(57)【要約】本発明の方法は、電荷クエンチングプロセスと相乗して、電気力学的イオントラップ内のイオンの動きに依存する質量−対−電荷比を開発する。電気力学的イオントラップ内において、各質量−対−電荷比は、動きの独特のセットの周波数によって特徴付けられる。従って、イオントラップの時間変化電気電位を調節することによって、本発明は、どのイオンがイオントラップ内に許容されるかまたは保持されるか、そしてどのイオンが電荷クエンチング反応に供されるかを制御する。イオン保持および電荷クエンチングの制御を使用して、サンプルスループット、力学的質量範囲および複数の荷電イオンの質量分析法における単一の識別を改善する。
2004526161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分子のサンプルを分析する方法であって、以下の工程：
（ａ）複数のイオン化分子からサブセットのイオン化分子を分離するために、周波数空間内に少なくとも２つのギャップを有する調整された波形を使用する、工程；
（ｂ）電荷減少期間の間、該サブセットのイオン化分子をクエンチャーと反応させて、該サブセットの分子のイオン化分子の荷電状態を減少させる、工程；
（ｃ）工程（ｂ）から生じる最も高い質量−対−電荷比を有する該イオン化分子についての質量シグナルを決定する、工程；および
（ｄ）周波数空間内に異なる少なくとも２つのギャップを有する少なくとも別の調整された波形について、工程（ａ）〜（ｃ）を繰り返して、質量スペクトルを規定する、工程、
を包含する、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、さらに、以下の工程：
蓄積時間について、前記調整された波形を使用する、工程；および
該調整された波形の少なくとも１つについて、該蓄積時間を変更する、工程、
を包含する、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、前記蓄積時間を変更する工程が、前記サブセットのイオン化分子が少なくとも最小存在比を達成するように該蓄積時間を変更する工程を包含する、方法。
【請求項４】
請求項２に記載の方法であって、前記蓄積時間に基づいて、工程（ｃ）で生じる前記質量シグナルを規格化する工程をさらに包含する、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記サブセットのイオン化分子が、実質的に、選択されたイオン質量の整数荷電状態の質量−対−電荷比である中央値を有する質量−対−電荷比の範囲内のイオン化分子を含むように、周波数空間内に少なくとも２つのギャップを選択する工程を、工程（ａ）が包含する、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、ここで：
工程（ａ）が、実質的にカチオンであるサブセットのイオン化分子を分離する工程を包含し；
工程（ｂ）が、該サブセットのイオン化分子をアニオン性クエンチャーと反応させる工程を包含する、
方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、質量分析技術によって分析する工程をさらに包含し、該イオン化分子が、工程（ｂ）から生じる最も高い質量−対−電荷比を有する、方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法であって、工程（ａ）が、以下：
前記複数のイオン化分子をイオントラップ内に捕捉する工程；および
前記サブセットのイオン化分子を該イオントラップ内に保持する工程、
を包含する、方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法を実行するためのコンピューター読み取り可能なプログラム手段を有する製品であって、該プログラム手段が、該製品で具体化される、製品。
【請求項１０】
分子のサンプルを分析する方法であって、以下の工程：
（ａ）複数のイオン化分子からサブセットのイオン化分子を分離するために、蓄積時間の間、周波数空間内に少なくとも２つのギャップを有する調整された波形を使用する、工程；
（ｂ）電荷減少期間の間、該サブセットのイオン化分子をクエンチャーと反応させて、該サブセットの分子のイオン化分子の荷電状態を減少させて、該サブセットのイオン化分子内のイオン化分子の荷電状態を減少させる、工程；
（ｃ）工程（ｂ）から生じる最も高い質量−対−電荷比を有する該イオン化分子についての質量シグナルを決定する、工程；および
（ｄ）少なくとも別の蓄積時間の間、工程（ａ）〜（ｃ）を繰り返す、工程、
を包含する、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、周波数空間において異なる少なくとも２つのギャップを有する少なくとも別の調整された波形について、少なくとも工程（ａ）〜（ｃ）を繰り返して、質量スペクトルを規定する工程をさらに包含する、方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法であって、前記サブセットのイオン化分子が少なくとも最小存在比を達成するように、工程（ｄ）が繰り返される、方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の方法であって、前記蓄積時間に基づいて、工程（ｃ）で生じる前記質量シグナルを規格化する工程をさらに包含する、方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の方法であって、前記サブセットのイオン化分子が、実質的に、選択されたイオン質量の整数荷電状態の質量−対−電荷比である中央値を有する質量−対−電荷比の範囲内のイオン化分子を含むように、周波数空間内に少なくとも２つのギャップを選択する工程を、工程（ａ）が包含する、方法。
【請求項１５】
請求項１０に記載の方法であって、ここで：
工程（ａ）が、実質的にカチオンであるサブセットのイオン化分子を分離する工程を包含し；
工程（ｂ）が、該サブセットのイオン化分子をアニオン性クエンチャーと反応させる工程を包含する、
方法。
【請求項１６】
請求項１０に記載の方法であって、質量分析技術によって分析する工程をさらに包含し、該イオン化分子が、工程（ｂ）から生じる最も高い質量−対−電荷比を有する、方法。
【請求項１７】
請求項１０に記載の方法であって、工程（ａ）が、以下：
前記複数のイオン化分子をイオントラップ内に捕捉する工程；および
前記サブセットのイオン化分子を該イオントラップ内に保持する工程、
を包含する、方法。
【請求項１８】
請求項１０に記載の方法を実行するためのコンピューター読み取り可能なプログラム手段を有する製品であって、該プログラム手段が、該製品で具体化される、製品。
【請求項１９】
分子のサンプルを分析する方法であって、以下の工程：
（ａ）複数のイオン化分子から第１のサブセットのイオン化分子を分離するために、周波数空間内に少なくとも２つのギャップを有する第１の調整された波形を使用する、工程；
（ｂ）第１の電荷減少期間の間、該第１のサブセットのイオン化分子をクエンチャーと反応させて、該第１のサブセットのイオン化分子のイオン化分子の荷電状態を減少させる、工程；
（ｃ）工程（ｂ）から生じる第２のサブセットのイオン化分子を分離するために、周波数空間内に少なくとも１つのギャップを有する第２の調整された波形を使用する、工程；
（ｄ）工程（ｃ）から生じる最も高い質量−対−電荷比を有する該イオン化分子についての質量シグナルを決定する、工程；および
（ｅ）周波数空間内に異なる少なくとも２つのギャップを有する少なくとも別の第１の調整された波形および周波数空間内に少なくとも１つのギャップを有する少なくとも別の第２の調整された波形について、工程（ａ）〜（ｄ）を繰り返して、質量スペクトルを規定する、工程、
を包含する、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、第２の電荷減少期間の間、前記第２のサブセットのイオン化分子をクエンチャーと反応させて、該第２のサブセットのイオン化分子のイオン化分子の荷電状態を減少させる、工程をさらに包含する、方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法であって、さらに、以下の工程：
蓄積時間について、前記第１および第２の調整された波形のうちの少なくとも１つを使用する、工程；および
前記別の第１および第２の調整された波形の少なくとも１つについて、該蓄積時間を変更する、工程、
を包含する、方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、前記蓄積時間を変更する工程が、前記第２のサブセットのイオン化分子が少なくとも最小存在比を達成するように該蓄積時間を変更する工程を包含する、方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の方法であって、前記蓄積時間に基づいて、工程（ｄ）で生じる前記質量シグナルを規格化する工程をさらに包含する、方法。
【請求項２４】
請求項１９に記載の方法であって、前記第１のサブセットのイオン化分子が、実質的に、選択されたイオン質量の整数荷電状態の質量−対−電荷比である中央値を有する質量−対−電荷比の範囲内のイオン化分子を含むように、周波数空間内に少なくとも２つのギャップを選択する工程を、工程（ａ）が包含する、方法。
【請求項２５】
請求項１９に記載の方法であって、ここで：
工程（ａ）が、実質的にカチオンであるサブセットのイオン化分子を分離する工程を包含し；
工程（ｂ）が、該サブセットのイオン化分子をアニオン性クエンチャーと反応させる工程を包含する、
方法。
【請求項２６】
請求項１９に記載の方法であって、質量分析技術によって分析する工程をさらに包含し、該イオン化分子が、工程（ｃ）から生じる最も高い質量−対−電荷比を有する、方法。
【請求項２７】
請求項１９に記載の方法であって、工程（ａ）が、以下：
前記複数のイオン化分子をイオントラップ内に捕捉する工程；および
前記サブセットのイオン化分子を該イオントラップ内に保持する工程、
を包含する、方法。
【請求項２８】
請求項１９に記載の方法を実行するためのコンピューター読み取り可能なプログラム手段を有する製品であって、該プログラム手段が、該製品で具体化される、製品。
【請求項２９】
イオントラップ質量分光計であって、以下：
電気力学的イオントラップ、
該イオントラップと電気的に連絡する、波形生成器、
該波形発生器と電気的に連絡するシグナル発生器であって、ここで、該波形生成器が、該シグナル発生器からの制御シグナルに応答して、周波数空間に少なくとも２つのギャップを有する調整された波形を、該イオントラップに適用するように適合されている、シグナル発生器；
クエンチャーイオンの供給源であって、該イオントラップと流体連絡する、クエンチャーイオンの供給源、
を備える、イオントラップ質量分光計。
【請求項３０】
請求項２９に記載のイオントラップ質量分光計であって、前記波形発生器が、時間変化電圧を提供するために適合された電源を備える、イオントラップ質量分光計。
【請求項３１】
請求項２９に記載のイオントラップ質量分光計であって、さらに、以下：
イオン質量パラメーターを保存する、第１記憶要素；
