JP2011034900A - Mass spectrometer - Google Patents

Mass spectrometer Download PDF

Info

Publication number
JP2011034900A
JP2011034900A JP2009182110A JP2009182110A JP2011034900A JP 2011034900 A JP2011034900 A JP 2011034900A JP 2009182110 A JP2009182110 A JP 2009182110A JP 2009182110 A JP2009182110 A JP 2009182110A JP 2011034900 A JP2011034900 A JP 2011034900A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
ion
laser
mass
ions
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009182110A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kaori Kinoshita
香織 木下
Shinichi Iwamoto
慎一 岩本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shimadzu Corp filed Critical Shimadzu Corp
Priority to JP2009182110A priority Critical patent/JP2011034900A/en
Publication of JP2011034900A publication Critical patent/JP2011034900A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase a generated/collected ion amount by irradiating a laser light from upward nearly perpendicular to a sample, improve utilization efficiency of ions by transporting the collected ions to a mass spectrometer without waste, and improve analytical sensitivity as a result. <P>SOLUTION: Along the center axis C orthogonal to a sample plate 3 surface, an ion transportation optical system such as ion lenses 5, 6, an ion trap 7, and a mass separation/detection part such as a detection part 9 are arranged, and an ion optical axis matches the center axis C. A laser irradiation part 10 including a laser light source 11, and lenses 12, 13, 14 is arranged on the center axis C at a position further away from the detection part 9 as the farthest site from the sample S, and a light axis of the laser light matches the center axis C. The laser light which is emitted from the long focus lens 14 and of which the light flux diameter is gradually narrowed passes through an emission port 75 and an incident port 74 or the like, and hits the sample S without interception. Moreover, the ions discharged from the sample S is introduced into the ion trap 7 and placed for mass analysis without flection. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は質量分析装置に関し、さらに詳しくは、試料にレーザ光を照射して試料をイオン化するイオン源を用いた質量分析装置に関する。   The present invention relates to a mass spectrometer, and more particularly to a mass spectrometer using an ion source that irradiates a sample with laser light to ionize the sample.

質量分析装置のイオン源として様々なイオン化法が知られている。レーザ脱離イオン化法(LDI=Laser Desorption /Ionization)は、試料にレーザ光を照射し、レーザ光を吸収した物質の内部で電荷の移動を促進させてイオン化を行うものである。また、マトリクス支援レーザ脱離イオン化法(MALDI=Matrix Assisted Laser Desorption /Ionization)は、レーザ光を吸収しにくい試料やタンパク質などレーザ光で損傷を受けやすい試料を分析するために、レーザ光を吸収し易く且つイオン化し易い物質をマトリクスとして試料に予め混合しておき、これにレーザ光を照射することで試料をイオン化するものである。特にMALDIを用いた質量分析装置は、分子量の大きな高分子化合物をあまり開裂させることなく分析することが可能であり、しかも微量分析にも好適であることから、近年、生命科学などの分野で広範に利用されている。   Various ionization methods are known as ion sources for mass spectrometers. Laser desorption / ionization (LDI = Laser Desorption / Ionization) is a method in which a sample is irradiated with laser light, and ionization is performed by accelerating the movement of charges inside the substance that has absorbed the laser light. Matrix Assisted Laser Desorption / Ionization (MALDI) absorbs laser light to analyze samples that are difficult to absorb laser light and samples that are easily damaged by laser light, such as proteins. A material that is easy to ionize and is easily ionized is mixed in advance in the sample as a matrix, and the sample is ionized by irradiating the sample with laser light. In particular, a mass spectrometer using MALDI can analyze a polymer compound having a large molecular weight without much cleavage, and is also suitable for microanalysis. Has been used.

例えば非特許文献1には、MALDIイオン源を用いたイオントラップ飛行時間型質量分析装置の概略構成が開示されている。この装置では、レーザ光源から出射された波長337nmの紫外レーザ光が微小径に絞られてサンプルに照射される。その際に、サンプルから放出されたイオンが進行する経路を妨げないように、サンプルに直交する方向(法線方向)から数度程度の角度を有して斜め方向からレーザ光が当たるようにレーザ照射光学系が構成されている。一方、サンプルから発生するイオンはサンプルの法線方向に引き出され、イオンレンズなどのイオン輸送光学系で収束されたあとに3次元四重極型のイオントラップに導入される。   For example, Non-Patent Document 1 discloses a schematic configuration of an ion trap time-of-flight mass spectrometer using a MALDI ion source. In this apparatus, an ultraviolet laser beam having a wavelength of 337 nm emitted from a laser light source is focused to a minute diameter and irradiated onto a sample. At that time, in order not to obstruct the path of the ions emitted from the sample, the laser is irradiated so that the laser beam strikes from an oblique direction with an angle of about several degrees from the direction orthogonal to the sample (normal direction). An irradiation optical system is configured. On the other hand, ions generated from the sample are extracted in the normal direction of the sample, converged by an ion transport optical system such as an ion lens, and then introduced into a three-dimensional quadrupole ion trap.

しかしながら、サンプルに対してレーザ光が斜めに入射した場合、サンプルからその法線方向とは異なる方向に放出されるイオンの割合が相対的に多くなる。そのため、質量分析に利用されるイオンの効率は必ずしも最良でなく、これが分析感度の低下の一因となっている。   However, when the laser beam is incident obliquely on the sample, the proportion of ions emitted from the sample in a direction different from the normal direction is relatively increased. Therefore, the efficiency of ions used for mass spectrometry is not necessarily the best, and this contributes to a decrease in analysis sensitivity.

