JP2000340170A - Mass spectroscope - Google Patents

Mass spectroscope

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JP2000340170A
JP2000340170A JP11149328A JP14932899A JP2000340170A JP 2000340170 A JP2000340170 A JP 2000340170A JP 11149328 A JP11149328 A JP 11149328A JP 14932899 A JP14932899 A JP 14932899A JP 2000340170 A JP2000340170 A JP 2000340170A
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JP
Japan
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ions
ion
ion trap
component
voltage
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JP11149328A
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Japanese (ja)
Inventor
Akihiko Okumura
昭彦 奥村
Tsudoi Hirabayashi
集 平林
Hideaki Koizumi
英明 小泉
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized mass spectroscope capable of sepersensitively measuring a mixed component in a liquid or gaseous sample. SOLUTION: In this mass spectroscope, a quadrupole ion trap type mass spectrometer is used. While only ions of a component A or mixed component containing the ions of the component A are made incident on an ion trap, only the ions of the component A are accumulated by using the ion trap. Then, upon changing over a switch to stop applying an alternating current electric field for accumulating the ions, a DC electric field pointing from an ion inlet 5 to an ion outlet 6 is formed. The accumulated ions are discharged from the ion outlet 6 to be detected by a detector 50.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液体試料または気
体試料中に存在する成分をイオン化して質量分析を行う
分離分析装置に関する。また、液体試料または気体試料
を分離手段を介さずに導入し、液体試料または気体試料
中に存在する成分をイオン化して質量分析を行う分析装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a separation analyzer for ionizing components present in a liquid sample or a gas sample and performing mass spectrometry. The present invention also relates to an analyzer for introducing a liquid sample or a gas sample without using a separation unit, ionizing components present in the liquid sample or the gas sample, and performing mass spectrometry.

【0002】[0002]

【従来の技術】液体試料または気体試料中に存在する混
合成分の分離には、液体クロマトグラフィー(Liquid
Chromatography:LC)やガスクロマトグラフィー(Ga
s Chromatography:GC)、キャピラリー電気泳動法
(Capillary Electrophoresis:CE)などの方法があ
る。これらの分離方法と、物質の同定能力に優れた質量
分析法(Mass Spectrometry:MS)とを結合した分析
法、すなわち液体クロマトグラフィー/質量分析法(Li
quid Chromatography/Mass Spectrometry、以下LC
/MSと省略する)やガスクロマトグラフィー/質量分
析法(Gas Chromatography/Mass Spectrometry、以
下GC/MSと省略する)、キャピラリー電気泳動/質
量分析法(Capillary Electrophoresis/Mass Spectr
ometry、以下CE/MSと省略する)が、多くの分野で
分析に利用されている。
2. Description of the Related Art Liquid chromatography (Liquid chromatography) is used to separate mixed components present in a liquid sample or a gas sample.
Chromatography (LC) and gas chromatography (Ga)
s Chromatography (GC) and Capillary Electrophoresis (CE). An analysis method combining these separation methods and mass spectrometry (MS) having excellent substance identification capability, that is, liquid chromatography / mass spectrometry (Li
quid Chromatography / Mass Spectrometry, LC
/ MS), Gas Chromatography / Mass Spectrometry (hereinafter abbreviated as GC / MS), Capillary Electrophoresis / Mass Spectr
(hereinafter, abbreviated as CE / MS) is used for analysis in many fields.

【0003】LC/MSの代表的な装置では、LCから
流出した液体試料中の成分を、エレクトロスプレー法や
ソニックスプレー法などの大気圧イオン化法を用いてイ
オン化し、四重極イオントラップ(以下、単にイオント
ラップと呼ぶ)型質量分析計に導入して質量分析する。
イオントラップ型質量分析計では、イオンをイオントラ
ップ内に蓄積することができるため、高感度であるとい
う特徴がある。
In a typical LC / MS apparatus, a component in a liquid sample flowing out of an LC is ionized by using an atmospheric pressure ionization method such as an electrospray method or a sonic spray method, and is subjected to a quadrupole ion trap (hereinafter, referred to as a quadrupole ion trap). , Simply referred to as an ion trap) mass spectrometer.
The ion trap mass spectrometer is characterized by high sensitivity because ions can be accumulated in the ion trap.

【0004】イオントラップの原理を簡単に説明してお
く。代表的なイオントラップである回転双曲面型イオン
トラップは、リング電極と二枚のエンドキャップ電極か
ら構成される。二枚のエンドキャップ電極の中心部に
は、イオン導入口およびイオン排出口が開けられてい
る。エンドキャップ電極とリング電極との間には、振幅
Vac、周波数Ωの交流電圧と、直流電圧Vdcが重畳して
印加される。イオントラップに入射したイオンのうち、
後述する安定条件を満たすイオンは、イオントラップの
内部に捕捉され、それ以外のイオンは外部に排出され
る。
[0004] The principle of the ion trap will be briefly described. A rotating hyperboloid ion trap, which is a typical ion trap, includes a ring electrode and two end cap electrodes. At the center of the two end cap electrodes, an ion inlet and an ion outlet are opened. Between the end cap electrode and the ring electrode, an AC voltage having an amplitude Vac and a frequency Ω and a DC voltage Vdc are applied in a superimposed manner. Of the ions incident on the ion trap,
Ions satisfying the stability conditions described later are trapped inside the ion trap, and the other ions are ejected outside.

【0005】図11は、イオンの安定条件を示す図であ
る。リング電極の内径を2r、交流電圧の振動数をΩと
すると、イオンA、Bは、それらの質量数mと価数zと
の比、m/zの値で決まる点(q,a)=(4zeVac
/mr2Ω2,−8zeVdc/mr2Ω2)にそれぞれ対応
する。上記aとqとの間には、a=−2(Vdc/Vac)
qの関係がある。
FIG. 11 is a diagram showing conditions for stabilizing ions. Assuming that the inner diameter of the ring electrode is 2r and the frequency of the AC voltage is Ω, the ions A and B have a point (q, a) determined by the ratio between their mass number m and valence z and the value of m / z = (4zeVac
/ Mr 2 Ω 2 , -8zeVdc / mr 2 Ω 2 ). A = −2 (Vdc / Vac) between the above a and q
There is a relationship of q.

【0006】点(q,a)が図中の網掛けした領域内に
存在する場合には、そのイオンはイオントラップの内部
空間で安定な周期運動を行う。そうでない場合には、イ
オンの運動は不安定であり、やがてイオントラップの外
部に排出される。Vdc=0Vであるときには、直線a=
−2(Vdc/Vac)qはq軸と重なる。この場合、Vac
で決まる特定のm/zより大きなm/zを有するイオン
は安定条件を満たし、イオントラップに捕捉される。以
下では、このようなイオン捕捉モードをマルチイオンモ
ードと呼ぶことにする。これに対して、VdcとVacとを
適当な値に設定すれば、図中の直線1に示したように、
例えば、イオンAのみを捕捉することができる。このよ
うに実質的に1種類のイオンを蓄積するモードを、以下
ではシングルイオンモードと呼ぶことにする。
When the point (q, a) exists in the shaded area in the figure, the ion makes a stable periodic motion in the internal space of the ion trap. Otherwise, the movement of the ions is unstable and is eventually ejected out of the ion trap. When Vdc = 0V, the straight line a =
-2 (Vdc / Vac) q overlaps the q-axis. In this case, Vac
An ion having an m / z larger than a specific m / z determined by the above satisfies the stability condition and is captured by the ion trap. Hereinafter, such an ion trapping mode will be referred to as a multi-ion mode. On the other hand, if Vdc and Vac are set to appropriate values, as shown by the straight line 1 in the figure,
For example, only ion A can be captured. Such a mode in which one kind of ions is substantially accumulated is hereinafter referred to as a single ion mode.

