JP5322385B2 - 質量分析器におけるイオン集団の制御 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２００３年１月２４日提出の米国仮出願Ｎｏ．６０／４４２，３６８および２００３年６月５日提出の米国仮出願６０／４７６，４７３に利益を請求し、その両方を参照により本願に組み込む。

（背景）
本発明は、質量分析計におけるイオン集団の制御に関する。

イオン保存型質量分析計、たとえばＲＦ四重極イオントラップ、ＩＣＲ（イオンサイクロトロン共鳴）、ｏｒｂｉｔｒａｐおよびＦＴＩＣＲ（フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴）質量分析計は、発生したイオンをイオン光学手段を介して質量分析計の貯蔵／捕獲セルに移して、ここでイオンをさらに解析することによって機能する。当該装置における質量分解能、質量精度および再現性に限界を与える主要な要因の一つとして空間電荷があり、この空間電荷によって、実験から次の実験の間の、貯蔵、捕獲条件、またはＩＣＲまたはイオントラップの質量分析能力を変化させて、得られる結果を変えることが可能になる。

同様に、飛行時間型（ＴＯＦ）装置、またはＴｒａｐ−ＴＯＦなどのハイブリッドＴＯＦ質量分析計の操作において、操作者は典型的には、感度を最大限にするために、検出装置を飽和させるほどではないにせよ、できるだけ高い絶対イオン速度をＴＯＦに与えようと試みる。高い質量精度測定のために内部質量標準を用いる場合には、この問題は、内部標準と対象測定試料との相対強度を緊密に一致させる必要があるためにさらに複雑化する。

空間電荷効果は、捕獲されたイオンの電場同士の影響によって発生する。イオンの最終集団の組み合わせまたはバルク電荷は、周波数、したがってｍ／ｚに変化をもたらす。空間電荷が非常に高いと、得られる解像度が低下し、周波数（ｍ／ｚ）の近いピークが少なくとも部分的に融合することもある。走査と走査の間で生じる著しい空間電荷の強度の変化は、１つのイオン化／イオン注入事象と次の事象との間のセル内のイオン数の変化によって引き起こされる、捕獲されたイオンの密度の変化から生じる。空間電荷が考慮されるか、あるいは調節されない限り、高い質量精度、精細な質量および強度測定値を確保することはできない。

イオンに対するその他の力が存在しない均一の磁場内において、イオンの運動の角周波数は、以下のように、イオン電荷、イオン質量、および磁場強度の単純関数である：
ω＝ｑＢ／ｍ
（式中、ω＝角周波数、ｑ＝イオン電荷、Ｂ＝磁場強度、およびｍ＝イオン質量）この単純化した等式は、イオンの周波数に対する電場の影響を無視している。参照により本願に組み込む、Ｆｒａｎｃｌら“Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｓｐａｃｅ Ｃｈａｒｇｅ ｏｎ Ｉｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ”Ｉｎｔ．Ｊ．Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍ．Ｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，５４，１９８３，ｐ．１８９−１９９に記載されるように、ＩＣＲセルにおけるイオンのサイクロトロン周波数は、以下のように近似することができる：
ω＝ｑＢ／ｍ−２αＶ／ａ^２Ｂ−ｑρＧ_ｉ／ε_０Ｂ
（式中、αはセル幾何定数であり、Ｖは捕獲電圧であり、ａはセル径であり、ρはイオン密度であり、Ｇ_ｉはイオン雲幾何定数であり、ε_０は、自由空間の許容度である。）
したがって、ＦＴＩＣＲ内のイオン集団が変化してもよい場合には、イオンが、セルおよび磁石の場に加えて別のイオンの静電場との相互作用によって移動し、結果として測定ピーク位置が移動する。これによる質量移動はわずか１０数ｐｐｍであるので、比較的小さな問題とされてきた。しかしながら、分析への要求が進むにつれて、１ｐｐｍの範囲の質量精度を得ることが望まれるようになってきた。

イオン貯蔵型装置における結果の再現性、質量解像度および精度を高める１つの方法としては、貯蔵／捕獲された後に質量分析計に解析されるイオン集団を制御することである。

（要旨）
本発明は、所定のイオン集団を蓄積させ、蓄積したイオン集団を質量分析計の分析セルまたは一部に移送することにより、質量分析計内でイオン集団を制御する方法および装置を提供する。

一般に、１つの局面において、本発明は、質量分析計において被分析イオン集団を制御するための技術を具現する方法および装置を提供する。本技術は、指定された所定のイオン集団を蓄積させるのに必要な時間を表す蓄積期間を決定することと、該蓄積期間に対応する注入時間間隔のあいだイオンを蓄積することと、蓄積イオンを質量分析計に導入することとを含んでいる。

一般に、別の局面において、本発明は、質量分析計を運転するための技術を具現する方法および装置を提供する。本技術には、イオンを蓄積させることにより、質量分析計に導入するイオンの集団を制御することと、蓄積イオンから得られるイオンを質量分析計に導入することとが含まれる。イオンは、イオン蓄積速度と所定の最適イオン集団との関数として決定される時間のあいだ蓄積される。蓄積速度は、イオン源からイオンアキュムレータへのイオンの流速を表す。

一般に、第３の局面において、本発明は、質量分析計の操作のための関連技術を具現する方法および装置を提供する。本技術には、第１のイオンサンプルをイオン源から複数の多重極素子に導入することと、サンプリング時間間隔の間に、イオンアキュムレータ内に第１のイオンサンプルからのイオンを蓄積することと、第１のイオンサンプルからのイオンを検出することと、検出およびサンプリング時間に基づいて注入時間間隔を決定することと、第２のイオンサンプルをイオン源から複数の多重極素子に導入することと、前記注入時間に対応する時間のあいだ、イオンアキュムレータ内に第２のイオンサンプルからのイオンを蓄積することと、蓄積イオンから質量分析計にイオンを導入することとが含まれる。注入時間間隔は、所定の最適イオン集団を得るための時間間隔を表す。

一般に、さらに別の局面において、本発明は、質量分析計の操作のための方法および装置を提供する。本技術は、イオンサンプルを、イオン源から質量分析計へと延びるイオン路に沿って導入して、イオンサンプルからのイオンをサンプリング時間間隔のあいだ蓄積させる前実験を行うことを含む。イオンサンプルからのイオンを検出し、注入時間間隔を検出およびサンプリング時間間隔に基づいて決定する。イオンを注入時間間隔に相当する時間のあいだ蓄積させ、蓄積イオンからのイオンを質量分析計に導入する。注入時間間隔は、所定の最適イオン集団を得るための時間間隔を表す。

特定の実施態様では、以下の特徴の１つ以上を含んでいてもよい。イオンは、イオンアキュムレータ内に蓄積させてもよい。技術は、蓄積イオンを、質量分析計に導入する前に、イオンアキュムレータからストレージデバイスに移送することを含んでいてもよい。注入時間間隔に対応する時間のあいだイオンを蓄積することには、２期間以上のあいだ蓄積させることを含んでいてもよい。蓄積イオンを、イオンアキュムレータからストレージデバイスに移送することには、２期間以上のそれぞれの後であって、質量分析計にイオンを導入する前に、蓄積イオンをイオンアキュムレータからストレージデバイスに移送することを含んでいてもよい。この技術は、イオンが段階的に蓄積されるような期間の数を決定する第２の前実験を含んでいてもよい。イオンは、蓄積イオン集団全体が質量分析計に導入される前に、所定の回数に従ってストレージデバイスに蓄積および移送してもよい。

イオンアキュムレータは、ＲＦイオンストレージデバイス、たとえば、環状イオンガイド、３次元トラップ、多重極イオンガイドまたは他の適切な素子を含んでいてもよい。多重極イオンガイドは、ＲＦ多重極リニアイオントラップであってもよい。イオンサンプルからのイオンを検出することには、イオンサンプルからのイオンの少なくとも一部をイオンアキュムレータから質量分析計へのイオン路を横切る方向に、イオンアキュムレータから検出器に向けて排出することを含んでいてもよい。多重極イオンガイドは、ＲＦ四重極イオントラップであってもよい。

イオンは、蓄積前に質量フィルタによってフィルタリングしてもよい。イオンのフィルタリングは、イオンサンプルと、１つ以上の質量フィルタを含む多重極素子を通るイオンを通過させることを含んでいてもよい。質量フィルタは、四重極素子を含んでいてもよい。イオンは、イオンアキュムレータ中に蓄積された後に検出器内で検出されてもよい。イオンサンプルからの実質的にすべてのイオンを、その後のあらゆるイオン蓄積の前に、イオンアキュムレータから除去するようにしてもよい。

