JP2003525515A

JP2003525515A - 衝突室中での減衰を伴うタンデム飛行時間型質量分析計およびその使用のための方法

Info

Publication number: JP2003525515A
Application number: JP2001503206A
Authority: JP
Inventors: アナトリエヌ．ベレンチコフ，; マービンエル．ベスタル，; ケビンエム．ヘイデン，
Original assignee: PerSeptive Biosystems Inc
Current assignee: Applied Biosystems LLC
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2003-08-26
Also published as: WO2000077823A2; EP1196940A2; US6534764B1; WO2000077823A3; JP2010232193A

Abstract

(57)【要約】イオンビームを減速させ、そしてイオンビームを飛行時間型質量分析計（ＴＯＦＭＳ）から第二の質量分析計、好ましくは直交ＴＯＦＭＳに適合する衝突減衰室を有するタンデム質量分析計を開示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本出願は、１９９６年６月１１日に提出した米国特許仮出願番号６０／１３８
，８６１号に対して優先権を主張する。

【０００２】（発明の分野）本発明は、質量分析計に一般に関し、詳細にはそしてタンデム質量分析計に関
する。より詳細には、本発明は、第一の飛行時間型質量分析計の、衝突減衰を伴
う衝突室の使用によって、直交加速を伴う時間飛行型質量分析計を含む、種々の
タイプのいずれか１つの第２の質量分析計への有効な結合を提供する。

【０００３】（発明の背景）質量分析計（ＭＳ）機器は、供給源において発生されたイオン化分子の質量の
電荷に対する比（Ｍ／Ｚ）を測定することによって、化合物およびそれらの混合
物を分析する。飛行時間型（ＴＯＦ）質量分析計は、ほぼ一定の電位差を横切る
パルスイオンビームを加速し、イオン源における起点から検出器までの飛行時間
を測定する。イオンの電荷当たりの運動エネルギーはほぼ一定であるので、より
重いイオンはより緩慢に移動し、より軽いイオンより遅い時間で検出器に到達す
る。イオンの飛行時間を、公知のＭ／Ｚ値と共に使用することで、ＴＯＦ分析計
が較正され、未知のイオンの飛行時間が、Ｍ／Ｚ値に変換される。

【０００４】歴史的に、ＴＯＦ質量分析計は、主にパルス化された供給源と共に使用され、
それによってイオンの離散的バーストを発生する。パルス化された供給源を有す
る質量分析計の典型的な例には、プラズマ脱離質量分析計、および二次のイオン
化質量分析計が挙げられる。近年、ＴＯＦ質量分析計は、特に広い質量範囲なら
びに高い速度、感度、分解能および質量精度を要求する、不安定な生体分子およ
び他の応用の分析のために、広く受容されるようになった。マトリックス支援レ
ーザ脱離／イオン化（ＭＡＬＤＩ）およびエレクトロスプレー（ｅｌｅｃｔｒｏ
ｓｐｒａｙ）イオン化（ＥＳＩ）のような新しいイオン化法は、ＴＯＦ質量分析
の広く拡張された適用を有する。ＴＯＦ質量分析計は、これらの新しいイオン化
法の両方における、最も好ましい機器プラットホームの１つになっている。

【０００５】ＭＡＬＤＩイオン源のパルス化特性は、飛行時間型分析器のパルス化操作を、
自然に補足し、従って、このＴＯＦは、ＭＡＬＤＩ法の最も早い適用から選択さ
れた質量分析計であった。しかし、初期のＭＡＬＤＩ器具は、レーザーエネルギ
ーに対する極端な感度を欠点として有した。近年、ＭＡＬＤＩ／ＴＯＦＭＳ機
器の分解能が、遅延イオン引き出し（ＤＥ）法（米国特許第５，６２５，１８４
号；同第５，６２７，３６０号；および同第５，７６０，３９３号に記載される
ような）を使用して、顕著に改善されてきた。この方法において、イオンおよび
中性分子のプルーム（ｐｌｕｍｅ）が、レーザーショットによる脱離後、広がり
得、次いで遅延電子パルスの適用後、加速される。その結果、イオンは、高い電
場によって、濃縮プルームを通って、もはや引きずられない。この技術は、イオ
ンのエネルギー拡散およびフラグメンテーションの量を減少する。遅延イオン引
き出し法は、レーザーエネルギーにそれほど敏感ではなく、そして、非常により
高い分解能および質量精度が、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量分析計で慣用的に有効と
なる。

【０００６】パルス化された供給源は、ＴＯＦ質量分析計に容易に適合されるが、ＴＯＦを
ＥＳＩのような本質的に連続的な供給源に適用することは困難である。この問題
は、直交引き出しスキーム（「Ｍｅｔｈｏｄｏｆｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇ
ｈｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｕｎｔｉｏｕｓｉｏｎｂｅａｍ」と題
する、ロシア特許ＳＵ１６８１３４０Ａ１および対応する公開されたＰＣＴ出願
ＷＯ９１／０３０７１に記載される）の導入によって解決された。直交ＴＯＦ（
ｏ−ＴＯＦ）ＭＡ機器において、連続的な、ゆっくり動くイオンビームは、パル
ス化された直交電場の手段によってイオンパルスに変換される。イオンパルスは
、非常により高いエネルギーで、イオンビーム行程に直行する方向に加速され、
そして中間の収束面上に収束され、この収束面は、反射ＴＯＦＭＳの対象面と
して作用する。この直交するパルサー／加速器は、ｏ−ＴＯＦ質量分析計におい
て、高反復率（典型的に、１０ｋＨｚ）パルス化イオン供給源として作用する。
「パルサーデューティサイクル（ｐｕｌｓｅｒｄｕｔｙｃｙｃｌｅ）」と参
照される、変換効率は、通常１０〜２０％程度である。変換損失は、ＴＯＦ質量
分析計が所定のパルス中の全てイオンを検出する能力によって、十分に補充され
る。その結果、直交ＴＯＦスキームは、従来から使用される走査型機器（例えば
、四重極型および扇形磁場型（ｍａｇｎｅｔｓｅｃｔｏｒ）質量分析計）と比
較して感度における顕著な改善を提供し、これは、一度につき、イオンビームの
１つの狭いＭ／Ｚ成分のみを送達し、そして残りを放棄する。走査型機器の収集
デューティーサイクル（ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｄｕｔｙｃｙｃｌｅ）（つ
まり、単一成分のみが一度に通過することを考慮する分析のために使用されるイ
オンビームの部分）は、質量分解能に逆比例し、そして、ｏ−ＴＯＦＭＳ機器
における１０％程度の収集デューティーサイクルに比較して、１０^-4〜１０^-3％
程度である。高い感度に加えて、ｏ−ＴＯＦスキームは、より広い質量範囲、例
外的な速度、中から高分解能および高い質量精度を提供する。

【０００７】ＥＳＩ−ＴＯＦＭＳおよびＤＥＭＡＬＤＩ−ＴＯＦＭＳは、試料の分子
量に対して、優れたデータを提供するが、これらの機器における１つの欠点は、
それらは、分子構造に対する情報を殆ど提供しないということである。伝統的に
、タンデム型質量分析計（ＭＳ−ＭＳ）は、構造情報を提供するために使用され
てきた。ＭＳ−ＭＳ機器において、第一の質量分析計は、例えば、特定化合物の
分子イオンのような目的の主イオン（またはイオン）を選択するために使用され
、そしてこのイオンは、その内部エネルギーを増加させる（例えば、イオンを中
性分子に衝突させることによって）ことによってフラグメントを生じる。次いで
、第二の質量分析計は、フラグメントイオンのスペクトルを解析し、そして、し
ばしば主イオンの構造が、フラグメントイオンのマススペクトルを解釈すること
によって決定され得る。ＭＳ−ＭＳ技術は、フラグメンテーションの公知のパタ
ーンを用いて、公知の化合物の認識を改善し、そしてまた、複合体混合物におけ
る検出の特異性を改善し、ここで、異なる成分は、第一のＭＳ機器において、重
なったピークを与える。薬剤代謝研究およびプロテオーム研究におけるタンパク
質認識などの応用の大部分において、その検出レベルは、化学的ノイズによって
制限される。たびたび、ＭＳ−ＭＳ技術は、これらの応用における検出限界を改
善する。

【０００８】ＭＡＬＤＩ−ＭＳにおいて、ポスト−ソースディケイ（ｐｏｓｔ−ｓｏｕｒｃ
ｅｄｅｃａｙ）（ＰＤＳ）として知られる技術は、分子構造に関する情報を提
供するために、単一ＭＳ機器において使用され得る。主イオンは、線形ＴＯＦ質
量分析計中の空間において分離され、そして時限式イオンセレクタによって選択
される。イオンは、イオン形成プロセスの間、励起され、そして電場のない領域
で、部分的にフラグメンテーションされる（準安定フラグメンテーションといわ
れる）。フラグメントイオンはほぼ同一速度で、従って、それらの質量に比例す
るエネルギー（エネルギー分配効果として知られる）で、飛行し続ける。その結
果、イオンフラグメントは、静電ミラー（反射板）において、時間的に分離（ｔ
ｉｍｅｓｅｐａｒａｔｅｄ）され得る。ＰＳＤ法（これは、単一質量分析計に
関係するのだけれども）は、準ＭＳ−ＭＳスキームといわれる。フラグメンテー
ションスペクトルは、しばしば弱く、そして解釈することが困難である。イオン
が衝突誘起解離（ＣＩＤ）を受け得る衝突室の追加は、フラグメンテーションの
効率を向上する。さらに、ＰＳＤおよびＣＩＤスペクトルの精度は、エネルギー
分配によって、およびＣＩＤの場合には、衝突の付加的なエネルギーの広がりに
よって強く影響される。親イオンおよびフラグメントイオンは、異なるエネルギ
ーを有し、従って、静電イオンミラーを有する反射ＴＯＦ質量分析計において、
同時に収束され得ない。この問題を解決するために、ミラー電圧が段階的にされ
、スペクトルは、針（ｓｔｉｔｃｈ）、感度を損なう粒子、収集速度および質量
精度から構成される。