【0007】公知例1(アナリティカルケミストリー、
1991年、63巻、375頁)には、交流電圧の振幅
を走査することにより、蓄積されたイオンを不安定化し
てイオントラップから排出し、排出されるイオンを順次
検出するイオントラップ型質量分析計を用いたLC/M
Sが開示されている。この装置では、マルチイオンモー
ドでイオンを蓄積した後に、交流電圧の振幅を高電圧側
に走査することにより、m/zの小さいものから順に検
出し、質量スペクトルを得ることができる。しかしこの
方法では、蓄積されたイオンの約半数は、イオン導入口
側から排出されて検出器には到達しない。また、電圧を
走査する時点でのイオンの位置や速度ベクトルのばらつ
きのために、検出器への到達時刻にばらつきがある。
Known Example 1 (Analytical Chemistry,
(1991, Vol. 63, p. 375) describes an ion trap type mass spectrometer in which the amplitude of an AC voltage is scanned to destabilize accumulated ions, discharge the ions from an ion trap, and sequentially detect the discharged ions. LC / M using a meter
S is disclosed. In this apparatus, after accumulating ions in the multi-ion mode, the amplitude of the AC voltage is scanned toward the higher voltage side, whereby detection is performed in ascending order of m / z, and a mass spectrum can be obtained. However, in this method, about half of the accumulated ions are discharged from the ion inlet side and do not reach the detector. In addition, there are variations in arrival times at the detector due to variations in ion positions and velocity vectors at the time of voltage scanning.

【0008】これに対して、公知例2(特開平8−32
9882)には、交流電場を用いてイオンを捕捉してい
る状態で、パルス状のDC電場を重畳することにより、
イオンを排出する装置が開示されている。この装置で
は、イオンは一方向に排出されるため、全てのイオンが
検出器に到達する。また、検出器への到達時刻のばらつ
きも少ない。
On the other hand, a known example 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-32)
9882), by superimposing a pulsed DC electric field while capturing ions using an AC electric field,
An apparatus for discharging ions is disclosed. In this device, ions are ejected in one direction, so that all ions reach the detector. Also, there is little variation in arrival times at the detector.

【0009】さらに、公知例3(J. Am. Soc. Mass
Spectrom.誌、1996年、7巻、1009頁)に
は、交流電場の印加を停止すると同時に、パルス状のD
C電場を形成してイオンを排出した後、飛行時間測定を
用いて、排出されたイオンの質量スペクトルを取得す
る、飛行時間型質量分析計が開示されている。この装置
では、公知例2の装置よりも、イオンが検出器に到達す
る時刻のばらつきがさらに少ない。
Further, a known example 3 (J. Am. Soc. Mass)
Spectrom., 1996, Vol. 7, p. 1009) states that the application of an alternating electric field is stopped and the pulsed D
Disclosed is a time-of-flight mass spectrometer that uses a time-of-flight measurement to acquire a mass spectrum of the ejected ions after forming a C electric field and ejecting the ions. In this device, there is less variation in the time at which ions reach the detector than in the device of the known example 2.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】前記公知例1の装置で
は、前記公知例2および3の装置に比べて、排出された
イオンが検出器へ到達する時刻のばらつきが大きく、そ
のためSN比が劣る。一方、前記公知例3の方法では、
公知例1の方法に比べてSN比が高いが、長さ150c
m程度の飛行時間測定部を備えているため装置が大型か
つ高価である。
In the apparatus of the above-mentioned prior art example 1, the time at which the ejected ions reach the detector is larger than that of the apparatuses of the above-mentioned prior art examples 2 and 3, so that the SN ratio is inferior. . On the other hand, in the method of Known Example 3,
Although the SN ratio is higher than that of the method of the known example 1, the length is 150 c
The apparatus is large and expensive because it has a flight time measuring unit of about m.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明では、特定の測定
成分をシングルイオンモードを用いて蓄積した後、公知
例3に開示されているように、交流電場の印加を停止し
てDC電場を形成することにより、イオンを排出して検
出する。この方法では、イオン蓄積時にすでにm/zの
弁別がなされているので、飛行時間測定部は必要としな
い。
According to the present invention, after a specific measurement component is accumulated using a single ion mode, the application of an AC electric field is stopped and the DC electric field is reduced, as disclosed in the prior art 3. By forming, ions are discharged and detected. In this method, since the m / z discrimination has already been performed at the time of ion accumulation, the time-of-flight measurement unit is not required.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1は本発明に基づくイオントラ
ップ型質量分析装置の中心部分の構成と測定シーケンス
の一例を示す。イオントラップはリング電極2と二枚の
エンドキャップ電極3と4で構成される。このイオント
ラップは回転双極面型と呼ばれるものであるが、他の形
状のイオントラップを用いることもできる。50はイオ
ン出射側におかれたイオン検出器である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an example of the configuration of a central portion of a mass spectrometer of the ion trap type according to the present invention and an example of a measurement sequence. The ion trap includes a ring electrode 2 and two end cap electrodes 3 and 4. This ion trap is of a so-called rotary dipole type, but an ion trap of another shape can also be used. 50 is an ion detector located on the ion emission side.

【0013】エンドキャップ電極3と4の中心部には、
それぞれイオン導入口5とイオン排出口6が開けられて
いる。イオントラップのサイズは、リング電極2の内径
が14mm、エンドキャップ電極3と4との距離が14m
m、イオン導入口とイオン排出口の内径がそれぞれ2mm
である。これらのサイズは一例に過ぎない。
At the center of the end cap electrodes 3 and 4,
An ion inlet 5 and an ion outlet 6 are opened, respectively. The size of the ion trap is such that the inner diameter of the ring electrode 2 is 14 mm and the distance between the end cap electrodes 3 and 4 is 14 m.
m, inner diameter of ion inlet and ion outlet is 2mm each
It is. These sizes are only examples.

【0014】ガス管7からダンピングガス(通常、ヘリ
ウムガスを用いる)がイオントラップ内に導入される。
ダンピングガスは、捕捉されたイオンの軌道振幅を減少
させてイオントラップの中心部に軌道を収束させる役割
をもつ。
A damping gas (usually using helium gas) is introduced from the gas pipe 7 into the ion trap.
The damping gas has a role of reducing the orbital amplitude of the captured ions and converging the orbit to the center of the ion trap.

【0015】イオン蓄積時は、リング電極2に交流電圧
と直流電圧が重畳して印加され、エンドキャップ電極3
と4は0V(アース電位)に保たれる。イオン排出時
は、スイッチ10を切り換えることにより、リング電極
2に直流電圧V1が、エンドキャップ電極3には直流電
圧V2が印加される。検出するイオンが正イオンの場
合、V2>V1>0であり、負イオンの場合には、V2
<V1<0である。通常、V2はV1の2倍であるが、
必ずしもそうでなくてもよい。V2の絶対値は、例え
ば、300Vである。この電圧値が大きすぎるとイオン
が加速されすぎ、ダンピングガスとの衝突によりイオン
が解離する確率が高くなる。
When accumulating ions, an AC voltage and a DC voltage are applied to the ring electrode 2 in a superimposed manner.
And 4 are maintained at 0V (ground potential). When the ions are ejected, the switch 10 is switched so that the DC voltage V1 is applied to the ring electrode 2 and the DC voltage V2 is applied to the end cap electrode 3. When the ions to be detected are positive ions, V2>V1> 0, and when the ions to be detected are negative ions, V2>V1> 0.
<V1 <0. Usually, V2 is twice V1.
This need not be the case. The absolute value of V2 is, for example, 300V. If the voltage value is too large, the ions are accelerated too much, and the probability of dissociation of the ions due to collision with the damping gas increases.

【0016】各電極への電圧印加の方法と電圧切換を行
うための制御方法は、ここで示した方法に限定されず、
イオン蓄積用の交流電場とイオン排出用のDC電場との
切換えを実施できればよい。
The method of applying a voltage to each electrode and the control method for switching the voltage are not limited to the methods shown here.
It is only necessary to be able to switch between an AC electric field for accumulating ions and a DC electric field for discharging ions.

