JP2004234893A - High-frequency inductively-coupled plasma ion trap mass spectrometry device - Google Patents

High-frequency inductively-coupled plasma ion trap mass spectrometry device Download PDF

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JP2004234893A
JP2004234893A JP2003018964A JP2003018964A JP2004234893A JP 2004234893 A JP2004234893 A JP 2004234893A JP 2003018964 A JP2003018964 A JP 2003018964A JP 2003018964 A JP2003018964 A JP 2003018964A JP 2004234893 A JP2004234893 A JP 2004234893A
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Yoshiaki Kato
義昭 加藤
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Hitachi High Technologies Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inexpensive high-frequency inductively-coupled plasma ion trap mass spectrometry device capable of restraining generation of low-mass region noise, and of a high-sensitivity quantitative analysis. <P>SOLUTION: The base line of a low-mass region having a mass of 18 to 40 is formed into a table-like shape by noise in an ion trap mass spectrometry device, so that a high-sensitivity quantitative analysis of an element appearing in this region becomes difficult. The cause of the noise drives from water ions due to an ion-molecule reaction between Ar ions and water molecules trapped in an ion trap space, the water ions produced during mass sweep are released from the ion trap and detected regardless of mass of sweep and generate noise on a mass spectrum. Noise is not generated if the water ions produced by the ion-molecule reaction are prevented from being released regardless of mass. A main high-frequency voltage V applied to a ring electrode is reversely swept from a high voltage toward a low voltage, the produced water ions are continuously stably trapped in the ion trap, and never cause noise. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
高周波誘導結合プラズマ質量分析装置(Inductively Coupled Plasma−Mass Spectrometer, ICP−MS)は、高周波誘導結合プラズマ(ICP)の高温プラズマイオン源と質量分析計(MS)とを結合した装置で、水溶液中の極微量金属元素の高感度定性、定量分析に用いられている。
【0003】
ICP−MSは、20MHz程度の高周波電圧を用いてアルゴン(Ar)などのガスのプラズマを生成し、生成したプラズマ中に、試料溶液を霧化し、導入して高温のプラズマ中でイオンを生成する。そして、生成されたイオンは、細孔を経て真空容器中に取り込まれ質量分析計により質量分析される。
【0004】
ICP−MSは周期律表に存在する大半の元素を測定対象とし、その検出感度はppt(10−12)からppq(10−15)と極めて高い。
【0005】
ここで、生体中や環境中の極微量元素の存在量や挙動を正確に調べるために、測定手法や測定装置に対して更なる高感度化が要求されてきている。そのため、試料導入装置、ICPイオン源、イオン移送部、質量分析計(MS)などICP−MSを構成する全ての部分の工夫、改良がなされてきた。
【0006】
ICP−MSに用いられる質量分析計は、磁場型質量分析計や四重極質量分析計(QMS)などである。また、イオンを蓄積して質量分析するイオントラップ質量分析計をICP−MSの質量分析計に用いることにより、感度の向上や分子イオンの低減を図ろうとする試みがなされた。この試みは、例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、非特許文献1に記載されている。
【0007】
質量分析計は、物質の質量を直接、高感度、高精度に測定する装置である。そのため、宇宙科学からバイオ科学分野まで多くの分野で使用されている。このため、質量分析計には原理を異にする多くの種類の装置がある。
【0008】
この中でイオントラップ質量分析計は、小型でありながら多くの機能を有することから最近多くの分野に普及してきた。このイオントラップ質量分析計は、1950年代に、Dr. Paulにより発明され、基本的概念は、例えば、特許文献5に記載されている。その後、多くの研究者により、イオントラップ質量分析計や手法の改良がなされてきた。
【0009】
図9は、イオントラップ質量分析計の概略構成図である。図9に示すように、イオントラップ質量分析計においては、内周面が双曲線形状であるドーナツ状のリング電極18と、内面側が双曲線形状であり、回転対称体となっている2つのエンドキャップ電極17、19が、リング電極18を挟み込むように配置される。
【0010】
リング電極18と2つのエンドキャップ電極間17、19に、主高周波電源20から供給される周波数fの高周波電圧を印加すると、3つの電極18、17、19に囲まれたイオントラップ空間27内に高周波イオントラップ電界が形成される。
【0011】
この高周波イオントラップ電界によりイオントラップ質量分析計は質量の異なる多くのイオンを同時にイオントラップ空間27内にトラップすることができる。
【0012】
ここで、イオントラップ空間27内に形成された高周波イオントラップ電界におけるイオンの挙動は、図10に示すように、数学的にかつグラフ的にMathieu安定曲線として表される。このMathieu安定曲線に関しては、例えば、特許文献5や特許文献6に記載されている。
【0013】
イオントラップ空間27内にトラップされた質量mのイオンと高周波電界のパラメータとの間には、後述する式(1)、(2)が成立する。
【0014】
あるイオンのazとqz値が、図10に示したMathieu安定ダイアグラムの矩形内に存在する時は、このイオンはイオントラップ空間27に安定にトラップされる。一方、あるイオンのaz、qz値の両方、または片方がMathieu安定ダイアグラムの外の領域に位置するなら、そのイオンはもはやイオントラップ空間27に安定にトラップされずにイオントラップ外に排出されるか、イオントラップ電極に衝突して電荷を失うことになる。
【0015】
イオントラップの回転半径をr、主高周波の周波数をf、高周波電圧をV、主高周波の直流成分の電圧をUとすると、次式(1)、(2)が求められる。
【0016】
az=−8eU/(m*rΩ) ―――(1)
qz= 4eV/(m*rΩ) ―――(2)
ここで、Ω=2πf、eは電子の電荷(1.6*10−19)である。
【0017】
もし、主高周波電圧の直流成分を零、即ちU=0とした場合、az=0となり、(2)式だけが、イオンの安定性に関与する数式となる。
【0018】
イオントラップ質量分析計によるマススペクトルの取得の基本的手法は、特許文献7に記載されている。この基本的手法においては、主高周波電圧の高周波電圧Vをリニアに掃引してイオンを安定領域(0<qz<0.908)から質量順に不安定領域(qz>0.908)に押し出す。そして、質量順に放出されたイオンを検知器により検知してマススペクトルを得ることができる。
【0019】
この方式は、質量選択不安定掃引法(Mass−Selective Instability Scanning Method)と呼ばれている。
【0020】
イオントラップ空間27内にトラップされたイオンは、その質量mや主高周波電圧Vなどのトラッピングパラメータ(V、r、Ω)に基づいた固有の振動数で安定に振動している。イオンのこの運動は固有振動(Secular Motion)と呼ばれている。
【0021】
また、固有振動の周波数は固有振動数(Secular Frequency)と呼ばれ、この固有振動数ωは、次式(3)で表される。
【0022】
ω=√2eV/(mrΩ) ―――(3)
上記式(3)から、イオンの固有振動数ωは主高周波電圧Vに比例し、イオンの質量mに反比例することがわかる。また、固有振動数ωは次式(4)に示す範囲内に存在する。
【0023】
0<ω<βΩ/2 ―――(4)
ここで、βは0から1の値を持ち、次式(5)のように近似される。
【0024】
β=(az+qz/2)1/2 ―――(5)
図9に示したイオントラップ質量分析計のように、2つのエンドキャップ電極17、19間に、補助交流電圧電源21から供給される補助交流電圧ω’を印加する。
【0025】
もし、イオンの固有振動数ωと補助交流電圧の振動数ω’とが一致すると、両者は共鳴する。その結果、イオンは補助交流電圧からエネルギー吸収して、イオンの軌道は急速に拡大する。そして、補助交流電圧が数V以上になると、イオンの軌道はイオントラップ空間を越えてしまう。この場合、イオンはイオントラップ空間外に放出される。
【0026】
この共鳴現象を利用したものが共鳴放出(Resonance Ejection)である。
【0027】
また、2つのエンドキャップ電極17、19間に補助交流電圧を印加しながら主高周波電圧Vをリニアに掃引してイオンを質量順に共鳴させてイオントラップ外に放出させ検出することでマススペクトルを得ることができる。これは、共鳴出射掃引法(Resonance Ejection Scanning Method)と呼ばれ、例えば、特許文献8に記載されている。
【0028】
この共鳴出射掃引法は、補助交流電圧の周波数ω’を設定することにより、測定質量領域を拡大でき、さらに、マススペクトルの分解能が質量選択不安定掃引法に較べ優れていることから現在では広く利用されている。
【0029】
また、補助交流電圧が単一の周波数によらずに複数の周波数成分(広帯域ノイズ)であることを利用してイオントラップ内のイオンの放出、単離を自由に行なう方法が、特許文献9に記載されている。
【0030】
この手法はイオンの固有振動数と補助交流電圧の共鳴を利用したもので、多くのイオンを一度に共鳴放出する方法を示している。特許文献9に示された広帯域ノイズ信号は、広範囲のイオンを同時に放出する事を目的としている。
【0031】
ただし、イオントラップ内に残すイオンの周波数に相当する周波数成分はノッチ(切り込み)としてある。即ち、ノッチに相当する周波数は印加されない。
【0032】
そのため、ノッチの周波数に相当するイオンは共鳴することなく、イオントラップ内に安定にトラップされ、それ以外のイオンはイオントラップ空間から排除される。
【0033】
ここで、イオントラップ質量分析装置ではなく、誘導結合プラズマ質量分析装置におけるバックグランド(ノイズ)を除去する方法が、特許文献10に記載されている。
【0034】
この特許文献10においては、分析試料が鉄であれば、キャリアガスArと、分析試料の溶媒であるHOのOとが結合して結合イオンArOが形成され、この結合イオンArOがFeのバックグランド(ノイズ)として検出されるため、検出感度が低下することが記載されている。
【0035】
そして、この特許文献10においては、分析試料を加熱して、灰化ステージにてArOを気化すれば、気化ステージにおいては、ArO がFeのバックグランドとならないことが記載されている。
【0036】
【特許文献1】
米国特許第5767512号明細書
【特許文献2】
米国特許第6259091号明細書
【特許文献3】
特開平10−228881号公報
【特許文献4】
特開2000−164169号公報
【特許文献5】
米国特許第2939952号明細書
【特許文献6】
特開昭59−134546号公報
【特許文献7】
米国特許第4540884号明細書
【特許文献8】
米国特許第4736101号明細書
【特許文献9】
米国特許第5466931号明細書
【特許文献10】
特許第2767511号公報
【非特許文献1】
Rapid Communication in Mass Spectrometry,71(1994),71−76;C. J. Barinaga and D. W. Koppenaal
【0037】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、試料水溶液を高周波結合誘導プラズマ−イオントラップ質量分析装置(ICP−ITMS)の導入系に導入し、長時間ICP−ITMSを稼動させて行くと、m/z18からm/z40の低質量領域のノイズが次第に大きくなる。
【0038】
そして、最終的には、図11に示すように、m/z18からm/z40のベースラインが台形状に持ち上がり、m/z16からm/z40に出現する信号に重畳してくる。すなわち、m/z16からm/z40の領域の間においてイオントラップ質量分析計の質量掃引に無関係に何らかのイオンがイオントラップ質量分析計から検知器に向け絶えず放出される。そのイオンが検知器により検知されマススペクトル上にノイズとして記録される。
【0039】
この連続ノイズによるベースラインの持ち上がりにより、m/z18からm/z40の質量領域に出現するフッ素F、ナトリウムNa、マグネシウムMg、アルミニウムAl、珪素Si、リンP、硫黄S、塩素Cl、カリウムK、カルシウムCaなどの元素の定量分析や高感度測定が全く不可能になる。
