JP2608100B2 - イオン・トラップ質量分析計を化学的イオン化方式で使用する方法 - Google Patents
イオン・トラップ質量分析計を化学的イオン化方式で使用する方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、化学的イオン化方式で動作するイオン・ト
ラップ質量分析計のダイナミックレンジと感度を高める
方法に関するものである。
ラップ質量分析計のダイナミックレンジと感度を高める
方法に関するものである。
従来の技術 イオン・トラップ質量分析計、すなわち四極子型イオ
ン・トラップは、何年も前から知られており、それに関
する多数の著書が出版されている。イオン・トラップ
は、静電場たとえばRF、DCまたはその組合せを用いて、
物理的構造物内でイオンを生じさせ、貯蔵する装置であ
る。一般に、四極子電場は、双曲線電極構造または同等
な四極子捕捉電場が得られる球形電極構造を用いて、イ
オン貯蔵領域を提供する。
ン・トラップは、何年も前から知られており、それに関
する多数の著書が出版されている。イオン・トラップ
は、静電場たとえばRF、DCまたはその組合せを用いて、
物理的構造物内でイオンを生じさせ、貯蔵する装置であ
る。一般に、四極子電場は、双曲線電極構造または同等
な四極子捕捉電場が得られる球形電極構造を用いて、イ
オン貯蔵領域を提供する。
イオンの貯蔵は、一般に、RF電圧V、周波数f、DC電
圧U、装置サイズroの値を有するトラップ電極を動作さ
せ、有限範囲の質量電荷化を有するイオンを、装置内に
安定に捕捉することで達成される。上記のパラメータ
は、走査パラメータと呼ばれ、捕捉されるイオンの質量
電荷化と一定の関係がある。捕捉されるイオンには、質
量電荷比の各値について特有の特性周波数が存在する。
あるイオン検出法では、トラップ内のイオンの振動に結
合した周波数同調回路を用いて、これらの周波数を求め
た後、改良された分析法により質量電荷比を求めること
ができる。
圧U、装置サイズroの値を有するトラップ電極を動作さ
せ、有限範囲の質量電荷化を有するイオンを、装置内に
安定に捕捉することで達成される。上記のパラメータ
は、走査パラメータと呼ばれ、捕捉されるイオンの質量
電荷化と一定の関係がある。捕捉されるイオンには、質
量電荷比の各値について特有の特性周波数が存在する。
あるイオン検出法では、トラップ内のイオンの振動に結
合した周波数同調回路を用いて、これらの周波数を求め
た後、改良された分析法により質量電荷比を求めること
ができる。
イオン・トラップ質量分析計とそれを使用して試料を
質量分析する方法が知られてからかなり長いにもかかわ
らず、それらの質量分離技術が、完全でなく、実行が難
しく、質量分解能が低く、その上質量の範囲が限られて
いるので、最近まで広く使用されなかった。米国特許第
4,540,884号に記載されているイオン・トラップを操作
する新しい方法は、従来のほとんどの制約を克服し、広
く使用されつつある。
質量分析する方法が知られてからかなり長いにもかかわ
らず、それらの質量分離技術が、完全でなく、実行が難
しく、質量分解能が低く、その上質量の範囲が限られて
いるので、最近まで広く使用されなかった。米国特許第
4,540,884号に記載されているイオン・トラップを操作
する新しい方法は、従来のほとんどの制約を克服し、広
く使用されつつある。
本発明は、四極子型イオン・トラップ質量分析計を用
いて化学的イオン化方式で質量分析を行うことを目指し
ている。化学的イオン化(CI)質量分析法は、Munson a
nd Field(J.Amer.Chem.Soc.88,2621(1966))によっ
て1966年に紹介されて以来、分析化学者に広く使用され
てきた。化学的イオン化質量分析法においては、試料す
なわち被分析物質のイオン化は、電子衝突、光子衝突、
あるいは電場イオン化/脱離によるのでなく、気相イオ
ン/分子反応によって行われる。化学的イオン化(CI)
質量分析法は、適当な試薬ガスを選択することにより、
試料の破砕(fragmentation)を制御することが可能で
ある。これは、試料分子との反応で、試薬イオンが伝達
できるエネルギー量によって、破砕が起こる度合いが決
まるからである。通常は、エネルギーの伝達が大きけれ
ば大きいほど、より多くの破砕が生じる。
いて化学的イオン化方式で質量分析を行うことを目指し
ている。化学的イオン化(CI)質量分析法は、Munson a
nd Field(J.Amer.Chem.Soc.88,2621(1966))によっ
て1966年に紹介されて以来、分析化学者に広く使用され
てきた。化学的イオン化質量分析法においては、試料す
なわち被分析物質のイオン化は、電子衝突、光子衝突、
あるいは電場イオン化/脱離によるのでなく、気相イオ
ン/分子反応によって行われる。化学的イオン化(CI)
質量分析法は、適当な試薬ガスを選択することにより、
