(57)【要約】連続ビームイオン移動度フィルタを有するサンプル分析システムは、クロストークを低減させるようにイオン移動度フィルタから残留イオンを除去するためのイオン除去機構を組み込む。サンプル分析システムによって分析されるサンプルは、サンプルのイオンをフィルタ処理し、フィルタ処理されたイオン群を、群内のイオンのうちのいくつかまたは全てが検出される検出器もしくは質量分析器に（例えば、質量分析器とイオン移動度フィルタとの間に配置されるイオン光学アセンブリを介して）渡す、連続ビームイオン移動度フィルタの中へ進入させられることができる。
2017533429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源からイオンを受容するための連続ビームイオン移動度フィルタであって、前記イオン移動度フィルタは、第１のイオン群をフィルタ処理し、それを通して透過させるように構成されている、イオン移動度フィルタと、
真空チャンバ内に収納され、前記第１のイオン群を分析するために前記イオン移動度フィルタと流体連通している、質量分析器と、
前記イオン移動度フィルタから前記真空チャンバの入口オリフィスに前記第１のイオン群を輸送するために前記イオン移動度フィルタの出口端と前記真空チャンバの入口オリフィスとの間に配置される、結合領域と、
前記イオン移動度フィルタおよび前記結合領域のうちの少なくとも１つから残留イオンを除去するためのイオン除去機構と、
を備える、サンプル分析システム。
【請求項２】
前記イオン移動度フィルタから前記質量分析器に前記第１のイオン群を輸送するためのイオン光学アセンブリをさらに備える、請求項１に記載のサンプル分析システム。
【請求項３】
前記イオン移動度フィルタ、前記イオン光学アセンブリ、および前記質量分析器の動作を制御するためにそれらに動作可能に結合される、コントローラをさらに備え、前記コントローラは、前記イオン移動度分光計に前記第１のイオン群を通過させるための時間を表す、少なくとも第１の期間と、前記イオン移動度フィルタおよび前記結合領域から残留イオンを除去するように前記イオン除去機構を操作するための少なくとも第２の期間とを定義するためのタイマを備える、請求項２に記載のサンプル分析システム。
【請求項４】
前記イオン光学アセンブリからイオンを除去するための第２のイオン除去機構をさらに備える、請求項３に記載のサンプル分析システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記第２の期間中に集束を外して前記イオン光学アセンブリ内からイオンを除去するように、前記イオン光学アセンブリ内のＲＦ電位を減少させるために、前記第２のイオン除去機構と通信している、請求項４に記載のサンプル分析システム。
【請求項６】
前記イオン移動度フィルタは、第１の圧力領域中に位置し、前記質量分析器は、前記第１の圧力領域と異なる第２の圧力領域中に位置し、前記イオン光学アセンブリは、前記第１および第２の圧力領域中の圧力の中間の第３の圧力領域中に位置する、請求項１に記載のサンプル分析システム。
【請求項７】
前記第１の圧力領域は、大気圧付近である、請求項２４に記載のサンプル分析システム。
【請求項８】
前記イオン移動度フィルタは、ＦＡＩＭＳ、ＤＭＳ、およびＤＭＡから成る群から選択される、請求項１に記載のサンプル分析システム。
【請求項９】
前記イオン移動度フィルタは、
その間にイオン流路を画定する、少なくとも一対のフィルタ電極であって、前記フィルタ電極は、前記第１のイオン群の移動度特性に基づいて、前記第１のイオン群を通過させるための電場を生成するように構成される、フィルタ電極と、
前記電場を生成するように、ＲＦおよびＤＣ電圧を前記フィルタ電極のうちの少なくとも１つに提供するための電圧源と、
を備える、請求項１に記載のサンプル分析システム。
【請求項１０】
前記イオン移動度フィルタの動作を制御するためにそれに動作可能に結合される、コントローラをさらに備え、前記コントローラは、前記第１のイオン群を通過させるための時間を表す、少なくとも第１の期間と、前記イオン移動度フィルタおよび前記結合領域から残留イオンを除去するように前記イオン除去機構を操作するための少なくとも第２の期間とを定義するためのタイマを備える、請求項９に記載のサンプル分析システム。
【請求項１１】
前記イオン移動度フィルタ内の実質的に全てのイオンが、前記第２の期間中に前記フィルタ電極において中和されるように、前記コントローラは、前記第１の期間に対して前記第２の期間中に前記フィルタ電極の間に印加されるＤＣバイアス電圧を増加させるように構成される、請求項１０に記載のサンプル分析システム。
【請求項１２】
前記コントローラは、前記第１の期間に対して前記第２の期間中に、前記入口オリフィスに対して前記少なくとも一対のフィルタ電極のＤＣオフセット電圧の振幅を増加させるように構成される、請求項１１に記載のサンプル分析システム。
【請求項１３】
前記イオン除去機構は、前記結合領域内のイオンの軸流速度を増加させるように構成される、請求項１に記載のサンプル分析システム。
【請求項１４】
前記イオン除去機構は、前記イオン移動度フィルタの電極の間に印加される補償電圧、および前記入口オリフィスに対する前記電極のＤＣオフセット電圧の振幅を増加させる、請求項１に記載のサンプル分析システム。
【請求項１５】
前記第１のイオン群は、前記イオン移動度フィルタを通したガス流に混入される、請求項１に記載のサンプル分析システム。
【請求項１６】
前記第１のイオン群は、軸方向電場によって前記イオン移動度フィルタを通して駆動される、請求項１に記載のサンプル分析システム。
【請求項１７】
前記真空チャンバは、前記イオン移動度フィルタの内部動作圧力より低い真空圧力で前記質量分析計を維持し、前記真空チャンバは、前記イオン移動度フィルタを通して、前記入口オリフィスを介して前記真空チャンバに、前記第１のイオン群を含むガス流を引き込むように動作可能である、請求項１に記載のサンプル分析システム。
【請求項１８】
前記第１のイオン群を生成するためのイオン源をさらに備える、請求項１に記載のサンプル分析システム。
【請求項１９】
Ａ．イオン移動度に基づいて、質量分析器の真空入口オリフィスに結合される連続ビームイオン移動度フィルタを使用して、イオンの第１の部分をフィルタ処理し、イオン光学アセンブリを使用して、第１の時間期間中に前記イオンの第１の部分を前記質量分析器に透過させるステップと、
Ｂ．イオン移動度に基づいて、イオンの第２の部分をフィルタ処理し、前記イオン光学アセンブリを使用して、第２の時間期間中に前記イオンの第２の部分を前記質量分析器に透過させるステップと、
Ｃ．前記第１の時間期間と第２の時間期間との間に起こる第３の時間期間中に、前記イオン移動度フィルタおよび前記イオン光学アセンブリから残留イオンを取り出すステップと、
ステップＡ−Ｃを反復して繰り返すステップと、
を含む、サンプルを分析するための方法。
【請求項２０】
結合チャンバは、前記イオン移動度フィルタと前記真空入口オリフィスとの間に配置され、前記結合チャンバ内の残留イオンは、前記第３の時間期間中にそこから除去され、随意に、前記結合チャンバ内の残留イオンは、前記真空入口オリフィスに向かって加速させられる、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本願は、２０１４年１０月２２日に出願された米国仮出願第６２／０６７，２１７号からの優先権の利益を主張するものであり、該仮出願の全体の内容は、参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
本願は、２０１０年３月１２日に出願され、“Ｉｏｎ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｄｒａｉｎ  ｆｏｒ  Ｉｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ”と題された米国特許出願第１２／７２２，８６３号（現在は米国特許第８，３５０，２１２号）に関係しており、該米国特許出願は、２００９年３月１７日に出願された米国仮出願第６１／１６０，９２５号の優先権の利益を主張するものであり、これらの全ては、その全体が参照により本明細書中に援用される。
【０００３】
