イオン移動度に対するイオン光学ドレイン
試料分析システムは、試料分析システム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。イオン除去機構は、イオン移動度フィルタを質量分析器計に接続する、イオン光学アセンブリの中に含むことができる。試料分析システムによって分析される試料は、イオン移動度フィルタの中へ進入させられ得る。イオン移動度フィルタは、試料のイオンを濾過して、濾過したイオン群をイオン光学アセンブリに通す。イオン光学アセンブリは、イオン群の中のイオンのうちのいくつかまたは全てが検出される質量分析器に、濾過したイオン群を輸送する。イオン除去機構は、次いで、第２の濾過した群を通過させる前に、第１の濾過した群から残った全てまたは実質的に全ての残留イオンをイオン光学系から除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の援用）
本願は、米国仮特許出願第６１／１６０，９２５号（２００９年３月１７日出願、名称「Ｉｏｎ Ｏｐｔｉｃｓ Ｄｒａｉｎ Ｆｏｒ Ｉｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ，」）の利益を主張する。該出願の全体が参照により本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
イオン移動度分離デバイスは、一般的に、関心の試料成分を分析する際にさらなる選択性を提供するように、質量分光器システムに組み込まれる。これらのシステムは、複数の異なる検体を同時に監視することを可能にする。しかしながら、イオン滞留時間のため、複数の異なる検体を処理することは、化学的クロストークの問題につながる可能性がある。化学的クロストークは、一方のサンプルからのイオンが、もう一方のサンプルからのイオンに関して得られたデータを汚染した時に生じる。
【０００３】
故に、化学的クロストークを低減または排除するように、質量分光器システムからイオンを除去する必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
説明されるシステムおよび方法は、とりわけ、イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するために、試料分析システムの中にイオン除去機構を組み込む。イオン除去機構は、イオン移動度フィルタを質量分析器に接続する、イオン光学アセンブリの中に含むことができる。試料分析システムによって分析される試料は、イオン移動度フィルタの中へ進入させられ得る。イオン移動度フィルタは、試料のイオンを濾過して、濾過したイオン群をイオン光学アセンブリに通す。イオン光学アセンブリは、該イオン群の中のイオンのうちの一部または全てが検出される質量分析器に、濾過したイオン群を輸送する。イオン除去機構は、次いで、第２の濾過した群を通過させる前に、第１の濾過した群から残った残留イオンの全てまたは大部分をイオン光学系から除去する。
【０００５】
一局面では、試料分析システムは、第１のイオン群を通過させるための、イオン移動度フィルタと、第１のイオン群を分析するための、質量分析器と、イオン移動度フィルタからイオン質量分析器に第１のイオン群を輸送するための、イオン光学アセンブリであって、イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するためのイオン除去機構を含む、イオン光学アセンブリとを含む。
【０００６】
試料分析システムは、イオン移動度フィルタ、質量分析器、およびイオン光学アセンブリのうちの１つに、または３つ全ての組み合わせに動作可能に接続され、それぞれの動作を制御するためのコントローラを含むことができる。コントローラは、イオンをイオン移動度フィルタおよびイオン光学アセンブリに通過させる時間を表す、少なくとも第１の期間と、イオン除去機構を動作させてイオン光学アセンブリから残留イオンを除去するための時間を表す、少なくとも第２の期間とを規定するためのタイマーを含むことができる。
【０００７】
イオン移動度フィルタは、低電場移動度セパレータ、高電場移動度セパレータ、微分移動度セパレータのうちの１つまたは複数から選択することができる。一局面では、イオン移動度フィルタは、電場非対称波形イオン移動度システム（ＦＡＩＭＳ）、微分型移動度分光法（ＤＭＳ）、イオン移動度分光法（ＩＭＳ）、または微分型移動度分析器（ＤＭＡ）のうちの１つまたは複数であることができる。
【０００８】
別の局面では、イオン移動度フィルタは、第１の圧力領域の中に位置することができ、質量分析器は、第１の圧力領域とは異なる第２の圧力領域の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の圧力領域の中の圧力に対して中間の圧力を有する第３圧力領域の中に位置することができる。第３の圧力領域は、複数の異なる圧力領域を含むことができる。
【０００９】
一局面では、イオン光学アセンブリは、多極子アレイ、リングガイド、イオン漏斗、または進行波デバイスのうちの１つまたは複数であることができる。
【００１０】
別の局面では、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、多極子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源を含む。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排出するために多極子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ように、ＤＣ電位を印加することができる。
【００１１】
さらに別の局面では、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電位を発生させるための電源と連通している少なくとも１つの電極を含む。イオン除去機構は、イオン光学アセンブリから外へ残留イオンを半径方向に排出する電場を生成するＤＣ電位を発生させることができる。イオン除去機構はまた、イオン光学アセンブリから外へ残留イオンを排出する軸方向電場を作成するＤＣ電位を発生させることもできる。少なくとも１つの電極は、ＬＩＮＡＣ、抵抗イオンガイド、レンズ電極スタック、イオン漏斗、または進行波イオンガイドのうちの１つまたは複数であることができる。
【００１２】
一局面では、イオン除去機構は、イオン光学系を通したイオン運動を加速するようにＤＣ電位を発生させるための、電源と連通している少なくとも１つの電極を含む。別の局面では、コントローラは、イオンを脱集束させ、かつイオン光学アセンブリからイオン除去するように、イオン光学アセンブリ内のＲＦ電位を減少させる、または除去するためのイオン除去機構と連通している。
【００１３】
１つのプロセスでは、試料を分析するための方法は、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と、イオン移動度フィルタを使用して、第１のイオン群を濾過するステップと、イオン光学アセンブリを使用して、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ステップと、質量分析器を使用して、第１のイオン群を分析するステップとを含む。第１のイオン群を濾過するステップ、および第１のイオン群を輸送するステップは、第１の期間中に生じることができる。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の期間中に生じることができる。第３の期間中に、イオン移動度フィルタは、第２のイオン群を濾過することができ、イオン光学アセンブリは、イオン移動度フィルタから前記質量分析器に前記第２のイオン群を輸送することができる。
【００１４】
別のプロセスにおいて、試料を分析するための方法は、ａ）第１の期間中に、イオン移動度に基づいてイオンの第１の部分を選択し、イオン光学アセンブリを使用してイオンの第１の部分を質量分析器に透過させるステップと、ｂ）第２の期間中に、イオン移動度に基づいてイオンの第２の部分を選択し、イオン光学アセンブリを使用してイオンの第２の部分を質量分析器に透過させるステップと、ｃ）第３の期間中に、イオン光学アセンブリの少なくとも第１の部分から残留イオンを空にするステップであって、第３の期間は、第１および第２の軒間の間に生じる、ステップとを含む。ステップａ）からステップｃ）は、反復的に繰り返すことができる。
【００１５】
本出願人の教示のこれらの特徴および他の特徴を、本明細書に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明の前述および他の目的および利点は、添付図面を参照して、以下の本発明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、以下に記載される図面が例示のみを目的とすることを理解されるであろう。図面は、いかなる形であれ本出願人の教示の範囲を限定することを意図するものではない。
【図１】図１は、本発明の例示的一実施形態による、質量分光器システムの概略図である。
【図２】図２は、図１に記載のシステムでの使用に好適な質量分光器システムへの移動度インターフェースの分解図である。
【図３】図３は、図１に記載のシステムでの使用に好適なイオン光学系および質量分析器の構造を概略的に示す図である。
【図４】図４は、図３に記載のシステムに含むのに好適な４極子イオン光学系アレイの断面図である。
【図５】図５は、４極子イオン光学系アレイの断面図、およびイオン除去機構の例示的な構成の図である。
【図６】図６は、４極子イオン光学系の断面図、およびドレイン電極を使用したイオン除去機構の別の可能な構成の図である。
【図７】図７は、４極子イオン光学系の断面図、およびイオン除去機構の別の可能な構成の図である。
【図８】図８は、図５に示されるように設定したデバイスを使用して収集される、多重反応モニタリングデータの線図である。
【図９】図９は、図７に示されるようにデバイスを動作するためのタイミング図である。
【図１０−１】図１０は、図９に関連してドレイン時間を変化させた場合の分析信号データの線図である。
【図１０−２】図１０は、図９に関連してドレイン時間を変化させた場合の分析信号データの線図である。
【図１０−３】図１０は、図９に関連してドレイン時間を変化させた場合の分析信号データの線図である。
【図１０−４】図１０は、図９に関連してドレイン時間を変化させた場合の分析信号データの線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本出願人の教示は、種々の実施形態とともに説明されているが、本出願人の教示を当該の実施形態に限定することを意図したものではない。逆に、本出願人の教示は、当業者によって理解されるように、様々な代替物、変形物、および同等物を包含する。例えば、例示されるシステムは、イオン光学系の中でのイオン除去を表すが、イオン除去は、イオン源、移動度分離デバイス、イオン源からの管路、質量分析器セル、または質量分光システム内の他の場所の中で成され得る。
【００１８】
図１は、質量分光器システム１０の概略図を示す。示される質量分光器システム１０は、試料導入システム１１と、イオン源１５と、イオン移動度分離デバイス１２と、計測光学系１４と、イオン除去機構２４と、質量分析器１８と、コントローラ２０と、タイマー２２とを備える。コントローラ２０は、試料導入システム１１、イオン源１５、イオン移動度分離デバイス１２、計測光学系１４、および質量分析器１８に接続される。
【００１９】
試料導入システム１１は、当業者に公知のあらゆる好適な試料導入システムであることができる。試料導入システム１１は、イオン源１５に接続される。イオン源１５は、導入システム１１と一体的であるか、または導入システム１１と別体であることができ、当業者に公知のあらゆる好適なイオン源であることができる。例えば、２つの要素１１および１５は、溶液中に溶解された試料検体からイオンを発生させる能力を伴う、エレクトロスプレー源を備えることができる。試料導入システム１１およびイオン源１５の他の例示的な配設は、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の配設、または複数の導入システムおよび／もしくは導入源を伴う構成である。しかしながら、あらゆる好適な試料導入システムおよびイオン源を使用することができる。
【００２０】
