JP2002184347A - 質量分析装置 - Google Patents

質量分析装置

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JP2002184347A
JP2002184347A JP2000376741A JP2000376741A JP2002184347A JP 2002184347 A JP2002184347 A JP 2002184347A JP 2000376741 A JP2000376741 A JP 2000376741A JP 2000376741 A JP2000376741 A JP 2000376741A JP 2002184347 A JP2002184347 A JP 2002184347A
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ion
ions
mass spectrometer
time
mass spectroscope
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Kazuo Nakamura
一夫 中村
Yoshihiro Ueno
良弘 上野
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Shimadzu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 多様な分析目的に対してそれぞれに適した分
析方法をとることができる質量分析装置を提供する。 【解決手段】 イオンデフレクタ321を挟んで、一方
にはイオントラップ型(IT)質量分析装置33を、他
方には飛行時間型(TOF)質量分析装置34を、これ
らが1直線上に並ぶように配置する。イオン供給源35
から供給されるイオンはまずイオンデフレクタ321に
入り、そこでイオントラップ型質量分析装置33又は飛
行時間型質量分析装置34に送られる。これにより、そ
れぞれの質量分析が可能である。また、両質量分析装置
33、34は1直線上にあるため、一旦イオントラップ
型質量分析装置33にイオンを送った後、そこから飛行
時間型質量分析装置34に送って分析を行うことも可能
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液体クロマトグラ
フ質量分析(LCMS)、ガスクロマトグラフ質量分析
(GCMS)等に用いることができる質量分析装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】質量分析装置は、イオン源からイオンの
供給を受け、質量数(質量/電荷)毎にその強度を測定
してマススペクトルを得たり、目的とする質量数のイオ
ンの量を測定するものである。
【0003】質量分析装置には各種の型のものが用いら
れる。このうち、イオントラップ型(IT)質量分析装
置は、図1に示すように、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11と、それを挟んで
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12とを備え、リング電
極11とエンドキャップ電極12との間に高周波交流
(RF)電圧を印加することによってこれら電極11,
12で囲まれる空間(以下「イオントラップ空間」とい
う)に四重極電場を形成する。一方のエンドキャップ電
極12の貫通孔から導入されたイオンは、このイオント
ラップ空間内の四重極電場により一旦捕捉される。この
状態で、RF電圧を低電圧から高電圧に走査することに
より、低質量数(質量/電荷)のイオンから順に安定状
態から外れ、エンドキャップ電極の貫通孔より排出され
る。こうして排出されるイオンを光電子増倍管等の検出
器で検出し、走査RF電圧と対応させることにより、質
量分析が行われる。このとき、分解能を高めるために、
補助交流電圧が両エンドキャップ電極12,12間に印
加される。
【0004】このように、イオントラップ型質量分析装
置10は(1) 構造がシンプルであるため、低コストで製
造することができる、(2) イオントラップ空間にイオン
を保持しておく一方、リング電極11に印加するRF電
圧を調節することにより不要なイオンを排除することが
できるため、目的成分の高感度微量分析が可能となる、
という特長を有する。また、(3) イオントラップ空間内
に衝突ガスを導入し、リング電極11に印加するRF電
圧とエンドキャップ電極12に印加する補助交流電圧を
適切に設定することにより、特定の質量数を有するイオ
ンを励起し開裂させることができる。これにより、MS
/MS分析が可能である、という特長を持つ。
【0005】一方、飛行時間型(TOF)質量分析装置
は、図2に示すように、イオン供給源21から供給され
るイオンを、加速領域22において所定の高電圧Vによ
り加速し、そこから検出器23までの距離Lをイオンが
飛行するに要する時間tを測定して、それに基づきイオ
ンの質量mを次式で算出するものである(次式におい
