JP5767581B2 - 調整可能な選択性および分解能を有する真空駆動微分型移動度分析計／質量分析計のための方法およびシステム - Google Patents

Description

（緒言）
本発明は、概して、質量分析計および微分型移動度分析計の両方を含む、方法およびシステムに関する。

微分型移動度分析計／質量分析計システムでは、偏流ガスが、典型的には微分型移動度分析計の上流の圧縮ガス源から供給される。この偏流ガスは、微分型移動度分析計を通る搬送ガス流の役割を果たす。微分型移動度分析計への偏流ガスの送達は、流量制限弁によって制御することができる。感度は、何パーセントのイオンが最終的に実際に検出されるかという、システムの伝送効率に関する。選択性または分解能とは、同様のイオンを区別する検出器の能力を指す。

高電界非対称波形イオン移動度分析（ＦＡＩＭＳ）または電界イオン分析（ＦＩＳ）とも呼ばれる、微分型移動度分析は、イオン移動度分析（ＩＭＳ）の変化例である。ＩＭＳは、典型的には、大気圧で、飛行管の軸長に沿って印加される低い電界強度の一定の静電界において、イオンがガスを通って漂流するために要する時間の差異によって、イオンを分離する。イオンは飛行管の中へ拍動され、それらの飛行時間が記録される。飛行の時間は、イオンの移動度に逆相関する。イオンは、単一の方向（軸方向）の運動を有し、これらの低い電界条件（Ｅ＜１０００Ｖ／ｃｍ）下でガスを通る移動度に従って分離される。漂流時間、したがって移動度は、イオンのサイズおよび形状、ならびに背景ガスとの相互作用の関数である。

微分型移動度分析は、器具類の幾何学形状においてＩＭＳとは異なり、分離理論に付加的な側面を追加する。しばしば分離電圧（ＳＶ）と呼ばれるＲＦ電圧が、輸送ガス流の方向に対して垂直に、イオン輸送チャンバにわたって印加される。イオンは、しばしば補償電圧（ＣＶ）と呼ばれるＤＣ電位である対抗電圧によって軌道が補正されるまで、壁に向かって移動し、飛行経路から離れる。チャンバを通るイオンの飛行時間を記録する代わりに、特定のイオンの軌道を補正するために必要な電圧が記録される。イオンは、ＩＭＳと同様に時間的に分離されず、その代わり、移動度測定が、高電界および低電界イオン移動度の間の差異によって引き起こされるイオン軌道の傾転を補正するために使用される、補償電圧の関数である。そのようなものとして、イオンは、分析計の中へ拍動されず、その代わり連続的に導入され、補償電圧は、異なる微分型移動度のイオンを連続的に通すように走査されるか、または特定の微分型移動度を伴うイオン種のみを通すように固定値に設定される。

典型的には、選択性と感度との間にトレードオフがあり、その両方は、微分型移動度分析計の中のイオンの滞留時間に結び付けられる。具体的には、微分型移動度分析計の中のイオンの滞留時間を増加させることにより、選択性を増加させてもよいが、感度を低減するという代償を払う。

上記で説明されるように、以下の説明では、感度は、何パーセントのイオンが最終的に実際に検出されるかという、システムの伝送効率に関する。選択性または分解能とは、同様のイオンを区別する検出器の能力を指す。

本発明の実施形態の側面によれば、
ａ）イオン源からイオンを受容するための微分型移動度分析計であって、内部動作圧力と、電極と、ＤＣおよびＲＦ電圧を電極に提供するための少なくとも１つの電圧源とを有する、微分型移動度分析計と、
ｂ）微分型移動度分析計からイオンを受容するために、少なくとも部分的に微分型移動度分析計にシールされ、かつ微分型移動度分析計と流体連絡している、質量分析計と、
ｃ）真空チャンバであって、真空チャンバが、微分型移動度分析計を通って真空チャンバの中へとイオンを含むガス流を引き込むよう動作可能であるように、内部動作圧力よりも低い真空圧で質量分析計を維持するために質量分析計を包囲する、真空チャンバと、
ｄ）微分型移動度分析計を通るガス流速を修正するためのガスポートであって、微分型移動度分析計と質量分析計との間に位置する、ガスポートと
を備える、質量分析計システムが提供される。

