JPH01255148A - Ms/ms装置 - Google Patents

Ms/ms装置

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JPH01255148A
JPH01255148A JP63081010A JP8101088A JPH01255148A JP H01255148 A JPH01255148 A JP H01255148A JP 63081010 A JP63081010 A JP 63081010A JP 8101088 A JP8101088 A JP 8101088A JP H01255148 A JPH01255148 A JP H01255148A
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Morio Ishihara
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、2つの質量分析装置を縦続接続した所謂M 
S /M S装置に関する。
[従来技術] MS/MS装置は、複雑な構造を持つ物質の分子構造解
析を行う上で極めて有用な装置である。
このMS/MS装置では、第1の質量分析装置(MS−
1)において特定の質量を持つイオンのみを選択的に取
出し、取出した親イオンをガス分子と衝突させて解離さ
せ、派生した娘イオンを第2の質量分析装置(MS−2
)に導入して質量分析し、娘イオンのマススペクトルを
得ている。
この娘イオンスペクトルの分解能を向上させるためには
、MS−2として二重収束質量分析装置を用いることが
必要1であり、現在、扇形電場と扇形磁場を組み合わせ
た二重収束質量分析装置をMS−1及びMS−2として
使用する大型のMS/MS装置が実用化されている。
この実用化されているMS/MS装置では、MS−2と
して掃引型の二重収束質量分析装置が用いられている。
しかしながら掃引型の質量分析装置では、イオン検出器
が1つで、検出器に入射していないイオンは全て捨てら
れるため感度の面ては不利で、感度が要求される場合に
は、乾板等の空間分解能を持つイオン検出器を用いる同
時検出型の質量分析装置をMS−2として使用する方が
好ましい。
[発明が解決しようとする課題] ところで、親イオンから派生する娘イオンは、全て親イ
オンとほぼ同じ速度voで飛行すると考えられており、
各娘イオンはその質ff1mに比例したエネルギー(m
vo2/2)を持つ。
従って、MS−2にはその質量に比例した広い範囲にわ
たるエネルギーを持った娘イオンが入射することになる
。ところが、円筒電場と一様磁場を組み合わせ、空間分
解能を持つイオン検出器を設けた同時検出型二重収束質
量分析装置をMS−2として使用した場合、円筒電場を
通過できる娘イオンは、エネルギーが所定値の±5%程
度(エネルギー幅で10%程度)のものに限られるため
、広いエネルギー範囲(即ち広い質量範囲)の娘イオン
を質量分析することができない。
以上のような理由により、M S /M S装置におい
て、広い質量範囲の娘イオンを同時検出型質量分析装置
により感度良く質量分析することは従来不可能であった
本発明は、広い質量範囲の娘イオンスペクトルを感度良
く取得することのできるMS/MS装置を提供すること
を目的としている。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するため、本発明のMS/MS装置は、
イオン源と、該イオン源からの被分析イオンが導入され
る第1の質量分析装置と、該第1の質量分析装置で選択
されたイオンを解離させる手段と、解離により生成され
たイオンが導入される電場と磁場を備えた二重収束質量
分析系と、該二重収束質量分析系を出射したイオンが質
量電荷比に応じて展開収束される収束面に沿って配置さ
れる空間分解能を何するイオン検出器と、前記二重収束
質量分析系を構成する磁場の強度Bと電場の強度Eを、
B2 /E比を一定値に保持しつつ同時に掃引する掃引
手段とから構成されることを特徴としている。
条用] 本発明のM S /M S装置においては、M S −
2として用いられる同時検出型二重収束質量分析系の電
場と磁場の強度E、Bが、B2/E比を一定値に保持し
つつ同時に掃引される。電場が掃引されるにつれて、異
