パルス圧力による低圧短時間高振幅励起を提供するための線形イオントラップの動作方法
イオントラップにおいてイオンをフラグメント化する方法は、ａ）親イオンを選択することと、ｂ）保持時間間隔の間、イオントラップ内に親イオンを保持することと、ｃ）保持時間間隔内の励起時間間隔中に、ＲＦトラップ電圧をイオントラップに提供することと、ｄ）励起時間間隔中に、共鳴励起電圧をイオントラップに提供することと、ｅ）保持時間間隔のうちの少なくとも一部分の間、イオントラップ内に中性ガスを供給することによって、イオントラップ内の動作圧力の少なくとも約１０％の非定常状態圧力増加を提供することと、ｆ）保持時間間隔内で、かつ励起時間間隔の後、共鳴励起電圧を終了し、イオントラップに印加するＲＦトラップ電圧を変更して、イオントラップ内に親イオンのフラグメントを保持するように励起レベル未満の保持レベルまでマシュー安定性パラメータｑを低下させることとを伴う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、線形イオントラップ質量分析計を動作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオントラップは、分子の研究および分析に有用な科学器具である。このような器具は、イオンが閉じ込められる空間の小領域を囲繞する複数の電極を含む。振動電場および静電場を電極に印加して、トラップ電位を生成する。このトラップ電位内に移動するイオンは、トラップされ、すなわち、イオン閉じ込め領域に運動を制限される。
【０００３】
トラップにイオンを保持している間、イオン化分子の収集は、種々の動作を受けてもよい（例えば、フラグメンテーションまたはフィルタリング等であるが、これらに限定されない）。次いで、イオンは、トラップから質量分析計内に送られることが可能であり、質量分析計において、イオンの収集の質量スペクトルを得ることが可能である。代替として、イオンは、質量スペクトルを直接得るためにトラップからスキャン可能である。スペクトルは、イオンの組成に関する情報を示す。本手順の後、未知の試料の化学的組成を識別することが可能になり、薬物、化学、セキュリティ、犯罪学、およびその他の分野に有用な情報が提供される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
イオンフラグメンテーションは、イオンをその構成要素の一部または全部に分解または解離する処理である。一般的に、これは、交流電位（ＲＦ電位）をトラップの電極に印加して、トラップ中のイオンに運動エネルギーを与えることによって、イオントラップにおいて実行される。加速イオンは、トラップ内の他の分子と衝突し、十分高い衝突エネルギーでは、イオンのフラグメンテーションをもたらすことが可能である。しかしながら、全てのＲＦ電位が、イオンのフラグメンテーションをもたらすわけではない。いくつかのＲＦ電位は、例えば、ＲＦ周波数、振幅、またはその両方に起因して、イオンがイオントラップの要素と衝突するか、またはトラップから放出されるようにイオンを軌道に置く。他の振動運動は、振幅が十分でない場合があるため、イオンのフラグメント化には不十分なエネルギーを与える場合がある。このような低振幅、低エネルギーの事例のいくつかでは、イオンは、衝突中に、エネルギーを損失する場合がある。加えて、例えば、１０−３トール以上の範囲における高衝突ガス圧力および／または、例えば、６００ｍＶ（グランドからピーク）以上の範囲における高励起振幅が、高フラグメンテーション効率の達成に必要であることが、当技術分野の大部分において示される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
種々の実施形態では、従来の方法で使用するものよりも低い衝突ガス圧力および低いＲＦ励起振幅を使用して、フラグメントイオンを産生するイオントラップを動作するための方法が提供される。種々の実施形態では、従来の方法で使用するものよりも低い衝突ガス圧力、低いＲＦ励起振幅、および長い励起時間を使用する方法が提供される。種々の実施形態では、ＲＦ多重極を備える線形イオントラップとともに使用するための方法が提供され、この場合、多重極のロッド（半径方向閉じ込め電極）は、実質的に円形の断面を有する。
【０００６】
種々の実施形態では、イオントラップは、非線形逆電位を有するイオントラップ場を産生可能である実質的に円形の断面を含むロッド（半径方向電極）を有する４重極線形イオントラップを備える。種々の実施形態では、実質的に円形の断面の電極は、トラップＲＦ場とイオン運動との位相のずれによる電極との衝突に起因する、イオンの損失の低減を促進する。
【０００７】
種々の実施形態では、補助交流電位の振幅または共鳴励起電圧振幅は、（ａ）約２５０ｍＶ（ゼロからピーク）未満、（ｂ）約１２５ｍＶ（ゼロからピーク）未満、（ｃ）約５０ｍＶ（ゼロからピーク）から約２５０ｍＶ（ゼロからピーク）の間の範囲、（ｄ）約５０ｍＶ（ゼロからピーク）から約１２５ｍＶ（ゼロからピーク）の間の範囲、および／または（ｅ）約５０ｍＶから約１００ｍＶの間の範囲のうちの１つ以上である。種々の実施形態では、補助交流電位は、（ａ）約１０ミリ秒（ｍｓ）を超える、（ｂ）約２０ミリ秒を超える、（ａ）約３０ミリ秒を超える、（ｃ）約２ミリ秒から約５０ミリ秒の間の範囲、および／または（ｄ）約１ミリ秒から約１５０ミリ秒の間の範囲のうちの１つ以上である励起時間の間に印加される。補助交流電位の印加の持続時間は、中性ガスの供給と実質的に一致するように選択可能である。代替として、中性ガスの供給は、補助交流電位の印加開始の直前、例えば、数ミリ秒前に開始してもよい。しかしながら、補助交流電位の印加の持続時間は、依然として、中性ガスの供給と時間において実質的に重複するように選択可能である。
【０００８】
種々の実施形態では、イオンがトラップに保持される間、中性ガスは、例えば、約３０ミリ秒未満の持続時間の間、パルス弁によりトラップに注入することによって供給される。種々の実施形態では、中性ガスの供給は、イオン保持時間の終了前に終了する。励起時間の後、残存ガスは、イオンチャンバから排出可能であり、その結果、チャンバ内の圧力値は、さらなるイオン処理に適切な、例えば、イオン冷却、イオン選択、イオン検出、励起、冷却、および質量分析を含むがこれらに限定されない後続のイオン処理に適切な第１の復元圧力に復元する。種々の実施形態では、第１の復元圧力値は、約２ｘ１０−５トールから約５．５ｘ１０−５トールの間の範囲にあることが可能である。
【０００９】
種々の実施形態では、補助交流電位の振幅は、特定の質量範囲および／または励起されるイオンの質量範囲に対応する事前設定された範囲にあるように選択されることが可能である。例えば、励起振幅は、５０Ｄａから約５００Ｄａの間の範囲内の質量を有するイオンについて、約５０ミリボルト（０−ｐｋ）から約３００ミリボルト（０−ｐｋ）の間の範囲にあることが可能であり、約５００Ｄａから約５０００Ｄａの間の範囲内の質量を有するイオンについて、約１００ミリボルト（０−ｐｋ）から約１０００ミリボルト（０−ｐｋ）の間の範囲にあることが可能であり、その他の範囲も可能である。励起時間間隔は、補助交流電位とは逆に変動可能である。
【００１０】
特定のイオンの運動は、質量分析器のマシューパラメータａおよびｑによって制御される。陽イオンでは、これらのパラメータは、以下のように、端子から接地に印加される電位の特性に関連する。
【００１１】
【化１】
式中、ｅは、イオンにおける電荷であり、ｍｉｏｎは、イオン質量であり、Ω＝２πｆであって、ｆはＲＦ周波数であり、Ｕは、極から接地までのＤＣ電圧であり、Ｖは、各極から接地までのゼロからピークのＲＦ電圧である。電位が、極の対と接地との間に異なる電圧により印加される場合、ＵおよびＶは、それぞれ、ロッド対間のＤＣ電圧の１／２と、ゼロからピークのＡＣ電圧とである。ｘおよびｙの両方の方向における安定イオン運動を提供するａおよびｑの組み合わせは、通常、安定線図において示される。
【００１２】
種々の実施形態では、第１の上昇圧力値は、（ａ）約５ｘ１０−４トール未満、（ｂ）約３ｘ１０−４トール未満、（ｃ）約５．５ｘ１０−５から約５ｘ１０−４トールの間の範囲、（ｄ）約５．５ｘ１０−５から約３ｘ１０−４トールの間の範囲、および／または（ｅ）約１ｘ１０−４トールから約５ｘ１０−４トールの間の範囲のうちの１つ以上である。水素、ヘリウム、窒素、アルゴン、酸素、キセノン、クリプトン、メタン、およびそれらの組み合わせが含まれるがこれらに限定されない多種多様の中性ガスを使用して、非定常状態圧力を生成することが可能である。
【００１３】
種々の実施形態では、励起電位の終了後に、親イオンの低質量フラグメントの保持を増加させるための方法が提供される。種々の実施形態では、励起電位の終了後、トラップ交流電位（トラップＲＦ）のｑ値を低下させる。ＲＦトラップ電位のｑの低下は、残存する高温（励起）親イオンが解離を継続し、かつより多くの低質量フラグメントを保持することが可能であるように低下可能である。マシュー安定性ｑパラメータの低下は、ＲＦトラップ電位振幅を低下させることによって、および／またはＲＦトラップ電位の角周波数を増加させることによって達成可能である。種々の実施形態では、これらの方法は、低質量値へのフラグメンテーションスペクトルの質量範囲の拡張を促進する。種々の実施形態では、ｑは、少なくとも１０％だけ、場合により少なくとも３０％または６０％だけ低下される。
【００１４】
種々の実施形態では、本発明の方法は、親イオンの初期励起の後にｑ値を低下させることによって、イオントラップに保持されるイオンフラグメント質量の範囲を増加させることが可能である。例えば、親イオンは、最初に、ｑｅｘｃのｑ値で励起され、その後、ｑｈの値までｑを低下させる。値ｑｈは、親イオンのｑの高質量カットオフ値として実験的に決定され、すなわち、使用され、かつトラップに親イオンを依然として保持し得るｑの最小値として実験的に決定可能である。ｑ値の低下により、イオントラップに保持されるイオンフラグメント質量の範囲の割合の増加Δ％が、以下の量だけもたらされる。
【００１５】
【化２】
式中、割合の増加は、トラップ、すなわち、ｍ−ＬＭＣＯにおいて保持されるイオンフラグメント質量の初期範囲に関連して表現される。
【００１６】
種々の実施形態では、励起電位の終了後に親イオンの低質量フラグメントの保持を増加するための方法が提供される。種々の実施形態では、励起電位の終了後およびガス注入の終了後、トラップ中の圧力は低下し、トラップ交流電位（トラップＲＦ）のｑ値は低下する。圧力の低下により、衝突間の平均時間が増加するため、内部の「高温」イオンがフラグメント化する時間が増える。熱化率が低下すると、励起停止後のフラグメンテーションの時間スケールは、励起が停止した後に、数ミリ秒以上延長可能になる。種々の実施形態では、ＲＦトラップ電位のｑを低下させて、残存する高温親イオンが解離を継続し、かつより多くの低質量フラグメントを保持することを可能にする。マシュー安定性ｑパラメータは、ＲＦトラップ電位振幅を低下させることによって、および／またはＲＦトラッピング電位の角周波数を増加させることによって低下可能である。これらの方法は、低質量値へのフラグメンテーションスペクトルの質量範囲の拡張を促進する。
【００１７】
種々の実施形態では、イオンをフラグメント化するための方法であって、（ａ）ＲＦ４重極部分を備える線形イオントラップのイオン閉じ込め領域において、ＲＦ４重極部分に関連する第１のマシュー安定性パラメータｑ値を有する第１のトラップ交流電位により、保持時間の間、イオンを保持するステップと、（ｂ）第１の上昇圧力持続時間の間、約６ｘ１０−５トールから約５ｘ１０−４トールの間の範囲における第１の可変上昇圧力に、イオントラップにおける圧力を上昇させるように、保持時間間隔の少なくとも一部分の間、中性ガスをイオントラップ内に供給することによって、イオントラップ内の動作圧力の少なくとも１０％の非定常状態圧力を提供するステップと、（ｃ）励起時間の間、イオンに補助交流電場を受けさせることによって、イオン閉じ込め領域内において、イオンの少なくとも一部分を励起するステップと、（ｄ）第１の安定性パラメータｑ値よりも低い第２のマシュー安定性パラメータｑ値を有する第２のトラップ交流電位を提供するために、第１のトラップ交流電位の振幅および角周波数のうちの１つ以上を変動させるステップと、（ｅ）保持時間の終了時に、イオントラップからイオンを放出するステップと、を含む方法が提供される。ｑの減少は、時間において実質的に線形の減少、時間において実質的に区分的な減少、実質において非線形の減少、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上を備えることが可能である。種々の実施形態では、放出されたイオンは、さらなるイオン処理、例えば、質量分析を受けるが、他の実施形態では、イオンの放出は、さらなる質量分析段階を必要としないように、質量選択方式（ＭＳＡＥ：質量選択軸方向放出）で発生する。
【００１８】
本発明の圧力パルス／ｑ降下の組み合わせのさらなる実施形態に関する側面によると、質量分析計のイオントラップにおいてイオンをフラグメント化するための方法であって、ａ）フラグメンテーションのために親イオンを選択することと、ｂ）保持時間間隔の間、イオントラップ内に親イオンを保持することであって、イオントラップは、約１ｘ１０−４トール未満の動作圧力を有することと、ｃ）保持時間間隔内の励起時間間隔中に、励起レベルにおけるマシュー安定性パラメータｑを提供するために、ＲＦトラップ電圧をイオントラップに提供することと、ｄ）親イオンを励起およびフラグメント化するために、励起時間間隔中に、共鳴励起電圧をイオントラップに提供することと、ｅ）第１の上昇圧力持続時間の間、約６ｘ１０−５トールから約５ｘ１０−４トールの間の範囲における第１の可変上昇圧力にイオントラップにおける圧力を上昇させるように、保持時間間隔のうちの少なくとも一部分の間、イオントラップ内に中性ガスを供給することによって、イオントラップ内の動作圧力の少なくとも約１０％の非定常状態圧力の増加を提供することと、ｆ）保持時間間隔内で、かつ励起時間間隔の後、共鳴励起電圧を終了し、イオントラップに印加するＲＦトラップ電圧を変更して、イオントラップ内に親イオンのフラグメントを保持するように励起レベル未満の保持レベルまでマシュー安定性パラメータｑを低下させることとを含み、励起時間間隔および第１の上昇圧力持続時間は、時間において実質的に重複する方法が提供される。種々の実施形態では、ｑの励起レベルは、ａ）約０．１５から約０．９の間、およびｂ）約０．１５から約０．３９の間であることが可能である。種々の実施形態では、共鳴励起電圧は、マシュー安定性パラメータｑを保持レベルまで低下させるように変化されるイオントラップに印加されるＲＦトラップ電圧に実質的に同時に終了する。
【００１９】
種々の実施形態では、ｑの保持レベルは、０．０１５を超えることが可能であり、ｑの冷気レベル未満の少なくとも１０パーセントであることが可能である。種々の実施形態では、励起時間間隔は、励起時間間隔がイオントラップにおける動作圧力とは逆に変動するように、イオントラップにおける動作圧力に少なくとも部分的に基づいて決定される。さらに、共鳴励起電圧の振幅は、共鳴励起電圧の振幅が、イオントラップにおける動作圧力とは逆に変動するように、イオントラップにおける動作圧力に少なくとも部分的に基づいて決定可能である。種々の実施形態では、ｑの保持レベルは、ｉ）イオントラップ内に親イオンを保持するのに十分高くなるように、かつｉｉ）親イオンの親ｍ／ｚの約５分の１未満のフラグメントｍ／ｚを有する親イオンのフラグメントをイオントラップ内に保持するのに十分低くなるように決定される。
【００２０】
圧力パルス／ｑ降下の組み合わせの上述の実施形態を含む本発明の種々実施形態では、中性ガスは、１つ以上のパルス弁から中性ガスを注入することによって供給される。本発明の種々の実施形態では、中性ガスには、水素、ヘリウム、窒素、アルゴン、酸素、キセノン、クリプトン、メタン、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上が含まれる。本発明の種々の実施形態では、ｅ）励起時間間隔前に、中性ガスをイオントラップ内に供給することを開始することを含み、第１の復元圧力値は、約２ｘ１０−５トールから約５．５ｘ１０−５トールの範囲にある。種々の実施形態では、非定常状態圧力増加は、少なくとも５０％であるか、またはいくつかの実施形態では、イオントラップ内の動作圧力の１００％である。
【００２１】
４０００ ＱＴＲＡＰＴＭシステム（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ｜ＭＤＳ Ｓｃｉｅｘ）を、ＭＳデータの収集に使用し、全ての検出は、ＴｕｒｂｏｌｏｎｓｐｒａｙＴＭを使用して陽イオンモードで実行した。また、パルス化ガスをトラップ領域に導入することを可能にする改良型器具において実験を実行した。ＭＳ３がＱｑＬＩＴ上で実行される場合、フラグメンテーション（ＭＳ２）の第１の段階は、衝突セルにおいて衝突誘起解離（ＣＩＤ）を介して発生する。衝突セルにおいて生成されるフラグメントを、所与のエネルギー（典型的には、８ｅＶ）において特定の時間量の間、ＬＩＴに移動した。短い冷却時間の後、対象のフラグメントは、分解ＤＣを印加することによって単離され、励起ステップが開始された。典型的には、移動エネルギーを使用する状態で、励起時間は、フラグメントイオンの性質に応じて、７０〜１００ミリ秒で変動する。フラグメントイオンの移動に使用するエネルギーが増加する場合、フラグメントイオンにおける残存内部エネルギーが十分であり、その結果、低質量フラグメントイオンの励起および捕捉に必要な時間が少なくなることが観測された（典型的には、よりエネルギーの多いフラグメンテーションに関連する）。本手法を使用して、ＭＳ３フラグメンテーションを、約２０ミリ秒の励起時間で実行した。種々の実施形態では、局所的圧力を増加させるパルス弁の使用は、例えば、フラグメンテーション効率のさらなる増加の形式において便益を示した。
【００２２】
出願者の教示に関するこれらの特徴および他の特徴について本明細書に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
当業者は、後述する図面が例証目的のためだけのものであることを理解する。図面は、出願者の教示の範囲を限定することを決して意図されない。
【図１ａ】図１ａは、Ｑトラップ線形イオントラップ質量分析計を略図において図示する。
【図１ｂ】図１ｂは、ＱトラップＱ−ｑ−Ｑ線形イオントラップ質量分析計を略図において図示する。
【図２ａ】図２ａは、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用して得られる１２９０Ｄａ親イオンについてのスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は１００ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの５０ｍＶである
【図２ｂ】図２ｂは、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用する１２９０Ｄａ親イオンについて得られるスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は５０ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの５０ｍＶである。
【図３ａ】図３ａは、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用して得られる７３４Ｄａ親イオンについてのスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は２５ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの１００ｍＶである。