試料の破砕(fragmentation)を制御することが可能で
ある。これは、試料分子との反応で、試薬イオンが伝達
できるエネルギー量によって、破砕が起こる度合いが決
まるからである。通常は、エネルギーの伝達が大きけれ
ば大きいほど、より多くの破砕が生じる。
また試薬イオンが一定の試料分子とは全然反応しない
で、他の物質と非常に強く反応すると考えられるので、
適当な試薬ガスを選択することにより、一定の成分を検
出するのための高い特異性を得ることができる。詳細に
述べると、電子衝突で得られる場合に比べて、破砕が減
少することが多いので、増大した分子量の情報を用い
て、簡単なスペクトルを得られることが多い。
で、他の物質と非常に強く反応すると考えられるので、
適当な試薬ガスを選択することにより、一定の成分を検
出するのための高い特異性を得ることができる。詳細に
述べると、電子衝突で得られる場合に比べて、破砕が減
少することが多いので、増大した分子量の情報を用い
て、簡単なスペクトルを得られることが多い。
生成される試料イオンの数は、いろいろなパラメータ
によって決まるが、それらのパラメータとして、試薬イ
オン濃度、試料濃度または圧力、反応時間(試薬イオン
が試料分子に衝突して、反応することができる時間)お
よび反応時間(試薬イオンおよび試料の物理的性質と化
学的性質によって決まる)がある。
によって決まるが、それらのパラメータとして、試薬イ
オン濃度、試料濃度または圧力、反応時間(試薬イオン
が試料分子に衝突して、反応することができる時間)お
よび反応時間(試薬イオンおよび試料の物理的性質と化
学的性質によって決まる)がある。
通常の化学的イオン化質量分析計のイオン源内のイオ
ン生存時間は比較的短いので、試料を十分にイオン化す
るには、高い試薬ガス圧力(0.1〜1トル)が必要であ
る。以上および他の欠点を克服するため、質量分析に先
立って、イオン源内のイオンの生存時間を長くして、試
料の中性分子と試薬イオンとの衝突回数を増す方法がい
ろいろ試みられた。
ン生存時間は比較的短いので、試料を十分にイオン化す
るには、高い試薬ガス圧力(0.1〜1トル)が必要であ
る。以上および他の欠点を克服するため、質量分析に先
立って、イオン源内のイオンの生存時間を長くして、試
料の中性分子と試薬イオンとの衝突回数を増す方法がい
ろいろ試みられた。
それらの方法の中で、イオン・サイクロトロン共鳴
(ICR)法の使用が増していることがわかった。通常の
イオン源に必要である高い圧力は、大部分のイオン・サ
イクロトロン共鳴装置に使用することはできないので
(アナライザの領域には非常に高い真空が必要であるか
ら)、イオン源領域を低い圧力に維持しなければならな
い。Grossと協力者は、10-6トルの低圧の試薬ガスと、1
0-7〜10-8トルの圧力の試料を用いて、ICR法でCI質量ス
ペクトルが得られる可能性を実証した(Ghaderi,Kulkar
ni,Ledford,Wilkinson,Gross,Anal.Chem.,53,428(198
1))。これらの研究者は、試薬イオンの生成と、それ
に続く試料の中性分子との反応のため、イオン化後の反
応期間を設けた。たとえば、2×10-6トルのメタンの場
合、CH5=対C2H5=の相対比率は、100ms後、一定になっ
た。そこで、試薬ガスがメタン(圧力=2×10-6トル)
の場合、低い分圧(たとえば、5×10-8トル)の試料を
導入し、電子衝突によってイオン化し、100msの反応時
間をおいて、標準フーリエ変換ICR法で検出することに
よって、CI質量スペクトルを得ている。試料は試薬ガス
の1%の濃度で存在するので、試料は電子衝突でかなり
イオン化する。
(ICR)法の使用が増していることがわかった。通常の
イオン源に必要である高い圧力は、大部分のイオン・サ
イクロトロン共鳴装置に使用することはできないので
(アナライザの領域には非常に高い真空が必要であるか
ら)、イオン源領域を低い圧力に維持しなければならな
い。Grossと協力者は、10-6トルの低圧の試薬ガスと、1
0-7〜10-8トルの圧力の試料を用いて、ICR法でCI質量ス
ペクトルが得られる可能性を実証した(Ghaderi,Kulkar
ni,Ledford,Wilkinson,Gross,Anal.Chem.,53,428(198
1))。これらの研究者は、試薬イオンの生成と、それ
に続く試料の中性分子との反応のため、イオン化後の反
応期間を設けた。たとえば、2×10-6トルのメタンの場
合、CH5=対C2H5=の相対比率は、100ms後、一定になっ
た。そこで、試薬ガスがメタン(圧力=2×10-6トル)
の場合、低い分圧(たとえば、5×10-8トル)の試料を
導入し、電子衝突によってイオン化し、100msの反応時
間をおいて、標準フーリエ変換ICR法で検出することに
よって、CI質量スペクトルを得ている。試料は試薬ガス
の1%の濃度で存在するので、試料は電子衝突でかなり
イオン化する。
Toddと協力者は、四極子型質量分析計のイオン源とし
