(57)【要約】イオン移動度分離によるイオン分析方法が開示される。本方法は、イオントラップ（３）内の電荷量を制御し、次にイオントラップ（３）からのイオンをパルス化してイオン移動度分離装置（５）内に入れることを含む。これは、イオン移動度分離装置（５）内に注入される電荷を制御することを可能にし、ゆえにイオン間の空間電荷相互作用が、検出器（７）により検出されるイオン移動度ピークを歪ませるのを防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン移動度分離または質量分離によりイオンを分析する方法であって、
イオン移動度分離器分離領域（ＩＭＳ）及び前記ＩＭＳ内にイオンパケットを放出するためのイオントラップを提供することと、
前記イオントラップから前記ＩＭＳ内に放出された各イオンパケットにおいて、前記ＩＭＳ内に放出されることが所望される所定の最大電荷を選択することと、
前記イオントラップから第１のイオンパケットを放出することと、
検出器を用いて前記第１のイオンパケット内のイオンの電荷を検出することと、
前記検出器により検出された前記電荷と前記所定の最大電荷との間の差を決定することと、
第２の後続のイオンパケットを前記イオントラップから前記ＩＭＳ内に放出することであって、前記第２のイオンパケットの形成が、前記第２のイオンパケット内のイオンの電荷が前記所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、前記第１のイオンパケット内で検出された前記電荷と前記所定の最大電荷との間の前記差に基づいて制御される、放出することと、
を含む、前記方法。
【請求項２】
イオンが、イオン蓄積期間中に前記イオントラップに入るのを許可され、前記イオントラップ内に捕捉されることになり、前記第１のイオンパケットが、第１の蓄積期間にわたり前記イオントラップ内に蓄積され、前記第２のイオンパケットが、第２の蓄積期間にわたり前記イオントラップ内に蓄積され、前記第２の蓄積期間の継続時間が、前記第１のイオンパケット内で検出された前記イオンの電荷と前記所定の最大電荷との間の差に基づいて前記第１の蓄積期間に対して選択または変更される、請求項１に記載の前記方法。
【請求項３】
イオンが、前記イオントラップ内にあるイオン充填速度で誘導され、イオン蓄積期間中に前記イオントラップ内に捕捉され、前記第１のイオンパケットが、前記イオントラップ内に第１のイオン充填速度で蓄積され、前記第２のイオンパケットが、前記イオントラップ内に第２のイオン充填速度で蓄積され、前記第２の充填速度が、前記第１のイオンパケット内で検出された前記イオンの電荷と前記所定の最大電荷との間の前記差に基づいて前記第１の充填速度に対して選択または変更される、請求項１または２に記載の前記方法。
【請求項４】
前記イオントラップ内の前記イオンの一部のみが、前記イオントラップからの各イオンパケットの放出中に排出され、前記第２のイオンパケット内に排出された前記一部のサイズが、前記第１のイオンパケット内で検出された前記イオンの電荷と前記所定の最大電荷との間の前記差に基づいて前記第１のイオンパケット内に排出された前記一部のサイズに対して選択または変更される、請求項１に記載の前記方法。
【請求項５】
前記第１のイオンパケットが前記ＩＭＳを通って前記検出器に入り、イオンが前記ＩＭＳを通るように電界により駆動され、前記電界が、前記第１のイオンパケット内のイオンが前記ＩＭＳを通るように高速で駆動され、かつ前記第２のイオンパケット内の対応するイオンが前記ＩＭＳを通るように低速で駆動されるように、時間によって変動する、請求項１〜４のいずれかに記載の前記方法。
【請求項６】
質量分析器が、前記ＩＭＳを通過したイオンを質量分析するために前記ＩＭＳの下流及び前記検出器の上流に提供され、前記質量分析器が、前記第１のイオンパケットが前記質量分析器により実質的に減衰されないような第１のモードで動作されるか、または前記第１のイオンパケットが前記質量分析器を迂回し、次に前記検出器を通り、前記質量分析器が、前記第２のイオンパケットがそこでの質量分析中に前記質量分析器により減衰されるような第２のモードで動作されるか、または前記第２のイオンパケットが前記質量分析器を迂回しない、請求項１〜５のいずれかに記載の前記方法。
【請求項７】
質量分析器及び前記検出器が前記ＩＭＳの下流に提供され、前記第１のイオンパケットが前記質量分析器を通ることなく前記検出器に誘導され、前記第２のイオンパケットが前記質量分析器に誘導される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の前記方法。
【請求項８】
前記検出器が前記ＩＭＳの上流に提供され、前記第１のイオンパケットが前記イオントラップから前記検出器へ放出される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の前記方法。
【請求項９】
検出器を用いて前記第２のイオンパケット内のイオンの電荷を検出することと、前記第２のイオンパケット内で検出された前記イオンの電荷と前記所定の最大電荷との間の差を決定することと、第３の後続のイオンパケットを前記イオントラップから前記ＩＭＳへ放出することと、をさらに含み、前記第３のイオンパケットの形成が、前記第３のイオンパケット内のイオンの電荷が前記所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、前記第２のイオンパケット内で検出された前記電荷と前記所定の最大電荷との間の前記差に基づいて制御される、請求項１〜８のいずれかに記載の前記方法。
【請求項１０】
前記所定の最大電荷が、イオンパケットにおいてパルス化されて前記ＩＭＳ内に入ることが所望される前記ＩＭＳを通る所定のドリフト時間範囲内のイオンの最大電荷量であり、
前記第１のイオンパケットが、前記イオンが前記ＩＭＳを通過した後に前記検出器により検出され、前記検出器が、前記所定のドリフト時間範囲内のドリフト時間を有する前記第１のイオンパケット内のイオンの電荷量を決定し、この検出された電荷が所定の最大電荷と比較され、前記比較を用いて、前記所定のドリフト時間範囲内のドリフト時間を有する前記第２のイオンパケット内のイオンが前記所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満である総電荷を有するように、前記第２のイオンパケットの前記形成を制御する、請求項１〜９のいずれかに記載の前記方法。
【請求項１１】
前記所定の最大電荷が、イオンパケットにおいてパルス化されて前記ＩＭＳ内に入ることが所望される前記ＩＭＳを通る所定のドリフト時間範囲内のイオンの最大電荷量であり、
前記所定のドリフト時間範囲を有するイオンが、所定の質量対電荷比の範囲を有すると仮定され、前記第１のイオンパケットが質量分析され、前記所定の質量対電荷比の範囲を有するこのパケット内のイオンの総電荷が検出され、
この検出された電荷が前記所定の最大電荷と比較され、前記比較を用いて、前記所定のドリフト時間範囲内のドリフト時間を有する前記第２のイオンパケット内のイオンが前記所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満である総電荷を有するように、前記第２のイオンパケットの前記形成を制御する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の前記方法。
【請求項１２】
イオン移動度分離または質量分離によりイオンを分析する方法であって、
イオン移動度分離器分離領域（ＩＭＳ）及びイオンパケットを前記ＩＭＳ内に放出するためのイオントラップを提供することと、
前記イオントラップから放出された各イオンパケットにおいて、前記ＩＭＳ内への放出が所望される所定の最大電荷を選択することと、
イオン源からのイオンを検出器に誘導し、検出される前記イオン源からのイオンに起因して電荷が前記検出器で受信される速度を検出することと、
前記イオン源からのイオンを前記イオントラップ内に誘導し、イオン蓄積期間中にのみ前記イオンを捕捉することと、
前記イオン蓄積期間の前記継続時間を選択するか、または前記イオントラップ内に捕捉された前記イオンの電荷が前記所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、前記蓄積期間中に前記イオントラップに向かって移動するイオンの減衰を制御することと、
