JP2000243347A - イオントラップ型質量分析装置およびイオントラップ質量分析方法 - Google Patents

イオントラップ型質量分析装置およびイオントラップ質量分析方法

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JP2000243347A
JP2000243347A JP11039747A JP3974799A JP2000243347A JP 2000243347 A JP2000243347 A JP 2000243347A JP 11039747 A JP11039747 A JP 11039747A JP 3974799 A JP3974799 A JP 3974799A JP 2000243347 A JP2000243347 A JP 2000243347A
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mass
deflection
ion trap
ion
ions
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清美 ▲吉▼成
Kiyomi Yoshinari
Yoichi Ose
洋一 小瀬
Fumihiko Nakajima
文彦 中島
Yoshiaki Kato
義昭 加藤
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】質量分析すべき試料イオンの濃度を高めて、高
分解能に、かつ、より高いＳ／Ｎ比で、質量分析を行う
ことができるイオントラップ型質量分析装置およびイオ
ントラップ質量分析法を提供する。 【解決手段】イオントラップ型質量分析部５で質量分析
を行う前に、偏向・質量選択部１０の偏向四重極電極系
１１で、不要なイオンや中性分子を除去する。偏向四重
極電極系１１は４本の棒電極１５を有し、各棒電極１５
は各電極間距離が一定であるように同じ方向に同程度湾
曲している。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオン化された溶
媒分子と試料をイオントラップ電極間に供給して、高感
度にイオンの質量を分析するイオントラップ型質量分析
装置およびイオントラップ分析方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】混合物試料を質量分析する場合、混合物
試料を成分分離する前処理系と、質量分析器とを結合さ
せることにより、より高精度な分析が可能となる。通
常、前処理系としてガスクロマトグラフや液体クロマト
グラフなどが用いられる。前処理系のガスクロマトグラ
フや液体クロマトグラフでは、固定相をつめたカラム中
に、ガスクロマトグラフの場合は中性ガス，液体クロマ
トグラフの場合は溶媒とともに混合物試料を流し、固定
相に対する吸着力の違いにより混合物試料を分離してい
る。ガスクロマトグラフや液体クロマトグラフ等の前処
理系で成分分離された試料は、イオントラップ型質量分
析器に流入する前にイオン化される。このとき、溶媒分
子も同時にイオン化されるが、中にはイオン化されず中
性状態のまま存在するものも生じる。中性状態の溶媒分
子は検出時のノイズの原因となるため、除去する必要が
ある。
【０００３】特開平5−325882 号公報や特開平7−85834
号公報は、偏向電極を用いて、溶媒分子と試料が含まれ
るイオンビームを偏向して質量分析部に供給し、偏向さ
れない中性分子は取り除くことを記載する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の偏向電
極を用いて中性分子とイオンとを分離することはできる
が、イオンの質量選択性はなく、イオン化された溶媒分
子は取り除くことはできない。
【０００５】従来のイオントラップ型質量分析器の場
合、イオン化された溶媒分子と試料が一緒にイオントラ
ップ電極間に捕捉されるので、イオントラップ電極間の
空間のイオンの密度が大きくなりすぎて、分解能が低下
したり、マスシフトが発生したりして分析性能が低下す
ることがある。分析性能を維持して質量分析するために
は、イオントラップ電極間に捕捉できるイオンの数に限
界があり、１度に多量の試料を質量分析することはでき