【図３ｂ】図３ｂは、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用して得られる７３４Ｄａ親イオンについてのスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は１００ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの５０ｍＶである。
【図４】図４は、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用して得られる１５２２Ｄａ親イオンについてのスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は１００ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの７５ｍＶである。
【図５】図５は、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用して得られる１５２２Ｄａ親イオンについてのスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は２０ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの４００ｍＶである。
【図６】図６は、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用して得られる１５２２Ｄａ親イオンについてのスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は１０ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの７００ｍＶである。
【図７】図７は、線形イオントラップ（ＬＩＴ）を有するイオン分析装置の略ブロック図を図示する。
【図８Ａ】図８Ａは、４重極線形イオントラップと、中性衝突分子のガスをトラップ内に注入する装置とを概略的に示す立面側面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａに概略的に示す４重極トラップの立面端面図である。種々の実施形態を示すために、３つのガス注入ノズルが図面に追加されている。
【図９】図９は、中性衝突ガスの注入中および注入後の、イオン閉じ込め領域内の非定常状態圧力状態を表す例証的グラフである。
【図１０】図１０は、圧力の関数としての、質量選択軸方向放出（ＭＳＡＥ）効率に関する実験的に測定されたグラフである。
【図１１】図１１は、（ａ）衝突分子のガスの注入を行なわない場合、（ｂ）ガス注入を行なう場合の、カフェインイオン（ｍ／ｚ＝１９５．２）のフラグメンテーションから得られる質量スペクトルを比較する。
【図１２】図１２は、衝突分子のガスの注入を行なう場合（白丸）、ガス注入を行なわない場合（黒丸）の、励起時間の関数としての、リドカインイオン（ｍ／ｚ＝２３５）のフラグメンテーション効率の２つのグラフを示す。
【図１３】図１３は、２つの異なる時間、２５ミリ秒および１００ミリ秒の間に励起される異なるｍ／ｚ比率のイオンについてのフラグメンテーション効率における利得を比較する。フラグメンテーション効率における最大利得は、短い励起時間および小さいｍ／ｚ比率について観測される。
【図１４Ａ】図１４Ａは、衝突分子のガスの注入を行なう場合の、Ａｇｉｌｅｎｔイオン、つまり、１５２２Ｄａの質量を有する２，２，４，４，６，６−ヘキサヒドロ−２，２，４，４，６，６−ヘキサキス（（２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロペンチル）オキシ）−１，３，５，２，４，６−トリアザトリホスホリンとして既知である均一に置換されたフッ素化トリアザトリホスホリンのフラグメンテーションから得られる質量スペクトルを示す。マシューパラメータは、０．２３７３であり、３９７Ｄａの低質量カットオフ未満のイオンフラグメントが容易に観測された。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１４Ａに類似の条件に関する質量スペクトルを示すが、衝突ガスは注入されなかった。観測された低質量フラグメントの量は、大幅に低下した。
【図１５Ａ】図１５Ａは、パルス弁を使用してイオン励起中に衝突分子のガスを注入する場合の、質量９２２Ｄａのイオンのフラグメンテーションから得られる質量スペクトルを示す。低質量イオンフラグメントがトラップに保持され、質量スペクトルにおいて観測された。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１５Ａで使用された条件に対応する質量スペクトルを示すが、衝突ガスは、イオン励起中にイオントラップに注入されなかった。観測された低質量イオンフラグメントは実質的に少なかった。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本教示の種々の実施形態についてさらに説明する前に、本明細書および本技術分野において使用する種々の用語の使用について説明することが、その理解に有用になり得る。
【００２５】
イオンフラグメンテーション処理に関連する用語の１つとして、「フラグメンテーション効率」が挙げられ、これは、フラグメントに変換される親分子の量の測定値として定義されることが可能である。１００％のフラグメンテーション効率は、全ての親分子が、１つ以上の構成要素に分裂したことを意味する。追加の関連用語には、フラグメントを産生可能である速度と、後続のイオン処理にフラグメントが利用可能になる速度とが含まれる。
【００２６】
多種多様のイオントラップが知られており、そのイオントラップのうちの１つの種類として、イオンの半径方向閉じ込めのためのＲＦ多重極と、しばしばイオンの軸方向閉じ込めのための端部電極とを備える線形イオントラップが挙げられる。ＲＦ多重極は、一般的にロッドと呼ばれる偶数の細長い電極を備え、線形イオントラップにおいてしばしば見られる端部電極と区別するために、本明細書において半径方向閉じ込め電極とも呼ばれる。４つのロッドを備えるＲＦ多重極は、４重極と呼ばれ、６つの場合は６重極、８つの場合は８重極等と呼ばれる。これらの電極（但し、一般的にロッドと呼ばれる）の断面は、必ずしも円形ではない。例えば、双曲線状の断面の電極（対向面が双曲線形状を有する電極）も使用することが可能である。例えば、Ｊｏｈｎ Ｒａｙｍｏｎｄ ＧｉｂｓｏｎおよびＳｔｅｐｈｅｎ Ｔａｙｌｏｒによる「Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ｍａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｏｒ ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ ａｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ 」， Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ， Ｖｏｌ． １４， Ｉｓｓｕｅ １８， Ｐａｇｅｓ １６６９ − １６７３ （２０００）を参照されたい。種々の実施形態では、ＲＦ多重極を使用して、多重極のロッドにＤＣ電位およびＡＣ電位を印加することによって、イオンをトラップ、フィルタリング、および／または誘導することが可能である。電位のＡＣ成分は、しばしばＲＦ成分と呼ばれ、振幅および発振周波数により説明可能である。１つを超えるＲＦ成分をＲＦ多重極に印加することが可能である。イオントラップに関する種々の実施形態では、トラップＲＦ成分を印加して、保持時間間隔の間、多重極内にイオンを半径方向に閉じ込め、イオン励起時間間隔の間に多重極の２つ以上の対向ロッドに印加される補助ＲＦ成分を使用して、並進エネルギーをイオンに与えることが可能である。
【００２７】
図１ａを参照すると、例えば、ＨａｇｅｒおよびＬｅ Ｂｌａｎｃによる米国特許第６，５０４，１４８号、ｒａｐｉｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ， ２００３， １７， １０５６−１０６４において記載されるような、本発明の側面に従って方法を実装するための使用に適切なｑトラップイオントラップ質量分析計の特定の変形例の略図が図示される。また、本発明の異なる側面に従って方法を実装するために異なる質量分析計を使用してもよいことを、当業者は理解する。
【００２８】
質量分析計の動作中、イオンは、オリフィス板１４およびスキマー１５を通って真空チャンバ１２内に入る。例えば、ＭＡＬＤＩ、ＮＡＮＯＳＰＲＡＹ、またはＥＳＩ等の任意の適切なイオン源１１を使用することが可能である。質量分析計システム１０は、ロッドＱ０およびＱ１の２つの細長い組を備える。これらのロッドの組は、４重極（すなわち、４つのロッドを有し得る）、６重極、８重極であってもよく、またはいくつかの他の適切な多重極構成を有してもよい。オリフィス板ＩＱ１は、ロッド組Ｑ０とＱ１との間に設けられる。場合によっては、ロッド組の隣り合う対の間のフリンジ電場は、イオンの流れを歪め得る。スタビロッドＱ１ａは、イオンの流れを細長いロッド組Ｑ１内に収束するのに役立つことが可能である。
【００２９】
図１ａに示すシステムでは、Ｑ０においてイオンを衝突で冷却することが可能であり、一方、Ｑ１は、線形イオントラップとして動作する。典型的には、ＲＦ電圧をロッドに印加し、適切なトラップ電圧を端部開口レンズに印加することによって、線形イオンストラップにおいてイオンをトラップすることが可能である。当然ながら、オフセット電圧をＱ１に印加してイオンを軸方向にトラップするように電圧差を提供する場合、端部レンズ自体に実際に電圧を提供する必要はない。
【００３０】
図１ｂを参照すると、Ｑ−ｑ−Ｑイオントラップ質量分析計の略図が図示される。図１ａまたは図１ｂの質量分析計システム１０のどちらかを使用して、本発明の異なる側面に従って方法を実装することが可能である。明確にするために、同一の参照番号を使用して、図１ａおよび図１ｂの質量分析計システム１０の類似要素を示す。簡潔にするために、図１ａの説明は、図１ｂに関して繰り返さない。
【００３１】
図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システム１０の構成では、Ｑ１は、従来の透過ＲＦ／ＤＣ４重極質量分析計として動作し、Ｑ３は、線形イオントラップとして動作する。Ｑ２は、イオンが衝突ガスと衝突して、質量がより小さい生成物にフラグメント化する衝突セルである。場合により、Ｑ２は、イオン−中性反応またはイオン−イオン反応を発生させて他の種類のフラグメントまたは付加物を生成する反応セルとしても使用可能である。
【００３２】
動作中、前駆イオンの群がＱ０に入り、その中で冷却された後、対象の特定の前駆イオンまたは親イオンは、Ｑ１において選択され、Ｑ２に送られることが可能である。衝突セルＱ２では、この対象の親イオンまたは前駆イオンは、例えば、フラグメント化されて、対象のフラグメントを産生し、次いで、対象のフラグメントは、Ｑ２から線形イオントラップＱ３に放出される。Ｑ３内において、Ｑ２からのこの対象のフラグメントは、以下により詳細に説明するように、Ｑ３において実行する後続の質量分析において対象の親イオンになることが可能である。
【００３３】
図２ａおよび図２ｂを参照すると、質量が１２９０Ｄａである親イオンのフラグメンテーションスペクトルが図示される。フラグメンテーションスペクトルは、図１ｂの線形イオントラップＱ３により生成される。Ｑ３において分析する親イオンは、Ｑ１において適切な前駆イオンを選択し、次いで、Ｑ２においてこれらの前駆イオンをフラグメント化して、他のイオンの中から質量が１２９０Ｄａの親イオンを提供することによって入手され得る。次いで、この質量が１２９０Ｄａの親イオンは、Ｑ３に送られ得る。グラフに示すように、使用するフラグメンテーション時間は異なるが、同じ励起電圧１００ｍＶｐ−ｐが用いられた。グラフにおいて示されるように、図２ａの質量スペクトルのフラグメンテーション時間または励起時間間隔は、１００ミリ秒であり、図２ｂのスペクトルのフラグメンテーション時間または励起時間間隔は、５０ミリ秒であった。両事例では、Ｑ３における圧力は、約３．５ｘ１０−５トールであった。図２ａおよび図２ｂの両方のスペクトルを得るために、１つのｑ値、０．２３６を使用した。概して、イオンは、ｑ値が０．９０７を超えると不安定になる。両スペクトルの低質量カットオフは、親イオンの質量の約２６％、つまり約３３５Ｄａであり、これは、当技術分野の大部分について典型的である。図２ｂのスペクトルは、この質量閾値未満の明らかなピークを含まない。図２ｂのスペクトルは、３３５Ｄａの低質量カットオフの前後またはそれ未満の極めて小さいピークを示すのみである。
【００３４】
図３ａおよび図３ｂを参照すると、７３４Ｄａのｍ／ｚのイオンについて得られるスペクトルが図示される。図２ａおよび図２ｂの質量スペクトルと同様に、図３ａおよび図３ｂの質量スペクトルは、図１ｂの質量分析計システム１０のＱ３を使用して生成された。この場合、Ｑ３は、４．５ｘ１０−５の圧力で動作した。図３ａのスペクトルの場合、ｑは、初めに０．２３６の励起レベルに保持され、その後、０．１６の保持レベルまで降下された。より具体的には、ｑは、フラグメンテーション中、２５ミリ秒の間、０．２３６のレベルに保持され、その後、ｑを０．１６まで降下された。フラグメンテーション中、共鳴励起電圧振幅は２００ｍＶであった。
【００３５】
図３ｂのスペクトルは、１００ミリ秒のフラグメンテーション時間の間、１００ｍＶの共鳴励起電圧振幅をＱ３に提供することによって生成された。図３ａのスペクトルと同様に、図３ｂのスペクトルを提供するために、ｑ値は、このフラグメンテーション時間中の０．２３６の初期値から、０．１６のｑの保持値まで降下された。
【００３６】
図３ａおよび図３ｂのスペクトルの比較により、フラグメンテーション時間を減少させ、かつこのフラグメンテーション時間の後にｑを低下させて低質量のイオンの保持に役立てることによって、低質量カットオフにおける有意な利得を得ることが可能であることが明らかである。したがって、図３ａのスペクトルでは、１９１Ｄａまたは７３５Ｄａの２６％を大幅に下回る１５８．２Ｄａにおいて有意なピークが存在する。対照的に、ｑが、１００ミリ秒のより長い励起時間間隔の間に、より高いレベルの０．２３６に保持される場合、１９１Ｄａ閾値未満の有意なピークは存在しない。したがって、フラグメンテーション時間または励起時間間隔を短縮し、このフラグメンテーション時間の後にｑを降下させることによって、有意な利得を得ることが可能である。フラグメンテーション時間におけるこの降下により生じるフラグメンテーション効率の任意の低下は、共鳴励起電圧振幅を増加させることによってある程度補うことが可能である。すなわち、図３ａおよび図３ｂの質量スペクトルを比較すると、ピークは、１９１Ｄａの閾値を超えるとほぼ同一であり、違いは、１９１Ｄａの閾値未満において、図３ａのスペクトルではピークが示されるが、図３ｂのスペクトルには示されないことにある。
【００３７】
図３ａおよび図３ｂのスペクトルは、質量の低いイオンを保持可能にする際に、フラグメンテーション時間の短縮が有利であり得ることを示すように見えるが、フラグメンテーション時間の延長が、依然として、比較的フラグメント化しにくい強い親イオンに適切であり得る。図４を参照すると、１５２２Ｄａに同等のｍ／ｚの親イオンについて得られるスペクトルがグラフにおいて図示される。図２ａ、図２ｂ、図３ａ、および図３ｂに関連して上述したスペクトルと同様に、図４の親イオンは、最初に、図１ｂのシステムのＱ１において適切な前駆イオンを選択し、Ｑ２において、これらの選択された前駆イオンをフラグメント化し、次いで、Ｑ３において、これらの前駆イオンのフラグメントのうちの１つ、つまり１５２２Ｄａのイオンについてさらなる分析を実行することによって得られる。図４のスペクトルを生成するために、Ｑ３は、３．５ｘ１０−５トールの圧力で動作した。フラグメンテーション時間は１００ミリ秒であり、共鳴励起電圧の振幅は１５０ｍＶであった。Ｑは、フラグメンテーション時間中、０．２３６の励起レベルに維持され、次いで、０．０８の保持レベルまで降下した。この場合、当技術分野の大部分に典型的である低質量カットオフは、３９５Ｄａであり、図４のグラフにおいて、その低質量カットオフが示される。
【００３８】
図４に示すように、本スペクトルは、３９５Ｄａの典型的な低質量カットオフ閾値を大幅に下回ってピークを含む。恐らく、最も有意なピークは、２５１Ｄａにおいて発生する。
【００３９】
比較的フラグメント化しにくい強い親イオンに適切なフラグメンテーション時間の延長に加え、より高い共鳴励起電圧を使用することも有利であり得る。図５を参照すると、１５２２Ｄａに同等であるｍ／ｚの親イオンについて得られるスペクトルがグラフにおいて図示される。上述のスペクトルと同様に、図５の親イオンは、最初に、図１ｂのシステムのＱ１において適切な前駆イオンを選択し、Ｑ２において、これらの選択された前駆イオンをフラグメント化し、次いで、Ｑ３において、これらの前駆イオンのフラグメントのうちの１つ、つまり１５２２Ｄａイオンのさらなる分析を実行することによって得られることが可能である。図５のスペクトルを生成するために、Ｑ３は、４．７ｘ１０−５トールの圧力で動作した。フラグメンテーション時間は、２０ミリ秒であり、共鳴励起電圧の振幅は８００ｍＶであった。Ｑは、フラグメンテーション時間中、０．４の励起レベルに維持され、次いで、０．０８３の保持レベルまで降下された。この場合、比較的高い共鳴励起電圧およびｑ値を考慮すると、当技術分野の大部分において典型的である低質量カットオフは、６７２Ｄａとなり、図５のグラフにおいて、その低質量カットオフが示される。図示するように、図５のスペクトルは、６７２Ｄａの典型的な低質量カットオフ閾値を大幅に下回ってピークを含む。
【００４０】
さらに大きい共鳴励起電圧振幅を使用され得る。図６を参照すると、１５２２Ｄａに同等であるｍ／ｚの親イオンについて得られるスペクトルがグラフにおいて図示される。上述のスペクトルと同様に、図６の親イオンは、最初に、図１ｂのシステムのＱ１において適切な前駆イオンを選択し、Ｑ２において、これらの選択された前駆イオンをフラグメント化し、次いで、Ｑ３において、これらの前駆イオンのフラグメントのうちの１つ、つまり１５２２Ｄａイオンのさらなる分析を実行することによって得られることが可能である。図６のスペクトルを生成するために、Ｑ３は、４．７ｘ１０−５トールの圧力で動作した。フラグメンテーション時間は、１０ミリ秒であり、共鳴励起電圧の振幅は、ゼロからピークの７００ｍＶであった。Ｑは、フラグメンテーション時間中、０．７０３の励起レベルに維持され、次いで、０．０８３の保持レベルまで降下した。この場合、比較的高い共鳴励起電圧およびｑ値を考慮すると、当技術分野の大部分において典型的である低質量カットオフは、１１８１Ｄａとなり、図６のグラフにおいてその低質量カットオフが示される。図示するように、図６のスペクトルは、１１８１Ｄａの典型的な低質量カットオフ閾値を大幅に下回ってピークを含む。
【００４１】