【0040】
そこで、本願発明者は、図11に示した低質量領域のノイズの原因を調べるために次のような実験と考察を行った。
【0041】
まず、真空排気され、低質量領域のノイズの無いICP−ITMSを用意する。このICP− ITMSに純水の導入を繰り返しながらマススペクトル測定を行う。測定が24時間以上になると、低質量領域のベースラインが次第に持ち上がってくる。
【0042】
純水の導入を継続し、測定が2、3日と延びるに従い、ノイズ高は測定継続時間の増加に対応して増加する。その結果、図11に示すような、台形状のベースラインを有するマススペクトルが得られる。
【0043】
次に、イオントラップ質量分析計が配置された真空室の排気ポンプをターボ分子ポンプから水の排気速度が高いクライオポンプに交換して、低質量領域のノイズ高の変化を調べた。
【0044】
真空ポンプをターボポンプからクライオポンプに交換すると、低質量領域のノイズは次第に小さくなり、24時間後にノイズは、1/10に減少した。
【0045】
これ等の実験から、低質量領域のノイズの発生にはイオントラップ質量分析計内において水が何らかの関与していることが推定できる。
【0046】
高周波誘導結合プラズマ(ICP)イオン源は、アルゴンArガス中に噴霧された金属元素をArプラズマの高温によりイオン化するものである。試料は多くの場合希釈された水溶液であり、噴霧器により絶えずプラズマ中に供給される。
【0047】
すなわち、プラズマ中に大量の水分子が継続的に供給され、試料や水はイオン、分子や原子の形で存在している。この高温のプラズマ中に存在するイオンやガスは同時にスキマーの先端に設けられた細孔から真空室中に取り込まれる。イオンはイオン移送領域や多段の差動排気系を経てイオントラップ質量分析計に導入されるが、同時に多量の水分子もイオントラップ質量分析計内に送り込まれることになる。
【0048】
高周波誘導結合プラズマ(ICP)中の主たるイオンはArイオンである。イオントラップ空間27内にトラップされたArイオンは、イオントラップ空間27内の中性の水分子と衝突して、次式(6)のイオン分子反応を起こす。
【0049】
Ar+HO→ Ar + H ―――(6)
式(6)に示した反応は、電荷移動反応と呼ばれている。この(6)式の反応が右辺方向に移動するのは、Arのイオン化ポテンシャル(IP)が15.8 eVであるのに対して、水のイオン化ポテンシャル(IP)が12.6 eV低いことに起因している。
【0050】
希ガスのイオン化ポテンシャル(IP)はいずれも水のIPより高い。すなわち、希ガスイオンと水分子とを同一の空間に閉じ込めておくと、両者は衝突して電荷が希ガスイオンから水に移って行く。イオントラップ空間27には、プラズマから絶えず水分子とArイオンが供給される。そのため、イオントラップ空間27内にArイオンと水分子が存在する間、(6)式の反応はイオントラップ空間27内で継続して起きることになる。
【0051】
Arイオンと水分子はイオントラップ空間27内で以下のステップに従い、ノイズの発生に関与していると推測される。
【0052】
以下、図12から図17を参照して、ノイズの発生原因を説明する。
図12の(a)〜図17の(a)はMathieu安定曲線のq軸(横軸)を示している。q軸上の丸印はイオンのqz値の位置を示す。
【0053】
今、質量m2、m1とArイオンとが同時にイオントラップ空間27にトラップされているとする。イオンの質量はm2>40(Ar)>m1>18とすれば、Mathieu安定曲線内に4つのイオンは左から順に、m2、Ar、m1、水イオンが位置することになる。
【0054】
補助交流電圧ω1を0.908の極近傍になるように設定印加する。そして、主高周波電圧Vを増加方向に掃引する。3つのイオンm2、Ar、m1のqz値は、(2)式に従い増加する。
【0055】
すなわち、Mathieu安定曲線上では3つのイオンm2、Ar、m1は、各々見掛け上右方向にシフトする。一方、共鳴点ω1やMathieu安定曲線の境界0.908は固定のままである。
【0056】
その結果、質量の小さいほうから順に、その固有振動数ωが補助交流の周波数ω1と一致する(ω→ω1)ようになる。イオンは補助交流電圧ω1と共鳴してイオントラップ空間27から外部に放出される。放出されたイオン電流値は検知器により検出される。イオントラップ空間27内に水分子が存在しない場合は、図12の(b)のようにノイズの無いマススペクトルが得られる。
【0057】
イオントラップ空間27内に水分子が存在する場合、(6)式に示したイオン分子反応が起き、生成した水のイオンがノイズの原因となる。
【0058】
図13は、質量掃引開始直後の様子を説明する図である。図13において、質量掃引は、m/z1からm/z18までの期間である。この期間、Hイオンのqzは0<qz<0.908となり、Mathieu安定曲線の安定領域内に存在している。この期間の質量掃引の間、Arイオンと水分子との間では(6)式のイオン分子反応が進行し、掃引に無関係に、Hイオンが連続的に生成される。
【0059】
イオンは安定領域内に存在するため、イオン分子反応で生成したHイオンはそのままイオントラップ空間27内にトラップされ続ける。
【0060】
その結果、この期間、Hイオンはノイズの原因とならず、図13の(b)に示すように、m/z18以下の領域にはノイズが出現しない。
【0061】
質量掃引が進み、m/z18からm1の領域となった場合の状況を図14に示す。イオントラップ空間27内にトラップされたHイオンは共鳴的に放出され、そのイオン電流が検知器により検知される。その後、質量掃引が、m/z18を過ぎて進むと、Hイオンのqz値は、図13の場合と異なり、qz>0.908となり、不安定領域に位置するようになる。
【0062】
イオントラップ空間27内でイオン分子反応により生成したHイオンは、生成直後に不安定となり、イオントラップ空間27に留まることは出来なくなる。その結果、Hイオンは質量掃引に無関係にイオントラップ空間27外に連続的に放出され、検知されてノイズとなる。
【0063】
図15は、m1からm/z40(Ar)までの領域を掃引している状態の説明図である。この図15に示した状態は、図14に示した状態と同様に、イオン分子反応で生成したHイオンの軌道は不安定のため、Hイオンは連続的にイオントラップ空間27外に放出されてノイズの原因となる。イオンm1は、共鳴点ω1に達して、共鳴的に排出され検知される。しかし、同時に不安定領域において排出されたHイオンのノイズの中に埋没することとなる。
【0064】
図16は、m/z40からm2までの領域を掃引している状態の説明図である。図16において、Arイオンは共鳴点ω1で共鳴して、イオントラップ空間27から放出される。その結果、イオントラップ空間27内には、もはやArイオンは存在しなくなる。そのため、(6)式のイオン分子反応は起きなくなり、もはや、Hイオンは生成されなくなり、Hイオンに由来するノイズは消滅して、ベースラインは元の零レベルに戻る。
【0065】
図17は、イオントラップ空間27内の最高質量m2が検知された後の状態を説明する図である。イオントラップ空間27内には、もはやイオンは存在しないため、(6)式のイオン分子反応は起きない。この領域ではイオンのピークやノイズは出現しない。
【0066】
最終的に、図17の(b)に示すようなマススペクトルが得られる。
【0067】
以上説明した事象が、マススペクトル上の質量18から40に渡るテーブル状の連続ノイズの発生原因と考えられる。
【0068】
上述した仮説が正しいとすれば、低質量領域のノイズを低減するために、以下の対策が考えられる。
【0069】
まず、第1の対策としては、上述した連続ノイズを無くすには、ノイズの発生源である水分子がイオントラップ空間に導入されないようにすれば良い。試料溶液は水溶液であるから、イオントラップ質量分析計が配置された空間を排気する真空ポンプとして水の排気速度が極めて高いクライオポンプを採用する事が考えられる。
【0070】
本願発明者等の実験では、クライオポンプによる24時間の連続排気により低質量領域のノイズを1/10以下にすることができる。
【0071】
しかし、クライオポンプの価格は1台あたり数100万円と高価であるため、安価なICP−ITMSには採用できない。
【0072】
第2の対策としては、イオン分子反応の、一方であるArイオンをイオントラップ空間から排除することである。イオントラップ空間にイオンを導入している間、上述の共鳴放出法により、Arイオンを選択的に排除することができる。
【0073】
具体的には、Arイオンの固有振動数と同じ補助交流電圧をエンドキャップ間に印加すれば、Arイオンは補助交流電圧と共鳴しイオントラップ空間外に排除される。
【0074】
しかしながら、この方法では、共鳴しきれないArイオンがイオントラップ空間内に残り、イオン分子反応を引き起こしてしまうことがある。また、m/z40近傍のイオン(例えばK、Caなど)はArイオンと共にイオントラップ空間外に排除され測定できなくなる。
【0075】
したがって、第2の対策も望ましいものではない。
【0076】
ここで、プラズマイオン質量分析装置においては、上述したように、試料が希釈された水溶液が、Arガスにより霧化されプラズマ中に噴霧されて、イオン等とされ、イオントラップ質量分析計内に導入される。このため、プラズマイオン質量分析装置では、HOは不可欠な成分である。
【0077】
したがって、イオントラップ質量分析計に係わる技術ではない特許文献10に記載された技術を適用して、加熱により水分子を排出することはできない。
【0078】
本発明の目的は、安価でありながら、低質量領域ノイズの発生を抑制でき、高感度定量分析が可能な高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置を実現することである。
【0079】
【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)分析対象物の水溶液をプラズマ中に導入して、イオンを生成し、生成したイオンをイオントラップ空間に捕捉した後、イオントラップ空間からイオンを放出して、放出したイオンの質量を検出して分析する高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置において、イオントラップ空間を形成する補助交流電極と、補助交流電極と共にイオントラップ空間を形成する主電極と、イオントラップ空間から放出されるイオンの質量を検出する質量検出器と、補助交流電圧の周波数と主高周波電圧の振幅値を制御し、検出されたイオンの質量スペクトルを作成する制御データ処理手段とを備える。
そして、制御データ処理手段は分析対象質量領域の設定上限質量値に対応する第1の電圧値を主電極に供給し、分析対象領域のイオンをイオントラップ空間に導入した後、補助交流電圧周波数を上限質量より大の質量のイオン共鳴周波数とする。
その後、主高周波電圧の電圧値を、第1の電圧値から分析対象質量領域の設定下限質量値に対応する第2の電圧値に向かって傾斜状に減少させて掃引し、上限質量のイオンから下限質量のイオンをイオントラップ空間から放出させる。そして、放出されたイオンを質量検出器に検出させる。
【0080】
(2)好ましくは、上記(1)において、イオントラップ空間内のイオン分子反応により生成されたイオンは、第1の電圧値から第2の電圧値に向かって減少される間、イオントラップ空間内に捕捉される。
【0081】
(3)また、好ましくは、上記(1)又は(2)において、分析対象質量領域の下限質量値は15である。
【0082】
(4)また、好ましくは、上記(1)又は(2)において、分析対象質量領域の下限質量値は16である。
【0083】
(5)また、好ましくは、上記(1)又は(2)において、分析対象質量領域の上限質量値は280である。
【0084】
(6)また、好ましくは、上記(1)又は(2)において、分析対象質量領域の上限の質量は300である。
【0085】
(7)また、好ましくは、上記(1)において、掃引開始電圧として第1の電圧値と、掃引終了電圧値として第2の電圧値を、イオンの質量スペクトルとともに表示する表示手段を備える。
【0086】
(8)分析対象物の水溶液をプラズマ中に導入して、イオンを生成し、生成したイオンをイオントラップ空間に捕捉した後、イオントラップ空間からイオンを放出して、イオンの質量を検出して分析する高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析方法において、イオントラップ空間を形成し、主高周波電圧が供給される主電極に、分析対象質量領域の設定上限質量値に対応する第1の電圧値を供給して、上記分析対象領域のイオンをイオントラップ空間に導入し、主電極と共にイオントラップ空間を形成する補助交流電極に、上限質量より大の質量のイオン共鳴周波数を有する補助交流電圧を供給する。
そして、主高周波電圧の電圧値を、第1の電圧値から分析対象質量領域の設定下限質量値に対応する第2の電圧値に向かって傾斜状に減少させ、上限質量のイオンから下限質量のイオンをイオントラップ空間から放出させる。
その後、イオントラップ空間から放出されるイオンの質量を検出し、検出されたイオンの質量スペクトルを作成する。
【0087】
(9)分析対象物の水溶液をプラズマ中に導入して、イオンを生成し、生成したイオンをイオントラップ空間に捕捉した後、イオントラップ空間からイオンを放出して、イオンの質量を検出して分析する高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置の動作を制御するコンピュータプログラムにおいて、イオントラップ空間を形成し、主高周波電圧が供給される主電極に、分析対象質量領域の設定上限質量値に対応する第1の電圧値を供給して、上記分析対象領域のイオンをイオントラップ空間に導入し、主電極と共にイオントラップ空間を形成する補助交流電極に、上限質量より大の質量のイオン共鳴周波数を有する補助交流電圧を供給し、主高周波電圧の電圧値を、第1の電圧値から分析対象質量領域の設定下限質量値に対応する第2の電圧値に向かって傾斜状に減少させ、上限質量のイオンから下限質量のイオンをイオントラップ空間から放出させた後、イオントラップ空間から放出されるイオンの質量を検出し、検出されたイオンの質量スペクトルを作成するコンピュータプログラム。
【0088】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の基本原理について説明する。
本願発明者は、高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置において、低質量領域のノイズは質量18から40の間を掃引中にイオントラップ空間内で生じたイオン分子反応に由来すると考察した。
【0089】
すなわち、低質量領域のノイズは、生成されたHイオンが直ちに不安定になり、イオントラップ空間外に放出されて、それが検知されることに由来する。
【0090】
