JP2001202918A

JP2001202918A - 四重極質量分析装置

Info

Publication number: JP2001202918A
Application number: JP2000009707A
Authority: JP
Inventors: Shigetoshi Harada; 茂稔原田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2000-01-19
Filing date: 2000-01-19
Publication date: 2001-07-27
Also published as: US20010009266A1; US6573496B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スキャン測定時に、分析に不要な多量のイオ
ン例えばキャリアガス分子イオンが検出器に導入され
て、検出器を劣化させることを防止する。【解決手段】制御部５は、過多イオンが四重極フィル
タ３を通過するように四重極電源部７を制御するタイミ
ングに合わせて、イオンレンズ２への印加電圧を一時的
に変化させるようにレンズ電源部８を制御する。これに
より、四重極フィルタ３を通過することが可能な状態で
あるときに過多イオンは四重極フィルタ３に導入され
ず、時間的に遅れて導入されることになるので途中で発
散する。これにより、過多イオンが検出器４に到達する
ことが妨げられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、四重極質量分析装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】四重極質量分析装置は、イオン源で試料
分子又は原子をイオン化し、そのイオンを四重極フィル
タに導入して所定質量数を有するイオンのみを選択的に
通過させ、通過したイオンを検出器で検出する、という
構成を備えている。四重極フィルタを通過するイオンの
質量数は該フィルタへの印加電圧に応じて変化するた
め、この印加電圧を走査することによって検出器に到達
するイオンの質量数を所定質量範囲に亘って走査するこ
とができる。これが、いわゆる四重極質量分析装置にお
けるスキャン測定である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記質量分析装置（Ｍ
Ｓ）の前段にガスクロマトグラフ（ＧＣ）を接続したガ
スクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ／ＭＳ）では、Ｇ
Ｃにおいてキャリアガス流に乗ってカラム中を移動する
間に分離された試料成分分子がＭＳのイオン源に導入さ
れるため、目的成分と比較してかなり多量のキャリアガ
ス分子がイオン源に供給される。また、或る成分を主成
分とする試料ガス中に含まれる不純物成分をＭＳで分析
しようとする場合には、その目的成分と比較してかなり
多量の上記主成分分子がイオン源に供給される。

【０００４】当然のことながら、そのようなキャリアガ
ス分子や主成分分子もイオン源においてイオン化され
る。そのイオンの量は目的成分の分子から生成されるイ
オンに比べて格段に多く、このような多量のイオンが四
重極フィルタを通過して短時間の間に検出器に到達する
と、検出器を飽和させ、その特性を劣化させる一因とな
る。このような飽和を回避するには、予め検出器の感度
を下げておけばよいが、特に目的成分が微量である場合
には、感度を下げると目的成分自体が検出できない又は
検出精度が悪いということになり、分析に支障をきた
す。

【０００５】そこで、従来の質量分析装置でスキャン測
定を行う際には、上述のような不所望の過多イオンに対
応する質量数を除いて質量範囲を設定するようにしてい
た。即ち、例えば上記過多イオンの質量数がｍ１であっ
て、ｍ２〜ｍ３（但しｍ２≦ｍ１≦ｍ３）の質量範囲で
スキャン測定を行いたい場合には、ｍ２〜ｍ１（ｍ１は
含まず）と、ｍ１〜ｍ３（ｍ１は含まず）というｍ１を
除外した２つの質量範囲をそれぞれ設定して２回のスキ
ャン測定を行う必要があった。そのため、分析作業が煩
雑であり作業効率も悪かった。

【０００６】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、その目的とするところは、スキャ
ン測定時に、分析には不要な過多イオンに対する質量数
を除いて質量範囲を設定することなく、過多イオンによ
る検出器への悪影響を防止することができる四重極質量
分析装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、試料分子をイオン化するイオン源
と、該イオン源で発生したイオンのうち特定の質量数を
有するイオンのみを選択的に通過させる四重極フィルタ
と、該四重極フィルタを通過したイオンを検出する検出
器と、を具備する四重極質量分析装置において、前記四
重極フィルタを通過するイオンの質量数が順次変化する
ように該四重極フィルタへの印加電圧を走査する際に、
外部から設定された特定の質量数を有するイオンが四重
極フィルタを通過するタイミングに合わせて、イオン源
と四重極フィルタとの間の空間、又はその空間の一部で
直流的な電場を一時的に変化させることを特徴としてい
る。

