JP2023519238A - 第３段階における追加のクラスタ分離を伴う３段階大気圧／真空遷移式質量分析計吸気口 - Google Patents

Abstract

質量分析計は、オリフィスを有するオリフィスプレートと、オリフィスプレートの下流の第１のチャンバの中の第１の多極イオンガイドと、第１のチャンバの下流の第２のチャンバの中の第２の多極イオンガイドとを備えている。第１のイオンレンズは、第１の多極イオンガイドと第２の多極イオンガイドとの間にある。第３の多極イオンガイドは、第２のチャンバの下流の第３のチャンバの中にあり、第３の多極イオンガイドは、複数のロッドを備えている。第２のイオンレンズは、第２のチャンバと第３のチャンバとの間にある。調整可能ＤＣ電圧源は、調整可能ＤＣオフセット電圧をイオンガイドおよびイオンレンズのうち少なくとも１つに印加し、イオンの軸方向運動エネルギーを増加させることによって、クラスタ分離および／または断片化のうち少なくとも１つを引き起こす。

Description

（関連出願）
本願は、参照することによって、全体として本明細書に組み込まれる２０２０年３月２４日に出願され、「Ｔｈｒｅｅ Ｓｔａｇｅ Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ ｔｏ Ｖａｃｕｕｍ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ Ｉｎｌｅｔ ｗｉｔｈ Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ Ｄｅｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｈｉｒｄ Ｓｔａｇｅ」と題された米国仮出願第６２／９９３，９６５号の優先権を主張する。

（技術分野）
本教示は、質量分析法のためのシステムおよび方法を対象とし、分光計の少なくとも２つの構成要素間に印加されるＤＣオフセット電圧が、イオンのクラスタ分離または断片化を促進するために採用される。

質量分析法（ＭＳ）は、定質的および定量的な両用途を伴う検体の元素組成を決定するための分析的技法である。ＭＳは、未知の化合物を同定すること、分子内の要素の同位体組成を決定すること、その断片化を観察することによって特定の化合物の構造を決定すること、および、サンプル内の特定の化合物の量を数値化することを行うために有用であり得る。質量分析計は、イオンとして化学的な実体を検出し、それによって、荷電イオンへの被分析物の変換が、サンプリングプロセス中に起こらなければならない。イオン形成プロセス中、いくつかの付加イオンが、例えば、溶媒和を介して、形成され得る。

質量分析計の吸気口オリフィスと第１の真空レンズ要素（例えば、スキマまたはイオンガイド）との間に印加される電圧が流入イオンおよび溶媒和されたクラスタの内部エネルギーを増加させ、イオンのクラスタ分離または断片化を促進することができることが、公知である。しかしながら、そのようなクラスタ分離および／または断片化の有効性は、オリフィスのサイズが増加するにつれて、減少する。例えば、効果的なクラスタ分離は、より大きなオリフィスのサイズを有するシステムに対して、より大きな電圧オフセットを要求する。

故に、大きなオリフィスのサイズを利用することを可能にし、同時に、質量分析計の中に導入されるイオンの効果的なクラスタ分離および／または断片化を可能にする質量分析法のための改良されたシステムおよび方法に対する必要性がある。

一側面では、質量分析計が開示され、それは、複数のイオンを受け取るためのオリフィスを有するオリフィスプレートと、該オリフィスプレートの下流に位置付けられた第１のチャンバの中に配置された第１の多極イオンガイドと、該第１のチャンバの下流に位置付けられた第２のチャンバの中に配置された第２の多極イオンガイドとを備えている。第１のイオンレンズは、第１の多極イオンガイドと第２の多極イオンガイドとの間に配置される。第３の多極イオンガイドは、第２のチャンバの下流に位置付けられた第３のチャンバの中に位置付けられる。第２のイオンレンズは、第２のチャンバと第３のチャンバとの間に位置付けられる。質量分析計は、該第１、第２、および第３の多極イオンガイドの少なくとも１つ、および／または、該第１および前記第２のイオンレンズのうち少なくとも１つに調整可能ＤＣオフセット電圧を印加し、イオンの軸方向運動エネルギーを増加させ、イオンの少なくとも一部のクラスタ分離および／または断片化のうち少なくとも１つを引き起こすための調整可能ＤＣ電圧源をさらに含む。

いくつかの実施形態では、第１、第２、および第３の多極イオンガイドの各々は、それらの間のイオンの通過を可能にするように配置された複数のロッドを備えている。いくつかの実施形態では、第１、第２、および第３の多極イオンガイドの各々は、イオンが通過できる一連の積み重ねられたリングを備えている。

いくつかの実施形態では、調整可能ＤＣオフセット電圧は、第２および第３の多極イオンガイドの膨張区域内でのイオンの軸方向エネルギーを増加させるために印加される。

いくつかの実施形態では、ＤＣ電圧は、その断片化を引き起こすことなく、イオン束内に存在する付加イオンの少なくともいくつかのクラスタ分離を引き起こすように構成される。例として、いくつかのそのような実施形態では、印加されるＤＣ電圧は、例えば、約０Ｖ～約３００Ｖの範囲、例えば、約１０Ｖ～約２００Ｖの範囲、例えば、約２０Ｖ～約１４０Ｖの範囲内であり得る。いくつかの実施形態では、印加されるＤＣ電圧は、イオンの軸方向運動エネルギーを増加させ、イオンの少なくとも一部の断片化を引き起こし得る。

いくつかの実施形態では、オリフィスは、少なくとも約０．６ｍｍ、例えば、約０．７ｍｍ～約３ｍｍの範囲、例えば、約１ｍｍ～約１．５ｍｍの範囲内の直径を有する。

いくつかの実施形態では、調整可能電圧源は、０～約３００Ｖの範囲、例えば、約１０Ｖ～約２００Ｖの範囲、例えば、約２０Ｖ～約１４０Ｖの範囲内で印加される電圧を変動させるように構成される。

いくつかの実施形態では、第１のチャンバは、約５トル～約１５トルの範囲内の圧力に維持される。いくつかのそのような実施形態では、第２のチャンバは、約１～約５トルの範囲内の圧力に維持される。さらに、いくつかの実施形態では、第３のチャンバは、約３ミリトル～約１２ミリトルの範囲内の圧力に維持される。

