JP2000323090A - イオントラップ型質量分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 質量数の大きな領域でも高い質量数分解能を
実現する。 【解決手段】 リング電極２に印加されるＲＦ電圧値を
パラメータとして、エンドキャップ電極３、４に印加さ
れる補助交流電圧の周波数とそれに対して共鳴振動する
イオンの質量数との関係を予め調べ、所定の分解能を得
るための、質量数、周波数及びＲＦ電圧値の関係を求
め、質量数に対するＲＦ電圧値を校正データとしてメモ
リ１５に格納しておく。分析時に操作部１７より質量数
が指示されると、それに応じた周波数のノッチを有する
広帯域信号をエンドキャップ電極３、４に印加すると共
に、ＲＦ算出部１６でメモリ１５から読み出したデータ
を基に作成された校正曲線を参照して電圧値を求め、リ
ング電極２に印加する。それにより、該質量数を有する
イオンのみがイオントラップ１内に捕捉される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電場によってイオ
ンを閉じ込めるためのイオントラップを備えるイオント
ラップ型質量分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来知られている一般的なイオ
ントラップ型質量分析装置の要部の構成図である。いわ
ゆるイオントラップ１は、内側面が回転１葉双曲面形状
を有する１個の環状のリング電極２と、それを挟むよう
に対向して設けられた、内側面が回転２葉双曲面形状を
有する一対のエンドキャップ電極３、４とを含んで構成
される。上側の第１エンドキャップ電極３に設けられた
開口５の外側には熱電子生成部７が配設されており、こ
の熱電子生成部７から放出された電子が開口５を通過し
てイオントラップ１内部に導入され、試料分子に接触し
てこれをイオン化する。一方、下側の第２エンドキャッ
プ電極４に設けられた開口６の外側には検出器８が配設
されており、該開口６を通してイオントラップ１内から
放出されたイオンを検出するようになっている。

【０００３】ＲＦ電圧発生部１１及び補助交流電圧発生
部１２により、１個のリング電極２と２個のエンドキャ
ップ電極３、４とにそれぞれ適当な電圧を印加すると、
これら電極で囲まれた空間内に電場が形成され、その空
間内で発生したイオンを閉じ込めておくことができる。
通常、リング電極２には１ＭＨｚ程度の周波数のＲＦ電
圧（Ｖ・ｃｏｓωｔ）が印加される。一旦、イオントラ
ップ１内にイオンを捕捉した後にＲＦ電圧を適宜に走査
すると、質量数の相違するイオンが開口６から順次放出
されるので、このイオンを検出器８で検出することによ
り質量スペクトルを得ることができる。

【０００４】また、このイオントラップ質量分析装置で
は、エンドキャップ電極３、４に適当な電圧を印加する
ことによって各種の分析を実現することができる。すな
わち、２個のエンドキャップ電極３、４に逆位相の補助
交流電圧を印加すると、その交流電圧の周波数に応じた
質量数を有するイオンが共鳴して振動し、振動したイオ
ンが開口６を通してイオントラップ１内から排出され
る。これにより、不所望のイオンをイオントラップ１内
から排除することができる。

【０００５】例えば図５（ａ）に示すような、特定の周
波数ｆ0にノッチを持つ周波数特性を有する交流電圧を
エンドキャップ電極３、４に印加すると、そのノッチ周
波数ｆ0に応じた質量数ｍ0を有するイオンのみが共鳴振
動せずにイオントラップ１内に隔離され、他のイオンは
外側に排出される。その結果、図５（ｂ）に示すよう
に、イオントラップ１内には質量数ｍ0近傍のイオンの
みが隔離される。このようにイオンの選別を行った後に
イオントラップ１内にガスを導入し、そのガス分子との
衝突によりイオン（親イオン）を開裂させ、その開裂の
過程で発生する娘イオンを開口６から放出させて検出す
ることにより、いわゆるＭＳ／ＭＳモード分析を行うこ
とができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】例えば上述のように共
鳴振動を利用したイオン選別を行う際には、ノッチ周波
数ｆ0を設定することによって、選別されるイオンの質
量数ｍ0を設定することができる。図６は、ノッチ周波
数と選別されるイオンの質量数との関係を示すグラフで
ある。図６に示す曲線はリング電極２に印加するＲＦ電
圧の振幅値を一定としたときであり、ノッチ周波数と質
量数とはほぼ逆比例に近い関係となっている。

【０００７】イオントラップ型質量分析装置では、通
常、補助交流電圧の周波数は所定の周波数ステップ幅
（例えば１ｋＨｚ）でもって設定が可能になっている。
しかしながら、図６に明らかなように、このノッチ周波
数が大きくなるほど、つまり質量数が小さいほど質量数
分解能は高く、逆にノッチ周波数が小さいほど、つまり
質量数が大きいほど同一周波数ステップ幅に対応する質
量数の変化が粗くなって質量数分解能は低下する。すな
わち、質量数分解能が質量数によって大きく相違してし
まうという問題点がある。また、質量数が大きな領域で
は、ノッチ周波数の誤差に対する質量数の相違が相対的
に大きくなるので、選別される質量数の誤差が大きくな
るという問題もある。

