JP3350263B2 - Ion trap type mass spectrometer - Google Patents

Ion trap type mass spectrometer

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JP3350263B2 JP31795094A JP31795094A JP3350263B2 JP 3350263 B2 JP3350263 B2 JP 3350263B2 JP 31795094 A JP31795094 A JP 31795094A JP 31795094 A JP31795094 A JP 31795094A JP 3350263 B2 JP3350263 B2 JP 3350263B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、混合物の分離分析に有
効な液体クロマトグラフィー(Liquid Chromatogra
phy:LC)と質量分析法(Mass Spectrometry:MS)
とを結合した装置、すなわち液体クロマトグラフィー/
質量分析法(Liquid Chromatography/Mass Spectrometr
y、以下LC/MSと省略する)や、キャピラリー電気泳
動法(Capillary Electrophoresis)の検出器に質量分析
法を用いた装置、すなわちキャピラリー電気泳動/質量
分析法(Capillary Electrophoresis/Mass Spe
ctrometry、以下CE/MSと省略する)に代表される
ような、液体中に存在する混合試料を分離した後、イオ
ン化して質量分析計に導入する分析装置に関する。ま
た、溶液試料を連続的に導入して、イオン化,質量分析
を行うフローインジェクション分析装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid chromatography (Liquid Chromatogra
phy: LC) and mass spectrometry (MS)
, A device that combines
Mass Spectrometry (Liquid Chromatography / Mass Spectrometr
y, hereinafter referred to as LC / MS) or an apparatus using mass spectrometry as a detector for capillary electrophoresis (Capillary Electrophoresis), that is, Capillary Electrophoresis / Mass Spe
The present invention relates to an analyzer, such as typified by ctrometry (hereinafter abbreviated as CE / MS), which separates a mixed sample present in a liquid, ionizes the mixed sample, and introduces it into a mass spectrometer. The present invention also relates to a flow injection analyzer for continuously introducing a solution sample to perform ionization and mass spectrometry.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、分析の分野では、揮発性または不
揮発性化合物の新しい分離分析法としてLC/MSやC
E/MSが有望視されている。参考のために、アナリテ
ィカルケミストリー,1991年,63巻,375頁に
記載されているような、イオントラップ質量分析計を用
いたLC/MSの構成を図5に示した。
2. Description of the Related Art In the field of analysis, LC / MS and C / C are currently used as new separation and analysis methods for volatile or nonvolatile compounds.
E / MS holds promise. For reference, FIG. 5 shows an LC / MS configuration using an ion trap mass spectrometer as described in Analytical Chemistry, 1991, Vol. 63, p. 375.

【0003】液体クロマトグラフ1から溶出してくる溶
液中の試料は、配管2によりLC/MSのインターフェ
イスに導入される。図5のようなエレクトロスプレー型
大気圧イオン源では、インターフェイスは主に高電圧が
印加された金属製キャピラリー5からなる。この金属製
キャピラリー5に高電圧が印加されると、ここを通過し
た試料溶液は静電噴霧され、帯電液滴に変化する。この
とき、金属製キャピラリー5のまわりからガスを流して
噴霧を促進することもできる。
A sample in a solution eluted from the liquid chromatograph 1 is introduced into an LC / MS interface through a pipe 2. In an electrospray type atmospheric pressure ion source as shown in FIG. 5, the interface mainly comprises a metal capillary 5 to which a high voltage is applied. When a high voltage is applied to the metal capillary 5, the sample solution passing therethrough is electrostatically sprayed and changes into a charged droplet. At this time, a gas can be flowed from around the metal capillary 5 to promote spraying.

【0004】このインターフェイスで生成された試料に
関するイオンは、ノズル6,差動排気部内における静電
レンズ38a,38b,スキマー8を通過して高真空下
の質量分析部に導入される。このとき、スキマー8を通
過したイオンは、収束効果とゲート効果を備えた静電レ
ンズ39a,39b,39cにより、エンドキャップ電
極14a,リング電極15,エンドキャップ電極14b
イオントラップ型質量分析部に、エンドキャップ電極1
4aに設けられたイオン取り込み口16より導入され
る。
[0004] Ions related to the sample generated by this interface pass through the nozzle 6, the electrostatic lenses 38a and 38b in the differential pumping section, and the skimmer 8, and are introduced into the mass spectrometer under high vacuum. At this time, ions passing through the skimmer 8 are subjected to the end cap electrode 14a, the ring electrode 15, and the end cap electrode 14b by the electrostatic lenses 39a, 39b, and 39c having a convergence effect and a gate effect.
An end cap electrode 1 is installed in the ion trap mass spectrometer.
It is introduced from the ion intake port 16 provided in 4a.

【0005】イオントラップ型質量分析部は他の質量分
析計と異なり、高周波電圧を用いてイオントラップ型質
量分析部内にイオンを一定時間閉じこめ、その後、高周
波電圧を走査することによって、イオントラップ質量分
析部内に閉じこめられたイオンをイオン取り出し口17
より取り出し、それを検出器及び増幅器37で検出す
る。
[0005] Unlike other mass spectrometers, the ion trap type mass spectrometer uses a high frequency voltage to confine ions in the ion trap type mass spectrometer for a certain period of time, and then scans the high frequency voltage to perform ion trap mass spectrometry. An ion extraction port 17 for trapping ions trapped in the unit
And it is detected by the detector and the amplifier 37.