イオンの蓄積は、１つの時間間隔の間に実質的に連続的にオン蓄積器内にイオンを受け取ることを含んでいてもよい。イオンアキュムレータは、質量分析計であってもよい。

イオンサンプルからのイオンの検出は、イオンサンプルからのイオンの電荷密度またはイオン密度を検出することを含んでいてもよい。イオンサンプルからのイオンの検出は、イオンサンプル内のイオンを検出することを含んでいてもよい。蓄積イオンから質量分析計へのイオンの導入は、蓄積イオンの少なくとも一部を質量分析計に導入することを含んでいてもよい。

生成イオンは、蓄積イオンから発生させてもよく、蓄積イオンからのイオンの導入は、生成イオンの少なくとも一部を質量分析計に導入することを含んでいてもよい。生成イオンは、イオンサンプル中のイオンから、および質量分析対象のイオンから生成されてもよい。イオンサンプルからのイオンの検出は、イオンサンプル中のイオンから発生する生成イオンの少なくとも一部を検出することを含んでいてもよい。蓄積イオンに由来するイオンの質量分析計への導入は、質量分析計に、蓄積イオンから発生した生成イオンの少なくとも一部を導入することを含んでいてもよい。

質量分析計は、ＲＦ四重極イオントラップ質量分析計、イオンサイクロトロン共鳴質量分析計、ｏｒｂｉｔｒａｐ質量分析計、またはＴＯＦ素子であってよい。イオン源は、実質的に連続するイオン流を発生しうる。イオン源は、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）源、大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）源、大気圧光化学イオン化（ＡＰＰＣＩ）源、マトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）源、大気圧ＭＡＬＤＩ（ＡＰ−ＭＡＬＤＩ）源、電子衝撃イオン化（ＥＩ）源、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）源、捕獲電子捕獲イオン化源、高速原子衝撃源または二次イオン（ＳＩＭＳ）源であってよい。

蓄積イオン由来のイオンの質量スペクトルを判定することができる。質量スペクトルは、注入時間間隔に従って、質量スペクトル内のピークの強度を計測することにより、判定することができる。

いくつかの実施態様において、蓄積速度は、イオンが蓄積されている最中に測定してもよい。たとえば、蓄積速度は、イオンが蓄積されている最中に、イオンビームの一部を検出器の方へ転向させる（ｄｉｖｅｒｔ）ことによって測定することができる。イオンビームの一部をイオンアキュムレータに伝送し、イオンビームの残りの部分を代表するシグナルをイオンが蓄積されている最中に検出するようにしてもよい。

一般に、別の局面において、本発明は、質量分析装置を提供する。該装置は、イオン源と、イオン路に沿ってイオン源の下流に配置される質量分析計と、イオン路に沿ってイオン源と質量分析計の間に配置されるイオンアキュムレータと、イオン源からのイオンを受け取るように設けられ、受け取ったイオンを検出したことを示すシグナルを発生するように構成された検出器と、検出器およびイオンアキュムレータと連絡するプログラム可能なプロセッサとを含む。プログラム可能なプロセッサは、検出器シグナルを用いて、イオンアキュムレータ内に指定したイオン集団を蓄積させるのに必要な時間を表す蓄積期間を決定し、イオンアキュムレータに、蓄積期間に対応する注入時間間隔のあいだイオンを蓄積させ、蓄積イオン由来のイオンを質量分析計に導入するように作動可能である。

特定の実施態様は、以下の特徴の１つ以上を含んでいてもよい。イオンアキュムレータは、二次質量分析計内に含めてもよい。該装置は、イオン路を沿ってイオン源とイオンアキュムレータの間に配置される質量フィルタを含んでいてもよい。質量フィルタは、イオン路に沿ってイオン源の下流に配置される複数の多重極素子内に含まれていてもよい。複数の多重極素子は、質量フィルタとコリジョンセルを含んでいてもよい。

検出器は、イオン路の外側に配置してもよい。イオンアキュムレータは、分析用質量分析計に向けてイオンをイオン路に沿って直線的に排出するように構成してもよいし、イオン路の横断方向に検出器に向けて排出するように構成してもよい。イオン路に沿って複数の多重極素子の下流に分流部を設けてもよい。分流部は、イオン路からのイオンを検出器に向けて分岐させるように構成することができる。検出器は、イオン路に沿って設けてもよい。検出器は、イオン路に沿って複数の多重極素子の下流に配置される変換ダイノードを含んでいてもよい。

本装置は、イオン路に沿ってイオンアキュムレータの下流に配置されるストレージデバイスを含んでいてもよい。ストレージデバイスは、イオンアキュムレータからイオンサンプルを繰り返し受け取って蓄積し、蓄積イオンサンプルを質量分析計に排出するように構成することができる。

質量分析計は、ＲＦ四重極イオントラップ質量分析計、イオンサイクロトロン共鳴質量分析計、またはｏｒｂｉｔｒａｐ質量分析計であってよい。イオン源は、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）源、大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）源、大気圧光化学イオン化（ＡＰＰＣＩ）源、マトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＭＡＬＤＩ）源、大気圧ＭＡＬＤＩ（ＡＰ−ＭＡＬＤＩ）源、電子衝撃イオン化（ＥＩ）源、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）源、捕獲電子捕獲イオン化源、高速原子衝撃源または二次イオン（ＳＩＭＳ）源であってよい。

一般に、別の態様において、本発明は、イオン源と、イオン路に沿ったイオン源の下流に配置されるイオンサイクロトロン共鳴（ＩＣＲ）質量分析計と、イオン路から離れて配置される検出器と、イオン路に沿って、イオン源とＩＣＲ質量分析計の間に配置されるＲＦリニア四重極イオントラップと、検出器とリニアイオントラップと連絡するプログラム可能なプロセッサとを含む質量分析装置を提供する。ＲＦリニア四重極イオントラップは、イオン路を沿ったイオン源からイオンを受け取るように構成してもよく、また、ＩＣＲ質量分析計に向けてイオン路に沿って直線的にイオンを排出するか、または検出器に向けてイオン路の横断方向に排出するように構成してもよい。プロセッサは、ＲＦ直線四重極イオントラップ内に、指定されたイオン集団を蓄積するのに必要とされる時間を表す蓄積期間を決定し、ＲＦリニア四重極イオトラップに、蓄積期間に対応する注入時間間隔のあいだイオンを蓄積させ、蓄積イオンの少なくとも一部をＩＣＲ質量分析計内に導入するように動作してもよい。

特定の実施態様は、以下の特徴の１つ以上を含んでいてもよい。多重極質量フィルタおよびコリジョンセルは、イオン路に沿ったイオン源とリニアのイオントラップの間に配置してもよい。ストレージデバイスは、イオン路に沿ったリニアイオントラップの下流に配置してもよい。ストレージデバイスは、リニアイオントラップからイオンサンプルを繰り返し受け取って蓄積し、蓄積イオンサンプルをＩＣＲ質量分析計に排出するように構成することができる。

本発明は、以下の特徴の１つ以上を提供するように実施してもよい。イオンアキュムレータ内に蓄積したイオン集団および、質量分析計に導入するイオン集団は、イオンの選択および分析における空間電荷効果を低減または除去するように制御してもよい。ＭＳ^ｎ実験において、前駆イオンの集団、および／または生成イオンの集団の両方を制御することができる。不要なイオンは、該イオンを質量分析計に導入する前にイオン流から除去して、質量分析計によって達成される測定の感度、精度、解像度および速度を向上させるようにしてもよい。

特に定義しない限り、本願において用いるすべての技術および科学用語は、本発明が属する分野の当業者によって一般に理解されている意味を有するものとする。抵触の場合には、定義を含めた本明細書が基準となる。特に注記しない限り、「含む（“ｉｎｃｌｕｄｅ”，“ｉｎｃｌｕｄｅｓ”および“ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”）」、ならびに、「含む（からなる）（“ｃｏｍｐｒｉｓｅ”，“ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ”および“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”）」は、開放的（ｏｐｅｎ−ｅｎｄｅｄ）な意味合い、すなわち、「含まれる（“ｉｎｃｌｕｄｅｄ”または“ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ”）」対象が、他の集合または群の部分または成分の存在を除外することなく、より大きな集合または群の一部または成分であるか、あってもよいことを示す。本発明の１つ以上の実施態様の詳細を添付の図面および下記の説明中に記載する。本発明のさらなる特徴、態様、および利点は、明細書、図面、および請求項から明らかになるであろう。