て四極子イオン貯蔵トラップを使用している(Lawson,B
onner and Todd,J.Phys.E.6,357(1973))。広範囲の
質量が貯蔵されるように、イオンは、RFのみの貯蔵条件
の下にあるトラップ内で生成される。その後、空間電荷
の反発により、イオンはトラップから出ていき、(ある
いは、一方のエンドキャップに加えた適当な電圧パルス
によって押し出され)、通常の四極子型質量分析計で質
量分析される。いずれにせよ、試薬ガスが存在する中
で、イオン生存時間は、化学的イオン化が行われるのに
十分であった。もちろん、イオン化期間中、試料も存在
しているから、EIの破砕片が、この方法で得られたスペ
クトル上に現れることがある。
て四極子イオン貯蔵トラップを使用している(Lawson,B
onner and Todd,J.Phys.E.6,357(1973))。広範囲の
質量が貯蔵されるように、イオンは、RFのみの貯蔵条件
の下にあるトラップ内で生成される。その後、空間電荷
の反発により、イオンはトラップから出ていき、(ある
いは、一方のエンドキャップに加えた適当な電圧パルス
によって押し出され)、通常の四極子型質量分析計で質
量分析される。いずれにせよ、試薬ガスが存在する中
で、イオン生存時間は、化学的イオン化が行われるのに
十分であった。もちろん、イオン化期間中、試料も存在
しているから、EIの破砕片が、この方法で得られたスペ
クトル上に現れることがある。
係属中の米国特許出願第773,339号は、CI質量スペク
トルを得るための四極子イオン貯蔵トラップの操作方法
を開示している。この方法は、四極子トラップを使用す
る従来の方法やICR計測装置について報告された従来の
方法よりも優れた利点を有している。四極子イオン・ト
ラップは、試料の中性分子と試薬イオンとの反応と、生
成物の質量分析の両方に使用される。イオン化の間試薬
イオンは貯蔵されるが、大部分の試料イオンは貯蔵され
ない状態をトラップ内に作り出すことによって、電子衝
突による試料の破砕を抑制することができる。
トルを得るための四極子イオン貯蔵トラップの操作方法
を開示している。この方法は、四極子トラップを使用す
る従来の方法やICR計測装置について報告された従来の
方法よりも優れた利点を有している。四極子イオン・ト
ラップは、試料の中性分子と試薬イオンとの反応と、生
成物の質量分析の両方に使用される。イオン化の間試薬
イオンは貯蔵されるが、大部分の試料イオンは貯蔵され
ない状態をトラップ内に作り出すことによって、電子衝
突による試料の破砕を抑制することができる。
発明が解決しようとする問題点 ガス・クロマトグラフィーと一緒に質量分析計を動作
させる時、イオン化および分析のためイオン・トラップ
に導入される試料の濃度はさまざまである。一般に、試
料化合物は、広い範囲の反応速度を有している。低い濃
度または(および)低い反応速度では、生成イオンが十
分に生じないので、十分な信号対雑音比で化合物を検出
することができない。高い濃度または(および)高い反
応速度では、多すぎる生成イオンが生じることがあるの
で、質量分解能が低下する。
させる時、イオン化および分析のためイオン・トラップ
に導入される試料の濃度はさまざまである。一般に、試
料化合物は、広い範囲の反応速度を有している。低い濃
度または(および)低い反応速度では、生成イオンが十
分に生じないので、十分な信号対雑音比で化合物を検出
することができない。高い濃度または(および)高い反
応速度では、多すぎる生成イオンが生じることがあるの
で、質量分解能が低下する。
本発明の目的は、イオン・トラップ質量分析計の感度
およびダイナミックレンジを増大させる方法を提供する
ことにある。
およびダイナミックレンジを増大させる方法を提供する
ことにある。
課題を解決するための手段 本発明は、予備走査を行って得られたデータを使用
し、CI反応に最適な状態を得られるように反応パラメー
タを調整する方法で、上記の目的を達成している。
し、CI反応に最適な状態を得られるように反応パラメー
タを調整する方法で、上記の目的を達成している。
実施例 第1図に示した3次元イオン・トラップ10は、リング
電極11と、互いに向かい合った2個のエンドキャップ1
2,13を備えている。エンドキャップ12,13とリング電極1
1の間に無線周波数(RF)電圧VとDC電圧Uを供給する
ために、リング電極11に無線周波数(RF)電圧発生器14
とDC電源15が接続されている。これらの電圧は、半径ro
と垂直寸法Zo(Zo 2=ro 2/2)を有する容器すなわち貯蔵
領域16の中にイオンを捕捉する四極子電場を生じさせ
る。フィラメント電源18から給電されるフィラメント17
は、イオン化用電子ビームを出してイオン貯蔵領域16に
導入された試料分子をイオン化する。円筒形ゲート電極
レンズ19は、フィラメント・レンズ制御器21によって電
力供給される。ゲート電極レンズ19は、必要な時電子ビ
