JP3536029B2 - Ion trap mass spectrometry method and ion trap mass spectrometer - Google Patents

Ion trap mass spectrometry method and ion trap mass spectrometer

Info

Publication number
JP3536029B2
JP3536029B2 JP2000368699A JP2000368699A JP3536029B2 JP 3536029 B2 JP3536029 B2 JP 3536029B2 JP 2000368699 A JP2000368699 A JP 2000368699A JP 2000368699 A JP2000368699 A JP 2000368699A JP 3536029 B2 JP3536029 B2 JP 3536029B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ion trap
electrode
electron
gate electrode
mass
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000368699A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001222971A (en
Inventor
義昭 加藤
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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
Priority claimed from JP34283599A external-priority patent/JP3756365B2/en
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2000368699A priority Critical patent/JP3536029B2/en
Publication of JP2001222971A publication Critical patent/JP2001222971A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3536029B2 publication Critical patent/JP3536029B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

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

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、イオントラップ質
量分析方法およびイオントラップ質量分析計に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ion trap mass spectrometry method and an ion trap mass spectrometer.

【0002】[0002]

【従来の技術】イオントラップの基本構成および動作に
ついてはポール等による米国特許2,939,952号に記載さ
れている。
The basic construction and operation of an ion trap is described in US Pat. No. 2,939,952 by Paul et al.

【0003】また、イオントラップを用いた質量分析計
については、特開昭59-134546号公報、特開昭62-37861
号公報、特開平7-146283号公報、特開平10−294078号公
報、及び米国特許5,734,162号等に記載されている。
Regarding a mass spectrometer using an ion trap, JP-A-59-134546 and JP-A-62-37861.
JP-A-7-146283, JP-A-10-294078, and US Pat. No. 5,734,162.

【0004】上記の各公報に示されるように、イオント
ラップ質量分析計は、リング電極と一対のエンドキャッ
プ電極を有し、これらの電極によってイオンを捕捉する
イオントラップ空間を形成するものである。
As described in each of the above publications, the ion trap mass spectrometer has a ring electrode and a pair of end cap electrodes, and these electrodes form an ion trap space for trapping ions.

【0005】電子衝撃(EI)イオン源を有するイオン
トラップ質量分析計における基本動作は、イオントラッ
プ空間中の試料に電子を当ててイオン化し、イオンをイ
オントラップ空間内に蓄積するイオン化段階と、蓄積し
たイオンを前記電極に印加する高周波の電圧の掃引によ
り、質量ごとにイオントラップ空間から排出し検出器に
よって検出する質量分析段階とを有する。このように、
時間経過と共に各段階を経て行く事が質量分析の基本動
作となる。
The basic operation of an ion trap mass spectrometer having an electron impact (EI) ion source is to ionize a sample in an ion trap space by applying electrons to the sample and accumulate the ions in the ion trap space. A mass spectrometric step in which the generated ions are discharged from the ion trap space for each mass by a high frequency voltage sweep applied to the electrode and detected by a detector. in this way,
The basic operation of mass spectrometry is to go through each step over time.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記に示した質量分析
段階中では、イオントラップ空間において新たなイオン
化や外部からのイオンの導入などがあってはならない。
もし、イオントラップ空間でイオン化またはイオンの導
入が質量分析の間に行われたなら、質量分析の主高周波
電圧掃引の間に質量に無関係にイオンがイオントラップ
空間から外部に排出される。このイオンが検出器により
検出されてしまう。これがマススペクトル上に現れるラ
ンダムノイズとなる。
During the above-mentioned mass analysis step, there should be no new ionization or introduction of ions from the outside in the ion trap space.
If ionization or introduction of ions takes place during the mass analysis in the ion trap space, the ions are ejected out of the ion trap space during the main radio frequency voltage sweep of the mass analysis independent of the mass. This ion is detected by the detector. This becomes random noise that appears on the mass spectrum.

【0007】例えば、リング電極に印加される高周波が
掃引され、質量数300のイオンを排出しようとしてい
る瞬間に、イオントラップ空間内で質量数200や質量
数250のイオンが作られたとする。これら質量数20
0や質量数250のイオンは、イオントラップ空間内の
四重極高周波電界により、イオントラップ空間で直ちに
不安定となる。これらイオンは直ちにトラップ空間から
外部に排出されることとなり、マススペクトルの質量数
300前後にノイズが発生する。
For example, it is assumed that the high frequency applied to the ring electrode is swept and ions having a mass number of 200 or a mass number of 250 are created in the ion trap space at the moment when the ions having a mass number of 300 are being ejected. These mass numbers 20
Ions of 0 or mass number 250 are immediately unstable in the ion trap space due to the quadrupole high frequency electric field in the ion trap space. These ions are immediately discharged from the trap space to the outside, and noise is generated around the mass number 300 of the mass spectrum.