様々な図面における同様の参照番号および名称は、同様の要素を示す。

（詳細な説明）
図１に示すように、本発明の１つの態様に従う質量分析計１３０において、イオン集団を制御するために用いることのできる装置／システム１００は、イオンアキュムレータ１２０（イオンアキュムレータ電子部１５０を付属）と連絡するイオン源１１５と、検出器１２５（検出器電子部１５５を付属）と、質量分析計１３０とを含む。システム１００のいくつかまたはすべての部品は、様々な部品からのデータを受け取って処理し、受け取ったデータに対する分析を実施するように構成してもよい、適切にプログラムされたデジタルコンピュータ１４５などのシステム制御部に連結してもよい。

イオンスプレーまたはエレクトロスプレーイオン源などの任意の従来のイオン源であってよいイオン源１１５は、たとえば、自動サンプラ１０５や液体クロマトグラフ１１０などから受け取った材料からイオンを発生する。イオン源１１５によって発生したイオンは、（直接的または間接的に）イオンアキュムレータ１２０に進行する。イオンアキュムレータ１２０は、イオン源１１５から発生したイオンに由来するイオンを蓄積するように機能する。本願で用いる、イオン源によって提供されるイオンに「由来する」イオンには、イオン源によって発生されるイオン、ならびに、後で詳細に検討するように、上記イオンの操作によって発生したイオンも含まれる。イオンアキュムレータ１２０は、イオンを貯蔵するように構成され、イオン伝送用の開口を有した複数の電極を含む、たとえば、多重極イオンガイド、たとえばＲＦ四重極イオントラップ、またはＲＦリニア多重極イオントラップ、またはＲＦ「イオントンネル」などの形態であってもよい。イオンアキュムレータ１２０がＲＦ四重極イオントラップである場合、ＲＦ四重極イオントラップ中に捕獲される電荷に対するイオン質量の範囲および効率（ｍ／ｚ’ｓ）は、たとえば、ＲＦおよび四重極場を発生するために用いるＤＣ電圧を選択することにより、または補助場、たとえば広帯域波形を与えることによって、制御してもよい。イオンアキュムレータ１２０に注入されるイオンの十分な衝突安定化を可能にするために、好ましくは衝突または減衰ガスをイオンアキュムレータに導入する。

図１に示す実施態様において、イオンアキュムレータ１２０は、排出されたイオンを検出する検出器１２５に向けてイオンを排出するように構成することができる。検出器１２５は、イオンアキュムレータ１２０から排出されたイオンを検出するために使用可能な任意の従来の検出器であってよい。１つの実施形態において、検出器１２５は、電子増倍検出器やアナログ電位計などの外部検出器であってよく、イオンはイオンアキュムレータ１２０から、イオンビームの通路を横切る方向に、質量分析計に向けて排出してもよい。

イオンアキュムレータ１２０は、質量分析計１３０に向けて（随意でイオン移送光学部１４０を介して）イオンを排出するようにしてもよく、該質量分析計１３０においては、イオンをたとえば、分析部（たとえば、セル）１３５において分析してもよい。質量分析計１３０は、任意の従来のトラップ型イオン質量分析計、たとえば、３次元四重極イオントラップ、ＲＦリニア四重極イオントラップ質量分析計、Ｏｒｂｉｔｒａｐ、イオンサイクロトロン共鳴質量分析計であってよいが、他の従来の質量分析計、たとえば飛行時間型質量分析計を用いてもよい。

図２は、システム１００内の質量分析計１３０におけるイオン集団の制御方法２００の説明図である。本方法は、前実験から開始し、この間に、イオンがイオンアキュムレータ１２０（工程２１０）中に蓄積され、検出器１２５（工程２２０）において検出される。イオンは、上述のようにイオン源１１５において発生する。発生したイオンに由来するイオンが、所定のサンプリング間隔のあいだ（たとえば、イオンアキュムレータ１２０を、イオン源１１５によって発生されるイオン流に対して、所定のサンプリング間隔に対応する期間のあいだ開放することより）、イオンアキュムレータ１２０内に蓄積される。サンプリング間隔の持続時間は、問題とする個々のイオンアキュムレータに応じて異なり、イオンアキュムレータに後続の検出および前実験の判定工程に十分なイオンを供給するのに十分な比較的短い時間間隔である。たとえば、典型的なＲＦ多重極リニアイオントラップは、０．０２から２００ミリ秒またはそれ以上の時間かけて、エレクトロスプレーイオン化源によって発生されるイオンによって、容量まで充填される。したがって、このような蓄積器に対する適切なサンプリング時間間隔は、０．２ミリ秒前後であろう。次に、実質的にすべての蓄積イオンがイオンアキュムレータ１２０から排出され、排出されたイオンの少なくとも一部が検出器１２５上を通過する。残っているすべてのイオンは、次にイオンアキュムレータ１２０内にイオンが蓄積される前に、イオンアキュムレータ１２０から排出されなければならない。

検出器１２５から発生される、排出イオンの検出シグナルを用いて、注入時間間隔（工程２３０）を決定する。注入時間間隔は、下記のより詳細に説明するように、後続実験の目的に最適と予想される所定のイオン集団を得るために必要な蓄積時間量を表す。注入時間間隔は、排出イオンの検出シグナルと、所定のサンプリング間隔から、イオンアキュムレータ１２０内の蓄積速度を推定することにより、すなわち、サンプリング時間間隔のあいだに蓄積器１２０内に捕獲されたイオン集団を推定することにより決定することができる。この推定蓄積速度（実質的にイオン流が連続していると想定して）から、質量分析計１３０によってその後に分析される最終イオン集団を最終的に発生するために、イオンアキュムレータ１２０にイオンを注入するのに必要な時間を決定することができる。

イオンアキュムレータ１２０中に、決定された注入時間間隔に対応する期間のあいだイオンを蓄積させる（工程２４０）。これらの蓄積イオンは、分析のために質量分析計１３０に移送される（工程２５０）。

上で検討したように、注入時間間隔は、蓄積器がイオンアキュムレータまたはシステム１００の性能を最適化するための所望のイオン集団を（初期処理または操作後に）蓄積するように、イオンアキュムレータ１２０にイオンを供給する期間を表す。

最適性能は、様々な基準、たとえば、過剰な空間電荷の除去、複数の測定にわたる空間電荷の一貫性、質量分析計の特別の特徴に対する順化などに関連する。したがって、たとえば、質量分析計における低イオン集団に対しては、ノイズレベルから検出されたイオン集団を区別することが難しいかもしれない。分析室内のイオン集団を増加させることにより、質量分析計のこの問題を無くすことができるかもしれない。

一方、これまでは、フーリエ変換質量分析計におけるイオン集団の増加が空間電荷の問題をもたらし、個々のイオンの周波数が移動し、ｍ／ｚ割り当ての精度を悪化させることがあった。周波数の移動は、局所的な周波数移動または大きな（ｂｕｌｋ）周波数移動であり、ｍ／ｚ割り当てに誤差を生じさせることもある。より高い電荷レベルにおいて、周波数の近いピーク（ｍ／ｚ）が、全体的または部分的に融合することもある。このことは、とりわけ、同位体質量が近いイオン集団を扱う場合、および隣接するイオンの質量強度を測定する場合に関心事となりうる。

決定された注入時間間隔のあいだイオンを蓄積するために、イオンアキュムレータ１２０は、部分的に充填するだけでよいかもしれないし、２回以上充填する必要があるかもしれない。すなわち、イオンアキュムレータ１２０は、イオンアキュムレータ１２０をその全容量まで充填するのに必要な時間より短い時間のあいだ、イオン源１１５からのイオン流に対して開放される場合もある。あるいは、決定された注入時間間隔のあいだ蓄積させるために、イオンアキュムレータを複数回充填する必要があるかもしれない（たとえば、蓄積器が、全注入時間間隔のあいだにイオン源１１５から導入されるイオン量を収容することができない場合など）。この場合、蓄積イオンは、所望の二次蓄積器集団が達成されるまで、どこか別のところ（後でより詳細に記載する）に貯蔵しておいてもよい。

このように、注入時間間隔は、イオン蓄積速度からおよびシステム１００に関連する最適なイオン充填条件から決定される。最適集団は、各イオン上の電荷数と実際の電荷の両方を考慮に入れた電荷密度、または、イオン数を考慮に入れ、選択されたイオンのいずれに付随する電荷も同一（かつ通常は１つ）であると仮定したイオン密度のいずれかに関するものであってよい。