ームの通過または遮断を制御する。エンドキャップ12に
は、電子ビームが射出するとき通過する開口が設けられ
ている。反対側のエンドキャップ13には、イオン・トラ
ップ電場内の不安定イオンが出ていくことができるよう
に、多数の細孔23が設けられており、電子マルチプライ
ヤ24は、出てきたイオンを検出して回線26にイオン信号
を発生する。電位計27は、回線26上の信号を電流から電
圧に変換する。その信号は加算され、アナログ・ディジ
タル変換器28でディジタル化され、走査収集プロセッサ
29の中で処理される。走査収集プロセッサ29は、基本RF
電圧の絶対値または(および)周波数を変化させて質量
分離を行うため、RF発生器14に接続されている。走査収
集プロセッサ29は、イオン化電子ビームを発射するため
回線32を通じてフィラメント・レンズ制御器21をゲート
する。走査収集プロセッサ29は、計算機31によって制御
される。
電極11と、互いに向かい合った2個のエンドキャップ1
2,13を備えている。エンドキャップ12,13とリング電極1
1の間に無線周波数(RF)電圧VとDC電圧Uを供給する
ために、リング電極11に無線周波数(RF)電圧発生器14
とDC電源15が接続されている。これらの電圧は、半径ro
と垂直寸法Zo(Zo 2=ro 2/2)を有する容器すなわち貯蔵
領域16の中にイオンを捕捉する四極子電場を生じさせ
る。フィラメント電源18から給電されるフィラメント17
は、イオン化用電子ビームを出してイオン貯蔵領域16に
導入された試料分子をイオン化する。円筒形ゲート電極
レンズ19は、フィラメント・レンズ制御器21によって電
力供給される。ゲート電極レンズ19は、必要な時電子ビ
ームの通過または遮断を制御する。エンドキャップ12に
は、電子ビームが射出するとき通過する開口が設けられ
ている。反対側のエンドキャップ13には、イオン・トラ
ップ電場内の不安定イオンが出ていくことができるよう
に、多数の細孔23が設けられており、電子マルチプライ
ヤ24は、出てきたイオンを検出して回線26にイオン信号
を発生する。電位計27は、回線26上の信号を電流から電
圧に変換する。その信号は加算され、アナログ・ディジ
タル変換器28でディジタル化され、走査収集プロセッサ
29の中で処理される。走査収集プロセッサ29は、基本RF
電圧の絶対値または(および)周波数を変化させて質量
分離を行うため、RF発生器14に接続されている。走査収
集プロセッサ29は、イオン化電子ビームを発射するため
回線32を通じてフィラメント・レンズ制御器21をゲート
する。走査収集プロセッサ29は、計算機31によって制御
される。
イオン・トラップ10内の対称3次元電場により、第2
図に示した周知の安定度線図が得られる。第2図のパラ
メータaとqは、次式のように定義される。
図に示した周知の安定度線図が得られる。第2図のパラ
メータaとqは、次式のように定義される。
a=−8eU/mro 2ω2 q=4eV/mro 2ω2 ここで、eとmは、それぞれ荷電粒子の電荷と質量で
ある。個々のイオンについて、もしそれがイオン・トラ
ップの四極子電場に捕捉されるものであれば、aとqの
値は、安定包絡線内になければならない。
ある。個々のイオンについて、もしそれがイオン・トラ
ップの四極子電場に捕捉されるものであれば、aとqの
値は、安定包絡線内になければならない。
上記の3次元四極子電場内の荷電粒子の軌道の種類
は、粒子の比質量m/eと、電場パラメータU,V,ro,ωをど
のように組み合わせて安定度線図の上に置くかによって
決まる。もし走査パラメータが安定包絡線の内側にある
ような組合せであれば、決められた粒子は、決められた
電場内で安定な軌道をとる。3次元四極子電場内で安定
な軌道を有する荷電粒子は、電場の中心を回る軌道に拘
束される。そのような粒子は、電場によって捕捉された
と考えることができる。もしm/e,U,V,ro,ωが安定度線
図上の安定包絡線の外側にあるような組合せであれば、
決められた粒子は、決められた電場内で不安定な軌道を
とる。3次元四極子電場内で不安定な軌道をとる粒子
は、電場の中心からずれていき、時間がたつとその変位
が無限大になる。そのような粒子は、電場から離れてい
くので、捕捉不能であるとみなされる。
は、粒子の比質量m/eと、電場パラメータU,V,ro,ωをど
のように組み合わせて安定度線図の上に置くかによって
決まる。もし走査パラメータが安定包絡線の内側にある
ような組合せであれば、決められた粒子は、決められた
電場内で安定な軌道をとる。3次元四極子電場内で安定
な軌道を有する荷電粒子は、電場の中心を回る軌道に拘
束される。そのような粒子は、電場によって捕捉された
と考えることができる。もしm/e,U,V,ro,ωが安定度線
図上の安定包絡線の外側にあるような組合せであれば、
決められた粒子は、決められた電場内で不安定な軌道を
とる。3次元四極子電場内で不安定な軌道をとる粒子