前記イオンを前記イオントラップから前記ＩＭＳ内に放出することと、
を含む、前記方法。
【請求項１３】
前記検出器が前記ＩＭＳの上流に提供される、請求項１２に記載の前記方法。
【請求項１４】
前記所定の最大電荷が、イオンパケット内の全てのイオンに対してパルス化されて前記ＩＭＳ内に入ることが所望される総電荷である、請求項１〜９、１２または１３のいずれか１項に記載の前記方法。
【請求項１５】
前記ＩＭＳを通過するイオンがそれらのイオン移動度に従って分離するように第１の電界条件が前記ＩＭＳ内に加えられる、第１の動作モードを動作すること、及び／または前記ＩＭＳを通過するイオンがそれらの質量対電荷比に従って分離するように第２の電界条件が前記ＩＭＳ内に加えられる、第２の動作モードを動作することを含む、請求項１〜１４のいずれかに記載の前記方法。
【請求項１６】
イオン移動度分離器分離領域（ＩＭＳ）、イオンパケットを前記ＩＭＳ内に放出するためのイオントラップ、及び検出器と、
前記イオントラップから第１のイオンパケットを放出し、
前記検出器を用いて前記第１のイオンパケット内のイオンの電荷を検出し、
前記検出器により検出された前記電荷と、前記イオントラップから前記ＩＭＳ内に放出された各イオンパケットにおいて前記ＩＭＳ内に放出されることが所望される所定の最大電荷との間の差を決定し、かつ
前記第２のイオンパケット内のイオンの電荷が前記所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、第２のイオンパケットの形成が前記第１のイオンパケット内で検出された前記電荷と前記所定の最大電荷との間の前記差に基づいて制御される、第２の後続のイオンパケットを前記イオントラップから前記ＩＭＳ内に放出するように配置及び適合された制御手段と、
を備える、イオン移動度分光計または質量分光計。
【請求項１７】
イオン源、イオン移動度分離器分離領域（ＩＭＳ）、イオンパケットを前記ＩＭＳ内に放出するためのイオントラップ、及び検出器と、
前記イオン源からのイオンを前記検出器に誘導し、検出される前記イオン源からのイオンに起因して電荷が前記検出器で受信される速度を検出し、
前記イオン源からのイオンを前記イオントラップ内に誘導し、イオン蓄積期間中にのみ前記イオンを捕捉し、
前記イオン蓄積期間の前記継続時間を選択するか、または前記イオントラップ内に捕捉される前記イオンの電荷が、前記イオントラップから放出された各イオンパケットにおいて前記ＩＭＳ内に放出されることが所望される最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、前記蓄積期間中に前記イオントラップに向かって移動するイオンの減衰を制御し、かつ
前記イオンを前記イオントラップから前記ＩＭＳ内に放出するように配置及び適合された制御手段を備える、イオン移動度分光計または質量分光計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年４月２４日に出願された英国特許出願第１３０７４０４．２号及び２０１３年４月２４日に出願された欧州特許出願第１３１６５２１０．９号からの優先権及び利益を主張する。これらの出願の全内容は、参照により本明細書に組み込まれている。
【背景技術】
【０００２】
その最も簡易な形態において、イオン移動度分離装置（ＩＭＳ）はイオンパルス源と、緩衝ガスまたは浮遊ガスを含むドリフト管とを備えている。電界または伝搬ＤＣ波は、ドリフト管のイオン入口からイオン出口へイオンを押し出すようにドリフト管に沿って印加される。イオンは、ドリフト管を通り抜ける際に、緩衝ガスまたは浮遊ガスを通してのその移動度に従って分離される。印加電界（Ｅ）でのドリフト管内でイオン移動度（Ｋ）を有するイオンの速度（ｖ）は、
ｖ＝ＫＥ
で算出される。
【０００３】
そのような装置は、その内部でイオンが電極により閉じ込められる、イオン誘導装置を用いて組み立てられている。ＲＦ周波数で振動するＡＣ電圧が、イオンを閉じ込め且つイオン誘導装置に通して高効率なイオン伝搬をさせることができる、擬似ポテンシャル力を生成するように電極に加えられる。
【０００４】
イオンは、通常、分析用のＩＭＳ移動度ドリフト管内に、次のパルス内のイオンがパケットドリフト管に入る前に、一パルスからのイオンがパケットドリフト管を通過することができるほど十分に離間されている定期的な間隔でパルス化される。そのような装置のデューティサイクルを最大限にするために、イオンがドリフト管内にパルス化される時点間の継続時間中にイオン源からのイオンをＩＭＳドリフト管のイオン捕捉領域上流で受容し、捕捉することが知られている。事前に蓄積されたイオンパケットがＩＭＳドリフト管を伝搬している時間中にイオンが上流のイオントラップに蓄積されるために、わずかなイオンしか失われない。ＩＭＳ装置内の第１のイオンパルスの分離時間は、ＩＭＳドリフト管内への次のイオンパルスの捕捉及び放出時間と同期される。これにより、ほぼ１００％のイオン伝搬効率を得ることができる。
【０００５】
しかしながら、好ましくは改良されたＩＭＳピーク幅及びＩＭＳドリフト管を通してのより再現可能なドリフト時間を提供する改良型イオン移動度分離方法及び改良型イオン移動度分光計が所望される。
【発明の概要】
【０００６】
第１の態様から、本発明は、イオン移動度分離または質量分離によるイオン分析方法を提供し、本方法は、
イオン移動度分離器分離領域（ＩＭＳ）及びイオンパケットをＩＭＳ内に放出するためのイオントラップを提供することと、
イオントラップからＩＭＳ内に放出された各イオンパケットにおいて、ＩＭＳ内への放出が所望される所定の最大電荷を選択することと、
イオントラップから第１のイオンパケットを放出することと、
検出器を用いて第１のイオンパケット内のイオンの電荷を検出することと、
検出器により検出された電荷と前記所定の最大電荷との間の差を決定することと、
第２の後続のイオンパケットをイオントラップからＩＭＳ内に放出することであって、第２のイオンパケットの形成は、第２のイオンパケット内のイオンの電荷が前記所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、第１のイオンパケット内で検出された電荷と最大電荷との間の差に基づいて制御される、放出することと、
を含む。
【０００７】
本発明者は、イオンがＩＭＳ装置内に入る際及びそれらが続いてＩＭＳ分離領域を通過する間のイオンの相互反発を回避することにより、イオン移動度分光計の分解能及びＩＭＳドリフト時間の再現性を高めることができると認識している。本発明は、電荷が分離領域（即ち、ＲＦ閉じ決めドリフト管）に入るのを限定し、イオンの相互反発のためのＩＭＳ性能の劣化を回避する。具体的には、分離領域に入る電荷量は、上流のイオントラップから分離領域内に放出される電荷量を制御することにより限定される。
【０００８】
類似のイオン移動度を有する比較的多数のイオンが分離領域を通過する際に、これらのイオンが、分離領域に沿って移動する際に互いに反撥し、ＩＭＳピークの拡がりを生じさせることも認識されている。本発明の好ましい実施形態は、そのような問題を克服する。
【０００９】
その内部での空間電荷の影響を回避するために、イオンを保存するイオントラップ及び質量分析器内の電荷密度を限定することが知られている。例えば、国際出願第２００４／０６８５２３号は、イオン保存質量分析器内での空間電荷の影響を回避するために、イオントラップから下流のイオン保存質量分析器内に伝送される電荷量を制限する方法を開示している。しかしながら、イオントラップ及びイオン保存質量分析器内に広く及ぶ空間電荷の影響は、いくつかの理由のためにＩＭＳ装置に関連するものと考慮されていない。例えば、イオントラップ及びイオン保存質量分析器は本質的に、空間電荷の影響が広く及ぶ比較的小容量でイオンを共に押し出すのに対し、ＩＭＳ装置はイオンを分離するように働きかけ、そのために空間電荷の影響の考慮がＩＭＳ装置に適用されることは明らかではない。
【００１０】
そのうえ、イオン保存装置内の空間電荷の影響の兆候及び機構はＩＭＳ装置内に存在しない。質量選択排出方法を用いるイオン保存装置内の空間電荷の影響は、質量測定精度及び質量分解能の損失の結果をもたらす質量偏移を生じさせる。これは、閉じ込め電界を歪ませるイオン性環境のためにさらなる電位を受けるイオンに起因する。この歪みは、各イオンの長期の周波数の変化をもたらし、ゆえにイオンの見せかけの質量対電界比の変化をもたらす。これは、分析中に小空間内にイオンを閉じ込めず且つ分析のための共鳴周波数に依存しないＩＭＳ装置内では起こらない。