イオン分子反応により生じたHイオンが、イオントラップ空間外に放出されないなら、つまり、イオントラップ空間内に安定に留まり続けさせることが可能であれば、生成したHイオンは連続ノイズの原因とはならない。
【0091】
図2から図6を参照して、本発明の原理を模式的に解説する。
各図の(a)は、Mathieu安定化曲線q軸上のイオン位置を示し、各図の(b)は、質量掃引によるマススペクトル取得途中の様子を示す。なお、イオンの質量はm2>40(Ar)>m1>18(H)となっているとする。
【0092】
イオントラップ質量分析装置の2つのエンドキャップ電極間に印加する補助交流電圧の周波数ωを測定質量範囲の上限におけるイオンの固有振動数より低く設定する。例えば、ウランUOからFまでが測定範囲であれば、m/z300に相当する周波数の補助交流電圧周波数ω2を設定印加する。
その後、主高周波電圧Vを減少方向に掃引を開始する。
【0093】
ウランUOから順に、質量の高い方から低い方にイオンは補助交流電圧周波数ω2と共鳴してイオントラップ空間外に放出される。放出されたイオンは検知器で検知されマススペクトルが形成される。これは質量が高い方から低い方向に掃引する逆掃引によるマススペクトル取得である。
【0094】
Mathieu安定曲線においては、安定にトラップされるイオンは左手から右手方向に向かって質量の高い方から低い方に並んで配置される。最左手に共鳴用の補助交流電圧周波数ω2が設定される。質量18の水のイオンは安定ダイアグラムの最右手の境界(q=0.908)内になるように、主高周波電圧Vが設定される。
【0095】
図2に示すように、主高周波電圧Vの逆掃引(Main RF Voltage Scanning)を開始すると、Mathieu安定曲線内のイオン(UOからHイオンまで)は見掛け上左方向に少しずつ移動する。
【0096】
質量m2のイオンが共鳴放出されるまでの間、イオントラップ空間内ではArイオンと水分子の間で、上記式(6)のイオン分子反応が起き、Hイオンが連続的に生成される。Hイオンのqz値は、0.908未満であるため、Hイオンは安定にイオントラップ空間内にトラップされたままである。
【0097】
そのため、m/z300からm2までの領域は、Hイオンは検出されず、Hイオンによるノイズは全く出現しない。
【0098】
図3は、質量m2から40(Ar)の領域を逆掃引している状況を示す図である。先ず質量の高いm2イオンが周波数ω2と共鳴し、イオントラップ空間外に放出されて検知される。主高周波電圧Vを逆掃引している間、イオントラップ空間内のAr+イオンは、イオントラップ空間内の水分子と(6)式のイオン分子反応を起こし、Hイオンを連続的に生成する。
【0099】
生成されたHイオンは、図2に示した場合と同様に、Mathieu安定曲線内に存在するため、イオントラップ空間外に放出されることはない。そのため、検出させることはなく、ノイズは発生しない。
【0100】
図4は、質量40(Ar)からm1の領域を逆掃引している場合の状態を示す図である。Arイオンは補助交流電圧周波数ω2と共鳴しイオントラップ空間外に放出され、そのイオン電流値が検知器により検知される。その後、イオントラップ空間内にはもはやArイオンは存在しないため、(6)式のイオン分子反応は起きなくなる。
【0101】
すなわち、Hイオンは新たに生成されることは無くなる。また、Hイオンは、図2、図3に示した場合と同様に、イオントラップ空間内にトラップされたままである。そのため、ノイズはやはり発生しない。
【0102】
図5は、質量m1から18の領域を逆掃引している場合の状態を示す図であり、図6は、質量18以下の領域を逆掃引している場合の状態を示す図である。
【0103】
図5及び図6に示した場合は、図4に示した場合と同様に、イオントラップ空間内にはArイオンが存在しないため、Hイオンは生成されない。しかし、Hイオンが残存する場合には、Hイオンは安定してイオントラップ空間内にトラップされ続ける。
【0104】
イオンは、最終的に、補助交流電圧周波数ω2と共鳴しイオントラップ空間外に放出されて、Hイオンとして検知される。すなわち、Hイオンは質量18のイオンとして検出され、質量18から40に渡るノイズとなることは無い。
【0105】
以上のように、最終的には、イオントラップ空間内に存在したm2、Ar、m1、Hイオンは、共鳴により放出され検知される。そして、図6の(b)に示すような、ノイズの無いマススペクトルが得られる。
【0106】
これは、主高周波電圧Vの逆掃引動作の進行に伴い、Hイオンのqz値は漸次小さくなり、Mathieu安定曲線の左方向にシフトし、常にHイオンはMathieu安定曲線の外に位置することはない。
【0107】
この結果、生成されたHイオンは、主高周波電圧Vの逆掃引動作の間、イオントラップ空間内に安定して留まることとなる。
【0108】
図7は、本発明に依る方式(逆掃引)で取得したマススペクトルを示すグラフである。これに対して、図11に示したグラフは、本発明によらない通常の方式(順掃引)により得たマススペクトルを示すグラフである。
【0109】
図7及び図11に示した、マススペクトルの取得間隔は数分で、主高周波電圧V及び補助交流電圧以外のパラメータは、両者とも同一条件である。
【0110】
図7の例と図11の例とを比較すれば、容易に理解できるように、図11に示した通常の方式(順掃引)により得たマススペクトルは、質量18から40の間で、テーブル状のノイズが発生している。
【0111】
これに対して、図7に示した本発明の方式(逆掃引)により得たマススペクトルは、質量18から40の間においても、テーブル状のノイズは発生しておらず、このノイズの発生が抑制されていることが理解できる。
【0112】
逆掃引の場合のノイズと、通常掃引の場合のノイズとの比は1/1000であった。
【0113】
これから、低質量領域のノイズは、掃引途中にイオントラップ空間内で生じたHイオン由来するとした仮説の正しさは立証され、かつ、逆掃引を行うことにより、Hイオンをイオントラップ空間内に安定してトラップでき、検出されたマススペクトルにおけるノイズの発生を低減することができる。
【0114】
なお、本発明の方式による主高周波電圧Vの逆掃引により取得したマススペクトルは、高質量から低質量に向けイオンが出現する。したがって、イオンの出現順に、表示画面の左から右に向かうにつれて、高質量から低質量となるようにマススペクトルを表示することも考えられる。
【0115】
しかし、マススペクトルは、左から右に向かうにつれて、低質量から高質量となるように表示することが一般的である。また、順掃引を行う通常の方式によるマススペクトルとの比較の都合上、逆掃引で得られたマススペクトルの質量軸を低質量から高質領になるように反転表示している。
【0116】
また、図7に示した例は、表示手段に表示される例であり、マススペクトルと共に、周波数、掃引開始電圧、掃引終了電圧、掃引開始質量、掃引終了質量が表示されている。これにより、逆掃引を行った結果であること、及びその条件を確認することができる。
【0117】
以上が、本発明の基本原理である。
次に、本発明の一実施形態について、具体的に説明する。
図1は、本発明の一実施形態が適用される高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置の概略構成図である。
【0118】
図1において、分析対象物を含む試料溶液は試料溶液槽1からポンプ2により霧化器3へ送られる。霧化器3では、ガス供給部4から供給された霧化ガスにより試料溶液が霧化される。
【0119】
霧化された試料溶液は、微細な液滴となり試料導入管を経てプラズマイオン源5に導入される。イオン源5は3重の石英管で構成され、ガス供給部4からArガスなどのプラズマガスやシースガスなどが供給される。
【0120】
プラズマイオン源5の誘導コイル6には高周波電源7からの高周波電圧が印加され、Arガスが加熱されて、プラズマ8が発生する。試料溶液から生成された微細な液滴は噴霧ガス(Ar)の流れに乗りプラズマ8中に供給される。
【0121】
試料溶液から生成された液滴は、プラズマ8の高温により気化、原子化、更にイオン化される。プラズマ8中にはArイオン、試料イオンのほか、大量のArや水などの中性分子、原子が存在する。プラズマ8中の、イオン、中性分子、原子はスキマー10の先端に設けられた細孔9から真空ポンプ(油回転ポンプ)30で排気された真空室11に導入される。
【0122】
真空室11に導入されたイオンや中性分子は、スキマー24を介して真空ポンプ(ターボ分子ポンプ)31により排気された真空室25に導入される。真空室25に導入されたイオンは、この真空室25内に置かれた静電レンズ12より収束され、イオントラップ質量分析計16が配置された高真空室26に送り込まれる。
【0123】
高真空室26内に送り込まれたイオンは、高周波電源13から供給される高周波電圧が印加された多重極イオンガイド14により効率よくイオントラップ質量分析計16に送り込まれる。
【0124】
一方、電荷を持たないArや水などの中性分子の大部分は差動排気系により真空室25外に排気される。しかし、水などの一部の中性分子はイオンと共に、真空ポンプ(ターボ分子ポンプ)32により排気された高真空室26に到達する。
【0125】
イオンガイド14から質量分析計16に送り込まれたイオンは、イオンゲート電極15に到達する。イオンゲート電極15には、送り込まれるイオンと反対極性の直流電圧が印加され、イオンゲートがONの状態とされる。
【0126】
イオンゲートON状態の期間、イオンはイオントラップ質量分析計16内に導入され、イオントラップ空間27に蓄積される。このイオンがトラップ空間27内に蓄積される間、リング電極(主電極)18とエンドキャップ電極(補助電極)17、19との間にはイオンをトラップするための主高周波電圧Vが主高周波電源20から供給される。
【0127】
これにより、3つの電極17、18、19に囲まれたイオントラップ空間27内に高周波イオントラップ電界が形成される。そして、イオントラップ空間27内に導入されたイオンは、高周波イオントラップ電界により安定して空間27内にトラップされる。
【0128】
分析対象質量領域のイオンを空間27にトラップするためには、主高周波電圧Vを所定の値に設定することが必要である。設定する主高周波電圧や補助交流電圧源21から供給される補助交流電圧の周波数などは、計算で簡単に求めることができる。
【0129】
ここで、主高周波電圧の振動数fが4MHzで、イオントラップの回転半径rが10−2mとすれば、上記(2)式から次式(7)式が導かれる。
【0130】
V=qz*mrΩ/4e ―――(7)
測定対象質量領域の設定下限質量値を15として、この質量15のイオンがMathieu安定曲線内の最右端に位置する、すなわち、qz=0.9となることのできる主高周波電圧Vは、上記(7)式から、V=2210(V)と算出することができる。
【0131】
このときの、m/z=300のイオンのqz値は、上記(2)式から、qz=0.045と算出される。すなわち、主高周波電圧V(第1の電圧値)を2210Vに設定すれば、質量15から質量300までの全てのイオンのqz値がMathieu安定曲線内(0<qz<0.908)に存在し、イオントラップ空間27内に安定にトラップすることができる。
【0132】
上記(2)式及び(3)式から次式(8)が導かれ、補助交流電圧の周波数ωが導かれる。
【0133】
ω=(Ω/2√2)*{4eV/(mrΩ)}
ω=(Ω/2√2)*qz ―――(8)
m/z300のイオンは、qz=0.045であるから、その固有振動数ωは、上記(8)式から、ω=0.0636MHz=63.6kHzと算出できる。
【0134】
また、m/z15のイオンの固有振動数ω’が補助交流電圧周波数ωに到達する主高周波電圧Vは、上記(7)式から、V=110Vと算出できる。
【0135】
これから、周波数4MHzの主高周波電圧を2210Vから110V(第2の電圧値)まで掃引すれば、設定上限質量値である質量300から設定質量下限値である質量15までのイオンをイオントラップ空間27から共鳴により放出することができる。測定対象質量範囲が質量300〜15以外でも同様に計算で主高周波電圧値や補助交流電圧の周波数などを算出し、制御データ処理装置(コンピュータ)23から主高周波電圧や補助交流電圧を設定可能である。
【0136】
したがって、m/z15からm/z300を分析対象質量領域とすると、先ずイオントラップ空間27に分析対象質量領域のイオンをトラップするためには、印加する主高周波電圧の周波数は4MHz、電圧は2210Vに設定すればよい。
【0137】
2つのエンドキャップ電極17、19間には、分析対象質量領域の上限であるm/z300の固有振動数に相当する周波数63.6kHzで電圧3Vの補助交流電圧が印加される。
【0138】
実際の測定操作においては、制御データ処理装置23に測定対象質量領域を入力すれば、主高周波電圧Vや補助交流電圧の周波数が自動的に算出され、算出した値となるように、対応する高周波電源20、21に、制御データ処理装置23から制御信号が送られる。
【0139】
イオンのイオントラップ空間27への導入が完了すると、イオンゲート電極15にイオンと同極性の直流電圧が印加され、イオンゲートはOFF状態となる。イオンゲートOFF状態では、イオンはイオンガイド14からイオントラップ空間27内に導入されることはない。
【0140】
そして、主高周波電源20に制御データ処理装置23から逆掃引の開始が指示され、2210Vから主高周波電圧Vが減少する方向(零に向かって)に掃引が開始される。
【0141】
これにより、質量の高い方から低い方に向けて、イオンが次々に、イオントラップ空間27から共鳴放出されて検知器22により検知される。検知器22により検出されたイオン電流は制御データ処理装置23に送り込まれる。
【0142】
制御データ処理装置23は、イオントラップ質量分析計16の主高周波電源20、補助交流電源21やイオンゲート電源(図示なし)などを制御してマススペクトルを収集する。イオントラップ空間27にトラップされたArイオンは、質量掃引の間、中性の水分子とイオン分子反応を起こし、Arイオンの電荷は水分子に移行する。
【0143】
しかし、生成されたHイオンのqzは、質量掃引の間0.9から減少方向(Mathieu安定曲線の左方向)にシフトしてMathieu安定曲線の内に位置しており、Mathieu安定曲線の外に位置する事は無い。
【0144】
すなわち、Hイオンは掃引中、イオントラップ空間27内に安定してトラップされ続ける。そして、掃引が進んでいっても、Hイオンは安定にトラップされたままであるため、Hイオンがイオントラップ空間27内で生成され続けても、検出器22における検出ノイズの原因となることはない。
【0145】
主高周波電圧が110Vとなり、質量15に達したならば掃引は停止される。そして、主高周波電圧は、一旦、0にリセットされてイオントラップ空間27内に残留している不要イオンをイオントラップ空間27外に排除する。次に、主高周電圧を、再び2210Vにセットし、イオンゲート電極15に、導入すべきイオンと反対極性の直流電圧を印加し、イオンゲートをONとする。これにより、イオンのイオントラップ空間27への導入を可能にする。
