JP2007242425A - 質量分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は被測定対象イオンの質量による飛行時間の違いに基づいて質量分析を行う飛行時間型質量分析器を使用した質量分析計の感度および分析精度の向上を図るのに適した質量分析装置を提供することにある。
【解決手段】イオンを射出する射出部の前に設けられているイオン溜りの前段にゲート電極を設ける。このゲート電極は、質量数領域ごとに設定された電圧を印加可能で、さらに高速で切り替えることにより、測定したいイオンを質量数で分離できるため分解能を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、質量分析装置に係り、特に飛行時間型質量分析計に四重極質量分析計、イオントラップ型質量分析計などの質量分析計を組み合わせたタンデム型質量分析装置に関する。

質量分析装置は測定対象の分子をイオン化し、イオン化した分子を電界／磁界内に射出して、質量数／イオン価数による飛行軌道の違いを利用して質量対電荷比（ｍ／ｚ）を求め測定対象の分子の種類を同定するものである。飛行軌道の違いを検出する方法として、飛行軌道の曲がり方を測定する方法（四重極質量分析装置），飛行時間の違いを測定する方法（飛行時間型質量分析装置）などがある。分析精度／効率を向上するため質量分析装置の前段でカラムを利用して分子量毎に測定対象の分子を選別する方法（液体クロマトグラフィー，ガスクロマトグラフィー）を併用することが行われる。更に測定対象の分子を選別するため、質量分析計の前段に四重極質量分析計またはイオントラップ型質量分析計を設けて、クロマトグラフィーで選別された分子を更に特定の質量対電荷比の範囲に絞ることも行われている。すなわち、四重極質量分析計の対向する電極、またはイオントラップのリング電極とエンドキャップ電極間に一定の高周波電流を印加することにより、電極内にイオンを閉じ込めることができ、更に特定の周波数／電圧の補助高周波電流を印加することで、特定の質量対電荷比のイオンのみを電極内に残すことができる。このようにして、質量分析の精度／効率を向上する方法が例えば、特許文献１などに記載されている。

特開２００５−１０８５７８号公報

イオントラップなどでは、補助高周波電流の印加により、特定の範囲の質量対電荷比のイオンのみを捕捉することができる。しかし、このようなイオンの中にも目的の質量対電荷比のイオンが含まれる場合がある。これらのイオンは、イオントラップから目的の範囲のイオンと共に検出器に向かって一斉に出射され、検知器に到達する。そのため測定対象イオンのピーク周辺には測定対象ではないイオンのピークが重なり合うことでピークの分解能が低くなる。

本発明の目的は、イオントラップの後に、更に特定の質量対電荷比のイオンのみを通過させるゲート電極を設けることにより、検出器に入射するイオンの数を制限し、質量分析装置の分解能を向上することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、イオントラップなどのイオン捕捉手段の後にゲート電極を設けた。このゲート電極は、質量数領域ごとに設定された電圧を印加可能で、さらに高速で切り替えることもできる。これによりイオン溜に入射する測定に不必要なイオンの数を少なくできる。さらに質量分離させるのに十分な運動エネルギーをイオンに与えることができる。また、測定に不要となるイオンはイオン溜への進入を防ぐことができるため、マスクロマトグラムなどを用いて測定するときバックグラウンドの低減にも効果がある。イオンを効率良くイオン溜から出射することができ、さらにバックグラウンドを低減することができるため、分析精度を確保することができる特徴をもつ。

ガスクロマトグラフ（ＧＣ）または液体クロマトグラフ（ＬＣ）を質量分析装置の前段に配置してマスクロマトグラムなどを用いて測定するとき、測定に不要となるイオンはイオン溜への進入を防ぐことができるためバックグラウンドの低減に効果があり、分析精度を確保することができる。

図１は、本発明の一実施例である垂直加速型飛行時間型質量分析計の構成例を模式的に示したものである。大気中または真空領域中に設置したイオン源１において連続的または断続的に生成した測定対象イオンは、サンプリングオリフィス２からイオン源１よりも低い圧力に設定された真空領域１１に導入される。真空領域１１に導入した測定対象イオンは、真空領域１１に設置されたイオンレンズ３によりイオンのみを選別される。測定対象イオンは、さらに低い圧力に設定された高真空領域９にある垂直加速型飛行時間型質量分析器に導かれる。飛行時間型質量分析器に入射した測定対象イオンは一定方向のイオンビームの広がりを全体的に抑制する機能を持つスリット４を通過する。スリット４を通過した測定対象イオンは、スリット４とイオン溜６の間に設置されたゲート電極５により測定対象イオンを質量数領域ごとに選別することでイオン溜６に入射する測定対象イオンの数を制限する。入射する測定対象イオンの数を制限することで、イオン溜６における測定対象イオンの空間分布の広がりを小さくすることが可能である。さらには、イオン溜６に入射するイオンの数を制限しているため、測定対象イオンが加速電極１２よりミラー電極
（リフレクタ）７に向かって出射（飛行）する際に加速電極１２から与えられるエネルギーを無駄なく受け取ることができる。すなわち測定対象イオンが出射（飛行）するための障害物を取り除くことで高い分析精度が得られる。加速電極１２により電場加速させられて無電場領域１０を飛行した測定対象イオンは、ミラー電極７にて印加された電圧により進行方向とは逆向きに反転される。再度、無電場領域１０を飛行した測定対象イオンは、検出器８に到達する。