【００１１】
そのうえ、ＩＭＳドリフト管から得られる大部分の履歴データは、半径方向に閉じ込めのないドリフト管に関連する。そのような装置内のいずれかの空間電荷の影響は、イオンに半径方向に広がらせ、その装置により測定されるドリフト時間に対して著しい影響を有しないであろう。したがって、そのような空間電荷の影響は認識されないであろう。
【００１２】
さらに、イオン保存装置内の空間電荷の影響は、捕捉領域内に存在するイオンの総数により生じる。これは、ＩＭＳ装置においてイオンがＩＭＳ分離領域を通過する際に類似の移動度を有するイオンが狭い空間分布内に残り、これにより、多くのイオンが類似のイオン移動度を有する領域内では局所的な空間電荷の影響が生じるという認識とは極めて異なる。いくつかの状況では、特定の移動度領域内のイオン集団は、ＩＭＳ装置内に放出されるイオン総数とは無関係に制御されなければならない。
【００１３】
少なくとも上記の理由のために、イオン保存装置内の空間電荷の影響を低減するための方法は、ＩＭＳ装置に適用されていなかった。したがって、ＩＭＳ装置が、本発明で請求される方法でその装置に入る電荷量を制御することから利益を得ることは以前認識されていなかった。
【００１４】
本発明によれば、イオンパケットは、好ましくは繰り返しパルス化されてＩＭＳ装置内に入る。
【００１５】
イオンは、好ましくはイオン蓄積期間中にイオントラップに入るのを許可され、イオントラップ内に捕捉されることになり、第１のイオンパケットは第１の蓄積期間にわたりイオントラップ内に蓄積され、第２のイオンパケットは第２の蓄積期間にわたりイオントラップ内に蓄積される。第２の蓄積期間の継続時間は、第１のイオンパケット内で検出されたイオンの電荷と所定の最大電荷との間の差に基づいて第１の蓄積期間に対して選択または変更され得る。
【００１６】
第２の蓄積期間の継続時間は、第１のイオンパケット内で検出された電荷が所定の最大電荷を上回る場合、第１の蓄積期間に対して低減されてもよい。これは、より少ないイオンが第２の蓄積期間中にイオントラップに入るのを許可し、そのために第２のパケット内のイオンの電荷が低減する。あるいは、第２の蓄積期間の継続時間は、第１のイオンパケット内で検出された電荷が所定の最大電荷を下回る場合、第１の蓄積期間に対して増加されてもよい。これは、より多くのイオンが第２の蓄積期間中にイオントラップに入るのを許可し、そのために第２のパケット内のイオンの電荷が増加する。
【００１７】
イオンは、イオントラップ内にあるイオン充填速度で誘導され、好ましくはイオン蓄積期間中に前記イオントラップ内に捕捉される。第１のイオンパケットはイオントラップ内に第１のイオン充填速度で蓄積され、第２のイオンパケットはイオントラップ内に第２のイオン充填速度で蓄積され得る。第２の充填速度は、第１のイオンパケット内で検出されたイオンの電荷と所定の最大電荷との間の差に基づいて第１の充填速度に対して選択または変更され得る。
【００１８】
第２の充填速度は、第１のイオンパケット内で検出された電荷が所定の最大電荷を上回る場合、第１の充填速度に対して低減されてもよい。これは、より少ないイオンが第２のイオンパケットの蓄積期間中にイオントラップに入るのを許可し、そのために第２のパケット内のイオンの電荷が低減する。あるいは、第２の充填速度は、第１のイオンパケット内で検出された電荷が所定の最大電荷を下回る場合、第１の充填速度に対して増加されてもよい。これは、より多くのイオンが、第２のイオンパケットの蓄積期間中にイオントラップに入るのを許可し、そのために第２のパケット内のイオンの電荷が増加する。
【００１９】
各蓄積期間は同じ一定の継続時間を有し得る。
【００２０】
イオントラップに向かって移動するイオンを異なる量で減衰させることにより、異なる充填速度が得られ得る。
【００２１】
イオントラップ内のイオンの一部のみが、イオントラップからからの各イオンパケットの放出中に排出され得る。前記第２のイオンパケット内に排出される一部のサイズは、第１のイオンパケット内で検出されたイオンの電荷と所定の最大電荷との間の差に基づいて第１のイオンパケット内に排出された一部のサイズに対して選択または変更され得る。
【００２２】
第１のイオンパケットは、ＩＭＳを通った後に検出器に入る。イオンは好ましくはＩＭＳを通るように電界により駆動され、第１のイオンパケット内のイオンはＩＭＳを通るように強い力で駆動され、第２のイオンパケット内のイオンはＩＭＳを通るように弱い力で駆動される。これにより、第１のイオンパケットをＩＭＳに通して比較的迅速に掃引することができ、それは、第１のイオンパケットが主に電荷検出のためのものであり、それらのイオンはＩＭＳ内に良好に分離される必要がないので、許容され得る。第２のイオンパケットはＩＭＳを低速度で通過し、このパケット内のイオンは良好に分離されるので、それらのイオン移動度を良好に解明することができる。
【００２３】
質量分析器は、ＩＭＳを通過しているイオンを質量分析するためにＩＭＳの下流に及び検出器の上流に提供されてもよい。質量分析器は、第１のイオンパケットが質量分析器により実質的に減衰されないような第１のモードで動作されてもよい。または第１のイオンパケットは、質量分析器を迂回し、次に検出器を通る。質量分析器は、そこでの質量分析中に第２のイオンパケットが質量分析器により減衰されるような第２のモードで動作されてもよい。または第２のイオンパケットは質量分析器を迂回しない。これにより、質量分析器が存在していても、第１のイオンパケット内のイオンの減衰されない電荷を決定することができる。
【００２４】
あるいは、質量分析器及び前記検出器がＩＭＳの下流に提供されてもよい。第１のイオンパケットが質量分析器を通ることなく検出器に誘導されてもよい。第２のイオンパケットが質量分析器に誘導されてもよい。
【００２５】
あるいは、検出器は、前記ＩＭＳの上流に提供されてもよく、前記第１のイオンパケットは、イオントラップから検出器に放出されてもよい。これにより、第１のイオンパケットはＩＭＳを通過する必要がないので、電荷を比較的迅速に検出することができる。
【００２６】
本方法は、検出器を用いて第２のイオンパケット内のイオンの電荷を検出することと、第２のイオンパケット内で検出されたイオンの電荷と所定の最大電荷との間の差を決定することと、第３の後続のイオンパケットをイオントラップからＩＭＳへ放出することとさらに含み、第３のイオンパケットの形成は、第３のイオンパケット内のイオンの電荷が、所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、第２のイオンパケット内で検出された電荷と所定の最大電荷との間の差に基づいて制御される。
【００２７】
所定の最大電荷は、イオンパケット内の全てのイオンに対してパルス化されてＩＭＳ内に入れることが所望される総電荷であってもよい。この場合、第１のイオンパケット内の全てのイオンの総電荷は、検出器により検出される。
【００２８】
あるいは、所定の最大電荷は、イオンパケットにおいてパルス化されてＩＭＳ内に入ることが所望されるＩＭＳを通過する所定のドリフト時間範囲内のイオンの最大電荷量であってもよい。この場合、第１のイオンパケットは、イオンがＩＭＳを通過した後に検出器により検出され、検出器は、前記所定のドリフト時間範囲内のドリフト時間を有する第１のイオンパケット内のイオンの電荷量を決定し、この検出された電荷は所定の最大電荷と比較され、その比較を用いて、所定のドリフト時間範囲内のドリフト時間を有する第２のイオンパケット内のイオンが所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満である総電荷を有するように、第２のイオンパケットの形成を制御する。
【００２９】
あるいは、所定の最大電荷は、イオンパケットにおいてパルス化されてＩＭＳ内に入ることが所望されるＩＭＳを通過する所定のドリフト時間範囲内のイオンの最大電荷量であってもよく、前記所定のドリフト時間範囲を有するイオンは、所定の質量対電荷比の範囲を有すると仮定され、第１のイオンパケットが質量分析され、所定の質量対電荷比の範囲を有するこのパケット内のイオンの総電荷が検出され、この検出された電荷は所定の最大電荷と比較され、その比較を用いて、所定のドリフト時間範囲内のドリフト時間を有する第２のイオンパケット内のイオンが所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満である総電荷を有するように、第２のイオンパケットの形成を制御する。