以降、上述と同様なステップを繰り返し、マススペクトルを収集する。
【0146】
図8は、上述したイオントラップの動作シーケンス図である。
(a)時刻t10からt11の期間(イオン導入期間):イオンをイオントラップ空間に導入蓄積する。つまり、図8の(a)に示すように、イオンゲート電極15にイオンと反対極性の電位が与えられ、イオンゲートONの状態とする。
【0147】
また、図8の(b)に示すように、主高周波電圧Vが、時刻t10からt11の期間、掃引開始電圧である高い電圧に維持設定され、m/z300からイオンをトラップできるようにする。
【0148】
また、図8の(c)に示すように、補助交流電圧にはFNFなどによりノッチつきの広帯域ノイズ信号が印加される。これにより、イオントラップ空間27に送り込まれたイオン中から有用なイオンのみを選択的に蓄積することができ、逆に不要イオンを排除することができる。Arイオンや水イオンはこのノッチ付き広帯域ノイズによりできるだけ排除することができる。
【0149】
(b)時刻t11からt20の期間(掃引期間):質量掃引によりマススペクトルを取得する。図8の(a)に示すように、イオンゲート電極15に、イオンと同極性の電位を印加して、イオンゲートをOFFにする。
【0150】
また、図8の(c)に示すように、補助交流電圧の広帯域ノイズ信号をOFFとした後、図8の(d)に示すように、共鳴用の補助交流信号ωを設定印加する。
【0151】
また、図8の(b)に示すように、主高周波電圧Vを電圧が例えば、2210Vからm/z15に相当する110Vに減少する方向に掃引を開始する(傾斜状に減少させて掃引する)。そして、検出されたイオン電流値と主高周波電圧Vからイオン強度とm/zを求めマススペクトルを取得する。主高周波電圧は、時刻t20において、0にリセットされる。なお、時刻t11からt20は0.1秒から数秒程度である。
【0152】
以降、上記(a)及び(b)に示した動作を繰り返して、マススペクトルを連続的に収集する。
【0153】
ここで、イオントラップ空間27内に存在する可能性のある中性分子は、上述の水分子以外にもヘリウム(He)、窒素(N)、酸素(O)、二酸化炭素(CO)、炭化水素類などである。これらのイオン化ポテンシャル(IP)は、表1のとおりである。
【表1】

Figure 2004234893
表1に示した中性分子の中で、上記(6)式と同様のイオン分子反応を、Arイオンと起こす可能性のある中性分子は、次式(9)、(10)に示す条件を満足するものである。
【0154】
IP(NM)<IP(Ar) ―――(9)
MW(NM)<MW(Ar) ―――(10)
すなわち、中性分子(NM)のイオン化ポテンシャル(IP)がアルゴン(Ar)のIPより低く、また、中性分子の分子量(MW)がアルゴン(Ar)の原子量より低い場合にマススペクトル上にノイズを与える。
【0155】
上記2条件に合致するものは、上記表1中、水(HO)と酸素(O)のみである。水(HO)と同様に、酸素(O)は、次式(11)のように、イオン分子反応を起こす。
【0156】
+Ar → O +Ar ―――(11)
従来の方式によると、つまり、順掃引による方式であれば、質量32から40にかけて、検出されたマススペクトルにノイズを発生させる。
【0157】
しかし、本発明によれば、水(HO)の場合と同様に、酸素(O)も、イオントラップ空間27内に安定してトラップすることができ、酸素(O)による連続ノイズの発生を阻止することができる。
【0158】
また、上記式(9)、(10)の条件を満足する、表1に記載したもの以外の新たな分子がイオントラップ空間27に導入されても、本発明により連続ノイズを抑制することができる。
【0159】
以上のように、本発明の一実施形態によれば、主高周波電圧を高電圧から低電圧へと逆掃引することにより、ノイズの原因である水イオン等をイオントラップ空間内に安定してトラップしつつ、検出対象となるイオンをイオントラップ空間から排出することができる。
【0160】
したがって、構造の大幅な変更や、高価なクライオポンプを必要とすることなく、低質量領域ノイズの発生を抑制でき、高感度定量分析が可能な高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置を実現することができる。
【0161】
また、低質量領域ノイズの発生を抑制でき、高感度定量分析が可能な高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析方法も実現することができる。
【0162】
なお、制御データ処理装置23は、表示手段を備え、図7に示したマススペクトルと掃引開始電圧に対応する上限質量値と掃引終了電圧に対応する下限質量値を表示する。
【0163】
また、本発明の他の実施形態としては、制御データ処理装置であるコンピュータの動作制御プログラムがある。
【0164】
つまり、このコンピュータプログラムは、分析対象物の水溶液をプラズマ中に導入して、イオンを生成し、生成したイオンをイオントラップ空間に捕捉した後、イオントラップ空間からイオンを放出して、イオンの質量を検出して分析する高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置の動作を制御するコンピュータプログラムである。
【0165】
そして、このコンピュータプログラムは、イオントラップ空間を形成し、主高周波電圧が供給される主電極に、分析対象質量領域の設定上限質量値に対応する第1の電圧値を供給して、上記分析対象領域のイオンをイオントラップ空間に導入し、主電極と共にイオントラップ空間を形成する補助交流電極に、上限質量より大の質量のイオン共鳴周波数を有する補助交流電圧を供給し、主高周波電圧の電圧値を、第1の電圧値から分析対象質量領域の設定下限質量値に対応する第2の電圧値に向かって傾斜状に減少させ、上限質量のイオンから下限質量のイオンをイオントラップ空間から放出させる。
【0166】
その後、イオントラップ空間から放出されるイオンの質量を検出し、検出されたイオンの質量スペクトルを作成する。
【0167】
【発明の効果】
本発明によれば、安価でありながら、低質量領域ノイズの発生を抑制でき、高感度定量分析が可能な高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置及び方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態が適用される高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置の概略構成図である。
【図2】本発明の原理説明図である。
【図3】本発明の原理説明図である。
【図4】本発明の原理説明図である。
【図5】本発明の原理説明図である。
【図6】本発明の原理説明図である。
【図7】本発明の一実施形態により得られたマススペクトルの表示画面例である。
【図8】本発明の一実施形態における動作タイムシーケンス図である。
【図9】イオントラップ質量分析計の説明図である。
【図10】イオントラップの動作原理を示すMathieu安定曲線を示すグラフである。
【図11】順掃引を行った場合に得られるマススペクトルを示すグラフである。
【図12】高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置におけるノイズ発生原因の説明図である。
【図13】ノイズ発生原因の説明図である。
【図14】ノイズ発生原因の説明図である。
【図15】ノイズ発生原因の説明図である。
【図16】ノイズ発生原因の説明図である。
【図17】ノイズ発生原因の説明図である。
【符号の説明】
1 試料溶液槽
2 ポンプ
3 霧化器
4 ガス供給部
5 プラズマイオン源
6 誘導コイル
7 高周波電源
8 プラズマ
9 細孔
10、24 スキマー
11、25、26 真空室
12 静電レンズ
13 高周波電源
14 多重極イオンガイド
15 イオンゲート電極
16 イオントラップ質量分析計
17、19 エンドキャップ電極
18 リング電極
20 主高周波電圧電源
21 補助交流電圧電源
22 検出器
23 制御データ処理装置
30 油回転ポンプ
31、32 ターボ分子ポンプ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a high frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art An inductively coupled plasma-mass spectrometer (ICP-MS) is a device in which a high-temperature plasma ion source of high-frequency inductively coupled plasma (ICP) and a mass spectrometer (MS) are combined. It is used for highly sensitive qualitative and quantitative analysis of trace metal elements.
[0003]
The ICP-MS generates plasma of a gas such as argon (Ar) using a high-frequency voltage of about 20 MHz, atomizes a sample solution into the generated plasma, and introduces the sample solution to generate ions in a high-temperature plasma. . Then, the generated ions are taken into a vacuum vessel through the pores and subjected to mass analysis by a mass spectrometer.
[0004]
ICP-MS targets most of the elements present in the periodic table, and the detection sensitivity is ppt (10-12) To ppq (10-15) And extremely high.
[0005]
Here, in order to accurately examine the abundance and behavior of trace elements in living organisms and the environment, higher sensitivity is required for measurement methods and measurement apparatuses. For this reason, all parts constituting the ICP-MS, such as a sample introduction device, an ICP ion source, an ion transfer unit, and a mass spectrometer (MS), have been devised and improved.
[0006]
The mass spectrometer used for ICP-MS is a magnetic field mass spectrometer, a quadrupole mass spectrometer (QMS), or the like. Attempts have been made to improve sensitivity and reduce molecular ions by using an ion trap mass spectrometer for accumulating ions and performing mass spectrometry as a mass spectrometer for ICP-MS. This attempt is described in, for example, Patent Literature 1, Patent Literature 2, Patent Literature 3, Patent Literature 4, and Non-Patent Literature 1.
[0007]
A mass spectrometer is a device that directly measures the mass of a substance with high sensitivity and high accuracy. Therefore, it is used in many fields from space science to bioscience. For this reason, there are many types of mass spectrometers that differ in principle.
[0008]
Among them, ion trap mass spectrometers have recently become widespread in many fields because of their small size and many functions. This ion trap mass spectrometer was introduced in the 1950's by Dr. The basic concept was invented by Paul and is described in, for example, Patent Document 5. Since then, many researchers have improved ion trap mass spectrometers and techniques.
[0009]
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of an ion trap mass spectrometer. As shown in FIG. 9, in the ion trap mass spectrometer, a donut-shaped ring electrode 18 having an inner peripheral surface having a hyperbolic shape, and two end cap electrodes having a hyperbolic inner surface and a rotationally symmetric body. 17 and 19 are arranged so as to sandwich the ring electrode 18.