特定の実施形態では、試料成分は、試料導入システム１１を通して質量分光器システム１０の中に挿入される。ガス流１６は、イオン移動度分離デバイス１２を通して試料導入システム１１およびイオン源１５から試料を輸送する。当業者は、イオン源とガス流１６との間の領域の中に対向ガス流を含むことが共通であることを理解されるであろう。対向ガス流（カーテンガス）は、イオンをクラスタ分離し、かつ中性粒子が真空システムに進入することを防止する。イオン移動度分離デバイス（イオン移動度フィルタとしても公知である）１２は、ガスを通したイオン種の移動度または速度に基づいて、試料から所望の１つまたは複数のイオン群を分離する。特定のイオン種の移動度は、サイズおよび形状を含む、多数のパラメータに依存する。イオン移動度デバイス１２は、質量が同一である異なるイオンを、システム１０の質量分析器１８等の質量分析器の前に区別できるように、同重核化合物を分離することを可能にする。図１に記載の質量分光器システム１０で使用されるイオン移動度分離デバイスは、当業者に公知のあらゆるイオン移動度デバイス（例えば、電場非対称波形イオン移動度システム（ＦＡＩＭＳ）、微分型移動度分光法（ＤＭＳ）、イオン移動度分光法（ＩＭＳ）、微分型移動度分析器（ＤＭＡ）、高電場、低電場等）であってもよいことを理解されるであろう。コントローラ２０は、イオン移動度デバイス１２に連結され、試料から特定のイオン種を選択するように移動度フィルタの設定を制御することができる。イオン移動度デバイスによって所望のイオン種が濾過されると、濾過したイオン群は、イオン光学１４に通される。
【００２１】
イオン光学アセンブリ１４は、イオンをイオン光路に集束させて、イオンを質量分析器１８に方向付けるように、ＲＦ電場を使用することができる。システム１０で使用されるイオン光学アセンブリは、当業者に公知のあらゆるイオン光学系（例えば、多極子アレイ、抵抗イオンガイド、イオン漏斗、進行波イオンガイド）で構成され得ることを理解されるであろう。示されるイオン光学アセンブリ１４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、イオン除去機構２４を備える。コントローラ２０は、イオン光学アセンブリ１４およびイオン除去機構２４に連結され、これらに対するＲＦ電位およびＤＣ電位の印加を制御することができる。
【００２２】
イオンは、イオン光学アセンブリ１４を出た後に、イオン光路を介して、イオンがそれらの質量電荷比（ｍ／ｚ）に基づいて分離および検出される、質量分析器１８に進行する。検出されたイオンのデータは、メモリに記憶して、コンピュータまたはコンピュータソフトウェアによって（図示せず）分析することができる。コントローラ２０は、その動作を制御するように、質量分析器１８に連結される。
【００２３】
図１に記載のコントローラ２０は、タイマー２２を備える。種々の実施形態では、質量分光器システム１０の機能動作のための期間を規定して、同期させるために、タイマー２２を使用することができる。例えば、タイマー２２は、イオンがイオン移動度分離デバイス１２およびイオン光学１４を通過するための１つまたは複数の特定の期間、ならびにイオン光学アセンブリから残留イオンを除去するためにイオン除去機構２４を動作させるための１つまたは複数の特定の期間を規定することができる。質量分光器システム１０の動作中に、タイマー２２によって規定される複数の動作期間が、種々の組み合わせシーケンスで生じる可能性がある。種々の実施形態では、タイマー２２によって３つの相異なる期間が規定される。第１の期間は、第１のイオン群を選択的に濾過して、該第１のイオン群を、イオン光学アセンブリ１４を介して、質量分析器１８に透過させるために規定される。第２の期間は、第２のイオン群を選択的に濾過して、該第２のイオン群を、イオン光学アセンブリ１４を介して、質量分析器１８に透過させるために規定される。第３の期間は、イオン光学アセンブリ１４から残留イオンを空にするために規定され、該第３の期間は、第１および第２の期間の間に生じる。種々の実施形態では、タイム２２によって規定される３つの期間のシーケンスは、前述のように、質量分光器システム１０の動作中に反復的に生じる。
【００２４】
図２は、システム１０として図１に記載のシステムでの使用に好適な、質量分光器システム２６の分解図を示す。質量分光器システム２６は、ＤＭＳ移動度セル２８と、組み合わせたイオン光学／質量分析器デバイス３０の導入口と、オリフィス３２と、カーテンプレート３４と、ソース延長リング３８とを備える。ＤＭＳ移動度セル２８は、図１に記載のシステム１０の要素１２としての使用に好適な、イオン移動度分離デバイスの例である。ＤＭＳ移動度セル２８は、イオン光学／質量分析器デバイス３０に接続し、オリフィス３２によって分離される。カーテンプレート３４は、ＤＭＳ移動度セル２８に外嵌し、オリフィスプレート３２上に固定する。ソース延長リング３８は、図１に記載のイオン源１５等のイオン源（図２には示さず）をシステムに接続する。図２に示される実施例では、ソース延長リング３８は、イオン源１５とカーテンプレート３４との間に適切な間隔を提供する。加えて、図２に示されるように、ソース延長リング３８は、電位およびガス流をイオン源１５に送達するための経路を提供する。カーテンプレート３４は、カーテンガス流をイオン源１５に向かって方向付ける。高純度カーテンガス（例えば、Ｎ２）は、カーテンプレート３４とオリフィス３２との間を流れ、大きい中性粒子を溶解して排出することによって質量分光デバイス１０を清浄に保つのに役立つ。
【００２５】
図３は、要素３０として図２に記載のシステム２６の中に含むのに好適なイオン光学および質量分析器の一実施例の構造を概略的に、およびより詳細に示す。図３は、図１に記載のシステム１０のイオン除去機構２４としての使用に好適な、イオン除去機構４１を含むように改良したＡＰＩ５０００質量分光システムを示す。ＡＰＩ５０００は、イオンを除去するためのイオン除去機構を利用することができる、システムの一種である。図３は、計測光学系１４と、質量分析器１８と、イオン除去機構４１と、カーテンプレート３４と、オリフィス３２とを含む。計測光学系１４は、ＱＪｅｔＲＦイオンガイド４０と、ＩＱ０レンズ４４によって分離されるＱ０ＲＦイオンガイド４２とを備える。ＱＪｅｔＲＦイオンガイド４０は、ガス力学および無線周波数電場の組み合わせを使用して、イオンを捕捉して、集束させるために使用される。ＱＪｅｔ４０は、オリフィス３２から後続のＱ０ＲＦイオンガイド４２等のイオン光学にイオンを移送する。Ｑ０ＲＦイオンガイド４２は、中間圧力領域（図３に、≒６ｍトールと示される）を通してイオンを輸送し、ＩＱ１レンズを通して、質量分析器１８を含む高真空チャンバにイオンを送達する。図３に示されるように、質量分析器１８の範囲は、Ｑ１ ４極子分析器５０と、Ｑ２ ４極子衝突セル５２と、Ｑ３ ４極子分析器５４と、ＣＥＭ検出器５８とを備える。ＱＪｅｔＲＦイオンガイド４０と、Ｑ０ＲＦイオンガイド４２とを備える、示される計測光学系１４は、図１に記載のイオン光学アセンブリ１４で使用することができる光学系の一例である。しかしながら、いくつかの実施形態では、要素４０、４２は、他の種類のイオン光学系と組み合わせて個々に使用するか、または質量分光器システム１０では全く使用しないことができる。いくつかの実施形態では、ＱＪｅｔイオンガイド４０およびＱ０イオンガイド４２は、Ｑ１ ５０またはＱ３ ５４のいずれかに容量結合することができる。いくつかの実施形態では、イオン光学１４および質量分析器１８は、ある圧力範囲で動作する、開口によって分離される１つまたは複数の圧力領域を含むことができる。例えば、図３に記載のシステムでは、ＱＪｅｔ４０は２．５トールに設定され、Ｑ０ ４２は６ｍトールに設定され、Ｑ１ ５０、Ｑ２ ５２、およびＱ３ ５４を備える質量分析器１８は１０−５トールに設定される。当業者には、Ｑ２ ５２が、イオンを断片化するための衝突セルを備え、Ｑ２内のガス圧力が、Ｑ１ ５０およびＱ３ ５４の圧力よりも大幅に高くなり得ることが明らかになるであろう。イオン移動度デバイス１２は、典型的に大気圧（約７６０トール）で動作する、図２に記載のＤＭＳ移動度セル２８を備える。コントローラ２０は、種々の領域の中の圧力を調整するために使用することができる。
【００２６】
図３では、イオン除去機構４１は、Ｑ０ＲＦイオンガイド４２の電極を備える。この実施形態では、Ｑ０ＲＦイオンガイド４２は、図４に示される電源６１等の少なくとも１つの電源に電気的に接続され、該電源は、イオン光学アセンブリから外へイオンを移動させるために選択されるベクトル方向を有する電場を生成するように、電極に電圧を印加することができる。いくつかの実施形態では、イオン除去機構４１によって生成される電場は、イオン光学内の集束電場に打ち勝って、イオンを集束から外へ押し出すことによって、イオンを除去する。いくつかの実施形態では、イオン除去機構４１は、イオン光学系内の集束電場を排除して、イオンをドレインすることを可能にすることによって、イオンを除去する。イオンの脱集束の結果として、イオンは、イオン光学系内の電極と衝突することができ、もしくはガス流によってイオン光学系から外に搬送されることができ、または両方の組み合わせができる。電源６１は、イオン光学系からイオンを除去する電場を制御および印加することが可能であるプログラム可能なコントローラユニットであることができる、コントローラ２２の管理下で動作することができる。いくつかの実施形態では、イオン除去機構４１は、Ｑ０ ４２とは別体であるか（例えば、周辺電極）、ＱＪｅｔ４０と一体的であるか、または図１に記載の質量分光器システム１０の任意の他の部分であることができる。いくつかの実施形態では、イオン除去機構４１は、質量分光器デバイス１０内の電極に印加する電圧を制御するように、コントローラ２０と、タイマー２２とを含むことができる。いくつかの実施形態では、イオン除去機構４１は、質量分光構成要素へのＲＦ電位およびＤＣ電位の印加を制御するようコントローラ２０に命令するように構成することができる、コンピュータデバイス上のソフトウェアを含むことができる。例えば、ソフトウェアは、イオン光学系１４へのＲＦ電圧およびＤＣ電圧を制御するようにプログラムすることができる。イオン除去デバイス４１の可能な構成の他の実施例を、図４〜図７に関して以下に詳述する。
【００２７】
図２に記載のイオン移動度分離デバイスは、質量分光器システムの真空制限オリフィスの上に密封されるＤＭＳ移動度セル２８を備える。オリフィスへの真空牽引は、ＤＭＳセルを通した搬送ガス流を確立する。したがって、ＤＭＳセル内の滞留時間は、セルの容量に正比例し、搬送ガス流の流速に反比例する。例えば、図２に示されるＤＭＳ移動度セルの滞留時間は、≒６ｍｓであり得る。特定の実施形態では、移動度分離デバイスの中の滞留時間は、計測方法の中に一時停止時間を加えて、移動度状態が変化した時に、ガス流が移動度セルを通したイオン電流を再度安定させることを可能にするように、コントローラ２０のタイマー２２を使用することによって補償することができる。本明細書に与えられる実施例は、≒６ｍｓの滞留時間を伴うＤＭＳであったが、当業者には、移動度セル内の滞留時間が、代替の移動度技術について大幅に変化し得ることが明らかになるであろう。一例として、ＤＭＡの中の滞留時間は、約１ｍｓ以下であり得、円筒ＦＡＩＭＳ移動度分析器内の滞留時間は、約１００ｍｓであり得る。
【００２８】
移動度セルを通して移動するイオンは、オリフィスの両側の圧力差の結果として真空膨張が生じる、オリフィスの中に搬送される。図３では、イオンは、移動度フィルタの中の大気圧領域から、ＱＪｅｔイオンガイド４０の中の２．５トールの圧力領域の中に移動し、次いで、Ｑ０イオンガイド４２の中の６ｍトールの圧力領域の中に移動する。イオン光学系アセンブリ１４を通してイオンが移動するにつれて、ガス流１６は、特にＱ０イオンガイド４２の中で、分裂した状態になる可能性があり、とりわけ、イオン帯の広がりを引き起こす。イオン帯の広がりは、イオンの特定の部分が、異なる速度でイオン光学アセンブリ１４を通って移動する時に生じる。動作中に、イオン速度の差は、ＲＦ多極子内のイオン群の滞留時間の大幅な広がりを提供する可能性があり、それによって、大部分のイオンが通過した後に残留イオンが多極子内に残り得る。いくつかの条件下では、イオン光学系内の残留イオンの滞留時間が比較的に長くなる（すなわち、１００ｍｓを超える）可能性があり、したがって、残留イオンを補償するために長い一時停止時間が必要になり、結果的に、質量分光器システム１０等のデバイスの負荷サイクルを損なう。加えて、残留イオンは、イオン光学系を通過する後続の試料と混ざった時に、化学的クロストークを引き起こす可能性があり、誤ったデータ結果を引き起こす。
【００２９】
