(57)【要約】複数の静電レンズを含むゲーティング装置を含む、高い圧力の領域から低い圧力の領域へ質量分析システム内のイオンを移送するためのレンズパルシング装置および方法。レンズのそれぞれは、異なる電圧において動作する。第１のレンズは、所定の固定された電圧において動作し、第２のレンズは、２つの異なる電圧の間で動作する。上記レンズのそれぞれは、上記レンズのそれぞれに対して異なる電圧を維持することが可能な１つまたはそれを上回るコントローラによって動作可能に制御される。
2017504936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
より高い圧力の領域とより低い圧力の領域との間に配置されるゲーティング装置を通ってイオンを通過させるステップを含む、前記より高い圧力の領域から前記より低い圧力の領域へ質量分析計内のイオンを伝送するための方法であって、前記ゲーティング装置は、
第１の静電レンズおよび第２の静電レンズを備え、前記レンズのそれぞれは、前記レンズのそれぞれに対して異なる電圧を維持することが可能な１つまたはそれを上回るコントローラによって動作可能に制御され、
前記第１のレンズは、前記より高い圧力の領域に隣接して配置され、前記第１のレンズを通したイオンの横断を可能にする所定の値で固定される電圧を有し、前記第２のレンズは、前記より低い圧力の領域に隣接して配置され、前記第１のレンズから下流に位置付けられ、前記第２のレンズは、第１の電圧では、前記イオンが前記第２のレンズを通って横断することができ、第２の電圧では、前記イオンが前記第２のレンズを通って横断することを妨げられる、少なくとも２つの異なる電圧の間で変動する電圧を有する、
方法。
【請求項２】
第３の静電レンズは、前記第２のレンズから下流に配置され、前記第３のレンズを通した前記イオンの横断を可能にする所定の値において動作する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のレンズおよび第３のレンズに対する電圧は、同一である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記より高い圧力の領域は、大気圧イオンガイドの中にある、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記より低い圧力の領域は、タンデム質量分析計のＱ０ステージの中にある、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記より低い圧力の領域は、四重極イオントラップの中にある、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記より低い圧力の領域は、ＴＯＦ質量分析計の中にある、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
第１の圧力において動作するイオンガイドと、
前記第１の圧力より低い第２の圧力において動作するイオントラップと、
前記イオンガイドから前記イオントラップへイオンを伝送するために前記イオンガイドと前記イオントラップとの間に配置される、ゲーティング装置であって、前記ゲーティング装置は、第１の静電レンズと、第２の静電レンズとを備え、前記第１のレンズは、前記イオンガイドに隣接して位置付けられ、前記第２のレンズは、前記イオントラップに隣接する、ゲーティング装置と、
前記第１のレンズのおよび第２のレンズのそれぞれに対して電圧を別個に動作可能に制御するための少なくとも１つのコントローラであって、前記コントローラは、前記第１の静電レンズを通したイオンの横断を可能にする所定の電圧において前記第１のレンズを維持し、第１の電圧では、イオンが前記第２のレンズを通って横断することができ、第２の電圧では、前記イオンが前記第２のレンズを通って横断することを妨げられる、少なくとも２つの異なる電圧において前記第２のレンズを維持するように構成される、コントローラと、
を備える、質量分析計デバイス。
【請求項９】
前記ゲーティング装置は、前記第２のレンズから下流に配置される第３のレンズを備える、請求項８に記載の質量分析計デバイス。
【請求項１０】
前記第３のレンズおよび第１のレンズに対する電圧は、同一である、請求項９に記載の質量分析計デバイス。
【請求項１１】
第１の圧力において動作するイオンガイドと、
前記第１の圧力より低い第２の圧力において動作する飛行時間（ＴＯＦ）質量分析計と、
