タンデムイオントラップを操作する方法
ａ）第１の時間において、第１のイオントラップ内にイオンを蓄積するステップと、ｂ）第２の時間において、第１の複数のイオンを第１のイオントラップから第２のイオントラップ内へと通過させるステップであって、第１の複数のイオンは、第１の質量範囲内の質量を有する、ステップと、ｃ）第２の時間において、第２の複数のイオンを第１のイオントラップ内に留保するステップであって、第２の複数のイオンは、第１の質量範囲と異なる第２の質量範囲内の質量を有する、ステップと、ｄ）第３の時間において、第１の複数のイオンを第２のイオントラップから通過させるステップと、ｅ）第３の時間において、第２の複数のイオンを第１のイオントラップから第２のイオントラップ内へと通過させるステップとを伴う、タンデムイオントラップを操作するための方法が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、概して、イオントラップに関し、より具体的には、空間電荷効果を制御または低減するための、タンデム質量分析計構成およびその操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載される種類の従来のイオントラップ質量分析計は、３つの電極、すなわちリング電極と一対のエンドキャップ電極とを含み得る。適切なRF/DC電圧が電極に適用されることにより、特定の質量対電荷範囲内のイオンをトラップする３次元電界を確立し得る。線形四重極が、またイオントラップ質量分析計として構成され得、これは適用されるＲＦ電圧によって提供されている放射方向イオン拘束とロッドの組の各端におけるＤＣ電圧障壁によって提供される軸方向イオン拘束とを伴っている。線形イオントラップ内にトラップされたイオンの質量選択検出は、特許文献２によって教示されるようなイオンの放射方向の放出を利用し得、特許文献３によって教示されるようなイオンの軸方向の放出（ＭＳＡＥ）を利用し得る。フーリエ変換技術も特許文献４によって教示されるような原位置検出に利用され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第２，９３９，９５２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４２０，４２５号明細書
【特許文献３】米国特許第６，１７７，６６８号明細書
【特許文献４】米国特許第４，７５５，６７０号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の側面によると、第１のイオントラップと、第２のイオントラップとを有する、タンデム質量分析計システムを操作する方法であって、ａ）第１の時間において、第１のイオントラップ内にイオンを蓄積するステップと、ｂ）第２の時間において、第１のイオントラップから第１の複数のイオンを第２のイオントラップ内へと通過させるステップであって、第１の複数のイオンは、第１の質量範囲内の質量を有する、ステップと、ｃ）第２の時間において、第１のイオントラップ内に第２の複数のイオンを留保するステップであって、第２の複数のイオンは、第１の質量範囲と異なる第２の質量範囲内の質量を有する、ステップと、ｄ）第３の時間において、第２のイオントラップから第１の複数のイオンを通過させるステップと、ｅ）第３の時間において、第１のイオントラップから第２の複数のイオンを第２のイオントラップ内へと通過させるステップとを備えている、方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
以下の図面を参照して、種々の実施形態の詳細な説明が、以下に提供される。
【図１】図１は、本発明の実施形態のある側面による方法を実装するように構成可能なタンデム線形イオントラップ質量分析計システムを例示する、ブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施形態のある側面による、印加される補助ＡＣ励起周波数が一定に保持されるときのイオンの質量選択的軸方向射出に好適な例示的ＲＦ電圧および補助ＡＣ励起周波数波形のタイミング図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施形態のある側面による、イオンの質量選択的軸方向射出に好適な例示的ＲＦ電圧および補助ＡＣ励起周波数波形のタイミング図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の実施形態のある側面による、イオンの質量選択的軸方向射出に好適な例示的ＲＦ電圧および補助ＡＣ励起周波数波形のタイミング図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態のある側面による、並行操作される２つの線形イオントラップの開始および操作質量範囲のタイミング図である。
【図４】図４は、本発明の代替実施形態のある側面による方法を実装するように構成可能なタンデム線形イオントラップ質量分析計システムを例示する、ブロック図である。
【図５】図５は、本発明の代替実施形態のある側面による方法を実装するように構成可能なタンデム線形イオントラップ質量分析計システムを例示する、ブロック図である。
【図６】図６は、本発明の代替実施形態のある側面による方法を実装するように構成可能なタンデム線形イオントラップ質量分析計システムを例示する、ブロック図である。
【図７】図７は、本発明の代替実施形態のある側面による方法を実装するように構成可能なタンデム線形イオントラップ質量分析計システムを例示する、ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図面および付随の関連説明は、本質的に例示としてのみ意図されるものであって、本発明の範囲をいかようにも制限するものではないことは、当業者には理解されるであろう。便宜上、同一参照番号は、必要に応じて、図面の同一特徴を説明するために反復して使用されるであろう。
【０００７】
イオントラップ質量分析計のスペクトル分解能は、トラップされるイオンの密度または空間電荷に依存し得る。従来の技術を使用する場合、イオントラップ質量分析計のスペクトル分解能は、トラップされるイオンの空間電荷が、ある閾値レベルに到達または超越すると、急激に降下し得る。極端な場合、質量スペクトルピークは、空間電荷効果のために完全に失われる可能性がある。他の望ましくない空間電荷効果として、イオントラップの自発的排出、分光計内の質量較正偏移、および他の形態のスペクトル歪が含まれる可能性がある。
【０００８】
最初に、本発明の実施形態のある側面による方法を実装するように構成される、三連四重極質量分析計システム１０を例示するブロック図である、図１を参照する。質量分析計システム１０は、集束イオン流を発生させ、カーテンプレート２２へと指向させる、イオン源２０を備える。いくつかの実施形態では、イオン源２０は、例えば、イオンスプレーまたはエレクトロスプレーデバイスであってもよい。カーテンプレート２２内の開口を通過するイオンは、カーテンプレート２２とオリフィスプレート２４との間に形成される、カーテンチャンバ２３内へと流入可能である。カーテンチャンバ２３内へのカーテンガス流は、質量分析計システム１０の分析セクション内への望ましくない中性粒子の流入を低減可能である。イオンは、オリフィスプレート２４内の開口を通して、カーテンチャンバ２３から流出し、ロッドセット２６を通過し、四重極間障壁２８内の開口を経由して、四重極ロッドセット３０内へと流入可能である。四重極ロッドセット３０の機能の１つは、質量分析計システム１０の下流検出段階への通過のために、イオンを収集および集束可能であることである。四重極ロッドセット３０の副次的機能は、カーテンチャンバ２３を偶発的に通過するイオン流から、さらに中性粒子を抽出可能であることである。
【０００９】
四重極ロッドセット３０内に収集および集束されるイオンは、四重極間障壁３２内の開口を通して流出し、ＲＦ短太ロッドセット３４（Ｂｒｕｂａｋｅｒレンズとしても知られる）を通して、質量フィルタとして構成可能な四重極ロッドセット３６内へと通過可能である。当業者には周知のように、質量フィルタは、ロッドセットを通過するイオンを選択的に安定化または不安定化させる四重極ロッドセットに、四重極ＲＦおよび直流（ＤＣ）電位の組み合わせを印加することによって、構成可能である。ＤＣおよびＲＦ電位の振幅および比率を制御することによって、着目範囲外の質量を有するイオンは、不安定化され、射出されるため、下流検出段階への通過のための着目範囲内にある質量を有するイオンを単離させることが可能である。このように、四重極ロッドセット３６は、着目質量範囲を実質的に単離可能である。
【００１０】
ＲＦ短太ロッドセット３８は、四重極ロッドセット３６から射出されるイオンを四重極ロッドセット４０内へと誘導する。衝突セル４２は、四重極ロッドセット４０を封入し、窒素またはアルゴン等の好適な衝突ガスを注入することによって、所望の高圧に維持される。また、衝突セル４２は、それぞれ、衝突セル４２内外にイオンを流出入させるための流入開口３９と、流出開口４３と、を備える。ＲＦ短太ロッドセット４４は、流出開口４３を通って、衝突セル４２から流出するイオンを、四重極ロッドセット４０より低い圧力に維持可能な四重極ロッドセット４６内へと誘導する。最後に、四重極ロッドセット４６から射出されるイオンは、好適な検出器によって、質量検出のために、流出レンズ４８を通過する。
【００１１】
図１の表示が、概略に過ぎないことは、当業者には理解されるであろう。質量分析計システム１０を完成させるために、付加的要素が組み立てられる必要があってもよい。例えば、複数の電源が、四重極ロッドセット３６、４０、４６と、流出開口４３と、流出レンズ４８と、を含む、システムの異なる要素に、ＤＣおよびＲＦ電圧を送達するために使用されてもよい。加えて、ガスポンプまたは他の配列を使用して、説明されるような衝突セル４２を含む、システムの異なるチャンバを所望の圧力レベルに維持してもよい。また、１つ以上のイオン検出器が提供されてもよい。また、１つ以上の結合コンデンサが提供されてもよい。
【００１２】
図１に示される質量分析計システム１０では、四重極ロッドセット４０は、米国特許第６，１７７，６６８号に開示されるように、イオンの質量選択的軸方向射出（ＭＳＡＥ）を提供可能なように、適切なＲＦ／ＤＣ閉じ込め電圧およびＡＣ励起電圧を印加することによって、第１の線形イオントラップ４０として構成可能である。同様に、四重極ロッドセット４６もまた、ＭＳＡＥのために動作可能な第２の線形イオントラップ４６として構成可能である。上述のように、四重極ロッドセット３６は、所望の着目質量範囲を単離するための質量フィルタ３６として構成可能である。さらに、第１および第２の線形イオントラップ４０、４６は、コンデンサＣａを使用して、共結合可能である一方、第２の線形イオントラップ４６は、コンデンサＣｂを使用して、ＲＦ短太ロッドセット４４に結合可能である。
【００１３】
着目質量範囲内の質量を有するイオンは、質量フィルタ３６によって、選択的に濾過され、第１のイオントラップ４０内に蓄積可能である。例えば、蓄積されたイオンの質量は、下限および上限イオン質量によって定義される質量範囲内にある。代替として、質量フィルタ３６によって選択されるイオンは、高衝突エネルギーで、衝突セル４２内へと運搬可能である。これらのイオンは、その結果、衝突セル４２内へと注入される衝突ガス分子との衝突を通して、分裂されてもよい。遅延周期を使用して、衝突支援解離（ＣＡＤ）を通して形成され、線形イオントラップ４０内にトラップされた分裂イオンを冷却可能である。遅延周期の終了時、第１のイオントラップ４０は、米国特許第６，１７７，６６８号によって教示されるＭＳＡＥのための技術のうちの１つを使用して、ＲＦ短太ロッドセット４４を経由して、第２のイオントラップ４６内へとイオンの通過を開始可能である。第１のイオントラップ４０から質量選択的に射出されるイオンは、第２のイオントラップ４６内で蓄積および冷却可能である。さらなる遅延周期後、イオンは、再び、米国特許第６，１７７，６６８号によって教示されるＭＳＡＥ技術のうちの１つを使用して、線形イオントラップ４６から射出可能である。このように、第１および第２のイオントラップ４０、４６は、並列操作可能である。
【００１４】
ＭＳＡＥのための複数の異なる技術が知られている。そのような方法の１つは、一定のＤＣトラップ電界を提供するステップと、次いで、イオントラップの下流端に付加的補助ＡＣ電界を提供するステップを伴う。すなわち、ＤＣトラップ電界は、イオントラップの四重極ロッドに印加されるＤＣオフセット電圧より高いＤＣオフセット電圧を印加することによって、イオントラップの下流端に生成可能である。そのように印加されるこれらのＤＣ電圧によって、半径方向ＲＦ閉じ込め電界内の安定したイオンは、イオントラップの下流端に生成されるＤＣ電位障壁に衝突し、その上、軸方向にトラップ可能である。図１の構成では、例えば、必要ＤＣ電位障壁は、流出開口４３の近傍に適切なＤＣオフセット電圧を提供することによって、第１の線形イオントラップ４０内に、同様に、流出レンズ４８に適切なＤＣオフセット電圧を提供することによって、第２の線形イオントラップ４６内に、生成可能である。
【００１５】
イオントラップの中心の周囲に凝集されるイオンは、略完全に四重極性であるＲＦ閉じ込め電界に遭遇可能である。しかしながら、下流端近傍のイオンは、四重極ロッドセット端で終端するＲＦ／ＤＣ電界のため、四重極電界に不完全に遭遇し得る。これらの不完全電界（一般に、「漏れ電界」と称される）は、トラップされるイオンの運動の半径方向および軸方向成分を結合する傾向がある。言い換えると、トラップされるイオンの半径方向および軸方向運動成分は、本質的に非結合または非常に疎結合の運動成分を有する、イオントラップの中心の周囲に凝集されるイオンと異なり、本質的に、相互に直交しなくなり得る。イオントラップの下流端近傍に形成される漏れ電界のため、近傍のイオンは、適切な周波数の低電圧補助ＡＣ電界の印加によって、イオントラップから質量依存的に走査可能である。印加される補助ＡＣ電界は、半径方向および軸方向両方の永年イオン運動に結合する。補助ＡＣ電界からエネルギーを吸収することによって、イオンは、イオントラップの下流端に形成されるＤＣ電位障壁を克服可能なように、十分に励起された状態になり得る。補助ＡＣ電界によって十分に励起されないイオンは、補助ＡＣ電界の周波数が、イオントラップから質量選択的に射出可能であるその永年周波数と一致するように変化するまで、イオントラップ内に閉じ込められたままであり得る。
【００１６】
また、イオンの質量選択的軸方向射出のための他の技術も、線形四重極ロッドセットに実装可能である。例えば、流出開口に提供される補助ＡＣ電界の周波数を走査するのではなく、代わりに、四重極ロッドに提供される主要ＲＦ閉じ込め電界の振幅を走査可能である。半径方向射出のために典型的に使用される約０．９０７のｑ値を遥かに下回る、わずか約０．２乃至０．３のｑ値が、軸方向射出のために使用可能である。したがって、主要ＲＦ電圧の振幅が走査される際の半径方向射出のために失われ得るイオンは、たとえあったとしても、ほとんどない。図面を参照して説明されるように、質量分析計システム１０は、ある範囲の振幅にわたって、主要ＲＦ閉じ込め電界を走査することによって、質量選択的にイオンを射出可能である。当然ながら、質量分析計システム１０が、本発明の範囲を制限することなく、他のＭＳＡＥ技術のために適合または再構成可能であることは、当業者には理解されるであろう。また、異なるＭＳＡＥ技術を組み合わせて使用可能であることも、当業者には理解されるであろう。例えば、ＲＦ閉じ込め電圧の振幅は、印加される補助ＡＣ励起電界周波数の走査と組み合わせて、走査可能である。代替として、例えば、米国特許第５，７８３，８２４号および米国特許公報第２００５／０２６９５０４ Ａ１号に記載のもの等、軸方向通過を伴う他のイオントラップも使用可能である。