質量分析に利用されるイオンの効率を上げるには、サンプルの法線方向からレーザ光を照射することが好ましい。特許文献1に記載の質量分析装置では、サンプルに対してその法線方向からレーザ光が入射するようにする一方、そのレーザ照射光学系とイオン経路との干渉を避けるために、サンプルからその法線方向に放出されたイオンを収集しつつ、質量分析部まで輸送する途中で電場によりイオン経路を屈曲させるようにしている。しかしながら、このように電場等を用いてイオンの進行を屈曲させると、その過程でイオンの損失が起こり易く、結局のところ、質量分析に供されるイオンの量が減ってしまい分析感度を上げるのは難しいという問題がある。   In order to increase the efficiency of ions used for mass spectrometry, it is preferable to irradiate laser light from the normal direction of the sample. In the mass spectrometer described in Patent Document 1, the laser beam is incident on the sample from the normal direction, while the method is performed from the sample in order to avoid interference between the laser irradiation optical system and the ion path. While collecting ions released in the linear direction, the ion path is bent by an electric field while being transported to the mass spectrometer. However, bending the progression of ions using an electric field or the like in this way is likely to cause loss of ions in the process, and eventually, the amount of ions used for mass spectrometry is reduced, increasing the analysis sensitivity. There is a problem that is difficult.

特表2007−514274号公報Special table 2007-514274 gazette

田中耕一、ほか1名、「MALDI-QIT-TOF MSnを用いたトップダウンプロテオミクス解析法の試行」、島津評論、島津評論編集部、第61巻、第1・2号、2004年10月30日発行Koichi Tanaka and one other, "Trial of top-down proteomics analysis method using MALDI-QIT-TOF MSn", Shimazu review, Shimadzu editorial department, Vol. 61, No. 1, No. 2, October 30, 2004 Issue

本発明は上記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、サンプルに対してその法線方向からイオン化のためのレーザ光を照射するとともに、サンプルからその法線方向を中心として放出されたイオンを収集し、効率よく質量分析に供することで分析感度を改善することができる質量分析装置を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and its object is to irradiate a sample with laser light for ionization from its normal direction, and from the sample to its normal direction. It is an object of the present invention to provide a mass spectrometer capable of improving analysis sensitivity by collecting ions released mainly from the center and efficiently using them for mass spectrometry.

上記課題を解決するために成された本発明は、サンプルプレート上に載置されたサンプルにレーザ光を照射するレーザ照射部と、前記レーザ光の照射を受けて発生した前記サンプル由来のイオンを質量分析するための質量分離・検出部と、前記サンプルから前記質量分離・検出部までイオンを輸送するイオン輸送光学系と、を備える質量分析装置において、
前記イオン輸送光学系及び前記質量分離・検出部は、前記サンプルプレートの表面に直交する中心軸に沿って、そのサンプルプレート表面から前記質量分離・検出部までイオンが進行する際のイオン光軸と前記中心軸とが一致するように、且つその構成要素の一部が前記中心軸を遮ることがないように配置され、
前記レーザ照射部は、当該照射部から出射するレーザ光の光軸が前記中心軸と一致するように、前記イオン輸送光学系及び前記質量分離・検出部において前記サンプルから最も離れた部位よりもさらに離れた位置に配置されることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention includes a laser irradiation unit that irradiates a sample placed on a sample plate with a laser beam, and ions derived from the sample generated by the irradiation of the laser beam. In a mass spectrometer comprising: a mass separation / detection unit for mass spectrometry; and an ion transport optical system that transports ions from the sample to the mass separation / detection unit,
The ion transport optical system and the mass separation / detection unit include an ion optical axis when ions travel from the sample plate surface to the mass separation / detection unit along a central axis perpendicular to the surface of the sample plate. Arranged so that the central axis coincides and a part of the components does not block the central axis,
The laser irradiator further includes a portion farthest from the sample in the ion transport optical system and the mass separation / detector so that the optical axis of the laser light emitted from the irradiator coincides with the central axis. It is characterized by being arranged at a distant position.

サンプルを載置するためのサンプルプレートとしては、表面が略平面である導電性基板、略平面である表面上のサンプル載置位置に微小ウエルが形成されている導電性基板、などが用いられる。   As a sample plate for placing a sample, a conductive substrate having a substantially flat surface, a conductive substrate having a microwell formed at a sample placement position on a substantially flat surface, or the like is used.

また、例えばイオン輸送光学系はイオンレンズ、イオンガイドなどと称されるものであり、電場の作用により、イオンを収束させたり、イオンを加速・減速させたり、或いは、イオンを一時的に捕捉・保持したり、するものである。質量分離・検出部はイオンを質量電荷比m/zに応じて分離して検出するものであり、例えば、イオントラップと検出器との組み合わせ、飛行時間型質量分離器と検出器との組み合わせ、四重極質量フィルタと検出器との組み合わせなどが考えられる。   In addition, for example, an ion transport optical system is called an ion lens, an ion guide, etc., and by the action of an electric field, ions are converged, ions are accelerated / decelerated, or ions are temporarily captured / To hold or to hold. The mass separation / detection unit separates and detects ions according to the mass to charge ratio m / z.For example, a combination of an ion trap and a detector, a combination of a time-of-flight mass separator and a detector, A combination of a quadrupole mass filter and a detector is conceivable.

本発明に係る質量分析装置は、レーザ脱離イオン化法(LDI)によるイオン化を行うもの、より実用的には、マトリックス支援レーザ脱離イオン化法(MALDI)によるイオン化を行うものに適用することができる。   The mass spectrometer according to the present invention can be applied to an apparatus that performs ionization by laser desorption ionization (LDI), and more practically, an apparatus that performs ionization by matrix-assisted laser desorption / ionization (MALDI). .