本願は、２０１３年１２月３１日に出願され、“Ｊｅｔ  Ｉｎｊｅｃｔｏｒ  Ｉｎｌｅｔ  ｆｏｒ  ａ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ”と題された米国仮出願第６１／９２２，２７５号および２０１４年２月４日に出願され“Ｊｅｔ  Ｉｎｊｅｃｔｏｒ  Ｉｎｌｅｔ  ｆｏｒ  ａ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ”と題された米国仮出願第６１／９３５，７４１号にも関係しており、それらの教示は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
【０００４】
本教示は、概して、質量分析に関し、より具体的には、連続ビーム移動度ベースの分光計におけるクロストーク排除のための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００５】
イオン移動度ベースの分析方法は、典型的には、殆どの質量分析器で利用される真空チャンバに対して上昇した圧力で（例えば、大気圧付近で）、ガスを通した特定の被分析物の移動度の差異に基づいて、イオンを分離して分析する。従来の低電場イオン移動度ベースの方法では、イオンは、ドリフト管を通過し、電場を受けながらドリフトガス分子と相互作用する。各イオン種に特異的であり得る、これらの相互作用は、それらの異なる移動度特性に基づくドリフト管を通した種の速度または軌道の差異による、イオンの分離につながり得る。対照的に、飛行時間質量分析計（ＴｏＦ−ＭＳ）の衝突のない真空状態、例えば、ＭＳ飛行管を通したイオンの飛行時間は、概して、イオンの質量対電荷比（ｍ／ｚ）によって判定される。
【０００６】
代替として、微分移動度分光計（ＤＭＳ）、電場非対称波形イオン移動度分光計（ＦＡＩＭＳ）、および微分移動度分析器（ＤＭＡ）等のいくつかの移動度ベースの分離デバイスは、サンプル中の１つまたはそれを上回る被分析物を分析および／または定量化するために、イオンの移動度もしくは微分移動度に基づいて分離される、イオンの連続ビームを提供することができる。例えば、ＤＭＳならびにＦＡＩＭＳは、イオンが高および低電場の交互期間を受け、分離がイオンの高および低電場移動度の間の差異に基づくという点で、低電場移動度デバイスと異なる。これらのデバイスは、ドリフト管の中へのイオンのパルシングを伴い、したがって、イオンの連続ビームを提供することができない、従来のドリフト管移動度デバイスと比べて有意な利点を提供する。また、大気圧またはその付近でのそれらの操作性の結果として、連続ビーム移動度ベースの分離デバイスは、一般的に、イオン源からイオンを受容し、さらなる分析のために、フィルタ処理されたイオンの連続ビームを下流質量分析器に提供し、それによって、追加選択性を提供するように、質量分析計システムのフロントエンドに組み込まれる。非限定的実施例として、微分移動度分光計は、付加的分離方法をＭＳに提供して、ＤＭＳの大気圧、気相、および連続イオン分離能力、ならびにＤＭＳ−ＭＳシステムの増進した分析力を利用するように、質量分析計（ＭＳ）と連動させられることができる。ＤＭＳをＭＳと連動させることによって、プロテオミクス、ペプチド／タンパク質配座、薬物動態、および代謝分析を含む、サンプル分析の多数の分野が増進されている。医薬およびバイオテクノロジー用途に加えて、ＤＭＳベースの分析器が、微量爆発物検出および石油監視に使用されている。
【０００７】
そのようなシステムは、複数の異なる被分析物が同時および／または連続的に監視されることを可能にすることができるが、イオン移動度フィルタ、またはイオン移動度フィルタと質量分析計の真空入口との間の１つもしくは複数の大気圧領域中のイオン滞留時間は、異なる被分析物の間の化学クロストークを引き起こし得る。化学クロストークは、１つのサンプル（またはその一部）からのイオンが、別のサンプル（またはサンプルの一部）からのイオンについて得られたデータを汚染するときに起こる。
【０００８】
したがって、連続ビーム移動度ベースの分光計を組み込むシステム内の化学クロストークの向上した排除の必要性が残っている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書に説明されるシステムおよび方法は、連続イオンビーム内の化学種の間の化学クロストークを低減または排除するために、移動度ベースの分光計ならびに同部品を利用するシステムから残留イオンを除去する。クロストークを低減させることの以前の試行は、下流イオン光学アセンブリまたは真空チャンバ内の質量分析器から残留イオンを排出することに焦点を合わせてきたが、イオン源およびイオン移動度デバイスの後続の進歩は、イオンの増加した透過（例えば、より優れた感度）だけではなく、サンプル中の等圧化合物の間の増加したクロストークにもつながり得る。イオン移動度フィルタと入口オリフィスとの間の増加したオフセット距離もまた、クロストークと関連付けられる問題を悪化させることが発見されている。
【００１０】
本明細書に説明される例示的システムおよび方法は、例えば、イオン移動度フィルタによって透過させられるイオンの分析中にクロストークを排除するよう、連続ビームイオン移動度フィルタから、および／またはイオン移動度フィルタと質量分析器を収納する真空チャンバとの間の結合領域から残留イオンを除去するために、イオン除去機構をサンプル分析システムに組み込む。いくつかの側面では、サンプル分析システムによって分析されるサンプルは、サンプルのイオンをフィルタ処理し、フィルタ処理されたイオン群を、群内のイオンのうちのいくつかまたは全てが検出され得る検出器もしくは質量分析器に（例えば、質量分析器とイオン移動度フィルタとの間に配置されるイオン光学アセンブリを介して）渡す、連続ビームイオン移動度フィルタの中へ進入させられることができる。次いで、イオン除去機構は、第２のフィルタ処理された群が、下流検出器、イオン光学アセンブリ、または質量分析器までイオン移動度フィルタを通過させられる前に、第１のフィルタ処理された群から残される、イオン移動度フィルタからの残留イオンの全てもしくは大部分を除去する。いくつかの側面では、本システムおよび方法は、加えて、例えば、参照することによってその全体として組み込まれる、米国特許第８，３５０，２１２号で説明されるように、イオン光学アセンブリから残留イオンを除去することができる。例えば、イオン移動度フィルタのイオン除去機構およびイオン光学アセンブリは、選択されたイオン群の間のクロストークを低減させることに役立つように、同時に操作されることができる。
【００１１】
本出願者の本教示の種々の側面によると、イオン源からイオンを受容するための、大気圧またはその付近で内部動作圧力を有する連続ビームイオン移動度フィルタであって、第１のイオン群の移動度特性に基づいて、第１のイオン群を選択的に通過させるように構成される、イオン移動度フィルタと、第１のイオン群またはその断片を検出するように構成される、検出器と、イオン移動度フィルタから第１のイオン群の残留イオンを除去するためのイオン除去機構とを備える、サンプル分析システムが提供される。
【００１２】
連続ビームイオン移動度フィルタは、種々の構成を有することができる。第１のイオン群は、イオン移動度フィルタを通したガス流に混入されることができ、および／または軸方向電場によってイオン移動度フィルタを通して軸方向に駆動されることができる。非限定的実施例として、イオン移動度フィルタは、電場非対称イオン移動度分光計（ＦＡＩＭＳ）、微分移動度分光計（ＤＭＳ）、および微分移動度分析器（ＤＭＡ）のうちの１つであり得る。
【００１３】
残留イオン（例えば、第１のフィルタ処理されたイオン群からのイオン）は、種々の機構を使用して（例えば、電気的に、空気圧で、機械的に）イオン移動度フィルタから除去されることができる。一側面では、例えば、イオン移動度フィルタから残留イオンを除去するステップは、イオン移動度フィルタ内の実質的に全てのイオンの集束を半径方向に外すように、電場を生成するステップを含むことができる。一側面では、イオン移動度フィルタのフィルタ電極の間に印加されるＤＣバイアス電圧は、イオン移動度フィルタ内の実質的に全てのイオンがフィルタ電極において中和されるように、増加させられることができる。例えば、イオン移動度フィルタは、その間にイオン流路を画定する、少なくとも一対のフィルタ電極であって、第１のイオン群の移動度特性に基づいて、第１のイオン群をフィルタ処理するための電場を生成するように構成される、フィルタ電極と、電場を生成するように、ＲＦおよびＤＣ電圧をフィルタ電極のうちの少なくとも１つに提供するための電圧源とを備えることができ、イオン移動度フィルタから残留イオンを除去するステップは、イオン移動度フィルタ内の実質的に全てのイオン（第１の時間期間中に透過させられる第１のイオン群内のイオンを含む）が、フィルタ電極において中和されるように、フィルタ電極の間に印加されるＤＣバイアス電圧を増加させるステップを含むことができる。いくつかの側面では、イオンは、加えて、または代替として、輸送ガス流を低減もしくは排除することによって、またはイオン運動を妨害するように付加的ガス流を提供することによって、移動度フィルタから空気圧で除去されることができる。他の側面では、イオンは、デバイスまたはシャッタを遮断もしくは迂回することによって、機械的に除去されることができる。
