タンデム飛行時間型質量分析計
タンデム質量分析計は、リニア式飛行時間型質量分析部及びカーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部を含む。カーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部は、リニア式飛行時間型分析部で形成された複数のイオン質量を有するイオンがカーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部に入るように、リニア式飛行時間型質量分析部の端部に配置される。タンデム質量分析計はまた、飛行時間型質量分析部とカーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部の間に配置された質量選択ゲートを含む。質量選択ゲートは複数のイオン質量からあるイオン質量を選択する。さらにタンデム質量分析計は、リニア式飛行時間型分析部で形成されるイオンの経路内に設けられた解離用構成要素も含む。解離用構成要素は、イオンを複数のイオンフラグメントに解離させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００３年２月２１日出願の仮出願６０／４４９１６８に基づくものであり、その内容全体を参照によって本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は、米国国立衛生研究所の助成ＲＲ−６４４０２によってすべて又は一部の資金提供を受けた研究から得られたものである。
【０００３】
本発明は、一般に質量分析計、特に２つの飛行時間型質量分析計を組み合わせたタンデム質量分析計に関する。
【背景技術】
【０００４】
質量分析計は、物質の化学組成及び分子構造を決定するために用いられる計測器である。これらは一般に、中性分子をイオン化するイオン源、イオンをその質量／電荷比に従って分離する質量分析部、及び検出器からなる。質量分析部は、磁場（Ｂ）計測器、電場と磁場を組み合わせた又は２重収束の計測器（ＥＢ又はＢＥ）、４重極電場（Ｑ）計測器、及び飛行時間（ＴＯＦ）型計測器を含めて様々なタイプに分類される。さらに２つ以上の分析部を１台の計測器内で組み合わせて、タンデム（ＭＳ／ＭＳ）質量分析計を製造することもできる。これには、３連分析部（ＥＢＥ）、４セクタ質量分析計（ＥＢＥＢ又はＢＥＥＢ）、３連４重極（ＱｑＱ）、及びハイブリッド型（ＥＢｑＱなど）が含まれる。
【０００５】
タンデム質量分析計では、第１の質量分析部は、一般に質量スペクトル中に通常観察されるイオンの中からある前駆イオンを選択するために用いられる。次いで、質量分析部相互間に位置する領域でフラグメンテーションが引き起こされ、第２の質量分析部は、生成イオンの質量スペクトルを与えるために用いられる。一連の分子及びフラグメントの前駆イオンとその生成物との間の関係を決めることにより、タンデム質量分析計をイオン構造の研究に利用することもできる。或いは、タンデム質量分析計は現在では一般に、クロマトグラフィ法によって完全に分別されない複雑な混合物中の生体分子の構造を決定するために用いられている。これには、例えばペプチド、糖ペプチド、糖脂質などが含まれる。ペプチドの場合、フラグメンテーションによってアミノ酸配列に関する情報が生成される。
【０００６】
質量分析計の１つのタイプが、飛行時間（ＴＯＦ）型質量分析計である。図１に示した飛行時間型質量分析計の最も単純なもの（Ｃｏｔｔｅｒ，Ｒｏｂｅｒｔ Ｊ．，Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ｗａｓｉｎｇｔｏｎ，ＤＣ，１９９７、その内容全体を参照によって本明細書に組み込む）は、短いソース領域１０、より長いフィールドフリードリフト領域１２及び検出器１４からなっている。イオンが形成され、バックプレート１６の電圧及び引き抜きグリッド１８の電圧によって決まる電場により、短いソース領域１０でその最終的な運動エネルギーまで加速される。引き出しを高め、質量分解能を改善するために、ソース領域に他のグリッド又はレンズ１７を加えることもできる。より長いフィールドフリードリフト領域１２は、引き抜きグリッド１８及び出口グリッド２０によって境界が定められている。
【０００７】
最も一般的な構成では、引き抜きグリッド１８及び出口グリッド２０（したがってドリフト長全体）は接地電位であり、バックプレート１６の電圧はＶであり、またイオンはソース領域で、ｍｖ２／２＝ｚｅＶ（ただし、ｍはイオンの質量、ｖはその速度、ｅは電子の電荷、ｚはイオンの電荷数）で表されるエネルギーまで加速される。次いで、イオンはドリフト領域１２を通過し、その（おおよその、１つ又は複数の）飛行時間は次式によって与えられる。
ｔ＝［（ｍ／ｚ）２ｅＶ］１／２Ｄ （Ｉ）
これは質量の平方根に依存することを示している。一般に、ソース領域１０の長さは０．５ｃｍ程度であり、ドリフト長（Ｄ）は１５ｃｍ〜１８メートルの範囲である。加速電圧（Ｖ）は数百ボルト〜３０ｋＶの範囲とすることができ、飛行時間は５〜１００マイクロ秒程度である。一般に、初期運動エネルギーによる質量分解能への影響を最小限に抑え、大きいイオンの検出を可能にするために、加速電圧は比較的高くなるように選択される。例えば、（例えば図１の実施例に示すような）２０ＫＶの加速電圧は、３００キロダルトン（ｋＤａ）を越える質量を検出するのに十分であることが分かっている。
【０００８】
質量分解能は、バックプレート１６やグリッド１７など１つ又は複数のソース要素にパルスを発生させることによって改善することができる。ソースに他の時間依存型のパルス又は波形を適用してもよい（Ｋｏｖｔｏｕｎ，Ｓ．Ｖ．，Ｅｎｇｌｉｓｈ、Ｒ．Ｄ．ａｎｄ Ｃｏｔｔｅｒ，Ｒ．Ｊ．，Ｍａｓｓ Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｒｅｆｌｅｃｔｒｏｎ ＭＡＬＤＩ ＴＯＦ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：Ａｎ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｖｅｒ ａ Ｂｒｏａｄ Ｒａｎｇｅ，Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ，１３（２００２）１３５−１４３）。
【０００９】
質量分解能は、リフレクトロンを追加することによって改善することもできる（Ｍａｍｙｒｉｎ，Ｂ．Ａ．，Ｋａｒａｔａｅｖ，Ｖ．Ｉ．，Ｓｈｍｉｋｋ，Ｄ．Ｖ．Ｚａｇｕｌｉｎ，Ｖ．Ａ．Ｓｏｖ．Ｐｈｙｓ．ＪＥＴＰ ３７（１９７３）４５）。通常のリフレクトロンは、本質的にイオンを速度ゼロまで減速させる減速電場であり、イオンが方向転換して同じ又はほとんど同じ経路に沿って戻ることを可能にする。高い運動エネルギー（速度）を有するイオンは、低い運動エネルギーを有するイオンよりリフレクトロンに深く侵入し、したがって検出器までより長い経路を有するようになる。イオンは検出器に到達したとき、その初期運動エネルギーの分布を保持しているが、異なる質量のイオンは異なる時間に到達する。
【００１０】
リフレクトロンを利用した飛行時間型質量分析計の例を、図２に概略的に示す（図１及び図２の同じ番号は同じ要素を指すために用いているが、異なる位置にある）。リフレクトロンは、１段式３０でも２段式でもよい。１段式及び２段式リフレクトロンのどちらでも、それぞれが互いに抵抗するように接続された電極の積み重ね３２（イオンレンズとも呼ばれる）により、１段式リフレクトロン３０では１つのグリッド３４によって分離された一定の減速場領域が形成される。最も一般的なケースでは、グリッド及びレンズはリング電極を用いて構成される。図２に示したグリッド３４の場合、リング電極は薄いワイヤメッシュで覆われている。
【００１１】
１段式リフレクトロンでは、単一の減速領域が用いられ、おおよそのイオンの飛行時間は次式によって与えられる。
ｔ＝［（ｍ／ｚ）／２ｅＶ］１／２［Ｌ１＋Ｌ２＋４ｄ］ （ＩＩ）
これは、式（Ｉ）に表されていた同様の平方根依存性を有している。式（Ｉ）に表されていた項に加えて、項Ｌ１、Ｌ２及びｄがある。Ｌ１及びＬ２は、それぞれ図２に示した直線状のドリフト領域の順方向及び戻り方向における長さであり、ｄは平均の侵入深さである。収束動作は、式（ＩＩ）の分母を２ｅＶ＋Ｕ０（ただし、Ｕ０は初期運動エネルギー分布からのイオン速度への寄与を表す）で置き換えることによって理解することができる。
【００１２】
リフレクトロンは当初、イオン源領域で形成されたイオンに対する質量分解能を改善するためのものであったが、最近ではターゲットガス若しくは面との衝突、光解離又は電子の衝突によって引き起こされる準安定分解或いはフラグメンテーションにより、イオン源外部に形成された生成イオンの質量スペクトルを記録するために利用されている。飛行経路内で分子イオンのフラグメンテーションから生じるイオンは、以下の式で与えられる時間に観察することができる。
ｔ＝［（ｍ／ｚ）／２ｅＶ］１／２［Ｌ１＋Ｌ２＋４（ｍ’＋ｍ）ｄ］ （ＩＩＩ）
上式で、ｍ’は新しいフラグメントイオンの質量である。ペプチドの場合、こうしたイオンによりアミノ酸配列が与えられる。収束動作は、式（ＩＩＩ）の分母を２ｅＶ＋Ｕ０（ただし、Ｕ０は初期運動エネルギー分布からのイオン速度への寄与を表す）で置き換えることによって理解することができる。こうしたイオンは一般に、リフレクトロンの電圧ＶＲを階段状にする又は走査することによって、或いはＣｏｒｎｉｓｈ及びＣｏｔｔｅｒが述べているカーブしたフィールドリフレクトロン（ｃｕｒｖｅｄ−ｆｉｅｌｄ ｒｅｆｌｅｃｔｒｏｎ）（Ｃｏｒｎｉｓｈ，Ｔ．Ｊ．，Ｃｏｔｔｏｒ，Ｒ．Ｊ．，Ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｒｅｆｌｅｃｔｒｏｎ，米国特許第５４６４９８５号、その内容全体を参照によって本明細書に組み込む）など非直線状のリフレクトロンを用いることによって収束させる。
【００１３】
生成イオンは、所与の前駆イオンと容易に関連付けることができない、一般に弱く収束が不十分なピークとして通常の質量スペクトルの形で現れる。しかし、第１のドリフト領域を通過する単一の質量のイオンを選択することにより、単一の前駆体に対する生成イオンの質量スペクトルを記録することが可能になる。この手法の例をＳｃｈｌａｇ等が述べており（Ｗｅｉｎｋａｕｆ，Ｒ．；Ｗａｌｔｅｒ，Ｋ．；Ｗｅｉｃｋｈａｒｄｔ，Ｃ．；Ｂｏｅｓｌ，Ｕ．；Ｓｃｈｌａｇ，Ｅ．Ｗ．：Ｉｎｔ．Ｊ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．Ｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ Ｖｏｌ．４４Ａ（１９８９）ｐｐ．１２１９−２５）、その中では、第１のドリフト領域に静電ゲートが設けられている。次いで、そのゲートを通過したイオンはパルス式ＵＶレーザーを用いた光解離によって断片化され、生成イオンはリフレクトロンの後に検出される。
【００１４】
同軸の２段式リフレクトロンを用いた別の手法がＬｅＢｅｙｅｃと共同研究者等によって紹介され、Ｓｔａｎｄｉｎｇ等（Ｓｔａｎｄｉｎｇ，Ｋ．Ｇ．；Ｂｅａｖｉｓ，Ｒ．；Ｂｏｌｌｂａｃｈ，Ｇ．；Ｅｎｓ．Ｗ．；ＬａＦｏｒｔｕｎｅ，Ｆ．；Ｍａｉｎ，Ｄ．；Ｓｃｈｕｅｌｅｒ，Ｂ．；Ｔａｎｇ，Ｘ．；Ｗｅｓｔｍｏｒｅ，Ｊ．Ｂ．Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ １６（１）（１９８７）ｐｐ．１７３−８９）が１段式リフレクトロンを用いてそれを発展させている。この手法では、イオンはすべてリフレクトロンに入ることができる。またリフレクトロンの後方に検出器が設けられ、第１のフィールドフリードリフト長での準安定分解から生じた中性種を記録する。こうした中性種は前駆イオンの質量に対応する時間に現れるため、前駆質量に対応する中性種を受け取ったときのみ、リフレクトロン検出器でイオンを記録することが可能である。その結果得られたスペクトルは、相関反射スペクトルとして知られており、単一のイオンパルスのカウントを用いる方法によってのみ得ることができる。
【００１５】
今までに設計されたリフレクトロンの主な制限は、生成イオンの収束（質量分解能）が質量範囲全体で一定にならないことである。特に、選択された前駆イオンの質量は、一般に生成イオンの質量スペクトルの中で最も適切に収束されるイオンであるが、低質量の生成イオンでは収束が低下する。これは一般に、低質量の生成イオンは、質量が前駆イオンの質量に近いイオンほどリフレクトロンに深く侵入しないためである。したがって、リフレクトロンの電圧を下げることにより、収束がかなり改善され、スペクトルの低質量部分を記録することが可能になるが、高質量のイオンはただリフレクトロンの後端を通過するだけになるというのが一般的な意見であった。
【００１６】
このため、何人かの研究者は、質量スペクトルの異なる領域を記録するためにリフレクトロンの電圧を階段状にすること、或いはリフレクトロンの電圧を走査して一連の中間体から収束させる質量スペクトルを再構成することを提案している（Ｗｅｉｎｋａｕｆ，Ｒ．；Ｗａｌｔｅｒ，Ｋ．；Ｗｅｉｃｋｈａｒｄｔ，Ｃ．；Ｂｏｅｓｌ，Ｕ．；Ｓｃｈｌａｇ，Ｅ．Ｗ．Ｉｎｔ．Ｊ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．Ｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ Ｖｏｌ．４４ａ（１９８９）ｐｐ．１２１９−２５、及びＳｐｅｎｇｌｅｒ，Ｂ．；Ｋｉｒｓｃｈ，Ｄ．；Ｋａｕｆｍａｎｎ，Ｒ．；Ｊａｅｇｅｒ，Ｅ．Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．６（１９９２）ｐｐ．１０５−０８）。生成イオンの質量スペクトルについては、この手法も、飛行時間型質量分析計の多重記録の利点すべてが実現されないという点で、Ｗｉｌｅｙ及びＭｃＬａｒｅｎが使用したタイムスライス法と同じ欠点を有している。