上記レーザ照射部は、少なくとも、レーザ光源と、所定光束径のレーザ光をサンプル表面上で1点又は1点とみなし得る微小光束径に絞るための長焦点のレーザ光学系と、を含むものとすることができる。通常、イオン輸送光学系はサンプルから発生したイオンが最も高い効率で質量分離・検出部まで輸送されるように構成されるが、そうしたイオン輸送光学系が有するイオン通過開口で、サンプルに到達するまで徐々に径が絞られる光束が遮られることがないように、上記レーザ照射部は構成されるものとすることができる。   The laser irradiation unit includes at least a laser light source and a long-focus laser optical system for narrowing a laser beam having a predetermined beam diameter to a minute beam diameter that can be regarded as one point or one point on the sample surface. Can do. In general, ion transport optics are configured so that ions generated from the sample are transported to the mass separation / detection unit with the highest efficiency, but the ion transport optical system has an ion passage opening until it reaches the sample. The laser irradiation unit may be configured so that a light beam whose diameter is gradually reduced is not blocked.

これによれば、レーザ照射部とサンプルとの間には、イオン輸送光学系、質量分離・検出部といったイオンを質量分析するための構成要素が配置されるが、レーザ照射部から出射されたレーザ光は、上記のような構成要素によって遮られることなくサンプルに当たる。このレーザ光の光軸とサンプルプレートの表面に直交する中心軸とが一致しているので、サンプルプレート上に載置されたサンプルにはほぼ垂直上方からレーザ光が当たることになり、サンプルからはほぼ垂直上方に向けて最も多くの量のイオンが放出される。こうして放出されたイオンは、イオン輸送光学系により効率よく収集され、質量分離・検出部に到達する。イオン光軸もサンプルプレート表面に直交する中心軸と一致しており、質量分析に供されるまでイオンの進行方向は屈曲されないので、輸送途中でのイオンの損失は少なく、より多くの量のイオンを質量分析に供することができる。   According to this, components for mass analysis of ions such as an ion transport optical system and a mass separation / detection unit are arranged between the laser irradiation unit and the sample, but the laser emitted from the laser irradiation unit The light strikes the sample without being blocked by the components as described above. Since the optical axis of this laser beam coincides with the central axis perpendicular to the surface of the sample plate, the sample placed on the sample plate is exposed to the laser beam from substantially vertically above, and from the sample, The largest amount of ions is released in a substantially vertically upward direction. The ions thus released are efficiently collected by the ion transport optical system and reach the mass separation / detection unit. The ion optical axis is also coincident with the central axis perpendicular to the sample plate surface, and the direction of ion travel is not bent until it is subjected to mass analysis, so there is less loss of ions during transport and a larger amount of ions. Can be subjected to mass spectrometry.

本発明に係る質量分析装置において、イオン輸送光学系又は質量分離・検出部として3次元四重極型イオントラップを含む場合には、該イオントラップのエンドキャップ電極に設けられたイオン入射口及びイオン出射口の中心が前記中心軸に一致するように該イオントラップを配置するようにすればよい。即ち、この構成では、レーザ照射部から出射されたレーザ光はイオン出射口から3次元四重極型イオントラップの内部に入り、そこを通り抜けイオン入射口から出てサンプルに向かう。したがって、イオン出射口を通過する際のレーザ光の光束径をイオン出射口の開口径よりも小さくしておけば、レーザ光はイオントラップにも遮られることなくサンプルに照射される。   In the mass spectrometer according to the present invention, when a three-dimensional quadrupole ion trap is included as an ion transport optical system or a mass separation / detection unit, an ion incident port and an ion provided in an end cap electrode of the ion trap The ion trap may be arranged so that the center of the exit port coincides with the central axis. That is, in this configuration, the laser beam emitted from the laser irradiation unit enters the inside of the three-dimensional quadrupole ion trap from the ion emission port, passes through the ion emission port, and exits from the ion incident port toward the sample. Therefore, if the beam diameter of the laser beam when passing through the ion emission port is made smaller than the opening diameter of the ion emission port, the laser beam is irradiated onto the sample without being blocked by the ion trap.

本発明に係る質量分析装置によれば、サンプルに対してほぼ直交するようにレーザ光を照射することができるので、サンプル由来のイオンがその表面に直交する方向により多く放出される。また、サンプル表面上でレーザ光の照射強度がほぼ均一になるため、発生するイオン量の増加も期待できる。また、サンプルから放出されたイオンは効率良く収集され、損失を抑えつつ輸送して質量分析に供することができる。それにより、最終的に質量分析に供されるイオンの量が従来よりも増加するため、分析感度を向上させることができる。   According to the mass spectrometer of the present invention, the laser beam can be irradiated so as to be substantially orthogonal to the sample, so that more ions derived from the sample are emitted in the direction orthogonal to the surface. Further, since the irradiation intensity of the laser beam is almost uniform on the sample surface, an increase in the amount of ions generated can be expected. In addition, ions emitted from the sample can be efficiently collected, transported while suppressing loss, and subjected to mass spectrometry. Thereby, the amount of ions finally subjected to mass spectrometry increases as compared with the conventional case, so that the analysis sensitivity can be improved.

本発明の一実施例によるMALDI−IT−MSの全体構成図。The whole MALDI-IT-MS block diagram by one Example of this invention. レーザ照射光学系の設計手法を説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the design method of a laser irradiation optical system. レーザ照射光学系の設計手法を説明するための概念図。The conceptual diagram for demonstrating the design method of a laser irradiation optical system. 本発明の他の実施例によるMALDI−IT−TOFMSの全体構成図。The whole MALDI-IT-TOFMS block diagram by the other Example of this invention.

本発明の一実施例であるMALDI−IT−MSについて、添付図面を参照して説明する。図1は本実施例によるMALDI−DIT−MSの概略構成図である。   MALDI-IT-MS, which is an embodiment of the present invention, will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a MALDI-DIT-MS according to the present embodiment.