調整波形発生器を含む第２記憶要素であって、該調整波形発生器が、該第１記憶要素にアクセスして、周波数空間に少なくとも２つのギャップを有する調整された波形を決定する、第２記憶要素；
蓄積時間パラメーターを記憶する、第３記憶要素；
制御シグナル発生器を含む第４記憶要素であって、該制御シグナル発生器が、該第２記憶要素にアクセスして制御シグナルを決定し、そして第３記憶要素にアクセスして該制御シグナルが該波形発生器に適用される時間の長さを決定する、第４記憶要素；および
パラメーター発生器を含む第５記憶要素であって、該パラメーター発生器が、アップデートシグナルに応答して、該イオン質量パラメーターを変化させるための第１記憶要素および該蓄積時間パラメーターを変化させるための第３記憶要素のうちの少なくとも１つにアクセスする、第５記憶要素、
を備える、イオントラップ質量分光計。
【請求項３２】
請求項２９に記載のイオントラップ質量分光計であって、前記イオントラップと流体連絡するイオン化分子の供給源をさらに備える、イオントラップ質量分光計。
【請求項３３】
請求項３２に記載のイオントラップ質量分光計であって、前記イオン化分子の供給源が、エレクトロスプレーイオン供給源を含む、イオントラップ質量分光計。
【請求項３４】
請求項３２に記載のイオントラップ質量分光計であって、前記イオン化分子の供給源が、マトリクス支援レーザー脱離イオン化供給源を備える、イオントラップ質量分光計。
【請求項３５】
請求項２９に記載のイオントラップ質量分光計であって、前記イオントラップと流体連絡する質量分光計をさらに備える、イオントラップ質量分光計。
【請求項３６】
請求項２９に記載のイオントラップ質量分光計であって、請求項１に記載の方法を実行するためのコンピューター読み取り可能なプログラム手段をさらに備える、イオントラップ質量分光計。
【請求項３７】
請求項２９に記載のイオントラップ質量分光計であって、請求項１０に記載の方法を実行するためのコンピューター読み取り可能なプログラム手段をさらに備える、イオントラップ質量分光計。
【請求項３８】
請求項２９に記載のイオントラップ質量分光計であって、請求項１９に記載の方法を実行するためのコンピューター読み取り可能なプログラム手段をさらに備える、イオントラップ質量分光計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、一般に、質量分析法の分野に関する。特に、本発明は、電気力学的イオントラップ質量分析法のための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
質量分析計における連続反応による分子種の同定は、「質量分析法／質量分析法」、「多次元質量分析法」、またはより一般的には、「ＭＳ／ＭＳ」もしくは「ＭＳ」として公知である。このプロセスにおいて、分析物イオンは、通常は、自律的に分解するか、または質量分析のステージの間にフラグメントに誘導される。このプロセスは、特定の質量−対−電荷比（ｍ／ｚ）の値のイオンを選択し、これに由来するフラグメントイオンのそのｍ／ｚ値を測定することにより、実行される。イオンのフラグメントは、これが由来する親イオンに非常に特異的である。
【０００３】
このプロセスのさらなる利用において、特定の親に由来する第１世代フラグメントイオンは、さらにフラグメント化され得、第２世代フラグメントイオンの質量が分析される。分析に利用可能なイオンの数は、フラグメント化の連続ステージの各々で低下する。低下の割合は、質量分析計のイオン伝達特徴および各ステージにおけるフラグメントイオンの数および相対量に依存する。連続的フラグメント化反応は、形成されるイオン数が、使用される質量分析計の検出レベル未満になるまで連続され得る。フラグメント化反応は、ＭＳ／ＭＳにおける重要なクラスの反応を構成する。しかし、イオンの反応を分子または他のイオンに関連させる種々の他の型の反応もまた、質量分析のステージ間で使用され得る。
【０００４】
エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）は、液体の小さな液滴が荷電したキャピラリーからスプレーされるプロセスである。これらの液滴は、一般に、非常に荷電した状態である。液体がスプレーされた液滴から蒸発するにつれて、それらは、より小さくなり、電荷密度が増大する。電荷密度が十分に高くなると、液滴は、その液滴中の電荷斥力により、小さな液滴へとさらにフラグメント化される。エバポレーション、および静電反発力によるフラグメント化のこのサイクルは、表面のイオンが気相へと脱離し得るに十分、表面の電荷密度が高くなるまで、連続する。
【０００５】
ＥＳＩは、１つの電荷よりも、適合し得る種から多重荷電イオンを生じる際に特に有効である。多重荷電は、多数の遊離アミン基を含有するタンパク質において特に一般的である。例えば、３０個のアミン基を含有するタンパク質において、＋１２〜＋２０の範囲における電荷状態（その範囲内のあらゆる電荷状態の種を含む）の分布を有する陽イオンとして存在することが可能である。しかし、単一に荷電されたイオンは、一般に観察されない。なぜなら、このような低い荷電状態（ｚ＝１）のイオンは、代表的には、ＥＳＩを介して形成されないからである。質量分析法は、ｍ／ｚに基づいてイオンを分離するので、インタクトなタンパク質の荷電状態の各々は、質量分析計における別個のピークを生成する。上記のタンパク質の例において、インタクトなタンパク質が、２０，０００ダルトン（Ｄａ）の分子量を有した場合、イオンは、ｍ／ｚ＝１０００．００、ｍ／ｚ＝１０５２．６、ｍ／ｚ＝１１１１．１、ｍ／ｚ＝１１７６．５、ｍ／ｚ＝１２５０、ｍ／ｚ＝１３３３．３、ｍ／ｚ＝１４２８．６、ｍ／ｚ＝１５３８．５、およびｍ／ｚ＝１６６６．７にて測定される。そのインタクトなタンパク質の分子量は、質量スペクトルのピークにより与えられた観察された電荷状態分布から、あり得る分子量を計算するアルゴリズムを使用することにより得られる。
【０００６】
ＥＳＩが種々の荷電状態の複数のイオンを生成するので、分子の混合物を分析すること、特に、タンパク質の混合物については問題が多い。少数の種を有する混合物ですら、非常に多くのイオンを生じるので、種々のイオンを、それらが由来する個々の分子と関連づけることは不可能である。さらに、多重荷電は、「質量スケール」を圧縮する、すなわち、電荷を増大させつつ、ｍ／ｚスケールの隣接する荷電状態間の距離を減少させ、さらに混合物中の分子の分離の困難性を増大させる。
【０００７】
さらに、異なる質量の分子の電荷状態のいくつかについては、類似しすぎて質量分析計により分離されないｍ／ｚ値を有することが、一般的である。例えば、ｚ＝２０の荷電状態において１０，０００Ｄａの質量を有するイオンは、ｚ＝１０の荷電状態において５，０００Ｄａのイオンと実質的に同じｍ／ｚ値を有する。従って、この多重荷電現象は、異なる質量の２つの分子が類似のｍ／ｚ値を有するイオンを生じ得、それにより、それら分子の混合物の分析をさらに複雑にする可能性を生じる。これが理由で、ＥＳＩイオン供給源に、一度に比較的純粋な分子、特に純粋なタンパク質、１つの分子種を導入するには、通常、非常な努力がなされている。これらの努力は、通常は、時間を浪費するオフライン分離およびオンライン分離を含み、サンプルスループットが厳しく制限される。
【０００８】
混合物のＥＳＩと関連した多重荷電の問題は、荷電クエンチング反応（ｃｈａｒｇｅ  ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）を通じて取り組まれてきた。荷電クエンチング反応がもたらされ得る２つの一般的なアプローチがある。一方のアプローチは、最小限の外部電場または外部磁場を有する領域において反対の極性のイオンを混合することに関する。このアプローチは、質量分析のために、質量分析計の外で反対の極性のイオンを混合し、電荷をクエンチしたイオンを質量分析計へとサンプリングすることにより例示される。このアプローチは、複雑でない単一ステージ質量分析実験を構成し、ＭＳ／ＭＳまたはＭＳｎ手順には扱いにくい。他方の一般的アプローチは、反対の極性のイオンをあわせられた静電場および磁場内で、または電気力学的場内（例えば、電気力学的イオントラップにより提供される）で相互作用させる。後者のアプローチは、反対に荷電したイオンの空間においてより大きな重なり合いを可能にする。
【０００９】
いずれの一般的な荷電クエンチングアプローチにおいても、質量分析前以外のイオン化後に、全てのイオン種の電荷は、気相において単一の電荷にクエンチされる。荷電のクエンチに続いて、混合物は、質量分析される。このプロセスは、実質的に、分析前に、気相における荷電種の数を減少させ、一般には、質量スペクトルを非常に単純化する。スペクトル中のピークは、タンパク質の分子量およびプロトンの質量に等価なｍ／ｚ値に出現する。
【００１０】
荷電クエンチングプロセスは、エレクトロスプレーの混合物分析能力を大きく改善する。  しかし、多くのタンパク質混合物分析ストラテジーにおいて、広い範囲の濃度にて存在する分子種を検出および定量することが望ましい。混合物成分が測定され得るその濃度範囲は、しばしば、「ダイナミックレンジ」といわれる。従って、大きな範囲にわたる正確かつ信頼性のある電荷クエンチング方法が望ましい。
【００１１】
必要とされているものは、エレクトロスプレーイオン化によりイオン化されたサンプルのダイナミックレンジ、シグナル分解能、およびスループットを改善する質量分析法および質量分析装置である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（発明の要旨）
本発明は、多様な荷電イオンの質量分析法におけるサンプルスループット、ダイナミック質量レンジ、およびシグナル分解能を改善する方法および装置を提供する。本発明は、４倍の規模でタンパク質混合物のダイナミックレンジ関連ＥＳＩを改善する。上記の利点は、分子の混合物の質量分析において特に重要である。特に、生体分子（タンパク質、ペプチド、糖質、およびオリゴヌクレオチドが挙げられるが、これらに限定されない）の混合物の質量分析は、本発明により利益が得られ得る。
【００１３】
本発明は、質量分析法の方法を提供し、この方法において、多様な荷電イオン種は、質量−対−電荷比依存性（ｍ／ｚ依存性）様式にて、電気力学的イオントラップ中に入りそして／またはこのトラップ中に保持され、次いで、部分的に電荷がクエンチされ、引き続いて質量が分析される。この手順は、質量の関数として反復され、非常に複雑な混合物中の多様な分子種の測定および定量を可能にする。本発明の方法は、混合物中で比較的少量の分子の検出を提供する。例えば、１つの実施形態において、イオントラップ蓄積時間は、例えば、はるかに多量の種に由来するシグナルにより通常弱められる、少量の分子種のシグナルを増強するように変化される。
【００１４】
１つの局面において、本発明は、分子のサンプルを分析して、サンプルの質量スペクトルを得るための方法を提供する。特に、本発明の方法は、イオン供給源がサンプルから複数の多様な電荷イオンを生成する場合に有用である。このようなイオン供給源としては、エレクトロスプレーイオン化、レーザー脱離、およびマトリクス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）供給源が挙げられるが、これらに限定されない。本発明は、調整された波形（ｔａｉｌｏｒｅｄ  ｗａｖｅｆｏｒｍ）とともに、同じｍ／ｚ値であるが異なる質量を有するイオンを濾過して除去するように働く荷電クエンチングプロセスを提供する。本発明の方法は、多様な荷電サンプルイオンの混合物からイオンのサブセットを連続して分離し得、次いで、そのサブセットイオンの荷電状態を部分的にクエンチして、改善されたダイナミックレンジおよびシグナル分解能を有する、混合物の質量スペクトルを生成する。