【0017】成分Aを含む混合成分または成分Aのみが
質量分析計内に入射している間、リング電極2に印加す
る直流電圧VdcとVacを、図11に例示した直線1のよ
うに、成分Aのみを捕捉するシングルイオンモードの条
件に設定する。この条件で一定時間イオンを蓄積した後
に、交流電場の印加を停止し、イオントラップ内にDC
電場を形成し、イオントラップからイオンを排出し、そ
のイオンを検出器50で検出する。
While the mixed component including the component A or only the component A is incident on the mass spectrometer, the DC voltages Vdc and Vac applied to the ring electrode 2 are changed as shown by a straight line 1 in FIG. The condition of the single ion mode for capturing only A is set. After accumulating ions for a certain period of time under these conditions, the application of the AC electric field is stopped, and the DC
An electric field is formed, ions are ejected from the ion trap, and the ions are detected by the detector 50.

【0018】交流電圧の振幅を走査してイオンを排出す
る方式(以下では、交流電圧走査方式と呼ぶ)でイオン
を排出する場合には、捕捉されていたイオンは、イオン
トラップの中心部を中心にしてz方向に往復運動しなが
ら、次第に振幅が大きくなり、やがてイオン排出口(ま
たはイオン導入口)を通過して排出される。この場合、
イオンの速度は、中心部付近で最も速く、イオン排出口
またはイオン導入口の付近ではz方向の速度が0であ
る。そのため、イオン排出口とイオン導入口では、イオ
ンの運動は、電場の湾曲の影響を受けてリング電極の内
径方向に曲がりやすく、排出されるイオンビームが大き
く発散してしまう。
When ions are ejected by scanning the amplitude of the AC voltage to eject ions (hereinafter, referred to as an AC voltage scanning method), the trapped ions are centered on the center of the ion trap. While reciprocating in the z-direction, the amplitude gradually increases, and is eventually discharged through the ion discharge port (or ion introduction port). in this case,
The velocity of the ions is highest near the center, and the velocity in the z direction is zero near the ion outlet or ion inlet. Therefore, at the ion discharge port and the ion introduction port, the movement of ions is likely to bend in the inner diameter direction of the ring electrode under the influence of the curvature of the electric field, and the discharged ion beam diverges greatly.

【0019】従来装置では、イオン導入口とイオン排出
口の電場の歪みを少なくするために、通常、イオン導入
口とイオン排出口にはメッシュ状の電極が張られてい
る。上記メッシュとしては、例えば、タングステンなど
の金属線を縦横に等間隔に配置したものや、金属板をエ
ッチングして微小な穴を密に開けたものが用いられる。
In the conventional apparatus, mesh-shaped electrodes are usually provided on the ion introduction port and the ion discharge port in order to reduce the distortion of the electric field between the ion introduction port and the ion discharge port. As the mesh, for example, a mesh in which metal lines such as tungsten are arranged vertically and horizontally at equal intervals, or a mesh in which minute holes are densely formed by etching a metal plate are used.

【0020】これに対して、本発明の方式では、排出さ
れるイオンは、次第に速度を増し、イオン排出口におい
て最大速度になる。従って、イオン排出口での電場の湾
曲の影響は少なく、そのため、メッシュは必ずしも必要
ではない利点がある。
On the other hand, in the method of the present invention, the ejected ions gradually increase in speed and reach the maximum speed at the ion outlet. Therefore, the effect of the electric field curvature at the ion outlet is small, and therefore, there is an advantage that a mesh is not necessarily required.

【0021】図2は、交流電圧走査方式を用いた場合の
検出器出力のシミュレーション結果を示す。図3に、上
記シミュレーションに用いた回転双曲面型イオントラッ
プのサイズを示した。リング電極2の内径は14mm、二
枚のエンドキャップ電極3と4の間の距離は14mm、イ
オン導入口とイオン排出口は2mm径であり、メッシュ状
電極が張られているとした。ただし、シミュレーション
上では、メッシュ状電極を透過率100%の電極に置き
換えており、従って、開口部での電場の湾曲は無視して
いる。
FIG. 2 shows a simulation result of the detector output when the AC voltage scanning method is used. FIG. 3 shows the size of the rotating hyperboloid ion trap used in the above simulation. The inner diameter of the ring electrode 2 was 14 mm, the distance between the two end cap electrodes 3 and 4 was 14 mm, the diameter of the ion inlet and the outlet of the ion was 2 mm, and mesh electrodes were provided. However, in the simulation, the mesh electrode is replaced with an electrode having a transmittance of 100%, and thus, the curvature of the electric field at the opening is ignored.

【0022】リング電極2に周波数800kHz、振幅
Vacの交流電圧を印加し、図3に示したa〜dの4点の
うちの1点にm/z=1000、初期エネルギ0のイオ
ンを配置し、イオントラップ外に上記イオンを出射し、
イオントラップから100mm離れた検出器(図示せず)
に到達するまでの時間を計算した。これをa〜dの各点
につきそれぞれ100回行い、グラフ化した。
An AC voltage having a frequency of 800 kHz and an amplitude of Vac is applied to the ring electrode 2, and ions having m / z = 1000 and an initial energy of 0 are arranged at one of four points a to d shown in FIG. Emitting the above ions out of the ion trap,
Detector 100mm away from ion trap (not shown)
The time to reach was calculated. This was performed 100 times for each of the points a to d, and graphed.

【0023】上記図2は、Vac=3000Vの場合の結
果を示す。この図から、イオンが検出器に到達し始めて
から全てのイオンが到達し終わるまでの時間(以下、出
射時間と呼ぶ)は約10マイクロ秒であることがわか
る。Vacを小さくすると、出射時間は次第に長くなり、
例えばVac=2652Vでは600マイクロ秒程度にな
る。Vacがさらに小さくなると、安定条件を満たすよう
になり、イオンは捕捉されたまま出射しなくなる。一
方、Vacを大きくすると、例えばVac=4000Vで
は、出射時間は約7マイクロ秒に短縮される。しかし電
極に衝突して検出器に到達しないイオンが全体の約1割
を占める。従って、交流電圧走査方式では、イオンの出
射時間は短くても10マイクロ秒程度と考えられる。な
お、交流電圧走査方式では、出射時間の最小値は原理的
にm/zに依存しない。また、初期エネルギを考慮して
も出射時間はほとんど変化しなかった。
FIG. 2 shows the result when Vac = 3000V. From this figure, it can be seen that the time from when the ions start to reach the detector to when all the ions have finished arriving (hereinafter, referred to as emission time) is about 10 microseconds. When Vac is reduced, the emission time gradually increases,
For example, when Vac = 2652V, it is about 600 microseconds. When Vac is further reduced, the stability condition is satisfied, and ions are not emitted while being trapped. On the other hand, when Vac is increased, for example, when Vac = 4000 V, the emission time is reduced to about 7 microseconds. However, ions that do not reach the detector after colliding with the electrodes account for about 10% of the total. Therefore, in the AC voltage scanning method, it is considered that the ion emission time is as short as about 10 microseconds. In the AC voltage scanning method, the minimum value of the emission time does not depend on m / z in principle. The emission time hardly changed even when the initial energy was taken into consideration.