本発明のさらなる実施形態の側面によれば、微分型移動度分析計と、少なくとも部分的に微分型移動度分析計にシールされ、かつ微分型移動度分析計と流体連絡している、真空チャンバに格納された質量分析計とを含む、質量分析計システムを操作する方法が提供される。該方法は、
ａ）内部動作圧力で微分型移動度分析計を維持するステップと、
ｂ）イオンを微分型移動度分析計に提供し、選択された分離ＲＦ電圧および選択された補償ＤＣ電圧を微分型移動度分析計に提供するステップと、
ｃ）微分型移動度分析計を通って真空チャンバの中へとイオンを含むガス流を引き込むように、内部動作圧力よりも低い真空圧で質量分析計を維持するステップと、
ｄ）微分型移動度分析計を通るガス流速を変化させるように、微分型移動度分析計と質量分析計との間のガス流を修正するステップと
を含む。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
イオン源からイオンを受容するための微分型移動度分析計であって、内部動作圧力と、電極と、ＤＣおよびＲＦ電圧を該電極に提供するための少なくとも１つの電圧源とを有する、微分型移動度分析計と、
該微分型移動度分析計から該イオンを受容するために、少なくとも部分的に該微分型移動度分析計にシールされ、かつ該微分型移動度分析計と流体連絡している、質量分析計と、
真空チャンバであって、該真空チャンバは、該微分型移動度分析計を通って該真空チャンバの中へと該イオンを含むガス流を引き込むように動作可能であるように、該内部動作圧力よりも低い真空圧で該質量分析計を維持するために該質量分析計を包囲する、真空チャンバと、
該微分型移動度分析計を通るガス流速を修正するためのガスポートであって、該微分型移動度分析計と該質量分析計との間に位置する、ガスポートと
を備えている、質量分析計システム。
（項目２）
境界部材と、
前記イオンを乾燥させ、クラスタ分離するために、前記境界部材によって方向付けられるカーテンガスを前記微分型移動度分析計の入口に提供するためのカーテンガス供給部と、
該イオンをクラスタ分離するために、該カーテンガス、スロットルガス、および該微分型移動度分析計の該入口の上流にある加熱域のうちの少なくとも１つを加熱するための少なくとも１つの加熱器と
をさらに備えている、項目１に記載の分析計システム。
（項目３）
前記ガスポートは、前記ガス流速を増加させるために、前記微分型移動度分析計と前記質量分析計との間に位置する前記ガス流からガス流出を引き込むためのガス出口を備えている、項目１に記載の分析計システム。
（項目４）
前記ガス出口は、前記ガス流からの前記ガス流出を変動させ、前記ガス流速の増加を変動させるように調整可能である、項目３に記載の分析計システム。
（項目５）
前記ガスポートは、前記ガス流速を低減するために、前記微分型移動度分析計と前記質量分析計との間の前記ガス流にスロットルガスを添加するためのガス入口を備えている、項目１に記載の分析計システム。
（項目６）
前記ガス入口は、前記ガス流速の減少を変動させるために、前記スロットルガスの流入を変動させるように調整可能である、項目５に記載の分析計システム。
（項目７）
前記微分型移動度分析計の出口を前記質量分析計の入口に接続して、その間にイオン通行経路を画定する、接合チャンバをさらに備えており、前記ガスポートは、該接合チャンバの中に位置する、項目６に記載の分析計システム。
（項目８）
前記微分型移動度分析計の出口は、前記通行経路に実質的に沿って、前記質量分析計の入口に前記イオンを伝送するように、該質量分析計の入口と整列させられ、
前記接合チャンバは、該通行経路から離間された側壁を備えており、
前記ガスポートは、該側壁に沿って、かつ前記イオン通行経路から離れる方向に、前記スロットルガスを方向付けるように配向される、項目７に記載の分析計システム。
（項目９）
前記接合チャンバは、ランダマイザ部材を備えており、
前記ガスポートは、該ランダマイザ部材において前記スロットルガスを方向付けて、該接合チャンバの全体を通して該スロットルガスを分散させるように配向される、項目７に記載の分析計システム。
（項目１０）
補助物質を前記接合チャンバに供給するための補助供給部をさらに備えており、該補助供給部は、前記ガスポートに接続されている、項目７に記載の分析計システム。
（項目１１）
微分型移動度分析計と、少なくとも部分的に前記微分型移動度分析計にシールされ、かつ該微分型移動度分析計と流体連絡している、真空チャンバに格納された質量分析計とを含む、質量分析計システムを操作するための方法であって、該方法は、
ａ）内部動作圧力において該微分型移動度分析計を維持することと、
ｂ）イオンを該微分型移動度分析計に提供し、選択された分離ＲＦ電圧および選択された補償ＤＣ電圧を該微分型移動度分析計に提供することと、
ｃ）該微分型移動度分析計を通って前記真空チャンバの中へと該イオンを含むガス流を引き込むように、該内部動作圧力よりも低い真空圧において該質量分析計を維持することと、
ｄ）該微分型移動度分析計を通るガス流速を変化させるために、該微分型移動度分析計と該質量分析計との間の該ガス流を修正することと
を含む、方法。
（項目１２）
前記微分型移動度分析計を通る前記ガス流速を変化させるために、該微分型移動度分析計と前記質量分析計との間の前記ガス流を修正することは、該微分型移動度分析計を通るガス流速を減少させるために、該微分型移動度分析計と該質量分析計との間の該ガス流に、スロットルガス流速におけるスロットルガスを添加することを含む、項目１１に記載の方法。
（項目１３）
ｄ）前記ガス流速における減少を変動させるために、前記スロットルガス流速を変動させることをさらに含む、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
質量スペクトルを提供するために、前記質量分析計に引き込まれた前記イオンを検出することと、
該質量スペクトルに対して選択された分解能を選択することと、
該選択された分解能を提供するために、調整されたガス流速を決定することと、
該調整されたガス流速を提供して該選択された分解能を提供するために、該ガス流速の減少を提供するように該スロットルガス流速を変動させることと
をさらに含む、項目１３に記載の方法。
（項目１５）
接合チャンバを使用して、前記微分型移動度分析計の出口を前記質量分析計の入口に接続して、その間にイオン通行経路を画定することをさらに含み、ｄ）該接合チャンバの中へ、かつ該イオン通行経路から離れる方向に、前記スロットルガスを方向付けることを含む、項目１３に記載の方法。
（項目１６）
接合チャンバを使用して、前記微分型移動度分析計の出口を前記質量分析計の入口に接続して、その間にイオン通行経路を画定することをさらに含み、ｄ）該接合チャンバの全体を通して前記スロットルガスを分散させることを含む、項目１３に記載の方法。
（項目１７）
前記質量スペクトルに対する前記選択された分解能を選択することと、該選択された分解能を提供するために前記調整されたガス流速を決定することとは、実質的に同時に起こる、項目１４に記載の方法。
（項目１８）
補助物質を前記接合チャンバに提供することをさらに含む、項目１５に記載の方法。
（項目１９）
前記補助物質は、修飾液、質量分析を較正するための質量較正剤、前記イオンのうちの少なくとも一部と反応させるための交換試薬のうちの少なくとも１つを備えている、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
前記微分型移動度分析計を通る前記ガス流速を変化させるために、該微分型移動度分析計と前記質量分析計との間の前記ガス流を修正することは、該微分型移動度分析計を通るガス流速を増加させるために、該微分型移動度分析計と該質量分析計との間の該ガス流から、流出ガス流速において流出ガスを引き込むことを含む、項目１１に記載の方法。
（項目２１）
ｄ）前記ガス流速における増加を変動させるために、前記流出ガス流速を変動させることをさらに含む、項目２０に記載の方法。
（項目２２）
選択された伝送感度を決定することと、
該選択された伝送感度を提供するために、調整されたガス流速を決定することと、
該調整されたガス流速を提供して該選択された伝送感度を提供するために、該ガス流速における増加を提供するように前記流出ガス流速を変動させることと
をさらに含む、項目２１に記載の方法。
（項目２３）
前記伝送感度を選択することと、該選択された伝送感度を提供するために前記調整されたガス流速を決定することとは、実質的に同時に起こる、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
前記真空チャンバは、前記微分型移動度分析計から前記イオンを受容するための真空チャンバ入口を備えている、項目１１に記載の方法であって、該方法は、
前記選択された分離ＲＦ電圧および前記選択された補償ＤＣ電圧に加えて、入口ＤＣ電位を該真空チャンバ入口に提供し、該入口ＤＣ電位およびＤＭＳ ＤＣオフセット電圧の合計を該微分型移動度分析計に提供することをさらに含む、方法。
（項目２５）
前記真空チャンバ入口に提供される前記入口ＤＣ電位が決定され、次いで、前記ＤＭＳ
ＤＣオフセット電圧は、前記微分型移動度分析計と前記真空チャンバ入口との間のイオン流速を変化させることによって、該微分型移動度分析計から該真空チャンバの中へのイオン伝送を強化するように該入口ＤＣ電位に対して調整される、項目２４に記載の方法。
（項目２６）
前記微分型移動度分析計の前記電位が、前記ＤＭＳ ＤＣオフセット電圧によってオフセットされる前記真空チャンバ入口の前記電位を追跡するように、該真空チャンバ入口および該微分型移動度分析計の両方に提供される前記入口ＤＣ電位を変化させることをさらに含む、項目２４に記載の方法。
（項目２７）
前記微分型移動度分析計を通って前記質量分析計の中へガス流を提供するために、該微分型移動度分析計の入口に、選択された体積流量でカーテンガスを提供し、前記イオンをクラスタ分離するために、該微分型移動度分析計の入口から離れる方向に、かつ該微分型移動度分析計の外側にカーテンガス流出を提供することと、
該カーテンガス流出の実質的に一定の速度を維持するために、前記スロットルガス流速の変化と反対かつ比例して、該カーテンガスの該選択された体積流量を調整することと
をさらに含む、項目１２に記載の方法。
（項目２８）
前記微分型移動度分析計を通る実質的に一定の流量を維持するために、該微分型移動度分析計と前記質量分析計との間の前記ガス流から、流出ガス流速において流出ガスを引き込むことによって、該微分型移動度分析計と該質量分析計との間の該ガス流を修正することをさらに含む、項目１１に記載の方法。

当業者であれば、以下で説明される図面が例証目的にすぎないことを理解するであろう。図面は、決して出願人の教示の範囲を限定することを目的としない。
図１は、概略図において、本発明の第１の実施形態の側面による、スロットルガスが微分型移動度分析計と質量分析計との間で添加される、接合チャンバを含む、微分型移動度分析計／質量分析計システムを図示する。 図２は、概略図において、本発明の第２の実施形態の側面による、スロットルガスが微分型移動度分析計と質量分析計との間で添加される、接合チャンバを含む、微分型移動度分析計／質量分析計システムを図示する。 図２Ａは、グラフにおいて、真空チャンバ入口または質量分析計入口における電位と比べたＤＭＳオフセット電位に対する種々のイオンの信号を描画する。 図３は、概略図において、本発明の第３の実施形態の側面による、スロットルガスが微分型移動度分析計と質量分析計との間で添加される、接合チャンバを含み、微分型移動度分析計の中へのガス流が制限される、微分型移動度分析計／質量分析計システムを図示する。 図４は、概略図において、本発明の第４の実施形態の側面による、微分型移動度分析計を通るガス流速を調整するように、微分型移動度分析計および質量分析計の接合点において制御漏出口が提供される、微分型移動度分析計／質量分析計システムを図示する。 図５は、概略図において、本発明の第５の実施形態の側面による、スロットルガスが微分型移動度分析計と質量分析計との間で添加される、接合チャンバを含み、微分型移動度分析計が加熱管を含む、微分型移動度分析計／質量分析計システムを図示する。 図６は、概略図において、本発明の第６の実施形態の側面による、図２で説明されたものと同様であり、カーテンチャンバに提供されるカーテンガスに液体修飾剤を添加するためにバブラが提供される、微分型移動度分析計／質量分析計システムを図示する。 図７は、概略図において、本発明の第７の実施形態の側面による、図６で説明されたものと同様であり、また、液体修飾剤を伴わずにカーテンガスをカーテンチャンバに直接提供するための追加導管分岐も含む、微分型移動度分析計／質量分析計システムを図示する。 図８は、概略図において、本発明の第８の実施形態の側面による、スロットルガスが微分型移動度分析計と質量分析計との間で添加される、接合チャンバを含み、スロットルガスに種々の修飾剤を添加するようにバブラが提供される、微分型移動度分析計／質量分析計システムを図示する。 図９は、概略図において、本発明の第９の実施形態の側面による、そこから流出ガスが微分型移動度分析計と質量分析計との間で引き込まれる、接合チャンバを含む微分型移動度分析計／質量分析計システムを図示する。 図１０は、一連のグラフにおいて、微分型移動度分析計および質量分析計の接合点において添加される可変量のストットルガスとともに、固定された微分型移動度分析計の幾何学形状を使用する、エフェドリンおよび擬似エフェドリンを含有するサンプルの分離のためのＣＶスキャンの異なる分解能を図示する。

図１を参照すると、概略図において、本発明の第１の実施形態の側面による微分型移動度分析計／質量分析計システム２００が図示されている。微分型移動度分析計／質量分析計システム２００は、微分型移動度分析計２０２と、質量分析計の第１の真空レンズ要素２０４（以降では、概して質量分析計２０４と指定される）とを備える。質量分析計２０４はまた、真空チャンバ２２７から下流に質量分析計要素２０４ａも備える。イオンは、真空チャンバ２２７を通して輸送することができ、質量分析計要素２０４ａとして概略的に示される質量分析計の前に、１つ以上の付加的な差動排気真空段階を通して輸送されてもよい。例えば、一実施形態では、３段四重極質量分析計は、約２．３トールの圧力で維持される第１段階と、約６ミリトールの圧力で維持される第２段階と、約１０^−５トールの圧力で維持される第３段階とを含む、３つの差動排気真空段階を備えてもよい。第３の真空段階は、検出器、ならびに、その間に位置する衝突セルを伴う２つの四重極質量分析計を含有してもよい。システムの中には、説明されていない、いくつかの他のイオン光学要素があってもよいことが、当業者にとって明白となるであろう。説明される微分型移動度分析計／質量分析計の連結は、高圧源からイオンをサンプリングする多くの質量分析計システムに適用可能となり得ることも、当業者にとって明白となるため、この実施例は、限定的となるように意図されていない。これらは、飛行時間（ＴＯＦ）、イオントラップ、四重極、または当技術分野で公知のような他の質量分析計を含んでもよい。