ない。特に、前処理系として液体クロマトグラフを用い
る場合、イオン化される溶媒分子の数は、試料イオン数
の約３〜５桁多くなるため、溶媒イオンがイオントラッ
プ電極間に捕捉されたイオンの多数を占めて、質量分析
に必要な量の試料イオントラップ電極間に供給できなく
なる問題が生じる。
【０００６】イオン化された溶媒分子と試料をイオント
ラップ電極間に供給した後すぐに、不要な溶媒イオンを
質量分離してイオントラップ電極間から除去してもよい
が、この場合、不安定化した大量の溶媒イオンが電極の
支柱などに付着し、イオントラップ電極間の電界を歪め
て分析性能を低下させることも考えられる。
【０００７】本発明の目的は、質量分析すべき試料イオ
ンの濃度を高めて、高分解能に、かつ、より高いＳ／Ｎ
比で、質量分析を行うことができるイオントラップ型質
量分析装置およびイオントラップ質量分析法を提供する
ことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の特徴は、イオン化された試料を含むイオンビームを
偏向し、かつ、イオンの質量を選択する偏向・質量分離
選択部が、イオントラップ型質量分析部の前段に備えら
れ、偏向・質量分離選択部で選択されたイオンを含むイ
オンビームが、イオントラップ型質量分析部に供給され
ることにある。この特徴によれば、イオン化された試料
とともに中性分子が偏向・質量分離選択部に供給されて
も、イオンビームは偏向・質量分離選択部で偏向され、
かつ、質量選択されるが、中性分子は入射した方向へ直
進するから、選択されたイオンと中性分子とが分離され
る。選択されたイオンを含むイオンビームのみが、イオ
ントラップ型質量分析部に供給される。イオントラップ
型質量分析部で質量分析されるべき試料イオンの濃度を
高めることができるので、多量の不要なイオンによる低
分解能化及び中性分子によるノイズの発生などの悪影響
を受けずに、より高分解能に、かつ、より高いＳ／Ｎ比
で、質量分析を行うことができる。
【０００９】また、偏向・質量分離選択部が、同じ方向
に湾曲している４つの棒電極を有することにより、棒電
極間には、棒電極の湾曲に沿って、湾曲した四重極電界
が形成される。偏向・質量分離選択部に供給されたイオ
ンビームは、棒電極の湾曲に沿って四重極電界を移動
し、かつ、質量選択されるが、中性分子は入射した方向
へ直進するから、選択されたイオンと中性分子とを分離
することができる。
【００１０】また、棒電極には高周波電源から高周波電
圧を印加して、棒電極間に四重極電界を形成する。高周
波電圧が直流成分を持たないものである場合は、交流電
圧の振幅および周波数に基づいて求められる質量数対電
荷比以下のイオンが棒電極間から除去される。高周波電
圧が直流成分と交流成分を有する場合は、直流電圧の大
きさと交流電圧の振幅および周波数とに基づいて求めら
れる質量数対電荷比の範囲のイオンが棒電極間から除去
される。高周波電圧が２つの交流成分を有する場合は、
質量分析すべきイオンの質量範囲に点在する不要イオン
を排除することができる。
【００１１】また、偏向電極でイオンビームを偏向して
中性粒子を除去でき、４つの平行な棒電極でイオンを選
択してもよい。例えば、偏向電極として湾曲した八重極
電極を用いると、八重極電極はイオン輸送の安定性に優
れているため、イオンビームの偏向によるイオン損失を
少なくでき、より高感度の質量分析ができる。
【００１２】また、４つの平行な棒電極の組を複数用い
て、各電極間の中心軸が交差するように直列に配置すれ
ば、各組の間でイオンビームが偏向されて中性粒子を除
去でき、各組でイオンを選択したり、不要なイオンを除
去したりして、選択すべき質量範囲が不連続である場合
も、不要なイオンと中性粒子を除去することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】（実施例１）本発明の第１の実施
例であるイオントラップ型質量分析装置を説明する。図
１は、本実施例のイオントラップ型質量分析装置の概略
図である。本実施例のイオントラップ型質量分析装置
は、イオントラップ型質量分析部５で質量分析を行う前
に、偏向・質量選択部１０で、不要なイオンや中性分子
を除去して、質量分析すべき試料イオンの濃度を高める
ことによって、高分解能，高Ｓ／Ｎ比の分析結果を得よ