【0006】イオントラップ質量分析部内にイオンが閉
じこめられている際、そのイオンの運動はz軸方向(エ
ンドキャップ電極の中心を結ぶ軸方向)とr軸方向(リ
ング電極の直径方向)とも、閉じこめ用の高周波の角周
波数で細かく振動しながらもっとゆっくりした角周波数
の調和振動を行う。このように運動しているイオンをイ
オン取り出し口17より効率的に引き出すためには、そ
の軌道振幅を小さくする必要がある。そのために、通
常、イオントラップ型質量分析計では、イオントラップ
型質量分析部内にヘリウムガスを導入して、イオンとヘ
リウムガスとの衝突により軌道振幅を小さくすることが
行われている。
When ions are confined in the ion trap mass spectrometer, the movement of the ions is confined in both the z-axis direction (axial direction connecting the center of the end cap electrode) and the r-axis direction (diameter direction of the ring electrode). Performs harmonic vibration at a slower angular frequency while finely vibrating at a high frequency angular frequency. In order to efficiently extract the moving ions from the ion extraction port 17, the orbital amplitude of the ions must be reduced. Therefore, in an ion trap type mass spectrometer, helium gas is usually introduced into an ion trap type mass spectrometer, and the orbit amplitude is reduced by collision of ions with helium gas.

【0007】ところで、図5の例では、イオントラップ
型質量分析部が存在するチャンバー全体にヘリウムガス
を導入して、イオントラップ型質量分析部内にヘリウム
ガスを満たすようにしている。ヘリウムガスの導入量
は、チャンバーに設けられた真空計であるイオンゲージ
の測定結果をもとに推定する。ちなみに、文献の例で
は、ヘリウムガスを導入しない場合のチャンバーの圧力
が1×10-5Torrであるのに対し、測定時には、ヘリウ
ムガスを導入して、チャンバーの圧力を2−3×10-3
Torrまで低下させて測定を行っている。参考のために、
観測されるイオン強度とイオントラップ型質量分析部内
における圧力との関係を図6に示した。この結果から容
易にわかるように、観測されるイオン強度は10-3Torr
から10-4Torrの間で最大となっている。
By the way, in the example of FIG. 5, helium gas is introduced into the entire chamber where the ion trap type mass spectrometer is present, so that the ion trap type mass spectrometer is filled with helium gas. The introduction amount of the helium gas is estimated based on the measurement result of an ion gauge which is a vacuum gauge provided in the chamber. Incidentally, in the example of literature, whereas the pressure in the chamber in the case of not introducing a helium gas is 1 × 10 -5 Torr, at the time of measurement, by introducing a helium gas, the pressure of the chamber 2-3 × 10 - Three
The measurement is performed with the pressure reduced to Torr. for reference,
FIG. 6 shows the relationship between the observed ion intensity and the pressure in the ion trap mass spectrometer. As can be easily understood from the result, the observed ion intensity is 10 −3 Torr.
To 10 -4 Torr.

【0008】上記のようにして、イオントラップ型質量
分析計で質量分析されたイオンは、検出器により検出
後、増幅されて、データ処理装置に転送される。このデ
ータ処理装置では、得られた情報は通常マススペクトル
として表示される。
[0008] As described above, the ions mass-analyzed by the ion trap type mass spectrometer are detected by the detector, amplified, and transferred to the data processing device. In this data processing device, the obtained information is usually displayed as a mass spectrum.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来のような方法で、
イオントラップ型質量分析部内に10-3から10-4Torr
の高い圧力にヘリウムガスを満たそうとすると、次のよ
うな不都合が生じる。すなわち、 (1)排気効率の悪いヘリウムガスが大量にチャンバー
内全体に存在することになり、高真空(2−3×10-3
Torr以下)を維持しようとすると、排気能力の高い真空
ポンプが必要となると同時に、ポンプへの負担が大き
い。
SUMMARY OF THE INVENTION In a conventional manner,
10 -3 to 10 -4 Torr in the ion trap mass spectrometer
Attempting to fill helium gas to a high pressure causes the following disadvantages. That is, (1) A large amount of helium gas having poor exhaust efficiency exists in the whole chamber, and a high vacuum (2-3 × 10 −3)
(Torr or less) requires a vacuum pump having a high evacuation capacity, and at the same time places a heavy burden on the pump.

