離子阱中的離子選擇方法及離子阱裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過高頻電場的作用來捕捉離子的離子阱中將特定的離子選擇性地留在離子阱內(nèi)的離子選擇方法及用于實施該離子選擇方法的離子阱裝置。該離子阱裝置例如被用于與飛行時間型質(zhì)量分析裝置組合的離子阱飛行時間型質(zhì)量分析裝置、利用該離子阱自身的質(zhì)量分離功能來進行質(zhì)量分析的離子阱型質(zhì)量分析裝置等。
【背景技術(shù)】
[0002]在離子阱飛行時間型質(zhì)量分析裝置或離子阱型質(zhì)量分析裝置等中，離子阱被用于通過高頻電場的作用來捕捉并關(guān)住離子，或被用于分選具有特定的質(zhì)荷比m/z的離子，又或被用于使這樣分選出的離子離解。典型的離子阱是，由內(nèi)面為旋轉(zhuǎn)單葉雙曲面形狀的一個環(huán)形電極、隔著該環(huán)形電極而相向配置的內(nèi)面為旋轉(zhuǎn)雙葉雙曲面形狀的一對端蓋電極組成的三維四重極型的構(gòu)成，但除此以外，已知有由被平行配置的4根桿電極形成的線性的構(gòu)成。本說明說中，為了敘述方便，以三維四重極型離子阱為例進行說明而沒有特別寫明，但如后所述，本發(fā)明也可被應(yīng)用于線性離子阱。
[0003]現(xiàn)有的一般的離子阱即所謂的模擬驅(qū)動方式的離子阱(為了使與后述的DIT的對比明確，下面的說明中略稱為“AIT( = Analogue 1n Trap)”)中，通常通過將正弦波狀的高頻電壓施加于環(huán)形電極，在用環(huán)形電極及端蓋電極圍成的空間中形成離子捕捉用的高頻電場，并通過該高頻電場的作用來使離子振動并囚禁于該空間中。與此相對，近年來，開發(fā)了代替正弦波狀的高頻電壓而將方波電壓施加于環(huán)形電極，由此來進行離子囚禁的離子阱(參照專利文獻1、非專利文獻I等)。這種離子阱通常因為使用具有高、低二值的電壓電平的方波電壓，所以被稱為數(shù)字離子阱(Digital 1n Trap、下面略稱為“DIT”)。
[0004]利用了 DIT的質(zhì)量分析裝置(下面略稱為“DIT - MS”)中進行MS/MS分析的情況下，將規(guī)定的質(zhì)荷比范圍的離子捕捉到離子阱內(nèi)空間后，需要進行僅留下具有某特定的質(zhì)荷比的離子并將其他不需要的離子從離子阱內(nèi)排除的前體分離(選擇)操作。例如，非專利文獻I所記載的DIT-MS中，首先通過被稱為粗分離(日語:歹:7 7 Y 7 —> 3 V )的高速手法來進行前體分離，之后利用基于偶極激發(fā)(Dipole Excitat1n)的共振激發(fā)排出來進行高分解能的前體分離。
[0005]上述粗分離是，使施加電壓變化以改變對基于所謂Mathieu(日語—，也被稱為YI 一、Y夭々)方程式的解的穩(wěn)定條件而制作的穩(wěn)定區(qū)域圖上的穩(wěn)定區(qū)域進行了橫切的線的位置，由此使可捕捉的下限質(zhì)量(LMCO = Low Mass Cut Off)及上限質(zhì)量(HMCO = High Mass Cut Off)改變并進行前體分離的手法。專利文獻2中記載有將這樣的手法應(yīng)用于AIT的情況。上述非專利文獻I及非專利文獻2中，利用被稱為DAWI (=Digital Asymmetric Waveform Isolat1n)的手法，通過改變方波電壓的占空比來使LMCO及HMCO改變，從而實現(xiàn)前體分離。
[0006]相對于AIT，DIT的優(yōu)點之一是，基于共振激發(fā)排出的質(zhì)量分離性能高。通常，DIT中，進行共振激發(fā)排出的情況下，將與施加于環(huán)形電極的方波電壓的頻率同步的(典型的是對該方波電壓進行分頻的)單一頻率的方波信號施加于一對端蓋電極。在該狀態(tài)下，如果在降低施加于環(huán)形電極的方波的角頻率的方向上進行掃描的話，在被捕捉到離子阱內(nèi)的離子之中，離子向著質(zhì)荷比變大的方向依次被選擇性地共振激發(fā)并被排出(前向掃描)到離子阱外部。相反，如果在升高施加于環(huán)形電極的方波的頻率的方向上進行掃描的話，在被捕捉到離子阱內(nèi)的離子之中，離子向著質(zhì)荷比變小的方向依次被選擇性地共振激發(fā)并被排出(反向掃描)到離子阱外部。因此，通過連續(xù)地進行基于偶極激發(fā)的前向掃描和反向掃描以使得僅具有目的的質(zhì)荷比的離子殘留在離子阱內(nèi)，可實現(xiàn)較高的前體分離能力。