【0024】図4は、本発明の方式でのイオンの出射時
間の計算結果を示す。出射時間は、イオントラップの内
部空間に均一な傾斜電場を形成した状態で、図3のb点
とe点に初期エネルギ0のイオンを置き、両者の検出器
への到達時刻の差として求めた。検出面の位置はイオン
トラップから100mmとした。図4から、例えばm/z
=1000のイオンでは、エンドキャップ電極間の電圧
が300Vの場合に、出射時間は約1.1マイクロ秒で
あり、交流電圧走査方式の場合の約10分の1であるこ
とがわかる。出射時間はエンドキャップ電極間電圧に依
存し、電圧を小さくすると出射時間が長くなるが、例え
ば、150Vの場合でも出射時間は約1.6マイクロ秒
であり、交流電圧走査方式の5分の1以下である。
FIG. 4 shows the calculation result of the ion emission time in the method of the present invention. The emission time was determined as the difference between the arrival times of the ions at the initial energy of 0 at points b and e in FIG. 3 with a uniform gradient electric field formed in the internal space of the ion trap. . The position of the detection surface was 100 mm from the ion trap. From FIG. 4, for example, m / z
It can be seen that, for ions of = 1000, when the voltage between the end cap electrodes is 300 V, the emission time is about 1.1 microseconds, which is about 1/10 of that in the case of the AC voltage scanning method. The emission time depends on the voltage between the end cap electrodes. If the voltage is reduced, the emission time becomes longer. For example, even at 150 V, the emission time is about 1.6 microseconds, which is one fifth of the AC voltage scanning method. It is as follows.

【0025】イオンの初期エネルギの大きさは、イオン
トラップ内部の温度が200℃程度であることから、1
00meV程度と見積もられる。初期エネルギのばらつ
きが±100meVであるとき、出射時間は20〜30
%程度しか増加しない。
Since the temperature inside the ion trap is about 200 ° C., the initial energy of ions is 1
It is estimated to be about 00 meV. When the variation of the initial energy is ± 100 meV, the emission time is 20 to 30.
Only increase by about%.

【0026】出射時間は、交流電圧走査方式とは異な
り、m/zに大きく依存し、m/zが大きいほど出射時
間が長くなる。しかしながら、交流電圧走査方式では、
測定可能なm/zの上限(マスレンジ)は2000程度
であり、このマスレンジでは本発明の方式の方が交流電
圧走査方式よりも出射時間が短い。
The emission time is different from the AC voltage scanning method and largely depends on m / z. The emission time becomes longer as m / z is larger. However, in the AC voltage scanning method,
The upper limit (mass range) of the measurable m / z is about 2000, and in this mass range, the emission time of the method of the present invention is shorter than that of the AC voltage scanning method.

【0027】図5は、本発明の方式でのイオンの出射時
間の検出器の位置に対する依存性の計算結果を示す。図
には、エンドキャップ電極間電圧=300V,m/z=
1000、初期エネルギ=0の場合について示した。図
5から、検出器位置が約13mmのときに出射時間は最小
値0になる。以降、出射時間が0となる検出器位置を空
間収束面と呼ぶことにする。検出器位置を空間収束面に
合わせれば、出射時間をほぼ0にすることができ、現実
的な出射時間を初期エネルギのばらつきに起因する約3
00ナノ秒まで短縮することができる。これに対して、
交流電圧走査方式の場合には、シミュレーションの結果
から、検出器の位置の違いは出射時間に殆ど影響しない
ことが分かった。
FIG. 5 shows a calculation result of the dependence of the ion emission time on the position of the detector in the method of the present invention. In the figure, the voltage between the end cap electrodes = 300 V, m / z =
The case of 1000 and initial energy = 0 is shown. From FIG. 5, the emission time has a minimum value of 0 when the detector position is about 13 mm. Hereinafter, the detector position at which the emission time becomes 0 will be referred to as a spatial convergence surface. If the detector position is adjusted to the spatial convergence plane, the emission time can be made almost zero, and the actual emission time can be reduced to about 3 due to the dispersion of the initial energy.
It can be reduced to 00 nanoseconds. On the contrary,
In the case of the AC voltage scanning method, it was found from the results of the simulation that the difference in the position of the detector hardly affected the emission time.

【0028】従って、本発明の方式では、出射時間を交
流電圧走査方式の約3%程度にすることが可能である。
さらに、交流電圧走査方式では、蓄積したイオンの約半
数がイオン導入口から排出されることを加味すれば、本
発明の方式では、交流電圧走査方式の約60倍の検出感
度が達成される。
Therefore, according to the method of the present invention, the emission time can be set to about 3% of that of the AC voltage scanning method.
Further, in consideration of the fact that about half of the accumulated ions are discharged from the ion inlet in the AC voltage scanning method, the method of the present invention achieves a detection sensitivity about 60 times that of the AC voltage scanning method.

【0029】ところで、イオン検出用に通常用いられる
マルチチャンネルプレート(MCP)には、通常、3キ
ロボルト程度の高電圧が印加される。そのため、真空度
が低いと、放電により正常に動作しない問題がある。通
常、イオントラップの内部の真空度は、イオンの捕捉お
よび軌道振幅の収束を行うのに必要な10-3Torr程度に
設定される。イオントラップ外部の真空度は、MCPを
動作させるのに必要な10-5〜10-6Torr程度に維持さ
れるが、イオン排出口に近いほど真空度が低下する。そ
のため、現実的には検出器をイオントラップから13mm
の距離に置くことはできない。そこで通常は、イオント
ラップと検出器との間に加速電場を設けて、よく知られ
た二段加速法の原理を用いることにより、空間収束面を
真空度が十分に高い位置、例えば、イオントラップから
50〜100mm離れた位置に形成し、その位置に検出器
が配置される。
Incidentally, a high voltage of about 3 kilovolts is normally applied to a multi-channel plate (MCP) usually used for ion detection. Therefore, when the degree of vacuum is low, there is a problem that normal operation is not performed due to discharge. Usually, the degree of vacuum inside the ion trap is set to about 10 -3 Torr which is necessary for capturing ions and converging the orbital amplitude. The degree of vacuum outside the ion trap is maintained at about 10 -5 to 10 -6 Torr, which is necessary for operating the MCP. However, the degree of vacuum decreases closer to the ion outlet. Therefore, in reality, the detector is 13 mm from the ion trap.
Can not be placed at a distance of Therefore, usually, an accelerating electric field is provided between the ion trap and the detector, and the well-known principle of the two-stage acceleration method is used to bring the space converging surface to a position where the degree of vacuum is sufficiently high, for example, an ion trap. Is formed at a position 50 to 100 mm away from the sensor, and a detector is arranged at that position.

【0030】図6は、平板電極で構成されたイオントラ
ップを用い、二段加速法を用いるイオントラップ型質量
分析計の一部分の構成を示した。イオントラップ31
は、二枚のエンドキャップ電極34と35および二枚の
リング電極32と33で構成される。リング電極32と
33は、厚さ0.5mm程度の円盤状の電極である。エン
ドキャップ電極34と35は、厚さ0.5mm程度の円盤
状の電極の中心に、それぞれイオン導入口とイオン排出
口として2mm程度の穴を開けたものである。
FIG. 6 shows the configuration of a part of an ion trap type mass spectrometer using a two-stage acceleration method using an ion trap composed of plate electrodes. Ion trap 31
Is composed of two end cap electrodes 34 and 35 and two ring electrodes 32 and 33. The ring electrodes 32 and 33 are disk-shaped electrodes having a thickness of about 0.5 mm. The end cap electrodes 34 and 35 are formed by making holes of about 2 mm as an ion introduction port and an ion discharge port at the center of a disk-shaped electrode having a thickness of about 0.5 mm.

【0031】イオン捕捉モードでは、二枚のリング電極
32と33は同電位であり、直流電圧と交流電圧が重畳
して印加される。イオン排出モードでは、エンドキャッ
プ電極34、リング電極32、リング電極33およびエ
ンドキャップ電極35には、それぞれ電圧V1、V2、
V3、V4(V1>V2>V3>V4またはV1<V2
<V3<V4)が印加される。
In the ion trapping mode, the two ring electrodes 32 and 33 have the same potential, and a DC voltage and an AC voltage are applied in a superimposed manner. In the ion discharge mode, the end cap electrode 34, the ring electrode 32, the ring electrode 33, and the end cap electrode 35 have voltages V1, V2,
V3, V4 (V1>V2>V3> V4 or V1 <V2
<V3 <V4) is applied.