【００１７】
次に、質量分析計システム１０内の第１および第２のイオントラップ４０、４６のイオンの質量選択的軸方向射出に好適な例示的ＲＦ電圧および補助ＡＣ励起周波数波形を例示する、図２Ａを参照する。波形１１０は、第１のイオントラップ４０に印加されるＲＦ閉じ込め電圧を表す一方、波形１１５は、第２のイオントラップ４６に印加されるＲＦ閉じ込め電圧を表す。故に、波形１１０、１１５は、ＭＳＡＥに好適であり得、ＲＦ閉じ込め電圧の振幅が走査され、印加される補助ＡＣ励起電界の周波数が一定に保持される（定線１０５によって表される）。また、波形１１０、１１５は、１つ以上の電圧源（図示せず）によって、第１および第２のイオントラップ４０、４６に別々に提供されてもよい。
【００１８】
例示されるように、両波形１１０、１１５は、印加されるＲＦ電圧が一定である蓄積／冷却相に続いて、印加されるＲＦ電圧が直線的に走査される質量選択的射出相を備えることが可能である。また、波形１１０、１１５は、印加されるＲＦ閉じ込め電圧をその走査前レベルにリセット可能なリセット相を備えることが可能であって、質量分析計システム１０内に依然としてトラップされる浮遊イオンは、第１および第２のイオントラップ４０、４６内のＤＣトラップ障壁を降下させることによって排出可能である。波形１１５は、図２Ａに示され、以下にさらに論じられるように、遅延時間間隔Δｔだけ、波形１１０に対して時間遅延可能である。
【００１９】
質量フィルタ３６によって濾過されるイオンは、時間Ｔ０において開始する第１のイオントラップ４０内へと通過され、時間Ｔ１まで蓄積および冷却可能である。時間Ｔ０とＴ１との間に第１のイオントラップ４０内に蓄積するイオンの質量範囲は、図３に示されるように、第１のイオントラップ４０の開始質量範囲２２０と称され得る。時間Ｔ１において、イオンは、ダルトン／秒（Ｄａ／ｓ）単位で定義される第１の走査速度で、第１のイオントラップ４０から第２のイオントラップ４６内へと質量選択的に走査を開始可能である。質量選択的射出相の間の波形１１０の傾斜は、本第１の走査速度を表す。例えば、イオンは、走査から２５ｍｓ後、２５Ｄａ質量範囲が、第２のイオントラップ４６内に蓄積されるように、１０００Ｄａ／ｓの速度で走査可能である。遅延時間間隔（図２ＡのΔｔ）後、第２のイオントラップ４６内に蓄積されたイオンは、第２の走査速度で、質量選択的に走査を開始可能である。図２Ａに示されるように、第１のイオントラップ４０の走査は、Ｔ１から開始し、Ｔ３で完了する一方、第２のイオントラップ４６の走査は、Ｔ２から開始し、Ｔ４で完了する。次いで、リセット相が、質量選択的射出相の終了時から開始する。
【００２０】
第２の走査速度を第１の走査速度と実質的に同等に設定することによって、第２のイオントラップ４０に流入するイオンの速度は、そこから射出されるイオンの速度と実質的に同等に維持可能である。したがって、質量分析計システム１０の操作時間間隔にわたって、第２のイオントラップ４６内にトラップされるイオンの質量範囲は、時間Ｔ１とＴ２との間の遅延時間間隔Δｔの間に、第２のイオントラップ４６内に初めに蓄積されるイオン質量範囲と実質的に同等であることが可能である。本質量範囲は、第２のイオントラップ４６の変動操作質量範囲２２２と称され得る。言い換えると、質量分析計システム１０の操作時間間隔にわたって、第２のイオントラップの質量範囲は、時間Ｔ１とＴ２との間の遅延時間間隔Δｔ（本実施例では、２５ｍｓ）を乗じた第１のイオントラップ４０の走査速度（本実施例では、１０００Ｄａ／ｓ）と略同等であり得る。
【００２１】
イオンが、第１のイオントラップ４０の走査速度と実質的に同一走査速度で、ただし、遅延時間間隔Δｔだけ時間遅延され、第２のイオントラップ４６から走査される場合、第２のイオントラップ４６の変動操作質量範囲２２２は、適切な遅延時間間隔Δｔを選択することによって、第１のイオントラップ４０の開始質量範囲２２０より狭く設定可能である。再び、上述の実施例の観点では、２５ｍｓの遅延時間間隔後の任意の時点において、第２のイオントラップ４６内のイオンは、約２５Ｄａの質量範囲を有して得る。したがって、第１のイオントラップ４０の開始質量範囲２２０が、１０００Ｄａである場合、第２のイオントラップ４６の変動操作質量範囲２２２は、第１のイオントラップ４６の開始質量範囲のわずか約２．５％であり得る。代わりに、第１のイオントラップ４０の開始質量範囲２２０が、５００Ｄａであった場合、第２のイオントラップ４６の変動操作質量範囲２２２は、第１のイオントラップ４０の開始質量範囲２２２のわずか約５％であり得る。質量分析計システム１０の操作時間間隔の間、より狭いイオン質量範囲を有することによって、第２のイオントラップ４６は、第１のイオントラップ４０と比較して、空間電荷効果を受け難くなり得る。その結果、イオンは、そうでなければ、走査されていたであろう第１のイオントラップ４０より高い分解能を伴う、第２のイオントラップ４６から走査可能である。また、空間電荷効果を受け難くなることによって、本発明の代替実施形態では、第２のイオントラップ４６は、第１のイオントラップ４０と比較して、より短い長さを有してもよい。
【００２２】
上述のように、波形１１０、１１５は、ＭＳＡＥに好適であり得、ＲＦ閉じ込め電圧の振幅が走査され、印加される補助ＡＣ電界の周波数が一定に保持される。当業者に理解されるように、線形四重極イオントラップのマシュー関数ｑ値は、以下によって求められ得る。
【００２３】
【数１】
ここで、ｍおよびｅは、それぞれ、イオン質量と電荷であって、ｒ０は、四重極トラップの電界半径であって、Ωは、四重極の角駆動周波数であって、Ｖは、極点から接地まで測定されたＲＦ半径方向閉じ込め電界の振幅である。また、イオン基本共鳴周波数は、以下によって表され得る。
【００２４】
【数２】
これは、ｎ＝０に設定し、式１に定義される関係を使用することによって、以下のように書き換えられ得る。
【００２５】
【数３】
あるいは、式３は、以下のように、印加される補助ＡＣ電界ωの周波数および半径方向閉じ込め電界ＶのＲＦ振幅の観点から明示的に表され得る。
【００２６】
【数４】
イオンの共鳴励起は、四重極に印加される補助ＡＣ電界の周波数が、イオン基本共鳴周波数ωと一致するときに生じる。したがって、式４が、半径ｒ０および駆動周波数Ωの四重極電界内にトラップされる、質量ｍと、電荷ｅとを有する、イオンの共鳴励起をもたらす、印加される補助ＡＣ電界の周波数（ωと同等）と半径方向閉じ込め電界ＶのＲＦ振幅との間の各イオントラップ４０、４６に対する全体的関係をどう定義し得るかが理解されるであろう。さらに、本全体的関係は、第１および第２のイオントラップ４０、４６のための制御システムの一部として使用されてもよい。特に、同一補助ＡＣ電界が、各イオントラップ４０、４６に印加される場合、イオンの共鳴励起は、同一の印加されるＲＦ振幅Ｖに対して生じ得る。図２Ａの波形１０５によって例示されるように、第１および第２のイオントラップ４０、４６のそれぞれに印加される補助ＡＣ励起周波数は、一定かつ同等であってもよい。したがって、その場合、第１および第２のイオントラップ４０、４６のＲＦ振幅が走査される速度を制御することは、特定の質量および電荷のイオンが射出される時間を制御する方法を提供し得る。例えば、第２のイオントラップ４６のＲＦ振幅は、第１のイオントラップ４０のＲＦ振幅と同一速度で走査されてもよいが、ただし、波形１１０、１１５に見られるように、遅延時間間隔だけ、時間遅延される。また、これらの波形は、１つ以上の電圧源によって、第１および第２のイオントラップ４０、４６に別々に提供されてもよい。また、選択された遅延時間間隔は、イオンの冷却時間に実質的に対応する。
【００２７】
次に、本発明の代替実施形態のある側面による、質量分析計システム１０内の第１および第２のイオントラップ４０、４６のための質量選択的軸方向射出に好適な例示的ＲＦ電圧および補助ＡＣ励起周波数波形を例示する、図２Ｂを参照する。本代替実施形態では、イオンのＭＳＡＥは、一定ＲＦ閉じ込め電界を使用して、第１および第２のイオントラップ４０、４６に印加される補助ＡＣ励起電界の周波数を走査することによって、提供されてもよい。図２Ｂの波形１２０は、第２のイオントラップ４６に印加されるＲＦ閉じ込め電界の振幅を表す一方、波形１２５は、第１のイオントラップ４０に印加されるＲＦ閉じ込め電界の振幅を表す。例示されるように、波形１２０および１２５は、異なる振幅を有するが、また、同一振幅を有してもよい。ＲＦ閉じ込め電圧は、後述のように、１つ以上の電圧源によって、または容量結合を使用して、別々に提供されてもよい。一般に、第１のイオントラップの波形は、破線を使用して表される一方、第２のイオントラップの波形は、実線を使用して表される。
【００２８】
波形１３０および１３５は、イオンのＭＳＡＥに好適であり得る、補助ＡＣ周波数波形を表す。波形１３０は、第２のイオントラップ４６に印加される補助ＡＣ励起電界の周波数を表す一方、波形１３５は、第１のイオントラップ４０に印加される補助ＡＣ励起電界の周波数を表す。例示されるように、波形１３０は、質量選択的射出相の間の波形１３５の基準化された時間遅延バージョンである。すなわち、波形１３０は、遅延時間間隔だけ時間遅延され、波形１２０および１２５が基準化される同一割合において、式４に従って基準化される。波形１３０と１３５との間の本特定の関係を設定することによって、第１のイオントラップ４０から第２のイオントラップ４６内へと射出されるある質量のイオンもまた、次いで、遅延時間間隔Δｔと同等の時間周期の間、第２のイオントラップ４６内で冷却された後、第２のイオントラップ４６から射出されてもよい。
【００２９】
次に、本発明の代替実施形態のある側面による、質量分析計システム１０内の第１および第２のイオントラップ４０、４６のためのイオンの質量選択的軸方向射出に好適な例示的ＲＦ電圧および補助ＡＣ励起周波数波形を例示する、図２Ｃを参照する。波形１４０は、第２のイオントラップ４６に印加されるＲＦ閉じ込め電圧を表す一方、波形１４５は、第１のイオントラップ４０に印加されるＲＦ閉じ込め電圧を表す。図２Ａに示される波形１１０、１１５と同様、波形１４０、１４５はそれぞれ、蓄積／冷却相、質量選択的射出相、およびリセット相を備える。波形１４０の振幅の波形１４５の振幅に対する比率１５０は、例えば、時間Ｔ０とＴ４との間の操作時間間隔にわたって、実質的に一定であることが可能である。
【００３０】
波形１４０、１４５は、イオンのＭＳＡＥに好適なＲＦ閉じ込め電圧を表し得、米国特許第６，１７７，６６８号から周知のように、イオントラップＲＦ閉じ込め電圧の振幅に加え、印加される補助ＡＣ電界の周波数が走査される。例示されるように、波形１４０、１４５の振幅は、同一速度ではないが、略同一割合において、走査されてもよい。すなわち、振幅の比率１５０は、実質的に固定されてもよい。
【００３１】
波形１４０、１４５は、１つ以上の電圧源によって、第２および第１のイオントラップ４６、４０に別々に印加されてもよいが、また、波形１４０、１４５は、第１と第２のイオントラップ４０、４６との間の容量結合を使用して、印加されてもよい。例えば、図１に例示されるように、コンデンサＣａは、第１のイオントラップ４０を第２のイオントラップ４６と結合し、コンデンサＣｂは、第２のイオントラップ４６をＲＦ短太ロッド４４と結合してもよい。必要に応じて、付加的回路要素とともに、コンデンサＣａおよびＣｂは、第１と第２のイオントラップ４０、４６との間にＡＣ電圧分配器を設けてもよい。故に、周知のように、比率１５０は、ＣａおよびＣｂのための適切な値を選択することによって、選択可能である。例えば、それぞれ、第２および第１のイオントラップ４６、４０に印加されるＲＦ閉じ込め電圧の振幅を表す、波形１４０の波形１４５に対する比率１５０は、質量分析計１０の操作間隔にかけて、２と略同等であってもよい。
【００３２】
式１に従って、第１および第２のイオントラップが同一四重極電界半径ｒ０を有すると仮定すると、第１のイオントラップ４０のｑ値は、２と略同等の比率１５０の場合、第２のイオントラップ４０のｑ値の約半分となるであろう。同様に、式３に従って、第１のイオントラップ４０のイオン基本共鳴周波数ωは、第２のイオントラップ４６の約半分となるであろう。したがって、例えば、第２のイオントラップ４６が、操作間隔にかけて、ｑ＝０．８４６で操作される場合、第１のイオントラップ４０に印加される補助ＡＣ励起周波数は、ある値ｑ＜０．４２３に対応し得る。本関係は、ある質量のイオンが、第１のイオントラップ４０から（第２のイオントラップ４６内へと）射出後の一定遅延時間間隔に続いて、第２のイオントラップ４６から励起され得る事実を反映する不等式として表される。遅延時間間隔の制御は、第１のイオントラップ４０に印加される補助励起周波数ωを制御することによって達成されてもよい。イオンが第１のイオントラップ４０から射出され得るｑ値が低いほど、励起周波数ωも低くなり、対応して、遅延時間間隔も大きくなる。再び、その遅延時間間隔は、イオンの冷却時間に対応し得る。
【００３３】
若干異なる表現で説明すると、第１および第２のイオントラップ４０、４６それぞれに対して、式４は、ＲＦ振幅Ｖ１、Ｖ２と補助ＡＣ励起周波数ω１、ω２との間の全体的関係を提供し得る。したがって、例えば、それぞれ、波形１４５、１４０によって表されるＲＦ振幅Ｖ１、Ｖ２を考えると、式４は、イオンのＭＳＡＥに好適な補助励起周波数ω１、ω２を提供する。例えば、波形１５５および１６０は、時間の関数として、イオンのＭＳＡＥに好適な例示的補助ＡＣ励起周波数を例示する。特に、イオンの質量範囲および質量分析計１０の操作間隔にかけて、イオンが、第１のイオントラップ１０から（第２のイオントラップ４６内へと）射出後の遅延時間間隔に続いて、第２のイオントラップ４６から射出されるように、ω１、ω２が走査されてもよい。波形１６０によって例示されるように、第１のイオントラップ４０のための補助ＡＣ励起周波数は、線時間Ｔ１およびＴ３によって定義されるように、第１のイオントラップ４０の質量選択的射出相の間、線形に走査されるように選択されてもよい。次いで、式４は、波形１５５によって例示されるように、第２のイオントラップ４６のための補助ＡＣ励起周波数の走査方法を判定する手段を提供してもよい。そのような場合、第２のイオントラップの走査速度は、非線形であってもよい。時間Ｔ１およびＴ２の間、第２のイオントラップ４６が、第１のイオントラップ４０から射出されるイオンを蓄積する際、補助ＡＣ励起周波数は、式４に従って、第２のイオントラップ４６に印加されるＲＦ閉じ込め電界の振幅を考慮して、第２のイオントラップ４６内の漏れ電界が、少なくとも時間Ｔ２まで、いかなる相当量のイオンの共鳴励起も生じさせないような任意の値であってもよい。しかしながら、時間Ｔ２において、第２のイオントラップ４６が、イオンのＭＳＡＥを開始し得るとき、補助ＡＣ励起周波数の値は、例えば、再び式４に従って、ＭＳＡＥのために制御されてもよい。ＲＦ振幅および補助ＡＣ励起周波数の両方が走査されるように、第１および第２のイオントラップ４０、４６が操作される際、ω１、ω２の走査は、異なるが、比例する走査速度Ｖ１、Ｖ２を補正するための補償機能を果たすと考えられ得、本補償機能を伴わない場合、第１および第２のイオントラップ４０、４６の異なるイオン射出速度をもたらすであろう。再び、上述のように、遅延時間間隔は、イオンの冷却時間に対応し得る。