本発明のさらなる側面についてさらに分かり易くするために、本方法の種々の側面および実施形態について、図７および図８Ａ〜図８Ｂに関連して説明する。図７のブロック図は、イオントラップ２２０を備えるイオン分析装置を概略的に示し、イオントラップ２２０は、イオン源２１０とイオン後処理要素２３０との間に配置される。種々の実施形態では、イオン源２１０は、例えば、イオン化源（例えば、エレクトロスプレイの出口）、質量分析計の出口等であることが可能であり、後処理要素２３０は、例えば、質量分析計、タンデム量分析計、またはイオン検出装置であることが可能である。種々の実施形態では、イオントラップは、例えば、４重極ＬＩＴ等の、線形イオントラップ（ＬＩＴ）を備える。例えば、イオントラップ２２０は、例えば連続して配置されるいくつかの類似のイオントラップを備えることが可能である。イオントラップ２２０は、４重極線形イオントラップ、６重極線形イオントラップ、および多重極線形イオントラップが含まれるがこれらに限定されないいくつかの種類のイオントラップのうちの１つであることが可能である。種々の実施形態では、イオントラップ２２０は、イオン通路２０５に実質的に平行に配向されるイオン閉じ込め電極を有する４重極線形イオントラップである。種々の実施形態では、４重極線形イオントラップのロッド（半径方向閉じ込め電極）は、実質的に円形の断面を有する。
【００４２】
典型的には、イオントラップを有するイオン分析装置では、イオン源２１０から生じるイオン（典型的には、ガス形態）は、実質的にイオン通路２０５に沿ってイオントラップ２２０内に輸送される。イオン輸送の通路は、しばしばイオン軸と呼ばれ、必ずしも直線状である必要はなく、すなわち、通路は、１回以上屈曲してもよい。イオントラップを通るイオン軸は、典型的には、トラップ内において軸方向であると考えられ、トラップ内においてイオン通路に垂直な方向は、半径方向と考えられる。イオントラップを使用して、イオンを空間的に拘束すること、およびイオンをある時間の間トラップ内に保持することが可能である。この保持時間中、例えば、電気的励起、フラグメンテーション、選択、化学反応、冷却、分光測定等の１つ以上のイオン関連動作を実行することが可能である。保持時間の後、イオンは、イオントラップから、例えば、検出器、質量分析計等のイオン後処理要素２３０内に放出される。例えば、ＬＩＴからのイオンの放出は、例えば、イオントラップの軸２０５に沿ってイオン集団全体の放出を介して、質量選択軸方向放出（ＭＳＡＥ）を介して、トラップからの半径方向放出を介して発生することが可能である。
【００４３】
動作中、イオン源からイオントラップへのイオンの輸送と、イオントラップから後処理要素へのイオンの輸送とは、典型的には、例えば、イオン損失、他のガスとのイオンの反応、過剰な検出器雑音等を回避するために、約１０−３トール未満の減少圧力下で発生する。この圧力は、しばしば、トラップにおいて処理動作が発生していない場合、例えば、衝突または冷却ガスがイオントラップに添加されていない場合の、イオントラップチャンバ２２０に存在する基準圧力または環境圧力と呼ばれる。種々の実施形態では、定常状態背景圧力は、約５ｘ１０−５トール未満である。イオントラップからの放出時のイオンの損失および／またはイオントラップから後処理要素にイオンを輸送する効率は、環境圧力に依存し得る。種々の実施形態では、トラップからのイオンの放出時に、圧力は、約２ｘ１０−５トールから約５．５ｘ１０−５トールの間である。種々の実施形態では、圧力は、約２ｘ１０−５トールから約７．５ｘ１０−５トールの間である。種々の実施形態では、圧力は、約２ｘ１０−５トールから約１０−４トールの間である。
【００４４】
図８Ａ〜図８Ｂを参照すると、多重ＬＩＴの種々の実施形態が概略的に示される。種々の実施形態では、多重極ＬＩＴは、イオン通路２０５に実質的に平行にあるように構成される４つのロッド状電極３１０、半径方向閉じ込め電極と、イオンの軸方向閉じ込めを促進するエンドキャップ電極３１２とを備える。ＤＣ成分およびＡＣ成分を含む電位は、ロッド３１０およびエンドキャップ電極に印加可能であり、イオンをトラップ内のイオン閉じ込め領域３０５に閉じ込める電場を生成する。
【００４５】
イオン閉じ込め領域３０５内に保持されるイオンは、領域３０５の反対側に位置するロッド３１０の少なくとも２つに補助交流電位を印加することによって励起可能である。補助電位は、閉じ込め領域内に交流電場を生成し、これによりトラップ内におけるイオンの振動運動を加速する。イオンは、補助電位が印加される限り、運動エネルギーを得ることが可能である。得られた運動エネルギーは、イオンが、別の分子または原子との衝突を受ける場合に、内部イオンエネルギー（例えば、振動、回転、電子励起）に変換可能である。イオンの内部エネルギーは、複数の連続的な衝突により増加することが可能である。十分な内部エネルギーが利用可能である場合、フラグメンテーションがもたらされることが可能である。ロッドまたはエンドキャップ電極との衝突により、イオンの表面支援フラグメンテーションが、もたらされることが可能であるか、またはイオンの中和および損失がもたらされる可能性が高い。
【００４６】
動作中、イオン源からイオントラップへのイオンの輸送と、イオントラップから後処理要素へのイオンの輸送は、典型的には、例えば、イオン損失、他のガスとのイオンの反応等を回避するために、約１０−３トール未満の減少圧力下で発生する。この圧力は、しばしば、トラップにおいて処理動作が発生していない場合、例えば、衝突または冷却ガスがイオントラップに添加されていない場合の、イオントラップチャンバに存在する基準圧力または環境圧力と呼ばれる。種々の実施形態では、定常状態背景圧力は、約５ｘ１０−５トール未満である。イオントラップからの放出時のイオンの損失および／またはイオントラップから後処理要素にイオンを輸送する効率は、環境圧力に依存し得る。種々の実施形態では、トラップからのイオンの放出時に、圧力は、約２ｘ１０−５トールから約５．５ｘ１０−５トールの間である。２ｘ１０−５トール未満では、ＭＳＡＥ（質量選択軸方向放出）の効率を損なう可能性がある。５．５ｘ１０−５トールを超えると、検出器雑音が許容可能でなくなる可能性がある。
【００４７】
種々の実施形態では、本方法は、イオンをイオントラップ内に閉じ込め、中性ガスをイオントラップ内に供給して、第１の上昇圧力持続時間の間、トラップの少なくとも一部分内において、約５．５ｘ１０−５トールを超え、かつ約５ｘ１０−４トール未満である非定常状態圧力を生成する。例えば、図９を参照すると、種々の実施形態では、圧力は、基準動作圧力Ｐ０からピーク値ＰＰｋに上昇する。種々の実施形態では、ピーク値は、ガス注入の終了に実質的に一致する時に到達可能であるか、またはガス供給の終了後に発生可能であり、ガス供給装置の構成と真空チャンバ幾何学的形状とに依存する。種々の実施形態では、圧力は、図９の線４２２、４２４により境界付けられる領域として概略的に示す第１の上昇圧力持続時間の間、上昇圧力値Ｐ２を超えて上昇したままであり、最終的に、圧力は、基準動作圧力Ｐ０に復元する。種々の実施形態では、イオンフラグメンテーション中に到達するピーク圧力Ｐｐｋは、約５ｘ１０−４トール未満であり、上昇圧力持続時間は、約２５ミリ秒未満であり、基準動作圧力Ｐ０は、約３．５ｘ１０−５トールであることが可能であり、種々の実施形態では、実質的に定常状態である。種々の実施形態では、本方法は、約５ｘ１０−４トール未満、および／もしくは約３ｘ１０−４トール未満の中性衝突ガス圧力ＰＰｋを使用し、ならびに／または種々の実施形態では、本方法は、約１ｘ１０−４トールを超えるおよび／または約２ｘ１０−４トールを超える上昇圧力値Ｐ２を使用する。
【００４８】
種々の実施形態では、補助交流電場の印加は、イオントラップにおける圧力が、第１の上昇圧力（例えば、図９における線４２２）に到達する時と実質的に同時に印加される。補助交流電場は、弁を開放して圧力を増加させる時と同時に発生され得る。代替として、励起または補助交流電場は、弁が開放している合計時間を操作者が認識し、かつ圧力が高過ぎない限り、圧力がいくらか増加する機会を持った後に発生させてもよい。任意選択により、補助交流電場の印加の持続時間、つまり励起時間は、上昇圧力値Ｐ２を超える圧力上昇持続時間を過ぎて延長可能である。
【００４９】
種々の実施形態では、励起時間は、約１０ミリ秒を超え、約２０ミリ秒を越え、約３０ミリ秒を越え、および／または約５ミリ秒から約２５ミリ秒の範囲にある。種々の実施形態では、第１の上昇圧力持続時間は、約５ミリ秒から約２５ミリ秒の間の範囲である。種々の実施形態では、第１の上昇圧力持続時間は、圧力が上昇圧力値Ｐ２以上である時間に実質的に相当する。
【００５０】
種々の側面では、本教示は、イオンをフラグメント化するための方法であって、励起電位の終了後、親イオンの低質量フラグメントの保持を促進する方法を提供する。種々の実施形態では、励起電位の終了後およびガス注入の終了後、トラップ中の圧力は、低下する（例えば、衝突ガスは、トラップから排出可能である）。衝突間の平均時間は、圧力が減少するにつれて増加するため、内部の「高温」イオンがフラグメント化する時間が増える。熱化率が低下すると、励起停止後のフラグメンテーションの時間スケールは、数ミリ秒以上延長可能になる。種々の実施形態では、ＲＦトラップ電位および親イオン質量に関連するマシュー安定性ｑパラメータを低下させて、残存する高温親イオンが解離を継続し、かつより多くの低質量フラグメントを保持することを可能にすることができる。マシュー安定性ｑパラメータの低下は、ＲＦトラップ電位振幅を低下させることによって、および／またはＲＦ場の角駆動周波数を増加させることによって達成可能である。本方法は、低質量値へのフラグメンテーションスペクトルの質量範囲の拡張を促進する。
【００５１】
本教示の方法の種々の実施形態は、中性ガスをイオントラップ内に供給することによって、イオントラップのイオン閉じ込め領域内において非定常状態圧力増加を生成する。多種多様の手段を使用して、中性衝突ガスをイオントラップのイオン閉じ込め領域に供給して、この非定常状態圧力増加を産生することが可能である。例えば、中性ガスは、トラップのイオン閉じ込め領域の近くに位置するパルス弁によりトラップ内に供給されることが可能である。次に図８Ａ〜図８Ｂを参照すると、種々の実施形態では、ガス注入ノズル３２２を有するパルス弁３３０を使用して、例えば、管３２０により弁に連結されるガス供給部３４０からガスを供給する。ノズル３２２は、間に管３２０を含まずに弁３３０内に組み込み可能である。
【００５２】
種々の実施形態では、パルス弁は、Ｌｅｅ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｗｅｓｔｂｒｏｏｋ， Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ， Ｕ．Ｓ．により供給される種類であって、約０．２５ミリ秒の応答時間、約０．３５ミリ秒の最小パルス持続時間、および約２５０ｘ１０６周期の稼動寿命を有する種類であることが可能である。図８Ａを参照すると、種々の実施形態では、ノズルは、ロッド３１０から距離ｄ１３６２を置いて位置し、かつイオン閉じ込め領域３０５の中心から距離ｄ２３６４を置いて位置することが可能である。種々の実施形態では、ｄ１は約１０ｍｍであり、ｄ２は約２１ｍｍである。４重極型のトラップでは、パルス弁は、イオン閉じ込め領域の中心からロッド直径の２．２５倍よりも近くに位置しない。多くの実施形態では、パルス弁は、配列からの隣接ロッドの分離の少なくとも３倍に位置することが可能である。トラップ電位への摂動は、弁がより近い場合か、または弁が変形し得る材料から構成される場合に発生することがある。
【００５３】
パルス弁３３０を、制御電子機器により遠隔動作して、ガスのイオントラップ内への噴出を導入することが可能である。注入された中性ガスは、衝突標的物をイオンに提供する。ガス注入のタイミングは、補助交流電位の印加に実質的に一致するように選択可能である。
【００５４】
種々の実施形態では、ガスをノズル３２２から放出する際、ノズル３２２は、円錐状のプルームのガスを生成することが可能である。種々の実施形態では、ガス注入のために追加される装置は、プルーム３２４がイオン閉じ込め領域３０５に実質的に作用し、注入された分子とトラップされたイオンとの効率的な混合を促進するように、位置することが可能である。種々の実施形態では、ノズル自体は、所定のプルーム形状を供給するように設計されることが可能である。
【００５５】
本教示の方法の種々の実施形態は、イオン保持時間の終了時に、トラップからイオンを放出する。種々の実施形態では、例えば、さらなるイオン光学系および／または処理要素へのイオンの移動を促進するために、放出前にトラップ中の圧力を第１の復元圧力値に低下させる。種々の実施形態では、例えば、装置に存在し得るイオン検出器により課される可能な動作圧力、および／または例えば、質量選択軸方向放出（ＭＳＡＥ）によってトラップからのイオンの効率的な放出のために選択される値の小さいほうの圧力に、第１の復元圧力値を選択することが可能である。概して、イオン検出器は、感圧器具であり、検出器の損傷を回避するために安全動作圧力未満で動作しなければならない。この安全動作圧力は、第１の復元圧力値として選択可能である。
【００５６】
再び図９を参照すると、第１の復元圧力値を、基準動作圧力、Ｐ０に実質的に同等であるように選択することが可能であり、基準動作圧力、Ｐ０は、種々の実施形態では、イオントラップと組み合わせて使用する任意のイオン検出器の安全動作圧力、Ｐ１よりも低くなることが可能である。例えば、基準動作圧力は、５ｘ１０−５トールであってもよく、安全動作圧力は、９ｘ１０−５トールであってもよい。
【００５７】
放出処理、例えば、ＭＳＡＥは、それ自体、圧力依存性を有することが可能である。例えば、ＭＳＡＥ圧力依存性の例を、図１０の実験的に決定されたグラフにおいて示すことが可能である。本グラフは、概して、ＭＳＡＥ効率が、試験を受ける実験構成のための約３．５ｘ１０−５トール未満の圧力について減少することを示す。種々の実施形態では、約５ｘ１０−５トールを超える圧力で発生する過剰な検出器雑音は、ＭＳＡＥ測定に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００５８】
種々の実施形態では、ＭＳＡＥは、約２ｘ１０−５トールから約５．５ｘ１０−５トールの間の圧力の範囲で実行される。種々の実施形態では、ＭＳＡＥは、約２ｘ１０−５トールから約７．５ｘ１０−５トールの間の圧力の範囲で実行される。種々の実施形態では、ＭＳＡＥは約２ｘ１０−５トールから約１ｘ１０−４トールの間の圧力の範囲で実行される。
【００５９】
種々の実施形態では、中性衝突ガス供給により到達するピーク圧力Ｐｐｋは、イオントラップの基準動作圧力、Ｐ０≦５ｘ１０−５トールの約１０倍以内である。種々の実施形態では、ピーク圧力の減少により、同一の体積および同一の真空ポンプ速度を有するイオンチャンバについて、圧力回復時間、例えば、チャンバが圧力Ｐ１に復元する時間であって、図９における線４２４と線４２６との間の時間を短縮することが可能であるため、種々の実施形態では、ピーク圧力上昇の低下の条件下でフラグメント化されたイオンは、より急速に後続のイオン処理に利用可能になることが可能である。
【００６０】
（数値シミュレーション）
理論に縛られることなく、本教示の理解をさらに伝達および促進するために数値シミュレーションを提示する。例えば、双極子励起を介するイオンのフラグメンテーション率が、複雑に相互に関連する多数の変数に依存することが可能であることを理解されたい。例えば、励起振幅、励起の持続時間、衝突相手の質量、運動エネルギーから内部エネルギーへのイオンの変換効率、背景ガスとの減衰衝突によるイオンの内部エネルギー冷却率および／または放射冷却率、イオン内における内部エネルギーの再分布、衝突ガスの密度、ならびにフラグメント化する化学結合の種類等の全てが、要因であることが可能である。本明細書において、多種多様のイオン質量、ガス注入持続時間、励起振幅、励起時間、および圧力について実行した研究からの結果が提示される。
【００６１】
イオンの内部自由度（振動および回転）への付与に利用可能なエネルギー量に対する上限は、イオンと衝突相手との間の質量中心衝突エネルギーを計算することによって推定可能である。質量中心衝突エネルギーＥｃｍは、数式、
【００６２】
【化３】
により決定可能である。式中、ｍ１は、イオンの質量であり、ｍ２は、中性衝突相手の質量であり、Ｅｌａｂは、基準実験室枠におけるイオンの運動エネルギーである。双極子励起の処理中、例えば、イオントラップの電極への補助交流電位の印加中、エネルギーは、運動エネルギーの形態でイオンに供給されるが、イオンは、存在し得る衝突ガスにおける中性分子との衝突により運動エネルギーを損失して、イオンは、運動エネルギー、Ｅ’ｌａｂになる可能性があり、この場合、ダッシュ記号は、導関数を示すのではなく、変数Ｅｌａｂにより提供される値とは電位的に異なるエネルギー値であることを示すだけである。運動エネルギー損失量は、２つの値Ｅｌａｂ、Ｅ’ｌａｂの差異であり、以下の数式を使用して決定可能である。
【００６３】
【化４】
数式（２）および数式（３）を使用して、ＥｃｍのＥｌｏｓｓとの関係は、
【００６４】
【化５】
として記述可能であり、
これは、ｍ１＞＞ｍ２の場合に約０．５Ｅｌｏｓｓとなる。励起中、イオンは、イオンの軌道における位置に依存して、高いおよび低い運動エネルギーの両方を有することが可能である。熱エネルギー級の衝突エネルギーでの衝突、例えば、軌道の種々の低運動エネルギー領域は、イオンの内部エネルギーの増加または減少をもたらすことが可能である。内部励起に利用可能なエネルギーの量は、質量中心衝突エネルギーに比例する。
【００６５】
励起処理中のイオンへのエネルギー入力率、Ｅｃｍ／衝突／単位時間は、イオンのフラグメンテーション率に影響を及ぼす。熱化率よりも速くイオンへのエネルギー入力率が増加する場合、およびイオンが電極と衝突しないか、そうでなければトラップから損失されない場合、イオンのフラグメンテーション率は、増加することが可能である。電極との衝突は、例えば、イオンの大部分を中和し、その損失をもたらす。
【００６６】
これらの処理および本教示についてより理解するために、イオン軌道シミュレータを使用して、イオンへのエネルギー入力率を調査した。シミュレータは、個々の衝突毎の質量中心衝突エネルギー、イオンと中性衝突ガスとの両方の熱運動速度の効果、ＲＦ閉じ込め場（トラップ交流電位）の効果、および４重極電極の円形断面形状による高次場の効果を考慮する。
【００６７】
エネルギー入力率、Ｅｃｍ／衝突／単位時間は、運動エネルギーからイオンの内部エネルギーに変換可能であるエネルギーの量に対して上限を提供する。この率が、トラップにおける圧力および励起振幅Ｖｅｘｃに依存可能であることが分かっている。励起振幅、Ｖｅｘｃは、本明細書において、４重極電極のうちの２つに印加される補助交流電位のゼロからピークの振幅として解釈される。イオンに関するエネルギー利得の持続時間は、励起振幅に依存することが可能であり、例えば、Ｖｅｘｃが高過ぎる場合、イオンは、高横断振幅に到達することが可能であり、例えば、電極と衝突することが可能であり、エネルギー利得持続時間は短縮される。
【００６８】
表１は、断面が実質的に円形であるロッドを有する線形ストラップ内において、Ａ、Ｂ、およびＣと示される３つの異なる条件下におけるイオンフラグメンテーションのシミュレーションからの結果を示す。第３の列に記載される励起振幅、Ｖｅｘｃは、シミュレーションにおいて４重極ロッドのうちの２つに印加される補助交流電位のゼロからピークの振幅を表す。結果として生じるイオン軌道の平均持続時間は、第４の列に記載され、ロッドとの衝突前にトラップ内においてイオンが振動を受ける時間量を平均で表す。得られたエネルギー入力率、Ｅｃｍ／衝突／単位時間、単位時間毎の衝突、衝突／単位時間、および質量中心衝突総エネルギー、Ｅｃｍは、隣接する列に記載される。シミュレーションについて、衝突相手には、中性窒素分子が選ばれ、イオンには、レセルピン（ｍ／ｚ＝６０９）が選択された。
【００６９】