【0032】イオントラップ後段には加速電場を形成す
るための、平板リング状の加速電極36〜38が並べら
れる。イオントラップ内の傾斜電場(加速電場)と後段
の加速電場の電場の大きさが同一になるようにイオント
ラップおよび加速電極への印加電圧値を設定すると、両
端の電極を除いてリング部分での電場の湾曲をなくすこ
とができる。
At the subsequent stage of the ion trap, plate-shaped accelerating electrodes 36 to 38 for forming an accelerating electric field are arranged. When the voltage applied to the ion trap and the accelerating electrode is set so that the magnitude of the electric field of the gradient electric field (accelerating electric field) in the ion trap and the electric field of the accelerating electric field in the subsequent stage are the same, the voltage in the ring part except for the electrodes at both ends is obtained. The curvature of the electric field can be eliminated.

【0033】例えば、二枚のエンドキャップ電極間の距
離を14mm、加速電場の長さを14mmとし、イオントラ
ップ内の傾斜電場と後段の加速電場がそれぞれ均一であ
り、かつ両者の電場の大きさが同一になるようにイオン
トラップおよび加速電極への印加電圧値を設定すると、
空間収束面はイオントラップの出口から約56mmの位置
に形成される。円盤型イオントラップを用いると、イオ
ントラップ内および後段の加速領域に均一な電場を形成
することができる利点がある。そのため、回転双極面型
イオントラップを用いる場合に比べて、より良好な空間
収束を実現でき、従って、計算値により近い出射時間を
実現できる。なお、加速電極は3枚とは限らない。
For example, the distance between the two end cap electrodes is 14 mm, the length of the accelerating electric field is 14 mm, the inclined electric field and the subsequent accelerating electric field in the ion trap are uniform, and the magnitude of both electric fields is When the applied voltage value to the ion trap and the accelerating electrode is set so that
The space focusing surface is formed at a position about 56 mm from the outlet of the ion trap. The use of a disk-type ion trap has the advantage that a uniform electric field can be formed in the ion trap and in the subsequent acceleration region. Therefore, better spatial convergence can be realized as compared with the case of using a rotating dipole surface ion trap, and therefore, an emission time closer to the calculated value can be realized. Note that the number of accelerating electrodes is not limited to three.

【0034】図7は、本発明に基づくLC/MSの装置
構成を示す。LC41から流出した液体は、配管42を
通ってイオン源43に導入される。ここで液滴内に存在
する成分のイオンが生成される。イオン源43では、例
えば、エレクトロスプレー法やソニックスプレー法など
の大気圧イオン化法が用いられる。生成したイオンは、
真空槽44内に導入され、加速電極45、収束電極4
6、偏向電極47、ゲート電極48を通過して、イオン
トラップ1に導入される。
FIG. 7 shows the configuration of an LC / MS device according to the present invention. The liquid flowing out of the LC 41 is introduced into the ion source 43 through the pipe 42. Here, ions of the components present in the droplet are generated. In the ion source 43, for example, an atmospheric pressure ionization method such as an electrospray method or a sonic spray method is used. The generated ions are
Introduced into the vacuum chamber 44, the accelerating electrode 45, the focusing electrode 4
6. The light passes through the deflection electrode 47 and the gate electrode 48 and is introduced into the ion trap 1.

【0035】イオントラップ1から排出されたイオン
は、ゲート電極49を通過して検出器50により検出さ
れる。真空槽44は、差動排気部51と分析部52に分
かれており、それぞれ真空ポンプ53と54により排気
される。イオントラップ1の内部は通常10-3Torr程度
の真空度に維持される。分析部52内の検出器50の周
囲の真空度は、検出器50を安定に動作させる必要か
ら、10-5〜10-6Torr程度に制御される。
The ions discharged from the ion trap 1 pass through the gate electrode 49 and are detected by the detector 50. The vacuum chamber 44 is divided into a differential evacuation unit 51 and an analysis unit 52, and is evacuated by vacuum pumps 53 and 54, respectively. The inside of the ion trap 1 is usually maintained at a vacuum degree of about 10 -3 Torr. The degree of vacuum around the detector 50 in the analyzer 52 is controlled to about 10 -5 to 10 -6 Torr because the detector 50 needs to operate stably.

【0036】イオン捕捉モードからイオン排出モードへ
の切換時間、すなわち交流電場が停止されてから傾斜電
場が完全に立ち上がるまでの時間が長いほど、イオンの
位置のばらつきが大きくなるため、イオンの出射時間が
長くなる。傾斜電場用の直流電圧の立ち上がり時間とし
ては、1マイクロ秒程度は比較的容易に実現できる。立
ち上がり時間が0の理想的な場合の出射時間に対して、
立ち上がり時間が1マイクロ秒の場合には、出射時間の
増加分は数%程度に過ぎず、あまり深刻な影響は与えな
い。この立ち上がり時間の下限値は、主としてイオント
ラップやその周囲の電極を含む電気回路系の容量成分の
大きさにより決まるが、10ナノ秒程度は技術的に実現
可能である。
The longer the switching time from the ion trapping mode to the ion discharging mode, that is, the longer the time from the stop of the AC electric field to the complete rise of the gradient electric field, the greater the variation in the position of the ions. Becomes longer. A rise time of the DC voltage for the gradient electric field of about 1 microsecond can be realized relatively easily. For the emission time in the ideal case where the rise time is 0,
When the rise time is 1 microsecond, the increase in the emission time is only about several percent, and does not have a serious effect. The lower limit of the rise time is mainly determined by the size of the capacitance component of the electric circuit system including the ion trap and the electrodes around the ion trap, but about 10 nanoseconds can be technically realized.

【0037】図8は、イオントラップの各電極と入口側
および出口側ゲート電極への電圧印加のタイムシーケン
スを示す。入口側ゲート電極の役割は、イオン捕捉モー
ドでは、イオンを通過させてイオントラップ内へイオン
を導入し、イオン排出モードでは、イオンの通過を阻止
してノイズを低減することである。
FIG. 8 shows a time sequence of voltage application to each electrode of the ion trap and the entrance and exit gate electrodes. The role of the entrance-side gate electrode is to pass ions into the ion trap and introduce them into the ion trap in the ion trapping mode, and to block noise in the ion discharge mode to reduce noise.

【0038】出口側ゲート電極は、加速電極の一部を代
用する。出口側ゲート電極の役割は、イオン捕捉モード
では、イオンの通過を阻止し、捕捉条件を満たさないイ
オンが検出器に到達して、検出器が飽和したり、汚れた
りすることを防ぐことであり、イオン排出モードでは、
加速電極の一部として機能する。イオン捕捉モードから
イオン排出モードへ切り換える直前に、適当な時間だ
け、入口側ゲート電極によってイオンの通過を止めて、
捕捉条件を満たさないイオン、すなわちノイズ成分を、
イオントラップ内およびイオントラップと検出器との間
の空間から排除することにより、ノイズを低減すること
ができる。
The exit side gate electrode substitutes a part of the acceleration electrode. The role of the exit-side gate electrode is to prevent the passage of ions in the ion trapping mode and prevent ions that do not satisfy the trapping condition from reaching the detector, thereby saturating or fouling the detector. , In ion ejection mode,
Functions as a part of the acceleration electrode. Immediately before switching from the ion trapping mode to the ion discharging mode, the passage of ions is stopped by the entrance side gate electrode for an appropriate time,
Ions that do not satisfy the capture conditions, that is, noise components,
Noise can be reduced by exclusion from the space within the ion trap and between the ion trap and the detector.