【００１７】
生成イオンの質量スペクトルを、リフレクトロンを使用した単一のＴＯＦ分析部で記録することもできるが、第１の質量分析部を前駆イオンの質量を選択するために利用し、第２の質量分析部をその生成イオンの質量スペクトルを記録するために用いる、様々なタンデム構成について述べている研究者もある。２つのリニア式ＴＯＦ質量分析部（すなわちリフレクトロンなし）及び生成イオンの再加速を用いた手法が、Ｄｅｒｒｉｃｋ（Ｊａｒｄｉｎｅ，Ｄ．Ｒ．；Ｍｏｒｇａｎ，Ｊ．；Ａｌｄｅｒｄｉｃｅ，Ｄ．Ｓ．；Ｄｅｒｒｉｃｋ，Ｐ．Ｊ．：Ｏｒｇ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．Ｖｏｌ．２７（１９９２）ｐｐ．１０７７−８３）及びＣｏｏｋｓ（Ｓｃｈｅｙ，Ｋ．Ｌ．；Ｃｏｏｋｓ，Ｒ．Ｇ．；Ｇｒｉｘ，Ｒ；Ｗｏｌｌｎｉｋ，Ｈ．，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ Ｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ Ｖｏｌ．７７（１９８７）ｐｐ．４９−６１）によって述べられている。
【００１８】
リニア／リフレクトロン（ＴＯＦ／ＲＴＯＦ）構成も、Ｃｏｏｋｓによって報告されている（Ｓｃｈｅｙ，Ｋ．Ｌ．；Ｃｏｏｋｓ，Ｒ．Ｇ．；Ｋｒａｆｔ，Ａ．；Ｇｒｉｘ，Ｒ．；Ｗｏｌｌｎｉｋ，Ｈ．，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ Ｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ Ｖｏｌ．９４（１９８９）ｐｐ．１−１４）。最近では、Ｓｔｒｏｂｅｌ及びＲｕｓｓｅｌｌ（Ｓｔｒｏｂｅｌ，Ｆ．Ｈ．；Ｓｏｌｏｕｋｉ，Ｔ．；Ｗｈｉｔｅ，Ｍ．Ａ．；Ｒｕｓｓｅｌｌ，Ｄ．Ｈ．，Ｊ．Ａｍ．Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．Ｖｏｌ．２（１９９０）ｐｐ．９１−９４、及びＳｔｒｏｂｅｌ，Ｆ．Ｈ．；Ｐｒｅｓｔｏｎ，Ｌ．Ｍ．；Ｗａｓｈｂｕｒｎ，Ｋ．Ｓ．；Ｒｕｓｓｅｌｌ，Ｄ．Ｈ．，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．Ｖｏｌ．６４（１９９２）ｐｐ．７５４−６２）が、質量選択用の２重収束セクタ質量分析部、及び生成イオンを記録するためのリフレクトロンＴＯＦを用いたハイブリッド型計測器（ＥＢ／ＲＴＯＦ）について述べている。
【００１９】
さらに、Ｃｏｔｔｏｒ及びＣｏｒｎｉｓｈ（Ｃｏｒｎｉｓｈ，Ｔ．Ｊ．；Ｃｏｔｔｅｒ，Ｒ．Ｊ．Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｖｏｌ．６５（１９９３）ｐｐ．１０４３−４７、その内容全体を参照によって本明細書に組み込む、及びＣｏｒｎｉｓｈ，Ｔ．Ｊ．；Ｃｏｔｔｅｒ，Ｒ．Ｊ．Ｏｒｇ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．、その内容全体を参照によって本明細書に組み込む）は、２つの反射式飛行時間型質量分析部を用いたタンデム（ＲＴＯＦ／ＲＴＯＦ）飛行時間型計測器について述べている。第１の分析部は、衝突セルより前に電子ゲートによって前駆イオンを高分解能で選択することを可能にし、第２の質量分析部は、衝突誘起解離（ＣＩＤ）又は生成イオンの質量スペクトルを記録するために用いられる。この計測器では、２段式リフレクトロンと１段式リフレクトロンの両方が用いられている。しかし現在のところ、１段式と２段式リフレクトロンのどちらにも前述の収束上の制限がある。
【００２０】
タンデム飛行時間型質量分析計には、生成イオンの重量スペクトルの記録に関してリフレクトロンＴＯＦ分析部に勝るいくつかの明確な利点がある。多くの場合、こうした利点は２セクタ（ＥＢ）質量分析計に使用されるリンクＥ／Ｂ走査法に対する４セクタ（ＥＢＥＢ）計測器の利点に類似している。
【００２１】
すなわち、衝突チャンバでイオンを時間収束させるときに電子ゲートが実施されるため、タンデムの飛行時間によって前駆イオンをより高い質量分解能で選択することが可能になる。それに対して、リフレクトロンＴＯＦの第１の直線領域（Ｌ１）でのイオン質量ゲートは、リフレクトロンによる収束の前に実施される。第２に、２つのリフレクトロンを組み込んだタンデム飛行時間型質量分析計では、第１のフィールドフリー領域で発生して第１のリフレクトロンを横断する準安定イオンがイオン質量ゲートに同時に到着しないため、準安定過程を衝突誘起解離からより明確に分離することができる。
【００２２】
１９９３年に、Ｅｎｋｅと共同研究者等（Ｓｅｔｅｒｌｉｎ，Ｍ．Ａ．；Ｖｌａｓａｋ，Ｐ．Ｒ．；ＭｃＬａｎｅ，Ｒ．Ｄ．；Ｅｎｋｅ，Ｃ．Ｇ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．４（１９９３）７５１−７５４）もタンデム飛行時間型質量分析計を設計しているが、光解離を用いて生成イオンを形成している。収束の問題には、解離直前にイオンを減速させ、生成イオンを第２のリフレクトロン分析部内へ向けて再加速することによって対処している。しかしこの手法は、衝突誘起解離を用いる場合の初期運動エネルギーすべてを十分に利用していない。Ｖｅｓｔａｌと共同研究者等（Ｍｅｄｚｉｈｒａｄｓｋｙ，Ｋ．Ｆ．；Ｃａｍｐｂｅｌｌ，Ｊ．Ｍ．；Ｂａｌｄｗｉｎ，Ｍ．Ａ．；Ｆａｌｉｋ，Ａ．Ｍ．；Ｊｕｈａｓｚ，Ｐ．；Ｖｅｓｔａｌ，Ｍ．Ｌ．；Ｂｕｒｌｉｎｇｈａｍ，Ａ．Ｌ．，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．７２（２０００）５５２−５５８）によって述べられ、ａｐｐｌｉｅｄ ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ Ｆｒａｍｉｎｇｈａｍ（マサチューセッツ州）によって商品化されているタンデム計測器では、イオンはマトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）によって形成され、パルス引き出し又は遅延引き出しにより、タイミングを合わせたイオンゲートによってイオンが質量選択される収束点に収束される。次いで、イオンは衝突セルを通過し、そこで解離される。生成イオンは、質量選択されたその前駆体と同じ速度を持ち続け、したがって、すべてが同時に第２の「ソース」に入る。次いで生成イオンは、パルス引き出しによってリフレクトロン質量分析部内へ向けて加速される。限られたリフレクトロンのバンド幅を適応させるために、前駆イオンの運動エネルギー（したがって実験室系衝突エネルギー）は１〜２ｋｅＶに保たれ、第２のソース内のパルス引き出しによって、生成イオンにさらに１８ｋｅＶが与えられる。このようにして、イオンは１８〜２０ｋｅＶに対するエネルギー範囲を有してリフレクトロンに入る。ＢＲＵＫＥＲ ＤＡＬＴＯＮＩＣＳ（マサチューセッツ州ビレリカ）で設計された計測器では、初期運動エネルギー（及び実験室系衝突エネルギー）はやはり数ｋｅＶに設定され、イオンが滞留している間にリフトセルの電位を上げることにより、生成イオンがさらに加速される（Ｓｃｈｎａｉｂｌｅ，Ｖ．；Ｗｅｆｉｎｇ，Ｓ．；Ｒｅｓｅｍａｎｎ，Ａ．；Ｓｕｃｋａｕ，Ｄ．；Ｂｕｃｋｅｒ，Ａ．；Ｗｏｌｆ−Ｋｕｍｍｅｔｈ，Ｈｏｆｆｍａｎ，Ｄ．，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．７４（２００２）４９８０−４９８８）。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の態様は、リニア式飛行時間型質量分析部及びカーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部を含むタンデム質量分析計を提供することである。リニア式飛行時間型質量分析部で形成された複数のイオン質量を有するイオンがカーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部に入るように、カーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部はリニア式飛行時間型質量分析部の端部に配置される。タンデム質量分析計はまた、飛行時間型質量分析部とカーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部の間に配置された質量選択ゲートを含む。質量選択ゲートは複数のイオン質量からあるイオン質量を選択する。さらにタンデム質量分析計は、リニア式飛行時間型分析部で形成されるイオンの経路内に設けられた解離用構成要素も含む。解離用構成要素は、イオンを複数のイオンフラグメントに解離させる。
【００２４】
一実施例では、リニア式飛行時間型分析部はイオン源を含む。このイオン源には、例えば試料プレート及びイオン化エネルギー源を含めることができる。イオン源は、試料プレートに近接して配置された引き出し電極を備えていてもよい。イオン化エネルギー源は、例えばレーザー、電子ビーム源、エネルギーイオンビーム、エネルギー原子ビーム源又は高周波電源とすることができる。試料プレートは、約１キロボルト〜５０キロボルトの大きさの試料電圧に保つことができる。試料電圧は、イオン源で形成されたイオンを収束させるためにパルス化することができる。同様に、引き出し電極も約１キロボルト〜５０キロボルトの大きさの引き出し電圧に保つことができる。
【００２５】
一実施例では、カーブしたフィールドリフレクトロン分析部は選択された電圧電位に接続された複数の中空電極を含み、その結果、複数の中空電極は共同して、イオンフラグメントを速度ゼロまで減速させてイオンフラグメントの方向転換を可能にする非直線状の減速電場を生成する。カーブしたフィールドリフレクトロン内の非直線状の減速場は、イオンフラグメントの侵入深さへのその依存性が例えば円弧を描く電圧電位によって決まる。カーブしたフィールドリフレクトロン内の非直線状の減速場は、少なくともタンデム質量分析計の飛行部分に沿った任意の点で形成されるイオンフラグメントの主要部分を収束させるように構成することができる。カーブしたフィールドリフレクトロン内の非直線状の減速場はまた、カーブしたフィールドリフレクトロンのエネルギーバンド幅を適応させるためにカーブしたフィールドリフレクトロン内の電圧電位を走査する、又は階段状にする必要なしに、少なくともイオンフラグメントの質量範囲の主要部分を収束させるように構成することもできる。カーブしたフィールドリフレクトロン内の非直線状の減速場は、カーブしたフィールドリフレクトロンのエネルギーバンド幅を適応させるためにイオンフラグメントに追加の運動エネルギーを与えることなく、少なくともイオンフラグメントの質量範囲の主要部分にわたってイオンフラグメントを収束させるように構成することもできる。
【００２６】
タンデム質量分析計は、イオンフラグメントの経路内に配置されたイオン検出器を備えることもできる。このイオン検出器には、チャンネルトロン、電子増倍器、又は測定される粒子を捕らえるように配置されたマイクロチャンネルプレート組立体が含まれる。
【００２７】
解離用構成要素は、衝突チャンバや衝突セルを含むことができる。衝突チャンバは、イオンの経路内の質量選択ゲートより前、又はイオンの経路内の質量選択ゲートより後に配置することができる。衝突チャンバは、例えば不活性ガスなどのガスで満たすことができる。解離用構成要素は衝突チャンバに限定されず、イオンを解離させるように構成された電子ビーム、エネルギー原子源又は光子ビームを含むこともできる。
【００２８】
一実施例では、質量選択ゲートは、複数のイオン質量中の所望されるイオン質量を選択するように適合されたＢｒａｎｄｂｕｒｙ−Ｎｉｅｌｓｅｎイオンゲートである。
【００２９】
添付図面と共に取り上げ、これから言及する本発明の例示的な実施例についての以下の詳細な記述から、本発明のこうした態様及び特徴、並びに他の態様及び特徴がより明らかとなり、より容易に理解されるようになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明では、カーブしたフィールドリフレクトロン（リフレクトロン分析部）と連結させたリニア式飛行時間型分析計を用いることにより、高性能の飛行時間型質量分析計によってイオンの衝突誘起解離（ＣＩＤ）及びタンデム質量分析が可能になる。カーブしたフィールドリフレクトロンは、（実験室系で）比較的高い衝突エネルギーの使用を可能にするバンド幅を収束させる高い運動エネルギーを与える。このようにして、イオンフラグメント、すなわち解離による生成物をリフレクトロン分析部に入る前に再加速する、又はエネルギーを「高める」ことが不要になる。
【００３１】
本発明による質量分析計の一実施例を図３に示す。質量分析計４０は、リニア式飛行時間型質量分析部４２及びカーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部４４を含んでいる。カーブしたフィールド質量分析部４４は、リニア式飛行時間型質量分析部４２の端部に配置されている。質量分析計４０はまた、リニア式飛行時間型質量分析部４２とカーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部４４の間に配置された質量選択ゲート４６を含んでいる。