微分型移動度分析計２０２は、プレート２０６と、プレート２０６の外側に沿った電気絶縁体２０７とを備える。プレート２０６は、微分型移動度分析計の入口２１０から微分型移動度分析計２０２の出口２１２へと漂流する偏流ガス２０８を包囲する。絶縁体２０７は、電極を支持し、それらを他の伝導性要素から隔離する。例えば、絶縁体は、セラミックまたはＴｅｆｌｏｎ^ＴＭから製造されてもよい。微分型移動度分析計２０２の出口２１２は、バッフル２１６によって画定される接合またはバッフルチャンバ２１４の中へ偏流ガスを放出し、その接合チャンバ２１４は、微分型移動度分析計２０２と質量分析計２０４との間でイオンの通行経路を画定する。いくつかの実施形態では、微分型移動度分析計２０２の出口２１２が、その間にイオン通行経路を画定するように質量分析計２０４の入口と整合される一方で、バッフル２１６は、通行経路に沿って通行するイオン２２２へのバッフル２１６の干渉を限定するように、この通行経路から離間される。

微分型移動度分析計２０２および接合チャンバ２１４は両方とも、カーテンプレート（境界部材）２１９によって画定されるカーテンチャンバ２１８内に格納され、カーテンガス源２２０からのカーテンガスが供給される。カーテンガス源２２０は、カーテンガスをカーテンチャンバ２１８の内部に提供する。イオン２２２は、イオン源（図示せず）から提供され、カーテンチャンバ入口２２４を介してカーテンチャンバ２１８の中へ放出される。カーテンチャンバ２１８内のカーテンガスの圧力は、カーテンガスチャンバ入口２２４からのカーテンガス流出２２６、ならびに微分型移動度分析計２０２の中へのカーテンガス流入２２８の両方を提供し、その流入２２８は、微分型移動度分析計２０２を通して接合チャンバ２１４の中へイオン２２２を運ぶ偏流ガス２０８になる。カーテンプレート２１９は、それに調整可能なＤＣ電位を提供するように、電力供給部に接続されてもよい。

図１に図示されるように、質量分析計２０４の第１の真空レンズ要素２０４は、カーテンチャンバ２１８よりもはるかに低い圧力で維持することができる、真空チャンバ２２７内に格納される。本発明の実施形態の側面によれば、真空チャンバ２２７は、真空ポンプ２３０によって２．３トールの圧力で維持することができる一方で、カーテンチャンバ２１８および微分型移動度分析計２０２の内部動作圧力は、７６０トールの圧力で維持することができる。カーテンチャンバ２１８と真空チャンバ２２７との間の有意な圧力差の結果として、偏流ガス２０８は、微分型移動度分析計２０２、接合チャンバ２１４を通り、真空チャンバ入口２２９を介して、真空チャンバ２２７および第１の真空レンズ要素２０４の中へ引き込まれる。示されるように、質量分析計２０４は、微分型移動度分析計２０２からイオン２２２を受容するように、接合チャンバを介して、微分型移動度分析計にシールし（または少なくとも部分的にシールし）、かつ微分型移動度分析計と流体連絡することができる。

示されるように、カーテンチャンバのバッフル２１６は、接合チャンバ２１４の中へカーテンガスを入れるための制御漏出口またはガスポート２３２を備える。接合チャンバ２１４内で、カーテンガスは、微分型移動度分析計２０２を通る偏流ガス２０８の流量を抑制する、スロットルガスになる。具体的には、接合チャンバ２１４内のスロットルガスは、微分型移動度分析計２０２内および接合チャンバ２１４の中へのガス流速を修正し、それにより、微分型移動度分析計２０２内のイオン２２２の滞留時間を制御する。微分型移動度分析計２０２内のイオン２２２の滞留時間を制御することによって、分解能および感度を調整することができる。つまり、微分型移動度分析計２０２内のイオン２２２の滞留時間を増加させることにより、分解能を増加させることができるが、イオンの付加的な損失ももたらし、感度を低減し得る。したがって、いくつかの実施形態では、微分型移動度分析計２０２を通るガス流速にある程度の制御を提供し、それにより、感度と選択性との間のトレードオフを制御するように、接合チャンバ２１４に添加されるスロットルガスの量を正確に制御できることが望ましくなり得る。図１の実施形態では、カーテンチャンバ２１８からのスロットルガスの流入は、ガスポート２３２によって提供される漏出口のサイズを制御することによって、制御することができる。

バッフルは、ランダマイザ表面部材を提供するように構成することができ、ガスポート２３２は、少なくともいくらかバッフル２１６およびランダマイザ表面に対してスロットルガスを方向付けて、接合チャンバ２１４の全体を通してスロットルガスを排出するように配向することができる。一実施形態では、ガスポート２３２は、微分型移動度分析計２０２と質量分析計入口２２９との間のガス流線を乱すことなく、スロットルガスを導入する。

上記で説明されるように、かつ当技術分野で公知であるように、しばしば分離電圧（ＳＶ）と呼ばれるＲＦ電圧を、偏流ガス２０８（図１に示される）の方向に対して垂直に、微分型移動度分析計のイオン輸送チャンバにわたって印加することができる。ＲＦ電圧は、微分型移動度分析計を備えるＤＭＳ電極の一方または両方に印加されてもよい。壁に向かって移動し、ＤＭＳの経路から離れるイオンの傾向は、しばしば補償電圧（ＣＶ）と呼ばれるＤＣ電位によって補正することができる。補償電圧は、微分型移動度分析計を備えるＤＭＳ電極の一方または両方にＤＣ電位を印加することによって、生成されてもよい。当技術分野で公知であるように、ＲＦ ＳＶおよびＤＣ ＣＶの両方を提供するように、ＤＭＳ電圧源（図示せず）を提供することができる。代替として、複数の電圧源が提供されてもよい。

同様に、再度当技術分野で公知であるように、入口電位電圧源（図示せず）によって、ＤＣデクタラスタリングまたは入口電位を真空チャンバ入口２２９（再度、図１に示されるような）に提供することができる。この真空チャンバ入口は、開口部であってもよく、または代替として、毛細管、加熱パイプ、毛管パイプ、または鉄パイプであってもよい。

真空チャンバ入口２２９が微分型移動度分析計２０２の出口よりも小さい、本発明の実施形態では、微分型移動度分析計２０２に対する真空チャンバ入口２２９に制動電位を提供することが有利であってもよい。この制動電位は、真空チャンバ入口２２９に提供されるデクタラスタリングまたは入口電位に対するＤＭＳのプレートまたは電極にＤＭＳ ＤＣオフセット電圧を提供することによって、提供することができる。イオンが真空チャンバ２２９に進入する前に、イオンを減速させることによって、制動電位は、これらのイオンがガス流内に混入される程度を増加させ、それにより、真空チャンバ入口２２９の側面に影響を及ぼす代わりに、イオンが実際に真空チャンバ入口を通過する可能性を増加させることができる。

代替として、例えば、無制限に、真空チャンバ入口２２９が微分型移動度分析計２０２からのスリットまたは出口と比べて大きい実施形態等の、本発明のいくつかの実施形態では、ＤＭＳ ＤＣオフセット電圧を調整することが望ましくなり得る。具体的には、微分型移動度分析計２０２から真空チャンバ２２７の中への伝送を改善するようにイオンを減速させることが望ましくない場合、このＤＣオフセット電圧は、イオンが真空チャンバ入口２２９を通過する際に、イオンを加速することに実際に肯定的であってもよい。

このＤＭＳ ＤＣオフセットはまた、微分型移動度分析計２０２において選択されているイオンの質量に基づいて調整することもできる。これは、２段階過程の一部となり得る。具体的には、真空チャンバ入口２２９に提供されるデクタラスタリング電圧は、最初に、微分型移動度分析計２０２において選択されているイオンの質量に基づいて調整することができる。次いで、真空チャンバ入口２２９に提供される、このデクタラスタリング電圧に対して、微分型移動度分析計２０２から真空チャンバ入口２２９を通した伝送を強化するように、ＤＭＳ ＤＣオフセット電圧を調整することができる。代替として、ＤＭＳオフセットＤＣ電位は、所与のイオンについて選択されてもよい。いくつかの実施形態では、ＤＭＳ電極ＤＣオフセットを自動的に調整して、開口部電位に対して同じ電位を維持するように、電圧源コントローラを設定することができる。次いで、デクタラスタリング電位または入口電位が調整されてもよい。すなわち、これらの実施形態では、ＤＭＳオフセット電圧は、オフセットとして電極に印加されるＤＣ電位と入口電圧との間の差異にすぎない。例えば、好ましいＤＭＳオフセット電圧が、−３Ｖであるとする。次いで、入口電圧が同調されると、これらの制御システムは、これらの実施形態では、現在の入口電圧にかかわらず、−３Ｖオフセットを維持することができる。例えば、入口電位が最初に５０Ｖである場合、ＤＭＳ電極上のＤＣ電位を４７Ｖ（ＣＶ＝０の状況）で自動的に維持することができる。入口電位が最大１００Ｖに同調された場合、ＤＭＳ電極に印加されるＤＣを自動的に９７Ｖに変更することができる。