【００３４】
次に、図２Ａ-２Ｃに示されるようなＲＦ電圧波形を使用して励起される際の第１および第２のイオントラップ４０、４６のイオン質量範囲の実施例を示す、図３を参照する。領域２０５は、時間の関数として、第１のイオントラップ４０内にトラップされるイオンの質量範囲を表す。同様に、領域２１０は、時間の関数として、第２のイオントラップ４６内にトラップされるイオンの質量範囲を表す。図３は、必ずしも正確な縮尺で描写されておらず、具象表現にすぎない。例示されるように、領域２０５は、下限および上限質量（それぞれ、ＭＬｏｗおよびＭＵＰＰ）によって定義される開始質量範囲２２０を有する。示されるように、領域２０５は、垂直方向は、それぞれ、ＭＬｏｗおよびＭＵＰＰ時の水平線２０６および２０７によって、左側は、時間Ｔ０におけるＹ軸によって、右側は、（Ｔ１、ＭＬｏｗ）から（Ｔ３、ＭＵＰＰ）まで延在する傾斜２０８線によって、境界を画される。蓄積／冷却相の間、すなわち、時間Ｔ０とＴ１との間、第１のイオントラップ４０の質量範囲は、開始質量範囲２２０のまま実質的に一定である。しかしながら、時間Ｔ１で開始する第１のイオントラップ４０からのイオンの質量選択的走査開始に伴って、トラップされるイオンの質量範囲は、経時的に狭小し始める。波形１１０の振幅の走査に伴って、時間Ｔ３まで、次第により大きな質量のイオンが、第１のイオントラップ４０から射出され、この時点で、イオンは、第１のイオントラップ４０内に全く残留し得ない、またはごくわずかにすぎない。
【００３５】
第２のイオントラップでは、第１のイオントラップ４０からのイオンの走査が未だ開始されないため、初期（時間Ｔ１前）、イオンは全く存在し得ない、またはごくわずかにすぎないであろう。しかしながら、時間Ｔ１とＴ２との間の遅延時間間隔Δｔの間、第２のイオントラップ４６が、時間Ｔ２において、その操作質量範囲２２２に到達するまで、次第により大きな質量のイオン（すなわち、第１のイオントラップ４０から射出されたイオン）が、蓄積され得る。その時点では、第２のイオントラップ４６の入射および射出速度は、略同等であり得るため、第２のイオントラップ４６内にトラップされるイオン質量の範囲は、実質的に一定のままであることが可能であるが、イオン質量自体は、経時的に増加し得る。時間Ｔ３までに、第１のイオントラップ４０は、その中にトラップされる全部または実質的に全部のイオンを射出し、その時点で、第２のイオントラップ４６内にトラップされるイオンの質量範囲は、図３に示されるように、最終的に全部または実質的に全部のイオンが、第２のイオントラップ４６から射出され得るまで（時間Ｔ４において生じる）、狭小し続け得る。図３に示されるように、かつ上述から推測され得るように、領域２１０は、（Ｔ１、ＭＬＯＷ）から（Ｔ２、ＭＬＯＷ）まで延在する水平線２０６によって定義される下限を有し、（Ｔ３、ＭＵＰＰ）から（Ｔ４、ＭＵＰＰ）まで延在する水平線２０７によって、その上限が境界を付されている。領域２１０は、また、（Ｔ１、ＭＬＯＷ）から（Ｔ３、ＭＵＰＰ）まで延在する傾斜線２０８によって左側が境界を付され、（Ｔ２、ＭＬＯＷ）から（Ｔ４、ＭＵＰＰ）まで延在する傾斜線２０９によって右側が境界を付されている。
【００３６】
主要ＲＦ閉じ込め電圧および／または補助ＡＣ励起周波数は、場合によって、質量選択的軸方向射出が実装されている方法に応じて、継続的または断続的に走査されてもよい。電圧が継続的に走査される場合、線形または非線形的に走査されてもよい。異なるＲＦ／ＡＣ電圧波形が、本目的には好適である。図２Ａ−２Ｃは、イオンの継続的かつ線形走査に好適であり得る、それぞれ、電圧波形１１０と１１５、１２０と１２５、および１４０と１４５のＲＦ対を例示する。次いで、図３は、これらの印加されるＲＦ／ＡＣ電圧のいずれかに従って、第１および第２のイオントラップ４０、４６の結果として得られる質量範囲を表し得る。上述のように、本発明のいくつかの実施形態の側面に従って、ＲＦ閉じ込め電圧に加え、第１および第２のイオントラップ４０、４６の補助ＡＣ励起周波数が、走査され得ることを理解されるであろう。図２Ｃの波形１４０、１４５は、それらのＲＦ閉じ込め電圧を表し得る。また、図２Ｂの波形１３０、１３５によって例示されるように、場合によって、補助ＡＣ励起周波数のみ走査され得る。最後に、異なる結果として得られる質量範囲をもたらし得る、他のＲＦ／ＡＣ電圧波形も、本発明の代替実施形態に従って、好適である可能性があることも理解されるであろう。
【００３７】
再び、図２Ａを参照すると、上述のように、例えば、米国特許第６，１７７，６６８号に教示されるように、質量選択的軸方向射出技術を使用して、イオンを第１および第２のイオントラップ４０、４６から走査可能である。タンデムＭＳＡＥとして第１および第２のイオントラップ４０、４６を走査するために、第１および第２のイオントラップ４０、４６に印加される主要ＲＦ閉じ込め電圧を並行走査可能である。特に、第２のイオントラップ４６に印加されるＲＦ電圧１１５は、第１のイオントラップ４０に印加されるＲＦ電圧１１０に実質的に対応可能であるが、ただし、第２のイオントラップ４６内の質量選択的イオン射出が、遅延時間間隔Δｔだけ、第１のイオントラップ４０内の質量選択的イオン射出から遅れるように、遅延時間間隔Δｔだけ時間遅延される。本目的のために、別個の電源を使用して、別々のＲＦ電圧が、第１および第２のイオントラップ４０、４６に印加され得る。
【００３８】
代替として、ＲＦ閉じ込め電圧は、図１に例示されるような１つ以上の結合コンデンサを使用して、第１および第２のイオントラップ４０、４６に印加可能である。質量分析計１０のこれらの構成では、静電容量値は、第１および第２のイオントラップ４０、４６に印加されるＲＦ閉じ込め電圧間に異なる割合を確立するように選択可能である。図２Ｂおよび２Ｃは、波形１２０、１２５および１４０、１４５の好適な対を例示する。イオンの質量範囲と質量分析計１０の操作時間間隔とにわたって、結合コンデンサＣａ、Ｃｂの値を選択し、第１および第２のイオントラップ４０、４６に印加されるＲＦ閉じ込めおよび補助ＡＣ励起周波数を制御することによって、ある質量のイオンが、第１のイオントラップ４０から放出後の遅延時間間隔に続いて、第２のイオントラップ４６から射出可能である。さらに、遅延時間間隔は、第２のイオントラップ４６内に蓄積されるイオンの冷却時間（同様に、イオンの特性（質量、初期エネルギー等）ならびにイオントラップの特性（容積、圧力等）に依存する）に実質的に対応するように選択可能である。遅延時間間隔は、イオンの冷却時間を上回る可能性があるが、それによって、質量分析計システムのデューティサイクルを減少させ、したがって、概して、望ましくない場合がある。
【００３９】
本発明の実施形態の種々の側面は、図２Ａ−２Ｃおよび３を参照して、後述される。タンデム質量分析計システムを操作する方法は、異なる時間における、質量分析計またはシステム内に含まれるイオントラップの状態を参照することによって、説明可能である。例えば、第１の時間において（Ｔ０とＴ１との間）、イオンは、第１のイオントラップ４０内に蓄積され得る。次いで、第２の時間において（図２Ａおよび３に示されるように、Ｔ１とＴ３との間の任意の時間において）、第１の複数のイオンが、第１のイオントラップ４０から、第２のイオントラップ４６内へと通過され得る。第１の複数のイオンは、第１の質量範囲内の質量を有するであろう。また、本第２の時間において、第２の複数のイオンは、第１のイオントラップ４０内に留保され得る。第２の複数のイオンは、第１の質量範囲と異なる第２の質量範囲内の質量を有するであろう。次に、第２の時間後の図２Ａおよび３に示されるＴ２とＴ３との間の任意の時点である、第３の時間を検討する。本第３の時間の間、第１の複数のイオンは、第２のイオントラップ４６から通過され得る一方、第２の複数のイオンは、第１のイオントラップ４０から、第２のイオントラップ４６内へと通過され得る。
【００４０】
上述の説明は、本発明の実施形態のある側面による方法を通して、３つの異なる時間で撮影される、一連の３枚のスナップショットとして捉えることが可能である。明確にするために、本説明は、図３を具体的に参照して繰り返される（第１の時間、第２の時間、および第３の時間は、それぞれ、参照番号２１２、２１４、２１６として指定される）。具体的には、示されるように、第１の時間２１２において、イオンは、第１のイオントラップ４０内に蓄積している。代替として、イオンは、時間Ｔ０の前に、第１のイオントラップ内に蓄積し続け得る。次いで、第２の時間２１４において、上限Ｍ１によって定義される質量範囲を有する第１の複数のイオンが、第１のイオントラップ４０から第２のイオントラップ４６へと通過され得る一方、Ｍ１直上からＭ２までの第２の質量範囲を有する第２の複数のイオンは、第１のイオントラップ内に留保され得る。図３に例示されるように、第２の時間２１４は、Ｔ１とＴ２との間にあるが、また、Ｔ２とＴ３との間にあってもよいことに留意されたい。次に、第３の時間２１６において、最大質量Ｍ１を有する第１の複数のイオンは、第２のイオントラップ４６から射出され得る一方、Ｍ１直上とＭ２との間の質量範囲を有する第２の複数のイオンは、第１のイオントラップ４０から第２のイオントラップ４６に通過され得る。
【００４１】
上述の説明は、異なる時間における、本発明のある側面による方法の一連のスナップショットとして捉えることが可能である。上述のように、第２の時間２１４における第２のイオントラップ４６内の第２の空間電荷密度と比較して、第２の時間２１４における第１のイオントラップ４０内の第１の空間電荷密度を遥かに高く維持することは、有利となり得る。上述のように、第２の時間２１４が、Ｔ１に近接する場合、第１の空間電荷密度は、第２の空間電荷密度の５、１０、または２０倍であってもよい。当然ながら、第２の時間２１４のＴ１からＴ３への移動に伴って、第１および第２のイオントラップ４０、４６の空間電荷密度内の相対的差異も減少し得る。
【００４２】
本発明の実施形態のいくつかの側面は、恐らく、一連のスナップショットを通して、より分かりやすく説明され得るが、本発明の実施形態の他の側面は、恐らく、一連のスナップショットではなく、本方法が経時的にどう作用するかを説明するためのより動的な語彙、例えば、ビデオと類似した方法を使用することによって、より分かりやすく説明される。図３に示されるように、Ｔ１とＴ３との間にある操作時間のための線２０８と２０９との間の変動操作質量範囲２２２は、線２０８の高さによって定義される上限を有する、第１の滑動通過時間帯の例として捉えられ得る。第１の滑動通過時間帯の上限は、ＭＳＡＥのための第１のイオントラップ４０に印加されるＲＦ電圧および補助ＡＣ励起周波数に関連する。特に、式１および３に従って、所与のＲＦ電圧レベルおよび補助ＡＣ励起周波数の場合、第１の滑動通過時間帯の上限は、そのＲＦ電圧レベルおよび補助ＡＣ励起周波数に対して、ＭＳＡＥのために、第１のイオントラップ４０から十分に励起されるであろう最も重いイオン質量を定義してもよい。ＲＦ電圧レベルの走査に伴って、本発明のいくつかの実施形態の側面によると、第１の滑動通過時間帯の上限が増加する。したがって、ＲＦ電圧波形１１０が走査されるＴ１とＴ３との間、第１の滑動通過時間帯の上限が変化するであろう。特に、図３に示されるように、第２の時間２１４において、第１の滑動通過時間帯は、Ｍ１の上限を有する一方、第３の時間２１６において、第１の滑動通過時間帯は、Ｍ２の上限を有するであろう。他の実施形態では、第１のイオントラップ４０に印加される補助ＡＣ励起周波数もまた、第１の滑動通過時間帯の上限の変化に伴って、Ｔ１とＴ３との間で走査される。
【００４３】
同様に、第２のイオントラップ４６から通過されるイオンを表す、第２の滑動通過時間帯を検討する。第１の滑動通過時間帯と同様に、傾斜線２０９によって表される第２の滑動通過時間帯の上限は、Ｔ２とＴ４との間のＲＦ電圧波形１１５の走査に伴って、経時的に変化するであろう。したがって、第３の時間２１６まで、第２のイオントラップ４６は、少なくともＭ１の質量を有する第１の複数のイオンを留保するように動作可能であるが、しかしながら、第３の時間２１６において、第２の滑動通過時間帯の上限は、次に、これらのイオンが第２のイオントラップ４６から射出され得るように、質量Ｍ１のイオンに到達するであろう。第１の滑動通過時間帯と同様に、本発明のいくつかの実施形態の側面によると、ＲＦ電圧波形１１５は、Ｔ２とＴ４との間で走査される一方、他の実施形態では、第２のイオントラップ４６に印加される補助ＡＣ励起周波数もまた、走査される。
【００４４】
図３に示されるように、第１の滑動通過時間帯によって網羅される第１の変動質量範囲および第２の滑動通過時間帯によって網羅される第２の変動質量範囲は、実質的に同一速度で、線形に走査可能である。例えば、Ｔ２からＴ３までの操作時間間隔にわたって、第２の滑動通過時間帯は、操作時間間隔の間の任意の操作時間における第１の変動質量範囲が、操作時間プラス遅延時間間隔Δｔにおける第２の変動質量範囲に実質的に対応し得るように、図３のΔｔとして示される遅延時間間隔だけ、第１の滑動通過時間帯に対して時間遅延可能である。例えば、図３に示されるように、Ｍ１を表す水平線が傾斜線２０８および２０９と交差する点は、約Δｔだけ離れている。いくつかの実施形態では、示されるように、線２０８の傾斜によって表される第１の走査速度は、線２０９の傾斜によって表される第２の走査速度と実質的に同等であり得る。
【００４５】
任意に、第２のイオントラップ４６のための第２の空間電荷レベルが選択され、第２のイオントラップ４６内にイオンを留保し、第２の空間電荷レベルを提供するための冷却時間間隔が選択可能である。その場合、遅延時間間隔Δｔは、冷却時間間隔と実質的に同等であってもよい。
【００４６】
上述のように、第１の走査速度は、線２０８の傾斜によって、図３に表され得る。本傾斜に遅延時間間隔Δｔを乗じることによって、Ｔ２とＴ３との間の任意の時点における線２０８と２０９との間の垂直方向距離を求めることが可能である（当然ながら、傾斜２０８と２０９とは同等（言い換えると、第１のイオントラップ４０と第２のイオントラップ４６の走査速度とは同等）であると仮定する）。本垂直方向の差異は、当然ながら、第２のイオントラップ４６の変動操作質量範囲２２２である。任意に、分解能を向上させ、空間電荷問題を低減するために、本変動操作質量範囲２２２は、開始質量範囲２２０と比べ、比較的小さい範囲に維持可能である。例えば、開始質量範囲２２０の半分未満、あるいは開始質量範囲２２０の５分の１または１０分の１未満であり得る。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態によると、第１のイオントラップと第２のイオントラップとは、容量結合可能である。いくつかのそのような実施形態では、第１のイオントラップからの第１の走査速度は、第１のイオントラップに提供される第１のＲＦ電圧および第１の補助ＡＣ電圧を調節することによって制御可能である。次いで、容量結合の結果、第２のＲＦ電圧を第２のイオントラップに自動的に印加可能である。再び、容量結合の結果、第１のイオントラップに印加される第１のＲＦ電圧と、第２のイオントラップに印加される第２のＲＦ電圧の比率は、タンデムイオントラップの操作時間にかけて、実質的に一定に維持可能である。具体的には、第１のＲＦ電圧の第２のＲＦ電圧に対する比率は、１つ以上の結合コンデンサの静電容量を選択することによって制御可能である。