【０００８】通常、イオン源と四重極フィルタとの間に
はイオンを収束するためのイオンレンズが配設されるか
ら、この場合、本発明に係る四重極質量分析装置では、
イオンレンズとイオン源、四重極フィルタとイオン源、
又は四重極フィルタとイオンレンズとの何れかの間で相
対的に直流電位を変化させればよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に係る四重極質量分析装置
では、スキャン測定時に上述のように直流的な電場が一
時的に変化されると、イオン源から出発して四重極フィ
ルタに導入される筈のイオンは、その軌道の途中で運動
エネルギが失われて飛行速度が急に減速したり、イオン
の収束状態が変わったり、或いはイオン源自体からの引
き出しが行われなくなったりする。従って、上記特定の
質量数を有するイオンが四重極フィルタを通過し得るタ
イミングでは、その特定の質量数を有するイオンを含め
て全てのイオンが四重極フィルタに導入されないか、若
しくは導入されたとしてもその量は激減する。また、電
場が元の状態に戻ったあとにイオンが再び四重極フィル
タに向けて飛行を始め四重極フィルタに到達し得たとし
ても、その時点では四重極フィルタは既に上記特定の質
量数が通過可能な電場を有しておらず、四重極フィルタ
の内部空間を通過する途中で発散して検出器へは到達し
ない。

【００１０】

【発明の効果】そのため、本発明に係る四重極質量分析
装置によれば、目的成分をイオン源に導入する際に同時
にイオン源に導入されるキャリアガスの分子、或いは不
要な主成分分子による不所望の過多イオンに対応する質
量数を含むように質量範囲を設定しても、このような不
所望の過多イオンが検出器に到達することを回避するこ
とができる。従って、従来のように過多イオンに対応す
る質量数を避けて質量範囲を設定する必要がなく、スキ
ャン測定を効率的に行うことができる。また、過多イオ
ンによる検出器の飽和の恐れもないので、検出器の感度
を下げておく必要がなく、高感度、高精度の分析が行え
る。

【００１１】

【実施例】本発明に係る四重極質量分析装置の一実施例
を図１及び図２を参照して説明する。図１は本実施例に
よる質量分析装置の要部の構成図、図２はこの質量分析
装置の動作説明図である。

【００１２】真空状態に維持される図示しない分析室内
部には、イオン源１、イオンレンズ２、四重極フィルタ
３及び検出器４がイオン光軸Ｃに沿って略一直線上に配
設されている。この例では、イオン源１は電子衝撃法を
利用したものであるが、他の例えば化学イオン化法によ
るものでもよい。四重極フィルタ３の４本のロッド電極
３１〜３４に後述のように電圧を印加するための四重極
電源部７と、イオンレンズ２に直流電圧を印加するため
のレンズ電源部８と、ロッド電極３１〜３４に直流バイ
アス電圧を印加するため（厳密に言えば、イオン化室１
１とロッド電極３１〜３４との間の相対的な直流電位差
を決めるため）のロッドバイアス電源部９は、それぞれ
制御部５により制御されるようになっており、制御部５
には、オペレータによって操作される入力部６から、分
析に必要な各種パラメータが入力設定されるようになっ
ている。なお、制御部５は、ＣＰＵ、メモリなどを含ん
で構成されるパーソナルコンピュータを中心にその機能
を実現することができる。