【0008】そのため、イオントラップ質量分析計にお
いては、電子ゲートによる電子の制御により、イオン化
段階と質量分析段階の間は厳格に区別してノイズの発生
を防止しようとしている。
Therefore, in the ion trap mass spectrometer, it is attempted to prevent noise by strictly controlling the ionization stage and the mass spectrometry stage by controlling electrons by an electron gate.

【0009】しかし、現実には上記電子ゲートを用いた
イオントラップ質量分析計においても、マススペクトル
上にスパイク状のノイズが時々発生している。図5
(B)にノイズが発生した場合のマススペクトルを示
す。ここで、m3は試料分子がそのままイオンになった
分子イオンであり、m1,m2はこの分子イオンが解裂
してできたフラグメントイオンである。本来、現れるべ
きスペクトルは、図5(A)に示されるように、このm
1〜m3のスペクトルだけのはずであるが、現実には、
m1,m2,m3以外の多くのマスピークが出現し、図
5(B)のようなマススペクトルが得られることとな
る。ここでは、マスピーク上にnと記したものがノイズ
である。当然、取得したマススペクトル上にはnの記載
やm1,m2等の記載は無い。その結果、測定者は信号
かノイズかを識別する事は不可能である。これらノイズ
の中には、試料成分以外のバックグラウンド成分がイオ
ン化されたものもあるが、これらは再現性があるため識
別できる。しかしながら、ごく微量成分の測定を行う高
感度測定の場合、それ以外のランダムなノイズが出現す
る。このノイズは質量数に無関係なランダムなノイズの
ため、イオンの帰属がまったくできず、さらに高感度の
定量分析を不可能にする恐れがある。このノイズはイオ
ントラップ質量分析計が高感度であるという特性を台無
しにするものである。
In reality, however, spike-like noise sometimes occurs on the mass spectrum even in the ion trap mass spectrometer using the above electronic gate. Figure 5
A mass spectrum when noise is generated is shown in (B). Here, m3 is a molecular ion in which the sample molecule becomes an ion as it is, and m1 and m2 are fragment ions formed by cleavage of this molecular ion. Originally, the spectrum that should appear is this m as shown in FIG.
It should be only the spectrum of 1 to m3, but in reality,
Many mass peaks other than m1, m2, and m3 appear, and a mass spectrum as shown in FIG. 5B is obtained. Here, noise is indicated by n on the mass peak. Naturally, there is no description of n or m1, m2, etc. on the acquired mass spectrum. As a result, the measurer cannot distinguish between signal and noise. Some of these noises have ionized background components other than the sample components, but these can be identified because they are reproducible. However, in the case of high-sensitivity measurement in which only a very small amount of component is measured, other random noise appears. Since this noise is random noise independent of mass number, it is impossible to assign ions at all, and there is a possibility that highly sensitive quantitative analysis becomes impossible. This noise spoils the high sensitivity of the ion trap mass spectrometer.

【0010】本発明は、かかる問題を解決し、イオント
ラップ質量分析計の高感度測定を可能にすることを目的
とするものである。
An object of the present invention is to solve such a problem and to enable highly sensitive measurement of an ion trap mass spectrometer.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】ランダムノイズの原因に
はいくつかの原因が考えられるが、発明者の実験の結
果、主に、以下の2つが原因であると判明した。
There are several possible causes of random noise, but as a result of experiments conducted by the inventor, the following two have been found to be the main causes.

【0012】(原因1)質量分析段階において、イオン
がイオントラップ空間に導入される。
(Cause 1) In the mass analysis stage, ions are introduced into the ion trap space.

【0013】前述の様に、質量分析段階においては、電
子ゲートは閉じられ(負の電圧の印加)電子がイオント
ラップ空間に入射する事の無いようにしている。しかし
ながら、フィラメントは放出電子の安定化のため、フィ
ラメント電源から常時電流が流されている。そのため、
フィラメントから放出された電子や、更にはグリッド電
極等に反射した電子等が、フィラメントの先端付近に多
数存在する。一方、フィラメント周辺の圧力は10−3
Paから10−4Paであり、多くの残留気体が存在す
る。この残留気体とフィラメント近辺の電子が衝突する
と、気体分子はイオン化され正イオンとなる。この正イ
オンは電子ゲート電極に印加された負の電圧により、加
速されイオントラップ空間に入射する。このイオンが、
直ちにイオントラップ空間から排出され検出器により検
出されランダムノイズとなる。
As described above, in the mass spectrometry stage, the electron gate is closed (negative voltage is applied) so that the electrons do not enter the ion trap space. However, in order to stabilize emitted electrons in the filament, a current is constantly supplied from the filament power source. for that reason,
A large number of electrons emitted from the filament, electrons reflected by the grid electrode, and the like exist near the tip of the filament. On the other hand, the pressure around the filament is 10-3.
Pa to 10-4 Pa, with many residual gases present. When the residual gas collides with the electrons near the filament, the gas molecules are ionized and become positive ions. The positive ions are accelerated by the negative voltage applied to the electron gate electrode and enter the ion trap space. This ion
Immediately after it is discharged from the ion trap space, it is detected by the detector and becomes random noise.

