分析計におけるイオンを操作し、それによって、操作イオン（manipulated ion。操作または処理されたイオン）が生じるようにするステップと、操作イオンを検出するステップが含まれる。
【００１３】
本発明のさらなる目的、利点、及び、新規の特徴については、一部は、以下の説明及び例において示されることになり、また、一部は、当業者であれば、本明細書を検討することにより明らかになるか、あるいは、本発明を実施することによって知ることができるであろう。本発明の目的及び利点を、添付の特許請求の範囲において詳細に指摘されている、計測器、組み合わせ、組成、及び、方法によって実現し、達成することができる。
【実施例】
【００１４】
本発明の以上の及びその他の特徴については、図面と併せて検討することにより、本明細書における方法の代表的な実施態様に関する説明、及び、方法を実施するための例示的な装置の開示から明らかになるであろう。理解しやすくするため、役に立つ範囲で、図面に共通した対応する構成要素には同じ参照番号を付している。尚、図面内の構成要素は、一定の比率で描かれているわけではない。
【００１５】
本発明について詳述する前に、理解しておくべきは、別段の指示がない限り、本発明は、特定の材料、試薬、反応材料、製造プロセス等に限定されるものではなく、従って、それらを変更することができるということである。また、理解しておくべきは、本明細書において用いられる用語は、特定の実施態様について説明することだけを目的としたものであり、限定を意図したものではないということである。また、本発明の場合、論理的に可能であれば、異なる順序でステップを実行することも可能である。しかし、以下で説明する順序が望ましい。
【００１６】
明細書及び特許請求の範囲において使用される限りにおいて、文脈から明示的な示唆がなされている場合を除いて、「１つの」、「ある」、及び、「その」といった単数形には、複数の場合も含まれるという点に留意されたい。従って、例えば、「あるセグメント」や「１つのセグメント」といった場合には、複数のセグメントもまた含まれる。同様に、ある項目の１つの「組」、という記載には、その組に単一の項目が含まれる実施態様、及び、その組に複数の項目が含まれる実施態様が含まれる。
【００１７】
次に図１を参照して、当該技術分野において既知である典型的な質量分析計１００について説明する。質量分析計１００には、液体クロマトグラフ、ガスクロマトグラフ、または、他の任意の所望の試料源とすることが可能な従来の試料源１０２が含まれている。試料が、インターフェイス管１０８を介して、試料源１０２から試料をイオン化するイオン源１０６に導かれる。イオン源１０６は、（試料のタイプに応じて）エレクトロスプレーまたはイオン・スプレー装置とすることもできるし、または、（試料源がガスクロマトグラフであれば）コロナ放電ニードルとすることもできるし、または、プラズマとすることもできるし、または、質量分析計１００において分析されるイオンを供給するのに適した他の任意のイオン源とすることも可能である。米国特許第４，９３５，６２４号明細書、米国特許第４，８６１，９８８号明細書、及び、米国特許第４，５０１，９６５号明細書には、さまざまなイオン源が記載されている。
【００１８】
イオン源１０６は、チャンバ１０４内に配置されている。イオンは、イオン源１０６から、オリフィス板１１２のオリフィス１１０を通って、真空ポンプ１１６によって、例えば、約１トルの圧力までポンプされた第１段の真空室（真空チャンバ）１１４に送り込まれる。次に、イオンは、スキマー１２２のスキマー開口部１２０を通って、真空室１２４に送り込まれる。真空室１２４は、ポンプ１２６のポンプ作用によって、例えば、約１〜約１０ミリトルの圧力に減圧され、もう１つの真空室１３４は、ポンプ１３６のポンプ作用によって、例えば、約１０−５ミリトル〜約１０−４ミリトルの圧力になる。オリフィス板１３２のオリフィス１３０は、真空室１２４、１３４に接続している。
【００１９】
