JP2002260573A - 質量分析装置 - Google Patents

質量分析装置

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JP2002260573A
JP2002260573A JP2001053525A JP2001053525A JP2002260573A JP 2002260573 A JP2002260573 A JP 2002260573A JP 2001053525 A JP2001053525 A JP 2001053525A JP 2001053525 A JP2001053525 A JP 2001053525A JP 2002260573 A JP2002260573 A JP 2002260573A
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Japan
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electrode
ion
ions
ion trap
mass
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English (en)
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Tsukasa Shishika
司 師子鹿
Katsuhiro Nakagawa
勝博 中川
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】発散成分として検出部に入射し得なかった成分
を入射させて検出できるとともにイオン軌道を最適化し
高感度で検出が可能な質量分析装置を実現する。 【解決手段】試料はリング電極4とエンドキャップ電極
2、3とにより構成されたイオントラップ内の空間に導
かれフィラメント1から放出された熱電子と衝突してイ
オン化する。電極4に高周波電圧を印加するとイオンが
イオントラップ空間内でトラップされ、電極4への高周
波電圧を走査すると質量数順にイオンがイオントラップ
空間から放出される。電極3にはイオン放出孔が形成さ
れ、エンドキャップ電極3側から放出されたイオンは電
極5、6、7を備える偏向部16に導かれる。電極5、
6は網状の構造でありイオンが通過できるようになって
おりイオン放出孔は電極3のイオン放出孔の面積より大
とすることによりイオントラップから放出されたイオン
をもれなく偏向部16に取り込める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、質量分析装置に係
わり、特にイオントラップを行う質量分析装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】イオントラップを用いた質量分析装置に
おいて、中性ガスによるノイズの影響を除去するための
一例として、イオントラップと検出器との間にイオンを
偏向させる偏向手段を備える。この様な変更手段を備え
る質量分析装置の例としては、特開平9−161719
号公報に記載された技術がある。
【0003】この特開平9−161719号公報に記載
された技術では、エネルギー分散の大きいイオンビーム
を偏向する場合において、そのイオンビームの広がりを
抑え得る質量分析装置を記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
装置においては、イオントラップから放出されたイオン
を偏向電極に引き込む際に、偏向電極の引き込み口以上
に広がってしまったイオンを検出することができなかっ
た。また、従来、一定電圧を用いて偏向を行う場合に
は、質量分散されたイオンの質量数が大きくなるにつれ
て偏向電極から受ける偏向力が低下し、偏向電極で偏向
されたイオンの軌道にも収差を生じており、高感度の検
出が困難であった。本発明の目的は、発散成分として検
出部に入射し得なかった成分を入射させて検出すること
ができるとともに、イオン軌道を最適化し、高感度でイ
オンの検出が可能な質量分析装置を実現することであ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成される。 (1)リング電極と一対のエンドキャップ電極とを有
し、試料の質量分析を行うイオントラップ部と、このイ
オントラップ部から放出されたイオンを偏向する偏向部
と、この偏向部により偏向されたイオンを検出する検出
部とを備える質量分析装置において、上記偏向部は、複
数の電極を有し、上記イオントラップ部から放出された
イオンが入射される電極は、網状電極である。
【0006】(2)好ましくは、上記(1)において、
上記エンドキャップ電極と上記網状電極のと間に、筒状
のイオンストップ電極を配置する。
【0007】(3)また、好ましくは、上記(1)にお
いて、上偏向部の網状電極に対して、上記イオントラッ
プ部のリング電極に印加される質量分析時の電圧と同期
して電圧を印加し、かつ、その印加電圧を走査する。
【0008】本発明では、偏向部のイオントラップ側の
電極の構造を網状電極にすることにより、これまで発散
成分として検出部に入射し得なかった成分を検出するこ