【００３０】
イオントラップは、ＩＭＳ内へのパルス間の継続時間に対して好ましくは連続的に充填されない。
【００３１】
第２の態様から、本発明はイオン移動度分離または質量分離によるイオン分析方法を提供し、本方法は、
イオン移動度分離器分離領域（ＩＭＳ）及びイオンパケットをＩＭＳ内に放出するためのイオントラップを提供することと、
イオントラップから放出された各イオンパケットにおいて、ＩＭＳ内への放出が所望される所定の最大電荷を選択することと、
イオン源からのイオンを検出器に誘導し、検出されているイオン源からのイオンに起因して電荷が検出器で受信される速度を検出することと、
イオン源からのイオンをイオントラップ内に誘導し、イオン蓄積期間中にのみイオンを捕捉することと、
イオン蓄積期間の継続時間を選択するか、またはイオントラップ内に捕捉されたイオンの電荷が所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、蓄積期間中にイオントラップに向かって移動するイオンの減衰を制御することと、
イオンをイオントラップからＩＭＳ内に放出することと、
を含む。
【００３２】
イオン源は、検出器とイオントラップとの間に方向転換される連続的なイオンビームを生成し得る。
【００３３】
検出器は、好ましくは前記ＩＭＳの上流に提供される。
【００３４】
所定の最大電荷は、好ましくはイオンパケット内の全てのイオンに対してパルス化されてＩＭＳ内に入ることが所望される総電荷である。
【００３５】
イオントラップは、好ましくは、ＩＭＳ内へのパルスの間の継続時間にわたり連続的に充填されない。
【００３６】
本方法は、ＩＭＳを通過するイオンがそれらのイオン移動度に従って分離するように、第１の電界条件がＩＭＳ内に加えられる第１の動作モードで動作することと、ＩＭＳを通過するイオンがそれらの質量対電荷比に従って分離するように、第２の電界条件がＩＭＳ内に加えられる第２の動作モードで動作することとをさらに含み得る。
【００３７】
本発明は、ＩＭＳ分離領域内でのイオンのイオン移動度及び／または質量対電荷比に従ってイオンを分離することにより、イオンを分析するのに用いられ得る。第１の電界条件がＩＭＳ分離領域にわたり加えられる場合、分離領域内の緩衝ガスを通過するイオンは、それらのイオン移動度に従って分離することになる。対照的に、第２の電界条件がＩＭＳ分離領域にわたり加えられる場合、分離領域内の緩衝ガスを通過するイオンは、それらの質量対電荷比に従って分離することになる。分析器は、いずれかのモードで動作され得る、または一方のモードを実行し、次に他方のモードを実行するように２つのモード間で切り換えられ得る。
【００３８】
例えば、電界は、分離領域内の緩衝ガスを通してイオンを駆動させ、イオンをそれらのイオン移動度に従って分離させるように、分離領域に沿って連続的に整えられ得る。このモードでは、イオンは、緩衝ガス内のそれらのイオン移動度に依存するほぼ定常状態の速度で、分離領域を通って移動する。
【００３９】
あるいは、電界は、イオンを分離領域に通して駆動させるように、分離領域を通過するイオンがそれらのイオン移動度に従って分離されるようにパルス電圧を分離領域に印加することにより、分離領域に沿って間欠的に整えられ得る。このモードでは、イオンを分離領域に通して駆動させる電界がパルスを開始及び停止させるので、イオンは、イオンが分離領域内の緩衝ガスを通過する際にそれらの定常状態の速度に到達するのを妨げられる。したがって、分離領域を通過するイオンの速度は、次のパルスが印加される前に減衰する。これにより、イオンは、イオンが分離領域を通過する際にそれらの質量対電荷比に従って分離することになる。
【００４０】
イオンを緩衝ガスに通して駆動させるのに、電位障壁または井戸が分離領域に沿って搬送されることが考慮される。第１のモードでは、イオンを分離領域に通して駆動させるのに比較的遅い移動電位障壁または井戸が用いられ、その結果、イオンが分離領域を通過する際に、イオンはそれらのイオン移動度に従って分離し得る。第２のモードでは、イオンを分離領域に通して駆動させるのに比較的速い移動電位障壁または井戸が用いられ、その結果、イオンが分離領域を通過する際に、イオンはそれらの質量対電荷比に従って分離し得る。
【００４１】
分離領域は、米国公開第２０１０／００３２５６１号に開示される技術に従ってイオン移動度分離または質量対電荷比分離を達成するように動作され得る。
【００４２】
本発明は、上記の方法のいずれか１つを実行するように配置及び構成され、制御手段を有するイオン移動度分光計または質量分光計も提供する。
【００４３】
したがって、本発明は、イオン移動度分光計または質量分光計を提供し、本分光計は、
イオン移動度分離器分離領域（ＩＭＳ）、イオンパケットをＩＭＳ内に放出するためのイオントラップ、及び検出器、並びに、
イオントラップから第１のイオンパケットを放出させ、
検出器を用いて第１のイオンパケット内のイオンの電荷を検出し、
検出器により検出された電荷と、イオントラップからＩＭＳ内に放出された各イオンパケットにおいてＩＭＳ内の放出されることが所望される所定の最大電荷との間の差を決定し、かつ
第２のイオンパケット内のイオンの電荷が前記所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、第１のイオンパケット内で検出された電荷と所定の最大電荷との間の差に基づいて第２のイオンパケットの形成が制御されるように、第２の後続のイオンパケットをイオントラップからＩＭＳ内に放出するように配置及び適合された制御手段を備える。
【００４４】
本発明は、イオン移動度分光計または質量分光計も提供し、本分光計は、
イオン源、イオン移動度分離器分離領域（ＩＭＳ）、イオンパケットをＩＭＳ内に放出するためのイオントラップ、及び検出器、並びに、
イオン源からのイオンを検出器に誘導し、検出されているイオン源からのイオンに起因して電荷が検出器で受信される速度を検出し、
イオン源からのイオンをイオントラップ内に誘導し、イオン蓄積期間中にのみイオンを捕捉し、
イオン蓄積期間の継続時間を選択し、またはイオントラップ内に捕捉されたイオンの電荷がイオントラップから放出された各イオンパケットにおいてＩＭＳ内への放出が所望される所定の最大電荷と実質的に同一であるか、またはそれ未満になるように、蓄積期間中にイオントラップの方に伝搬するイオンの減衰を制御し、かつ
イオンをイオントラップからＩＭＳ内に放出するように配置及び適合された制御手段を備える。
【００４５】
これらの質量分光計はさらに、
（ａ）（ｉ）電子噴霧イオン化（「ＥＳＩ」）イオン源、（ｉｉ）大気圧光イオン化（「ＡＰＰＩ」）イオン源、（ｉｉｉ）大気圧化学イオン化（「ＡＰＣＩ」）イオン源、（ｉｖ）基質誘起レーザ脱着イオン化（「ＭＡＬＤＩ」）イオン源、（ｖ）レーザ脱着イオン化（「ＬＤＩ」）イオン源、（ｖｉ）大気圧イオン化（「ＡＰＩ」）イオン源、（ｖｉｉ）シリコン上脱着イオン化（「ＤＩＯＳ」）イオン源、（ｖｉｉｉ）電子衝撃（「ＥＩ」）イオン源、（ｉｘ）化学イオン化（「ＣＩ」）イオン源、（ｘ）フィールドイオン化（「ＦＩ」）イオン源、（ｘｉ）フィールド脱着（「ＦＤ」）イオン源、（ｘｉｉ）誘導結合プラズマ（「ＩＣＰ」）イオン源、（ｘｉｉｉ）高速原子爆撃（「ＦＡＢ」）イオン源、（ｘｉｖ）液体第２イオン質量分光計（「ＬＳＩＭＳ」）イオン源、（ｘｖ）脱着電子噴霧イオン化（「ＤＥＳＩ」）イオン源、（ｘｖｉ）ニッケル−６３放射性イオン源、（ｘｖｉｉ）大気圧基質誘起レーザ脱着イオン化イオン源、（ｘｖｉｉｉ）熱噴霧イオン源、（ｘｉｘ）大気抽出グロー放電イオン化（「ＡＳＧＤＩ」）イオン源、（ｘｘ）グロー放電（「ＧＤ」）イオン源、（ｘｘｉ）衝突イオン源、（ｘｘｉｉ）実時間直接分析（「ＤＡＲＴ」）イオン源、（ｘｘｉｉｉ）レーザ噴霧イオン化（「ＬＳＩ」）イオン源、（ｘｘｉｖ）音波噴霧イオン化（「ＳＳＩ」）イオン源、（ｘｘｖ）基質誘起吸入イオン化（「ＭＡＩＩ」）イオン源、及び（ｘｘｖｉ）溶媒誘起吸入イオン化（ＳＡＩＩ）イオン源から成る群から選択されるイオン源、及び／または
（ｂ）１つ以上の連続またはパルスイオン源、及び／または