【0039】イオン捕捉モードの時間をTt、イオン排
出モードの時間をTd、試料溶液中の目的成分の濃度を
C、試料の流量をF、目的成分がイオントラップに捕捉
される割合をP1、捕捉されたイオンが検出器に到達す
る割合をP2とすると、イオントラップに蓄積されるイ
オン量Ntは、Nt=C・F・Tt・P1、検出できる
イオン量Ndは、Nd=Nt・P2で表される。LCで
は、各成分ピークの半値幅は数秒程度であるため、ピー
ク形状を再現して良好な定量性を確保するためには、T
tを1秒程度以下にする必要がある。
The time in the ion trapping mode is Tt, the time in the ion discharge mode is Td, the concentration of the target component in the sample solution is C, the flow rate of the sample is F, and the ratio at which the target component is trapped in the ion trap is P1, Assuming that the rate at which the detected ions reach the detector is P2, the amount of ions Nt accumulated in the ion trap is expressed as Nt = C · F · Tt · P1, and the amount of ions Nd that can be detected is expressed as Nd = Nt · P2. Is done. In LC, since the half width of each component peak is about several seconds, in order to reproduce the peak shape and secure good quantitative performance, T
It is necessary to set t to about 1 second or less.

【0040】ところで、Ttが短い領域ではNdはTt
に比例するため、Ttが長いほど感度がよくなるが、T
tがある程度以上に長くなるとNdが飽和してしまう問
題がある。これは、蓄積されるイオン量が増えすぎて、
イオン排出口の口径よりもイオンの空間分布が大きくな
ってしまうためである。通常2〜3mmであるイオン導入
口とイオン排出口の口径を大きくすれば、NtやNdを
大きくすることができるが、現実には、口径が大きくな
ると検出器周辺の真空度が低下し、検出器の動作に支障
をきたす問題がある。
By the way, in the region where Tt is short, Nd is Tt.
, The longer the Tt, the better the sensitivity.
If t becomes longer than a certain level, there is a problem that Nd is saturated. This is because the amount of accumulated ions is too high,
This is because the spatial distribution of ions becomes larger than the diameter of the ion outlet. Nt and Nd can be increased by increasing the diameter of the ion inlet and the ion outlet, which are usually 2 to 3 mm, but in reality, when the diameter increases, the degree of vacuum around the detector decreases, and There is a problem that interferes with the operation of the container.

【0041】Ndが飽和する条件では、測定の定量性が
損なわれる問題がある。そのため、CやFの大きさに応
じて、Ndが飽和しないような範囲において、できるだ
けTtを大きく設定することが重要である。一方、Td
は、測定対象成分のm/zや、検出器の位置、加速電圧
値によるが、1ミリ秒あれば十分である。例えば、検出
器の位置がイオントラップから比較的離れた100mmの
位置にあり、傾斜電場用の電圧が比較的小さな150V
の場合でも、m/z=1000のイオンが検出器に到達
するまでの時間は50マイクロ秒程度に過ぎない。
Under the condition where Nd is saturated, there is a problem that the quantitativeness of measurement is impaired. Therefore, it is important to set Tt as large as possible in a range where Nd does not saturate according to the size of C or F. On the other hand, Td
Depends on the m / z of the component to be measured, the position of the detector, and the acceleration voltage value, but 1 ms is sufficient. For example, the position of the detector is relatively 100 mm away from the ion trap, and the voltage for the gradient electric field is 150 V, which is relatively small.
In this case, the time required for ions of m / z = 1000 to reach the detector is only about 50 microseconds.

【0042】LCでは、各成分ピークの半値幅は、通常
数秒から十数秒である。そのため、ピーク形状を正確に
再現するのに必要なデータ取得間隔は、1秒程度以下で
ある。このデータ取得間隔に比して、Ttが短い場合に
は、積算によりSN比を向上することができる。例え
ば、データ間隔が1秒で、イオントラップの運転周期が
100ミリ秒である場合には、10回の測定値を積算す
ることにより、SN比を√10倍に向上することができ
る。
In the LC, the half width of each component peak is usually several seconds to several tens of seconds. Therefore, the data acquisition interval required to accurately reproduce the peak shape is about 1 second or less. When Tt is shorter than this data acquisition interval, the SN ratio can be improved by integration. For example, when the data interval is 1 second and the operation cycle of the ion trap is 100 milliseconds, the SN ratio can be improved to √10 times by integrating 10 measured values.

【0043】本発明のLC/MSを用いて、河川水中に
含まれる農薬の一斉分析を行う場合の、装置の運転方法
について説明する。説明を簡単にするために、河川水中
に含まれる農薬は、LCで分離可能なA、Bの2種類の
みであるとする。ライブラリサーチか予備実験によっ
て、予めAとBの保持時間、AおよびBから生成するそ
れぞれのイオンのm/zと検量線を求めておく。
A method of operating the apparatus when performing simultaneous analysis of pesticides contained in river water using the LC / MS of the present invention will be described. For the sake of simplicity, it is assumed that there are only two types of pesticides A and B that can be separated by LC in the river water. The retention time of A and B, the m / z of each ion generated from A and B, and the calibration curve are obtained in advance by library search or preliminary experiment.

【0044】LCの移動相には、水(純水)とメタノー
ルを等量ずつ混合した水/メタノールを用いる。この場
合、移動相由来の成分イオンのm/zは数10以下であ
り、一方、現在使用されている農薬のm/zは100〜
400の間に存在する。そのため、イオントラップは農
薬A、Bを捕捉するが、移動相由来の成分イオンは捕捉
しないマルチイオンモードに設定することができる。こ
の方法では、測定できるイオンのm/zの値には、原理
上の上限がない。従って、交流電圧走査方式では測定不
可能なm/z=2000程度を大きく越える成分でも測
定可能である。
As the mobile phase of LC, water / methanol obtained by mixing water (pure water) and methanol in equal amounts is used. In this case, the m / z of the component ions derived from the mobile phase is several tens or less, while the m / z of the currently used pesticide is 100 to 100.
There are between 400. Therefore, the ion trap can be set to the multi-ion mode in which the pesticides A and B are captured, but the component ions derived from the mobile phase are not captured. In this method, there is no theoretical upper limit for the m / z value of an ion that can be measured. Therefore, it is possible to measure even a component exceeding m / z = 2000 which cannot be measured by the AC voltage scanning method.

【0045】農薬A、Bが溶出する間、それぞれA、B
のみを捕捉するシングルイオンモードに設定することも
できる。このようにすると、測定成分以外のノイズイオ
ンの蓄積を大幅に低減することができる。また、農薬A
(またはB)とm/zは異なるが、LCでは分離されな
い成分が試料中に存在する場合にも、この運転方法が有
効である。
While the pesticides A and B are eluted, A and B respectively
It is also possible to set a single ion mode in which only the ions are captured. In this way, accumulation of noise ions other than the measurement component can be significantly reduced. Agrochemical A
This operating method is also effective when there is a component in the sample that differs in m / z from (or B) but is not separated by LC.

【0046】農薬以外の成分を測定する場合では、測定
対象である成分イオンのm/zよりも移動相由来のイオ
ンのm/zが大きい場合がある。この場合には、上述し
たシングルイオンモードを利用する運転方法を用いるこ
とにより、移動相由来のイオンを除外することができる
ため、SN比を大幅に向上することができる。
When measuring components other than pesticides, the m / z of ions derived from the mobile phase may be larger than the m / z of component ions to be measured. In this case, by using the above-described operation method using the single ion mode, ions derived from the mobile phase can be excluded, so that the SN ratio can be significantly improved.

【0047】農薬などの既知物質を測定する場合には、
LCでの各成分の溶出時間が予め分かっているので、各
成分が溶出する間を除く時間は、入口側ゲート電極を用
いてイオンの通過を阻止することにより、イオントラッ
プおよび検出器の汚れを低減することができる。
When measuring a known substance such as a pesticide,
Since the elution time of each component in the LC is known in advance, the time except for the time when each component is eluted is prevented by using the entrance-side gate electrode to prevent the passage of ions, thereby preventing contamination of the ion trap and the detector. Can be reduced.