事例ＡおよびＢでは、イオン閉じ込め領域内の圧力は、３．５ｘ１０−５トールであり、可能な最大励起時間は、１００ミリ秒であり、補助電位の振幅、Ｖｅｘｃは、それぞれ７．５ｍＶ（０−ｐｋ）および３０ｍＶ（０−ｐｋ）であった。事例Ｃでは、圧力は、３．５ｘ１０−４トールまで上昇し、Ｖｅｘｃは、３０ｍＶ（０−ｐｋ）であり、励起時間は、２５ミリ秒であった。表の結果は、１０個のイオン軌道の平均から得られ、その軌道の各々は、個々の組の初期開始条件を有する。シミュレーションについて、イオンは、トラップの軸の１．０ｍｍの半径内でランダムに分布された。次いで、イオンは、５ミリトールの圧力で５ミリ秒の時間の間、冷却された。窒素が、中性衝突ガスとして使用され、２８０Åの衝突断面積が使用された。最終的な空間座標および運動エネルギーが、シミュレーションの次の段階のための入力として使用された。シミュレーションの次の段階では、衝突頻度、散乱角、および初期ＲＦ相がランダムに選択された。
【００７０】
【表１】
事例Ａに対応するシミュレーションでは、イオンは、電極との衝突に十分大きい横断運動を得る前に、平均で約９３ミリ秒の間加速された。励起振幅を３０ｍＶ（０−ｐｋ）に増加させること（事例Ｂ）は、イオンへのエネルギー入力率、Ｅｃｍ／衝突／単位時間を増加させるように確認されなかった。代わりに、イオン軌道は、１．８ミリ秒後に終了するようにシミュレーションにおいて確認され、衝突に利用可能なＥｃｍの総量は、大幅に減少した。事例Ｂでは、シミュレーションにおけるイオンの大部分は、トラップ内でフラグメント化するのに十分なエネルギーを受ける前にロッドと衝突した。
【００７１】
シミュレーション（事例Ｃ）において、イオン励起中およびＶｅｘｃ＝３０ｍＶ（０−ｐｋ）における励起中に、圧力が３．５ｘ１０−４トールに上昇するによって、イオン軌道のいずれもが２５ミリ秒の時間上限の前に４重極ロッドで終了しないことが確認された。Ｅｃｍ／衝突／単位時間の量は、事例ＡおよびＢよりも約８倍増加したことが確認された。衝突に利用可能な合計Ｅｃｍは、シミュレーションにおける最大励起時間が、事例ＡおよびＢの１００ミリ秒から事例Ｃの２５ミリ秒に減少したにもかかわらず、事例Ａよりも２倍を上回って増加し、事例Ｂよりも１２５倍を上回って増加したことが示された。イオン軌道の平均持続時間は、事例Ｂから事例Ｃにおいて増加し、これは、中性ガス分子との衝突の増加によるものと考えられる。ゆえに、理論に縛られることなく、低圧力ＬＩＴにおけるフラグメンテーション中の圧力の増加が、イオンへのエネルギー入力率における増加と、トラップからの損失によるイオンの大幅な損失、例えば、電極との衝突をもたらさない高めの励起振幅の使用とを提供することが可能であると考えられる。理論に縛られることなく、衝突ガスが、イオン軌道の横断運動を弱める緩衝剤としての役割を果たすことが考えられる。
【実施例】
【００７２】
（実施例）
４重極線形イオントラップにおいてイオンフラグメンテーション実験を実行した。これらの実験の詳細および結果は、例として提示される。これらの実施例は、本教示の種々の実施形態を示すが、本教示の範囲を限定するように解釈されない。
【００７３】
イオンフラグメンテーション実験は、改良型Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ ４０００ Ｑ Ｔｒａｐ（登録商標）４重極線形イオントラップにおいて実行された。イオントラップのイオン閉じ込めロッドの断面は、実質的に円形であった。パルス弁を使用して、衝突ガス（窒素）を供給し、配置は、図２Ａに示す配置と類似した。パルス弁は、Ｌｅｅ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｗｅｓｔｂｒｏｏｋ， Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ， Ｕ．Ｓ．からの弁であり、０．２５ミリ秒の応答時間、２億５０００万サイクルとして指定される動作寿命、および０．３５ミリ秒の最小パルス持続時間を有する弁であった。ある時間の間、パルス弁を開放することにより、イオンの双極子励起中に、線形イオントラップの少なくとも一部分における圧力の増加が可能になる。実験は、５ミリ秒から１００ミリ秒の範囲のガス注入パルス持続時間を使用して実行されたが、典型的な持続時間は２５ミリ秒である。これらの実験では、真空と圧力との連動は、検出器を保護するために、９．５ｘ１０−５トールの真空計の数値に設定された。真空計は、ＬＩＴを収容する真空チャンバに取り付けられ、ゆえに、計器で測定された圧力は、ガス注入後のＬＩＴのイオントラップ領域における圧力値よりも低かった。圧力の差異は、ガス注入源、例えば、パルス弁からの距離と、注入されたガスの分散に起因した。パルス弁は、窒素の１５０トールの背圧を有し、弁は、０．０７６ｍｍの直径の出口開口を有した。ＬＩＴチャンバにおける基準圧力は、パルス弁が閉じた状態で、３．７ｘ１０−５トールであった。パルス弁は、ＲＦトラップ場を干渉せずに、可能な限り線形イオントラップに近くに配置した。実験では、弁のオリフィスは、４重極ロッド組立体の中心から約２１ｍｍ置いて位置し、例えば、図２Ａにおける距離２６４は、約２１ｍｍであった。種々の実施形態では、弁またはその出力オフィリスのイオン閉じ込め領域に対する近位位置は、イオン閉じ込め領域内の所望の圧力上昇に必要な注入ガスの総量を減少させることが可能である。
【００７４】
質量範囲が１２９ｍ／ｚから５１４．７ｍ／ｚに及ぶ表２に列挙する５つの化合物についてフラグメンテーション実験を実行した。解離後、質量分析計においてイオンフラグメントを分析した。実質的に表２に示す質量範囲におけるフラグメンテーション質量スペクトルを統合することによって、化合物毎にフラグメンテーション効率を計算した。
【００７５】
【表２】
（実施例１：カフェイン）
カフェインイオン、ｍ／ｚ＝１９５のフラグメンテーションの中性衝突の中性衝突ガスの注入しない場合と、注入する場合との比較について図１１に示す。上部のスペクトル（ａ）は、フラグメンテーション中に衝突ガスが注入されない条件に対応し、３．７ｘ１０−５トールの基準圧力において親イオンを１２．５ｍＶ（０−ｐｋ）振幅で励起する場合に、２．１％のフラグメンテーション効率を生じる。下部のスペクトルは、衝突ガスの注入に使用されるパルス弁により同一のイオンを２１．５ｍＶ（０−ｐｋ）の振幅で励起する場合の１３．１％のフラグメンテーション効率を示す。各試行について、励起時間は、２５ミリ秒であった。本実験では、衝突ガスの注入が、６倍を超えてフラグメンテーション効率を増加させた。
【００７６】
（実施例２：リドカイン）
衝突ガスを注入しない場合、短い励起時間の間に、より少ないフラグメンテーションが観測された。図１２を参照すると、衝突ガス注入を行なう場合（白丸）および注入を行なわない場合（黒丸）のリドカインイオン、ｍ／ｚ＝２３５のフラグメンテーション効率が示される。１０ミリ秒の励起時間では、フラグメンテーション効率は、注入を行なわない場合、約１０％であり、注入を行なった場合約７５％であり、フラグメンテーション効率における利得は、約７．５であった。２５ミリ秒の励起時間では、効率の利得は、約２．９に降下し、１００ミリ秒では、利得は、またさらに約１．３まで降下する。データによると、本イオンについてガス注入を行なう場合のフラグメンテーション効率が、約２５ミリ秒を超える励起時間では大幅に改善されることはないが、一方、同一のイオンについてガス注入を行なわないフラグメンテーション効率は、最大１５０ミリ秒の励起時間までは、徐々に改善されることが示される。しかしながら、本教示を使用する衝突ガスを含まない場合の１５０ミリ秒において見られる同一の効率が、本教示を使用する衝突ガスを含む場合の約２５ミリ秒において得られることが可能である。
【００７７】
（実施例３：励起時間）
２つの異なる励起時間について種々のｍ／ｚ比率に関するガス注入を行なわない条件に比較して、衝突ガス注入の条件下でイオンフラグメンテーション効率における利得のグラフを図１３に示す。フラグメント化されたイオンは、表２に列挙されるイオンであった。２つのデータ組は、２５ミリ秒（黒丸）と１００ミリ秒（白丸）との励起時間に対応して示される。測定毎に、励起振幅は、親イオンのフラグメンテーションを最大化するように選択された。図１３のデータでは、短い励起時間および低イオン質量について、フラグメンテーション効率における観測利得が最大であることが示される。
【００７８】
（実施例４：低質量フラグメント）
励起電位の終了後、線形イオントラップにおける低質量イオンフラグメントの存在を検出するために実験を実行した。実験のマシューパラメータは、ｑ＝０．２３７３であった。本値では、低質量カットオフは、約３９７Ｄａ：ＬＭＣＯ＝１５２２・０．２３７３÷０．９０８である。試行は、イオン励起中のトラップへのガス注入を行なう場合およびガス注入を行なわない場合について実行された。図１４Ａ〜図１４Ｂの実験的に測定された質量スペクトルは、Ａｇｉｌｅｎｔイオン、つまり、２，２，４，４，６，６−ヘキサヒドロ−２，２，４，４，６，６−ヘキサキス（（２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロペンチル）オキシ）−１，３，５，２，４，６−トリアザトリホスホリンとして既知である均一に置換されたフッ素化トリアザトリホスホリン（本イオンについての特許を質量キャリブラントとして保持する米国特許第５，８７２，３５７号参照）であって、１５２２Ｄａの質量を有するものについて、これらのフラグメンテーション実験から得られた。スペクトルは、秒当たりのカウントで、約１５０Ｄａから約４５０Ｄａの質量の範囲について、検出されたイオンからの信号強度を記録する。両方の事例での励起時間は、約２０ミリ秒であった。
【００７９】
（励起後のｑ値の低下）
図１４Ａのイオンフラグメンテーション測定では、パルス弁によるガス注入によって、イオン閉じ込め領域における圧力が上昇した。低質量イオンフラグメントが観測され、また、励起ｑを上述のように低下させた場合に、典型的なＬＭＣＯ未満の質量を含むイオンも観測された。図１４Ｂのフラグメンテーション測定では、フラグメンテーション中に衝突ガスは注入されなかった。観測された低質量フラグメントは大幅に少なかった。
【００８０】
上昇圧力でのフラグメンテーション処理中に効率的に低質量イオンが生成されるため、イオントラップｑパラメータを、初期ＬＭＣＯ値未満の質量を有するフラグメントを保持するように低下させることが可能である。ｑパラメータを低下させると、ＬＭＣＯ値は低下し、より多くの低質量イオンがトラップに保持される。上述のように、ｑパラメータは、トラップの電極に印加するイオントラップＲＦ電位を低下させ、および／またはＲＦ電位の角周波数を増加させることによって、低下させることが可能である。ｑの減少は、時間において実質的に線形の減少、時間において実質的に区分的な減少、実質において非線形の減少、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上を含むことが可能である。
【００８１】
図１５Ａ〜図１５Ｂは、イオントラップ内における低質量イオンフラグメント保持に関する別の例を提供する。本例では、質量９２２Ｄａのイオンが、約０．２３７の初期ｑ値で励起された。このｑ値により、図１５Ｂに示すように、約２４０ＤａのＬＭＣＯ値が生じる。図１５Ａに示す事例では、パルス弁を使用して、励起中にトラップの不活性ガスを注入した。初期ＬＭＣＯ未満の低質量イオンフラグメントは、質量スペクトルにおいて明確に見られる。図１５Ｂに示す事例では、励起中に、イオントラップにガスは注入されなかった。初期ＬＭＣＯを超えて観測された低質量フラグメントは、より少なく、初期ＬＭＣＯ未満では、低質量フラグメントは実質的に観測されなかった。したがって、励起中に不活性ガスをトラップ中に提供することを、励起後にｑパラメータを減少させることと組み合わせることは、有利であり得る。
【００８２】
特許、特許出願、論説、書籍、論文、およびウェブページを含むがこれらに限定されない本出願に引用する全ての文献および類似の資料は、このような文献および類似の資料の形式にかかわらず、参照によりその全体が明示的に組み込まれる。定義された用語、用語の用法、説明する技法、またはその同等物を含むがこれらに限定されない組み込まれた文献および類似の資料のうちの１つ以上が本出願とは異なるか、または本出願に矛盾する場合、本出願が支配する。
【００８３】
本明細書に使用する項の表題は、構成目的のためだけのものであり、説明する主題を限定するものとして決して解釈されない。
【００８４】
種々の実施形態および実施例に関連して本教示について説明したが、本教示をこのような実施形態および実施例に限定することを意図しない。逆に、本教示は、当業者が理解する種々の代替、修正、および同等物を包含する。
【００８５】
請求項は、その趣旨について記述がない限り、説明する順番または要素に限定されるものとして読まれるべきではない。添付の請求項の精神および範囲から逸脱することなく、形式および詳細における種々の変更を当業者が加えてもよいことを理解されたい。以下の請求項およびその同等物の精神および範囲内で生じる全ての実施形態は、請求される。
【００８６】
本発明の他の変形および修正が可能である。例えば、多くの異なる線形イオントラップ質量分析計システム（上述のシステムに加えて）を使用して、本発明の異なる実施形態の側面に従って方法を実装してもよい。加えて、全てのこのような修正または変形は、本明細書に添付する請求項により規定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】
本発明は、概して、線形イオントラップ質量分析計を動作する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオントラップは、分子の研究および分析に有用な科学器具である。このような器具は、イオンが閉じ込められる空間の小領域を囲繞する複数の電極を含む。振動電場および静電場を電極に印加して、トラップ電位を生成する。このトラップ電位内に移動するイオンは、トラップされ、すなわち、イオン閉じ込め領域に運動を制限される。
【０００３】
トラップにイオンを保持している間、イオン化分子の収集は、種々の動作を受けてもよい（例えば、フラグメンテーションまたはフィルタリング等であるが、これらに限定されない）。次いで、イオンは、トラップから質量分析計内に送られることが可能であり、質量分析計において、イオンの収集の質量スペクトルを得ることが可能である。代替として、イオンは、質量スペクトルを直接得るためにトラップからスキャン可能である。スペクトルは、イオンの組成に関する情報を示す。本手順の後、未知の試料の化学的組成を識別することが可能になり、薬物、化学、セキュリティ、犯罪学、およびその他の分野に有用な情報が提供される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
イオンフラグメンテーションは、イオンをその構成要素の一部または全部に分解または解離する処理である。一般的に、これは、交流電位（ＲＦ電位）をトラップの電極に印加して、トラップ中のイオンに運動エネルギーを与えることによって、イオントラップにおいて実行される。加速イオンは、トラップ内の他の分子と衝突し、十分高い衝突エネルギーでは、イオンのフラグメンテーションをもたらすことが可能である。しかしながら、全てのＲＦ電位が、イオンのフラグメンテーションをもたらすわけではない。いくつかのＲＦ電位は、例えば、ＲＦ周波数、振幅、またはその両方に起因して、イオンがイオントラップの要素と衝突するか、またはトラップから放出されるようにイオンを軌道に置く。他の振動運動は、振幅が十分でない場合があるため、イオンのフラグメント化には不十分なエネルギーを与える場合がある。このような低振幅、低エネルギーの事例のいくつかでは、イオンは、衝突中に、エネルギーを損失する場合がある。加えて、例えば、１０−３トール以上の範囲における高衝突ガス圧力および／または、例えば、６００ｍＶ（グランドからピーク）以上の範囲における高励起振幅が、高フラグメンテーション効率の達成に必要であることが、当技術分野の大部分において示される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
種々の実施形態では、従来の方法で使用するものよりも低い衝突ガス圧力および低いＲＦ励起振幅を使用して、フラグメントイオンを産生するイオントラップを動作するための方法が提供される。種々の実施形態では、従来の方法で使用するものよりも低い衝突ガス圧力、低いＲＦ励起振幅、および長い励起時間を使用する方法が提供される。種々の実施形態では、ＲＦ多重極を備える線形イオントラップとともに使用するための方法が提供され、この場合、多重極のロッド（半径方向閉じ込め電極）は、実質的に円形の断面を有する。
【０００６】
種々の実施形態では、イオントラップは、非線形逆電位を有するイオントラップ場を産生可能である実質的に円形の断面を含むロッド（半径方向電極）を有する４重極線形イオントラップを備える。種々の実施形態では、実質的に円形の断面の電極は、トラップＲＦ場とイオン運動との位相のずれによる電極との衝突に起因する、イオンの損失の低減を促進する。
【０００７】
種々の実施形態では、補助交流電位の振幅または共鳴励起電圧振幅は、（ａ）約２５０ｍＶ（ゼロからピーク）未満、（ｂ）約１２５ｍＶ（ゼロからピーク）未満、（ｃ）約５０ｍＶ（ゼロからピーク）から約２５０ｍＶ（ゼロからピーク）の間の範囲、（ｄ）約５０ｍＶ（ゼロからピーク）から約１２５ｍＶ（ゼロからピーク）の間の範囲、および／または（ｅ）約５０ｍＶから約１００ｍＶの間の範囲のうちの１つ以上である。種々の実施形態では、補助交流電位は、（ａ）約１０ミリ秒（ｍｓ）を超える、（ｂ）約２０ミリ秒を超える、（ａ）約３０ミリ秒を超える、（ｃ）約２ミリ秒から約５０ミリ秒の間の範囲、および／または（ｄ）約１ミリ秒から約１５０ミリ秒の間の範囲のうちの１つ以上である励起時間の間に印加される。補助交流電位の印加の持続時間は、中性ガスの供給と実質的に一致するように選択可能である。代替として、中性ガスの供給は、補助交流電位の印加開始の直前、例えば、数ミリ秒前に開始してもよい。しかしながら、補助交流電位の印加の持続時間は、依然として、中性ガスの供給と時間において実質的に重複するように選択可能である。
【０００８】
種々の実施形態では、イオンがトラップに保持される間、中性ガスは、例えば、約３０ミリ秒未満の持続時間の間、パルス弁によりトラップに注入することによって供給される。種々の実施形態では、中性ガスの供給は、イオン保持時間の終了前に終了する。励起時間の後、残存ガスは、イオンチャンバから排出可能であり、その結果、チャンバ内の圧力値は、さらなるイオン処理に適切な、例えば、イオン冷却、イオン選択、イオン検出、励起、冷却、および質量分析を含むがこれらに限定されない後続のイオン処理に適切な第１の復元圧力に復元する。種々の実施形態では、第１の復元圧力値は、約２ｘ１０−５トールから約５．５ｘ１０−５トールの間の範囲にあることが可能である。
【０００９】
種々の実施形態では、補助交流電位の振幅は、特定の質量範囲および／または励起されるイオンの質量範囲に対応する事前設定された範囲にあるように選択されることが可能である。例えば、励起振幅は、５０Ｄａから約５００Ｄａの間の範囲内の質量を有するイオンについて、約５０ミリボルト（０−ｐｋ）から約３００ミリボルト（０−ｐｋ）の間の範囲にあることが可能であり、約５００Ｄａから約５０００Ｄａの間の範囲内の質量を有するイオンについて、約１００ミリボルト（０−ｐｋ）から約１０００ミリボルト（０−ｐｋ）の間の範囲にあることが可能であり、その他の範囲も可能である。励起時間間隔は、補助交流電位とは逆に変動可能である。
【００１０】
特定のイオンの運動は、質量分析器のマシューパラメータａおよびｑによって制御される。陽イオンでは、これらのパラメータは、以下のように、端子から接地に印加される電位の特性に関連する。
【００１１】
【化１】