【００４８】
上述のように、第１のイオントラップからの第１の走査速度が、第２のイオントラップからの第２の走査速度と同等であることは、望ましい可能性がある。イオントラップが容量結合される実施形態において、これを提供するために、第１のイオントラップに印加される第１の補助ＡＣ電圧および第２のイオントラップに印加される第２の補助ＡＣ電圧は、第１の走査速度が第２の走査速度と実質的に同等であるように、第１のＲＦ電圧の第２のＲＦ電圧に対する比率に基づいて判定可能である。当然ながら、他の実施形態によると、上述のように、第１のＲＦ電圧および第２のＲＦ電圧は、それぞれ、第１および第２のイオントラップに別々に提供可能である。
【００４９】
次に、本発明の代替実施形態による、三連四重極質量分析計システムの異なる可能な構成を例示するブロック図である、図４-７を参照する。これらの代替実施形態は、図１に例示される質量分析計システム１０と同一または同様に機能する。故に、代替実施形態における差異のみ、詳細に説明する。明確にするために、図４-７に例示される代替実施形態の要素は、図１の質量分析計システム１０内の同様または類似要素を指定するために使用される参照番号を用いて指定される。
【００５０】
図４は、本発明の代替実施形態に従って構成される、質量分析計システム１００のブロック図を例示する。質量分析計システム１００は、四重極ロッドセット２６および四重極間障壁２８（両方とも、質量分析計システム１０内に含められる）の代わりに、スキマープレート５２を備える。オリフィスプレート２４内の開口を通して、カーテンチャンバ２３から流出するイオンは、スキマープレート５２を通って、四重極ロッドセット３０内へと通過する。また、質量分析計システム１００は、付加的四重極間障壁５０を備える。
【００５１】
三連四重極質量分析計システム１００は、第１のイオントラップとして作用するＲＦ短太ロッド４４および第２のイオントラップとして作用する四重極ロッドセット４６を構成することによって、タンデム線形イオントラップ質量分析計として操作される。実際、付加的四重極間障壁５０が、ＲＦ短太ロッド４４内にＤＣトラップ電界を設けるための可能な構成の１つとして、質量分析計システム１００内に含められる。また、補助ＡＣ電界も、四重極間障壁５０に提供可能である。任意に、ＭＳＡＥの該当モードが実装されている場合、印加される補助ＡＣ電界の周波数を走査可能である。そうでなければ、四重極間障壁５０が、ＤＣ電位および実質的に一定補助ＡＣ励起周波数を受信可能である一方、イオンのＭＳＡＥを提供するために、ＲＦ短太ロッド４４の四重極ロッドに印加される主要ＲＦ閉じ込め電圧が走査され得る。質量分析計システム１００では、衝突セル４０は、比較的に高圧に維持され、イオン冷却を補助可能であるが、第１および第２のイオントラップ４４、４６は両方とも、低圧に維持され得る。例えば、衝突セル４０内の操作圧は、５ｘ１０−５Ｔｏｒｒと２０ｍＴｏｒｒとの間に維持可能である一方、イオントラップ４４、４６内の操作圧は、６ｘ１０−６Ｔｏｒｒと５ｘ１０−４Ｔｏｒｒとの間に維持され得る。また、結合コンデンサＣａ、Ｃｂは、第１および第２のイオントラップ４４、４６に印加されるＲＦ閉じ込め電圧の比率を設定するための電圧分配器の一部として利用可能であって、印加される補助ＡＣ励起周波数の適切な操作とともに、本発明のいくつかの実施形態の側面に従って、第１および第２のイオントラップ４４、４６からイオンのタンデムＭＳＡＥを提供し得る。
【００５２】
図５は、本発明の代替実施形態に従って構成される、質量分析計システム２００のブロック図を例示する。質量分析計システム２００は、質量分析計システム１００と同様に、四重極ロッドセット２６および四重極間障壁２８の代わりに、スキマープレート５２を備え、さらに、第１のイオントラップとして構成される四重極ロッドセット３６と、第２のイオントラップとして構成される四重極ロッドセット４６と、を有する。したがって、質量分析計システム２００では、イオンは、第１のイオントラップ３６からの射出後、かつ第２のイオントラップ４６内での蓄積前に、高圧衝突セルを通過可能である。第１および第２のイオントラップ３６、４６は両方とも、低圧に維持可能である。また、質量分析計システム２００の構成では、例示されるように、その間に容量結合が提供されないため、ＲＦ閉じ込め電圧は、第１および第２のイオントラップ３６、４６に別々に供給可能であることに留意されたい。当然ながら、質量分析計２００システムは、他の実施形態では、第１と第２のイオントラップ３６、４６との間に容量結合を提供するように再構成可能である。
【００５３】
図６は、本発明の代替実施形態に従って構成される、質量分析計システム３００のブロック図を例示する。質量分析計システム３００は、質量分析計システム１００および２００と同様に、四重極ロッドセット２６ならびに四重極間障壁２８の代わりに、スキマープレート５２を備え、さらに、第１のイオントラップとして構成される四重極ロッドセット３０と、第２のイオントラップとして構成される四重極ロッドセット３６と、を有する。次に、コンデンサＣａは、第１および第２のイオントラップ３０、３６を結合する一方、コンデンサＣｂは、同様に、ＲＦ短太ロッド３４および第２のイオントラップ３６を結合する。したがって、質量分析計システム３００は、容量結合および１つ以上の電圧源（図示せず）を使用して、第１および第２のイオントラップ３６、４６に提供されるＲＦ閉じ込め電圧を有するように構成される。
【００５４】
図７は、本発明の代替実施形態に従って構成される、質量分析計システム４００のブロック図を例示する。質量分析計システム４００は、第２のイオントラップ３６から質量選択的に射出されるイオンを検出するために使用される検出方法の観点において、質量分析計システム３００と異なる。特に、質量分析計システム４００は、当業者には周知のように、イオンを検出および区別するために使用可能な直交飛行時間質量分析計５４を備える。
【００５５】
本発明の他の変形例および修正例も可能である。例えば、四重極以外の多重極を使用して、本発明の異なる側面を実装可能である。さらに、上述のものに加え、質量分析計またはイオントラップ構成もまた、本発明の異なる側面を実装するために使用可能である。例えば、質量選択的軸方向射出イオンの代わりに、ある線形イオントラップから別のイオントラップへと、半径方向に射出可能である。半径方向射出は、第ＵＳ０５４２０４２５Ｂ１号によって説明されるように、主要ＲＦ極からロッドの１つを通して、または第ＵＳ０６７７０８７１Ｂ１号によって説明されるように、主要ＲＦ極間に介在される補助ロッド内のスロットを通して、実行可能である。加えて、上述のもの以外の質量選択的軸方向射出の技術もまた、採用可能である（すなわち、第ＵＳ５７８３８２４号、第ＷＯ７０７２０３８Ａ２号、第ＵＳ２００７０４５５３３号、および第ＵＳ０７０８４３９８Ｂ２号）。高から低質量へとイオンが第１のトラップから射出される最後に記載の技術の場合、第２のトラップは、高から低質量へと走査可能である。あらゆるそのような修正例および変形例は、請求項によって定義される本発明の領域および範囲内にあると考えられる。
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、概して、イオントラップに関し、より具体的には、空間電荷効果を制御または低減するための、タンデム質量分析計構成およびその操作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載される種類の従来のイオントラップ質量分析計は、３つの電極、すなわちリング電極と一対のエンドキャップ電極とを含み得る。適切なRF/DC電圧が電極に適用されることにより、特定の質量対電荷範囲内のイオンをトラップする３次元電界を確立し得る。線形四重極が、またイオントラップ質量分析計として構成され得、これは適用されるＲＦ電圧によって提供されている放射方向イオン拘束とロッドの組の各端におけるＤＣ電圧障壁によって提供される軸方向イオン拘束とを伴っている。線形イオントラップ内にトラップされたイオンの質量選択検出は、特許文献２によって教示されるようなイオンの放射方向の放出を利用し得、特許文献３によって教示されるようなイオンの軸方向の放出（ＭＳＡＥ）を利用し得る。フーリエ変換技術も特許文献４によって教示されるような原位置検出に利用され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第２，９３９，９５２号明細書
【特許文献２】米国特許第５，４２０，４２５号明細書
【特許文献３】米国特許第６，１７７，６６８号明細書
【特許文献４】米国特許第４，７５５，６７０号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の側面によると、第１のイオントラップと、第２のイオントラップとを有する、タンデム質量分析計システムを操作する方法であって、ａ）第１の時間において、第１のイオントラップ内にイオンを蓄積するステップと、ｂ）第２の時間において、第１のイオントラップから第１の複数のイオンを第２のイオントラップ内へと通過させるステップであって、第１の複数のイオンは、第１の質量範囲内の質量を有する、ステップと、ｃ）第２の時間において、第１のイオントラップ内に第２の複数のイオンを留保するステップであって、第２の複数のイオンは、第１の質量範囲と異なる第２の質量範囲内の質量を有する、ステップと、ｄ）第３の時間において、第２のイオントラップから第１の複数のイオンを通過させるステップと、ｅ）第３の時間において、第１のイオントラップから第２の複数のイオンを第２のイオントラップ内へと通過させるステップとを備えている、方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
以下の図面を参照して、種々の実施形態の詳細な説明が、以下に提供される。
【図１】図１は、本発明の実施形態のある側面による方法を実装するように構成可能なタンデム線形イオントラップ質量分析計システムを例示する、ブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施形態のある側面による、印加される補助ＡＣ励起周波数が一定に保持されるときのイオンの質量選択的軸方向射出に好適な例示的ＲＦ電圧および補助ＡＣ励起周波数波形のタイミング図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施形態のある側面による、イオンの質量選択的軸方向射出に好適な例示的ＲＦ電圧および補助ＡＣ励起周波数波形のタイミング図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の実施形態のある側面による、イオンの質量選択的軸方向射出に好適な例示的ＲＦ電圧および補助ＡＣ励起周波数波形のタイミング図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態のある側面による、並行操作される２つの線形イオントラップの開始および操作質量範囲のタイミング図である。
【図４】図４は、本発明の代替実施形態のある側面による方法を実装するように構成可能なタンデム線形イオントラップ質量分析計システムを例示する、ブロック図である。
【図５】図５は、本発明の代替実施形態のある側面による方法を実装するように構成可能なタンデム線形イオントラップ質量分析計システムを例示する、ブロック図である。
【図６】図６は、本発明の代替実施形態のある側面による方法を実装するように構成可能なタンデム線形イオントラップ質量分析計システムを例示する、ブロック図である。
【図７】図７は、本発明の代替実施形態のある側面による方法を実装するように構成可能なタンデム線形イオントラップ質量分析計システムを例示する、ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図面および付随の関連説明は、本質的に例示としてのみ意図されるものであって、本発明の範囲をいかようにも制限するものではないことは、当業者には理解されるであろう。便宜上、同一参照番号は、必要に応じて、図面の同一特徴を説明するために反復して使用されるであろう。
【０００７】
イオントラップ質量分析計のスペクトル分解能は、トラップされるイオンの密度または空間電荷に依存し得る。従来の技術を使用する場合、イオントラップ質量分析計のスペクトル分解能は、トラップされるイオンの空間電荷が、ある閾値レベルに到達または超越すると、急激に降下し得る。極端な場合、質量スペクトルピークは、空間電荷効果のために完全に失われる可能性がある。他の望ましくない空間電荷効果として、イオントラップの自発的排出、分光計内の質量較正偏移、および他の形態のスペクトル歪が含まれる可能性がある。
【０００８】
最初に、本発明の実施形態のある側面による方法を実装するように構成される、三連四重極質量分析計システム１０を例示するブロック図である、図１を参照する。質量分析計システム１０は、集束イオン流を発生させ、カーテンプレート２２へと指向させる、イオン源２０を備える。いくつかの実施形態では、イオン源２０は、例えば、イオンスプレーまたはエレクトロスプレーデバイスであってもよい。カーテンプレート２２内の開口を通過するイオンは、カーテンプレート２２とオリフィスプレート２４との間に形成される、カーテンチャンバ２３内へと流入可能である。カーテンチャンバ２３内へのカーテンガス流は、質量分析計システム１０の分析セクション内への望ましくない中性粒子の流入を低減可能である。イオンは、オリフィスプレート２４内の開口を通して、カーテンチャンバ２３から流出し、ロッドセット２６を通過し、四重極間障壁２８内の開口を経由して、四重極ロッドセット３０内へと流入可能である。四重極ロッドセット３０の機能の１つは、質量分析計システム１０の下流検出段階への通過のために、イオンを収集および集束可能であることである。四重極ロッドセット３０の副次的機能は、カーテンチャンバ２３を偶発的に通過するイオン流から、さらに中性粒子を抽出可能であることである。
【０００９】
四重極ロッドセット３０内に収集および集束されるイオンは、四重極間障壁３２内の開口を通して流出し、ＲＦ短太ロッドセット３４（Ｂｒｕｂａｋｅｒレンズとしても知られる）を通して、質量フィルタとして構成可能な四重極ロッドセット３６内へと通過可能である。当業者には周知のように、質量フィルタは、ロッドセットを通過するイオンを選択的に安定化または不安定化させる四重極ロッドセットに、四重極ＲＦおよび直流（ＤＣ）電位の組み合わせを印加することによって、構成可能である。ＤＣおよびＲＦ電位の振幅および比率を制御することによって、着目範囲外の質量を有するイオンは、不安定化され、射出されるため、下流検出段階への通過のための着目範囲内にある質量を有するイオンを単離させることが可能である。このように、四重極ロッドセット３６は、着目質量範囲を実質的に単離可能である。
【００１０】
ＲＦ短太ロッドセット３８は、四重極ロッドセット３６から射出されるイオンを四重極ロッドセット４０内へと誘導する。衝突セル４２は、四重極ロッドセット４０を封入し、窒素またはアルゴン等の好適な衝突ガスを注入することによって、所望の高圧に維持される。また、衝突セル４２は、それぞれ、衝突セル４２内外にイオンを流出入させるための流入開口３９と、流出開口４３と、を備える。ＲＦ短太ロッドセット４４は、流出開口４３を通って、衝突セル４２から流出するイオンを、四重極ロッドセット４０より低い圧力に維持可能な四重極ロッドセット４６内へと誘導する。最後に、四重極ロッドセット４６から射出されるイオンは、好適な検出器によって、質量検出のために、流出レンズ４８を通過する。