【0010】(2)それほど良くない真空下で、高電圧
(0−3kV)を印加させる必要のある電子増倍管のよ
うな検出器を動作させると、放電等により電子増倍管に
高電圧を印加できなくなって高感度検出ができなくなっ
たり、電子増倍管自体の寿命も短くなる、などの大きな
問題が生じ、イオンを質量分析部内に蓄積して検出感度
をあげるというイオントラップ型質量分析計の利点を生
かすことが不可能となる。
(2) When a detector such as an electron multiplier which needs to apply a high voltage (0-3 kV) under a not so good vacuum is operated, a high voltage is applied to the electron multiplier by discharge or the like. Ion trap type mass spectrometry, which increases the detection sensitivity by accumulating ions in the mass spectrometer, causing serious problems such as the inability to apply a voltage and high-sensitivity detection and shortening the life of the electron multiplier. It becomes impossible to take advantage of the total.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の装置では、イオントラップ型質量分析部の
二つのエンドキャップ電極と一つのリング電極との間に
絶縁材をはめ込む。これによって、イオントラップ型質
量分析部内を十分に閉空間とし、真空外のヘリウムガス
供給源から、その絶縁材部に配管を通して、イオントラ
ップ質量分析部内に直接ヘリウムガスを導入するように
する。本発明の構造によれば、イオントラップ型質量分
析部内には、二つのエンドキャップ電極にある直径が1
−2mm程度のイオン取り込み口とイオン引き出し口しか
ないため、一種の差動排気状態となり、イオントラップ
電極内の圧力は10-3から10-4Torr台であっても、検
出器のまわりのチャンバー内圧力はそれ以下にすること
ができる。使用する排気系の大きさにもよるが、200
l/sec 程度のターボ分子ポンプを使用すれば、10-5
−10-6Torr台にすることも可能となり、検出器を十分
に安定して作動させうる圧力領域にできる。
In order to solve the above problems, in the apparatus of the present invention, an insulating material is fitted between two end cap electrodes and one ring electrode of an ion trap type mass spectrometer. In this way, the inside of the ion trap mass spectrometry unit is sufficiently closed, and the helium gas is directly introduced into the ion trap mass spectrometry unit from a helium gas supply source outside the vacuum through a pipe through the insulating material unit. According to the structure of the present invention, the diameter of the two end cap electrodes in the ion trap type mass spectrometer is one.
Since there is only an ion inlet and an ion outlet of about -2 mm, it is a kind of differential pumping state, and even if the pressure inside the ion trap electrode is in the order of 10 -3 to 10 -4 Torr, the chamber around the detector The internal pressure can be lower. Depending on the size of the exhaust system used, 200
If a turbo molecular pump of about 1 / sec is used, 10 -5
It is also possible to use a pressure in the order of -10 -6 Torr, and the pressure range can be set so that the detector can be operated sufficiently stably.

【0012】ところで、イオントラップ型質量分析部内
の圧力はそのイオントラップ内での軌道振幅を小さくし
て感度を上げるという理由から、その内部の圧力を10
-3から10-4Torr台にしなければならない。従って、イ
オントラップ型質量分析部内の圧力を常にモニターして
おく必要がある。これには、次の二つの方法が考えられ
る。
By the way, the pressure inside the ion trap type mass spectrometer is reduced by 10% because the orbit amplitude in the ion trap is reduced to increase the sensitivity.
Must be in the -3 to 10 -4 Torr range. Therefore, it is necessary to constantly monitor the pressure in the ion trap mass spectrometer. There are two ways to do this.

【0013】(1)真空外のヘリウムガス供給源からヘ
リウムガスを導入する経路の途中に、ヘリウムガスの流
量計と圧力計を設けておき、イオントラップ質量分析部
内に導入されるガスの流量を推定し、その値から、イオ
ントラップ型質量分析部内での実効排気速度を考えて、
イオントラップ型質量分析部内の圧力を推定する。
(1) A helium gas flow meter and a pressure gauge are provided in the middle of a path for introducing a helium gas from a helium gas supply source outside a vacuum, and the flow rate of the gas introduced into the ion trap mass analyzer is controlled. Estimate, from that value, consider the effective pumping speed in the ion trap mass spectrometer,
The pressure inside the ion trap type mass spectrometer is estimated.

【0014】(2)エンドキャップ電極に真空計を設け
ておき、常にイオントラップ型質量分析部内の圧力をモ
ニターする。
(2) A vacuum gauge is provided on the end cap electrode, and the pressure in the ion trap type mass spectrometer is constantly monitored.

【0015】このいずれかの方法を用いることによっ
て、イオントラップ型質量分析部内の圧力を常にモニタ
ーし、場合によってはイオントラップ型質量分析部内に
流れ込むヘリウムガスの流量を制御することが可能とな
る。
By using any of these methods, the pressure in the ion trap mass spectrometer can be constantly monitored, and in some cases, the flow rate of the helium gas flowing into the ion trap mass spectrometer can be controlled.

【0016】[0016]

【作用】本発明によれば高電圧を印加する必要のある検
出器が存在する領域の圧力を十分に低くすることができ
るので、検出器における放電等の問題がなくなり、長時
間の安定した測定が可能となる。
According to the present invention, it is possible to sufficiently reduce the pressure in a region where a detector to which a high voltage needs to be applied is present. Becomes possible.