質量分析計１００には、Ｑ０、Ｑ１、Ｑ２、及び、Ｑ３で表示された４組の四極子ロッドが含まれている。４組のロッドは、共通の中心軸１４０に沿って互いに直列に延び、端間にわずかな間隔をあけて配置されているので、それぞれ、細長い内部空間（すなわち、細長い内部容積）１４２、１４４、１４６、１４８を形成している。ロッドセットＱ２は、衝突ガス源１５６からその内部空間１４６に衝突ガスが注入されており、内部における十分なガス圧（例えば、約８ミリトル）を維持するため、接地された金属ケース１５２によって大部分が囲まれている。金属ケース１５２の開口部１５０を介して、イオンの出入りが可能である。
【００２０】
コントローラ１６０の一部をなす電源１５８によって、ロッドセットＱ０〜Ｑ３の向かい合ったロッド対、及び、さまざまなイオン光学素子１１２、１２２、及び、１３２に適切なＲＦ及びＤＣ電位が印加される。電源１５８によって、それぞれのロッドセットに適切なＤＣオフセット電圧も印加される。検出器１５４は、最後のロッドセットＱ３を通過したイオンを検出する。
【００２１】
使用時には、通常、ＲＦ電位と、それに加えて、全てのロッドに一様に印加されるＤＣロッドオフセット電圧が、ロッドセットＱ０に印加される。このロッドオフセット電圧によって、ロッドセット内部に電位（軸電位）が生じる。ロッドは導電性表面を有しており、ロッドオフセット電位は、４つのロッド全てに一様に印加されるので、電位はロッドセットの全長にわたって一定であり、軸方向の電界はゼロになる（すなわち、軸電界はゼロ）。ロッドセットＱ０は、イオン通過デバイスの働きをし、イオンを軸方向に通過させ、一方で、オリフィス１２０からロッドセットＱ０に侵入するガスを吸い込むことができるようにする。従って、ロッドセットＱ０内のガス圧は、とりわけ、チャンバ（室）１０４の圧力が大気圧の場合、相対的に高くなる可能性がある。ロッドセットＱ０内のガス圧は、いずれにせよ、イオンの衝突集束（collisional focusing。イオンの衝突による収束）を達成するため、かなり高めに保たれ、例えば、それは、約８ミリトルになる可能性がある。典型的な例を挙げると、印加されるオフセット電圧は、オリフィス板１１２において約１００〜約１，０００ボルトの直流電圧の範囲、スキマー１２２において０ボルト、Ｑ０において−２０〜−３０ボルトの直流オフセットとすることが可能である（これは、対象とするイオンによって異なる場合がある）。
【００２２】
Ｑ１、Ｑ２、及び、Ｑ３のロッドオフセット電圧は、周知のように、動作モードに依存する。ロッドセットＱ１には、通常、ＲＦ電位とＤＣ電位の両方が印加されるので、ロッドセットＱ１は、イオン・フィルタの働きをし、従来と同様に、所望の質量の（または所望の質量範囲の）イオンを通過させる。ロッドセットＱ２には、一般に、ＲＦ電位と、それに加えて、（上述のように）ロッドセットの空間１４４内の電位を決めるロッドオフセット電圧が印加される。ロッドオフセット電圧は、ＭＳ／ＭＳモードで衝突エネルギーを制御するために利用されるが、この場合、Ｑ２が衝突セルの働きをし、ロッドセットＱ０及びＱ１を通過して送り込まれた親イオンを断片化する。
【００２３】
ロッドセットＱ２によって構成される衝突セル内で形成された娘イオンは、ＲＦ電位とＤＣ電位の両方が印加されるロッドセットＱ３を介して順次走査される。ロッドセットＱ３を透過したイオンは、検出器１５４によって検出される。検出された信号は、処理されて、メモリに記憶されるか、及び／または、スクリーンに表示されてプリント・アウトされる。
【００２４】
本発明による多極子には、２Ｎのロッドを有するロッドセットが含まれるが、Ｎは２〜約８の範囲内の整数であり、一般には、２〜４の範囲内の整数である。ある特定の実施態様では、Ｎは２であり、多極子は四極子である。別の実施態様では、Ｎは３であり、多極子は六極子である。さらに別の実施態様では、Ｎは４であり、多極子は八極子である。さらに別の実施態様では、Ｎは５であり、多極子は十極子である。別の実施態様では、Ｎは８であり、多極子は１６極子と呼ばれる。本明細書の図面に示されている実施態様では、多極子は四極子であるが、本明細書に記載した特徴を有する多極子は、５つ以上のロッドを有することが可能であり、こうした多極子も本発明の範囲内にあるとこうことが理解されよう。