【００１５】
より具体的には、調整された波形は、その調整された波形を電気力学的イオントラップに適用することによりイオンのサブセットを分離するために使用される。その結果、そのサブセット中のイオンのみが、イオントラップへと許容されそして／またはそのイオントラップ中に保持される。すなわち、調整された波形は、選択された質量−対−電荷比範囲内のイオンのみを、イオントラップ内に許容しそして／またはそのイオントラップ中に保持することを可能にする。１つの実施形態において、イオンのサブセットは、質量−対−電荷比（ｍ／ｚ）値範囲内のイオンを含む。ここで、その範囲の中央値は、選択されたイオン質量の整数荷電状態の実質的にそのｍ／ｚ値である。例えば、目的のイオン質量が、１０，０００ダルトン（Ｄａ）である場合、調整された波形が作成されて、１０，０００Ｄａイオンの荷電状態に対応する中央値（例えば、約ｍ／ｚ＝１０，０００、ｍ／ｚ＝５，０００、ｍ／ｚ＝３３３３．３３、ｍ／ｚ＝２，５００などの中央値）を有するｍ／ｚ値範囲（「ｍ／ｚ範囲」）のみをイオントラップに許容するおよび／またはイオントラップ中に保持する。例えば、目的のイオンのｍ／ｚ値、どのように分子が荷電されるか、目的のｍ／ｚスケールの範囲、イオンの量、実験プロトコル、機器による制限、または研究者の便宜に基づいて、ｍ／ｚ範囲の幅が選択される。好ましいｍ／ｚ範囲は、それらが大きくは重ならないように選択される。サブセットイオンは、イオントラップへと許容されるかおよび／またはイオントラップ中に保持され、次いで、クエンチャーと反応させて、イオントラップ中のイオンの荷電状態をより低くする。このクエンチャーは、中性であり得るかまたは電荷を有し得、そして原子または分子であり得る。好ましくは、このクエンチャーは、サブセットの極性と反対の極性のイオンではない。イオントラップ中のイオンをクエンチャーと反応させた後、得られたイオンを、イオントラップから放出し、質量シグナルを、任意の適切な質量分析計または一連の質量分析計により最高の質量−対−電荷比のイオンについて決定する。適切な質量分析計としては、飛行時間型、四極子型、ウェインフィルター（Ｗｅｉｎ  ｆｉｌｔｅｒ）型、磁気セクター型、および静電セクター型の機器が挙げられるが、これらに限定されない。
【００１６】
１つの実施形態において、最高のｍ／ｚ値のイオンは、目的のイオン質量の最低の電荷状態（ｚ＝１）に対応する。しかし、イオンとクエンチャーとの間の反応時間および反応割合に依存して、イオントラップから放出されたイオンは、最高のｍ／ｚ値のイオンに加えて、他のより低い規模のｍ／ｚイオン（例えば、二番目に低い（ｚ＝２）、および／または三番目に低い（ｚ＝３））を含み得ることが理解されるべきである。本発明の方法の特定の実施形態に従って、目的の１つのイオン質量についての質量シグナルを得た後、調整された波形を、少なくとも１つの他の目的のイオン質量についての質量シグナルを得るように変化させる。このようにして、本発明の方法は、改善されたダイナミックレンジおよびシグナル分解能を有する、サンプルの質量スペクトルを得ることができる。
【００１７】
他の実施形態において、本発明はまた、高スループットサンプル分析を導くに有効な様式にて、ダイナミック質量レンジ、シグナル分解能、および／またはシグナル−対−ノイズ比を増大させる方法を提供する。１つの実施形態において、調整された波形を使用して、サブセット中のイオンのみが、蓄積時間にわたりイオントラップへと許容されるそして／またはイオントラップ中に維持されるように、その波形を電気力学的イオントラップに適用することにより、イオンのサブセットを分離する。そのイオンのサブセットは、イオントラップへと許容されそして／またはイオントラップ中に維持され、次いで、クエンチャーと反応して、イオントラップ中のイオンの荷電状態を部分的に低くする。イオントラップ中のイオンをクエンチャーと反応させた後、そのイオンを、イオントラップから放出し、質量シグナルを、任意の適切な質量分析計または一連の質量分析計により最高のｍ／ｚ値について決定する。
【００１８】
１つの実施形態において、質量シグナル強度が弱すぎる場合、シグナル強度を増大させるために、より長い蓄積時間についての実質的に同じ調整された波形を用いてそのプロセスが繰り返される。別の実施形態において、質量シグナル強度が高すぎる場合、そのプロセスは、シグナル強度を減少させるために、より短い蓄積時間についての実質的に同じ調整された波形を用いて繰り返される。別の実施形態において、蓄積時間は、例えば、イオン質量分析プロトコル、および／または既知のもしくは推測されるイオン質量源の重要性に基づいて、目的のイオン質量とともに変化する。例えば、いくつかのイオン質量（特定の食品汚染物質と関連するもの）は、それらが特定の閾値を超えるレベルのシグナルレベルを有する場合、目的のものであり得る。他のイオン質量（例えば、疾患についての初期マーカーに対応するもの）は、特に目的のもであり得、より長い蓄積時間の根拠となる。なお他のイオン質量（例えば、既知の汚染物質または実験の人為的結果に対応するもの）は、ほとんど目的のものでなくてもよく、最小限の蓄積時間の根拠となる。このように、本発明は、高スループットサンプル分析を行うに有効な様式にて、改善されたダイナミック質量レンジ、シグナル分解能、および／またはシグナル−対−ノイズ比を有する、サンプルの質量スペクトルを得ることができる。
【００１９】
他の実施形態において、本発明は、調整された波形の使用とともに、電荷クエンチングの方法を提供する。これらの実施形態は、ダイナミック質量レンジおよびシグナル分解能もまた改善しつつ、同じｍ／ｚ値であるが、異なる質量にイオン間の区別を改善し得る。１つの実施形態において、第１の調整された波形を電気力学的イオントラップに適用することにより、イオンの第１の調整された波形を使用して、第１サブセットのイオンを分離する。その結果、第１サブセット中のイオンのみが、イオントラップへと許容されそして／またはイオントラップ中に維持される。次いで、イオントラップへと許容されそして／またはイオントラップ中に維持される第１サブセットのイオンを、クエンチャーと反応させて、イオントラップ中のイオンの荷電状態を部分的に低くする。次いで、第２の調整された波形を使用して、イオントラップ中に第２サブセットのイオンを保持し、これは、第１サブセットのイオンのサブセットを含む。例えば、第２サブセットのイオンは、目的のイオン質量について、第１の調整された波形により始めに選択される荷電状態の特定の荷電状態のみを含み得る。この荷電状態は、目的のイオン質量の最低の荷電状態である必要はなく、荷電状態のいずれの組み合わせも含み得る。
【００２０】
例えば、第２の調整された波形は、最低の荷電状態およびより高い荷電状態の両方を保持し得る。すなわち、第２の調整された波形は、最低の荷電状態（ｚ＝１）を保持するように生成され得るが、目的のイオン質量の大きな集団を含み得る、選択されたより高い荷電状態を保持し得る。選択されたより高い荷電状態は、例えば、イオンと、反対の極性のイオンクエンチャーとの間の反応速度の非線形的な依存性に基づいて選択され得る。第２の調整された波形の適用の後、次いで、イオンをイオントラップから放出し、質量シグナルを、任意の適切な質量分析計または一連の質量分析計により、最高のｍ／ｚ値のイオンについて決定する。目的の１つのイオン質量についての質量シグナルを得た後に、第１および第２の調整された波形はともに、少なくとも１つの目的の他のイオン質量についての質量シグナルを得るように変化され得る。
【００２１】
別の実施形態において、第２サブセットのイオンはまた、クエンチャーと反応され、このクエンチャーは、第１サブセットのイオンと反応したクエンチャーと、同じクエンチャーであってもよいし、異なるクエンチャーであってもよい。例えば、第１サブセットのイオンと反応したクエンチャーは、イオン電荷に対してイオンとイオンの反応速度の非線形的依存性を利用するために、反対の極性のイオンクエンチャーであり得る一方で、第２サブセットのイオンと反応したクエンチャーは、イオンとイオンとの反応速度の非線形的依存性を避けるために中性種であり得る。別の例において、第２サブセットのイオンと反応したクエンチャーは、目的のイオン質量の過剰クエンチする（例えば、ｚ＝０にまで過剰クエンチする）ことを避けるために、第１サブセットのイオンと反応するよりも低い反応速度を有し得る。
【００２２】
別の局面において、本発明は、波形発生器を備える装置を提供する。この波形発生器は、周波数空間（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｐａｃｅ）において少なくとも２つのギャップを有する調整された波形をイオントラップに適応するように適合されている。その波形発生器は、代表的には、シグナル発生器からの制御シグナルに応答して反応する。その装置はまた、イオントラップと流体連絡したクエンチャーイオンの供給源を備える。
【００２３】
その波形発生器は、時間変化する電位差をイオントラップに適用するための任意の適切なデバイスであり得る。そのシグナル発生器は、波形発生器についての制御シグナルを発生し得る任意の適切なデバイスを備える。例えば、適切なハードウェアおよびソフトウェアを備えるコンピューターは、シグナル発生器および波形発生器の両方として働き得る。クエンチャーイオンの供給源は、イオントラップと流体連絡するように適合され得る任意の適切な供給源であり得る。例えば、中性クエンチャー種の適切な供給源は、気体シリンダーであり得る。イオンクエンチャーの適切な供給源としては、電子イオン化、放電、および放射性放出源が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２４】
１つの実施形態において、その装置はさらに、いくつかの記憶要素を備える。この記憶要素は、コンピューターのランダムアクセスメモリ、ならびに／またはコンピューター、シグナル発生器、および／もしくは波形発生器の不連続記憶要素の一部であり得る。１つの特定の実施形態において、この装置はさらに、以下を備え得る：（１）イオン質量パラメーターを記憶する第１記憶要素；（２）イオン質量パラメーターに基づいて、周波数空間において少なくとも２つのギャップを有する調整された波形を決定する、調整された波形発生器を構成する第２記憶要素；（３）蓄積時間パラメーターを記憶する第３記憶要素；（４）制御シグナルおよび時間の長さを決定する制御シグナル発生器を構成する第４記憶要素（ここで、制御シグナルは、蓄積時間パラメーターに基づいて、波形発生器に適用される）；および（５）更新シグナル、イオン質量パラメーターおよび／または蓄積時間パラメーターの変化に応答して、パラメーター発生器を構成する第５記憶要素。
【００２５】