図２を参照すると、概略図において、本発明の第２の実施形態の側面による微分型移動度分析計／質量分析計システム３００が図示されている。明確にするために、１００が追加された、図１で使用される同じ参照数字が、図１の要素と類似した要素を指定するために図２で使用される。簡潔にするために、図２に関して図１の説明を反復しない。

微分型移動度分析計のプレートまたは電極に提供される補償電圧により、微分型移動度分析計の電極の一方または両方の実際のＤＣ電位は、真空チャンバ入口要素に印加されるデクタラスタリング電位とは、ＤＭＳ ＤＣオフセット量だけ異ならない場合があることに留意することが重要である。例えば、デクタラスタリング電位が真空チャンバ入口要素３２９に印加されるとする。このデクタラスタリング電位（ＤＰ）は、微分型移動度分析計によって選択されているイオンのｍ／ｚに基づいて決定され、このＤＰの決定は、当技術分野で公知である。次いで、ＤＣオフセット電圧が、微分型移動度分析計３０２のプレートまたは電極３０６に印加される。加えて、ＣＶが電極３０６に印加される。ＣＶの印加は、異なる方法で続行してもよい。例えば、１０ボルトのＣＶがあり、次いで、５Ｖを一方の電極に印加することができる一方で、−５Ｖが電極に印加されるとする。代替として、１０Ｖを一方の電極に印加することができ、他方の電極には電圧が印加されない。

ＣＶの全てが一方の電極に印加される実施例を考慮する。次いで、例えば、１００ＶのＤＰが、最初に真空チャンバ入口について決定されるとする。真空チャンバ入口と微分型移動度分析計との間のオフセットは、−５Ｖと決定される。微分型移動度分析計のＣＶは、１０Ｖである。次いで、微分型移動度分析計の一方の電極が、１００Ｖ−５Ｖ＋１０Ｖまたは１０５Ｖの電位を有する一方で、他方の電極は、１００Ｖ−５Ｖ＝９５Ｖの電位を有する。

上述のように、ＤＣオフセット電圧は、マイナスである必要はない。具体的には、開口部または入口寸法が、微分型移動度分析計のスリット寸法により密接に一致する場合、イオンが開口部を通って流れることができるように、イオンを減速させてガス流の中に適正に混入する必要性がなくてもよい。その代わり、イオンを加速させることが望ましくさえなり得る。

図２Ａを参照すると、寸法１×１０×３０ｍｍの電極に印加される制動電位の有効性が、種々の質量対電荷比についてグラフに描画されている。試験された全てのイオンについて、最適なＤＭＳオフセット電圧は、マイナスであるように思われ、つまり、最適なＤＭＳ電位は、制動電位を確立するように、真空チャンバ入口電位よりもわずかに低くなるべきである。最適なオフセット電圧の大きさおよび最適な電圧範囲の幅は両方とも、関心のイオンの質量対電荷比とともに増加し、おそらく、より高いｍ／ｚのイオンについてイオン移動度定数の既知の減少を反映する。図２Ａで描画されたデータは、入口に集中する屈曲ガス流によって影響される、より長い期間をイオンに与えるようにイオンを減速し、それにより、微分型移動度分析計および質量分析計の界面領域または接合部における損失を低減することによって、スロット付きＤＭＳ分析計から円形質量分析計または真空チャンバ入口へのイオンの移動が改善されてもよいことを実証する。

図１のシステム２００と同様に、図２のシステム３００では、真空チャンバ３２７の中で維持されたはるかに低い圧力によって、微分型移動度分析計３０２を通して真空チャンバ３２７および第１の真空レンズ要素３０４の中へ偏流ガス３０８を引き込むことができる。図１のシステム２００と同様に、システム３００の真空チャンバ３２７を、例えば、２．３トールで維持することができる一方で、カーテンチャンバ３１８の中の圧力は、７６０トールの圧力で維持することができる。

図１のシステム２００と同様に、システム３００の分解能または選択性は、微分型移動度分析計３０２と真空チャンバ入口３２９との間の接合チャンバ３１４にスロットルガスを添加することによって、調整することができる。図２のシステム３００では、カーテンガスおよびスロットルガスの両方に共通ガス源が提供されるが、別個のガス源も提供されてもよい。例えば、このガスは、窒素となり得る。スロットルガスは、導管分岐３２０ａを通って接合チャンバ３１４の中へ流れる。再度、このガスは、微分型移動度分析計を通る流量を抑制するため、スロットルガスと呼ばれる。いくつかの実施形態では、イオンビーム軌道への干渉が、伝送効率を潜在的に軽減し得るため、微分型移動度分析計３０２と質量分析計との間のイオンビーム軌道またはイオン通行経路に干渉するスロットルガスのクロスビームの可能性を低減するように、ガスを同軸上に添加することができる。例えば、図２に示されるように、ガスポート３３２は、スロットルガスが、真空チャンバ３２７に向かい、かつ微分型移動度分析計３０２から離れた配向で接合チャンバ３１４に流入するように、配向または傾斜させられる。随意で、接合チャンバ３１４は、拡大することができ、または、質量分析計の中への進入点においてイオンビームへの干渉を低減するように、スロットルガスの直線速度を低減する余分な構造を含んでもよい。さらに、ガスポート３３２は随意で、スロットルガスが、イオン通行経路といくらか並行に、接合チャンバの側壁に沿って流れるように、配向されてもよい。別の実施形態では、接合チャンバは、絶縁体の直径よりもはるかに大きい直径で設計されてもよく、ガスポートは、入口を通るガス流が壁に沿って方向付けられるように配向されてもよい。

概略図１−９は、原寸に比例していないことに留意されたい。つまり、機能的観点から、スロットルガス流入が接合チャンバを通るイオン流を乱す危険性を低減するように、接合チャンバを図に示されるものよりも大幅に大きくすることができる。さらに、スロットルガスは、壁に沿って方向付けられるよう導入することができ、それにより、スロットルガスが直交流で接合チャンバの中のイオン運動に提供される場合と比較して、混乱を低減し、感度を増加させる。

導管分岐３２０ａは、接合チャンバ３１４の中へのスロットルガスの流速を制御するために使用することができる、制御可能な弁３２０ｂを備える。例えば、感度の容認可能な損失という代償を払って、分解能または選択性を増加させるために、導管分岐３２０ａを介してより多くのスロットルガスを接合チャンバ３１４の中へ入れ、微分型移動度分析計３０２内のガス流速を低減するように、制御可能な弁３２０ｂを開くことができる。これは順に、微分型移動度分析計内のイオン３２２の滞留時間を増加させることができる。増加した滞留時間は、より狭い移動度ピーク幅、したがって、改善した選択性として現れる。同時に、増加した滞留時間は、増加した拡散損失により、感度をいくらか低下させる。同時に、微分型移動度分析計内の増加した滞留時間により、イオンのより多くが失われ得る。

示されるように、図２は、カーテンチャンバ３１８の中へのカーテンガスの流速を制御するための弁３２０ｃを備えることができる。ＤＭＳの上流のイオンの適正なクラスタ分離を確保するように、カーテンガス流速を制御することが重要である。クラスタは、乾燥イオンとは異なる移動度を有することができ、したがって、異なる補償電圧（ＣＶ）値を有することができる。これらのクラスタは、関心のイオンを伝送している間に濾過され、失われて、低減した感度につながり得る。図２に示されるように、システムは、カーテンガス流およびスロットルガス流の両方を提供するように、共通ガス供給部を備えてもよい。カーテンプレート３１９の開口からのカーテンガス流出３２６は、ガス伝導性制限開口３２９を通る体積流量を引いた、カーテンガスおよびスロットルガスの体積流量の合計によって定義することができる。カーテンガス流出３２６は、典型的には、所与の化合物および一式の条件について最適化される。したがって、図２に図示された構成では、総体積流量が一定であるならば、総流量のうちのどれだけの部分が、通路３２０（カーテンガス）または３２０ａ（スロットルガス）を通して提供されるかにかかわらず、カーテンガス流出３２６が一定に維持されてもよい。

微分型移動度分析計３０２が、質量分析計、または少なくとも第１の真空チャンバ３２７にシールされるか、または少なくとも部分的にシールされる（シールが完璧ではない）際に、質量分析計は、微分型移動度分析計３０２からイオン３２２を受容するように、円形開口部を備えることができる。これは、微分型移動度分析計３０２を質量分析計にシールすることに起因する流線形によって可能となる。微分型移動度分析計３０２から退出するガス流線は、入口３２９に集中し、これらの屈曲流線は、入口３２９を通してイオンを輸送することができる。後続の真空段階およびレンズを通した高伝送効率を確保するように、円形開口部を維持することが望ましくなり得る。

