CN106463338B - 质谱分析方法和质谱分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明的特征在于，在依序测量多种对象离子的质谱分析装置（1）中，包括：存储部（41），其保存有离子飞行时间信息，该离子飞行时间信息是关于上述多种对象离子分别在构成上述质谱分析装置的各部中飞行所需要的时间的信息；以及电压控制部（42），其基于上述离子飞行时间信息，根据与各对象离子到达上述各部的时刻的偏差对应的时间差，将施加于该各部的电压变更为适于该对象离子的电压。

Description

质谱分析方法和质谱分析装置

技术领域

本发明涉及依序测量极性和/或质荷比不同的多种离子的质谱分析方法和质谱分析装置。

背景技术

为了对试样中含有的各种成分进行定性或定量分析而广泛使用色谱-质谱分析装置，该色谱-质谱分析装置是组合气相色谱仪(GC)或液相色谱仪(LC)等色谱仪、以及四极杆质谱分析仪等质谱分析装置而成(例如专利文献1)。

在使用色谱-质谱分析装置检查食品等试样中含有的多种残留农药等杂质的情况下，设定分别与作为检査目标的多种残留农药(目标成分)对应的一种或多种离子(对象离子)，对其进行依序反复检测的选择离子监测(SIM)测量，来取得各目标成分的质谱图。此外，在如三重四极杆质谱分析仪一样隔着碰撞池而在前后具有滤质器的质谱分析装置中，设定一组或多组分别与多种目标成分对应的前体离子(Precursor Ion)和产物离子(Product Ion)的组，对其进行依序反复检测的多重反应监测(MRM)测量，来取得各目标成分的质谱图。

在上述测量中，对质谱分析装置的各部(离子化部、离子光学系统、滤质器、检测器等)施加适于检测最初的对象离子的规定电压，在一定时间内检测最初的对象离子。接着，将施加于各部的电压变更为适于检测第二种对象离子的电压，在一定时间内检测第二种对象离子。这样，通过反复进行依序测量全部对象离子的一个周期的测量，依序取得各对象离子的检测信号。然后，基于针对各对象离子所取得的检测信号，得到目标成分的质谱图。

现有技术文献

专利文献1：日本专利第5201220号说明书

发明内容

在将检测的对象从第一种对象离子变更为第二种对象离子时，将施加于质谱分析装置各部的电压变更为适于该第二种对象离子的电压。当离子化部中生成的具有各种质荷比的离子群向装置的后级飞行而到达质量分离部时，从离子群中将质荷比与第二种对象离子对应的离子进行质量分离。穿过质量分离部的第二种对象离子进一步向装置的后级飞行，到达检测器。在变更施加于质谱分析装置各部的电压的时间点，第二种对象离子位于离子化部或真空导入部附近，而不位于检测器。在离子化部中生成的第二种对象离子依序在质谱分析装置的离子光学系统和滤质器等中飞行，在到达检测器的时间点，才首次检测出第二种对象离子。即，变更施加于质谱分析装置各部的电压之后到所生成的对象离子到达检测器之前的期间是离子非可检测时间(死时间，Dead Time)。

本发明要解决的课题是提供一种依序检测极性和/或质荷比不同的多种对象离子的质谱分析装置，其能够缩短对象离子的非可检测时间，提高质谱分析的效率。

为了解决上述课题而完成的本发明提供一种质谱分析方法，其使用质谱分析装置依序测量多种对象离子，其中，在与上述多种对象离子分别在构成上述质谱分析装置的各部中飞行所需要的时间对应的时刻，将施加于该各部的电压从适于测量在该对象离子之前进行测量的离子的电压变更为适于测量该对象离子的电压。

此外，为了解决上述课题而完成的本发明涉及的质谱分析装置，其依序测量多种对象离子，包括：

a)电压输出部，其对构成上述质谱分析装置的各部输出电压；以及

b)控制部，其以在与上述多种对象离子分别在构成上述质谱分析装置的各部中飞行所需要的飞行时间对应的时刻将施加于该各部的电压从适于测量在该对象离子之前进行测量的离子的电压变更为适于测量该对象离子的电压的方式，控制上述电压输出部。

