JP2616970B2 - Ms/ms装置 - Google Patents

Ms/ms装置

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JP2616970B2 JP63176692A JP17669288A JP2616970B2 JP 2616970 B2 JP2616970 B2 JP 2616970B2 JP 63176692 A JP63176692 A JP 63176692A JP 17669288 A JP17669288 A JP 17669288A JP 2616970 B2 JP2616970 B2 JP 2616970B2
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Description

【発明の詳細な説明】 4産業上の利用分野] 本発明は、2台の質量分析装置を縦続接続した所謂MS
/MS装置に関する。
[従来技術] MS/MS装置は、複雑な構造を持つ物質の分子構造解析
を行う上で極めて有用な装置である。このMS/MS装置で
は、第1の質量分析装置(MS−1)において特定の質量
を持つイオンのみを選択的に取出し、取出した親イオン
を例えばガス分子と衝突させて解離させ、派生した娘イ
オンを第2の質量分析装置(MS−2)に導入して質量分
析し、娘イオンのマススペクトルを得ている。
この娘イオンスペクトルの分解能を向上させるために
は、MS−2として二重収束質量分析装置を用いることが
必要であり、現在、円筒電場と扇形磁場を組み合わせた
二重収束質量分析装置をMS−1及びMS−2として使用す
る大型のMS/MS装置が実用化されている。
この実用化されているMS/MS装置では、MS−2として
掃引型の二重収束質量分析装置が用いられている。しか
しながら掃引型の質量分析装置では、イオン検出器が1
つで、検出器に入射していないイオンは全て捨てられる
ため感度の面では不利で、感度が要求される場合には、
乾板等の空間分解能を持つイオン検出器を用いる同時検
出型の質量分析装置をMS−2として使用する方が好まし
い。
[発明が解決しようとする課題] ところで、親イオンから派生する娘イオンは、全て親
イオンとほぼ同じ速度v0で飛行すると考えられており、
各娘イオンはその質量mに比例したエネルギー(mv0 2/
2)を持つ。
従って、MS−2にはその質量に比例した広い範囲にわ
たるエネルギーを持った娘イオンが入射することにな
る。ところが、円筒電場と一様磁場を組み合わせ、空間
分解能を持つイオン検出器を設けた同時検出型二重収束
質量分析装置をMS−2として使用した場合、円筒電場を
通過できる娘イオンは、エネルギーが所定値の±5%程
度(エネルギー幅で10%程度)のものに限られるため、
広いエネルギー範囲(即ち広い質量範囲)の娘イオンを
質量分析することができない。
以上のような理由により、MS/MS装置において、広い
質量範囲の娘イオンを同時検出型質量分析装置により感
度良く質量分析することは従来不可能であった。
本発明は、広い質量範囲の娘イオンスペクトルを感度
良く取得することのできるMS/MS装置を提供することを
目的としている。
[課題を解決するための手段] 上記目的を達成するため、本発明のMS/MS装置は、イ
オン源と、該イオン源からの被分析イオンが導入される
第1の質量分析系と、該第1の質量分析系を通過したイ
オンが入射するコレクタスリットと、該コレクタスリッ
トを通過したイオンを解離させる手段と、解離により生
成されたイオンが導入される第2の質量分析系と、該第
2の質量分析系を出射したイオンが質量電荷比に応じて
展開収束される収束面に沿って配置される空間分解能を
有するイオン検出器と、前記イオン源で生成されるイオ
ンの運動エネルギーを掃引する第1の掃引手段と、該第
1の掃引手段によるイオンの運動エネルギー掃引にかか
わらず、常に所定の質量電荷比のイオンが前記コレクタ
スリットを通過するように、前記第1の質量分析系を上
記運動エネルギー掃引に関連して掃引する第2の掃引手
段とを備えたことを特徴としている。