【００１１】
図１の表示が、概略に過ぎないことは、当業者には理解されるであろう。質量分析計システム１０を完成させるために、付加的要素が組み立てられる必要があってもよい。例えば、複数の電源が、四重極ロッドセット３６、４０、４６と、流出開口４３と、流出レンズ４８と、を含む、システムの異なる要素に、ＤＣおよびＲＦ電圧を送達するために使用されてもよい。加えて、ガスポンプまたは他の配列を使用して、説明されるような衝突セル４２を含む、システムの異なるチャンバを所望の圧力レベルに維持してもよい。また、１つ以上のイオン検出器が提供されてもよい。また、１つ以上の結合コンデンサが提供されてもよい。
【００１２】
図１に示される質量分析計システム１０では、四重極ロッドセット４０は、米国特許第６，１７７，６６８号に開示されるように、イオンの質量選択的軸方向射出（ＭＳＡＥ）を提供可能なように、適切なＲＦ／ＤＣ閉じ込め電圧およびＡＣ励起電圧を印加することによって、第１の線形イオントラップ４０として構成可能である。同様に、四重極ロッドセット４６もまた、ＭＳＡＥのために動作可能な第２の線形イオントラップ４６として構成可能である。上述のように、四重極ロッドセット３６は、所望の着目質量範囲を単離するための質量フィルタ３６として構成可能である。さらに、第１および第２の線形イオントラップ４０、４６は、コンデンサＣａを使用して、共結合可能である一方、第２の線形イオントラップ４６は、コンデンサＣｂを使用して、ＲＦ短太ロッドセット４４に結合可能である。
【００１３】
着目質量範囲内の質量を有するイオンは、質量フィルタ３６によって、選択的に濾過され、第１のイオントラップ４０内に蓄積可能である。例えば、蓄積されたイオンの質量は、下限および上限イオン質量によって定義される質量範囲内にある。代替として、質量フィルタ３６によって選択されるイオンは、高衝突エネルギーで、衝突セル４２内へと運搬可能である。これらのイオンは、その結果、衝突セル４２内へと注入される衝突ガス分子との衝突を通して、分裂されてもよい。遅延周期を使用して、衝突支援解離（ＣＡＤ）を通して形成され、線形イオントラップ４０内にトラップされた分裂イオンを冷却可能である。遅延周期の終了時、第１のイオントラップ４０は、米国特許第６，１７７，６６８号によって教示されるＭＳＡＥのための技術のうちの１つを使用して、ＲＦ短太ロッドセット４４を経由して、第２のイオントラップ４６内へとイオンの通過を開始可能である。第１のイオントラップ４０から質量選択的に射出されるイオンは、第２のイオントラップ４６内で蓄積および冷却可能である。さらなる遅延周期後、イオンは、再び、米国特許第６，１７７，６６８号によって教示されるＭＳＡＥ技術のうちの１つを使用して、線形イオントラップ４６から射出可能である。このように、第１および第２のイオントラップ４０、４６は、並列操作可能である。
【００１４】
ＭＳＡＥのための複数の異なる技術が知られている。そのような方法の１つは、一定のＤＣトラップ電界を提供するステップと、次いで、イオントラップの下流端に付加的補助ＡＣ電界を提供するステップを伴う。すなわち、ＤＣトラップ電界は、イオントラップの四重極ロッドに印加されるＤＣオフセット電圧より高いＤＣオフセット電圧を印加することによって、イオントラップの下流端に生成可能である。そのように印加されるこれらのＤＣ電圧によって、半径方向ＲＦ閉じ込め電界内の安定したイオンは、イオントラップの下流端に生成されるＤＣ電位障壁に衝突し、その上、軸方向にトラップ可能である。図１の構成では、例えば、必要ＤＣ電位障壁は、流出開口４３の近傍に適切なＤＣオフセット電圧を提供することによって、第１の線形イオントラップ４０内に、同様に、流出レンズ４８に適切なＤＣオフセット電圧を提供することによって、第２の線形イオントラップ４６内に、生成可能である。
【００１５】
イオントラップの中心の周囲に凝集されるイオンは、略完全に四重極性であるＲＦ閉じ込め電界に遭遇可能である。しかしながら、下流端近傍のイオンは、四重極ロッドセット端で終端するＲＦ／ＤＣ電界のため、四重極電界に不完全に遭遇し得る。これらの不完全電界（一般に、「漏れ電界」と称される）は、トラップされるイオンの運動の半径方向および軸方向成分を結合する傾向がある。言い換えると、トラップされるイオンの半径方向および軸方向運動成分は、本質的に非結合または非常に疎結合の運動成分を有する、イオントラップの中心の周囲に凝集されるイオンと異なり、本質的に、相互に直交しなくなり得る。イオントラップの下流端近傍に形成される漏れ電界のため、近傍のイオンは、適切な周波数の低電圧補助ＡＣ電界の印加によって、イオントラップから質量依存的に走査可能である。印加される補助ＡＣ電界は、半径方向および軸方向両方の永年イオン運動に結合する。補助ＡＣ電界からエネルギーを吸収することによって、イオンは、イオントラップの下流端に形成されるＤＣ電位障壁を克服可能なように、十分に励起された状態になり得る。補助ＡＣ電界によって十分に励起されないイオンは、補助ＡＣ電界の周波数が、イオントラップから質量選択的に射出可能であるその永年周波数と一致するように変化するまで、イオントラップ内に閉じ込められたままであり得る。
【００１６】
また、イオンの質量選択的軸方向射出のための他の技術も、線形四重極ロッドセットに実装可能である。例えば、流出開口に提供される補助ＡＣ電界の周波数を走査するのではなく、代わりに、四重極ロッドに提供される主要ＲＦ閉じ込め電界の振幅を走査可能である。半径方向射出のために典型的に使用される約０．９０７のｑ値を遥かに下回る、わずか約０．２乃至０．３のｑ値が、軸方向射出のために使用可能である。したがって、主要ＲＦ電圧の振幅が走査される際の半径方向射出のために失われ得るイオンは、たとえあったとしても、ほとんどない。図面を参照して説明されるように、質量分析計システム１０は、ある範囲の振幅にわたって、主要ＲＦ閉じ込め電界を走査することによって、質量選択的にイオンを射出可能である。当然ながら、質量分析計システム１０が、本発明の範囲を制限することなく、他のＭＳＡＥ技術のために適合または再構成可能であることは、当業者には理解されるであろう。また、異なるＭＳＡＥ技術を組み合わせて使用可能であることも、当業者には理解されるであろう。例えば、ＲＦ閉じ込め電圧の振幅は、印加される補助ＡＣ励起電界周波数の走査と組み合わせて、走査可能である。代替として、例えば、米国特許第５，７８３，８２４号および米国特許公報第２００５／０２６９５０４ Ａ１号に記載のもの等、軸方向通過を伴う他のイオントラップも使用可能である。
【００１７】
次に、質量分析計システム１０内の第１および第２のイオントラップ４０、４６のイオンの質量選択的軸方向射出に好適な例示的ＲＦ電圧および補助ＡＣ励起周波数波形を例示する、図２Ａを参照する。波形１１０は、第１のイオントラップ４０に印加されるＲＦ閉じ込め電圧を表す一方、波形１１５は、第２のイオントラップ４６に印加されるＲＦ閉じ込め電圧を表す。故に、波形１１０、１１５は、ＭＳＡＥに好適であり得、ＲＦ閉じ込め電圧の振幅が走査され、印加される補助ＡＣ励起電界の周波数が一定に保持される（定線１０５によって表される）。また、波形１１０、１１５は、１つ以上の電圧源（図示せず）によって、第１および第２のイオントラップ４０、４６に別々に提供されてもよい。
【００１８】
例示されるように、両波形１１０、１１５は、印加されるＲＦ電圧が一定である蓄積／冷却相に続いて、印加されるＲＦ電圧が直線的に走査される質量選択的射出相を備えることが可能である。また、波形１１０、１１５は、印加されるＲＦ閉じ込め電圧をその走査前レベルにリセット可能なリセット相を備えることが可能であって、質量分析計システム１０内に依然としてトラップされる浮遊イオンは、第１および第２のイオントラップ４０、４６内のＤＣトラップ障壁を降下させることによって排出可能である。波形１１５は、図２Ａに示され、以下にさらに論じられるように、遅延時間間隔Δｔだけ、波形１１０に対して時間遅延可能である。
【００１９】
質量フィルタ３６によって濾過されるイオンは、時間Ｔ０において開始する第１のイオントラップ４０内へと通過され、時間Ｔ１まで蓄積および冷却可能である。時間Ｔ０とＴ１との間に第１のイオントラップ４０内に蓄積するイオンの質量範囲は、図３に示されるように、第１のイオントラップ４０の開始質量範囲２２０と称され得る。時間Ｔ１において、イオンは、ダルトン／秒（Ｄａ／ｓ）単位で定義される第１の走査速度で、第１のイオントラップ４０から第２のイオントラップ４６内へと質量選択的に走査を開始可能である。質量選択的射出相の間の波形１１０の傾斜は、本第１の走査速度を表す。例えば、イオンは、走査から２５ｍｓ後、２５Ｄａ質量範囲が、第２のイオントラップ４６内に蓄積されるように、１０００Ｄａ／ｓの速度で走査可能である。遅延時間間隔（図２ＡのΔｔ）後、第２のイオントラップ４６内に蓄積されたイオンは、第２の走査速度で、質量選択的に走査を開始可能である。図２Ａに示されるように、第１のイオントラップ４０の走査は、Ｔ１から開始し、Ｔ３で完了する一方、第２のイオントラップ４６の走査は、Ｔ２から開始し、Ｔ４で完了する。次いで、リセット相が、質量選択的射出相の終了時から開始する。
【００２０】
第２の走査速度を第１の走査速度と実質的に同等に設定することによって、第２のイオントラップ４０に流入するイオンの速度は、そこから射出されるイオンの速度と実質的に同等に維持可能である。したがって、質量分析計システム１０の操作時間間隔にわたって、第２のイオントラップ４６内にトラップされるイオンの質量範囲は、時間Ｔ１とＴ２との間の遅延時間間隔Δｔの間に、第２のイオントラップ４６内に初めに蓄積されるイオン質量範囲と実質的に同等であることが可能である。本質量範囲は、第２のイオントラップ４６の変動操作質量範囲２２２と称され得る。言い換えると、質量分析計システム１０の操作時間間隔にわたって、第２のイオントラップの質量範囲は、時間Ｔ１とＴ２との間の遅延時間間隔Δｔ（本実施例では、２５ｍｓ）を乗じた第１のイオントラップ４０の走査速度（本実施例では、１０００Ｄａ／ｓ）と略同等であり得る。
【００２１】
イオンが、第１のイオントラップ４０の走査速度と実質的に同一走査速度で、ただし、遅延時間間隔Δｔだけ時間遅延され、第２のイオントラップ４６から走査される場合、第２のイオントラップ４６の変動操作質量範囲２２２は、適切な遅延時間間隔Δｔを選択することによって、第１のイオントラップ４０の開始質量範囲２２０より狭く設定可能である。再び、上述の実施例の観点では、２５ｍｓの遅延時間間隔後の任意の時点において、第２のイオントラップ４６内のイオンは、約２５Ｄａの質量範囲を有して得る。したがって、第１のイオントラップ４０の開始質量範囲２２０が、１０００Ｄａである場合、第２のイオントラップ４６の変動操作質量範囲２２２は、第１のイオントラップ４６の開始質量範囲のわずか約２．５％であり得る。代わりに、第１のイオントラップ４０の開始質量範囲２２０が、５００Ｄａであった場合、第２のイオントラップ４６の変動操作質量範囲２２２は、第１のイオントラップ４０の開始質量範囲２２２のわずか約５％であり得る。質量分析計システム１０の操作時間間隔の間、より狭いイオン質量範囲を有することによって、第２のイオントラップ４６は、第１のイオントラップ４０と比較して、空間電荷効果を受け難くなり得る。その結果、イオンは、そうでなければ、走査されていたであろう第１のイオントラップ４０より高い分解能を伴う、第２のイオントラップ４６から走査可能である。また、空間電荷効果を受け難くなることによって、本発明の代替実施形態では、第２のイオントラップ４６は、第１のイオントラップ４０と比較して、より短い長さを有してもよい。
【００２２】
上述のように、波形１１０、１１５は、ＭＳＡＥに好適であり得、ＲＦ閉じ込め電圧の振幅が走査され、印加される補助ＡＣ電界の周波数が一定に保持される。当業者に理解されるように、線形四重極イオントラップのマシュー関数ｑ値は、以下によって求められ得る。
【００２３】
【数１】
ここで、ｍおよびｅは、それぞれ、イオン質量と電荷であって、ｒ０は、四重極トラップの電界半径であって、Ωは、四重極の角駆動周波数であって、Ｖは、極点から接地まで測定されたＲＦ半径方向閉じ込め電界の振幅である。また、イオン基本共鳴周波数は、以下によって表され得る。
【００２４】
【数２】
これは、ｎ＝０に設定し、式１に定義される関係を使用することによって、以下のように書き換えられ得る。
【００２５】
【数３】
あるいは、式３は、以下のように、印加される補助ＡＣ電界ωの周波数および半径方向閉じ込め電界ＶのＲＦ振幅の観点から明示的に表され得る。
【００２６】
【数４】
イオンの共鳴励起は、四重極に印加される補助ＡＣ電界の周波数が、イオン基本共鳴周波数ωと一致するときに生じる。したがって、式４が、半径ｒ０および駆動周波数Ωの四重極電界内にトラップされる、質量ｍと、電荷ｅとを有する、イオンの共鳴励起をもたらす、印加される補助ＡＣ電界の周波数（ωと同等）と半径方向閉じ込め電界ＶのＲＦ振幅との間の各イオントラップ４０、４６に対する全体的関係をどう定義し得るかが理解されるであろう。さらに、本全体的関係は、第１および第２のイオントラップ４０、４６のための制御システムの一部として使用されてもよい。特に、同一補助ＡＣ電界が、各イオントラップ４０、４６に印加される場合、イオンの共鳴励起は、同一の印加されるＲＦ振幅Ｖに対して生じ得る。図２Ａの波形１０５によって例示されるように、第１および第２のイオントラップ４０、４６のそれぞれに印加される補助ＡＣ励起周波数は、一定かつ同等であってもよい。したがって、その場合、第１および第２のイオントラップ４０、４６のＲＦ振幅が走査される速度を制御することは、特定の質量および電荷のイオンが射出される時間を制御する方法を提供し得る。例えば、第２のイオントラップ４６のＲＦ振幅は、第１のイオントラップ４０のＲＦ振幅と同一速度で走査されてもよいが、ただし、波形１１０、１１５に見られるように、遅延時間間隔だけ、時間遅延される。また、これらの波形は、１つ以上の電圧源によって、第１および第２のイオントラップ４０、４６に別々に提供されてもよい。また、選択された遅延時間間隔は、イオンの冷却時間に実質的に対応する。
【００２７】
次に、本発明の代替実施形態のある側面による、質量分析計システム１０内の第１および第２のイオントラップ４０、４６のための質量選択的軸方向射出に好適な例示的ＲＦ電圧および補助ＡＣ励起周波数波形を例示する、図２Ｂを参照する。本代替実施形態では、イオンのＭＳＡＥは、一定ＲＦ閉じ込め電界を使用して、第１および第２のイオントラップ４０、４６に印加される補助ＡＣ励起電界の周波数を走査することによって、提供されてもよい。図２Ｂの波形１２０は、第２のイオントラップ４６に印加されるＲＦ閉じ込め電界の振幅を表す一方、波形１２５は、第１のイオントラップ４０に印加されるＲＦ閉じ込め電界の振幅を表す。例示されるように、波形１２０および１２５は、異なる振幅を有するが、また、同一振幅を有してもよい。ＲＦ閉じ込め電圧は、後述のように、１つ以上の電圧源によって、または容量結合を使用して、別々に提供されてもよい。一般に、第１のイオントラップの波形は、破線を使用して表される一方、第２のイオントラップの波形は、実線を使用して表される。