は、電場の中心からずれていき、時間がたつとその変位
が無限大になる。そのような粒子は、電場から離れてい
くので、捕捉不能であるとみなされる。
U,V,ro,ωで定義される3次元四極子電場の場合、す
べての考えられる質量電荷比の軌跡は、原点を通り、−
2U/Vの勾配をもつ一本の直線として、安定度線図の上に
描かれる。(この軌跡は、走査線とも呼ばれる。)すべ
ての考えられる質量電荷比の軌跡の安定度線図内にある
部分は、粒子が印加電場内に捕捉される場合にその粒子
が持つことができる質量電荷比の領域を定める。UとV
の値を適当に選ぶことにより、捕捉可能粒子に対する比
質量の範囲を選ぶことができる。もし考えられる比質量
の軌跡が安定領域の頂点を通るように、U対Vの比を選
べば(第2図の線a)、極めて狭い範囲の比質量の粒子
のみが安定な軌道をとるであろう。これに対し、もし考
えられる比質量の軌跡が安定領域の中間を通るようにU
対Vの比を選べば(第2図の線b)、広範囲の比質量の
粒子が安定な軌道をとるであろう。
べての考えられる質量電荷比の軌跡は、原点を通り、−
2U/Vの勾配をもつ一本の直線として、安定度線図の上に
描かれる。(この軌跡は、走査線とも呼ばれる。)すべ
ての考えられる質量電荷比の軌跡の安定度線図内にある
部分は、粒子が印加電場内に捕捉される場合にその粒子
が持つことができる質量電荷比の領域を定める。UとV
の値を適当に選ぶことにより、捕捉可能粒子に対する比
質量の範囲を選ぶことができる。もし考えられる比質量
の軌跡が安定領域の頂点を通るように、U対Vの比を選
べば(第2図の線a)、極めて狭い範囲の比質量の粒子
のみが安定な軌道をとるであろう。これに対し、もし考
えられる比質量の軌跡が安定領域の中間を通るようにU
対Vの比を選べば(第2図の線b)、広範囲の比質量の
粒子が安定な軌道をとるであろう。
イオン・トラップは、本発明に従って、化学的イオン
化方式で動作する。試薬ガスは、10-8〜10-3トルの圧力
でイオン・トラップに導入され、被分析物質すなわち試
料ガスは、10-5〜10-8トルの圧力でイオン・トラップに
導入される。試薬ガスと試料ガスの圧力は共に、通常の
化学的イオン化に比べて低い。イオン・トラップ内に試
薬ガスと試料ガスが存在している状態で、3次元捕捉用
電場がターンオンされ、一定のイオン化期間の間、装置
に電子ビームを入射できるように、フィラメント・レン
ズのスイッチが入れられる。電子ビームは、試薬ガスと
試料ガスの両方をイオン化する。電子衝突イオン化にお
いて試料ガスから生じたイオンは、以下に記載したRF電
場とDC電場の組合せの1っを用いて排出される。
化方式で動作する。試薬ガスは、10-8〜10-3トルの圧力
でイオン・トラップに導入され、被分析物質すなわち試
料ガスは、10-5〜10-8トルの圧力でイオン・トラップに
導入される。試薬ガスと試料ガスの圧力は共に、通常の
化学的イオン化に比べて低い。イオン・トラップ内に試
薬ガスと試料ガスが存在している状態で、3次元捕捉用
電場がターンオンされ、一定のイオン化期間の間、装置
に電子ビームを入射できるように、フィラメント・レン
ズのスイッチが入れられる。電子ビームは、試薬ガスと
試料ガスの両方をイオン化する。電子衝突イオン化にお
いて試料ガスから生じたイオンは、以下に記載したRF電
場とDC電場の組合せの1っを用いて排出される。
(1) イオン化期間の間、メタン、水、またはアンモ
ニヤなど、よく使用される化学的イオン化試薬ガスの場
合、小質量のイオン、たとえば分子量が30以下のイオン
のみが貯蔵されるように、RF電場とDC電場を調整する。
ニヤなど、よく使用される化学的イオン化試薬ガスの場
合、小質量のイオン、たとえば分子量が30以下のイオン
のみが貯蔵されるように、RF電場とDC電場を調整する。
(2) イオン化期間の間、試薬ガス種の質量を含む、
狭い範囲の質量のみが貯蔵されるように、RF電場とDC電
場を調整する。
狭い範囲の質量のみが貯蔵されるように、RF電場とDC電
場を調整する。
(3) イオン化期間の後、ある限度以上のすべての質
量(たとえそれらがイオン化の間に貯蔵されたとして
も)が排出され、その質量限度以下の試薬イオンのみが
貯蔵されて残るように、RF電場とDC電場を調整する。
量(たとえそれらがイオン化の間に貯蔵されたとして
も)が排出され、その質量限度以下の試薬イオンのみが
貯蔵されて残るように、RF電場とDC電場を調整する。
(4) イオン化期間の後、狭い範囲の質量以外のすべ
ての質量(たとえそれらがイオン化の間に貯蔵されたと
しても)が排出され、選ばれた範囲内の質量の試薬ガス
にみが貯蔵されて残るように、RF電場とDC電場を調整す
る。
ての質量(たとえそれらがイオン化の間に貯蔵されたと
しても)が排出され、選ばれた範囲内の質量の試薬ガス
にみが貯蔵されて残るように、RF電場とDC電場を調整す
る。
ある種の試薬ガスでは、電子衝突イオン化において生
じた試薬ガスのイオンと試薬ガスの中性分子とが反応し