[0007]但是，根據(jù)非專利文獻I所記載的方法，如果想要以較高的質(zhì)量分離能力來對特定的離子進行前體分離的話，則存在很花時間的問題。這是因為要通過前向掃描、反向掃描來可靠地除去不需要的離子，對于各個不需要的離子，就必須將頻率保持規(guī)定的排出時間，因而，需要將掃描頻率的速度抑制于一定以下。
[0008]典型的情況中，要實現(xiàn)充分的質(zhì)量分離能力，僅因前體分離就需要幾百msec以上的時間。例如，在利用離子阱自身來進行質(zhì)量分離的DIT-MS中，一般來說，以(A)將規(guī)定的質(zhì)荷比的范圍內(nèi)的離子捕捉到離子阱中后進行冷卻，(B)實施離子選擇(上述的前體分離)，以使僅作為目的的前體離子留在離子阱內(nèi)，(C)根據(jù)碰撞誘導(dǎo)離解來使前體離子開裂，⑶使由開裂而產(chǎn)生的產(chǎn)物離子共振排出并取得質(zhì)譜圖這樣的順序來實行MS/MS分析。在這些各行程中，對于(A)、(C)、(D)的各行程，僅分別花費幾十mesc左右的時間，僅因(B)的行程就花費幾百msec的時間的話，則這就是使分析的處理量下降的重要原因。在近年的質(zhì)量分析中，分析的處理量的提高是非常重要的，因此DIT中的前體分離的時間縮短是不可回避的重大課題。
[0009]離子阱中進行前體分離的方法并不限于上述手法，也已知有其他一些方法。例如，已知在AIT中利用離子的振動頻率依存于被施加到環(huán)形電極的高頻電壓的振幅而變化這樣的關(guān)系，將具有在作為目的的離子(前體離子)的振動頻率中有凹口(凹漏)的寬帶頻譜的信號施加于端蓋電極，由此同時排除目的離子以外的各種不需要的離子的前提分離手法。作為這種寬帶信號，常使用專利文獻3所記載的FNF( = Filtered Noise Field)信號，但除此之外，也已知有專利文獻4所記載的SWIFT ( = Stored Wave Inverse FourierTransform)信號等。
[0010]這些文獻所記載的方法是以AIT為對象，但在DIT的情況下也與AIT同樣地，可利用FNF信號等的寬帶信號來進行前體分離。例如，在專利文獻3中，公開了將利用了 FNF信號的前體分離應(yīng)用于DIT的情況的具體手法、裝置構(gòu)成。這種前體分離手法雖可作為上述的粗分離來使用，但因為分解能的問題，作為粗分離后續(xù)的高分解能的前體分離來利用是較為困難的。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0012]專利文獻
[0013]專利文獻1:日本專利特表2007-527002號公報
[0014]專利文獻2:美國專利第4818869號說明書
[0015]專利文獻3:美國專利第45134286號說明書
[0016]專利文獻4:歐洲專利申請公開第0362432號說明書
[0017]非專利文獻
[0018]非專利文獻1:古橋及另外6人，“數(shù)字離子阱質(zhì)量分析裝置的開發(fā)(r P夕少彳才 > 卜歹、y 7°質(zhì)量分析裝置ω開発)”，島津評論，島津評論編輯部，2006年3月31日，第62卷，第 3.4 號，pp.141-151
[0019]非專利文獻2:布朗希爾(F.L.Brancia)及另外4人、“數(shù)字線性離子阱中的數(shù)字非對稱波形隔離度(DAWI) ”( “Digital Asymmetric Waveform Isolat1n (DAffI) in aDigital Linear 1n Trap”)，美國質(zhì)譜學(xué)會雜志(Journal of American Society for MassSpectrometry)，2010 年，21，pp.1530-1533

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0021]本發(fā)明正是為解決上述技術(shù)問題而做出的，其目的在于，提供在前體離子等的離子選擇時能夠確保高的質(zhì)量分離能力并縮短其行程時間的離子阱的離子選擇方法及離子阱裝置。
[0022]解決技術(shù)問題的手段
