JP2005078810A - Ion trap tof mass spectroscope and ion trap method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、質量分析やイオン選別に用いられるイオントラップを有するイオントラップTOF質量分析装置及びその操作方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
イオントラップTOF質量分析装置を図1により説明する。図1に示すように、イオントラップTOF質量分析装置10では、TOF(Time Of Flight;飛行時間)型質量分析装置11のイオン導入口にイオントラップ12が設けられ、そこにおいてイオンのアイソレーション(選別)や開裂等が行われる。イオントラップ12自体も質量分離の機能を有するが、イオントラップTOF質量分析装置10ではイオントラップ12は単にイオンをアイソレーション及び開裂するためだけに用いられ、イオンの質量分析は次段のTOF11で行われる。これにより、イオントラップ12を設けない場合と比較して、TOF11ではより高い質量分解能で質量分析ができるようになるとともに、大分子量のイオンについてより多くの情報が得られるようになる。
【0003】
イオントラップ12では、図2に示すように、入口及び出口の両エンドキャップ電極21,22とその間に位置するリング電極23とで囲まれるイオントラップ空間24中に1×10−3Torr(約0.1Pa)程度のヘリウム(He)ガスを定常的に導入する。これは一つには、イオンとヘリウムガスの衝突によってイオンをイオントラップ空間24の中心近傍に集めることにより、感度及び質量分解能を向上させる作用を行う。これをクーリング作用と呼ぶ。また、イオントラップ12の両エンドキャップ電極21,22にイオンの共振周波数と同一の周波数を含む波形を印加した場合には、これによりイオンの運動エネルギーが高まり、その状態でイオンがヘリウム分子と衝突することにより、イオンの開裂が行われるという作用も有する。これをCID(Collision Induced Dissociation;衝突誘起開裂)作用と呼ぶ。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−184349号公報
【特許文献2】
特表2002−518810号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
イオンはTOF11に送り込まれる際にTOF11の電位(例えば、正イオンに対しては−10kV)まで加速される必要がある。これはイオントラップ12のエンドキャップ電極21,22間に高電圧を瞬間的に印加することにより行われるが、このように高速に加速されたイオンがイオントラップ空間内に存在するヘリウムガスと衝突すると、イオンが開裂する現象が見られる。実験によれば、イオンのクーリングを行うに十分な量のヘリウムガスを導入した場合、イオンの開裂によりピークのベース部分が持ち上がる現象が見られた。これは、開裂によって生じたものであるが、本来得られるべきイオンの信号強度が低下することにも繋がる。このような現象は、クラスターイオンやマルチチャージイオンにおいて特に顕著である。
【0006】
例えば、図3(a)はイオントラップ内の真空度が1×10−3Torrとなる量のヘリウムを導入した場合のインシュリンのマススペクトルであるが、開裂したイオンによるベースの持ち上がりが見られる。これにより、質量分析の分解能が悪化し、6価のイオンが十分に分離されていないことがわかる。
【0007】
クーリングガスの導入量を減らすとこのような開裂は少なくなり、分離が改善されるが、クーリングが十分に行われなくなり、感度や質量分解能が低下してしまう。
【0008】
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、十分なクーリング効果を確保しつつ、次段のTOF質量分析のための加速に際してイオンの開裂を最小限に抑えることのできるイオントラップ装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明は、リング電極と、それを挟んで対向する一対のエンドキャップ電極を備え、それらの電極に適宜の電圧を印加することによりそれらの電極で囲まれたイオントラップ空間内にイオンを保持するイオントラップを有するイオントラップTOF質量分析装置において、該イオントラップ空間に導入するガスに分子量10以上の不活性ガス(ここではN2などを含む反応性に乏しいガスのことを言う)を使用することを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態及び効果】
イオントラップ空間に導入するガスとして、上記の通り従来はヘリウムガスを用いていたが、これを分子量10以上の重い不活性ガスに替えることにより、イオンがこれらのガスの分子に衝突した際のイオン側の運動量の変化が大きくなり、よりクーリング効果が高まる。また、エンドキャップ電極に共振周波数の電圧を印加することによりイオンを開裂する(CID)場合も、イオンの開裂効果が高まる。
【0011】
本発明者の実験によると、クーリングガスをアルゴンガスに替えた場合、ヘリウムガスの1/5の量で同等のクーリング効果が得られることが判明した。なお、ここにおける「クーリング効果」は、イオントラップ装置の感度により評価する。すなわち、アルゴンガスを使用した場合、ヘリウムガスの1/5の量で同等の質量分離分解能及び感度が得られることが判明した。これにより、イオンの開裂が大幅に低減し、ベースの持ち上がり及びピークの低下が防止され、質量分析の分解能が向上する。
【0012】
【実施例】
図3(b)に、イオントラップTOF質量分析装置(図1、図2)において、イオントラップ空間に、真空度が1.8×10−4Torr(0.023Pa)となる量のアルゴンガスを導入した場合のインシュリンの6価イオンのマススペクトルを示す。前述のヘリウムガスを導入した場合のスペクトル(a)と比較すると、ベースの持ち上がりがなく、各ピークがきれいに分離されていることが分かる。
【0013】
また、図4はトリフルオロ酢酸ナトリウム(Trifluoroacetic acid=TFA)のマススペクトルの比較例であり、(a)はイオントラップ内の真空度が1.8×10−4Torr(0.023Pa)となる量のアルゴンガスを導入した場合、(b)は真空度が1×10−3Torr(約0.1Pa)となる量のヘリウムを導入した場合である。このスペクトルではサンプルのクラスターイオンのマススペクトルが検出されているが、図3の場合と同様、ヘリウムガスでは開裂によりベースの持ち上がりが見られるのに対し、アルゴンガスを用いることによりピークがきれいに分離されている。
【図面の簡単な説明】
【図1】イオントラップTOF質量分析装置の概略構成図。
【図2】イオントラップの概略構成図。
【図3】導入ガスにヘリウムを用いた場合(a)及びアルゴンを用いた場合(b)のインシュリンのマススペクトル。
【図4】導入ガスにアルゴンを用いた場合(a)及びヘリウムを用いた場合(b)のTFAのマススペクトル。
【符号の説明】
10…イオントラップTOF質量分析装置
11…TOF型質量分析装置
12…イオントラップ
21、22…エンドキャップ電極
23…リング電極
24…イオントラップ空間[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ion trap TOF mass spectrometer having an ion trap used for mass spectrometry and ion selection and an operation method thereof.