上述时间例如能够基于使用所生成的离子的极性和质荷比已知的标准试样进行预备实验的结果而确定。

在本发明涉及的质谱分析装置中，例如在对位于质谱分析装置的上游侧的离子化部施加规定的电压之后，配合由离子化部生成的作为测量对象的离子分别到达离子光学系统、滤质器、检测器的时刻，将施加于这些各部的电压依次变更为适于该测量对象离子的测量的电压。由此，能够缩短上述对象离子的非可检测时间，提高分析的效率。

通过使用本发明涉及的质谱分析方法和/或质谱分析装置，在依序检测极性和/或质荷比不同的多种对象离子的质谱分析装置中，能够缩短对象离子的非可检测时间，从而提高分析的效率。

如果测量对象离子的数量较多，则一个周期的测量所需要的时间较长，各对象离子的测量间隔变长。另一方面，如果对象离子的非可检测时间较长，则在目标成分从色谱柱洗脱的期间能够取得的对象离子的检测信号数量(数据量)减少，只能以不够充分的数据量构成质谱图的峰值，而难以正确地再现原本的峰值形状。在这样的测量中，特别是为了提高分析效率，能够适当使用本发明涉及的质谱分析方法和/或质谱分析装置。

附图说明

图1是本发明涉及的质谱分析装置的一实施例的主要部分结构图。

图2是对现有质谱分析装置中的电压施加进行说明的图。

图3是对本实施例的质谱分析装置中的电压施加进行说明的图。

图4是对现有质谱分析装置中的电压施加进行说明的另一图。

图5是对本实施例的质谱分析装置中的电压施加进行说明的另一图。

图6是表示在本实施例的质谱分析装置中缩短了离子非可检测时间的结果的图。

图7是表示离子的质荷比与飞行时间的关系的图。

附图标记说明

1 质谱分析装置

2 质量分析部

20 离子化室

201 ESI探针(ESI probe)

202 取样锥(skimmer)

22 分析室

221 前级四极滤质器

222 碰撞池

223 后级四极滤质器

224 离子检测器

3 电压输出部

4 控制部

41 存储部

42 电压控制部

5 输入部

6 显示部

具体实施方式

以下，参照附图，对作为本发明涉及的质谱分析装置的一实施例的串联四极杆型质谱分析装置1进行说明。

图1是本实施例的质谱分析装置1的主要部分结构图。该质谱分析装置1包括：质量分析部2、电压输出部3、以及控制部4。

质量分析部2包括：大致为大气压的离子化室20、以及通过真空泵(未图示)进行真空排气的分析室22。离子化室20与分析室22之间由在顶部具有小孔的取样锥202分隔。

本实施例的质谱分析装置1具有用于导入液体试样的电喷雾电离(ESI)探针201作为离子化部。离子化部能够根据试样的形态(液体或气体)和/或特性(化合物的极性等)适当地更换为电子电离(EI)源和/或大气压化学电离(APCI)源等离子化部。

在分析室22中，隔着在内部设置有多极离子导向器(q2)的碰撞池222，设置有根据质荷比来分离离子的前级四极滤质器(Q1)221、以及同样根据质荷比来分离离子的后级四极滤质器(Q3)223，还设置有离子检测器224。

电压输出部3根据来自后述的电压控制部42的控制信号，分别对ESI探针201、前级四极滤质器221、碰撞池222内的离子导向器、后级四极滤质器223、以及离子检测器224施加规定的电压。关于电压施加的详细情况在后文中说明。

在质量分析部2中，到达从电压输出部3施加电压的ESI探针201的液体试样变成被施加了电荷的液滴(带电液滴)，从ESI探针201的顶端形成喷雾而离子化。所生成的离子在离子化室20内部飞行而从取样锥202射入分析室22内，被导入前级四极滤质器221的长轴方向的空间内。