て、試料分子をイオン化するイオン種が生じる。たとえ
ば、水の電子衝突イオン化の時に生じた一次イオンは質
量数18を有し、これらのイオンは次に中性の水分子と反
応して質量数19の二次試薬イオンを生じさせる。この二
次試薬イオンの生成は、次の2っの方法のうちの1っに
よってなされる。
じた試薬ガスのイオンと試薬ガスの中性分子とが反応し
て、試料分子をイオン化するイオン種が生じる。たとえ
ば、水の電子衝突イオン化の時に生じた一次イオンは質
量数18を有し、これらのイオンは次に中性の水分子と反
応して質量数19の二次試薬イオンを生じさせる。この二
次試薬イオンの生成は、次の2っの方法のうちの1っに
よってなされる。
(1) イオン化期間の間、すべての一次試薬ガス・イ
オンが反応して二次試薬ガス・イオンを生成するよう
に、試薬ガスの圧力を十分に高くする。
オンが反応して二次試薬ガス・イオンを生成するよう
に、試薬ガスの圧力を十分に高くする。
(2) イオン化期間の後、二次試薬ガス・イオンが試
薬ガスの中性分子と反応して二次試薬ガス・イオンが生
成されるように、適当な遅延期間を設け、この期間の
間、一次および二次試薬ガス・イオンのみが貯蔵される
ように、RF電場とDC電場を調整する。
薬ガスの中性分子と反応して二次試薬ガス・イオンが生
成されるように、適当な遅延期間を設け、この期間の
間、一次および二次試薬ガス・イオンのみが貯蔵される
ように、RF電場とDC電場を調整する。
次に、試薬イオンと試料イオンの両方が貯蔵されるよ
うに、3次元捕捉用電場が調整される。試料イオンは、
試薬ガス・イオンと中性の試料分子が反応して生成され
る。試料イオンを生成させるため、十分な反応時間が与
えられる。生成される試料イオンの数は、反応開始時に
存在する試薬ガス・イオンの数、反応時間の長さ、試料
ガスの分圧および反応速度によって決まる。試料イオン
の生成後、それらの試料イオンは質量分析される、すな
わち3次元電場を変化させることにより、異なる質量の
試料イオンを連続的に排出させ、それを検出して質量ス
ペクトルを得る。
うに、3次元捕捉用電場が調整される。試料イオンは、
試薬ガス・イオンと中性の試料分子が反応して生成され
る。試料イオンを生成させるため、十分な反応時間が与
えられる。生成される試料イオンの数は、反応開始時に
存在する試薬ガス・イオンの数、反応時間の長さ、試料
ガスの分圧および反応速度によって決まる。試料イオン
の生成後、それらの試料イオンは質量分析される、すな
わち3次元電場を変化させることにより、異なる質量の
試料イオンを連続的に排出させ、それを検出して質量ス
ペクトルを得る。
化学的イオン化方式のイオン・トラップの性能は、本
発明に従って、予備走査を行い、その後上述の質量分析
走査をすることによって向上する。次に第3図について
説明する。予備走査は、次のステップで行われる。
発明に従って、予備走査を行い、その後上述の質量分析
走査をすることによって向上する。次に第3図について
説明する。予備走査は、次のステップで行われる。
(1) 試薬ガス・イオン化期間1において、前述の方
法の1っを用いて、試薬ガス・イオンを生成する。たと
えば、第3図に従って、RF電場で試薬イオンを生成す
る。RF電場は弱いので、適当な試薬ガスの小質量の試薬
イオンのみが貯蔵される。
法の1っを用いて、試薬ガス・イオンを生成する。たと
えば、第3図に従って、RF電場で試薬イオンを生成す
る。RF電場は弱いので、適当な試薬ガスの小質量の試薬
イオンのみが貯蔵される。
(2) 反応期間1において、RF電圧を高めて、試料イ
オンを生成する。
オンを生成する。
(3) RFを走査して、所定の質量までのすべての質量
を排出する。装置には、より大きな質量の試料イオンの
みが残る。
を排出する。装置には、より大きな質量の試料イオンの
みが残る。
(4) 貯蔵された生成イオンを“全イオン電流”ピー
クとしてイオン・トラップから排出する。これは、第3
図に示すように、RF電圧を零に下げるか、またはRF電圧
とDC電圧の適当な組合せを電極に加えることで行う。
クとしてイオン・トラップから排出する。これは、第3
図に示すように、RF電圧を零に下げるか、またはRF電圧
とDC電圧の適当な組合せを電極に加えることで行う。
この結果、イオン・トラップ内にまだ貯蔵されている
イオンが排出されるが、この全イオン電流を測定して、
記録する。
イオンが排出されるが、この全イオン電流を測定して、
記録する。
試薬ガス・イオン化期間1と反応期間1は、ある一定
の持続期間をもつ期間である。予備走査において生成さ
れ、全イオン電流(TIC)ピークとして検出される試料
イオンの数は、試料ガスの圧力とその反応速度によって
決まる。試料ガスの圧力が高ければ高いほど、予備走査
のTIC測定の時、より多数の試料イオンが検出されよ
う。またその反応速度が高ければ高いほど、予備走査の
TIC測定の時、より多数の試料イオンが検出されよう。