図２に、本発明の一実施例である質量分析装置の電圧制御シーケンスを示す。

スリット４とイオン溜６の間に設置されたゲート電極５には、制御部１３によって電源１４から印加電圧を制御している。質量数領域にあった印加電圧をゲート電極５に印加することで不必要なイオンがイオン溜６への入射を抑制することで、測定対象イオンに与える運動エネルギーの損失を少なくすることができる。さらに、ある質量数より高い質量数領域において測定する場合、ある質量数以下のイオンがイオン溜への入射を制限することで不要なイオンをイオン溜６から出射（飛行）させることは無くなる。そのためマスクロマトグラムを用いた測定を行う場合には、バックグラウンドが低減するため、極微量イオンに対してもピーク判定が可能である。各質量数領域で段階的に測定を実施するのであれば、段階的に変化させても良い。全質量数領域で測定する場合は、電圧を印加しないようにすると良い。

また、ゲート電極５に印加する電圧は、測定対象イオンが正イオンであればマイナスに、負イオンであればプラスに変化できるように、制御部１３には正または負イオンに対応した２種類の電源を備えている。測定対象イオンの正負によってスイッチＳＷは、ゲート電極に印加する電圧を切り換える。

図３には、本発明の一実施例である質量分析計のさらに別の構成図を示す。大気中または真空領域中に設置したイオン源１において連続的または断続的に生成した測定対象イオンは、サンプリングオリフィス２から真空領域１１に導入される。真空領域１１に導入したイオンは、真空領域１１に設置されたイオンレンズ３によりイオンのみを選別される。測定対象イオンは反応セルとして配置された四重極質量分析器１５で解離される。解離されたイオンは高真空領域９にある飛行時間型質量分析器に導かれ、検出器によって検出される。図４のように、反応セルとして四重極質量分析器の変わりに三次元質量分析器１６を配置しても良い。

さらに図５には、反応セルとして四重極質量分析器１５と三次元質量分析器１６直列に配置しても良い。この場合、四重極質量分析器はイオンを選別するためのマスフィルターとして使用しても同じである。

本発明の垂直加速型飛行時間型質量分析計の基本構成を示す図である。 ゲート電極に印加する電圧を示す図である。（ａ）は測定対象イオンが正イオンである場合、（ｂ）測定対象イオンが正イオンであり印加電圧を変化させている、（ｃ）測定対象イオンが負イオンである場合を示している。 垂直加速型飛行時間型質量分析計の前段に四重極質量分析器を配置した装置構成を示す図である。 垂直加速型飛行時間型質量分析計の前段に三次元四重極質量分析器を配置した装置構成を示す図である。 垂直加速型飛行時間型質量分析計の前段に三次元四重極質量分析器および四重極質量分析器を配置した装置構成を示す図である。

符号の説明

１…イオン源、２…サンプリングオリフィス、３…イオンレンズ、４…スリット、５…ゲート電極、６…イオン溜、７…リフレクタ、８…検知器、９…高真空領域、１０…無電場領域、１１…イオン源１よりも低い圧力に設定された真空領域、１２…加速電極、１３…制御部、１４…電源、１５…四重極質量分析器、１６…三次元四重極質量分析器。

Claims (4)

1. 電場あるいは磁場内にイオンを射出するイオン射出手段と、
   該イオン射出手段から射出されたイオンを検知する検知手段と、
   前記イオン射出手段にイオンを供給するイオン供給手段と、
   を備えた質量分析装置であって、
   前記イオン射出手段と前記イオン供給手段の間に、イオンの流れ方向に対し電位差を発生させるゲート電極を備えたことを特徴とする質量分析装置。
2. 請求項１において、
   前記ゲート電極に正負のパルス電圧を印加する機能を備えたことを特徴とする質量分析装置。
3. 請求項１において、
   前記ゲート電極にイオンの質量数に応じて印加電圧を変化させる機能を備えたことを特徴とする質量分析装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、前記イオン射出手段の前段にイオンを捕捉イオントラップを備えたことを特徴とする質量分析装置。
   

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