いくつかの実施形態では、上記のＤＣオフセット電圧に加えて、ＤＣ浮動電圧が、例えば、約－１０Ｖ～約１０Ｖの範囲内で（この浮動電圧は、異なる値の範囲でもあり得る。例えば、ＴｏＦ上では、最大＋／－５００Ｖであることもある）、第１、第２、および第３の多極イオンガイドのいずれかに印加されることができる。いくつかの実施形態では、別の電圧源が、これらのイオンガイドにＤＣ浮動電圧を印加するために提供される。

いくつかの実施形態では、質量分析計は、１つ以上の無線周波数（ＲＦ）源を含み、ＲＦ電圧を該第１、該第２、および該第３の多極ロッドのうち少なくとも１つに印加し、それを通過するイオンを集束させることができる。

様々なイオン源が、複数のイオンを生成するために採用され得る。例として、いくつかの実施形態では、大気圧イオン源が、採用され得る。

関連側面では、質量分析計が、開示され、それは、複数のイオンを受け取るためのオリフィスを有するオリフィスプレートを備え、該オリフィスは、少なくとも約０．６ｍｍ、例えば、約０．７ｍｍ～約３ｍｍの範囲内の直径を有する。第１の多極イオンガイドは、オリフィスプレートの下流に位置付けられた第１のチャンバの中に配置される。第２の多極イオンガイドは、第１のチャンバの下流に位置付けられた第２のチャンバの中に配置される。第１のイオンレンズは、第１の多極イオンガイドと第２の多極イオンガイドとの間に配置される。第３の多極イオンガイドは、第２のチャンバの下流に位置付けられた第３のチャンバの中に配置される。第２のイオンレンズは、第２のチャンバと第３のチャンバとの間に配置され、調整可能電圧源は、該第２の多数のイオンガイドと該第２のイオンレンズとの間に調整可能ＤＣオフセット電圧オフセットを印加するために提供される。調整可能電圧源は、印加されるＤＣ電圧を調節し、イオンの軸方向運動エネルギーを増加させ、イオンの少なくともいくつかのクラスタ分離および断片化のうち少なくとも１つ（または、両方）を引き起こし得る。

いくつかの実施形態では、第１、第２、および第３のイオンガイドの各々は、それらの間のイオンの通過を可能にするように配置された複数のロッドを含むことができる。ロッドは、とりわけ、四重極、六重極、十二重極等の様々な異なる幾何学形状で配置され得る。

いくつかの実施形態では、第１のチャンバは、約５トル～約１５トルの範囲内の圧力に維持され、第２のチャンバは、約１トル～約５トルの範囲内の圧力に維持され、第３のチャンバは、約３ミリトル～約１２ミリトルの範囲内の圧力に維持される。

いくつかの実施形態では、調整可能電圧源は、約０～約３００Ｖの範囲内、例えば、約１０Ｖ～約１４０Ｖの範囲内で印加される電圧を変動させるように構成される。

いくつかの実施形態では、多数のイオンガイドの少なくとも１つ、例えば、第２のイオンガイドは、約－２００Ｖ～約＋２００Ｖの範囲、例えば、約－１００Ｖ～約＋１００Ｖの範囲内のＤＣ浮動電圧に維持される。多くの実施形態では、クラスタ分離／断片化が発生する場所の上流に位置付けられる全ての要素は、同じ電圧で、一緒に浮動させられる。いくつかのそのような実施形態では、別の電圧源が、多極イオンガイド、第２のイオンレンズ、またはイオンガイドとレンズとの任意の組み合わせに、調整可能ＤＣオフセット電圧を印加するために提供される。いくつかのそのような実施形態では、調整可能ＤＣオフセット電圧は、イオンの少なくともいくつかの断片化を促進することができる。

いくつかの実施形態では、質量分析計は、１つ以上の無線周波数（ＲＦ）源を含み、第１、第２、および第３の多極イオンガイドのうち少なくとも１つにＲＦ電圧を印加し、それらが、イオンガイドを通過すると、イオンを半径方向に閉じ込め、集束させ得る。

多極イオンガイドは、様々な異なる構成で実装されることができる。例として、これらは、四重極、六重極、十二重極構成、または任意の数のロッドを伴う幾何学的形状として、実装され得る。イオンガイドはまた、ロッドではなく、リングを採用することによって、形成され得る。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの無線周波数（ＲＦ）源が、第１、第２、および第３の多極イオンガイドのうち少なくとも１つにＲＦ電圧を印加し、それを通過するイオンを集束させる。

関連側面では、質量分析計を使用したサンプルの質量分光分析のための方法が、開示され、分光計は、オリフィスプレートと、該オリフィスプレートの下流に縦一列に配置された３つのチャンバとを備え、イオンガイドは、該チャンバの各々の中に位置付けられ、第１のイオンレンズが、該第１のチャンバと該第２のチャンバとの間に配置され、第２のイオンレンズが、該第２のチャンバと該第３のチャンバとの間に配置される。方法は、サンプルをイオン化し、複数のイオンを形成することと、該オリフィスを通して、複数のイオンを受け取ることと、該３つのチャンバにイオンを通すことと、該イオンガイドおよび／またはイオンレンズの少なくとも１つにＤＣオフセット電圧を印加し、イオンの少なくともいくつかのクラスタ分離または断片化のうち少なくとも１つを引き起こすこととを含む。いくつかの実施形態では、イオンの少なくともいくつかは、付加イオンであり得る。

いくつかの実施形態では、第１のチャンバ内の圧力は、約５トル～約１５トルの範囲に維持され、第２のチャンバ内の圧力は、約１トル～約５トルの範囲に維持され、第３のチャンバ内の圧力は、約３ミリトル～約１２ミリトルの範囲に維持される。

本教示の種々の側面のさらなる理解は、関連付けられる図面と併せて、以下の詳細な説明を参照することによって、取得され得、それは、下記に簡潔に説明される。

図１は、サンプルの質量分光分析を実施する方法の実施形態における種々のステップを描写するフロー図である。

図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃは、本教示の実施形態による質量分析計を概略的に描写する。 図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃは、本教示の実施形態による質量分析計を概略的に描写する。 図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃは、本教示の実施形態による質量分析計を概略的に描写する。