別の実施形態において、その装置はさらに、イオントラップと流体連絡したイオン化分子の供給源を備える。任意の適切なイオン供給源が使用され得、これらとしては、以下が挙げられるが、これらに限定されない：エレクトロスプレー、レーザー脱離、およびＭＡＬＤＩイオン供給源。別の実施形態において、その装置はさらに、イオントラップと流体連絡した質量分析計を備える。適切な質量分析計としては、飛行時間型、飛行時間型、四極子型、ＲＦ多重極型、ウェインフィルター型、磁気セクター型、および静電セクター型の機器が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２６】
別の局面において、本発明は、本発明の方法の機能性が、コンピューター読み取り可能なプログラム手段（例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光ディスク、磁気テープ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、またはＤＶＤ−ＲＯＭが挙げられるが、これらに限定されない）上で具現化される製造物品を提供する。
【００２７】
本発明の前述のおよび他の特徴および利点、ならびに本発明自体は、詳細な説明、図面および添付の特許請求の範囲から十分に理解される。
【００２８】
（詳細な説明）
本発明は、特に、生体分子および他の複雑なサンプルの分析に有益な、質量分析法の方法を提供する。本発明は、様々な荷電状態の複数のイオンを生成する供給源によってイオン化されるサンプルの質量分析を改善する方法を提供する。サンプルをイオン化して様々な荷電状態の複数のイオンを生成するイオン化供給源は、一般的に、本明細書中において、「多荷電状態イオン供給源（ｍｕｌｔｉ−ｃｈａｒｇｅ  ｓｔａｔｅ  ｉｏｎ  ｓｏｕｒｃｅ）」と呼ばれる。多荷電状態イオン供給源として作動し得るイオン供給源は、レーザー脱離、ＭＡＬＤＩ、特に、エレクトロスプレーイオン供給源が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２９】
図１を参照して、本発明の実施形態の図的概観が示される。多荷電状態イオン供給源に供される複雑なサンプルの従来の質量分光法において、得られる質量スペクトル１０２は、異なる質量で類似のｍ／ｚ値のイオンからの、重なった質量シグナルを有する。結果として、ほとんどの最も豊富な質量−対−電荷比（スペクトルのピーク）は、不明瞭である。ｍ／ｚピーク１０４が識別可能である場合でさえ、ｍ／ｚピークに関連するイオン質量の決定は、曖昧である。なぜなら、イオン荷電状態の多様性が、１つより多くのイオン質量がｍ／ｚピークに寄与するという高い可能性を生じるからである。対照的に、本発明の方法は、多荷電状態イオン供給源に関連した、不明瞭にする影響を実質的に除去する。
【００３０】
本発明の方法に従って、分別できる（ｄｉｓｃｒｅｅｔ）範囲のｍ／ｚ値を有するイオンのみがイオントラップ内に蓄積され、関連したｍ／ｚ範囲については、仮定した質量シグナル１０６、１０８、１１０、１１２によって図１に絵入りで示される。ｍ／ｚ範囲におけるこれらの質量シグナルのいくつか（例えば、１１０、１１２）は、イオン供給源によって生成され得ない低い荷電状態に対応し得ることが理解されるべきである。実際には、調整された波形１１４に基づいて時間とともに変化する電位（本明細書中以後、「調整された波形」と称される）が、電気力学的イオントラップに印加される。この調整された波形は、電気力学場を構成し、この電気力学場は、特定のｍ／ｚ範囲内のｍ／ｚ値を有するイオンのみを許容するかまたはこのイオンのみをイオントラップ内に保持する。特定のｍ／ｚ範囲は、調整された波形の時間とともに変化する性質によって確立される。確立されたｍ／ｚ範囲の数は、調整された波形の周波数空間表示１１６から、より簡単に見られ得る。周波数空間表示１１６は、調整された波形１１４のフーリエ変換から容易に得られる。図１に示されるように、各ｍ／ｚ範囲は、代表的には、調整された波形の周波数空間表示において、ギャップ１１８、１２０、１２２、１２４として現れる。従って、周波数空間においてこれらのギャップと関連したｍ／ｚ範囲内ではないｍ／ｚ値を有するイオンは、イオントラップ内に許容されず、そして／またはイオントラップから排出される。
【００３１】
図２を参照すると、イオントラップ２０３内に許容され、そして／またはイオントラップ２０３内に保持されるイオン２０２は、クエンチャー２０４と反応される。クエンチャーとイオンとの間の反応は、イオンの荷電状態の低下を生じる。その新たな荷電状態において、イオンの新たなｍ／ｚ値が、調整された波形によって確立される範囲のうちの１つの範囲内に維持される場合、このイオンは、イオントラップ内に保持される。さもなければ、イオンは排出される。蓄積時間の間、イオンをトラップ内に入れ続け、そして／またはイオンをクエンチャーと反応させ続ける。この蓄積時間の後、トラップ内に保持されている全てのイオンか、または特定のｍ／ｚ範囲におけるｍ／ｚ値もしくは上記特定のｍ／ｚ値を有するイオンのみのいずれかが、イオントラップから放出され、そして質量シグナルが決定される。この質量シグナルは、質量分析器として電気力学的イオントラップを使用してかまたはイオントラップから放出されたイオンを受容するように適合された別の質量分析器を用いて、決定され得る。本発明の１つの実施形態に従う電荷クエンチングプロセスの後に、別の質量分析器を用いて観察される質量ピークの仮定した例が、参照番号１０６、１０８、１１０および１２０として図１に示される。
【００３２】
クエンチャーの捕捉されたイオンとの反応は、いくつかの様式で行われ得る。１つの実施形態において、クエンチャーは、イオンがトラップに導入される前に、イオントラップ内に存在している。別の実施形態において、このクエンチャーは、イオンと実質的に同時にトラップ内に導入される。別の実施形態において、このクエンチャーは、イオンが示された後のイオントラップ内に導入される。このクエンチャーは、電荷減少期間中に、イオントラップ内でイオンと反応される。この電荷減少期間は、蓄積時間と実質的に同じであり得るか、蓄積時間より短くあり得るか、または蓄積時間より長くあり得る。電荷減少期間は、例えば、以下に基づいて選択されることが理解されるべきである：所望の電荷減少（クエンチング）の程度、電荷減少反応速度、多荷電状態のイオン供給源特性、スループット基準、および／または分析の利便性。
【００３３】
クエンチャーは、電気力学的イオントラップに許容されるかまたは保持される少なくとも１つのイオン質量の荷電状態を減少させるのに適切な任意の種であり得る。適切な種としては、イオン種および中性種の両方が挙げられる。イオン種は、クエンチングされるべきイオンと反対の電荷のものであるべきである。クエンチャーとクエンチングされるべきイオンとが反対の電荷を有する場合、クエンチング反応速度は、代表的に、中性クエンチャー種に関してよりも速い。さらに、イオン荷電状態に対するクエンチング反応速度の依存性が、有利に使用され得る。
【００３４】
より詳細には、反対の電荷のイオン種間の捕捉速度は以下の式：
【００３５】
【数１】
2004526161.tif 000003
から評価され得る。ここで、静電気的な単位において、ｋｃは、イオン／イオン捕捉についての速度定数であり、νは、相対速度であり、ｚ１は、イオンの荷電状態であり、ｚ２は、クエンチャーの荷電状態であり、そしてμは、イオン／クエンチャー対の換算質量である。イオンおよびクエンチャーが反対の極性のイオン種である場合、電荷減少反応速度は、荷電状態の平方に依存する。従って、高い荷電状態のイオンは、低い荷電状態のイオンよりも有意に速く反応することが予測される。
【００３６】
比較した場合、イオン種と中性種との間の反応速度は、以下の式：
【００３７】
【数２】
2004526161.tif 000004
を使用して評価され得る。ここで、ｋｃ（Ｉ／Ｍ）は、イオン／分子捕捉についての速度定数であり、ｚ１は、イオンの荷電状態であり、αは、クエンチャーの分極率であり、そしてμは、イオン／クエンチャー対の換算質量である。ここで、クエンチャーは、中性種である場合、電荷減少反応速度は、イオンの荷電状態に直線的に依存する。
【００３８】
１つの実施形態において、目的のイオン（すなわち、イオントラップ内に許容され、そして／またはイオントラップ内に保持されるイオン）が、カチオンを含む場合、クエンチャーは、フッ化炭素アニオン（例えば、ペルフルオロ−１，３−ジメチルシクロヘキサン（ＰＤＣＨ）から誘導されるもの）を含む。１つの実施形態において、目的のイオンがエレクトロスプレーイオン化によって形成されるタンパク質カチオンを含み、そしてクエンチャーがフッ化炭素アニオンを含む場合、電荷減少期間は、代表的には、約３０ｍｓ〜約３５０ｍｓの範囲内である。
【００３９】
調整された波形の適用および電荷クエンチングプロセスは、並行してかまたは連続的に行なわれ得る。調整された波形および電荷クエンチングプロセスが並行して起こる実施形態において、調整された波形は、電荷クエンチングプロセスの間に、イオントラップに適用される。１つの実施形態において、調整された波形は、この波形によって確立されたｍ／ｚ範囲外のｍ／ｚ値を有するイオンを排出するように適用される。この実施形態において、新たなイオンは、この調整された波形によってイオントラップ内に許容されないが、この波形によって確立されたｍ／ｚ範囲内のｍ／ｚ値を有するイオンは、保持される。電気力学的イオントラップが四重極イオントラップ２０３（図２参照）を備える場合、調整された波形は、実質的にイオンが、入口端キャップ電極２０５を通ってトラップに入ることはできないが、この波形によって確立されたｍ／ｚ範囲外のｍ／ｚ値を有するイオンは、その末端キャップ電極（２０５および２０７）を通って放出されるように適用される。並行した調整された波形の適用および電荷クエンチングの別の実施形態において、この波形によって確立されたｍ／ｚ範囲内のｍ／ｚ値を有するイオンは、トラップに入るのを許容されるが、これらの範囲外のものは、排出される。調整された波形の適用と並行して電荷クエンチングを使用することは、波形の連続適用および電荷クエンチングプロセスに対して、より高いデューティーサイクルおよび潜在的により大きい力学的範囲を有する。
【００４０】
他の実施形態において、調整された波形は、クエンチャーをトラップに導入する間および電荷減少期間の間に排除される。本明細書中で使用される場合、調整された波形が「排除される」際に、イオンは、それらのｍ／ｚ値とは無関係に、トラップ内に実質的に保持される。言いかえると、調整された波形の除去を参照する際に、電位がなおイオントラップに印加され、このイオントラップは、実質的に、その中ですでにイオンを保持していることを理解すべきである。１つの実施形態において、調整された波形の適用および電荷クエンチングプロセスが連続して生じる場合、この調整された波形は、イオンの蓄積の間に適用され、イオントラップ内に、この波形によって確立されたｍ／ｚ範囲内のｍ／ｚ値を有するイオンのみを許容する。イオンがイオントラップ内に許容された後、調整された波形は除去され、そしてクエンチャーが、電荷減少期間の間に導入される。電荷減少期間の後、調整された波形が再度適用され、そしてこの波形によって確立されたｍ／ｚ範囲外のｍ／ｚ値を有するイオンが、イオントラップから排出される。調整された波形の再適用の間の、連続的な実施プロセスの全ての実施形態において、未反応のクエンチャー種がイオントラップ内に存在し得ることを理解すべきである。
【００４１】