【０００８】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その主たる目的は、質量数の大小
に拘わらず、ほぼ一定の質量数分解能を得ることができ
るイオントラップ型質量分析装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段、及び発明の実施の形態】
上述したように従来のイオントラップ型質量分析装置で
は、リング電極に印加する主交流電圧（ＲＦ電圧）の振
幅値を一定とし、エンドキャップ電極に印加する補助交
流電圧の特定周波数のみを変更することによりイオンの
選別を行っていた。それに対し本発明では、選別するイ
オンの質量数に応じて補助交流電圧の特定周波数を変え
ると同時に主交流電圧の振幅値も変え、それによって質
量数と周波数との関係が一定の分解能に従うようにして
いる。

【００１０】すなわち、本発明に係るイオントラップ型
質量分析装置は、環状のリング電極と、該リング電極を
挟むように配設された一対のエンドキャップ電極とで囲
まれる空間にイオントラップ領域を形成し、特定周波数
を含まない又は特定周波数のみを含むような周波数特性
を有する補助交流電圧を前記エンドキャップ電極に印加
して、共鳴振動によりイオントラップ内でイオンの選別
を行うイオントラップ型質量分析装置において、補助交
流電圧の特定周波数と選別されるイオンの質量数との関
係が所定の質量数分解能を得るものとなるように、その
質量数又は周波数に応じてリング電極に印加する主交流
電圧の振幅値を調整することを特徴としている。

【００１１】ここでイオンの選別とは、或る質量数を有
するイオンのみをイオントラップ内に残す、つまり隔離
する場合と、或る質量数を有するイオンのみをイオント
ラップから排出して他の質量数を有するイオンをイオン
トラップ内に残す場合との、両方を含むものとする。

【００１２】具体的には、上記本発明に係るイオントラ
ップ型質量分析装置は、 a)主交流電圧の振幅値を変化させたときの補助交流電圧
の周波数とそれに対して共鳴振動するイオンの質量数と
の対応関係に基づいて、所定の周波数ステップ幅及び質
量数ステップ幅が得られるような周波数又は質量数と主
交流電圧の振幅値との関係を求めて記憶しておく記憶手
段と、 b)該記憶手段の記憶内容を用いて、所望の質量数又は周
波数に応じた主交流電圧の振幅値を求める電圧算出手段
と、を備える構成とすることができる。

【００１３】すなわち、まず予備的な実験を行って、主
交流電圧の振幅をパラメータとし、補助交流電圧の周波
数とそれにより共鳴振動するイオンの質量数との対応関
係を調べる。そして、その対応関係から、所定の質量数
分解能が得られるように、質量数又は補助交流電圧の周
波数に対する主交流電圧の振幅値を求め、記憶手段に記
憶しておく。例えば所定質量数のイオンをイオントラッ
プ内に隔離する場合には、その質量数に対応したノッチ
周波数を持つ周波数特性を有する補助交流電圧をエンド
キャップ電極に印加すると共に、記憶手段から読み出し
たデータを基に作成した校正線を参照して、その質量数
に対応した振幅値を求めリング電極に印加する。その結
果、所望の質量数を有するイオン以外は共鳴振動してイ
オントラップ外に排出されてしまう。隔離する質量数を
変更すると、それに応じて補助交流電圧の周波数が変更
されると共に主交流電圧の振幅値も調整され、常に分解
能がほぼ一定に維持される。

【００１４】なお、複数個のデータから校正線を作成す
る際には、離間したデータ間を直線、高次曲線又はスプ
ライン関数曲線などによって補間すればよい。

【００１５】

【発明の効果】この発明に係るイオントラップ型質量分
析装置によれば、広い質量数範囲に亘って、イオン隔離
又はイオン励起の質量数分解能をほぼ一定に保つことが
可能となる。また、特に質量数が大きな領域において
も、質量数の誤差が小さくなり、従来よりも正確な分析
が可能となる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例によるイオントラッ
プ型質量分析装置を図１〜図３を参照して説明する。図
１は本実施例によるイオントラップ型質量分析装置の構
成図である。イオントラップ１周辺の構成に関しては、
既に説明した図４のものと同一であるので説明を省略す
る。

【００１７】イオントラップ１内には試料導入部１０か
ら試料導入口９を介して試料分子が導入される。ＲＦ電
圧発生部１１及び補助交流電圧発生部１２は、制御部１
４から供給される制御信号によりそれぞれ所定周波数及
び所定振幅の交流電圧を発生するように制御される。制
御部１４はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成さ
れており、機能的にはＲＦ校正データメモリ１５と、Ｒ
Ｆ算出部１６とを有している。