[0002]
[Prior art]
An ion trap TOF mass spectrometer will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, in the ion trap
[0003]
In the
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2002-184349 A [Patent Document 2]
Japanese translation of PCT publication No. 2002-518810
[Problems to be solved by the invention]
The ions need to be accelerated to the potential of TOF 11 (for example, -10 kV for positive ions) when fed into TOF 11. This is performed by momentarily applying a high voltage between the
[0006]
For example, FIG. 3A is an insulin mass spectrum when helium is introduced in an amount such that the degree of vacuum in the ion trap is 1 × 10 −3 Torr, and the base is lifted by cleaved ions. This shows that the resolution of mass spectrometry is deteriorated, and hexavalent ions are not sufficiently separated.
[0007]
When the amount of cooling gas introduced is reduced, such cleavage is reduced and separation is improved, but cooling is not sufficiently performed, and sensitivity and mass resolution are lowered.
[0008]
The present invention has been made in order to solve such problems, and the object of the present invention is to perform ion cleavage during acceleration for the next TOF mass analysis while ensuring a sufficient cooling effect. An object of the present invention is to provide an ion trap apparatus that can be minimized.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, which has been made to solve the above problems, comprises a ring electrode and a pair of end cap electrodes facing each other across the ring electrode, and is surrounded by these electrodes by applying an appropriate voltage to the electrodes. In an ion trap TOF mass spectrometer having an ion trap that holds ions in the ion trap space, the gas introduced into the ion trap space has an inert gas having a molecular weight of 10 or more (here, it has poor reactivity including N 2 or the like). It is characterized by using gas).
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Conventionally, helium gas has been used as a gas to be introduced into the ion trap space. However, by replacing it with a heavy inert gas having a molecular weight of 10 or more, ions when ions collide with molecules of these gases are used. The change in the momentum on the side increases, and the cooling effect is further enhanced. Also, when ions are cleaved by applying a voltage at a resonance frequency to the end cap electrode (CID), the ion cleaving effect is enhanced.
[0011]
According to the experiment by the present inventor, it has been found that when the cooling gas is replaced with argon gas, an equivalent cooling effect can be obtained with 1/5 the amount of helium gas. The “cooling effect” here is evaluated based on the sensitivity of the ion trap apparatus. That is, when argon gas is used, it has been found that equivalent mass separation resolution and sensitivity can be obtained with 1/5 the amount of helium gas. Thereby, the cleavage of ions is greatly reduced, the lifting of the base and the reduction of the peak are prevented, and the resolution of mass spectrometry is improved.
[0012]
【Example】
In FIG. 3B, in the ion trap TOF mass spectrometer (FIGS. 1 and 2), an argon gas having an amount of vacuum of 1.8 × 10 −4 Torr (0.023 Pa) is introduced into the ion trap space. The mass spectrum of the hexavalent ion of insulin when introduced is shown. Compared with the spectrum (a) in the case of introducing the helium gas described above, it can be seen that there is no lifting of the base and each peak is well separated.
[0013]
FIG. 4 is a comparative example of the mass spectrum of sodium trifluoroacetate (Trifluoroacetic acid = TFA). FIG. 4A shows the degree of vacuum in the ion trap of 1.8 × 10 −4 Torr (0.023 Pa). When an amount of argon gas is introduced, (b) is a case where helium is introduced in an amount such that the degree of vacuum is 1 × 10 −3 Torr (about 0.1 Pa). In this spectrum, the mass spectrum of the cluster ion of the sample is detected. As in the case of FIG. 3, the helium gas shows a lift of the base due to the cleavage, but the peak is clearly separated by using argon gas. ing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ion trap TOF mass spectrometer.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an ion trap.
FIG. 3 shows insulin mass spectra when helium is used as the introduced gas (a) and when argon is used (b).
FIG. 4 is a mass spectrum of TFA when argon is used as the introduced gas (a) and when helium is used (b).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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