【０００９】現在、タンデム型質量分析計の最も一般的な様式は、３連四重極（Ｔｒｉｐｌ
ｅＱ）であり、ここで、両方の質量分析計は、四重極、およびイオン輸送を高
めるために高周波（ＲＦ）専用四重極を使用する衝突室である。その遅い走査速
度のために、ＴｒｉｐｌｅＱ機器は、ＥＳＩおよび大気圧化学イオン化（ＡＰ
ＣＩ）源のような連続イオン源を採用する。第二の質量分析計の走査は、さらな
る損失を生じるために、ＴｒｉｐｌｅＱ機器の最も有効な使用方法は、選択さ
れた反応をモニターすることである。薬剤代謝研究は、公知の薬剤化合物が、豊
富な生物学的マトリックス（例えば、血液または尿）中で測定される良好な例で
ある。これらの研究において、親イオンおよび娘フラグメントイオンの質量は公
知であり、分析計は、これらの特定の質量を検出するように調節される。走査を
必要とするさらなる遺伝子応用において、３連四重極機器は、その低い速度、感
度、質量精度および分解能のために、あまり所望されない。

【００１０】３連四重極機器の発展において、衝突室の使用は完璧にされ、これによって、
これらの機器が、有意な商業的成功を達成することを可能にする。低エネルギー
衝突は、高度に制御されたフラグメンテーション度および重要な構造情報を提供
する。ＲＦ専用四重極ガイドは、イオンフラグメントの完全な放射保持（ｒａｄ
ｉａｌｒｅｔｅｎｔｉｏｎ）を提供する。米国特許第５，２４８，８７５号に
記載のように、この室における衝突冷却は、室の軸上に、イオンを拘束し、軸方
向へのエネルギーの広がりを強く減少する。

【００１１】近年、四重極を第一のＭＳ機器として有する混成機器が記述されてきており、
ここでは、第二の四重極質量分析計が、ｏ−ＴＯＦ質量分析計によって、取って
代わられている。この機器は、一般に「Ｑ−ＴＯＦ」といわれる。ｏ−ＴＯＦの
背後末端は、目的の全てのフラグメントイオンを、一度に観測することを、そし
て高い分解能および質量精度で、第二のスペクトルの収集を可能にする。娘イオ
ンの全質量範囲が要求される場合において（例えば、ペプチド配列に対して）、
Ｑ−ＴＯＦ機器は、３連四重極機器を超えて、有意な作動利点を提供する。しか
し、Ｑ−ＴＯＦ機器は、選択反応モニタリングモード（すなわち、単一のＭ／Ｚ
値をモニターする）において操作する単一四重極の使用と比較して、感度におけ
る１０〜１００の損失を示す。同じ理由によって、Ｑ−ＴＯＦの感度は、第二の
ＭＳ機器が単一のＭ／Ｚ値をモニターするために使用される「親スキャン」のモ
ードにおいてよりも低い。近年、Ｑ−ＴＯＦプラットホームは、Ｓｔａｎｄｉｎ
ｇら，ＲａｐｉｄＣｏｍｍ．ＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍ．１２，５０８−５
１８（１９９８）によって出版されるように、ＭＡＬＤＩイオン源との組み合わ
せで、適用されてきた。

【００１２】近年の別の変化において、線形イオントラップ（ＬＩＴ）およびＴＯＦ質量分
析計を組合わせることによって、ＭＳ−ＭＳ機器を構成することが提案されてき
た。ＬＩＴは、従来の四重極を静電「プラグ」で改変することによって形成され
、そして長期間に渡って、イオンを捕獲することを可能にする。四重極電界構造
は、以前に３−Ｄイオントラップ技術において発達した、種々の分離および励起
方法の適用を可能にする。ＬＩＴは、選択におけるイオンの損失を除外し、そし
てポンピングシステムに対する要求量を減少する不十分な真空条件でまた、操作
し得るが、それは、現在のところ、Ｒ＜２００であると実証されている、イオン
選択の制限された分解能（Ｒ）を被る。

【００１３】最近、ＭＡＬＤＩイオン源は、３次元（３−Ｄ）四重極イオントラップ質量分
析計（ＩＴＭＳ）と結合させられてきた。このＩＴＭＳは、個々の質量分析
工程の適切な性能を提供するが、多工程タンデム−ＭＳ分析の利点を有するタン
デム質量分析解析のための慣用的な機器であり、通常ＭＳⁿ分析といわれる。こ
のような分析において、主イオンのパルスは、イオントラップ室内に捕捉され、
操作の時限式シーケンスを受ける。これらの操作は、主イオンの選択およびフラ
グメンテーション、所望されていない成分のその後の放出、続く次世代の単一フ
ラグメントイオンの選択およびフラグメンテーションを含む。ｎ段階の選択およ
びフラグメンテーション後、フラグメントが質量分析される。ＭＡＬＤＩ源を、
ＩＴＭＳに結合することは、この技術を用いる分析を導入することにおいて問
題であった。真空でＭＡＬＤＩ源中で生成されるイオンは、ゆっくり傾斜する振
幅を有するＲＦ場を使用して、静電レンズを介して輸送され、そしてＩＴＭＳ
室内に捕捉される。このような結合法は、主イオンの有意なディケイ（ｄｅｃａ
ｙ）を導入する。この方法は、いわゆる「ソフトな」マトリックス（「ｓｏｆｔ
」ｍａｔｒｉｃｅｓ）と組合わされる場合にのみ、作用する。トラップが、マト
リックスイオンを含む、全ての質量のイオンで満たされるので、弁別および質量
シフトを含む空間電荷効果が明白となる。イオン貯蔵および質量分析のサイクル
が遅くなり、レーザーの通常の反復率は、２Ｈｚであり、そして試料は不十分に
利用される。さらに、この方法は、レーザーエネルギーに敏感であり、マトリッ
クス上に堆積された試料上の適切なスウィートスポットを選択することに依存す
る。

【００１４】高い感度、分解能および質量精度は、ＴＯＦ質量分析計の重要な特性である。
このことは、イオンビームが、短い継続時間を既に有し、また低い発散およびエ
ネルギーの広がりを有する、真空中で操作するＤＥＭＡＬＤＩ源に対して、特
に正しい。ＴＯＦ質量分析計の送達は、ほぼ均一である。従って、パルスイオン
源の場合、各分析器に対して、タンデム質量分析計の一部を形成するＴＯＦ質量
分析計を利用することが所望される。

【００１５】エネルギー分配効果および全てのフラグメントイオンを同時に収束させる不可
能性に関連した従来のＤＥＭＡＬＤＩＴＯＦにおいて使用される衝突室に直
面する問題を克服するために（ＰＳＤ法の上記説明を参照のこと）、「Ａｔａ
ｎｄｅｍｍａｓｓｓｐｅｃｔｏｒｏｍｅｔｅｒｗｉｔｈｄｅｌａｙｅｄ
ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎａｎｄｍｅｔｈｏｄｏｆｕｓｅ」と表題をつけ
られた、本出願に関して同一人に譲渡された、同時係属中の特許出願第０９／２
３３，７０３号に記載されるように、衝突室の後に第二のＤＥ源を加えることが
提案されてきている。

【００１６】この特許出願において、主イオンビームは、線形ＴＯＦ質量分析計において分
離され、そして、目的の特定質量のイオンが、時限式イオンセレクタによって選
択される。この主イオンビームは、イオンセレクタの面上に時間収束され、その
結果、選択性の分解能が向上される。選択されたイオンビームは、衝突室内に入
り、ここで、イオンは、１回〜数回の高エネルギー衝突を経験する。目的のイオ
ンは、それらが衝突する気体分子よりも非常に高い質量を有しているという事実
に基づいて、イオンビームは、その本来の方向および時間パルス特性のほとんど
をまだ保持している。フラグメントのエネルギーは、質量に依存するが、しかし
初期ビームの中程度のエネルギー（１〜３ｋｅＶ）のエネルギーのために、エネ
ルギーの広がりが制限される。衝突室からの脱離後、イオンは、適切な時間遅延
後、ＤＥＭＡＬＤＩ内のように第二の電気パルスによって加速される。この第
二の加速は、実質的にイオンエネルギーを増加させる；しかし、エネルギーの広
がりは、分解能の損失無しに、約１０％のエネルギーの広がりを処理すると知ら
れる静電ミラーのエネルギー収束特性の範囲内である。

【００１７】本特許出願において記載されるスキームは、高エネルギーＣＩＤに関係する固
有の情報を提供すること、そしてＭＡＬＤＩＭＳ−ＭＳ実験における可能な最
大の感度を発生することが望まれるが、高エネルギー衝突は、励起の広いスペク
トルを生成し、そして、より大量の少質量フラグメントを生成し得る。両方のＴ
ＯＦ質量分析計の同期化の必要性によって、複雑さがこの機器の操作に加わる。
また、第二の質量分析計の収束特性は、第一の質量分析計および時限式イオンセ
レクタの収束条件を考慮する。

【００１８】上記の質量分析計の性能を拡大するための活動にも関わらず、ＴＯＦ質量分析
計の高い感度、分解能、および質量精度を組み込こみ、そして十分に有用な固有
のパルスイオン源（例えば、ＭＡＬＤＩ）を、最小の感度損失で利用し得る改良
されたタンデム質量分析計に対する要求が、まだ存在する。第二の質量分析計の
性能を改善するために、そして第一の質量分析計からその操作を分離するために
、エネルギー調節電極を出るイオンビームのエネルギーおよび角度の広がりを改
良すると同時に、フラグメンテーション度の制御するために、そして中程度の質
量のフラグメントを含む情報の量を増加するために、最も感度の良いＴＯＦ質量
分析計を低エネルギー衝突室と組合わせることがまた、所望される。

【００１９】（発明の要旨）本発明は、主イオンの飛行時間分離を利用した高性能質量分析計およびＭＳ方
法を提供することによって、従来技術の欠点および制限を克服し、これは、実用
的に重要なパルスイオン源、とりわけＭＡＬＤＩイオン源のパルス性質（ｐｕｌ
ｓｅｄｎａｔｕｒｅ）に適合する。