図３を参照すると、概略図において、本発明の第３の実施形態の側面による微分型移動度分析計／質量分析計システム４００が図示されている。明確にするために、１００が追加された、図２で使用される同じ参照数字が、図２の要素と類似した要素を指定するために図３で使用される。簡潔にするために、図３に関して図１および２の説明を反復しない。

図２のシステム３００と同様に、図３のシステム４００の分解能または選択性は、微分型移動度分析計４０２と真空チャンバ入口４２９との間の接合チャンバ４１４にスロットルガスを添加することによって、調整することができる。図２のシステム３００と同様に、カーテンガスおよびスロットルガスの両方に共通ガス源を提供することができる。

加えて、ガス制限プレート４３４が、微分型移動度分析計４０２の入口４１０に提供される。これらのガス制限プレート４３４は、Ｎａｚａｒｏｖら（Ｎａｚａｒｏｖ ＥＧ，Ｃｏｙ ＳＬ，Ｋｒｙｌｏｖ ＥＶ，Ｍｉｌｌｅｒ ＡＲ，Ｅｉｃｅｍａｎ Ｇ．，Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．，２００６，７８，７６９７−７７０６）と類似の様式で、選択性のさらなる最適化のために微分型移動度分析計４０２の圧力の同調を促進することができる。具体的には、微分型移動度分析計４０２の中への偏流ガスの流量を制限するように、ガス制限プレート４３４が提供されると、真空チャンバ４２７の中のより低い圧力を提供することによって、微分型移動度分析計４０２の後部で送出することにより、微分型移動度分析計内の圧力を低下させ、巧妙な分離に合わせて調整するように、余分な程度の選択性または余分なパラメータを提供することができる。ガス制限プレート４３４の開口の直径は、固定された質量分析計入口の直径で確立された真空の引き込みのために、操作者が微分型移動度分析計４０２内の圧力を同調することを可能にするように、調整可能となり得る。

図４を参照すると、概略図において、本発明の第４の実施形態の側面による微分型移動度分析計／質量分析計システム５００が図示されている。明確にするために、３００が追加された、図１で使用される同じ参照数字が、図１の要素と類似した要素を指定するために図４で使用される。簡潔にするために、図４に関して図１−３の説明を反復しない。

図４のシステム５００は、それぞれ、図１および２のシステム２００および３００の複合型である。つまり、図１のシステム２００と同様に、カーテンガス供給部５２０は、カーテンガスをカーテンチャンバ５１８に提供し、制御漏出口５３２が、カーテンチャンバ５１８から接合チャンバ５１４の中へ提供される。しかしながら、図２のシステム３００と同様に、図４のシステム５００の接合チャンバ５１４の中へのスロットルガスの流量は、ガス流制限器５３３を調整することによって、カーテンチャンバ５１８内のカーテンガスの圧力とは無関係に制御することができる。つまり、制御漏出口５３２のサイズを調整するようにガス流制限器５３３を調整することができ、それにより、質量分析計５０４とのシールを機械的に破壊することなく、接合チャンバ５１４に吸い込まれるスロットルガスの量を調整する。対照的に、図１のシステム２００の制御漏出口２３２は、図１に示されるように、質量分析計とのシールによって提供される漏出口を機械的に改変することによって提供される。具体的には、図１のシステム２００のバッフル２１６は、図１に示された漏出口のサイズを制御するように調整可能である。

図５を参照すると、概略図において、本発明の第５の実施形態の側面による微分型移動度分析計／質量分析計システム６００が図示されている。明確にするために、３００が追加された、図２で使用される同じ参照数字が、図２の要素と類似した要素を指定するために図５で使用される。簡潔にするために、図５に関して図１および２の説明を反復しない。

図５のシステム６００では、加熱管６０２ａが微分型移動度分析計６０２の入口６１０に設置される。加熱管６０２ａは、微分型移動度分析計６０２の入口６１０にシールすることができる。加熱管６０２ａは、イオン６２２が微分型移動度分析計に進入する前にイオン６２２の付加的なクラスタ分離を促進することができる。例えば、高流速の高性能液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）の使用中に、クラスタ化が感度を減少させる問題となり得る。この付加的なクラスタ分離はまた、例えば、大気圧マトリックス支援レーザ脱離イオン化（ＡＰ−ＭＡＬＤＩ）、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ）、およびリアルタイム直接分析（ＤＡＲＴ）等の、他のイオン源に役立つことができる。これらのイオン源が例として提供されているが、このアプローチは、イオンならびにクラスタを生成する任意のイオン源の性能を改善できることが、当業者にとって明白となるであろう。加熱管６０２ａはまた、層流条件を促進し、微分型移動度分析計６０２の入口６１０における電界の均一性を増加させることもでき、そうすることによって、微分型移動度分析計６０２の中へのイオン伝送を促進することができる。

図５に図示されたシステム６００等の、本発明のいくつかの実施形態では、接合チャンバ６１４の中へのスロットルガスの体積流量の増加は、カーテンチャンバ６１８の中へのカーテンガスの体積流量の対応する低減によって平衡を保つことができる。例えば、カーテンチャンバおよび接合チャンバの両方の中への、例えば窒素の総流速（それぞれ、カーテンガス流速およびスロットルガス流速）は、カーテンガス流速およびスロットルガス流速の一方の変化を、これらの流速の他方の対照的な変化と平衡させることによって、実質的に一定に保つことができる。これが望ましくなり得る。

具体的には、接合チャンバの中へのスロットルガスの流量が増加させられる一方で、カーテンチャンバの中へのカーテンガスの流量が一定に保たれる場合には、微分型質量分析計の入口から離れたカーテンガスの流出が増加すると見込むことができる。これが望ましくなり得る。つまり、例えば、図５に示されるように、微分型移動度分析計を通って質量分析計の中へ入るガス流とは反対の方向である、カーテンガスの特定の流出６２６が、共通のｍ／ｚを共有する特定のイオン群について、これらのイオンをクラスタ分離するように選択されていてもよい。したがって、所望されるカーテンガスの流出速度は、関心のイオン群と、どのような逆流がそれらをクラスタ分離するのに役立つよう所望されるかとに、依存してもよい。接合チャンバ６１４の中へのスロットルガスの流量が増加させられ、次いで、他のものが等しい場合、境界部材６１９からの流出６２６も、選択されたものを越えて増加すると見込むことができ、これは望ましくないものとなり得る。したがって、いくつかの実施形態では、接合チャンバの中へのスロットルガスの流入の増加を平衡させるように、カーテンチャンバの中へのカーテンガスの流入を比例して低減することが望ましくなり得る。

図５は、これを達成することができる１つの方法を図示する。具体的には、システム６００については、カーテンガスおよびスロットルガスの両方に対する共通ガス源が示されている。したがって、例えば、スロットルガスが接合チャンバに流入する速度を増加させるために、この共通ガス源から、より大きい流量が使用される場合には、この共通ガス源からカーテンチャンバの中へのカーテンガスの流速の対応する低減があってもよい。このカーテンチャンバの中へのカーテンガスの流速の低減は、微分型質量分析計６０２の入口から離れたカーテンガスの流出６２６が実質的に不変となるように、接合チャンバの中へのスロットルガスの流速の増加の平衡を保つのに役立つことができる。

このカーテンガス流の比例減少とのスロットルガス流の減少の平衡は、本発明の他の実施形態と関連する他の手段を使用して達成することもできる。例えば、図４のシステム５００の場合、カーテンチャンバ５１８の中へのカーテンガス流速を増加させることにより、独力で、スロットルガスが接合チャンバ５１４に流入する速度を増加させることもでき、最初に選択された流出に対して境界部材５１９からの流出５２６の有意な増加をもたらす。しかしながら、この効果は、克服することができ、制御漏出口５３２を介して接合チャンバ５１４の中へのスロットルガスの流量を低減するように、ガス流制御器５３３を調整することによって、スロットルガスが接合チャンバに流入する速度さえも低減することができる。当然ながら、スロットルガス流速が減少する場合、微分型質量分析計の入口から離れたカーテンガスの流出を実質的に一定に維持するように、カーテンチャンバの中へのカーテンガス流を比例的に増加させることができる。

図６を参照すると、概略図において、本発明の第６の実施形態の側面による微分型移動度分析計／質量分析計システム７００が図示されている。明確にするために、４００が追加された、図２で使用される同じ参照数字が、図２の要素と類似した要素を指定するために図６で使用される。簡潔にするために、図６に関して図１および２の説明を反復しない。

図６に示されるように、システム７００は、図２のシステム３００と極めて同様である。しかしながら、図６のシステム７００は、追加要素を備える。具体的には、図２のシステム３００と同様に、カーテンガス供給部７２０は、導管分岐７２０ａを介して接合チャンバ７１４の中へのスロットルガスの流速を制御するために使用することができる、制御可能な弁７２０ｂを備える。導管またはカーテンガス供給部７２０はまた、最終的にカーテンチャンバ７１８の中に入るカーテンガスの流速を制御するための弁７２０ｃも備える。弁７２０ｃの下流のカーテンガスの流量は、２つの分岐７２０ｄおよび７２０ｅに分けられる。分岐７２０ｄ内のカーテンガスの流量は、弁７２０ｆによって制御される。同様に、分岐７２０ｅ内のカーテンガスの流量は、弁７２０ｇによって制御される。