なったエネルギーを有する(換言すれば異なった質量を
有する)娘イオンが順次電場を通過して磁場に入射する
このとき磁場強度を一定に保持しておくと、イオン検出
器上で娘イオンの位置がずれてしまい、同じ質量の娘イ
オンが常に同じ位置に到達しなくなる。そこで本発明で
は、磁場強度を、B2 /E比を一定値に保持しつつ電
場と同時に掃引することにより、イオン検出器上での娘
イオンの位置ずれを打ち消し、同じ質量の娘イオンが常
に同じ位置に到達して検出されるようにしている。
以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
[実施例] 第1図は本発明の一実施例を示すイオン光学図である。
第1図において第1の質量分析装置MS−1としては、
イオン源1、主スリット2、円筒電場3、扇形磁場4、
コレクタスリット5から構成される通常の掃引型二重収
束質量分析装置が用いられ、その後方に衝突室6及び第
2の質量分析装置MS−2が配置される。MS−2とし
ては、スリット7、円筒電場8.スリット9.扇形磁場
10.2次元イオン検出器11から構成される同時検出
型二重収束質量分析装置が用いられる。12は掃引信号
を発生する掃引回路で゛、掃引信号は、演算回路13を
介して電場電源14及び磁場電源15へそれぞれ供給さ
れる。
上記構成において、イオン源1で生成され等しいエネル
ギーが与えられたイオンは、円筒電場3及び扇形磁場4
を通過しコレクタスリット5上にマススペクトルとして
展開収束される。磁場強度を変更することによりこのマ
ススペクトルがコレクタスリット上を移動するため、磁
場強度を適宜選ぶことにより、スペクトル中の所望のイ
オンがコレクタスリットを通過するように設定すること
ができる。
このようにしてMS−1で選ばれた特定イオンすなわち
親イオンは、衝突室6へ入射し、衝突室内のガス分子と
衝突する。このガス分子との衝突解離により発生した娘
イオンは、スリット9を介してMS−2へ導入され、M
S−2の2次元イオン検出器11上の、質量に応じて定
まった位置へ到達する。このように、娘イオンをイオン
検出器上の質】に応じて定まった位置へ到達させるため
の電場強度及び磁場強度の条件について以下に検討する
今、親イオンの質量と運動エネルギーをそれぞれmQ 
、UO、娘イオンの質量と運動エネルギーをそれぞれm
X、UXとすれば、(1)式が成立する。
Ux ” (mx /mo )Uo     −(1)
また、一般に、二重収束質量分析装置においては、質量
m、運動エネルギーUのイオンが中心軌道を通って二重
収束点に達するためには、(2)。
(3)式が成立することが必要であり、MS−2につい
ても当然(2)、(3)式が成立する。
E−βU         ・・・(2)B−αJ m
 U        ・・・(3)(2)、(3)式に
おいて、E、Bは二重収束質量分析装置を構成する円筒
電場と扇形磁場の強−度であり、α、βは装置固有の定
数である。
ここで、親イオンから質mmx及びm&の娘イオンが生
成するとする。この時、質imaの娘イオンが二重収束
点に来て、しかも質ffimXの娘イオンが電場の中心
軌道を通るような電場及び磁場の強度をEX及びBXと
する。
先ず、質ffimaの娘イオンが二重収束点に来る条件
を考える。
(2)、(3)式よりUを消去すると(4)式が得られ
る。
B2/E−(α2/β)m    −(4)この(4)
式は、質ff1mのイオンが二重収束点に来るための条
件を表わしている。(4)式の左辺が比の形で表わされ
ていることから、B′ (≠B)、E’(≠E)なるB
’ 、E’を用いても、B’ 2 /E’ −82/E
が成り立てば、質ff1mのイオンは二重収束点に来る
ことになる。ただし、B’ 、E’の場合、(2)(3
)式は成立しないから、質Qmのイオンは中心軌道から
外れる。しかし、外れても、電場及び磁場を通過しさえ
すれば、質ff1mのイオンは必ず二重収束点へ到達す
るし、もし電場又は磁場を通過できないほど外れても、
他の質量のイオンが二重収束点へ到達することはない。
したがって、電場強度E3.磁場強度BXで質m m 
aのイオンが常に二重収束点に来る条件は、(5)式と
なる。
BX2 /EX−(α2/β)ma    ”・(5)
次に、質El m Xの娘イオンがMS−2の電場の中
心軌道を通る条件は、(2)式をmXについて適用した