【００２８】
波形１３０および１３５は、イオンのＭＳＡＥに好適であり得る、補助ＡＣ周波数波形を表す。波形１３０は、第２のイオントラップ４６に印加される補助ＡＣ励起電界の周波数を表す一方、波形１３５は、第１のイオントラップ４０に印加される補助ＡＣ励起電界の周波数を表す。例示されるように、波形１３０は、質量選択的射出相の間の波形１３５の基準化された時間遅延バージョンである。すなわち、波形１３０は、遅延時間間隔だけ時間遅延され、波形１２０および１２５が基準化される同一割合において、式４に従って基準化される。波形１３０と１３５との間の本特定の関係を設定することによって、第１のイオントラップ４０から第２のイオントラップ４６内へと射出されるある質量のイオンもまた、次いで、遅延時間間隔Δｔと同等の時間周期の間、第２のイオントラップ４６内で冷却された後、第２のイオントラップ４６から射出されてもよい。
【００２９】
次に、本発明の代替実施形態のある側面による、質量分析計システム１０内の第１および第２のイオントラップ４０、４６のためのイオンの質量選択的軸方向射出に好適な例示的ＲＦ電圧および補助ＡＣ励起周波数波形を例示する、図２Ｃを参照する。波形１４０は、第２のイオントラップ４６に印加されるＲＦ閉じ込め電圧を表す一方、波形１４５は、第１のイオントラップ４０に印加されるＲＦ閉じ込め電圧を表す。図２Ａに示される波形１１０、１１５と同様、波形１４０、１４５はそれぞれ、蓄積／冷却相、質量選択的射出相、およびリセット相を備える。波形１４０の振幅の波形１４５の振幅に対する比率１５０は、例えば、時間Ｔ０とＴ４との間の操作時間間隔にわたって、実質的に一定であることが可能である。
【００３０】
波形１４０、１４５は、イオンのＭＳＡＥに好適なＲＦ閉じ込め電圧を表し得、米国特許第６，１７７，６６８号から周知のように、イオントラップＲＦ閉じ込め電圧の振幅に加え、印加される補助ＡＣ電界の周波数が走査される。例示されるように、波形１４０、１４５の振幅は、同一速度ではないが、略同一割合において、走査されてもよい。すなわち、振幅の比率１５０は、実質的に固定されてもよい。
【００３１】
波形１４０、１４５は、１つ以上の電圧源によって、第２および第１のイオントラップ４６、４０に別々に印加されてもよいが、また、波形１４０、１４５は、第１と第２のイオントラップ４０、４６との間の容量結合を使用して、印加されてもよい。例えば、図１に例示されるように、コンデンサＣａは、第１のイオントラップ４０を第２のイオントラップ４６と結合し、コンデンサＣｂは、第２のイオントラップ４６をＲＦ短太ロッド４４と結合してもよい。必要に応じて、付加的回路要素とともに、コンデンサＣａおよびＣｂは、第１と第２のイオントラップ４０、４６との間にＡＣ電圧分配器を設けてもよい。故に、周知のように、比率１５０は、ＣａおよびＣｂのための適切な値を選択することによって、選択可能である。例えば、それぞれ、第２および第１のイオントラップ４６、４０に印加されるＲＦ閉じ込め電圧の振幅を表す、波形１４０の波形１４５に対する比率１５０は、質量分析計１０の操作間隔にかけて、２と略同等であってもよい。
【００３２】
式１に従って、第１および第２のイオントラップが同一四重極電界半径ｒ０を有すると仮定すると、第１のイオントラップ４０のｑ値は、２と略同等の比率１５０の場合、第２のイオントラップ４０のｑ値の約半分となるであろう。同様に、式３に従って、第１のイオントラップ４０のイオン基本共鳴周波数ωは、第２のイオントラップ４６の約半分となるであろう。したがって、例えば、第２のイオントラップ４６が、操作間隔にかけて、ｑ＝０．８４６で操作される場合、第１のイオントラップ４０に印加される補助ＡＣ励起周波数は、ある値ｑ＜０．４２３に対応し得る。本関係は、ある質量のイオンが、第１のイオントラップ４０から（第２のイオントラップ４６内へと）射出後の一定遅延時間間隔に続いて、第２のイオントラップ４６から励起され得る事実を反映する不等式として表される。遅延時間間隔の制御は、第１のイオントラップ４０に印加される補助励起周波数ωを制御することによって達成されてもよい。イオンが第１のイオントラップ４０から射出され得るｑ値が低いほど、励起周波数ωも低くなり、対応して、遅延時間間隔も大きくなる。再び、その遅延時間間隔は、イオンの冷却時間に対応し得る。
【００３３】
若干異なる表現で説明すると、第１および第２のイオントラップ４０、４６それぞれに対して、式４は、ＲＦ振幅Ｖ１、Ｖ２と補助ＡＣ励起周波数ω１、ω２との間の全体的関係を提供し得る。したがって、例えば、それぞれ、波形１４５、１４０によって表されるＲＦ振幅Ｖ１、Ｖ２を考えると、式４は、イオンのＭＳＡＥに好適な補助励起周波数ω１、ω２を提供する。例えば、波形１５５および１６０は、時間の関数として、イオンのＭＳＡＥに好適な例示的補助ＡＣ励起周波数を例示する。特に、イオンの質量範囲および質量分析計１０の操作間隔にかけて、イオンが、第１のイオントラップ１０から（第２のイオントラップ４６内へと）射出後の遅延時間間隔に続いて、第２のイオントラップ４６から射出されるように、ω１、ω２が走査されてもよい。波形１６０によって例示されるように、第１のイオントラップ４０のための補助ＡＣ励起周波数は、線時間Ｔ１およびＴ３によって定義されるように、第１のイオントラップ４０の質量選択的射出相の間、線形に走査されるように選択されてもよい。次いで、式４は、波形１５５によって例示されるように、第２のイオントラップ４６のための補助ＡＣ励起周波数の走査方法を判定する手段を提供してもよい。そのような場合、第２のイオントラップの走査速度は、非線形であってもよい。時間Ｔ１およびＴ２の間、第２のイオントラップ４６が、第１のイオントラップ４０から射出されるイオンを蓄積する際、補助ＡＣ励起周波数は、式４に従って、第２のイオントラップ４６に印加されるＲＦ閉じ込め電界の振幅を考慮して、第２のイオントラップ４６内の漏れ電界が、少なくとも時間Ｔ２まで、いかなる相当量のイオンの共鳴励起も生じさせないような任意の値であってもよい。しかしながら、時間Ｔ２において、第２のイオントラップ４６が、イオンのＭＳＡＥを開始し得るとき、補助ＡＣ励起周波数の値は、例えば、再び式４に従って、ＭＳＡＥのために制御されてもよい。ＲＦ振幅および補助ＡＣ励起周波数の両方が走査されるように、第１および第２のイオントラップ４０、４６が操作される際、ω１、ω２の走査は、異なるが、比例する走査速度Ｖ１、Ｖ２を補正するための補償機能を果たすと考えられ得、本補償機能を伴わない場合、第１および第２のイオントラップ４０、４６の異なるイオン射出速度をもたらすであろう。再び、上述のように、遅延時間間隔は、イオンの冷却時間に対応し得る。
【００３４】
次に、図２Ａ-２Ｃに示されるようなＲＦ電圧波形を使用して励起される際の第１および第２のイオントラップ４０、４６のイオン質量範囲の実施例を示す、図３を参照する。領域２０５は、時間の関数として、第１のイオントラップ４０内にトラップされるイオンの質量範囲を表す。同様に、領域２１０は、時間の関数として、第２のイオントラップ４６内にトラップされるイオンの質量範囲を表す。図３は、必ずしも正確な縮尺で描写されておらず、具象表現にすぎない。例示されるように、領域２０５は、下限および上限質量（それぞれ、ＭＬｏｗおよびＭＵＰＰ）によって定義される開始質量範囲２２０を有する。示されるように、領域２０５は、垂直方向は、それぞれ、ＭＬｏｗおよびＭＵＰＰ時の水平線２０６および２０７によって、左側は、時間Ｔ０におけるＹ軸によって、右側は、（Ｔ１、ＭＬｏｗ）から（Ｔ３、ＭＵＰＰ）まで延在する傾斜２０８線によって、境界を画される。蓄積／冷却相の間、すなわち、時間Ｔ０とＴ１との間、第１のイオントラップ４０の質量範囲は、開始質量範囲２２０のまま実質的に一定である。しかしながら、時間Ｔ１で開始する第１のイオントラップ４０からのイオンの質量選択的走査開始に伴って、トラップされるイオンの質量範囲は、経時的に狭小し始める。波形１１０の振幅の走査に伴って、時間Ｔ３まで、次第により大きな質量のイオンが、第１のイオントラップ４０から射出され、この時点で、イオンは、第１のイオントラップ４０内に全く残留し得ない、またはごくわずかにすぎない。
【００３５】
第２のイオントラップでは、第１のイオントラップ４０からのイオンの走査が未だ開始されないため、初期（時間Ｔ１前）、イオンは全く存在し得ない、またはごくわずかにすぎないであろう。しかしながら、時間Ｔ１とＴ２との間の遅延時間間隔Δｔの間、第２のイオントラップ４６が、時間Ｔ２において、その操作質量範囲２２２に到達するまで、次第により大きな質量のイオン（すなわち、第１のイオントラップ４０から射出されたイオン）が、蓄積され得る。その時点では、第２のイオントラップ４６の入射および射出速度は、略同等であり得るため、第２のイオントラップ４６内にトラップされるイオン質量の範囲は、実質的に一定のままであることが可能であるが、イオン質量自体は、経時的に増加し得る。時間Ｔ３までに、第１のイオントラップ４０は、その中にトラップされる全部または実質的に全部のイオンを射出し、その時点で、第２のイオントラップ４６内にトラップされるイオンの質量範囲は、図３に示されるように、最終的に全部または実質的に全部のイオンが、第２のイオントラップ４６から射出され得るまで（時間Ｔ４において生じる）、狭小し続け得る。図３に示されるように、かつ上述から推測され得るように、領域２１０は、（Ｔ１、ＭＬＯＷ）から（Ｔ２、ＭＬＯＷ）まで延在する水平線２０６によって定義される下限を有し、（Ｔ３、ＭＵＰＰ）から（Ｔ４、ＭＵＰＰ）まで延在する水平線２０７によって、その上限が境界を付されている。領域２１０は、また、（Ｔ１、ＭＬＯＷ）から（Ｔ３、ＭＵＰＰ）まで延在する傾斜線２０８によって左側が境界を付され、（Ｔ２、ＭＬＯＷ）から（Ｔ４、ＭＵＰＰ）まで延在する傾斜線２０９によって右側が境界を付されている。
【００３６】
主要ＲＦ閉じ込め電圧および／または補助ＡＣ励起周波数は、場合によって、質量選択的軸方向射出が実装されている方法に応じて、継続的または断続的に走査されてもよい。電圧が継続的に走査される場合、線形または非線形的に走査されてもよい。異なるＲＦ／ＡＣ電圧波形が、本目的には好適である。図２Ａ−２Ｃは、イオンの継続的かつ線形走査に好適であり得る、それぞれ、電圧波形１１０と１１５、１２０と１２５、および１４０と１４５のＲＦ対を例示する。次いで、図３は、これらの印加されるＲＦ／ＡＣ電圧のいずれかに従って、第１および第２のイオントラップ４０、４６の結果として得られる質量範囲を表し得る。上述のように、本発明のいくつかの実施形態の側面に従って、ＲＦ閉じ込め電圧に加え、第１および第２のイオントラップ４０、４６の補助ＡＣ励起周波数が、走査され得ることを理解されるであろう。図２Ｃの波形１４０、１４５は、それらのＲＦ閉じ込め電圧を表し得る。また、図２Ｂの波形１３０、１３５によって例示されるように、場合によって、補助ＡＣ励起周波数のみ走査され得る。最後に、異なる結果として得られる質量範囲をもたらし得る、他のＲＦ／ＡＣ電圧波形も、本発明の代替実施形態に従って、好適である可能性があることも理解されるであろう。
【００３７】
再び、図２Ａを参照すると、上述のように、例えば、米国特許第６，１７７，６６８号に教示されるように、質量選択的軸方向射出技術を使用して、イオンを第１および第２のイオントラップ４０、４６から走査可能である。タンデムＭＳＡＥとして第１および第２のイオントラップ４０、４６を走査するために、第１および第２のイオントラップ４０、４６に印加される主要ＲＦ閉じ込め電圧を並行走査可能である。特に、第２のイオントラップ４６に印加されるＲＦ電圧１１５は、第１のイオントラップ４０に印加されるＲＦ電圧１１０に実質的に対応可能であるが、ただし、第２のイオントラップ４６内の質量選択的イオン射出が、遅延時間間隔Δｔだけ、第１のイオントラップ４０内の質量選択的イオン射出から遅れるように、遅延時間間隔Δｔだけ時間遅延される。本目的のために、別個の電源を使用して、別々のＲＦ電圧が、第１および第２のイオントラップ４０、４６に印加され得る。
【００３８】
代替として、ＲＦ閉じ込め電圧は、図１に例示されるような１つ以上の結合コンデンサを使用して、第１および第２のイオントラップ４０、４６に印加可能である。質量分析計１０のこれらの構成では、静電容量値は、第１および第２のイオントラップ４０、４６に印加されるＲＦ閉じ込め電圧間に異なる割合を確立するように選択可能である。図２Ｂおよび２Ｃは、波形１２０、１２５および１４０、１４５の好適な対を例示する。イオンの質量範囲と質量分析計１０の操作時間間隔とにわたって、結合コンデンサＣａ、Ｃｂの値を選択し、第１および第２のイオントラップ４０、４６に印加されるＲＦ閉じ込めおよび補助ＡＣ励起周波数を制御することによって、ある質量のイオンが、第１のイオントラップ４０から放出後の遅延時間間隔に続いて、第２のイオントラップ４６から射出可能である。さらに、遅延時間間隔は、第２のイオントラップ４６内に蓄積されるイオンの冷却時間（同様に、イオンの特性（質量、初期エネルギー等）ならびにイオントラップの特性（容積、圧力等）に依存する）に実質的に対応するように選択可能である。遅延時間間隔は、イオンの冷却時間を上回る可能性があるが、それによって、質量分析計システムのデューティサイクルを減少させ、したがって、概して、望ましくない場合がある。
【００３９】
本発明の実施形態の種々の側面は、図２Ａ−２Ｃおよび３を参照して、後述される。タンデム質量分析計システムを操作する方法は、異なる時間における、質量分析計またはシステム内に含まれるイオントラップの状態を参照することによって、説明可能である。例えば、第１の時間において（Ｔ０とＴ１との間）、イオンは、第１のイオントラップ４０内に蓄積され得る。次いで、第２の時間において（図２Ａおよび３に示されるように、Ｔ１とＴ３との間の任意の時間において）、第１の複数のイオンが、第１のイオントラップ４０から、第２のイオントラップ４６内へと通過され得る。第１の複数のイオンは、第１の質量範囲内の質量を有するであろう。また、本第２の時間において、第２の複数のイオンは、第１のイオントラップ４０内に留保され得る。第２の複数のイオンは、第１の質量範囲と異なる第２の質量範囲内の質量を有するであろう。次に、第２の時間後の図２Ａおよび３に示されるＴ２とＴ３との間の任意の時点である、第３の時間を検討する。本第３の時間の間、第１の複数のイオンは、第２のイオントラップ４６から通過され得る一方、第２の複数のイオンは、第１のイオントラップ４０から、第２のイオントラップ４６内へと通過され得る。
【００４０】
上述の説明は、本発明の実施形態のある側面による方法を通して、３つの異なる時間で撮影される、一連の３枚のスナップショットとして捉えることが可能である。明確にするために、本説明は、図３を具体的に参照して繰り返される（第１の時間、第２の時間、および第３の時間は、それぞれ、参照番号２１２、２１４、２１６として指定される）。具体的には、示されるように、第１の時間２１２において、イオンは、第１のイオントラップ４０内に蓄積している。代替として、イオンは、時間Ｔ０の前に、第１のイオントラップ内に蓄積し続け得る。次いで、第２の時間２１４において、上限Ｍ１によって定義される質量範囲を有する第１の複数のイオンが、第１のイオントラップ４０から第２のイオントラップ４６へと通過され得る一方、Ｍ１直上からＭ２までの第２の質量範囲を有する第２の複数のイオンは、第１のイオントラップ内に留保され得る。図３に例示されるように、第２の時間２１４は、Ｔ１とＴ２との間にあるが、また、Ｔ２とＴ３との間にあってもよいことに留意されたい。次に、第３の時間２１６において、最大質量Ｍ１を有する第１の複数のイオンは、第２のイオントラップ４６から射出され得る一方、Ｍ１直上とＭ２との間の質量範囲を有する第２の複数のイオンは、第１のイオントラップ４０から第２のイオントラップ４６に通過され得る。