【００３２】
飛行時間型質量分析部はイオン源５０を含んでいる。イオン源５０は、試料プレート５２及びイオン化源５４を有している。試料プレート５２は、質量分析される材料の試料（図示せず）を保持する。試料プレート５２は、単純な試料プローブ、可動ステージを備えたより複雑な試料の配列、又はイオン化源５４に対して試料を配置することを可能にする他の機構とすることができる。試料材料は、例えば化学薬品やＤＮＡなどの生体分子とすることができる。試料プレート５２には、比較的高い電圧、例えば２０ｋＶでバイアスがかけられる。
【００３３】
イオン化源５４は、図３の実施例に示すようなレーザー放射源、電子ビーム、イオン源、又は高速（エネルギ）原子源など任意の放射源とすることができる。レーザー放射源は、マトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）に適している。電子ビーム源では、電子が試料材料と衝突することによってイオンが生成される。同様に、材料の試料に対してイオンビームを衝突させることによって、分析するイオンを生成させることもできる。イオン化源５４をプラズマトロン、すなわち、例えば高周波を用いて試料材料内でイオン化及びイオンの形成を引き起こすことが可能なプラズマ放電イオン源とすることもできる（この技術は、比較的小さい分子サイズを有する化学薬品の質量分析に適している）。
【００３４】
イオン源５０はさらに、試料プレート５２に近接して配置された（１つ又は複数の）引き出し電極５６を含んでいる。引き出し電極５６は、試料プレート５２で形成されたイオンを引き出すために、試料プレート５２に対してある電位に保たれたグリッド電極を含むことができる。引き出し電極５６は他のイオン引き出し用の光学系を含むことも可能であり、これを図３に示すように環状形にして、形成されたイオンが環状のイオン光学系の中央開口を通って移動できるようにしてもよい。
【００３５】
試料プレート５２の電圧、或いは（１つ又複数の）引き出し電極の電圧をパルス化することができる。試料源５２の電圧、又は電圧引き出し電極をパルス化することにより、イオンをより適切に収束させることが可能になる。電圧波形の複数の変形形態（例えば線形、指数）の使用、並びに（ＭＡＬＤＩにおける）レーザーパルスに対する電圧パルスの遅延時間の調整を含めて、様々なパルス方式が存在している。例示的なパルス式イオン引き出し法は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６５１８５６８号に記載されており、その内容全体を参照によって本明細書に組み込む。
【００３６】
カーブしたフィールドリフレクトロン４４は、例えば連続的であるが非直線状の単一の領域を有することができる。カーブしたフィールドリフレクトロンは、電極の積み重ね６０（イオンレンズとも呼ばれる）を有している。それぞれの電極は、非直線状の減速場を定めるために互いに抵抗するように接続されている。最も一般的なケースでは、電極の積み重ね６０はリング電極を用いて構成される。電極の積み重ね６０は共同して、イオンを速度ゼロまで減速させ、イオンが方向転換してほぼ同じ経路に沿って戻ることを可能にする減速電場を生成するように、選択された電圧電位に接続されている。戻り経路では、イオンはイオン検出器６２の方へ向けられる。高い運動エネルギー（速度）を有するイオンは、低い運動エネルギーを有するイオンよりカーブしたフィールドリフレクトロン、すなわち電極の積み重ね６０に深く侵入し、したがって検出器６２までより長い経路を有するようになる。イオンは検出器６２に到達するとき、その初期運動エネルギー分布を保持している。しかし、異なる質量のイオンは異なる時間に到達する。
【００３７】
検出器６２は、任意の市販の荷電粒子検出器から選択することができる。こうした検出器には、それだけには限らないが、電子増倍器、チャンネルトロン又はマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）組立体が含まれる。電子倍増器は、互いに向かい合っているが互いにずれた一連の湾曲プレートを有する不連続なダイノードであり、１つのプレートに衝突したイオンによって２次電子が生じ、次いで一連のプレートを通る電子なだれが発生する。チャンネルトロンは、内部を電子放射材料で被覆された角のような形をした連続ダイノード構造である。チャンネルトロンに衝突したイオンによって２次電子が生じ、その結果、電子なだれの効果が生じてさらに多くの２次電子、最終的には電流パルスが発生する。マイクロチャンネルプレートは、エッチングされた何千若しくは何百万の小さい孔を含む加鉛ガラスのディスクでできている。各孔の内側表面は、高エネルギーの電子又はイオンが衝突したとき、多数の２次電子を放出しやすいように被覆されている。イオンなど高エネルギー粒子が孔への入口付近で材料に衝突して電子を放出すると、電子は加速して孔の深部に入り、壁に衝突して多数の２次電子を放出させ、電子なだれを引き起こす。
【００３８】
検出器に衝突したイオンに対応する検出された電子の信号は、さらに増幅、積算、デジタル化されて後の解析のためにメモリに記録され、且つ／又は評価のためにグラフィカルインターフェースによって表示される。検出法の例は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５５７２０２５号に開示されており、その内容全体を参照によって本明細書に組み込む。
【００３９】
質量分析部４２で発生したイオンが、以下の段落でより詳細に説明する他の質量分析のために質量分析部４４に入るように、リニア式飛行時間型質量分析部４２及びカーブしたフィールド質量分析部４４は、端と端を接して配置されている。タンデム質量分析計４０の動作中にイオン源５０で形成されたイオンが衝突せずに移動することができるように、引き出し電極５６など質量分析部４２内の電極、減速電極６０など質量分析部４４内の電極、及び検出器６２は、真空チャンバ６５に収められている。真空チャンバ６５は、１つ又は複数の真空ポンプを用いて排気され、５×１０−７トルより低い圧力に保たれる。例えば、２つのターボ分子ポンプを用いることができる。ターボ分子ポンプ６６を用いて質量分析部４２の領域が排気され、ターボ分子ポンプ６８を用いて質量分析部４４の領域が排気される。
【００４０】
質量分析計４０は、イオン源５０で形成された複数のイオン質量の中からあるイオン質量（前駆イオン質量）を選択するように動作する。次いで、前駆イオン質量がガスとの衝突によって解離されて（衝突解離）、複数の生成イオンが形成される。しかし、前駆イオン質量の解離はガスとの衝突による解離には限定されず、前駆イオン質量の解離を、光子ビーム（レーザー）の使用による光解離や、電子源の使用による電子衝突解離によっても実施可能であることが理解できる。リフレクトロン質量分析部４４を用いて、前駆イオン質量の解離から生じた生成イオンの生成イオン質量スペクトルが記録される。
【００４１】
例えば図３に示すように、衝突解離の場合には、選択されたイオン質量の経路内に衝突チャンバ７０（すなわち解離用構成要素）が配置される。衝突チャンバ７０は、ヘリウム、アルゴン、キセノンなど不活性ガスで満たされている。衝突チャンバは、様々な形を有することができる。一実施例では、衝突チャンバ７０は内径Ｘｃｍ、長さＹｃｍ（例えば、内径０．２インチ（５ｍｍ）、長さ１．１２５インチ（２．８５ｃｍ））のステンレス鋼の円筒である。衝突チャンバ７０内部のガスの密度は、質量分解能の低下を避けるために質量分析部４２と質量分析部４４の両方の領域で比較的低い周囲圧力を維持しながら、効果的な解離を実現するように選択される。したがって、チャンバ６２内部の圧力と衝突チャンバ７０内部の圧力の両方をモニターするために、圧力モニターも設けられる。
【００４２】
質量選択ゲート４６は、質量分析部４２と質量分析部４４の間に配置されている。図３に示すように、質量選択ゲート４６は、イオン源５０の端部からの距離がＤ１、リフレクトロン電極６０の端部からの距離がＤ２の所に配置されている。図３に示した実施例では、衝突チャンバ７０は、前駆イオンの経路内の質量選択ゲート４６より前に配置されている。しかし、衝突チャンバ７０をイオンの経路に沿った任意の場所に配置することもできる。例えば、衝突チャンバ７０を質量選択ゲート４６より後に配置することもできる。適切な質量選択ゲート４６はＢｒａｄｂｕｒｙ−Ｎｉｅｌｓｅｎイオンゲートである（Ｂｒａｄｂｕｒｙ，Ｎ．Ｅ．；Ｎｉｅｌｓｅｎ，Ｒ．Ａ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．４９（１９３６）３８８−３９３）。Ｂｒａｄｂｕｒｙ−Ｎｉｅｌｓｅｎイオンゲートは、平行なワイヤで構成されたイオンゲートである。このゲートは、イオンの軌跡に垂直な電場を生成する隣接したワイヤを横切る電位を印加することによって閉じられ、したがって選択されたイオンの通過を効果的に遮断することができる。このようにして、選択されたイオンだけがその経路内に留まることが可能になり、他のイオンは拒絶又は遮断される。
【００４３】
前駆イオン質量は、不活性ガス（例えばヘリウム）と衝突すると解離して、中性フラグメント種並びにイオンフラグメント種（生成イオン）を生成する。中性種はリフレクトロンの電位場による影響を受けず、比較的一直線のままであるが、イオンフラグメント種は速度ゼロまで減速し、Ｕターンしてほぼ同じ経路に沿って戻り、検出器６２の方へ移動する。
【００４４】
質量選択は、飛行時間ドリフト長の範囲内の位置で行われ、この位置では、イオン源５０からのパルス式イオン引き出しとカーブしたフィールドリフレクトロン４４の両方が収束する。図３に示すように、衝突チャンバ７０は、質量選択ゲート４６の前に取り付けられている。分子イオン前駆体及びそれが解離したフラグメント（生成）イオンは、ほとんど同じ速度で衝突チャンバ７０から出て、実質的に同時にイオンゲート４６に入る。したがって、衝突チャンバをイオンゲートの前に配置することも可能である。実際には、前駆イオン及びその生成物それぞれの速度は、イオン源５０からカーブしたフィールドリフレクトロン６０の入口まで変わらないため、衝突チャンバ７０及びイオンゲート４６を、互いに任意の順番で配置することができる。１段式及び２段式のリフレクトロンを利用するタンデム計測器とは異なり、前駆イオン及び生成イオンは衝突後に減速されず、運動エネルギーの全範囲を維持してカーブしたフィールドリフレクトロンに入る。さらに、現在のタンデム質量分析計では、エネルギーの違いを適応させるためにリフレクトロンの電圧を階段状にする、又は走査することはせず、ソースから出るイオンの全運動エネルギー（例えば２０ｋｅＶ）を衝突エネルギーとして利用することができる。
【００４５】
動作、並びに、化学試料及び生物試料の分析への適用に関する以下の実施例から、本発明をさらに詳しく理解することができる。
【００４６】
図４Ａ〜４Ｆは、バックミンスターフラーレン（Ｃ６０）に対して得られた、ヘリウムによって生じた解離スペクトルを示している。図４Ａはガス、すなわちヘリウムなしでのフラーレンの質量スペクトルである。図４Ｂ〜４Ｆは、衝突チャンバ又は衝突セルに加えるヘリウムの量を増加させた場合のフラーレンの質量スペクトルである。図４Ｂに最初に現れる初期フラグメントは、Ｃ２ｎ＋系列のイオンであり、Ｃ４４＋及びＣ５０＋が主なクラスターである。中性生成物の再イオン化により、この系列が段階的なＣ２の損失ではなく大きいＣｎ中性種の損失から生じることが示されている。その研究（ＭｃＨａｌｅ，Ｋ．Ｊ．；Ｐｏｌｃｅ，Ｍ．Ｊ．；Ｗｅｓｄｅｍｉｏｔｅｓ，Ｃ．，Ｊ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．３０（１９９５）３３−３８）において、最大の中性種としてＣ２８が観察されていることは、最小のＣ２ｎ＋クラスターイオンがＣ３２＋イオンであるこの観察と一致している。図４Ｄでは、より低質量のクラスターの分布が衝突誘起解離（ＣＩＤ）スペクトルとして観察され、これらのクラスターは炭素原子が１つだけ異なっている。発明者はイオン強度の測定から、このスペクトルは約８０％の分子イオンビームの減衰に相当すると推定している。こうした低質量のクラスターは、図４Ｅ及び４Ｆに示した質量スペクトルでは強度が高まっており、その場合、減衰はそれぞれ９５％及び９８％である。高い減衰で低質量のＣｎ＋系列が現れることは、これらのイオンが、グラファイトのレーザーアブレーションで観察される分布パターンと類似の、Ｃ１１＋、Ｃ１５＋、Ｃ１９＋及びＣ２３＋に主なピークを有する分布パターンをもたらす、多数の又は「壊滅的な」衝突から生じることを示唆している。２０ｋｅＶのイオンの運動エネルギーを用いる場合、その２０ｋｅＶのイオンの運動エネルギーはヘリウムとの衝突によってあまり変化せず、したがって分解能はＣｎ＋系列に対して維持される。４ｋｅＶでは、発明者は、どんな減衰レベルでもアルゴン又はキセノンとの衝突によって低質量のＣｎ＋系列のみが生成され、これらは一般に適切な分解能があったこと、すなわちただ１度の衝突でも壊滅的であったことが示唆されることに注目した。その観察と一致して、２０ｋｅＶのビームを用いると、ビームが減衰されても有意味のフラグメントは検出されず、アルゴン又はキセノンが検出された。この実施例及び以下の他の実施例では、高い実験室系エネルギーではヘリウムが最も有利であることが分かる。
【００４７】