前記イオンガイドから前記ＴＯＦ質量分析計へイオンを伝送するために前記イオンガイドと前記ＴＯＦ質量分析計との間に配置される、ゲーティング装置であって、前記ゲーティング装置は、第１の静電レンズと、第２の静電レンズとを備え、前記第１のレンズは、前記イオンガイドに隣接して位置付けられ、前記第２のレンズは、前記ＴＯＦ質量分析計に隣接する、ゲーティング装置と、
前記第１のレンズおよび第２のレンズのそれぞれに対する電圧を別個に動作可能に制御するための少なくとも１つのコントローラであって、前記コントローラは、前記第１の静電レンズを通したイオンの横断を可能にする所定の電圧において前記第１のレンズを維持し、第１の電圧では、イオンが前記第２のレンズを通って横断することができ、第２の電圧では、前記イオンが前記第２のレンズを通って横断することを妨げられる、少なくとも２つの異なる電圧において前記第２のレンズを維持するように構成される、コントローラと、
を備える、質量分析計デバイス。
【請求項１２】
前記ゲーティング装置は、前記第２のレンズから下流に配置される第３のレンズを備える、請求項１１に記載の質量分析計デバイス。
【請求項１３】
前記第３および第１のレンズに対する電圧は、同一である、請求項９に記載の質量分析計デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２０１３年１２月３１日に出願された米国特許出願番号第６１／９２２，３０１号の利益を主張しており、その内容は、本明細書中のその全体が参考として援用される。
【０００２】
（分野）
本明細書に説明される教示は、質量分析におけるレンズパルシングに関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
質量分析計内のステージを通したイオンの輸送は、一般的に、いくつかのインターフェースする装置を使用して行われる。ある場合には、ゲーティング機構が、種々のステージの間でイオンの流れを制御するために利用されることができる。中心に小さい穴または開口を含む、大型の円錐形状のディスクから成るスキマ円錐が、半径方向に分離され得るイオンを選択するために使用される。概して、イオンビームの中心部分からのイオンが伝送のために選択され、残りのイオンは除去される。スキマ電圧のパルシングは、非常に明るいビームの中の全イオン電流を低減させることができるイオンビームの変調を引き起こすように、人工デューティサイクルを導入するために利用することができる。そのようなパルシングは、２つの電圧、すなわち、イオンがスキマを通過することができる１つの電圧とイオンが通過できない１つの電圧との間で、スキマの電圧を切り替えることから成る。スキマパルシングの現象は、質量依存性であり、そして、いくつかの場合には、驚くほど非線形挙動をもまた呈している。
【０００４】
具体的には、広いデューティサイクル範囲にわたって単一のゲーティングレンズをパルスさせるときに見られる、イオン信号の線形性は、より低いデューティサイクルではあまり良くない。これは、四重極捕捉器具上の充填時間線形性および飛行時間質量分析器具上のＩＴＣ（全イオン電流）線形性に影響を及ぼす。
【０００５】
線形性からのこの偏差は、イオン移動度効果によって引き起こされることが発見されている。スキマレンズ等のデバイスの存在によって引き起こされるゲーティング効果は、軸方向電場を生成し、この効果は、上流へ浸透し、そしてより高い圧力の領域が存在するときにイオンの移動度依存性枯渇を引き起こす。この現象は、ゲーティングレンズのオリフィス直径が小さいとき等、軸方向ガス速度が低く、イオン移動度効果がそれらの最大であるときに、より容易に見られる。
【０００６】
正常な状況が、図１で概念的に表される。停止電位がゲーティングレンズに印加されるとき（ＩＱ０で標識される）、その中のイオンが安定した軌道から偏向させられ、追い出されるか、またはロッドのうちの１つに接触するかのいずれかであり、したがって、分析器の次の区分に移らないように、それらの軌道を損なわせるゾーン（摂動のゾーン）がレンズの両側に作成される。具体的には、高圧力側（左側）で生成される場が、高い移動度を伴うイオンを、低移動度イオンに対して優先的に容認可能な軌道から容認不可能な軌道に逸脱させる。
【０００７】
これは、変調周波数が変動させられたときに非線形挙動の存在をもたらす。これは、強度カウントと停止電位が印加される時間との間の非線形関係として現れる。全ての他のものが同等であると、強度と変調周波数との間の線形関係が期待されるであろう。この非線形挙動は、ＩＱ０レンズＩＤが小さいときに観察される。この場合、ガス流によるイオンの軸方向速度は、低くなり得、電場の効果は、イオン運動に対する複合力（ガス流＋電気動力学）に対して比例してより大きい影響を及ぼすであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（要旨）