【００１４】
一側面では、イオン除去機構は、イオン移動度フィルタの電極の間に印加される補償電圧、および電極のそれぞれに印加されるＤＣオフセット電圧の振幅を増加させることができる。例えば、一側面では、イオン移動度フィルタは、その間にイオン流路を画定する、少なくとも一対のフィルタ電極であって、第１のイオン群の移動度特性に基づいて、第１のイオン群を通過させるための電場を生成するように構成される、フィルタ電極と、電場を生成するように、ＲＦおよびＤＣ電圧をフィルタ電極のうちの少なくとも１つに提供するための電圧源とを備えることができる。コントローラは、その動作を制御するためにイオン移動度フィルタおよび検出器に動作可能に結合されることができる。関連側面では、コントローラは、第１のイオン群を通過させるための時間を表す、少なくとも第１の期間と、イオン移動度フィルタから残留イオン（例えば、第１のイオン群からのイオン）を除去するようにイオン除去機構を操作するための少なくとも第２の期間とを定義するためのタイマを含むことができる。例えば、イオン移動度フィルタ内の実質的に全てのイオン（第１のイオン群からの残留イオンを含む）が、第２の期間中にフィルタ電極において中和されるように、コントローラは、第１の期間に対して第２の期間中にフィルタ電極の間に印加されるＤＣバイアス電圧を増加させるように構成されることができる。加えて、または代替として、コントローラは、第１の期間に対して第２の期間中に、少なくとも一対のフィルタ電極のそれぞれに印加されるＤＣ電圧の振幅を増加させるように構成されることができる。
【００１５】
ある側面では、サンプル分析システムはさらに、イオン光学アセンブリと、イオン移動度フィルタと検出器との間に配置される質量分析器とを備えることができ、イオン光学アセンブリおよび質量分析器は、真空チャンバ内に配置され、結合領域は、イオン移動度フィルタの出口端と真空チャンバの入口オリフィスとの間に配置される。関連側面では、イオン除去機構は、結合領域内のイオンの軸流速度を増加させるように構成されることができる。いくつかの側面では、コントローラは、その動作を制御するためにイオン移動度フィルタ、イオン光学アセンブリ、質量分析器、および検出器に動作可能に結合されることができ、コントローラは、イオン移動度分光計に第１のイオン群を通過させるための時間を表す、少なくとも第１の期間と、イオン移動度フィルタおよび結合領域のうちの少なくとも１つから残留イオンを除去するようにイオン除去機構を操作するための少なくとも第２の期間とを定義するためのタイマを備える。第２のイオン除去機構はまた、第２の期間中にイオン光学アセンブリから残留イオンを除去するように構成されることができる。例えば、コントローラは、第２の期間中に集束を外してイオン光学アセンブリ内からイオンを除去するように、イオン光学アセンブリ内のＲＦ電位を減少させるために、第２のイオン除去機構と通信することができる。いくつかの側面では、イオン移動度フィルタは、（例えば、大気圧付近の）第１の圧力領域中に位置することができ、質量分析器は、第１の圧力領域と異なる第２の圧力領域中に位置することができ、イオン光学アセンブリは、第１および第２の圧力領域中の圧力の中間の第３の圧力領域中に位置することができる。
【００１６】
本教示の種々の側面によると、イオン源からイオンを受容するための、第１のイオン群をフィルタ処理し、それを通して透過させるように構成される、連続ビームイオン移動度フィルタと、真空チャンバ内に収納され、第１のイオン群を分析するためにイオン移動度フィルタと流体連通している、質量分析器と、イオン移動度フィルタから真空チャンバの入口オリフィスに第１のイオン群を輸送するためにイオン移動度フィルタの出口端と真空チャンバの入口オリフィスとの間に配置される、結合領域と、イオン移動度フィルタおよび／または結合領域から残留イオンを除去するためのイオン除去機構とを備える、サンプル分析システムが提供される。いくつかの側面では、サンプル分析システムはまた、イオン移動度フィルタから質量分析器に第１のイオン群を輸送するためのイオン光学アセンブリを含むこともできる。本教示の種々の側面によると、本システムはまた、その動作を制御するためにイオン移動度フィルタ、イオン光学アセンブリ、および質量分析器に動作可能に結合される、コントローラを含むこともでき、コントローラは、イオン移動度分光計に第１のイオン群を通過させるための時間を表す、少なくとも第１の期間と、イオン移動度フィルタおよび結合領域から残留イオンを除去するようにイオン除去機構を操作するための少なくとも第２の期間とを定義するためのタイマを備える。
【００１７】
イオン光学アセンブリはまた、種々の構成を有することもでき、いくつかの側面では、第２のイオン除去機構もまた、イオン光学アセンブリからイオンを除去するために提供されることができる。非限定的実施例として、イオン光学アセンブリは、多極アレイ、リングガイド、イオン漏斗、および進行波デバイスから成る群から選択されることができる。いくつかの側面では、コントローラは、イオン光学アセンブリからイオンを除去するように第２のイオン除去機構を操作することと同時に、イオン移動度フィルタおよび結合領域からイオンを除去するようイオン除去機構を操作するように構成されることができる。例えば、イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するよう、ＤＣ電位が、多極アレイの少なくとも２つの極に印加されることができる。例えば、一側面では、第２のイオン除去機構は、イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するように構成される多極アレイの少なくとも２つの極にＤＣ電位を印加するための電力供給部を含むことができる。第２のイオン除去機構は、イオン光学アセンブリから離して残留イオンを放出するように、多極アレイの極のうちの少なくとも２つの間に電場を生成するためにＤＣ電位を利用することができる。代替として、または加えて、イオン光学アセンブリ内のＲＦ電位は、イオンの集束を外してイオン光学アセンブリからイオンを除去するように、減少させられることができる。さらに別の側面では、第２のイオン除去機構は、イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するようにＤＣ電位を生成するための電力供給部と通信している、少なくとも１つの電極を含むことができる。第２のイオン除去機構は、イオン光学アセンブリから外へ半径方向に残留イオンを放出する電場を生成するように、ＤＣ電位を生成することができる。第２のイオン除去機構は、加えて、または代替として、イオン光学アセンブリから外へ残留イオンを放出する軸方向電場を生成するように、ＤＣ電位を生成することができる。
【００１８】
一側面では、第２のイオン除去機構は、イオン光学アセンブリを通したイオン運動を加速させるようにＤＣ電位を生成するための電力供給部と通信している、少なくとも１つの電極を含む。別の側面では、コントローラは、（例えば、イオン移動度フィルタからのイオンの除去と同時に）第２の期間中にイオンの集束を外して、イオン光学アセンブリからイオンを除去するように、イオン光学アセンブリ内のＲＦ電位を減少させるか、または除去するために、第２のイオン除去機構と通信することができる。
【００１９】
いくつかの側面では、イオン移動度フィルタは、第１の圧力領域中に位置することができ、質量分析器は、第１の圧力領域と異なる第２の圧力領域中に位置することができ、イオン光学アセンブリは、第１および第２の圧力領域中の圧力の中間の第３の圧力領域中に位置することができる。一例として、第１の圧力領域は、大気圧付近であり得る。