式中、ｅは、イオンにおける電荷であり、ｍｉｏｎは、イオン質量であり、Ω＝２πｆであって、ｆはＲＦ周波数であり、Ｕは、極から接地までのＤＣ電圧であり、Ｖは、各極から接地までのゼロからピークのＲＦ電圧である。電位が、極の対と接地との間に異なる電圧により印加される場合、ＵおよびＶは、それぞれ、ロッド対間のＤＣ電圧の１／２と、ゼロからピークのＡＣ電圧とである。ｘおよびｙの両方の方向における安定イオン運動を提供するａおよびｑの組み合わせは、通常、安定線図において示される。
【００１２】
種々の実施形態では、第１の上昇圧力値は、（ａ）約５ｘ１０−４トール未満、（ｂ）約３ｘ１０−４トール未満、（ｃ）約５．５ｘ１０−５から約５ｘ１０−４トールの間の範囲、（ｄ）約５．５ｘ１０−５から約３ｘ１０−４トールの間の範囲、および／または（ｅ）約１ｘ１０−４トールから約５ｘ１０−４トールの間の範囲のうちの１つ以上である。水素、ヘリウム、窒素、アルゴン、酸素、キセノン、クリプトン、メタン、およびそれらの組み合わせが含まれるがこれらに限定されない多種多様の中性ガスを使用して、非定常状態圧力を生成することが可能である。
【００１３】
種々の実施形態では、励起電位の終了後に、親イオンの低質量フラグメントの保持を増加させるための方法が提供される。種々の実施形態では、励起電位の終了後、トラップ交流電位（トラップＲＦ）のｑ値を低下させる。ＲＦトラップ電位のｑの低下は、残存する高温（励起）親イオンが解離を継続し、かつより多くの低質量フラグメントを保持することが可能であるように低下可能である。マシュー安定性ｑパラメータの低下は、ＲＦトラップ電位振幅を低下させることによって、および／またはＲＦトラップ電位の角周波数を増加させることによって達成可能である。種々の実施形態では、これらの方法は、低質量値へのフラグメンテーションスペクトルの質量範囲の拡張を促進する。種々の実施形態では、ｑは、少なくとも１０％だけ、場合により少なくとも３０％または６０％だけ低下される。
【００１４】
種々の実施形態では、本発明の方法は、親イオンの初期励起の後にｑ値を低下させることによって、イオントラップに保持されるイオンフラグメント質量の範囲を増加させることが可能である。例えば、親イオンは、最初に、ｑｅｘｃのｑ値で励起され、その後、ｑｈの値までｑを低下させる。値ｑｈは、親イオンのｑの高質量カットオフ値として実験的に決定され、すなわち、使用され、かつトラップに親イオンを依然として保持し得るｑの最小値として実験的に決定可能である。ｑ値の低下により、イオントラップに保持されるイオンフラグメント質量の範囲の割合の増加Δ％が、以下の量だけもたらされる。
【００１５】
【化２】
式中、割合の増加は、トラップ、すなわち、ｍ−ＬＭＣＯにおいて保持されるイオンフラグメント質量の初期範囲に関連して表現される。
【００１６】
種々の実施形態では、励起電位の終了後に親イオンの低質量フラグメントの保持を増加するための方法が提供される。種々の実施形態では、励起電位の終了後およびガス注入の終了後、トラップ中の圧力は低下し、トラップ交流電位（トラップＲＦ）のｑ値は低下する。圧力の低下により、衝突間の平均時間が増加するため、内部の「高温」イオンがフラグメント化する時間が増える。熱化率が低下すると、励起停止後のフラグメンテーションの時間スケールは、励起が停止した後に、数ミリ秒以上延長可能になる。種々の実施形態では、ＲＦトラップ電位のｑを低下させて、残存する高温親イオンが解離を継続し、かつより多くの低質量フラグメントを保持することを可能にする。マシュー安定性ｑパラメータは、ＲＦトラップ電位振幅を低下させることによって、および／またはＲＦトラッピング電位の角周波数を増加させることによって低下可能である。これらの方法は、低質量値へのフラグメンテーションスペクトルの質量範囲の拡張を促進する。
【００１７】
種々の実施形態では、イオンをフラグメント化するための方法であって、（ａ）ＲＦ４重極部分を備える線形イオントラップのイオン閉じ込め領域において、ＲＦ４重極部分に関連する第１のマシュー安定性パラメータｑ値を有する第１のトラップ交流電位により、保持時間の間、イオンを保持するステップと、（ｂ）第１の上昇圧力持続時間の間、約６ｘ１０−５トールから約５ｘ１０−４トールの間の範囲における第１の可変上昇圧力に、イオントラップにおける圧力を上昇させるように、保持時間間隔の少なくとも一部分の間、中性ガスをイオントラップ内に供給することによって、イオントラップ内の動作圧力の少なくとも１０％の非定常状態圧力を提供するステップと、（ｃ）励起時間の間、イオンに補助交流電場を受けさせることによって、イオン閉じ込め領域内において、イオンの少なくとも一部分を励起するステップと、（ｄ）第１の安定性パラメータｑ値よりも低い第２のマシュー安定性パラメータｑ値を有する第２のトラップ交流電位を提供するために、第１のトラップ交流電位の振幅および角周波数のうちの１つ以上を変動させるステップと、（ｅ）保持時間の終了時に、イオントラップからイオンを放出するステップと、を含む方法が提供される。ｑの減少は、時間において実質的に線形の減少、時間において実質的に区分的な減少、実質において非線形の減少、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上を備えることが可能である。種々の実施形態では、放出されたイオンは、さらなるイオン処理、例えば、質量分析を受けるが、他の実施形態では、イオンの放出は、さらなる質量分析段階を必要としないように、質量選択方式（ＭＳＡＥ：質量選択軸方向放出）で発生する。
【００１８】
本発明の圧力パルス／ｑ降下の組み合わせのさらなる実施形態に関する側面によると、質量分析計のイオントラップにおいてイオンをフラグメント化するための方法であって、ａ）フラグメンテーションのために親イオンを選択することと、ｂ）保持時間間隔の間、イオントラップ内に親イオンを保持することであって、イオントラップは、約１ｘ１０−４トール未満の動作圧力を有することと、ｃ）保持時間間隔内の励起時間間隔中に、励起レベルにおけるマシュー安定性パラメータｑを提供するために、ＲＦトラップ電圧をイオントラップに提供することと、ｄ）親イオンを励起およびフラグメント化するために、励起時間間隔中に、共鳴励起電圧をイオントラップに提供することと、ｅ）第１の上昇圧力持続時間の間、約６ｘ１０−５トールから約５ｘ１０−４トールの間の範囲における第１の可変上昇圧力にイオントラップにおける圧力を上昇させるように、保持時間間隔のうちの少なくとも一部分の間、イオントラップ内に中性ガスを供給することによって、イオントラップ内の動作圧力の少なくとも約１０％の非定常状態圧力の増加を提供することと、ｆ）保持時間間隔内で、かつ励起時間間隔の後、共鳴励起電圧を終了し、イオントラップに印加するＲＦトラップ電圧を変更して、イオントラップ内に親イオンのフラグメントを保持するように励起レベル未満の保持レベルまでマシュー安定性パラメータｑを低下させることとを含み、励起時間間隔および第１の上昇圧力持続時間は、時間において実質的に重複する方法が提供される。種々の実施形態では、ｑの励起レベルは、ａ）約０．１５から約０．９の間、およびｂ）約０．１５から約０．３９の間であることが可能である。種々の実施形態では、共鳴励起電圧は、マシュー安定性パラメータｑを保持レベルまで低下させるように変化されるイオントラップに印加されるＲＦトラップ電圧に実質的に同時に終了する。
【００１９】
種々の実施形態では、ｑの保持レベルは、０．０１５を超えることが可能であり、ｑの冷気レベル未満の少なくとも１０パーセントであることが可能である。種々の実施形態では、励起時間間隔は、励起時間間隔がイオントラップにおける動作圧力とは逆に変動するように、イオントラップにおける動作圧力に少なくとも部分的に基づいて決定される。さらに、共鳴励起電圧の振幅は、共鳴励起電圧の振幅が、イオントラップにおける動作圧力とは逆に変動するように、イオントラップにおける動作圧力に少なくとも部分的に基づいて決定可能である。種々の実施形態では、ｑの保持レベルは、ｉ）イオントラップ内に親イオンを保持するのに十分高くなるように、かつｉｉ）親イオンの親ｍ／ｚの約５分の１未満のフラグメントｍ／ｚを有する親イオンのフラグメントをイオントラップ内に保持するのに十分低くなるように決定される。
【００２０】
圧力パルス／ｑ降下の組み合わせの上述の実施形態を含む本発明の種々実施形態では、中性ガスは、１つ以上のパルス弁から中性ガスを注入することによって供給される。本発明の種々の実施形態では、中性ガスには、水素、ヘリウム、窒素、アルゴン、酸素、キセノン、クリプトン、メタン、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上が含まれる。本発明の種々の実施形態では、ｅ）励起時間間隔前に、中性ガスをイオントラップ内に供給することを開始することを含み、第１の復元圧力値は、約２ｘ１０−５トールから約５．５ｘ１０−５トールの範囲にある。種々の実施形態では、非定常状態圧力増加は、少なくとも５０％であるか、またはいくつかの実施形態では、イオントラップ内の動作圧力の１００％である。
【００２１】
４０００ ＱＴＲＡＰＴＭシステム（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ｜ＭＤＳ Ｓｃｉｅｘ）を、ＭＳデータの収集に使用し、全ての検出は、ＴｕｒｂｏｌｏｎｓｐｒａｙＴＭを使用して陽イオンモードで実行した。また、パルス化ガスをトラップ領域に導入することを可能にする改良型器具において実験を実行した。ＭＳ３がＱｑＬＩＴ上で実行される場合、フラグメンテーション（ＭＳ２）の第１の段階は、衝突セルにおいて衝突誘起解離（ＣＩＤ）を介して発生する。衝突セルにおいて生成されるフラグメントを、所与のエネルギー（典型的には、８ｅＶ）において特定の時間量の間、ＬＩＴに移動した。短い冷却時間の後、対象のフラグメントは、分解ＤＣを印加することによって単離され、励起ステップが開始された。典型的には、移動エネルギーを使用する状態で、励起時間は、フラグメントイオンの性質に応じて、７０〜１００ミリ秒で変動する。フラグメントイオンの移動に使用するエネルギーが増加する場合、フラグメントイオンにおける残存内部エネルギーが十分であり、その結果、低質量フラグメントイオンの励起および捕捉に必要な時間が少なくなることが観測された（典型的には、よりエネルギーの多いフラグメンテーションに関連する）。本手法を使用して、ＭＳ３フラグメンテーションを、約２０ミリ秒の励起時間で実行した。種々の実施形態では、局所的圧力を増加させるパルス弁の使用は、例えば、フラグメンテーション効率のさらなる増加の形式において便益を示した。
【００２２】
出願者の教示に関するこれらの特徴および他の特徴について本明細書に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
当業者は、後述する図面が例証目的のためだけのものであることを理解する。図面は、出願者の教示の範囲を限定することを決して意図されない。
【図１ａ】図１ａは、Ｑトラップ線形イオントラップ質量分析計を略図において図示する。
【図１ｂ】図１ｂは、ＱトラップＱ−ｑ−Ｑ線形イオントラップ質量分析計を略図において図示する。
【図２ａ】図２ａは、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用して得られる１２９０Ｄａ親イオンについてのスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は１００ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの５０ｍＶである
【図２ｂ】図２ｂは、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用する１２９０Ｄａ親イオンについて得られるスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は５０ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの５０ｍＶである。
【図３ａ】図３ａは、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用して得られる７３４Ｄａ親イオンについてのスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は２５ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの１００ｍＶである。
【図３ｂ】図３ｂは、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用して得られる７３４Ｄａ親イオンについてのスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は１００ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの５０ｍＶである。
【図４】図４は、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用して得られる１５２２Ｄａ親イオンについてのスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は１００ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの７５ｍＶである。
【図５】図５は、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用して得られる１５２２Ｄａ親イオンについてのスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は２０ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの４００ｍＶである。
【図６】図６は、図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システムを使用して得られる１５２２Ｄａ親イオンについてのスペクトルをグラフにおいて図示し、フラグメンテーションまたは励起時間間隔は１０ミリ秒であり、共鳴励起電圧振幅は、ゼロからピークの７００ｍＶである。
【図７】図７は、線形イオントラップ（ＬＩＴ）を有するイオン分析装置の略ブロック図を図示する。
【図８Ａ】図８Ａは、４重極線形イオントラップと、中性衝突分子のガスをトラップ内に注入する装置とを概略的に示す立面側面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａに概略的に示す４重極トラップの立面端面図である。種々の実施形態を示すために、３つのガス注入ノズルが図面に追加されている。
【図９】図９は、中性衝突ガスの注入中および注入後の、イオン閉じ込め領域内の非定常状態圧力状態を表す例証的グラフである。
【図１０】図１０は、圧力の関数としての、質量選択軸方向放出（ＭＳＡＥ）効率に関する実験的に測定されたグラフである。
【図１１】図１１は、（ａ）衝突分子のガスの注入を行なわない場合、（ｂ）ガス注入を行なう場合の、カフェインイオン（ｍ／ｚ＝１９５．２）のフラグメンテーションから得られる質量スペクトルを比較する。
【図１２】図１２は、衝突分子のガスの注入を行なう場合（白丸）、ガス注入を行なわない場合（黒丸）の、励起時間の関数としての、リドカインイオン（ｍ／ｚ＝２３５）のフラグメンテーション効率の２つのグラフを示す。
【図１３】図１３は、２つの異なる時間、２５ミリ秒および１００ミリ秒の間に励起される異なるｍ／ｚ比率のイオンについてのフラグメンテーション効率における利得を比較する。フラグメンテーション効率における最大利得は、短い励起時間および小さいｍ／ｚ比率について観測される。
【図１４Ａ】図１４Ａは、衝突分子のガスの注入を行なう場合の、Ａｇｉｌｅｎｔイオン、つまり、１５２２Ｄａの質量を有する２，２，４，４，６，６−ヘキサヒドロ−２，２，４，４，６，６−ヘキサキス（（２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロペンチル）オキシ）−１，３，５，２，４，６−トリアザトリホスホリンとして既知である均一に置換されたフッ素化トリアザトリホスホリンのフラグメンテーションから得られる質量スペクトルを示す。マシューパラメータは、０．２３７３であり、３９７Ｄａの低質量カットオフ未満のイオンフラグメントが容易に観測された。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、図１４Ａに類似の条件に関する質量スペクトルを示すが、衝突ガスは注入されなかった。観測された低質量フラグメントの量は、大幅に低下した。
【図１５Ａ】図１５Ａは、パルス弁を使用してイオン励起中に衝突分子のガスを注入する場合の、質量９２２Ｄａのイオンのフラグメンテーションから得られる質量スペクトルを示す。低質量イオンフラグメントがトラップに保持され、質量スペクトルにおいて観測された。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、図１５Ａで使用された条件に対応する質量スペクトルを示すが、衝突ガスは、イオン励起中にイオントラップに注入されなかった。観測された低質量イオンフラグメントは実質的に少なかった。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本教示の種々の実施形態についてさらに説明する前に、本明細書および本技術分野において使用する種々の用語の使用について説明することが、その理解に有用になり得る。
【００２５】
イオンフラグメンテーション処理に関連する用語の１つとして、「フラグメンテーション効率」が挙げられ、これは、フラグメントに変換される親分子の量の測定値として定義されることが可能である。１００％のフラグメンテーション効率は、全ての親分子が、１つ以上の構成要素に分裂したことを意味する。追加の関連用語には、フラグメントを産生可能である速度と、後続のイオン処理にフラグメントが利用可能になる速度とが含まれる。
【００２６】
多種多様のイオントラップが知られており、そのイオントラップのうちの１つの種類として、イオンの半径方向閉じ込めのためのＲＦ多重極と、しばしばイオンの軸方向閉じ込めのための端部電極とを備える線形イオントラップが挙げられる。ＲＦ多重極は、一般的にロッドと呼ばれる偶数の細長い電極を備え、線形イオントラップにおいてしばしば見られる端部電極と区別するために、本明細書において半径方向閉じ込め電極とも呼ばれる。４つのロッドを備えるＲＦ多重極は、４重極と呼ばれ、６つの場合は６重極、８つの場合は８重極等と呼ばれる。これらの電極（但し、一般的にロッドと呼ばれる）の断面は、必ずしも円形ではない。例えば、双曲線状の断面の電極（対向面が双曲線形状を有する電極）も使用することが可能である。例えば、Ｊｏｈｎ Ｒａｙｍｏｎｄ ＧｉｂｓｏｎおよびＳｔｅｐｈｅｎ Ｔａｙｌｏｒによる「Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ ｍａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｆｏｒ ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ ａｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ 」， Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ， Ｖｏｌ． １４， Ｉｓｓｕｅ １８， Ｐａｇｅｓ １６６９ − １６７３ （２０００）を参照されたい。種々の実施形態では、ＲＦ多重極を使用して、多重極のロッドにＤＣ電位およびＡＣ電位を印加することによって、イオンをトラップ、フィルタリング、および／または誘導することが可能である。電位のＡＣ成分は、しばしばＲＦ成分と呼ばれ、振幅および発振周波数により説明可能である。１つを超えるＲＦ成分をＲＦ多重極に印加することが可能である。イオントラップに関する種々の実施形態では、トラップＲＦ成分を印加して、保持時間間隔の間、多重極内にイオンを半径方向に閉じ込め、イオン励起時間間隔の間に多重極の２つ以上の対向ロッドに印加される補助ＲＦ成分を使用して、並進エネルギーをイオンに与えることが可能である。