とができる。
【0009】また、網状電極に印加する電圧を走査する
ことにより、イオン軌道を最適化することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形
態である質量分析装置の概略構成図であり、図2は、質
量分析を行うための機能概略説明図である。
【0011】図2において、分析すべき試料は、まず、
ガスクロマトグラフ(GC)や液体クロマトグラフ(LC)等の
前処理装置11を経て成分分離を行い、イオン源12で
イオン化される。
【0012】イオン化の方法の例としては、電子衝撃イ
オン化法(EI)や、大気圧中でイオン化するエレクト
ロスプレーイオン化法(ESI)、プラズマを用いてイ
オン化する誘導結合プラズマイオン源(ICP)などが
ある。イオン源12でイオン化されたイオンは、高真空
の質量分析計13に導かれ、質量分析が行われる。
【0013】本発明においては、質量分析を行う手段と
しては、後述するように、一対のエンドキャップ電極と
リング電極とにより構成されるイオントラップが用いら
れる。
【0014】そして、質量分析計13で質量分析された
イオンは、順次、質量数順に放出され、イオン検出器1
4で検出が行われる。イオン検出器14で検出されたイ
オンはデータ処理装置15にてデータ処理が行われる。
【0015】図1には、本発明の第1の実施形態におけ
るイオン源からイオン検出器における具体的構成を示
す。なお、図1の例は、EIイオン源を用いた例であ
る。
【0016】図1において、試料はリング電極4とエン
ドキャップ電極2、3とによって構成されたイオントラ
ップ内の空間(イオントラップ空間)に導かれ、フィラ
メント1から放出された熱電子と衝突することでイオン
化する。リング電極4に所定の高周波電圧を印加する
と、イオンがイオントラップ空間内でトラップされる。
【0017】その後、リング電極4に印加した高周波電
圧を走査すると、質量数順に順次イオンがイオントラッ
プ空間から放出されることになる。
【0018】エンドキャップ電極3には、イオン放出孔
が形成されており、エンドキャップ電極3側から放出さ
れたイオンは、電極5、6、7を備える偏向部16に導
かれる。また、電極5、6は網状の構造であり、イオン
が通過できるようになっている。電極5の網状部分は、
エンドキャップ電極3のイオン放出孔の面積よりも大と
なっている。
【0019】電極5の網状部分をエンドキャップ電極3
のイオン放出孔の面積よりも大とすることにより、イオ
ントラップから放出されたイオンをもれなく偏向部16
に取り込むことが可能となる。また、本発明の第1の実
施形態では、後述するように電極5、6、7はそれぞれ
独立に電圧を印加するように構成される。
【0020】イオンは偏向部16を通過することにより
収束され、検出部17により検出される。この検出部1
7は、イオンを衝突させることにより二次電子を発生す
る変換電極8と、二次電子を光電子に変換して検出する
光電子増倍管9とを備える。
【0021】図3は、本発明の第1の実施形態におい
て、正イオンを測定する際のイオントラップおよび偏向
部16に印加する電圧の時間変化を示す図である。
【0022】そして、図3の(A)はイオントラップの
リング電極4に印加する電圧の時間変化を示し、図3の
(B)は電極5に印加する電圧の時間変化を示す。ま
た、図3の(C)は、電極6に印加する電圧の時間変化
を示す。なお、電極7に印加する電圧は、本発明の第1
の実施形態においては、グランドとする。
【0023】図3の(A)において、リング電極4に印
加する電圧は、一定時間経過後に、立ち上がり、所定時
間だけ一定電圧となり、その後、一定の勾配で除々に増
加し、その後、0Vに立ち下がる。この電圧が勾配を有
している期間は、イオントラップ内のイオンを質量分析
して低質量のイオンから順次放出している期間である。
【0024】電圧が勾配を有している期間において、図
3の(B)に示すように、電極5に印加する電圧も走査
するようにする。つまり、電極5に印加する電圧は、電
極4に印加する電圧が、一定の勾配で増加する時点とな
るまでは、一定電圧(プラス)を維持し、電極4に印加
する電圧が増加する時点で立ち下がり、その後、除々に
増加していく。そして、電極4に印加する電圧が、立ち
下がった時点で、電極5への印加電圧が立ち上がり、そ
の後、立ち上がった電圧が維持される。
【0025】また、図3の(C)に示すように、電極6
に印加する電圧は、電極4に印加する電圧が、一定の勾
配で増加する時点となるまでは、一定電圧(マイナス)
を維持し、電極4に印加する電圧が増加する時点で、除
々に減少していく。そして、電極4に印加する電圧が、
立ち下がった時点で、電極6への印加電圧が立ち上が
り、その後、立ち上がった電圧が維持される。
【0026】低質量のイオンは、イオントラップから放
出された後の放出エネルギーが低く、かつ、拡散してい
く傾向にある。逆に、高質量のイオンはイオントラップ
から放出された後の放出エネルギーが高く、かつ、あま
り拡散せずに放出される。
【0027】したがって、この様な傾向を利用し、図3
の(B)に示すように、電極5への印加電圧の走査を行
うと、偏向部16に入射されるイオンを低質量から高質
量のイオンまで均一に保つことが可能となる。