（ｃ）１つ以上のイオンガイド、及び／または
（ｄ）１つ以上のイオン移動度分離装置及び／または１つ以上のフィールド非対称イオン移動度分光計装置、及び／または
（ｅ）１つ以上のイオントラップまたは１つ以上のイオン捕捉領域、及び／または
（ｆ）（ｉ）衝突誘発解離（「ＣＩＤ」）分裂装置、（ｉｉ）表面誘発解離（「ＳＩＤ」）分裂装置、（ｉｉｉ）電子移動解離（「ＥＴＤ」）分裂装置、（ｉｖ）電子捕獲解離（「ＥＣＤ」）分裂装置、（ｖ）電子衝突または衝撃解離分裂装置、（ｖｉ）光誘発解離（「ＰＩＤ」）分裂装置、（ｖｉｉ）レーザ誘発解離分裂装置、（ｖｉｉｉ）赤外放射誘発解離装置、（ｉｘ）紫外線放射誘発解離装置、（ｘ）ノズル−スキマー界面分裂装置、（ｘｉ）ソース内分裂装置、（ｘｉｉ）ソース内衝突誘発解離分裂装置、（ｘｉｉｉ）熱または温度源分裂装置、（ｘｉｖ）電界誘発分裂装置、（ｘｖ）磁界誘発分裂装置、（ｘｖｉ）酵素消化または酵素劣化分裂装置、（ｘｖｉｉ）イオン間反応分裂装置、（ｘｖｉｉｉ）イオン分子反応分裂装置、（ｘｉｘ）イオン原子反応分裂装置、（ｘｘ）イオン準安定イオン反応分裂装置、（ｘｘｉ）イオン準安定分子反応分裂装置、（ｘｘｉｉ）イオン準安定原子反応分裂装置、（ｘｘｉｉｉ）付加物を形成するまたはイオンを生成するためのイオン反応用イオン間反応装置、（ｘｘｉｖ）付加物を生成するまたはイオンを生成するためのイオン反応用イオン分子反応装置、（ｘｘｖ）付加物を生成するまたはイオンを生成するためのイオン反応用イオン−原子反応装置、（ｘｘｖｉ）付加物を生成するまたはイオンを生成するためのイオン反応用イオン−準安定イオン反応装置、（ｘｘｖｉｉ）付加物を生成するまたはイオンを生成するためのイオン反応用イオン−準分子反応装置、（ｘｘｖｉｉｉ）付加物を生成するまたはイオンを生成するためのイオン反応用イオン−準安定原子反応装置、（ｘｘｉｘ）電子イオン化解離（ＥＩＤ）分裂装置から成る群から選択される１つ以上の衝突、分裂または反応セル、及び／または
（ｇ）（ｉ）四極質量分析器、（ｉｉ）２Ｄまたは直線四極質量分析器、（ｉｉｉ）ポールまたは３Ｄ四極質量分析器、（ｉｖ）ペニングトラップ質量分析器、（ｖ）イオントラップ質量分析器、（ｖｉ）磁気区画質量分析器、（ｖｉｉ）イオンサイクロトロン共鳴（「ＩＣＲ」）質量分析器、（ｖｉｉｉ）フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴（「ＦＴＩＣＲ」）質量分析器、（ｉｘ）静電または軌道トラップ質量分析器、（ｘ）フーリエ変換静電または軌道トラップ質量分析器、（ｘｉ）フーリエ変換質量分析器、（ｘｉｉ）飛行時間質量分析器、（ｘｉｉｉ）直交加速飛行時間質量分析器、及び（ｘｉｖ）直線加速飛行時間質量分析器から成る群から選択される質量分析器、及び／または
（ｈ）１つ以上のエネルギー分析器または静電エネルギー分析器、及び／または
（ｉ）１つ以上のイオン検出器、及び／または
（ｊ）（ｉ）四極質量フィルタ、（ｉｉ）２Ｄまたは直線四極イオントラップ、（ｉｉｉ）ポールまたは３Ｄ四極イオントラップ、（ｉｖ）ペニングイオントラップ、（ｖ）イオントラップ、（ｖｉ）磁気区画質量フィルタ、（ｖｉｉ）飛行時間質量フィルタ、及び（ｖｉｉｉ）ウィーンフィルタから成る群から選択される１つ以上の質量フィルタ、及び／または
（ｋ）イオンをパルス化するための装置またはイオンゲート、及び／または
（ｌ）ほぼ連続的なイオンビームをパルスイオンビームに変換するための装置
を備えている。
【００４６】
これらの質量分光計はさらに、
（ｉ）外部樽状電極と同軸内部軸状電極とを備えたＣトラップ及び軌道トラップ（ＲＴＭ）質量分析器であって、第１の動作モードにおいて、イオンはＣトラップに伝送され、次に軌道トラップ（ＲＴＭ）質量分析器内に注入され、第２の動作モードにおいて、イオンはＣトラップに伝送され、次に衝突セルまたは電子移動解離装置に伝送され、少なくともいくつかのイオンは分裂イオンに分裂され、次に分裂イオンは、軌道トラップ（ＲＴＭ）質量分析器内に注入される前にＣトラップに伝送される質量分析器、及び／または
（ｉｉ）イオンが使用中にその内部で伝送される開口をそれぞれ有する複数の電極を備えた積み重ねられた環イオンガイドであって、電極の間隔はイオン経路の長さに沿って増加し、イオンガイドの上流部分における電極内の開口は第１の直径を有し、イオンガイドの下流部分における電極内の開口は第１の直径よりも小さい第２の直径を有し、ＡＣまたはＲＦ電圧の反対の位相が使用中に連続する電極に印加される、イオンガイド
のいずれかを備えてもよい。
【００４７】
これらの質量分光計は、ＡＣまたはＲＦ電圧を電極に供給するように配置及び適合された装置をさらに備えてもよい。ＡＣまたはＲＦ電圧は好ましくは、（ｉ）＜５０Ｖ頂点間、（ｉｉ）５０〜１００Ｖ頂点間、（ｉｉｉ）１００〜１５０Ｖ頂点間、（ｉｖ）１５０〜２００Ｖ頂点間、（ｖ）２００〜２５０Ｖ頂点間、（ｖｉ）２５０〜３００Ｖ頂点間、（ｖｉｉ）３００〜３５０Ｖ頂点間、（ｖｉｉｉ）３５０〜４００Ｖ頂点間、（ｉｘ）４００〜４５０Ｖ頂点間、（ｘ）４５０〜５００Ｖ頂点間、及び（ｘｉ）＞５００Ｖ頂点間から成る群から選択される振幅を有する。
【００４８】
ＡＣまたはＲＦ電圧は好ましくは、（ｉ）＜１００ｋＨｚ、（ｉｉ）１００〜２００ｋＨｚ、（ｉｉｉ）２００〜３００ｋＨｚ、（ｉｖ）３００〜４００ｋＨｚ、（ｖ）４００〜５００ｋＨｚ、（ｖｉ）０．５〜１．０ＭＨｚ、（ｖｉｉ）１．０〜１．５ＭＨｚ、（ｖｉｉｉ）１．５〜２．０ＭＨｚ、（ｉｘ）２．０〜２．５ＭＨｚ、（ｘ）２．５〜３．０ＭＨｚ、（ｘｉ）３．０〜３．５ＭＨｚ、（ｘｉｉ）３．５〜４．０ＭＨｚ、（ｘｉｉｉ）４．０〜４．５ＭＨｚ、（ｘｉｖ）４．５〜５．０ＭＨｚ、（ｘｖ）５．０〜５．５ＭＨｚ、（ｘｖｉ）５．５〜６．０Ｈｚ、（ｘｖｉｉ）６．０〜６．５ＭＨｚ、（ｘｖｉｉｉ）６．５〜７．０ＭＨｚ、（ｘｉｘ）７．０〜７．５ＭＨｚ、（ｘｘ）７．５〜８．０ＭＨｚ、（ｘｘｉ）８．０〜８．５ＭＨｚ、（ｘｘｉｉ）８．５〜９．０ＭＨｚ、（ｘｘｉｉｉ）９．０〜９．５ＭＨｚ、（ｘｘｉｖ）９．５〜１０．０ＭＨｚ、及び（ｘｘｖ）＞１０．０ＭＨｚから成る群から選択される周波数を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
本発明のさまざまな実施形態が、例としてのみ、付属の図面を参照して記載されることになる。
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態によるイオン移動度分光計を示す。
【図２】本発明の第２の実施形態によるイオン移動度分光計を示す。
【図３】本発明の第３の実施形態によるイオン移動度分光計を示す。
【図４Ａ】イオン検出器とイオン分析器との間でイオンビームを切り換えるための切換装置を示す。
【図４Ｂ】イオン検出器とイオン分析器との間でイオンビームを切り換えるための切換装置を示す。
【図５】本発明の好ましい実施形態による方法の一部を示す流れ図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図１は、好ましい実施形態によるイオン移動度分光計のブロック図を示す。本装置は、を入口ゲート電極２、イオン捕捉領域３、イオン移動度分離（ＩＭＳ）ドリフト管５、及び検出器７を備えている。動作中は、イオンビーム１が装置により受信される。このビームは、連続的イオンビームであっても、離散的イオンビームであってもよい。ビーム１は、イオン源から直接受信されてもよく、捕捉領域３の上流の分析装置または分裂／反応領域を通過してもよい。
【００５２】
好ましくは、捕捉領域３は、ＲＦ閉じ込めイオンガイドである。捕捉領域は、ロッドセットであっても、積み重ねられた環設計であっても、同軸構造であってもよい。捕捉領域３は、好ましくは緩衝ガスの注入により０．１〜１０ｔｏｒｒの圧力で維持される。
【００５３】
当該技術分野で周知の動作モードによれば、イオンは最初に蓄積期間中に捕捉領域３を充たすのを許可される。この期間中は、入口ゲート電極２に印加される電位は、イオン１がイオン捕捉領域３に入ることができるようなものであり、一方では、出口ゲート電極４は、捕捉領域３に入るイオンが出ることができないような電位に設定される。蓄積時間Ｔ１後、入口ゲート電極２に印加される電位は、イオンが捕捉領域３に実質的に入ることができないように変更される。同時に、または遅延時間後、出口ゲート電極４に印加される電位は、イオンが自由に捕捉領域３を出ることできるように変更される。次にイオンは、捕捉領域３からＩＭＳ分離ドリフト管５内に駆動される。イオンは、捕捉領域３の入口から出口への方向に移動するようにイオンに働きかけるＤＣ場により、ＤＣ移動波により、擬似電位駆動力により、または緩衝ガスの流れにより、ＩＭＳ装置５内に駆動され得る。