【００１３】上記四重極質量分析装置における分析時の
動作を説明する。イオン源１において、イオン化室１１
には試料導入管１２が接続されており、ここからイオン
化室１１内へ気体試料分子が導入される。イオン化室１
１の壁面に開口した熱電子照射孔の外側には熱電子発生
用のフィラメント１３が配置されており、加熱電流が供
給されることによりフィラメント１３の温度が上昇する
と熱電子が放出される。熱電子照射孔と対向する開口の
外側には所定の電位が印加されたトラップ電極１４が設
けられており、熱電子はフィラメント１３とトラップ電
極１４との間の電位差により誘引されてイオン化室１１
内に入り、更にトラップ電極１４に向けて加速される。
試料分子にこの熱電子流が衝突すると、試料分子から電
子が叩き出されて該分子はイオンになる。

【００１４】イオン化室１１は接地されており、イオン
レンズ２にはイオンと逆極性の直流電圧が印加される。
そのため、イオン化室１１内で発生したイオンは、イオ
ン化室１１の内部とイオンレンズ２（又は四重極フィル
タ３）との間の電位差により発生する電場によってイオ
ン化室１１の外部へと引き出され加速される。そして、
イオンレンズ２により収束及び加速されたあとに、四重
極フィルタ３の長軸方向の空間に導入される。四重極電
源部７は直流電源部７１、高周波電源部７２、及び２つ
の電圧重畳部７３、７４を含んでいる。直流電源部７１
は互いに極性の異なる±Ｕなる２系統の直流電圧を発生
し、高周波電源部７２は互いに位相が１８０°異なる±
Ｖ・ｃｏｓωｔなる電圧を発生し、電圧重畳部７３、７
４により±（Ｕ＋Ｖ・ｃｏｓωｔ）なる電圧を生成す
る。４本のロッド電極３１〜３４のうち、隣接するロッ
ド電極には互いに位相が１８０°シフトした電圧が印加
される。また、４本のロッド電極３１〜３４には、ロッ
ドバイアス電源部９にて発生する同一電圧値のバイアス
電圧がそれぞれ印加される。電圧値Ｕ及びＶ、並びにロ
ッドバイアス電圧値は制御部５により設定される。

【００１５】四重極フィルタ３に導入されたイオンは各
ロッド電極３１〜３４に印加された電圧により発生する
電場によって振動し、電圧Ｕ、Ｖに応じた質量数を有す
るイオンのみが、ロッドバイアス電圧により決まる速度
でイオン光軸Ｃに沿って進んで四重極フィルタ３を通り
抜け、それ以外の質量数を有するイオンは途中で発散し
てしまう。このようにして四重極フィルタ３を通り抜け
たイオンのみが検出器４に到達し、検出器４ではそのイ
オンの量に応じたイオン電流が生成される。

【００１６】次に、本質量分析装置においてスキャン測
定を行う際の特徴的な動作を説明する。オペレータは入
力部６より質量分析に必要なパラメータとして、質量範
囲とその質量範囲に含まれる不所望の過多イオンの質量
数を入力設定する。過多イオンの質量数はその分析条件
や測定形態に応じて相違し、例えばこの質量分析装置の
前段にＧＣが接続され、そのＧＣのキャリアガスがＨｅ
である場合には、過多イオンの質量数は４である。ここ
では、過多イオンの質量数はｍ１、質量範囲はｍ２〜ｍ
３（但しｍ２≦ｍ１≦ｍ３）であるものとする。

【００１７】スキャン測定が開始されると、制御部５
は、まず質量数ｍ２のイオンが四重極フィルタ３を通過
するような電圧を発生させるべく四重極電源部７を制御
する。一方、レンズ電源部８に対しては所定の直流電圧
を発生するように制御する。このときの電圧値は、例え
ば、予め検出器４に到達するイオンの量が最大になるよ
うに求められた値とするとよい。そのあと、制御部５は
四重極フィルタ３を通過するイオンの質量数がｍ２から
順次大きくなるように四重極電源部７を制御する。これ
により、直流電源部７１で発生される負極性の直流電圧
は例えば図２（ｂ）に示すように変化する。なお、同じ
く直流電源部７１で発生される正極性の直流電圧や、高
周波電源部７２で発生される電圧も同じようにして連続
的に変化する。これにより、イオン源１で生成された各
種イオンのうち、四重極フィルタ３を通過して検出器４
で検出されるイオンの質量数はｍ２から順次大きくな
る。