[0010]
When a high-frequency voltage having a frequency f supplied from the main high-frequency power supply 20 is applied between the ring electrode 18 and the two end cap electrodes 17 and 19, the ion trap space 27 surrounded by the three electrodes 18, 17 and 19 is formed. A high-frequency ion trap electric field is formed.
[0011]
This high-frequency ion trap electric field enables the ion trap mass spectrometer to simultaneously trap many ions having different masses in the ion trap space 27.
[0012]
Here, the behavior of the ions in the high-frequency ion trap electric field formed in the ion trap space 27 is mathematically and graphically represented as a Mathieu stability curve, as shown in FIG. The Mathieu stability curve is described in, for example, Patent Documents 5 and 6.
[0013]
Equations (1) and (2) described later are established between the ions of mass m trapped in the ion trap space 27 and the parameters of the high-frequency electric field.
[0014]
When the az and qz values of a certain ion are within the rectangle of the Mathieu stability diagram shown in FIG. 10, this ion is stably trapped in the ion trap space 27. On the other hand, if both or both of the az and qz values of an ion are located in a region outside the Mathieu stability diagram, the ion is no longer stably trapped in the ion trap space 27 and is ejected out of the ion trap. Colliding with the ion trap electrode and losing charge.
[0015]
Assuming that the radius of rotation of the ion trap is r, the frequency of the main high frequency is f, the high frequency voltage is V, and the voltage of the DC component of the main high frequency is U, the following equations (1) and (2) are obtained.
[0016]
az = -8eU / (m * r2Ω2) ――― (1)
qz = 4 eV / (m * r2Ω2) ――― (2)
Here, Ω = 2πf, e is the electron charge (1.6 * 10-19).
[0017]
If the DC component of the main high-frequency voltage is zero, that is, U = 0, az = 0, and only equation (2) is an equation relating to ion stability.
[0018]
A basic method of acquiring a mass spectrum using an ion trap mass spectrometer is described in Patent Document 7. In this basic method, the high-frequency voltage V of the main high-frequency voltage is linearly swept to push ions from a stable region (0 <qz <0.908) to an unstable region (qz> 0.908) in order of mass. The mass spectrum can be obtained by detecting the ions emitted in the order of mass by the detector.
[0019]
This method is called a mass-selective instability scanning method (Mass-Selective Instability Scanning Method).
[0020]
The ions trapped in the ion trap space 27 oscillate stably at a specific frequency based on trapping parameters (V, r, Ω) such as the mass m and the main high-frequency voltage V. This movement of the ions is called natural motion.
[0021]
Further, the frequency of the natural frequency is called a natural frequency (Secular Frequency), and the natural frequency ω is expressed by the following equation (3).
[0022]
ω = √2 eV / (mr2Ω) ――― (3)
From the above equation (3), it can be seen that the natural frequency ω of the ion is proportional to the main high-frequency voltage V and inversely proportional to the mass m of the ion. Further, the natural frequency ω exists within the range shown by the following equation (4).
[0023]
0 <ω <βΩ / 2 ――― (4)
Here, β has a value from 0 to 1 and is approximated as in the following equation (5).
[0024]
β = (az + qz2/ 2)1/2      ――― (5)
As in the ion trap mass spectrometer shown in FIG. 9, the auxiliary AC voltage ω ′ supplied from the auxiliary AC voltage power supply 21 is applied between the two end cap electrodes 17 and 19.
[0025]
If the natural frequency ω of the ion matches the frequency ω ′ of the auxiliary AC voltage, they resonate. As a result, the ions absorb energy from the auxiliary AC voltage, and the trajectories of the ions expand rapidly. When the auxiliary AC voltage exceeds several volts, the trajectory of the ions exceeds the ion trap space. In this case, the ions are emitted out of the ion trap space.
[0026]
What utilizes this resonance phenomenon is resonance emission (Resonance Ejection).
[0027]
In addition, a mass spectrum is obtained by linearly sweeping the main high-frequency voltage V while applying an auxiliary AC voltage between the two end cap electrodes 17 and 19, causing ions to resonate in order of mass, and ejecting the ions out of the ion trap for detection. be able to. This is called a resonance emission scanning method, and is described in, for example, Patent Document 8.
[0028]
This resonance emission sweep method can expand the measured mass range by setting the frequency ω 'of the auxiliary AC voltage, and is now widely used because the mass spectrum resolution is superior to the mass selective unstable sweep method. It's being used.
[0029]
Patent Document 9 discloses a method for freely releasing and isolating ions in an ion trap by utilizing the fact that the auxiliary AC voltage has a plurality of frequency components (broadband noise) irrespective of a single frequency. Has been described.
[0030]
This method utilizes the resonance of the natural frequency of the ions and the auxiliary AC voltage, and shows a method of resonating many ions at once. The broadband noise signal disclosed in Patent Document 9 aims to simultaneously emit a wide range of ions.
[0031]
However, a frequency component corresponding to the frequency of the ions left in the ion trap is a notch (cut). That is, the frequency corresponding to the notch is not applied.
[0032]
Therefore, ions corresponding to the frequency of the notch are stably trapped in the ion trap without resonance, and other ions are excluded from the ion trap space.
[0033]
Here, a method for removing background (noise) in an inductively coupled plasma mass spectrometer instead of an ion trap mass spectrometer is described in Patent Document 10.
[0034]
In Patent Document 10, if the analysis sample is iron, carrier gas Ar and H, which is a solvent of the analysis sample, are used.2It is described that a bond ion ArO is formed by bonding of O to O, and the bond ion ArO is detected as a background (noise) of Fe, so that the detection sensitivity is reduced.
[0035]
Patent Document 10 describes that if an analysis sample is heated and ArO is vaporized in an ashing stage, ArO 2 does not become a background of Fe in a vaporization stage.
[0036]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 5,767,512
[Patent Document 2]
U.S. Pat. No. 6,259,091
[Patent Document 3]
JP-A-10-228881
[Patent Document 4]
JP 2000-164169 A
[Patent Document 5]
U.S. Pat. No. 2,939,952
[Patent Document 6]
JP-A-59-134546
[Patent Document 7]
U.S. Pat. No. 4,540,884
[Patent Document 8]
U.S. Pat. No. 4,736,101
[Patent Document 9]
U.S. Pat. No. 5,466,931
[Patent Document 10]
Japanese Patent No. 2767511
[Non-patent document 1]
C. Rapid Communication in Mass Spectrometry, 71 (1994), 71-76; J. Barinaga and D.M. W. Koppenaal
[0037]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the sample aqueous solution is introduced into the introduction system of the high frequency coupling induction plasma-ion trap mass spectrometer (ICP-ITMS) and the ICP-ITMS is operated for a long time, the low mass region from m / z18 to m / z40 is obtained. Noise gradually increases.
[0038]
Finally, as shown in FIG. 11, the baseline from m / z 18 to m / z 40 rises in a trapezoidal shape and is superimposed on the signal appearing from m / z 16 to m / z 40. That is, some ions are constantly emitted from the ion trap mass spectrometer to the detector during the region from m / z 16 to m / z 40 regardless of the mass sweep of the ion trap mass spectrometer. The ions are detected by the detector and recorded as noise on the mass spectrum.
[0039]
Due to the lifting of the baseline due to the continuous noise, fluorine F, sodium Na, magnesium Mg, aluminum Al, silicon Si, phosphorus P, sulfur S, chlorine Cl, potassium K, which appear in the mass region from m / z 18 to m / z 40, Quantitative analysis and high-sensitivity measurement of elements such as calcium Ca become impossible at all.
[0040]
Therefore, the present inventor conducted the following experiment and consideration in order to investigate the cause of the noise in the low mass region shown in FIG.
[0041]
First, an ICP-ITMS which is evacuated and has no noise in a low mass region is prepared. Mass spectrum measurement is performed while introducing pure water into the ICP-ITMS repeatedly. After 24 hours of measurement, the baseline in the low mass region gradually rises.
[0042]
As the introduction of pure water is continued and the measurement extends to a few days, the noise height increases corresponding to the increase of the measurement duration. As a result, a mass spectrum having a trapezoidal baseline as shown in FIG. 11 is obtained.
[0043]
Next, the vacuum pump in which the ion trap mass spectrometer was placed was replaced with a cryopump having a high water pumping speed from a turbo molecular pump to a change in noise height in a low mass region.
[0044]
When the vacuum pump was changed from a turbo pump to a cryopump, the noise in the low mass region gradually became smaller, and after 24 hours, the noise was reduced to 1/10.
[0045]
From these experiments, it can be inferred that water is involved in the generation of noise in the low mass region in the ion trap mass spectrometer.
[0046]
The high-frequency inductively coupled plasma (ICP) ion source ionizes a metal element sprayed in argon Ar gas by the high temperature of Ar plasma. The sample is often a dilute aqueous solution and is constantly fed into the plasma by a nebulizer.
[0047]
That is, a large amount of water molecules are continuously supplied to the plasma, and the sample and water exist in the form of ions, molecules, and atoms. The ions and gas existing in the high-temperature plasma are simultaneously taken into the vacuum chamber from the pores provided at the tip of the skimmer. The ions are introduced into the ion trap mass spectrometer through the ion transfer area and the multi-stage differential evacuation system, and at the same time, a large amount of water molecules are also sent into the ion trap mass spectrometer.
[0048]
The main ion in high frequency inductively coupled plasma (ICP) is Ar+It is an ion. Ar trapped in the ion trap space 27+The ions collide with neutral water molecules in the ion trap space 27 and cause an ion molecule reaction represented by the following equation (6).
[0049]
Ar++ H2O → Ar + H2O+      ――― (6)
The reaction shown in equation (6) is called a charge transfer reaction. The reaction of the equation (6) moves in the right-hand direction because the ionization potential (IP) of water is 15.8 eV and the ionization potential (IP) of water is lower by 12.6 eV. Is due.
[0050]
The ionization potential (IP) of each of the rare gases is higher than that of water. That is, when the rare gas ion and the water molecule are confined in the same space, the two collide and the charge is transferred from the rare gas ion to water. Water molecules and Ar ions are constantly supplied to the ion trap space 27 from the plasma. Therefore, while Ar ions and water molecules are present in the ion trap space 27, the reaction of the formula (6) continues to occur in the ion trap space 27.
[0051]
It is presumed that Ar ions and water molecules are involved in generating noise in the ion trap space 27 according to the following steps.
[0052]
Hereinafter, the cause of noise generation will be described with reference to FIGS.
12A to 17A show the q-axis (horizontal axis) of the Mathieu stability curve. A circle on the q-axis indicates the position of the qz value of the ion.
[0053]
Now, it is assumed that the masses m2 and m1 and Ar ions are simultaneously trapped in the ion trap space 27. If the mass of the ions is m2> 40 (Ar)> m1> 18, the four ions are located in the Mathieu stability curve in the order from the left, m2, Ar, m1, and water ions.
[0054]
The auxiliary AC voltage ω1 is set and applied so as to be extremely near 0.908. Then, the main high-frequency voltage V is swept in the increasing direction. The qz values of the three ions m2, Ar, and m1 increase according to equation (2).
[0055]
That is, on the Mathieu stability curve, the three ions m2, Ar, and m1 apparently shift rightward, respectively. On the other hand, the resonance point ω1 and the boundary 0.908 of the Mathieu stability curve remain fixed.
[0056]
As a result, the natural frequency ω coincides with the auxiliary AC frequency ω1 (ω → ω1) in order from the smaller mass. The ions resonate with the auxiliary AC voltage ω1 and are emitted from the ion trap space 27 to the outside. The emitted ion current value is detected by the detector. When no water molecules are present in the ion trap space 27, a mass spectrum without noise is obtained as shown in FIG.
[0057]
When water molecules are present in the ion trap space 27, the ion molecule reaction shown in the equation (6) occurs, and the generated water ions cause noise.
[0058]
FIG. 13 is a diagram illustrating a state immediately after the start of the mass sweep. In FIG. 13, the mass sweep is a period from m / z1 to m / z18. During this period, H2O+The qz of the ion is 0 <qz <0.908, and exists in the stable region of the Mathieu stability curve. During the mass sweep during this period, the ion-molecule reaction of the formula (6) proceeds between Ar ions and water molecules, and H2O+Ions are generated continuously.
[0059]
H2O+Since the ion exists in the stable region, H generated by the ion molecule reaction2O+The ions continue to be trapped in the ion trap space 27 as they are.