【００２７】
図１ａを参照すると、例えば、ＨａｇｅｒおよびＬｅ Ｂｌａｎｃによる米国特許第６，５０４，１４８号、ｒａｐｉｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ， ２００３， １７， １０５６−１０６４において記載されるような、本発明の側面に従って方法を実装するための使用に適切なｑトラップイオントラップ質量分析計の特定の変形例の略図が図示される。また、本発明の異なる側面に従って方法を実装するために異なる質量分析計を使用してもよいことを、当業者は理解する。
【００２８】
質量分析計の動作中、イオンは、オリフィス板１４およびスキマー１５を通って真空チャンバ１２内に入る。例えば、ＭＡＬＤＩ、ＮＡＮＯＳＰＲＡＹ、またはＥＳＩ等の任意の適切なイオン源１１を使用することが可能である。質量分析計システム１０は、ロッドＱ０およびＱ１の２つの細長い組を備える。これらのロッドの組は、４重極（すなわち、４つのロッドを有し得る）、６重極、８重極であってもよく、またはいくつかの他の適切な多重極構成を有してもよい。オリフィス板ＩＱ１は、ロッド組Ｑ０とＱ１との間に設けられる。場合によっては、ロッド組の隣り合う対の間のフリンジ電場は、イオンの流れを歪め得る。スタビロッドＱ１ａは、イオンの流れを細長いロッド組Ｑ１内に収束するのに役立つことが可能である。
【００２９】
図１ａに示すシステムでは、Ｑ０においてイオンを衝突で冷却することが可能であり、一方、Ｑ１は、線形イオントラップとして動作する。典型的には、ＲＦ電圧をロッドに印加し、適切なトラップ電圧を端部開口レンズに印加することによって、線形イオンストラップにおいてイオンをトラップすることが可能である。当然ながら、オフセット電圧をＱ１に印加してイオンを軸方向にトラップするように電圧差を提供する場合、端部レンズ自体に実際に電圧を提供する必要はない。
【００３０】
図１ｂを参照すると、Ｑ−ｑ−Ｑイオントラップ質量分析計の略図が図示される。図１ａまたは図１ｂの質量分析計システム１０のどちらかを使用して、本発明の異なる側面に従って方法を実装することが可能である。明確にするために、同一の参照番号を使用して、図１ａおよび図１ｂの質量分析計システム１０の類似要素を示す。簡潔にするために、図１ａの説明は、図１ｂに関して繰り返さない。
【００３１】
図１ｂの線形イオントラップ質量分析計システム１０の構成では、Ｑ１は、従来の透過ＲＦ／ＤＣ４重極質量分析計として動作し、Ｑ３は、線形イオントラップとして動作する。Ｑ２は、イオンが衝突ガスと衝突して、質量がより小さい生成物にフラグメント化する衝突セルである。場合により、Ｑ２は、イオン−中性反応またはイオン−イオン反応を発生させて他の種類のフラグメントまたは付加物を生成する反応セルとしても使用可能である。
【００３２】
動作中、前駆イオンの群がＱ０に入り、その中で冷却された後、対象の特定の前駆イオンまたは親イオンは、Ｑ１において選択され、Ｑ２に送られることが可能である。衝突セルＱ２では、この対象の親イオンまたは前駆イオンは、例えば、フラグメント化されて、対象のフラグメントを産生し、次いで、対象のフラグメントは、Ｑ２から線形イオントラップＱ３に放出される。Ｑ３内において、Ｑ２からのこの対象のフラグメントは、以下により詳細に説明するように、Ｑ３において実行する後続の質量分析において対象の親イオンになることが可能である。
【００３３】
図２ａおよび図２ｂを参照すると、質量が１２９０Ｄａである親イオンのフラグメンテーションスペクトルが図示される。フラグメンテーションスペクトルは、図１ｂの線形イオントラップＱ３により生成される。Ｑ３において分析する親イオンは、Ｑ１において適切な前駆イオンを選択し、次いで、Ｑ２においてこれらの前駆イオンをフラグメント化して、他のイオンの中から質量が１２９０Ｄａの親イオンを提供することによって入手され得る。次いで、この質量が１２９０Ｄａの親イオンは、Ｑ３に送られ得る。グラフに示すように、使用するフラグメンテーション時間は異なるが、同じ励起電圧１００ｍＶｐ−ｐが用いられた。グラフにおいて示されるように、図２ａの質量スペクトルのフラグメンテーション時間または励起時間間隔は、１００ミリ秒であり、図２ｂのスペクトルのフラグメンテーション時間または励起時間間隔は、５０ミリ秒であった。両事例では、Ｑ３における圧力は、約３．５ｘ１０−５トールであった。図２ａおよび図２ｂの両方のスペクトルを得るために、１つのｑ値、０．２３６を使用した。概して、イオンは、ｑ値が０．９０７を超えると不安定になる。両スペクトルの低質量カットオフは、親イオンの質量の約２６％、つまり約３３５Ｄａであり、これは、当技術分野の大部分について典型的である。図２ｂのスペクトルは、この質量閾値未満の明らかなピークを含まない。図２ｂのスペクトルは、３３５Ｄａの低質量カットオフの前後またはそれ未満の極めて小さいピークを示すのみである。
【００３４】
図３ａおよび図３ｂを参照すると、７３４Ｄａのｍ／ｚのイオンについて得られるスペクトルが図示される。図２ａおよび図２ｂの質量スペクトルと同様に、図３ａおよび図３ｂの質量スペクトルは、図１ｂの質量分析計システム１０のＱ３を使用して生成された。この場合、Ｑ３は、４．５ｘ１０−５の圧力で動作した。図３ａのスペクトルの場合、ｑは、初めに０．２３６の励起レベルに保持され、その後、０．１６の保持レベルまで降下された。より具体的には、ｑは、フラグメンテーション中、２５ミリ秒の間、０．２３６のレベルに保持され、その後、ｑを０．１６まで降下された。フラグメンテーション中、共鳴励起電圧振幅は２００ｍＶであった。
【００３５】
図３ｂのスペクトルは、１００ミリ秒のフラグメンテーション時間の間、１００ｍＶの共鳴励起電圧振幅をＱ３に提供することによって生成された。図３ａのスペクトルと同様に、図３ｂのスペクトルを提供するために、ｑ値は、このフラグメンテーション時間中の０．２３６の初期値から、０．１６のｑの保持値まで降下された。
【００３６】
図３ａおよび図３ｂのスペクトルの比較により、フラグメンテーション時間を減少させ、かつこのフラグメンテーション時間の後にｑを低下させて低質量のイオンの保持に役立てることによって、低質量カットオフにおける有意な利得を得ることが可能であることが明らかである。したがって、図３ａのスペクトルでは、１９１Ｄａまたは７３５Ｄａの２６％を大幅に下回る１５８．２Ｄａにおいて有意なピークが存在する。対照的に、ｑが、１００ミリ秒のより長い励起時間間隔の間に、より高いレベルの０．２３６に保持される場合、１９１Ｄａ閾値未満の有意なピークは存在しない。したがって、フラグメンテーション時間または励起時間間隔を短縮し、このフラグメンテーション時間の後にｑを降下させることによって、有意な利得を得ることが可能である。フラグメンテーション時間におけるこの降下により生じるフラグメンテーション効率の任意の低下は、共鳴励起電圧振幅を増加させることによってある程度補うことが可能である。すなわち、図３ａおよび図３ｂの質量スペクトルを比較すると、ピークは、１９１Ｄａの閾値を超えるとほぼ同一であり、違いは、１９１Ｄａの閾値未満において、図３ａのスペクトルではピークが示されるが、図３ｂのスペクトルには示されないことにある。
【００３７】
図３ａおよび図３ｂのスペクトルは、質量の低いイオンを保持可能にする際に、フラグメンテーション時間の短縮が有利であり得ることを示すように見えるが、フラグメンテーション時間の延長が、依然として、比較的フラグメント化しにくい強い親イオンに適切であり得る。図４を参照すると、１５２２Ｄａに同等のｍ／ｚの親イオンについて得られるスペクトルがグラフにおいて図示される。図２ａ、図２ｂ、図３ａ、および図３ｂに関連して上述したスペクトルと同様に、図４の親イオンは、最初に、図１ｂのシステムのＱ１において適切な前駆イオンを選択し、Ｑ２において、これらの選択された前駆イオンをフラグメント化し、次いで、Ｑ３において、これらの前駆イオンのフラグメントのうちの１つ、つまり１５２２Ｄａのイオンについてさらなる分析を実行することによって得られる。図４のスペクトルを生成するために、Ｑ３は、３．５ｘ１０−５トールの圧力で動作した。フラグメンテーション時間は１００ミリ秒であり、共鳴励起電圧の振幅は１５０ｍＶであった。Ｑは、フラグメンテーション時間中、０．２３６の励起レベルに維持され、次いで、０．０８の保持レベルまで降下した。この場合、当技術分野の大部分に典型的である低質量カットオフは、３９５Ｄａであり、図４のグラフにおいて、その低質量カットオフが示される。
【００３８】
図４に示すように、本スペクトルは、３９５Ｄａの典型的な低質量カットオフ閾値を大幅に下回ってピークを含む。恐らく、最も有意なピークは、２５１Ｄａにおいて発生する。
【００３９】
比較的フラグメント化しにくい強い親イオンに適切なフラグメンテーション時間の延長に加え、より高い共鳴励起電圧を使用することも有利であり得る。図５を参照すると、１５２２Ｄａに同等であるｍ／ｚの親イオンについて得られるスペクトルがグラフにおいて図示される。上述のスペクトルと同様に、図５の親イオンは、最初に、図１ｂのシステムのＱ１において適切な前駆イオンを選択し、Ｑ２において、これらの選択された前駆イオンをフラグメント化し、次いで、Ｑ３において、これらの前駆イオンのフラグメントのうちの１つ、つまり１５２２Ｄａイオンのさらなる分析を実行することによって得られることが可能である。図５のスペクトルを生成するために、Ｑ３は、４．７ｘ１０−５トールの圧力で動作した。フラグメンテーション時間は、２０ミリ秒であり、共鳴励起電圧の振幅は８００ｍＶであった。Ｑは、フラグメンテーション時間中、０．４の励起レベルに維持され、次いで、０．０８３の保持レベルまで降下された。この場合、比較的高い共鳴励起電圧およびｑ値を考慮すると、当技術分野の大部分において典型的である低質量カットオフは、６７２Ｄａとなり、図５のグラフにおいて、その低質量カットオフが示される。図示するように、図５のスペクトルは、６７２Ｄａの典型的な低質量カットオフ閾値を大幅に下回ってピークを含む。
【００４０】
さらに大きい共鳴励起電圧振幅を使用され得る。図６を参照すると、１５２２Ｄａに同等であるｍ／ｚの親イオンについて得られるスペクトルがグラフにおいて図示される。上述のスペクトルと同様に、図６の親イオンは、最初に、図１ｂのシステムのＱ１において適切な前駆イオンを選択し、Ｑ２において、これらの選択された前駆イオンをフラグメント化し、次いで、Ｑ３において、これらの前駆イオンのフラグメントのうちの１つ、つまり１５２２Ｄａイオンのさらなる分析を実行することによって得られることが可能である。図６のスペクトルを生成するために、Ｑ３は、４．７ｘ１０−５トールの圧力で動作した。フラグメンテーション時間は、１０ミリ秒であり、共鳴励起電圧の振幅は、ゼロからピークの７００ｍＶであった。Ｑは、フラグメンテーション時間中、０．７０３の励起レベルに維持され、次いで、０．０８３の保持レベルまで降下した。この場合、比較的高い共鳴励起電圧およびｑ値を考慮すると、当技術分野の大部分において典型的である低質量カットオフは、１１８１Ｄａとなり、図６のグラフにおいてその低質量カットオフが示される。図示するように、図６のスペクトルは、１１８１Ｄａの典型的な低質量カットオフ閾値を大幅に下回ってピークを含む。
【００４１】
本発明のさらなる側面についてさらに分かり易くするために、本方法の種々の側面および実施形態について、図７および図８Ａ〜図８Ｂに関連して説明する。図７のブロック図は、イオントラップ２２０を備えるイオン分析装置を概略的に示し、イオントラップ２２０は、イオン源２１０とイオン後処理要素２３０との間に配置される。種々の実施形態では、イオン源２１０は、例えば、イオン化源（例えば、エレクトロスプレイの出口）、質量分析計の出口等であることが可能であり、後処理要素２３０は、例えば、質量分析計、タンデム量分析計、またはイオン検出装置であることが可能である。種々の実施形態では、イオントラップは、例えば、４重極ＬＩＴ等の、線形イオントラップ（ＬＩＴ）を備える。例えば、イオントラップ２２０は、例えば連続して配置されるいくつかの類似のイオントラップを備えることが可能である。イオントラップ２２０は、４重極線形イオントラップ、６重極線形イオントラップ、および多重極線形イオントラップが含まれるがこれらに限定されないいくつかの種類のイオントラップのうちの１つであることが可能である。種々の実施形態では、イオントラップ２２０は、イオン通路２０５に実質的に平行に配向されるイオン閉じ込め電極を有する４重極線形イオントラップである。種々の実施形態では、４重極線形イオントラップのロッド（半径方向閉じ込め電極）は、実質的に円形の断面を有する。
【００４２】
典型的には、イオントラップを有するイオン分析装置では、イオン源２１０から生じるイオン（典型的には、ガス形態）は、実質的にイオン通路２０５に沿ってイオントラップ２２０内に輸送される。イオン輸送の通路は、しばしばイオン軸と呼ばれ、必ずしも直線状である必要はなく、すなわち、通路は、１回以上屈曲してもよい。イオントラップを通るイオン軸は、典型的には、トラップ内において軸方向であると考えられ、トラップ内においてイオン通路に垂直な方向は、半径方向と考えられる。イオントラップを使用して、イオンを空間的に拘束すること、およびイオンをある時間の間トラップ内に保持することが可能である。この保持時間中、例えば、電気的励起、フラグメンテーション、選択、化学反応、冷却、分光測定等の１つ以上のイオン関連動作を実行することが可能である。保持時間の後、イオンは、イオントラップから、例えば、検出器、質量分析計等のイオン後処理要素２３０内に放出される。例えば、ＬＩＴからのイオンの放出は、例えば、イオントラップの軸２０５に沿ってイオン集団全体の放出を介して、質量選択軸方向放出（ＭＳＡＥ）を介して、トラップからの半径方向放出を介して発生することが可能である。
【００４３】
動作中、イオン源からイオントラップへのイオンの輸送と、イオントラップから後処理要素へのイオンの輸送とは、典型的には、例えば、イオン損失、他のガスとのイオンの反応、過剰な検出器雑音等を回避するために、約１０−３トール未満の減少圧力下で発生する。この圧力は、しばしば、トラップにおいて処理動作が発生していない場合、例えば、衝突または冷却ガスがイオントラップに添加されていない場合の、イオントラップチャンバ２２０に存在する基準圧力または環境圧力と呼ばれる。種々の実施形態では、定常状態背景圧力は、約５ｘ１０−５トール未満である。イオントラップからの放出時のイオンの損失および／またはイオントラップから後処理要素にイオンを輸送する効率は、環境圧力に依存し得る。種々の実施形態では、トラップからのイオンの放出時に、圧力は、約２ｘ１０−５トールから約５．５ｘ１０−５トールの間である。種々の実施形態では、圧力は、約２ｘ１０−５トールから約７．５ｘ１０−５トールの間である。種々の実施形態では、圧力は、約２ｘ１０−５トールから約１０−４トールの間である。
【００４４】
図８Ａ〜図８Ｂを参照すると、多重ＬＩＴの種々の実施形態が概略的に示される。種々の実施形態では、多重極ＬＩＴは、イオン通路２０５に実質的に平行にあるように構成される４つのロッド状電極３１０、半径方向閉じ込め電極と、イオンの軸方向閉じ込めを促進するエンドキャップ電極３１２とを備える。ＤＣ成分およびＡＣ成分を含む電位は、ロッド３１０およびエンドキャップ電極に印加可能であり、イオンをトラップ内のイオン閉じ込め領域３０５に閉じ込める電場を生成する。
【００４５】
イオン閉じ込め領域３０５内に保持されるイオンは、領域３０５の反対側に位置するロッド３１０の少なくとも２つに補助交流電位を印加することによって励起可能である。補助電位は、閉じ込め領域内に交流電場を生成し、これによりトラップ内におけるイオンの振動運動を加速する。イオンは、補助電位が印加される限り、運動エネルギーを得ることが可能である。得られた運動エネルギーは、イオンが、別の分子または原子との衝突を受ける場合に、内部イオンエネルギー（例えば、振動、回転、電子励起）に変換可能である。イオンの内部エネルギーは、複数の連続的な衝突により増加することが可能である。十分な内部エネルギーが利用可能である場合、フラグメンテーションがもたらされることが可能である。ロッドまたはエンドキャップ電極との衝突により、イオンの表面支援フラグメンテーションが、もたらされることが可能であるか、またはイオンの中和および損失がもたらされる可能性が高い。
【００４６】
動作中、イオン源からイオントラップへのイオンの輸送と、イオントラップから後処理要素へのイオンの輸送は、典型的には、例えば、イオン損失、他のガスとのイオンの反応等を回避するために、約１０−３トール未満の減少圧力下で発生する。この圧力は、しばしば、トラップにおいて処理動作が発生していない場合、例えば、衝突または冷却ガスがイオントラップに添加されていない場合の、イオントラップチャンバに存在する基準圧力または環境圧力と呼ばれる。種々の実施形態では、定常状態背景圧力は、約５ｘ１０−５トール未満である。イオントラップからの放出時のイオンの損失および／またはイオントラップから後処理要素にイオンを輸送する効率は、環境圧力に依存し得る。種々の実施形態では、トラップからのイオンの放出時に、圧力は、約２ｘ１０−５トールから約５．５ｘ１０−５トールの間である。２ｘ１０−５トール未満では、ＭＳＡＥ（質量選択軸方向放出）の効率を損なう可能性がある。５．５ｘ１０−５トールを超えると、検出器雑音が許容可能でなくなる可能性がある。
【００４７】
種々の実施形態では、本方法は、イオンをイオントラップ内に閉じ込め、中性ガスをイオントラップ内に供給して、第１の上昇圧力持続時間の間、トラップの少なくとも一部分内において、約５．５ｘ１０−５トールを超え、かつ約５ｘ１０−４トール未満である非定常状態圧力を生成する。例えば、図９を参照すると、種々の実施形態では、圧力は、基準動作圧力Ｐ０からピーク値ＰＰｋに上昇する。種々の実施形態では、ピーク値は、ガス注入の終了に実質的に一致する時に到達可能であるか、またはガス供給の終了後に発生可能であり、ガス供給装置の構成と真空チャンバ幾何学的形状とに依存する。種々の実施形態では、圧力は、図９の線４２２、４２４により境界付けられる領域として概略的に示す第１の上昇圧力持続時間の間、上昇圧力値Ｐ２を超えて上昇したままであり、最終的に、圧力は、基準動作圧力Ｐ０に復元する。種々の実施形態では、イオンフラグメンテーション中に到達するピーク圧力Ｐｐｋは、約５ｘ１０−４トール未満であり、上昇圧力持続時間は、約２５ミリ秒未満であり、基準動作圧力Ｐ０は、約３．５ｘ１０−５トールであることが可能であり、種々の実施形態では、実質的に定常状態である。種々の実施形態では、本方法は、約５ｘ１０−４トール未満、および／もしくは約３ｘ１０−４トール未満の中性衝突ガス圧力ＰＰｋを使用し、ならびに／または種々の実施形態では、本方法は、約１ｘ１０−４トールを超えるおよび／または約２ｘ１０−４トールを超える上昇圧力値Ｐ２を使用する。
【００４８】
種々の実施形態では、補助交流電場の印加は、イオントラップにおける圧力が、第１の上昇圧力（例えば、図９における線４２２）に到達する時と実質的に同時に印加される。補助交流電場は、弁を開放して圧力を増加させる時と同時に発生され得る。代替として、励起または補助交流電場は、弁が開放している合計時間を操作者が認識し、かつ圧力が高過ぎない限り、圧力がいくらか増加する機会を持った後に発生させてもよい。任意選択により、補助交流電場の印加の持続時間、つまり励起時間は、上昇圧力値Ｐ２を超える圧力上昇持続時間を過ぎて延長可能である。