【0017】[0017]

【実施例】以下の説明では、主に混合試料の分離手段と
して液体クロマトグラフを使用する場合を示すが、毛細
管を用いて電気泳動により分離を行うキャピラリー電気
泳動を用いることも可能である。また、試料溶液を連続
的に導入するフローインジェクション分析でも同様であ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description, a case where a liquid chromatograph is mainly used as a means for separating a mixed sample will be described, but it is also possible to use capillary electrophoresis for performing electrophoretic separation using a capillary tube. The same applies to flow injection analysis in which a sample solution is continuously introduced.

【0018】図1は本発明による装置の一実施例を示す
図である。液体クロマトグラフ1から流出した試料溶液
は、配管2,コネクター3を通って、金属製キャピラリ
ー5が設けられたエレクトロスプレー型大気圧イオン源
に送られ、ここで帯電液滴が生成される。ここでは、帯
電液滴が直接生成する静電噴霧現象を利用したエレクト
ロスプレー型大気圧イオン源を示したが、針電極による
コロナ放電を利用した大気圧化学イオン化法などの別の
大気圧イオン源(大気圧下でイオンを生成させるイオン
源)を用いても同じことである。
FIG. 1 shows an embodiment of the apparatus according to the present invention. The sample solution flowing out of the liquid chromatograph 1 is sent through a pipe 2 and a connector 3 to an electrospray-type atmospheric pressure ion source provided with a metal capillary 5, where charged droplets are generated. Here, an electrospray-type atmospheric pressure ion source utilizing the electrostatic spraying phenomenon in which charged droplets are directly generated has been shown. However, another atmospheric pressure ion source such as an atmospheric pressure chemical ionization method utilizing corona discharge with a needle electrode has been described. The same is true when (an ion source that generates ions under atmospheric pressure) is used.

【0019】エレクトロスプレー型大気圧イオン源で生
成した帯電液滴は、第1フランジ7に保持され、ヒータ
ー10aで100℃以上の高い温度に加熱されたノズル
6,第2フランジ9に保持され、ヒーター10bで加熱
されたスキマー8を通過する過程で気化され、イオンが
生成する。このとき、第1フランジ7,第2フランジ9
は、絶縁リング11a,11bにより、互いに電気的に
絶縁され、電圧が印加されるようになっている。また、
第1フランジ7と第2フランジ9で囲まれた領域は、荒
引き用真空ポンプ30によって、数十Torrから0.数To
rr程度に排気される。
The charged droplets generated by the electrospray type atmospheric pressure ion source are held by the first flange 7 and held by the nozzle 6 and the second flange 9 which are heated to a high temperature of 100 ° C. or higher by the heater 10a. In the process of passing through the skimmer 8 heated by the heater 10b, it is vaporized and generates ions. At this time, the first flange 7 and the second flange 9
Are electrically insulated from each other by insulating rings 11a and 11b, and a voltage is applied. Also,
A region surrounded by the first flange 7 and the second flange 9 is reduced from several tens Torr to 0.1 mm by a roughing vacuum pump 30. Number To
Exhausted to about rr.

【0020】スキマー8を通過したイオンは、収束効果
を備えた静電レンズ12a,12b,12cを通過した
後、イオンのイオントラップ質量分析部内へのイオンの
打ち込みを制御するためのゲート電極13を通過し、エ
ンドキャップ電極14a,リング電極15,エンドキャ
ップ電極14b、及び二つの絶縁リング18a,18bで
囲まれたイオントラップ型質量分析部にイオン取り込み
口16から導入される。ここで、一定時間トラップされ
たイオンは、高周波電圧の走査によってイオントラップ
型質量分析部のイオン取り出し口17を通して分析部外
に引き出され、収束レンズ19で収束後、検出器20で
検出される。
After the ions that have passed through the skimmer 8 pass through electrostatic lenses 12a, 12b, and 12c having a convergence effect, a gate electrode 13 for controlling the ion implantation of ions into the ion trap mass analyzer is formed. After passing through, the ions are introduced from the ion intake port 16 into the ion trap type mass spectrometer surrounded by the end cap electrode 14a, the ring electrode 15, the end cap electrode 14b, and the two insulating rings 18a and 18b. Here, the ions trapped for a certain period of time are extracted to the outside of the ion trap type mass spectrometer by the scanning of the high frequency voltage through the ion extraction port 17 of the ion trap type mass spectrometer.

【0021】イオンがイオントラップ型質量分析部にト
ラップされている間、その軌道振幅を小さくするため
に、ヘリウムガスとの衝突が必要となる。図1では、イ
オントラップ型質量分析部内へのヘリウムガスの導入を
次のように行っている。
While ions are trapped in the ion trap type mass spectrometer, collision with helium gas is necessary to reduce the orbital amplitude. In FIG. 1, helium gas is introduced into the ion trap type mass spectrometer as follows.