在本实施例的质量分析部2中，能够进行SIM测量和MRM测量这两种测量。

在SIM测量中，使具有特定质荷比的离子穿过前级四极滤质器221和后级四极滤质器223中的任一者，而使全部质荷比的离子穿过另一者，并由离子检测器224进行检测。离子检测器224例如是脉冲计数型检测器，将与射入的离子数对应的数量的脉冲信号作为检测信号输出到控制部4。

在MRM测量中，使具有特定质荷比的前体离子穿过前级四极滤质器221，在碰撞池222中使该前体离子与CID气体碰撞而裂解，生成各种产物离子。然后，仅使具有特定质荷比的产物离子穿过后级四极滤质器223，由离子检测器224进行检测。

控制部4具有保存离子飞行时间信息的存储部41。此外，具有电压控制部42作为功能块。离子飞行时间信息是离子在从质量分析部2的离子化部201至离子检测器224的各部中飞行所需要的时间的信息，通过使用极性和质荷比已知的标准试样进行预备测量来生成，并将其保存在存储部41中。控制部4由CPU基板和/或数字基板、模拟基板等组合而构成，与输入部5、显示部6连接。

本实施例的质谱分析装置1的特征在于对电压输出部3发送控制信号的电压控制部42，因此将对这一点详细说明，其中，电压输出部3对ESI探针201(离子化部)、前级四极滤质器221、碰撞池222内的离子导向器、后级四极滤质器223、离子检测器224等结构各部施加电压。以下，以MRM测量为例进行说明，不过在SIM测量中也是同样的。

当使用者指示MRM测量开始时，作为测量对象的MRM转换(MRM transition)电压控制部42将事先设定的前体离子和产物离子的极性和质荷比与保存在存储部41中的离子飞行时间信息进行比对，读取这些离子在装置各部中飞行所需要的时间(飞行时间)。然后，基于该飞行时间，以对ESI探针201(离子化部)施加电压的时刻(timing)为基准，求取对其他结构各部施加电压的时刻的偏差。MRM测量开始之后，当变更测量的对象离子时，以与上述偏差对应的时间差将分别对构成质谱分析装置的各部施加的电压变更为适于该对象离子的规定电压。

这里，设对象离子从ESI探针201(离子化部)到达真空导入部(前级四极滤质器221的入口)所需要的时间为t1、从前级四极滤质器221的入口到达碰撞池222的入口所需要的时间为t3、从碰撞池222的入口到达后级四极滤质器223的入口所需要的时间为t2、从后级四极滤质器223的入口到达离子检测器224所需要的时间为t4。

设变更对ESI探针201(离子化部)施加的电压的时刻(时刻)t为0，则电压控制部42在以下时刻变更对其他各部施加的电压。

前级四极滤质器221：t1

碰撞池222内的离子导向器：t1+t3

后级四极滤质器223：t1+t2+t3

离子检测器224：t1+t2+t3+t4

对于如上述那样使变更对装置结构各部施加的电压的时刻错开的理由，列举两个示例，与现有质谱分析装置进行比较来说明。另外，在以下的说明中，为了区分本发明的质谱分析装置和现有质谱分析装置的结构要素，对现有质谱分析装置的结构要素的符号附加“’”来标记。

第一个示例是交替测量作为对象离子的一种正离子和一种负离子并且对这些测量各分配时间T的例子。为了便于说明，仅考虑所生成的离子从ESI探针201(离子化部)到达真空导入部(前级四极滤质器221的入口)所需要的时间t1，设从真空导入部飞行至离子检测器224所需要的时间(t2+t3+t4)为0。

图2是对现有质谱分析装置1’中的电压施加进行说明的图，图3是对本实施例的质谱分析装置1中的电压施加进行说明的图。

在现有的质谱分析装置1’中，以在将测量的对象离子从负离子变更为正离子(或者从正离子变更为负离子)时同时变更对构成装置的各部所施加的电压的方式，从电压控制部42’向电压输出部3’发送控制信号(图2(a)、(c))。设从电压控制部42’向电压输出部3’发送控制信号的时刻t为0，则经过在电压输出部3’切换输出电压所需要的响应时间δt之后，从电压输出部3’对各部施加变更后的电压。