種々の実施形態では、図１に記載のイオン除去機構２４等のイオン除去機構は、イオン光学系から残留イオンを除去または大幅に低減し、それによって、試料間の化学的クロストークを防止または低減する。イオン除去は、非常に速く生じることが可能であるので、タイマー２２を使用して、前述のようにイオン移動度分離デバイスの中の滞留時間を補償するために使用される一時停止時間等の、計測の一時停止時間中に生じることが可能である。理論によって制限されるべきではないが、イオン除去機構２４は、デバイス内に不安定化電場または磁場を生成することによって、質量分光器システム１０から残留イオンを除去することができることを理解されたい。不安定化電場は、標準動作中に使用される質量分光器デバイス内の電場を変化させることができ、そしてイオンを脱集束させるか、またはデバイス内の集束電場に打ち勝つことができる。前述のように、イオン除去機構２４は、コンピュータデバイス上のソフトウェア、Ｑ０ＲＦイオンガイド４２等の計測イオン光学系、または質量分光デバイス内のイオンを脱集束させるために使用することができる任意の他の好適な組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態では、コントローラ２０は、イオン除去機構２４を制御するようにソフトウェアを記憶および実行するための好適なコンピュータデバイスであることができる。
【００３０】
本出願人の教示の態様は、以下の実施例に照らしてさらに理解され得るが、いかなる形であれ本出願人の教示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。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ることができる。
【００３１】
（実施例）
（実施例１）
図４は、図３に記載の計測光学系に含めるのに好適な、４極子イオン光学系アレイ６０の断面図を示す。アレイ６０は、４極子として示されるが、従来技術で公知であるような６極子、８極子、または任意の他の多極子であることができる。この例示的な説明図のために、イオン光学系アレイ６０は、図３に記載のＱ０イオンガイド４２等のＱ０ ＲＦイオンガイドであるが、当業者は、光学系アレイ６０が、図３に記載のＱＪｅｔイオンガイド４０等のＱＪｅｔＲＦイオンガイドであるか、または当技術分野で公知の種々の他のイオン光学系構成のうちの１つであり得ることを理解されるであろう。イオン光学系アレイ６０は、４極子ロッド６２Ａ〜６２Ｄを備える。電源６１は、ロッド６２Ａ〜６２Ｄに接続され、かつＲＦ電圧およびＤＣ電圧を各ロッドに印加することができる。電源６１は、ある範囲の相異なるＲＦ電圧およびＤＣ電圧をイオン光学系アレイ６０の各ロッドのそれぞれに印加するように、図１に記載のコントローラ２０によって制御することができる。この例示的な実施例では、Ｑ０イオン光学系６０がイオンをイオン光路に輸送して集束させるように動作している時に、各ロッドには、−１０ボルトのＤＣ電圧が印加される。ロッド６２Ａおよび６２Ｃには、それぞれ同一のＲＦ電圧（ＲＦＡ）が印加され、ロッド対間にＲＦＡ電場を生成する。ロッド６２Ｂおよび６２Ｄには、それぞれ同一のＲＦ電圧（ＲＦＢ）が印加され、ロッド対間にＲＦＢ電場を生成する。４極子アレイ内のＲＦ電場は、光学系アレイ６０内でイオンを集束させるように、重畳されるＤＣ電圧と組み合わせることができる。光学系アレイ６０は、図１に記載のイオン除去機構２４等のイオン除去機構を生成するように構成することができる。可能な構成は、実施例２の中で図５に関してさらに詳細に説明する。種々の実施形態では、イオン除去機構２４は、イオンを４極子ロッド６２Ａ〜６２Ｄのうちの１つと衝突させるか、またはガス流の結果として４極子ロッドの間から飛び出させることによって、残留イオンを排除または実質的に排除することができる。
【００３２】
（実施例２）
図５は、イオンドレイン期間中のイオン光学系アレイ６０を示す。図５では、光学系アレイ６０および電源６１は、図１に記載のイオン除去機構２４等のイオン除去機構を生成するように構成される。図５では、イオン除去機構は、タイマー２２によって規定されるドレイン期間中に、他の極に対して増大させたＤＣ電位（すなわち、＋２００Ｖ）を４極子ロッド６２Ｂおよび６２Ｄに印加する。これは、４極子電極に不平衡分解ＤＣ電位を印加する。ＤＣ電位は、コントローラ２０（図５には示さず）によって制御し、かつ電源６１によってロッド６２Ｂおよび６２Ｄに印加することができる。４極子ロッド６２Ｂおよび６２Ｄに印加される増大したＤＣ電位は、光学系アレイ６０によって印加される集束電場に打ち勝ち、かつ残留イオンを含むイオンを光路から離れて排出するように、極間に不安定化電場を生成する。
【００３３】
（実施例３）
図６は、別の可能な構成の４極子イオン光学系６０の断面図を示す。図６では、４極子アレイ６０とは別体であり、それぞれ、４極子ロッド６２Ａと６２Ｂとの間、および６２Ｃと６２Ｄとの間に配置される、ドレイン電極６４Ａおよび６４Ｂがある。当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、あらゆる好適な数または種類のドレイン電極を使用することができることを理解されるであろう。また、電源６１が、１つまたは複数の異なる電源を備えてもよいことも明白である。この実施例では、ドレイン電極６４Ａおよび６４Ｂは、図１に記載のイオン除去機構２４等のイオン除去機構を構成する。タイマー２２によって規定されるドレイン期間中に、ドレイン電極に連結された電源６１は、ＤＣ電位をドレイン電極６４Ａおよび６４Ｂに印加することができ、それらの間にＤＣ電場の勾配６８を生成する。ＤＣ電場の勾配６８は、光学系アレイ６０によって生成される集束電場に打ち勝ち、かつ残留イオンを含むあらゆるイオンをイオン光路から離れてイオン光学系から外に放出するように、不安定化電場としての役割を果たすことができる。印加しなければならない電場の大きさおよび時間の長さは、ＲＦ多極子内の圧力および放出されるイオンの移動度に依存する。種々の実施形態では、少なくとも１つの電極（この一例は、ＬＩＮＡＣ等の線形加速器であり得る）は、イオン光学系の近傍に配置され、かつ図１に記載のイオン除去機構２４としての使用に好適なイオン除去機構を構成する。電極は、ＲＦ多極子を通してイオンを加速するために、またはＲＦ多極子から残留イオンを排出するために使用することができる。電極に接続される電源は、ＤＣ電位を電極に印加することができ、残留イオンを含むイオンをイオン光学系から外へ軸方向に排出するように、電極に電場を発生させる。電極はまた、イオン光学系内の滞留時間を低減し、それによってイオンビームの拡散を低減または実質的に排除するように、イオンを加速することもできる。
【００３４】
（実施例４）
図７は、別の例示的な構成の４極子イオン光学系６０の断面図を示す。図７の例示的な実施例では、図１に記載のイオン除去機構２４としての使用に好適なイオン除去機構は、各ロッドに印加されるＲＦ電位を制御するように、コントローラ２０を電源６１および４極子ロッド６２Ａ〜６２Ｄに連結することによって生成することができる。この実施例では、イオン除去機構は、４極子ロッド６２Ａ〜６２ＤへのＲＦ電位、ＲＦＡおよびＲＦＢを、ほぼ０ボルトに減少させることによって動作する。前述のように、コンピュータデバイス上のソフトウェアは、規定された期間中にイオン光学系６０の中のＲＦ電場を除去または低減するようコントローラ２０に命令することができるようにプログラムすることができる。種々の実施形態では、４極子ロッドへのＲＦ電位は、４極子ロッド６２Ａ〜６２Ｄに容量結合される、図３に記載のＱ１ ５０およびＱ３ ５４分析器によって制御される。
【００３５】
通常のイオン輸送モード中に、４極子ロッド６２Ａ〜６２Ｄに印加されるＲＦ電位は、イオンを集束させてイオン光路の中に方向付ける役目を果たす、ＲＦ電位、ＲＦＡおよびＲＦＢを生成する。この例示的な実施例では、各ロッド６２Ａ〜６２ＤへのＲＦ電位を低減した結果、ＲＦＡおよびＲＦＢ電場は、実質的にまたは完全に排除され、したがって、イオン光学系６０内でイオンに印加される集束電場を除去する。集束電場ＲＦＡおよびＲＦＢの不足は、光学系内のイオンを、４極子ロッド６２Ａ〜６２Ｄのうちの１つと衝突させるか、ガス流の結果として４極子ロッドの間から飛び出させるか、または別の様態でイオン光学系６０から除去させる。タイマー２２によって規定されるイオンドレイン期間中に、イオン光学系内に存在する残留イオンは、４極子ロッド６２Ａ〜６２ＤからＲＦ電位を除去した結果として、イオン光路から散乱させられて、その後、イオン光学系から除去されることができる。
【００３６】
図８は、図５に示されるようなデバイス設定を使用し、かつＱＪｅｔイオン光学系を使用して収集した、多重反応モニタリング（ＭＲＭ）データの線図を示す。図８の線図７０Ａは、図１に記載のシステム１０としての使用に好適なＡＰＩ５０００質量分光器システムの中に進入した、レセルピン試料（一般に、抗精神病薬および高血圧治療薬として一般に使用される、インドールアルカロイド）のＭＲＭ信号７８を示す。データ収集の開始時には、−１０ボルトのＤＣ電位が、図５に記載の各４極子ロッド６２Ａ〜６２Ｄに印加される。線図７０Ａの期間７２（０．３４分から０．４１分）および期間７４（０．５２分から０．６分）の間、電源は、−１０ボルトに戻される前に、２００ボルトのＤＣ電位を４極子ロッド６２Ｂおよび６２Ｄに印加するように、コントローラ２０によって切り替えられる。線図７０Ａに示されるように、図５に示されるデバイス構成で、２００ＶのＤＣ電圧が極６２Ｂおよび６２Ｄに印加された時に、期間７２および７４の間、ＭＲＭ信号は、ほぼ０．０ｃｐｓである。線図７０Ｂは、レセルピンイオンについてのＭＲＭ信号の完全な排除を証明するように、期間７２のブローアップを示す。図８は、２．５トールで動作して、ＱＪｅｔイオン光学ロッドから残留レセルピンイオンを除去するための、図５に記載の構成のような、イオン除去機構の有効性を表す。
【００３７】
図９は、図７に示される除去機構等のイオン除去機構の動作についてのタイミング図８０を示す。タイミング図８０は、ドレイン時間８２と、一時停止時間８４と、ドウエル時間８８および９０とを含む。タイミング図８０では、ドウエル時間は、５ｍｓに設定される一方で、ドレイン時間および一時停止時間は、変数である。表１は、図２に示されるシステム等の質量分光器システムのＤＭＳ移動度セルに適用される設定を示す。表１の１行目には、特定のイオン種の透過を最大化するように適切な設定が与えられる（すなわち、ｍ／ｚ９２２）。この実験の全体を通して、質量分光器は、第１の質量分析器（Ｑ１）で測定した時にｍ／ｚが９２２であるイオンについての信号を監視する。表１に示される走査テーブルの第１の期間では、移動度デバイスは、約３０００Ｖの振幅を伴う分離電圧を印加するように構成される。これらの条件下で、関心の（ｍ／ｚ９２２）イオンの透過は、約４．２Ｖの補償電圧（ＣＶ）で最適化される。実験の際に、適切な設定を移動度デバイスに適用することで、最大強度分析信号が得られた。表１の２行目には、ｍ／ｚ９２２イオンの透過についての不適切な設定を示す。不適当な設定が移動度デバイスに適用された状態で、ｍ／ｚ９２２イオンの分析信号は、いかなるｍ／ｚ９２２イオンも移動度デバイスによって透過されないという結果として、完全に排除されるはずである。しかしながら、期間１と期間２との間で急速に切り替えた時に、ｍ／ｚ９２２イオンの分析信号は、それでも、イオン光学系内の、特に、図３に示されるようなＱＪｅｔＲＦイオンガイド４０内およびＱ０ＲＦイオンガイド４２内のクロストークの結果として、期間２の間に観察される。したがって、２行目の設定を使用して得られた信号は、質量分光器システムの移動イオン光学系内のクロストークを表す。
【００３８】
【表１】
図７のように構成したイオン除去機構２４の有効性を判定するために、図９に示されるように、計測一時停止時間の前に、タイマー２２によってドレイン期間８２を挿入した。表１の１行目による設定をドウエル時間８８中に適用すると、イオン種の最大透過が得られた（２行目のｍ／ｚ設定は、ドウエル時間９０中に適用した）。ドレイン期間８２の開始時に、Ｑ１およびＱ３を５ダルトンに設定し、かつ、期間２の移動度状態を設定し、それによって、Ｑ０イオン光学系から残留イオンを排出するように、図７の４極子ロッド６２Ａ〜６２ＤからＲＦ電位を実質的に除去（または低減）した。規定されたドレイン期間８２の直後に、表１の２行目（クロストーク）のｍ／ｚ設定を、Ｑ１質量分析器に適用した。
【００３９】
図１０は、前述したイオン除去実験の結果を示す。図１０は、図９に関してドレイン時間を変化させた、分析信号データの線図を示す。図１０は、カウント毎秒（ｃｐｓ）対時間（分）での信号強度を示す線図７０Ａ〜７０Ｅを含む。線図７０Ａは、イオン種の最大透過中の、２，８４７，１９３±１２０，８９０ｃｐｓに等しい、分析信号の強度を示す（条件は、表１による期間１によって規定される）。線図７０Ｂ〜７０Ｅでは、図９に記載の一時停止時間８４を、５ｍｓで一定に保つ一方で、図９に記載のドレイン時間８２を、１５ｍｓから３０ｍｓの間で変化させた。％クロストークは、以下の式に従って各ドレイン時間について計算される。