【００２０】
連続ビームイオン移動度フィルタは、種々の構成を有することができる。非限定的実施例として、イオン移動度フィルタは、ＦＡＩＭＳ、ＤＭＳ、およびＤＭＡのうちの１つであり得る。
【００２１】
いくつかの側面では、イオン移動度分光計は、その間にイオン流路を画定する、少なくとも一対のフィルタ電極であって、第１のイオン群の移動度特性に基づいて、第１のイオン群を通過させるための電場を生成するように構成される、フィルタ電極と、電場を生成するように、ＲＦおよびＤＣ電圧をフィルタ電極のうちの少なくとも１つに提供するための電圧源とを備えることができる。関連側面では、その動作を制御するためにイオン移動度フィルタに動作可能に結合される、コントローラは、第１のイオン群を通過させるための時間を表す、少なくとも第１の期間と、イオン移動度フィルタおよび結合領域から残留イオンを除去するようにイオン除去機構を操作するための少なくとも第２の期間とを定義するためのタイマを備えることができる。一例として、イオン移動度フィルタ内の実質的に全てのイオンが、第２の期間中にフィルタ電極において中和されるように、コントローラは、第１の期間に対して第２の期間中にフィルタ電極の間に印加されるＤＣバイアス電圧を増加させるように構成されることができる。代替として、または加えて、コントローラは、第１の期間に対して第２の期間中に、少なくとも一対のフィルタ電極のそれぞれに印加されるＤＣ電圧の振幅を増加させるように構成されることができる。種々の側面では、イオン除去機構は、結合領域内のイオンの軸流速度を増加させるように構成されることができる。
【００２２】
いくつかの側面では、イオン除去機構は、イオン移動度フィルタの電極の間に印加される補償電圧、およびＤＭＳオフセットまたはＤＭＯと称される下流質量分析計入口オリフィスもしくは管に対する電極のＤＣオフセット電圧の振幅を増加させる。
【００２３】
種々の側面では、真空チャンバは、イオン移動度フィルタの内部動作圧力より低い真空圧力で質量分析計を維持することができ、真空チャンバは、イオン移動度フィルタを通して、入口オリフィスを介して真空チャンバに、第１のイオン群を含むガス流を引き込むように動作可能である。
【００２４】
本教示によるサンプル分析システムはまた、連続ビームイオン移動度フィルタによって受容されてフィルタ処理され得る、複数のイオンを生成するためのイオン源を備えることもできる。
【００２５】
本出願者の教示の種々の側面によると、連続ビームイオン移動度フィルタの入口端において、イオン源によって生成される複数のイオンを受容するステップと、第１のイオン群の移動度特性に基づいて、イオン移動度フィルタを用いて、複数のイオンのうちの第１のイオン群をフィルタ処理するステップと、第１のイオン群またはその断片を検出器に輸送するステップと、イオン移動度フィルタから残留イオン（例えば、第１のイオン群のイオン）を除去するステップとを含む、サンプルを分析するための方法も提供される。いくつかの側面では、第１のイオン群をフィルタ処理して輸送するステップは、第１の時間期間中に起こり、イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するステップは、第２の時間期間中に起こる。関連側面では、本方法はまた、第２のイオン群の移動度特性に基づいて、イオン移動度フィルタを用いて、複数のイオンのうちの第２のイオン群をフィルタ処理するステップと、第２のイオン群またはその断片を検出器に輸送するステップとを含むこともでき、第２のイオン群をフィルタ処理して、イオン移動度フィルタから質量分析器に輸送するステップは、第２の時間期間後の第３の時間期間中に起こる。
【００２６】
種々の側面では、イオン光学アセンブリおよび質量分析器は、イオン移動度フィルタと流体連通することができ、イオン光学アセンブリおよび質量分析器は、イオン移動度フィルタの内部動作圧力より低い圧力で真空チャンバ内に収納され、真空チャンバは、イオン移動度フィルタを通して、入口オリフィスを介して真空チャンバに、第１のイオン群を含むガス流を引き込むように動作可能である。一側面では、本方法はまた、イオン移動度フィルタから残留イオンを除去することと同時に、イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するステップを含むこともできる。
【００２７】
加えて、いくつかの側面では、結合領域が、イオン移動度フィルタの出口端と真空チャンバの入口オリフィスとの間に配置されることができ、本方法はさらに、結合チャンバから残留イオンを除去するステップを含むことができる。一例として、真空チャンバに向かってイオンを加速させる（例えば、結合チャンバから外へ残留イオンを放出する）よう、真空チャンバの入口オリフィスに対してイオン移動度フィルタの電極のＤＣオフセットを増加させることによって、軸方向電場が生成されることができる。代替として、ガス流からイオンを半径方向に抽出するために、付加的電極が使用されることができ、または入口オリフィスから残留イオンを一掃するために、半径方向もしくは対向流ガス流が使用されることができる。
【００２８】
本出願者の教示の種々の側面によると、Ａ．イオン移動度に基づいて、質量分析器の真空入口オリフィスに結合される連続ビームイオン移動度フィルタを使用して、イオンの第１の部分をフィルタ処理し、イオン光学アセンブリを使用して、第１の時間期間中にイオンの第１の部分を質量分析器に透過させるステップと、Ｂ．イオン移動度に基づいて、イオンの第２の部分をフィルタ処理し、イオン光学アセンブリを使用して、第２の時間期間中にイオンの第２の部分を質量分析器に透過させるステップと、Ｃ．第１の時間期間と第２の時間期間との間に起こる第３の時間期間中に、イオン移動度フィルタおよびイオン光学アセンブリから残留イオンを取り出すステップとを含む、サンプルを分析するための方法が提供される。ステップＡ−Ｃは、（例えば、第１および第２の部分と同一または異なる移動度特性を有するイオンを伴って）反復して繰り返されることができる。いくつかの側面では、結合チャンバが、イオン移動度フィルタと真空入口オリフィスとの間に配置されることができ、結合チャンバ内のイオンは、第３の時間期間中に、真空入口オリフィスに向かって加速されることができるか、または真空入口オリフィスから離して指向されることができるかのいずれか一方である。
【００２９】
本出願者の教示のこれらおよび他の特徴が、本明細書に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
本発明の前述および他の目的ならびに利点は、添付図面を参照して、以下のさらなる説明からより完全に理解されるであろう。当業者は、以下に説明される図面が例証目的のためにすぎないことを理解するであろう。図面は、本出願者の教示の範囲をいかようにも限定することを意図していない。
【００３１】
【図１】図１は、概略図において、本出願者の教示の種々の実施形態の側面による、例示的サンプル分析システムを図示する。
【図２】図２Ａは、図１のイオン移動度フィルタとして使用中のＤＭＳフィルタ内で非対称電場を生成するための例示的タイミング図を描写する。図２Ｂは、図２ＡのＤＭＳフィルタ内のフィルタ電極を操作するための例示的タイミング図を描写する。図２Ｃは、概略図において、図２Ａおよび２Ｂの複合電場を受けるＤＭＳフィルタ内のイオン群のための例示的経路を描写する。
【図３】図３は、概略図において、本出願者の教示の種々の実施形態の側面による、別の例示的サンプル分析システムを図示する。
【図４】図４は、図４のイオン光学アセンブリの動作のためのタイミング図を描写する。
【図５】図５は、概略図において、図３のシステムで使用するために好適なイオン光学アセンブリの断面図を描写する。
【図６】図６は、概略図において、流出期間中の図５のイオン光学アセンブリの断面図を描写する。
【図７】図７は、本出願者の教示の種々の実施形態の側面による、別の例示的サンプル分析システムの分解図を描写する。
【図８】図８Ａは、図７のＤＭＳフィルタ内で非対称電場を生成するための例示的タイミング図を描写する。図８Ｂは、図７のＤＭＳフィルタ内のフィルタ電極を操作するための例示的タイミング図を描写する。図８Ｃは、概略図において、図８Ａおよび８Ｂの複合電場を受けるＤＭＳフィルタ内のイオン群のための例示的経路を描写する。
【図９】図９は、改良型ＤＭＳ入口設計におけるクロストークの増加を実証するデータを描写する。