[0060]
As a result, during this period, H2O+The ions do not cause noise, and as shown in FIG. 13B, no noise appears in a region of m / z 18 or less.
[0061]
FIG. 14 shows a situation in which the mass sweep has progressed and a region from m / z 18 to m1 has been reached. H trapped in the ion trap space 272O+The ions are ejected resonantly and the ion current is detected by a detector. Thereafter, as the mass sweep progresses past m / z 18, H2O+Unlike the case of FIG. 13, the qz value of the ion is qz> 0.908, and the ion is located in the unstable region.
[0062]
H generated by the ion-molecule reaction in the ion trap space 272O+The ions become unstable immediately after generation, and cannot stay in the ion trap space 27. As a result, H2O+Ions are continuously emitted to the outside of the ion trap space 27 irrespective of the mass sweep, and are detected and become noise.
[0063]
FIG. 15 is an explanatory diagram of a state in which a region from m1 to m / z 40 (Ar) is being swept. The state shown in FIG. 15 is similar to the state shown in FIG.2O+Since the orbit of the ion is unstable, H2O+The ions are continuously emitted to the outside of the ion trap space 27 and cause noise. The ion m1 reaches the resonance point ω1, is ejected resonantly, and is detected. However, at the same time, H2O+It will be buried in the noise of ions.
[0064]
FIG. 16 is an explanatory diagram of a state where a region from m / z 40 to m2 is being swept. In FIG. 16, Ar ions resonate at the resonance point ω 1 and are emitted from the ion trap space 27. As a result, Ar ions no longer exist in the ion trap space 27. Therefore, the ion-molecule reaction of the formula (6) does not occur, and H2O+No ions are generated and H2O+The noise from the ions disappears and the baseline returns to its original zero level.
[0065]
FIG. 17 is a diagram illustrating a state after the maximum mass m2 in the ion trap space 27 has been detected. Since there are no more ions in the ion trap space 27, the ion-molecule reaction of the formula (6) does not occur. No ion peaks or noise appear in this region.
[0066]
Finally, a mass spectrum as shown in FIG. 17B is obtained.
[0067]
The above-described event is considered to be the cause of the generation of the table-shaped continuous noise ranging from masses 18 to 40 on the mass spectrum.
[0068]
If the above hypothesis is correct, the following countermeasures can be considered to reduce noise in the low mass region.
[0069]
First, as a first measure, in order to eliminate the above-described continuous noise, it is only necessary to prevent water molecules, which are noise sources, from being introduced into the ion trap space. Since the sample solution is an aqueous solution, it is conceivable to employ a cryopump having an extremely high water exhaust speed as a vacuum pump for exhausting the space in which the ion trap mass spectrometer is arranged.
[0070]
In experiments conducted by the present inventors, noise in the low mass region can be reduced to 1/10 or less by continuous evacuation using a cryopump for 24 hours.
[0071]
However, since the price of a cryopump is as high as several million yen per unit, it cannot be used for inexpensive ICP-ITMS.
[0072]
A second measure is to eliminate Ar ions, one of the ion-molecule reactions, from the ion trap space. While ions are being introduced into the ion trap space, Ar ions can be selectively eliminated by the above-described resonance emission method.
[0073]
Specifically, if an auxiliary AC voltage having the same natural frequency as that of the Ar ions is applied between the end caps, the Ar ions resonate with the auxiliary AC voltage and are excluded from the ion trap space.
[0074]
However, in this method, Ar ions that cannot be completely resonated may remain in the ion trap space and cause an ion molecule reaction. In addition, ions near m / z 40 (for example, K, Ca, etc.) are excluded from the ion trap space together with Ar ions and cannot be measured.
[0075]
Therefore, the second measure is not desirable.
[0076]
Here, in the plasma ion mass spectrometer, as described above, the aqueous solution in which the sample is diluted is atomized by Ar gas, sprayed into the plasma, converted into ions, and introduced into the ion trap mass spectrometer. Is done. For this reason, in the plasma ion mass spectrometer, H2O is an essential component.
[0077]
Therefore, it is not possible to discharge water molecules by heating by applying a technique described in Patent Document 10 which is not a technique relating to the ion trap mass spectrometer.
[0078]
An object of the present invention is to realize a high-frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer that is inexpensive, can suppress generation of noise in a low mass region, and can perform high-sensitivity quantitative analysis.
[0079]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
(1) An aqueous solution of an analyte is introduced into a plasma to generate ions, the generated ions are captured in an ion trap space, and then the ions are released from the ion trap space to detect the mass of the released ions. In a high-frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer for analyzing and analyzing, an auxiliary AC electrode forming an ion trap space, a main electrode forming an ion trap space together with the auxiliary AC electrode, and a mass of ions emitted from the ion trap space And a control data processing means for controlling the frequency of the auxiliary AC voltage and the amplitude value of the main high-frequency voltage to create a mass spectrum of the detected ions.
Then, the control data processing means supplies a first voltage value corresponding to the set upper limit mass value of the analysis target mass region to the main electrode, introduces ions of the analysis target region into the ion trap space, and then sets the auxiliary AC voltage frequency. The ion resonance frequency has a mass larger than the upper limit mass.
Thereafter, the voltage value of the main high-frequency voltage is reduced and swept from the first voltage value toward the second voltage value corresponding to the set lower limit mass value of the analysis target mass region, and the voltage is increased from the ion of the upper limit mass. Ions of the lower limit mass are emitted from the ion trap space. Then, the released ions are detected by the mass detector.
[0080]
(2) Preferably, in the above (1), the ions generated by the ion-molecule reaction in the ion trap space are reduced from the first voltage value to the second voltage value in the ion trap space. Is captured by
[0081]
(3) Preferably, in the above (1) or (2), the lower limit mass value of the mass region to be analyzed is 15.
[0082]
(4) Preferably, in the above (1) or (2), the lower limit mass value of the mass region to be analyzed is 16.
[0083]
(5) Preferably, in the above (1) or (2), the upper limit mass value of the mass region to be analyzed is 280.
[0084]
(6) Preferably, in the above (1) or (2), the upper limit mass of the analysis target mass region is 300.
[0085]
(7) Preferably, in the above (1), a display means is provided for displaying a first voltage value as a sweep start voltage and a second voltage value as a sweep end voltage value together with the ion mass spectrum.
[0086]
(8) The aqueous solution of the analyte is introduced into the plasma to generate ions, the generated ions are captured in the ion trap space, and then the ions are released from the ion trap space to detect the mass of the ions. In the high-frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometry to be analyzed, an ion trap space is formed, and a first voltage value corresponding to a set upper limit mass value of an analysis target mass region is supplied to a main electrode to which a main high-frequency voltage is supplied. Then, the ions in the analysis target area are introduced into the ion trap space, and an auxiliary AC voltage having an ion resonance frequency having a mass larger than the upper limit mass is supplied to the auxiliary AC electrode forming the ion trap space together with the main electrode.
Then, the voltage value of the main high-frequency voltage is decreased from the first voltage value to the second voltage value corresponding to the set lower limit mass value of the analysis target mass region in an inclined manner, and from the ion having the upper limit mass to the ion having the lower limit mass. Ions are emitted from the ion trap space.
Thereafter, the mass of the ions emitted from the ion trap space is detected, and a mass spectrum of the detected ions is created.
[0087]
(9) The aqueous solution of the analyte is introduced into the plasma to generate ions, the generated ions are captured in the ion trap space, and then the ions are released from the ion trap space to detect the mass of the ions. In a computer program for controlling the operation of a high frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer to be analyzed, an ion trap space is formed, and a main electrode to which a main high frequency voltage is supplied corresponds to a set upper limit mass value of a mass region to be analyzed. A first voltage value is supplied to introduce ions in the analysis target region into the ion trap space, and the auxiliary AC electrode forming the ion trap space together with the main electrode has an ion resonance frequency of a mass larger than the upper limit mass. An auxiliary AC voltage is supplied, and the voltage value of the main high-frequency voltage corresponds to the set lower limit mass value of the mass region to be analyzed from the first voltage value. After the ions having the lower mass are discharged from the ion trap space from the ions having the upper mass from the ion trap space, the mass of the ions discharged from the ion trap space is detected, and the detected ions are detected. A computer program that creates a mass spectrum.
[0088]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First, the basic principle of the present invention will be described.
The inventor of the present application has considered that in the high-frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer, noise in the low mass region is derived from an ion molecule reaction generated in the ion trap space while sweeping between masses 18 to 40.
[0089]
That is, the noise in the low mass region is generated H2O+This is due to the fact that the ions become unstable immediately, are ejected out of the ion trap space, and are detected.
[0090]
H generated by ion-molecule reaction2O+If the ions are not ejected out of the ion trap space, that is, if the ions can be stably kept in the ion trap space, the generated H2O+Ions do not contribute to continuous noise.
[0091]
The principle of the present invention will be schematically described with reference to FIGS.
(A) of each figure shows an ion position on the Mathieu stabilization curve q-axis, and (b) of each figure shows a state during mass spectrum acquisition by mass sweep. The mass of the ion is m2> 40 (Ar)> m1> 18 (H2O+).
[0092]
The frequency ω of the auxiliary AC voltage applied between the two end cap electrodes of the ion trap mass spectrometer is set lower than the natural frequency of ions at the upper limit of the measured mass range. For example, Uranium UO2If the range from to is within the measurement range, an auxiliary AC voltage frequency ω2 having a frequency corresponding to m / z 300 is set and applied.
Thereafter, the main high-frequency voltage V starts to be swept in the decreasing direction.
[0093]
Uranium UO2The ions are emitted from the ion trap space in resonance with the auxiliary AC voltage frequency ω2 from the higher mass to the lower mass in this order. The emitted ions are detected by a detector to form a mass spectrum. This is the acquisition of a mass spectrum by reverse sweeping in which the mass is swept from the higher direction to the lower direction.
[0094]
In the Mathieu stability curve, stably trapped ions are arranged side by side from left to right in order of increasing mass from lower to higher. The auxiliary AC voltage frequency ω2 for resonance is set on the leftmost side. The main high-frequency voltage V is set so that the water ions of mass 18 are within the rightmost boundary (q = 0.908) of the stability diagram.
[0095]
As shown in FIG. 2, when the main RF voltage scanning is started in reverse sweep (Main RF Voltage Scanning), ions (UO) in the Mathieu stability curve are started.2To H2O+(Up to the ion) apparently moves slightly to the left.
[0096]
Until ions of mass m2 are resonance-emitted, the ion-molecule reaction of the above formula (6) occurs between Ar ions and water molecules in the ion trap space, and H2O+Ions are generated continuously. H2O+Since the qz value of the ion is less than 0.908,2O+The ions remain stably trapped in the ion trap space.
[0097]
Therefore, the region from m / z 300 to m2 is H2O+No ions are detected and H2O+No noise due to ions appears.
[0098]
FIG. 3 is a diagram showing a situation in which a region of 40 (Ar) is reversely swept from the mass m2. First, m2 ions having a high mass resonate with the frequency ω2, are emitted out of the ion trap space, and are detected. During the reverse sweep of the main high-frequency voltage V, Ar + ions in the ion trap space cause an ion molecule reaction of the formula (6) with water molecules in the ion trap space, and H2O+Generate ions continuously.
[0099]
H generated2O+Since the ions exist in the Mathieu stability curve as in the case shown in FIG. 2, they are not emitted out of the ion trap space. Therefore, no detection is performed, and no noise is generated.
[0100]
FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which the region m1 is reversely swept from the mass 40 (Ar). The Ar ions resonate with the auxiliary AC voltage frequency ω2 and are emitted out of the ion trap space, and the ion current value is detected by the detector. After that, since Ar ions no longer exist in the ion trap space, the ion-molecule reaction of the formula (6) does not occur.
[0101]
That is, H2O+No new ions are generated. Also, H2O+The ions remain trapped in the ion trap space, as in the case shown in FIGS. Therefore, no noise is generated.
[0102]
FIG. 5 is a diagram illustrating a state in which the region from mass m1 to 18 is reversely swept, and FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the region having a mass of 18 or less is reversely swept.
[0103]
In the case shown in FIG. 5 and FIG. 6, as in the case shown in FIG. 4, Ar ions do not exist in the ion trap space.2O+No ions are generated. But H2O+If ions remain, H2O+The ions are stably trapped in the ion trap space.
[0104]
H2O+The ions finally resonate with the auxiliary AC voltage frequency ω2 and are ejected out of the ion trap space,2O+Detected as ions. That is, H2O+The ions are detected as ions of mass 18 and do not become noise from mass 18 to mass 40.