【００４９】
種々の実施形態では、励起時間は、約１０ミリ秒を超え、約２０ミリ秒を越え、約３０ミリ秒を越え、および／または約５ミリ秒から約２５ミリ秒の範囲にある。種々の実施形態では、第１の上昇圧力持続時間は、約５ミリ秒から約２５ミリ秒の間の範囲である。種々の実施形態では、第１の上昇圧力持続時間は、圧力が上昇圧力値Ｐ２以上である時間に実質的に相当する。
【００５０】
種々の側面では、本教示は、イオンをフラグメント化するための方法であって、励起電位の終了後、親イオンの低質量フラグメントの保持を促進する方法を提供する。種々の実施形態では、励起電位の終了後およびガス注入の終了後、トラップ中の圧力は、低下する（例えば、衝突ガスは、トラップから排出可能である）。衝突間の平均時間は、圧力が減少するにつれて増加するため、内部の「高温」イオンがフラグメント化する時間が増える。熱化率が低下すると、励起停止後のフラグメンテーションの時間スケールは、数ミリ秒以上延長可能になる。種々の実施形態では、ＲＦトラップ電位および親イオン質量に関連するマシュー安定性ｑパラメータを低下させて、残存する高温親イオンが解離を継続し、かつより多くの低質量フラグメントを保持することを可能にすることができる。マシュー安定性ｑパラメータの低下は、ＲＦトラップ電位振幅を低下させることによって、および／またはＲＦ場の角駆動周波数を増加させることによって達成可能である。本方法は、低質量値へのフラグメンテーションスペクトルの質量範囲の拡張を促進する。
【００５１】
本教示の方法の種々の実施形態は、中性ガスをイオントラップ内に供給することによって、イオントラップのイオン閉じ込め領域内において非定常状態圧力増加を生成する。多種多様の手段を使用して、中性衝突ガスをイオントラップのイオン閉じ込め領域に供給して、この非定常状態圧力増加を産生することが可能である。例えば、中性ガスは、トラップのイオン閉じ込め領域の近くに位置するパルス弁によりトラップ内に供給されることが可能である。次に図８Ａ〜図８Ｂを参照すると、種々の実施形態では、ガス注入ノズル３２２を有するパルス弁３３０を使用して、例えば、管３２０により弁に連結されるガス供給部３４０からガスを供給する。ノズル３２２は、間に管３２０を含まずに弁３３０内に組み込み可能である。
【００５２】
種々の実施形態では、パルス弁は、Ｌｅｅ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｗｅｓｔｂｒｏｏｋ， Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ， Ｕ．Ｓ．により供給される種類であって、約０．２５ミリ秒の応答時間、約０．３５ミリ秒の最小パルス持続時間、および約２５０ｘ１０６周期の稼動寿命を有する種類であることが可能である。図８Ａを参照すると、種々の実施形態では、ノズルは、ロッド３１０から距離ｄ１３６２を置いて位置し、かつイオン閉じ込め領域３０５の中心から距離ｄ２３６４を置いて位置することが可能である。種々の実施形態では、ｄ１は約１０ｍｍであり、ｄ２は約２１ｍｍである。４重極型のトラップでは、パルス弁は、イオン閉じ込め領域の中心からロッド直径の２．２５倍よりも近くに位置しない。多くの実施形態では、パルス弁は、配列からの隣接ロッドの分離の少なくとも３倍に位置することが可能である。トラップ電位への摂動は、弁がより近い場合か、または弁が変形し得る材料から構成される場合に発生することがある。
【００５３】
パルス弁３３０を、制御電子機器により遠隔動作して、ガスのイオントラップ内への噴出を導入することが可能である。注入された中性ガスは、衝突標的物をイオンに提供する。ガス注入のタイミングは、補助交流電位の印加に実質的に一致するように選択可能である。
【００５４】
種々の実施形態では、ガスをノズル３２２から放出する際、ノズル３２２は、円錐状のプルームのガスを生成することが可能である。種々の実施形態では、ガス注入のために追加される装置は、プルーム３２４がイオン閉じ込め領域３０５に実質的に作用し、注入された分子とトラップされたイオンとの効率的な混合を促進するように、位置することが可能である。種々の実施形態では、ノズル自体は、所定のプルーム形状を供給するように設計されることが可能である。
【００５５】
本教示の方法の種々の実施形態は、イオン保持時間の終了時に、トラップからイオンを放出する。種々の実施形態では、例えば、さらなるイオン光学系および／または処理要素へのイオンの移動を促進するために、放出前にトラップ中の圧力を第１の復元圧力値に低下させる。種々の実施形態では、例えば、装置に存在し得るイオン検出器により課される可能な動作圧力、および／または例えば、質量選択軸方向放出（ＭＳＡＥ）によってトラップからのイオンの効率的な放出のために選択される値の小さいほうの圧力に、第１の復元圧力値を選択することが可能である。概して、イオン検出器は、感圧器具であり、検出器の損傷を回避するために安全動作圧力未満で動作しなければならない。この安全動作圧力は、第１の復元圧力値として選択可能である。
【００５６】
再び図９を参照すると、第１の復元圧力値を、基準動作圧力、Ｐ０に実質的に同等であるように選択することが可能であり、基準動作圧力、Ｐ０は、種々の実施形態では、イオントラップと組み合わせて使用する任意のイオン検出器の安全動作圧力、Ｐ１よりも低くなることが可能である。例えば、基準動作圧力は、５ｘ１０−５トールであってもよく、安全動作圧力は、９ｘ１０−５トールであってもよい。
【００５７】
放出処理、例えば、ＭＳＡＥは、それ自体、圧力依存性を有することが可能である。例えば、ＭＳＡＥ圧力依存性の例を、図１０の実験的に決定されたグラフにおいて示すことが可能である。本グラフは、概して、ＭＳＡＥ効率が、試験を受ける実験構成のための約３．５ｘ１０−５トール未満の圧力について減少することを示す。種々の実施形態では、約５ｘ１０−５トールを超える圧力で発生する過剰な検出器雑音は、ＭＳＡＥ測定に悪影響を及ぼす可能性がある。
【００５８】
種々の実施形態では、ＭＳＡＥは、約２ｘ１０−５トールから約５．５ｘ１０−５トールの間の圧力の範囲で実行される。種々の実施形態では、ＭＳＡＥは、約２ｘ１０−５トールから約７．５ｘ１０−５トールの間の圧力の範囲で実行される。種々の実施形態では、ＭＳＡＥは約２ｘ１０−５トールから約１ｘ１０−４トールの間の圧力の範囲で実行される。
【００５９】
種々の実施形態では、中性衝突ガス供給により到達するピーク圧力Ｐｐｋは、イオントラップの基準動作圧力、Ｐ０≦５ｘ１０−５トールの約１０倍以内である。種々の実施形態では、ピーク圧力の減少により、同一の体積および同一の真空ポンプ速度を有するイオンチャンバについて、圧力回復時間、例えば、チャンバが圧力Ｐ１に復元する時間であって、図９における線４２４と線４２６との間の時間を短縮することが可能であるため、種々の実施形態では、ピーク圧力上昇の低下の条件下でフラグメント化されたイオンは、より急速に後続のイオン処理に利用可能になることが可能である。
【００６０】
（数値シミュレーション）
理論に縛られることなく、本教示の理解をさらに伝達および促進するために数値シミュレーションを提示する。例えば、双極子励起を介するイオンのフラグメンテーション率が、複雑に相互に関連する多数の変数に依存することが可能であることを理解されたい。例えば、励起振幅、励起の持続時間、衝突相手の質量、運動エネルギーから内部エネルギーへのイオンの変換効率、背景ガスとの減衰衝突によるイオンの内部エネルギー冷却率および／または放射冷却率、イオン内における内部エネルギーの再分布、衝突ガスの密度、ならびにフラグメント化する化学結合の種類等の全てが、要因であることが可能である。本明細書において、多種多様のイオン質量、ガス注入持続時間、励起振幅、励起時間、および圧力について実行した研究からの結果が提示される。
【００６１】
イオンの内部自由度（振動および回転）への付与に利用可能なエネルギー量に対する上限は、イオンと衝突相手との間の質量中心衝突エネルギーを計算することによって推定可能である。質量中心衝突エネルギーＥｃｍは、数式、
【００６２】
【化３】
により決定可能である。式中、ｍ１は、イオンの質量であり、ｍ２は、中性衝突相手の質量であり、Ｅｌａｂは、基準実験室枠におけるイオンの運動エネルギーである。双極子励起の処理中、例えば、イオントラップの電極への補助交流電位の印加中、エネルギーは、運動エネルギーの形態でイオンに供給されるが、イオンは、存在し得る衝突ガスにおける中性分子との衝突により運動エネルギーを損失して、イオンは、運動エネルギー、Ｅ’ｌａｂになる可能性があり、この場合、ダッシュ記号は、導関数を示すのではなく、変数Ｅｌａｂにより提供される値とは電位的に異なるエネルギー値であることを示すだけである。運動エネルギー損失量は、２つの値Ｅｌａｂ、Ｅ’ｌａｂの差異であり、以下の数式を使用して決定可能である。
【００６３】
【化４】
数式（２）および数式（３）を使用して、ＥｃｍのＥｌｏｓｓとの関係は、
【００６４】
【化５】
として記述可能であり、
これは、ｍ１＞＞ｍ２の場合に約０．５Ｅｌｏｓｓとなる。励起中、イオンは、イオンの軌道における位置に依存して、高いおよび低い運動エネルギーの両方を有することが可能である。熱エネルギー級の衝突エネルギーでの衝突、例えば、軌道の種々の低運動エネルギー領域は、イオンの内部エネルギーの増加または減少をもたらすことが可能である。内部励起に利用可能なエネルギーの量は、質量中心衝突エネルギーに比例する。
【００６５】
励起処理中のイオンへのエネルギー入力率、Ｅｃｍ／衝突／単位時間は、イオンのフラグメンテーション率に影響を及ぼす。熱化率よりも速くイオンへのエネルギー入力率が増加する場合、およびイオンが電極と衝突しないか、そうでなければトラップから損失されない場合、イオンのフラグメンテーション率は、増加することが可能である。電極との衝突は、例えば、イオンの大部分を中和し、その損失をもたらす。
【００６６】
これらの処理および本教示についてより理解するために、イオン軌道シミュレータを使用して、イオンへのエネルギー入力率を調査した。シミュレータは、個々の衝突毎の質量中心衝突エネルギー、イオンと中性衝突ガスとの両方の熱運動速度の効果、ＲＦ閉じ込め場（トラップ交流電位）の効果、および４重極電極の円形断面形状による高次場の効果を考慮する。
【００６７】
エネルギー入力率、Ｅｃｍ／衝突／単位時間は、運動エネルギーからイオンの内部エネルギーに変換可能であるエネルギーの量に対して上限を提供する。この率が、トラップにおける圧力および励起振幅Ｖｅｘｃに依存可能であることが分かっている。励起振幅、Ｖｅｘｃは、本明細書において、４重極電極のうちの２つに印加される補助交流電位のゼロからピークの振幅として解釈される。イオンに関するエネルギー利得の持続時間は、励起振幅に依存することが可能であり、例えば、Ｖｅｘｃが高過ぎる場合、イオンは、高横断振幅に到達することが可能であり、例えば、電極と衝突することが可能であり、エネルギー利得持続時間は短縮される。
【００６８】
表１は、断面が実質的に円形であるロッドを有する線形ストラップ内において、Ａ、Ｂ、およびＣと示される３つの異なる条件下におけるイオンフラグメンテーションのシミュレーションからの結果を示す。第３の列に記載される励起振幅、Ｖｅｘｃは、シミュレーションにおいて４重極ロッドのうちの２つに印加される補助交流電位のゼロからピークの振幅を表す。結果として生じるイオン軌道の平均持続時間は、第４の列に記載され、ロッドとの衝突前にトラップ内においてイオンが振動を受ける時間量を平均で表す。得られたエネルギー入力率、Ｅｃｍ／衝突／単位時間、単位時間毎の衝突、衝突／単位時間、および質量中心衝突総エネルギー、Ｅｃｍは、隣接する列に記載される。シミュレーションについて、衝突相手には、中性窒素分子が選ばれ、イオンには、レセルピン（ｍ／ｚ＝６０９）が選択された。
【００６９】
事例ＡおよびＢでは、イオン閉じ込め領域内の圧力は、３．５ｘ１０−５トールであり、可能な最大励起時間は、１００ミリ秒であり、補助電位の振幅、Ｖｅｘｃは、それぞれ７．５ｍＶ（０−ｐｋ）および３０ｍＶ（０−ｐｋ）であった。事例Ｃでは、圧力は、３．５ｘ１０−４トールまで上昇し、Ｖｅｘｃは、３０ｍＶ（０−ｐｋ）であり、励起時間は、２５ミリ秒であった。表の結果は、１０個のイオン軌道の平均から得られ、その軌道の各々は、個々の組の初期開始条件を有する。シミュレーションについて、イオンは、トラップの軸の１．０ｍｍの半径内でランダムに分布された。次いで、イオンは、５ミリトールの圧力で５ミリ秒の時間の間、冷却された。窒素が、中性衝突ガスとして使用され、２８０Åの衝突断面積が使用された。最終的な空間座標および運動エネルギーが、シミュレーションの次の段階のための入力として使用された。シミュレーションの次の段階では、衝突頻度、散乱角、および初期ＲＦ相がランダムに選択された。
【００７０】
【表１】
事例Ａに対応するシミュレーションでは、イオンは、電極との衝突に十分大きい横断運動を得る前に、平均で約９３ミリ秒の間加速された。励起振幅を３０ｍＶ（０−ｐｋ）に増加させること（事例Ｂ）は、イオンへのエネルギー入力率、Ｅｃｍ／衝突／単位時間を増加させるように確認されなかった。代わりに、イオン軌道は、１．８ミリ秒後に終了するようにシミュレーションにおいて確認され、衝突に利用可能なＥｃｍの総量は、大幅に減少した。事例Ｂでは、シミュレーションにおけるイオンの大部分は、トラップ内でフラグメント化するのに十分なエネルギーを受ける前にロッドと衝突した。
【００７１】
シミュレーション（事例Ｃ）において、イオン励起中およびＶｅｘｃ＝３０ｍＶ（０−ｐｋ）における励起中に、圧力が３．５ｘ１０−４トールに上昇するによって、イオン軌道のいずれもが２５ミリ秒の時間上限の前に４重極ロッドで終了しないことが確認された。Ｅｃｍ／衝突／単位時間の量は、事例ＡおよびＢよりも約８倍増加したことが確認された。衝突に利用可能な合計Ｅｃｍは、シミュレーションにおける最大励起時間が、事例ＡおよびＢの１００ミリ秒から事例Ｃの２５ミリ秒に減少したにもかかわらず、事例Ａよりも２倍を上回って増加し、事例Ｂよりも１２５倍を上回って増加したことが示された。イオン軌道の平均持続時間は、事例Ｂから事例Ｃにおいて増加し、これは、中性ガス分子との衝突の増加によるものと考えられる。ゆえに、理論に縛られることなく、低圧力ＬＩＴにおけるフラグメンテーション中の圧力の増加が、イオンへのエネルギー入力率における増加と、トラップからの損失によるイオンの大幅な損失、例えば、電極との衝突をもたらさない高めの励起振幅の使用とを提供することが可能であると考えられる。理論に縛られることなく、衝突ガスが、イオン軌道の横断運動を弱める緩衝剤としての役割を果たすことが考えられる。
【実施例】
【００７２】
（実施例）
４重極線形イオントラップにおいてイオンフラグメンテーション実験を実行した。これらの実験の詳細および結果は、例として提示される。これらの実施例は、本教示の種々の実施形態を示すが、本教示の範囲を限定するように解釈されない。
【００７３】
イオンフラグメンテーション実験は、改良型Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ ４０００ Ｑ Ｔｒａｐ（登録商標）４重極線形イオントラップにおいて実行された。イオントラップのイオン閉じ込めロッドの断面は、実質的に円形であった。パルス弁を使用して、衝突ガス（窒素）を供給し、配置は、図２Ａに示す配置と類似した。パルス弁は、Ｌｅｅ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｗｅｓｔｂｒｏｏｋ， Ｃｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔ， Ｕ．Ｓ．からの弁であり、０．２５ミリ秒の応答時間、２億５０００万サイクルとして指定される動作寿命、および０．３５ミリ秒の最小パルス持続時間を有する弁であった。ある時間の間、パルス弁を開放することにより、イオンの双極子励起中に、線形イオントラップの少なくとも一部分における圧力の増加が可能になる。実験は、５ミリ秒から１００ミリ秒の範囲のガス注入パルス持続時間を使用して実行されたが、典型的な持続時間は２５ミリ秒である。これらの実験では、真空と圧力との連動は、検出器を保護するために、９．５ｘ１０−５トールの真空計の数値に設定された。真空計は、ＬＩＴを収容する真空チャンバに取り付けられ、ゆえに、計器で測定された圧力は、ガス注入後のＬＩＴのイオントラップ領域における圧力値よりも低かった。圧力の差異は、ガス注入源、例えば、パルス弁からの距離と、注入されたガスの分散に起因した。パルス弁は、窒素の１５０トールの背圧を有し、弁は、０．０７６ｍｍの直径の出口開口を有した。ＬＩＴチャンバにおける基準圧力は、パルス弁が閉じた状態で、３．７ｘ１０−５トールであった。パルス弁は、ＲＦトラップ場を干渉せずに、可能な限り線形イオントラップに近くに配置した。実験では、弁のオリフィスは、４重極ロッド組立体の中心から約２１ｍｍ置いて位置し、例えば、図２Ａにおける距離２６４は、約２１ｍｍであった。種々の実施形態では、弁またはその出力オフィリスのイオン閉じ込め領域に対する近位位置は、イオン閉じ込め領域内の所望の圧力上昇に必要な注入ガスの総量を減少させることが可能である。
【００７４】
質量範囲が１２９ｍ／ｚから５１４．７ｍ／ｚに及ぶ表２に列挙する５つの化合物についてフラグメンテーション実験を実行した。解離後、質量分析計においてイオンフラグメントを分析した。実質的に表２に示す質量範囲におけるフラグメンテーション質量スペクトルを統合することによって、化合物毎にフラグメンテーション効率を計算した。
【００７５】
【表２】
（実施例１：カフェイン）
カフェインイオン、ｍ／ｚ＝１９５のフラグメンテーションの中性衝突の中性衝突ガスの注入しない場合と、注入する場合との比較について図１１に示す。上部のスペクトル（ａ）は、フラグメンテーション中に衝突ガスが注入されない条件に対応し、３．７ｘ１０−５トールの基準圧力において親イオンを１２．５ｍＶ（０−ｐｋ）振幅で励起する場合に、２．１％のフラグメンテーション効率を生じる。下部のスペクトルは、衝突ガスの注入に使用されるパルス弁により同一のイオンを２１．５ｍＶ（０−ｐｋ）の振幅で励起する場合の１３．１％のフラグメンテーション効率を示す。各試行について、励起時間は、２５ミリ秒であった。本実験では、衝突ガスの注入が、６倍を超えてフラグメンテーション効率を増加させた。
【００７６】
（実施例２：リドカイン）
衝突ガスを注入しない場合、短い励起時間の間に、より少ないフラグメンテーションが観測された。図１２を参照すると、衝突ガス注入を行なう場合（白丸）および注入を行なわない場合（黒丸）のリドカインイオン、ｍ／ｚ＝２３５のフラグメンテーション効率が示される。１０ミリ秒の励起時間では、フラグメンテーション効率は、注入を行なわない場合、約１０％であり、注入を行なった場合約７５％であり、フラグメンテーション効率における利得は、約７．５であった。２５ミリ秒の励起時間では、効率の利得は、約２．９に降下し、１００ミリ秒では、利得は、またさらに約１．３まで降下する。データによると、本イオンについてガス注入を行なう場合のフラグメンテーション効率が、約２５ミリ秒を超える励起時間では大幅に改善されることはないが、一方、同一のイオンについてガス注入を行なわないフラグメンテーション効率は、最大１５０ミリ秒の励起時間までは、徐々に改善されることが示される。しかしながら、本教示を使用する衝突ガスを含まない場合の１５０ミリ秒において見られる同一の効率が、本教示を使用する衝突ガスを含む場合の約２５ミリ秒において得られることが可能である。
【００７７】
（実施例３：励起時間）