【0028】なお、図3の(C)に示すように、電極6
についても質量分析に同期した印加電圧の走査が行われ
るが、これにより偏向部16内でのイオンの収束性を低
質量から高質量のイオンまで均一に保つことが可能とな
る。
【0029】図4は、本発明の第2の実施形態である質
量分析装置の概略構成図である。この図4において、図
1に示したものと同等なものには同一の符号を付し、そ
の詳細な説明は省略する。
【0030】この図4に示した例の特徴は、エンドキャ
ップ電極3と網状電極5との間に、筒状のイオンストッ
プ電極10を備えたことである。図5は、本発明の第2
の実施形態における正イオン測定時の各電極の電圧印加
の様子を示す図である。
【0031】そして、図5の(a)はイオントラップの
リング電極4に印加する電圧の時間変化、図5の(b)
はイオンストップ電極10に印加する電圧の時間変化を
示す。また、図5の(c)は電極5に印加する電圧の時
間変化、図5の(d)は電極6に印加する電圧の時間変
化を示す。
【0032】図5において、電極4、電極5、電極6に
印加する電圧の時間変化は、図3に示した例と同様であ
る。イオンストップ電極10に印加する電圧は、図5の
(b)に示すように、電極4に印加する電圧が、一定の
勾配で増加する時点となるまでは、一定電圧(プラス)
を維持し、電極4に印加する電圧が増加する時点で立ち
下がり、その後、一定電圧(マイナス)を維持する。そ
して、電極4に印加する電圧が、立ち下がった時点で、
電極10への印加電圧が立ち上がり(プラス)、その
後、立ち上がった電圧が維持される。
【0033】本発明の第2の実施形態では、イオンスト
ップ電極10にも、図5の(b)に示すような質量分析
に同期した電圧を印加するために、質量分析時以外は偏
向部16へのイオンの入射を防止し、質量分析時には積
極的に偏向部16へイオンを引き込むようにすることが
できる。
【0034】ただし、イオンストップ電極10は筒状電
極であるため、エネルギーの強い電子やイオンが質量分
析時以外に放出された際には、完全にストップさせるこ
とはできない。
【0035】これについては、本発明の実施形態では網
状電極5を備えているため、これらの妨害電子やイオン
を排除することができ、耐ノイズ性の高い分析を行うこ
とが可能となる。
【0036】
【発明の効果】本発明によれば、イオントラップから放
出された発散したイオンを低質量から高質量に亘り、バ
ランス良く偏向部へ導くことが可能となる。
【0037】また、イオンストップ電極と網状電極の存
在により、イオントラップ以降のゲートとなる電極を2
重化することができる。これにより、より耐ノイズ性の
高い分析を行うことが可能となる。
【0038】したがって、発散成分として検出部に入射
し得なかった成分を入射させて検出することができると
ともに、イオン軌道を最適化し、高感度でイオンの検出
が可能な質量分析装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の概略構成図である。
【図2】質量分析を行うための機能概略説明図である。
【図3】本発明の第1の実施形態における各電極への印
加電圧の変化状態を示す図である。
【図4】本発明の第2の実施形態の概略構成図である。
【図5】本発明の第2の実施形態における各電極への印
加電圧の変化状態を示す図である。
【符号の説明】
1 フィラメント 2、3 エンドキャップ電極 4 リング電極 5、6 網状電極 7 電極 8 変換電極 9 検出器 10 イオンストップ電極 11 前処理装置 12 イオン源 13 質量分析計 14 イオン検出器 15 データ処理装置 16 偏向部 17 検出部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01J 49/42 H01J 49/42

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リング電極と一対のエンドキャップ電極と
    を有し、試料の質量分析を行うイオントラップ部と、こ
    のイオントラップ部から放出されたイオンを偏向する偏
    向部と、この偏向部により偏向されたイオンを検出する
    検出部とを備える質量分析装置において、 上記偏向部は、複数の電極を有し、上記イオントラップ
    部から放出されたイオンが入射される電極は、網状電極
    であることを特徴とする質量分析装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の質量分析装置において、上
    記エンドキャップ電極と上記網状電極のと間に、筒状の
    イオンストップ電極を配置することを特徴とする質量分
    析装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の質量分析装置において、上
    偏向部の網状電極に対して、上記イオントラップ部のリ
    ング電極に印加される質量分析時の電圧と同期して電圧
    を印加し、かつ、その印加電圧を走査することを特徴と
    する質量分析装置。
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