【0022】ヘリウムは、まず高圧ボンベのようなヘリ
ウムガスの供給源28から、減圧弁27を介して配管2
6に供給される。この配管26には、通常外径が数mmの
ステンレススチール製のものが使用される。その配管2
6上には、ニードルバルブ23,ヘリウムガス用流量計
24,ヘリウムガス用圧力計25が設けられており、こ
のニードルバルブ23により、イオントラップ質量分析
部内に供給するヘリウムガスの量を調整する。ところ
で、数mmの大きな径のパイプを用いて、イオントラップ
型質量分析部内の圧力が10-3−10-4Torrになるよう
にニードルバルブ23を用いてヘリウムガスを供給する
ことは事実上不可能である。
Helium is first supplied from a helium gas supply source 28 such as a high-pressure cylinder via a pressure reducing valve 27 to a pipe 2.
6. The pipe 26 is usually made of stainless steel having an outer diameter of several mm. The piping 2
A needle valve 23, a helium gas flow meter 24, and a helium gas pressure gauge 25 are provided on 6, and the needle valve 23 adjusts the amount of helium gas supplied into the ion trap mass analyzer. By the way, it is practically impossible to supply helium gas using the needle valve 23 using a pipe having a large diameter of several mm so that the pressure in the ion trap type mass spectrometer becomes 10 -3 -10 -4 Torr. It is possible.

【0023】そこで、イオントラップ型質量分析部に至
る経路に、ヘリウムガスフローのコンダクタンスを悪く
すべく、径の細いパイプを使用することになる。図1の
例では、径が数mmの通常のガス用配管26に続いて、内
径0.25mm ,長さ60mのまわりにポリイミドのよう
な高分子を被覆した溶融石英製のキャピラリー22を用
いている。このキャピラリー22の先端を、キャピラリ
ーホールダー21を介して、イオントラップ質量分析部
内に送り込むようにしている。このように、イオントラ
ップ型質量分析部に至る配管の途中に径の細いキャピラ
リーを導入しておくと、ヘリウムガス用流量計24の部
分でのヘリウムガスの流量が0−10cc/min 、ヘリウ
ムガスの圧力計25でのヘリウムガスの圧力が0−3kg
f/cm2と、非常に調節しやすい領域にしたうえで、イ
オントラップ型質量分析部内の圧力を10-3−10-4To
rrに調節することが可能となる。
Therefore, a pipe having a small diameter is used in the path leading to the ion trap type mass spectrometer in order to reduce the conductance of the helium gas flow. In the example of FIG. 1, a fused silica capillary 22 coated with a polymer such as polyimide around an inner diameter of 0.25 mm and a length of 60 m follows a normal gas pipe 26 having a diameter of several mm. I have. The tip of the capillary 22 is fed into the ion trap mass analyzer via the capillary holder 21. As described above, if a capillary having a small diameter is introduced in the middle of the pipe leading to the ion trap mass spectrometer, the flow rate of helium gas at the helium gas flow meter 24 is 0-10 cc / min, Pressure of helium gas at pressure gauge 25 of 0-3kg
f / cm 2, and the pressure inside the ion trap type mass spectrometer was set to 10 −3 −10 −4 To
It can be adjusted to rr.

【0024】ところで、このようなヘリウムガスの供給
系にしておけば、次のようにしてイオントラップ質量分
析部内の圧力を簡単に推定することができる。
By using a helium gas supply system, the pressure in the ion trap mass spectrometer can be easily estimated as follows.

【0025】キャピラリー直前のヘリウムガスの流量L
(m3/sec)、キャピラリー直前のヘリウムガスの圧力
0(Pa)としたとき、キャピラリー24を通ってイオ
ントラップ質量分析部内に流れ込むガス量Qは、 Q=L・P0(Pa・m3/sec ) で表される。従って、二つのエンドキャップ電極のイオ
ン取り込み口16,イオン引き出し口17を介しての実
行排気速度をS(m3/sec)とすれば、イオントラップ
質量分析部内での圧力P1(Pa)は、以下のようにし
て推定できる。
Helium gas flow rate L just before the capillary
(M 3 / sec) and the pressure P 0 (Pa) of the helium gas immediately before the capillary, the gas amount Q flowing into the ion trap mass spectrometer through the capillary 24 is: Q = LP · P 0 (Pa · m) 3 / sec). Therefore, assuming that the effective pumping speed through the ion intake port 16 and the ion extraction port 17 of the two end cap electrodes is S (m 3 / sec), the pressure P 1 (Pa) in the ion trap mass analyzer becomes Can be estimated as follows.

【0026】P1=L・P0/S (Pa) 図1の例を実際に当てはめてみると次のようになる。例
えば、キャピラリー直前のヘリウムガスの流量0.5×
10-8(m3/sec ),キャピラリー直前のヘリウムガ
ス圧力0.5×105(Pa)とする。ヘリウムガスの排気
速度が0.2(m3/sec)のターボ分子ポンプを用い、二
つのエンドキャップ電極のイオン取り込み口16,イオ
ン引き出し口17(ともに、穴径1.3mm,厚さ0.5m
m)を介してイオントラップ型質量分析部内を排気する
場合を考えてみる。
P 1 = L · P 0 / S (Pa) When the example of FIG. 1 is actually applied, the following is obtained. For example, the flow rate of helium gas immediately before the capillary is 0.5 ×
10 −8 (m 3 / sec), and the helium gas pressure immediately before the capillary is 0.5 × 10 5 (Pa). Using a turbo molecular pump with a pumping speed of helium gas of 0.2 (m 3 / sec), the ion intake port 16 and the ion extraction port 17 (both the diameter is 1.3 mm and the thickness is 0.3 mm) of the two end cap electrodes. 5m
Consider the case where the inside of the ion trap type mass spectrometer is evacuated via m).