【００１８】図２（ａ）及び（ｃ）に示すように、制御
部５は、質量数ｍ１のイオンを測定するタイミングに合
わせて、イオンレンズ２に印加する直流電圧の極性を一
時的に反転させるように（つまり、この場合には正極性
にするように）レンズ電源部８を制御する。すると、イ
オン化室１１から引き出されてイオンレンズ２を通過し
ようとしていたイオンに対し、その進行方向と逆方向に
力が作用しイオンは急速に減速される。またイオン化室
１１からまさに引き出されんとしていたイオンはイオン
光軸Ｃ方向の運動エネルギを付与されず、イオン化室１
１から引き出されなくなる。

【００１９】次いで、イオンレンズ２への印加電圧の極
性が再び元に戻ると、再びイオンは四重極フィルタ３の
方向に向けて加速されるが、これらイオンが四重極フィ
ルタ３に導入された時点では、既に質量数ｍ１を有する
イオンが通過できる電場条件ではなくなっており、質量
数ｍ１の過多イオンは四重極フィルタ３を通過する途中
で発散する。一方、質量数ｍ１以外のイオンは、四重極
フィルタ３に導入された時点で質量数が通過可能な電場
条件でありさえすれば、四重極フィルタ３を通り抜けて
検出器４に到達することができる。従って、この質量分
析装置によれば、スキャン測定時に、不所望の過多イオ
ンの質量数が質量範囲に含まれていても、その過多イオ
ンが四重極フィルタ３を通過すべきタイミングでもって
通過が妨げられ、結果的に過多イオンが検出器４に到達
することを防止できる。

【００２０】なお、上記説明では、イオンレンズ２への
印加電圧の極性が反転するように電圧を変化させていた
が必ずしも反転させる必要はなく、少なくとも、過多イ
オンに対応する質量数のイオンが四重極フィルタ３を通
過可能な間で四重極フィルタ３へのイオンの導入量を減
らすように電圧を変化させればよい。

【００２１】また、上記実施例ではイオン化室１１の電
位を固定し、イオンレンズ２の電位を変化させるように
していたが、イオン化室１１の電位を変化させる、又は
イオン化室１１とイオンレンズ２との両方の電位を変化
させるようにしても同様の効果が得られる。また、四重
極フィルタ３へ印加されるロッドバイアス電圧もイオン
化室１１からのイオンの引き出しに影響を与えるから、
ロッドバイアス電圧を変化させるようにしてもよい。更
に、イオン源１で正イオンを発生させる場合のみなら
ず、負イオンを発生させる場合でも同様であることは明
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四重極質量分析装置
の要部の構成図。

【図２】本実施例の四重極質量分析装置の動作説明
図。

【符号の説明】

１…イオン源１１…イオン化室２…イオンレンズ３…四重極フィルタ３１〜３４…ロッド電極４…検出器５…制御部６…入力部７…四重極電源部７１…直流電源部７２…高周波電源部７３、７４…電圧重畳部８…レンズ電源部９…ロッドバイアス電源部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料分子をイオン化するイオン源と、該
イオン源で発生したイオンのうち特定の質量数を有する
イオンのみを選択的に通過させる四重極フィルタと、該
四重極フィルタを通過したイオンを検出する検出器と、
を具備する四重極質量分析装置において、前記四重極フ
ィルタを通過するイオンの質量数が順次変化するように
該四重極フィルタへの印加電圧を走査する際に、外部か
ら設定された特定の質量数を有するイオンが四重極フィ
ルタを通過するタイミングに合わせて、イオン源と四重
極フィルタとの間の空間、又はその空間の一部で直流的
な電場を一時的に変化させることを特徴とする四重極質
量分析装置。