【図１０】図１０は、イオン移動度フィルタと入口オリフィスとの間に増加した長さを有するシステムにおけるクロストークの増加を実証する、例示的データを描写する。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
明確にするために、そうすることが便宜的または適切であるときはいつでも、ある具体的詳細を省略しながら、以下の議論が本出願者の教示の実施形態の種々の側面を詳説するであろうことが理解されるであろう。例えば、代替実施形態における同様または類似の特徴の議論は、若干短縮され得る。周知の着想または概念はまた、簡潔にするために、さらに詳細に議論されなくてもよい。当業者は、本出願者の教示のいくつかの実施形態が、実施形態の徹底的な理解を提供するためだけに本明細書に記載される、具体的に説明される詳細のうちの特定のものを全ての実装で必要としなくてもよいことを認識するであろう。同様に、説明される実施形態は、本開示の範囲から逸脱することなく、共通一般知識による変更または変動の影響を受けやすくあり得ることが明白であろう。実施形態の以下の詳細な説明は、いかなる様式でも本出願者の教示の範囲を限定すると見なされないものである。
【００３３】
連続ビーム移動度ベースの分光計ならびに同部品を利用するシステムから残留イオンを除去するための方法およびシステムが、本明細書で提供される。本出願者の教示の種々の側面によると、本方法およびシステムは、化学クロストークと関連付けられる問題が悪化させられ得ることを本出願者が発見している、（例えば、イオン源とイオン移動度フィルタとの間の向上した結合により）イオンの増加した透過を有するシステム内、および／またはイオン移動度フィルタと入口オリフィスとの間の増加したオフセット距離を有するシステム内を含む、連続イオンビーム内の化学種の間の化学クロストークを低減もしくは排除することができる。種々の側面では、本明細書に説明されるシステムおよび方法は、第２のフィルタ処理された群が、下流検出器、イオン光学アセンブリ、または質量分析器までイオン移動度フィルタを通過させられる前に、イオン移動度フィルタ内の第１の残留イオン群の全てもしくは大部分を除去するためのイオン除去機構を組み込む。種々の側面によると、イオン除去機構は、加えて、または代替として、イオン移動度フィルタと質量分析器を収納する真空チャンバとの間に配置される結合領域内の残留イオンの全てもしくは大部分を除去することができる。
【００３４】
ここで図１を参照すると、本教示の種々の側面による、イオン除去機構１４０を有する例示的サンプル分析システム１００が、概略図で描写されている。描写される質量分析計システム１００は、サンプル入口システム１１０と、イオン源１２０と、連続ビームイオン移動度フィルタ１３０と、イオン除去機構１４０と、検出器１５０とを備える。以下で詳細に議論されるように、イオン移動度フィルタ１３０は、第１の時間期間中に、連続的にイオン源１２０からイオンを受容し、これらのイオンの第１の群を下流検出器１５０に透過させ（すなわち、それらの移動度特性に基づいて第１のイオン群をフィルタ処理し）、第１の時間期間後の第２の時間期間中に、イオン除去機構１４０を利用して、イオン移動度フィルタ１３０内から第１のイオン群からの残留イオンを除去し、検出器１５０において第１および第２のイオン群の間のクロストークを排除するよう、第２の時間期間後の第３の時間期間中に、イオン移動度フィルタ１３０を通して第２のイオン群を検出器１５０に透過させることができる。検出されたイオンデータは、メモリに記憶され、コンピュータまたはコンピュータソフトウェア（図示せず）によって分析されることができる。
【００３５】
サンプル入口システム１１０およびそこに結合されたイオン源１２０は、当技術分野で公知であり、または今後開発され、本教示に従って修正される、任意の好適なサンプル入口システムおよびイオン源であり得ることが、当業者によって理解されるであろう。例えば、サンプル入口システム１１０は、液体クロマトグラフィ（ＬＣ）カラムを使用してサンプル調製／サンプル処理を行い、および／または（例えば、１つまたはそれを上回るポンプ、導管、弁等を介して）イオン源１２０に送達されるサンプルを含有するためのリザーバとしての機能を果たすことができる。入口システム１１０およびイオン源１２０は、別個の要素として描写されているが、入口システム１１０およびイオン源１２０は、統合され得ることが理解されるであろう。非限定的実施例として、入口システム１１０およびイオン源１２０は、溶液中に溶解させられたサンプル被分析物からイオンを生成する能力を伴うエレクトロスプレー源を備えることができる。サンプル入口システム１１０およびイオン源１２０の他の例示的配列は、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）、リアルタイムの直接分析（ＤＡＲＴ）、脱離エレクトロスプレー（ＤＥＳＩ）、大気圧マトリクス支援レーザ脱離イオン化（ＡＰ  ＭＡＬＤＩ）、マルチモードイオン化源、もしくは複数の入口システムおよび／または源を伴う構成を含む。
【００３６】
ある実施形態では、サンプル（例えば、１つまたはそれを上回る着目化合物／被分析物を含有するサンプル）が、イオン源１２０によってイオン化されるように、サンプル入口システム１１０を通してサンプル分析システム１００に挿入されることができ、サンプルイオンは、例えば、ガス流１３２の影響下で、および／または軸方向に指向された電場を介して、イオン移動度フィルタ１３０を通して輸送されることができる。当業者は、イオン源１２０とイオン移動度フィルタ１３０の入口との間の領域中の対向流ガス流（例えば、カーテンガス）もまた、いくつかの側面では、イオンをクラスタ分離し、中性イオンが下流構成要素に進入することを防止するために使用され得ることを理解するであろう。イオン移動度フィルタ１３０は、複数のイオンを受容し、イオン移動度フィルタ１３０を通したイオン種の移動度または速度に基づいて、サンプルから１つもしくは複数の所望のイオン群を分離する。例えば、同一質量を伴う異なるイオンが、検出器１５０に透過させられることに先立って区別または分離されることができるように、イオン移動度フィルタ１３０が、いくつかの側面では、経時的に等圧化合物の分離を可能にすることができるように、特定のイオン種の移動度は、サイズおよび形状を含む、いくつかのパラメータに依存することを理解されるであろう。図１の質量分析計システム１００で使用されるイオン移動度フィルタ１３０は、当技術分野で公知であり（例えば、ＦＡＩＭＳ、ＤＭＳ、ＤＭＡ等）、本教示に従って修正される、任意の連続ビームイオン移動度デバイスであってもよいことが理解されるであろう。検出器１５０（例えば、ファラデーカップまたは質量分析計等の他のイオン電流測定デバイス）は、イオン移動度フィルタ１３０によって透過させられるイオンを検出するよう、イオン移動度フィルタ１３０の出口に直接配置されるものとして示されているが、例えば、イオン移動度フィルタ１３０を通してガス流１３２を引き込むために効果的である真空チャンバ内で、イオン移動度フィルタ１３０と検出器１５０との間に、任意の数のイオン光学要素が配置され得ることが理解されるであろう。
【００３７】
図１に示されるように、サンプル分析システム１００はまた、その動作を制御するために、サンプル入口システム１１０、イオン源１２０、イオン移動度フィルタ１３０、イオン除去機構１４０、および検出器１５０のうちの１つまたはそれを上回るものに動作可能に接続され得る、コントローラ１６０を含むこともできる。一例として、コントローラ１６０は、以下でさらに詳細に議論されるように、サンプルから特定のイオン種を選択する移動度フィルタ設定を制御するよう、イオン移動度フィルタ１３０に動作可能に結合されることができる。加えて、示されるように、コントローラ１６０は、サンプル分析システム１００の機能的動作のための時間期間を定義して同期化するために使用され得る、タイマ１６２を含むことができる。例えば、タイマ１６２は、検出器１５０までイオン移動度フィルタ１３０にイオンを通過させるための１つまたはそれを上回る具体的時間期間、ならびにイオン移動度フィルタ１３０から残留イオンを除去するためのイオン除去機構１４０を操作するための１つまたはそれを上回る具体的時間期間を定義することができる。本教示を踏まえて、サンプル分析システム１００の動作中に、タイマ１６２によって定義される複数の動作時間期間が、種々の組み合わせの順序で起こり得ることが理解されるであろう。例えば、種々の実施形態では、３つの明確に異なる時間期間、すなわち、イオン移動度フィルタ１３０を用いて、第１のイオン群を選択的にフィルタ処理し、第１のイオン群を検出器１５０に透過させるための第１の時間期間、イオン光学アセンブリから残留イオンを取り出すための第２の時間期間、および第２のイオン群を選択的にフィルタ処理し、第２のイオン群を検出器１５０に透過させるための第３の時間期間が、タイマ１６２によって定義されることができ、第２の時間期間は、第１および第３の時間期間の間で起こる。種々の実施形態では、上記で議論されるタイマ１６２によって定義される一連の時間期間は、各透過期間とともに、１回またはそれを上回って起こり得、例えば、イオン移動度フィルタによる選択されたイオン群のフィルタ処理を可能にする。