【００４０】
【数１】
線図７０Ｂ〜７０Ｅに示されるように、ドレイン時間８２が１５ｍｓから３０ｍｓに増大するにつれて、本質的に、残留イオンの全てが排除され、％クロストークは、０．０２１７％から０．００００３９％まで大幅に減少する。これらの実験について、イオン除去デバイスを完全に停止させて、デフォルトの２０ｍｓの一時停止時間を用いると、クロストークは、約３％であった。したがって、図１０に示される最低ドレイン時間（１５ｍｓ）であっても、いかなるイオン除去デバイスも伴わない同じハードウェアに対して、測定したクロストークは、約１００倍低減された。したがって、前述の実験は、イオン光学から残留イオンを除去する際のイオン除去機構が有効であること、および化学的クロストークを大幅に低減することを証明する。
【００４１】
当業者は、ルーチンの実験を超えるものを用いなくても、本明細書に記載する実施形態および具体的な態様の多くの等価物を知ること、または確認することができるであろう。故に、本発明は、本明細書に開示される実施形態に限定されないが、以下の特許請求の範囲によって理解されるべきであり、法律によって許容される最大の範囲で解釈されるべきである。
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の援用）
本願は、米国仮特許出願第６１／１６０，９２５号（２００９年３月１７日出願、名称「Ｉｏｎ Ｏｐｔｉｃｓ Ｄｒａｉｎ Ｆｏｒ Ｉｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ，」）の利益を主張する。該出願の全体が参照により本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
イオン移動度分離デバイスは、一般的に、関心の試料成分を分析する際にさらなる選択性を提供するように、質量分光器システムに組み込まれる。これらのシステムは、複数の異なる検体を同時に監視することを可能にする。しかしながら、イオン滞留時間のため、複数の異なる検体を処理することは、化学的クロストークの問題につながる可能性がある。化学的クロストークは、一方のサンプルからのイオンが、もう一方のサンプルからのイオンに関して得られたデータを汚染した時に生じる。
【０００３】
故に、化学的クロストークを低減または排除するように、質量分光器システムからイオンを除去する必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
説明されるシステムおよび方法は、とりわけ、イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するために、試料分析システムの中にイオン除去機構を組み込む。イオン除去機構は、イオン移動度フィルタを質量分析器に接続する、イオン光学アセンブリの中に含むことができる。試料分析システムによって分析される試料は、イオン移動度フィルタの中へ進入させられ得る。イオン移動度フィルタは、試料のイオンを濾過して、濾過したイオン群をイオン光学アセンブリに通す。イオン光学アセンブリは、該イオン群の中のイオンのうちの一部または全てが検出される質量分析器に、濾過したイオン群を輸送する。イオン除去機構は、次いで、第２の濾過した群を通過させる前に、第１の濾過した群から残った残留イオンの全てまたは大部分をイオン光学系から除去する。
【０００５】
一局面では、試料分析システムは、第１のイオン群を通過させるための、イオン移動度フィルタと、第１のイオン群を分析するための、質量分析器と、イオン移動度フィルタからイオン質量分析器に第１のイオン群を輸送するための、イオン光学アセンブリであって、イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するためのイオン除去機構を含む、イオン光学アセンブリとを含む。
【０００６】
試料分析システムは、イオン移動度フィルタ、質量分析器、およびイオン光学アセンブリのうちの１つに、または３つ全ての組み合わせに動作可能に接続され、それぞれの動作を制御するためのコントローラを含むことができる。コントローラは、イオンをイオン移動度フィルタおよびイオン光学アセンブリに通過させる時間を表す、少なくとも第１の期間と、イオン除去機構を動作させてイオン光学アセンブリから残留イオンを除去するための時間を表す、少なくとも第２の期間とを規定するためのタイマーを含むことができる。
【０００７】
イオン移動度フィルタは、低電場移動度セパレータ、高電場移動度セパレータ、微分移動度セパレータのうちの１つまたは複数から選択することができる。一局面では、イオン移動度フィルタは、電場非対称波形イオン移動度システム（ＦＡＩＭＳ）、微分型移動度分光法（ＤＭＳ）、イオン移動度分光法（ＩＭＳ）、または微分型移動度分析器（ＤＭＡ）のうちの１つまたは複数であることができる。
【０００８】
別の局面では、イオン移動度フィルタは、第１の圧力領域の中に位置することができ、質量分析器は、第１の圧力領域とは異なる第２の圧力領域の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の圧力領域の中の圧力に対して中間の圧力を有する第３圧力領域の中に位置することができる。第３の圧力領域は、複数の異なる圧力領域を含むことができる。
【０００９】
一局面では、イオン光学アセンブリは、多極子アレイ、リングガイド、イオン漏斗、または進行波デバイスのうちの１つまたは複数であることができる。
【００１０】
別の局面では、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、多極子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源を含む。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排出するために多極子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ように、ＤＣ電位を印加することができる。
【００１１】
さらに別の局面では、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電位を発生させるための電源と連通している少なくとも１つの電極を含む。イオン除去機構は、イオン光学アセンブリから外へ残留イオンを半径方向に排出する電場を生成するＤＣ電位を発生させることができる。イオン除去機構はまた、イオン光学アセンブリから外へ残留イオンを排出する軸方向電場を作成するＤＣ電位を発生させることもできる。少なくとも１つの電極は、ＬＩＮＡＣ、抵抗イオンガイド、レンズ電極スタック、イオン漏斗、または進行波イオンガイドのうちの１つまたは複数であることができる。
【００１２】
一局面では、イオン除去機構は、イオン光学系を通したイオン運動を加速するようにＤＣ電位を発生させるための、電源と連通している少なくとも１つの電極を含む。別の局面では、コントローラは、イオンを脱集束させ、かつイオン光学アセンブリからイオン除去するように、イオン光学アセンブリ内のＲＦ電位を減少させる、または除去するためのイオン除去機構と連通している。
【００１３】
１つのプロセスでは、試料を分析するための方法は、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と、イオン移動度フィルタを使用して、第１のイオン群を濾過するステップと、イオン光学アセンブリを使用して、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ステップと、質量分析器を使用して、第１のイオン群を分析するステップとを含む。第１のイオン群を濾過するステップ、および第１のイオン群を輸送するステップは、第１の期間中に生じることができる。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の期間中に生じることができる。第３の期間中に、イオン移動度フィルタは、第２のイオン群を濾過することができ、イオン光学アセンブリは、イオン移動度フィルタから前記質量分析器に前記第２のイオン群を輸送することができる。
【００１４】
別のプロセスにおいて、試料を分析するための方法は、ａ）第１の期間中に、イオン移動度に基づいてイオンの第１の部分を選択し、イオン光学アセンブリを使用してイオンの第１の部分を質量分析器に透過させるステップと、ｂ）第２の期間中に、イオン移動度に基づいてイオンの第２の部分を選択し、イオン光学アセンブリを使用してイオンの第２の部分を質量分析器に透過させるステップと、ｃ）第３の期間中に、イオン光学アセンブリの少なくとも第１の部分から残留イオンを空にするステップであって、第３の期間は、第１および第２の軒間の間に生じる、ステップとを含む。ステップａ）からステップｃ）は、反復的に繰り返すことができる。
【００１５】
本出願人の教示のこれらの特徴および他の特徴を、本明細書に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明の前述および他の目的および利点は、添付図面を参照して、以下の本発明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、以下に記載される図面が例示のみを目的とすることを理解されるであろう。図面は、いかなる形であれ本出願人の教示の範囲を限定することを意図するものではない。
【図１】図１は、本発明の例示的一実施形態による、質量分光器システムの概略図である。
【図２】図２は、図１に記載のシステムでの使用に好適な質量分光器システムへの移動度インターフェースの分解図である。
【図３】図３は、図１に記載のシステムでの使用に好適なイオン光学系および質量分析器の構造を概略的に示す図である。
【図４】図４は、図３に記載のシステムに含むのに好適な４極子イオン光学系アレイの断面図である。
【図５】図５は、４極子イオン光学系アレイの断面図、およびイオン除去機構の例示的な構成の図である。
【図６】図６は、４極子イオン光学系の断面図、およびドレイン電極を使用したイオン除去機構の別の可能な構成の図である。
【図７】図７は、４極子イオン光学系の断面図、およびイオン除去機構の別の可能な構成の図である。
【図８】図８は、図５に示されるように設定したデバイスを使用して収集される、多重反応モニタリングデータの線図である。
【図９】図９は、図７に示されるようにデバイスを動作するためのタイミング図である。
【図１０−１】図１０は、図９に関連してドレイン時間を変化させた場合の分析信号データの線図である。
【図１０−２】図１０は、図９に関連してドレイン時間を変化させた場合の分析信号データの線図である。
【図１０−３】図１０は、図９に関連してドレイン時間を変化させた場合の分析信号データの線図である。
【図１０−４】図１０は、図９に関連してドレイン時間を変化させた場合の分析信号データの線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本出願人の教示は、種々の実施形態とともに説明されているが、本出願人の教示を当該の実施形態に限定することを意図したものではない。逆に、本出願人の教示は、当業者によって理解されるように、様々な代替物、変形物、および同等物を包含する。例えば、例示されるシステムは、イオン光学系の中でのイオン除去を表すが、イオン除去は、イオン源、移動度分離デバイス、イオン源からの管路、質量分析器セル、または質量分光システム内の他の場所の中で成され得る。
【００１８】
図１は、質量分光器システム１０の概略図を示す。示される質量分光器システム１０は、試料導入システム１１と、イオン源１５と、イオン移動度分離デバイス１２と、計測光学系１４と、イオン除去機構２４と、質量分析器１８と、コントローラ２０と、タイマー２２とを備える。コントローラ２０は、試料導入システム１１、イオン源１５、イオン移動度分離デバイス１２、計測光学系１４、および質量分析器１８に接続される。
【００１９】
試料導入システム１１は、当業者に公知のあらゆる好適な試料導入システムであることができる。試料導入システム１１は、イオン源１５に接続される。イオン源１５は、導入システム１１と一体的であるか、または導入システム１１と別体であることができ、当業者に公知のあらゆる好適なイオン源であることができる。例えば、２つの要素１１および１５は、溶液中に溶解された試料検体からイオンを発生させる能力を伴う、エレクトロスプレー源を備えることができる。試料導入システム１１およびイオン源１５の他の例示的な配設は、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の配設、または複数の導入システムおよび／もしくは導入源を伴う構成である。しかしながら、あらゆる好適な試料導入システムおよびイオン源を使用することができる。