(6)式が成立することである。
EX−βUx           ・・・(6)質量
mの娘イオンのエネルギーU3は(1)式で表わされる
から、(1)式を(6)式に代入すると(7)式が得ら
れる。
E8−β (mx  / mo  )  Uo    
    −(7)ここで、親イオンが二重収束点にくる
時の電場及び磁場強度をEO及びBoとすると、(2)
(3)式より、(8)、(9)式が得られる。
Eo−βUo             ・・・(8)
Bo −(ZJm□ Uo          ・” 
(9)(8)、(9)式を用いて(5)、(7)式から
α、β、UOを消去すると(5’)、(7’)式が得ら
れる。
BX2/EX−(ma /mo )(Bo 2/Eo 
)・・・(5′) Ex ” (mx /mo )Eo     ・・・(
7’ )(5′)式は質imaのイオンが常に二重収束
点に来る条件式で、(7′)式は質量m3の娘イオンが
MS−2の電場の中心軌道を通る条件式である。両式が
同時に成立することが求める条件であるから、(7’)
式を(5′)式に代入して整理すると(5′)式が得ら
れる。
Bx −Bo Jmx ma /mo 2  ・” (
5’ )従って、電場強度E3を(7′)式にしたがっ
てmXをパラメータとして掃引すると同時に、磁場強度
B、を(5′)式にしたがって同じ< m xをパラメ
ータとして掃引すれば、電場の掃引により、電場の中心
軌道を通る娘イオンの質QmXが掃引され、次々と異な
る質量の娘イオンmXが電場を通過して、磁場へ入射し
質量に応じてイオン検出器上に展開されると共に、その
際、質ff1m&の娘イオンは常に二重収束点に来るこ
とになり、イオン検出器上の位置は変化しない。このよ
うに、特定の質量の娘イオンがイオン検出器上の特定位
置に必ず来るということは、イオン検出器上に展開され
るマススペクトルが、電場及び磁場の掃引にかかわらず
移動しないことを意味している。
上記2つの式に基づく実際の掃引を行うのは演算回路1
3である。掃引回路12から送られる鋸歯状掃引信号を
変数mXとして、演算回路13は、オペレータから入力
された親イオンの質量mQ及び二重収束点の質ffim
aに関するデータと、その親イオンについて予め求めで
あるE O*  B Oの値に基づき、(7′)式及び
(5′)式からEX+Bxを求め、EX信号を電場電源
14へ、Bつ信号を磁場電源15へそれぞれ送るため、
電場及び磁場強度は(7′)式及び(5′)式にそれぞ
れ基づいて同時に掃引される。
このような電場及び磁場の掃引により、イオン検出器1
1上へ娘イオンがどのように到達して行くかを第2図を
用いて説明する。
mxが、mx−mQ’からスタートしてmX−0へ向け
て掃引されるとする。第2図においてI。
はスタート時のイオン軌道で、質m m oの親イオン
が電場中心軌道を通り、その親イオンから派生し電場を
通過し得る範囲のエネルギー(質量)を有する娘イオン
と共にイオン検出器11の右端へ到達する。
そして、mxの掃引につれてイオン軌道は徐々に左へ移
動し、mx−maの時■6の位置に来る。
この時点では質量m、の娘イオンが電場中心軌道を通り
、該娘イオンと共に電場を通過し得るエネルギーにして
±5%程度のエネルギー(質量)を持つ娘イオンが、二
重収束点Pを中心にIllとしてイオン検出器上に到達
する。
以下、全く同様にして、mxの掃引につれてイオン軌道
は左へ移動し、イオン検出器の左端へ到達したI2の時
点で掃引が終了する。イオン検出器11として例えば乾
板が使用されているとすれば、掃引終了時点では、乾板
には質m m oの親イオンから始まるマススペクトル
が記録されている。
このスペクトルは、電場を通過したあるエネルギー幅の
イオンを同時にとらえており、掃引がそのエネルギー幅
進む期間にわたり積分されるため、空間分解能を持たな
い単一のイオン検出器を用いる通常の掃引型二重収束質
量分析装置をMS−2として使用する場合に比べ、桁違
いに感度の向上したものとなる。
また、空間分解能を持つイオン検出器を用いるが掃引は
行わない従来の同時検出型二重収束質量分析装置をMS
−2として使用する場合に比べ、上述したように特殊な
掃引を行う本発明では、広い質量範囲にわたる娘イオン
スペクトルを得ることができる。
尚、本発明は上述した実施例に限定されることなく幾多