【００２５】
本発明による多極子の各ロッドは、一般に、ロッド形状の支持体と、ロッド形状の支持体に沿って配置された複数の導電性セグメント（本明細書では、ただ単に「セグメント」と呼ぶ場合もある）を有している。各ロッドの複数の導電性セグメントには、一般に、１つの相対的に長いセグメントが含まれているが、いくつかの実施態様では、２つの相対的に長いセグメントが含まれる場合があり、いくつかの実施形態では、３つの相対的に長いセグメントが含まれる。いくつかの実施態様では、４つの相対的に長いセグメントが含まれる。長さがＬ（ロッドの長軸に沿って端部からもう一方の端部までをロッド長として測定したもの）の多極子の場合、相対的に長いセグメントの長さは、一般に、約１４％Ｌ〜約９０％Ｌ（Ｎ％Ｌの長さとは、ここでは、ＬのＮ％の長さを表す）の範囲内であり、いくつかの実施態様では、約１４％Ｌ〜約７５％Ｌの範囲内であり、いくつかの実施形態では、約１４％Ｌ〜約６０％Ｌの範囲内であり、いくつかの実施形態では、約１４％Ｌ〜約４５％Ｌの範囲内である。いくつかの実施態様では、各ロッドのセグメントの少なくとも３つが、（相対的に長いセグメントに比べて）相対的に短いセグメントである。いくつかの実施態様では、各ロッドのセグメントの少なくとも４つが、（相対的に長いセグメントに比べて）相対的に短いセグメントである。本発明によるいくつかの実施態様では、多極子の各ロッドに、少なくとも５つの相対的に短いセグメントが含まれ、または、少なくとも６つの相対的に短いセグメントが含まれ、または、少なくとも７つの相対的に短いセグメントが含まれ、または、少なくとも８つの相対的に短いセグメントが含まれる。相対的に短いセグメントの長さは、一般に、約１％Ｌ〜約１０％Ｌの範囲内であり、いくつかの実施態様では、相対的に短いセグメントの長さが約２％Ｌ〜約８％Ｌの範囲内である。
【００２６】
図２〜図６には、質量分析計内においてイオンを操作するための本発明による多極子のさまざまな実施態様が示されている。図２には、本発明による不均等にセグメント化された四極ロッドセット２００が例示されている。ロッドセット２００には、互いに対して、及び、四極子の中心軸２０８に対してほぼ平行に配置された４つのロッド２０２が含まれている。図３には、４つのロッド２０２の真横から見た図（または正面図）が描かれており、４つのロッド２０２が、四極子の通常のやり方で中心軸２０８のまわりに配置されていることが示されている。本明細書において多極子のロッドの配向を記述するのに用いられているように、「ほぼ平行」とは、ロッドが、平行であるか、または、わずかな角度（例えば、互いに約１０度未満または約５度未満）だけ傾けて配置されていることを表わしている。わずかな角度をつける目的は、もしあるとすれば、Ｔｈｏｍｓｏｎ他に対する米国特許第５，８４７，３８６号明細書に記載のように、使用中に、四極子内のイオンに軸電界（軸方向の電界）を印加できるようにするためである。上述のように、ロッドは、ほぼ平行であり、互いに対して、及び／または、四極子の中心軸に対してわずかな角度をつけて配置することが可能である。いくつかの実施態様では、イオン操作を容易にする修正電界分布が得られるように、ロッドをテーパ状（すなわち先細り形状）または別様の形状にすることも可能である。ロッドセットによって、四極子の典型的な動作中にイオンが通る、四極子内の内部空間（内部容積）２２０が画定される。
【００２７】