【0014】(原因2)フィラメントから放出された電
子,光子,イオンが検出器に直接入射する。
(Cause 2) Electrons, photons and ions emitted from the filament are directly incident on the detector.

【0015】質量分析計の検出器としては、二次電子増
倍管や、イオンを電子に変換後シンチレータにより発光
させて検出する光電子増倍管等で検出する方式が用いら
れている。また、フィラメントから放出された電子や光
子は、全てがイオントラップ空間に対して入射するもの
ではなく、質量分析計が収められた真空容器内の壁面等
で乱反射する。このような電子や光子は、検出器に直接
入射してしまいノイズを発生させる。また、加速された
電子は途中で真空容器中の残留ガス分子をイオン化す
る。このイオンが検出器に直接入射してもノイズとな
る。
As a detector of the mass spectrometer, there is used a detection system such as a secondary electron multiplier or a photomultiplier which converts ions into electrons and emits light by a scintillator for detection. Further, all the electrons and photons emitted from the filament do not enter the ion trap space, but diffusely reflect on the wall surface or the like in the vacuum container in which the mass spectrometer is housed. Such electrons and photons directly enter the detector and generate noise. Further, the accelerated electrons ionize residual gas molecules in the vacuum container on the way. Even if these ions are directly incident on the detector, they become noise.

【0016】本発明は、かかる問題を解決するために成
されたものであり、具体的には、フィラメントとエンド
キャップ電極の間の電子ゲート電極を二つに分割し、イ
オン化時と質量分析時で、それぞれに印加する電圧を独
立して制御するようにしたものである。これにより、質
量分析時に不要なイオンや電子がイオントラップ空間に
導入されないようになる。
The present invention has been made to solve such a problem. Specifically, the electron gate electrode between the filament and the end cap electrode is divided into two parts, one for ionization and one for mass spectrometry. The voltage applied to each is controlled independently. This prevents unwanted ions and electrons from being introduced into the ion trap space during mass spectrometry.

【0017】また、更には、フィラメントと検出器の間
に、電子,イオンや光子を遮蔽する筒状、または板状の
電極を複数配置するようにしたものである。これによ
り、真空容器中で散乱するイオンや電子などが検出器に
直接入射することを防止することが出来る。
Further, a plurality of cylindrical or plate-like electrodes for blocking electrons, ions and photons are arranged between the filament and the detector. This can prevent ions and electrons scattered in the vacuum container from directly entering the detector.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】(第一の実施例)図1、図2、図
4を用いて本発明の第一の実施例を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 4.

【0019】まず図1において、イオントラップ質量分
析計の概略構成を説明する。イオントラップ質量分析計
は、イオン蓄積空間,またはイオントラップ空間9と呼
ばれる空間を形成するために、回転双曲面を持つ一つの
リング電極7とこれに回転対称軸の方向から隣接する双
曲面を有する2つのエンドキャップ電極6および8を備
える。これら3つの電極により囲まれた空間がイオント
ラップ空間9である。リング電極7と2つのエンドキャ
ップ電極6,8間には、主高周波電源(主RF電源)1
5から高周波を印加する。その結果、イオントラップ空
間9内に四重極高周波電界が生成され、所定範囲の質量
対電荷比(m/z)を有するイオンをトラップすること
が出来る。
First, referring to FIG. 1, a schematic structure of the ion trap mass spectrometer will be described. The ion trap mass spectrometer has one ring electrode 7 having a rotating hyperboloid and a hyperboloid adjacent to the ring electrode 7 in the direction of the axis of rotational symmetry in order to form a space called an ion storage space or an ion trap space 9. Two end cap electrodes 6 and 8 are provided. The space surrounded by these three electrodes is the ion trap space 9. A main high frequency power supply (main RF power supply) 1 is provided between the ring electrode 7 and the two end cap electrodes 6 and 8.
High frequency is applied from 5. As a result, a quadrupole high frequency electric field is generated in the ion trap space 9, and ions having a mass-to-charge ratio (m / z) within a predetermined range can be trapped.