うとするものである。
【００１４】本実施例のイオントラップ型質量分析装置
は、質量分析の対象である混合物試料を成分分離するガ
スクロマトグラフ（ＧＣ）や液体クロマトグラフ（Ｌ
Ｃ）等の前処理系２，成分分離された試料と溶媒とをイ
オン化するイオン化部３，溶媒分子と試料が含まれるイ
オンビームから不要なイオンや中性分子を除去する偏向
・質量選択部１０，偏向・質量選択部１０から供給され
たイオンビームを収束する集束レンズ系４，集束レンズ
系４を通過したイオンビームに含まれる試料イオンの質
量分離を行うイオントラップ型質量分析部５，イオント
ラップ型質量分析部５で質量分離されたイオンを検出す
る検出器６，検出されたイオンの種類と数を処理するデ
ータ処理部７，偏向・質量選択部１０用の高周波電源２
０，イオントラップ型質量分析部５用の高周波電圧電源
８、およびこれらの動作を制御する制御部９を有する。
【００１５】はじめに、イオントラップ型質量分析部５
について説明する。図２に、イオントラップ型質量分析
部５を示す。イオントラップ型質量分析部５は、リング
電極５１とそれを挟むように向かい合わせて２つのエン
ドキャップ電極５２及び５３から成る。各電極間に高周
波電圧電源８から直流電圧Ｕと高周波電圧ＶcosΩｔが
印加されて、電極間の空間に四重極電界がつくられる。
【００１６】偏向・質量選択部１０において偏向，質量
分離され、集束レンズ系４を通過したイオンビームは、
エンドキャップ電極５２の中心口１３を通り、リング電
極５１とエンドキャップ電極５２，５３の間に供給され
て、四重極電界によって捕捉される。
【００１７】この四重極電界に捕捉されたイオンの軌道
の安定性は、（１）式のａ値およびｑ値によって定ま
る。ａ値およびｑ値は、リング電極内径ｒ0 と、電極に
印加される直流電圧Ｕ，高周波電圧の振幅Ｖ，高周波電
圧の角周波数Ω、および、イオンの質量対電荷比ｍ／Ｚ
で与えられる。ここで、Ｚはイオンの価数、ｍは質量、
ｅは素電荷を表す。
【００１８】
【数１】
【００１９】イオントラップ電極間に供給された各イオ
ンは、それぞれ質量対電荷比ｍ／Ｚに応じて（ａ，ｑ）
の値を持つ。
【００２０】図３に、イオントラップ電極間の空間でイ
オンが安定軌道をもつａ，ｑの範囲（安定領域）を示
す。
【００２１】高周波電圧ＶcosΩｔ のみがリング電極５
１に印加されると、直流電圧Ｕ＝０で各イオンのａ値は
０になるから、各イオンは安定領域のうちａ＝０である
ｑ軸上に位置することになる。各イオンは、質量対電荷
比ｍ／Ｚの値が大きいものから小さいものの順にｑ軸上
のｑ＝０からｑ＝０.９０８ までの範囲に位置する。安
定領域のｑ軸上に位置する全てのイオンが、電極間の空
間で安定に振動し電極間に捕捉される。その後、質量分
離されたイオンは、エンドキャップ電極５３の中心口５
５を通って検出器６で検出され、最終的な分析結果とし
てマススペクトルが得られる。
【００２２】次に、偏向・質量選択部１０について説明
する。
【００２３】図４に、偏向・質量選択部１０の偏向四重
極電極系１１を示す。偏向四重極電極系１１は、４本の
棒電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃおよび１２ｄを有し、各
棒電極１２は各電極間距離が一定であるように同じ方向
に同程度湾曲している。４本の棒電極１２は、偏向四重
極電極系１１へのイオンが入射する方向と偏向四重極電
極系１１からイオンが出射する方向がほぼ平行となるよ
うに、ゆるいＳ字形に湾曲している。４本の棒電極１２
には、隣り合う棒電極で符号の異なる直流電圧Ｕqと高
周波電圧ＶqcosΩqｔとの重畳電圧（±（Ｕq＋ＶqcosΩ
qｔ））が印加される。
【００２４】棒電極１２に印加する電圧は制御部９で制
御される。このとき、４本の棒電極１２に印加する高周
波電圧±ＶqcosΩqｔ の周波数は、イオントラップ型質
量分析部５のリング電極５１に印加する高周波電圧Ｖco
sΩｔ の周波数と理論的には異なっても良い。しかし、
イオントラップ型質量分析部５のリング電極５１に印加
する高周波電圧の周波数と４本の棒電極１２に印加する
高周波電圧の周波数が、同じ、あるいは整数倍，整数分
の１倍等に設定すれば、リング電極５１に印加する電圧
を分岐して、偏向四重極電極系１１にも印加できるた