[0105]
As described above, finally, m2, Ar, m1, H2O+Ions are emitted and detected by resonance. Then, a mass spectrum without noise as shown in FIG. 6B is obtained.
[0106]
This is caused by the progress of the reverse sweep operation of the main high-frequency voltage V,2O+The qz value of the ions gradually decreases, shifts to the left of the Mathieu stability curve, and2O+The ions do not lie outside the Mathieu stability curve.
[0107]
As a result, the generated H2O+The ions will stably remain in the ion trap space during the reverse sweep operation of the main high-frequency voltage V.
[0108]
FIG. 7 is a graph showing a mass spectrum obtained by the method (reverse sweep) according to the present invention. On the other hand, the graph shown in FIG. 11 is a graph showing a mass spectrum obtained by a normal method (forward sweep) not according to the present invention.
[0109]
The mass spectrum acquisition interval shown in FIGS. 7 and 11 is several minutes, and parameters other than the main high-frequency voltage V and the auxiliary AC voltage are the same under both conditions.
[0110]
By comparing the example of FIG. 7 with the example of FIG. 11, as can be easily understood, the mass spectrum obtained by the normal method (forward sweep) shown in FIG. -Like noise is generated.
[0111]
On the other hand, in the mass spectrum obtained by the method (reverse sweep) of the present invention shown in FIG. 7, no table noise is generated even between the masses 18 to 40, and this noise is It can be understood that it is suppressed.
[0112]
The ratio of the noise in the reverse sweep to the noise in the normal sweep was 1/1000.
[0113]
From this, the noise in the low mass region is caused by the H generated in the ion trap space during the sweep.2O+The correctness of the hypothesis assumed to be derived from ions is proved, and by performing a reverse sweep, H2O+The ions can be stably trapped in the ion trap space, and the occurrence of noise in the detected mass spectrum can be reduced.
[0114]
In the mass spectrum obtained by the reverse sweep of the main high-frequency voltage V according to the method of the present invention, ions appear from high mass to low mass. Therefore, it is conceivable to display the mass spectrum so that the mass changes from high to low as the ions appear from left to right on the display screen.
[0115]
However, it is common to display the mass spectrum from low mass to high mass from left to right. In addition, for the sake of comparison with a mass spectrum obtained by a normal method of performing a forward sweep, the mass axis of the mass spectrum obtained by the reverse sweep is inverted so as to change from low mass to high quality.
[0116]
Further, the example shown in FIG. 7 is an example displayed on the display means, and the frequency, the sweep start voltage, the sweep end voltage, the sweep start mass, and the sweep end mass are displayed together with the mass spectrum. Thereby, it is possible to confirm that the result is the result of performing the reverse sweep and the condition thereof.
[0117]
The above is the basic principle of the present invention.
Next, an embodiment of the present invention will be specifically described.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a high frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer to which one embodiment of the present invention is applied.
[0118]
In FIG. 1, a sample solution containing an analyte is sent from a sample solution tank 1 to an atomizer 3 by a pump 2. In the atomizer 3, the sample solution is atomized by the atomizing gas supplied from the gas supply unit 4.
[0119]
The atomized sample solution becomes fine droplets and is introduced into the plasma ion source 5 via the sample introduction tube. The ion source 5 is formed of a triple quartz tube, and a plasma gas such as an Ar gas or a sheath gas is supplied from the gas supply unit 4.
[0120]
A high frequency voltage from a high frequency power supply 7 is applied to the induction coil 6 of the plasma ion source 5 to heat the Ar gas and generate a plasma 8. Fine droplets generated from the sample solution ride on the flow of the spray gas (Ar) and are supplied into the plasma 8.
[0121]
Droplets generated from the sample solution are vaporized, atomized, and further ionized by the high temperature of the plasma 8. In the plasma 8, there are a large amount of neutral molecules and atoms such as Ar and water in addition to Ar ions and sample ions. Ions, neutral molecules, and atoms in the plasma 8 are introduced into a vacuum chamber 11 evacuated by a vacuum pump (oil rotary pump) 30 from a pore 9 provided at the tip of a skimmer 10.
[0122]
The ions and neutral molecules introduced into the vacuum chamber 11 are introduced into a vacuum chamber 25 evacuated by a vacuum pump (turbo molecular pump) 31 via a skimmer 24. The ions introduced into the vacuum chamber 25 are converged by the electrostatic lens 12 placed in the vacuum chamber 25 and sent to a high vacuum chamber 26 in which the ion trap mass spectrometer 16 is arranged.
[0123]
The ions sent into the high vacuum chamber 26 are efficiently sent to the ion trap mass spectrometer 16 by the multipole ion guide 14 to which the high frequency voltage supplied from the high frequency power supply 13 is applied.
[0124]
On the other hand, most of neutral molecules such as Ar and water having no charge are exhausted to the outside of the vacuum chamber 25 by the differential exhaust system. However, some neutral molecules such as water reach the high vacuum chamber 26 evacuated by the vacuum pump (turbo molecular pump) 32 together with the ions.
[0125]
The ions sent from the ion guide 14 to the mass spectrometer 16 reach the ion gate electrode 15. A DC voltage having a polarity opposite to that of the ions to be sent is applied to the ion gate electrode 15, and the ion gate is turned ON.
[0126]
During the ion gate ON state, ions are introduced into the ion trap mass spectrometer 16 and accumulated in the ion trap space 27. While these ions are accumulated in the trap space 27, a main high frequency voltage V for trapping ions is applied between the ring electrode (main electrode) 18 and the end cap electrodes (auxiliary electrodes) 17 and 19 by the main high frequency power supply. Supplied from 20.
[0127]
As a result, a high-frequency ion trap electric field is formed in the ion trap space 27 surrounded by the three electrodes 17, 18, 19. The ions introduced into the ion trap space 27 are stably trapped in the space 27 by the high-frequency ion trap electric field.
[0128]
In order to trap ions in the mass region to be analyzed in the space 27, it is necessary to set the main high-frequency voltage V to a predetermined value. The main high-frequency voltage to be set and the frequency of the auxiliary AC voltage supplied from the auxiliary AC voltage source 21 can be easily obtained by calculation.
[0129]
Here, the frequency f of the main high-frequency voltage is 4 MHz, and the rotation radius r of the ion trap is 10 MHz.-2If m, the following equation (7) is derived from the above equation (2).
[0130]
V = qz * mr2Ω2/ 4e ――― (7)
Assuming that the lower limit mass value of the mass region to be measured is 15, the ion of mass 15 is located at the rightmost end in the Mathieu stability curve, that is, the main high-frequency voltage V at which qz = 0.9 can be obtained by the above ( From equation (7), V = 2210 (V) can be calculated.
[0131]
At this time, the qz value of the ion with m / z = 300 is calculated as qz = 0.045 from the above equation (2). That is, if the main high-frequency voltage V (first voltage value) is set to 2210 V, the qz values of all the ions from mass 15 to mass 300 exist in the Mathieu stability curve (0 <qz <0.908). , Can be stably trapped in the ion trap space 27.
[0132]
The following equation (8) is derived from the above equations (2) and (3), and the frequency ω of the auxiliary AC voltage is derived.
[0133]
ω = (Ω / 2√2) * {4 eV / (mr2Ω2)}
ω = (Ω / 2√2) * qz --- (8)
Since the ion of m / z 300 has qz = 0.045, its natural frequency ω can be calculated from the above equation (8) as ω = 0.0636 MHz = 63.6 kHz.
[0134]
Further, the main high-frequency voltage V at which the natural frequency ω ′ of the ion at m / z 15 reaches the auxiliary AC voltage frequency ω can be calculated as V = 110 V from the above equation (7).
[0135]
From this, if the main high-frequency voltage having a frequency of 4 MHz is swept from 2210 V to 110 V (second voltage value), ions from mass 300, which is the set upper limit mass, to mass 15, which is the set mass lower limit, are transferred from the ion trap space 27. It can be released by resonance. Even when the mass range to be measured is other than mass 300 to 15, the main high-frequency voltage value and the frequency of the auxiliary AC voltage are calculated in the same manner, and the main high-frequency voltage and the auxiliary AC voltage can be set from the control data processing device (computer) 23. is there.
[0136]
Accordingly, assuming that the mass region to be analyzed is from m / z 15 to m / z 300, first, in order to trap ions in the mass region to be analyzed in the ion trap space 27, the frequency of the main high-frequency voltage to be applied is 4 MHz and the voltage is 2210 V. Just set it.
[0137]
An auxiliary AC voltage of 3 V is applied between the two end cap electrodes 17 and 19 at a frequency of 63.6 kHz corresponding to a natural frequency of m / z 300, which is the upper limit of the mass region to be analyzed.
[0138]
In an actual measurement operation, if the mass region to be measured is input to the control data processing device 23, the frequencies of the main high-frequency voltage V and the auxiliary AC voltage are automatically calculated, and the corresponding high-frequency waves are set to the calculated values. A control signal is sent from the control data processing device 23 to the power supplies 20 and 21.
[0139]
When the introduction of the ions into the ion trap space 27 is completed, a DC voltage having the same polarity as the ions is applied to the ion gate electrode 15, and the ion gate is turned off. In the ion gate OFF state, ions are not introduced from the ion guide 14 into the ion trap space 27.
[0140]
Then, the control data processing device 23 instructs the main high-frequency power supply 20 to start reverse sweep, and starts sweeping from 2210 V in a direction in which the main high-frequency voltage V decreases (toward zero).
[0141]
As a result, ions are successively emitted from the ion trap space 27 in a resonant manner from the higher mass to the lower mass, and are detected by the detector 22. The ion current detected by the detector 22 is sent to the control data processing device 23.
[0142]
The control data processor 23 collects a mass spectrum by controlling the main high frequency power supply 20, the auxiliary AC power supply 21, the ion gate power supply (not shown), and the like of the ion trap mass spectrometer 16. The Ar ions trapped in the ion trap space 27 cause an ion molecule reaction with neutral water molecules during the mass sweep, and+The charge of the ions is transferred to water molecules.
[0143]
However, the generated H2O+The ion qz shifts from 0.9 during mass sweep in the decreasing direction (to the left of the Mathieu stability curve) and is located within the Mathieu stability curve, and is not outside the Mathieu stability curve.
[0144]
That is, H2O+The ions are stably trapped in the ion trap space 27 during the sweep. And even if the sweep is progressing, H2O+Since the ions remain stably trapped, H2O+Even if ions continue to be generated in the ion trap space 27, they do not cause detection noise in the detector 22.
[0145]
When the main high-frequency voltage reaches 110 V and reaches the mass 15, the sweep is stopped. Then, the main high-frequency voltage is once reset to 0, and eliminates unnecessary ions remaining in the ion trap space 27 outside the ion trap space 27. Next, the main high-period voltage is set to 2210 V again, a DC voltage having the opposite polarity to the ions to be introduced is applied to the ion gate electrode 15, and the ion gate is turned on. Thereby, introduction of ions into the ion trap space 27 is enabled.
Thereafter, the same steps as described above are repeated to collect mass spectra.
[0146]
FIG. 8 is an operation sequence diagram of the above-described ion trap.
(A) Period from time t10 to t11 (ion introduction period): The ions are introduced and accumulated in the ion trap space. That is, as shown in FIG. 8A, a potential having a polarity opposite to that of the ions is applied to the ion gate electrode 15 and the ion gate is turned on.
[0147]
As shown in FIG. 8B, the main high-frequency voltage V is maintained at a high voltage which is the sweep start voltage from time t10 to t11, so that ions can be trapped from m / z 300.
[0148]
As shown in FIG. 8C, a notched broadband noise signal is applied to the auxiliary AC voltage by FNF or the like. Thereby, only useful ions can be selectively accumulated from the ions sent to the ion trap space 27, and conversely, unnecessary ions can be eliminated. Ar ions and water ions can be eliminated as much as possible by the notched broadband noise.
[0149]
(B) Period from time t11 to t20 (sweep period): A mass spectrum is obtained by mass sweep. As shown in FIG. 8A, a potential having the same polarity as the ions is applied to the ion gate electrode 15 to turn off the ion gate.
[0150]
After turning off the broadband noise signal of the auxiliary AC voltage as shown in FIG. 8C, the resonance auxiliary AC signal ω is set and applied as shown in FIG. 8D.