【0020】また、エンドキャップ電極6,8には、補
助高周波電源(補助RF電源)21から電圧0〜10V
程度の補助高周波がトランス19を経て印加される。2
つのエンドキャップ電極6,8間に補助高周波が印加さ
れると、イオントラップ空間9内に二重極(ダイポー
ル)電界が発生する。これにより、特定の質量対電荷比
(m/z)のイオンが共鳴する状態となる。
The end cap electrodes 6 and 8 are supplied with a voltage 0 to 10 V from an auxiliary high frequency power source (auxiliary RF power source)
A degree of auxiliary high frequency is applied through the transformer 19. Two
When an auxiliary high frequency is applied between the two end cap electrodes 6 and 8, a dipole electric field is generated in the ion trap space 9. As a result, ions having a specific mass-to-charge ratio (m / z) resonate.

【0021】また更に、電子衝撃(EI)イオン源を有
するイオントラップ質量分析計には、フィラメント電源
1から供給される電流により加熱されることで熱電子を
放出するフィラメント2,当該フィラメント2の周囲に
設けられるグリッド電極3、筒状の電子ゲート電極5、
当該電子ゲート電極5に所定の電圧を印加する電子ゲー
ト電源18、及びイオンを検出する検出器12等が備え
られる。
Furthermore, in an ion trap mass spectrometer having an electron impact (EI) ion source, a filament 2, which emits thermoelectrons when heated by an electric current supplied from a filament power source 1, and the periphery of the filament 2. The grid electrode 3 provided on the
An electronic gate power supply 18 for applying a predetermined voltage to the electronic gate electrode 5 and a detector 12 for detecting ions are provided.

【0022】主高周波電源15や補助高周波電源21、
電子ゲート電源18等は、データ処理装置14より信号
線22,20を通じて制御される。
The main high frequency power source 15 and the auxiliary high frequency power source 21,
The electronic gate power supply 18 and the like are controlled by the data processing device 14 through the signal lines 22 and 20.

【0023】図2に、電子ゲート電極5付近の詳細な構
造を示す。本発明の電子ゲート電極5は、2つに分割さ
れている。これを第一電子ゲート電極31,第二電子ゲ
ート電極32として示す。これらの電極は、何れも筒状
の金属から成る。また、電子ゲート電源18も第一電子
ゲート電源33、第二電子ゲート電源34の二つから構
成されている。
FIG. 2 shows a detailed structure near the electronic gate electrode 5. The electronic gate electrode 5 of the present invention is divided into two. This is shown as a first electron gate electrode 31 and a second electron gate electrode 32. Each of these electrodes is made of a tubular metal. The electronic gate power source 18 is also composed of two components, a first electronic gate power source 33 and a second electronic gate power source 34.

【0024】イオントラップ質量分析計は、時間経過に
従い、幾つかの段階(モード)に分割して動作する。各
段階の動作について、図4を用いて説明する。尚、一つ
のマススペクトルを得る一周期は0.1秒から数秒程度
である。
The ion trap mass spectrometer operates by dividing it into several stages (modes) over time. The operation of each stage will be described with reference to FIG. One cycle for obtaining one mass spectrum is about 0.1 to several seconds.

【0025】(1)イオン化(イオン蓄積)の段階 図4のt0〜t1の時間に相当する間がイオン化の段階
である。
(1) Stage of Ionization (Ion Accumulation) The period corresponding to time t0 to t1 in FIG. 4 is the stage of ionization.

【0026】先ず、主高周波電源15からリング電極7
に印加する高周波の電圧を低く設定し、イオントラップ
空間9に異なる質量のイオンを同時にトラップできるよ
うにする。
First, the main high frequency power source 15 to the ring electrode 7
The high-frequency voltage applied to is set low so that ions of different masses can be simultaneously trapped in the ion trap space 9.

【0027】フィラメント2の周囲を囲うグリッド電極
3には、電子加速電源17から供給される−15Vの電
圧が印加されている。第一電子ゲート電極31には、第
一電子ゲート電源33から供給された電圧が印加され
る。第一電子ゲート電源33は、±50V〜±200V
の範囲で第一電子ゲート電極31に印加可能であるが、
ここでは、+100Vの電圧を印加する。第二電子ゲー
ト電極32には、第二電子ゲート電源34から供給され
た電圧が印加される。第二電子ゲート電源34は、+1
00V〜+300Vの範囲で第二電子ゲート電極32に
印加可能であるが、ここでは、+200Vの電圧を印加
する。
A voltage of -15 V supplied from the electron acceleration power supply 17 is applied to the grid electrode 3 surrounding the filament 2. The voltage supplied from the first electronic gate power supply 33 is applied to the first electronic gate electrode 31. The first electronic gate power supply 33 is ± 50V to ± 200V
Can be applied to the first electron gate electrode 31 within the range of
Here, a voltage of + 100V is applied. The voltage supplied from the second electronic gate power supply 34 is applied to the second electronic gate electrode 32. The second electronic gate power supply 34 is +1
The voltage can be applied to the second electron gate electrode 32 in the range of 00V to + 300V, but a voltage of + 200V is applied here.