の持続期間をもつ期間である。予備走査において生成さ
れ、全イオン電流(TIC)ピークとして検出される試料
イオンの数は、試料ガスの圧力とその反応速度によって
決まる。試料ガスの圧力が高ければ高いほど、予備走査
のTIC測定の時、より多数の試料イオンが検出されよ
う。またその反応速度が高ければ高いほど、予備走査の
TIC測定の時、より多数の試料イオンが検出されよう。
次に質量走査・データ収集ステップにおいて質量スペ
クトルを記録するため、計算機(第1図)が全イオン電
流と最適全イオン電流を比較する。全イオン電流は、極
微量の試料を検出できるように信号対雑音比をよくする
ため大きいことが望ましいが、最適全イオン電流は、質
量スペクトルの分解能の低下をきたすほど大きくない電
流である。
クトルを記録するため、計算機(第1図)が全イオン電
流と最適全イオン電流を比較する。全イオン電流は、極
微量の試料を検出できるように信号対雑音比をよくする
ため大きいことが望ましいが、最適全イオン電流は、質
量スペクトルの分解能の低下をきたすほど大きくない電
流である。
最適全イオン電流は、適当な検量法を用いて定めら
れ、計算機に記憶されており、実際の全イオン電流と比
較される。予備走査から得られた実際の全イオン電流を
最適全イオン電流と比較した後、計算機は、質量スペク
トルを記録するための最適全イオン電流が生じるよう
に、イオン化期間2と反応期間2(第3図)を含む反応
パラメータを調整する。
れ、計算機に記憶されており、実際の全イオン電流と比
較される。予備走査から得られた実際の全イオン電流を
最適全イオン電流と比較した後、計算機は、質量スペク
トルを記録するための最適全イオン電流が生じるよう
に、イオン化期間2と反応期間2(第3図)を含む反応
パラメータを調整する。
質量分析走査は、次のステップで行われる。
(1) 試薬ガス・イオン化期間2において、試薬ガス
・イオンを生成する。試薬ガス・イオンは前述の方法の
1っを用いて同様に生成することができる。
・イオンを生成する。試薬ガス・イオンは前述の方法の
1っを用いて同様に生成することができる。
(2) 反応期間2において、試料イオンを生成する。
(3) 試薬ガス・イオンを装置から排出する。試料イ
オンのみが貯蔵されて残る。
オンのみが貯蔵されて残る。
(4) 試料の質量スペクトルを記録するのに望ましい
開始質量になるように、3次元電場を調整する。
開始質量になるように、3次元電場を調整する。
(5) 3次元電場を変化させ、異なる質量の試料イオ
ンを連続的に排出させて検出し、試料の質量スペクトル
を記録する。
ンを連続的に排出させて検出し、試料の質量スペクトル
を記録する。
発明の効果 従来の技術では、反応パラメータが一定の化学的イオ
ン化方式でイオン・トラップを動作させる。このため、
質量分析計の感度およびダイナミックレンジが制限さ
れ、有用なスペクトルを得ることができない。
ン化方式でイオン・トラップを動作させる。このため、
質量分析計の感度およびダイナミックレンジが制限さ
れ、有用なスペクトルを得ることができない。
これに対し、本発明では、予備走査のTIC測定に基づ
いて自動的に反応パラメータを調整するので、感度が向
上し、ダイナミックレンジが増大する。
いて自動的に反応パラメータを調整するので、感度が向
上し、ダイナミックレンジが増大する。
第1図は、本発明の方法を実施するのに使用される電気
回路のブロック図と四極子型イオン・トラップの略図、 第2図は、第1図に示した四極子型イオン・トラップの
安定度線図、 第3図は、イオン・トラップ質量分析計を化学的イオン
化方式で動作させる場合の予備走査と質量分析走査のプ
ログラムである。 符号の説明 10……3次元イオン・トラップ、 11……リング電極、12,13……エンドキャップ、 14……RF電圧発生器、15……DC電源、 16……イオン貯蔵領域、17……フィラメント、 18……フィラメント電源、19……ゲート電極・レンズ、 21……フィラメント・レンズ制御器、 23……細孔、24……電子マルチプライヤ、 26……回線、27……電位計、 28……A/D変換器、 29……走査収集プロセッサ、 31……計算機、32……回線。
回路のブロック図と四極子型イオン・トラップの略図、 第2図は、第1図に示した四極子型イオン・トラップの
安定度線図、 第3図は、イオン・トラップ質量分析計を化学的イオン
化方式で動作させる場合の予備走査と質量分析走査のプ
ログラムである。 符号の説明 10……3次元イオン・トラップ、 11……リング電極、12,13……エンドキャップ、 14……RF電圧発生器、15……DC電源、 16……イオン貯蔵領域、17……フィラメント、 18……フィラメント電源、19……ゲート電極・レンズ、 21……フィラメント・レンズ制御器、 23……細孔、24……電子マルチプライヤ、 26……回線、27……電位計、 28……A/D変換器、 29……走査収集プロセッサ、 31……計算機、32……回線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン イー ピー サイカ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94086 サニーヴェイル 2 ヴァレン シア 1002 (56)参考文献 特開 昭60−32310(JP,A) 特開 昭62−44947(JP,A)