【００２０】本発明の特徴には、飛行時間型質量分析計をエネルギー調節電極と、十分に高
圧な気体で連結させることが挙げられ、この気体は、イオンと背景気体（ｂａｃ
ｋｇｒｏｕｎｄｇａｓ）との間に多重衝突を起こし、イオンビームの運動エ
ネルギーが実質的に減衰する。本発明の別の特徴によると、ＲＦ多重極が衝突室
に備えられ、空間的にビームを拘束する。さらに、この室に注入されたイオンの
運動エネルギー（「注入エネルギー」とも以下では言及される）は、室内でのフ
ラグメンテーション度を制御するために、静電圧（ｓｔａｔｉｃｖｏｌｔａｇ
ｅ）を調節することによって、または電気パルス（以下では「力学的エネルギー
補正（ｄｙｎａｍｉｃｅｎｅｒｇｙｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）」とも以下では
言及される）を印加することによって調節され得る。特に低エネルギー注入の場
合、主イオンはインタクト（ｉｎｔａｃｔ）のままであり、そしてより高いエネ
ルギー注入の場合には、イオンは衝突室内でフラグメント化する。この特徴によ
って、データ収集のための第二のＭＳの使用と同時に、ＭＳとＭＳ−ＭＳ分析と
の間での切替えが可能となる。主イオンビームのパルス性質が部分的に保存され
、タンデムＭＳオペレーションの感度を高上させ得る。

【００２１】本発明のタンデム質量分析計の最も一般的な好ましい実施態様は以下を備える
：飛行時間型質量分析計に連結されたイオンのパルス発生器；時限式イオンセレ
クタ；投入されたイオンビームを衝突によって減衰させるため、そして飛行時間
型質量分析計および時限式イオンセレクタと連絡してフラグメンテーションを誘
起するために、十分に高圧の気体で充填された衝突室；ならびにフラグメントイ
オンを分析するための第二の質量分析計。

【００２２】本発明の１つの好ましい実施態様によると、タンデム質量分析計は以下を備え
る：ＤＥＭＡＬＤＩイオン源；時限式イオンセレクタ、エネルギー調節電極お
よび差動ポンピングされる衝突室、上記衝突室内のＲＦ−専用多重極を備える、
線形ＴＯＦＭＳ；ならびに第二のＭＳとしての直交ＴＯＦＭＳ。エネルギー
調節電極は電気パルスを利用して、サンプルプレートにおける所定の電位で注入
エネルギーを調節する。この室は、約１０〜１００ｍｔｏｒｒの圧力の気体で充
填され、パルス化された中間エネルギービーム（ｍｅｄｉｕｍｎｅｒｇｙｂ
ｅａｍ）を、低速準連続ビーム（ｑｕａｓｉ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂｅａｍ
）に変換する。このビームは、室の軸の近くでＲＦ場によって拘束される。生じ
た連続低速イオンビームは、第一のＴＯＦ質量分析計の作動とは同調せずに、高
周波でパルスするｏ−ＴＯＦ質量分析計において分析される。

【００２３】本発明は多数の特徴とともに具現化され得、これらの特徴が単一または組み合
せて利用され、ＭＳ機器の性能および方法を向上させる。

【００２４】１つの特定の特徴によれば、ＭＡＬＤＩ源は、増加したレーザーエネルギーで
作動する、高反復率レーザーを利用する。これはさらに高い感度を提供する。

【００２５】別の特定の特徴によれば、第一のＴＯＦＭＳにおいて第二の補正減速電気パ
ルス（ｃｏｒｒｅｃｔｉｖｅｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃ
ｐｕｌｓｅ）を導入して目的の選択されたイオン質量の周囲で飛行時間分解能（
ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を高めることにより、
高レーザーエネルギーでの運転に関して、ＴＯＦ主イオン選択の分解能を向上さ
せる。

【００２６】さらに、別の特定の特徴によれば、時限式セレクタは、目的のイオンのみを加
速する同期パルス加速器（ｔｉｍｅ−ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄｐｕｌｓｅｄ
ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒ）である。これによって、予め決められたＭ／Ｚ値の
イオンのみを通過させることができ、イオン選択の分解能が向上する。

【００２７】さらに、別の特定の特徴によれば、時間測定イオンセレクタによって反射され
たイオンビームを検出するために追加の環状検出器が使用され、親イオンのスペ
クトルを得る。

【００２８】さらに別の特定の特徴によれば、選択されたイオンのフラグメンテーションを
誘発するための注入エネルギーは、時限式イオンセレクタおよび衝突室との間に
通常の無電場領域（ｎｏｒｍａｌｌｙｆｉｅｌｄｆｒｅｅｒｅｇｉｏｎ）
を含むことによって、第一のＴＯＦ質量分析計におけるパラメータから独立して
調節される。目的のイオンが、検出されるイオンの運動エネルギーを制御する通
常の無電場領域を通過し、その後衝突室に入るように、電圧パルスを目的のイオ
ンに印加する。

【００２９】さらに、別の特定の特徴によれば、操作のＭＳ専用モードから得られたスペク
トルの質を、０．１と１ｔｏｒｒとの間に衝突室内の圧力を増加させることによ
って向上させる。より高い気体の圧力は、イオン源で励起された後のイオンの冷
却を向上する。

【００３０】さらに、別の特定の特徴によれば、感度は、衝突室をメタンのような軽い気体
で満たすことによって向上される。これによって、イオンをより高いエネルギー
で衝突室に注入することが可能となり、従って感度が向上する。

【００３１】さらに、別に特定の特徴によれば、衝突室に二重室（ｄｕａｌｃｅｌｌ）を
導入することによって感度を向上させる。この二重室は２つのセグメントから構
成され、第一のセグメントは、比較的大きな内接半径を有する高次多重極であり
、そして第二のセグメントはより小さな半径の四重極である。

【００３２】さらに、別の特定の特徴によれば、２つのＴＯＦ質量分析計の非同時操作が、
衝突室の出口端部に僅かな遅延電位を導入することによるイオンビームの時間特
性の平滑化（ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ）によって改善される。

【００３３】質量分析計の他のタイプは、第二のＭＳ分析器、例えば、３−Ｄイオントラッ
プ質量分析計、フーリエ変換質量分析計、四重極型質量分析計または扇形磁場型
質量分析計として使用され得る。この実施態様は、上記の時間特性の平滑化エン
ハンスメント（ｔｉｍｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｍｏｏｔｈｉｎｇ
ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ）を利用し得る。

【００３４】別の好ましい実施態様によれば、より高い気体圧力で操作される短い衝突室に
よって、ある程度のエネルギー減衰が提供されると同時にビームのパルス性質を
さらに保存する。操作の１つのモードにおいて、第二の質量分析計、すなわちｏ
−ＴＯＦＭＳをイオン源および第一のＴＯＦ質量分析計を同調させて、デュー
ティーサイクル損失（ｄｕｔｙｃｙｃｌｅｌｏｓｓ）を排除する。

【００３５】別の実施態様によれば、連続イオン源、例えば、ＥＳＩまたはＡＰＣＩ源は、
パルスイオンパケットに変換され、パルスイオン発生器として機能する。このビ
ームは空間的に収束され、その結果、衝突室の開口の大きさを減少させる。

【００３６】本発明はまた、タンデム質量分析計のための方法に関する。本方法は、飛行時
間型質量分析計において目的のサンプルからイオンのパルスを発生させる工程を
包含する。目的のイオンは、飛行時間型質量分析計においてイオンのパルスから
選択される。この選択されたイオンを、選択されたイオンの運動エネルギーを実
質的に減衰させるために十分に高い気体圧力を有する気体と衝突させ、そして選
択されたイオンのフラグメンテーションを誘起する。選択されたイオンとそのフ
ラグメントは、次いで、第二の質量分析計で分析される。

【００３７】１つの実施態様において、本発明は高性能タンデム質量分析計の方法に関する
。この方法は以下を包含する：パルスイオン源からのイオンビームのパルス化加
速を発生させる工程；このイオンを飛行時間型質量分析計に向ける工程；さらな
る分析のために、所定のＭＳ／Ｚ値を有する親イオンのみを選択する工程；この
選択されたイオンのビームを、制御されたエネルギーおよび圧力で、ＲＦ専用多
重極を備えた衝突室に導入する工程であって、ここでこの圧力はイオンの運動エ
ネルギーの完全な減衰を提供し、かつ所望のフラグメンテーション度を達成する
ように調節される、工程；ならびに、第二の質量分析計においてそのフラフラグ
メントイオンを分析する工程。タンデム質量分析計の本方法は、また、主イオン
ビームのパルス性質を保存して、第二のｏ−ＴＯＦ質量分析計の感度を高める工
程を包含する。

【００３８】上記方法の特徴の１つには、時限式イオンセレクタのスイッチの「オン」と「
オフ」の切替えによって、そして、また、衝突室に注入されたイオンの運動エネ
ルギーを制御することによって、ＭＳ専用とＭＳ−ＭＳモードとの間の切替えが
挙げられる。第二の質量分析計を使用し、以下のようなそれぞれの工程の全てで
スペクトルが得られる：親スペクトルの獲得、イオン選択の質のモニタリングお
よびフラグメントイオンスペクトルの獲得。

【００３９】ＴＯＦ質量分析計の低エネルギー衝突室との連結、その後の第二の分析器によ
るタンデム質量分析には、以下のような多数の技術的課題が挙げられる：増加す
る気体充填、室の入口でのイオンビーム収束、ならびに衝突室におけるイオンビ
ームのパルス性質の保存またはビームの平滑化。結果として、本発明は、普通で
はない方法または要素の普通ではない組み合わせでこれらの課題を解決すること
よって技術進歩を示す。個々のコンポーネントの多数のこれらの有用な改変は、
以下の発明の詳細な説明および添付の実験の部においてより完全に議論される。

【００４０】特に、本発明の目的は、主ＴＯＦ質量分析計および衝突室の、第二の質量分析
計の性能および作動への影響を最小にすることであり、このとき、本発明には、
タンデムＭＳ分析が使用される。また、さらなる本発明の目的は、タンデム質量
分析計におけるフラグメンテーションプロセスにおける微調節を可能とすること
である。

【００４１】（発明の詳細な説明）簡潔な概略図である図１Ａを参照して、本発明のタンデム飛行時間型質量分析
計１１の最も一般的な実施態様は、パルスイオン発生器１２、飛行時間型（ＴＯ
Ｆ）質量分析計１３、時限式イオンセレクタ１４、衝突減衰を伴う衝突誘起解離
室（ＣＩＤ）１６および第二の質量分析計（ＭＳ２）１７を含む。本発明の重要
な局面に従って、室１６における衝突減衰は、ＣＩＤ室内の気体との衝突を介し
てイオンの運動エネルギーを実質的に減少させ、そしてイオンを第二の質量分析
計１７へ有効に転送する。