【0028】フィラメント2から放出された熱電子4
は、グリッド電極3、第一電子ゲート電極31、第二電
子ゲート電極32と順に高くなる電位により加速され、
エンドキャップ電極6の中心に開けられた細孔から、イ
オントラップ空間9内に導入される。熱電子はここで、
ガスクロマトグラフ(GC)23などから試料ガスガイ
ドパイプ16を経て導入された試料ガスと衝突し、試料
ガス分子をイオン化する。生成したイオンはイオントラ
ップ空間9内に安定なイオン軌道10を作りトラップさ
れる。イオン化の間(10μ秒〜0.1秒程度)、フィ
ラメント2からの熱電子はイオントラップ空間9に連続
的に導入され、試料のイオン化、イオンの蓄積が継続し
て行われる。
Thermions 4 emitted from the filament 2
Is accelerated by a potential which becomes higher in order of the grid electrode 3, the first electron gate electrode 31, and the second electron gate electrode 32,
It is introduced into the ion trap space 9 from a pore opened at the center of the end cap electrode 6. Where the thermoelectrons are
It collides with the sample gas introduced from the gas chromatograph (GC) 23 through the sample gas guide pipe 16 and ionizes the sample gas molecules. The generated ions form a stable ion trajectory 10 in the ion trap space 9 and are trapped. During the ionization (about 10 μsec to 0.1 sec), the thermoelectrons from the filament 2 are continuously introduced into the ion trap space 9, and the sample is continuously ionized and the ions are accumulated.

【0029】フィラメント2周辺では、電子とガス分子
の相互作用により正イオンが生成される可能性がある。
この正イオンがイオントラップ空間9内に導入されると
ノイズとなって検出されてしまうが、生じた正イオン
は、上記に示した第一電子ゲート電極31とフィラメン
ト2(フィラメント2はグリッド電極3とほぼ同電位で
ある)の電位差により、第一電子ゲート電極31とは逆
の方向に加速される。最終的に正のイオンはグリッド電
極3に衝突し電荷を失い消滅するため、イオントラップ
空間9内に導入されることはない。
In the vicinity of the filament 2, positive ions may be generated due to the interaction between electrons and gas molecules.
When the positive ions are introduced into the ion trap space 9, they are detected as noise, but the generated positive ions are generated by the first electron gate electrode 31 and the filament 2 (the filament 2 is the grid electrode 3). Is almost the same as that of the first electron gate electrode 31). Eventually, the positive ions collide with the grid electrode 3 to lose the charge and disappear, so that they are not introduced into the ion trap space 9.

【0030】また、正イオンの他に負のイオンの生成が
考えられる。負イオンは電子と同じ極性の為、妨害に成
る可能性がある。しかし、10−3Pa程度の圧力にお
ける負イオンの生成確率は正イオンに比して1/103
から1/104程度と低く、無視できる程度のものであ
る。その結果、生成した負イオンが電子と共にイオント
ラップ空間9に導入されてもノイズを発生させる心配は
無い。
In addition to positive ions, negative ions may be generated. Negative ions have the same polarity as electrons, so they can interfere. However, the generation probability of negative ions at a pressure of about 10 −3 Pa is 1/103 that of positive ions.
It is as low as about 1/104 and is negligible. As a result, even if the generated negative ions are introduced into the ion trap space 9 together with the electrons, there is no concern that noise will be generated.

【0031】(2)質量分析の段階 図4に示すように、時刻がt1となりイオン化時間が終
了すると、次の質量分析段階に移る。第一電子ゲート電
極31では、一転して負の電圧が印加される。ここで
は、−100Vが印加される。この電位設定により、フ
ィラメント2から放出された熱電子4は加速されない。
そのため、熱電子は第一電子ゲート電極31を通過でき
ず、イオントラップ空間9に侵入する事はない。尚、第
二電子ゲート電極32と、グリッド電極3に印加された
電圧は、イオン化の段階から変わらず一定である。ここ
では、第二電子ゲート電極32には+200Vが、グリ
ッド電極3には−15Vが印加されつづける。
(2) Stage of mass spectrometry As shown in FIG. 4, when the time is t1 and the ionization time is over, the process proceeds to the next stage of mass spectrometry. A negative voltage is applied to the first electronic gate electrode 31. Here, −100V is applied. Due to this potential setting, the thermoelectrons 4 emitted from the filament 2 are not accelerated.
Therefore, thermoelectrons cannot pass through the first electron gate electrode 31 and never enter the ion trap space 9. The voltage applied to the second electron gate electrode 32 and the grid electrode 3 is constant from the ionization stage. Here, + 200V is continuously applied to the second electron gate electrode 32, and −15V is continuously applied to the grid electrode 3.