Claims (7)
- 【請求項1】イオン・トラップ質量分析計を化学的イオ
ン化方式で使用する方法であって、 (a) イオンを貯蔵する3次元四極子電場を有するイ
オン・トラップ質量分析計の中に試料分子と試薬ガス分
子を導入すること、 主として試薬イオンを選択的に貯蔵するため選択したRF
電圧で、所定の時間、前記混合物をイオン化すること、 試薬イオンと試料分子を、所定の時間、反応させた後、
3次元電場を変化させ、試料分子と試薬イオンが反応し
て生じた生成物を捕捉すること、 それらの生成イオンを排出し、検出して生成イオンの濃
度を示す信号を得ること、 次の質量分析ステツプ(b)において最適の数の生成イ
オンすなわち試料イオンが生じるように、イオン化時間
または(および)反応時間を調整すること、 の諸ステツプから成る予備走査を行うこと、 (b) 小質量のイオンが貯蔵される3次元四極子電場
を有するイオン・トラップ質量分析計の中に試料分子と
試薬ガス分子を導入すること、 前記予備走査で定めた時間の間、主として試薬イオンが
選択的に貯蔵されるように加えたRF電圧で、前記混合物
をイオン化すること、 前記予備走査で定めた時間の間、試薬イオンと試料分子
を反応させた後、3次元電場を変化させて、試料分子と
試薬イオンが反応して生じた生成イオンを捕捉するこ
と、 3次元電場を変化させて生成イオンを連続的に排出し、
検出することにより、試料の質量スペクトルを得るこ
と、 の諸ステツプから成る質量分析を行うこと、 を特徴とする方法。 - 【請求項2】イオン化期間において、小質量のイオンの
みが貯蔵されるように、RF電場を調整することを特徴と
する請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】イオン化期間において、試薬イオン種の質
量を含む狭い範囲の質量が捕捉されるように、RF電場を
調整することを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】イオン化期間の後、所定の質量以上のすべ
ての質量が排出されるように、RF電場を調整することを
特徴とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】イオン化期間の後、狭い範囲の質量が捕捉
されるように、RF電場を調整することを特徴とする請求
項1に記載の方法。 - 【請求項6】イオン化期間において、すべての一次試薬
イオンが反応して二次試薬イオンを生成するように、試
薬ガス圧力は十分高い値が選ばれることを特徴とする請
求項1に記載の方法。 - 【請求項7】イオン化期間の後、一次試薬イオンを試薬
ガス中性分子と反応させて二次試薬イオンを生成させる
ため、遅延期間を設けることを特徴とする請求項1に記
載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US53359 | 1987-05-22 | ||
US07/053,359 US4771172A (en) | 1987-05-22 | 1987-05-22 | Method of increasing the dynamic range and sensitivity of a quadrupole ion trap mass spectrometer operating in the chemical ionization mode |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6486438A JPS6486438A (en) | 1989-03-31 |
JP2608100B2 true JP2608100B2 (ja) | 1997-05-07 |
Family
ID=21983678
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
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EP (1) | EP0292187B1 (ja) |
JP (1) | JP2608100B2 (ja) |
CA (1) | CA1270342A (ja) |
DE (1) | DE3866428D1 (ja) |
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1988
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