【００１８】このＲＦ校正データメモリ１５には、予め
実験などにより求められた校正用のデータが格納され
る。その校正データの算出方法は次の通りである。ま
ず、リング電極２に印加されるＲＦ電圧の振幅をパラメ
ータとして、補助交流電圧のノッチ周波数とそのときに
イオントラップ１内に隔離されるイオンの質量数との関
係を調べる。図２はこのような予備実験により得られる
グラフの一例である。このグラフ上で、質量数と周波数
との関係を示す曲線（例えばＬ1）の接線（例えばＬ2）
の傾きが分解能を示す。例えば、周波数のステップ幅が
１ｋＨｚであるときに質量数のステップ幅を１amu（Ato
mic Mass Unit：原子質量単位）とするためには、図２
のグラフで接線の傾きが「−１」となる範囲を利用する
必要がある。この傾きが質量数に拘わらず「−１」とな
るようにするには、動作点が直線Ｌ3上に位置するよう
にＲＦ電圧を各質量数に対して変化させればよいことに
なる。そこで、直線Ｌ3と各曲線との交点の質量数とＲ
Ｆ電圧とを求め、その関係を校正データとして取得す
る。この校正データを図３に示すような横軸を質量数、
縦軸をＲＦ電圧としたグラフ上で示すと離散的な点にな
る。

【００１９】次に、この質量分析装置において分析を行
う際の動作を説明する。例えば前述のように或る特定の
質量数を有するイオンをＭＳ／ＭＳモードで分析したい
場合について説明する。使用者が操作部１７により分析
対象の質量数を入力設定すれると、制御部１４は予め決
められている分解能に応じて補助交流電圧のノッチ周波
数を求める。

【００２０】また、ＲＦ校正データメモリ１５の校正デ
ータが読み出されてＲＦ算出部１６へ送られ、ＲＦ算出
部１６では離散的な校正データの間を二次関数により補
間して図３中の曲線のような校正曲線が算出され、この
校正曲線を参照して、指示された質量数に対応するＲＦ
電圧が求められる。勿論、このような処理は予め決めら
れた計算式に校正データと指示された質量数を代入する
などの方法により求めるようにしてもよい。

【００２１】いずれにしても、補助交流電圧のノッチ周
波数とＲＦ電圧の振幅値とが求まったならば、そのノッ
チ周波数を補助交流電圧発生部１２へと送出すると共
に、ＲＦ電圧値をＲＦ電圧発生部１１に送出する。そし
て、ＲＦ電圧発生部１１はその指示に応じたＲＦ電圧を
発生してリング電極２に印加すると同時に、補助交流電
圧発生部１２はその指示に応じた周波数のノッチを有す
る広帯域信号をエンドキャップ電極３、４に印加する。
これにより、所望の周波数を有するイオンのみが共振振
動を生じずにイオントラップ１内に残る。如何なる質量
数が入力設定された場合でも、上述したような制御によ
り、常に一定の分解能が達成される。

【００２２】なお、特定の質量数を有するイオンのみを
励起する場合も、上記説明と同様にして補助交流電圧の
周波数とＲＦ電圧の振幅値とを求めた後、その振幅値に
応じたＲＦ電圧をリング電極２に印加すると共に、エン
ドキャップ電極３、４には得られた周波数のみを含む交
流電圧を印加すればよい。

【００２３】また、上記実施例は一例であって、本発明
の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行なえることは明らか
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例によるイオントラップ型質
量分析装置の構成図。

【図２】 補助交流電圧のノッチ周波数と選別されるイ
オンの質量数との関係をＲＦ電圧をパラメータとして測
定した結果の一例を示すグラフ。

【図３】 ＲＦ電圧の校正曲線を示す図。

【図４】 一般のイオントラップ型質量分析装置の要部
の構成図。

【図５】 エンドキャップ電極に印加される補助交流電
圧の周波数特性とそのときのイオンの状態を示す図。

【図６】 補助交流電圧のノッチ周波数と選別されるイ
オンの質量数との関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１…イオントラップ ２…リング電極 ３、４…エンドキャップ電極 ５、６…開口 ７…熱電子生成部 ８…検出器 ９…試料導入口 １０…試料導入部 １１…ＲＦ電圧発生部 １２…補助交流電圧発生部 １４…制御部 １５…ＲＦ校正データメモリ １６…ＲＦ算出部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状のリング電極と、該リング電極を挟
   むように配設された一対のエンドキャップ電極とで囲ま
   れる空間にイオントラップ領域を形成し、特定周波数を
   含まない又は特定周波数のみを含むような周波数特性を
   有する補助交流電圧を前記エンドキャップ電極に印加し
   て、共鳴振動によりイオントラップ内でイオンの選別を
   行うイオントラップ型質量分析装置において、補助交流
   電圧の特定周波数と選別されるイオンの質量数との関係
   が所定の質量数分解能を得るものとなるように、その質
   量数又は周波数に応じてリング電極に印加する主交流電
   圧の振幅値を調整することを特徴とするイオントラップ
   型質量分析装置。