[0023]為了解決上述技術(shù)問題而被完成的本發(fā)明所涉及的第一態(tài)樣的離子選擇方法，其特征在于，所述離子阱的離子選擇方法是在被捕捉到由3個以上的電極組成的離子阱中的離子之中，選擇具有特定的質(zhì)荷比的離子或具有特定的質(zhì)荷比范圍的離子群的離子選擇方法，所述離子阱的離子選擇方法以下述順序、下述順序的相反順序或同時來實施:
[0024]低質(zhì)量側(cè)離子分離步驟，對于被捕捉到所述離子阱中的離子，進行離子排出操作，由此除去不需要的離子，其中，所述離子排出操作是通過變更基于Mathieu方程式的穩(wěn)定區(qū)域圖上的動作線的位置，改變可捕捉的下限質(zhì)量而排出一部分離子的離子排出操作，所述不需要的離子是具有低于作為選擇對象的特定的質(zhì)荷比或特定的質(zhì)荷比范圍的質(zhì)荷比的咼子；
[0025]高質(zhì)量側(cè)離子分離步驟，對于被捕捉到所述離子阱中的離子，進行利用共振激發(fā)來排出一部分離子的離子排出操作，由此除去不需要的離子，其中，所述不需要的離子是具有高于作為選擇對象的特定的質(zhì)荷比或特定的質(zhì)荷比范圍的質(zhì)荷比的離子。
[0026]又，為了解決上述技術(shù)問題而被完成的本發(fā)明所涉及的第二態(tài)樣的離子選擇方法，其特征在于，所述離子阱的離子選擇方法是在被捕捉到由3個以上的電極組成的離子阱中的離子之中，選擇具有特定的質(zhì)荷比的離子或具有特定的質(zhì)荷比范圍的離子群的離子選擇方法，所述離子阱的離子選擇方法以下述順序、下述順序的相反順序或同時來實施:
[0027]低質(zhì)量側(cè)離子分離步驟，對于被捕捉到所述離子阱中的離子，進行利用使離子在第一方向上振動的共振激發(fā)來排出一部分離子的離子排出操作，由此除去不需要的離子，其中，所述不需要的離子是具有低于作為選擇對象的特定的質(zhì)荷比或特定的質(zhì)荷比范圍的質(zhì)荷比的離子；
[0028]高質(zhì)量側(cè)離子分離步驟，對于被捕捉到所述離子阱中的離子，進行利用使離子在與所述第一方向不同的第二方向上振動的共振激發(fā)來排出一部分離子的離子排出操作，由此除去不需要的離子，其中，所述不需要的離子是具有高于作為選擇對象的特定的質(zhì)荷比或特定的質(zhì)荷比范圍的質(zhì)荷比的離子。
[0029]又，為了解決上述技術(shù)問題而被完成的本發(fā)明所涉及的第一態(tài)樣的離子選擇裝置是用于實施基于上述第一態(tài)樣的離子選擇方法的、由3個以上的電極組成的離子阱裝置，其特征在于，所述離子阱裝置包括:
[0030]電壓產(chǎn)生單元，其將規(guī)定的電壓分別施加到所述3個以上的電極上；
[0031]控制單元，其控制所述電壓產(chǎn)生單元所生成的電壓，使得各種離子被捕捉到所述離子阱中的狀態(tài)下，以下述順序、下述順序的相反順序或同時實施下述離子排出操作:
[0032]為了除去不需要的離子，通過變更基于Mathieu方程式的穩(wěn)定區(qū)域圖上的動作線的位置，改變可捕捉的下限質(zhì)量而排出一部分離子的離子排出操作，其中，所述不需要的離子是具有低于作為選擇對象的特定的質(zhì)荷比或特定的質(zhì)荷比范圍的質(zhì)荷比的離子；
[0033]為了除去不需要的離子，利用共振激發(fā)來排出離子的離子排出操作，其中，所述不需要的離子是具有高于作為選擇對象的特定的質(zhì)荷比或特定的質(zhì)荷比范圍的質(zhì)荷比的離子。
[0034]又，為了解決上述技術(shù)問題而被完成的本發(fā)明所涉及的第二態(tài)樣的離子選擇裝置是用于實施基于上述第二態(tài)樣的離子選擇方法的、由3個以上的電極組成的離子阱裝置，其特征在于，所述離子阱裝置包括:
[0035]電壓產(chǎn)生單元，其將規(guī)定的電壓分別施加到所述3個以上的電極；
[0036]控制單元，其控制所述電壓產(chǎn)生單元所生成的電壓，使得各種離子被捕捉到所述離子阱中的狀態(tài)下，以下述順序、下述順序的相反順序或同時實施下述離子排出操作:
[0037]為了除去不需要的離子，利用使離子在第一方向上振動的共振激發(fā)來排出一部分離子的離子排出操作，其中，所述不需要的離子是具有低于作為選擇對象的特定的質(zhì)荷比或特定的質(zhì)荷比范圍的質(zhì)荷比的離子；
[0038]為了除去不需要的離子，利用使離子在與所述第一方向不同的第二方向上振動的共振激發(fā)來排出