【0032】一方、データ処理装置14は、主高周波電
源15を制御してリング電極7に印加される高周波の電
圧の掃引を開始する。その結果、トラップされたイオン
は、イオンの質量毎に不安定となり、エンドキャップ電
極8の細孔からイオントラップ空間9の外に排出され
る。排出されたイオン11は検出器12により検出され
る。検出された信号は直流増幅器13で増幅され、デー
タ処理装置14に送られマススペクトルを与える。
On the other hand, the data processor 14 controls the main high frequency power supply 15 to start sweeping the high frequency voltage applied to the ring electrode 7. As a result, the trapped ions become unstable for each mass of the ions, and are ejected from the pores of the end cap electrode 8 to the outside of the ion trap space 9. The ejected ions 11 are detected by the detector 12. The detected signal is amplified by the DC amplifier 13 and sent to the data processor 14 to give a mass spectrum.

【0033】この質量分析段階においても、フィラメン
ト2は、常に熱電子を放出しつづけている。このため、
フィラメント2近傍において、電子と周囲のガスとの相
互作用により正イオンが生成される。第一電子ゲート電
極31には、電子を遮断するために負の電圧を印加して
いるため、生じた正イオンは、第一電子ゲート電極方向
に加速されてしまう。しかしながら、本発明において
は、第二電子ゲート電極32に正の電圧を印加してい
る。即ち、第一電子ゲート電極31を通過した正のイオ
ンは、第一,第二電子ゲート電極間の電位差により第二
電子ゲート電極32を通過できないようになる。これに
より、質量分析段階においても正イオンをイオントラッ
プ空間9内に導入することを防ぐことが可能となる。
Even in this mass analysis stage, the filament 2 constantly emits thermoelectrons. For this reason,
In the vicinity of the filament 2, positive ions are generated by the interaction between electrons and the surrounding gas. Since a negative voltage is applied to the first electron gate electrode 31 in order to block electrons, the generated positive ions are accelerated in the direction of the first electron gate electrode. However, in the present invention, a positive voltage is applied to the second electron gate electrode 32. That is, the positive ions that have passed through the first electron gate electrode 31 cannot pass through the second electron gate electrode 32 due to the potential difference between the first and second electron gate electrodes. This makes it possible to prevent positive ions from being introduced into the ion trap space 9 even in the mass analysis stage.

【0034】(3)リセット マススペクトルの取得が終了すると、リング電極7に印
加された高周波の電圧は一旦零にリセットされる。その
結果、イオントラップ空間9内に残っている質量の大き
いイオンは全てトラップ外に排出されるか、イオントラ
ップ内の壁に衝突し電荷を失う。
(3) Reset When the acquisition of the mass spectrum is completed, the high frequency voltage applied to the ring electrode 7 is once reset to zero. As a result, all the ions having a large mass remaining in the ion trap space 9 are ejected outside the trap or collide with the wall inside the ion trap and lose the charge.

【0035】(1)から(3)の動作により一つのマス
スペクトルが取得できる(一回目のスキャンの完了とな
る)。この(1)から(3)の動作を更に繰り返して、
連続的に複数のマススペクトルを収集する。
By the operations (1) to (3), one mass spectrum can be obtained (the first scan is completed). By repeating the operations (1) to (3),
Collect multiple mass spectra in succession.

【0036】以上に示すように、本発明においては、イ
オン化段階では、電子をイオントラップ空間9へ加速
し、且つ生じてしまった正イオンを除去するように、第
一,第二電子ゲート電極への印加電圧を制御し、質量分
析段階では、第一電子ゲート電極31で電子を除去し、
第二電子ゲート電極32では、正イオンを除去するよう
に、第一,第二電子ゲート電極への印加電圧を制御する
ことにより、ノイズとなる電子,イオンの制御が可能に
なる。つまり、イオン化段階では電子のみがイオントラ
ップ空間9に導入され、質量分析段階では電子,正イオ
ン共に遮断することができる。これにより、質量分析時
のランダムノイズの発生を抑制排除できる。
As described above, in the present invention, in the ionization stage, the first and second electron gate electrodes are accelerated so that the electrons are accelerated to the ion trap space 9 and the generated positive ions are removed. The applied voltage is controlled to remove electrons at the first electron gate electrode 31 in the mass analysis stage,
In the second electron gate electrode 32, by controlling the voltage applied to the first and second electron gate electrodes so as to remove positive ions, it is possible to control electrons and ions that become noise. That is, only electrons are introduced into the ion trap space 9 at the ionization stage, and both electrons and positive ions can be blocked at the mass analysis stage. As a result, the generation of random noise during mass spectrometry can be suppressed and eliminated.