引き続き図２を参照すると、各ロッド２０２は、２つの向かい合った端部、すなわち、入口端２０６と出口端２０４を有している。各ロッドは、一般に、ロッド形状の支持体２１０と、ロッド２０２に沿って直列に配置された複数の導電性セグメント２１２を有している。導電性セグメントは、導電性セグメント２１２間に配置された非導電性ギャップ２１４によって互いに分離されている。非導電性ギャップ２１４には、一般に、隣接する導電性セグメント２１２間に配置された電気絶縁体が含まれている。導電性セグメント２１２の長さは、所与のロッド２０２に沿って異なる。例えば、図２に示された四極子の各ロッドには、複数の相対的に短いセグメント２１６（典型的な実施態様は、例えば、少なくとも３つ、少なくとも４つ、少なくとも５つ、少なくとも６つ、少なくとも７つ、または、少なくとも８つの短いセグメントを有している）と、１つ以上（例えば、２つ以上、さらに、例えば、３つ以上、または、４つ以上）の相対的に長いセグメント２１８が含まれている。図２の実施態様では、相対的に短いセグメント２１６ａは、別の相対的に短いセグメント２１６ｂよりも短く、セグメント２１６ｂは、さらに別の相対的に短いセグメント２１６ｃよりも短いので、３つの異なる長さの相対的に短いセグメントが存在することになる。特定の実施態様では、少なくとも３つの異なる長さのセグメントが存在し、さまざまな実施態様において、少なくとも４つの異なる長さのセグメント、または、５つ以上の異なる長さのセグメントさえ存在する。
【００２８】
典型的な実施態様では、ロッドセットの各ロッドのセグメントは、相対的に長いセグメント及び相対的に短いセグメントによるパターン（空間的構成、または、フォーマット）が各ロッド毎に同じになるように、ロッドのそれぞれにおいて同様に配置される。一般に、多極子の各ロッドは、約１０までの導電性セグメントを有することになるが、場合によっては、約１２まで、または、約１５まで、より一般的には、約２０まで、または、約２５まで、または、いくつかの実施態様は、約３０まで、または、それを超える導電性セグメントを有する。
【００２９】
図２に示すように、セグメントの長さは等しくない。この実施態様の場合、四極子の中央部分のセグメントは、中心から遠いセグメントよりも短い。このより微細な間隔のセグメントは、イオンが捕捉される部分に特に配置される。セグメントを短くすることによって、イオン捕捉及び操作のために、より精細で平滑なポテンシャル分布を得ることができる。この実施態様は、とりわけ、例えば、イオン間の化学反応が生じることになる特定位置にイオンを捕捉するために利用される。こうした実施態様における、四極子の長さ方向に沿ったさまざまなポイントでの電位の概略が、トレース２２４によって例示されており、低電位Ｖ２  ２２８における電界、及び、四極子に沿ったどこか他の位置でのそれより高い電位Ｖ１  ２２６における電界が示されている。
【００３０】
典型的な実施態様では、導電性セグメント２１２の数及びフォーマットは、一般に、多極子（例えば、四極子）の所望の動作特性に基づいて選択されることになる。これに関して、「不均等にセグメント化された」は、ロッド、または、ロッドセット、または、ロッドセットを含む多極子が、相対的に長い導電性セグメントと相対的に短い導電性セグメントの両方を有することを表している。長さの異なる導電性セグメントを有することによって、本発明の多極子におけるイオンの操作に利用されるポテンシャル場（電位場）を形成する機会が得られる。これによって、イオンの操作における利点をもたらすことが可能になる。導電性セグメントを有するロッドセットの選択及び構成は、本発明の不均等にセグメント化された多極子を用いた装置の設計及び所望の性能特性に基づくことになる。理論上、それは、四極子のセグメントを短くする場合、すなわち、所与の衝突セル／線形イオン・トラップの全長におけるセグメント数を増す場合に好都合である。セグメントを短くすると、四極子に関して、より精密に調整可能な、より連続したポテンシャル分布を得ることができる。しかし、セグメントを短くするには、より高度な製造技術（及びより多額の製造コスト）が必要になる。例えば、セグメントとコンポーネントのより多くの（またはより確実な）電気的接続及び分離が必要になる。従って、セグメントの実際の数は、一般に、性能とコストとの間における妥協の産物ということになる。