て、z・eはイオンの電荷)。 m=(t/L)・(2・z・e・V)1/2
【0006】飛行時間型質量分析装置は、(1) すべての
イオンが検出されるため、高感度である、(2) 質量分解
能が高い、という特長を持つ。特に、イオンの進路を折
り返させる反射型の装置では、更に分解能を高くするこ
とができる。
【0007】また、両者の特長を合わせるべく、これら
を組み合わせた質量分析装置も提案されている。すなわ
ち、イオントラップでイオンを溜め、そこから排出され
たイオンを飛行時間型質量分析装置で分析するというも
のである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】環境分析(例えば「環
境ホルモン物質」の分析)の分野では、微量成分の分析
が可能な質量分析装置が従来より広く利用されている。
環境物質は微量でも影響力のあるものが多く、近年の環
境意識の高まり及び物質生理に関する研究の進展によ
り、これまで以上に多種多様な環境物質を、より高感度
で分析することが要求されている。しかも、採取試料に
は分析対象外の成分も多数存在しており、選択性が高い
ことも要求されている。また、製薬産業において近年盛
んに行われているプロテオーム解析などでも、高分解能
のMS/MS分析が要求されつつある。
【0009】従って、質量分析装置においても、これら
の多様な分析目的に応じて、それぞれの特徴を生かした
使い分けが必要となっている。
【0010】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、多様な
分析目的に対してそれぞれに適した分析方法をとること
ができる質量分析装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明に係る質量分析装置は、イオン供給源
から供給されるイオンを1直線上の反対の2方向に振り
分けるイオンデフレクタと、上記直線上の一方の方向に
配置されたイオントラップ型質量分析装置と、他方の方
向に配置された飛行時間型質量分析装置と、を備えるこ
とを特徴とするものである。
【0012】
【発明の実施の形態】イオン供給源から供給されるイオ
ンはまずイオンデフレクタに入り、そこで2方向に振り
分けられて一方はイオントラップ型質量分析装置に送ら
れ、他方は飛行時間型質量分析装置に送られる。また、
両質量分析装置は1直線上にあるため、一旦イオントラ
ップ型質量分析装置に送られた後、そこから飛行時間型
質量分析装置に送られることも可能である。
【0013】
【発明の効果】本発明に係る質量分析装置は上記のよう
な構造を有するため、3種の方法で使用することができ
る。すなわち、(1)イオントラップ型質量分析装置とし
て、(2)飛行時間型質量分析装置として、そして(3)イオ
ントラップ−飛行時間型質量分析装置として、使用する
ことができる。なお、(3)の方法で使用する場合は、イ
オントラップ型質量分析装置のうちリング電極及びエン
ドキャップ電極により構成されるイオントラップ装置の
みを使用し、検出器は使用しない。
【0014】これらは分析の対象や目的に応じて使い分
けることができ、例えばMS/MS分析が必要な場合は
(1)又は(3)を、高い質量分解能が必要とされる分析には
(2)又は(3)を選択することができる。また、(2)では使
用可能な検出器が限定されるのに対し、(1)では多様な
検出器を使用することができるため、例えば広いダイナ
ミックレンジの測定(目的成分の濃度範囲が広い試料の
分析)が必要とされる場合に、それに適した検出器を用
いることが可能となる。
【0015】
【実施例】本発明の一実施例であるIT−TOF質量分
析装置の構造を図3により説明する。本実施例のIT−
TOF質量分析装置30はイオンガイド部31、デフレ
クタ部32、IT部33及びTOF部34の4つの部分
から構成されるが、これらは1つの(又は連結固定され
た複数の)基盤上に載置されている。
【0016】イオンガイド部31にはイオンガイド31
1が設けられている。イオンガイド311は、イオン供
給源35から送り込まれてくるイオンを収束してデフレ
クタ部32に送り出すだけの単純なガイドでもよいし、
所定期間内に送り込まれてくるイオンを集積し、一気に
パルス状にデフレクタ部32に送り出す集積型のガイド
でもよい。このようなイオンガイド311の具体的構成
としては、多極子ポール電極を用いたものや積層リング
電極を用いたものを挙げることができる。
【0017】多極子ポール電極を用いたイオンガイド3
11aは、図4(a)に示すように2・n本の平行且つ軸対称
に配列された棒状電極(ポール電極)に同一周波数の高
周波電圧を印加し、隣接するポール電極間に一定の位相
差を設けることにより所定範囲内の質量数を持つイオン
を2・n本のポール電極で囲まれる空間内に閉じ込めて輸
送するものである。これだけの場合は単純なイオン輸送
ガイドとなる。集積型のイオンガイドでは、この空間に
衝突ガスを入れておき、進行方向(軸方向)に傾斜する
電場を形成しておくとともに、入口側(イオン供給源