[作用] 本発明のMS/MS装置においては、イオン源におけるイ
オン加速電圧が掃引されるとともに、そのイオン加速電
圧掃引にかかわらず、常に所定の質量電荷比のイオンが
前記コレクタスリットを通過するように、前記第1の質
量分析系がイオン加速電圧掃引に関連して掃引される。
これにより、コレクタスリットを通過し解離手段に入射
する親イオンの質量電荷比は常に一定に保たれ、しか
も、そのエネルギーが掃引される。この様に、質量電荷
比が一定で、エネルギーが変化する親イオンを解離手段
へ導入することにより、第2の質量分析系へ入射する娘
イオンのエネルギーを掃引することができ、この様な娘
イオンを第2の質量分析系により空間分解能を有するイ
オン検出器上へ展開収束すれば、広い質量範囲に渡る娘
イオンスペクトルを取得することができる。
以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
[実施例] 第1図は本発明の一実施例を示すイオン光学図であ
る。第1図において第1の質量分析装置MS−1として
は、イオン源1、主スリット2、円筒電場3、扇形磁場
4、コレクタスリット5から構成される通常の掃引型二
重収束質量分析装置が用いられ、その後方に衝突室6及
び第2の質量分析装置MS−2が配置される。MS−2とし
ては、スリット7,円筒電場8,スリット9,扇形磁場10,2次
元イオン検出器11から構成される同時検出型二重収束質
量分析装置が用いられる。12は掃引信号を発生する掃引
回路で、掃引信号は、イオン加速電源13へ送られると共
に、演算回路14を介して電場電源15及び磁場電源16へ供
給される。
上記構成において、イオン源1で生成されイオン加速
電源13から発生するイオン加速電圧により等しいエネル
ギーが与えられたイオンは、円筒電場3及び扇形磁場4
を通過し、この円筒電場3及び扇形磁場4から構成され
る二重収束質量分析系の二重収束点に配置されるコレク
タスリット5上にマススペクトルとして展開収束され
る。磁場強度を変更することによりこのマススペクトル
がコレクタスリット上を移動するため、磁場強度を適宜
選ぶことにより、スペクトル中の所望のイオンがコレク
タスリットを通過するように設定することができる。
このようにしてMS−1で選ばれた特定イオンすなわち
親イオンは、衝突室6へ入射し、衝突室内のガス分子と
衝突する。このガス分子との衝突解離により発生した娘
イオンは、スリット9を介して電場強度及び磁場強度が
一定に保持されるMS−2へ導入され、MS−2の2次元イ
オン検出器11上の、質量に応じて定まった位置へ到達す
る。
本発明ではイオン源1におけるイオン加速電圧を掃引
すると共に、そのイオン加速電圧掃引にかかわらず、常
に所定の質量電荷比の親イオンが前記コレクタスリット
5を通過するように、MS−1の質量分析系がイオン加速
電圧掃引に関連して掃引される。このように、所定の質
量電荷比の親イオンが常にコレクタスリット5を通過す
るようにするためのMS−1の電場強度及び磁場強度の条
件について以下に検討する。
一般に、二重収束質量分析装置においては、質量m0,
運動エネルギーU0のイオンが中心軌道を通って二重収束
点に達するためには、(1),(2)式が成立すること
が必要であり、MS−1についても当然(1),(2)式
が成立する。
E0=βU0 ……(1) (1),(2)式においてE0,B0は二重収束質量分析
装置を構成する電場と磁場の強度であり、α,βは装置
固有の定数である。
ここで、イオン加速電圧を変化させることにより、運
動エネルギーをUxに変化させた時も、質量m0の親イオン
が中心軌道を通って二重収束点に達するとすると、その
時の電場及び磁場強度をEx,Bxとすれば、(3),
(4)式が成立する。
Ex=βUx ……(3) (1)〜(4)式より、α,βを消去すると下式が得
られる。
Ex=E0(Ux/U0) ……(5) 従って、予めU0,E0,B0を求めておき、その後イオン加
速電圧を掃引することによりUxを掃引すると同時に、電
場強度Exを(5)式に従って掃引し、且つ磁場強度Bx