調整された波形の適用および電荷クエンチングプロセスが連続して行われる別の実施形態において、イオンは、最初に、それらのｍ／ｚ値とは無関係に、イオントラップ内に入るのが可能である。次いで、調整された波形は、この波形によって確立された、ｍ／ｚ範囲外のｍ／ｚ値を有する全てのイオンを排出するように適用される。続いて、この調整された波形は排除され、そしてクエンチャーが、電荷減少期間の間に導入される。この電荷減少期間の後、調整された波形が再適用され、そしてこの波形によって確立されたｍ／ｚ範囲外のｍ／ｚ値を有するイオンが、イオントラップから排出される。別の実施形態において、イオンは、最初に、それらのｍ／ｚ値とは無関係に、イオントラップ内に入るのが可能である。次いで、クエンチャーが、電荷減少期間の間に、イオントラップ内に導入される。この電荷減少期間の後、調整された波形が再適用され、そしてこの波形によって確立されたｍ／ｚ範囲外のｍ／ｚ値を有するイオンが、イオントラップから排出される。
【００４２】
調整された波形の適用、引き続く電荷クエンチングの連続プロセスは、実質的に低い荷電状態のイオンを生成するのに望ましい程度で、繰り返され得る。調整された波形の適用の連続プロセスは、並行プロセスに対して、いくつかの利点を有する。調整された波形の適用前に、短い電荷クエンチング工程を使用することによって、イオンのより大きいｍ／ｚ分散が提供され得る。さらに、クエンチャーが目的のイオンの電荷と反対の電荷のイオンを含む場合、電気力学的イオントラップ内に収容されるクエンチャーイオンの数は、慎重に制御される必要はない。電気力学的イオントラップ内の反対の電荷のイオンの存在は、制御されていない様式におけるイオンの移動周波数に影響を及ぼし得る。例えば、目的のイオンと反対の電荷のクエンチャーイオンが過剰に存在する場合、イオンの周波数は、代表的な電気力学的イオントラップの操作条件に基づいて算出された周波数と一致しない。従って、連続アプローチは、混合物の特徴付けのための粗野なアプローチとして、より容易に企図され得る。
【００４３】
本発明の実施形態を具現化する例（ここで、目的のイオン質量は、１０００Ｄａである）は、以下に従う。ｍ／ｚ＝５００とｍ／ｚ＝１０００とを実質的に中心としたｍ／ｚ範囲内のｍ／ｚ値を有するイオンのみを、イオントラップ内に許容し、このイオントラップ内に保持する周波数空間内に２つのギャップを有する、調整された波形が、電気力学的イオントラップの１つ以上の電極に適用される。例えば、ｍ／ｚ範囲は、ｍ／ｚの中心値から、±１００Ｄａ、±５０Ｄａ、または±１Ｄａ以下でさえ広がり得る。ｍ／ｚ範囲は、好ましくは、この範囲が有意に重複しないように選択される。調整された波形は、まさに言及したｍ／ｚ範囲内のｍ／ｚ値を有するイオンのみを選択的に収容しそして／または保持する。反対の電荷イオンのクエンチャーは、イオン蓄積期間の間またはその後のいずれかに、収容されたイオンと反応する。クエンチャーは、電荷クエンチングを誘導し、その結果、わずかに帯電したイオン（ｚ＝１）以外の、ｍ／ｚ＝５００およびｍ／ｚ＝１０００のイオンは、ｍ／ｚ値がシフトする。最初にｍ／ｚ＝５００の値を有するが、２より高いｚ値を有する全てのイオンは、ｍ／ｚ＝１０００以外のｍ／ｚ値にシフトし、そして排出される。
【００４４】
例えば、４０００Ｄａの質量およびｚ＝４の荷電状態を有するイオンは、それらのｍ／ｚ値が１０００であるので、イオントラップ内に許容される。低い荷電状態（例えば、ｚ＝２）へ電荷クエンチングの際に、それらの４０００Ｄａイオンのｍ／ｚ値は、２０００にシフトする。結果として、調整された波形が適用される場合、これらのイオンは、イオントラップから排出される。比較の際に、ｚ＝２の荷電状態を有する１０００Ｄａのイオン（目的のイオン）は、それらのｍ／ｚ値が５００であるので、イオントラップ内に許容される。ｚ＝１への電荷クエンチングの際に、これらの１０００Ｄａイオンは、それらのｍ／ｚ値が１０００にシフトするので、イオントラップ内に依然として保持される。従って、この例において、４０００Ｄａの質量のイオン（これは、ｚ＝４の荷電状態に「おいて、ｚ＝１を有する１０００Ｄａのイオンとして振舞う）が、濾過により除かれる。
【００４５】
さらに、１０００Ｄａのイオンが相対的に低量である場合、イオン蓄積期間は、同じｍ／ｚ値の多量のイオンを蓄積することもなく、より多数のイオンを蓄積するために増加される。電荷クエンチングがイオン蓄積の間になされる場合（すなわち、調整された波形の適用および電荷クエンチングプロセスが並行して行われる場合）、蓄積は、一般に、より効果的である。
【００４６】
従って、電荷減少期間は、イオントラップ内に保持されるイオンが５００Ｄａまたは１０００Ｄａのいずれかの質量を有する、わずかに帯電したイオンであるように、選択され得る。次いで、１０００Ｄａのイオンに対応する質量シグナルが、イオントラップ内の全てのイオンを排出することによって、および適切な質量分析計を用いてそれらを分析することによって、（測定される）決定される。あるいは、質量シグナルは、５００Ｄａよりも十分に大きい質量を有するイオンのみを排出し、そしてそのイオンシグナルを直接測定することによって、決定される。例えば、電気力学的イオントラップに印加される電位は、７５０より高いｍ／ｚ値を有するイオンが、不十分な擬性ポテンシャル井戸の深さに起因して、イオントラップから「漏出する」ように調節され得る。
【００４７】
より洗練された、調整された波形は、多数の荷電状態を有する目的の質量のために使用され得る。電気力学的イオントラップの操作条件の所定の設定について、所定の質量の分子から形成される可能なイオンの各々に対するイオントラップ内での移動周波数が、経験的に算出され得る。例えば、純粋な振動四重極場における、質量−対−電荷依存性のイオンの移動周波数は、以下：
【００４８】
【数３】
2004526161.tif 000005
であり、ここで、ｕは、ｒ次元（すなわち、イオントラップの放射状平面）またはｚ次元（すなわち、内部端キャップの寸法）のいずれかを表わし、ｎは、正の整数であり、Ωは、イオン貯蔵を行うためにイオントラップに印加された電位の振動の周波数であり、そしてβｕは、以下：
【００４９】
【数４】
2004526161.tif 000006
によって近似的に与えられ、ａｕパラメーターは、以下：
【００５０】
【数５】
2004526161.tif 000007
によって与えられ、そして、ｑｕパラメーターは、以下：
【００５１】
【数６】
2004526161.tif 000008
によって与えられ、ここで、定数は、イオントラップの特定の操作形態に依存し、Ｕは、電極間のＤＣ電位であり（通常は、０である）、Ｖは、イオンを捕捉するために使用される高周波電位の振幅であり、ｒ０は、環電極の半径であり、そしてｍ／ｅは、イオンの質量−対−電荷の比である。最も重要な移動周波数は、ｎ＝０の条件によって規定される、いわゆる、基本的な永続移動周波数である。単一周波数の波形を端部キャップ電極に適用することによって、特定の質量−対−電荷の比のイオンのｚ次元の蓄積が生じ得る。複数の周波数の使用は、複数の質量−対−電荷の比のイオンの同時蓄積をもたらし得る。端部キャップ電極に適用される調整された波形の成分の振幅および周波数の賢明な選択により、どのイオンがイオントラップから排出され、どのイオンが保持されるかを選択する際に、高程度の疎通性が可能になる。適用される波形の時間領域追跡は、種々のイオンがイオントラップから排出される場合、非常に複雑にみえるようであり得る。時間領域追跡のフーリエ変換は、適用される波形の周波数領域スペクトルを生じる。
【００５２】
しかし、電気力学的イオントラップ内のｍ／ｚ値の高いイオンのイオン保持および共振排出は、より高い総電荷を有するイオントラップの中心において反対の極性のイオン雲の存在によって影響され得ることが理解されるべきである。例えば、ｍ／ｚの高いイオンは、電気力学的イオントラップによって作製される捕捉電位がそれ自体捕捉するのに不十分である場合、反対の極性のイオン性クエンチャー雲によって生じる電場によって、捕捉され得る（すなわち、イオントラップ内に保持され得る）。これは、イオントラップがクエンチャーイオンを捕捉し、次いで、この捕捉されたイオンが、ｍ／ｚの高いイオンを捕捉する状況を生じ得る。この現象は、他に可能性があり得るよりも、イオントラップ内にｍ／ｚの高いイオンを保持するように活用され得る。反対の極性のイオン雲およびトラップの中心におけるより高い総電荷の存在に起因する別の影響は、反対の極性のイオン雲が共振排出を妨害し得、そして結果として、ｍ／ｚの高いイオンの質量分析を妨害し得ることである。この理由のために、目的のイオンの共振排出の前に、イオン性クエンチャー種を排出させるのが望ましい。
【００５３】
式３および４は、調整された波形が、正確なｍ／ｚ値を許容するかまたは正確なｍ／ｚ値をイオントラップ内に保持するように選択され得ることを示すが、この調整された波形は、実際には、１つの任意の値近くのｍ／ｚ値の範囲を許容するかまたはその範囲をイオントラップ内に保持する。これは、実用的理由および分析的理由の両方から生じる。例えば、実際の時間とともに変化する電源における不完全性は、いかに正確なまたは狭いｍ／ｚ値の範囲が、調整された波形によって確立され得るかに対して実用的な限定を生じる（ｐｌａｃｅ）。さらに、分子が荷電される方法は、ある範囲のｍ／ｚ値を提供し得る。より詳細には、分子は、異なる手段（例えば、プロトンの獲得もしくはプロトンの損失、および／または電子の獲得もしくは電子の損失、ならびにそれらの組み合わせ）によって荷電され得る。例えば、１０００Ｄａの分子は、２個のプロトンを得ることによってか、１個のプロトンを得て１個の電子を失うことによってか、または２個の電子を失うことによって、＋２の荷電状態を獲得し得る。従って、この例において、ｚ＝２である、１０００Ｄａの質量の分子は、ｍ／ｚ＝１００２／２＝５０１、ｍ／ｚ＝１０１／２＝５００．５、および／またはｍ／ｚ＝１０００／２＝５００にて現れ得る。
【００５４】
種々の荷電状態のイオン（これらのイオンの質量は、所定のｍ／ｚ値であるかまたはｍ／ｚ値と関連している）の議論全体にわたって、これらの議論は、一般に、荷電が電子の獲得または損失によって得られたイオンについてであることを認識するべきである。この慣習は、純粋に、本発明の方法および装置が、どんな電荷が生じようとも、任意のイオンに適用可能であるような利便性のためである。従って、荷電がプロトンの獲得または損失を含む場合、基礎の分子集団の隣接した荷電状態は、プロトンの質量によって変化する。同様に、荷電が官能基の獲得または損失を含む場合、基礎の分子集団の隣接した荷電状態は、官能基の質量によって変化する。
【００５５】
図３を参照して、本発明の種々の実施形態が例示される。以下で議論されるようなこれらの方法の実施はまた、図２の装置に関連する。さらに、例示的な例は、分子の混合物のサンプルの分析であり、この分子は、エレクトロスプレーイオン供給源を用いてイオン化される。サンプル、多荷電状態のイオン供給源、および電気力学的イオントラップの詳細は、本発明の方法の中心ではないが、これらの方法をより例示するために本明細書中で議論されていることが理解されるべきである。分析は、イオンを電気力学的イオントラップに収容することによって始まる。
【００５６】