図５Ａ〜５Ｄは、ペプチドに対して得られたタンデム衝突誘起解離（ＣＩＤ）質量スペクトルを表している。図５Ａは物質Ｐのゲートされた質量スペクトルを示している。特にプロトン化された分子イオンが質量選択される、すなわち衝突ガスは存在せず、レーザー出力は十分低くポストソース分解からフラグメンテーションは観察されない。図５Ｂ〜５Ｄは、衝突チャンバに加えるヘリウムの量を増加させることによる効果を示している。図５Ｂ〜５Ｄに見られるように、ＣＩＤ質量スペクトルでは「ａ及びａ−１７」系列が主であり、衝突ガスの圧力を高めるに従って、より低質量の系列のイオンが増加する。
【００４８】
こうした研究では、使用される実験系衝突エネルギーは、２０ｋＶのイオン源からの加速によって得られる最大の前駆イオン運動エネルギー、すなわち例えば２０ｋｅＶである。これは、リフレクトロンのエネルギーバンド幅の要求を満たすために生成イオンを再加速する必要がないために可能となる。
【００４９】
重心系（ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｍａｓｓ ｆｒａｍｅ）では、衝突エネルギーは次式によって与えられる。
【００５０】
【数１】
上式でｖｒｅｌは重心系における相対速度である。前駆イオンの速度と比べると、不活性ガスの熱速度は無視できる。したがって、上記の式は、
【００５１】
【数２】
となる。
【００５２】
したがって重心系では、ヘリウムなど比較的小さい原子（ガス）と衝突した比較的大きいイオンにより、比較的小さい相対エネルギーがもたらされる。
【００５３】
例えば、Ｃ６０／Ｈｅ衝突系では、２０ｋｅＶの実験室系衝突エネルギーによって重心で５５．４ｅＶの相対衝突エネルギーがもたらされる。Ｃ６０／Ａｒ衝突系では、２０ｋｅＶの実験室系衝突エネルギーによって重心で１０５０ｅＶの相対衝突エネルギーがもたらされ、Ｃ６０／Ｘｅ衝突系では、２０ｋｅＶの実験室系衝突エネルギーによって重心で３０８０ｅＶの相対衝突エネルギーがもたらされる。同様に、物質Ｐ／Ｈｅ衝突系では、２０ｋｅＶの実験室系衝突エネルギーによって重心で２９．６ｅＶの相対衝突エネルギーがもたらされる。物質Ｐ／Ａｒ衝突系では、２０ｋｅＶの実験室系衝突エネルギーによって重心で５７６ｅＶの相対衝突エネルギーがもたらされ、物質Ｐ／Ｈｅ衝突系では、２０ｋｅＶの実験室系衝突エネルギーによって重心で１７７０ｅＶの相対衝突エネルギーがもたらされる。大きい不活性ガスを使用するよりも、ヘリウムを用いた重心系で小さい衝突エネルギーを用いる方が好ましいことがある。分子イオンビームを実質的に減衰させる間、アルゴン及びキセノンによって観察されるイオンの総数が減少した。これはおそらく散乱の効果である。
【００５４】
本発明のタンデム質量分析計を様々な具体例で示しているが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、これらの実施例に変化を加えることが可能であることが当業者には理解されよう。例えば、ある一定数の電極（ソース電極、リフレクトロン電極など）を有する質量分析計を示しているが、タンデム質量分析計に１つ又は複数の電極を加えることも本発明の範囲内であることが理解されよう。さらに、質量分析計をレーザーイオン化源の使用と共に記述してきたが、エレクトロスプレー、大気圧イオン化（ＡＰＩ）及び大気ＭＡＬＤＩ（ＡＰＭＡＬＤＩ）の使用も、本発明の範囲内であることが当業者には理解されよう。本発明の多くの特徴及び利点は詳細な明細書から明らかであり、したがって添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲に従った上述の装置のそうした特徴及び利点すべてを包含するものである。
【００５５】
さらに、多くの修正及び変更は当業者には容易に考えつくものであるため、本発明を本明細書に記載した正確な構成及び動作に限定することは望ましくない。さらに、本発明の工程及び装置は、質量分析計の分野で使用される関連装置及び工程同様、現実には複雑化する傾向にあり、動作パラメータの適切な値を経験によって決定する、又はコンピュータシミュレーションを実施して所与の用途に最適な設計に到達することによって、最適に実施されることがしばしばである。したがって、本発明の趣旨及び範囲に含まれる適切な変更形態及び同等物すべてを考慮すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】従来の飛行時間型分析計の概略図である。
【図２】リフレクトロンを用いた従来の飛行時間型分析計の概略図である。
【図３】本発明によるタンデム質量分析計の一実施例の概略図である。
【図４Ａ】バックミンスターフラーレン（Ｃ６０）に対して得られた、ヘリウムによって生じた解離スペクトルを示す図である。
【図４Ｂ】バックミンスターフラーレン（Ｃ６０）に対して得られた、ヘリウムによって生じた解離スペクトルを示す図である。
【図４Ｃ】バックミンスターフラーレン（Ｃ６０）に対して得られた、ヘリウムによって生じた解離スペクトルを示す図である。
【図４Ｄ】バックミンスターフラーレン（Ｃ６０）に対して得られた、ヘリウムによって生じた解離スペクトルを示す図である。
【図４Ｅ】バックミンスターフラーレン（Ｃ６０）に対して得られた、ヘリウムによって生じた解離スペクトルを示す図である。
【図４Ｆ】バックミンスターフラーレン（Ｃ６０）に対して得られた、ヘリウムによって生じた解離スペクトルを示す図である。
【図５Ａ】ペプチドに対して得られた、タンデム衝突誘起解離（ＣＩＤ）質量スペクトルを示す図である。
【図５Ｂ】ペプチドに対して得られた、タンデム衝突誘起解離（ＣＩＤ）質量スペクトルを示す図である。
【図５Ｃ】ペプチドに対して得られた、タンデム衝突誘起解離（ＣＩＤ）質量スペクトルを示す図である。
【図５Ｄ】ペプチドに対して得られた、タンデム衝突誘起解離（ＣＩＤ）質量スペクトルを示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００３年２月２１日出願の仮出願６０／４４９１６８に基づくものであり、その内容全体を参照によって本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は、米国国立衛生研究所の助成ＲＲ−６４４０２によってすべて又は一部の資金提供を受けた研究から得られたものである。
【０００３】
本発明は、一般に質量分析計、特に２つの飛行時間型質量分析計を組み合わせたタンデム質量分析計に関する。
【背景技術】
【０００４】
質量分析計は、物質の化学組成及び分子構造を決定するために用いられる計測器である。これらは一般に、中性分子をイオン化するイオン源、イオンをその質量／電荷比に従って分離する質量分析部、及び検出器からなる。質量分析部は、磁場（Ｂ）計測器、電場と磁場を組み合わせた又は２重収束の計測器（ＥＢ又はＢＥ）、４重極電場（Ｑ）計測器、及び飛行時間（ＴＯＦ）型計測器を含めて様々なタイプに分類される。さらに２つ以上の分析部を１台の計測器内で組み合わせて、タンデム（ＭＳ／ＭＳ）質量分析計を製造することもできる。これには、３連分析部（ＥＢＥ）、４セクタ質量分析計（ＥＢＥＢ又はＢＥＥＢ）、３連４重極（ＱｑＱ）、及びハイブリッド型（ＥＢｑＱなど）が含まれる。
【０００５】
タンデム質量分析計では、第１の質量分析部は、一般に質量スペクトル中に通常観察されるイオンの中からある前駆イオンを選択するために用いられる。次いで、質量分析部相互間に位置する領域でフラグメンテーションが引き起こされ、第２の質量分析部は、生成イオンの質量スペクトルを与えるために用いられる。一連の分子及びフラグメントの前駆イオンとその生成物との間の関係を決めることにより、タンデム質量分析計をイオン構造の研究に利用することもできる。或いは、タンデム質量分析計は現在では一般に、クロマトグラフィ法によって完全に分別されない複雑な混合物中の生体分子の構造を決定するために用いられている。これには、例えばペプチド、糖ペプチド、糖脂質などが含まれる。ペプチドの場合、フラグメンテーションによってアミノ酸配列に関する情報が生成される。
【０００６】
質量分析計の１つのタイプが、飛行時間（ＴＯＦ）型質量分析計である。図１に示した飛行時間型質量分析計の最も単純なもの（Ｃｏｔｔｅｒ，Ｒｏｂｅｒｔ Ｊ．，Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ｗａｓｉｎｇｔｏｎ，ＤＣ，１９９７、その内容全体を参照によって本明細書に組み込む）は、短いソース領域１０、より長いフィールドフリードリフト領域１２及び検出器１４からなっている。イオンが形成され、バックプレート１６の電圧及び引き抜きグリッド１８の電圧によって決まる電場により、短いソース領域１０でその最終的な運動エネルギーまで加速される。引き出しを高め、質量分解能を改善するために、ソース領域に他のグリッド又はレンズ１７を加えることもできる。より長いフィールドフリードリフト領域１２は、引き抜きグリッド１８及び出口グリッド２０によって境界が定められている。
【０００７】
最も一般的な構成では、引き抜きグリッド１８及び出口グリッド２０（したがってドリフト長全体）は接地電位であり、バックプレート１６の電圧はＶであり、またイオンはソース領域で、ｍｖ２／２＝ｚｅＶ（ただし、ｍはイオンの質量、ｖはその速度、ｅは電子の電荷、ｚはイオンの電荷数）で表されるエネルギーまで加速される。次いで、イオンはドリフト領域１２を通過し、その（おおよその、１つ又は複数の）飛行時間は次式によって与えられる。
ｔ＝［（ｍ／ｚ）２ｅＶ］１／２Ｄ （Ｉ）
これは質量の平方根に依存することを示している。一般に、ソース領域１０の長さは０．５ｃｍ程度であり、ドリフト長（Ｄ）は１５ｃｍ〜１８メートルの範囲である。加速電圧（Ｖ）は数百ボルト〜３０ｋＶの範囲とすることができ、飛行時間は５〜１００マイクロ秒程度である。一般に、初期運動エネルギーによる質量分解能への影響を最小限に抑え、大きいイオンの検出を可能にするために、加速電圧は比較的高くなるように選択される。例えば、（例えば図１の実施例に示すような）２０ＫＶの加速電圧は、３００キロダルトン（ｋＤａ）を越える質量を検出するのに十分であることが分かっている。
【０００８】
質量分解能は、バックプレート１６やグリッド１７など１つ又は複数のソース要素にパルスを発生させることによって改善することができる。ソースに他の時間依存型のパルス又は波形を適用してもよい（Ｋｏｖｔｏｕｎ，Ｓ．Ｖ．，Ｅｎｇｌｉｓｈ、Ｒ．Ｄ．ａｎｄ Ｃｏｔｔｅｒ，Ｒ．Ｊ．，Ｍａｓｓ Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｒｅｆｌｅｃｔｒｏｎ ＭＡＬＤＩ ＴＯＦ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：Ａｎ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｖｅｒ ａ Ｂｒｏａｄ Ｒａｎｇｅ，Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ，１３（２００２）１３５−１４３）。
【０００９】
質量分解能は、リフレクトロンを追加することによって改善することもできる（Ｍａｍｙｒｉｎ，Ｂ．Ａ．，Ｋａｒａｔａｅｖ，Ｖ．Ｉ．，Ｓｈｍｉｋｋ，Ｄ．Ｖ．Ｚａｇｕｌｉｎ，Ｖ．Ａ．Ｓｏｖ．Ｐｈｙｓ．ＪＥＴＰ ３７（１９７３）４５）。通常のリフレクトロンは、本質的にイオンを速度ゼロまで減速させる減速電場であり、イオンが方向転換して同じ又はほとんど同じ経路に沿って戻ることを可能にする。高い運動エネルギー（速度）を有するイオンは、低い運動エネルギーを有するイオンよりリフレクトロンに深く侵入し、したがって検出器までより長い経路を有するようになる。イオンは検出器に到達したとき、その初期運動エネルギーの分布を保持しているが、異なる質量のイオンは異なる時間に到達する。
【００１０】
リフレクトロンを利用した飛行時間型質量分析計の例を、図２に概略的に示す（図１及び図２の同じ番号は同じ要素を指すために用いているが、異なる位置にある）。リフレクトロンは、１段式３０でも２段式でもよい。１段式及び２段式リフレクトロンのどちらでも、それぞれが互いに抵抗するように接続された電極の積み重ね３２（イオンレンズとも呼ばれる）により、１段式リフレクトロン３０では１つのグリッド３４によって分離された一定の減速場領域が形成される。最も一般的なケースでは、グリッド及びレンズはリング電極を用いて構成される。図２に示したグリッド３４の場合、リング電極は薄いワイヤメッシュで覆われている。
【００１１】
１段式リフレクトロンでは、単一の減速領域が用いられ、おおよそのイオンの飛行時間は次式によって与えられる。
ｔ＝［（ｍ／ｚ）／２ｅＶ］１／２［Ｌ１＋Ｌ２＋４ｄ］ （ＩＩ）
これは、式（Ｉ）に表されていた同様の平方根依存性を有している。式（Ｉ）に表されていた項に加えて、項Ｌ１、Ｌ２及びｄがある。Ｌ１及びＬ２は、それぞれ図２に示した直線状のドリフト領域の順方向及び戻り方向における長さであり、ｄは平均の侵入深さである。収束動作は、式（ＩＩ）の分母を２ｅＶ＋Ｕ０（ただし、Ｕ０は初期運動エネルギー分布からのイオン速度への寄与を表す）で置き換えることによって理解することができる。
【００１２】
リフレクトロンは当初、イオン源領域で形成されたイオンに対する質量分解能を改善するためのものであったが、最近ではターゲットガス若しくは面との衝突、光解離又は電子の衝突によって引き起こされる準安定分解或いはフラグメンテーションにより、イオン源外部に形成された生成イオンの質量スペクトルを記録するために利用されている。飛行経路内で分子イオンのフラグメンテーションから生じるイオンは、以下の式で与えられる時間に観察することができる。
ｔ＝［（ｍ／ｚ）／２ｅＶ］１／２［Ｌ１＋Ｌ２＋４（ｍ’＋ｍ）ｄ］ （ＩＩＩ）