図３Ａおよび図３Ｂの各々は、アセトニトリル付加物を伴うプロトン化コデインｅ－ｄ３イオン、およびプロトン化コデインｅ－ｄ３イオンに関する質量信号を示す。 図３Ａおよび図３Ｂの各々は、アセトニトリル付加物を伴うプロトン化コデインｅ－ｄ３イオン、およびプロトン化コデインｅ－ｄ３イオンに関する質量信号を示す。

図４Ａは、三連四重極ＭＳ／ＭＳ機器で測定されたミノキシジル親イオンに関する質量信号を示す。

図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、および図４Ｆは、三連四重極ＭＳ／ＭＳ機器における衝突エネルギーの増加に伴う５つの異なるミノキシジル娘イオンに関する質量信号を示す。 図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、および図４Ｆは、三連四重極ＭＳ／ＭＳ機器における衝突エネルギーの増加に伴う５つの異なるミノキシジル娘イオンに関する質量信号を示す。 図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、および図４Ｆは、三連四重極ＭＳ／ＭＳ機器における衝突エネルギーの増加に伴う５つの異なるミノキシジル娘イオンに関する質量信号を示す。 図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、および図４Ｆは、三連四重極ＭＳ／ＭＳ機器における衝突エネルギーの増加に伴う５つの異なるミノキシジル娘イオンに関する質量信号を示す。 図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、および図４Ｆは、三連四重極ＭＳ／ＭＳ機器における衝突エネルギーの増加に伴う５つの異なるミノキシジル娘イオンに関する質量信号を示す。

図４Ｇは、イオンの軸方向運動エネルギーを増加させるためのＤＣ電圧が０から１４０Ｖまで増加させられたときのミノキシジル親イオンに関する質量信号を示す。

図４Ｈ、図４Ｉ、図４Ｊ、および図４Ｋは、親イオンに対する信号低減と同時に、４つの異なるミノキシジル娘イオンに関する質量信号の発現を示す。 図４Ｈ、図４Ｉ、図４Ｊ、および図４Ｋは、親イオンに対する信号低減と同時に、４つの異なるミノキシジル娘イオンに関する質量信号の発現を示す。 図４Ｈ、図４Ｉ、図４Ｊ、および図４Ｋは、親イオンに対する信号低減と同時に、４つの異なるミノキシジル娘イオンに関する質量信号の発現を示す。 図４Ｈ、図４Ｉ、図４Ｊ、および図４Ｋは、親イオンに対する信号低減と同時に、４つの異なるミノキシジル娘イオンに関する質量信号の発現を示す。

図５Ａは、イオンエネルギーの関数として、ケトコナゾールに関するＭＳ／ＭＳデータを示し、ケトコナゾールの断片化は、４０ｅＶまたはそれよりも高いイオンエネルギーを要求することを示す。

図５Ｂは、２つの異なるケトコナゾール娘イオン、すなわち、ｍ／ｚ４８９．３および８２．２に関するＭＳ／ＭＳデータを示す。

図５Ｃは、イオンの軸方向運動エネルギーを増加させるために、本教示に従って印加される異なるＤＣ電圧に対するケトコナゾールイオンに関する質量信号を示す。

図５Ｄは、イオンの軸方向運動エネルギーを増加させるために、約４０～１４０Ｖの範囲内で本教示に従って印加されるＤＣ電圧に対するケトコナゾールの２つの娘イオンに関する質量信号を示す。

図６Ａは、三連四重極質量分析計の衝突セルにおいてタウロコール酸に関して入手されたＭＳ／ＭＳデータを示す。

図６Ｂは、イオンの軸方向運動エネルギーを増加させるために、本教示に従って印加されるＤＣ電圧を増加させることによって、タウロコール酸に関して入手された断片化データを示す。

図７Ａ－７Ｄは、本教示に従って印加されるＤＣ電圧のレベルに基づいた、様々なレベルのクラスタ分離におけるタウロコール酸のサンプルに関するＬＣ／ＭＳデータを示す。 図７Ａ－７Ｄは、本教示に従って印加されるＤＣ電圧のレベルに基づいた、様々なレベルのクラスタ分離におけるタウロコール酸のサンプルに関するＬＣ／ＭＳデータを示す。 図７Ａ－７Ｄは、本教示に従って印加されるＤＣ電圧のレベルに基づいた、様々なレベルのクラスタ分離におけるタウロコール酸のサンプルに関するＬＣ／ＭＳデータを示す。 図７Ａ－７Ｄは、本教示に従って印加されるＤＣ電圧のレベルに基づいた、様々なレベルのクラスタ分離におけるタウロコール酸のサンプルに関するＬＣ／ＭＳデータを示す。

図８Ａ－８Ｃは、同じＤＣ電圧に対して全て浮動させられた質量分析計のＩＱ０レンズと上流のイオンガイドの残りの部分との間で異なるＤＣ電圧オフセットでアルプラゾラムのサンプルを用いて行われたＬＣ／ＭＳ実験で取得されたデータを示す。

本開示は、ＤＣ電圧（本明細書内では、ＤＣオフセット電圧とも称される）が採用される質量分析のためのシステムおよび方法に関し、ＤＣ電圧は、概して、質量分析計に進入するイオンの軸方向運動エネルギーを増加させることによって、イオンの少なくとも一部のクラスタ分離または断片化のうち少なくとも１つを促進することができる電場を生成する。

図１のフロー図は、オリフィスプレートと、オリフィスプレートの下流に縦一列に配置された３つのチャンバとを備えている質量分析計を使用するサンプルの質量分光分析のための方法における種々のステップを示し、イオンガイドが、チャンバの各々の中に位置付けられ、第１のイオンレンズが、第１のチャンバと第２のチャンバとの間に配置され、第２のイオンレンズが、第２のチャンバと第３のチャンバとの間に配置されている。第１のチャンバは、約５トル～約１５トルの範囲の圧力に維持され、第２のチャンバは、約１トル～約５トルの範囲の圧力に維持され、第３のチャンバは、約３ミリトル～約１２ミリトルの範囲の圧力に維持される。