の変形が可能である。例えば、上記説明では、簡単のた
め、親イオンが解裂して娘イオンを生成する場所(第1
図の実施例では衝突室)は接地電位として取り扱ってい
るが、必ずしもその必要はない。接地電位でない場合は
、(1)式が成立せず、(5′)式及び(7′)式に相
当する式が若干具なることになるが、MS−2の磁場の
強度Bと電場の強度Eを、B2 /E比を一定値に保持
しつつ同時に掃引すること自体に変わりはない。
掃引にあたり、上記実施例では、mXに対して電場強度
をリニアに、磁場強度を1/2乗の関数で掃引したが、
m8に対して磁場強度をリニアに、そして電場強度を2
乗の関数で掃引するようにしても、B2 /E比を一定
値に保持した掃引を行うことが可能である。
また、2次元イオン検出器として、乾板ではなく、半導
体技術により微小検出器を数多く並べた2次元検出器を
用いれば、電気的な検出が可能となる。その場合には、
各微小検出器毎にその出力を電気的に積分あるいは積算
する手段を設ける必要がある。
また、M S −2の同時検出型二重収束質量分析装置
として、例えばM attauch Herzog型質
量分析装置も採用でき、そうすれば、更に広い質量範囲
にわたる娘イオンスペクトルを取得することが可能であ
る。このM attauch Herzog型質量分析
装置においても、二重収束質量分析系を構成する電場と
磁場の強度を既に述べた関係で同時に掃引すれば良いこ
とは言うまでもない。
〔効果〕
以上詳述した如く、本発明によれば、空間分解能を有す
るイオン検出器を備えた同時検出型二重収束質量分析装
置をMS−2として用い、その二重収束質量分析系を構
成する磁場の強度Bと電場の強度Eを、B2 /E比を
一定値に保持しつつ同時に掃引するようにしたため、広
い質量範囲にわたる娘イオンスペクトルを高い感度で取
得することのできるM S /M S装置が実現される
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すイオン光学図であり、
第2図はその動作を説明するための図である。 〕:イオン源   2:主スリット 5:コレクタスリット 6:衝突室    7.9ニスリット 8:円筒電場   10:扇形磁場 11:2次元イオン検出器 12:掃引回路  13:演算回路 14:電場電源  15:磁場m源

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)イオン源と、該イオン源からの被分析イオンが導
    入される第1の質量分析装置と、該第1の質量分析装置
    で選択されたイオンを解離させる手段と、解離により生
    成されたイオンが導入される電場と磁場を備えた二重収
    束質量分析系と、該二重収束質量分析系を出射したイオ
    ンが質量電荷比に応じて展開収束される収束面に沿って
    配置される空間分解能を有するイオン検出器と、前記二
    重収束質量分析系を構成する磁場の強度Bと電場の強度
    Eを、B^2/E比を一定値に保持しつつ同時に掃引す
    る掃引手段とから構成されることを特徴とするMS/M
    S装置。
JP63081010A 1988-04-01 1988-04-01 Ms/ms装置 Expired - Fee Related JPH07118297B2 (ja)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56143649A (en) * 1980-04-10 1981-11-09 Jeol Ltd Mass spectrograph
JPS6132344A (ja) * 1984-07-24 1986-02-15 Jeol Ltd Ms/ms装置
JPS62140354A (ja) * 1985-12-13 1987-06-23 Jeol Ltd Ms/ms装置

Patent Citations (3)

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JPS62140354A (ja) * 1985-12-13 1987-06-23 Jeol Ltd Ms/ms装置

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