真空排気される真空チャンバ1の内部には、分析対象であるサンプルSが載置された平板状で導電性を有するサンプルプレート3が配置され、サンプルプレート3に直交する中心軸(本発明における中心軸)Cに沿って、アパーチャ4、第1イオンレンズ5、ミラー8、第2イオンレンズ6、イオントラップ7、検出部9、が順に、且つ、中心軸C上を遮らず、また同軸となるように配置されている。   Inside the vacuum chamber 1 to be evacuated, a flat plate-like conductive sample plate 3 on which the sample S to be analyzed is placed is disposed, and a central axis (center in the present invention) orthogonal to the sample plate 3 is disposed. Aperture 4, first ion lens 5, mirror 8, second ion lens 6, ion trap 7, and detector 9 are arranged in this order along axis C), and do not obstruct center axis C and are coaxial. Are arranged as follows.

ミラー8はサンプルプレート3上のサンプルSの表面画像を反射させるものであり、この画像は真空チャンバ1の外側に取り出されてCCDカメラ16で撮影される。この撮影画像は図示しないモニタ等に表示され、ユーザはこれによりサンプルSの表面観察が可能である。   The mirror 8 reflects the surface image of the sample S on the sample plate 3, and this image is taken out of the vacuum chamber 1 and photographed by the CCD camera 16. This captured image is displayed on a monitor or the like (not shown), whereby the user can observe the surface of the sample S.

イオントラップ7は3次元四重極型のイオントラップであって、内周面が回転1葉双曲面形状を有する1個の円環状のリング電極71と、それを挟んで対向配置された内周面が回転2葉双曲面形状を有する一対のエンドキャップ電極72、73とからなる。入口側エンドキャップ電極72のほぼ中央にイオン入射口74が、出口側エンドキャップ電極73のほぼ中央にはイオン出射口75が穿設されているが、イオン入射口74及びイオン出射口75の中心を中心軸Cが挿通している。また、検出部9は、イオンの通過範囲を制限するアパーチャ91と、イオンを電子に変換するコンバージョンダイノード92と、変換された電子を増倍して検出する2次電子増倍管93とからなり、コンバージョンダイノード92と2次電子増倍管93とは中心軸Cを挟んで対向して配置されている。   The ion trap 7 is a three-dimensional quadrupole ion trap, and has an annular ring electrode 71 having an inner circumferential surface having a rotating single-leaf hyperboloid shape, and an inner circumference arranged to face the annular ring electrode 71. The surface includes a pair of end cap electrodes 72 and 73 having a rotating two-leaf hyperboloid shape. An ion incident port 74 is formed at approximately the center of the entrance end cap electrode 72 and an ion exit port 75 is formed at approximately the center of the exit end cap electrode 73. The centers of the ion incident port 74 and the ion exit port 75 are provided. Is inserted through the central axis C. The detection unit 9 includes an aperture 91 that limits the passage range of ions, a conversion dynode 92 that converts ions into electrons, and a secondary electron multiplier 93 that multiplies and detects the converted electrons. The conversion dynode 92 and the secondary electron multiplier 93 are disposed to face each other with the central axis C interposed therebetween.

真空チャンバ1にあって中心軸C上には石英ガラスなどからなる透過窓2が形成され、その透過窓2を通して、真空状態である真空チャンバ1内部と略大気圧である真空チャンバ1外部とが光学的に接続されている。サンプルSにレーザ光を照射するためのレーザ照射部10は、真空チャンバ1外部に配置されたレーザ光源11、第1レンズ12、及び第2レンズ13と、真空チャンバ1内部に配置された第3レンズ14とを含み、これらは全て中心軸C上に配置されている。   A transmission window 2 made of quartz glass or the like is formed on the central axis C in the vacuum chamber 1, and through the transmission window 2, the inside of the vacuum chamber 1 that is in a vacuum state and the outside of the vacuum chamber 1 that is at substantially atmospheric pressure. Optically connected. A laser irradiation unit 10 for irradiating the sample S with laser light includes a laser light source 11, a first lens 12, a second lens 13 arranged outside the vacuum chamber 1, and a third arranged inside the vacuum chamber 1. And a lens 14, all of which are arranged on the central axis C.

本実施例のMALDI−IT−MSの分析動作を概略的に説明する。レーザ光源11から出射されたレーザ光は、第1レンズ12及び第2レンズ13により所定光束径の平行光に変換され、透過窓2を透過して真空チャンバ1内に導入される。そして、第3レンズ14により、サンプルS表面付近が焦点となるように光束が絞られる。レーザ光源11からサンプルSまで達するレーザ光の光軸は中心軸Cと一致している。   An analysis operation of the MALDI-IT-MS of this embodiment will be schematically described. Laser light emitted from the laser light source 11 is converted into parallel light having a predetermined light beam diameter by the first lens 12 and the second lens 13, passes through the transmission window 2, and is introduced into the vacuum chamber 1. Then, the light beam is narrowed by the third lens 14 so that the vicinity of the surface of the sample S becomes a focal point. The optical axis of the laser light reaching from the laser light source 11 to the sample S coincides with the central axis C.

第3レンズ14とサンプルSとの間には、上述したように、質量分析を行うための多数の構成要素が配置されているが、中心軸C上、つまりレーザ光の光軸上にはいずれの構成要素も存在していない。また後述するように、それら構成要素において中心軸Cの周囲に形成される開口の径よりも、レーザ光の光束径は小さくなっている。そのため、第3レンズ14で絞られたレーザ光は徐々にその光束径を縮小しつつ、途中で遮られることなく、サンプルSにごく微小径で当たる。即ち、サンプルプレート3に対してその法線方向から(つまり垂直上方から)レーザ光が照射されるから、レーザ光照射位置でサンプルSの表面がサンプルプレート3表面と略平行であるとみなせれば、サンプルS表面に対しても略垂直にレーザ光が照射されることになる。   As described above, a large number of components for performing mass spectrometry are arranged between the third lens 14 and the sample S. However, on the central axis C, that is, on the optical axis of the laser light, There are no components. Further, as will be described later, the beam diameter of the laser beam is smaller than the diameter of the opening formed around the central axis C in these components. Therefore, the laser beam focused by the third lens 14 strikes the sample S with a very small diameter without being interrupted while the beam diameter is gradually reduced. That is, since the sample plate 3 is irradiated with laser light from the normal direction (that is, from vertically above), if the surface of the sample S can be regarded as being substantially parallel to the surface of the sample plate 3 at the laser light irradiation position. The laser beam is also irradiated substantially perpendicularly to the surface of the sample S.