【００２０】
特定の実施形態では、試料成分は、試料導入システム１１を通して質量分光器システム１０の中に挿入される。ガス流１６は、イオン移動度分離デバイス１２を通して試料導入システム１１およびイオン源１５から試料を輸送する。当業者は、イオン源とガス流１６との間の領域の中に対向ガス流を含むことが共通であることを理解されるであろう。対向ガス流（カーテンガス）は、イオンをクラスタ分離し、かつ中性粒子が真空システムに進入することを防止する。イオン移動度分離デバイス（イオン移動度フィルタとしても公知である）１２は、ガスを通したイオン種の移動度または速度に基づいて、試料から所望の１つまたは複数のイオン群を分離する。特定のイオン種の移動度は、サイズおよび形状を含む、多数のパラメータに依存する。イオン移動度デバイス１２は、質量が同一である異なるイオンを、システム１０の質量分析器１８等の質量分析器の前に区別できるように、同重核化合物を分離することを可能にする。図１に記載の質量分光器システム１０で使用されるイオン移動度分離デバイスは、当業者に公知のあらゆるイオン移動度デバイス（例えば、電場非対称波形イオン移動度システム（ＦＡＩＭＳ）、微分型移動度分光法（ＤＭＳ）、イオン移動度分光法（ＩＭＳ）、微分型移動度分析器（ＤＭＡ）、高電場、低電場等）であってもよいことを理解されるであろう。コントローラ２０は、イオン移動度デバイス１２に連結され、試料から特定のイオン種を選択するように移動度フィルタの設定を制御することができる。イオン移動度デバイスによって所望のイオン種が濾過されると、濾過したイオン群は、イオン光学１４に通される。
【００２１】
イオン光学アセンブリ１４は、イオンをイオン光路に集束させて、イオンを質量分析器１８に方向付けるように、ＲＦ電場を使用することができる。システム１０で使用されるイオン光学アセンブリは、当業者に公知のあらゆるイオン光学系（例えば、多極子アレイ、抵抗イオンガイド、イオン漏斗、進行波イオンガイド）で構成され得ることを理解されるであろう。示されるイオン光学アセンブリ１４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、イオン除去機構２４を備える。コントローラ２０は、イオン光学アセンブリ１４およびイオン除去機構２４に連結され、これらに対するＲＦ電位およびＤＣ電位の印加を制御することができる。
【００２２】
イオンは、イオン光学アセンブリ１４を出た後に、イオン光路を介して、イオンがそれらの質量電荷比（ｍ／ｚ）に基づいて分離および検出される、質量分析器１８に進行する。検出されたイオンのデータは、メモリに記憶して、コンピュータまたはコンピュータソフトウェアによって（図示せず）分析することができる。コントローラ２０は、その動作を制御するように、質量分析器１８に連結される。
【００２３】
図１に記載のコントローラ２０は、タイマー２２を備える。種々の実施形態では、質量分光器システム１０の機能動作のための期間を規定して、同期させるために、タイマー２２を使用することができる。例えば、タイマー２２は、イオンがイオン移動度分離デバイス１２およびイオン光学１４を通過するための１つまたは複数の特定の期間、ならびにイオン光学アセンブリから残留イオンを除去するためにイオン除去機構２４を動作させるための１つまたは複数の特定の期間を規定することができる。質量分光器システム１０の動作中に、タイマー２２によって規定される複数の動作期間が、種々の組み合わせシーケンスで生じる可能性がある。種々の実施形態では、タイマー２２によって３つの相異なる期間が規定される。第１の期間は、第１のイオン群を選択的に濾過して、該第１のイオン群を、イオン光学アセンブリ１４を介して、質量分析器１８に透過させるために規定される。第２の期間は、第２のイオン群を選択的に濾過して、該第２のイオン群を、イオン光学アセンブリ１４を介して、質量分析器１８に透過させるために規定される。第３の期間は、イオン光学アセンブリ１４から残留イオンを空にするために規定され、該第３の期間は、第１および第２の期間の間に生じる。種々の実施形態では、タイム２２によって規定される３つの期間のシーケンスは、前述のように、質量分光器システム１０の動作中に反復的に生じる。
【００２４】
図２は、システム１０として図１に記載のシステムでの使用に好適な、質量分光器システム２６の分解図を示す。質量分光器システム２６は、ＤＭＳ移動度セル２８と、組み合わせたイオン光学／質量分析器デバイス３０の導入口と、オリフィス３２と、カーテンプレート３４と、ソース延長リング３８とを備える。ＤＭＳ移動度セル２８は、図１に記載のシステム１０の要素１２としての使用に好適な、イオン移動度分離デバイスの例である。ＤＭＳ移動度セル２８は、イオン光学／質量分析器デバイス３０に接続し、オリフィス３２によって分離される。カーテンプレート３４は、ＤＭＳ移動度セル２８に外嵌し、オリフィスプレート３２上に固定する。ソース延長リング３８は、図１に記載のイオン源１５等のイオン源（図２には示さず）をシステムに接続する。図２に示される実施例では、ソース延長リング３８は、イオン源１５とカーテンプレート３４との間に適切な間隔を提供する。加えて、図２に示されるように、ソース延長リング３８は、電位およびガス流をイオン源１５に送達するための経路を提供する。カーテンプレート３４は、カーテンガス流をイオン源１５に向かって方向付ける。高純度カーテンガス（例えば、Ｎ２）は、カーテンプレート３４とオリフィス３２との間を流れ、大きい中性粒子を溶解して排出することによって質量分光デバイス１０を清浄に保つのに役立つ。
【００２５】
図３は、要素３０として図２に記載のシステム２６の中に含むのに好適なイオン光学および質量分析器の一実施例の構造を概略的に、およびより詳細に示す。図３は、図１に記載のシステム１０のイオン除去機構２４としての使用に好適な、イオン除去機構４１を含むように改良したＡＰＩ５０００質量分光システムを示す。ＡＰＩ５０００は、イオンを除去するためのイオン除去機構を利用することができる、システムの一種である。図３は、計測光学系１４と、質量分析器１８と、イオン除去機構４１と、カーテンプレート３４と、オリフィス３２とを含む。計測光学系１４は、ＱＪｅｔＲＦイオンガイド４０と、ＩＱ０レンズ４４によって分離されるＱ０ＲＦイオンガイド４２とを備える。ＱＪｅｔＲＦイオンガイド４０は、ガス力学および無線周波数電場の組み合わせを使用して、イオンを捕捉して、集束させるために使用される。ＱＪｅｔ４０は、オリフィス３２から後続のＱ０ＲＦイオンガイド４２等のイオン光学にイオンを移送する。Ｑ０ＲＦイオンガイド４２は、中間圧力領域（図３に、≒６ｍトールと示される）を通してイオンを輸送し、ＩＱ１レンズを通して、質量分析器１８を含む高真空チャンバにイオンを送達する。図３に示されるように、質量分析器１８の範囲は、Ｑ１ ４極子分析器５０と、Ｑ２ ４極子衝突セル５２と、Ｑ３ ４極子分析器５４と、ＣＥＭ検出器５８とを備える。ＱＪｅｔＲＦイオンガイド４０と、Ｑ０ＲＦイオンガイド４２とを備える、示される計測光学系１４は、図１に記載のイオン光学アセンブリ１４で使用することができる光学系の一例である。しかしながら、いくつかの実施形態では、要素４０、４２は、他の種類のイオン光学系と組み合わせて個々に使用するか、または質量分光器システム１０では全く使用しないことができる。いくつかの実施形態では、ＱＪｅｔイオンガイド４０およびＱ０イオンガイド４２は、Ｑ１ ５０またはＱ３ ５４のいずれかに容量結合することができる。いくつかの実施形態では、イオン光学１４および質量分析器１８は、ある圧力範囲で動作する、開口によって分離される１つまたは複数の圧力領域を含むことができる。例えば、図３に記載のシステムでは、ＱＪｅｔ４０は２．５トールに設定され、Ｑ０ ４２は６ｍトールに設定され、Ｑ１ ５０、Ｑ２ ５２、およびＱ３ ５４を備える質量分析器１８は１０−５トールに設定される。当業者には、Ｑ２ ５２が、イオンを断片化するための衝突セルを備え、Ｑ２内のガス圧力が、Ｑ１ ５０およびＱ３ ５４の圧力よりも大幅に高くなり得ることが明らかになるであろう。イオン移動度デバイス１２は、典型的に大気圧（約７６０トール）で動作する、図２に記載のＤＭＳ移動度セル２８を備える。コントローラ２０は、種々の領域の中の圧力を調整するために使用することができる。
【００２６】
図３では、イオン除去機構４１は、Ｑ０ＲＦイオンガイド４２の電極を備える。この実施形態では、Ｑ０ＲＦイオンガイド４２は、図４に示される電源６１等の少なくとも１つの電源に電気的に接続され、該電源は、イオン光学アセンブリから外へイオンを移動させるために選択されるベクトル方向を有する電場を生成するように、電極に電圧を印加することができる。いくつかの実施形態では、イオン除去機構４１によって生成される電場は、イオン光学内の集束電場に打ち勝って、イオンを集束から外へ押し出すことによって、イオンを除去する。いくつかの実施形態では、イオン除去機構４１は、イオン光学系内の集束電場を排除して、イオンをドレインすることを可能にすることによって、イオンを除去する。イオンの脱集束の結果として、イオンは、イオン光学系内の電極と衝突することができ、もしくはガス流によってイオン光学系から外に搬送されることができ、または両方の組み合わせができる。電源６１は、イオン光学系からイオンを除去する電場を制御および印加することが可能であるプログラム可能なコントローラユニットであることができる、コントローラ２２の管理下で動作することができる。いくつかの実施形態では、イオン除去機構４１は、Ｑ０ ４２とは別体であるか（例えば、周辺電極）、ＱＪｅｔ４０と一体的であるか、または図１に記載の質量分光器システム１０の任意の他の部分であることができる。いくつかの実施形態では、イオン除去機構４１は、質量分光器デバイス１０内の電極に印加する電圧を制御するように、コントローラ２０と、タイマー２２とを含むことができる。いくつかの実施形態では、イオン除去機構４１は、質量分光構成要素へのＲＦ電位およびＤＣ電位の印加を制御するようコントローラ２０に命令するように構成することができる、コンピュータデバイス上のソフトウェアを含むことができる。例えば、ソフトウェアは、イオン光学系１４へのＲＦ電圧およびＤＣ電圧を制御するようにプログラムすることができる。イオン除去デバイス４１の可能な構成の他の実施例を、図４〜図７に関して以下に詳述する。
【００２７】
図２に記載のイオン移動度分離デバイスは、質量分光器システムの真空制限オリフィスの上に密封されるＤＭＳ移動度セル２８を備える。オリフィスへの真空牽引は、ＤＭＳセルを通した搬送ガス流を確立する。したがって、ＤＭＳセル内の滞留時間は、セルの容量に正比例し、搬送ガス流の流速に反比例する。例えば、図２に示されるＤＭＳ移動度セルの滞留時間は、≒６ｍｓであり得る。特定の実施形態では、移動度分離デバイスの中の滞留時間は、計測方法の中に一時停止時間を加えて、移動度状態が変化した時に、ガス流が移動度セルを通したイオン電流を再度安定させることを可能にするように、コントローラ２０のタイマー２２を使用することによって補償することができる。本明細書に与えられる実施例は、≒６ｍｓの滞留時間を伴うＤＭＳであったが、当業者には、移動度セル内の滞留時間が、代替の移動度技術について大幅に変化し得ることが明らかになるであろう。一例として、ＤＭＡの中の滞留時間は、約１ｍｓ以下であり得、円筒ＦＡＩＭＳ移動度分析器内の滞留時間は、約１００ｍｓであり得る。
【００２８】
移動度セルを通して移動するイオンは、オリフィスの両側の圧力差の結果として真空膨張が生じる、オリフィスの中に搬送される。図３では、イオンは、移動度フィルタの中の大気圧領域から、ＱＪｅｔイオンガイド４０の中の２．５トールの圧力領域の中に移動し、次いで、Ｑ０イオンガイド４２の中の６ｍトールの圧力領域の中に移動する。イオン光学系アセンブリ１４を通してイオンが移動するにつれて、ガス流１６は、特にＱ０イオンガイド４２の中で、分裂した状態になる可能性があり、とりわけ、イオン帯の広がりを引き起こす。イオン帯の広がりは、イオンの特定の部分が、異なる速度でイオン光学アセンブリ１４を通って移動する時に生じる。動作中に、イオン速度の差は、ＲＦ多極子内のイオン群の滞留時間の大幅な広がりを提供する可能性があり、それによって、大部分のイオンが通過した後に残留イオンが多極子内に残り得る。いくつかの条件下では、イオン光学系内の残留イオンの滞留時間が比較的に長くなる（すなわち、１００ｍｓを超える）可能性があり、したがって、残留イオンを補償するために長い一時停止時間が必要になり、結果的に、質量分光器システム１０等のデバイスの負荷サイクルを損なう。加えて、残留イオンは、イオン光学系を通過する後続の試料と混ざった時に、化学的クロストークを引き起こす可能性があり、誤ったデータ結果を引き起こす。