１つの実施形態において、調整された波形は、最初にイオントラップに適用され、それによって、この調整された波形によって確立されたｍ／ｚ範囲内のｍ／ｚ値を有するイオンのみ、イオントラップ内に入りそしてそこで保持されるのが可能になる（問合わせ３０１に対して「イエス」）。調整された波形によって確立されたｍ／ｚ範囲内のイオンは、蓄積時間の間、イオントラップ内に収容および保持され（３０２）、ｍ／ｚ値に基づいて、イオン供給源によって生成される複数のイオンからイオンのサブセットに分離される。クエンチャーが、イオントラップ内のイオンの荷電状態を減少させるために、このイオントラップ内に収容される（工程３０６または３０８）。１つの実施形態において、イオントラップが四重極イオントラップである場合、このクエンチャーは、このトラップの環電極２０９の小さい穴を通って収容される。
【００５７】
上で議論されるように、クエンチングプロセスは、調整された波形がイオントラップから排除されて用いて行われ得るか（「連続アプローチ」、問合わせ３０３に対して、「イエス」）、またはイオントラップに適用されて行われ得る（「並行アプローチ」、問合わせ３０３に対して、「ノー」）。連続アプローチの実施形態において、クエンチャーは、電荷減少期間の間に、イオントラップ内のイオンと反応され（３１２）、そしてイオンは、それらのｍ／ｚ値とは実質的に無関係に、イオントラップ内に保持される。この電荷減少期間の後、調整された波形は再適用され、それによって、波形によって確立されたｍ／ｚ範囲外のｍ／ｚ値を有するイオンがトラップから排出される（３１４）。例えば、電荷減少期間、クエンチング反応速度、イオン数密度およびクエンチャー数密度に依存して、イオン−クエンチャー反応は、調整された波形の再適用３１４の間に、依然として生じ得ることが理解されるべきである。上で議論されるように、電荷クエンチングプロセスおよび調整された波形の連続適用が繰り返され（問合わせ３１５に対して「イエス」）、例えば、目的のｍ／ｚ範囲内のｍ／ｚ値を有するイオンがさらに蓄積され得る。調整された波形の再適用、および任意の反復サイクルの後、イオントラップ内に残存する全てのイオン、またはこのトラップ内に残存するイオンのサブセットは、放出され、そして質量シグナルが決定される（３１６）。
【００５８】
並行アプローチの実施形態において（問合わせ３０３に対して「ノー」）、調整された波形は、電荷クエンチングプロセスの間に排除されない。並行アプローチの１つの実施形態において、調整された波形は、クエンチャーが導入された際に調整された波形によって確立される、実質的にｍ／ｚ範囲内のｍ／ｚ値を有するイオンを収容および保持し続ける。このクエンチャーは、荷電の減少期間の間に、捕捉されたイオンと反応する（３１０）。別の実施形態において、調整された波形は、新たなイオンはイオントラップ内に収容されないが、調整された波形によって確立される、実質的にｍ／ｚ範囲内のｍ／ｚ値を有するイオンのみが保持されるように、適用される。従って、クエンチャーが電荷減少期間の間に、捕捉されたイオンと反応する（３１０）につれて、特定の「クエンチングされた」イオンが排出され得る。イオントラップが四重極イオントラップを含む１つの実施形態において、新たなイオンは、イオントラップ内に収容されず、波形によって確立される、実質的にｍ／ｚ範囲内のｍ／ｚ値を有するイオンは、端部キャップ電極２０５および２０７の一方または両方に調整された波形を適用することによって、保持される。
【００５９】
調整された波形および電荷クエンチングプロセスの並行適用３１０において、蓄積時間および電荷減少期間は、実質的に同じ期間であっても、異なる期間であってもよい。蓄積時間の期間および電荷減少期間は、例えば以下に基づいて決定される：空間電荷、多荷電状態のイオン供給源特性、電荷減少反応速度、所望される電荷の減少（クエンチング）の程度、イオン数密度、クエンチャー数密度、イオン質量の重要度、分析プロトコル、既知または推測されるイオン質量源、スループット基準、および／または分析の利便性。電荷減少期間または蓄積時間の後、トラップ内に残存ずる全てのイオン、またはこのトラップ内に残存するイオンのサブセットが放出され、そして質量シグナルが決定される（３１６）。
【００６０】
並行アプローチか連続アプローチかのいずれかにおいて、電荷クエンチングの後にイオントラップから放出されたイオンは、直接的に検出され得るか、または質量シグナルを決定するために、さらなる質量分析に供され得る。放出されたイオンは、例えば、チャネルトロン（ｃｈａｎｎｅｌｔｒｏｎ）電子増倍管、別個のダイノード電子増倍管、ＣＣＤ、電子増倍管、ファラデーカップ、Ｄａｌｙ検出器、または電流計に電気的に接続された単純な導電性プレートを用いて直接的に検出され、質量シグナルが決定され得る。電荷クエンチングプロセスとともに調整された波形を使用することによって、放出されたイオンに対するイオンシグナルが生じ、このシグナルは、イオン質量に対応する。測定されたイオンシグナルとイオン質量の量および／または存在との間の一致の程度は、例えば、電荷クエンチングの程度、およびイオンの全てまたはサブセットがイオントラップから放出および検出されるか否かに依存する。あるいは、放出されたイオンは、例えば、飛行時間型、四重極、磁気偏向型、Ｗｅｉｎフィルター、または静電気的質量分計を用いてさらに質量分析され、質量シグナルが決定され得る。放出されたイオンがさらに質量分析される実施形態において、本発明は、前端（ｆｒｏｎｔ  ｅｎｄ）質量分析計を提供し、これは、第二の質量分析計の分散範囲および動的範囲を増加させる。従って、これらの実施形態において、本発明は、ＭＳ／ＭＳ系またはＭＳｎ系を提供する。
【００６１】
質量シグナルは、放出されるイオンついて測定したイオンシグナルに基づいて決定される。この質量シグナルに関連する質量は、イオンの放出直前にイオントラップに適用された調整された波形によって確立されるｍ／ｚ範囲に基づいて、決定される。例えば、確立されたｍ／ｚ範囲の中央値が目的の質量の整数の荷電状態を含むように、調整された波形が選択される場合、放出されるイオンシグナルが、目的の質量に対応する。この一致の程度は、例えば、電荷のクエンチングの程度、ならびにイオンの全てまたはサブセットがトラップから放出および検出されるか否かに依存する。放出されるイオンシグナルが低い荷電状態のイオンを含む場合、この一致は高く、そして一般的に、ｚ＝１の荷電状態における放出されたイオンの割合が増加するにつれて、増加する。従って、最も高いｍ／ｚを有するイオンに対する質量シグナルが、一般的に決定される。
【００６２】
しかし、本発明は、イオントラップに許容され、そして／または保持された、最も高いｍ／ｚを有するイオン以外のイオンについての質量シグナルを決定し得ることが、理解されるべきである。例えば、イオンシグナルのかなりの割合が、ｚ＝１より高い荷電状態を有するｍ／ｚ値について見出されるかまたは予測される場合、イオントラップにおいて収容されそして／または保持される場合になおイオンがｚ＝１の荷電状態を有する場合、質量シグナルは、より高い荷電状態に対応するｍ／ｚ値を有するイオンについて、決定され得る。別の例において、放出されたイオンがさらなる質量分析に供される場合、特定のｍ／ｚ値のフラグメント化パターンを使用して、そのイオン質量をイオンシグナルに関連すると同定し得る。
【００６３】
質量シグナルを得るための、放出されたイオンのイオンシグナルと質量との関連は、本明細書中において、「ビン化（ｂｉｎｎｉｎｇ）」と称される。測定されたイオンシグナルに関連する質量または質量範囲は、本明細書中において、質量「ビン」と称される。サンプルの分子質量の範囲の表示（すなわち、質量スペクトル）は、質量範囲にわたるビン化によって、本発明の方法を使用して作成され得る。すなわち、調整された波形によって確立された適切に狭い質量範囲内の分子が、上記電荷クエンチプロセスの首尾よい使用によって、検出され得、これによって、実質的に独特な、調整された波形が、各質量ビンに対して選択され、その結果、実質的に独特な質量または質量範囲が、各質量ビンと関連する。
【００６４】
多電荷状態イオン供給源でイオン化された分子種の混合物の質量スペクトルは、以下のように得られ得る。例えば、５０Ｄａ〜５００，０００Ｄａのｍ／ｚスケール範囲にわたる質量スペクトルが望ましいと仮定する。本発明の方法を使用して、調整された波形が、イオントラップに適用されて、５０Ｄａの分子の荷電状態に対応するｍ／ｚ値を実質的に中心とし、そして１００Ｄａの幅を有するｍ／ｚ範囲の内側の、ｍ／ｚ値を有するイオンのみを保持および／または収容する。イオンが蓄積され、電荷がクエンチされ、トラップされたイオンが放出され、そしてイオンシグナルが測定される。次いで、測定されたイオンシグナルは、５０Ｄａの質量の分子に関連付けられる。すなわち、測定されたイオンシグナルは、５０Ｄａの質量ビンに入れられる。従って、測定されたイオンシグナルの強度は、混合物中に存在する５０Ｄａの分子を表す。
【００６５】
質量スペクトルを作成するために、調整された波形は、別の分子量の荷電状態に対応するｍ／ｚ値を有するイオンを収容および／または保持するために、変化される。１つの実施形態において、次のセットのｍ／ｚ範囲の次のセットの中心値が、先行する対応中心値に、先行するｍ／ｚ範囲の幅を加算したものであるように、調整された波形が変化される。従って、上記例において、調整された波形は、１５０Ｄａの分子の荷電状態に対応するｍ／ｚ値を実質的に中心とするｍ／ｚ値範囲の内側のｍ／ｚ値を有するイオンのみを、保持および／または収容するように、変化される。イオン蓄積、電荷クエンチ、トラップされたイオンの放出、およびイオンシグナル測定のプロセスは、本発明の方法に従って繰り返されて、１５０Ｄａの質量ビンに対する質量シグナルを決定する。従って、５０Ｄａ〜５００，０００Ｄａの範囲のｍ／ｚスケールに対する質量スペクトルを作成するために、調整された波形は、ｍ／ｚスケール範囲の上限に達するまで、ｍ／ｚ範囲の中心値を１００Ｄａの増分で進めるように、系統的に変化される。しかし、ｍ／ｚ範囲の中心は、必ずしも連続的に進められる必要はなく、むしろ、任意の順序で（例えば、５０Ｄａ、５０，０５０Ｄａまで、２５０Ｄａまで）進められ得ることが理解される。この様式で、多電荷状態イオン供給源によってイオン化された分子の質量スペクトルは、サンプルスループット、質量ダイナミックレンジおよびシグナル識別を改善されて、得られ得る。
【００６６】
別の実施形態において、ｍ／ｚ範囲の中心は、ｍ／ｚ範囲の幅よりかなり小さい量で進められる；従って、質量ビンの質量範囲が重なる。これらの実施形態において、当該分野において公知の技術を使用して、質量シグナルは、隣接する重なった質量ビンの間の差異から決定されて、重なっているビンのいずれよりも狭い、新たな質量ビンを作成し得る。選択される質量ビン（すなわち、質量シグナルが決定される質量）は、必ずしも、ｍ／ｚスケールの範囲全体を網羅する必要はないことが、さらに理解されるべきである。例えば、ｍ／ｚスケールの範囲は、５００Ｄａ〜２００，０００Ｄａであり得るが、目的の質量は、５００Ｄａ、２５，０００Ｄａ、および１５０，０００Ｄａの質量を有する疾患マーカーに対応する；従って、本発明の方法を使用して、５００Ｄａ、２５，０００Ｄａ、および１５０，０００Ｄａを実質的に中心とする質量ビンのみに対する質量シグナルを決定し得る。従って、さらなる分析（例えば、他の質量ビンに対する質量シグナルの決定）は、十分なシグナル強度が、疾患マーカーの質量に関連する１つ以上の質量ビンにおいて現れる場合にのみ、なされ得る。
【００６７】