(6)式に従って掃引すれば、イオン加速電圧の掃引に
かかわらず常に所定質量m0の親イオンがコレクタスリッ
ト5を通過することになる。換言すれば、掃引の期間中
常に一定質量m0の親イオンがコレクタスリット5から取
り出されると共に、その質量m0の親イオンの運動エネル
ギーが時間と共に掃引されることになる。
実際の掃引は、掃引回路12及び演算回路14によって行
われる。掃引回路12からの鋸歯状掃引信号により、イオ
ン加速電圧が掃引されると、それに対応してイオンの運
動エネルギーUxが鋸歯状に掃引される。演算回路14は、
掃引信号,オペレータから入力された親イオンの質量m0
及び該親イオンについて予め求めてあるE0,B0の値に基
づき、(5),(6)式からEx,Bxを求め、Ex信号を電
場電源15へ送り、Bx信号を磁場電源16へ送る。
尚、(5),(6)式を変形すると、下式が得られ
る。
Bx 2/Ex=B0 2/E0=一定 ……(7) この(7)式から分るように、イオン加速電圧の掃引
に連動して掃引される電場強度Exと磁場強度Bxの間に
は、Bx 2/Ex=一定なる関係が維持される。
以上のような掃引に伴ってコレクタスリット5から取
り出された一定質量m0の親イオンが衝突室6へ入射して
解離し、質量m1及びm2の2種の娘イオンが生成されるも
のとする。この2種のイオンは、親イオンと同じ速度で
飛行を続けるため、それぞれの娘イオンの持つエネルギ
ーU1,U2は下式で表わされるように質量に比例した値と
なり、第2図に示すように、親イオンのエネルギーUx
掃引につれて掃引される。
U1=(m1/m0)Ux ……(7) U2=(m2/m0)Ux ……(8) このようにして生成された2種の娘イオン及び解離し
なかった親イオンは、スリット7を通過してMS−2へ導
入される。MS−2の電場8の強度は、例えばエネルギー
U0のイオンが該電場の中心軌道を通るような値に固定さ
れているため、そのU2±5%の範囲のイオンだけが該電
場8及びスリット9を通過することができる。第2図に
おいて斜線を施したエネルギー範囲がその通過許容範囲
であり、Ux,U1,U2がその範囲を通過する期間t0,t1,t2
み、それぞれのイオンが電場8及びスリット9を通過し
て磁場10へ入射する。この磁場10の強度も一定値に固定
されており、期間t0に磁場10へ入射した質量m0の親イオ
ンは、第3図に示すように、磁場10によってその質量に
応じた偏向を受け、イオン検出器11上の質量によって決
まった位置P(m0)(例えばイオン検出器11の右端)へ
到達する。また、期間t1に磁場10へ入射した質量m1の娘
イオンは、同様にイオン検出器11上の位置P(m1)へ到
達し、期間t2に磁場10へ入射した質量m2の娘イオンは、
同様にイオン検出器11上に位置P(m2)へ到達する。イ
オン検出器11として例えば写真乾板が使用されていると
すれば、掃引終了時点では、乾板には質量m0の親イオン
から始まるマススペクトルが記録されている。このスペ
クトルは、電場を通過したあるエネルギー幅のイオンを
同時にとらえており、掃引がそのエネルギー幅進む期間
にわたり積分されるため、空間分解能を持たない単一の
イオン検出器を用いる通常の掃引型質量分析装置をMS−
2として使用する場合に比べ桁違いに感度の向上したも
のとなる。
また、空間分解能をもつイオン検出器を用いるが掃引
は行わない従来の同時検出型質量分析装置をMS−2とし
て使用する場合に比べ、広い質量範囲にわたる娘イオン
スペクトルを得ることが可能である。
なお、本発明は上述した実施例に限定されることなく
幾多の変形が可能である。例えば、イオン検出器とし
て、乾板ではなく、半導体技術により微小検出器を数多
く並べた2次元検出器を用いれば、電気的な検出が可能
となる。その場合には、各微小検出器毎にその出力を電
気的に積分あるいは積算する手段を設ける必要がある。
また、上記実施例ではMS−1として電場と磁場を備え
た二重収束質量分析装置を使用したが、必ずしもその必
要はなく、例えば磁場のみを備えた単収束の質量分析装
置をMS−1として使用することもできる。その場合で