【００４１】
上述の説明は、異なる時間における、本発明のある側面による方法の一連のスナップショットとして捉えることが可能である。上述のように、第２の時間２１４における第２のイオントラップ４６内の第２の空間電荷密度と比較して、第２の時間２１４における第１のイオントラップ４０内の第１の空間電荷密度を遥かに高く維持することは、有利となり得る。上述のように、第２の時間２１４が、Ｔ１に近接する場合、第１の空間電荷密度は、第２の空間電荷密度の５、１０、または２０倍であってもよい。当然ながら、第２の時間２１４のＴ１からＴ３への移動に伴って、第１および第２のイオントラップ４０、４６の空間電荷密度内の相対的差異も減少し得る。
【００４２】
本発明の実施形態のいくつかの側面は、恐らく、一連のスナップショットを通して、より分かりやすく説明され得るが、本発明の実施形態の他の側面は、恐らく、一連のスナップショットではなく、本方法が経時的にどう作用するかを説明するためのより動的な語彙、例えば、ビデオと類似した方法を使用することによって、より分かりやすく説明される。図３に示されるように、Ｔ１とＴ３との間にある操作時間のための線２０８と２０９との間の変動操作質量範囲２２２は、線２０８の高さによって定義される上限を有する、第１の滑動通過時間帯の例として捉えられ得る。第１の滑動通過時間帯の上限は、ＭＳＡＥのための第１のイオントラップ４０に印加されるＲＦ電圧および補助ＡＣ励起周波数に関連する。特に、式１および３に従って、所与のＲＦ電圧レベルおよび補助ＡＣ励起周波数の場合、第１の滑動通過時間帯の上限は、そのＲＦ電圧レベルおよび補助ＡＣ励起周波数に対して、ＭＳＡＥのために、第１のイオントラップ４０から十分に励起されるであろう最も重いイオン質量を定義してもよい。ＲＦ電圧レベルの走査に伴って、本発明のいくつかの実施形態の側面によると、第１の滑動通過時間帯の上限が増加する。したがって、ＲＦ電圧波形１１０が走査されるＴ１とＴ３との間、第１の滑動通過時間帯の上限が変化するであろう。特に、図３に示されるように、第２の時間２１４において、第１の滑動通過時間帯は、Ｍ１の上限を有する一方、第３の時間２１６において、第１の滑動通過時間帯は、Ｍ２の上限を有するであろう。他の実施形態では、第１のイオントラップ４０に印加される補助ＡＣ励起周波数もまた、第１の滑動通過時間帯の上限の変化に伴って、Ｔ１とＴ３との間で走査される。
【００４３】
同様に、第２のイオントラップ４６から通過されるイオンを表す、第２の滑動通過時間帯を検討する。第１の滑動通過時間帯と同様に、傾斜線２０９によって表される第２の滑動通過時間帯の上限は、Ｔ２とＴ４との間のＲＦ電圧波形１１５の走査に伴って、経時的に変化するであろう。したがって、第３の時間２１６まで、第２のイオントラップ４６は、少なくともＭ１の質量を有する第１の複数のイオンを留保するように動作可能であるが、しかしながら、第３の時間２１６において、第２の滑動通過時間帯の上限は、次に、これらのイオンが第２のイオントラップ４６から射出され得るように、質量Ｍ１のイオンに到達するであろう。第１の滑動通過時間帯と同様に、本発明のいくつかの実施形態の側面によると、ＲＦ電圧波形１１５は、Ｔ２とＴ４との間で走査される一方、他の実施形態では、第２のイオントラップ４６に印加される補助ＡＣ励起周波数もまた、走査される。
【００４４】
図３に示されるように、第１の滑動通過時間帯によって網羅される第１の変動質量範囲および第２の滑動通過時間帯によって網羅される第２の変動質量範囲は、実質的に同一速度で、線形に走査可能である。例えば、Ｔ２からＴ３までの操作時間間隔にわたって、第２の滑動通過時間帯は、操作時間間隔の間の任意の操作時間における第１の変動質量範囲が、操作時間プラス遅延時間間隔Δｔにおける第２の変動質量範囲に実質的に対応し得るように、図３のΔｔとして示される遅延時間間隔だけ、第１の滑動通過時間帯に対して時間遅延可能である。例えば、図３に示されるように、Ｍ１を表す水平線が傾斜線２０８および２０９と交差する点は、約Δｔだけ離れている。いくつかの実施形態では、示されるように、線２０８の傾斜によって表される第１の走査速度は、線２０９の傾斜によって表される第２の走査速度と実質的に同等であり得る。
【００４５】
任意に、第２のイオントラップ４６のための第２の空間電荷レベルが選択され、第２のイオントラップ４６内にイオンを留保し、第２の空間電荷レベルを提供するための冷却時間間隔が選択可能である。その場合、遅延時間間隔Δｔは、冷却時間間隔と実質的に同等であってもよい。
【００４６】
上述のように、第１の走査速度は、線２０８の傾斜によって、図３に表され得る。本傾斜に遅延時間間隔Δｔを乗じることによって、Ｔ２とＴ３との間の任意の時点における線２０８と２０９との間の垂直方向距離を求めることが可能である（当然ながら、傾斜２０８と２０９とは同等（言い換えると、第１のイオントラップ４０と第２のイオントラップ４６の走査速度とは同等）であると仮定する）。本垂直方向の差異は、当然ながら、第２のイオントラップ４６の変動操作質量範囲２２２である。任意に、分解能を向上させ、空間電荷問題を低減するために、本変動操作質量範囲２２２は、開始質量範囲２２０と比べ、比較的小さい範囲に維持可能である。例えば、開始質量範囲２２０の半分未満、あるいは開始質量範囲２２０の５分の１または１０分の１未満であり得る。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態によると、第１のイオントラップと第２のイオントラップとは、容量結合可能である。いくつかのそのような実施形態では、第１のイオントラップからの第１の走査速度は、第１のイオントラップに提供される第１のＲＦ電圧および第１の補助ＡＣ電圧を調節することによって制御可能である。次いで、容量結合の結果、第２のＲＦ電圧を第２のイオントラップに自動的に印加可能である。再び、容量結合の結果、第１のイオントラップに印加される第１のＲＦ電圧と、第２のイオントラップに印加される第２のＲＦ電圧の比率は、タンデムイオントラップの操作時間にかけて、実質的に一定に維持可能である。具体的には、第１のＲＦ電圧の第２のＲＦ電圧に対する比率は、１つ以上の結合コンデンサの静電容量を選択することによって制御可能である。
【００４８】
上述のように、第１のイオントラップからの第１の走査速度が、第２のイオントラップからの第２の走査速度と同等であることは、望ましい可能性がある。イオントラップが容量結合される実施形態において、これを提供するために、第１のイオントラップに印加される第１の補助ＡＣ電圧および第２のイオントラップに印加される第２の補助ＡＣ電圧は、第１の走査速度が第２の走査速度と実質的に同等であるように、第１のＲＦ電圧の第２のＲＦ電圧に対する比率に基づいて判定可能である。当然ながら、他の実施形態によると、上述のように、第１のＲＦ電圧および第２のＲＦ電圧は、それぞれ、第１および第２のイオントラップに別々に提供可能である。
【００４９】
次に、本発明の代替実施形態による、三連四重極質量分析計システムの異なる可能な構成を例示するブロック図である、図４-７を参照する。これらの代替実施形態は、図１に例示される質量分析計システム１０と同一または同様に機能する。故に、代替実施形態における差異のみ、詳細に説明する。明確にするために、図４-７に例示される代替実施形態の要素は、図１の質量分析計システム１０内の同様または類似要素を指定するために使用される参照番号を用いて指定される。
【００５０】
図４は、本発明の代替実施形態に従って構成される、質量分析計システム１００のブロック図を例示する。質量分析計システム１００は、四重極ロッドセット２６および四重極間障壁２８（両方とも、質量分析計システム１０内に含められる）の代わりに、スキマープレート５２を備える。オリフィスプレート２４内の開口を通して、カーテンチャンバ２３から流出するイオンは、スキマープレート５２を通って、四重極ロッドセット３０内へと通過する。また、質量分析計システム１００は、付加的四重極間障壁５０を備える。
【００５１】
三連四重極質量分析計システム１００は、第１のイオントラップとして作用するＲＦ短太ロッド４４および第２のイオントラップとして作用する四重極ロッドセット４６を構成することによって、タンデム線形イオントラップ質量分析計として操作される。実際、付加的四重極間障壁５０が、ＲＦ短太ロッド４４内にＤＣトラップ電界を設けるための可能な構成の１つとして、質量分析計システム１００内に含められる。また、補助ＡＣ電界も、四重極間障壁５０に提供可能である。任意に、ＭＳＡＥの該当モードが実装されている場合、印加される補助ＡＣ電界の周波数を走査可能である。そうでなければ、四重極間障壁５０が、ＤＣ電位および実質的に一定補助ＡＣ励起周波数を受信可能である一方、イオンのＭＳＡＥを提供するために、ＲＦ短太ロッド４４の四重極ロッドに印加される主要ＲＦ閉じ込め電圧が走査され得る。質量分析計システム１００では、衝突セル４０は、比較的に高圧に維持され、イオン冷却を補助可能であるが、第１および第２のイオントラップ４４、４６は両方とも、低圧に維持され得る。例えば、衝突セル４０内の操作圧は、５ｘ１０−５Ｔｏｒｒと２０ｍＴｏｒｒとの間に維持可能である一方、イオントラップ４４、４６内の操作圧は、６ｘ１０−６Ｔｏｒｒと５ｘ１０−４Ｔｏｒｒとの間に維持され得る。また、結合コンデンサＣａ、Ｃｂは、第１および第２のイオントラップ４４、４６に印加されるＲＦ閉じ込め電圧の比率を設定するための電圧分配器の一部として利用可能であって、印加される補助ＡＣ励起周波数の適切な操作とともに、本発明のいくつかの実施形態の側面に従って、第１および第２のイオントラップ４４、４６からイオンのタンデムＭＳＡＥを提供し得る。
【００５２】
図５は、本発明の代替実施形態に従って構成される、質量分析計システム２００のブロック図を例示する。質量分析計システム２００は、質量分析計システム１００と同様に、四重極ロッドセット２６および四重極間障壁２８の代わりに、スキマープレート５２を備え、さらに、第１のイオントラップとして構成される四重極ロッドセット３６と、第２のイオントラップとして構成される四重極ロッドセット４６と、を有する。したがって、質量分析計システム２００では、イオンは、第１のイオントラップ３６からの射出後、かつ第２のイオントラップ４６内での蓄積前に、高圧衝突セルを通過可能である。第１および第２のイオントラップ３６、４６は両方とも、低圧に維持可能である。また、質量分析計システム２００の構成では、例示されるように、その間に容量結合が提供されないため、ＲＦ閉じ込め電圧は、第１および第２のイオントラップ３６、４６に別々に供給可能であることに留意されたい。当然ながら、質量分析計２００システムは、他の実施形態では、第１と第２のイオントラップ３６、４６との間に容量結合を提供するように再構成可能である。
【００５３】
図６は、本発明の代替実施形態に従って構成される、質量分析計システム３００のブロック図を例示する。質量分析計システム３００は、質量分析計システム１００および２００と同様に、四重極ロッドセット２６ならびに四重極間障壁２８の代わりに、スキマープレート５２を備え、さらに、第１のイオントラップとして構成される四重極ロッドセット３０と、第２のイオントラップとして構成される四重極ロッドセット３６と、を有する。次に、コンデンサＣａは、第１および第２のイオントラップ３０、３６を結合する一方、コンデンサＣｂは、同様に、ＲＦ短太ロッド３４および第２のイオントラップ３６を結合する。したがって、質量分析計システム３００は、容量結合および１つ以上の電圧源（図示せず）を使用して、第１および第２のイオントラップ３６、４６に提供されるＲＦ閉じ込め電圧を有するように構成される。
【００５４】
図７は、本発明の代替実施形態に従って構成される、質量分析計システム４００のブロック図を例示する。質量分析計システム４００は、第２のイオントラップ３６から質量選択的に射出されるイオンを検出するために使用される検出方法の観点において、質量分析計システム３００と異なる。特に、質量分析計システム４００は、当業者には周知のように、イオンを検出および区別するために使用可能な直交飛行時間質量分析計５４を備える。
【００５５】
本発明の他の変形例および修正例も可能である。例えば、四重極以外の多重極を使用して、本発明の異なる側面を実装可能である。さらに、上述のものに加え、質量分析計またはイオントラップ構成もまた、本発明の異なる側面を実装するために使用可能である。例えば、質量選択的軸方向射出イオンの代わりに、ある線形イオントラップから別のイオントラップへと、半径方向に射出可能である。半径方向射出は、第ＵＳ０５４２０４２５Ｂ１号によって説明されるように、主要ＲＦ極からロッドの１つを通して、または第ＵＳ０６７７０８７１Ｂ１号によって説明されるように、主要ＲＦ極間に介在される補助ロッド内のスロットを通して、実行可能である。加えて、上述のもの以外の質量選択的軸方向射出の技術もまた、採用可能である（すなわち、第ＵＳ５７８３８２４号、第ＷＯ７０７２０３８Ａ２号、第ＵＳ２００７０４５５３３号、および第ＵＳ０７０８４３９８Ｂ２号）。高から低質量へとイオンが第１のトラップから射出される最後に記載の技術の場合、第２のトラップは、高から低質量へと走査可能である。あらゆるそのような修正例および変形例は、請求項によって定義される本発明の領域および範囲内にあると考えられる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のイオントラップと、第２のイオントラップとを有する、タンデム質量分析計システムを操作する方法であって、該方法は、
ａ）第１の時間において、該第１のイオントラップ内にイオンを蓄積することと、
ｂ）第２の時間において、第１の複数のイオンを該第１のイオントラップから該第２のイオントラップ内へと通過させることであって、該第１の複数のイオンは、第１の質量範囲内の質量を有する、ことと、
ｃ）該第２の時間において、該第１のイオントラップ内に第２の複数のイオンを留保することであって、該第２の複数のイオンは、該第１の質量範囲と異なる第２の質量範囲内の質量を有する、ことと、
ｄ）第３の時間において、該第１の複数のイオンを該第２のイオントラップから通過させることと、
ｅ）該第３の時間において、該第２の複数のイオンを該第１のイオントラップから該第２のイオントラップ内へと通過させることと
を備える、方法。
【請求項２】
（ｂ）および（ｅ）は、第１の滑動通過時間帯の間、前記第１のイオントラップから前記第２のイオントラップ内へとイオンを通過させることを含み、該第１の滑動通過時間帯の間に通過させられる該イオンは、第１の変動質量範囲内の質量を有し、該第１の変動質量範囲は、異なる操作時間における異なる質量範囲に対応することによって、該第１の変動質量範囲は、該第２の時間における該第１の質量範囲と、該第３の時間における該第２の質量範囲とに対応し、
（ｄ）は、第２の滑動通過時間帯の間、該第２のイオントラップからイオンを通過させることを含み、該第２の滑動通過時間帯の間に通過させられるイオンは、第２の変動質量範囲内の質量を有し、該第２の変動質量範囲は、異なる操作時間における異なる質量範囲に対応することによって、該第２の変動質量範囲は、該第３の時間における該第１の質量範囲に対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