ごく短時間のパルス的なレーザ光の照射により、サンプルSからパケット状にイオンが放出される。実際にはイオンは様々な方向に放出されるが、上記のように法線方向からレーザ光が照射された場合、通常、法線方向に放出されるイオンの量が最も多い。ここでは、この法線方向を中心としてその周囲の所定立体角の範囲に放出されたイオンが、アパーチャ4を経て、イオンレンズ5、6で収束され、イオン入射口74を通してイオントラップ7内空間に導入される。導入されたイオンは、リング電極71に印加される高周波電圧により形成される高周波電場により捕捉され、イオントラップ7内に閉じ込められる。なお、このときイオンはイオントラップ7内で振動しているが、その振動の軌道中心はイオン光軸、つまり中心軸C上にある。   Ions are emitted from the sample S in a packet form by irradiating pulsed laser light for a very short time. In practice, ions are emitted in various directions. When the laser beam is irradiated from the normal direction as described above, the amount of ions emitted in the normal direction is usually the largest. Here, ions emitted in the range of a predetermined solid angle around the normal direction are converged by the ion lenses 5 and 6 through the aperture 4 and enter the space inside the ion trap 7 through the ion entrance 74. be introduced. The introduced ions are captured by the high frequency electric field formed by the high frequency voltage applied to the ring electrode 71 and confined in the ion trap 7. At this time, the ions are oscillating in the ion trap 7, but the orbit center of the oscillation is on the ion optical axis, that is, the central axis C.

そのあと、エンドキャップ電極72、73に所定の電圧が印加され、特定の質量電荷比m/zを有するイオンが選択的に、イオン出射口75を通してイオントラップ7内から排出される。排出されたイオンが検出部9に到達すると、電場により誘引されてコンバージョンダイノード92に衝突し、コンバージョンダイノード92から放出された電子が2次電子増倍管93に達して増倍されて検出される。この構成では、イオントラップ7自体が質量分離部に相当するが、サンプルSから放出されたイオンがイオントラップ7に到達するまでのイオン経路の中心、つまりイオン光軸は中心軸Cと一致している。即ち、この実施例のMALDI−IT−MSでは、サンプルSに照射されるレーザ光の光軸、サンプルSから発してイオントラップ7に達するまでのイオン光軸がともに、サンプルSに直交する法線である中心軸Cに一致している。   Thereafter, a predetermined voltage is applied to the end cap electrodes 72 and 73, and ions having a specific mass-to-charge ratio m / z are selectively ejected from the ion trap 7 through the ion emission port 75. When the discharged ions reach the detection unit 9, they are attracted by the electric field and collide with the conversion dynode 92, and the electrons emitted from the conversion dynode 92 reach the secondary electron multiplier 93 and are multiplied and detected. . In this configuration, the ion trap 7 itself corresponds to the mass separation unit, but the center of the ion path until the ions emitted from the sample S reach the ion trap 7, that is, the ion optical axis coincides with the central axis C. Yes. That is, in the MALDI-IT-MS of this embodiment, both the optical axis of the laser beam irradiated to the sample S and the ion optical axis from the sample S to the ion trap 7 are perpendicular to the sample S. Is coincident with the central axis C.

サンプルプレート3の表面に対するレーザ光の照射方向がその法線方向であることにより、一般に、サンプルSからその法線方向に最も多くの量のイオンが放出される。また、そうして生成された、相対的に多くの量のイオンを収集して輸送し、しかもイオントラップ7に導入するまでにイオンを電場などにより屈曲させたり偏向させたりすることがないので、イオンの利用効率が高い。それによって、高い分析感度を達成することができる。   Since the irradiation direction of the laser beam on the surface of the sample plate 3 is the normal direction, generally, the largest amount of ions is emitted from the sample S in the normal direction. In addition, since a relatively large amount of ions thus generated are collected and transported, and the ions are not bent or deflected by an electric field or the like before being introduced into the ion trap 7, Use efficiency of ions is high. Thereby, high analytical sensitivity can be achieved.

上記のようなレーザ照射光学系及びイオン輸送光学系を実現するために、本実施例のMALDI−IT−MSでは、サンプルSからみて一般に最も離れた部位である検出部9よりもさらに離れた位置で且つ中心軸C上に、レーザ照射部10を設置している。そのレーザ照射部10から発したレーザ光がサンプルSに到達するまでに途中で遮られないようにするためには、例えば次のような手順でレーザ照射部10の光学系を設計すればよい。   In order to realize the laser irradiation optical system and the ion transport optical system as described above, in the MALDI-IT-MS of the present embodiment, a position further away from the detection unit 9 which is generally the most distant from the sample S. In addition, the laser irradiation unit 10 is installed on the central axis C. In order to prevent the laser light emitted from the laser irradiation unit 10 from being interrupted before reaching the sample S, the optical system of the laser irradiation unit 10 may be designed by the following procedure, for example.