２つの異なる励起時間について種々のｍ／ｚ比率に関するガス注入を行なわない条件に比較して、衝突ガス注入の条件下でイオンフラグメンテーション効率における利得のグラフを図１３に示す。フラグメント化されたイオンは、表２に列挙されるイオンであった。２つのデータ組は、２５ミリ秒（黒丸）と１００ミリ秒（白丸）との励起時間に対応して示される。測定毎に、励起振幅は、親イオンのフラグメンテーションを最大化するように選択された。図１３のデータでは、短い励起時間および低イオン質量について、フラグメンテーション効率における観測利得が最大であることが示される。
【００７８】
（実施例４：低質量フラグメント）
励起電位の終了後、線形イオントラップにおける低質量イオンフラグメントの存在を検出するために実験を実行した。実験のマシューパラメータは、ｑ＝０．２３７３であった。本値では、低質量カットオフは、約３９７Ｄａ：ＬＭＣＯ＝１５２２・０．２３７３÷０．９０８である。試行は、イオン励起中のトラップへのガス注入を行なう場合およびガス注入を行なわない場合について実行された。図１４Ａ〜図１４Ｂの実験的に測定された質量スペクトルは、Ａｇｉｌｅｎｔイオン、つまり、２，２，４，４，６，６−ヘキサヒドロ−２，２，４，４，６，６−ヘキサキス（（２，２，３，３，４，４，５，５−オクタフルオロペンチル）オキシ）−１，３，５，２，４，６−トリアザトリホスホリンとして既知である均一に置換されたフッ素化トリアザトリホスホリン（本イオンについての特許を質量キャリブラントとして保持する米国特許第５，８７２，３５７号参照）であって、１５２２Ｄａの質量を有するものについて、これらのフラグメンテーション実験から得られた。スペクトルは、秒当たりのカウントで、約１５０Ｄａから約４５０Ｄａの質量の範囲について、検出されたイオンからの信号強度を記録する。両方の事例での励起時間は、約２０ミリ秒であった。
【００７９】
（励起後のｑ値の低下）
図１４Ａのイオンフラグメンテーション測定では、パルス弁によるガス注入によって、イオン閉じ込め領域における圧力が上昇した。低質量イオンフラグメントが観測され、また、励起ｑを上述のように低下させた場合に、典型的なＬＭＣＯ未満の質量を含むイオンも観測された。図１４Ｂのフラグメンテーション測定では、フラグメンテーション中に衝突ガスは注入されなかった。観測された低質量フラグメントは大幅に少なかった。
【００８０】
上昇圧力でのフラグメンテーション処理中に効率的に低質量イオンが生成されるため、イオントラップｑパラメータを、初期ＬＭＣＯ値未満の質量を有するフラグメントを保持するように低下させることが可能である。ｑパラメータを低下させると、ＬＭＣＯ値は低下し、より多くの低質量イオンがトラップに保持される。上述のように、ｑパラメータは、トラップの電極に印加するイオントラップＲＦ電位を低下させ、および／またはＲＦ電位の角周波数を増加させることによって、低下させることが可能である。ｑの減少は、時間において実質的に線形の減少、時間において実質的に区分的な減少、実質において非線形の減少、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上を含むことが可能である。
【００８１】
図１５Ａ〜図１５Ｂは、イオントラップ内における低質量イオンフラグメント保持に関する別の例を提供する。本例では、質量９２２Ｄａのイオンが、約０．２３７の初期ｑ値で励起された。このｑ値により、図１５Ｂに示すように、約２４０ＤａのＬＭＣＯ値が生じる。図１５Ａに示す事例では、パルス弁を使用して、励起中にトラップの不活性ガスを注入した。初期ＬＭＣＯ未満の低質量イオンフラグメントは、質量スペクトルにおいて明確に見られる。図１５Ｂに示す事例では、励起中に、イオントラップにガスは注入されなかった。初期ＬＭＣＯを超えて観測された低質量フラグメントは、より少なく、初期ＬＭＣＯ未満では、低質量フラグメントは実質的に観測されなかった。したがって、励起中に不活性ガスをトラップ中に提供することを、励起後にｑパラメータを減少させることと組み合わせることは、有利であり得る。
【００８２】
特許、特許出願、論説、書籍、論文、およびウェブページを含むがこれらに限定されない本出願に引用する全ての文献および類似の資料は、このような文献および類似の資料の形式にかかわらず、参照によりその全体が明示的に組み込まれる。定義された用語、用語の用法、説明する技法、またはその同等物を含むがこれらに限定されない組み込まれた文献および類似の資料のうちの１つ以上が本出願とは異なるか、または本出願に矛盾する場合、本出願が支配する。
【００８３】
本明細書に使用する項の表題は、構成目的のためだけのものであり、説明する主題を限定するものとして決して解釈されない。
【００８４】
種々の実施形態および実施例に関連して本教示について説明したが、本教示をこのような実施形態および実施例に限定することを意図しない。逆に、本教示は、当業者が理解する種々の代替、修正、および同等物を包含する。
【００８５】
請求項は、その趣旨について記述がない限り、説明する順番または要素に限定されるものとして読まれるべきではない。添付の請求項の精神および範囲から逸脱することなく、形式および詳細における種々の変更を当業者が加えてもよいことを理解されたい。以下の請求項およびその同等物の精神および範囲内で生じる全ての実施形態は、請求される。
【００８６】
本発明の他の変形および修正が可能である。例えば、多くの異なる線形イオントラップ質量分析計システム（上述のシステムに加えて）を使用して、本発明の異なる実施形態の側面に従って方法を実装してもよい。加えて、全てのこのような修正または変形は、本明細書に添付する請求項により規定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】
質量分析計のイオントラップにおいてイオンをフラグメント化するための方法であって、
ａ）フラグメンテーションのために親イオンを選択することと、
ｂ）保持時間間隔の間、該イオントラップ内に該親イオンを保持することであって、該イオントラップは、約１ｘ１０−４トール未満の動作圧力を有する、ことと、
ｃ）該保持時間間隔内の励起時間間隔中に、励起レベルにおけるマシュー安定性パラメータｑを提供するために、ＲＦトラップ電圧を該イオントラップに提供することと、
ｄ）該親イオンを励起し、フラグメント化するために、該励起時間間隔中に、共鳴励起電圧を該イオントラップに提供することと、
ｅ）第１の上昇圧力持続時間の間、約６ｘ１０−５トールから約５ｘ１０−４トールの間の範囲における第１の可変上昇圧力に、該イオントラップにおける圧力を上昇させるように、該保持時間間隔のうちの少なくとも一部分の間、該イオントラップに中性ガスを供給することによって、該イオントラップ内の該動作圧力の少なくとも約１０％の非定常状態圧力増加を提供することと、
ｆ）該保持時間間隔内で、かつ該励起時間間隔の後、該共鳴励起電圧を終了し、該イオントラップに印加する該ＲＦトラップ電圧を変更して、該イオントラップ内に該親イオンのフラグメントを保持するように該励起レベル未満の保持レベルまで該マシュー安定性パラメータｑを低下させることと
を含み、
該励起時間間隔および該第１の上昇圧力持続時間は、時間において実質的に重複する、
方法。
【請求項２】
前記励起時間間隔は、持続時間が約１ミリ秒から約１５０ミリ秒の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記励起時間間隔は、持続時間が約５０ミリ秒未満である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記励起時間間隔は、持続時間が約２ミリ秒を超える、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記励起時間間隔は、持続時間が約１０ミリ秒を超える、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記共鳴励起電圧は、ゼロからピークの約５０ｍＶから約２５０ｍＶの間の振幅を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記共鳴励起電圧は、ゼロからピークの約５０ｍＶから約１００ｍＶの間の振幅を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
ｑの前記励起レベルは、約０．１５から約０．９の間にある、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
ｑの前記保持レベルは、約０．０１５を超える、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
ｃ）は、前記励起時間間隔が、前記イオントラップにおける前記動作圧力とは逆に変動するように、該イオントラップにおける該動作圧力に少なくとも部分的に基づいて、該励起時間間隔を決定することを含み、
ｄ）は、該共鳴励起電圧の振幅が、該イオントラップにおける該動作圧力とは逆に変動するように、該イオントラップにおける該動作圧力に少なくとも部分的に基づいて、該共鳴励起電圧の振幅を決定することを含む、
請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
ｅ）は、ｉ）前記イオントラップ内に前記親イオンを保持するのに十分高くなるように、かつ、ｉｉ）該親イオンの親ｍ／ｚの約５分の１未満のフラグメントｍ／ｚを有する該親イオンのフラグメントを該イオントラップ内に保持するのに十分低くなるように、ｑの前記保持レベルを決定することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
ｑの励起レベルは、約０．１５から約０．３９の間にある、請求項２に記載の方法。
【請求項１３】
前記励起時間間隔は、約１０ミリ秒を超える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記共鳴励起電圧は、ゼロからピークの約５０ｍＶから約１００ｍＶの間の振幅を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記共鳴励起電圧は、ゼロからピークの約５０ｍＶから約１０００ｍＶの間の振幅を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項１６】
前記共鳴励起電圧は、前記マシュー安定性パラメータｑを前記保持レベルまで低下させるように変化する前記イオントラップに印加されるＲＦトラップ電圧と実質的に同時に終了する、請求項２に記載の方法。
【請求項１７】
ｂ）において、前記イオントラップは、約５ｘ１０−５トール未満の動作圧力を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項１８】
ｑの保持レベルは、ｑの励起レベルの少なくとも約１０パーセント未満である、請求項２に記載の方法。
【請求項１９】
前記非定常状態圧力増加は、前記イオントラップ内の前記動作圧力の少なくとも５０％である、請求項２に記載の方法。
【請求項２０】
前記中性ガスを供給することは、１つ以上のパルス弁から中性ガスを注入することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項２１】
前記中性ガスには、水素、ヘリウム、窒素、アルゴン、酸素、キセノン、クリプトン、メタン、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上が含まれる、請求項２に記載の方法。
【請求項２２】
ｅ）は、前記励起時間間隔前に、中性ガスを前記イオントラップ内に供給することを開始することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の復元圧力値は、約２ｘ１０−５トールから約５．５ｘ１０−５トールの範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記非定常状態圧力増加は、前記イオントラップ内の前記動作圧力の少なくとも１００％である、請求項２に記載の方法。
【請求項１】
質量分析計のイオントラップにおいてイオンをフラグメント化するための方法であって、
ａ）フラグメンテーションのために親イオンを選択することと、
ｂ）保持時間間隔の間、該イオントラップ内に該親イオンを保持することであって、該イオントラップは、約１ｘ１０−４トール未満の動作圧力を有する、ことと、
ｃ）該保持時間間隔内の励起時間間隔中に、励起レベルにおけるマシュー安定性パラメータｑを提供するために、ＲＦトラップ電圧を該イオントラップに提供することと、
ｄ）該親イオンを励起し、フラグメント化するために、該励起時間間隔中に、共鳴励起電圧を該イオントラップに提供することと、
ｅ）第１の上昇圧力持続時間の間、約６ｘ１０−５トールから約５ｘ１０−４トールの間の範囲における第１の可変上昇圧力に、該イオントラップにおける圧力を上昇させるように、該保持時間間隔のうちの少なくとも一部分の間、該イオントラップに中性ガスを供給することによって、該イオントラップ内の該動作圧力の少なくとも約１０％の非定常状態圧力増加を提供することと、
ｆ）該保持時間間隔内で、かつ該励起時間間隔の後、該共鳴励起電圧を終了し、該イオントラップに印加する該ＲＦトラップ電圧を変更して、該イオントラップ内に該親イオンのフラグメントを保持するように該励起レベル未満の保持レベルまで該マシュー安定性パラメータｑを低下させることと
を含み、
該励起時間間隔および該第１の上昇圧力持続時間は、時間において実質的に重複する、
方法。
【請求項２】
前記励起時間間隔は、持続時間が約１ミリ秒から約１５０ミリ秒の間である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記励起時間間隔は、持続時間が約５０ミリ秒未満である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記励起時間間隔は、持続時間が約２ミリ秒を超える、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記励起時間間隔は、持続時間が約１０ミリ秒を超える、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記共鳴励起電圧は、ゼロからピークの約５０ｍＶから約２５０ｍＶの間の振幅を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記共鳴励起電圧は、ゼロからピークの約５０ｍＶから約１００ｍＶの間の振幅を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
ｑの前記励起レベルは、約０．１５から約０．９の間にある、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
ｑの前記保持レベルは、約０．０１５を超える、請求項２に記載の方法。
【請求項１０】
ｃ）は、前記励起時間間隔が、前記イオントラップにおける前記動作圧力とは逆に変動するように、該イオントラップにおける該動作圧力に少なくとも部分的に基づいて、該励起時間間隔を決定することを含み、
ｄ）は、該共鳴励起電圧の振幅が、該イオントラップにおける該動作圧力とは逆に変動するように、該イオントラップにおける該動作圧力に少なくとも部分的に基づいて、該共鳴励起電圧の振幅を決定することを含む、
請求項２に記載の方法。
【請求項１１】
ｅ）は、ｉ）前記イオントラップ内に前記親イオンを保持するのに十分高くなるように、かつ、ｉｉ）該親イオンの親ｍ／ｚの約５分の１未満のフラグメントｍ／ｚを有する該親イオンのフラグメントを該イオントラップ内に保持するのに十分低くなるように、ｑの前記保持レベルを決定することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項１２】
ｑの励起レベルは、約０．１５から約０．３９の間にある、請求項２に記載の方法。
【請求項１３】
前記励起時間間隔は、約１０ミリ秒を超える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記共鳴励起電圧は、ゼロからピークの約５０ｍＶから約１００ｍＶの間の振幅を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記共鳴励起電圧は、ゼロからピークの約５０ｍＶから約１０００ｍＶの間の振幅を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項１６】
前記共鳴励起電圧は、前記マシュー安定性パラメータｑを前記保持レベルまで低下させるように変化する前記イオントラップに印加されるＲＦトラップ電圧と実質的に同時に終了する、請求項２に記載の方法。
【請求項１７】
ｂ）において、前記イオントラップは、約５ｘ１０−５トール未満の動作圧力を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項１８】
ｑの保持レベルは、ｑの励起レベルの少なくとも約１０パーセント未満である、請求項２に記載の方法。
【請求項１９】
前記非定常状態圧力増加は、前記イオントラップ内の前記動作圧力の少なくとも５０％である、請求項２に記載の方法。
【請求項２０】
前記中性ガスを供給することは、１つ以上のパルス弁から中性ガスを注入することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項２１】
前記中性ガスには、水素、ヘリウム、窒素、アルゴン、酸素、キセノン、クリプトン、メタン、およびそれらの組み合わせのうちの１つ以上が含まれる、請求項２に記載の方法。
【請求項２２】
ｅ）は、前記励起時間間隔前に、中性ガスを前記イオントラップ内に供給することを開始することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の復元圧力値は、約２ｘ１０−５トールから約５．５ｘ１０−５トールの範囲にある、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記非定常状態圧力増加は、前記イオントラップ内の前記動作圧力の少なくとも１００％である、請求項２に記載の方法。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【公表番号】特表２０１１−５１１２７４（Ｐ２０１１−５１１２７４Ａ）
【公表日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５４４５４４（Ｐ２０１０−５４４５４４）
【出願日】平成２１年１月２６日（２００９．１．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２００９／００００８８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０９４７６０
【国際公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【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４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２６日（２００９．１．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＣＡ２００９／００００８８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０９４７６０
【国際公開日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【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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