め、高周波電圧電源の増設を回避できる。
【００２５】偏向四重極電極系１１の４本の棒電極１５
によって、不要なイオンや中性分子を除去することがで
きる原理を以下で説明する。
【００２６】まず、図５に示すような、四重極電極系１
３の平行な４本の棒電極１４間にできる基本的な四重極
電界で、イオンの質量選択ができることを説明する。４
本の棒電極１４ａ，１４ｂ，１４ｃおよび１４ｄは、湾
曲していない点のみが偏向四重極電極系１１の４本の棒
電極１２と異なるだけで、電極間の距離および印加され
る電圧は同じである。４本の棒電極１４に電圧を印加す
ると、棒電極１４間には四重極電界がつくられる。
【００２７】イオンがこの四重極電界中を安定に透過す
るか否かは、（２）式で与えられるａ値およびｑ値によ
って定まる。ａ値およびｑ値は、４本の棒電極１４が作
る四角形で対角線上にある２本の電極間の距離の半値ｒ
q と、棒電極１４に印加される直流電圧Ｕq，高周波電
圧の振幅Ｖqとその角周波数Ωq 、更に、イオンの質量
対電荷比ｍ／Ｚによって与えられる。ここで、Ｚはイオ
ンの価数、ｍは質量、ｅは素電荷を表す。
【００２８】
【数２】
【００２９】棒電極１５間に供給された各イオンは、そ
れぞれ質量対電荷比ｍ／Ｚに応じて（ａq，ｑq）の値を
持つ。
【００３０】図６に、棒電極１４間をイオンが安定に透
過するときのａq，ｑqの範囲（安定透過領域）を示す。
各イオンは（ａq，ｑq）の値によって図６のａq−ｑq平
面に位置し、安定透過領域のイオンは棒電極１４間を安
定に透過するが、安定領域外のイオンは軌道が不安定化
し、棒電極１４間を透過できない。
【００３１】高周波電圧±ＶqcosΩqｔのみを四重極電
極に印加すると、Ｕq＝０で各イオンのａq 値は０にな
るから、各イオンは安定領域のうちａq＝０であるｑq軸
上に位置することになる。各イオンは、質量対電荷比ｍ
／Ｚの値が大きいものから小さいものの順に、ｑ＝０か
らｑが大きくなる方向へ、ｑ軸上に位置する。ｑ軸上の
安定領域はｑ＝０からｑq＝０.９０８までの範囲である
から、ｑq＝０.９０８以上のｑq 値をもつイオン、すな
わち、ｑq＝０.９０８に相当する質量数対電荷比以下の
質量数対電荷比ｍ／Ｚを持つイオンは、全て棒電極１４
間を透過できない。
【００３２】したがって、不要なイオンのｑq の値が安
定透過領域外になるように棒電極１４に印加する電圧±
ＶqcosΩqｔ を調整することにより、不要イオンを除去
できる。このように、四重極電極系１３の棒電極１４に
印加する電圧±ＶqcosΩqtを調整することにより、イオ
ンの質量対電荷比ｍ／Ｚに応じて選択的に棒電極間を透
過させることができる。
【００３３】本実施例でも、図４に示す棒電極１２に印
加する電圧±ＶqcosΩqｔ を調整して、上述したのと同
様なイオンの質量選択を行うことができる。また、偏向
四重極電極系１１の棒電極１２間にできる四重極電界
は、湾曲した棒電極１２に沿って湾曲している。選択さ
れたイオンは湾曲した四重極電界で偏向され、棒電極１
２間を沿って移動し、偏向四重極電極系１１から出射さ
れるが、中性分子は入射した方向へ直進するから、選択
されたイオンと分離される。したがって、中性分子が除
去されて、選択されたイオンのみが、イオントラップ型
質量分析部５に輸送される。
【００３４】図７に、溶媒分子が９０amu 以下で、９０
amu 以下の質量数のイオンを不要イオンとした場合の偏
向四重極電極系１１でのイオンの軌道解析の例を示す。
不要な９０amuのイオンの（ａq，ｑq）を、図８の
（０，０.９０８）に相当するように、高周波電圧±Ｖq
cosΩqｔを設定した。
【００３５】図７の解析結果によると、９０amu 以下の
不要イオンは不安定となり偏向四重極電極系１１から除
去されるが、それより高質量数イオンに対しては安定に
通過している。また、安定に通過したイオン軌道の中心
軸は、湾曲した棒電極１２の形状に沿って曲っており、
安定に通過したイオンはイオントラップ型質量分析部５
へ進入できる。しかし、中性分子は四重極電界で偏向さ
れずに直進するから、イオントラップ質量分析部５へ進
入できない。
【００３６】従って、本実施例のイオントラップ型質量
分析装置によれば、偏向四重極電極系１１で不要なイオ
ンや中性分子を除去して、質量分析すべき試料イオンの