在离子化部201’中，经过时间δt之后，开始施加变更后的电压来生成正离子(图2(b))。然后，生成的正离子花费时间t1飞行至真空导入部。如上所述，在该示例中，由于不考虑从真空导入部至离子检测器224’的飞行时间，所以在与生成的正离子到达真空导入部的时间同时刻在离子检测器224’中开始检测到正离子。然后，当经过时间T时，结束正离子的测量，将施加于装置各部的电压变更为适于负离子测量的电压。

在这种情况下，在离子检测器224’中，在时刻t＝δt+t1～T的期间检测到正离子(图2(d))。也就是说，分配给正离子测量的时间T中的时间δt+t1成为离子非可检测时间。

与此相对，在本实施例的质谱分析装置1中，考虑离子从离子化部201飞行至真空导入部的时间。即，变更施加于离子化部201的电压之后，经过时间t1后变更对其他各部施加的电压(图3(a)、(c))。这相当于，针对离子化部201，对正离子测量分配时刻t＝0～T，针对其他结构各部，对正离子测量分配时刻t＝t1～T+t1。

这样，在变更施加于结构各部的电压的时刻设定时间差，则由离子检测器224检测到正离子的时刻t成为t＝δt+t1～t1+T(图3(b)、(d))。也就是说，能够将分配给正离子测量的时间T中的离子非可检测时间缩短至仅为电压响应时间δt。换言之，能够消除由离子在装置内部飞行所需要的时间引起的离子非可检测时间t1。

下一个示例是将以下所示的两种MRM转换分别交替地测量时间T的例子。

转换1：前体离子A(m/z＝1500)、产物离子a(m/z＝700)

转换2：前体离子B(m/z＝500)、产物离子b(m/z＝200)

这里，为了便于说明，仅考虑离子穿过碰撞池所需要的飞行时间t2，而不考虑其他结构各部中飞行所需要的时间(t1+t3+t4)。图4是对现有质谱分析装置1’中的电压施加进行说明的图，图5是对本实施例的质谱分析装置1中的电压施加进行说明的图。

如上述那样，在现有的质谱分析装置1’中，以在将测量对象从转换2变更为转换1时同时变更对构成装置的各部所施加的电压的方式，从电压控制部42’向电压输出部3’发送控制信号(图4(a)、(c))。设从电压控制部42’向电压输出部3’发送控制信号的时刻t为0，则在离子检测器224’中，在时刻t＝δt+t2～T的期间检测到转换1的产物离子a(图4(b)、(d))。也就是说，对转换1的测量时间所分配的时间T中的δt+t2成为离子非可检测时间。

另一方面，在本实施例的质谱分析装置1中，考虑前体离子A在碰撞池内裂解而生成的产物离子a在碰撞池222的内部飞行所需要的时间t2来设定时间差。也就是说，变更施加于Q1系统(Q1(221)以及位于其前级的各部)的电压(V2→V1)之后，经过时间t2后变更施加于Q3系统(Q3(223)以及位于其后级的各部)的电压(V2’→V1’)(图5(a)、(c))。这相当于，针对Q1系统，对转换1的测量分配时刻t＝0～T的期间，针对Q3系统，对转换1的测量分配时刻t＝t2～T+t2的期间。

这样，在变更施加于结构各部的电压的时间设定时间差，则在离子检测器224中，在时刻t＝δt+t2～t2+T的期间检测到产物离子a(图5(b)、(d))。也就是说，能够将分配给转换1的测量的时间T中的离子非可检测时间缩短至仅为电压响应时间δt。换言之，能够消除由前体离子A在碰撞池222裂解而生成产物离子a且该离子在碰撞池222的内部飞行所需要的时间引起的离子非可检测时间t2。