【0027】このときのイオントラップ型質量分析部内
のコンダクタンスC(m3/sec)は C=2・121・(1.3×10-33/(0.5×10
-3)・√(28.8/4.0) =2.9×10-3 (m3/sec) と表される。従って、イオントラップ質量分析部におけ
る実行排気速度Sはほぼ S=2.9×10-3 (m3/sec) となる。このとき、イオントラップ質量分析部内での圧
力P1(Pa)は、 P1=0.086(Pa)=6.5×10-4(Torr) となる。このときのイオントラップ質量分析部まわりの
チャンバーの圧力以下のようになる。イオントラップ型
質量分析部におけるエンドキャップ電極8a,8bのイ
オン取り込み口9及びイオン取り出し口10から流れる
ガス量は、ほぼ 2.5×10-4(Pa・m3/sec) である。大気圧イオン源側のスキマー8から流れるガス
量がほぼ 2×10-4(Pa・m3/sec) のオーダーなので、チャンバーの圧力P2 は P2=2.3×10-3(Pa)=1.7×10-5(Torr) と推定できる。
At this time, the conductance C (m 3 / sec) in the ion trap type mass spectrometer is C = 2.121 · (1.3 × 10 −3 ) 3 /(0.5×10 3 )
−3 ) · √ (28.8 / 4.0) = 2.9 × 10 −3 (m 3 / sec) Therefore, the effective pumping speed S in the ion trap mass spectrometer is approximately S = 2.9 × 10 −3 (m 3 / sec). At this time, the pressure P 1 (Pa) in the ion trap mass analyzer becomes P 1 = 0.086 (Pa) = 6.5 × 10 −4 (Torr). At this time, the pressure becomes lower than the pressure of the chamber around the ion trap mass spectrometer. The amount of gas flowing from the ion take-in port 9 and the ion take-out port 10 of the end cap electrodes 8a and 8b in the ion trap type mass spectrometer is approximately 2.5 × 10 −4 (Pa · m 3 / sec). Since the amount of gas flowing from the skimmer 8 on the side of the atmospheric pressure ion source is on the order of 2 × 10 −4 (Pa · m 3 / sec), the chamber pressure P 2 is P 2 = 2.3 × 10 −3 (Pa). = 1.7 × 10 −5 (Torr).

【0028】このように、本発明のような構造をとるこ
とによって、チャンバー内の圧力とイオントラップ質量
分析部内の圧力差を2桁程度に保つことが可能となる。
もちろん、上記のように推定した値を実際にイオントラ
ップ型質量分析部のエンドキャップ電極に真空計を取り
付けて、推定値と実際の圧力を校正しておくとさらによ
い。
As described above, by adopting the structure according to the present invention, it is possible to keep the pressure difference between the pressure in the chamber and the pressure in the ion trap mass spectrometer at about two digits.
Of course, it is more preferable to actually attach the vacuum gauge to the end cap electrode of the ion trap mass spectrometer to calibrate the estimated value and the actual pressure with the value estimated as described above.

【0029】図2は、ニードルバルブ23,ヘリウムガ
ス用流量計24に代わって、ヘリウムガス流量制御計3
1を用いた場合である。ヘリウムガス流量制御計31を
データ処理装置33と連動しておくと、イオントラップ
質量分析部内の圧力を一定に保つことが可能となるの
で、イオン強度の変動を低くおさえることができる。
FIG. 2 shows a helium gas flow controller 3 instead of the needle valve 23 and the helium gas flow meter 24.
1 is used. When the helium gas flow controller 31 is linked to the data processing device 33, the pressure in the ion trap mass spectrometer can be kept constant, so that fluctuations in ion intensity can be suppressed.

【0030】図3は、ヘリウムガス流量制御計31に加
えて、エンドキャップ電極14bに、真空計34を設け
た場合である。この場合も、真空計34とヘリウムガス
流量制御計31と、データ処理装置33を連動しておく
ことができる。
FIG. 3 shows a case in which a vacuum gauge 34 is provided on the end cap electrode 14b in addition to the helium gas flow controller 31. Also in this case, the vacuum gauge 34, the helium gas flow controller 31 and the data processing device 33 can be linked.