【００４２】作動中、パルスイオン発生器１２は、サンプルをイオン化し、１〜１０ｋｅＶ
（電子ボルト）の中程度のエネルギー、および短い継続時間（ナノ秒範囲）を有
するイオンパルスを形成する。このパルスイオンビームは、ＴＯＦ質量分析計１
３に導入され、ここで、イオンはそれらのＭ／Ｚ値に基づいて分離され、そして
時限式イオンセレクタ１４の近傍に時間収束される。所定のＭ／Ｚ値を有する目
的のイオンは、選択されたイオンの到着と同周波のパルス電圧を印加することに
よって、時限式イオンセレクタ１４において選択される。この時限式イオンセレ
クタは、種々の形態を取り得、そしてこのようなイオンセレクタの例を以下に記
述する。選択されたイオンのビーム（また本明細書中で主イオンともいう）は、
１０と３０ｋｅＶの間の中程度のエネルギーに減速され、そして室１６内に注入
され、ここで、イオンは、背景気体（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｇａｓ）分子との
中程度のエネルギーの衝突を経験する。注入イオンの運動エネルギーは、所望の
イオンフラグメンテーション度に達するように、パルスイオン発生器とＣＩＤ室
との間の電位を調節することによって変化される。室１６は、約１０ｍｔｏｒｒ
より大きい圧力に、気体で満たされ、これは、イオンと気体との間に多重衝突を
起すのに十分である。

【００４３】生じる多重衝突は、主イオン（ＣＩＤ室に低注入エネルギーで投入される場合
）およびそのフラグメントイオンの運動エネルギーをほぼ熱速度に実質的に減衰
させ、同時に、イオンの内部エネルギーを冷却する。イオンおよびそのフラグメ
ントイオンの運動エネルギーを実質的に減衰することによって、発明者らは、運
動エネルギーが、熱エネルギーの１０倍であるか、またはそれより小さいことを
意味する。安定イオンの低速ビームは、質量分析のために第二の質量分析計１７
内を通過する。タンデム質量分析計は、時限式イオンセレクタが作動中ではなく
、そして注入エネルギーが、選択された主イオンのフラグメンテーション閾値よ
り低く調節されている場合、ＭＳ専用モードにて作動し得る。続いて、さらに詳
細に記載されるように、主イオンのスペクトルを観測する能力は、主イオンを選
択し、その次のＭＳ−ＭＳ分析におけるイオン選択の質をモニターするために役
立つ。

【００４４】簡潔に図１Ｂを参照して、本発明の１つの好ましい実施態様は、質量分析計（
ＭＳ）システム２１であり、このシステムは、遅延イオン引き出しモードで作動
するマトリックス支援レーザー脱離イオン源（ＤＥＭＡＬＤＩ）２２、線形飛
行時間型質量分析計（ＴＯＦ１）２３、時限式イオンセレクタ２４、エネルギー
調節電極２５、減衰ＣＩＤ室２６および直交飛行時間型（ｏ−ＴＯＦ）質量分析
計２７を含む。減衰ＣＩＤ室２６は、高周波（ＲＦ）−専用多重極２６ａを含む
。直交ＴＯＦ分析において適切であるように、パルスイオンビームを低速の準連
続ビームに変換するために、両方の質量分析計は、１０^-6 ｔｏｒｒより低く減
圧され、ＣＩＤ室２６は、約１０〜１００ｍｔｏｒｒに、気体で満たされる。第
二の質量分析器は、ｏ−ＴＯＦＭＳであることが好ましいが、四重極型質量分
析計、イオントラップ質量分析計、フーリエ変換質量分析計または扇形磁場型質
量分析計のような他の質量分析器が使用され得る。

【００４５】作動時、ＤＥＭＡＬＤＩ源２２は、微小なフラグメンテーションおよび狭い
エネルギーの拡散を伴うイオンのパルスを生成する。ＤＥＭＡＬＤＩの従来の
操作におけるように、遅延電圧パルスは、イオンのパルスを１〜１０ｋｅＶのエ
ネルギーレベルに加速する。ＤＥ加速パルスおよび時間遅延はともに、時限式イ
オンセレクタ２４の近傍にある収束面における前もって決定されたＭ／Ｚ値の時
間−収束イオンに調整され、従って、目的のイオンのみを送達する。選択された
イオンは、エネルギー調節電極２５において減速され、ＣＩＤ室２６内に導入さ
れる。イオンの運動エネルギーは、フラグメンテーション度を制御するために、
１０と３００ｅＶとの間に調節される。多重極２６ａの高周波（ＲＦ）場は、イ
オンを保持し、そしてイオンと背景気体との初期接触間の放射状の拡散から防ぎ
、その結果、多重極の軸上にイオンを拘束する。パルスビームは、時間と共に拡
散し、そしてほぼ熱速度（０．０３ｅＶ）の準連続イオンビームを形成する。こ
の室２６を越えて、このビームは、約５〜１０ｅＶのエネルギーに加速され、フ
ラグメントイオンの質量分析のために、ｏ−ＴＯＦ質量分析計２６内に注入され
る。ｏ−ＴＯＦは、ＴＯＦ１内に発生したイオン源パルスと非同期的に操作され
、そして、ｏ−ＴＯＦの性能は、ＤＥＭＡＬＤＩイオン源２２およびＴＯＦ１
における状態から、完全に無関係となる。

【００４６】より詳細には、図２をまた参照して、以下に示される実験データを出すために
使用されるＭＳシステム２１は、先に記述された要素を含む。さらに、２つの異
なるポート２８ａおよび２８ｂを有するスプリットフローターボポンプ２８は、
このシステムを引き払う。

【００４７】イオン源２２は、レーザー３０、サンプルプレート３１、引き出しプレート３
２およびメッシュ３３を含む。このサンプルプレートはパルス発生器３４と連結
され、そして引き出しプレートはパルス発生器３５と連結される。線形ＴＯＦ質
量分析計３３は、飛行管３６、一組の操舵プレート３７、アインツェルレンズ（
ｅｉｎｚｅｌｌｅｎｓ）３８および環状検出器３９を含む。メッシュ４２によ
って、一方の端においてに囲まれる一組の偏向プレート４１を含む時限式イオン
セレクタ２４は、パルス発生器４３に連結される。パルス発生器４５と連結した
エレベータ４４、均一電場の減速電極スタック４６、突出するフロー制限管を有
する電極４７およびリバースカノードレンズ４８を含むエネルギー調節電極２５
は、室２６内に注入されたイオンの運動エネルギーを制御する。ＣＩＤ室２６は
、気体を供給するためのポート５１、六重極イオンガイド５２、四重極イオンガ
イド５３および室の出口にイオン光学電極５４を含む。開口５０ａ、５０ｂ、お
よび５０ｃを有する内部チャンバー４９は、ＣＩＤ室２６を取り囲んでいる。開
口５０ｄは、ｏ−ＴＯＦＭＳ２７へのイオン送達を提供する。直交ＴＯＦＭ
Ｓは、パルス発生器５６に連結した直交加速ステージ５５、自由飛行管５７、イ
オンミラー５８、検出器５９およびこの検出器に連結される時間−デジタル変換
器６０を含む。

【００４８】ＣＩＤ室２６内での衝突減衰は、増加した気体圧力（例えば、１０ｍｔｏｒｒ
を超す）で作動するが、各ＴＯＦＭＳは、真空中のみで作動し得る。従って、
ＴＯＦ１とｏ−ＴＯＦＭＳとの間のイオン送達を向上させるために、差動ポン
ピングの付加的層２９ｂが室２６を取り囲む。以下に記述される実験において、
このシステムを、２５０Ｌ／ｓのポンピング速度の２つのポートを有するシング
ルスプリット−フローポンプ（ＢａｌｚｅｒｚＧｍｂＨ）によってポンピング
した。気体の充填を減少させるために開口４７は、突出した、内径３ｍｍの長さ
３０ｍｍのチャネルによって構成され、このチャネルは、収束イオンビームに対
して、完全に透明である中性気体（ｎｅｕｔｒａｌｇａｓ）の流れを制限する
。開口５０ａおよび５０ｃは、直径３ｍｍであり、そして開口５０ｄは直径２ｍ
ｍである。ポンピングシステムは、内部チャンバー４９において３０ｍｔｏｒｒ
までの気体圧力で、両方のＴＯＦ質量分析計中の十分な真空（１０^-6ｔｏｒｒ未
満）を維持し得る。

【００４９】ＭＳ機器２１中で使用されるシステムの要素に対する電圧分布の例を、以下に
示す。

【００５０】レーザー３０が発射する前、電圧はほぼ以下のような電位に維持される：・サンプルプレート３１および引き出しプレート３２は、各々約−５００Ｖで
あり、この値は、時間収束を目的として調節され得る。・ＴＯＦ１のメッシュ３３および自由飛行管３６は、各々−３０００Ｖの加速
電位である。・操舵プレート３７は、数百ボルトの加速電位に調節される。・レンズ３８は、−３ｋＶ（非収束）〜−１．５ｋＶ（収束）に調節される。・検出器３９を取り囲むシールドおよびメッシュは、両方とも−３０００Ｖの
加速電位である。・両方の偏向プレート４１は作動され、すなわち、それらの電位は、各々−２
０００Ｖおよび−４０００Ｖである。・エレベータ４４は、加速電位（−３０００Ｖ）である。・減速スタック４６は、−３０００Ｖ〜−２００Ｖの均一な分布の電位を有す
る。・カソード４７は、−２００Ｖである。・カソードレンズ４８は、＋３０Ｖであり、この値は、ＣＩＤ室に投入される
イオンの所望の注入エネルギーに依存して調節される得る。・ＣＩＤ室の入口開口５０ａは、＋８Ｖである。・六重極５２のＤＣ電位は、＋７Ｖであり、そしてＲＦ電圧は、５００Ｖの振
幅および２．５ＭＨｚの周波数を有する。・開口５０ｂは、＋６Ｖである。・四重極５３のＤＣ電位は、＋５Ｖであり、そしてＲＦ電圧は、５００Ｖの振
幅および２．５ＭＨｚの周波数を有する。・開口５０ｃは、＋４Ｖである。・レンズ５４は、−１５Ｖであり、この値は、イオンビーム収束に対して調節
され得る。・直交パルサー５５の貯蔵領域は、大地電位（ｇｒｏｕｎｄｐｏｔｅｎｔｉ
ａｌ）である。