【0048】試料中にLCでは分離されない複数の成分
が存在する場合、あるいは、複数成分を含む試料をLC
などで分離することなしに質量分析するような場合の運
転方法について以下に説明する。
When a sample contains a plurality of components that cannot be separated by LC, or when a sample containing a plurality of components is
An operation method in the case of performing mass spectrometry without separation by, for example, will be described below.

【0049】LCで互いに分離されない成分数がnであ
るとき、蓄積時間をn分割し、各成分をそれぞれシング
ルイオンモードにより測定する。このような運転モード
を時分割モードと呼ぶことにする。これに対して、交流
電圧走査方式、すなわちマルチイオンモードで複数のイ
オンを同時に蓄積した後、交流電圧の振幅Vacを走査し
てマススペクトルを測定するモードを利用することもで
きる。
When the number of components that are not separated from each other by LC is n, the accumulation time is divided by n, and each component is measured in the single ion mode. Such an operation mode is called a time division mode. On the other hand, an AC voltage scanning method, that is, a mode in which a plurality of ions are simultaneously accumulated in the multi-ion mode, and then the mass spectrum is measured by scanning the amplitude Vac of the AC voltage can be used.

【0050】以下では、上記時分割モードと交流電圧走
査方式との感度比較について説明する。なお、前述した
ように、イオンの出射時間の違いのために、時分割モー
ドでは交流電圧走査方式よりも数10倍高いSN比を有
するが、以下の説明では、それ以外の要因によるSN比
の比較について述べる。
The sensitivity comparison between the time division mode and the AC voltage scanning method will be described below. As described above, the time division mode has an SN ratio several tens of times higher than that of the AC voltage scanning method due to the difference in ion emission time. However, in the following description, the SN ratio due to other factors will be described. The comparison will be described.

【0051】測定成分数がnである場合、時分割モード
では、各成分の蓄積時間が交流電圧走査方式のn分の1
であるため、単純に考えると、SN比もn分の1とな
る。しかし、交流電圧走査方式では、全測定成分に加え
て、夾雑物(非測定対象成分)をも同時に蓄積してしま
うため、時分割モードの場合よりもイオントラップが飽
和しやすい。さらに、交流電圧走査方式の場合には、イ
オントラップが飽和してしまうと、全成分の定量性が損
なわれてしまう。
When the number of measurement components is n, in the time division mode, the accumulation time of each component is 1 / n of the AC voltage scanning method.
Therefore, if simply considered, the SN ratio is also 1 / n. However, in the AC voltage scanning method, impurities (non-measurement components) are accumulated at the same time in addition to all the measurement components, so that the ion trap is more likely to be saturated than in the time division mode. Further, in the case of the AC voltage scanning method, when the ion trap is saturated, the quantitativeness of all components is impaired.

【0052】そこで、そのような場合には、交流電圧走
査方式を複数回に分けて行い、データを積算する。積算
回数をN、測定成分数をnとし、夾雑物が存在しない場
合のSN比を計算すると、時分割モードのSN比と交流
電圧走査方式のSN比との比は数1である。ただし、数
1においてCiは成分iの濃度、Cmaxは各成分の濃度の
最大値である。
Therefore, in such a case, the AC voltage scanning method is performed a plurality of times and the data is integrated. When the number of integration times is N and the number of measurement components is n, and the SN ratio in the case where no foreign matter is present is calculated, the ratio between the SN ratio in the time-division mode and the SN ratio in the AC voltage scanning method is Equation 1. In Expression 1, Ci is the concentration of the component i, and Cmax is the maximum value of the concentration of each component.

【0053】[0053]

【数1】√N/n(≦√(ΣCi/nCmax)≦1) 従って、イオンの出射時間に起因するSN比の違いや、
夾雑物の存在を加味すれば、時分割モードの方が交流電
圧走査方式を上回る場合が十分にあり得る。水道水や河
川水中に含まれる汚染物質、例えば農薬や環境ホルモン
などを分析する場合、水道水や河川水中には多くの夾雑
物が含まれているので、時分割モードの有効性が特に際
だつ場合がある。
√N / n (≦ √ (ΣCi / nCmax) ≦ 1) Therefore, the difference in the SN ratio due to the ion emission time,
Taking into account the presence of impurities, the time division mode may well exceed the AC voltage scanning method. When analyzing pollutants contained in tap water and river water, such as pesticides and environmental hormones, the tap water and river water contain many contaminants, so the time-sharing mode is particularly effective. There is.

【0054】時分割モードでは、各成分の蓄積時間の比
率を調整することにより、例えば、各成分を同程度のS
N比で検出することが可能である。例として、測定成分
がAとBの2種類であり、夾雑物が存在しない場合につ
いて、交流電圧走査方式とのSN比の比較を示す。例え
ば、AとBの濃度比が10対1の場合、時分割モードで
は、AとBの蓄積時間を1対10にすることにより、成
分AとBのSN比を等しくすることができる。この場合
のSN比と、交流電圧走査方式でN回積算する場合のS
N比とを比べると、低濃度成分Bに関しては、前者が後
者の約√N倍(N≦12)(最大約3倍)である。な
お、高濃度成分に関しては、後者が前者の約11/√N
倍(最大約3倍)である。濃度比が100対1に拡大す
ると、低濃度成分に関しては、前者と後者のSN比の比
は約√N倍(N≦102)(最大約10倍)まで拡大す
る。なお、高濃度成分に関しては、後者が前者の101
/√N倍(最大約10倍)である。
In the time division mode, by adjusting the ratio of the accumulation time of each component, for example, the S
It is possible to detect by N ratio. As an example, a comparison of the S / N ratio with the AC voltage scanning method is shown for the case where the measurement components are A and B and no impurities are present. For example, when the concentration ratio of A and B is 10: 1, the SN ratio of components A and B can be made equal by setting the accumulation time of A and B to 1:10 in the time division mode. The S / N ratio in this case and the S / N ratio when integrating N times by the AC voltage scanning method
Compared with the N ratio, for the low concentration component B, the former is about ΔN times (N ≦ 12) (the maximum is about 3 times) the latter. As for the high concentration component, the latter is about 11 / √N of the former.
Times (up to about 3 times). When the concentration ratio increases to 100: 1, the ratio of the SN ratio of the former to the latter increases to about ΔN times (N ≦ 102) (up to about 10 times) for the low concentration components. As for the high concentration component, the latter is the former 101
/ √N times (up to about 10 times).

【0055】水道水や河川水中に含まれる汚染物質、例
えば農薬や環境ホルモンなどを分析する場合、各成分の
おおよその濃度を経験的または実験的に知ることができ
るので、濃度に応じた時間配分をすることは可能である
が、試料の採取地点の違いや、季節による濃度変化があ
るので、採取地点や季節毎に時分割の仕方を変える必要
がある。これに対して、環境水中の農薬や環境ホルモン
などの汚染物質には、物質毎に法的な基準濃度が定めら
れているので、各物質の基準濃度に応じて時分割するの
が、より現実的である。成分濃度が基準濃度を上回って
イオントラップが飽和してしまう場合には、その成分へ
の配分時間を減らすか、あるいは試料を希釈するなどし
て再分析する。なお、基準濃度を大幅に下回って検出不
能である成分の濃度は0であると考えてよいから、再分
析する必要はない。
When analyzing pollutants contained in tap water or river water, for example, pesticides and environmental hormones, the approximate concentration of each component can be known empirically or experimentally. However, it is necessary to change the time-sharing method for each sampling point and each season because there is a difference in the sampling point of the sample and a change in concentration depending on the season. In contrast, for pollutants such as pesticides and environmental hormones in environmental water, legal reference concentrations are set for each substance, so it is more realistic to perform time-sharing according to the reference concentration of each substance. It is a target. If the component concentration exceeds the reference concentration and the ion trap saturates, reduce the distribution time for the component or dilute the sample and reanalyze. It should be noted that the concentration of a component that is significantly lower than the reference concentration and cannot be detected may be considered to be 0, and therefore does not need to be re-analyzed.