【００３８】
上記のように、連続ビームイオン移動度フィルタは、種々の構成を有することができるが、概して、（ＭＳがそれらの質量対電荷比に基づいてイオンを分析する一方で）固定または可変電場を通して、それらの移動度特性に基づいてイオンをフィルタ処理するように構成される。ここで図２Ａ−Ｃを参照して、図１のイオン移動度フィルタ１３０およびイオン除去機構１４０として使用するために好適な例示的ＤＭＳならびにイオン除去機構の動作が説明されるであろう。
【００３９】
図２Ｃで描写される例示的ＤＭＳ２３０は、典型的には、連続的にイオンが通過する、少なくとも２つの平行電極２３４ａ、ｂの間に生成される非対称電場を受けるときに、それらの移動度に基づいてドリフトガス中のイオンを分離する。ＤＭＳでは、電場波形は、典型的には、１つの極性において高電場持続時間を有し、次いで、反対極性において低電場持続時間を有する。高電場および低電場部分の持続時間は、ＤＭＳフィルタ電極に印加されている正味電圧がゼロであるように適用されることができる。そのような電場は、例えば、ドリフトガス流の方向と垂直な方向にドリフト管を横断して、多くの場合、分離電圧（ＳＶ）と呼ばれる、ＲＦ電圧の印加を通して、生成されることができる。所与の種のイオンは、高電場および低電場部分中の移動度の差異により、ＲＦ波形の各サイクル中に特徴的な量だけ輸送チャンバの軸から半径方向に離れて移動する傾向がある。図２Ａを具体的に参照すると、非対称電場を生成するために印加されることができる、例示的な時変、ＲＦ、および／または非対称の高ならびに低電圧波形２１４のプロット２１０が描写されている。図２Ａの波形は、方形波関数として描写されているが、非限定的実施例として、２つの正弦波の総和によって構築される波形を含む、他の波形形状が可能であることが、当業者に明白であろう。
【００４０】
ＤＭＳでは、ＳＶに対する反作用静電気力を生成する、補償電圧（ＣＶまたはＣｏＶ）と一般的に称される、電極の間のＤＣ電位の差異を伴って、ＤＣ電位もまた、電極２３４ａ、ｂに印加される。ＣＶは、着目イオン種のドリフトを優先的に防止するよう同調されることができる。用途に応じて、ＣＶが、特定の微分移動度を伴うイオン種のみを通過させるように固定値に設定されることができる一方で、残りのイオン種は、電極に向かってドリフトし、そこで中和される。代替として、サンプルが連続的にＤＭＳに導入されるにつれて、ＣＶが固定ＳＶについて走査される場合、ＤＭＳが経時的に異なる微分移動度のイオンを透過させるにつれて、移動度スペクトルが生成されることができる。図２Ｂは、フィルタ電極２３４ａ、ｂに印加される例示的ＤＣオフセット電圧２２４ａ、ｂの実施例のプロット２２０を描写する。図２Ｂに示されるように、ＤＭＳ２３０内のＣｏＶは、最初に、＋５Ｖ（すなわち、５０Ｖ−４５Ｖ）に設定され、時間ｔ１において＋１００Ｖまで増加させられる。補償電場の規模はＤＭＳ分析器からのイオン流出時間に直接影響を及ぼすことが、当業者に明白であろう。本実施例に関して、１００ＶのＣｏＶ規模が、１ｍｍのＤＭＳ間隙とともに使用された。さらに（すなわち、１００Ｖを上回って）ＣｏＶを増加させることが、イオンをより迅速に流出させるであろう。
【００４１】
ここで図２Ｃを参照すると、図２Ａおよび２Ｂの波形によって生成された電場の複合効果が、２つのイオン種の概略表現に示されている。第１の種に関して、非対称電場内のイオンの移動度は、時間ｔ０〜ｔ１の時間期間内のＤＭＳ２３０の底部電極２３４ｂに向かった正味移動１０３を示す。（第１の種の描写される運動を考慮して、ＤＭＳでは、イオンの移動度が高電場と比較して低電場の影響下で一定ではないことを理解されたい。）しかしながら、第２のイオン種に関して、フィルタ電極２３４ａ、ｂに印加されるＣｏＶは、例えば、図１の検出器１５０による検出を可能にするために、時間ｔ０〜ｔ１の時間期間中にフィルタ電極２３４ａ、ｂのうちの１つを衝打することなく、第２のイオン種がＤＭＳ２３０を通したイオンの安全な軌道１０４を維持するように、同調されている。軌道１０４が波形の各期間にわたってイオン振動を示さないように、軌道１０４が波形の全サイクルにわたって平均化されることが理解されるであろう。
【００４２】
時間ｔ１において（例えば、ｔ＞ｔ１における第２の時間期間内で）、コントローラ１６０は、ＤＭＳ２３０内のイオンの実質的に全て（またはｔ＜ｔ１に安全な軌道１０４を有するイオンを含む、ＤＭＳ２３０の入口端に進入するイオン）が、フィルタ電極２３４ｂに偏向させられ１０５、そこで中和されるように、フィルタ電極２３４ａ、ｂの間のＣｏＶを増加させるように本教示の種々の側面によるイオン除去機構１４０を操作することができる。ＤＭＳ２３０から全てのイオンを実質的に取り除くと、次いで、ＣｏＶは、特定の種が検出器１５０に選択的に透過させられることを可能にするように同調される値にリセットされることができる。そのような様式で、ＤＭＳは、（例えば、第１のイオン種が、その後に透過させられる後続の種の検出または定量化に干渉しないように）種の間のクロストークを排除しながら、イオン源からイオンの連続ビームを受容し、選択された種を連続的にフィルタ処理するように操作されることができる。
【００４３】
図２Ａ−２Ｃの上記の説明は、説明される例示的な電気的手段を使用して、イオン移動度フィルタ１３０から残留イオンを除去するように動作するイオン除去機構１４０を参照して行われるが、当業者は、本教示を踏まえて、代替的電気信号を利用するイオン除去機構、または残留イオンの機械的除去もしくは空気圧除去が採用され得ることを理解するであろう。一例として、イオン除去のための半径方向に集束を外す電場を提供するために、付加的電極が使用されてもよい。代替として、ＤＭＳを通した輸送ガス流が、低減または排除されることができ、もしくは付加的ガス流が、移動度デバイスからイオンを効果的に流出させるように、半径方向に、またはイオン運動と対向流に提供されることができる。
【００４４】
ここで図３を参照すると、本教示の種々の側面による、別の例示的サンプル分析システム３００が、概略図で描写されている。描写される質量分析計システム３００は、サンプル入口システム３１０と、イオン源３２０と、イオン移動度フィルタ３３０と、イオン除去機構３４０と、コントローラ３６０と、タイマ３６２とを含むという点で、図１のサンプル分析システム１００に類似している。しかしながら、図３で描写されるような質量分析計システム３００は、加えて、同様にコントローラ３６０に動作可能に結合されることができる、イオン光学アセンブリ３７０と、１つまたはそれを上回る質量分析器３５０とを含む。さらに、描写されるイオン光学アセンブリ３７０はまた、イオン光学アセンブリ３７０から残留イオンを除去するための第２のイオン除去機構３８０を備えることもできる。例えば、コントローラは、イオン光学アセンブリ３７０およびイオン除去機構３８０に動作可能に結合されることができ、以下で、ならびに参照することによってその全体として組み込まれる米国特許第８，３５０，２１２号でさらに詳細に議論されるように、イオン光学アセンブリ３７０から残留イオンを除去するよう、両方へのＲＦおよびＤＣ電位の印加を制御することができる。
【００４５】
