JP3384063B2 - 質量分析方法および質量分析装置 - Google Patents

質量分析方法および質量分析装置

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JP3384063B2 JP30532393A JP30532393A JP3384063B2 JP 3384063 B2 JP3384063 B2 JP 3384063B2 JP 30532393 A JP30532393 A JP 30532393A JP 30532393 A JP30532393 A JP 30532393A JP 3384063 B2 JP3384063 B2 JP 3384063B2
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    • H01J49/42Stability-of-path spectrometers, e.g. monopole, quadrupole, multipole, farvitrons
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は質量分析方法およびその
ための装置に関し、特に核酸やタンパク,ペプチド,脂
質,糖あるいはこれらの複合体等の、微量にしか得られ
ない生体物質を高感度分析するに好適な、イオントラッ
プを用いる質量分析方法およびそのための装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、レビュウ オブ サイエンティフィ
ック インスツルメンツ 60(1992年)第4277頁から第4284
頁(Review of Scientific Instruments 60(1992) p
p.4277-4284)には イオントラップと飛行時間型質量分
析計とを結合させた質量分析装置の記述がある。しか
し、この技術においては、質量分析されるイオンは、イ
オン化部で、気体状試料に一回のパルスレーザ光照射
(多光子イオン化)を行うことにより生成されるものであ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、イオ
ン化部に導入される試料分子のうちの一部しかイオン化
に関与しない。そのため、質量スペクトルにおけるシグ
ナルレベル(S)を決定するイオンの量が極微量の試料を
分析する場合にはイオン量が不足し、イオン検出ができ
ないという欠点を有する。なお、質量スペクトルのノイ
ズレベル(N)は検出器の暗電流により決定されることが
多いため、質量スペクトルにおけるS/N比は、同一の
計測を繰り返して平均化しても改善されない。本発明は
上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、従来の技術における上述の如き問題を解消し、極
微量にしか存在しない試料の分析をも実現可能とする、
高感度の質量分析方法およびそのための装置を提供する
ことにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の上述の目的は、
断続的にイオンが生成されるイオン化部と、生成された
イオンを蓄積またはイオンの質量を分離するイオントラ
ップ部と、イオンを検出する検出部を有する質量分析装
置において、前記イオン化部での複数回のイオン化によ
り生成されるイオンを前記イオントラップ部で蓄積した
後、蓄積されたイオンを前記検出部に導入し質量分離す
ることを特徴とする質量分析方法、および、上記質量分
析装置において、前記イオン化部での複数回のイオン化
により生成されるイオンを前記イオントラップ部で蓄積
した後、蓄積されたイオンを前記検出部に導入し質量分
離する如く制御する手段を有することを特徴とする質量
分析装置によって達成される。
【0005】
【作用】本発明に係る質量分析方法ならびに装置におい
ては、高感度検出を実現するために、イオン化部に導入
された試料分子を複数回のイオン化によりすべてイオン
化に寄与させ、生成されたイオンをイオントラップ部で
蓄積混合させた後に一度に質量分離する。これによっ
て、一回のイオン化により生成されるイオンだけを質量
分析する場合に比較してシグナルレベルが格段に増加す
る。そのため、得られる質量スペクトルのS/N比は大
幅に向上し、検出限界を低減することが可能になる。
【0006】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図2に、本発明の一実施例に基づく質量分