ゲーティングレンズによって生成されるイオン移動度効果は、単一の平面レンズまたは円錐（すなわち、スキマ）レンズの代わりに、２つまたはそれを上回る要素のゲーティングレンズの使用によって、より鋭く画定されたゲーティング電場を生成することによって、軽減されることができることが分かった。
【０００９】
種々の実施形態では、レンズの低圧力側のゲーティングレンズの下流のイオンのみが、二重レンズが通電させられたとき生成される電場を経験する。イオン移動度性質は圧力の大きさに対応するので、より低い移動度効果が、これらのより低い圧力の環境内で存在し得る。
【００１０】
本明細書で説明される教示は、２つの機能を提供するレンズを提供する。レンズは、静電効果が支配しレンズが効果的にイオンを変調することもできる低圧力ゾーンから、移動度効果が支配する高圧力ゾーンを分離する。
【００１１】
種々の実施形態では、二重レンズＩＱ０イオン光学部は、低いデューティサイクルに対してでさえも良好な線形性を生成する。
【００１２】
種々の実施形態では、向上したＩＴＣ線形性の結果として、イオントラップの向上した充填線形性および三重ＴＯＦ器具内の化合物の識別における潜在的により高いスコアが期待される。
【００１３】
種々の実施形態では、より高い圧力の領域とより低い圧力の領域との間に配置されるゲーティング装置を通ってイオンを通過させるステップを含む、より高い圧力の領域からより低い圧力の領域へ質量分析計内のイオンを伝送するための方法が提供され、ゲーティング装置は、第１のレンズおよび第２の静電レンズを備え、上記レンズのそれぞれは、上記レンズのそれぞれに対して異なる電圧を維持することが可能な１つまたはそれを上回るコントローラによって動作可能に制御され、第１のレンズは、より高い圧力の領域に隣接して配置され、第１のレンズを通したイオンの横断を可能にする所定の値で固定される電圧を有し、第２のレンズは、より低い圧力の領域に隣接して配置され、上記第１のレンズから下流に位置付けられ、上記第２のレンズは、第１の電圧では、イオンが上記第２のレンズを通って横断することができ、第２の電圧では、イオンが上記第２のレンズを通って横断することを妨げられる、少なくとも２つの異なる電圧の間で変動する電圧を有する。
【００１４】
種々の実施形態では、第１の圧力において動作するイオンガイドと、第１の圧力より低い第２の圧力において動作するイオントラップと、上記イオンガイドから上記イオントラップへイオンを伝送するために上記イオンガイドと上記イオントラップとの間に配置されるゲーティング装置であって、上記ゲーティング装置は、第１の静電レンズと、第２の静電レンズとを備え、第１のレンズは、イオンガイドに隣接して位置付けられ、第２のレンズは、上記イオントラップに隣接する、ゲーティング装置と、第１および第２のレンズのそれぞれに対する電圧を別個に動作可能に制御するための少なくとも１つのコントローラであって、コントローラは、上記第１の静電レンズを通したイオンの横断を可能にする所定の電圧において第１のレンズを維持し、第１の電圧では、イオンが上記第２のレンズを通って横断することができ、第２の電圧では、イオンが上記第２のレンズを通って横断することを妨げられる、少なくとも２つの異なる電圧において第２のレンズを維持するように構成される、コントローラとを含む、質量分析計デバイスが提供される。
【００１５】
種々の実施形態では、第１の圧力において動作するイオンガイドと、第１の圧力より低い第２の圧力において動作する飛行時間（ＴＯＦ）質量分析計と、上記イオンガイドから上記ＴＯＦ質量分析計へイオンを伝送するために上記イオンガイドと上記ＴＯＦ質量分析計との間に配置される、ゲーティング装置であって、このゲーティング装置は、第１の静電レンズと、第２の静電レンズとを備え、第１のレンズは、イオンガイドに隣接して位置付けられ、第２のレンズは、上記ＴＯＦ質量分析計に隣接する、ゲーティング装置と、第１のレンズおよび第２のレンズのそれぞれに対して電圧を別個に動作可能に制御するための少なくとも１つのコントローラであって、コントローラは、上記第１の静電レンズを通したイオンの横断を可能にする所定の電圧において第１のレンズを維持し、第１の電圧では、イオンが上記第２のレンズを通って横断することができ、第２の電圧では、イオンが上記第２のレンズを通って横断することを妨げられる、少なくとも２つの異なる電圧において第２のレンズを維持するように構成される、コントローラとを含む、質量分析計デバイスが提供される。