いくつかの側面では、（例えば、図１を参照して上記で議論されるように）イオン移動度フィルタ３３０によって透過させられたイオンを受容した後、イオン光学アセンブリ３７０は、イオンをイオン光学経路に集束させ、質量分析器３５０に向かってイオンを指向するために、ＲＦ電場を使用することができる。システム３００で使用されるイオン光学アセンブリは、当業者に公知である任意のイオン光学部（例えば、多極アレイ、リングガイド、抵抗イオンガイド、イオン漏斗、進行波イオンガイド）を含み得ることが理解されるであろう。イオン光学アセンブリ３７０から退出した後、イオンは、イオン光学経路を介して質量分析器３５０まで進行し、そこで、イオンは、例えば、それらの質量対電荷比（ｍ／ｚ）に基づいて分離され、検出されることができる。検出されたイオンデータは、メモリに記憶され、コンピュータまたはコンピュータソフトウェア（図示せず）によって分析されることができる。コントローラ３６０は、その動作を制御するように質量分析器３５０に結合される。
【００４６】
上記で議論されるように、サンプルから特定のイオン種を選択する移動度フィルタ設定を制御するよう、イオン移動度フィルタ３３０の動作を制御することに加えて、コントローラ３６０は、加えて、第１および第２のイオン除去機構３４０、３８０を操作するための時間期間を定義して同期化するために使用されることができる。例えば、タイマ３６２は、質量分析器３５０までイオン移動度フィルタ３３０およびイオン光学アセンブリ３７０にイオンを通過させるための１つまたはそれを上回る具体的時間期間、ならびに、それぞれ、イオン移動度フィルタ３３０およびイオン光学アセンブリ３７０から残留イオンを除去するためのイオン除去機構３４０、３８０を操作するための１つまたはそれを上回る具体的時間期間を定義することができる。本教示を踏まえて、サンプル分析システム３００の動作中に、タイマ３６２によって定義される複数の動作時間期間が、種々の組み合わせの順序で起こり得ることが理解されるであろう。
【００４７】
ここで図４−６を参照すると、例示的イオン光学アセンブリからイオンを除去するための例示的技法が説明されるであろう。図４は、４つの明確に異なる期間、すなわち、流出時間８２、一時停止時間８４、および滞留時間８８、９０を有する、図３で描写されるイオン除去機構３８０の動作の例示的タイミング図を描写し、図３で描写されるイオン光学アセンブリ３７０からの残留イオンの除去は、流出時間８２中に起こる。図４の滞留時間８８中に、図３のイオン光学アセンブリ３７０に含むために好適な例示的四重極イオン光学アレイ６０が、イオンを透過／集束させるように構成される構成において図５で描写されている。アレイ６０は四重極として描写されているが、八重極、六重極、または当技術分野で公知であるような任意の他の多重極であり得ることが理解されるであろう。本例示的例証の目的で、イオン光学アレイ６０は、Ｑ０ＲＦイオンガイドであるが、光学アレイ６０は、ＱＪｅｔ  ＲＦイオンガイドまたは当技術分野で公知である種々の他のイオン光学構成のうちの１つであり得ることが、当業者によって理解されるであろう。示されるように、イオン光学アレイ６０は、それにＲＦおよびＤＣ電圧を印加するためにロッド６２Ａ−Ｄに接続された電力供給部６１とともに、四重極ロッド６２Ａ−Ｄを備える。電力供給部６１はまた、一連の明確に異なるＤＣおよびＲＦ電圧をイオン光学アレイ６０内のロッド６２Ａ−Ｄのそれぞれに印加するように、図３のコントローラ３６０によって制御され得ることが理解されるであろう。本例証的実施例では、Ｑ０イオン光学部６０が、イオンをイオン光学経路に輸送して集束させるように滞留時間８８中に動作しているとき、各ロッドは、−１０ＶＤＣ電圧をそれに印加させる。ロッド６２Ａおよび６２Ｃが、ロッド対の間にＲＦＡ電場を生成するよう、同一のＲＦ電圧（ＲＦＡ）をそれぞれに印加させる一方で、ロッド６２Ｂおよび６２Ｄは、ロッド対の間にＲＦＢを生成するよう、同一のＲＦ電圧（ＲＦＢ）をそれぞれに印加させる。また、四重極アレイ内のＲＦ電場は、光学アレイ６０内でイオンを集束させるように重畳ＤＣ電圧と組み合わせられ得ることも理解されるであろう。
【００４８】
滞留時間８８後に、流出期間８２が、図４に示されるように開始されることができる。図６は、イオン流出期間中のイオン光学アレイ６０を描写する。図６では、光学アレイ６０および電力供給部６１は、四重極電極６２Ａ−Ｄ上に不平衡分解ＤＣ電位を印加するよう、流出期間８２中に他の極に対して増加させられる（すなわち、＋２００Ｖ）ＤＣ電位を四重極ロッド６２Ｂおよび６２Ｄに印加することによって、イオン除去機構を操作するように構成される。ＤＣ電位は、コントローラ（例えば、図３のコントローラ３６０）によって制御され、電力供給部６１によってロッド６２Ｂおよび６２Ｄに印加されることができる。四重極ロッド６２Ｂおよび６２Ｄに印加される、増加したＤＣ電位は、光学アレイ６０によって印加される集束電場を克服し、イオン光学経路から離して、残留イオンを含むイオンを放出するように、極の間に不安定化電場を生成する。例えば、第２のイオン除去機構３８０は、ガス流の結果として、イオンを四重極ロッド６２Ａ−Ｄのうちの１つと衝突させる、または四重極ロッドの間に飛び出させることによって、残留イオンを排除もしくは実質的に排除することができる。イオン光学アセンブリは、例えば、参照することによってその全体として組み込まれる、米国特許第８，３５０，２１２号によって説明されるように、種々の他の構成も有し得ることが理解されるであろう。例えば、イオンはまた、閉込ＲＦ電位の規模を縮小することによって、四重極アレイ（６０）から流出させられることもできる。
【００４９】
図４のタイミング図を図２Ａ−Ｃのものと比較すると、本教示を踏まえて、コントローラ３６０が、イオン移動度フィルタ３３０およびイオン光学アセンブリ３７０から残留イオンを除去するための時間期間を同期化し得ることが理解されるであろう。一例として、イオン移動度フィルタ３３０は、図４の滞留時間８８中に（すなわち、図２Ａに示されるようにｔ１に先立って）第１の種のために透過モードで動作することができる。時間ｔ１において、コントローラ３６０は、例えば、同時に図４の流出時間８２を開始しながら、図２Ａに示されるように、イオン移動度フィルタ３３０内のＣｏＶを増加させることによって、残留イオンの除去を開始することができる。イオン移動度フィルタ３３０およびイオン光学アセンブリ３７０から残留イオンを流出させると、フィルタ電極に印加されるＣｏＶは、第２のイオン種がイオン移動度フィルタ３３０によって透過させられ得るように、同調される（例えば、＋１００Ｖから低減させられる）ことができる。いくつかの側面では、可変長を有するものとして描写されている、図４の一時停止時間８４は、移動度条件が同調されるにつれて、ガス流が移動度セルを通してイオン電流を再び安定させることを可能にするように、調節されることができる。
【００５０】
ここで図７を参照すると、本教示の種々の側面による、別の例示的質量分析計システム７００が描写されている。質量分析計システム７００は、（例えば、イオン源に接続するための）源拡張リング７２２と、カーテンプレート７３２と、ＤＭＳ移動度セル７３０と、比較的高い圧力（例えば、大気圧付近）で動作するＤＭＳ移動度セル７３０からイオン光学／質量分析器デバイス７７０の大気圧以下の動作条件まで、イオンが透過させられることができる、入口オリフィス７７４を有するオリフィスプレート７７２とを備える。カーテンプレート７３２は、ＤＭＳ移動度セル７３０を覆って嵌合し、オリフィスプレート７７２上に締結する。カーテンプレート７３２は、イオン源に向かってカーテンガス流を指向する。高純度カーテンガス（例えば、Ｎ２）は、カーテンプレート７３２とオリフィスプレート７７２との間で流動し、大型中性粒子を脱溶媒和させて排出することによって、システム７００を清潔に保つことに役立つ。当業者によって理解されるであろうように、ＤＭＳ移動度セル７３０の出口端は、軸方向オフセットによってオリフィスプレート７７２から分離されることができ、それによって、入口オリフィス７７４に進入する前に、ＤＭＳ移動度セルによって透過させられるイオンが通過する、結合チャンバを画定する。当業者によって理解されるであろうように、イオン光学／質量分析器デバイス７７０は、１つまたはそれを上回る差動的に送出された真空段階に１つまたはそれを上回る下流質量分析器要素を含むことができる。例えば、一実施形態では、３連四重極質量分析計は、約２．３トルの圧力で維持される第１の段階、約６ミリトルの圧力で維持される第２の段階、および約１０−５トルの圧力で維持される第３の段階を含む、３つの差動的に送出された真空段階を備えてもよい。第３の真空段階は、検出器、ならびにそれらの間に位置する衝突セルを伴う２つの四重極質量分析器を含有することができる。本システムの中にいくつかの他の光学要素があり得ることが、当業者に明白であろう。代替として、ＤＭＳ移動度セル７３０によって透過させられるイオンを検出するために効果的な検出器（例えば、ファラデーカップまたは他のイオン電流測定デバイス）が、ＤＭＳ移動度セル７３０の出口に直接、または代替として、例えば、イオン移動度フィルタを通してガス流を引き込むために効果的であり得る、真空チャンバ内に、配置されることができる。