析装置の構成図を示す。試料はマトリックスに混合さ
れ、サンプルホルダ1の表面に、体積にして1μリット
ル程度塗布される。試料導入時には、イオン化部は大気
圧にさらされ、サンプルホルダ1の交換が可能である。
このとき、シャッタ機能を有する真空バルブ2により、
イオントラップ5と検出部6を含む分析部等の真空が保
たれる。試料導入後に、サンプルホルダ1を含むイオン
化部は真空に排気される。パルスレーザ3からのレーザ
光照射により、サンプルホルダ1の表面近くには100
ns程度の間だけイオンが生成される。サンプルホルダ
1には電圧が印加され、イオンは静電レンズ4を通って
イオントラップ5に導入される。イオントラップ5には
ヒータが設置されており、表面の汚染が防止される。
【0007】サンプルホルダ1上のレンズ(図示されて
いない)により集光されたレーザ光のスポットの直径
は、通常100μm以下であり、塗布されたサンプルの
広がりよりも小さい。そのため、サンプルホルダ1を圧
電素子等により微動させることにより、サンプルホルダ
1におけるレーザ照射位置が変化し、塗布された試料す
べてをイオン生成に費やすことができる。複数回(例え
ば、数十回)のレーザ光照射により生成されるイオン
が、イオントラップ5で混合され蓄積される。イオント
ラップで蓄積されるイオンの蓄積時間は、予め指定する
ことができる。蓄積されたイオンは、レーザ照射開始
後、後述する指定された時間が経過すると、イオントラ
ップ5から放出され、検出器6で検出される。レーザビ
ームの代わりに原子ビーム,イオンビームを使用するこ
とも可能である。
【0008】図1に、図2に示した実施例に基づく質量
分析装置の制御系のブロック図を示す。パルスジェネレ
ータ7により、パルスレーザ3におけるレーザ発振の外
部トリガが発生される。パルスジェネレータ7の出力の
一部はイオン化部のサンプルホルダ1の微動機構8に入
力される。これにより、サンプルホルダ1は周期的に微
動する。レーザ光の一部はフォトダイオード9で光電変
換される。フォトダイオード9からの出力はスタート信
号として遅延回路10に送られ、そこで、レーザ発振の
開始からの時間が計測される。遅延回路10において予
め指定された時間が経過すると、イオントラップ電源1
1に出力信号が送られる。イオントラップ電源11で
は、遅延回路10から入力信号が入ると、一定時間(1
ms以上、例えば、5ms)の遅延の後に、イオントラ
ップ5からイオンを放出するための電圧が発生される。
【0009】遅延回路10の出力の一部と検出器6の出
力はデータ処理部12に送られ、質量スペクトルが得ら
れる。遅延回路10には、パルスジェネレータ7の出力
を直接入力することもできる。本実施例によれば、極微
量にしか存在しない試料の分析をも実現可能とする、高
感度の質量分析装置を実現できるという効果が得られ
る。図3に、本発明の他の実施例に基づく、イオントラ
ップと飛行時間型質量分析計とを組み合わせた質量分析
装置の構成図を示す。試料は、レーザ光を効率よく吸収
するマトリックスとともに、サンプルホルダ1の表面に
塗布される。パルスレーザ3からのレーザ光照射によ
り、サンプルホルダ1の表面近くにイオンが生成され
る。サンプルホルダ1には電圧が印加され、イオンは静
電レンズ4を通って、イオントラップ5に導入される。
【0010】サンプルホルダ1の微動に連動する複数回
のレーザ光照射により、イオンが複数回生成され、それ
らのイオンはイオントラップ5で混合され、蓄積され
る。イオン生成の回数は、予め指定することができる。
蓄積されたイオンは、イオントラップ部へのイオン導入
が終了してから一定時間後に、イオントラップ5から放
出され、加速電極13により加速され、一定の運動エネ
ルギーを得る。イオンは静電レンズ14を通過後電極1
5により偏向され、リフレクタ16により反射された後
に、検出器6で検出される。イオンの質量は、検出器6
に到達するイオンの時間差により決定される。ここで
は、上述の加速電極13およびその後方のメッシュ13
a,静電レンズ14,電極15,リフレクタ16および
検出器6により、反射型の飛行時間型質量分析計が構成
されている。なお、リフレクタ16は飛行時間型質量分
析計を小型にする効果を有するばかりでなく、イオント
ラップ部から放出されるイオンの有する速度差をキャン
セルする効果をも有するものである。
【0011】イオントラップ5で質量分離を行う場合
(図2参照)、空間電荷効果により、イオンの質量が正確
に決定されないことがあるが、本実施例では、質量分離
にイオントラップ5とは別の質量分析装置を用いるた
め、イオンの質量は常に正確に決定されるという利点が