【００５１】レーザーの発射後、以下のパルスが適用される：・レーザが発射後、サンプルプレート３１は、約１００ｎｓの遅延を伴い、−
５００Ｖ〜＋１０Ｖにパルス化される。この遅延時間は、目的のイオンの時間収
束を提供するために調節され得る。・引き出しプレート３２は、目的のイオンが、プレート３２とメッシュ３３と
の間の第二の加速ステージの中間に到達する時間で、−５００Ｖ〜−６００Ｖに
パルス化される。・目的のイオンがイオンセレクタを通って飛行している場合、時限式イオンセ
レクタ４１の偏向プレートは、−３０００Ｖの加速電位にパルス化される。・目的のイオンがエレベータを通って飛行している場合、エレベータ４４は、
−３０００Ｖから、−３１００Ｖ〜−２８００Ｖに変化する電位にパルス化され
る。パルス振幅は、室２６に投入されるイオンの注入エネルギーを制御するため
に調節され得る。・直交加速ステージ５５のプッシュプレートは、約１０ｋＨｚの反復率で、約
＋７００Ｖにパルス化される。プッシュプレートのトリガリングは、ＴＯＦ１に
おけるイオン源パルスの開始と同時ではない。

【００５２】ＤＥＭＡＬＤＩイオン源２２は、米国特許第５，６２５，１８４号；同第５
，６２７，３６０号；および同第５，７６０，３９３号（これらは、本明細書中
で参考として援用される）に記載の従来の様式で作動する。レーザー３０のパル
スレーザービームを、サンプルプレート３１上に収束させる。ＭＡＬＤＩ適用（
典型的には、約２００μｍサイズのビームの場合で１μＪ／パルス）におけるイ
オン生成の閾値レベルより２〜３倍高いエネルギーで走行する、高反復率（１〜
１０ｋＨｚ）レーザーが使用されるのが好ましい。レーザーを発射した後、およ
び約１００ｎｓの遅延後、パルス発生器３４からの電圧パルス（典型的には、５
００Ｖ）は、サンプルプレート３１に適用され、これは、サンプルプレート３１
から引き出しプレート３２（第一の加速領域）に向かって離れる方向にイオンを
加速する。引き出しプレート３２は、イオンビーム散乱を回避するために約１．
５ｍｍの小さな開口を有する。このイオンビームは、線形ＴＯＦ質量分析計２３
の引き出しプレート３２とメッシュ３３（第二の加速領域）との間への、ＤＣ電
圧（典型的には、３ｋＶ）の印加によって、さらに加速される。ＤＥＭＡＬＤ
Ｉ源のパルス遅延および電圧は、イオンセレクタ２４の近傍で、ビームを時間収
束するために、当業者に周知の技術に従って選択される。

【００５３】線形ＴＯＦＭＳ２３内で選択されるイオンの分解能を改良するために、第二
の減速パルスが、パルス発生器３５から引き出しプレート３２に印加される。第
二のパルスは、プレート３２とメッシュ３３との間の第二の加速領域の中央付近
で、目的のイオンの到達によって同期されるが、この第二のパルスは、３ｋＶ加
速パルスに重ねられて、これらの主イオンの分解能を改良するように機能する。
時限式イオンセレクタ２４の前方に設置された環状検出器３９は、時間収束の質
をモニターするために使用される。この検出器はまた、主イオンのスペクトルを
獲得するために使用される。この場合、レンズ３８は、ビームを空間的に焦点を
合わさず、その結果、イオンビームの一部が、イオン軌道４０ｂによって示され
るように、検出器３９に当たる。一旦、主イオンのスペクトルが獲得されると、
目的のイオンが選択され、そしてタンデムＭＳモードで分析される。レンズ３８
および操縦プレート３７は、イオン軌道４０ａによって示されるように、ＣＩＤ
室２６の入口に、空間的にビームを収束する。

【００５４】時限式イオンセレクタ２４は、目的のイオンを通過させ、残りのイオンビーム
を拒絶するために使用される。環状検出器３９を通過した後、高エネルギービー
ムは、時限式セレクタ２４内に導入される。このセレクタは、メッシュ４２によ
って囲まれた一対の偏向プレート４１からなる。パルス発生器４３からの偏向パ
ルスは、目的のタイムイオン（ｔｉｍｅｉｏｎ）が時限式イオンセレクタのメ
ッシュ間を移動する間、オフにされ、偏向なしにそれらのイオンを通過さ室。選
択されたイオンとは異なるＭ／Ｚ値のイオンは、異なる速度を有し、偏向パルス
がオンのとき時限式イオンセレクタ２４に達する（または通り過ぎる）。従って
、これらのイオンは偏向されそして開口４７の壁に当たり、機器システム２１か
らなくなる。

【００５５】選択されたイオンのビームは、エネルギー調節電極２５内で減速され、そして
所望の程度のフラグメンテーションに依存して１０〜３００ｅＶの間の運動エネ
ルギーで室２６内に注入される。サンプルプレート３１と室２６との間の電位差
は、注入されたイオンの運動エネルギーを決定する。しかし、サンプルプレート
電圧の制御に依存しない運動エネルギー制御を提供することは有利である。これ
は、時間、エネルギーおよびスペースについて、２つの質量分析計のデカップリ
ングを提供する。イオンの運動エネルギーの調節からイオン選択の所望のデカッ
プリングを提供するために、追加の要素が、時限式イオンセレクタ２４とＣＩＤ
室２６との間、すなわちエレベータ４４に挿入される。このエレベータ４４は、
電圧パルス４５をエレベータに供給するために追加のパルス発生器に結合された
無電場管の短部分（ｓｈｏｒｔｐｉｅｃｅ）である。このエレベータの電位は
、目的のイオンがエレベータを通って飛行する際に段階パルス化される。結果と
して、追加の加速電位は、エレベータ４４の出口メッシュと減速電極スタック４
６の入口メッシュとの間に導入される。イオンは、所望の運動エネルギーでＣＩ
Ｄ室内に注入される。イオン損失（ｉｏｎｌｏｓｓ）を避けるために、開口４
７の電位は、サンプルプレート３１の電位未満の約２００Ｖに維持される。２０
０ｅＶエネルギーにおけるイオンビームは、低発散を有し、イオンの損失なしに
、減速電極スタック４６のチャネルを通過する。イオンビームの最終的な減速は
、減速レンズ４８の近傍で起こり、これは、リバースカソードレンズとして設計
される。このレンズは、低速イオンビームを室２６の入口および開口５０ａ内に
収束する。

【００５６】衝突減衰を伴うＣＩＤ室２６内へのエネルギーパルスビームの注入は、本発明
の重要な局面である。パルス化した１０〜３００ｅＶのイオンビームを高度に制
限された低速イオンビームに変換するために、気体圧力とＲＦ専用多重極の長さ
との積は、一般に０．２ｔｏｒｒ・ｃｍを超えなければならない。１０ｃｍ長Ｃ
ＩＤ室内の代表的な圧力は、約３０ｍｔｏｒｒである。しかし、より高い気体圧
力（約１００ｍｔｏｒｒ）はイオンをインタクトに維持するのを助けることが見
出され、これは、操作のＭＳ専用モードにおいて所望される。低注入エネルギー
（１ｋＤ質量あたり２０ｅＶ未満）において、フラグメンテーションの大部分が
、イオン注入エネルギーによるのではなく、ＭＡＬＤＩイオン源の初期イオン励
起によって規定される。ＣＩＤ室内の圧力が高くなればなるほど、より早い冷却
がバックグラウンド気体との衝突によって達成され、その結果、より少ないイオ
ンフラグメンテーションが起こる。高い気体圧力を使用する際の欠点は、より高
い気体の充填が存在し、それによってＭＳ分析器内の真空状態を達成するために
より強力なポンピングシステムを必要とすることである。メタンのようなより軽
い多原子気体は、（窒素と比較して）約２倍高い注入エネルギーでの作動を可能
にし、従ってイオンビーム発散によって引き起こされるイオン損失（低注入エネ
ルギーにおいて代表的である）が減少する。

【００５７】操作のＭＳ−ＭＳモードにおいて、より高い圧力は問題ではない。フラグメン
テーションの所望される程度は、１ｋＤのイオン質量あたり２０〜１００ｅＶの
主イオンの運動エネルギーを変化さ室ことによって制御される。上記のように、
このような運動エネルギーにて気体と衝突するイオンは、内部エネルギーを獲得
し、フラグメンテーションを起こす。続いて、バックグラウンド気体との衝突は
、運動エネルギーの完全な減衰およびフラグメントイオンの内部エネルギーの衝
突冷却を引き起こす。

【００５８】本発明の重要な特徴は、高周波場によってＣＩＤ室２６内のイオンの保持であ
る。エネルギー衝突は、イオン散乱を引き起こす。イオンビームの初期トラッピ
ングを高めるために、ＣＩＤ室の入口に配置される室２６の第一のセクション内
でより大きな直径（１５ｍｍの内接直径）の六重極５２を使用することは、有利
であることがわかった。出力ビームの質を改善するために、より小さなサイズ（
７ｍｍの内接直径）の四重極５３が、室の第二の下流セクションで採用される。
２つの多重極間の開口５０ｂは、非適合ＲＦ電場（ｎｏｎ−ｍａｔｃｈｉｎｇ
ＲＦｆｉｅｌｄ）を終結し、そしてまた、２つのセクション間の気体流れを制
限する。六重極５２と四重極５３の両方は、広い質量範囲のフラグメントイオン
にわたって拘束および送達を提供する、２．５ＭＨｚ周波数および約５００Ｖの
振幅のＲＦシグナルを採用する。六重極のＤＣ電位は、２つのセクション間のイ
オン流れを促進するために、四重極のＤＣ電位より数ボルト高い。四重極は、直
交ＴＯＦＭＳへの注入に適したイオンビームの衝突冷却および空間的拘束を提
供することが公知である。四重極５３を超えて、イオンビームは、差動ポンピン
グの追加のステージ２９ｂを介して輸送され、開口および追加のレンズ電極から
なるレンズシステム５４によって収束される。開口５０ｃにわずかな遅延電位（
ｒｅｔａｒｄｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌ）を導入することが有利であることが
見出された。一般に、遅延電位は、四重極５３のＤＣ電位より０．１〜０．３Ｖ
高い。四重極出口のポテンシャル障壁は、それらのスペース電荷（ｓｐａｃｅ
ｃｈａｒｇｅ）がポテンシャル障壁を克服するまでイオンをトラップする。一旦
これが起こると、イオンは、直交ＴＯＦＭＳの従来の差動に適したスムーズな
連続ビームとして四重極５３を出る。高反復率レーザーを使用する場合、このよ
うなスムーズさを生成するための必要性は低い。例えば、１ｋＨｚにおけるレー
ザー速度は、ポテンシャル障壁を使用しない場合でさえ達成され、開口５０ｃが
分離開口を通したイオン送達を高めるレンズとして使用され得る。