１つの実施形態において、測定されるイオンシグナルは、質量シグナルを決定する場合に標準化される。１つの実施形態において、標準化されたイオンシグナルから決定される質量シグナルは、分析中のサンプルにおける分子質量の相対的な量を定量するために、使用される。イオンシグナルは、例えば、イオンの蓄積時間、電荷減少期間、電荷減少反応速度、イオン数密度、および／またはクエンチャー数密度について標準化され得る。
【００６８】
図３を参照すると、好ましい実施形態において、調整された波形に対して質量シグナルが決定された後に、この質量シグナルが記録され（３２０）、調整された波形が変化され（３１８）、イオンがトラップからパージされ（３２４）、そして他の波形によって確立された質量範囲に対応する少なくとも１つの他の質量シグナルが決定される。調整された波形を系統的に変化させ、そして測定されたイオン強度を連続的な質量ビンにビン化することによって、分析中のサンプルの質量スペクトルが得られ得る。
【００６９】
他の実施形態において、質量シグナルが認容可能であるとみなされた（問合せ３１７に対して「イエス」である）場合にのみ、その質量シグナルは記録される（３２０）。質量シグナルが認容可能であるか否かは、例えば、質量シグナルの強度、質量シグナルについてのシグナル対ノイズ比、目的の質量、イオン質量の重要性、分析プロトコル、既知もしくは疑わしいイオン質量源、スループット基準、および／または分析の便宜に基づいて、決定される。放出されたイオンがさらに質量分析される実施形態において、質量シグナルが認容可能であるか否か（問合せ３１７）は、さらなる質量分析の後に観察されるか、または観察されると予測されるイオンシグナルの、１つ、部分集合または全てに基づき得る。
【００７０】
質量シグナルが認容可能ではない（問合せ３１７に対して「ノー」である）場合、その質量シグナルは記録されず、イオン蓄積時間が変化され（３１８）、イオンがイオン供給源からパージされ（３２４）、そして質量シグナルが、新たな蓄積時間を使用して再決定される。変化される蓄積時間は、個々にかまたは組み合わせて本発明に関連する蓄積時間のいずれかであり得る。例えば、連続アプローチにおいて、工程３０２、工程３１４、またはこれらの両方に関連する蓄積時間が変化され得る。これらの実施形態において、蓄積時間は、質量シグナルのシグナル強度の増加させるために増加され得るか、または蓄積時間は、分析時間を短縮するため（例えば、スループットを増加させるため）に減少され得る。より具体的には、分子が特定の質量ビン内で高い量である場合、比較的短いイオン蓄積時間は、良好なイオン検出統計学を提供するために十分であり得る。逆に、分子が所定の質量ビンに対して低い量である場合、イオン蓄積時間は、イオン検出統計学を改善するために、延長され得る。次いで、良好なイオン検出統計学を有する質量スペクトルが、本発明の方法を使用して、調整された波形を系統的に変化させ、蓄積時間を変動させ、そして測定されたイオンシグナルを連続的な質量ビンにビン化することによって、効率的に得られ得る。
【００７１】
電気力学イオントラップにおけるイオン蓄積時間は、代表的に、約１００μｓ〜約１ｓの範囲である（イオン蓄積に対する必須の上限は存在しない）。この範囲は、４桁にわたり、そして混合物の分析において、ダイナミックレンジの拡張のためのかなりの利点を提供する。目的のイオンが電子スプレーイオン化によって形成されるタンパク質カチオンを含む１つの実施形態において、イオン蓄積時間は、代表的に、約０．０２ｓ〜約０．２ｓの範囲の値を有する。質量シグナルを決定し、そして得られた質量シグナルをさらに使用して、分析中の混合物サンプルにおける分子質量の相対的な量を定量する場合、測定されるイオンシグナルもまた、イオン蓄積時間について標準化され得る。
【００７２】
他の実施形態において、質量シグナルが認容不可能である（問合せ３１７に対して「ノー」である）場合、クエンチャーが荷電され、イオンがイオン供給源からパージされ（３２４）、そして質量シグナルが、新たなクエンチャーを使用して再決定される。他の実施形態において、質量シグナルが認容不可能である（問合せ３１７に対して「ノー」である）場合、電荷減少期間が変化され、イオンがイオン供給源からパージされ（３２４）、そして質量シグナルが、新たな電荷減少期間を使用して再決定される。例えば、電荷減少期間は、目的のイオンの過剰クエンチ（例えば、ｚ＝０の荷電状態まで）を防止するために、短縮され得る。
【００７３】
図３を再度参照すると、別の実施形態において、調整された波形は、最初はイオントラップに適用されない（問合せ３０１に対して「ノー」）。調整された波形が最初にイオントラップに適用されない（問合せ３０１に対して「ノー」である）実施形態において、クエンチャーは、調整された波形の適用の前に、イオントラップに収容され得る（問合せ３０５に対して「ノー」、および工程３０８）。次いで、クエンチャーが、イオントラップにおいて、電荷減少期間にわたってイオンと反応し（３１２）、そしてイオンは、それらのｍ／ｚ値に実質的に無関係に、イオントラップに保持される。電荷減少期間の後、調整された波形が再適用されて、イオントラップから、調整された波形によって確立されるｍ／ｚ範囲の外側のｍ／ｚ値を有するイオンを有するイオンを排出する（３１４）。調整された波形の再適用に続いて、トラップ内に残存する全てのイオン、またはトラップ内に残存するイオンの部分集合が放出され、そして質量シグナルが決定される（３１６）。従って、イオンは、蓄積時間にわたって、そのｍ／ｚ値に無関係に、最初に収容され、そしてトラップに保持される（３０４）。次いで、調整された波形が適用されて、この調整された波形によって確立されたｍ／ｚ範囲の外側のｍ／ｚ値を有するイオンを、イオントラップから排出する（問合せ３０５に対する「イエス」、および工程３０２）。引き続いて、イオントラップ中のイオンの電荷状態を減少させるために、クエンチャーがイオントラップに認容される（工程３０６または３０８）。上で議論されたように、クエンチプロセスは、調整された波形がイオントラップから除去されて実施され得るか（連続アプローチ」、問合せ３０３に対する「イエス」）、またはトラップに適用されて実施され得る（「並行アプローチ」、問合せ３０３に対する「ノー」）。
【００７４】
連続アプローチの実施形態において、調整された波形が除去され（問合せ３０３に対する「イエス」）、クエンチャーが、電荷減少期間にわたってイオントラップ中のイオンと反応し（３１２）、そしてイオンが、そのｍ／ｚ値に実質的に無関係に、イオントラップ内に保持される。電荷減少期間の後、調整された波形が再適用されて、この調整された波形によって確立されたｍ／ｚ範囲の外側のｍ／ｚ値を有するイオンを、イオントラップから排出する（３１４）。調整された波形の再適用に続いて、トラップ内に残存する全てのイオン、またはトラップ内に残存するイオンの部分集合が放出され、そして質量シグナルが決定される（３１６）。
【００７５】
並行アプローチの実施形態（問合せ３０３に対して「ノー」）において、調整された波形は、クエンチプロセスの間に除去されず、そしてクエンチャーが認容される場合、イオンが、イオントラップ内に収容され、そして／または保持される。上で議論されたように、調整された波形および電荷クエンチプロセス３１０の並行適用において、蓄積時間および電荷減少期間は、実質的に同じ持続時間であっても、異なる持続時間であってもよい。電荷減少期間および／または蓄積時間に続いて、トラップ内に残存する全てのイオン、またはトラップ内に残存するイオンの部分集合が放出され、そして質量シグナルが決定される（３１６）。
【００７６】
本発明はまた、調整された波形の使用と組み合わせて、電荷をクエンチする別の方法を提供し、この方法は、同じｍ／ｚ値であるが異なる質量のイオン間の区別を改善し得、一方でまた、質量ダイナミックレンジおよびシグナル区別を改善する。図４を参照すると、１つの実施形態において、一次の調整された波形を電気力学イオントラップに適用することによって、一次の調整された波形を使用してイオンの第一の部分集合を分離し、その結果、第一の部分集合におけるイオンのみが、イオントラップ内に収容され、そして／または保持される。一次の調整された波形は、最初に適用され得る（問合せ４０１に対する「イエス」および工程３０２）か、またはイオントラップの最初の充填に引き続いて適用され得る（問合せ４０１に対する「ノー」および工程４０５）。次いで、イオントラップにおいて許容および／または保持された第一の部分集合のイオンは、このトラップにおいて、クエンチャーと反応してそのイオンの電荷状態を部分的に下げる（工程３０６または３０８）。
【００７７】
先に議論されたように、調整された波形は、電荷クエンチプロセスに続いてか、または並行して適用され得る。並行アプローチまたは連続アプローチのいずれにおいても、二次の調整された波形が適用され（工程４１２または４１４）、イオントラップに、イオンの第二の部分集合（これは、イオンの第一の部分集合の部分集合を含む）を保持する。例えば、イオンの第二の部分集合は、目的のイオン質量について、一次の調整された波形によって最初に選択された荷電状態のうちの、特定の荷電状態のみを含み得る。この荷電状態は、必ずしも、目的のイオン質量の最も低い荷電状態である必要はなく、そして荷電状態の任意の組み合わせを含み得る。例えば、一次の波形は、最も高い荷電状態のみを保持し得、一方で二次の調整された波形は、最も低い荷電状態およびより高い荷電状態のより低いものを保持し得る。このような二次の波形は、最も低い荷電状態（ｚ＝１）を保持し得るが、選択された、より高い荷電状態（これは、目的のイオン質量のかなりの割合を含み得る）を、依然として維持する。選択された、より高い電荷状態は、例えば、逆の極性のイオンとイオン性クエンチャーとの間の反応速度の非線形依存性、多電荷状態イオン供給源の特徴、または緩衝するイオン質量の既知もしくは疑われる存在に基づいて選択され得る。
【００７８】
電荷クエンチおよび調整された波形の適用の、連続アプローチまたは並行アプローチは、繰り返され得る（問合せ３１５または４１３に対する「イエス」）。反復の際に、実質的に同じ二次の調整された波形が適用され得るか、または別の（例えば、三次の）調整された波形が使用され得る。例えば、三次の調整された新たな波形が適用される場合、これは、イオントラップ内にイオンの第三の部分集合を維持し、この部分集合は、イオントラップ内に残存するイオンの第二の部分集合の部分集合を含む。二次または三次、あるいは引き続く最後の調整された波形の適用の後に、イオンは、イオントラップから放出され、そして質量シグナルが決定される（３１６）。１つの実施形態において、目的の１つのイオン質量についての質量シグナルが得られた後に、一次と二次との両方の調整された波形が変化されて、少なくとも１つの別の目的のイオン質量についての質量シグナルが得られる（３２２）。次いで、質量スペクトルは、本発明の方法を用いて、一次の調整された波形を系統的に変化させ、そして測定されたイオンシグナルを連続する質量ビンにビン化することによって、得られ得る。
【００７９】