[0151]
In addition, as shown in FIG. 8B, the main high-frequency voltage V starts to be swept in a direction in which the voltage is reduced from, for example, 2210 V to 110 V corresponding to m / z 15 (slope is performed by decreasing the voltage in an inclined manner). . Then, the ion intensity and m / z are obtained from the detected ion current value and the main high-frequency voltage V to obtain a mass spectrum. The main high-frequency voltage is reset to 0 at time t20. The time from time t11 to t20 is about 0.1 second to several seconds.
[0152]
Thereafter, the operations shown in the above (a) and (b) are repeated to continuously collect mass spectra.
[0153]
Here, neutral molecules that may exist in the ion trap space 27 include helium (He) and nitrogen (N2), Oxygen (O2), Carbon dioxide (CO2), Hydrocarbons and the like. These ionization potentials (IP) are as shown in Table 1.
[Table 1]
Figure 2004234893
Among the neutral molecules shown in Table 1, the neutral molecules which may cause an ion molecule reaction similar to the above-mentioned formula (6) with Ar ions are the conditions shown in the following formulas (9) and (10). Is satisfied.
[0154]
IP (NM) <IP (Ar) --- (9)
MW (NM) <MW (Ar) --- (10)
That is, when the ionization potential (IP) of the neutral molecule (NM) is lower than the IP of argon (Ar) and the molecular weight (MW) of the neutral molecule is lower than the atomic weight of argon (Ar), noise appears on the mass spectrum. give.
[0155]
Those that meet the above two conditions are shown in Table 1 above with water (H2O) and oxygen (O2) Only. Water (H2As with O), oxygen (O2) Causes an ionic molecule reaction as in the following equation (11).
[0156]
O2+ Ar+  → O2 ++ Ar ---- (11)
According to the conventional method, that is, in the case of the method using the forward sweep, noise is generated in the detected mass spectrum from the masses 32 to 40.
[0157]
However, according to the present invention, water (H2O) as in the case of O).2) Can also be stably trapped in the ion trap space 27, and oxygen (O2) Can be prevented.
[0158]
Further, even if new molecules other than those described in Table 1 satisfying the conditions of the above equations (9) and (10) are introduced into the ion trap space 27, continuous noise can be suppressed by the present invention. .
[0159]
As described above, according to one embodiment of the present invention, by reversely sweeping the main high-frequency voltage from a high voltage to a low voltage, water ions and the like that cause noise are stably trapped in the ion trap space. In addition, ions to be detected can be discharged from the ion trap space.
[0160]
Therefore, it is possible to realize a high-frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer capable of suppressing the generation of low-mass region noise and performing high-sensitivity quantitative analysis without requiring a significant change in structure or an expensive cryopump. Can be.
[0161]
In addition, it is possible to realize a high-frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometry method capable of suppressing generation of noise in a low mass region and performing high-sensitivity quantitative analysis.
[0162]
The control data processing device 23 includes a display unit, and displays the mass spectrum and the upper limit mass value corresponding to the sweep start voltage and the lower limit mass value corresponding to the sweep end voltage shown in FIG.
[0163]
Further, as another embodiment of the present invention, there is an operation control program for a computer which is a control data processing device.
[0164]
In other words, this computer program introduces an aqueous solution of the analyte into the plasma, generates ions, captures the generated ions in the ion trap space, releases the ions from the ion trap space, and masses the ions. 9 is a computer program for controlling the operation of a high-frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer for detecting and analyzing the mass spectrometry.
[0165]
Then, the computer program forms an ion trap space, and supplies a first voltage value corresponding to the set upper limit mass value of the mass region to be analyzed to a main electrode to which a main high frequency voltage is supplied, and The ions in the region are introduced into the ion trap space, and an auxiliary AC voltage having an ion resonance frequency of a mass greater than the upper limit mass is supplied to an auxiliary AC electrode that forms the ion trap space together with the main electrode, and the voltage value of the main high-frequency voltage From the first voltage value to the second voltage value corresponding to the set lower limit mass value of the analysis target mass region, and the lower limit mass ions are released from the upper limit mass ions to the lower limit mass ions from the ion trap space. .
[0166]
Thereafter, the mass of the ions emitted from the ion trap space is detected, and a mass spectrum of the detected ions is created.
[0167]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to realize a high-frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer and a method that are inexpensive, can suppress generation of noise in a low mass region, and can perform high-sensitivity quantitative analysis.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a high-frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer to which an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating the principle of the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating the principle of the present invention.
FIG. 7 is a display screen example of a mass spectrum obtained according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an operation time sequence diagram in one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an explanatory diagram of an ion trap mass spectrometer.
FIG. 10 is a graph showing a Mathieu stability curve showing the operation principle of the ion trap.
FIG. 11 is a graph showing a mass spectrum obtained when a forward sweep is performed.
FIG. 12 is an explanatory diagram of a cause of noise generation in the high frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer.
FIG. 13 is an explanatory diagram of a cause of noise generation.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a cause of noise generation.
FIG. 15 is an explanatory diagram of a cause of noise generation.
FIG. 16 is an explanatory diagram of a cause of noise generation.
FIG. 17 is an explanatory diagram of a cause of noise generation.
[Explanation of symbols]
1 Sample solution tank
2 pump
3 atomizer
4 Gas supply unit
5 Plasma ion source
6 Induction coil
7 High frequency power supply
8 Plasma
9 pores
10, 24 Skimmer
11, 25, 26 vacuum chamber
12 Electrostatic lens
13 High frequency power supply
14 Multipole ion guide
15 Ion gate electrode
16 Ion trap mass spectrometer
17, 19 End cap electrode
18 Ring electrode
20 Main high frequency voltage power supply
21 Auxiliary AC voltage power supply
22 Detector
23 Control data processing device
30 oil rotary pump
31, 32 Turbo molecular pump

Claims (8)

分析対象物の水溶液をプラズマ中に導入して、イオンを生成し、生成したイオンをイオントラップ空間に捕捉した後、イオントラップ空間からイオンを放出して、放出したイオンの質量を検出して分析する高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置において、
上記イオントラップ空間を形成し、補助交流電圧が供給される補助交流電極と、
補助交流電極と共に、イオントラップ空間を形成し、主高周波電圧が供給される主電極と、
イオントラップ空間から放出されるイオンの質量を検出する質量検出器と、
補助交流電圧の周波数と主高周波電圧の振幅値を制御し、質量検出器により検出されたイオンの質量スペクトルを作成する制御データ処理手段と、
を備え、上記制御データ処理手段は、分析対象質量領域の設定上限質量値に対応する第1の電圧値に、上記主高周波電圧を設定して、主電極に供給し、上記分析対象領域のイオンをイオントラップ空間に導入した後、上記補助交流電圧の周波数を上記上限質量より大の質量のイオン共鳴周波数とし、主高周波電圧の電圧値を、上記第1の電圧値から、分析対象質量領域の設定下限質量値に対応する第2の電圧値に向かって傾斜状に減少させて掃引し、分析対象領域の上限質量のイオンから下限質量のイオンを上記イオントラップ空間から放出させて、放出されたイオンを質量検出器に検出させることを特徴とする高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置。
An aqueous solution of the analyte is introduced into the plasma to generate ions, and the generated ions are captured in the ion trap space. The ions are released from the ion trap space, and the mass of the released ions is detected and analyzed. High frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer,
An auxiliary AC electrode that forms the ion trap space and is supplied with an auxiliary AC voltage;
A main electrode that forms an ion trap space with the auxiliary AC electrode and is supplied with a main high-frequency voltage;
A mass detector for detecting the mass of ions emitted from the ion trap space,
Control data processing means for controlling the frequency of the auxiliary AC voltage and the amplitude value of the main high-frequency voltage, and creating a mass spectrum of ions detected by the mass detector,
Wherein the control data processing means sets the main high-frequency voltage to a first voltage value corresponding to the set upper limit mass value of the analysis target mass region, supplies the main high frequency voltage to a main electrode, and supplies ions to the analysis target region. Is introduced into the ion trap space, the frequency of the auxiliary AC voltage is set to the ion resonance frequency of a mass larger than the upper limit mass, and the voltage value of the main high-frequency voltage is calculated from the first voltage value in the mass region to be analyzed. The voltage is swept toward the second voltage value corresponding to the set lower limit mass value in a slanting manner, and ions of the lower limit mass are released from the ions of the upper limit mass in the analysis target region from the ion trap space and released. A high-frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer characterized in that ions are detected by a mass detector.
請求項1記載の高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置において、上記イオントラップ空間内のイオン分子反応により生成されたイオンは、上記第1の電圧値から第2の電圧値に向かって傾斜状に減少させる期間、上記イオントラップ空間内に捕捉されることを特徴とする高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置。2. The high-frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer according to claim 1, wherein ions generated by an ion-molecule reaction in the ion trap space are inclined from the first voltage value to a second voltage value. A high-frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer, wherein the mass spectrometer is trapped in the ion trap space during a period in which it is reduced. 請求項1又は2記載の高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置において、上記分析対象質量領域の下限質量値は15であることを特徴とする高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置。3. The high-frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer according to claim 1, wherein a lower limit mass value of the mass region to be analyzed is 15. 請求項1又は2記載の高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置において、上記分析対象質量領域の下限質量値は16であることを特徴とする高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置。3. The high-frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer according to claim 1, wherein a lower limit mass value of the mass region to be analyzed is 16. 請求項1又は2記載の高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置において、上記分析対象質量領域の上限質量値は280であることを特徴とする高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置。The high-frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer according to claim 1 or 2, wherein an upper limit mass value of the mass region to be analyzed is 280. 請求項1又は2記載の高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置において、上記分析対象質量領域の上限の質量は300であることを特徴とする高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置。3. The high-frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer according to claim 1, wherein an upper limit mass of the mass to be analyzed is 300. 請求項1記載の高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置において、掃引開始電圧に対応する上記上限質量値と、掃引終了電圧値に対応する上記下限質量値を、上記作成されたイオンの質量スペクトルとともに表示する表示手段を備えることを特徴とする高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析装置。2. The high-frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer according to claim 1, wherein the upper limit mass value corresponding to the sweep start voltage and the lower limit mass value corresponding to the sweep end voltage value together with the mass spectrum of the created ions. A high frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometer comprising a display means for displaying. 分析対象物の水溶液をプラズマ中に導入して、イオンを生成し、生成したイオンをイオントラップ空間に捕捉した後、イオントラップ空間からイオンを放出して、放出したイオンの質量を検出して分析する高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析方法において、
上記イオントラップ空間を形成し、主高周波電圧が供給される主電極に、分析対象質量領域の設定上限質量値に対応する第1の電圧値を供給して、上記分析対象領域のイオンをイオントラップ空間に導入し、
上記主電極と共にイオントラップ空間を形成する補助交流電極に、上記上限質量より大の質量のイオン共鳴周波数を有する補助交流電圧を供給し、
主高周波電圧の電圧値を、上記第1の電圧値から、分析対象質量領域の設定下限質量値に対応する第2の電圧値に向かって傾斜状に減少させ、分析対象領域の上限質量のイオンから下限質量のイオンを上記イオントラップ空間から放出させ、
イオントラップ空間から放出されるイオンの質量を検出し、検出されたイオンの質量スペクトルを作成することを特徴とする高周波誘導結合プラズマイオントラップ質量分析方法。
An aqueous solution of the analyte is introduced into the plasma to generate ions, and the generated ions are captured in the ion trap space. The ions are released from the ion trap space, and the mass of the released ions is detected and analyzed. High frequency inductively coupled plasma ion trap mass spectrometry method,
A first voltage value corresponding to the set upper limit mass value of the mass area to be analyzed is supplied to the main electrode to which the ion trap space is formed and to which the main high frequency voltage is supplied, so that ions in the analysis area are trapped by the ion trap. Introduced into the space,
An auxiliary AC voltage having an ion resonance frequency of a mass larger than the upper limit mass is supplied to an auxiliary AC electrode forming an ion trap space together with the main electrode,
The voltage value of the main high-frequency voltage is decreased from the first voltage value to a second voltage value corresponding to the set lower limit mass value of the analysis target mass region in an inclined manner, and the ion of the upper limit mass of the analysis target region is reduced. From the ion trap space to emit ions of the lower limit mass,
A high-frequency inductively-coupled plasma ion trap mass spectrometric method comprising detecting a mass of ions emitted from an ion trap space and creating a mass spectrum of the detected ions.
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