濃度を高めることができるので、多量の不要なイオンに
よる低分解能化及び中性分子によるノイズの発生などの
悪影響を受けずに、より高分解能に、かつ、より高いＳ
／Ｎ比で、質量分析を行うことができる。
【００３７】また、本実施例で説明した偏向四重極電極
系１１では、イオンビームが偏向四重極電極系１１を通
過する前後で、ビーム進行方向がほぼ平行であるので、
図９に示すように、イオン源からイオンが入射してくる
方向とイオントラップ型質量分析部５のエンドギャップ
電極５２，５３の軸とが一致している既存の装置に対し
ても、軸をずらして本実施例の偏向・質量選択部１０を
設置するだけで容易に対応可能である。
【００３８】（実施例２）次に、本発明の第２の実施例
について説明する。本実施例では、偏向・質量選択部１
０の偏向四重極電極系１１において、図１０に示すよう
に、イオンビームの入射方向と出射方向が異なるように
湾曲させた棒電極１５を用いた。ただし、棒電極１５は
電極間距離が変わらないように、かつ、イオンビームの
入射方向と出射方向が約９０°をなすように棒電極１２
を湾曲させてある。このように棒電極１２を湾曲させて
あると、さまざまな角度をもって偏向四重極電極系１１
に入射して来る中性分子に対しても、選択されたイオン
と分離することができる。
【００３９】本実施例によれば、中性分子をより除去す
ることができ、より高分解能に、かつ、より高いＳ／Ｎ
比で、質量分析を行うことができる。
【００４０】（実施例３）本発明の第３の実施例につい
て説明する。本実施例では、図１１に示すように、偏向
四重極電極系１１の棒電極１２に印加する電圧を、高周
波電圧ＶqcosΩqtばかりでなく直流電圧Ｕq(Ｕq≠０）
も印加する。(２）式により、イオンの(ａq，ｑq）点
は、図１２のａq＝２Ｕqｑq／Ｖqの直線上に並ぶ。この
ａq＝２Ｕqｑq／Ｖq の直線と安定透過領域が重なる領
域内に相当するイオンのみが安定に四重極電極内を通過
し、それ以外のイオン種は軌道が不安定化して除去され
る。安定に四重極電極内を通過したイオンの質量範囲を
Ｍ1［amu］〜Ｍn［amu］とすると、イオントラップ型質
量分析部５で最終的に得られるマススペクトルは、図１
３に示されるように、Ｍ1［amu］〜Ｍn［amu］の範囲内
に限られる。
【００４１】したがって、質量分析すべきイオンの質量
範囲が分かっている場合は、上限値および下限値に対応
する（ａq，ｑq）が安定領域にあるように、棒電極１２
に印加する電圧±（Ｕq＋ＶqcosΩqｔ）を調整すればよ
い。
【００４２】また、図１４に示すように、ａq＝２Ｕqｑ
q／Ｖqの直線が安定透過領域の頂点付近を横切るよう
に、Ｕq＋ＶqcosΩqｔを調整する。このように棒電極１
２に電圧を印加すると、図１４で安定透過領域の頂点付
近に相当する質量対電荷比値Ｍ0 を持つイオンが四重極
電極間を安定透過し、それ以外の全てのイオンは除去さ
れる。また、第１の実施例と同様に、偏向四重極電極系
１１から中性分子が除去される。したがって質量対電荷
比値Ｍ0 を持つイオンのみが、イオントラップ型質量分
析部４内に入射され、イオントラップ電極間にトラップ
されて安定振動することになる。
【００４３】本実施例によれば、第１の実施例による効
果に加え、イオンの選択範囲をより限定できるため、よ
り高分解能に、かつ、より高いＳ／Ｎ比で、質量分析を
行うことができる。
【００４４】（実施例４）次に、本発明の第４の実施例
であるイオントラップ型質量分析装置について説明す
る。図１５に、本実施例のイオントラップ型質量分析装
置の概略図を示す。本実施例のイオントラップ型質量分
析装置は、偏向四重極電極系１１用の補助交流電圧電源
２１を設け、偏向四重極電極系１１の棒電極１５にＶqc
osΩqｔ＋ｖq′cosωqｔを印加するところで、第１の実
施例のイオントラップ型質量分析装置（図１）と異な
る。補助交流電圧電源２１は、制御部９によって制御さ
れる。
【００４５】四重極電極内でもイオントラップ電極内と
同様、イオンの質量対電荷比の値によって固有振動周波
数が異なる。よって、図１６に示すように、棒電極１２
に補助交流電圧±ｖq′cosωqｔ を印加し、棒電極１２
間に補助交流電界を生成することによって、特定のイオ
ンを共鳴状態にし、棒電極１２間から除去することがで
きる。例えば、図１７に示すように、質量分析すべきイ
