JP2001297730A - 質量分析装置 - Google Patents

質量分析装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】高感度で高分解能な飛行時間型質量分析装置を
提供する。 【解決手段】ガス管6を通してヘリウムガスが導入され
ている四重極イオントラップ５にイオンを蓄積した後、
イオンを射出して高真空部８に移送し、加速電極９にお
いてイオンの進行方向に対して直角に電場加速して飛行
時間質量分析を行う。 【効果】遺伝子や蛋白など微量の高分子量試料を高速か
つ高精度に分離分析できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、飛行時間型質量分
析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】公知例１（U.S.Patent 5689111）には、
イオンガイドを通して連続イオン流を生成し、その一部
分をイオン流に対して直角方向に電場加速して飛行時間
測定する飛行時間型質量分析装置が開示されている。こ
の装置では、飛行時間測定中にはイオンガイドにイオン
をトラップしておくことによりイオンの利用効率を向上
して感度が向上されている。公知例２（B.M.Chien,S.M.
Michael and D.M.Lubman,Rapid Commun.Mass Spectrom.
7(1993)837.）には、四重極イオントラップと飛行時間
型質量分析計とを結合した質量分析装置が開示されてい
る。断続的または連続的に生成されたイオンをイオント
ラップに捕捉・蓄積した後に飛行時間型質量分析を行な
う。イオントラップにイオンを蓄積することができるた
め高感度な分析が可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】公知例１の質量分析装
置では、イオン流の方向に関するイオンの空間的・エネ
ルギー的拡がりが大きく、トラップしたイオンの一部し
か検出できない。これに対して公知例２の質量分析装置
では、トラップしたイオンの殆どすべてを検出すること
ができる。しかしながらイオントラップにはイオンの捕
捉効率を向上するため、およびイオンの空間的・エネル
ギー的拡がりを低減して質量分解能を向上する目的で、
イオントラップ内部にダンピング用のヘリウムガスが導
入される。しかしながら、イオントラップからイオンを
射出する際には、ヘリウムガスはイオンの進行を妨害し
て逆に分解能の低下を招く。そのため、遺伝子や蛋白な
どの高分子量試料の分析においては十分な分解能が得ら
れなかった。本発明の目的は、従来技術の問題を解消し
た高感度かつ高分解能な質量分析装置を提供することに
ある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】四重極イオントラップに
イオンを蓄積した後にイオンを射出し、高真空部に達し
てから射出方向に直交する加速電場を形成して飛行時間
測定する。
【０００５】
【発明の実施の形態】図１に、本発明の一実施例である
質量分析装置の構成図を示す。イオン源１において連続
的または断続的に生成されたイオンは、サンプリングオ
リフィス２から真空装置の低真空部３に導入され、ゲー
ト電極４を通過して四重極イオントラップ５に入射す
る。ダンピング用のヘリウムガスはガス管６より四重極
イオントラップ５内部に導入される。四重極イオントラ
ップ５から射出されたイオンは、ピンホール７を通過し
て高真空部８に入射し、加速電極９により電場加速され
て斜め前方に向かって飛行し、電極１０と電極１１との
間でさらに加速され、電極１１で囲まれた無電場空間を
飛行して、リフレクトロン１２に入射する。電極１０は
イオンを通過させるためにメッシュ状であるが、外周部
は板状であり、全体の外形は加速電極９とほぼ等しい。
そのため加速電極９に加速電圧を印加してから加速部１
８に進入したイオンは直ちに加速されて電極１０の外周
部に衝突して検出器には到達しない。リフレクトロン１
２内でイオンは反転し再び無電場空間を飛行し、静電レ
ンズ３２を通過して検出器１３に到達する。二段加速と
リフレクトロンを用いることにより、加速部１８内での
イオンの空間的拡がり（加速方向に関する）による時間
拡がりを検出面の位置において収束させることができる
ため、高分解能が得られる。リフレクトロンの使用によ
り装置サイズが小さくなる効果もある。静電レンズ３２
を用いてイオン軌道を収束させることにより小型の検出
器が使用できる。制御部１４は、スイッチ４８、４９お
よび５２を切り替えることにより、ゲート電極４、リン
グ電極１５、エンドキャップ電極１６および１７、加速
電極９への印加電圧を制御する。
【０００６】図２に、本発明の一実施例である質量分析
装置における電圧制御シーケンスを示す。ゲート電極４
にはイオンが通過し得る電圧Ｖinとイオンが通過し得な
い電圧Ｖoutとをそれぞれ時間Ｔ１およびＴ２だけ交互
に繰り返して印加する。ゲート電極４に電圧Ｖinが印加
されている間、リング電極１５には高周波電圧が印加さ
れる。ゲート電極の電圧がＶoutに切り替わった後、リ
ング電極１５には適当な直流電圧Ｖringが一定時間Ｔ３
（＜Ｔ２）だけ印加される。リング電極１５に電圧Ｖri
ngが印加されるのと同時にエンドキャップ電極１６およ
び１７に適当な直流電圧Ｖend16およびＶend17が一定時
間Ｔ３だけ印加される。一定時間Ｔ３が過ぎてからゲー
ト電極４の電圧がＶinに切り替わる。電圧Ｖring、Ｖen
d16およびＶend17は、正イオン測定の場合にはＶend16
＞Ｖring＞Ｖend17、負イオン測定の場合にはＶend16＜
Ｖring＜Ｖend17となるような値とする。リング電極１
５に高周波電場を印加したままで電圧Ｖring、Ｖend1
6、Ｖend17を印加してもイオンの射出は可能であるが、
射出されたイオンの空間拡がりが大きくなり感度が低下