【００２９】
種々の実施形態では、図１に記載のイオン除去機構２４等のイオン除去機構は、イオン光学系から残留イオンを除去または大幅に低減し、それによって、試料間の化学的クロストークを防止または低減する。イオン除去は、非常に速く生じることが可能であるので、タイマー２２を使用して、前述のようにイオン移動度分離デバイスの中の滞留時間を補償するために使用される一時停止時間等の、計測の一時停止時間中に生じることが可能である。理論によって制限されるべきではないが、イオン除去機構２４は、デバイス内に不安定化電場または磁場を生成することによって、質量分光器システム１０から残留イオンを除去することができることを理解されたい。不安定化電場は、標準動作中に使用される質量分光器デバイス内の電場を変化させることができ、そしてイオンを脱集束させるか、またはデバイス内の集束電場に打ち勝つことができる。前述のように、イオン除去機構２４は、コンピュータデバイス上のソフトウェア、Ｑ０ＲＦイオンガイド４２等の計測イオン光学系、または質量分光デバイス内のイオンを脱集束させるために使用することができる任意の他の好適な組み合わせを含むことができる。いくつかの実施形態では、コントローラ２０は、イオン除去機構２４を制御するようにソフトウェアを記憶および実行するための好適なコンピュータデバイスであることができる。
【００３０】
本出願人の教示の態様は、以下の実施例に照らしてさらに理解され得るが、いかなる形であれ本出願人の教示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。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ることができる。
【００３１】
（実施例）
（実施例１）
図４は、図３に記載の計測光学系に含めるのに好適な、４極子イオン光学系アレイ６０の断面図を示す。アレイ６０は、４極子として示されるが、従来技術で公知であるような６極子、８極子、または任意の他の多極子であることができる。この例示的な説明図のために、イオン光学系アレイ６０は、図３に記載のＱ０イオンガイド４２等のＱ０ ＲＦイオンガイドであるが、当業者は、光学系アレイ６０が、図３に記載のＱＪｅｔイオンガイド４０等のＱＪｅｔＲＦイオンガイドであるか、または当技術分野で公知の種々の他のイオン光学系構成のうちの１つであり得ることを理解されるであろう。イオン光学系アレイ６０は、４極子ロッド６２Ａ〜６２Ｄを備える。電源６１は、ロッド６２Ａ〜６２Ｄに接続され、かつＲＦ電圧およびＤＣ電圧を各ロッドに印加することができる。電源６１は、ある範囲の相異なるＲＦ電圧およびＤＣ電圧をイオン光学系アレイ６０の各ロッドのそれぞれに印加するように、図１に記載のコントローラ２０によって制御することができる。この例示的な実施例では、Ｑ０イオン光学系６０がイオンをイオン光路に輸送して集束させるように動作している時に、各ロッドには、−１０ボルトのＤＣ電圧が印加される。ロッド６２Ａおよび６２Ｃには、それぞれ同一のＲＦ電圧（ＲＦＡ）が印加され、ロッド対間にＲＦＡ電場を生成する。ロッド６２Ｂおよび６２Ｄには、それぞれ同一のＲＦ電圧（ＲＦＢ）が印加され、ロッド対間にＲＦＢ電場を生成する。４極子アレイ内のＲＦ電場は、光学系アレイ６０内でイオンを集束させるように、重畳されるＤＣ電圧と組み合わせることができる。光学系アレイ６０は、図１に記載のイオン除去機構２４等のイオン除去機構を生成するように構成することができる。可能な構成は、実施例２の中で図５に関してさらに詳細に説明する。種々の実施形態では、イオン除去機構２４は、イオンを４極子ロッド６２Ａ〜６２Ｄのうちの１つと衝突させるか、またはガス流の結果として４極子ロッドの間から飛び出させることによって、残留イオンを排除または実質的に排除することができる。
【００３２】
（実施例２）
図５は、イオンドレイン期間中のイオン光学系アレイ６０を示す。図５では、光学系アレイ６０および電源６１は、図１に記載のイオン除去機構２４等のイオン除去機構を生成するように構成される。図５では、イオン除去機構は、タイマー２２によって規定されるドレイン期間中に、他の極に対して増大させたＤＣ電位（すなわち、＋２００Ｖ）を４極子ロッド６２Ｂおよび６２Ｄに印加する。これは、４極子電極に不平衡分解ＤＣ電位を印加する。ＤＣ電位は、コントローラ２０（図５には示さず）によって制御し、かつ電源６１によってロッド６２Ｂおよび６２Ｄに印加することができる。４極子ロッド６２Ｂおよび６２Ｄに印加される増大したＤＣ電位は、光学系アレイ６０によって印加される集束電場に打ち勝ち、かつ残留イオンを含むイオンを光路から離れて排出するように、極間に不安定化電場を生成する。
【００３３】
（実施例３）
図６は、別の可能な構成の４極子イオン光学系６０の断面図を示す。図６では、４極子アレイ６０とは別体であり、それぞれ、４極子ロッド６２Ａと６２Ｂとの間、および６２Ｃと６２Ｄとの間に配置される、ドレイン電極６４Ａおよび６４Ｂがある。当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、あらゆる好適な数または種類のドレイン電極を使用することができることを理解されるであろう。また、電源６１が、１つまたは複数の異なる電源を備えてもよいことも明白である。この実施例では、ドレイン電極６４Ａおよび６４Ｂは、図１に記載のイオン除去機構２４等のイオン除去機構を構成する。タイマー２２によって規定されるドレイン期間中に、ドレイン電極に連結された電源６１は、ＤＣ電位をドレイン電極６４Ａおよび６４Ｂに印加することができ、それらの間にＤＣ電場の勾配６８を生成する。ＤＣ電場の勾配６８は、光学系アレイ６０によって生成される集束電場に打ち勝ち、かつ残留イオンを含むあらゆるイオンをイオン光路から離れてイオン光学系から外に放出するように、不安定化電場としての役割を果たすことができる。印加しなければならない電場の大きさおよび時間の長さは、ＲＦ多極子内の圧力および放出されるイオンの移動度に依存する。種々の実施形態では、少なくとも１つの電極（この一例は、ＬＩＮＡＣ等の線形加速器であり得る）は、イオン光学系の近傍に配置され、かつ図１に記載のイオン除去機構２４としての使用に好適なイオン除去機構を構成する。電極は、ＲＦ多極子を通してイオンを加速するために、またはＲＦ多極子から残留イオンを排出するために使用することができる。電極に接続される電源は、ＤＣ電位を電極に印加することができ、残留イオンを含むイオンをイオン光学系から外へ軸方向に排出するように、電極に電場を発生させる。電極はまた、イオン光学系内の滞留時間を低減し、それによってイオンビームの拡散を低減または実質的に排除するように、イオンを加速することもできる。
【００３４】
（実施例４）
図７は、別の例示的な構成の４極子イオン光学系６０の断面図を示す。図７の例示的な実施例では、図１に記載のイオン除去機構２４としての使用に好適なイオン除去機構は、各ロッドに印加されるＲＦ電位を制御するように、コントローラ２０を電源６１および４極子ロッド６２Ａ〜６２Ｄに連結することによって生成することができる。この実施例では、イオン除去機構は、４極子ロッド６２Ａ〜６２ＤへのＲＦ電位、ＲＦＡおよびＲＦＢを、ほぼ０ボルトに減少させることによって動作する。前述のように、コンピュータデバイス上のソフトウェアは、規定された期間中にイオン光学系６０の中のＲＦ電場を除去または低減するようコントローラ２０に命令することができるようにプログラムすることができる。種々の実施形態では、４極子ロッドへのＲＦ電位は、４極子ロッド６２Ａ〜６２Ｄに容量結合される、図３に記載のＱ１ ５０およびＱ３ ５４分析器によって制御される。
【００３５】
通常のイオン輸送モード中に、４極子ロッド６２Ａ〜６２Ｄに印加されるＲＦ電位は、イオンを集束させてイオン光路の中に方向付ける役目を果たす、ＲＦ電位、ＲＦＡおよびＲＦＢを生成する。この例示的な実施例では、各ロッド６２Ａ〜６２ＤへのＲＦ電位を低減した結果、ＲＦＡおよびＲＦＢ電場は、実質的にまたは完全に排除され、したがって、イオン光学系６０内でイオンに印加される集束電場を除去する。集束電場ＲＦＡおよびＲＦＢの不足は、光学系内のイオンを、４極子ロッド６２Ａ〜６２Ｄのうちの１つと衝突させるか、ガス流の結果として４極子ロッドの間から飛び出させるか、または別の様態でイオン光学系６０から除去させる。タイマー２２によって規定されるイオンドレイン期間中に、イオン光学系内に存在する残留イオンは、４極子ロッド６２Ａ〜６２ＤからＲＦ電位を除去した結果として、イオン光路から散乱させられて、その後、イオン光学系から除去されることができる。
【００３６】
図８は、図５に示されるようなデバイス設定を使用し、かつＱＪｅｔイオン光学系を使用して収集した、多重反応モニタリング（ＭＲＭ）データの線図を示す。図８の線図７０Ａは、図１に記載のシステム１０としての使用に好適なＡＰＩ５０００質量分光器システムの中に進入した、レセルピン試料（一般に、抗精神病薬および高血圧治療薬として一般に使用される、インドールアルカロイド）のＭＲＭ信号７８を示す。データ収集の開始時には、−１０ボルトのＤＣ電位が、図５に記載の各４極子ロッド６２Ａ〜６２Ｄに印加される。線図７０Ａの期間７２（０．３４分から０．４１分）および期間７４（０．５２分から０．６分）の間、電源は、−１０ボルトに戻される前に、２００ボルトのＤＣ電位を４極子ロッド６２Ｂおよび６２Ｄに印加するように、コントローラ２０によって切り替えられる。線図７０Ａに示されるように、図５に示されるデバイス構成で、２００ＶのＤＣ電圧が極６２Ｂおよび６２Ｄに印加された時に、期間７２および７４の間、ＭＲＭ信号は、ほぼ０．０ｃｐｓである。線図７０Ｂは、レセルピンイオンについてのＭＲＭ信号の完全な排除を証明するように、期間７２のブローアップを示す。図８は、２．５トールで動作して、ＱＪｅｔイオン光学ロッドから残留レセルピンイオンを除去するための、図５に記載の構成のような、イオン除去機構の有効性を表す。
【００３７】
図９は、図７に示される除去機構等のイオン除去機構の動作についてのタイミング図８０を示す。タイミング図８０は、ドレイン時間８２と、一時停止時間８４と、ドウエル時間８８および９０とを含む。タイミング図８０では、ドウエル時間は、５ｍｓに設定される一方で、ドレイン時間および一時停止時間は、変数である。表１は、図２に示されるシステム等の質量分光器システムのＤＭＳ移動度セルに適用される設定を示す。表１の１行目には、特定のイオン種の透過を最大化するように適切な設定が与えられる（すなわち、ｍ／ｚ９２２）。この実験の全体を通して、質量分光器は、第１の質量分析器（Ｑ１）で測定した時にｍ／ｚが９２２であるイオンについての信号を監視する。表１に示される走査テーブルの第１の期間では、移動度デバイスは、約３０００Ｖの振幅を伴う分離電圧を印加するように構成される。これらの条件下で、関心の（ｍ／ｚ９２２）イオンの透過は、約４．２Ｖの補償電圧（ＣＶ）で最適化される。実験の際に、適切な設定を移動度デバイスに適用することで、最大強度分析信号が得られた。表１の２行目には、ｍ／ｚ９２２イオンの透過についての不適切な設定を示す。不適当な設定が移動度デバイスに適用された状態で、ｍ／ｚ９２２イオンの分析信号は、いかなるｍ／ｚ９２２イオンも移動度デバイスによって透過されないという結果として、完全に排除されるはずである。しかしながら、期間１と期間２との間で急速に切り替えた時に、ｍ／ｚ９２２イオンの分析信号は、それでも、イオン光学系内の、特に、図３に示されるようなＱＪｅｔＲＦイオンガイド４０内およびＱ０ＲＦイオンガイド４２内のクロストークの結果として、期間２の間に観察される。したがって、２行目の設定を使用して得られた信号は、質量分光器システムの移動イオン光学系内のクロストークを表す。
【００３８】
【表１】
図７のように構成したイオン除去機構２４の有効性を判定するために、図９に示されるように、計測一時停止時間の前に、タイマー２２によってドレイン期間８２を挿入した。表１の１行目による設定をドウエル時間８８中に適用すると、イオン種の最大透過が得られた（２行目のｍ／ｚ設定は、ドウエル時間９０中に適用した）。ドレイン期間８２の開始時に、Ｑ１およびＱ３を５ダルトンに設定し、かつ、期間２の移動度状態を設定し、それによって、Ｑ０イオン光学系から残留イオンを排出するように、図７の４極子ロッド６２Ａ〜６２ＤからＲＦ電位を実質的に除去（または低減）した。規定されたドレイン期間８２の直後に、表１の２行目（クロストーク）のｍ／ｚ設定を、Ｑ１質量分析器に適用した。
【００３９】