上式で、ｍ’は新しいフラグメントイオンの質量である。ペプチドの場合、こうしたイオンによりアミノ酸配列が与えられる。収束動作は、式（ＩＩＩ）の分母を２ｅＶ＋Ｕ０（ただし、Ｕ０は初期運動エネルギー分布からのイオン速度への寄与を表す）で置き換えることによって理解することができる。こうしたイオンは一般に、リフレクトロンの電圧ＶＲを階段状にする又は走査することによって、或いはＣｏｒｎｉｓｈ及びＣｏｔｔｅｒが述べているカーブしたフィールドリフレクトロン（ｃｕｒｖｅｄ−ｆｉｅｌｄ ｒｅｆｌｅｃｔｒｏｎ）（Ｃｏｒｎｉｓｈ，Ｔ．Ｊ．，Ｃｏｔｔｏｒ，Ｒ．Ｊ．，Ｎｏｎ−ｌｉｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｒｅｆｌｅｃｔｒｏｎ，米国特許第５４６４９８５号、その内容全体を参照によって本明細書に組み込む）など非直線状のリフレクトロンを用いることによって収束させる。
【００１３】
生成イオンは、所与の前駆イオンと容易に関連付けることができない、一般に弱く収束が不十分なピークとして通常の質量スペクトルの形で現れる。しかし、第１のドリフト領域を通過する単一の質量のイオンを選択することにより、単一の前駆体に対する生成イオンの質量スペクトルを記録することが可能になる。この手法の例をＳｃｈｌａｇ等が述べており（Ｗｅｉｎｋａｕｆ，Ｒ．；Ｗａｌｔｅｒ，Ｋ．；Ｗｅｉｃｋｈａｒｄｔ，Ｃ．；Ｂｏｅｓｌ，Ｕ．；Ｓｃｈｌａｇ，Ｅ．Ｗ．：Ｉｎｔ．Ｊ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．Ｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ Ｖｏｌ．４４Ａ（１９８９）ｐｐ．１２１９−２５）、その中では、第１のドリフト領域に静電ゲートが設けられている。次いで、そのゲートを通過したイオンはパルス式ＵＶレーザーを用いた光解離によって断片化され、生成イオンはリフレクトロンの後に検出される。
【００１４】
同軸の２段式リフレクトロンを用いた別の手法がＬｅＢｅｙｅｃと共同研究者等によって紹介され、Ｓｔａｎｄｉｎｇ等（Ｓｔａｎｄｉｎｇ，Ｋ．Ｇ．；Ｂｅａｖｉｓ，Ｒ．；Ｂｏｌｌｂａｃｈ，Ｇ．；Ｅｎｓ．Ｗ．；ＬａＦｏｒｔｕｎｅ，Ｆ．；Ｍａｉｎ，Ｄ．；Ｓｃｈｕｅｌｅｒ，Ｂ．；Ｔａｎｇ，Ｘ．；Ｗｅｓｔｍｏｒｅ，Ｊ．Ｂ．Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ １６（１）（１９８７）ｐｐ．１７３−８９）が１段式リフレクトロンを用いてそれを発展させている。この手法では、イオンはすべてリフレクトロンに入ることができる。またリフレクトロンの後方に検出器が設けられ、第１のフィールドフリードリフト長での準安定分解から生じた中性種を記録する。こうした中性種は前駆イオンの質量に対応する時間に現れるため、前駆質量に対応する中性種を受け取ったときのみ、リフレクトロン検出器でイオンを記録することが可能である。その結果得られたスペクトルは、相関反射スペクトルとして知られており、単一のイオンパルスのカウントを用いる方法によってのみ得ることができる。
【００１５】
今までに設計されたリフレクトロンの主な制限は、生成イオンの収束（質量分解能）が質量範囲全体で一定にならないことである。特に、選択された前駆イオンの質量は、一般に生成イオンの質量スペクトルの中で最も適切に収束されるイオンであるが、低質量の生成イオンでは収束が低下する。これは一般に、低質量の生成イオンは、質量が前駆イオンの質量に近いイオンほどリフレクトロンに深く侵入しないためである。したがって、リフレクトロンの電圧を下げることにより、収束がかなり改善され、スペクトルの低質量部分を記録することが可能になるが、高質量のイオンはただリフレクトロンの後端を通過するだけになるというのが一般的な意見であった。
【００１６】
このため、何人かの研究者は、質量スペクトルの異なる領域を記録するためにリフレクトロンの電圧を階段状にすること、或いはリフレクトロンの電圧を走査して一連の中間体から収束させる質量スペクトルを再構成することを提案している（Ｗｅｉｎｋａｕｆ，Ｒ．；Ｗａｌｔｅｒ，Ｋ．；Ｗｅｉｃｋｈａｒｄｔ，Ｃ．；Ｂｏｅｓｌ，Ｕ．；Ｓｃｈｌａｇ，Ｅ．Ｗ．Ｉｎｔ．Ｊ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．Ｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ Ｖｏｌ．４４ａ（１９８９）ｐｐ．１２１９−２５、及びＳｐｅｎｇｌｅｒ，Ｂ．；Ｋｉｒｓｃｈ，Ｄ．；Ｋａｕｆｍａｎｎ，Ｒ．；Ｊａｅｇｅｒ，Ｅ．Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．６（１９９２）ｐｐ．１０５−０８）。生成イオンの質量スペクトルについては、この手法も、飛行時間型質量分析計の多重記録の利点すべてが実現されないという点で、Ｗｉｌｅｙ及びＭｃＬａｒｅｎが使用したタイムスライス法と同じ欠点を有している。
【００１７】
生成イオンの質量スペクトルを、リフレクトロンを使用した単一のＴＯＦ分析部で記録することもできるが、第１の質量分析部を前駆イオンの質量を選択するために利用し、第２の質量分析部をその生成イオンの質量スペクトルを記録するために用いる、様々なタンデム構成について述べている研究者もある。２つのリニア式ＴＯＦ質量分析部（すなわちリフレクトロンなし）及び生成イオンの再加速を用いた手法が、Ｄｅｒｒｉｃｋ（Ｊａｒｄｉｎｅ，Ｄ．Ｒ．；Ｍｏｒｇａｎ，Ｊ．；Ａｌｄｅｒｄｉｃｅ，Ｄ．Ｓ．；Ｄｅｒｒｉｃｋ，Ｐ．Ｊ．：Ｏｒｇ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．Ｖｏｌ．２７（１９９２）ｐｐ．１０７７−８３）及びＣｏｏｋｓ（Ｓｃｈｅｙ，Ｋ．Ｌ．；Ｃｏｏｋｓ，Ｒ．Ｇ．；Ｇｒｉｘ，Ｒ；Ｗｏｌｌｎｉｋ，Ｈ．，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ Ｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ Ｖｏｌ．７７（１９８７）ｐｐ．４９−６１）によって述べられている。
【００１８】
リニア／リフレクトロン（ＴＯＦ／ＲＴＯＦ）構成も、Ｃｏｏｋｓによって報告されている（Ｓｃｈｅｙ，Ｋ．Ｌ．；Ｃｏｏｋｓ，Ｒ．Ｇ．；Ｋｒａｆｔ，Ａ．；Ｇｒｉｘ，Ｒ．；Ｗｏｌｌｎｉｋ，Ｈ．，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ａｎｄ Ｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ Ｖｏｌ．９４（１９８９）ｐｐ．１−１４）。最近では、Ｓｔｒｏｂｅｌ及びＲｕｓｓｅｌｌ（Ｓｔｒｏｂｅｌ，Ｆ．Ｈ．；Ｓｏｌｏｕｋｉ，Ｔ．；Ｗｈｉｔｅ，Ｍ．Ａ．；Ｒｕｓｓｅｌｌ，Ｄ．Ｈ．，Ｊ．Ａｍ．Ｓｏｃ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．Ｖｏｌ．２（１９９０）ｐｐ．９１−９４、及びＳｔｒｏｂｅｌ，Ｆ．Ｈ．；Ｐｒｅｓｔｏｎ，Ｌ．Ｍ．；Ｗａｓｈｂｕｒｎ，Ｋ．Ｓ．；Ｒｕｓｓｅｌｌ，Ｄ．Ｈ．，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．Ｖｏｌ．６４（１９９２）ｐｐ．７５４−６２）が、質量選択用の２重収束セクタ質量分析部、及び生成イオンを記録するためのリフレクトロンＴＯＦを用いたハイブリッド型計測器（ＥＢ／ＲＴＯＦ）について述べている。
【００１９】
さらに、Ｃｏｔｔｏｒ及びＣｏｒｎｉｓｈ（Ｃｏｒｎｉｓｈ，Ｔ．Ｊ．；Ｃｏｔｔｅｒ，Ｒ．Ｊ．Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｖｏｌ．６５（１９９３）ｐｐ．１０４３−４７、その内容全体を参照によって本明細書に組み込む、及びＣｏｒｎｉｓｈ，Ｔ．Ｊ．；Ｃｏｔｔｅｒ，Ｒ．Ｊ．Ｏｒｇ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．、その内容全体を参照によって本明細書に組み込む）は、２つの反射式飛行時間型質量分析部を用いたタンデム（ＲＴＯＦ／ＲＴＯＦ）飛行時間型計測器について述べている。第１の分析部は、衝突セルより前に電子ゲートによって前駆イオンを高分解能で選択することを可能にし、第２の質量分析部は、衝突誘起解離（ＣＩＤ）又は生成イオンの質量スペクトルを記録するために用いられる。この計測器では、２段式リフレクトロンと１段式リフレクトロンの両方が用いられている。しかし現在のところ、１段式と２段式リフレクトロンのどちらにも前述の収束上の制限がある。
【００２０】
タンデム飛行時間型質量分析計には、生成イオンの重量スペクトルの記録に関してリフレクトロンＴＯＦ分析部に勝るいくつかの明確な利点がある。多くの場合、こうした利点は２セクタ（ＥＢ）質量分析計に使用されるリンクＥ／Ｂ走査法に対する４セクタ（ＥＢＥＢ）計測器の利点に類似している。
【００２１】
すなわち、衝突チャンバでイオンを時間収束させるときに電子ゲートが実施されるため、タンデムの飛行時間によって前駆イオンをより高い質量分解能で選択することが可能になる。それに対して、リフレクトロンＴＯＦの第１の直線領域（Ｌ１）でのイオン質量ゲートは、リフレクトロンによる収束の前に実施される。第２に、２つのリフレクトロンを組み込んだタンデム飛行時間型質量分析計では、第１のフィールドフリー領域で発生して第１のリフレクトロンを横断する準安定イオンがイオン質量ゲートに同時に到着しないため、準安定過程を衝突誘起解離からより明確に分離することができる。
【００２２】
１９９３年に、Ｅｎｋｅと共同研究者等（Ｓｅｔｅｒｌｉｎ，Ｍ．Ａ．；Ｖｌａｓａｋ，Ｐ．Ｒ．；ＭｃＬａｎｅ，Ｒ．Ｄ．；Ｅｎｋｅ，Ｃ．Ｇ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．４（１９９３）７５１−７５４）もタンデム飛行時間型質量分析計を設計しているが、光解離を用いて生成イオンを形成している。収束の問題には、解離直前にイオンを減速させ、生成イオンを第２のリフレクトロン分析部内へ向けて再加速することによって対処している。しかしこの手法は、衝突誘起解離を用いる場合の初期運動エネルギーすべてを十分に利用していない。Ｖｅｓｔａｌと共同研究者等（Ｍｅｄｚｉｈｒａｄｓｋｙ，Ｋ．Ｆ．；Ｃａｍｐｂｅｌｌ，Ｊ．Ｍ．；Ｂａｌｄｗｉｎ，Ｍ．Ａ．；Ｆａｌｉｋ，Ａ．Ｍ．；Ｊｕｈａｓｚ，Ｐ．；Ｖｅｓｔａｌ，Ｍ．Ｌ．；Ｂｕｒｌｉｎｇｈａｍ，Ａ．Ｌ．，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．７２（２０００）５５２−５５８）によって述べられ、ａｐｐｌｉｅｄ ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ Ｆｒａｍｉｎｇｈａｍ（マサチューセッツ州）によって商品化されているタンデム計測器では、イオンはマトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）によって形成され、パルス引き出し又は遅延引き出しにより、タイミングを合わせたイオンゲートによってイオンが質量選択される収束点に収束される。次いで、イオンは衝突セルを通過し、そこで解離される。生成イオンは、質量選択されたその前駆体と同じ速度を持ち続け、したがって、すべてが同時に第２の「ソース」に入る。次いで生成イオンは、パルス引き出しによってリフレクトロン質量分析部内へ向けて加速される。限られたリフレクトロンのバンド幅を適応させるために、前駆イオンの運動エネルギー（したがって実験室系衝突エネルギー）は１〜２ｋｅＶに保たれ、第２のソース内のパルス引き出しによって、生成イオンにさらに１８ｋｅＶが与えられる。このようにして、イオンは１８〜２０ｋｅＶに対するエネルギー範囲を有してリフレクトロンに入る。ＢＲＵＫＥＲ ＤＡＬＴＯＮＩＣＳ（マサチューセッツ州ビレリカ）で設計された計測器では、初期運動エネルギー（及び実験室系衝突エネルギー）はやはり数ｋｅＶに設定され、イオンが滞留している間にリフトセルの電位を上げることにより、生成イオンがさらに加速される（Ｓｃｈｎａｉｂｌｅ，Ｖ．；Ｗｅｆｉｎｇ，Ｓ．；Ｒｅｓｅｍａｎｎ，Ａ．；Ｓｕｃｋａｕ，Ｄ．；Ｂｕｃｋｅｒ，Ａ．；Ｗｏｌｆ−Ｋｕｍｍｅｔｈ，Ｈｏｆｆｍａｎ，Ｄ．，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．７４（２００２）４９８０−４９８８）。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の態様は、リニア式飛行時間型質量分析部及びカーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部を含むタンデム質量分析計を提供することである。リニア式飛行時間型質量分析部で形成された複数のイオン質量を有するイオンがカーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部に入るように、カーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部はリニア式飛行時間型質量分析部の端部に配置される。タンデム質量分析計はまた、飛行時間型質量分析部とカーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部の間に配置された質量選択ゲートを含む。質量選択ゲートは複数のイオン質量からあるイオン質量を選択する。さらにタンデム質量分析計は、リニア式飛行時間型分析部で形成されるイオンの経路内に設けられた解離用構成要素も含む。解離用構成要素は、イオンを複数のイオンフラグメントに解離させる。
【００２４】