フロー図に描写されるように、サンプルは、イオン化され、複数のイオンを形成する。いくつかの実施形態では、複数のイオンは、１つ以上の付加イオン（例えば、溶媒和イオン）を含むことができる。イオンは、質量分析計のオリフィスを通して受け取られる。イオンは、３つのチャンバを通して伝送される。さらに、ＤＣ電圧、例えば、調整可能ＤＣオフセット電圧は、イオンガイドのうち少なくとも１つおよび／またはイオンレンズのうち少なくとも１つに印加され、第３のチャンバ内で、イオンの少なくともいくつかのクラスタ分離および断片化のうち少なくとも１つを引き起こす。

図２Ａおよび図２Ｂは、実施形態による質量分析計１００を概略的に描写し、それは、着目サンプルから複数のイオン２４を生成するためのイオン源２２を含む。本実施形態では、イオン源は、大気圧イオン源であり得る。イオン２４は、多極イオンガイド３６が位置付けられている真空チャンバ２６（本明細書内では、ＤＪＥＴ領域とも称される）に向かって、矢印３８によって示される概略の方向に沿って、進行することができる。イオン２４は、真空チャンバ２６の吸気口２８を介して、真空チャンバ２６に進入することができる。本実施形態では、カーテンプレート１０およびオリフィスプレート１２が、吸気口２８の前に位置付けられている。カーテンプレート１０およびオリフィスプレート１２は、オリフィス１０ａ／１２ａを含み、イオンは、オリフィス１０ａ／１２ａを通過し、真空チャンバ２６に到達し得る。

本実施形態では、オリフィス１０ａ／１２ａは、流入イオンが、チャンバ２６に進入することが可能であるほど十分に大きい。例として、オリフィス１０ａ／１２ａのいずれも、実質的に、約０．６ｍｍ～約１０ｍｍの範囲内の直径を伴う円形であり得る。

イオンガイド３６は、様々な異なる構成を有することができる。例として、いくつかの実施形態では、イオンガイド３６は、四重極ロッド組の形態であり得る一方、他の実施形態では、イオンガイド３６は、六重極または十二重極ロッド組の形態であり得る。より一般的に、イオンガイド３６は、任意の数のロッドを含むことができる。さらに、いくつかの実施形態では、イオンガイドは、一連の積み重ねられたリングを使用することによって、形成され得る。

真空ポンプ４２が、チャンバ２６に陰圧を印加し、所望の範囲内で、チャンバ内の圧力を維持することができる。例として、いくつかの実施形態では、チャンバ２６内の圧力は、約５トル～約１５トルの範囲内であり得る。

電力供給４０（本明細書内では、電圧源とも称される）が、イオンガイド３６のロッドに無線周波数（ＲＦ）電圧を印加し、イオン２４がイオンガイド３６を通過するとき、イオン２４を半径方向に閉じ込め、集束させる。

イオンガイド３６の下流に位置付けられたイオンレンズＩＱ００に配置された開口３２は、別の多極イオンガイド５６が位置付けられている（本明細書内では、ＱＪＥＴ領域とも称される）下流のチャンバ４５の中へのチャンバ２６からのイオンの通過を可能にする。真空ポンプ４２ｂは、チャンバ４５に陰圧を印加し、いくつかの実施形態では、チャンバ４５内の圧力が、例えば、約１トル～約５トルの範囲に維持される。

本実施形態では、多極イオンガイド５６は、四重極構成を有する一方、他の実施形態では、それは、六重極または十二重極構成等の他の構成を有する。他の実施形態では、それは、任意の数のロッドを備え得るか、または、一連の積み重ねられたリングを使用して形成され得る。

電圧源４０、または別の電圧源は、イオンガイド５６のロッドにＲＦ電圧を印加し、イオン２４がイオンガイド５６を通過するとき、イオン２４を半径方向に閉じ込め、集束させ得る。イオンレンズＩＱ０は、チャンバ４６からチャンバ４５を分離する。イオンレンズＩＱ０に提供された開口１１は、チャンバ４６の中へのチャンバ４５からのイオン２４の通過を可能にする。

真空ポンプ４２ｃが、チャンバ４６に陰圧を印加し、例えば、約３～約８ミリトルの範囲にこのチャンバ内の圧力を維持するために含まれ得る。多極イオンガイド６０が、チャンバ４６内に位置付けられている。電圧源４０または別の電圧源は、イオンガイド６０のロッドにＲＦ電圧を印加し、イオン２４がイオンガイド６０を通過するとき、イオン２４を半径方向に閉じ込め、集束させ得る。下記により詳細に議論されるように、チャンバ４６の上流に位置付けられる１つ以上の構成要素への加速ＤＣ電圧の印加は、イオン２４の軸方向運動エネルギーを増加させることによって、電圧差が印加される場所に応じてチャンバ４５および／またはチャンバ４６内で、イオンの少なくとも一部のクラスタ分離または断片化を引き起こし得る。

質量アナライザＱ１が、チャンバ４６の下流に位置付けられたチャンバ４７内に配置されている。真空ポンプ４２ｄは、チャンバ４７に陰圧を印加し、５ｅ^－５トル未満の圧力に、チャンバ４７を維持する。本実施形態では、太くて短いロッド６２も、チャンバ４７内に位置付けられている。本実施形態では、質量アナライザＱ１は、四重極構成で配置された４つのロッドを含むが、他の実施形態では、質量アナライザは、飛行時間（ＴｏＦ）等の他の構成に従って構成され得る。

他の実施形態において、本明細書に開示されるそれら以外のポンプ構成が採用され得ることが、当業者によって理解されるであろう。例えば、いくつかの実施形態によると、質量分析計の多数の段階を排除するために、単一のポンプが、採用され得る。さらに、いくつかの実施形態では、所与の段階における圧送を排除するために、真空ポンプのうち１つ以上のものが、完全に除外され得る。いくつかの実施形態では、圧送は、多数のポンプを採用することによって、段階のうちの任意のものにおいて達成され得る。例えば、ポンプ４２ｃおよび４２ｄは、粗引きポンプとターボ分子ポンプとの組み合わせを含み得る。全ての質量分析計構成要素が示されているわけではないことも理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、質量アナライザは、イオンを断片化するために、２つの質量分析四重極とそれらの間の衝突セルとを伴う三連四重極システムを備えていることもある。