オンの質量範囲内に、不要イオン(Ｍ＝Ｍｓ)が点在する
場合には、この不要イオン(Ｍ＝Ｍｓ)のみが共鳴するよ
うに補助交流電圧±ｖq′cosωqｔ を調整すれば、この
不要イオンを排除することができる。
【００４６】（実施例５）次に、本発明の第５の実施例
について説明する。本実施例では、偏向・質量選択部１
０に図１８に示す四重極電極系１３と、四重極電極系１
３の入射口に設置された減速電極３１および収束レンズ
系３２を用いる。四重極電極系１３は、第１の実施例の
図５で説明した平行な４本の棒電極１４を有する。
【００４７】棒電極１５の中心軸に交差するようにイオ
ンを入射させると、減速電極３１と収束レンズ系３２に
よってイオンビームが減速・収束される。減速・収束さ
れたイオンビームは、棒電極１４間に入り、選択された
イオンが四重極電極系１３を通過する。中性粒子は、減
速電極３１と収束レンズ系３２の影響を受けずに直進す
るので、四重極電極系１３から除去される。
【００４８】本実施例によれば、４本の棒電極１４と減
速電極３１，収束レンズ系３２を設置し、四重極電極系
１３の軸と交差するようにイオンビームを入射するだけ
でイオンの質量を選択できるため、偏向・質量選択部１
０を容易に製作できる。
【００４９】（実施例６）次に、本発明の第６の実施例
について説明する。本実施例では、偏向・質量選択部１
０に、図１９に示すように、四重極電極系１３と四重極
電極系１３の入射口に設置された偏向電極３３および収
束レンズ系３２を用いる。四重極電極系１３は、平行な
４本の棒電極１４を有する。
【００５０】偏向電極３３にイオンを入射させると、偏
向電極３３がつくる偏向電界によってイオンビームが偏
向され、収束レンズ系３２で集束される。偏向されたイ
オンビームは、棒電極１５間に入り、選択されたイオン
が四重極電極系１３を通過する。中性粒子は、偏向電極
３３がつくる偏向電界の影響を受けずに直進するので、
四重極電極系１３から除去される。また、図２０に示す
ように、偏向電極３３および収束レンズ系３２を四重極
電極系１３の出射口に設置してもよい。四重極電極系１
３の棒電極１４間に入射したイオンは、棒電極１４間で
質量選択され、その後、偏向電極３３で中性分子が除去
される。
【００５１】本実施例によれば、平行な４本の棒電極１
４と、偏向電極３３および収束レンズ系３２を用いるこ
とができるため、偏向・質量選択部１０を容易に製作で
きる。
【００５２】（実施例７）次に、本発明の第７の実施例
について説明する。本実施例では、偏向・質量選択部１
０に四重極電極系１３と、偏向八重極電極系３４などの
多重極電極を用いる。本実施例では、質量選択性が優れ
る四重極電極系１３でイオンビームの質量を選択し、偏
向八重極電極系３４を図２１に示すように湾曲させ、イ
オンビームを偏向させる。偏向八重極電極系３４はイオ
ン輸送の安定性に優れているため、電極の湾曲などにも
イオンは追従して安定に偏向する。また、図２２に示す
ように、四重極電極系１３での質量選択と偏向八重極電
極系３４でのビーム偏向の順序が逆でもよい。
【００５３】本実施例によれば、四重極電極系１３でイ
オンビームを質量選択し、偏向八重極電極系３４でイオ
ンビームを安定に偏向させることにより、イオンビーム
の偏向によるイオン損失を少なくして、より高感度の質
量分析ができる。
【００５４】（実施例８）次に、本発明の第８の実施例
について説明する。本実施例では、図２３に示すよう
に、偏向・質量選択部１０に、平行な４本の棒電極１４
から成る四重極電極系１３を複数用いる。各四重極電極
系１３は、それぞれの中心軸が交差するように設置され
ている。イオンビームは、各四重極電極系１３で質量選
択され、隣り合う四重極電極系１３との間で偏向され
る。隣り合う四重極電極系１３との間で中性分子が除去
される。
【００５５】また、各四重極電極系１３で異なる不要イ
オンを除去することもでき、より限定した質量対電荷比
の範囲のイオンを選択できる。例えば、試料中に、不要
なイオンとして、質量対電荷比ＭがＭ1以下であるイオ
ン、Ｍ2（Ｍ1＜Ｍ2）であるイオン、および、Ｍ3(Ｍ1＜
Ｍ3）であるイオンが含まれている場合、四重極電極系
２５−ａで、Ｍ1 以下の質量対電荷比のイオンを除去
し、四重極電極系２５−ｂに補助交流電圧を印加して、