【００５４】
イオンは、比較的低い時間的及び空間的拡がりでＩＭＳドリフト管５に入る。全てのイオンが捕捉領域３を離れた後、出口ゲート電極４に印加される電位は、さらなるイオンが捕捉領域３を出ることができないように変更され、入口ゲート電極２に印加される電位は、次のイオン集団が捕捉領域３内で蓄積し始めるように変更される。同時に、または短い遅延時間後に、イオンは、ＤＣ場または移動波を印加することによりイオン移動度ドリフト管５の下方に押し出される。ドリフト管５は、好ましくは、ロッドセットまたは積み重ねられた環から構成され、かつ高圧で動作されるＲＦ閉じ込めイオンガイドである。第１のイオン集団がＩＭＳ装置５内のそれらのドリフト時間に従って分離している間、第２のイオン集合が、捕捉領域３内で蓄積されている。全てのイオンがＩＭＳドリフト管５を出ているとき、または所定のＩＭＳ分離時間が完了したとき、第２のイオン集合は捕捉領域３からＩＭＳ分離装置５内に放出され、第３のイオン集合はイオントラップ３内に蓄積される。
【００５５】
ＩＭＳ分離装置５を出るイオン６は検出器７上で記録される。イオンは、検出器７で記録される前に別の分析または分裂／反応領域を通過する。
【００５６】
従来の技術に従って、イオントラップ３における捕捉期間の継続時間は一定であり、ドリフト管５を用いたＩＭＳ分離のサイクル時間に同期している。イオントラップ３は、ＩＭＳ分離サイクルの間にイオンを捕捉することにより装置のデューティサイクルを高めるのに用いられる。しかしながら、そのような技術により、イオントラップ３内でイオンの電荷密度が高くなる場合があり、イオンが続いてイオントラップ３からＩＭＳドリフト管５内に放出されるとき、電荷密度が、イオンのドリフト時間を変更してＩＭＳピーク幅を広くする場合があると認識されている。
【００５７】
本発明の好ましい実施形態によれば、イオン捕捉領域３内で後続のイオン集団の蓄積時間を制御するために、ＩＭＳ分離装置５を通過しており且つ検出器７を用いて検出されている第１のイオン集団の電荷密度が、その自体の事前に記録されたデータ上で、またはそのデータと組み合わせて用いられる。この蓄積時間は、イオン捕捉領域３からＩＭＳ装置５に入る総電荷密度が所定の最大値を超えないように、ＩＭＳ装置５の分析性能制御が損なわれないように制御され得る。
【００５８】
例えば、動作中は、第１のイオン集団Ｐ（１）が、時間Ｔ１にわたり捕捉領域３内に蓄積される。この第１のイオン集団はパルス化されてＩＭＳドリフト管５内に入り、ＩＭＳ分離が時間期間Ｔにわたり（ＩＭＳ）起こる間、第２のイオン集団Ｐ（２）は、時間Ｔ２にわたりイオントラップ３内に蓄積され、Ｔ２＝Ｔ（ＩＭＳ）である。第１のイオン集団の電荷密度Ｉ（１）は、検出器７で測定され、第３のイオン集団Ｐ（３）に対してイオントラップ３内に蓄積される推定電荷密度Ｉ（３）が所定の限界Ｉ（Ｌ）内にあることを確保するのに必要とされる蓄積時間Ｔ３を計算するのに用いられる。式中、
【数１】
2016522401.tif 000003
好ましくはＴ（ＩＭＳ）に等しい場合に許容される最大蓄積時間Ｔ（最大）。
【００５９】
第１のイオン集団がＩＭＳ装置５及び検出器７により分析された後、第２のイオン集団がＩＭＳ装置５内に注入され、第３のイオン集団Ｐ（３）が時間Ｔ３にわたりイオントラップ３内に蓄積される。時間期間Ｔ３は、第１のイオン集団に対して第３のイオン集団の電荷密度を低減するようにＴ１未満であり得る。
【００６０】
イオンが時間Ｔ３にわたりイオントラップ３内に蓄積された後、これらのイオンは、ＩＭＳドリフト管５内に放出される前に別の時間期間時間Ｔ（ＩＭＳ）−Ｔ３にわたりイオントラップ内に保たれる。これは、第２のイオン集団がドリフト管５内に分離されている間、第３のイオン集団がドリフト管５に入らないことを確保する。一般に、
【数２】
2016522401.tif 000004
式中、Ｔｎは、イオントラップ３内の第ｎのイオン集団に対する蓄積時間を表す。Ｔ（ｎ−２）は、イオントラップ３内の第（ｎ−２）のイオン密度に対する蓄積時間を表す。Ｉ（Ｌ）は、ＩＭＳ飛行管５に入ることが所望される所定の電荷密度限界を表す。Ｉ（ｎ−２）は、第（ｎ−２）のイオン集団の電荷密度を表す。
【００６１】
捕捉領域３の蓄積時間のこの帰還制御は、実験時間の継続時間中の多くのＩＭＳサイクルにわたり継続し得る。イオントラップ３の蓄積時間は、ＩＭＳドリフト時間にほぼ等しい最大時間Ｔ（最大）と最小蓄積時間Ｔ（最小）との間で変化し得る。Ｔ（ｎ）＞Ｔ（最大）の場合、Ｔ（ｎ）はＴ（最大）に設定される。Ｔ（ｎ）＜Ｔ（最小）の場合、Ｔ（ｎ）＝Ｔ（最小）である。
【００６２】
本発明は、ＩＭＳ分離装置に入るイオン集団を制御するための他の方法も考慮する。例えば、データの傾向を検討して後続のイオン集団の電荷密度を予想し、ゆえにこの予想に基づいてこの後続の集団の蓄積時間を調節するために、イオン集団の予想の基準を単一の記録データ集合からのデータに置く代わりに、いくつかの事前に記録されたデータ集合が用いられてもよい。
【００６３】
記載される模範的な方法では、後続の単一のＩＭＳ分離に対する集団を調節するために、単一のＩＭＳ分離実験からのデータが用いられる。しかしながら、その各々がほぼ同じ蓄積時間を用いて取得される、複数のＩＭＳ実験の集合からのデータの平均または合計をとり、次に後続集合のＩＭＳデータに対する蓄積時間を予想するのに、このデータを用いるのが好ましい場合がある。
【００６４】
ＩＭＳ分離は、高いピーク容量を有する多次元データ集合を生成するために、液体または気体クロマトグラフィー（ＬＣまたはＧＣ）のようなクロマトグラム分離と組み合わされ得る、または入れ子にされ得る。
【００６５】
ＬＣクロマトグラフィーの場合、ピークは、基底で１〜１０秒の幅であり得る。クロマトグラフィーピークを効率的に抽出または記録するために、溶出時間中に少なくとも１０個の抽出点を記録するのが望ましい。したがって、１秒のクロマトグラフィーピークに対して、データは１００ｍｓ間隔で記録されるべきである。ＩＭＳ分離時間は１０ｍｓの大きさであり、個別の移動度ピークは１ｍｓ未満の幅であり得る。したがって、単一の１００ｍｓの抽出を１０個のＩＭＳ分離の合計または平均として記録することができる。これらの１０個のＩＭＳ分離の各々は、ほぼ同じイオン蓄積時間で実行されてもよく、次に蓄積時間は、初期の１０個のＩＭＳサイクル中に記録される総電荷密度に基づいて、後続の１０個のＩＭＳサイクルに対して変化してもよい。
【００６６】
図５には、上記の一般化された帰還ルーチンを表す流れ図が示される。
【００６７】
本発明の別の実施形態は、各ＩＭＳ分離または一群のＩＭＳ分離に先立って入力イオンビームの電荷密度を決定するために短い調査実験からデータを収集することである。後続のＩＭＳ分離サイクルに対する蓄積時間を調節するためにこの調査データを用いることができる。例えば、調査実験は、所定の短い蓄積時間にわたり捕捉領域３を充填することで構成され得る。次にこのイオン集団はＩＭＳ装置内に注入され、ドリフト管５の長さを移動し、検出器７への入射になるように仕向けられ得る。次に後続の蓄積に対する蓄積時間を予想するためにこのデータを用いることができる。この実施形態では、後続のイオン集団は、調査データからのイオンが浮遊領域を移動している時間の間に蓄積され得る。これにより、デューティサイクルを低減し、イオン源内で生成されるイオンを抽出する総効率を低くすることができる。
【００６８】
この実施形態においてデューティサイクルを高めるために、調査実験中にこの領域５を通しての駆動力を増加させることにより、ドリフト管５を通るイオンの通過時間を低減することができる。ＤＣ駆動力を用いる場合、ドリフト管を通るイオンの移動時間を減少させるためにＤＣ場が増加され得る。あるいは、ドリフト管５を通してイオンを駆動させるために移動ＤＣ場が用いられる場合、イオンがイオンの移動度とは無関係の移動波面を実質的にともなって移動するように、移動波の振幅が増加されてよく、または移動波の速度が減少されてもよい。このように調査走査中に駆動力を変化させることにより、調査走査中のＩＭＳの分解能が劣化する。しかしながら、このデータは電荷密度を算出するためにのみ用いられるので、イオンは調査走査中、良好に分離される必要はない。このように、調査走査が完了され得る時間は、分析ＩＭＳ分離に費やされるわずかな量の時間に削減されてもよく、そのために、実験のデューティサイクルは、調査走査を行う際に最小量のみに削減される。