ある。図4に、図3に示した実施例に基づく、質量分析
装置の制御系のブロック図を示す。パルスジェネレータ
7により、パルスレーザ3におけるレーザ発振の外部ト
リガが発生される。パルスジェネレータ7の出力の一部
は、イオン化部のサンプルホルダ1の微動機構8に入力
される。この場合、サンプルホルダ1の微動は、必ずし
も周期的である必要はない。また、サンプルホルダ1は
静止させ、照射されるレーザビームをミラー等の機構に
より微動させても、同様の効果が得ることができる。
【0012】なお、レーザ光の一部は、フォトダイオー
ド9で光電変換される。フォトダイオード9からの出力
はカウンタ18に送られ、そこで、レーザ発振の回数が
カウントされる。パルスジェネレータ7からの入力信号
の回数が、指定されたカウント数に到達すると、イオン
トラップ電源11とイオン加速電源17に出力信号が送
られる。イオントラップ電源11では、カウンタ18か
ら入力信号が入ると、飛行時間型質量分析計19におけ
る質量スペクトル上の分解能を向上させるため、前述の
如く、1ms以上の一定時間の遅延の後にイオントラッ
プ5からイオンを放出するための電圧が発生される。ま
た、イオン加速電源17からは、パルス的にイオン加速
電極13に高電圧が印加される。カウンタ18の出力の
一部と飛行時間型質量分析計19の出力は、データ処理
部12に送られる。本実施例によれば、飛行時間型質量
分析計19の特徴を生かした、極微量にしか存在しない
試料の分析をも実現可能とする、高感度の質量分析装置
を実現できるという効果が得られる。
【0013】図5に本発明の更に別の実施例に基づく、
イオントラップと磁場型質量分析計とを組み合わせた質
量分析装置の構成図を示す。イオントラップ5で蓄積さ
れたイオンは、イオントラップ5へのイオン導入が終了
してから一定時間後にイオントラップ5から放出され、
加速電極13により加速され、一定の運動エネルギーを
得る。イオンは、静電レンズ14を通過後に電場電極2
0により偏向され、更に電磁石21による磁界により質
量分離され、検出器6で検出される。この検出器6はア
レイ型のものであり、検出されたイオンの質量は検出器
6表面の位置で決定される。本実施例によれば、アレイ
型検出器6の特徴を生かした、極微量にしか存在しない
試料の分析をも実現可能とする、高感度の質量分析装置
を実現できるという効果が得られる。
【0014】以上、詳細に説明した如く、本発明に係る
質量分析方法ならびに装置においては、例えば、数十回
のイオン生成によるイオンをイオントラップに蓄積し、
質量分析を行うことができるため、一回のイオン生成に
よるイオンを分析する場合に比較して、装置の検出感度
が十倍は向上するという効果が得られる。また、サンプ
ルホルダ1に照射されるレーザ光強度の下限は、単位面
積当りの光子密度で決定されるが、本発明によれば、サ
ンプルホルダ1におけるレーザビーム径を、レンズ等の
使用により1μm程度にまで絞り込んでも、サンプルホ
ルダ1の微動機構8と複数回のイオン化により、サンプ
ルホルダ1上の試料をすべてイオン化に寄与させること
ができるため、低出力のコンパクトなレーザを使用する
ことができる。また、本発明によれば、極微量の試料を
すべてイオン化に寄与させることができるため、装置に
試料を導入する際の塗布位置やその大きさ等に特殊な精
度が要求されず、試料導入の作業が簡単ですむという利
点もある。
【0015】
【発明の効果】以上、詳細に説明した如く、本発明によ
れば、極微量にしか存在しない試料の分析をも実現可能
とする、高感度の質量分析方法およびそのための装置を
実現できるという顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】図2に示す質量分析装置の制御系のブロック図
である。
【図2】本発明の一実施例に基づく質量分析装置の構成
図である。
【図3】図4に示す質量分析装置の制御系のブロック図
である。
【図4】本発明の他の実施例に基づく質量分析装置の構
成図である。
【図5】本発明の更に他の実施例に基づく質量分析装置
の構成図である。
【符号の説明】
1 サンプルホルダ 2 真空バルブ 3 パルスレーザ 4 静電レンズ 5 イオントラップ 6 検出器 7 パルスジェネレータ 8 微動機構 9 フォトダイオード 10 遅延回路 11 イオントラップ電源 12 データ処理部 13 加速電極 14 静電レンズ 15 電極 16 リフレクタ 17 イオン加速電源 18 カウンタ 19 飛行時間型質量分析計 20 電場電極 21 電磁石