【００１６】
種々の実施形態では、第３の静電レンズが、第２のレンズから下流に配置され、第３のレンズを通したイオンの横断を可能にする所定の値において動作する。
【００１７】
種々の実施形態では、より高い圧力の領域は、大気圧イオンガイドの中にある。
【００１８】
種々の実施形態では、より低い圧力の領域は、タンデム質量分析計のＱ０ステージの中にある。
【００１９】
種々の実施形態では、より低い圧力の領域は、四重極イオントラップの中にある。
【００２０】
種々の実施形態では、より低い圧力の領域は、ＴＯＦ質量分析計の中にある。
【００２１】
種々の実施形態では、ゲーティング装置は、上記第２のレンズから下流に配置される第３のレンズを備える。
【００２２】
種々の実施形態では、上記第３のレンズおよび第１のレンズに対する電圧は、同一である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、先行技術のゲーティングレンズの典型的レイアウトを描写する。
【図２】図２は、二重ゲーティングレンズの実施形態のレイアウトを描写する。
【図３】図３は、三重ゲーティングレンズの実施形態のレイアウトを描写する。
【図４】図４は、ゲートについて強度対変調時間の種々の質量のプロットを描写する。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（種々の実施形態の詳細な説明）
種々の実施形態が以下で具体的に説明されるが、そのような実施形態は、例証および説明の目的で提示されていることが理解されるであろう。これらの実施形態は、網羅的であること、または特許請求された発明を開示される精密な実施形態に限定することを意図していない。理解されるように、修正および変形例が、開示される実施形態を踏まえて可能であるか、または本発明を実践することから取得され得る。例えば、二重レンズ構成を説明する実施形態が具体的に開示されているが、２つより多くのレンズも本範囲内で説明される発明から利益を得るであろうレンズ構成が、当業者によって同様に利用および作成されることができることが理解されるであろう。加えて、下記の利益は、ＴＯＦデバイスに関して明確に説明されるが、そのような利益はまた、四重極捕捉デバイスにおける類似利用からも導出可能であることが理解されるであろう。ＴＯＦデバイスでは、本発明に関して使用されるゲーティング効果は、明るいイオンビームによる検出器の過飽和を主に回避するために使用されるが、イオントラップにおける利用は、通常の充填時間の一部まで充填時間を短縮すること（例えば、２ミリ秒から０．０５ミリ秒まで充填時間を短縮すること）によって、より速い速度をシミューレションするために使用されることができる。そのような利益は、空間電荷効果を低減する。
【００２５】
図１は、イオンガイドと、当技術分野では一般的にＱ０と称されるタンデム質量分析計の第１のステージとの間で動作する、従来のゲーティング機構のレイアウトを示す。動作時に、イオン源からのイオンは、図中の左から右へ進行する。イオンは、０Ｖにおいて動作している、大気圧における四重極型イオンガイドの中で輸送される。タンデム質量分析計のＱ０ステージも、０Ｖにおいて動作し、減圧下にある。イオンガイドとＱ０ステージとの間には、単一の変調ゲーティング電極が位置付けられている。ゲーティング電極の上流側（左側）には、高圧力領域が存在し、ゲーティング電極の反対側には、低圧力領域がある。変調ゲーティング電極は、２つの電圧、すなわち、イオンがゲーティング電極を通過することを防止する第１の電圧（５０Ｖ）と、イオンがイオンガイドからＱ０まで電極を通過することを可能にする第２の電圧（０Ｖ）との間で切り替わる。これら２つの電位が具体的に説明されているが、他の電圧もまた、イオンガイドおよびＱ０四重極に印加される電位に応じて、同一の効果を達成するために利用されることができることが理解されるであろう。理解されるように、種々のコントローラおよび電力供給ならびに電気接続が、ゲート、イオンガイド、タンデム質量分析計、および／または利用される他のデバイスに印加されている電圧を提供して制御するよう必要とされる。
【００２６】
高圧力側で、イオンが、イオン移動度効果をもたらすガス流れによって駆動され、しかも、低圧力側で、イオン効果は、主に静電的であることが分かっている。本構成を伴うゲーティング電極の変調は、電極の両側の摂動のゾーン内で局所的電場を生成する。本電場は、高いイオン移動度性質を有するイオンに悪影響を受けさせ、それらの軌道を不安定な軌道へ逸脱させる。イオン移動度性質がガスの存在に依存するため、本構成におけるイオン移動度効果は、電極の上流（より高い圧力）側でより密接に感じられる。