注入時間間隔は、単純に検出されたイオン電荷（検出イオン電流の積分）に基づいて決定してもよい：
Ｔ_{注入-最適}＝（Ｑ_{検出-最適} ／Ｑ _{検出AGC-前実験} ）×Ｔ_{注入-前実験}
（式中、Ｔは時間を表し、Ｑは検出されたイオン電荷（検出イオン電流の積分）を表す）イオンアキュムレータ１２０および質量分析計１３０によって課される限定または制限は、最適イオン集団（すなわち、注入時間間隔全体にわたって蓄積されるイオン集団）が、イオンアキュムレータ１２０内の最適イオン集団か、質量分析計１３０の分析セル１３５内の最適イオン集団かのいずれに対応するかを指示するものであってもよい。イオンアキュムレータ１２０内および／または質量分析計１３０の分析セル１３５内のイオン集団を調節することにより、システム１００を最適容量で動作するように調整することができる。すなわち、所定の注入時間間隔だけイオンを蓄積させることにより、イオンアキュムレータ１２０または質量分析計１３０の分析セル１３５を、該素子を飽和させないその最大容量まで充填するイオン集団が得られる（すなわち、望ましくない空間電荷効果をもたらすことはない）。

分析セル１３５内に捕獲されたイオンの最終集団は、多数の既知の方法によって、ｍ／ｚ分析することができる。たとえば、ＦＴ−ＩＣＲ法においては、捕獲されたイオンがそのサイクロトロン運動が拡大され大きく干渉するように（同じｍ／ｚのイオンが位相の近いサイクロトロン運動を有するように）励起される。この放射状励起は、一般に、適切なＡＣ静電二極場（平行板コンデンサー場）が発生されるように、ＡＣ電圧を分析セル１３５の電極に重畳することによって達成される。一旦イオンを励起して、大きく実質的に干渉性のサイクロトロン運動を得たところで、励起を停止し、イオンをその天然の周波数で自由に循環（振動）させる（主としてサイクロトロン運動）。磁場が完全に均一であり、ＤＣ静電捕獲電位が完全に四重極（他の場を考慮する必要のない、均質な場合）であれば、イオンの天然の周波数は、場のパラメータおよびイオンのｍ／ｚによって全体的に決定することができる。これらの状況における良好な一次近似ｆ＝Ｂ／（ｍ／ｚｅ）。

振動イオンは、セルの電極（およびその上の対応する小さい電圧シグナル）内にイメージ電流を誘発する。これらのシグナル（様々な範囲のひずみを有する）は、セル内のイオンの運動と類似している。シグナルを増幅し、デジタル的にサンプリングし、記録する。周知のシグナル処理方法（ＤＦＴ、ＦＦＴなど）によるこの時間ドメインデータは、周波数ドメインデータ（周波数スペクトル）に変換する。振幅−周波数スペクトルは、以前に決定されたｆからｍ／ｚへの較正に基づいて、振幅−ｍ／ｚスペクトル（マススペクトル）に変換される。得られるスペクトル内のピークの強度を、スペクトルを作成する元となったサンプルを提供するために用いたイオン注入の全時間（イオンアキュムレータの全「充填」時間にわたって）によって計る。このようにして、結果として得られる、分析セル１３５内に捕獲されたイオンの最終ｍ／ｚ分析集団のｍ／ｚスペクトルは、これらのイオンがイオン源内で発生され、イオンアキュムレータに移送される速度と比例した強度を有している。

システム１００は、イオンがフラグメント化される（典型的には最初の質量選択工程に続く）ＭＳ^ｎモードで動作し、その後、フラグメント化されたイオンが質量分析にかけられるように合わせてもよい。本明細書において用いる「生成イオン」とは、１回の質量選択工程に続く１回のフラグメント化工程（すなわち、「ＭＳ／ＭＳ」モード）によって生成したイオン、ならびに、２回目、３回目、またはそれ以上の質量選択およびフラグメント化工程で発生されたイオンも含む。生成イオンを発生するために用いることのできる１つの技術として、中性バックグラウンドガスによるイオンの衝突誘起解離（ＣＩＤ）によって起こるイオンフラグメント化がある。生成イオンを発生させる他の方法としては、限定はされないが、解離、光解離、および熱解離をもたらすイオン−分子間反応またはイオン−イオン間反応が挙げられる。

図１を参照して、このモードで動作するようにされたシステム１００の１つの実施態様は、２つの質量分析計１６５および１３０と、付属の電子部１７０および１６０とを含んでいる。第１の質量分析計１６５（点線で表示）は、ＲＦリニア四重極イオントラップなどのイオンアキュムレータ１２０を含み、特定のイオンを選択するように、また必要に応じて、数世代に亘ってイオンを発生させるように動作させることができる。分析器１６５もまた、選択されたイオンの質量および量を確認するために（すなわち、素子内に捕獲されたイオンの質量スペクトルを生成する）用いることができる。

動作の一モードにおいて、イオンが、上述のように本質的に空のＲＦリニア四重極イオントラップ（イオンアキュムレータ１２０）内に注入される。その後、ＲＦリニア四重極イオントラップに印加される電圧を操作して、特定の質量電荷比（ｍ／ｚ）を有するか、特定の質量電荷比（ｍ／ｚ）範囲内にあるイオンを選択する。この工程の効率と精度は、空間電荷に依存する。ＣＩＤを用いる実施形態において、親または前駆イオンが単離された状態で捕獲され、これらの捕獲されたイオンがガス状媒体内で励起されて、単離イオンのフラグメント化をもたらし、生成イオンを発生する。生成イオンの収率は、単離とフラグメント化の両方の成功に応じて変わる。

その後、実質的にすべての生成イオンがリニアイオントラップから排出され、これらのうちの少なくとも一部検出器１２５上に渡されて、ここで上述のように検出される。このことは、イオンがｍ／ｚシーケンスで排出される走査として行われることが好ましい。これにより、ｍ／ｚ依存性の効果の修正を行える。排出イオンの検出シグナルを用いて、リニアイオントラップ内に捕獲されたイオン集団を調節し、その後、イオン集団を移送し、捕獲し、質量分析計１３０内で分析する。

注入時間間隔を決定する。この動作モードにおいて、蓄積器内の所望の最適イオン集団は、質量分析計１３０に流入する生成イオンの所望の集団（イオンアキュムレータに最初に流入した（親）イオンの集団と必ずしも同じではない）に対応しうる。この場合、注入時間間隔は、イオンアキュムレータ１２０を、あらゆる選択およびフラグメント化工程の後に所望の生成イオン集団を与えるのに十分な親イオン集団で充填するのに必要な時間を表す。

適切な注入時間間隔が決定したところで、イオンを第１の質量分析計１６５の多重極イオンガイド内に、該間隔に対応する期間のあいだ導入し、蓄積させる。次に、蓄積イオンはイオン移送光学部１４０を介して第２の質量分析計１３０の分析セル１３５中に移送され、ここで上述のように分析される。

好ましくは、ＭＳ／ＭＳモードにおいて用いるイオンは、「生成イオン」の形態ではなく、初期（すなわち親）イオンの形態で調節される。イオンは、サンプリング時間間隔のあいだ、本質的に空のＲＦリニア四重極イオントラップ１２０内に注入される。次に前駆イオンが、ＲＦリニア四重極イオントラップ内で選択される。単離された（前駆体）内容物は、ＲＦ四重極リニアトラップ１２０から排出され、その少なくとも一部が検出器１２５に渡される。

排出イオンの検出シグナルを用いて、ＲＦリニア四重極イオントラップにおいて発生する生成イオンの集団、または続いて質量分析計１３０において分析される生成イオンの最終集団を最終的に制御するために、ＲＦリニア四重極イオントラップ１２０にイオンを注入するのに必要な時間量を表す注入時間間隔を決定する。

この決定は、前駆イオンからの生成イオンの収率が比較的一定の動作条件下において実質的に一定であるという前提を含む、いくつかの前提に基づくものとなろう。本例においては、ＲＦリニア四重極イオントラップ１２０内のイオン集団の制御によって、ＩＣＲの分析セル１３５内のイオン集団の効果的な制御（または少なくとも制限）を行うことができる。

ＭＳ／ＭＳ動作に対する１つの実施形態において、システム１００は、質量分析計１３０としてのフーリエ変換質量分析計を含み、質量電荷比（ｍ／ｚ）選択の第１段階（前駆イオンの選択）は、イオンをＲＦリニア四重極イオントラップ（イオンアキュムレータ１２０）に導入する前に行われる。この場合、（一度または何回かの反復のいずれかによって）ＲＦリニア四重極イオントラップに導入される最終イオン集団は、ＦＴＭＳイオン集団限界によって決定される。所望のＦＴＭＳ結果のために質量分析計１３０の分析セル１３５を適切に充満するために（すなわち、分析セル内での所望のイオン集団を確保するためにＲＦリニア四重極イオントラップに導入すべき、選択されたイオンの最適集団）、ＲＦリニア四重極イオントラップをどの程度「充満」すべきかとの関係は、適切な前実験を用いて経験的に決定することができる。