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01J 49/42 H01J 49/42 (56)参考文献 特開 平3−87650(JP,A) 特開 昭62−276739(JP,A) 特公 昭48−6516(JP,B1) S.M.Michael,M.Chi en,andD.M.Lubman,A n ion trap storage /time−of−flightmas s spectrometer,Re v.Sci.Instrum,米国,A merican Instritute of Physics,1992年10月, Vol63,No.10,Part1,4277 −4284 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 49/40 H01J 49/42 H01J 27/24 G01N 27/62

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光を吸収するマトリックスととも
    に試料が表面に塗布されるサンプルホルダの微動に連動
    させて、パルスレーザからのレーザ光の前記サンプルホ
    ルダへの照射位置を変化させて、前記レーザ光を複数回
    照射し、複数回の前記レーザの照射ごとに前記試料から
    生成したイオンを、イオントラップに導入して蓄積し、
    前記試料からの前記イオンの生成の回数をカウントし、
    カウントされた前記イオンの生成の回数が予め指定され
    たカウント数に到達した時に、前記イオントラップに蓄
    積された前記イオンを、飛行時間型質量分析計に導入し
    て、前記イオンの質量分析を行なうとを特徴とする質量
    分析方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の質量分析方法におい
    て、前記イオンの生成の回数が予め指定されたカウント
    数に到達し、前記イオントラップへの前記イオンの導入
    が終了してから一定時間後に、前記イオントラップに蓄
    積された前記イオンが、前記飛行時間型質量分析計に導
    入されることを特徴とする質量分析方法。
  3. 【請求項3】 レーザ光を吸収するマトリックスととも
    に試料が表面に塗布されるサンプルホルダと、パルスレ
    ーザのレーザ発振の外部トリガを発生するパルスジェネ
    レータと、前記パルスジェネレータの出力の一部が入力
    され、前記サンプルホルダを微動させる微動機構と、前
    記微動機構による前記サンプルホルダの微動に連動させ
    て、前記パルスレーザからのレーザ光の前記サンプルホ
    ルダへの照射位置を変化させて、前記レーザ光を複数回
    照射し、複数回の前記レーザの照射ごとに前記試料から
    生成したイオンを、静電レンズを用いて導入して蓄積す
    るイオントラップと、記試料からの前記イオンの生成の
    回数をカウントするカウンタと、前記イオントラップに
    蓄積された前記イオンが導入され、前記イオンの質量分
    析を行なう飛行時間型質量分析計とを有し、前記カウン
    タによりカウントされた前記イオンの生成の回数が予め
    指定されたカウント数に到達した時に、前記イオントラ
    ップに蓄積された前記イオンが、前記飛行時間型質量分
    析計に導入されることを特徴とする質量分析装置。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の質量分析装置おいて、
    前記イオンの生成の回数が予め指定されたカウント数に
    到達し、前記イオントラップへの前記イオンの導入が終
    了してから一定時間後に、前記イオントラップに蓄積さ
    れた前記イオンが、前記飛行時間型質量分析計に導入さ
    れることを特徴とする質量分析装置。
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S.M.Michael,M.Chien,andD.M.Lubman,An ion trap storage/time−of−flightmass spectrometer,Rev.Sci.Instrum,米国,American Instritute of Physics,1992年10月,Vol63,No.10,Part1,4277−4284

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