イオンレンズＩＱ１がチャンバ４６と４７との間に配置され、チャンバ４６から４７の中にイオンが入るとき、イオンを集束させる。本実施形態で採用される他のイオンレンズと同様、イオンレンズＩＱ１は、金属製プレートとして形成され得、オリフィスが、それを通したイオンの通過を可能にするために、金属製プレートに提供される。他の実施形態では、イオンレンズの任意のものが、オリフィスを有するプレートの積み重ねられた組として、形成され得、オリフィスは、それを通したイオンの通過を可能にするために、実質的に整列させられる。

本実施形態では、ＤＣ電圧源５０（例えば、調整可能ＤＣ電圧源）は、イオンレンズＩＱ０とＱ０イオンガイドのロッドとの間にＤＣ電圧差を印加し、イオンがＩＱ０レンズに関連付けられたオリフィスを通過し、Ｑ０領域に進入するとき、イオンを加速する。イオンの加速は、それらの軸方向運動エネルギーを増加させ、故に、イオンが、ガス膨張を通してその後のより低い圧力領域内に入るとき、もしある場合、イオンの束内に存在する付加イオンの少なくともいくつかのクラスタ分離、および／またはイオンのうちの少なくともいくつかの断片化を引き起こし得る。本実施形態では、Ｑ０イオンガイドは、約－１００Ｖ～約＋１００Ｖの範囲内の浮動電圧、例えば、本実施形態では、約－１０Ｖ（例えば、図に示されていない、別の電圧源を使用することによる）に維持される。したがって、ＤＣ電圧源５０は、Ｑ０電極に印加される電位（これは、本実施形態では、約－１０Ｖ）を上回る追加のＤＣオフセット電位を提供する。

例として、ＤＣ電圧源５０は、イオンレンズＩＱ０とＱ０イオンガイドのロッドとの間に、約０～約３００Ｖの範囲、例えば、約１０Ｖ～約２００Ｖの範囲、例えば、約２０Ｖ～約１４０Ｖの範囲内で、電圧差を印加することができる。印加されるＤＣ電圧は、存在する場合、イオン束内に存在する付加イオンのクラスタ分離を（イオンの著しい断片化を引き起こすことなく）引き起こすように調節され得る。代替として、印加されるＤＣ電圧は、イオンの少なくともいくつかの断片化を引き起こすように調節され得る。いくつかのそのような実施形態では、付加イオンおよびクラスタの形態ではないイオンのうち少なくともいくつかは、断片化を経験する。いくつかの実施形態では、約０Ｖ～約２００Ｖの範囲内で印加されるＤＣ電圧が、付加イオンをクラスタ分離するために採用され得、約０Ｖ～約４００Ｖの範囲内で印加されるＤＣ電圧が、イオンの断片化を引き起こすために採用され得る。代替として、バックグラウンド干渉を備えているイオンは、それらがＱ０領域内に入るとき、加速され、断片化され、着目化合物に関する信号対雑音比を改良し得る。

下流Ｑ１は、技術的に公知な方法で、断片イオン製品の質量分析を提供することができる。

上で言及されるように、イオンの軸方向運動エネルギーを増加させるために採用される印加されるＤＣ電圧は、Ｑ０領域の上流に位置付けられた質量分析計の種々の構成要素を横断して印加され得る。例として、本教示の別の実施形態では、電圧源５０は、ＱＪＥＴイオンガイド（５６）のロッドとイオンレンズＩＱ０との間に、ＤＣ電圧差を印加し、イオンがＩＱ０レンズに接近するとき、ＱＪＥＴ領域内のイオンを加速し、それらの軸方向運動エネルギーを増加させ、故に、Ｑ０領域内または上流のＱＪＥＴ領域内でのそれらのクラスタ分離および／または断片化を促進する。例として、前の実施形態と同様、そのような実施形態では、印加されるＤＣ電圧は、約０～約２００Ｖの範囲、例えば、約１０Ｖ～約１４０Ｖの範囲内にあり得る。

以下の例は、本教示の種々の側面さらなる解明のために提供され、本発明の範囲を限定することは意図されない。

（実施例）
（実施例１－クラスタ分離）
図３Ａおよび図３Ｂは、５０：５０のアセトニトリル：水＋ｐＨ４．５に調節された５ｍＭの酢酸アンモニウム中に調製されるコデインｅ－ｄ３のサンプルに関して入手されたクラスタ分離データを示す。プロトン化コデインｅ－ｄ３イオン（ｍ／ｚ３０３）に加えて、アセトニトリル付加物を伴うプロトン化コデイン（ｍ／ｚ３４４）に関して、強度のピークが、観察された。実施例１－５に関して、ＤＣオフセット電圧は、図２Ｂで示されるように印加され、Ｑ０イオンガイドが、－１０Ｖの浮動電位に維持され、調節可能ＤＣオフセット電位が、ＤＪＥＴイオンガイド、ＩＱ００、ＱＪＥＴイオンガイド、およびＩＱ０上に印加された。オリフィスおよびカーテンプレート電位は、別個に最適化された。ＤＪＥＴ、ＩＱ００、ＱＪＥＴ、およびＩＱ０に印加される実際の電位は、陽イオンモードにおける化合物の分析のために、－１０Ｖ＋ＤＣオフセット電位であった。陰イオンモードでは、浮動電位は、＋１０Ｖであり、ＤＪＥＴ、ＩＱ００、ＱＪＥＴ、およびＩＱ０に印加される電位は、１０Ｖ－ＤＣオフセット電位であった。

第１の真空段階における十二重極イオンガイド、第２の真空段階における四重極イオンガイド、第３の真空段階における四重極イオンガイドを含む上記に描写されるものと類似する三連四重極質量分析計が、データを取得するために採用された。３つの真空段階における圧力は、６トル、２トル、および６ミリトルであった。最初に、ＤＣオフセット電圧は、０Ｖに設定され、ＤＪＥＴからＱ０領域までの全てのレンズ要素は、同一の電位に維持された。これらの条件の下、追加のイオン加熱は、界面領域内で予期されず、結果として、約２９％のコデイン付加物／プロトン化イオン比をもたらした。時間＝１分で、ＤＣオフセット電圧は、１０Ｖに増加させられ、ＤＪＥＴからＩＱ０までの全てのレンズは、０Ｖに維持された一方、Ｑ０ロッドは、－１０Ｖに維持された。ＩＱ０レンズとＱ０との間に印加されるこの小規模オフセット電位は、付加物／プロトン化イオンの新たな比が約１０．６％になるような付加物信号の減少（図３Ａ）およびプロトン化コデインｅ－ｄ３に対応する信号の増加（図３Ｂ）から明らかなように、クラスタ分離の発現を引き起こすために十分であった。