別の実施形態において、質量シグナルは、その質量シグナルが認容可能であるとみなされる（問合せ３１７に対して「イエス」である）場合にのみ、記録される（３２０）。質量シグナルが認容可能ではない（問合せ３１７に対して「ノー」である）場合、この質量シグナルは記録されず、イオン蓄積時間が変化され（３１８）、イオンがイオン供給源からパージされ（３２４）、そして質量シグナルが、新たな蓄積時間を使用して再決定される。本発明の実施に関連する蓄積時間のいずれかが、変化され得る。例えば、連続アプローチにおいて、変化される蓄積時間は、工程３０２の蓄積時間、工程３１４の蓄積時間、またはこれらの両方であり得る。他の実施形態において、質量シグナルが認容不可能である（問合せ３１７に対して「ノー」である）場合、クエンチャーが荷電され、イオンがイオン供給源からパージされ（３２４）、そして質量シグナルが、新たなクエンチャーを使用して再決定される。他の実施形態において、質量シグナルが認容不可能である（問合せ３１７に対して「ノー」である）場合、電荷減少期間が変化され、イオンがイオン供給源からパージされ（３２４）、そして質量シグナルが、新たな電荷減少期間を使用して再決定される。例えば、電荷減少期間は、目的のイオンの過剰クエンチ（例えば、ｚ＝０の荷電状態まで）を防止するために、短縮され得る。次いで、認容可能な質量シグナルを有する質量スペクトルが、本発明の方法を用いて、調整された波形を系統的に変化させ、電荷減少期間を変動させ、そして測定されたイオンシグナルを連続する質量ビンにビン化することによって、効率的に得られ得る。
【００８０】
別の局面において、本発明は、装置を提供する。再度図２を参照すると、本発明の実施に適合された装置の１つの実施形態が示されている。この装置は、波形発生器２１１と電気連絡した、電気力学イオントラップ２０３を備える。１つの実施形態において、図２に示されるように、この電気力学イオントラップは、入口端キャップ電極２０５、出口端キャップ電極２０７、および環電極２０９を有する、四重極イオントラップを備える。１つの実施形態において、このイオントラップが四重極イオントラップを備える場合、入口端キャップ電極２０５は、イオントラップの外部で形成されたイオンの認容のために、改変される。しかし、本発明による装置は、電気力学イオントラップ、静電イオントラップ、および組み合わせられた静電／磁気イオントラップが挙げられるがこれらに限定されない、任意のイオントラップを備え得、この後者は、時々、イオンサイクロトロン共鳴（ＩＣＲ）イオントラップと称される。波形発生器２１１は、シグナル発生器２１３からの制御シグナルに応答して、時間で変動する電位を印加するように適合され、この電位は、電気力学イオントラップ２０３に対して、周波数空間に少なくとも２つのギャップを有する、調整された波形を含む。シグナル発生器２１３は、波形発生器２１１のための制御シグナルを発生させ得る、任意の適切なデバイスを備え得る。例えば、適切なハードウェアおよびソフトウェアを備えるコンピュータが、シグナル発生器２１３として働き得る。
【００８１】
本発明の装置は、さらに、電気力学イオントラップ２０３と流体連絡する、クエンチャーイオンの源２１５を備える。１つの実施形態において、電気力学イオントラップが四重極イオントラップを備える場合、クエンチャーイオンは、環電極２０９の穴２１０を通ってこのイオントラップに入る。１つの実施形態において、クエンチャー種は、中性の種を含み、そしてクエンチャーの中性物質の源は、イオントラップと流体連絡する気体レザバである。他の実施形態において、クエンチャー種は、イオン種を含み、そしてクエンチャーイオンの源は、適切なイオン供給源（例えば、とりわけ、電子イオン化源、放電源、および放射性発光源）である。
【００８２】
図２に示される１つの実施形態において、クエンチャー源は、グロー放電イオン供給源２１７を備える。イオントラップ２０３は、グロー放電イオン供給源２１７の出口開口２１９から、環電極２０９の穴２１０へと視線が存在するように、配置される。１つの実施形態において、この穴は、約２ｍｍ〜約４ｍｍの範囲の直径を有する。イオンレンズ２１８は、グロー放電イオン供給源２１７からずれて取り付けられて、環電極２０９へのクエンチャーイオンの輸送を容易にし得る。好ましい実施形態において、ヘリウムが、電気力学イオントラップを収容する減圧系に、全圧約１ｍｔｏｒｒまでで収容され、そしてレザバ２２０に含まれるパーフルオロカーボン（例えば、パーフルオロ−１，３−ジメチルシクロヘキサン（ＰＤＣＨ））ヘッドスペース蒸気をサンプリングすることによって、クエンチャーアニオンが、８００ｍｔｏｒｒで作動するグロー放電中に形成される。
【００８３】
このグロー放電イオン供給源は、パルス化され得る。パルス器（図示せず）の出力は、このグロー放電イオン供給源のアノードに接続される。このパルス器は、放電を起こすために十分な電圧と接地との間を切り換える、迅速なスイッチとして働く。この配置は、イオン２０２およびクエンチャーイオン２０４の、イオントラップ２０３における蓄積を独立して制御することを可能にする。
【００８４】
別の実施形態において、この装置は、さらに、電気力学イオントラップ２０３と流体連絡する、イオン化分子の源２２４を備える。イオンは、代表的に、イオン供給源から電気力学イオントラップ内に軸方向に収容される。任意の適切なイオン供給源が使用され得、イオン供給源としては、電子スプレー、レーザー脱離、およびＭＡＬＤＩイオン供給源が挙げられるが、これらに限定されない。さらに、このイオン供給源は、（例えば、キャピラリー電気泳動、気相クロマトグラフィー、および液体クロマトグラフィーによって）サンプルをイオン供給源に送達するデバイスをさらに備え得る。図２に示されるように、イオン供給源２２４は、電子スプレーイオン供給源を備える。イオントラップ２０３は、電子スプレーイオン供給源２２４の出口開口２２５から入口端キャップ電極２０５の穴２２６への視線が存在するように、配置される。インターフェースレンズ２３０およびイオンレンズ２２８は、電子スプレーイオン供給源からずれて取り付けられて、入口端キャップ電極２０５へのイオン移送を容易にする。
【００８５】
図２に示されるように、この装置は、電気力学イオントラップと流体連絡する、イオン検出器２３２または質量分光計（図示せず）をさらに備え得る。適切な検出器としては、チャネル電子マルチプライヤ、不連続ダイノード電子増倍管、ＣＣＤ、ファラデーカップ、または単に、電流計に電気的に接続された導電性プレートが挙げられるが、これらに限定されない。適切な質量分光計としては、飛行時間型、四重極、ワインフィルタ、磁気偏向型、および静電偏向型の器具が挙げられるが、これらに限定されない。
【００８６】
この装置は、いくつかの記憶要素をさらに備え得る。１つの特定の実施形態において、この装置は、さらに、以下を備える：（１）イオン質量パラメータを格納する、第一の記憶要素；（２）イオン質量パラメータに基づいて、周波数空間に少なくとも１つのギャップを有する調整された波形を作成する、調整された波形の発生器を備える、第二の記憶要素；（３）蓄積時間パラメータを格納する、第三の記憶要素；（４）蓄積時間パラメータに基づいて、制御シグナルおよびこのシグナルが波形発生器に適用される時間の長さを決定する、制御シグナル発生器を含む、第四の記憶要素；ならびに（５）更新シグナルに応答して、イオン質量パラメータおよび／または蓄積時間パラメータを変化させる、パラメータ発生器を含む、第五の記憶要素。
【００８７】
別の実施形態において、この装置は、クエンチャー源制御シグナル発生器によってアクセスされる、電荷減少期間パラメータを格納する、第六の記憶要素をさらに備える。クエンチャー源制御シグナル（これは、第七の記憶要素に含まれ得る）は、クエンチャーが電気力学イオントラップに収容または保持される時間の長さを決定する、クエンチャー制御シグナルを提供する。このクエンチャー制御シグナルは、トラップ内にクエンチャーを保持するイオントラップに適用される、調整された波形を制御するために使用され得、クエンチャー制御シグナルはまた、クエンチャー種を発生させるクエンチャー源および／またはクエンチャー源からイオントラップへのクエンチャーの移送を容易にする他の任意の要素を制御するために使用され得る。
【００８８】
記憶要素は、コンピュータのランダムアクセスメモリの一部、および／またはコンピュータ、シグナル発生器、もしくは波形発生器の別個の記憶要素であり得る。図２に示されるように、記憶要素は、コンピュータのランダムアクセスメモリの一部、および／またはコンピュータ２４０の別の記憶要素を備える。本明細書中に記載される記憶要素は、データを受信し、そして調整された波形の発生器、制御シグナル発生器、およびパラメータ発生器によってアクセスされる、別個の記憶要素であり得る。あるいは、記憶要素とは、伝達されたデータを格納するために蓄えられるランダムアクセスメモリの一部をいい得る。
【００８９】
いくつかの実施形態において、上記方法の機能性は、汎用コンピュータ上のソフトウェアとして説明され得る。このコンピュータは、電気力学イオントラップとは別個であっても、電気力学イオントラップから取り外し可能であっても、電気力学イオントラップに統合されていてもよい。さらに、このようなプログラムが、コンピュータのランダムアクセスメモリの部分を蓄えて、調整された波形の発生、パラメータの選択、質量シグナルの記録、および記憶要素に伴う、記憶要素に格納されたデータでの作動に影響を与える制御論理を提供し得る。このような実施形態において、プログラムは、多数の高レベルな言語（例えば、ＦＯＲＴＲＡＮ、ＰＡＳＣＡＬ、Ｃ、Ｃ＋＋、またはＢＡＳＩＣ）のいずれか１つで書き込まれ得る。さらに、このプログラムは、市販のソフトウェアに実装されたスクリプト、マクロ、または関数（例えば、ＥＸＣＥＬまたはＶＩＳＵＡＬ  ＢＡＳＩＣ）で書き込まれ得る。さらに、このソフトウェアは、コンピュータに存在するマイクロプロセッサに関するアセンブリ言語に実装され得る。例えば、このソフトウェアは、ＩＢＭ  ＰＣまたはＰＣクローンで実行されるように構成される場合、Ｉｎｔｅｌ  ８０×８６アセンブリ言語に実装され得る。このソフトウェアは、「コンピュータ読取り可能なプログラム手段」（例えば、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光学ディスク、磁気テープ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、またはＣＤ−ＲＯＭ）が挙げられるがこれらに限定されない製品に実装され得る。
【００９０】
本発明は、特定の実施形態を参照して特に示され、そして記載されたが、当業者によって、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形式および細部における種々の変化が、本発明においてなされ得ることが理解されるべきである。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって示され、従って、特許請求の範囲の均等物の意味および範囲に含まれる全ての変化が包含されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】図１は、本発明に従うプロセスの実施形態の図的概観である。
【図２】図２は、本発明の方法を実行するための装置の実施形態の概略的表示である。
【図３】図３は、本発明の方法の種々の実施形態を示すフロー図である。
【図４】図４は、本発明の方法の種々の実施形態を示すフロー図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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