【0031】エンドキャップ電極14bには電圧が印加
されているので、図4のように、真空計34とエンドキ
ャップ電極14bの間には、絶縁パイプ36が必要であ
ると同時に、イオンゲージやペニング真空計などの真空
計で発生したイオンがイオントラップ質量分析部内に導
入されないようにしておく必要が生じるので、金属など
の導電性の材料でできたメッシュ35a,35bを通路
に複数設けておくとよい。
Since a voltage is applied to the end cap electrode 14b, an insulating pipe 36 is required between the vacuum gauge 34 and the end cap electrode 14b as shown in FIG. Since it is necessary to prevent ions generated by a vacuum gauge such as a vacuum gauge from being introduced into the ion trap mass spectrometer, it is preferable to provide a plurality of meshes 35a and 35b made of a conductive material such as a metal in a passage. Good.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明によれば、検出器の存在するチャ
ンバーの圧力を低下させることなく、二つのエンドキャ
ップ電極,一つのリング電極、及び絶縁材で囲まれたイ
オントラップ質量分析部内の圧力を高感度化に必要な1
-3から10-4Torr台に保つことができるので、高感度
分析が可能となる。
According to the present invention, the pressure in the ion trap mass spectrometry section surrounded by the two end cap electrodes, one ring electrode, and the insulating material is reduced without reducing the pressure in the chamber where the detector is located. Required for high sensitivity
Since it can be kept in the range of 0 -3 to 10 -4 Torr, high-sensitivity analysis becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の装置の一実施例を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the apparatus of the present invention.

【図2】本発明の装置の一実施例を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing an embodiment of the apparatus of the present invention.

【図3】本発明の装置の一実施例を示す断面図。FIG. 3 is a sectional view showing an embodiment of the apparatus of the present invention.

【図4】エンドキャップ電極に設けた圧力計を示す断面
図。
FIG. 4 is a sectional view showing a pressure gauge provided on an end cap electrode.

【図5】従来技術による装置の構成図。FIG. 5 is a configuration diagram of an apparatus according to a conventional technique.

【図6】イオントラップ型質量分析部内の圧力と観測さ
れるイオン強度との関係を示す測定図。
FIG. 6 is a measurement diagram showing the relationship between the pressure inside the ion trap mass spectrometer and the observed ion intensity.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…液体クロマトグラフ、2…配管、3…コネクター、
4…エレクトロスプレー型大気圧イオン源、5…金属製
キャピラリー、6…ノズル、7…第1フランジ、8…ス
キマー、9…第2フランジ、10a,10b…ヒータ
ー、11a,11b…絶縁リング、12a,12b,12
c…収束効果を備えた静電レンズ、13…ゲート電極、
14a,14b…エンドキャップ電極、15…リング電
極、16…イオン取り込み口、17…イオン取り出し
口、18a,18b…イオントラップ質量分析部用絶縁
リング、19…収束レンズ、20…検出器、21…キャ
ピラリーホールダー、22…溶融石英キャピラリー、2
3…ニードルバルブ、24…ヘリウムガス用流量計、2
5…ヘリウムガス用圧力計、26…ヘリウムガス用配
管、27…減圧弁、28…ヘリウムガス供給源、29…
高真空用真空ポンプ、30…荒引き用真空ポンプ、31
…ヘリウムガス流量制御計、32a,32b,32c…信
号ライン、33…データ処理装置、34…真空計、35
a,35b…メッシュ、36…絶縁パイプ、37…検出
器及び増幅器、38a,38b…差動排気部における静
電レンズ、39a,39b,39c…収束効果とゲート
効果を備えた静電レンズ。
1. Liquid chromatograph, 2. Piping, 3. Connector,
4: Electrospray type atmospheric pressure ion source, 5: metal capillary, 6: nozzle, 7: first flange, 8: skimmer, 9: second flange, 10a, 10b: heater, 11a, 11b: insulating ring, 12a , 12b, 12
c: an electrostatic lens having a convergence effect, 13: a gate electrode,
14a, 14b: end cap electrode, 15: ring electrode, 16: ion inlet, 17: ion outlet, 18a, 18b: insulating ring for ion trap mass analyzer, 19: converging lens, 20: detector, 21 ... Capillary holder, 22 ... fused silica capillary, 2
3 Needle valve, 24 Flow meter for helium gas, 2
5 ... helium gas pressure gauge, 26 ... helium gas pipe, 27 ... pressure reducing valve, 28 ... helium gas supply source, 29 ...
Vacuum pump for high vacuum, 30 ... Vacuum pump for roughing, 31
... helium gas flow controller, 32a, 32b, 32c ... signal line, 33 ... data processor, 34 ... vacuum gauge, 35
a, 35b: mesh, 36: insulating pipe, 37: detector and amplifier, 38a, 38b: electrostatic lenses in the differential exhaust section, 39a, 39b, 39c: electrostatic lenses having a convergence effect and a gate effect.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−302295(JP,A) 特開 昭59−134546(JP,A) 特開 平6−310091(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/62 - 27/70 H01J 40/00 - 49/48 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-6-302295 (JP, A) JP-A-59-134546 (JP, A) JP-A-6-310091 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 27/62-27/70 H01J 40/00-49/48