一方、質量フィルタとして用いられる場合には、非セグメント化四極子（すなわち、セグメント化されていない四極子）が望ましい。非セグメント化四極子によれば、より優れた性能（分解能、伝達性）が得られ、しかも、セグメント化四極子（セグメント化されている四極子）の１つと比べると製造が単純である。本明細書の開示内容から、当業者であれば、必要以上の実験をしなくても、本発明に従って不均等にセグメント化された多極子を製作し、使用することが可能であろう。本発明による不均等にセグメント化された四極子の特定の実施態様では、設計及び機能上の考慮事項のために特定のポテンシャル分布が必要とされる場合、四極子をセグメント化するだけである。
【００３１】
各導電性セグメント２１２は、ＤＣ電位、ＲＦ電位、または、その両方を導電性セグメントに印加し、それによって、質量分析計におけるイオンを操作するためのポテンシャル分布が得られるようにするための電位源と電気的に通じるようになっている。各導電性セグメント２１２は、四極子の動作中、導電性セグメントに電位を印加するため、当該技術分野において周知のやり方で電位源と通じている（例えば、電気的に連絡可能になっている）。いくつかの実施態様では、例えば、直接接続、抵抗器、コンデンサ、または、当該技術分野において周知の他の方法によって、２つ以上の導電性セグメントを、装置全体の複雑性を緩和するように（例えば、電源の数／複雑性を減少／軽減するように）電気的に接続することが可能である。
【００３２】
ロッドは、ロッド形状の支持体上に金属層を付着させるか、または、別の手段で形成することによって製作可能である。支持体は、セラミックのような、金属層に非導電性表面を形成するのに適した任意の材料または材料の組み合わせとすることが可能である。ロッドの全長にわたって金属層を形成し、その後、導電性セグメントが得られるようにいくつかの部分を除去することが可能である。別の方法には、導電性セグメントが得られるように、所望のフォーマットで金属帯またはリングを形成することが含まれ、それに続いて材料を除去することは不要になる。当該技術分野において既知の、他の任意の適合するロッド製造方法を利用することが可能である。
【００３３】
本開示から当業者には明らかになるように、本発明による不均等にセグメント化されたロッドを有する四極子は、四極子を用いるさまざまな質量分析計において役立つであろう。図１に示すような質量分析計は、不均等にセグメント化されたロッドを有する、１つ以上の四極子を用いることが可能である。こうした質量分析計の構成及び利用は、本明細書の開示を考慮すると、当該技術分野における通常の技術の範囲内である。従って、本発明によれば、本発明による多極子を含む質量分析計が得られる。
【００３４】
図４には、不均等にセグメント化された四極子の実施態様の１つが示されている。図４では、四極子のロッド２０２は、それぞれ、このロッドの各端部に複数の短いセグメント２１６が配置され、短いセグメントの間に単一の長いセグメント２１８が配置されている。トレース２２４によって示されるように、ロッド２０２の端部のセグメントには、より高い電位が印加されるので、イオンは、四極子の中央のセクションで捕捉される。この実施態様では、捕捉電位は、高周波電圧とすることができるので、ロッド端部に配置されたセグメント間で、反射によってイオンを往復させることが可能になる。この動作モードは、広い捕捉空間によってイオン間衝突及び捕捉効率が増すように設計されている。
【００３５】
図５に示す別の実施態様では、ロッド２０２の端部（「Ａ」及び「Ｂ」）及びロッド２０２の中央（「Ｃ」）に相対的に短いセグメント２１６が設けられている。相対的に長いセグメント２１８は、「Ａ」及び「Ｃ」の相対的に短いセグメント２１６の間に配置されている。別の相対的に長いセグメント２１８は、「Ｂ」及び「Ｃ」の相対的に短いセグメント２１６の間に配置されている。図示の構成によれば、四極子の中央部に別のポテンシャル井戸を有するイオン・トラップが形成され、トラップ内のイオンを中央部のポテンシャル井戸に集中／集束させることが可能になる。