即ち、サンプルSから検出部9までの間には、イオン輸送光学系や質量分離・検出部の構成要素が多数配置されている。図1の例の場合には、アパーチャ4、イオンレンズ5、6、ミラー8、イオントラップ7がこれに相当するものであるが、これは装置の構成によってそれぞれ異なり、その構成要素の形状も様々である。上記構成要素の中でレーザ光の光路の妨げとなるおそれのあるものの開口を、図2に例示するように、実際のサイズに従って描く。そして、サンプルプレート3表面と検出部9との間の距離よりも長い焦点距離f1の光学特性を有するレンズLを選定し、中心軸C上でサンプルプレート3表面から焦点距離f1だけ離れた位置にそのレンズLを置く。次に、全ての開口の中で、その開口の周縁端と、サンプルプレート3表面と中心軸Cとの交点と、を結ぶ線を引いたときに、他の全ての開口の周縁端の内側となるような線を見い出す。この線が引かれる開口が、レーザ光の光束を制限する開口である。図2では、矢印aで示すもの、即ち、イオントラップ7のイオン出射口75が、レーザ光の光束を制限する開口である。   That is, between the sample S and the detection unit 9, a large number of components of the ion transport optical system and the mass separation / detection unit are arranged. In the case of the example of FIG. 1, the aperture 4, the ion lenses 5 and 6, the mirror 8, and the ion trap 7 correspond to this, but this differs depending on the configuration of the apparatus, and the shape of the constituent elements varies. It is. Among the above-described components, an opening that may interfere with the optical path of the laser beam is drawn according to the actual size as illustrated in FIG. Then, a lens L having an optical characteristic with a focal length f1 longer than the distance between the surface of the sample plate 3 and the detection unit 9 is selected, and is located on the central axis C at a position separated from the surface of the sample plate 3 by the focal length f1. Place the lens L. Next, among all the openings, when a line connecting the peripheral edge of the opening and the intersection of the surface of the sample plate 3 and the central axis C is drawn, the inside of the peripheral edge of all the other openings Find a line that looks like The opening through which this line is drawn is an opening that restricts the luminous flux of the laser light. In FIG. 2, what is indicated by the arrow a, that is, the ion emission port 75 of the ion trap 7 is an opening that restricts the light flux of the laser light.

図2に示すように、上記線をレンズLの位置まで延伸させると、全ての光がサンプルSに到達し得る最大の光束サイズx’が求められる。このx’よりも光束径が小さな平行光束をレンズLに入射すれば、光軸がサンプルプレート3表面に対し法線方向で、途中で光束の一部が遮られることのないレーザ光をサンプルSに照射することが可能である。レーザ光源11からほぼ平行光として出射するレーザ光の光束径がx’以下である場合には、レーザ光源11から出射したレーザ光をそのままレンズLに入射させればよい。   As shown in FIG. 2, when the line is extended to the position of the lens L, the maximum luminous flux size x ′ at which all the light can reach the sample S is obtained. If a parallel light beam having a light beam diameter smaller than x ′ is incident on the lens L, the laser beam in which the optical axis is in the normal direction with respect to the surface of the sample plate 3 and a part of the light beam is not blocked on the way is sample S. Can be irradiated. When the beam diameter of the laser light emitted as substantially parallel light from the laser light source 11 is less than x ′, the laser light emitted from the laser light source 11 may be incident on the lens L as it is.

これに対し、図1に示した例のように、レーザ光源11から出射するレーザ光の光束径がx’を超える場合には、コリメータにより光束径を調整する。具体的には、図3に示すように、適当な焦点距離faを持つレンズAと、x’/X>fb/faとなるような焦点距離fbを持つレンズBと、からコリメータを構成する。ここで、Xはレーザ光源11から出射するレーザ光の光束径である。そして、レーザ光源11から適宜離れた位置にレンズAを置き、そのレンズAからfa+fbだけ離れた位置にレンズBを置く。図3に示すように、レンズAに光束径Xで平行に入射したレーザ光はレンズAとレンズBとの間で一旦、1点に集束され、そのあと拡がってレンズBに入射し、光束径がx’以下である平行なレーザ光になる。図1では、第1レンズ12、第2レンズ13がレンズA、レンズBに相当する。なお、図3において、レンズAからfaだけ離れた位置にスペーシャルフィルタを挿入してもよい。   On the other hand, when the beam diameter of the laser beam emitted from the laser light source 11 exceeds x ′ as in the example shown in FIG. 1, the beam diameter is adjusted by a collimator. Specifically, as shown in FIG. 3, a collimator is constituted by a lens A having an appropriate focal length fa and a lens B having a focal length fb such that x '/ X> fb / fa. Here, X is a beam diameter of the laser beam emitted from the laser light source 11. Then, the lens A is placed at a position appropriately separated from the laser light source 11, and the lens B is placed at a position away from the lens A by fa + fb. As shown in FIG. 3, the laser beam incident on the lens A in parallel with the beam diameter X is once focused between the lens A and the lens B, then spread and incident on the lens B. Becomes a parallel laser beam with x ′ or less. In FIG. 1, the first lens 12 and the second lens 13 correspond to the lens A and the lens B. In FIG. 3, a spatial filter may be inserted at a position away from the lens A by fa.

図1に示した例のように、図2におけるレンズLに相当する第3レンズ14が真空チャンバ1内に配置されており、その位置の調整が困難である場合には、レンズBに相当する第2レンズ13を中心軸Cに沿ってその延伸方向に移動させることにより、サンプルS表面上でのレーザ光の光束径を調整することが可能である。一方、上記レンズLに相当する第3レンズ14が真空チャンバ1の外部に配置されている場合には、このレンズ14を中心軸Cに沿ってその延伸方向に移動させることにより、サンプルS表面上でのレーザ光の光束径を調整することができる。但し、上述したようにサンプルS表面上でレーザ光の集光が可能であるようにレーザ照射部10の光学系を設計した場合には、サンプルS表面上でのレーザ光の光束径を大きくすると、その光束の一部がイオン輸送光学系や質量分離・検出部の構成要素の一部によって遮られる場合があり得る。   As in the example shown in FIG. 1, the third lens 14 corresponding to the lens L in FIG. 2 is disposed in the vacuum chamber 1, and when it is difficult to adjust the position, it corresponds to the lens B. By moving the second lens 13 along the central axis C in the extending direction, the beam diameter of the laser light on the surface of the sample S can be adjusted. On the other hand, when the third lens 14 corresponding to the lens L is arranged outside the vacuum chamber 1, the lens 14 is moved along the central axis C in the extending direction so that the surface of the sample S The beam diameter of the laser beam at can be adjusted. However, when the optical system of the laser irradiation unit 10 is designed so that the laser beam can be condensed on the surface of the sample S as described above, the beam diameter of the laser beam on the surface of the sample S is increased. In some cases, a part of the luminous flux is blocked by some of the components of the ion transport optical system and the mass separation / detection unit.