【００５９】直交ＴＯＦＭＳが、フラグメントイオンの質量分析のために使用される。イ
オンビームが、四重極５３のＤＣ電位によって規定される約５〜１０ｅＶの運動
エネルギーにてｏ−ＴＯＦ２７内に導入される。連続イオンビームを約１０ｋＨ
ｚ反復にて直交イオンパルスに変換し得るパルス発生器５６は、ＤＥＭＡＬＤ
Ｉ源２２によって発生されるイオンパルスに非同期的に誘発され得る。直交ＴＯ
Ｆの作動は、先行技術文献に十分に記載され、当業者に周知である。加速器５５
は、大地電位付近で作動する。イオンは、浮遊自由飛行管（ｆｌｏａｔｅｄｆ
ｒｅｅｆｌｉｇｈｔｔｕｂｅ）５７内に加速され、イオンミラー５８に反射
され、そして検出器５９上に指向される。スペクトルは、検出器出力を受容する
時間−デジタル変換器（ＴＤＣ）６０を使用して計数モードで獲得される。

【００６０】ｏ−ＴＯＦ２７の直交パルス発生器５６の同調は、衝突室２６のイオンパケッ
トの時間広がりに依存して異なる様式で行われ得る。準連続イオンビームの場合
に、パルス発生器５６は、パルスイオン源発生器に対して非同期的に動作し得る
。準連続ビームは、より長い四重極を使用して、そして開口５０ｃにわずかな遅
延軸方向電場を生成することによって、室２６内の圧力を増加さ室ことによって
得られ得る。連続ビームの生成は、高反復率でパルスイオン源発生器を操作する
ことによってより容易になされ、これはまた、シグナル強度を向上させる。全て
の電圧が中程度でありそして全てのパルスが１ｋＶ以内にあるため、数ｋＨｚの
反復率でレーザーおよび全てのパルスを操作することはかなり通常のことである
。衝突室２６を出るイオンビームはまた、ｏ−ＴＯＦ２７のデューティーサイク
ルを改良するために変調され得、ここでケース変調パルスがｏ−ＴＯＦパルサー
５６およびデータ収集システムを同調するために使用される。四重極開口５０ｃ
に印加されたパルス反発電圧は、イオンビームを変調する。反発電位が印加され
るとき、イオンはＲＦ場による半径方向の圧縮、および開口５０ｂおよび５０ｃ
上の遅延ＤＣ電位による軸方向圧縮によって生成した線形とラップ内に保持され
る。開口５０ｃの反復電圧が切られるとき、イオンの短いパケットはｏ−ＴＯＦ
２７の直交パルサー内に注入される。このようなスキームは、ｏ−ＴＯＦのデュ
ーティーサイクルを、限定した質量範囲内に改良することが公知である。

【００６１】図３を参照して、高分解能のイオン選択を提供するためにパルス加速器として
作動する時限式イオンセレクタ６５の代替の実施態様が示される。時限式イオン
セレクタ６５は、３つのメッシュ６５ａ、６５ｂ、および６５ｃからなり、減速
電極スタック６４と衝突室６６との間に配置される。メッシュ６５ａはまた、イ
オン検出器６３の遮蔽として作用する一方で、メッシュ６５ｃはまた、減速スタ
ック６４の入口メッシュとして作用する。中間メッシュ６５ｂは、パルス発生器
６５ｄに結合され、目的のイオンの到達と同時にパルス化する。

【００６２】パルス発生器６５ｄからのパルスの印加前（太線）およびパルスが印加される
時間（細線）の電圧分布が図３に模式図の下に示される。垂直方向の破線は、模
式図の電圧と要素との間の対応を示す。減速電極スタック６４の電位は、イオン
源６１のサンプルプレートの電圧よりも上に調節される。中間メッシュ６５ｂに
印加されるパルスなしで、全体のイオンビームが電位差６７によって表されるエ
ネルギー欠損を有し、減速電極スタック６４を通って通過し得ない。イオンは反
射され、環状検出器６３に当たる。このインスタンスの減速スタック６４は、反
射ＴＯＦＭＳ構成のイオンミラーとして作用する。所望される場合、主ビーム
イオンの全体のビームは、環状検出器６３上に時間収束され得、主ビームイオン
はＭＳ専用分析を目的として分析され得る。

【００６３】目的のイオンを選択するために、加速パルスが、メッシュ６５ｂへ印加され、
これは目的のイオンのメッシュ６５ｂへの到達と同時である。パルスの振幅６８
は、電位差６７のわずかに上に調節される。加速パルスが印加される際、目的の
イオンは中間メッシュ６５ｂの近傍で飛行し、そして最大加速度を獲得し、その
結果それらは減速電極スタック６４を通過し得る。他のＭ／Ｚ値のイオンは少な
いエネルギーを獲得し、反射される。この減速電極スタックはまた、ＴＯＦ１内
に形成された準安定フラグメントを拒絶する。減速スタック６４を通過した後、
選択されたイオンのビームは、室６６内のイオンフラグメンターションを誘起す
るために、衝突室６６の前方で、所望のエネルギーに加速される。電位差６９は
、最小イオン注入エネルギーを制御する。パルス高さ６８と電位６７との間の差
は、注入されたイオンのエネルギー拡散を制御する。

【００６４】上記の時限式イオンセレクタ内のイオン選択の分解能は、ＭＡＬＤＩイオン源
で代表的に得られる値、５〜１０ｅＶエネルギー拡散によって制限される。分解
能（Ｒ）は、Ｒ〜（Ｌ^*Ｕｅ）／（ｄ^*ΔＥ）／２として見積もられ得、ここでＬ
は自由飛行管の長さであり、ｄはイオンセレクタのメッシュ間の距離であり、Ｕ
はセレクタパルスの高さである。Ｌ＝３０ｃｍ、ｄ＝３ｍｍ、Ｕ＞６００Ｖおよ
びΔ＜１０ｅＶの場合、分解能は１０００を超える。

【００６５】図４は、衝突室を出るイオンビームの変調した性質を利用する本発明の実施態
様を示す。この短い衝突室は、イオンのエネルギーの実質的減衰を提供し、一方
でイオンビームのパルス性質およびイオンパケットの小さな長さをなお部分的に
保存する。この実施態様は、ＤＥＭＡＬＤＩイオン源７１、およびＴＯＦ質量
分析計７５を備える。室７４は、約１ｃｍ長であり、１００ｍｔｏｒｒを超える
圧力にて気体で充填される。室７４における軸方向の弱いＤＣ電場は、室を通過
するイオンの送達を加速する。室を出るイオンの短いかつスローなパケットは、
ＴＯＦ質量分析計７５によって分析される。この実施態様において、ＴＯＦ質量
分析計７５は、初期空間拡散のために補償するように調整されたパルス加速を伴
う軸方向反射ＴＯＦＭＳ（ａｘｉａｌｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇＴＯＦ−ＭＳ
）である。この実施態様の別の好ましい特定の場合において、第二の質量分析計
は、ｏ−ＴＯＦ機器である。この実施態様において、全てのパルス発生器７７〜
７９は、室７４を通るイオンの飛行時間および伝播に対応する遅延と共にレーザ
ー７６のトリガリングに対して同調される。

【００６６】空間的減衰をいかにして達成するかを証明するために、衝突室７４が１ｃｍ長
であり、そして室内の気体圧力が１００ｍｔｏｒｒであると仮定すること。この
ような配置は、要求される衝突を支持するのに十分な気体の厚みを室に提供する
。１０^-18ｍ²断面および３×１０^-21ｍ³気体密度を有する代表的なペプチドイオ
ンの場合、イオン自由行程（ｉｏｎｆｒｅｅｐａｔｈ）は０．３ｍｍのオー
ダーである。ＲＦ場はイオン軌道に対するさらなる揺れ（ｓｗｉｎｇ）を与え、
これは室長あたりの衝突の数を増加する。主イオンは、室内で少なくとも３０の
衝突を経験し、これは窒素分子の質量に対するイオン質量の比に近い。従って、
１ｋＤイオンは、実質的に減速される。速度の初期低下後、断面積が増加する。
これは分極力（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｃｅ）および減衰がさらによ
り効率的となるからである。フラグメントイオンは、より小さな質量を有し、従
ってそれらの親イオンよりもさらにより効率的に減速する。約１００Ｖ／ｍの多
重極ガイドの内部に、フリンジ電界によってまたはチルトロッドによってのいず
れかで形成される僅かな軸方向電場は、ビームの完全な停止を可能としない。例
えば、Ｍａｎｓｏｏｒｉらの「ＡｎａｌｙｔｉｃＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏ
ｆａＨｉｇｈ−ＰｒｅｓｓｕｒｅＲＦ−ＯｎｌｙＱｕａｄｒｕｐｏｌｅ
ＣｏｌｌｉｓｉｏｎＣｅｌｌｗｉｔｈａｎＡｘｉａｌＦｉｅｌｄ
ＡｐｐｌｉｅｄＵｓｉｎｇＣｏｎｉｃａｌＲｏｄｓ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎ
ｇｓｏｆｔｈｅ４６^th ＡＳＭＳＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＭａｓ
ｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙａｎｄＡｌｌｉｅｄＴｏｐｉｃｓ、１２５
１頁、１９９８」を参照のこと。イオンのドリフト速度（１００ｍ／ｓ（熱速度
）のオーダーにある）は、イオンの任意の追加の加熱およびフラグメンターショ
ンを引き起こさないが、パケットの制限された長さを保存しない。僅かな自由行
程の長さ（すなわち１ｍｍ）未満のイオンビームの空間的拡散を考慮すると、パ
ルスの継続時間は、約１０μｓのままであり、速度は約１００ｍ／ｓのままであ
る。このようなビームは、パルス加速（ｐｕｌｓｅｄａｃｃｅｌａｔｉｏｎ）
を伴って軸方向ＴＯＦＭＳでの良好な収束のための限界特性（ｍａｒｇｉｎａ
ｌｐｒｏｐｅｒｔｙ）を有する。しかし、第二のＭＳがｏ−ＴＯＦＭＳであ
り、従ってデューティーサイクル損失がｏ−ＴＯＦＭＳにおいて実質的に排除
される場合、このようなビームは、高反復率レーザーおよび高反復率パルサー（
約１０ｋＨｚ）と適合性がある。