一実施例では、リニア式飛行時間型分析部はイオン源を含む。このイオン源には、例えば試料プレート及びイオン化エネルギー源を含めることができる。イオン源は、試料プレートに近接して配置された引き出し電極を備えていてもよい。イオン化エネルギー源は、例えばレーザー、電子ビーム源、エネルギーイオンビーム、エネルギー原子ビーム源又は高周波電源とすることができる。試料プレートは、約１キロボルト〜５０キロボルトの大きさの試料電圧に保つことができる。試料電圧は、イオン源で形成されたイオンを収束させるためにパルス化することができる。同様に、引き出し電極も約１キロボルト〜５０キロボルトの大きさの引き出し電圧に保つことができる。
【００２５】
一実施例では、カーブしたフィールドリフレクトロン分析部は選択された電圧電位に接続された複数の中空電極を含み、その結果、複数の中空電極は共同して、イオンフラグメントを速度ゼロまで減速させてイオンフラグメントの方向転換を可能にする非直線状の減速電場を生成する。カーブしたフィールドリフレクトロン内の非直線状の減速場は、イオンフラグメントの侵入深さへのその依存性が例えば円弧を描く電圧電位によって決まる。カーブしたフィールドリフレクトロン内の非直線状の減速場は、少なくともタンデム質量分析計の飛行部分に沿った任意の点で形成されるイオンフラグメントの主要部分を収束させるように構成することができる。カーブしたフィールドリフレクトロン内の非直線状の減速場はまた、カーブしたフィールドリフレクトロンのエネルギーバンド幅を適応させるためにカーブしたフィールドリフレクトロン内の電圧電位を走査する、又は階段状にする必要なしに、少なくともイオンフラグメントの質量範囲の主要部分を収束させるように構成することもできる。カーブしたフィールドリフレクトロン内の非直線状の減速場は、カーブしたフィールドリフレクトロンのエネルギーバンド幅を適応させるためにイオンフラグメントに追加の運動エネルギーを与えることなく、少なくともイオンフラグメントの質量範囲の主要部分にわたってイオンフラグメントを収束させるように構成することもできる。
【００２６】
タンデム質量分析計は、イオンフラグメントの経路内に配置されたイオン検出器を備えることもできる。このイオン検出器には、チャンネルトロン、電子増倍器、又は測定される粒子を捕らえるように配置されたマイクロチャンネルプレート組立体が含まれる。
【００２７】
解離用構成要素は、衝突チャンバや衝突セルを含むことができる。衝突チャンバは、イオンの経路内の質量選択ゲートより前、又はイオンの経路内の質量選択ゲートより後に配置することができる。衝突チャンバは、例えば不活性ガスなどのガスで満たすことができる。解離用構成要素は衝突チャンバに限定されず、イオンを解離させるように構成された電子ビーム、エネルギー原子源又は光子ビームを含むこともできる。
【００２８】
一実施例では、質量選択ゲートは、複数のイオン質量中の所望されるイオン質量を選択するように適合されたＢｒａｎｄｂｕｒｙ−Ｎｉｅｌｓｅｎイオンゲートである。
【００２９】
添付図面と共に取り上げ、これから言及する本発明の例示的な実施例についての以下の詳細な記述から、本発明のこうした態様及び特徴、並びに他の態様及び特徴がより明らかとなり、より容易に理解されるようになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明では、カーブしたフィールドリフレクトロン（リフレクトロン分析部）と連結させたリニア式飛行時間型分析計を用いることにより、高性能の飛行時間型質量分析計によってイオンの衝突誘起解離（ＣＩＤ）及びタンデム質量分析が可能になる。カーブしたフィールドリフレクトロンは、（実験室系で）比較的高い衝突エネルギーの使用を可能にするバンド幅を収束させる高い運動エネルギーを与える。このようにして、イオンフラグメント、すなわち解離による生成物をリフレクトロン分析部に入る前に再加速する、又はエネルギーを「高める」ことが不要になる。
【００３１】
本発明による質量分析計の一実施例を図３に示す。質量分析計４０は、リニア式飛行時間型質量分析部４２及びカーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部４４を含んでいる。カーブしたフィールド質量分析部４４は、リニア式飛行時間型質量分析部４２の端部に配置されている。質量分析計４０はまた、リニア式飛行時間型質量分析部４２とカーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部４４の間に配置された質量選択ゲート４６を含んでいる。
【００３２】
飛行時間型質量分析部はイオン源５０を含んでいる。イオン源５０は、試料プレート５２及びイオン化源５４を有している。試料プレート５２は、質量分析される材料の試料（図示せず）を保持する。試料プレート５２は、単純な試料プローブ、可動ステージを備えたより複雑な試料の配列、又はイオン化源５４に対して試料を配置することを可能にする他の機構とすることができる。試料材料は、例えば化学薬品やＤＮＡなどの生体分子とすることができる。試料プレート５２には、比較的高い電圧、例えば２０ｋＶでバイアスがかけられる。
【００３３】
イオン化源５４は、図３の実施例に示すようなレーザー放射源、電子ビーム、イオン源、又は高速（エネルギ）原子源など任意の放射源とすることができる。レーザー放射源は、マトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）に適している。電子ビーム源では、電子が試料材料と衝突することによってイオンが生成される。同様に、材料の試料に対してイオンビームを衝突させることによって、分析するイオンを生成させることもできる。イオン化源５４をプラズマトロン、すなわち、例えば高周波を用いて試料材料内でイオン化及びイオンの形成を引き起こすことが可能なプラズマ放電イオン源とすることもできる（この技術は、比較的小さい分子サイズを有する化学薬品の質量分析に適している）。
【００３４】
イオン源５０はさらに、試料プレート５２に近接して配置された（１つ又は複数の）引き出し電極５６を含んでいる。引き出し電極５６は、試料プレート５２で形成されたイオンを引き出すために、試料プレート５２に対してある電位に保たれたグリッド電極を含むことができる。引き出し電極５６は他のイオン引き出し用の光学系を含むことも可能であり、これを図３に示すように環状形にして、形成されたイオンが環状のイオン光学系の中央開口を通って移動できるようにしてもよい。
【００３５】
試料プレート５２の電圧、或いは（１つ又複数の）引き出し電極の電圧をパルス化することができる。試料源５２の電圧、又は電圧引き出し電極をパルス化することにより、イオンをより適切に収束させることが可能になる。電圧波形の複数の変形形態（例えば線形、指数）の使用、並びに（ＭＡＬＤＩにおける）レーザーパルスに対する電圧パルスの遅延時間の調整を含めて、様々なパルス方式が存在している。例示的なパルス式イオン引き出し法は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６５１８５６８号に記載されており、その内容全体を参照によって本明細書に組み込む。
【００３６】
カーブしたフィールドリフレクトロン４４は、例えば連続的であるが非直線状の単一の領域を有することができる。カーブしたフィールドリフレクトロンは、電極の積み重ね６０（イオンレンズとも呼ばれる）を有している。それぞれの電極は、非直線状の減速場を定めるために互いに抵抗するように接続されている。最も一般的なケースでは、電極の積み重ね６０はリング電極を用いて構成される。電極の積み重ね６０は共同して、イオンを速度ゼロまで減速させ、イオンが方向転換してほぼ同じ経路に沿って戻ることを可能にする減速電場を生成するように、選択された電圧電位に接続されている。戻り経路では、イオンはイオン検出器６２の方へ向けられる。高い運動エネルギー（速度）を有するイオンは、低い運動エネルギーを有するイオンよりカーブしたフィールドリフレクトロン、すなわち電極の積み重ね６０に深く侵入し、したがって検出器６２までより長い経路を有するようになる。イオンは検出器６２に到達するとき、その初期運動エネルギー分布を保持している。しかし、異なる質量のイオンは異なる時間に到達する。
【００３７】
検出器６２は、任意の市販の荷電粒子検出器から選択することができる。こうした検出器には、それだけには限らないが、電子増倍器、チャンネルトロン又はマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）組立体が含まれる。電子倍増器は、互いに向かい合っているが互いにずれた一連の湾曲プレートを有する不連続なダイノードであり、１つのプレートに衝突したイオンによって２次電子が生じ、次いで一連のプレートを通る電子なだれが発生する。チャンネルトロンは、内部を電子放射材料で被覆された角のような形をした連続ダイノード構造である。チャンネルトロンに衝突したイオンによって２次電子が生じ、その結果、電子なだれの効果が生じてさらに多くの２次電子、最終的には電流パルスが発生する。マイクロチャンネルプレートは、エッチングされた何千若しくは何百万の小さい孔を含む加鉛ガラスのディスクでできている。各孔の内側表面は、高エネルギーの電子又はイオンが衝突したとき、多数の２次電子を放出しやすいように被覆されている。イオンなど高エネルギー粒子が孔への入口付近で材料に衝突して電子を放出すると、電子は加速して孔の深部に入り、壁に衝突して多数の２次電子を放出させ、電子なだれを引き起こす。
【００３８】
検出器に衝突したイオンに対応する検出された電子の信号は、さらに増幅、積算、デジタル化されて後の解析のためにメモリに記録され、且つ／又は評価のためにグラフィカルインターフェースによって表示される。検出法の例は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５５７２０２５号に開示されており、その内容全体を参照によって本明細書に組み込む。
【００３９】
質量分析部４２で発生したイオンが、以下の段落でより詳細に説明する他の質量分析のために質量分析部４４に入るように、リニア式飛行時間型質量分析部４２及びカーブしたフィールド質量分析部４４は、端と端を接して配置されている。タンデム質量分析計４０の動作中にイオン源５０で形成されたイオンが衝突せずに移動することができるように、引き出し電極５６など質量分析部４２内の電極、減速電極６０など質量分析部４４内の電極、及び検出器６２は、真空チャンバ６５に収められている。真空チャンバ６５は、１つ又は複数の真空ポンプを用いて排気され、５×１０−７トルより低い圧力に保たれる。例えば、２つのターボ分子ポンプを用いることができる。ターボ分子ポンプ６６を用いて質量分析部４２の領域が排気され、ターボ分子ポンプ６８を用いて質量分析部４４の領域が排気される。
【００４０】
質量分析計４０は、イオン源５０で形成された複数のイオン質量の中からあるイオン質量（前駆イオン質量）を選択するように動作する。次いで、前駆イオン質量がガスとの衝突によって解離されて（衝突解離）、複数の生成イオンが形成される。しかし、前駆イオン質量の解離はガスとの衝突による解離には限定されず、前駆イオン質量の解離を、光子ビーム（レーザー）の使用による光解離や、電子源の使用による電子衝突解離によっても実施可能であることが理解できる。リフレクトロン質量分析部４４を用いて、前駆イオン質量の解離から生じた生成イオンの生成イオン質量スペクトルが記録される。
【００４１】
例えば図３に示すように、衝突解離の場合には、選択されたイオン質量の経路内に衝突チャンバ７０（すなわち解離用構成要素）が配置される。衝突チャンバ７０は、ヘリウム、アルゴン、キセノンなど不活性ガスで満たされている。衝突チャンバは、様々な形を有することができる。一実施例では、衝突チャンバ７０は内径Ｘｃｍ、長さＹｃｍ（例えば、内径０．２インチ（５ｍｍ）、長さ１．１２５インチ（２．８５ｃｍ））のステンレス鋼の円筒である。衝突チャンバ７０内部のガスの密度は、質量分解能の低下を避けるために質量分析部４２と質量分析部４４の両方の領域で比較的低い周囲圧力を維持しながら、効果的な解離を実現するように選択される。したがって、チャンバ６２内部の圧力と衝突チャンバ７０内部の圧力の両方をモニターするために、圧力モニターも設けられる。
【００４２】
質量選択ゲート４６は、質量分析部４２と質量分析部４４の間に配置されている。図３に示すように、質量選択ゲート４６は、イオン源５０の端部からの距離がＤ１、リフレクトロン電極６０の端部からの距離がＤ２の所に配置されている。図３に示した実施例では、衝突チャンバ７０は、前駆イオンの経路内の質量選択ゲート４６より前に配置されている。しかし、衝突チャンバ７０をイオンの経路に沿った任意の場所に配置することもできる。例えば、衝突チャンバ７０を質量選択ゲート４６より後に配置することもできる。適切な質量選択ゲート４６はＢｒａｄｂｕｒｙ−Ｎｉｅｌｓｅｎイオンゲートである（Ｂｒａｄｂｕｒｙ，Ｎ．Ｅ．；Ｎｉｅｌｓｅｎ，Ｒ．Ａ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．４９（１９３６）３８８−３９３）。Ｂｒａｄｂｕｒｙ−Ｎｉｅｌｓｅｎイオンゲートは、平行なワイヤで構成されたイオンゲートである。このゲートは、イオンの軌跡に垂直な電場を生成する隣接したワイヤを横切る電位を印加することによって閉じられ、したがって選択されたイオンの通過を効果的に遮断することができる。このようにして、選択されたイオンだけがその経路内に留まることが可能になり、他のイオンは拒絶又は遮断される。
【００４３】