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】大気圧またはこれに準じた圧力下でイオン
を生成させる手段と、当該イオンを高真空中に導入する
ための差動排気部と、高真空中に導入された当該イオン
を質量分析、検出するためのイオントラップ型質量分析
部を有する質量分析装置において、上記イオントラップ
型質量分析部を形成する二つのエンドキャップ電極、一
つのリング電極、及びエンドキャップ電極とリング電極
間の二つの絶縁材で囲まれた空間内に開口し、真空外の
ヘリウムガス供給源から上記空間内ヘリウムガスを導入
する経路を設けたことを特徴とするイオントラップ型質
量分析装置。
1. A means for generating ions under atmospheric pressure or a pressure equivalent thereto, a differential pumping section for introducing the ions into a high vacuum, and a mass pumping the ions introduced into the high vacuum. analysis, the mass spectrometer having an ion trap mass spectrometer unit for detecting, the ion trap
Opening in a space surrounded by two end cap electrodes, one ring electrode, and two insulating materials between the end cap electrode and the ring electrode forming the mold mass spectrometry unit , and the above-mentioned from a helium gas supply source outside vacuum. An ion trap type mass spectrometer characterized in that a path for introducing helium gas in a space is provided.
【請求項2】上記ヘリウムガスを導入する経路の途中
に、ヘリウムガス圧力計,ヘリウムガス流量計、及
びニードルバルブが少なくとも一組設けられていること
を特徴とする請求項1に記載のイオントラップ型質量分
析装置。
To 2. A middle path for introducing the helium gas, a pressure gauge for helium gas, helium gas flow meter, and the needle valve according to claim 1, characterized in that provided at least one set Ion trap type mass spectrometer.
【請求項3】上記ヘリウムガスを導入する経路の途中
に、ヘリウムガス圧力計,ヘリウムガス流量制御計
が少なくとも一組設けられていることを特徴とする請求
項1に記載のイオントラップ型質量分析装置。
3. in the middle of the path for introducing the helium gas, a pressure gauge for the helium gas, the ion trap according to claim 1, helium gas flow control meter, characterized in that it is provided at least one set Mass spectrometer.
【請求項4】上記ヘリウムガス流量制御計がデータ処
理装置により制御されることを特徴とする請求項3に記
載のイオントラップ型質量分析装置。
4. The ion trap mass spectrometer according to claim 3, characterized in that the helium gas flow control meter is controlled by the data processing device.
【請求項5】上記差動排気部側に位置するエンドキャッ
プ電極と対向するもう一つのエンドキャップ電極に、1
-2から10-5Torrの圧力範囲を測定するのに適した真
空計が設けてあることを特徴とする請求項4に記載のイ
オントラップ型質量分析装置。
5. An end cap electrode opposite to the end cap electrode located on the differential pumping section side,
5. The ion trap mass spectrometer according to claim 4 , further comprising a vacuum gauge suitable for measuring a pressure range of 0 -2 to 10 -5 Torr.
【請求項6】上記エンドキャップ電極に設けられた真空
計の信号がデータ処理装置に読みとられ、その結果を基
に上記ヘリウムガス流量制御計が制御されることを特
徴とする請求項5に記載のイオントラップ型質量分析装
置。
6. The helium gas flow controller according to claim 5, wherein a signal of a vacuum gauge provided on said end cap electrode is read by a data processing device, and the flow controller for helium gas is controlled based on the result. 3. The ion trap mass spectrometer according to claim 1.
【請求項7】上記真空計が設けられたエンドキャップ電
極と上記真空計との間にはメッシュが存在することを特
徴とする請求項5に記載のイオントラップ型質量分析装
置。
7. The ion trap mass spectrometer according to claim 5 , wherein a mesh exists between the end cap electrode provided with the vacuum gauge and the vacuum gauge .
【請求項8】上記ヘリウムガスを導入する経路は、互い
に径の異なる少なくとも2種類の配管で形成され、径の
最も細い配管の先端が上記空間内に開口することを特徴
とする請求項1に記載のイオントラップ型質量分析装
置。
8. The method according to claim 1, wherein the path for introducing the helium gas is formed by at least two kinds of pipes having different diameters, and a tip of a pipe having the smallest diameter is opened into the space. The ion trap type mass spectrometer described in the above.
【請求項9】上記ヘリウムガスを導入する経路の一部
が、外側を高分子膜で被覆した溶融石英製のキャピラリ
ーで形成されることを特徴とする請求項1に記載のイオ
ントラップ型質量分析装置。
9. The ion trap mass spectrometer according to claim 1, wherein a part of the path for introducing the helium gas is formed by a fused quartz capillary whose outside is covered with a polymer film. apparatus.
【請求項10】上記径の最も細い配管より上流側に位置
する径のより大きな配管の途中に、ヘリウムガス用圧力
計と、ヘリウムガス用流量計あるいはヘリウムガス用流
量制御計が設けられることを特徴とする請求項8に記載
のイオントラップ型質量分析装置。
10. A helium gas pressure gauge and a helium gas flow meter or a helium gas flow controller are provided in the middle of a pipe having a larger diameter located upstream of the pipe having the smallest diameter. The ion trap mass spectrometer according to claim 8, wherein
【請求項11】上記ヘリウムガス圧力計と、ヘリウム
ガス用流量計あるいはヘリウムガス用流量制御計の読み
が、それぞれ0−3kgf/cm2 、0−10cc/min の範
囲にあることを特徴とする請求項10に記載のイオント
ラップ型質量分析装置。
11. and the helium gas pressure gauge, helium
Reading gas flow meter or a helium gas flow control meter, respectively 0-3kgf / cm 2, the ion trap mass spectrometer according to claim 10, characterized in that the range of 0-10cc / min.
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