【００６７】図５に示される別の実施態様において、本発明は、パルスイオンビームが直交
パルス化によって連続イオンビームから生成される連続イオン源に適用される。
連続イオン源には、エレクトロスプレー（ＥＳＩ）、大気圧における化学イオン
化（ＡＰＣＩ）、電子衝撃イオン化（ＥＩ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）イオ
ン化などのような当該分野において公知のものが挙げられる。源８０からの連続
イオンビームは電極８１によって通過され、これは、パルス発生器８２からパル
スを受容する。このパルスは、イオンのパケットの直交加速を提供し、これは次
いで線形ＴＯＦ質量分析計８３内に注入される。以前の実施態様に関して同様に
記載されるように、イオンビームは、適切な主イオン選択および減速後、ＣＩＤ
室８４に入り、フラグメント化し、次いで、さらなる分析のための第二の質量分
析計（ＭＳ２）８５に輸送される。ＣＩＤ室の入口上にイオンビームを収束する
ため、およびＴＯＦ質量分析計８３の分解能を保存するために、多重の両面スト
リップ８７からなるレンズ８６は、伸びたパルスビームを収束する。各個々のス
トリップは、一対の偏向プレートのように作用する。この偏向角度はストリップ
の位置と共に変化する。この配置は、初期において幅広のイオンビームの収束を
可能にし、衝突室８４の開口を通した効率的なイオン移動を可能にする。この多
重セグメントレンズを作動する好ましい様式は、電圧パルスを印加することであ
り、一方で目的のイオンは収束時の時間拡散を最小にするようにレンズ内にある
。ビームの変調のために上記の技術を採用する場合、このスキームはＭＳ専用ｏ
−ＴＯＦ機器として感受性であり得る。

【００６８】（実験結果）第二の減速パルス３５およびエレベータ４４の使用なしに、図２を参照して示
され記載されるＴＯＦ−ｏ−ＴＯＦ機器を使用して、本発明の原理および目的を
試験した。１０^-6ｔｏｒｒ未満の真空中で、ＤＥモードで、ＭＡＬＤＩイオン源
内にイオンを生成した。Ｎｄ−ＹＡＧレーザーを５００Ｈｚの反復率で採用した
。１００ｎｓ〜３００ｎｓ遅延後、サンプルプレート３１をプレート電圧（約５
００Ｖ）から１０〜５０Ｖの低電位までパルス化した。イオンを、−３０００Ｖ
まで浮遊した自由飛行管を有する１０インチ長の線形ＴＯＦ内で時間分離（ｔｉ
ｍｅ−ｓｅｐａｒａｔｅｄ）され、室２６の入口上に空間的に収束された。目的
のイオンをパルス偏向プレートによって選択した。選択されたイオンを減速電極
スタック４６において減速し、そしてサンプルプレートと室チャンバ４９との間
の電位差によって制御される低エネルギー（１０〜５０ｅＶ）でＣＩＤ室内に注
入した。イオンを約３０ｍｔｏｒｒの中間の気体圧力で室内に衝突減衰した。室
の第一のセグメントは１５ｍｍの内接直径を有するＲＦ専用六重極５２を備え、
そして第二のセグメントは７ｍｍの内接直径を有するＲＦ専用四重極５３を備え
る。両方の多重極を、２．５ＭＨｚ、５００ＶＲＦ電源によって駆動した。Ｒ
Ｆシグナル上に重ねられた２ＶＤＣバイアスを、ステージ間でイオンを駆動す
るために使用した。六重極を７ＶＤＣに維持し、四重極を５ＶＤＣに維持し
た。パルスイオンビームをＲＦ専用四重極に拘束された準連続ビームに変換し、
次いで、質量分析のために直交ＴＯＦ（Ｍａｒｉｎｅｒ^TM ＭＳ機器、ＰＥＢ
ｉｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｆｒａｍｉｎｇｈａｍ，ＭＡ）に注入した。Ｍａｒｉｎｅ
ｒ機器の直交パルサーを１０ｋＨｚの反復率でＴＯＦ１と非同期的に作動した。

【００６９】第一の実験作動において、マイクロ−チャネルプレート検出器を直交ＴＯＦの
代わりに使用した。これらの実験において、ＴＯＦ１の時間収束特性およびアイ
ンツェルレンズ（ｅｉｎｚｅｌｌｅｎｓ）の空間的収束特性を変更した。この
室を１０^-6ｔｏｒｒ未満にポンピングし、加速電位まで浮遊し、その結果高エネ
ルギーイオンビームを室を通して送達できた。イオンビームが１ｋＶまで下げた
加速電圧で１／８インチの開口を通して完全に送達されることが見出された。次
の作動において、室を僅かに正電位に設定し、１〜５０ｍｔｏｒｒの圧力まで窒
素ガスで充填した。室内の気体衝突は、イオンビームを減速し、そしてイオンシ
グナルの時間拡散を引き起こした。真空の場合と比較して、全積分は低くあるよ
うであり、これはイオンビームの１０倍を超える損失を示す。六重極ガイド上の
ＲＦシグナルの導入およびＣＩＤ室の前方の減速カソードレンズの使用によって
、シグナル積分を回復した。これらの実験は、ペプチドイオンを分析する際に必
要とされる低い運動エネルギー（すなわち、１０ｅＶまで下げる）でさえイオン
ビームが室内に完全に注入され得ることを確証した。これはまた、イオンの運動
エネルギーの衝突減衰および結果としてＣＩＤ室を通る完全送達を確証した。

【００７０】次の実験において、ＭＳ−ＭＳスペクトルを獲得するために直交ＴＯＦＭＳ
システム２１を再設置した。衝突エネルギーをＤＥパルスの電圧を変えることに
よって調節した。例えば、＋１７ＶまでのＤＥパルスにおいて、衝突エネルギー
を１０ｅＶまで調節した。なぜなら、六重極が＋７Ｖまで浮遊されたためである
。主イオンが低注入エネルギーにて、室内の高気体圧力で、インタクトのままで
あり得ることが見出された。フラグメンターションを誘発するために、注入エネ
ルギーを１ｋＤａペプチドあたり約３０ｅＶの範囲内に維持した。操作のＭＳ専
用モードにおいて、主イオンのスペクトル（時限式イオンセレクタをオフに切り
替えて）を獲得し、次いで、イオン選択の質をモニターし、セレクタのタイミン
グを含むＴＯＦ１パラメータを調整することが可能である。従って、ＤＥパルス
電圧を調節することによって、ＭＳ専用とＭＳ−ＭＳ分析モードとの間で切り替
えることが可能であった。

【００７１】図６Ａ、ＢおよびＣを参照して、ペプチドアンジオテンシンＩのスペクトルを
種々の注入エネルギーおよび室内の３０ｍｔｏｒｒ気体圧力で示す。１０ｅＶで
のエネルギーレベルにおいて、主イオンは十分に保存される（図６Ａ）。フラグ
メントイオンピークの強度は、分子ピーク強度の５％未満である。より高い注入
エネルギー（５０ｅＶ）において、「ａ」および「ｂ」型のフラグメントを形成
し、構造的情報を含み、ペプチド同定にとって十分である実質的なフラグメンテ
ーションが起こる（図６Ｂを参照のこと）。予測されるように、イオンビームは
気体衝突において完全に減衰し、従って第二の分析器の性能が注入エネルギーに
よって影響されなかった。フラグメントスペクトルは、線形較正曲線、５０００
を超す分解能（図６Ｃ）および全質量範囲にわたって均一な低いｐｐｍ質量精度
を明らかにする。

【００７２】組み合わさった有用な要素の好ましい実施態様および幾つかの実施例を記載し
ているため、ここで本発明の概念を包含する他の実施態様が使用され得ることは
当業者に明らかである。従って、これらの実施態様は開示された実施態様に限定
されるべきではなく、むしろ本発明は前出の特許請求の範囲の趣旨および範囲に
よってのみ制限されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一般的な実施態様のブロック図である。

【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の１実施態様のブロック図である。

【図２】図２は、図１Ｂに示される本発明の実施態様の概略図である。

【図３】図３は、本発明の別の実施態様の概略図であって、この実施態様は、第一のＴ
ＯＦ質量分析計において時限式イオンセレクタを備えるための代替の構成を有す
る。

【図４】図４は、本発明の実施態様の概略図であって、ここで、ＣＩＤ室におけるイオ
ンパルス継続時間の部分的な保存が達成され、そして第二の質量分析計として同
軸ＴＯＦ（ｃｏａｘｉａｌＴＯＦ）を備える。