あるいは、ＭＳ／ＭＳモードにおける質量電荷比（ｍ／ｚ）選択の第１段階は、ＲＦリニア四重極イオントラップ１２０において行ってもよい。この場合、ＦＴＭＳ質量分析計に移送されるイオンの最終集団は、選択工程において損失されると予測される初期イオン集団と、フラグメント化工程の効率と、ＦＴＭＳｍ／ｚスペクトルを与えるのに必要なイオン量を考慮に入れて、選択されたイオン集団に基づいて、所望の最大誤差内に制御することができる。この場合も、これは適切な前実験に基づいて実験的に決定された較正である。

殆どの場合において、ＩＣＲセル１３５の相対容量は、リニアイオントラップ１２０の容量とほぼ同等かはるかに大きい。いずれの場合でも、イオン抽出前のリニアイオントラップ１２０内での空間電荷レベルに換算した、ＩＣＲセル１３５内の最大許容空間電荷レベルは、装置（磁場の強さ、ＩＣＲセルの大きさ）および所望のｍ／ｚ精度およびＦＴＩＣＲデータによって提供されるダイナミックレンジ（これらは、捕獲されたイオン数、ＩＣＲ半径などの変化と互換）に強く依存する。超高精度実験に対しては、ＦＴＩＣＲの空間電荷限界が、リニアイオントラップのイオン充填を決定することもある。ＦＴデータにより高いダイナミックレンジが要求されるが、ｍ／ｚ精度は小さくてもよい実験においては、リニアイオントラップの単離空間電荷限界が、リニアイオントラップの充填を決定することもよくある。

イオンアキュムレータ１２０および／または第１の質量分析計１６５、ならびに第２の質量分析計１３０を含む上述の装置は、上述の前実験と組み合わせることにより、質量分析計１３０を最適な方法、好ましくは、イオンアキュムレータ１２０内に捕獲されるイオン集団を制御し、次に移送される、質量分析計１３０の分析セル１３５内で捕獲または分析されるイオン集団を制御する最適な方法で、質量分析計１３０を提供できるようになる。

図３は、システム３００が、イオンアキュムレータ１２０の前に位置する検出器１２５を含んでいる、代替実施形態を示す。この実施形態において、イオン源１１５によって発生したイオンは、質量フィルタ３１０を横断してから、イオンアキュムレータ１２０に到達する。質量フィルタ３１０は、特定の所望のイオンだけがイオンアキュムレータ１２０に渡されるように、不要なイオンを濾去することのできる任意の素子であってよい。したがって、たとえば、質量フィルタ３１０は、特定のｍ／ｚ比を有するイオン、たとえば特定の生成イオンのみを通過させるように構成された、複数の多重極、たとえば、四重極によって提供されてもよい。

本実施形態において、イオンアキュムレータ１２０は、事前選択されていてもされていなくてもよいイオンを一時的に蓄積し、イオン選択能を独立して有している必要がない。このようなイオンアキュムレータの例は、ＲＦ多重極素子である。イオン束の初期測定は、検出器１２５によって提供される。

イオン束の測定値を用いて、その後に質量分析計１３０において分析される最終イオン集団を最終的に制御するために、イオンアキュムレータ１２０内にどのくらいの長さでイオンを注入する必要があるかを表す注入時間間隔を決定する。

次に、被分析イオン（またはそれらの前駆体）が、質量フィルタ３１０を通過させられて、イオンアキュムレータ１２０中に蓄積される。イオンアキュムレータ１２０の中身全体が分析のために質量分析計１３０へ送られる。

図３は、ビーム路に関して、質量フィルタ３１０より後で、イオンアキュムレータ２０より前に配置される検出器１２５を示しているが、検出器に対して代替の配置も可能である。検出器は、イオンアキュムレータ自体内の蓄積イオンのイオン束を測定するように配置してもよい。

図４は、システム４００が、質量分析計１３０の上流に配置される複合多重極システム４１０、たとえば２つまたは３つの四重極システムを含む別の変形を示している。複合多重極システム４１０に対する従来の構成は、四重極質量フィルタ４２０と、四重極コリジョンセル４３０と、第２の四重極質量フィルタ４４０とに続いて、検出器１２５を含んでいる。イオンはイオン源１１５から複合四重極システム４１０に渡され、検出器１２５によって検出される。

従来の動作モードにおいて、図４に示した３つの四重極質量分析計は、図３に示した質量フィルタ３１０と実質的に類似の機能を遂行する。したがって、第１の四重極質量フィルタ４２０は、実質的にすべての質量電荷比（ｍ／ｚ）のイオンが通過するように、動作させる。四重極コリジョンセル４３０のパラメータ（イオンのエネルギー、圧力、電場）は、イオンフラグメント化が一切起こらないように設定される。第２の四重極質量フィルタ４４０を通過したイオンを走査して、検出器１２５を通ったイオンが質量スペクトルをもたらすようにしてもよい。続けて第２の四重極質量フィルタを通過したが、検出器には渡されなかったイオンが、イオンアキュムレータ１２０内に蓄積される。

図４の構成もまた、ＭＳ／ＭＳ動作（ＭＳ^２）を可能にする。このモードにおいて、注目質量（親イオン）は、第１の四重極質量フィルタ４２０において選択される。断片（生成イオン）は四重極コリジョンセル４３０内で生成され、第２の四重極質量フィルタ４４０内で走査された後、検出器１２５によって検出されるか、イオンアキュムレータ１２０に渡される。

プレカーサースキャンを用いる場合には、さらに別の動作モードが利用できる。この動作モードにおいて、第２の四重極質量フィルタ４４０は、特定の質量に設置され、走査は第１の四重極質量フィルタ４２０において行われる。

図４に示したシステムの別の変形において、従来の多重極四重極質量分析計（４１０）の質量フィルタ４４０をイオンアキュムレータ１２０に代えてもよい。この構成において、３つの四重極構成の外部にいかなる追加のイオンアキュムレータ１２０も必要でない。この構成における動作の第１のモードにおいて、サンプリング時間間隔のあいだに、初期サンプル集団のうちの実質的にすべての質量電荷比（ｍ／ｚ）のイオンが第１の四重極質量フィルタ４２０に渡される。四重極コリジョンセル４３０のパラメータは、フラグメント化が一切起きず、イオンがイオンアキュムレータ１２０に渡された後に検出されるように設定される。検出シグナルは、サンプリング時間間隔のあいだにイオンアキュムレータ１２０内に蓄積された初期イオン集団を推定するために用いることができる。注入時間間隔は、上述のように決定することができる。

第２の動作モードにおいて、第１の四重極質量フィルタ４２０は、前駆イオンの選択、四重極コリジョンセル４３０に送る特定のｍ／ｚまたはｍ／ｚ範囲の選択のために用いられる。四重極コリジョンセルのパラメータは、フラグメント化が起こり、得られるイオンがイオンアキュムレータ１２０内に蓄積されるように設定される。そしてイオンアキュムレータ１２０はそれらを質量分析計１３０に移送する。

図４に示したシステムの別の変形において、イオンアキュムレータ１２０および質量分析計１３０は、１つの素子に含まれており、イオン移送光学部１４０が必要でなくなる。あるいは、第２の質量フィルタ４４０がイオンストレージデバイスの形態をとってもよく、この場合、別個の素子１２０、１４０および１３０は必要なくなる。

他の変形が図５Ａに示されており、システム５００のイオンアキュムレータの充填が、イオンアキュムレータが充填される際にリアルタイムでモニタされる。この変形において、イオン源１１５／イオンビームゲート５１０を出るイオンビームは、イオンビームの一部がイオンアキュムレータ（たとえばリニアトラップ）１２０に向けられ、一部が検出器１２５に偏向されるように、イオンスプリッタ５２０において分割される。積分された検出器シグナルは、イオンビームがゲート上に来た時から（すなわち、イオンアキュムレータへのイオンの注入の始まった時間から）継続的にモニタされる。検出イオンの電流シグナルの積分が、イオンアキュムレータの目標充填レベルに対応する目標量に達すると、図５Ｂに示すようにイオンビームのゲートが閉まる。素子を充填している間のイオンアキュムレータ内のイオンの蓄積がモニタされるので、この変形においては実験は必要でない。