图6(a)表示使用本实施例的质谱分析装置1缩短了离子非可检测时间的结果。在现有的质谱分析装置1’中，如图6(b)所示那样电压响应时间2.5ms与离子飞行时间2.5ms之和即5ms为离子非可检测时间，与此相对，在本实施例的质谱分析装置1中，可知能够将其缩短至仅为电压响应时间2.5ms。

上述离子飞行时间信息也可以不管离子的质荷比如何都一样地设定离子的飞行时间，但是优选设定与离子的质荷比对应的飞行时间。由此，能够精度更高地缩短由离子在装置内部飞行的时间引起的离子非可检测时间。

本发明人对质荷比不同的各种离子在四极滤质器中飞行所需要的时间进行了调查，其结果如图7所示，可知质荷比越大的离子其飞行时间越长。通过使用这样的信息，能够使离子飞行时间信息成为将离子的质荷比与离子的飞行时间关联起来的信息。

上述实施例仅是一个示例，能够按照本发明的趣旨适当地变更。

在上述实施例中，说明了使变更施加于质谱分析装置1的离子化部201、前级四极滤质器221、后级四极滤质器223、离子检测器224的电压的时刻错开的示例，但是也可以仅使变更施加于它们中的一部分上的电压的时刻变更。例如，能够采用下述结构：仅考虑离子飞行特别需要时间的从离子化部201飞行至真空导入部的飞行时间、在碰撞池222的内部飞行的时间。

此外，在上述实施例中使用串联四极型质谱分析装置，但是对于仅有一个四极滤质器的质谱分析装置、具有使前体离子裂解多次的离子阱且能够进行MSⁿ分析的质谱分析装置也能够使用上述同样的结构。

Claims (6)

1.一种质谱分析方法，其特征在于，其使用质谱分析装置依序测量多种对象离子，

在与所述多种对象离子分别在构成所述质谱分析装置的各部中飞行所需要的飞行时间对应的时刻，将施加于该各部的电压从适于测量在对象离子之前进行测量的离子的电压变更为适于测量该对象离子的电压；具体为：

从保存离子飞行时间信息的存储部读取所述多种对象离子在装置各部中飞行所需要的飞行时间，基于该飞行时间，以对电喷雾电离探针开始施加电压的时刻为基准，求取对其他各部施加电压的时刻的偏差；当变更测量的对象离子时，以与上述偏差对应的时间差将分别对构成质谱分析装置的各部施加的电压变更为适于该对象离子的规定电压。

2.根据权利要求1所述的质谱分析方法，其特征在于：

所述飞行时间与离子的质荷比相关联。

3.根据权利要求1或2所述的质谱分析方法，其特征在于：

所述多种对象离子包括至少一种正离子，并且包括至少一种负离子。

4.一种质谱分析装置，其特征在于，其依序测量多种对象离子，包括：

a)电压输出部，其对构成所述质谱分析装置的各部输出电压；以及

b)控制部，其以在与所述多种对象离子分别在构成所述质谱分析装置的各部中飞行所需要的飞行时间对应的时刻将施加于该各部的电压从适于测量在对象离子之前进行测量的离子的电压变更为适于测量该对象离子的电压的方式，控制所述电压输出部；所述控制部具有保存离子飞行时间信息的存储部，所述控制部用以从所述存储部读取所述多种对象离子在装置各部中飞行所需要的时间，基于该飞行时间，以对电喷雾电离探针开始施加电压的时刻为基准，求取对其他各部施加电压的时刻的偏差；当变更测量的对象离子时，以与上述偏差对应的时间差将分别对构成质谱分析装置的各部施加的电压变更为适于该对象离子的规定电压。

5.根据权利要求4所述的质谱分析装置，其特征在于具有存储部，所述存储部保存有关于所述飞行时间的信息，该信息为将离子的质荷比与离子的飞行时间相关联的信息。

6.根据权利要求4或5所述的质谱分析装置，其特征在于：

所述多种对象离子中包括至少一种正离子，并且包括至少一种负离子。