イオン輸送光学系やイオンを質量分離・検出部などの構成要素は上記実施例に記載のものに限らない。例えば図4は本発明の別の実施例によるMALDI−IT−TOFMSの概略構成図である。この装置は、静電場によりイオンを折り返すリフレクトロン101を有する反射飛行時間型質量分離器100を質量分離器として備え、折返し飛行する際に質量電荷比に応じて分離されたイオンを検出する検出器102を検出部として備える。ここでは、イオントラップ7はイオンに初期エネルギーを与えて反射飛行時間型質量分離器100に送り出すイオン出射部として機能する。   The constituent elements such as the ion transport optical system and the ion mass separation / detection unit are not limited to those described in the above embodiments. For example, FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a MALDI-IT-TOFMS according to another embodiment of the present invention. This apparatus includes a reflection time-of-flight mass separator 100 having a reflectron 101 that turns ions back by an electrostatic field as a mass separator, and detects the ions separated according to the mass-to-charge ratio when flying back. 102 is provided as a detection unit. Here, the ion trap 7 functions as an ion emission unit that applies initial energy to ions and sends them to the reflection time-of-flight mass separator 100.

この実施例の構成においても、図1の構成と同様に、レーザ照射部10は、質量分離・検出部においてサンプルプレート3から最も離れた部位であるリフレクトロン101よりもさらに離れた位置に配置されている。また、中心軸C上に光束を遮る構成要素は配置されておらず、レーザ照射部10から出射されたレーザ光は全く遮られることなくサンプルSに照射される。一方、サンプルSからサンプルプレート3表面の法線方向及びその周囲に放出されたイオンは、途中で電場等により軌道が屈曲されることなく質量分析に供されることになる。したがって、この構成においても上記実施例と同様の効果を奏することは明らかである。   Also in the configuration of this embodiment, similarly to the configuration of FIG. 1, the laser irradiation unit 10 is arranged at a position further away from the reflectron 101 that is the part farthest from the sample plate 3 in the mass separation / detection unit. ing. In addition, a component that blocks the light beam is not arranged on the central axis C, and the laser beam emitted from the laser irradiation unit 10 is irradiated to the sample S without being blocked at all. On the other hand, the ions emitted from the sample S in the normal direction of the surface of the sample plate 3 and around the sample plate 3 are subjected to mass spectrometry without the trajectory being bent by an electric field or the like on the way. Therefore, it is obvious that this configuration can achieve the same effect as the above embodiment.

また、上記実施例はいずれも本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜、変形、追加、修正を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。   Further, the above-described embodiments are merely examples of the present invention, and it is a matter of course that modifications, additions, and modifications as appropriate within the scope of the present invention are included in the scope of the claims of the present application.

10…レーザ照射部
11…レーザ光源
12…第1レンズ
13…第2レンズ
14…第3レンズ
2…透過窓
3…サンプルプレート
4…アパーチャ
5、6…イオンレンズ
7…イオントラップ
71…リング電極
72…入口側エンドキャップ電極
73…出口側エンドキャップ電極
74…イオン入射口
75…イオン出射口
8…ミラー
9…検出部
91…アパーチャ
92…コンバージョンダイノード
93…2次電子増倍管
16…CCDカメラ
100…反射飛行時間型質量分離器
101…リフレクトロン
102…検出器
S…サンプル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Laser irradiation part 11 ... Laser light source 12 ... 1st lens 13 ... 2nd lens 14 ... 3rd lens 2 ... Transmission window 3 ... Sample plate 4 ... Aperture 5, 6 ... Ion lens 7 ... Ion trap 71 ... Ring electrode 72 ... Inlet side end cap electrode 73 ... Outlet side end cap electrode 74 ... Ion entrance port 75 ... Ion exit port 8 ... Mirror 9 ... Detector 91 ... Aperture 92 ... Conversion dynode 93 ... Secondary electron multiplier 16 ... CCD camera 100 ... reflection time-of-flight mass separator 101 ... reflectron 102 ... detector S ... sample

Claims (4)