この実施形態に対する代替は、イオンビームゲート５１０と、イオンビームスプリッタ５２０と、イオン検出器１２５を、開口レンズプレートなどの１つのビームスプリッター素子に組み合わせている。イオン源からのイオンビームは、ビームスプリッター素子に向けられる。開口レンズに印加される電圧は、レンズプレートの開口をイオンアキュムレータ１２０に向けて通過するイオンビームの一部を調節するように制御される。イオンビームの残りの部分は、開口を通過しないが、レンズプレート自体に衝突する。イオンビームのこの部分によって付与されるイオン電流シグナルは、連続したイオン電流の測定値を提供する。前述したように、検出されたイオン電流シグナルの積分がイオンアキュムレータ充填の目標レベルに対応する標的量に達すると、図５Ｂに示すようにイオンビームのゲートが閉じる。

図６Ａ〜図６Ｂに示した図５Ａの装置の特定の実施形態において、システム６００は、図６Ａに示すようにイオンビームを所定の期間のあいだイオンアキュムレータ１２０に向け、図６Ｂに示すようにさらに別の期間のあいだビームを検出器１２５に向けるビーム切替素子６１０を内蔵している。したがって、たとえば、転向素子６１０は、ビームを所定期間の５０〜９０％の間イオンアキュムレータ１２０に、残りの１０〜５０％の期間の間検出器１２５に向けるように、（たとえば、コンピュータ１４５の制御下で）操作してもよい。１つの態様において、システム６００は、切替周期時間（たとえば、２〜３切替周期）に比べてイオンアキュムレータ１２０の充填時間が長くなるように、イオンビーム束が十分に小さくなるように操作される。図６Ａおよび図６Ｂに示す態様において、ビーム切替素子は、ＤＣ四重極ビーム切替器として示されているが、他の切替素子、たとえば、屈折板なども使用することができる。

図７は、システム７００が、イオンアキュムレータ１２０よりも大きなイオン貯蔵用容量を有しイオンビーム内のイオンアキュムレータ１２０よりも後に配置されるストレージデバイス７１０を含んでいる、別の変形を示している。この構成においては、前実験を行って上述のように注入時間間隔を決定する。質量分析計１３０の最適充填に対して決定された注入時間間隔が、イオンアキュムレータ１２０の容量を超えるイオン集団を与えるようであれば、所望のイオン集団の一部の断片だけをイオンアキュムレータ１２０中に回収し、より大きな中間ストレージデバイス７１０に移送する。この処理を決定された注入時間間隔に対応する全蓄積時間まで繰り返し、この時間で、ストレージデバイス７１０は、質量分析器への移送後に、該質量分析器内の最適集団を生成するようなイオン集団に対応する最終イオン集団を含有することになる。このイオン集団は、分析のために質量分析計１３０に移送される。１つの態様において、ストレージデバイス７１０は、より高次の多重極ＲＦ場、たとえば６重極または８重極トラップに基づいたＲＦ多重極であってもよい。ストレージデバイス７１０は、適当なバックグラウンドガス分子／原子（アルゴン、窒素、キセノンなど）と衝突により衝突活性化分解が起こるのに十分な運動エネルギーで、イオンが素子に入るように、コリジョンセルとしての働きもする。システム７００は、イオン移送光学部１４０に加えてイオン移送光学部７２０（および随意でさらなるイオン光学部）を含んでいてもよく、これらは多重極であってもよい。

このように、システム７００の動作において、決定された注入時間間隔に対応するイオンの集団が中間イオントラップ７１０内に回収された後、１工程で、質量分析計１３０に移送される。ストレージデバイス７１０に貯蔵されるイオンの全電荷は、最終的に分析セル１３５に輸送されたときに（輸送または捕獲中のあらゆる損失の後）、分析セル１３５内のイオンの操作およびｍ／ｚ分析が、所望のように行える（すなわちｍ／ｚ精度、ｍ／ｚ解像度、単離幅、ダイナミックレンジなど）ような電荷量を超えてはならない。

これにより、質量分析計１３０の外部の適切なストレージデバイス内に適当な量のイオンを回収できるようになる。このことは、分析走査を行う時間がイオンアキュムレータ１２０の１回または複数回の充填を行うための時間を超える場合に有益であろう。この場合、質量分析計１３０がその分析走査を行っているあいだに、次に分析すべきイオン集団を質量分析計１３０の外部のストレージデバイス内に蓄積することができ、前の走査が完了してから可及的速やかに分析の準備を整えることができる。これにより、このような実験に対するデューティサイクルが増大する。

システム７００は、抽出されたイオンが衝突によって分解するような、イオンアキュムレータ１２０とストレージデバイス７１０の間のコリジョンセル／イオンガイドを含んでいてもよい。分解生成イオンは、ストレージデバイス７１０内に捕獲および蓄積される。上述のように、素子に注入されるイオンを有効に衝突安定化させるために、衝突または減衰ガスをストレージデバイス７１０に導入してもよい。

ストレージデバイス７１０は、質量分析計１３０の分析セル１３５への輸送および該セル内での捕獲を最適化するように、イオン抽出のために最適化してもよい。このようなストレージデバイス７１０は、抽出の間に素子の軸に沿ったＤＣ勾配を与えるように設計することができ、これがイオンアキュムレータ１２０において具現される場合には、蓄積器がｍ／ｚ単離およびｍ／ｚ走査を行えるようにする機械的特徴が必要になるかもしれない。

ストレージデバイス７１０の電荷容量は、制限要因とならないように、（イオン捕獲、捕獲、および抽出の機能を遂行する際には）十分に大きくすべきである。

図８は、図１に示したシステム１００を用いた図２に従う方法の１つの態様を示しており、イオンアキュムレータ１２０はＲＦリニア四重極イオントラップであり、質量分析計１３０は、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析計である。

この方法において、イオンは、上述のようなエレクトロスプレーイオン源などのイオン源から連続的に発生される。これらのイオンは、該イオンが元の供給源から発散されてから、ＲＦリニア四重極イオントラップ蓄積素子１２０に入るまでの間に、操作、修飾、フィルタリング、または何らかの方法で干渉されていてもよい。最初の較正実験（前実験）のあいだに、ＲＦリニア四重極イオントラップ１２０が開放され、イオンが所定のサンプリング時間間隔（ｔ_ｒｅｆ）、たとえば約０．２ミリ秒（工程８００）のあいだ蓄積される。所定のサンプリング時間は、前実験と前実験の間でも変動し、所望の結果に依存している。

イオントラップ１２０内の捕獲されたイオンの集団（別個イオンの数または特定の電荷密度）は、検出器１２５（工程８１０）を用いて検出される。

この情報を用いて、最良の測定結果を与える質量分析計に移送されるイオン集団をもたらすのに必要な蓄積時間を表す注入時間間隔（ｔ_ＡＧＣともよぶ）（工程８２０）を算出する。

前実験後（すなわち、注入時間間隔の決定後）、イオントラップ１２０内のイオンをクエンチして、後続の実験で分析すべきイオンの導入前に、すべての初期イオンサンプルがイオンアキュムレータから除外されるようにする。クエンチ工程は、クエンチが望ましくない場合や、初期測定技術の最中（またはその結果として）クエンチがすでに達成されている場合には省略してもよい。

次に、イオントラップ１２０を注入時間間隔と同じ時間のあいだ開放し、第２の目的イオン集団を回収する（工程８３０）。この注入時間間隔のあいだに回収されたイオンが、ＦＴＩＣＲ質量分析計１３０（工程８４０）の分析セル１３５に移送される。回収されたイオンに由来するあらゆる生成イオンを、イオンアキュムレータに導入されたイオンとともに（あるいはこれに代えて）移送することができる。

移送されたイオンは、ＦＴＩＣＲ分析用質量分析計１３０（工程８５０）においてｍ／ｚ分析される。この場合も、これに続く前に分析されたイオンのクエンチ（図示せず）が、すべての「古い」イオンを次の分析の前にＩＣＲセルから除去するために必要であるかもしれない。

質量スペクトルは、最終分析結果に基づいて決定する（工程８６０）。随意で、次のイオンサンプルをイオントラップ１２０に導入する前にフィードバックを提供してもよい（工程８７０）。このフィードバックは、最終分析工程（または走査）の最適化または後続の前実験工程の最適化を可能にする有用な情報を提供しうる。

図９は、システム１００を上述のようにＭＳ^ｎモードで動作するように構成できる、図２に従う方法の１つの実施形態を示している。イオンは、第１の質量分析計１６５（工程９００）の一部であるＲＦ四重極リニアイオントラップ１２０内に回収される。動作において、ＭＳ^ｎ動作を行うことが必要である場合（工程９０５で“ＹＥＳ”）には、リニアトラップを操作して、特定の注目（親イオン）質量を選択または単離するようにする（工程９１０）。随意で、単離されたイオンをフラグメント化して生成イオンを発生させる（工程９１５）。単離およびフラグメント化の工程は、様々な従来技術を用いて行うことができる。