前駆イオン質量は、不活性ガス（例えばヘリウム）と衝突すると解離して、中性フラグメント種並びにイオンフラグメント種（生成イオン）を生成する。中性種はリフレクトロンの電位場による影響を受けず、比較的一直線のままであるが、イオンフラグメント種は速度ゼロまで減速し、Ｕターンしてほぼ同じ経路に沿って戻り、検出器６２の方へ移動する。
【００４４】
質量選択は、飛行時間ドリフト長の範囲内の位置で行われ、この位置では、イオン源５０からのパルス式イオン引き出しとカーブしたフィールドリフレクトロン４４の両方が収束する。図３に示すように、衝突チャンバ７０は、質量選択ゲート４６の前に取り付けられている。分子イオン前駆体及びそれが解離したフラグメント（生成）イオンは、ほとんど同じ速度で衝突チャンバ７０から出て、実質的に同時にイオンゲート４６に入る。したがって、衝突チャンバをイオンゲートの前に配置することも可能である。実際には、前駆イオン及びその生成物それぞれの速度は、イオン源５０からカーブしたフィールドリフレクトロン６０の入口まで変わらないため、衝突チャンバ７０及びイオンゲート４６を、互いに任意の順番で配置することができる。１段式及び２段式のリフレクトロンを利用するタンデム計測器とは異なり、前駆イオン及び生成イオンは衝突後に減速されず、運動エネルギーの全範囲を維持してカーブしたフィールドリフレクトロンに入る。さらに、現在のタンデム質量分析計では、エネルギーの違いを適応させるためにリフレクトロンの電圧を階段状にする、又は走査することはせず、ソースから出るイオンの全運動エネルギー（例えば２０ｋｅＶ）を衝突エネルギーとして利用することができる。
【００４５】
動作、並びに、化学試料及び生物試料の分析への適用に関する以下の実施例から、本発明をさらに詳しく理解することができる。
【００４６】
図４Ａ〜４Ｆは、バックミンスターフラーレン（Ｃ６０）に対して得られた、ヘリウムによって生じた解離スペクトルを示している。図４Ａはガス、すなわちヘリウムなしでのフラーレンの質量スペクトルである。図４Ｂ〜４Ｆは、衝突チャンバ又は衝突セルに加えるヘリウムの量を増加させた場合のフラーレンの質量スペクトルである。図４Ｂに最初に現れる初期フラグメントは、Ｃ２ｎ＋系列のイオンであり、Ｃ４４＋及びＣ５０＋が主なクラスターである。中性生成物の再イオン化により、この系列が段階的なＣ２の損失ではなく大きいＣｎ中性種の損失から生じることが示されている。その研究（ＭｃＨａｌｅ，Ｋ．Ｊ．；Ｐｏｌｃｅ，Ｍ．Ｊ．；Ｗｅｓｄｅｍｉｏｔｅｓ，Ｃ．，Ｊ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．３０（１９９５）３３−３８）において、最大の中性種としてＣ２８が観察されていることは、最小のＣ２ｎ＋クラスターイオンがＣ３２＋イオンであるこの観察と一致している。図４Ｄでは、より低質量のクラスターの分布が衝突誘起解離（ＣＩＤ）スペクトルとして観察され、これらのクラスターは炭素原子が１つだけ異なっている。発明者はイオン強度の測定から、このスペクトルは約８０％の分子イオンビームの減衰に相当すると推定している。こうした低質量のクラスターは、図４Ｅ及び４Ｆに示した質量スペクトルでは強度が高まっており、その場合、減衰はそれぞれ９５％及び９８％である。高い減衰で低質量のＣｎ＋系列が現れることは、これらのイオンが、グラファイトのレーザーアブレーションで観察される分布パターンと類似の、Ｃ１１＋、Ｃ１５＋、Ｃ１９＋及びＣ２３＋に主なピークを有する分布パターンをもたらす、多数の又は「壊滅的な」衝突から生じることを示唆している。２０ｋｅＶのイオンの運動エネルギーを用いる場合、その２０ｋｅＶのイオンの運動エネルギーはヘリウムとの衝突によってあまり変化せず、したがって分解能はＣｎ＋系列に対して維持される。４ｋｅＶでは、発明者は、どんな減衰レベルでもアルゴン又はキセノンとの衝突によって低質量のＣｎ＋系列のみが生成され、これらは一般に適切な分解能があったこと、すなわちただ１度の衝突でも壊滅的であったことが示唆されることに注目した。その観察と一致して、２０ｋｅＶのビームを用いると、ビームが減衰されても有意味のフラグメントは検出されず、アルゴン又はキセノンが検出された。この実施例及び以下の他の実施例では、高い実験室系エネルギーではヘリウムが最も有利であることが分かる。
【００４７】
図５Ａ〜５Ｄは、ペプチドに対して得られたタンデム衝突誘起解離（ＣＩＤ）質量スペクトルを表している。図５Ａは物質Ｐのゲートされた質量スペクトルを示している。特にプロトン化された分子イオンが質量選択される、すなわち衝突ガスは存在せず、レーザー出力は十分低くポストソース分解からフラグメンテーションは観察されない。図５Ｂ〜５Ｄは、衝突チャンバに加えるヘリウムの量を増加させることによる効果を示している。図５Ｂ〜５Ｄに見られるように、ＣＩＤ質量スペクトルでは「ａ及びａ−１７」系列が主であり、衝突ガスの圧力を高めるに従って、より低質量の系列のイオンが増加する。
【００４８】
こうした研究では、使用される実験系衝突エネルギーは、２０ｋＶのイオン源からの加速によって得られる最大の前駆イオン運動エネルギー、すなわち例えば２０ｋｅＶである。これは、リフレクトロンのエネルギーバンド幅の要求を満たすために生成イオンを再加速する必要がないために可能となる。
【００４９】
重心系（ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ ｍａｓｓ ｆｒａｍｅ）では、衝突エネルギーは次式によって与えられる。
【００５０】
【数１】
上式でｖｒｅｌは重心系における相対速度である。前駆イオンの速度と比べると、不活性ガスの熱速度は無視できる。したがって、上記の式は、
【００５１】
【数２】
となる。
【００５２】
したがって重心系では、ヘリウムなど比較的小さい原子（ガス）と衝突した比較的大きいイオンにより、比較的小さい相対エネルギーがもたらされる。
【００５３】
例えば、Ｃ６０／Ｈｅ衝突系では、２０ｋｅＶの実験室系衝突エネルギーによって重心で５５．４ｅＶの相対衝突エネルギーがもたらされる。Ｃ６０／Ａｒ衝突系では、２０ｋｅＶの実験室系衝突エネルギーによって重心で１０５０ｅＶの相対衝突エネルギーがもたらされ、Ｃ６０／Ｘｅ衝突系では、２０ｋｅＶの実験室系衝突エネルギーによって重心で３０８０ｅＶの相対衝突エネルギーがもたらされる。同様に、物質Ｐ／Ｈｅ衝突系では、２０ｋｅＶの実験室系衝突エネルギーによって重心で２９．６ｅＶの相対衝突エネルギーがもたらされる。物質Ｐ／Ａｒ衝突系では、２０ｋｅＶの実験室系衝突エネルギーによって重心で５７６ｅＶの相対衝突エネルギーがもたらされ、物質Ｐ／Ｈｅ衝突系では、２０ｋｅＶの実験室系衝突エネルギーによって重心で１７７０ｅＶの相対衝突エネルギーがもたらされる。大きい不活性ガスを使用するよりも、ヘリウムを用いた重心系で小さい衝突エネルギーを用いる方が好ましいことがある。分子イオンビームを実質的に減衰させる間、アルゴン及びキセノンによって観察されるイオンの総数が減少した。これはおそらく散乱の効果である。
【００５４】
本発明のタンデム質量分析計を様々な具体例で示しているが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、これらの実施例に変化を加えることが可能であることが当業者には理解されよう。例えば、ある一定数の電極（ソース電極、リフレクトロン電極など）を有する質量分析計を示しているが、タンデム質量分析計に１つ又は複数の電極を加えることも本発明の範囲内であることが理解されよう。さらに、質量分析計をレーザーイオン化源の使用と共に記述してきたが、エレクトロスプレー、大気圧イオン化（ＡＰＩ）及び大気ＭＡＬＤＩ（ＡＰＭＡＬＤＩ）の使用も、本発明の範囲内であることが当業者には理解されよう。本発明の多くの特徴及び利点は詳細な明細書から明らかであり、したがって添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲に従った上述の装置のそうした特徴及び利点すべてを包含するものである。
【００５５】
さらに、多くの修正及び変更は当業者には容易に考えつくものであるため、本発明を本明細書に記載した正確な構成及び動作に限定することは望ましくない。さらに、本発明の工程及び装置は、質量分析計の分野で使用される関連装置及び工程同様、現実には複雑化する傾向にあり、動作パラメータの適切な値を経験によって決定する、又はコンピュータシミュレーションを実施して所与の用途に最適な設計に到達することによって、最適に実施されることがしばしばである。したがって、本発明の趣旨及び範囲に含まれる適切な変更形態及び同等物すべてを考慮すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】従来の飛行時間型分析計の概略図である。
【図２】リフレクトロンを用いた従来の飛行時間型分析計の概略図である。
【図３】本発明によるタンデム質量分析計の一実施例の概略図である。
【図４Ａ】バックミンスターフラーレン（Ｃ６０）に対して得られた、ヘリウムによって生じた解離スペクトルを示す図である。
【図４Ｂ】バックミンスターフラーレン（Ｃ６０）に対して得られた、ヘリウムによって生じた解離スペクトルを示す図である。
【図４Ｃ】バックミンスターフラーレン（Ｃ６０）に対して得られた、ヘリウムによって生じた解離スペクトルを示す図である。
【図４Ｄ】バックミンスターフラーレン（Ｃ６０）に対して得られた、ヘリウムによって生じた解離スペクトルを示す図である。
【図４Ｅ】バックミンスターフラーレン（Ｃ６０）に対して得られた、ヘリウムによって生じた解離スペクトルを示す図である。
【図４Ｆ】バックミンスターフラーレン（Ｃ６０）に対して得られた、ヘリウムによって生じた解離スペクトルを示す図である。
【図５Ａ】ペプチドに対して得られた、タンデム衝突誘起解離（ＣＩＤ）質量スペクトルを示す図である。
【図５Ｂ】ペプチドに対して得られた、タンデム衝突誘起解離（ＣＩＤ）質量スペクトルを示す図である。
【図５Ｃ】ペプチドに対して得られた、タンデム衝突誘起解離（ＣＩＤ）質量スペクトルを示す図である。
【図５Ｄ】ペプチドに対して得られた、タンデム衝突誘起解離（ＣＩＤ）質量スペクトルを示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニア式飛行時間型質量分析部と、
複数のイオン質量を有するイオンが前記リニア式飛行時間型質量分析部で形成されたとき、カーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部に入ることができるように、前記リニア式飛行時間型質量分析部の端部に配置されたカーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部と、
前記飛行時間型質量分析部と前記カーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部の間に配置された質量選択ゲートであって、前記複数のイオン質量からあるイオン質量を選択する質量選択ゲートと、
前記リニア式飛行時間型分析部内で形成されたイオンの経路内に設けられた解離用構成要素と
を有するタンデム質量分析計であって、前記解離用構成要素が前記イオンを複数のイオンフラグメントに解離させるタンデム質量分析計。
【請求項２】
前記リニア式飛行時間型質量分析部がイオン源を有する請求項１に記載のタンデム質量分析計。
【請求項３】
前記イオン源が試料プレート及びイオン化エネルギー源を有する請求項２に記載のタンデム質量分析計。
【請求項４】
前記イオン源が、前記試料プレートに近接して配置された引き出し電極をさらに有する請求項３に記載のタンデム質量分析計。
【請求項５】
前記イオン化エネルギー源がレーザーである請求項３に記載のタンデム質量分析計。
【請求項６】
前記イオン化エネルギー源が電子ビーム源である請求項３に記載のタンデム質量分析計。
【請求項７】
前記イオン化エネルギー源がエネルギーイオンビーム源である請求項３に記載のタンデム質量分析計。
【請求項８】
前記イオン化エネルギー源がエネルギー原子ビーム源である請求項３に記載のタンデム質量分析計。
【請求項９】
前記イオン化エネルギー源が高周波電源である請求項３に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１０】
前記試料プレートで形成されたイオンが前記試料プレートから引き出されるように、前記引き出し電極が、前記試料プレートに対してある電圧に保たれたグリッド電極を含む請求項４に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１１】
前記試料プレートが試料電圧に保たれる請求項３に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１２】
前記試料電圧が約１キロボルト〜５０キロボルトの大きさを有する電圧である請求項１１に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１３】
前記試料電圧が、前記イオン源で形成されたイオンを収束させるようにパルス化される請求項１１に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１４】
前記引き出し電極が引き出し電圧に保たれ、前記引き出し電圧が約１キロボルト〜５０キロボルトの大きさを有する電圧である請求項４に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１５】
前記カーブしたフィールドリフレクトロン分析部が、選択された電圧電位に接続された複数の中空電極を含み、その結果、該複数の中空電極が共同して、イオンフラグメントを速度ゼロまで減速させてイオンフラグメントの方向転換を可能にする非直線状の減速電場を生成する請求項１に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１６】