する。リング電極１５に電圧Ｖringが印加されてから時
間Ｔ４を経た後に、加速電極９に一定時間Ｔ５だけ加速
電圧Ｖaccを印加する。ここでＴ４＋Ｔ５＜Ｔ２＋Ｔ３
である。加速電極９にはＶaccを印加していない間は電
圧Ｖ0が印加されている。電圧Ｖ0は電極１０に常時印加
されている電圧と同一である。
【０００７】図３に、本発明の一実施例である質量分析
計の別の構成図を示す。四重極イオントラップ５として
平板型の四重極を用いる。平板型四重極は４枚の平行平
板電極２１〜２４で構成され、両端の２枚はエンドキャ
ップ電極２１および２４、中間の２枚はリング電極２２
および２３である。2枚のリング電極２２および２３に
は同一の高周波電圧を印加する。平板型四重極イオント
ラップでは均一な加速電場を形成できるため、（１）イ
オンビームの拡がりが小さい、（２）二段加速による空
間収束位置の制御が容易であり、（３）収束効果も良好
である利点がある。二段加速による空間収束位置を検出
位置またはその近傍に設定することにより、検出器１３
の検出面内でのイオンの拡がりが低減され感度が向上さ
れる。
【０００８】図４に、本発明の一実施例である質量分析
装置のさらに別の構成図を示す。ピンホール７を通過し
たイオンは、静電レンズ３０およびスリット３１を通過
して加速部１８に到達する。静電レンズを用いることに
よりイオンの空間およびエネルギー拡がりを抑えること
ができるため、分解能が向上される。スリットを用いる
ことによりイオンの空間的拡がりを小さくすることによ
り分解能が向上される。
【０００９】図５に、本発明の一実施例である質量分析
計のさらに別の構成図を示す。四重極イオントラップ５
から出射したイオンの進行方向に対して加速部１８の加
速電場の方向は９０度より大きい。この場合、m/zの小
さいイオンほど加速距離が長いため獲得する運動エネル
ギーが大きい。一方、加速方向に垂直な方向の運動エネ
ルギーはm/zに依らず一定である。そのため適当な条件
を設定することにより、検出器の検出面におけるイオン
の入射領域を狭めることができる。そのため小型の検出
器を利用できる。あるいは検出器の大きさが一定の場合
には測定可能な質量範囲を広げることができる。検出器
直前に静電レンズを配置してイオン軌道を収束させる方
法では分解能が若干低下するのに対して、この方式では
分解能が低下しない。
【００１０】
【発明の効果】イオンを高真空部に移動させてから電場
加速して飛行時間測定することにより、ダンピング用の
ヘリウムガスなどとの衝突頻度が低減し分解能が向上し
た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である質量分析装置の構成
図。
【図２】本発明の一実施例である質量分析装置における
電圧制御シーケンス。
【図３】本発明の一実施例である質量分析計の別の構成
図。
【図４】本発明の一実施例である質量分析計のさらに別
の構成図。
【図５】本発明の一実施例である質量分析計のさらにま
た別の構成図。
【符号の説明】
１・・・イオン源、２・・・サンプリングオリフィス、３・・・
低真空部、４・・・ゲート電極、５・・・四重極イオントラッ
プ、６・・・ガス管、７・・・ピンホール、８・・・高真空部、
９・・・加速電極、１０、１１・・・電極、１２・・・リフレク
トロン、１３・・・検出器、１４・・・制御部、１５リング電
極、１６、１７・・・エンドキャップ電極、１８・・・加速
部、１９・・・隔壁、２１、２４・・・エンドキャップ電極、
２２、２３・・・リング電極、３０、３２・・・静電レンズ、
３１・・・スリット、４１〜４７、５０、５１、５３・・・直
流電源、４８、４９、５２・・・スイッチ。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】四重極イオントラップと四重極イオントラ
    ップからイオンを射出するイオン射出手段と射出された
    イオンをその進行方向に直交する方向に加速する加速部
    と加速されたイオンの飛行時間を測定する飛行時間測定
    部とを備えることを特徴とする質量分析装置。
  2. 【請求項２】四重極イオントラップと四重極イオントラ
    ップからイオンを射出するイオン射出手段と射出された
    イオンを加速する加速部と加速されたイオンの飛行時間
    を測定する飛行時間測定部とを備える質量分析装置であ
    って、四重極イオントラップ射出されたイオンの進行方
    向と加速部の加速方向とが９０度よりも大きな角度を成
    すことを特長とする質量分析装置。
  3. 【請求項３】前記イオン射出手段が、四重極イオントラ
    ップへの交流電圧の印加を停止した後に直流電圧を印加
    するものであることを特徴とする請求項１または２に記
    載の質量分析装置。
  4. 【請求項４】前記四重極イオントラップから射出された
    イオンを、前記加速部により加速されるまでの間にイオ
    ンの進行方向に再加速するための再加速部を備えること
    を特徴とする請求項１〜３に記載の質量分析装置。
  5. 【請求項５】前記加速部により加速されたイオンをイオ
    ンの進行方向に再加速するための再加速部を備えること
    を特徴とする請求項１〜４に記載の質量分析装置。
  6. 【請求項６】リフレクトロンを備えることを特徴とする
    請求項１〜５に記載の質量分析装置。
  7. 【請求項７】前記四重極イオントラップが平板電極で構
    成されることを特徴とする請求項１〜６に記載の質量分
    析装置。
  8. 【請求項８】前記加速部の直前に静電レンズを備えるこ
    とを特徴とする請求項１〜７に記載の質量分析装置。
  9. 【請求項９】前記加速部の直前にスリットを備えること
    を特徴とする請求項１〜８に記載の質量分析装置。
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