単離された前駆イオン集団は次に、前駆イオンを検出器に抽出することによって、検出される（工程９２０）。注入時間間隔ｔ_ＡＧＣは、前実験サンプリング時間間隔と検出された生成イオンシグナルによって決定される（工程９２５）。その後イオンを、第１の質量分析計１６５のＲＦリニア四重極イオントラップ１２０内に前記注入時間間隔に対応する期間の間に回収して、最適な生成イオン集団を得る（工程９３０）。

蓄積されたイオン集団に対して、単離（工程９４０）とフラグメント化（工程９４５）工程の組み合わせをｎ−１回連続して行う。それ以上のフラグメント化が望まれなくなったところで（すなわち、所望の生成イオン生成が行われたところで）、蓄積した生成イオンを、第１の質量分析計１６５内のイオントラップ１２０から、ＦＴＩＣＲ分析用質量分析計１３０内の分析セル１３５（工程９５０）に移送し、ここで、スペクトル分析が行われ（工程９５５）、得られるデータが次の分析サイクルのための準備として、評価、格納される。

一旦親イオンから生成イオンが形成されると、単離およびフラグメント化工程を繰り返して、次世代の生成イオンを得ることができる。どの生成イオンが必要かに応じて、所望の生成イオン集団が得られるまで工程９４０および９４５を繰り返す必要があるかもしれない。

図９の方法は、単離された第１段階の前駆イオンの集団を制御する。しかしながら、前述のように、前駆イオンから生成イオンへの変換が有効であれば、前実験のあいだの単離後に親イオン集団を直接測定することによって、生成イオン集団の良好な近似が提供される。これにより、前実験のあいだの励起工程をスキップすることができ、分析時間を短縮することができる。この場合、（最終的には同じではあるものの）制御されるのは、本質的にイオンアキュムレータ内の親または前駆イオンの集団であって、質量分析計内の生成イオンの集団ではない。また、これらのイオンの実質的に一定の集団が所望の生成イオンの親イオンであるという前提に基づいて、イオンアキュムレータに導入されたイオンの集団を制御することもできる。かくして、本願に記載する制御技術は、本願に記載のこのおよび他のプロセスの様々な段階において適用することができる。

随意で、イオン集団はプロセス中の２段階以上で制御してもよい。たとえば、ｎ＞２であるようなＭＳ^ｎ実験において、それぞれの連続する単離−フラグメント化の反復は、典型的にはイオントラップ中に存在する電荷レベルを実質的に低下させることになる。分析セルの空間電荷容量が、最初のｎ−１回の単離、フラグメント化および抽出が完了した後にイオンアキュムレータ内に保持されているイオンの空間電荷を実質的に越える場合（典型的には、イオンアキュムレータがイオントラップであり、質量分析計がＩＣＲ質量分析計である態様に対する場合）、複数回の繰り返しでイオンアキュムレータ内にイオンを蓄積し、蓄積された全イオン集団は、上述のようにＩＣＲ質量分析計に蓄積イオンを移送するまでストレージデバイス内に貯蔵しておくことが望ましいかもしれない。

しかしながら、最終的に質量分析計に移送されるイオン集団を最適に制御するためには、ｎ−１段階の単離およびフラグメント化後にイオンアキュムレータ内に残っている捕獲されたイオン電荷を判定する第２の前実験が有益であるかもしれない（これは関与しているイオンの個々の構造に強く依存しているかもしれない）。第２の前実験において、イオンアキュムレータを実験のＭＳ^１段階に対するその単離空間電荷限界まで充填し、実験の残りのＭＳ^ｎ−１段階を完結するのに必要な捕獲されたイオンのあらゆるさらなる操作を行う。得られたイオンを検出器に排出する。

検出器シグナルおよびＩＣＲセルにおいて必要な最適集団（たとえば、ストレージデバイスに必要な充填レベルの実験的に確立された較正）に基づいて、ストレージデバイス内に所望の集団を与えるために必要なイオンアキュムレータの充填回数を決定することができる。

本発明の方法は、デジタル電子回路内またはコンピュータハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはそれらの組み合わせにおいて具現することができる。本発明の方法は、コンピュータプログラム製品、すなわち、プログラム可能なプロセッサ、コンピュータまたは複合コンピュータなどのデータ処理装置によって実行されるか、これらの動作を制御するために、情報担体内、たとえば機械読み取り可能なストレージデバイス内、または伝播シグナル内で具現されるコンピュータプログラムとして具現することができる。コンピュータプログラムは、コンパイルまたは解釈された言語を含む任意の形式のプログラム言語で記述することができ、スタンドアロン・プログラムとして、またはモジュール、コンポーネント、サブルーチン、またはコンピュータ環境において用いるための適切な他の単位を含む任意の形態で展開することができる。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上または、一カ所または分散した複数の場所にあって通信ネットワークで相互接続された複数のコンピュータ上で実行できるように展開することができる。

本発明の方法工程は、入力データに操作を行って出力を生成することによって、本発明の機能を遂行するために、コンピュータプログラムを実行する１つ以上のプログラム可能なプロセッサによって実施することができる。特定の目的の論理回路、たとえばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）によって方法工程は実施することができ、本発明の装置を具現することができる。

コンピュータプログラムの実行に適したプロセッサとしては、一例として、汎用または特定用途向けマイクロプロセッサ、および任意の種類のデジタルコンピュータの任意の１つ以上のプロセッサの両方が挙げられる。一般に、プロセッサは読み出し専用メモリまたはランダムアクセスメモリまたはその両方からの命令とデータを受ける。コンピュータの必須要素は、命令を実行するためのプロセッサと、命令およびデータを格納するための１つ以上のメモリ素子である。一般に、コンピュータは、データを格納するための１つ以上の大容量記憶素子、たとえば磁気、光磁気ディスク、または光学ディスクを含むか、これとデータの授受を行うように動作連結されている。コンピュータプログラム命令およびデータを具現するための適切な情報担体には、たとえばＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭおよびフラッシュメモリ素子などの半導体メモリ素子を含む不揮発性メモリ；たとえば内部ハードディスクまたはリムーバブルディスクなどの磁気ディスク；光磁気ディスク；およびＣＤ−ＲＯＭおよびＤＶＤ−ＲＯＭディスクのすべての形態が含まれる。プロセッサおよびメモリは、特定用途向け論理回路内によって提供してもよいし、これに内蔵してもよい。

ユーザとのインタラクションを提供するために、本発明は、ユーザへの情報を表示するためのたとえばＣＲＴ（陰極線管）またはＬＣＤ（液晶表示）モニタなどの表示素子と、ユーザがコンピュータに入力を与えるためのキーボードと、ポインティングデバイス、たとえばマウスまたはトラックボール有するコンピュータ上で具現してもよい。他の種類の素子もユーザとのインタラクションを提供するために用いることができ、たとえば、ユーザに提供されるフィードバックは、任意の形態の感覚フィードバック、たとえば視覚フィードバック、聴覚フィードバック、または触覚フィードバックであってよく、ユーザからの入力は音響、発話または触覚入力を含む任意の形態で受信することができる。

本発明は、特定の実施形態に関して説明してきた。他の実施形態は以下の請求項の範囲に含まれる。たとえば、イオン源１１５は、エレクトロスプレーイオン化源（ＥＳＩ）として記載したが、代替のイオン源としては、ＡＰＣＩ（大気圧化学イオン化）、ＡＰＰＩ（大気圧光イオン化）、ＡＰＰＣＩ（大気圧光化学イオン化）、ＭＡＬＤＩ（マトリックス支援レーザー脱離イオン化）、ＡＰ−ＭＡＬＤＩ（大気圧ＭＡＬＤＩ）、ＥＩ（電子衝撃イオン化）、ＣＩ（化学イオン化）、ＦＡＢ（高速原子衝撃イオン化）、およびＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）が挙げられる。

イオンは一旦イオン源１１５を離れると、イオンアキュムレータ１２０に入るまでに、様々なイオンガイド、イオン光学要素、または他のイオンビーム輸送手段（図示せず）を横切る。これらのイオンビーム検証手段は、ｍ／ｚフィルタリング特性を有していてもよいし、イオンアキュムレータ１２０に入るビームを予備調整するために用いてもよい。

イオン移送光学部は、ＲＦ多重極ガイド、チューブレンズ、イオンを通す開口および／または開口プレートレンズ／差次的ポンピングオリフィスを有する複数のＦＲ電極からなる「イオントンネル」を含んでいてもよい。