２０Ｖまで、ＤＣオフセット電位内のさらなる１０Ｖの増加が、時間＝２分で導入され、結果として、プロトン化コデインに対する信号レベルを維持しながら、クラスタイオンの数のさらなる減少をもたらした。クラスタ／プロトン化イオンの最終的な比は、６．８％であった。

したがって、図３Ａおよび３Ｂで提示されるデータは、本明細書で開示されるように、イオンの軸方向運動エネルギーの増加が、非共有クラスタ化相互作用を妨害し、信号／クラスタイオン集団の比を改良し得ることを示す。

（実施例２－低ｍ／ｚを伴うイオンの断片化）
上で言及されるように、本明細書に開示されるようなオフセットＤＣ電圧は、イオンの断片化のためにも使用され得る。ミノキシジルは、小分子であり、ＭＳ／ＭＳ機器内における断片化が比較的容易である。図４Ａ－４Ｆは、（実施例１で提示されるデータの収集のために使用される質量分析計と同じ）三連四重極質量分析計の衝突セルにおけるミノキシジルに関して入手されたＭＳ／ＭＳデータを示し、図４Ｃ－４Ｋは、ＩＱ０レンズとＱ０ロッドとの間で、ＤＪＥＴ構成において、ＤＣオフセット電圧を増加させ、Ｑ０領域内に通過するイオンを活性化することによって入手される断片化データを示す。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅ、および図４Ｆを参照すると、ミノキシジルが、三連四重極質量分析計のｑ２衝突セル内で容易に断片化される。図４Ａは、分光計のＱ３領域内で測定されるミノキシジルイオンに関する信号を示す。５から１０ｅＶまで衝突エネルギーを増加させると、ミノキシジル親イオンに関する信号の若干の増加を引き起こす。１０ｅＶより高い衝突エネルギーを伴って、ミノキシジルの著しい断片化は、親イオン信号の減少から明らかなように、３５ｅＶまたはそれよりも高いイオンエネルギーにおいて、任意の親イオン信号の本質的に完全な排除を伴って、発生する。

図４Ｂ－４Ｆは、衝突エネルギーの増加に伴う５つの異なるミノキシジル娘イオンに関する質量信号を示す。最高ｍ／ｚ娘イオン（ｍ／ｚ１９３）の場合、その発現および最適なイオンエネルギーの各々は、１０ｅＶおよび２０ｅＶであった。より低い質量の娘イオンは、予想されるように、より高いイオンエネルギー設定を伴って、生成された。逆に、図４Ｇは、フロントエンド（ＩＱ０レンズからＱ０イオンガイドまでのＤＣオフセット電圧）ＤＣオフセット電圧が、０Ｖから１４０Ｖまで増加させられるときのミノキシジル親イオンを示す。ミノキシジルの断片化の発現は、約７０Ｖで、ＤＣオフセット電圧を用いて現れ、娘イオンに関する最大信号は、８０－１１０ＶのＤＣオフセット電圧を用いて測定された。図４Ｈ、図４Ｉ、図４Ｊ、および図４Ｋは、親イオンの信号低減と同時に、４つの異なるミノキシジル娘イオンに関する信号の発現を示す。

上記の図４Ａ－４Ｋで提示されるデータは、本教示が、ＭＳ／ＭＳ質量分析計内の解離のために低衝突エネルギーを要求するもの等、イオンの断片化を引き起こすことにおいて有効であることを示す。

（実施例３－中程度のｍ／ｚを伴うイオンの断片化）
図５Ａ／５Ｂは、衝突エネルギーを増加させ、Ｑ２領域を通過するイオンを活性化することによって、三連四重極質量分析計の衝突セル内のケトコナゾールに関して入手されるＭＳ／ＭＳ断片化データを示す。図５Ａは、ケトコナゾールの断片化が、４０ｅＶまたはそれより高いイオンエネルギーを要求することを示す。図５Ｂは、２つの異なるケトコナゾール娘イオン、すなわち、４８９．３および８２．２のｍ／ｚを伴う娘イオンに関する信号を示す。ｍ／ｚ４８９．３およびｍ／ｚ８２．２に対する発現イオンエネルギーの各々は、３０ｅＶおよび４０ｅＶであった。

図５Ｃ／５Ｄは、ＤＣオフセット電圧が、本教示に従って、ＩＱ０レンズとＱ０との間に印加されたときのケトコナゾールに関する断片化データを示す。ケトコナゾールの断片化に対する発現は、約４０Ｖ ＤＣオフセット電圧であり、親イオン信号は、９０Ｖを上回る電圧値を用いて、本質的に排除された。２つの娘イオンに関連付けられた信号の増加と同時に起こる親イオン信号の排除が、この化合物に対して監視された。最大娘イオン信号は、約４０～１１０Ｖの印加されるＤＣオフセット電圧を用いて、観察された。

（実施例４－解離するために高内部エネルギーを要求するイオンの断片化）
図６Ａおよび図６Ｂは、それぞれ、三連四重極質量分析計の衝突セル内のタウロコール酸に関して入手されるＭＳ／ＭＳデータ、およびＩＱ０レンズとＱ０イオンガイドとの間の電位差を増加させ、Ｑ０領域の中に通過するイオンを活性化することによって入手される断片化データを示す。Ｑ０領域は、約７ｍトルの圧力に維持された。