も、(5)式に基づく電場の掃引がなくなるだけで、MS
−1の磁場強度Bxを(6)式に基づいて掃引することに
変わりはない。
さらに、MS−2として用いる同時検出型質量分析装置
としては、例えばMattauch Herzog型質量分析装置も採
用でき、そうすれば、更に広い質量範囲にわたる娘イオ
ンスペクトルを取得することが可能である。
[効果] 以上詳述した如く、本発明によれば、空間分解能を有
するイオン検出器を備えた同時検出型質量分析装置をMS
−2として用いたMS/MS装置において、イオン源で生成
されるイオンの運動エネルギーを掃引すると共に、その
掃引にかかわらずMS−1で常に一定質量のイオンが選択
されるようにMS−1の質量分析場を掃引することによ
り、MS−1で一定質量の親イオンを選択し且つその運動
エネルギーを掃引するようにしたため、広い質量範囲に
わたる娘イオンスペクトルを高い感度で取得することの
できるMS/MS装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すイオン光学図であり、
第2図および第3図はその動作を説明するための図であ
る。 1:イオン源、2:主スリット 3,8:円筒電場、4,10:扇形磁場 5:コレクタスリット、6:衝突室 11:2次元イオン検出器 12:掃引回路、13:イオン加速電源 14:演算回路、15:電場電源 16:磁場電源

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】イオン源と、該イオン源からの被分析イオ
    ンが導入される第1の質量分析系と、該第1の質量分析
    系を通過したイオンが入射するコレクタスリットと、該
    コレクタスリットを通過したイオンを解離させる手段
    と、解離により生成されたイオンが導入される第2の質
    量分析系と、該第2の質量分析系を出射したイオンが質
    量電荷比に応じて展開収束される収束面に沿って配置さ
    れる空間分解能を有するイオン検出器と、前記イオン源
    で生成されるイオンの運動エネルギーを掃引する第1の
    掃引手段と、該第1の掃引手段によるイオンの運動エネ
    ルギー掃引にかかわらず、常に所定の質量電荷比のイオ
    ンが前記コレクタスリットを通過するように、前記第1
    の質量分析系を上記運動エネルギー掃引に関連して掃引
    する第2の掃引手段とを備えたことを特徴とするMS/MS
    装置。
  2. 【請求項2】前記第1の質量分析系は電場と磁場を備え
    た二重収束質量分析系で、前記第2の掃引手段は、該二
    重収束質量分析系を構成する磁場の強度Bと電場の強度
    Eを、前記第1の掃引手段による掃引に関連してB2/E比
    を一定値に保持しつつ同時に掃引することを特徴とする
    請求項1記載のMS/MS装置。
  3. 【請求項3】前記第1の質量分析系は電場と磁場を備え
    た二重収束質量分析系で、前記第2の掃引手段は、該二
    重収束質量分析系を構成する磁場の強度Bと電場の強度
    Eを、前記第1の掃引手段によるイオンの運動エネルギ
    ーUの掃引に関連して次式にしたがって同時に掃引する
    ことを特徴とする請求項1記載のMS/MS装置。 E=K1U (K1は定数)
  4. 【請求項4】前記第1の質量分析系は磁場を備えた単収
    束質量分析系で、前記第2の掃引手段は、該単収束質量
    分析系を構成する磁場の強度Bを、前記第1の掃引手段
    によるイオンの運動エネルギーUの掃引に関連して次式
    に従って掃引することを特徴とする請求項1記載のMS/M
    S装置。
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JPS5946550A (ja) * 1982-09-09 1984-03-15 Jeol Ltd 質量分析装置

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