【0056】LC/MSでは、帯電液滴あるいは電荷を
もたない中性液滴が、単発的に検出器まで到達し、大き
なノイズを発生する問題がある。図9は、イオン検出時
における本発明の方式(a)と交流電圧走査方式(b)
での単発ノイズの影響の比較を示した概念図である。本
発明の方式では、交流電圧走査方式に比べて、イオンの
出射時間が短いため、測定成分イオンを検出している間
に単発ノイズが発生する確率が少ない利点がある。
In the LC / MS, there is a problem that a charged droplet or a neutral droplet having no charge reaches the detector sporadically and generates a large noise. FIG. 9 shows the method (a) of the present invention and the AC voltage scanning method (b) during ion detection.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a comparison of the effects of single noise in the first embodiment. The method of the present invention has an advantage that the probability of single noise occurring during detection of measurement component ions is small because the ion emission time is shorter than that of the AC voltage scanning method.

【0057】図10は、クロマトグラム上における本発
明の方式と交流電圧走査方式での単発ノイズの影響の比
較を示した概念図である。本発明の方式(a)では、ク
ロマトグラム上でも比較的単発的にノイズが現れるた
め、これを識別しやすく、適当なデータ処理を施すこと
により、ノイズを除外できる。これに対して交流電圧走
査方式(b)では、クロマトグラム上でも頻繁にノイズ
が現れるため、本発明の方式に比べて、単発ノイズを除
外することが困難である。
FIG. 10 is a conceptual diagram showing a comparison of the effect of single noise between the method of the present invention and the AC voltage scanning method on a chromatogram. In the method (a) of the present invention, since noise appears relatively sporadically on the chromatogram, the noise can be easily identified, and the noise can be eliminated by performing appropriate data processing. On the other hand, in the AC voltage scanning method (b), noise frequently appears on the chromatogram, so that it is more difficult to exclude single noise than the method of the present invention.

【0058】さらに、交流電圧走査方式では、前述した
ようにイオントラップが飽和しやすく、積算を行う場合
がある。積算回数が多いほど、イオン検出時に単発ノイ
ズが発生する回数が多く、その影響が深刻になる。これ
に対して本発明の方式では、積算を行う必要性がない
か、必要があっても交流電圧走査方式に比べれば少ない
ため、単発ノイズの影響はより軽微である。
Further, in the AC voltage scanning method, as described above, the ion trap is likely to be saturated, and the integration may be performed. The greater the number of integrations, the greater the number of occurrences of single noise during ion detection, and the effect becomes more serious. On the other hand, in the system of the present invention, there is no need to perform integration, or even if it is necessary, the effect of single shot noise is smaller since it is less than in the AC voltage scanning system.

【0059】なお、本発明に基づくLC/MSは、交流
電圧走査方式を併用できるものであってもよい。以上の
説明はLCの代わりにCEあるいはGCを用いたCE/
MSあるいはGC/MSにも当てはまる。
Note that the LC / MS according to the present invention may be one that can use an AC voltage scanning method together. The above explanation is based on CE / GC using CE or GC instead of LC.
The same applies to MS or GC / MS.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明によれば、液体または気体試料中
の混合成分を高感度に測定できる小型の質量分析装置を
提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a compact mass spectrometer capable of measuring a mixed component in a liquid or gas sample with high sensitivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に基づく質量分析計の要部の構成と測定
シーケンスの一例を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of a mass spectrometer based on the present invention and an example of a measurement sequence.

【図2】交流電圧走査方式を用いた場合の検出器出力の
シミュレーション結果を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a simulation result of a detector output when an AC voltage scanning method is used.

【図3】図2のシミュレーション条件を示す電極構成の
断面図。
FIG. 3 is a sectional view of an electrode configuration showing the simulation conditions of FIG. 2;

【図4】本発明の方式でのイオン出射時間の計算結果を
示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a calculation result of an ion emission time in the method of the present invention.

【図5】本発明の方式でのイオン出射時間の検出器位置
依存性の計算結果を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a calculation result of a detector position dependence of an ion emission time in the method of the present invention.

【図6】円盤型イオントラップ質量分析計の要部断面
図。
FIG. 6 is a sectional view of a main part of a disk-type ion trap mass spectrometer.

【図7】本発明に基づくLC/MSの装置構成を示す概
略断面図。
FIG. 7 is a schematic sectional view showing an LC / MS device configuration according to the present invention.

【図8】イオントラップ各電極への電圧印加のタイムシ
ーケンス図。
FIG. 8 is a time sequence chart of voltage application to each electrode of the ion trap.

【図9】本発明と従来例での単発ノイズの影響を比較し
た説明図。
FIG. 9 is an explanatory diagram comparing the effects of single noise in the present invention and the conventional example.

【図10】クロマトグラム上での本発明と従来例の単発
ノイズの影響を比較した説明図。
FIG. 10 is an explanatory diagram comparing the effects of single noise of the present invention and a conventional example on a chromatogram.

【図11】イオントラップの安定条件を示す図。FIG. 11 is a diagram showing stability conditions of an ion trap.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2…リング電極、3…エンドキャップ電極、4…エンド
キャップ電極、5…イオン導入口、6…イオン排出口、
7…ガス管、10…スイッチ、41…LC、42…配
管、43…イオン源、44…真空槽、45…加速電極、
46…収束電極、47…偏向電極、48、49…ゲート
電極、50…検出器、51…差動排気部、52…分析
部、53、54…真空ポンプ。
2 ... Ring electrode, 3 ... End cap electrode, 4 ... End cap electrode, 5 ... Ion inlet, 6 ... Ion outlet,
7 gas pipe, 10 switch, 41 LC, 42 pipe, 43 ion source, 44 vacuum chamber, 45 accelerating electrode,
46: focusing electrode, 47: deflection electrode, 48, 49: gate electrode, 50: detector, 51: differential pumping section, 52: analyzing section, 53, 54: vacuum pump.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小泉 英明 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 5C038 JJ06 JJ07  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Hideaki Koizumi 1-280 Higashi Koigakubo, Kokubunji-shi, Tokyo F-term in Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. 5C038 JJ06 JJ07

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】四重極イオントラップ型質量分析装置にお
いて、実質的に1種類のイオンのみを蓄積した後、イオ
ンを蓄積するための交流電場の印加を停止し、次にイオ
ントラップ内部にDC電場を形成してイオンを排出し、
検出することを特徴とする質量分析装置。
In a quadrupole ion trap mass spectrometer, after substantially storing only one kind of ions, the application of an AC electric field for accumulating ions is stopped, and then a DC is stored inside the ion trap. Forming an electric field to eject ions,
A mass spectrometer characterized by detecting.
【請求項2】請求項1に記載したイオントラップ型質量
分析計を用いた分離分析装置。
2. A separation analyzer using the ion trap mass spectrometer according to claim 1.
【請求項3】質量数/価数の異なる複数の測定成分が同
時に質量分析計内に導入される場合に、当該測定成分が
質量分析装置に流入し続ける間またはその一部の時間を
分割して各測定成分の測定に充てることを特徴とする請
求項1に記載した質量分析装置。
3. When a plurality of measurement components having different mass numbers / valences are introduced into a mass spectrometer at the same time, while the measurement components continue to flow into the mass spectrometer or a part thereof is divided. The mass spectrometer according to claim 1, wherein the mass spectrometer is used for measuring each measurement component.
【請求項4】請求項3に記載した質量分析装置におい
て、測定成分毎に測定時間が異なることを特徴とする質
量分析装置。
4. The mass spectrometer according to claim 3, wherein the measurement time is different for each measurement component.
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