Ｍ＝Ｍ2 の質量対電荷比のイオンを除去し、そして、四
重極電極系２５−ｃに補助交流電圧を印加して、Ｍ＝Ｍ
3 の質量対電荷比のイオンを除去すればよい（図２４参
照）。各四重極電極系１３で異なる不要イオンを除去す
るためには、各四重極電極系１３で棒電極１４に印加す
る補助交流電圧をそれぞれ調整する。
【００５６】本実施例によれば、選択すべき質量範囲が
不連続である場合も、不要なイオンと中性粒子を除去す
ることができるので、より高分解能に、かつ、より高い
Ｓ／Ｎ比で、質量分析を行うことができる。
【００５７】
【発明の効果】本発明によれば、イオン化された試料と
ともに中性分子が偏向・質量分離選択部に供給されて
も、イオンビームは偏向・質量分離選択部で偏向され、
かつ、質量選択されるが、中性分子は入射した方向へ直
進するから、選択されたイオンと中性分子とが分離さ
れ、イオントラップ型質量分析部で質量分析されるべき
試料イオンの濃度を高めることができるので、多量の不
要なイオンによる低分解能化及び中性分子によるノイズ
の発生などの悪影響を受けずに、より高分解能に、か
つ、より高いＳ／Ｎ比で、質量分析を行うことができ
る。
【００５８】また、偏向・質量分離選択部が、同じ方向
に湾曲している４つの棒電極を有することにより、選択
されたイオンと中性分子とを分離することができる。
【００５９】また、棒電極には高周波電源から高周波電
圧を印加して、棒電極間に四重極電界を形成する。高周
波電圧が直流成分を持たないものである場合は、交流電
圧の振および周波数に基づいて求められる質量数対電荷
比以下のイオンが棒電極間から除去される。高周波電圧
が直流成分と交流成分を有する場合は、直流電圧の大き
さと交流電圧の振および周波数とに基づいて求められる
質量数対電荷比の範囲のイオンが棒電極間から除去され
る。高周波電圧が２つの交流成分を有する場合は、質量
分析すべきイオンの質量範囲に点在する不要イオンを排
除することができる。
【００６０】また、偏向電極でイオンビームを偏向して
中性粒子を除去でき、４つの平行な棒電極でイオンを選
択してもよい。偏向電極に湾曲した八重極電極を用いる
と、イオンビームの偏向によるイオン損失を少なくで
き、より高感度の質量分析ができる。
【００６１】また、４つの平行な棒電極の組を複数用い
て、各電極間の中心軸が交差するように直列に配置すれ
ば、選択すべき質量範囲が不連続である場合も、不要な
イオンと中性粒子を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例のイオントラップ型質量分析装置
の概略図。
【図２】イオントラップ型質量分析部５を示す図。
【図３】イオントラップ電極間の安定領域を示す図。
【図４】偏向・質量選択部１０の偏向四重極電極系１１
を示す図。
【図５】平行な４本の棒電極１４を有する四重極電極系
１３を示す図。
【図６】四重極電極系１３の棒電極１４間の安定領域を
示す図。
【図７】偏向四重極電極系１１におけるイオンの軌道解
析の例を示す図。
【図８】偏向四重極電極系１１の棒電極１２間の安定領
域を示す図。
【図９】既存の装置と本実施例との比較図。
【図１０】第２の実施例にける偏向四重極電極系１１の
棒電極１５を示す図。
【図１１】第３の実施例における偏向四重極電極系１１
の棒電極１２を示す図。
【図１２】第３の実施例における偏向四重極電極系１１
の安定領域を示す図。
【図１３】第３の実施例において得られるマススペクト
ルを示す図。
【図１４】第３の実施例における偏向四重極電極系１１
の安定領域を示す図。
【図１５】第４の実施例のイオントラップ型質量分析装
置の概略図。
【図１６】第４の実施例における偏向四重極電極系１１
の棒電極１２を示す図。
【図１７】第４の実施例における偏向四重極電極系１１
の安定領域を示す図。
【図１８】第５の実施例における偏向・質量選択部１０
を示す図。
【図１９】第６の実施例における偏向・質量選択部１０
を示す図。
【図２０】第６の実施例における偏向・質量選択部１０
の他の例を示す図。
【図２１】第７の実施例における偏向・質量選択部１０
を示す図。
【図２２】第７の実施例における偏向・質量選択部１０
の他の例を示す図。
【図２３】第８の実施例における偏向・質量選択部１０
を示す図。
【図２４】第８の実施例における四重極電極系１１の安