【００５１】
ＤＭＳ移動度セル７３０から残留イオンを除去することに加えて、本出願者は、ＤＭＳ移動度セル７３０とオリフィスプレート７７２との間の結合領域から残留イオンを除去するためのイオン除去機構７９０がさらに、クロストークを低減させることに役立ち得ることを発見している。したがって、結合チャンバ内の残留イオンもまた、図８Ａ−Ｃを参照して非限定的実施例として以下で説明されるように、イオン除去機構７９０を介して除去されることができる。
【００５２】
図８Ｃに示されるように、図７の例示的ＤＭＳ移動度セル７３０およびオリフィスプレート７７２は、結合領域７３５によって分離されるものとして描写されている。図８Ａおよび８Ｂのタイミング図は、図２Ａおよび２Ｂのものと実質的に類似するが、時間ｔ１後にＣｏＶを増加させることに加えて、イオン除去機構７９０が、（オリフィスプレート電位を上回って最大４００Ｖまで）フィルタ電極８３４ａ、ｂに印加されるオフセットＤＣ電圧を増加させるという点で異なる。より高いオフセット電位が、測定されたクロストークを低減させた。非限定的実施例として、ＤＭＳ７３０内のＣｏＶは、最初に、＋５Ｖ（すなわち、５０Ｖ−４５Ｖ）に設定され、時間ｔ１において＋１００Ｖ（図２Ａと同一のＣｏＶ）まで増加させられる。しかしながら、オフセットＤＣ電圧はまた、この時に、ＤＭＳフィルタ７３０が、オリフィスプレート７７２に印加される電位に対して、時間ｔ１後に実質的により高い電位で維持されるように、増加させられる。そのような様式で、オフセット電圧の増加によって生成される軸方向電場は、入口プレート７７２ならびに入口オリフィス７７４に向かって、および／またはそれらを通して、結合領域７３５内のイオンを加速させる、軸方向電場を生成するために効果的であり得る。したがって、下流イオン光学アセンブリの流出（例えば、図４の流出時間８２を開始すること）と同時に、（例えば、時間ｔ１において）残留イオン除去を開始することによって、ＤＭＳ移動度セル７３０内のイオンが、時間ｔ１後にフィルタ電極によって中和されることができる一方で、増加したＤＭＳオフセット電圧によって結合領域からその中で一掃されたこれらのイオンを含む、イオン光学アセンブリ内の実質的に全てのイオンは、同様に除去されるであろう。本教示の種々の側面によるイオン除去機構を利用することによる、ＤＭＳセル７３０内のイオンの中和および結合領域７３５内のイオンの滞留時間の短縮により、（例えば、イオン光学アセンブリ内のイオンの流出時間を単に増加させることによって）デューティサイクルに大幅な損害を伴わずに、イオン種の間のクロストークが低減させられることができる。また、本教示を踏まえて、イオンは、加えて、または代替として、例えば、それを通したガス流を変更することによって、もしくはイオン運動を妨害するように付加的ガス流を提供することによって、結合領域７３５から空気圧で除去され得ることが理解されるであろう。他の側面では、イオンは、デバイスまたはシャッタを遮断もしくは迂回することによって、機械的に除去されることができる。
【００５３】
本出願者の教示の側面は、本出願者の教示の範囲をいかようにも限定すると解釈されるべきではない、以下の実施例を踏まえて、さらに理解され得る。加えて、各実施例からの教示は、本発明の範囲から逸脱することなく、組み合わせられることができる。
【実施例１】
【００５４】
イオン光学アセンブリを介して下流質量分析器に結合される、現在のイオン移動度デバイスでは、ＤＭＳセルおよびイオン移動度セルと入口オリフィスとの間に位置する結合チャンバ内の増加した滞留時間により、イオンの小集団が、流出期間中にイオン光学アセンブリに透過させられない場合がある。これらの残留イオンは、次の期間を測定することに先立って流出時間が増加させられない限り、後続の等圧遷移において、小さいが測定可能なクロストーク信号をもたらし得る。実際に、本出願者は、１５２２ｍ／ｚおよび２１２２ｍ／ｚを有するイオンのクロストーク率を描写する、以下の表１に示されるように、１０ミリ秒もの長さの流出時間（および１５ミリ秒の一時停止）さえも伴って、有意なクロストークが依然として観察され得ることを見出している。
【表１】
2017533429.tif 000003
【００５５】
クロストーク率は、以下の式に従って、各流出時間について計算される。
【数１】
2017533429.tif 000004
【００５６】
そのような問題はまた、（例えば、両方とも「Ｊｅｔ  Ｉｎｊｅｃｔｏｒ  Ｉｎｌｅｔ  ｆｏｒ  ａ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ」と題され、参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１３年１２月３１日に出願された米国仮出願第６１／９２２，２７５号および２０１４年２月４日に出願された第６１／９３５，７４１号で説明されるように）イオン源からイオン移動度フィルタの中への向上した透過を提供する、ＤＭＳセルの開発によって悪化させられ得る。例えば、図９は、従来のＤＭＳセル（すなわち、「標準透過」）に対してセルの異なる領域に異なるガス流速を提供するように設計されるＤＭＳセルを使用するときのクロストーク率の大幅な増加を描写する。さらに、クロストーク問題は、（例えば、図１０に示されるような）負のＤＣオフセット値の使用、および／または軸方向に拡張した結合領域によるもの（例えば、結合領域の長さを倍にすることが、滞留時間を倍にし、クロストーク率を実質的に増加させる）を含む、イオン移動度フィルタ（または結合領域）内のイオンの滞留時間を増加させる技法によって、悪化し得る。しかしながら、図７で描写されるもの等のシステムでは、種々のｍ／ｚの正および負イオンの両方のクロストーク率の例示的データを提供する、以下の表で実証されるように、電位ならびにＣｏＶを増加させることによって、クロストーク率の大幅な向上が観察された。以下の表２および３のデータに関して、２ミリ秒の流出時間が、（例えば、図４に示されるような）イオン光学アセンブリで使用され、その間に、ＣｏＶが、１００Ｖに設定され、ＤＭＯ電位が、１００〜４００Ｖの値に調節された。表が実証するように、クロストークは、４００ＶのＤＭＯ電位を伴って（すなわち、少なくとも２８６倍低減を伴って）（最高ｍ／ｚを伴うイオンについて）約２％の初期値（流出なし）から０．００７％の最小値まで、ＤＭＯの減少とともに減少した。
【表２】
2017533429.tif 000005
【表３】
2017533429.tif 000006
【００５７】
当業者は、ルーチンにすぎない実験を使用して、本明細書に説明される実施形態および実践の多くの均等物を把握し、または確認することができるであろう。したがって、本発明は、本明細書に開示される実施形態に限定されるものではないが、法の下で許容される限り広義に解釈されるものである、以下の請求項から理解されるものであることが理解されるであろう。
【００５８】
本明細書で使用される節の見出しは、編成目的のためにすぎず、限定的と解釈されるものではない。本出願者の教示は、種々の実施形態と併せて説明されるが、本出願者の教示がそのような実施形態に限定されることは意図されない。対照的に、本出願者の教示は、当業者によって理解されるであろうように、種々の代替案、修正、および均等物を包含する。
【図１】
2017533429.tif 000007
【図２】
2017533429.tif 000008
【図３】
2017533429.tif 000009
【図４】
2017533429.tif 000010
【図５】
2017533429.tif 000011
【図６】
2017533429.tif 000012
【図７】
2017533429.tif 000013
【図８】
2017533429.tif 000014
【図９】
2017533429.tif 000015
【図１０】
2017533429.tif 000016
【国際調査報告】
2017533429.tif 000017
2017533429.tif 000018