図１０は、前述したイオン除去実験の結果を示す。図１０は、図９に関してドレイン時間を変化させた、分析信号データの線図を示す。図１０は、カウント毎秒（ｃｐｓ）対時間（分）での信号強度を示す線図７０Ａ〜７０Ｅを含む。線図７０Ａは、イオン種の最大透過中の、２，８４７，１９３±１２０，８９０ｃｐｓに等しい、分析信号の強度を示す（条件は、表１による期間１によって規定される）。線図７０Ｂ〜７０Ｅでは、図９に記載の一時停止時間８４を、５ｍｓで一定に保つ一方で、図９に記載のドレイン時間８２を、１５ｍｓから３０ｍｓの間で変化させた。％クロストークは、以下の式に従って各ドレイン時間について計算される。
【００４０】
【数１】
線図７０Ｂ〜７０Ｅに示されるように、ドレイン時間８２が１５ｍｓから３０ｍｓに増大するにつれて、本質的に、残留イオンの全てが排除され、％クロストークは、０．０２１７％から０．００００３９％まで大幅に減少する。これらの実験について、イオン除去デバイスを完全に停止させて、デフォルトの２０ｍｓの一時停止時間を用いると、クロストークは、約３％であった。したがって、図１０に示される最低ドレイン時間（１５ｍｓ）であっても、いかなるイオン除去デバイスも伴わない同じハードウェアに対して、測定したクロストークは、約１００倍低減された。したがって、前述の実験は、イオン光学から残留イオンを除去する際のイオン除去機構が有効であること、および化学的クロストークを大幅に低減することを証明する。
【００４１】
当業者は、ルーチンの実験を超えるものを用いなくても、本明細書に記載する実施形態および具体的な態様の多くの等価物を知ること、または確認することができるであろう。故に、本発明は、本明細書に開示される実施形態に限定されないが、以下の特許請求の範囲によって理解されるべきであり、法律によって許容される最大の範囲で解釈されるべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料分析システムであって、
第１のイオン群を通過させるためのイオン移動度フィルタと、
該第１のイオン群を分析するための質量分析器と、
該イオン移動度フィルタから該質量分析器に該第１のイオン群を輸送するためのイオン光学アセンブリであって、該イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するためのイオン除去機構を備えるイオン光学アセンブリと
を備える、試料分析システム。
【請求項２】
前記イオン移動度フィルタ、前記質量分析器、および前記イオン光学アセンブリに動作可能に接続され、これらに対する動作を制御するためのコントローラをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラは、イオンを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に通過させる時間を表す少なくとも第１の期間と、前記イオン除去機構を動作させて該イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するための時間を表す少なくとも第２の期間とを規定するためのタイマーを備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記イオン移動度フィルタは、低電場移動度セパレータ、高電場移動度セパレータ、微分移動度セパレータから成る群より選択することができる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記イオン移動度フィルタは、ＦＡＩＭＳ、ＤＭＳ、ＩＭＳ、およびＤＭＡから成る群より選択することができる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記イオン移動度フィルタは、第１の圧力領域の中に位置する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記質量分析器は、前記第１の圧力領域とは異なる第２の圧力領域の中に位置する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記イオン光学アセンブリは、前記第１および第２の圧力領域の中の圧力に対して中間の圧力を有する第３圧力領域の中に位置する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第３の圧力領域は、複数の異なる圧力領域を備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記イオン光学アセンブリは、多極子アレイ、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より選択することができる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記イオン除去機構は、前記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前記多極子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源を備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記イオン除去機構は、前記イオン光学アセンブリから前記残留イオンを排出するために、ＤＣ電位を印加し、前記多極子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、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記イオン除去機構は、前記イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するためのＤＣ電位を発生させるための電源と連通している少なくとも１つの電極を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記イオン除去機構は、前記イオン光学アセンブリから外へ前記残留イオンを半径方向に排出する電場を生成するＤＣ電位を発生させる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記イオン除去機構は、前記イオン光学アセンブリから外へ残留イオンを排出する軸方向電場を生成する、ＤＣ電位を発生させる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの電極は、ＬＩＮＡＣ、抵抗イオンガイド、レンズ電極スタック、イオン漏斗、進行波イオンガイドから成る群より選択することができる、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記イオン除去機構は、前記イオン光学系を通したイオン運動を加速するためのＤＣ電位を発生させるための電源と連通している少なくとも１つの電極を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記コントローラは、イオンを脱集束させ、かつ前記イオン光学アセンブリから該イオンを除去するために、該イオン光学アセンブリ内のＲＦ電位を減少させるための前記イオン除去機構と連通している、請求項２に記載のシステム。
【請求項１９】
試料を分析するための方法であって、
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と、
イオン移動度フィルタを使用して、第１のイオン群を濾過するステップと、
該イオン光学アセンブリを使用して、該イオン移動度フィルタから質量分析器に該第１のイオン群を輸送するステップと、
該質量分析器を使用して、該第１のイオン群を分析するステップと
を含む、方法。
【請求項２０】
前記第１のイオン群を濾過するステップ、および前記第１のイオン群を輸送するステップは、第１の期間中に生じる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記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の期間中に生じる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
第３の期間中に、前記イオン移動度フィルタは、第２のイオン群を濾過し、前記イオン光学アセンブリは、前記イオン移動度フィルタから前記質量分析器に該第２のイオン群を輸送する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記イオン移動度フィルタは、低電場移動度セパレータ、高電場移動度セパレータ、微分移動度セパレータから成る群より選択することができる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記イオン移動度フィルタは、ＦＡＩＭＳ、ＤＭＳ、ＩＭＳ、およびＤＭＡから成る群より選択することができる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記イオン移動度フィルタは、第１の圧力領域の中に位置する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記質量分析器は、前記第１の圧力領域とは異なる第２の圧力領域の中に位置する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記イオン光学アセンブリは、前記第１および第２の圧力領域の中の圧力に対して中間の圧力を有する第３圧力領域の中に位置する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第３の圧力領域は、複数の異なる圧力領域を備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記イオン光学アセンブリは、多極子アレイ、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より選択することができる、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記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前記多極子アレイの少なくとも２つの電極に、ＤＣ電位を印加するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記イオン光学アセンブリから前記残留イオンを排出する電場を発生させるステップを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するために、ＤＣ電位を少なくとも１つの電極に印加するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３３】
前記イオン光学アセンブリから外へ前記残留イオンを半径方向に排出する電場を発生させるステップを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記イオン光学アセンブリから外へ前記残留イオンを排出する軸方向電場を発生させるステップを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記少なくとも１つの電極は、ＬＩＮＡＣ、抵抗イオンガイド、レンズ電極スタック、イオン漏斗、進行波イオンガイドから成る群より選択することができる、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記イオン光学アセンブリを通したイオン運動を加速するために、ＤＣ電位を少なくとも１つの電極に印加するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３７】
イオンを脱集束させ、かつ前記イオン光学アセンブリから該イオンを除去するために、該イオン光学アセンブリ内のＲＦ電位を減少させるステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３８】
試料を分析するための方法であって、
Ａ．第１の期間中に、イオン移動度に基づいてイオンの第１の部分を選択し、イオン光学アセンブリを使用して該イオンの第１の部分を質量分析器に透過させるステップと、
Ｂ．第２の期間中に、イオン移動度に基づいてイオンの第２の部分を選択し、該イオン光学アセンブリを使用して該イオンの第２の部分を該質量分析器に透過させるステップと、
Ｃ．第３の期間中に、該イオン光学アセンブリの少なくとも一部分から残留イオンを空にするステップであって、該第３の期間は、該第１および第２の期間の間に生じる、ステップと
を含む、方法。
【請求項３９】
ステップＡ〜Ｃを反復的に繰り返すステップを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項１】