図６Ａを参照すると、タウロコール酸の断片化に対する発現は、黒トレースの信号低減から明らかなように、約６０ｅＶで発生する。灰色トレースは、非常に低いｍ／ｚ娘イオン（ｍ／ｚ＝８０）に関する信号を示し、閾値および最適な衝突エネルギーの各々は、６０ｅＶおよび１３０ｅＶであった。本明細書に開示される方法を使用したｍ／ｚ８０娘イオンの生成の発現は、１００Ｖ ＤＣオフセット電圧を用いて観察される最大娘イオン信号を伴って、８０Ｖ（図６Ｂ）であった。ＤＣオフセット電圧が、１４０Ｖまで増加させられると、親イオン信号の約２倍の低減が、タウロコール酸に対して観察された。ＭＳ／ＭＳデータと同様、ｍ／ｚ８０娘イオンは、実質的な内部エネルギーに生成することを要求する。

（実施例５－ＬＣ／ＭＳに関する信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を改良するためのクラスタ分離）
液体クロマトグラフィ質量分光分析（ＬＣ／ＭＳ）実験が、１ｐｇ／μＬのタウロコール酸のサンプルを用いて行われた。データは、図７Ａ－７Ｄに提示される。ＬＣ／ＭＳ実験は、２．１ｍｍのＬＣカラム（Ｃ１８）を使用して、５００μＬ／分の流量で行われた。全てのパラメータは、０Ｖ～１４０Ｖの間で印加されるＤＣオフセット電圧が、様々なレベルのクラスタ分離を提供するように調節されたことを除いて、図７Ａ－７Ｄのデータに対して一定に維持された。ＤＣオフセット電圧設定は、０Ｖ（図８Ａ）、５０Ｖ（図８Ｂ）、６５Ｖ（図８Ｃ）、および９０Ｖ（図７Ｄ）であった。

ＤＣオフセット電圧が、０Ｖに設定されたとき、脱プロトン化タウロコール酸に関するピーク高は、７５，０００ｃｐｓであり、バックグラウンド連続体は、比較的高く、結果として、６７．５というＳ／Ｎ比をもたらした。ＤＣオフセット電圧は、次いで、図７Ｂに示されるように、５０Ｖに増加させられた。ＤＣオフセット電圧が、５０Ｖに設定されたとき、脱プロトン化タウロコール酸の強度に及ぼす有意な影響はなかった。（すなわち、ピーク高は、０Ｖ ＤＣオフセット電圧を用いて測定された値の２％以内であった。）しかしながら、バックグラウンド連続体のレベルにおける実質的な低下があり、結果として、２５１．１というＳ／Ｎ比をもたらした。これらのデータは、改良されたクラスタ分離が、この化合物に対する検出性における実質的な改良を提供し得ることを示す。ＤＣオフセット電圧は、図７Ｃに示されるように、６５Ｖにさらに増加させられた。６５ＶのＤＣオフセット電圧で、親イオンピークのいくつかの断片化が現れた。ピーク強度は、約３４％低下した。しかしながら、バックグラウンドは、より大きな差で減少し、結果として、さらに改良されたＳ／Ｎ比もたらした。最後に、印加されるＤＣオフセット電圧は、図７Ｄに示されるように、９０Ｖに増加させられ、脱プロトン化タウロコール酸イオンのより多くの断片化を誘発した。これらの条件の下、ピーク強度は、１３倍を超えて低下し、結果として、４１という芳しくないＳ／Ｎ比をもたらした。

図７Ａ－７Ｄに提示されるデータは、イオンの軸方向運動エネルギーの増加を引き起こすＤＣオフセット電圧を制御することによって、Ｓ／Ｎ比における追加の改良が、達成され得ることを実証する。下記の表１に示されるように、このアプローチは、０Ｖまたは６５Ｖのいずれかに設定されるＤＣオフセット電圧を用いて行われる反復的ＬＣ／ＭＳ分析に関して、再現可能な結果をもたらす。本教示によるクラスタ分離アプローチの使用は、Ｓ／Ｎ比において、約３．８倍の平均的な改良をもたらした。

（実施例６－ＬＣ／ＭＳに関する干渉ピークを低減／除去するための断片化）
実施例６において提示されるデータに関して、図２Ｃ示されるように、ＤＣオフセット電位が印加され、ＩＱ０およびＱ０イオンガイドは、－１０Ｖの浮動電圧に維持された。ＤＣオフセット電圧は、ＤＪＥＴイオンガイド、ＩＱ００、およびＱＪＥＴイオンガイドに印加され、カーテンプレートおよびオリフィスプレート電位は、別個に最適化された。ＤＪＥＴイオンガイド、ＩＱ００、およびＱＪＥＴイオンガイドに印加された実際の電位は、－１０Ｖ＋ＤＣオフセット電圧であった。液体クロマトグラフィ質量分光分析（ＬＣ／ＭＳ）実験が、ＱＪＥＴとＩＱ０レンズとの間で、異なるＤＣオフセット電圧オフセットで、アルプラゾラムのサンプルを用いて、行われた。この場合、ＤＣオフセット電圧は、ＱＪＥＴイオンガイドを伴うチャンバの後ろに印加され、軸方向エネルギーを増加させた。本実施形態の場合、ＤＣオフセット電圧の大きさは、ＤＣオフセット電圧がＩＱ０とＱ０との間に印加された前の実施形態と比較して、増加させる必要があり得る。ＤＣオフセット電圧は、ＤＪＥＴ、ＩＱ００、およびＱＪＥＴに印加された。オリフィス電位は、別個に制御され、イオンの分析のためのＤＪＥＴよりもさらに陽電位で維持された。データは、図８Ａ－８Ｃに描写される。クロマトグラムにおいて網掛けされたピークは、アルプラゾラムである一方、星印を伴うピークは、干渉である。ＱＪＥＴとＩＱ０との間にＤＣオフセットが存在しない場合（図８Ａ）、干渉ピークは、アルプラゾラムよりかなり大きく、異なるクロマトグラフ条件下では、それは、アルプラゾラムピークと重なり、その定量限界に負の影響を及ぼし得る。図８Ｂおよび図８Ｃは、ＱＪＥＴとＩＱ０との間に、それぞれ、４５Ｖおよび５０Ｖ ＤＣオフセット電位を印加することの影響を示す。これらの条件の下、干渉ピークは、事実上除去され、アルプラゾラムの良好な定量に対するリスクは、もはや存在しない。