イオンアキュムレータ１２０内に最初に捕獲されたイオンは、検出前に操作することができ、たとえば、望ましくないイオンをこの時点で排出して、イオンのｍ／ｚ範囲を制限するか、または特定の狭いｍ／ｚ範囲を捕獲するようにすることができる。

上述のように、イオンは様々な様式で操作または妨害してもよい。ｍ／ｚ範囲の操作に加えて、イオンの荷電状態も、たとえば、イオン−分子間またはイオン−イオン間反応によって操作することができる。他の操作方法としては、限定はされないが、荷電状態分布を変えるためのイオンの電磁照射が挙げられる。

図１の検出器１２５は、質量分析計１３０に向けて伝播するイオンの軸から離れて、質量分析計１３０の上流に配置されるように示されているが、検出器１２５はどこに配置してもよく、たとえば、図３に示すように質量分析計１３０に入るイオンビームと同軸上に配置してもよい。検出器１２５は、イオントラップからのイオンの放射状排出だけでなく軸方向のイオン排出も収容するように配置することができ、あるいは、排出されたイオンをそれらのビーム通路から取り出して検出することもできる。

前実験検出工程において、イオンアキュムレータ１２０の実質的に全内容を排出することが望ましいかもしれないが、全イオンを同時に排出させる必要は必ずしもない。イオンは、イオン電流測定に対する補正が、ゲインのｍ／ｚ依存性変化および検出器の検出効率に対して行われるように、たとえばｍ／ｚに基づいて排出してもよい。あるいは、ｍ／ｚの移動範囲を検出器１２５にパルス出力して、本質的に単純な質量スペクトルを与えるようにしてもよい。

たとえば、イオンアキュムレータ１２０（またはストレージデバイス７１０）およびイオン移送光学部１３０に印加される電圧の、様々な操作を用いて、質量分析計１３０の分析セル１３５へのイオンの輸送および該セル内でのイオンの捕獲捕獲を高めることができる。

前実験段階において、イオンアキュムレータ１２０（またはストレージデバイス７１０）からイオンを抽出するための時間は、０．１〜２ミリ秒以上の領域であってよい。この時間間隔は、使用する素子に依存する。たとえば、ＲＦリニア四重極イオントラップを用いる場合には、該時間間隔は、軸方向ＤＣの長さ、有無、抽出場を有する空間電荷場、減衰／衝突ガスの圧力と種類などに依存する。また、イオンのｍ／ｚ（および化学構造）にも依存する。

イオンアキュムレータ１２０（またはストレージデバイス７１０）から質量分析計１３０の分析セル１３５へのイオンの通過時間は、限定はされないが、イオンガイドを通る運動エネルギー、ガイドの長さ、およびイオンに対するｍ／ｚ比を含む様々な要因に依存する。通過時間は典型的には、２０〜２０００マイクロ秒以上の範囲である。イオンは、各様イオンパケットとして分析セル１３５を通過する（典型的には、低ｍ／ｚイオンがパケットの前方に集中し、高ｍ／ｚイオンが後方により集中する）。

分析セル１３５内に捕獲されたイオン集団は、捕獲電位をこれらのイオンの捕獲を行うために変化させた（典型的には前方の捕獲電位を上げた）場合に分析セル１３５内にあるパケットの一部に基づいている。通常は、分析セル１３５の捕獲電位は、イオンが低運動エネルギー（約１ｅＶ）で分析セル１３５に入り、セルの「後」端において捕獲電位によって反射されるように設定される。イオンパケットが（典型的に）自身の上で反射すると、分析セル１３５内部でのイオンパケットの密度が約２倍になる。分析セル１３５のイオン通過時間は、典型的には２０〜２００マイクロ秒（イオンの運動エネルギー、セル寸法、およびｍ／ｚによって異なる）であろう。

ｍ／ｚ分析またはいくつかのさらなる操作を行う前に、分析セル１３５内に捕獲されたイオンを安定化させることが望ましいかもしれない。このことは、たとえば、分析セル１３５上の電圧を操作すること、断熱冷却を用いること、捕獲電位を下げてより高いエネルギーイオンを漏出させること、または衝突冷却によって達成することができる。

上に図示および記載した方法の工程は、異なる順序で行ってもよく、望ましい結果を得ることができる。開示した材料、方法、および例は、説明のみを目的としており限定することは意図していない。図示および記載した装置は、説明的に記載したものに加えて、特定の用途に必要であるかもしれない他の部品を含んでいてもよい。様々な例示的実施形態に基づいて説明した様々な特徴は組み合わせて、本発明のさらなる実施形態を構成してもよい。

図１は、本発明の１つの態様に従う質量分析計における、イオン集団制御方法を具現する装置の概略図である。 図２は、本発明の１つの態様に従う質量分析計における、イオン集団制御方法を説明する流れ図である。 図３は、図１に従う装置の代替実施形態の概略図である。 図４は、質量分析計におけるイオン集団制御方法を具現する三連多重極システムを含む、本発明の１つの態様に従う方法の実施形態の概略図である。 図５Ａは、イオンスプリッタを組み込んだ図４に従う装置の代替実施形態の概略図である。 図５Ｂは、図５Ａに示した装置の動作を示すプロットである。 図６Ａおよび図６Ｂは、ビーム切替素子を組み込んだ、図４に従う装置の代替実施形態の概略図である。 図６Ａおよび図６Ｂは、ビーム切替素子を組み込んだ、図４に従う装置の代替実施形態の概略図である。 図７は、中間イオントラップを組み込んだ、図１に従う装置の代替実施形態の概略図である。 図８は、複数の四重極およびＦＴＩＣＲを含んだシステムを利用する、図２に従う方法の実施形態の流れ図である。 図９は、ＭＳ^ｎモードで動作するように構成されたシステムを利用する図２に従う方法の実施形態の流れ図である。

Claims (2)

1. 質量分析器の作動方法であって、該方法は、以下：
   前駆体イオンを蓄積し、該蓄積された前駆体イオンに由来する生成イオンを該質量分析器に導入することによって、該質量分析器に導入される生成イオン集団を制御する工程を包含し、該前駆体イオンは、イオン蓄積速度と目標前駆体イオン集団とに基づいて決定される期間の間蓄積され、該目標前駆体イオン集団は、最適生成イオン集団を生成する目標前駆体イオンの集団であり、該最適生成イオン集団は、これを超えると該生成イオンが前記質量分析器に導入された際にｍ／ｚ割り当てに誤差が生じる生成イオン集団であり、該蓄積速度は、前駆体イオン源からイオンアキュムレータへのイオンの流速を表し、該蓄積速度は、イオンビームの一部分を検出器に転向させることによって測定され、一方で該イオンビームの残りの部分が前記イオンアキュムレータに移送される、方法。
2. 質量分析器を作動させるために情報担体上で明白に具現されるコンピュータプログラムであって、該コンピュータプログラムは、プログラム可能なプロセッサに作動可能に連結された質量分析計を含む装置に、以下：
   ａ）イオン源から質量分析計に延びるイオン路に沿って、前記イオン源と前記質量分析器との間にあるイオンアキュムレータへイオンサンプルを導入させ、
   ｂ）該イオンサンプル由来のイオンをサンプリング時間間隔の間蓄積させ、
   ｃ）蓄積されたイオン由来の実質的に全てのイオンを前記イオンアキュムレータから排出し；
   ｄ）排出されたイオンの少なくとも一部を検出させ、
   ｅ）前記イオンアキュムレータへのイオンの蓄積速度を、前記検出、前記時間間隔及び前記一部に基づいて決定する工程；
   ｆ）前記蓄積速度及び目標イオン集団に基づいて注入時間間隔を決定させ、該注入時間間隔は、前記目標イオン集団を前記イオンアキュムレータに蓄積するための時間間隔を表し、該目標イオン集団は、前記イオンアキュムレータ内での衝突誘起解離による前記イオンの解離の間に最適生成イオン集団を生成するイオン集団であり、該最適生成イオン集団は、これを超えると該生成イオンが前記質量分析器に導入された際にｍ／ｚ割り当てに誤差が生じる生成イオン集団である、
   ｇ）該注入時間間隔に対応する時間の間前記装置内の第２のイオンサンプルを蓄積させ、
   ｈ）前記装置内において特定の質量電荷比または範囲を有する該第２のイオンサンプルのサブセットを単離し、
   ｉ）前記装置内において前記第２のイオンサンプルのサブセットから前記生成イオンを発生させ、そして
   ｊ）前記生成イオンを質量分析計に導入させる働きをする命令
   を含む、コンピュータプログラム。

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