【００６９】
上流の捕捉領域内でイオンを捕捉することなく調査走査が実行され得る代わりの方法が考慮される。この方法では、イオン源からの連続イオンビームが、ＩＭＳ浮遊領域５を通して加速され、イオンの電荷密度は検出器７により記録される。この調査実験中に記録される電荷密度は、後続のＩＭＳ実験または一群のＩＭＳ実験に対する所望の蓄積時間を算出または設定するのに用いられ得る。
【００７０】
図２は、図１に類似する本発明の別の実施形態を示し、同じ参照番号は対応する装置を表記する。図２に示される実施形態では、電極アセンブリ９がイオントラップ３の上流で配置され、第２のイオン検出器８がＩＭＳ装置５の上流に配置される。
【００７１】
動作中は、イオンの一部をイオン検出器８に誘導することにより、入力イオンビーム１内の電荷密度を決定するための調査データ集合が記録される。イオンビーム１は連続的なイオンビームであってもよく、イオントラップ３及び検出器８で受信されている間にイオンを切り換えるのに、電極アセンブリ９が用いられてもよい。イオンが検出器で受信される場合、単位時間当たりのそれらの電荷密度を測定することができる。ＩＭＳ装置５内に注入されるイオンの電荷密度があまりにも高くなるのを防止するように、次にイオントラップ３内に蓄積されるべきであるイオンに対する蓄積時間を決定するために、この値を用いることができる。検出器８を用いた入力電界密度の調査は、イオンがＩＭＳ装置５内で分離され、検出器７上で検出されている期間の一部分の間に実行され得る。このように、実験全体のデューティサイクルを最大限にすることができる。
【００７２】
米国特許第７６８３３１４号に記載されるようなパルスレンズアセンブリは、電極アセンブリ８に用いられ得る。この開示では、イオンビームが、可変のデューティサイクルで完全伝送とゼロ伝送との間で切り換えられる。イオンが、伝送サイクルの低いまたはゼロのデューティサイクル部分の間に検出器８に向かって誘導されることが考慮される。次に、イオン捕捉領域３の固定された蓄積時間中に減衰レンズのデューティサイクル及び／またはパルス減衰レンズのサイクル数を動的に調節するために、検出器８上で検出される信号を用いることができる。他の種類の減衰装置が用いられてもよい。
【００７３】
電極アセンブリ９は、周知のわずかな比率の入力イオンを検出器８に向けて誘導し、一方ではイオンの残りを捕捉領域３に向けて誘導するのに用いられ得る。次に捕捉領域３内の蓄積時間は、検出器８により検出された信号に基づいて変更され得る。あるいは、調査データは、イオンをＩＭＳ分離領域５に通すのではなく、短い時間期間にわたり捕捉領域３内にイオンを蓄積することにより取得されてもよい。これは、捕捉領域３から検出器８までのイオン通過時間が、捕捉領域３から検出器７までの通過時間未満であるときに有利な動作モードであり得る。これにより、ＩＭＳ分離時間よりも短い時間期間にわたり調査走査を実行することができ、ゆえに取得の総デューティサイクルが増加する。
【００７４】
検出器８は、電子倍増管またはファラデー板のような崩壊性検出器、または直列型誘導性電荷検出器のような非崩壊性検出器であり得る。
【００７５】
ＩＭＳ装置５は、四極質量フィルタまたは差分イオン移動度フィルタのような別の上流の分析装置と組み合わされ得る。さらにまたはあるいは、ＩＭＳ装置５は、四極質量フィルタまたは飛行時間質量フィルタのような１つ以上の下流の分析装置と組み合わされ得る。しかしながら、分解四極質量フィルタのような伝送される総電荷を制限する第２の下流の装置とともに用いられる場合、イオン検出器７に到達する信号は、ＩＭＳ装置５に入る電荷密度を表し得ないことに留意することが重要である。この問題を克服するために、第２の下流の装置は、第２の下流の装置に先立ってイオン集団を表すイオン集団の全伝送を可能にするためのモードに切り換えられ得る、またはイオンの電荷密度を測定するために、個別のイオン検出器が第２の下流の装置の上流に置かれ得る。
【００７６】
図３は、質量分析器がドリフト管５の下流に配置される実施形態を示す。図３の実施形態は、図２に類似しており、同じ要素は同じ参照番号で表記される。図３の実施形態では、分解四極質量フィルタ１２がＩＭＳドリフト管５の後に配置される。質量フィルタ１２はイオンを選別する場合、検出器７で記録されるイオン電流は、入力イオンビーム１の電荷密度を表すことにならない。装置は、四極ロッドセット１２がすべての質量対電荷比を伝送するようなＲＦ専用モードに設定される調査モードで動作され得る。次にイオン捕捉領域３の蓄積時間を制御するために、検出器７で測定される信号を用いることができる。
【００７７】
質量フィルタ１２を非選別モードで動作する代わりとして、イオンを質量フィルタに通して伝送させることなく検出器１０に通すことができるように、追加の検出器１０がＩＭＳドリフト管５の下流に配置されてもよい。調査走査中に、ＩＭＳドリフト管５から出るイオンを検出器１０に誘導するために切換または転換式電極配置１１が用いられてもよい。次に、捕捉領域３内のイオンの蓄積時間を調節するために検出器１０上で記録される信号を用いることができる。
【００７８】
図４Ａ及び図４Ｂは、イオン検出器と分析器との間でイオンを切り換えるのに用いられ得るデバイスの実施形態を示す。そのような装置は、図２の実施形態ではイオンを検出器８に切り換えるのに、図３の実施形態ではイオンを検出器１０に切り換えるのに用いられ得る。図４Ａ及び図４Ｂは、Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．，Ｖｏｌ．４８，Ｎｏ．８，Ａｕｇｕｓｔ１９７７に記載されるもののような４極静電レンズの表記を示す。このデバイスは、放物状内部電極表面を有する４つの電極を備えている。図４Ａは、入力イオンビーム１５がイオン検出器１３に向けて誘導されるモードでのデバイスを示す。図４Ｂは、入力ビーム１５が下流の分析器１４に向けて誘導される動作モードでのデバイスを示す。イオンビームを分割または方向転換する他の方法も検討される。
【００７９】
上記の実施形態では、上流の捕捉領域３に入る総電荷は所定の値内に制御される。しかしながら、いくつかの事例では、ＩＭＳ装置の性能は、飛行管に入る総電荷密度により著しく悪影響を受けずに、イオン移動度の特定範囲内の電荷密度のための悪影響を受け得る。その範囲外の移動度を有するイオンは、ＩＭＳ装置内のイオン総数が大きくても、著しく悪影響を受けることはない。この影響は、異なる種からのイオン群がＩＭＳドリフト管内で近接している時間の差のために生じる。例えば、ドリフト管内に放出されるイオン集団が、多くの異なる分析種からのイオンで構成される場合、これらのイオンの全ては、ドリフト管内の狭い帯域内でのイオン注入点でのみ残る。これらのイオンは、ドリフト管に沿って押し出されるにつれて互いからドリフト管の異なる帯域または領域内に分離する。しかしながら、同じイオン移動度を有するイオン集団の一部は狭い帯域内に留まり、ゆえにドリフト管の長さの大部分または全体に対して、極めて接近したままである。これらのイオンに対する空間電荷相互作用の影響は、特にこの移動度範囲内で電荷密度が高い場合に、大きいことがある。電荷密度の高い種と分離している電荷密度が低く移動度の異なるイオン集団の一部は、短い時間期間にわたり空間電荷相互作用の影響を受ける場合があり、したがってこれらの種に対しては、ピーク形状の歪み及び／またはドリフト時間の偏移はそれほど大きくない。
【００８０】
この場合、ドリフト管内に注入される総電荷を制御することではなく、特定のドリフト時間範囲内の電荷密度を制御することが望ましい。電荷はＩＭＳ分離が生じた後に測定されなければならないけれども、ドリフト管５内に注入される総電荷密度を制御するための記載される方法のいずれかが用いられ得る。この方法のいくつかの実施形態が検討される。
【００８１】