【図５】図５は、連続イオン源に有用である、本発明の別の実施態様の概略図である。

【図６Ａ】図６Ａは、図１Ｂに示した実施態様を使用して発生させた種々の注入イオンエ
ネルギーで得た、タンデム質量スペクトルである。

【図６Ｂ】図６Ｂは、図１Ｂに示した実施態様を使用して発生させた種々の注入イオンエ
ネルギーで得た、タンデム質量スペクトルである。

【図６Ｃ】図６Ｃは、図１Ｂに示した実施態様を使用して発生させた種々の注入イオンエ
ネルギーで得た、タンデム質量スペクトルである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｊ 49/40 Ｈ０１Ｊ 49/40 (71)出願人 500 ＯｌｄＣｏｎｎｅｃｔｉｃｕｔＰａｔｈ，Ｆｒａｍｉｎｇｈａｍ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ 01701，ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓｏｆＡｍｅｒｉｃａ (72)発明者ベレンチコフ，アナトリエヌ．アメリカ合衆国マサチューセッツ 02116，ボストン，ビーコンストリート 195，アパートメントナンバー 11 (72)発明者ベスタル，マービンエル．アメリカ合衆国マサチューセッツ 01701，フラミンガム，カータードライブ 66 (72)発明者ヘイデン，ケビンエム．アメリカ合衆国ニューハンプシャー 03858，ニュートン，ジョージズウェイ１Ｆターム(参考） 5C038 GG07 GG08 GH11 GH13 GH15 HH02 HH05 HH07 HH16 HH26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タンデム質量分析計であって、以下：ａ．飛行時間型質量分析計であって以下：ｉ．パルスイオン発生器；ｉｉ．該パルスイオン発生器によって発生されるイオンの飛行路に配置され
た時限式イオンセレクタであって、該時限式イオンセレクタは、目的のイオンを
選択し、実質的にそれ以外の全てのイオンを拒絶する、時限式イオンセレクタ；
を包含する、飛行時間型質量分析計、ｂ．該選択されたイオンの飛行路において、時限式イオンセレクタの後ろに配
置された衝突室であって、該衝突室は、該衝突室に入る該選択されたイオンの運
動エネルギーを実質的に減衰させるために十分高い気体圧力を有し、そして該選
択されたイオンのフラグメンテーションを誘起する衝突室；およびｃ．該衝突室の出力に連結された第二の質量分析計であって、該第二の質量分
析計は該飛行時間型質量分析計によって発生されたフラグメントイオンを分析す
る、第二の質量分析計、を包含する、タンデム質量分析計。
【請求項２】前記第二の質量分析計が直交飛行時間型質量分析計を包含す
る、請求項１に記載の質量分析計。
【請求項３】前記直交飛行時間型質量分析計がイオン反射質量分析計を包
含する、請求項２に記載の質量分析計。
【請求項４】前記第二の質量分析計が、飛行時間型質量分析計、四重極型
質量分析計、イオントラップ質量分析計、フーリエ変換質量分析計または扇形磁
場型質量分析計からなる群から選択される、請求項１に記載の質量分析計。
【請求項５】前記イオンのパルス発生器が、遅延引き出しマトリックス支
援レーザー脱離／イオン化イオン源（ＤＥＭＡＬＤＩ）を包含する、請求項１
に記載の質量分析計。
【請求項６】前記ＤＥＭＡＬＤＩ源が、イオン化閾値エネルギーよりも
少なくとも２倍高いエネルギーを有するパルスを発生するレーザーを包含する、
請求項５に記載の質量分析計。
【請求項７】前記飛行時間型質量分析が、浮遊無電場領域および空間的収
束レンズを有する線形飛行時間型質量分析計を包含する、計請求項１に記載の質
量分析計。
【請求項８】前記時限式イオンセレクタと前記衝突室との間に配置された
電極をさらに包含し、該電極が前記選択されたイオンの運動エネルギーを調節す
る、請求項１に記載の質量分析計。
【請求項９】前記電極が動電位によってバイアスされる、請求項８に記載
の質量分析計。
【請求項１０】前記電極がパルス発生器によってバイアスされる、請求項
８に記載の質量分析計。
【請求項１１】前記電極が少なくとも１つのデセレレータ電極およびエレ
ベータ電極を包含する、請求項８に記載の質量分析計。
【請求項１２】前記電極が、動電位によってバイアスされるエレベータ電
極および静電位によってバイアスされるデセレレータ電極を包含する、請求項８
に記載の質量分析計。
【請求項１３】請求項８に記載の質量分析計であって、前記電極が無電場
領域の近位に配置され、前記発生したイオンの初期運動エネルギーと無関係に、
前記選択されたイオンの運動エネルギーを制御する時間で、パルスが該電極に印
加される、質量分析計。
【請求項１４】前記時間が前記選択されたイオンが前記無電場領域に入る
時間に対応する、請求項１３に記載の質量分析計。
【請求項１５】請求項５に記載の質量分析計であって、前記ＤＥＭＡＬ
ＤＩ源がサンプルプレート、引き出しプレート、および加速メッシュを備え、該
サンプルプレート、該引き出しプレート、および該加速メッシュの各々が少なく
とも１つのパルス発生器に連結され、該パルス発生器が、該ＤＥＭＡＬＤＩ源
によって形成されたイオンを加速する所定の時間において第一のパルスを生成し
、前記選択されたイオンが前記引き出しプレートと該加速メッシュとの間の領域
に入る時間に対応する時間において、該少なくとも１つのパルス発生器が、第二
のパルスを生成する、質量分析計。
【請求項１６】前記時限式イオンセレクタが３つのメッシュを備え、該３
つのメッシュの中間のメッシュが、前記選択されたイオンの到着に対応する時間
で同時にパルス化される、請求項１に記載の質量分析計。
【請求項１７】前記イオンセレクタが、パルス化された一対の偏向プレー
トを備え、該偏向プレートはパルス発生器に電気的に連結されたメッシュによっ
て囲まれている、請求項１に記載の質量分析計。
【請求項１８】請求項１に記載の質量分析計であって、前記衝突室が前記
選択されたイオンの運動エネルギーを減衰させるために十分高い気体圧力を有し
、該選択されたイオンは、該選択されたイオンの熱エネルギーの約１０倍以下で
該衝突室に入る、質量分析計。
【請求項１９】請求項１に記載の質量分析計であって、該衝突室がＲＦ専
用多重極を備え、ここで、該衝突室が遅れずにイオンビームを拡散し、それによ
って前記パルスイオン発生器からのイオンのパルスビームが、準連続ビームとな
り、該準連続ビームが該衝突室の軸に沿って伝播する、質量分析計。
【請求項２０】請求項１９に記載の質量分析計であって、前記ＲＦ多重極
が、前記衝突室の長手軸に沿って放射状にイオンを拘束し、該拘束されたイオン
が、該衝突室の出口開口に印加される電位の調節によって該衝突室からパルス放
射される、質量分析計。
【請求項２１】請求項１に記載の質量分析計であって、前記衝突室が主イ
オンのパルスビームをフラグメントイオンの非同期パルスビームに変換し、これ
によって前記第二の質量分析計の感度を向上させる、質量分析計。
【請求項２２】前記衝突室における前記圧力が約１０ｍｔｏｒｒと１００
ｍｔｏｒｒとの間に維持される、請求項１に記載の質量分析計。
【請求項２３】前記衝突室における前記圧力が３０ｍｔｏｒｒより上に維
持される、請求項１に記載の質量分析計。
【請求項２４】前記衝突室内の気体がメタンを含む、請求項１に記載の質
量分析計。
【請求項２５】請求項２に記載の質量分析計であって、前記衝突室の軸方
向の長さが主イオンのビームのパルス保全性を向上するための大きさにされ、そ
れによって前記直交飛行時間型質量分析計の感度を向上させる、請求項２に記載
の質量分析計。
【請求項２６】前記衝突室が該室を通過するイオン送達を増加させるため
に、差動ポンピングされる、請求項２に記載の質量分析計。
【請求項２７】前記衝突室が開口を備え、該開口が該開口の断面を増加さ
せるために軸方向に大きさが決められ、それによって所定のガス充填におけるイ
オンビームの送達を向上させる、請求項１に記載の質量分析計。
【請求項２８】請求項８に記載の質量分析計であって、前記衝突室が開口
によって分離された２つのセクションを備え、該２つのセクションの各々が内接
直径を有する多重極を備え、該２つのセクションの一方にある該多重極は、該２
つのセクションの他方にある該多重極の内接直径よりも大きい内接直径を有する
、該電極の近位に配置されている、質量分析計。
【請求項２９】請求項１に記載の質量分析計であって、前記パルスイオン
発生器が、直交加速電位によってパルス化される連続イオン源、ならびに得られ
たパルスイオンビームを空間的に収束させるレンズを備える、質量分析計。
【請求項３０】前記連続イオン源が、エレクトロスプレー（ＥＳＩ）イオ
ン源を包含する、請求項２９に記載の質量分析計。
【請求項３１】タンデム質量分析計であって、該質量分析計が以下：ａ．遅延引き出しマトリックス支援レーザー脱離／イオン化（ＤＥＭＡＬＤ
Ｉ）イオン源；ｂ．該ＤＥＭＡＬＤＩイオン源によって発生されたイオンの飛行路に配置さ
れた時限式イオンセレクタであって、該時限式イオンセレクタは、目的のイオン
を選択し、かつ実質的にそれ以外の全てのイオンを拒絶する、時限式イオンセレ
クタ；ｃ．該時限式イオンセレクタと前記衝突室との間に配置された電極であって、
該電極が該選択されたイオンの運動エネルギーを調節する、電極；ｄ．該選択されたイオンの該飛行路において、該時限式イオンセレクタの後ろ
に配置された衝突室であって、該衝突室は、該衝突室に入る該選択されたイオン
の運動エネルギーを実質的に減衰させるために十分高い気体圧力を有し、それに
よって該選択されたイオンのフラグメンテーションを誘起する、衝突室；およびｅ．該衝突室の出力に連結された直交飛行時間型質量分析計であって、第二の
質量分析計が該飛行時間型質量分析計によって発生されるフラグメントイオンを
分析する、直交飛行時間型質量分析計、を備える、タンデム質量分析計。
【請求項３２】タンデム質量分析計のための方法であって、該方法は以下
：ａ．飛行時間型質量分析計において目的のサンプルからイオンのパルスを発生
させる工程；ｂ．該飛行時間型質量分析計において、該イオンのパルスから目的のイオンを
選択する工程；ｃ．該選択されたイオンの運動エネルギーを実質的に減衰させるために十分高
い気体圧力を有する気体と該選択されたイオンを衝突させ、そして該選択された
イオンのフラグメンテーションを誘起する、工程；ならびにｄ．第二の質量分析計を用いて該選択されたイオンおよびそのフラグメントを
分析する工程、を包含する、方法。
【請求項３３】前記気体と衝突する該選択されたイオンの運動エネルギー
を調節し、それによってイオンフラグメンテーション度を調節する工程をさらに
包含する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】前記選択されたイオンの近位に電場を印加する工程をさら
に包含する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】少なくとも１つの電極が動電位によりバイアスされる、請
求項３４に記載の方法。
【請求項３６】前記選択されたイオンを気体と衝突させる前に、該選択さ
れたイオンを減速させる工程をさらに包含する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】前記フラグメントイオンのイオンビームがパルスイオンビ
ームに変換され、それによって前記第二の質量分析計の感度を向上させる、請求
項３２に記載の方法。
【請求項３８】前記パルスイオンビームが、直交電場のパルスを印加する
ことによって連続イオンビームから形成される、請求項３２に記載の方法。