分岐７２０ｄを通るカーテンガス流は、分岐７２０ｄを通過し、最終的に真空チャンバ７２７の中で維持された真空によって微分型移動度分析計７０２の中へ送出されるカーテンガス／偏流ガスに修飾液を添加するために使用することができる、バブラ７２０ｈの中に入る。同様に、別個の修飾剤を、分岐７２０ｅを通ってバブラ７２０ｉの中に流れるカーテンガスに添加することができる。バブラ７２０ｈおよび７２０ｉからのカーテンガス流出は、それぞれ出口弁７２０ｊおよび７２０ｋによって制御することができ、その後に２つの分岐７２０ｄおよび７２０ｅが合併し、次いで、修飾剤とともにカーテンガスをカーテンチャンバ７１８の中へ放出する。上述のように、カーテンガスおよび偏流ガスは、全く同一であり、したがって、カーテンガスに修飾剤を添加することにより、システム７００に単純性を追加する。修飾剤は、イオンを異なる程度にクラスタ化し、それにより、微分移動度を遷移させることによって選択性を提供する、蒸気となり得る。修飾剤の例は、イソプロピルアルコール等のアルコール、水、ならびに、とりわけ分子上の交換可能な陽子の数を数えるために使用することができる、重水またはメタノール等の水素および重水素交換剤を含むことができる。一般に、修飾剤は、所与のＡＣ振幅におけるピークの観察された補償電圧を変化させる、偏流ガスへの任意の添加剤として定義されてもよい。補償電圧は、低電界移動度に対する高電界移動度の比に関する。修飾剤は、他の方法ならびにクラスタ化現象で作用することができる。例えば、偏流ガスの分極率を変化させることも、観察された補償電圧を変化させることができる。クラスタ化および分極率の変化は、補償電圧の最適条件を変化させるために修飾剤が使用してもよい機構の２つの例であるが、多くの他の機構もあってもよい。

図７を参照すると、概略図において、本発明の第７の実施形態の側面による微分型移動度分析計／質量分析計システム８００が図示されている。明確にするために、１００が追加された、図６で使用される同じ参照数字が、図６の要素と類似した要素を指定するために図７で使用される。簡潔にするために、図７に関して、図１、２、および６を含む先述の図の説明を反復しない。

図７に示されるように、システム８００は、図６のシステム７００と極めて同様である。しかしながら、図７のシステム８００は、追加導管分岐８２１を備える。導管分岐８２１は、修飾液が添加されるためのバブラ８２０ｈおよび８２０ｉを通過することなく、カーテンチャンバ８１８に直接、カーテンガス、この場合は窒素を提供することができる。代替として、導管分岐８２１は、チャンバ８１８に直接カーテンガスを提供することができる一方で、１つ以上の修飾剤を含有する追加ガス分画も添加することができる。

図８を参照すると、概略図において、本発明の第８の実施形態の側面による微分型移動度分析計／質量分析計システム９００が図示されている。明確にするために、６００が追加された、図２で使用される同じ参照数字が、図２の要素と類似した要素を指定するために図８で使用される。簡潔にするために、図８に関して、図１および２を含む先述の図の説明を反復しない。

図８に示されるように、システム９００は、図２のシステム３００と極めて同様である。しかしながら、図８のシステム９００は、追加要素を備える。具体的には、図２のシステム３００と同様に、カーテンガス供給部９２０は、カーテンチャンバ９１８の中へのカーテンガスの流速を制御するための制御可能な弁９２０ｃを備える。しかしながら、図２および７の実施形態と違って、別個のガス源がカーテンガスおよびスロットルガスに提供される。具体的には、システム９００はさらに、２つの分岐９４２および９４４に分かれるスロットルガス源９４０を備える。導管分岐９４２内のスロットルガス流は、制御可能な弁９４６によって制御される。同様に、分岐９４４内のスロットルガス流は、弁９４８によって制御される。随意で、下記で説明されるように、ガスポート９３２を介して接合チャンバに補助物質を供給するための補助供給部を提供することができる。

分岐９４２を通るスロットルガス流は、分岐９４２を通過するスロットルガスに修飾液を添加するために使用することができる、バブラ９５０の中に入る。
同様に、別個の修飾剤を、バブラ９５２によって、分岐９４４を通って流れるスロットルガスに添加することができる。バブラ９５０および９５２からのスロットルガス／液体修飾剤流出は、それぞれ出口弁９５４および９５６によって制御することができ、その後に２つの分岐９４２および９４４が、共通分岐９５８に合併する。導管９５８を通って最終的に接合チャンバ９１４の中へバブラ９５０および９５２によって添加されるスロットルガス流および修飾液は、制御可能な弁９６０によって制御することができる。

種々の制御可能な弁９４６、９４８、９５４、および９５６は、イオンを異なる程度にクラスタ化し、反応させ、それにより、質量分析計９０４において観察される質量を遷移させることによって選択性を促進するように制御された方式で、液体修飾剤がバブラ９５０および９５２によってスロットルガスに添加されることを可能にする。上記で説明されるように、添加される修飾剤はまた、とりわけ、微分型移動度分析計で事前濾過されたイオン上の交換可能な陽子の数を数えるために使用される、重水またはメタノール等の水素および重水素交換剤を含んでもよい。

図１から８の微分型移動度分析計／質量分析計システムでは、微分型移動度分析計は、最初に、微分型移動度分析計内のイオンの比較的短い滞留時間と、微分型移動度分析計内の偏流ガスの比較的高いガス流速とを提供するように、寸法決定することができる。選択性を犠牲にして感度を支持する、この微分型移動度分析計の初期付勢は、上記で説明されるようにスロットルガスを接合チャンバに提供して、偏流ガスの流速を減少させることによって、後でオフセットすることができる。図９に図示された実施形態の側面では、反対のアプローチが取られる。

図９を参照すると、概略図において、本発明の第９の実施形態の側面による微分型移動度分析計／質量分析計システム１０００が図示されている。明確にするために、８００が追加された、図１で使用される同じ参照数字が、図１の要素と類似した要素を指定するために図９で使用される。簡潔にするために、図９に関して、図１を含む先述の図の説明を反復しない。

図９に示されるように、システム１０００は、それぞれ、図１および２のシステム２００および３００と極めて同様である。しかしながら、接合チャンバ１０１４にスロットルガスを添加する代わりに、図９のシステム１０００は、接合チャンバ１０１４から流出ガスを引き出すための真空ポンプ１０４０を含む、ガス出口１０３２を備える。接合チャンバ１０１４から引き出された流出ガスの量が増加するにつれて、微分型移動度分析計１００２内の偏流ガス１００８のガス流速が増加し、それは、同時に感度を増加させながら、選択性および分解能を軽減することができる。この理由により、図９のシステム１０００では、微分型移動度分析計１００２は、最初に、微分型移動度分析計１００２内のイオン１０２２の比較的長い滞留時間と、微分型移動度分析計１００２内の偏流ガス１００８の比較的低いガス流速とを提供するように、寸法決定することができる。感度を犠牲にして選択性を支持する、この微分型移動度分析計１００２の初期付勢は、真空ポンプ１０４０によって提供される真空の引き込みを増加させ、偏流ガスの流速を増加させるように流出ガスが接合チャンバ１０１４から引き出される速度を増加させることによって、後でオフセットすることができる。

流出ガスはまた、質量分析計入口が、真空中への不連続ガス流または非常に低いガス流速のいずれか一方を提供するようにサイズ決定される、ＤＭＳ／ＭＳシステムに有用であってもよい。当技術分野で公知のように、非常に小さい直径の開口部は、真空システムの中へ非常に低いガス流速を提供することができ、入口ダイヤフラムまたは調整可能な開口部の寸法は、質量分析計真空システムの中へ不連続または可変ガス流を提供してもよい。これらの条件下では、以下でより詳細に説明されるように、流出ガスの引き込みは、質量分析計システムの真空システム内への流速にかかわらず、ＤＭＳセルを通して不連続搬送ガス流を提供することがきる。

例えば、微分型移動度分析計および質量分析計の接合部から流出ガスを引き出すことは、微分型移動度分析計のより高い流量能力を、低流量で低費用の携帯用質量分析計のより低い流量能力と一致させるために使用することができる。送出能力が質量分析計のサイズおよび重量を低減する際に主な制限となり得るため、より小型の質量分析計を提供するように、この送出能力を犠牲にすることができる。このより低い送出能力を補うために、開口部または入口において、シャッタを真空チャンバに提供することができる。このシャッタは、１０ミリ秒にわたって開き、次いで、真空ポンプにかかる負荷を低減するよう１秒（１０００ミリ秒）にわたって閉じられるように、例えば、１％の負荷サイクルを有する場合がある。

しかしながら、微分型移動度分析計を通る流量は、連続的となり得て、好ましくは連続的である。したがって、図９に示されるように、乱流または他の問題を回避するために、質量分析計との微分型移動度分析計の接合部から流出ガスを引き出すことができる。この接合領域からガスを抽出することによって、微分型移動度分析計で濾過されたイオンの大部分が、真空チャンバ入口に進入することができる一方で、微分型移動度分析計を通る過剰な流量を流出ガスとして排出することができる。この流出ガス流は、微分型移動度分析計の乱流を防止または低減し、一定の微分型移動度分析計の分解能を維持することができる。