例えば、ＩＭＳドリフト時間クロマトグラムを記録するために検出器７または１０が用いられてもよく、イオン捕捉領域３内のイオン蓄積時間、または固定された蓄積時間中のその捕捉領域３に先立つイオンの減衰を制御するために、このクロマトグラムの特定の領域（単数）または領域（複数）内の総電荷密度が測定され、用いられてもよい。あるいは、ゲート電極は、選択されたドリフト時間領域（単数）または複数のドリフト時間領域（複数）のみが、ＩＭＳサイクル中に検出器７または１０に到達するのを許可されるように、ＩＭＳ装置５の後に配置されてもよい。この場合、複数のドリフト時間領域から記録されたデータは、単一の電荷密度値に足し合わせられてもよく、個別に問い合わせられてもよい。これらの事例の両方において、蓄積期間中の条件を変更することにより、ＩＭＳ装置を通っての特定の移動度またはドリフト時間を有するイオン集団の電荷密度を所定の最大値に保つ意図である。これは、捕捉領域内に注入される総電荷の最大値を制御することとも組み合わされてもよい。しかしながらこの最大の総電荷は、特定のドリフト時間領域に対して許容される電荷よりも大きい。
【００８２】
ＩＭＳ装置５が下流の質量分析器とともに用いられ、特定のドリフト時間範囲内の電荷密度を推定するまたは見積もるために、質量対電荷比の特定範囲内で記録される電荷密度が用いられることに留意すべきである。これは、質量対電荷比とＩＭＳドリフト時間との間の強力な正の相関のためである。
【００８３】
ＩＭＳ装置が下流の分析器、例えば飛行時間分析器と結合される場合、特定のドリフト時間範囲（単数）または範囲（複数）内のピーク形状及び／またはドリフト時間測定値が、ＩＭＳ装置内の空間電荷相互作用のために損なわれないように、ＩＭＳ装置内に入る総イオン集団を制御するために、特定の範囲（単数）または範囲（複数）内の電荷密度を用いるのが好ましい。
【００８４】
議論されるすべての事例では、印加されているイオン集団の減衰を表す値を記録するのが好ましい。この値は、取得中に記録されるデータの強度を再調整し、減衰前の入力イオンビームの強度を表するのに用いられ得る。これにより、いくつかのイオンが処分されるとしても、本システムの定量的な性能を維持することができる。
【００８５】
本発明は好ましい実施形態を参照して記載されているけれども、形態及び詳細のさまざまな変更が、付属の請求項に説明されるような本発明の範囲を逸脱することなく行われ得ると当業者に理解されるであろう。
【００８６】
例えば、イオンが、ＩＭＳサイクル毎に一度のみ上流のトラップ３内に蓄積されるようなものとして記載されているけれども、本発明は、イオンがトラップ３に配送される、または固定されたまたは可変の蓄積時間中に一連のイオンパケットとして捕捉領域３に入るのを許可されるようなモードも考慮していることに留意するべきである。
【００８７】
固定された蓄積時間がある事例では、連続的な入力イオンビームは、蓄積時間中に高伝送と低伝送との間で切り換えられ得るまたは堰き止められ得る。捕捉領域内に蓄積されている所望の電荷密度を生じさせ、ＩＭＳ装置５内に放出されるイオン集団の制御を可能にするために、ゲート電圧のデューティサイクルを変更することができる。イオン集団をトラップ内に蓄積するそのようなゲート装置及び方法は米国公開第２０１２／０１１９０７８号に記載される。蓄積時間中の別個のゲート期間の数が再現可能であることは有利である。したがって、蓄積期間の数及び総蓄積期間、ゆえにＩＭＳサイクル時間は、好ましくはイオンビームゲート期間の再現可能な整数が総蓄積時間期間毎に生じるように同期される。
【００８８】
ゲート期間（単数）または期間（複数）がＩＭＳ分離サイクル時間に同期されるのが好ましいけれども、蓄積期間（単数）または（複数）がＩＭＳ分離サイクル時間に同期され得ないことも考慮される。この場合、ＩＭＳ装置５への注入に先立って捕捉領域３内に蓄積される電荷密度にある不確実性があり得る。この不確実性、またはイオンが捕捉領域３を充填するのを許可される時間誤差が、総蓄積時間に比べて小さい場合、記載される本方法は、十分に且つ本発明の趣旨を逸脱することなく、イオン集団を尚も制御するであろう。
【００８９】
別の方法では、イオンが固定された時間期間に対して蓄積されてもよく、ＩＭＳ分離装置内に注入される標的電荷密度を超えないように入力イオンビームを減衰させるために、焦点ぼけレンズのような上流の減衰装置が用いられてもよい。
【００９０】
別の方法では、イオンは、固定された時間にわたり上流のイオン捕捉領域内で蓄積されてもよいが、捕捉領域内の総電荷密度の一部のみがＩＭＳ装置内に放出される。捕捉領域から放出される電荷量を、例えば上記の方法を用いることにより所定の最大値内にあるように制御することができる。これは、イオンが可変な時間期間にわたり捕捉領域を出るのを許可されるように、捕捉領域の出口にゲート電極を提供し、ゲート電極電位を１回以上パルス化することにより達成され得る。あるいは、捕捉領域内のイオン集団を周知の電荷密度のいくつかの集団に分割することができ、次にこれらの副集団の一定数のみがＩＭＳ装置内に放出される。イオン集団は、複数の軸方向のＤＣ電位井戸を形成するためにＤＣ電位をいくつかの区画に印加することにより、区画化されたＲＦ閉じ込めイオンガイド内で区分され得る。
【００９１】
本発明を用いて、イオン集団を制御し、ＢｅｌｏｖらのＡｎａｌ  Ｃｈｅｍ．２００７  Ｍａｒｃｈ  １５；７９（６）：２４５１〜２４６２．ＭＵＬＴＩＰＬＥＸＥＤ  ＩＯＮ  ＭＯＢＩＬＩＴＹ  ＳＰＥＣＴＲＯＭＥＴＲＹ  −  ＯＲＴＨＯＧＯＮＡＬ  ＴＩＭＥ−ＯＦ−ＦＬＩＧＨＴ  ＭＡＳＳ  ＳＰＥＣＴＲＯＭＥＴＲＹに記載されるもののような多重化イオン移動度装置注入されるイオンに対して、空間電荷相互作用の影響をゆえに低減することができる。各パケットの電荷密度を制御するようにＩＭＳサイクル毎に注入されるイオンパケットの数を変化させることではなく、サイクル毎にＩＭＳ装置内に固定数のイオンパケットを放出することができる。
【００９２】
開示された本発明は、イオンが質量選択的に排出される上流の高容量イオントラップと組み合わせられてもよい。そのような装置の例は、国際出願第ＰＣＴ／ＧＴ２００８／００２９８１号または米国出願第１２／６７６１５４号に記載される。この用途では、高容量低性能分析イオントラップが、高性能低容量分析イオントラップ内に配置される。減衰装置が２つのトラップ内に配置される。動作中、イオンは、上流の低性能イオントラップから高性能イオントラップ内に質量選択的に排出され、イオンは、高性能イオントラップからほぼ同時に排出、検出され、したがって質量スペクトルを作り出す。これにより、上流の分析イオントラップのみが、その分析走査中はいつでも総イオン集団の一部を含むことになる。これにより、この第２のイオントラップの分析性能が空間電荷相互作用のために損なわれる尤度が低減する。加えて、調査質量スペクトルが、イオントラップの一方からのまたは両方からの質量選択排出により得られた後、下流の分析イオントラップ内のイオン集団がこの関連する走査プロセスのいずれかの部分の間に所定の上限を超えないように、上流のイオントラップを出る、異なる質量対電荷比を有する総イオン集団の一部の伝送が動的に調節され得る。
【００９３】
この低性能分析イオントラップ及び減衰装置は、捕捉領域３の上流で配置され得る。トラップの上流でのイオン集団の質量対電荷比調査走査と、質量対電荷比とＩＭＳドリフト時間との間の周知の相関とに基づいて、イオンがＩＭＳ装置の捕捉領域内に蓄積されているときに、特定の質量対電荷比範囲内の電荷密度（ゆえに、特定の推定移動度範囲）を必要とされる限度内で制御することができるように、減衰レンズは動的に変化し得る。イオンは、イオンが上流の低性能高容量イオントラップからの排出されるのとほぼ同時に捕捉領域３内に蓄積され得る。上流の高容量分析イオントラップとＩＭＳ捕捉領域３との間のイオン伝送は、このプロセス中は減衰レンズにより制御される。イオンがＩＭＳ捕捉領域３内に蓄積された後に、その集団はＩＭＳ装置５内に放出され、上記のように分離され得る。
【００９４】
ＩＭＳ捕捉領域３を充填する間に各質量対電荷比範囲にわたり加えられるイオン集団の減衰を表す値を記録するのが好ましい。この値は、取得中に記録されたデータの強度を再調整し、減衰前の入力イオンビームの強度を表すのに用いられ得る。これにより、いくつかのイオンが処分されても、本システムの定量的な性能を維持することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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