定領域を示す図。
【符号の説明】
１…イオン源、２…前処理系、３…イオン化部、４…収
束レンズ系、１０…偏向・質量選択部、５…イオントラ
ップ型質量分析部、６…検出器、７…データ処理部、
８，２０…高周波電圧電源、９…制御部、５１…リング
電極、５２，５３…エンドキャップ電極、５４，５５…
中心口、１１…偏向四重極電極系、１３…四重極電極
系、１２，１４，１５，１６…棒電極、２１…補助交流
電圧電源、３１…減速電極、３２…収束レンズ系、３３
…偏向電極、３４…偏向八重極電極系。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 30/72 Ｇ０１Ｎ 30/72 Ｃ Ｈ０１Ｊ 49/06 Ｈ０１Ｊ 49/06 (72)発明者 中島 文彦 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 加藤 義昭 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 Ｆターム(参考） 5C038 FF07 FF10 JJ02 JJ06 JJ09 JJ11

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】イオンビームを四重極電界によって捕捉
    し、捕捉されたイオンを質量分離するイオントラップ型
    質量分析部とを有するイオントラップ型質量分析装置に
    おいて、 イオン化された試料を含むイオンビームを偏向し、か
    つ、イオンの質量を選択する偏向・質量分離選択部を、
    前記イオントラップ型質量分析部の前段に備え、 前記偏向・質量分離選択部で選択されたイオンを含むイ
    オンビームが前記イオントラップ型質量分析部に供給さ
    れることを特徴とするイオントラップ型質量分析装置。
  2. 【請求項２】前記偏向・質量分離選択部は、４つの棒電
    極を有し、４つの前記棒電極は同じ方向に湾曲している
    ことを特徴とする請求項１のイオントラップ型質量分析
    装置。
  3. 【請求項３】前記棒電極に高周波電圧を印加する高周波
    電源を有することを特徴とする請求項２のイオントラッ
    プ型質量分析装置。
  4. 【請求項４】前記高周波電圧は、高周波電圧と直流電圧
    との重畳電圧であることを特徴とする請求項３のイオン
    トラップ型質量分析装置。
  5. 【請求項５】前記高周波電圧は、周波数の異なる２つの
    高周波電圧の重畳電圧であることを特徴とする請求項３
    のイオントラップ型質量分析装置。
  6. 【請求項６】前記偏向・質量分離選択部は、前記イオン
    ビームを偏向する偏向電極と、 ４つの平行な棒電極とを有することを特徴とする請求項
    １のイオントラップ型質量分析装置。
  7. 【請求項７】前記偏向電極は、湾曲した八重極電極であ
    ることを特徴とする請求項６のイオントラップ型質量分
    析装置。
  8. 【請求項８】前記偏向・質量分離選択部は、４つの平行
    な棒電極を複数組有し、 各組の電極間の中心軸が交差するように、各組が直列に
    配置されたことを特徴とする請求項１のイオントラップ
    型質量分析装置。
  9. 【請求項９】四重極電界によってイオンビームを捕捉す
    る捕獲ステップと、 捕捉されたイオンを質量分離するステップを有するイオ
    ントラップ質量分析方法において、 イオン化された試料を含むイオンビームを偏向し、か
    つ、イオンの質量を選択する偏向選択ステップを有し、 前記偏向選択ステップの後に、前記偏向選択ステップで
    選択された前記イオンを含むイオンビームが、前記捕獲
    ステップで捕獲されることを特徴とするイオントラップ
    質量分析方法。
  10. 【請求項１０】前記偏向選択ステップは、同じ方向に湾
    曲している４つの棒電極に、選択すべきイオンの質量数
    対電荷比に基づいて高周波電圧を印加するステップを有
    し、 前記イオンビームは４つの前記棒電極間を通過すること
    を特徴とする請求項９のイオントラップ質量分析方法。
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