図１０を参照すると、一連のグラフにおいて、エフェドリンおよび擬似エフェドリンを含有するサンプルの分解能およびピーク幅に対するスロットルガスの効果が図示されている。微分型移動度分析計電極の寸法は、１×１０×３００ｍｍであった。ＲＦは、約４０００Ｖの最高最低振幅に設定された。各グラフにおいて、ＣＶ電圧がｘ軸上に描画される一方で、元の信号強度は、スロットルガスが提供されていない状態で達成される信号強度に対して正規化されてｙ軸上に描画される。

示されるように、より多くのスロットルガスが接合チャンバに添加されるにつれて補償電圧ピーク幅が減少する（改善した選択性）一方で、感度が対応して減退する。つまり、図１０の最上トレースであるトレース１００は、ＤＭＳ電極セットが感度について最適化され、スロットルガスが提供されない時に生成されるデータを示す。この場合、擬似エフェドリンおよびエフェドリンの移動度ピークは、非常に広い半値幅を伴う単一ピークを生じるように合併される。０．４Ｌ／分のスロットルガス流速を表すトレース１０２から０．８Ｌ／分のスロットルガス流速表すトレース１０４まで、ストットルガスの体積流量が増加するにつれて、２つの異なるピークは、移動度ピークのそれぞれを狭くすることによって達成される選択性の改善の結果として明白になり始める。スロットルガスが約１．４Ｌ／分に設定されると、ピーク中心は、これら２つの構成要素の分離を達成するように十分に分解されるが、感度は、約２という因数だけ減少している。さらに、スロットルガス流の増加は、より高い分解能を提供するが、１．８Ｌ／分のスロットルガス流速を表すトレース１０８に示されるように、感度の損失もより大きくなる。

したがって、本発明のこれらの実施形態のいくつかの側面によれば、ピークが容易に区別されることを可能にするよう選択性が改善されている一方で、ピークが識別されることを可能にするレベルに感度がとどまるように、感度と選択性との間の容認可能な妥協に到達するまで、スロットルガスを接合チャンバに添加することができる。

スロットルガスが提供されないが、代わりに流出ガスが接合チャンバから引き出される、本発明のいくつかの他の実施形態のいくつかの側面によれば、得られる初期質量スペクトルは、微分型移動度分析計内の非常に高い滞留時間による感度の損失を考慮すると、区別可能であるが、非常に微弱な信号を表すピークを示してもよい。本発明のこれらの側面によれば、微分型移動度分析計を通るガス流速を増加させるように、増加量の流出ガスを接合チャンバから引き出すことができ、それにより、微分型移動度分析計内のイオンの滞留時間を削減する（電極の幾何学形状は、この長い滞留時間を提供するように選択されている）。これが発生すると、ピーク高さが増加し、より高い感度を表すが、より幅広くなり、重複してもよい。この過程を観察することによって、操作者は、ピークが容易に区別可能であり、感度が依然として容認可能である時点で、流出ガス流速の増加を停止することができる。

本発明の種々の実施形態のいくつかの側面によれば、微分型移動度分析計が内部動作圧力（カーテンチャンバ動作圧力）で維持される一方で、質量分析計は内部動作圧力よりも大幅に低い真空圧で維持される、上記で定義されるような質量分析計システムを操作する方法が提供される。微分型移動度分析計はまた、微分型移動度分析計を通って質量分析計を格納する真空チャンバの中へ提供されるイオンを含むガス流を引き込むように、質量分析計と流体連絡している。微分型移動度分析計と質量分析計との間のガス流は、質量分析計の中への総体積流量を変化させることなく、微分型移動度分析計内のガス流速を変化させるように修正することができる。上記で説明されるように、このガス流速は、例えば、微分型移動度分析計を通るガス流速を減少させるように、微分型移動度分析計と質量分析計との間のガス流に、スロットルガス流速でスロットルガスを添加することによって修正することができる。随意で、スロットルガス流速は、ガス流速の減少を変動させるように変動させることができる。

随意で、方法はさらに、質量スペクトルを提供するように、質量分析計に引き込まれたイオンを検出するステップを含む。最初に、微分型移動度分析計の電極の幾何学形状は、良好な感度を提供するが不良な選択性を提供するように選択されてもよい。次いで、操作者は、質量スペクトルについて選択された分解能を選択し、選択された分解能を提供するようにガス流速を決定し、次いで、調整することができる。次いで、操作者は、微分型移動度分析計内のイオンの滞留時間を増加させることによって、調整されたガス流速を提供して質量スペクトルの選択された分解能を提供するように、スロットルガス流速を変動させてガス流速を減少させることができる。しかしながら、これには、感度をいくぶん減少させる結果もあり得る。

随意で、接合チャンバを使用して、その間にイオン用のイオン通行経路を画定するように、微分型移動度分析計の出口を質量分析計の入口に接続することができる。そのような実施形態では、スロットルガスは、スロットルガスによるイオン通行経路の乱れを低減するように、接合チャンバの中へ、かつイオン通行経路から離れる方向に方向付けることができる。代替として、スロットルガスは、単純に、接合チャンバの全体を通して分散させることができる。

随意で、質量スペクトルの選択された分解能と、この選択された分解能を提供するための調整されたガス流速とは、実質的に同時に決定することができる。例えば、これらのステップは、スロットルガス流速を変動させるステップと実質的に同時に行うことができ、それにより、操作者は、単純に、スロットルガス流速が増加されるにつれて質量スペクトルの分解能が（感度とともに）どのように変化するかを観察することができる。次いで、操作者が（容認可能な感度を保持しながら）容認可能な分解能に到達した後、スロットルガス流速を一定のレベルで維持することができ、それにより、質量スペクトルの選択された分解能を提供するように調整されたガス流速を決定する。

本発明の他の実施形態の側面によれば、微分型移動度分析計と質量分析計との間の接合チャンバにスロットルガスを供給する代わりに、微分型移動度分析計を通るガス流速を増加させるように、流出ガス流速で、微分型移動度分析計と質量分析計との間のガス流から流出ガスを引き出すことができる。流出ガス流速は、ガス流速の増加を変動させるように変動させることができる。つまり、微分型移動度分析計と質量分析計との間のガス流から流出ガスが引き出される、実施形態では、微分型移動度分析計の電極の幾何学形状は、最初に、不良な感度または非常に不良な感度という代償を払って良好な選択性を提供するように選択することができる。次いで、微分型移動度分析計と質量分析計との間のガス流から引き出される流出ガスの流出ガス流速を増加させることによって、感度を改善することができる一方で、選択性が軽減される。

本発明のいくつかの実施形態のいくつかの側面によれば、操作者は、選択された伝送感度を決定し、選択された伝送感度を提供するように、調整されたガス流速を決定し、調整されたガス流速を提供して選択された伝送感度を提供するように、ガス流速の増加を提供するように流出ガス流速を変動させることができる。随意で、ステップを一緒に行うことができる。つまり、操作者は、接合チャンバに接続された真空ポンプ速度を次第に増加させて、流出ガス流速を増加させ、同時に、選択された伝送感度がどのように改善するかを質量スペクトルから観察することができる。次いで、いったん容認可能な伝送感度に到達すると（一方で選択性は依然として容認可能である）、調整されたガス流速を提供して選択された伝送感度を提供するように、流出ガス流速を維持することができる。例えば、所与の分離のために、操作者は、干渉を排除するためにどれだけの選択性が必要とされるかを調べ、次いで、依然として干渉を除去しながら感度を最大限化することによって、感度を最適化しようとしてもよい。

種々の実施形態と併せて出願人の教示を説明したが、出願人の教示がそのような実施形態に限定されることは意図されない。反対に、出願人の教示は、当業者によって理解されるように、種々の代替案、修正、および同等物を包含する。例えば、カーテン壁の代わりに、質量分析計の入口にカーテンガス流を方向付ける管状構造等の、他の境界部材を提供することができる。ＤＭＳの前に載置される加熱デバイスに加えて、加熱デバイスは、イオン源の中、カーテンチャンバの中、または質量分析計入口の周囲等の他の場所にも載置されてもよく、カーテンガスおよび／またはスロットルガスはまた、デクタラスタリングを促進するように加熱されてもよい。また、図６に示されたもの等の本発明の実施形態に関して、バブラが、補助供給部要素であるか、または接合チャンバに提供されたスロットルガスに補助物質を添加するように提供される場合、これらの補助物質は、液体修飾剤に限定される必要はない。例えば、交換試薬を添加することができるように、質量較正剤も添加することができる。添加される質量較正剤は、質量分析を較正するために使用することができる一方で、添加される交換試薬は、質量スペクトルにおいて追加情報を提供するように、イオンの構造に基づいてイオンと反応することができる。全てのそのような代替案、修正、および同等物は、本明細書に添付された請求項によって定義されるような本発明の分野および範囲内であると考えられる。

Claims (28)