【0037】尚、上記に示した米国特許5,734,162号に
おいては、二つの電子ゲート電極が示されており、本発
明の構造と近似している。しかしながら、米国特許5,73
4,162号では、二つの電子ゲート電極には同じ電源が接
続され、それらの機能はひとつの電子ゲート電極と同等
と考えられる。本発明のようにそれぞれの電子ゲート電
極に対する印加電圧が、独立して制御されることについ
ては、何ら開示が無い。ランダムノイズの除去は、本発
明で示されるように、二つの電子ゲート電極に対する印
加電圧をイオン化段階、質量分析段階でそれぞれ独立し
て制御することで、初めて達成される。
In the above-mentioned US Pat. No. 5,734,162, two electron gate electrodes are shown, which is similar to the structure of the present invention. However, US Pat.
In 4,162, two electronic gate electrodes are connected to the same power source, and their functions are considered to be equivalent to one electronic gate electrode. There is no disclosure that the applied voltage to each electronic gate electrode is independently controlled as in the present invention. The removal of random noise is first achieved by independently controlling the applied voltage to the two electron gate electrodes in the ionization step and the mass analysis step, as shown in the present invention.

【0038】また、ここでは、第一,第二電子ゲート電
極は、筒状の金属電極として示した。これ以外に、中央
を電子が通過できる孔を開けた円盤状の金属電極でも良
い。また、金属メッシュなどでも良い。 (第二の実施例)図3に本発明の第二の実施例の詳細を
示す。本実施例は、フィラメント2の近傍で生成された
ノイズの原因となる電子,光子,イオン等が、直接検出
器12に入射する事を防ぐ事によりノイズを軽減しよう
とするものである。
Further, here, the first and second electron gate electrodes are shown as cylindrical metal electrodes. Alternatively, a disk-shaped metal electrode having a hole through which electrons can pass in the center may be used. Alternatively, a metal mesh or the like may be used. (Second Embodiment) FIG. 3 shows details of the second embodiment of the present invention. This embodiment is intended to reduce noise by preventing electrons, photons, ions, etc., which cause noise generated in the vicinity of the filament 2, from directly entering the detector 12.

【0039】イオントラップ質量分析計は、ターボ分子
ポンプ45で排気された真空容器44内に設置されてい
る。フィラメント2,第一電子ゲート電極31,第二電
子ゲート電極32の周囲は、フィラメント2から放出加
速された電子や光子,電極表面に電子が衝突して生じた
二次電子,周囲ガスとの反応作用により生成されたイオ
ン等が多数存在する。これらの一部でも検出器12に侵
入すればランダムノイズになる。
The ion trap mass spectrometer is installed in a vacuum container 44 evacuated by a turbo molecular pump 45. Around the filament 2, the first electron gate electrode 31, and the second electron gate electrode 32, electrons and photons accelerated and emitted from the filament 2, secondary electrons generated by collision of electrons with the electrode surface, and reaction with ambient gas There are many ions and the like generated by the action. If even a part of these enters the detector 12, it becomes random noise.

【0040】この荷電粒子,光子を遮断するために、本
実施例においては、フィラメント2,第一電子ゲート電
極31,第二電子ゲート電極32の周囲を、遮蔽電極4
1で覆うようにする。遮蔽電極41は接地電位とし、イ
オンなどが衝突してもチャージアップしないようにす
る。
In order to block the charged particles and photons, in this embodiment, the periphery of the filament 2, the first electron gate electrode 31, and the second electron gate electrode 32 is surrounded by the shield electrode 4.
Cover with 1. The shield electrode 41 is set to the ground potential so as not to be charged up even when ions or the like collide.

【0041】遮蔽電極41は、荷電粒子や光子の遮蔽の
ために、孔のない金属板が有効であるが、これでは、フ
ィラメント周辺の圧力を低く保つ事はできない。フィラ
メント2の寿命をのばすため、さらにフィラメント2近
傍の電極の汚れを防止するために、フィラメント周辺の
圧力を極力下げる必要がある。そのためには、排気コン
ダクタンスを高いレベルに保つ必要がある。したがっ
て、遮蔽電極41としては、多孔性の金属板や金属メッ
シュなどが適している。
For the shield electrode 41, a metal plate without holes is effective for shielding charged particles and photons, but this cannot keep the pressure around the filament low. In order to extend the life of the filament 2 and to prevent the electrode near the filament 2 from being contaminated, it is necessary to reduce the pressure around the filament as much as possible. For that purpose, it is necessary to maintain the exhaust conductance at a high level. Therefore, as the shield electrode 41, a porous metal plate or a metal mesh is suitable.