本教示は、ＱＪＥＴとＩＱ０の間、およびＩＱ０とＱ０との間で電位オフセットを使用したクラスタ分離および断片化を実証した。Ｑ０領域内にイオンの軸方向エネルギーを増加させる任意の手段が、本明細書で議論されるように、クラスタ分離および断片化を達成し得ることは、本教示を考慮して、当業者にとって明らかであろう。例えば、イオンの軸方向運動エネルギーの増加は、システムの様々な構成要素間で、ＤＣオフセット電位を使用することによって、達成されることができる。

当業者は、種々の変更が、本発明の範囲から逸脱することなく、上記の実施形態に対して行われ得ることを理解するであろう。

Claims (20)

1. 質量分析計であって、前記質量分析計は、
   複数のイオンを受け取るためのオリフィスを有するオリフィスプレートと、
   前記オリフィスプレートの下流に位置付けられた第１のチャンバの中に配置された第１の多極イオンガイドと、
   前記第１のチャンバの下流に位置付けられた第２のチャンバの中に配置された第２の多極イオンガイドと、
   前記第１の多極イオンガイドと第２の多極イオンガイドとの間に配置された第１のイオンレンズと、
   前記第２のチャンバの下流に位置付けられた第３のチャンバの中に配置された第３の多極イオンガイドであって、前記第３の多極イオンガイドは、複数のロッドを備え、前記複数のロッドは、それらの間のイオンの通過を可能にするように配置されている、第３の多極イオンガイドと、
   前記第２のチャンバと第３のチャンバとの間に配置された第２のイオンレンズと、
   前記第１の多極イオンガイド、前記第２の多極イオンガイド、前記第３の多極イオンガイド、前記第１のイオンレンズ、および前記第２のイオンレンズのうち少なくとも１つに調整可能ＤＣオフセット電圧を印加するための調整可能ＤＣ電圧源と
   を備え、
   前記調整可能ＤＣオフセット電圧を印加することは、前記イオンの軸方向運動エネルギーを増加させ、前記イオンの少なくとも一部のクラスタ分離および断片化のうち少なくとも１つを引き起こす、質量分析計。
2. 前記調整可能ＤＣオフセット電圧は、前記第２または第３の多極イオンガイドのガス膨張区域内で前記イオンの軸方向運動エネルギーを増加させるために印加される、請求項１に記載の質量分析計。
3. 前記オリフィスの直径は、少なくとも約０．６ｍｍである、請求項１に記載の質量分析計。
4. 前記調整可能電圧源は、約０～約３００Ｖの範囲内で、前記印加されるＤＣオフセット電圧を変動させるように構成され、
   随意に、前記調整可能電圧源は、約０～約２００Ｖの範囲内で、前記印加されるＤＣオフセット電圧を変動させるように構成されている、請求項１に記載の質量分析計。
5. 前記第１のチャンバは、約５トル～約１５トルの範囲内の圧力に維持されている、請求項１に記載の質量分析計。
6. 前記第２のチャンバは、約１トル～約５トルの範囲内の圧力に維持されている、請求項５に記載の質量分析計。
7. 前記第３のチャンバは、約３ミリトル～約１２ミリトルの範囲内の圧力に維持されている、請求項６に記載の質量分析計。
8. 前記第１、前記第２、および前記第３の多極イオンガイドのいずれかは、約－５００Ｖ～約５００Ｖの範囲内のＤＣ浮動電圧に維持されている、請求項１に記載の質量分析計。
9. 前記第１の多極イオンガイド、前記第２の多極イオンガイド、前記第３の多極イオンガイド、前記第１および第２のイオンレンズのうちいずれかに前記調整可能ＤＣオフセット電圧を印加するための別の電圧源をさらに備えている、請求項８に記載の質量分析計。
10. １つ以上の無線周波数（ＲＦ）源をさらに備え、前記１つ以上のＲＦ源は、前記第１、前記第２、および前記第３の多極イオンガイドを通過するイオンを集束させるために、それらのうち少なくとも１つにＲＦ電圧を印加する、請求項１に記載の質量分析計。
11. 前記第１、前記第２、および前記第３の多極イオンガイドのうち少なくとも１つの前記ロッドは、四重極、六重極、および十二重極構成のいずれかで配置され、
    随意に、前記第１、第２、および第３の多極イオンガイドの各々は、前記イオンが通過することができる一連の積み重ねられたリングを備えている、請求項１に記載の質量分析計。
12. 複数のイオンを生成するためのイオン源をさらに備え、
    随意に、前記イオン源は、大気圧イオン源を備えている、請求項１に記載の質量分析計。
13. 質量分析計を使用したサンプルの質量分光分析の方法であって、前記質量分析計は、オリフィスプレートと、前記オリフィスプレートの下流に縦一列に配置された３つのチャンバとを備え、イオンガイドが、前記チャンバの各々の中に位置付けられ、第１のイオンレンズが、前記第１のチャンバと前記第２のチャンバとの間に配置され、第２のイオンレンズが、前記第２のチャンバと前記第３のチャンバとの間に配置され、前記方法は、
    前記サンプルをイオン化し、複数のイオンを形成することと、
    前記オリフィスを通して前記イオンを受け取ることと、
    前記イオンを前記３つのチャンバに通すことと、
    ＤＣオフセット電圧を使用し、前記イオンの軸方向運動エネルギーを増加させることによって、前記イオンの少なくともいくつかのクラスタ分離および断片化のうち少なくとも１つを引き起こすことと
    を含む、方法。
14. 前記ＤＣオフセット電圧は、前記第２のイオンレンズと前記第３のチャンバとの間に印加される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記ＤＣオフセット電圧は、前記第２のイオンガイドと前記第２のイオンレンズとの間に印加される、請求項１３に記載の方法。
16. 前記ＤＣオフセット電圧は、約０～約２００Ｖの範囲内である、請求項１３に記載の方法。
17. 前記イオンは、少なくとも付加イオンを備えている、請求項１３に記載の方法。
18. 約５トル～約１５トルの範囲内の圧力で、前記第１のチャンバを維持することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
19. 約１トル～約５トルの範囲内の圧力で、前記第２のチャンバを維持することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
20. 約３ミリトル～約１２ミリトルの範囲内の圧力で、前記第３のチャンバを維持することをさらに備えている、請求項１３に記載の方法。

Images