サンプルプレート上に載置されたサンプルにレーザ光を照射するレーザ照射部と、前記レーザ光の照射を受けて発生した前記サンプル由来のイオンを質量分析するための質量分離・検出部と、前記サンプルから前記質量分離・検出部までイオンを輸送するイオン輸送光学系と、を備える質量分析装置において、
前記イオン輸送光学系及び前記質量分離・検出部は、前記サンプルプレート表面に直交する中心軸に沿って、前記サンプルプレート表面から前記質量分離・検出部までイオンが進行する際のイオン光軸と前記中心軸とが一致するように、且つその一部が前記中心軸を遮ることがないように配置され、
前記レーザ照射部は、当該照射部から出射するレーザ光の光軸が前記中心軸と一致するように、前記イオン輸送光学系及び前記質量分離・検出部において前記サンプルから最も離れた部位よりもさらに離れた位置に配置されることを特徴とする質量分析装置。
A laser irradiation unit for irradiating a sample placed on a sample plate with a laser beam; a mass separation / detection unit for mass-analyzing ions derived from the sample generated by the irradiation of the laser beam; and the sample An ion transport optical system that transports ions from the mass separation / detection unit to a mass spectrometer,
The ion transport optical system and the mass separation / detection unit include an ion optical axis when ions travel from the sample plate surface to the mass separation / detection unit along a central axis perpendicular to the sample plate surface, and the ion optical axis. Arranged so that the central axis coincides and a part of the central axis does not block the central axis,
The laser irradiator further includes a portion farthest from the sample in the ion transport optical system and the mass separation / detector so that the optical axis of the laser light emitted from the irradiator coincides with the central axis. A mass spectrometer characterized by being arranged at a distant position.
請求項1に記載の質量分析装置であって、
前記レーザ照射部は、レーザ光源と、所定光束径のレーザ光をサンプル表面上で1点又は1点とみなし得る微小光束径に絞るための長焦点のレーザ光学系と、を含むことを特徴とする質量分析装置。
The mass spectrometer according to claim 1,
The laser irradiation unit includes a laser light source and a long-focus laser optical system for narrowing a laser beam having a predetermined beam diameter to a minute beam diameter that can be regarded as one point or one point on the sample surface. Mass spectrometer.
請求項2に記載の質量分析装置であって、
前記レーザ照射部は、前記輸送光学系及び前記質量分離・検出部が有するイオン通過開口で、サンプルに到達するまで徐々に径が絞られる光束が遮られないようにすることを特徴とする質量分析装置。
The mass spectrometer according to claim 2,
The laser irradiation unit is an ion passage opening provided in the transport optical system and the mass separation / detection unit so that a light beam whose diameter is gradually reduced is not blocked until reaching the sample. apparatus.
請求項1〜3のいずれかに記載の質量分析装置であって、
前記イオン輸送光学系又は前記質量分離・検出部として3次元四重極型イオントラップを含み、該イオントラップのエンドキャップ電極に設けられたイオン入射口及びイオン出射口の中心が前記中心軸に一致するように該イオントラップを配置することを特徴とする質量分析装置。
The mass spectrometer according to any one of claims 1 to 3,
The ion transport optical system or the mass separation / detection unit includes a three-dimensional quadrupole ion trap, and the centers of the ion entrance and the ion exit provided in the end cap electrode of the ion trap coincide with the central axis A mass spectrometer characterized in that the ion trap is arranged as described above.
JP2009182110A 2009-08-05 2009-08-05 Mass spectrometer Pending JP2011034900A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009182110A JP2011034900A (en) 2009-08-05 2009-08-05 Mass spectrometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009182110A JP2011034900A (en) 2009-08-05 2009-08-05 Mass spectrometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011034900A true JP2011034900A (en) 2011-02-17

Family

ID=43763756

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009182110A Pending JP2011034900A (en) 2009-08-05 2009-08-05 Mass spectrometer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011034900A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014521190A (en) * 2011-07-06 2014-08-25 マイクロマス ユーケー リミテッド MALDI imaging and ion source

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04206432A (en) * 1990-11-30 1992-07-28 Rikagaku Kenkyusho Ion scattering analyzing apparatus
JPH06290732A (en) * 1993-04-01 1994-10-18 Hitachi Ltd Mass spectrometer
JP2001343364A (en) * 2000-06-05 2001-12-14 Sumitomo Heavy Ind Ltd Detection device for specific atom in solid
JP2007514274A (en) * 2003-10-31 2007-05-31 アプレラ コーポレイション Ion source and method for MALDI mass spectrometry
WO2008129850A1 (en) * 2007-04-12 2008-10-30 Shimadzu Corporation Ion trap mass spectrograph

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04206432A (en) * 1990-11-30 1992-07-28 Rikagaku Kenkyusho Ion scattering analyzing apparatus
JPH06290732A (en) * 1993-04-01 1994-10-18 Hitachi Ltd Mass spectrometer
JP2001343364A (en) * 2000-06-05 2001-12-14 Sumitomo Heavy Ind Ltd Detection device for specific atom in solid
JP2007514274A (en) * 2003-10-31 2007-05-31 アプレラ コーポレイション Ion source and method for MALDI mass spectrometry
WO2008129850A1 (en) * 2007-04-12 2008-10-30 Shimadzu Corporation Ion trap mass spectrograph

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014521190A (en) * 2011-07-06 2014-08-25 マイクロマス ユーケー リミテッド MALDI imaging and ion source

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6527170B2 (en) Multiple reflection time-of-flight mass spectrometer with axial pulse converter
US6953928B2 (en) Ion source and methods for MALDI mass spectrometry
JP6091504B2 (en) MALDI imaging and ion source
US8158934B2 (en) Electron capture dissociation apparatus and related methods
JP4766549B2 (en) Laser irradiation mass spectrometer
US9275843B2 (en) Time-of-flight mass spectrometer
JP2014521189A (en) Ion guide connected to MALDI ion source
WO2007061738A2 (en) Maldi/ldi source
JP5504969B2 (en) Mass spectrometer
CN108140537B (en) Mass spectrometer
US6963066B2 (en) Rod assembly in ion source
JP2013105737A (en) Microscopic laser mass spectrometer
CN111656483A (en) Ionization device and mass spectrometer
JP2011129362A (en) Microchannel plate assembly and microchannel plate detector
JP6750684B2 (en) Ion analyzer
JP2011034900A (en) Mass spectrometer
US9754772B2 (en) Charged particle image measuring device and imaging mass spectrometry apparatus
JP2011228069A (en) Time-of-flight secondary ion mass spectrometer using gas cluster ion beam
CN112420480B (en) Flight time mass spectrum of miniaturized laser-induced ultrasonic desorption source
JP7215121B2 (en) Ion trap mass spectrometer
JP6881679B2 (en) Time-of-flight mass spectrometer
JP2018010766A (en) Time-of-flight mass spectrometer
JP2017098142A (en) Ion irradiation device and surface analyzing device using the same
JP2017050279A (en) Charged particle image measuring instrument and imaging mass spectrometer
JPH04248241A (en) Mass spectrograph for neutral particle

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120521

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130530

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20131008