1. イオン源からイオンを受容するための微分型移動度分析計であって、該微分型移動度分析計は、内部動作圧力と、電極と、ＤＣおよびＲＦ電圧を該電極に提供するための少なくとも１つの電圧源とを有する、微分型移動度分析計と、
   該微分型移動度分析計から該イオンを受容するために、少なくとも部分的に該微分型移動度分析計にシールされ、かつ該微分型移動度分析計と流体連絡している質量分析計と、
   真空チャンバであって、該真空チャンバは、該内部動作圧力よりも低い真空圧で該質量分析計を維持するために該質量分析計を包囲し、該真空チャンバは、真空チャンバ入口を有し、かつ、該真空チャンバ入口を介して該微分型移動度分析計を通って該真空チャンバの中へと該イオンを含むガス流を引き込むように動作可能である、真空チャンバと、
   該微分型移動度分析計を通るガス流速を修正するためのガスポートであって、該ガスポートは、該微分型移動度分析計と該質量分析計との間に位置する、ガスポートと
   を備えている、質量分析計システム。
2. 境界部材と、
   前記イオンを乾燥させ、クラスタ分離するために、前記境界部材によって方向付けられるカーテンガスを前記微分型移動度分析計の入口に提供するためのカーテンガス供給部と、
   該イオンをクラスタ分離するために、該カーテンガス、スロットルガス、および該微分型移動度分析計の該入口の上流にある加熱域のうちの少なくとも１つを加熱するための少なくとも１つの加熱器と
   をさらに備えている、請求項１に記載の質量分析計システム。
3. 前記ガスポートは、前記ガス流速を増加させるために、前記微分型移動度分析計と前記質量分析計との間に位置する前記ガス流からガス流出を引き込むためのガス出口を備えている、請求項１に記載の質量分析計システム。
4. 前記ガス出口は、前記ガス流からの前記ガス流出を変動させ、前記ガス流速の増加を変動させるように調整可能である、請求項３に記載の質量分析計システム。
5. 前記ガスポートは、前記ガス流速を低減するために、前記微分型移動度分析計と前記質量分析計との間の前記ガス流にスロットルガスを添加するためのガス入口を備えている、請求項１に記載の質量分析計システム。
6. 前記ガス入口は、前記ガス流速の減少を変動させるために、前記スロットルガスの流入を変動させるように調整可能である、請求項５に記載の質量分析計システム。
7. 前記微分型移動度分析計の出口を前記質量分析計の入口に接続して、その間にイオン通行経路を画定する接合チャンバをさらに備えており、前記ガスポートは、該接合チャンバの中に位置する、請求項６に記載の質量分析計システム。
8. 前記微分型移動度分析計の出口は、前記通行経路に実質的に沿って、前記質量分析計の入口に前記イオンを伝送するように、該質量分析計の入口と整列させられ、
   前記接合チャンバは、該通行経路から離間された側壁を備えており、
   前記ガスポートは、該側壁に沿って、かつ前記イオン通行経路から離れる方向に、前記スロットルガスを方向付けるように配向される、請求項７に記載の質量分析計システム。
9. 前記接合チャンバは、ランダマイザ部材を備えており、
   前記ガスポートは、該ランダマイザ部材において前記スロットルガスを方向付けて、該接合チャンバの全体を通して該スロットルガスを分散させるように配向される、請求項７に記載の質量分析計システム。
10. 補助物質を前記接合チャンバに供給するための補助供給部をさらに備えており、該補助供給部は、前記ガスポートに接続されている、請求項７に記載の質量分析計システム。
11. 微分型移動度分析計と、少なくとも部分的に前記微分型移動度分析計にシールされ、かつ該微分型移動度分析計と流体連絡している、真空チャンバに格納された質量分析計とを含む、質量分析計システムを操作するための方法であって、該方法は、
    ａ）内部動作圧力において該微分型移動度分析計を維持することと、
    ｂ）イオンを該微分型移動度分析計に提供し、選択された分離ＲＦ電圧および選択された補償ＤＣ電圧を該微分型移動度分析計に提供することと、
    ｃ）該微分型移動度分析計を通って前記真空チャンバの入口の中へと該イオンを含むガス流を引き込むように、該内部動作圧力よりも低い真空圧において該質量分析計を維持することと、
    ｄ）該微分型移動度分析計を通るガス流速を変化させるために、該微分型移動度分析計と該質量分析計との間に位置するガスポートを用いて該ガス流を修正することと
    を含む、方法。
12. 前記微分型移動度分析計を通る前記ガス流速を変化させるために、該微分型移動度分析計と前記質量分析計との間の前記ガス流を修正することは、該微分型移動度分析計を通るガス流速を減少させるために、該微分型移動度分析計と該質量分析計との間の該ガス流に、スロットルガス流速におけるスロットルガスを添加することを含む、請求項１１に記載の方法。
13. ｄ）は、前記ガス流速における減少を変動させるために、前記スロットルガス流速を変動させることをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 質量スペクトルを提供するために、前記質量分析計に引き込まれた前記イオンを検出することと、
    該質量スペクトルに対して選択された分解能を選択することと、
    該選択された分解能を提供するために、調整されたガス流速を決定することと、
    該調整されたガス流速を提供して該選択された分解能を提供するために、該ガス流速の減少を提供するように該スロットルガス流速を変動させることと
    をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
15. 接合チャンバを使用して、前記微分型移動度分析計の出口を前記質量分析計の入口に接続して、その間にイオン通行経路を画定することをさらに含み、ｄ）は、該接合チャンバの中へ、かつ該イオン通行経路から離れる方向に、前記スロットルガスを方向付けることを含む、請求項１３に記載の方法。
16. 接合チャンバを使用して、前記微分型移動度分析計の出口を前記質量分析計の入口に接続して、その間にイオン通行経路を画定することをさらに含み、ｄ）は、該接合チャンバの全体を通して前記スロットルガスを分散させることを含む、請求項１３に記載の方法。
17. 前記質量スペクトルに対する前記選択された分解能を選択することと、該選択された分解能を提供するために前記調整されたガス流速を決定することとは、実質的に同時に起こる、請求項１４に記載の方法。
18. 補助物質を前記接合チャンバに提供することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
19. 前記補助物質は、修飾液、質量分析を較正するための質量較正剤、前記イオンのうちの少なくとも一部と反応させるための交換試薬のうちの少なくとも１つを備えている、請求項１８に記載の方法。
20. 前記微分型移動度分析計を通る前記ガス流速を変化させるために、該微分型移動度分析計と前記質量分析計との間の前記ガス流を修正することは、該微分型移動度分析計を通るガス流速を増加させるために、該微分型移動度分析計と該質量分析計との間の該ガス流から、流出ガス流速において流出ガスを引き込むことを含む、請求項１１に記載の方法。
21. ｄ）は、前記ガス流速における増加を変動させるために、前記流出ガス流速を変動させることをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
22. 選択された伝送感度を決定することと、
    該選択された伝送感度を提供するために、調整されたガス流速を決定することと、
    該調整されたガス流速を提供して該選択された伝送感度を提供するために、該ガス流速における増加を提供するように前記流出ガス流速を変動させることと
    をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記伝送感度を選択することと、該選択された伝送感度を提供するために前記調整されたガス流速を決定することとは、実質的に同時に起こる、請求項２２に記載の方法。
24. 前記真空チャンバは、前記微分型移動度分析計から前記イオンを受容するための真空チャンバ入口を備えており、前記方法は、
    前記選択された分離ＲＦ電圧および前記選択された補償ＤＣ電圧に加えて、入口ＤＣ電位を該真空チャンバ入口に提供し、該入口ＤＣ電位およびＤＭＳ ＤＣオフセット電圧の合計を該微分型移動度分析計に提供することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
25. 前記真空チャンバ入口に提供される前記入口ＤＣ電位が決定され、次いで、前記ＤＭＳ
    ＤＣオフセット電圧は、前記微分型移動度分析計と前記真空チャンバ入口との間のイオン流速を変化させることによって、該微分型移動度分析計から該真空チャンバの中へのイオン伝送を強化するように該入口ＤＣ電位に対して調整される、請求項２４に記載の方法。
26. 前記微分型移動度分析計の前記電位が、前記ＤＭＳ ＤＣオフセット電圧によってオフセットされる前記真空チャンバ入口の前記電位を追跡するように、該真空チャンバ入口および該微分型移動度分析計の両方に提供される前記入口ＤＣ電位を変化させることをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
27. 前記微分型移動度分析計を通って前記質量分析計の中へガス流を提供するために、該微分型移動度分析計の入口に、選択された体積流量でカーテンガスを提供し、前記イオンをクラスタ分離するために、該微分型移動度分析計の入口から離れる方向に、かつ該微分型移動度分析計の外側にカーテンガス流出を提供することと、
    該カーテンガス流出の実質的に一定の速度を維持するために、前記スロットルガス流速の変化と反対かつ比例して、該カーテンガスの該選択された体積流量を調整することと
    をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
28. 前記微分型移動度分析計を通る実質的に一定の流量を維持するために、該微分型移動度分析計と前記質量分析計との間の前記ガス流から、流出ガス流速において流出ガスを引き込むことによって、該微分型移動度分析計と該質量分析計との間の該ガス流を修正することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
    

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