試料分析システムであって、
第１のイオン群を通過させるためのイオン移動度フィルタと、
該第１のイオン群を分析するための質量分析器と、
該イオン移動度フィルタから該質量分析器に該第１のイオン群を輸送するためのイオン光学アセンブリであって、該イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するためのイオン除去機構を備えるイオン光学アセンブリと
を備える、試料分析システム。
【請求項２】
前記イオン移動度フィルタ、前記質量分析器、および前記イオン光学アセンブリに動作可能に接続され、これらに対する動作を制御するためのコントローラをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラは、イオンを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に通過させる時間を表す少なくとも第１の期間と、前記イオン除去機構を動作させて該イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するための時間を表す少なくとも第２の期間とを規定するためのタイマーを備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記イオン移動度フィルタは、低電場移動度セパレータ、高電場移動度セパレータ、微分移動度セパレータから成る群より選択することができる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記イオン移動度フィルタは、ＦＡＩＭＳ、ＤＭＳ、ＩＭＳ、およびＤＭＡから成る群より選択することができる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記イオン移動度フィルタは、第１の圧力領域の中に位置する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記質量分析器は、前記第１の圧力領域とは異なる第２の圧力領域の中に位置する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記イオン光学アセンブリは、前記第１および第２の圧力領域の中の圧力に対して中間の圧力を有する第３圧力領域の中に位置する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記第３の圧力領域は、複数の異なる圧力領域を備える、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記イオン光学アセンブリは、多極子アレイ、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より選択することができる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記イオン除去機構は、前記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前記多極子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源を備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記イオン除去機構は、前記イオン光学アセンブリから前記残留イオンを排出するために、ＤＣ電位を印加し、前記多極子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、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記イオン除去機構は、前記イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するためのＤＣ電位を発生させるための電源と連通している少なくとも１つの電極を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記イオン除去機構は、前記イオン光学アセンブリから外へ前記残留イオンを半径方向に排出する電場を生成するＤＣ電位を発生させる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記イオン除去機構は、前記イオン光学アセンブリから外へ残留イオンを排出する軸方向電場を生成する、ＤＣ電位を発生させる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの電極は、ＬＩＮＡＣ、抵抗イオンガイド、レンズ電極スタック、イオン漏斗、進行波イオンガイドから成る群より選択することができる、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記イオン除去機構は、前記イオン光学系を通したイオン運動を加速するためのＤＣ電位を発生させるための電源と連通している少なくとも１つの電極を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記コントローラは、イオンを脱集束させ、かつ前記イオン光学アセンブリから該イオンを除去するために、該イオン光学アセンブリ内のＲＦ電位を減少させるための前記イオン除去機構と連通している、請求項２に記載のシステム。
【請求項１９】
試料を分析するための方法であって、
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と、
イオン移動度フィルタを使用して、第１のイオン群を濾過するステップと、
該イオン光学アセンブリを使用して、該イオン移動度フィルタから質量分析器に該第１のイオン群を輸送するステップと、
該質量分析器を使用して、該第１のイオン群を分析するステップと
を含む、方法。
【請求項２０】
前記第１のイオン群を濾過するステップ、および前記第１のイオン群を輸送するステップは、第１の期間中に生じる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記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の期間中に生じる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
第３の期間中に、前記イオン移動度フィルタは、第２のイオン群を濾過し、前記イオン光学アセンブリは、前記イオン移動度フィルタから前記質量分析器に該第２のイオン群を輸送する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記イオン移動度フィルタは、低電場移動度セパレータ、高電場移動度セパレータ、微分移動度セパレータから成る群より選択することができる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記イオン移動度フィルタは、ＦＡＩＭＳ、ＤＭＳ、ＩＭＳ、およびＤＭＡから成る群より選択することができる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記イオン移動度フィルタは、第１の圧力領域の中に位置する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記質量分析器は、前記第１の圧力領域とは異なる第２の圧力領域の中に位置する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記イオン光学アセンブリは、前記第１および第２の圧力領域の中の圧力に対して中間の圧力を有する第３圧力領域の中に位置する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第３の圧力領域は、複数の異なる圧力領域を備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記イオン光学アセンブリは、多極子アレイ、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より選択することができる、請求項１９に記載の方法。
【請求項３０】
前記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前記多極子アレイの少なくとも２つの電極に、ＤＣ電位を印加するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記イオン光学アセンブリから前記残留イオンを排出する電場を発生させるステップを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記イオン光学アセンブリから残留イオンを除去するために、ＤＣ電位を少なくとも１つの電極に印加するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３３】
前記イオン光学アセンブリから外へ前記残留イオンを半径方向に排出する電場を発生させるステップを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記イオン光学アセンブリから外へ前記残留イオンを排出する軸方向電場を発生させるステップを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記少なくとも１つの電極は、ＬＩＮＡＣ、抵抗イオンガイド、レンズ電極スタック、イオン漏斗、進行波イオンガイドから成る群より選択することができる、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記イオン光学アセンブリを通したイオン運動を加速するために、ＤＣ電位を少なくとも１つの電極に印加するステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３７】
イオンを脱集束させ、かつ前記イオン光学アセンブリから該イオンを除去するために、該イオン光学アセンブリ内のＲＦ電位を減少させるステップを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項３８】
試料を分析するための方法であって、
Ａ．第１の期間中に、イオン移動度に基づいてイオンの第１の部分を選択し、イオン光学アセンブリを使用して該イオンの第１の部分を質量分析器に透過させるステップと、
Ｂ．第２の期間中に、イオン移動度に基づいてイオンの第２の部分を選択し、該イオン光学アセンブリを使用して該イオンの第２の部分を該質量分析器に透過させるステップと、
Ｃ．第３の期間中に、該イオン光学アセンブリの少なくとも一部分から残留イオンを空にするステップであって、該第３の期間は、該第１および第２の期間の間に生じる、ステップと
を含む、方法。
【請求項３９】
ステップＡ〜Ｃを反復的に繰り返すステップを含む、請求項３８に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０−１】
【図１０−２】
【図１０−３】
【図１０−４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０−１】
【図１０−２】
【図１０−３】
【図１０−４】
【公表番号】特表２０１２−５２１０７２（Ｐ２０１２−５２１０７２Ａ）
【公表日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５００８４３（Ｐ２０１２−５００８４３）
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２７１０８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１０７６６６
【国際公開日】平成２２年９月２３日（２０１０．９．２３）
【出願人】（５１００７５４５７）ディーエイチ テクノロジーズ デベロップメント プライベート リミテッド (35)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１２日（２０１０．３．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２７１０８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１０７６６６
【国際公開日】平成２２年９月２３日（２０１０．９．２３）
【出願人】（５１００７５４５７）ディーエイチ テクノロジーズ デベロップメント プライベート リミテッド (35)
【Ｆターム（参考）】
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