操作時間間隔にわたって、操作質量範囲にわたる、前記第１の変動質量範囲と、前記第２の変動質量範囲とを走査することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記操作時間間隔にわたって、前記第２の滑動通過時間帯は、遅延時間間隔だけ、前記第１の滑動通過時間帯に対して時間遅延されることによって、任意の操作時間における前記第１の変動質量範囲は、前記操作時間プラス前記遅延時間間隔における前記第２の変動質量範囲に実質的に対応する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記操作時間間隔にわたって、前記第２の滑動通過時間帯は、遅延時間間隔だけ、前記第１の滑動通過時間帯に対して時間遅延されることによって、任意の操作時間における前記第１の変動質量範囲は、前記操作時間プラス前記遅延時間間隔における前記第２の変動質量範囲と同等である、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の変動質量範囲は、第１の走査速度において変更され、前記第２の変動質量範囲は、第２の走査速度において変更され、該第１の走査速度と該第２の走査速度とは、実質的に同等である、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のイオントラップに提供される第１のＲＦ電圧を使用して、前記第１の走査速度を制御することと、前記第２のイオントラップに提供される第２のＲＦ電圧を使用して、前記第２の走査速度を制御することとを含むことによって、前記操作時間の間、任意の操作時間における該第１のＲＦ電圧は、該操作時間プラス前記遅延時間間隔における該第２のＲＦ電圧に実質的に対応する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のＲＦ電圧および第２のＲＦ電圧は、前記第１のイオントラップおよび第２のイオントラップに別々に提供される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のイオントラップに提供される第１のＲＦ電圧および第１の補助ＡＣ電圧を使用して、前記第１の走査速度を制御することと、前記第２のイオントラップに提供される第２のＲＦ電圧および第２の補助ＡＣ電圧を使用して、前記第２の走査速度を制御することとを備えることによって、前記操作時間の間、該第１のＲＦ電圧の該第２のＲＦ電圧に対する第２の複数のイオンを比率は、実質的に一定である、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のイオントラップおよび第２のイオントラップは、１つ以上の結合コンデンサを使用して、容量結合され、前記第１のＲＦ電圧の前記第２のＲＦ電圧に対する比率は、該１つ以上の結合コンデンサの静電容量を選択することによって制御される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の補助ＡＣ電圧および前記第２の補助ＡＣ電圧は、前記第１のＲＦ電圧の前記第２のＲＦ電圧に対する比率に基づいて決定されることによって、前記第１の走査速度は、前記第２の走査速度と実質的に同等である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のＲＦ電圧および第２のＲＦ電圧は、前記第１のイオントラップおよび第２のイオントラップに別々に提供される、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２のイオントラップのための第２の空間電荷レベルを選択することと、次いで、該第２のイオントラップ内にイオンを留保し、前記空間電荷レベルを提供するための冷却時間間隔を判定することとをさらに備え、前記遅延時間間隔は、前記冷却時間間隔と実質的に同等である、請求項４に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のイオントラップは、第１の空間電荷で動作し、前記第２のイオントラップは、第２の空間電荷で動作し、該第１の空間電荷は、該第２の空間電荷より高い電荷である、請求項４に記載の方法。
【請求項１５】
第１の分解能で前記第１のイオントラップからイオンを射出することと、第２の分解能で前記第２のイオントラップから射出されるイオンを検出することとを含む、該第２の分解能は、該第１の分解能より高い、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のイオントラップ内のイオンは、開始質量範囲を有し、
前記第２のイオントラップ内のイオンは、変動操作質量範囲を有し、前記遅延時間間隔後の任意の操作時間における前記変動操作質量範囲は、該遅延時間間隔を乗じられた前記第１の走査速度と実質的に同等であり、
該変動操作質量範囲は、該開始質量範囲の半分未満である、請求項６に記載の方法。
【請求項１７】
前記変動操作質量範囲は、前記開始質量範囲の５分の１未満である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記変動操作質量範囲は、前記開始質量範囲の１０分の１未満である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のイオントラップは、前記第２の時間において、第１の空間電荷密度で動作し、
前記第２のイオントラップは、該第２の時間において、第２の空間電荷密度で動作し、
該第１の空間電荷密度は、該第２の空間電荷密度の少なくとも５倍である、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の空間電荷密度は、前記第２の空間電荷密度の少なくとも１０倍である、請求項１９に記載の方法。
【請求項１】
第１のイオントラップと、第２のイオントラップとを有する、タンデム質量分析計システムを操作する方法であって、該方法は、
ａ）第１の時間において、該第１のイオントラップ内にイオンを蓄積することと、
ｂ）第２の時間において、第１の複数のイオンを該第１のイオントラップから該第２のイオントラップ内へと通過させることであって、該第１の複数のイオンは、第１の質量範囲内の質量を有する、ことと、
ｃ）該第２の時間において、該第１のイオントラップ内に第２の複数のイオンを留保することであって、該第２の複数のイオンは、該第１の質量範囲と異なる第２の質量範囲内の質量を有する、ことと、
ｄ）第３の時間において、該第１の複数のイオンを該第２のイオントラップから通過させることと、
ｅ）該第３の時間において、該第２の複数のイオンを該第１のイオントラップから該第２のイオントラップ内へと通過させることと
を備える、方法。
【請求項２】
（ｂ）および（ｅ）は、第１の滑動通過時間帯の間、前記第１のイオントラップから前記第２のイオントラップ内へとイオンを通過させることを含み、該第１の滑動通過時間帯の間に通過させられる該イオンは、第１の変動質量範囲内の質量を有し、該第１の変動質量範囲は、異なる操作時間における異なる質量範囲に対応することによって、該第１の変動質量範囲は、該第２の時間における該第１の質量範囲と、該第３の時間における該第２の質量範囲とに対応し、
（ｄ）は、第２の滑動通過時間帯の間、該第２のイオントラップからイオンを通過させることを含み、該第２の滑動通過時間帯の間に通過させられるイオンは、第２の変動質量範囲内の質量を有し、該第２の変動質量範囲は、異なる操作時間における異なる質量範囲に対応することによって、該第２の変動質量範囲は、該第３の時間における該第１の質量範囲に対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
操作時間間隔にわたって、操作質量範囲にわたる、前記第１の変動質量範囲と、前記第２の変動質量範囲とを走査することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記操作時間間隔にわたって、前記第２の滑動通過時間帯は、遅延時間間隔だけ、前記第１の滑動通過時間帯に対して時間遅延されることによって、任意の操作時間における前記第１の変動質量範囲は、前記操作時間プラス前記遅延時間間隔における前記第２の変動質量範囲に実質的に対応する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記操作時間間隔にわたって、前記第２の滑動通過時間帯は、遅延時間間隔だけ、前記第１の滑動通過時間帯に対して時間遅延されることによって、任意の操作時間における前記第１の変動質量範囲は、前記操作時間プラス前記遅延時間間隔における前記第２の変動質量範囲と同等である、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の変動質量範囲は、第１の走査速度において変更され、前記第２の変動質量範囲は、第２の走査速度において変更され、該第１の走査速度と該第２の走査速度とは、実質的に同等である、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のイオントラップに提供される第１のＲＦ電圧を使用して、前記第１の走査速度を制御することと、前記第２のイオントラップに提供される第２のＲＦ電圧を使用して、前記第２の走査速度を制御することとを含むことによって、前記操作時間の間、任意の操作時間における該第１のＲＦ電圧は、該操作時間プラス前記遅延時間間隔における該第２のＲＦ電圧に実質的に対応する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のＲＦ電圧および第２のＲＦ電圧は、前記第１のイオントラップおよび第２のイオントラップに別々に提供される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のイオントラップに提供される第１のＲＦ電圧および第１の補助ＡＣ電圧を使用して、前記第１の走査速度を制御することと、前記第２のイオントラップに提供される第２のＲＦ電圧および第２の補助ＡＣ電圧を使用して、前記第２の走査速度を制御することとを備えることによって、前記操作時間の間、該第１のＲＦ電圧の該第２のＲＦ電圧に対する第２の複数のイオンを比率は、実質的に一定である、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のイオントラップおよび第２のイオントラップは、１つ以上の結合コンデンサを使用して、容量結合され、前記第１のＲＦ電圧の前記第２のＲＦ電圧に対する比率は、該１つ以上の結合コンデンサの静電容量を選択することによって制御される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の補助ＡＣ電圧および前記第２の補助ＡＣ電圧は、前記第１のＲＦ電圧の前記第２のＲＦ電圧に対する比率に基づいて決定されることによって、前記第１の走査速度は、前記第２の走査速度と実質的に同等である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のＲＦ電圧および第２のＲＦ電圧は、前記第１のイオントラップおよび第２のイオントラップに別々に提供される、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２のイオントラップのための第２の空間電荷レベルを選択することと、次いで、該第２のイオントラップ内にイオンを留保し、前記空間電荷レベルを提供するための冷却時間間隔を判定することとをさらに備え、前記遅延時間間隔は、前記冷却時間間隔と実質的に同等である、請求項４に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１のイオントラップは、第１の空間電荷で動作し、前記第２のイオントラップは、第２の空間電荷で動作し、該第１の空間電荷は、該第２の空間電荷より高い電荷である、請求項４に記載の方法。
【請求項１５】
第１の分解能で前記第１のイオントラップからイオンを射出することと、第２の分解能で前記第２のイオントラップから射出されるイオンを検出することとを含む、該第２の分解能は、該第１の分解能より高い、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のイオントラップ内のイオンは、開始質量範囲を有し、
前記第２のイオントラップ内のイオンは、変動操作質量範囲を有し、前記遅延時間間隔後の任意の操作時間における前記変動操作質量範囲は、該遅延時間間隔を乗じられた前記第１の走査速度と実質的に同等であり、
該変動操作質量範囲は、該開始質量範囲の半分未満である、請求項６に記載の方法。
【請求項１７】
前記変動操作質量範囲は、前記開始質量範囲の５分の１未満である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記変動操作質量範囲は、前記開始質量範囲の１０分の１未満である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のイオントラップは、前記第２の時間において、第１の空間電荷密度で動作し、
前記第２のイオントラップは、該第２の時間において、第２の空間電荷密度で動作し、
該第１の空間電荷密度は、該第２の空間電荷密度の少なくとも５倍である、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の空間電荷密度は、前記第２の空間電荷密度の少なくとも１０倍である、請求項１９に記載の方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１１−５２３１７２（Ｐ２０１１−５２３１７２Ａ）
【公表日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１１９５０（Ｐ２０１１−５１１９５０）
【出願日】平成２１年６月８日（２００９．６．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２００９／０００８０５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１４９５４６
【国際公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【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２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月８日（２００９．６．８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２００９／０００８０５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１４９５４６
【国際公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【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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