【００２７】
図２は、本教示による、ゲーティング機構の実施形態のレイアウトを示す。ゲーティング機構は、単一の変調電極が２つの電極レンズを含むアセンブリと置換されることを除いて、イオンガイドと、図１で先に描写されたように当技術分野では一般的にＱ０と称されるタンデム質量分析計の第１のステージとの間で動作する。アセンブリの高圧力側で動作し、図２では０Ｖにおいてイオンガイドに隣接する、第１の電極レンズは、０Ｖの固定電位において動作する。この第１のレンズは、この固定電位において連続的に動作する。電位は、イオンが第１のレンズを通過することを可能にするよう選択される。好ましい実施形態では、この第１の上流レンズの電位は、それに先行するイオンガイドと同一の電圧において動作する。第１のレンズの直接下流にある第２のレンズは、図１で見い出される変調ゲートと類似する様式で動作する。第２のレンズは、第１の電圧では、ゲートがそれ自体を通したイオンの横断を防止し（５０Ｖ）、第２の電圧において操作されるとき、ゲートがそれ自体を通したイオンの横断を可能にする（０Ｖ）、少なくとも２つの電圧のうちの１つにおいて動作する。好ましい実施形態では、この第２の電圧の電位は、それに先行するイオンガイドおよび第１のレンズと同一の電圧において動作する。第１のレンズは、第２のレンズから電気的に分離されるため、レンズのうちの一方に供給される電圧は、他方に伝送されない。レンズは、固定された距離だけ分離されることができるか、または代替として、絶縁材料が、同一の効果を達成するように２つのレンズの間に挿入されることができる。固定電位において連続モードで動作する第１のレンズは、イオンがイオンゲートに接近すると、通常、イオン移動度効果がイオンの分布に影響を及ぼすであろう、摂動のゾーン内の高圧力ゾーン上のイオンに影響を及ぼすことから、通常、第２のレンズの両側に存在するであろう変調場を最小限にする。摂動のゾーンが、ゲートの低圧力側に依然として存在するが、存在する低減した量のガスもまた、存在し得る任意のイオン移動度効果を低減させる。具体的圧力が示されているが、理解されるように、レンズの機能性が妨げられない限り、任意の電圧が使用されることができる。例えば、重要であることは、イオンがゲートを横断することを防止することが所望されるときに、イオンがゲートを横断することを防止するように、電極の間にバイアスが存在し、イオンがゲートを通って進行することを可能にすることが所望されるときに、種々の電極の間にいかなるバイアスも存在しないことである。
【００２８】
図３は、図２で説明される実施形態に類似する本発明の別の実施形態のレイアウトを示すが、アセンブリは、上記で参照される第２のレンズ電極から下流に位置付けられる第３のレンズ電極を含む。第３の電極は、第１の電極と類似する様式で動作し、それを通したイオンの横断を可能にする固定電圧を有する。ゲートの低圧力側の低減した圧力に起因して、変調電場の結果としてのイオン移動度効果が小さいか、またはいずれにしても存在しない場合があるため、この第３の電極は、必要とされない。好ましい実施形態では、本第３の電極は、第１の電極と同一の電位において動作する。
【００２９】
図４は、種々のイオン質量の変調の関数として、強度のプロットの線形性を示す。イオンは、全て同一の電圧を使用して、ペプチドのフラグメント化から生成され、データは、全て同時に取得された。これらのプロットのそれぞれのｘ軸は、合計時間の割合として、イオンがゲートを通過されることを可能にした電圧において、第２のレンズが動作する時間のパーセントを提供する。これらのプロットのそれぞれに対する決定係数（Ｒ２）は、視覚化されたプロットにおける非常に高い程度の線形性を示す、約０．９９である。線形性の任意のわずかな偏差は、主に、検出器への飽和効果の結果であった可能性が高い、高い強度カウントを有するプロットの中にあった。
【００３０】
２および３要素ゲートである、具体的実施形態が開示されているが、これは例示的にすぎず、請求された発明から逸脱することなく、より多くの要素が利用されることができることが、当業者によって理解されるであろう。
【図１】
2017504936.tif 000003
【図２】
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【図３】
2017504936.tif 000005
【図４】
2017504936.tif 000006
【国際調査報告】
2017504936.tif 000007
2017504936.tif 000008
2017504936.tif 000009