側)と出口側(デフレクタ側)にイオンを反射する電極
(ゲート電極)を設けておく。これにより、所定期間内
に供給されたイオンをイオン出口側に集積することがで
き、こうして集積した後、出口側ゲート電極の電圧を変
化させて一気にデフレクタ部32に送り込むことができ
る。
【0018】積層リング電極を用いたイオンガイド31
1bは、図4(b)に示すように多数枚のリング電極を軸
方向に一定間隔で配列したものであり、上記同様に、全
てのリング電極に同一の周波数の高周波電圧を印加する
とともに、隣接するリング電極間に一定の位相差を設け
ることにより、リング電極の内径で囲まれる空間内にイ
オンを閉じ込めて輸送することができる。また上記同様
に、空間内に衝突ガスを入れ、進行方向に傾斜する電場
を形成するとともに両側端部にゲート電極を設けること
により、イオンを集積してパルス状にデフレクタ部32
に送り出すこともできる。
【0019】デフレクタ部32にはイオンデフレクタ3
21とイオンレンズ322が設けられている。イオンデ
フレクタ321は、例えば図5に示すように、2枚の穴
あき平行板電極323で構成することができる。両電極
板323の間に直流電圧を印加することにより、イオン
ガイド部31から送られてきたイオンは、その直流電圧
の極性に応じて上下いずれかの穴324から送り出され
る。これらのイオンはイオンレンズ322により収束さ
れ、IT部33に送り込まれる。
【0020】IT部33(図3)にはイオントラップ3
31及び検出器332が設けられている。これは、従来
のイオントラップ(例えば図1に示したもの)をそのま
ま用いることができる。また、MS/MSやMSn(イ
オン開裂を繰り返すもの)分析のための衝突ガス供給装
置やイオン開裂電圧印加手段等を設けてもよい。
【0021】TOF部34には飛行時間型質量分析装置
が設けられている。これも従来の飛行時間型質量分析装
置(例えば図2に示したもの)をそのまま用いることが
できる。図3に示した飛行時間型質量分析装置はイオン
を折り返すための反射器341を有するものであるが、
もちろん単路型のものでもよい。
【0022】このような構造を有する本実施例のIT−
TOF質量分析装置30は、次のような3種の態様で使
用することができる。 (a) イオントラップ質量分析 図6(a)に示すように、イオンデフレクタ321に印加
する直流電圧を制御することにより、イオンをIT部3
3の方に送り込むとともに、IT部33においてイオン
トラップ331と検出器332を用いて質量分析を行
う。このとき、イオンを開裂することによりMS/MS
(又はMSn)分析を行うこともできる。
【0023】(b)飛行時間質量分析 図6(b)に示すように、イオンデフレクタ321に印加
する直流電圧を制御することによりイオンを加速してT
OF部34の方に送り込むとともに、TOF部34にお
いてイオンがドリフト空間(往復)を飛行する時間を測
定することにより質量分析を行う。
【0024】(c)IT−TOF質量分析 図6(c)に示すように、イオンデフレクタ321に印加
する直流電圧を制御することによりイオンをまずIT部
33の方に送り込み、イオントラップ331内にイオン
を保持する。このとき、不要なイオンを排出したり、イ
オンを開裂する(MS/MS又はMSn)等の操作を行
ってもよい。そして、イオントラップ331のリング電
極へのRF電圧の印加を停止するとともに、両エンドキ
ャップ電極間に直流電圧を印加する。これにより、イオ
ントラップ空間内に保持されたイオンは加速され、入口
側(図6(c)では下側)のエンドキャップ電極の孔から
TOF部34に向けて送出される。これらのイオンはド
リフト空間を飛行し、反射器341で折り返されて再び
ドリフト空間を飛行して検出器342に至る。この間の
飛行時間を測定することにより、質量分析を行う。
【図面の簡単な説明】
【図1】 イオントラップ型質量分析装置の概略構成
図。
【図2】 飛行時間型質量分析装置の概略構成図。
【図3】 本発明の一実施例であるIT−TOF質量分
析装置の概略構成図。
【図4】 イオンガイドの2つの例を示す斜視図。
【図5】 イオンデフレクタの一例の概略構成図。
【図6】 実施例のIT−TOF質量分析装置の3種の
使用方法を示す説明図。
【符号の説明】
30…IT−TOF質量分析装置 31…イオンガイド部 311…イオンガイド 32…デフレクタ部 321…イオンデフレクタ 322…イオンレンズ 33…IT部 331…イオントラップ 332…検出器 34…TOF部 341…反射器 342…検出器 35…イオン供給源

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン供給源から供給されるイオンを1
    直線上の反対の2方向に振り分けるイオンデフレクタ
    と、上記直線上の一方の方向に配置されたイオントラッ
    プ型質量分析装置と、他方の方向に配置された飛行時間
    型質量分析装置と、を備えることを特徴とする質量分析
    装置。
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