前記カーブしたフィールドリフレクトロン内の非直線状の減速電場が、イオンフラグメントの侵入深さへの依存性が円弧を描く前記電圧電位によって決まる請求項１５に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１７】
前記カーブしたフィールドリフレクトロン内の非直線状の減速電場が、少なくともタンデム質量分析計の飛行部分に沿った任意の点で形成されるイオンフラグメントの主要部分を収束させるように構成される請求項１５に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１８】
前記カーブしたフィールドリフレクトロン内の非直線状の減速電場が、前記カーブしたフィールドリフレクトロンのエネルギーバンド幅を適応させるために前記カーブしたフィールドリフレクトロン内の電圧電位を走査する、又は階段状にする必要なしに、少なくともイオンフラグメントの質量範囲の主要部分を収束させるように構成される請求項１５に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１９】
前記カーブしたフィールドリフレクトロン内の非直線状の減速電場が、前記カーブしたフィールドリフレクトロンのエネルギーバンド幅を適応させるためにイオンフラグメントに追加の運動エネルギーを与えることなく、少なくともイオンフラグメントの質量範囲の主要部分にわたってイオンフラグメントを収束させるように構成される請求項１５に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２０】
イオンフラグメントの経路内に配置されたイオン検出器をさらに有する請求項１に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２１】
前記イオン検出器が、測定される粒子を捕らえるように配置されたチャンネルトロンを有する請求項２０に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２２】
前記イオン検出器が、測定されるイオンフラグメントを捕らえるように配置された電子増倍器を有する請求項２０に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２３】
前記イオン検出器が、測定されるイオンを捕らえるように配置されたマイクロチャンネルプレート組立体を有する請求項２０に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２４】
前記解離用構成要素が衝突チャンバを有する請求項１に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２５】
前記衝突チャンバが、イオンの経路内の前記質量選択ゲートより前に配置される請求項２４に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２６】
前記衝突チャンバが、イオンの経路内の前記質量選択ゲートより後に配置される請求項２４に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２７】
前記衝突チャンバが不活性ガスで満たされる請求項２４に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２８】
前記解離用構成要素が、イオンを解離させるように構成された電子ビームを有する請求項１に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２９】
前記解離用構成要素が、イオンを解離させるように構成されたエネルギー原子源を有する請求項１に記載のタンデム質量分析計。
【請求項３０】
前記解離用構成要素が、イオンを解離させるように構成された光子ビームを有する請求項１に記載のタンデム質量分析計。
【請求項３１】
前記質量選択ゲートが、前記複数のイオン質量中の所望されるイオン質量を選択するように適合されたＢｒａｎｄｂｕｒｙ−Ｎｉｅｌｓｅｎイオンゲートである請求項１に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１】
リニア式飛行時間型質量分析部と、
複数のイオン質量を有するイオンが前記リニア式飛行時間型質量分析部で形成されたとき、カーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部に入ることができるように、前記リニア式飛行時間型質量分析部の端部に配置されたカーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部と、
前記飛行時間型質量分析部と前記カーブしたフィールドリフレクトロン質量分析部の間に配置された質量選択ゲートであって、前記複数のイオン質量からあるイオン質量を選択する質量選択ゲートと、
前記リニア式飛行時間型分析部内で形成されたイオンの経路内に設けられた解離用構成要素と
を有するタンデム質量分析計であって、前記解離用構成要素が前記イオンを複数のイオンフラグメントに解離させるタンデム質量分析計。
【請求項２】
前記リニア式飛行時間型質量分析部がイオン源を有する請求項１に記載のタンデム質量分析計。
【請求項３】
前記イオン源が試料プレート及びイオン化エネルギー源を有する請求項２に記載のタンデム質量分析計。
【請求項４】
前記イオン源が、前記試料プレートに近接して配置された引き出し電極をさらに有する請求項３に記載のタンデム質量分析計。
【請求項５】
前記イオン化エネルギー源がレーザーである請求項３に記載のタンデム質量分析計。
【請求項６】
前記イオン化エネルギー源が電子ビーム源である請求項３に記載のタンデム質量分析計。
【請求項７】
前記イオン化エネルギー源がエネルギーイオンビーム源である請求項３に記載のタンデム質量分析計。
【請求項８】
前記イオン化エネルギー源がエネルギー原子ビーム源である請求項３に記載のタンデム質量分析計。
【請求項９】
前記イオン化エネルギー源が高周波電源である請求項３に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１０】
前記試料プレートで形成されたイオンが前記試料プレートから引き出されるように、前記引き出し電極が、前記試料プレートに対してある電圧に保たれたグリッド電極を含む請求項４に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１１】
前記試料プレートが試料電圧に保たれる請求項３に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１２】
前記試料電圧が約１キロボルト〜５０キロボルトの大きさを有する電圧である請求項１１に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１３】
前記試料電圧が、前記イオン源で形成されたイオンを収束させるようにパルス化される請求項１１に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１４】
前記引き出し電極が引き出し電圧に保たれ、前記引き出し電圧が約１キロボルト〜５０キロボルトの大きさを有する電圧である請求項４に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１５】
前記カーブしたフィールドリフレクトロン分析部が、選択された電圧電位に接続された複数の中空電極を含み、その結果、該複数の中空電極が共同して、イオンフラグメントを速度ゼロまで減速させてイオンフラグメントの方向転換を可能にする非直線状の減速電場を生成する請求項１に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１６】
前記カーブしたフィールドリフレクトロン内の非直線状の減速電場が、イオンフラグメントの侵入深さへの依存性が円弧を描く前記電圧電位によって決まる請求項１５に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１７】
前記カーブしたフィールドリフレクトロン内の非直線状の減速電場が、少なくともタンデム質量分析計の飛行部分に沿った任意の点で形成されるイオンフラグメントの主要部分を収束させるように構成される請求項１５に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１８】
前記カーブしたフィールドリフレクトロン内の非直線状の減速電場が、前記カーブしたフィールドリフレクトロンのエネルギーバンド幅を適応させるために前記カーブしたフィールドリフレクトロン内の電圧電位を走査する、又は階段状にする必要なしに、少なくともイオンフラグメントの質量範囲の主要部分を収束させるように構成される請求項１５に記載のタンデム質量分析計。
【請求項１９】
前記カーブしたフィールドリフレクトロン内の非直線状の減速電場が、前記カーブしたフィールドリフレクトロンのエネルギーバンド幅を適応させるためにイオンフラグメントに追加の運動エネルギーを与えることなく、少なくともイオンフラグメントの質量範囲の主要部分にわたってイオンフラグメントを収束させるように構成される請求項１５に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２０】
イオンフラグメントの経路内に配置されたイオン検出器をさらに有する請求項１に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２１】
前記イオン検出器が、測定される粒子を捕らえるように配置されたチャンネルトロンを有する請求項２０に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２２】
前記イオン検出器が、測定されるイオンフラグメントを捕らえるように配置された電子増倍器を有する請求項２０に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２３】
前記イオン検出器が、測定されるイオンを捕らえるように配置されたマイクロチャンネルプレート組立体を有する請求項２０に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２４】
前記解離用構成要素が衝突チャンバを有する請求項１に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２５】
前記衝突チャンバが、イオンの経路内の前記質量選択ゲートより前に配置される請求項２４に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２６】
前記衝突チャンバが、イオンの経路内の前記質量選択ゲートより後に配置される請求項２４に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２７】
前記衝突チャンバが不活性ガスで満たされる請求項２４に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２８】
前記解離用構成要素が、イオンを解離させるように構成された電子ビームを有する請求項１に記載のタンデム質量分析計。
【請求項２９】
前記解離用構成要素が、イオンを解離させるように構成されたエネルギー原子源を有する請求項１に記載のタンデム質量分析計。
【請求項３０】
前記解離用構成要素が、イオンを解離させるように構成された光子ビームを有する請求項１に記載のタンデム質量分析計。
【請求項３１】
前記質量選択ゲートが、前記複数のイオン質量中の所望されるイオン質量を選択するように適合されたＢｒａｎｄｂｕｒｙ−Ｎｉｅｌｓｅｎイオンゲートである請求項１に記載のタンデム質量分析計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図４Ｅ】
【図４Ｆ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【公表番号】特表２００６−５１８９１８（Ｐ２００６−５１８９１８Ａ）
【公表日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５０３７９５（Ｐ２００６−５０３７９５）
【出願日】平成１６年２月２３日（２００４．２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／００５２７８
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０７７４８８
【国際公開日】平成１６年９月１０日（２００４．９．１０）
【出願人】（５０５３１３９７７）ジヨーンズ ホプキンズ ユニバーシティ (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年２月２３日（２００４．２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／００５２７８
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０７７４８８
【国際公開日】平成１６年９月１０日（２００４．９．１０）
【出願人】（５０５３１３９７７）ジヨーンズ ホプキンズ ユニバーシティ (1)
【Ｆターム（参考）】
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