【００３６】
別の実施態様では、四極子の一方の端部には、図６に示すように、一連の相対的に短いセグメント２１６が設けられており、四極子のもう一方の端部には、単一の相対的に長いセグメント２１８が設けられていて、質量フィルタとして用いられる。使用時、イオンが質量フィルタに送り込まれ、質量／電荷選択が行われて、その後、断片化／イオン間反応／蓄積のため、相対的に短いセグメントを有する四極子の部分に送られる。この実施態様によって、単一四極子を用いた高分解能イオン選択及び断片化が可能になる。
【００３７】
本発明によれば、さらに、こうした多極子を用いた質量分析計におけるイオンの分析方法が得られる。本発明による方法には、試料を得るステップと、試料をイオン化して、イオンを生じさせるステップと、少なくとも１つの相対的に長いセグメントと少なくとも３つの相対的に短いセグメントを含む、ロッド当たり少なくとも４つのセグメントを有する多極子にイオンを送り込むステップが含まれる。本発明によるこの方法には、さらに、多極子のセグメントに電位を印加して、質量分析計におけるイオンを操作し、それによって、操作イオンが生じるようにするステップと、操作イオンを検出するステップが含まれる。イオンの操作には、例えば、質量選択（mass selection）、イオン間反応、断片化、衝突集束、イオン輸送（またはイオン移動）、衝突誘起解離（または衝突誘起電離）、電荷減少、及び、当該技術分野において既知の多極子における他のイオン操作技法、及び、それらの組み合わせといった、プロセスを含むことが可能である。
【００３８】
本発明の実施においては、別段の指示がない限り、当該技術分野における通常の技術の範囲内である、分析化学、分析計器設計、及び、質量分析計器及び方法等の従来の技法が用いられることになる。そのような技法は、文献において十分に説明されている。
【００３９】
本明細書で説明した例は、当業者に対して、本明細書及び図面に開示され、権利請求されている方法及び構成について、当該方法をどのように実施するか、及び、当該構成をどのように使用するかを、完全に開示及び説明するために示されている。数値（例えば、量、温度等）に関しては正確さを期すように努力したが、ある程度の誤差及び偏差を考慮すべきである。別段の指示がない限り、割合は重量における割合であり、温度の単位は、℃であり、圧力は、大気圧またはそれに近い圧力である。標準温度及び標準圧力は、２０℃、１気圧として定義される。
【００４０】
本発明の以上の実施態様は、本発明の完全な開示を行うため、かなり詳細に記述されているが、当業者には明らかなように、本発明の思想及び原理を逸脱することなく、こうした細部に多くの変更を加えることが可能である。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲による制限しか受けない。
【００４１】
本明細書で言及した全ての特許、特許出願、及び、刊行物は、参照により、それらの全体を本明細書に組み込むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】当該技術分野において既知の質量分析器の概略を示す。
【図２】本発明による不均等にセグメント化された四極子のロッドセットを示す。
【図３】図２の四極子の４つのロッドの真横から見た図である。
【図４】不均等にセグメント化された四極子の１実施態様を示す。
【図５】不均等にセグメント化された四極子の１実施態様を示す。
【図６】不均等にセグメント化された四極子の別の実施態様を示す。
【符号の説明】
【００４３】
１００  質量分析計
１０２  サンプル供給源
１０６  イオン供給源
２０２  ロッド
２０８  中心軸
２１０  支持体
２１２、２１６、２１８  導電性セグメント
【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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