【0042】また、電子等が遮蔽電極41を通過してし
まうことも考えられるため、通過した電子等を捉えるた
めに、板状のシールド電極42,43を備える。シール
ド電極42,43は、エンドキャップ電極6、8の周囲
に設置する。これはエンドキャップ電極6,8がほぼ接
地電位で動作するのに対し、リング電極7には20kV
(peak to peak)近い高周波電位が印加されるため、接
地電位のシールド電極をリング電極に近づけることが得
策でないためである。シールド電極42,43は、金属
製の板でも、メッシュでもよい。また、2つのメッシュ
板を組合せて、排気コンダクタンスを保ったまま荷電粒
子の捕捉を能率良く行うようにする事もできる。第一の
実施例および第二の実施例は組合せることができる。こ
の場合の構造は、図3に示すようになる。第一の実施例
で示した二つの電子ゲート電極の制御と、第二の実施例
で示したシールド電極の作用により、より確実に検出器
への不要な電子等の入射を防止することが出来、ランダ
ムノイズが発生する可能性を更に低減することが可能と
なる。
Since it is possible that electrons and the like pass through the shield electrode 41, plate-shaped shield electrodes 42 and 43 are provided in order to capture the passed electrons and the like. The shield electrodes 42 and 43 are installed around the end cap electrodes 6 and 8. This is because the end cap electrodes 6 and 8 operate at almost ground potential, while the ring electrode 7 has 20 kV.
This is because a high-frequency potential close to (peak to peak) is applied, and it is not advisable to bring the shield electrode at the ground potential closer to the ring electrode. The shield electrodes 42 and 43 may be metal plates or meshes. It is also possible to combine two mesh plates to efficiently capture charged particles while maintaining the exhaust conductance. The first and second embodiments can be combined. The structure in this case is as shown in FIG. By controlling the two electron gate electrodes shown in the first embodiment and the action of the shield electrode shown in the second embodiment, it is possible to more reliably prevent unnecessary electrons from entering the detector. It is possible to further reduce the possibility that random noise will occur.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上に示したように、本発明では、質量
分析時のランダムノイズが減少し、より微量な成分のマ
ススペクトルが高感度に得られる。また、マススペクト
ルの解析もノイズに邪魔される事がない。更にトータル
イオンクロマトグラム(TIC)のノイズも減少するた
め、より微量成分の高感度定量分析が可能になる。
As described above, according to the present invention, random noise at the time of mass spectrometry is reduced, and a mass spectrum of a trace amount of component can be obtained with high sensitivity. Moreover, the analysis of the mass spectrum is not disturbed by noise. Furthermore, since noise in the total ion chromatogram (TIC) is also reduced, highly sensitive quantitative analysis of a trace amount of components becomes possible.

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

【図1】本発明の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第2の実施例を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の動作説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation of the present invention.

【図5】従来の装置による測定結果を説明するためのマ
ススペクトルを示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a mass spectrum for explaining a measurement result by a conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…フィラメント電源、2…フィラメント、3…グリッ
ド電極、4…電子、5…電子ゲート電極、6…エンドキ
ャップ電極、7…リング電極、8…エンドキャップ電
極、9…イオントラップ空間、10…トラップされたイ
オン、11…イオン、12…検出器、13…直流増幅
器、14…データ処理装置、15…主高周波電源、16
…試料ガスガイドパイプ、17…グリッド電源、18…
電子ゲート電源、19…トランス、20…信号線、21
…補助高周波電源、22…信号線、23…ガスクロマト
グラフ、31…第一電子ゲート、32…第二電子ゲー
ト、33…第一電子ゲート電源、34…第二電子ゲート
電源、41…遮蔽電極、42…シールド電極、43……
シールド電極、44…真空容器、45…ターボ分子ポン
プ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Filament power supply, 2 ... Filament, 3 ... Grid electrode, 4 ... Electron, 5 ... Electronic gate electrode, 6 ... End cap electrode, 7 ... Ring electrode, 8 ... End cap electrode, 9 ... Ion trap space, 10 ... Trap Generated ions, 11 ... Ions, 12 ... Detector, 13 ... DC amplifier, 14 ... Data processing device, 15 ... Main high frequency power supply, 16
… Sample gas guide pipe, 17… Grid power supply, 18…
Electronic gate power source, 19 ... Transformer, 20 ... Signal line, 21
... auxiliary high frequency power supply, 22 ... signal line, 23 ... gas chromatograph, 31 ... first electronic gate, 32 ... second electronic gate, 33 ... first electronic gate power supply, 34 ... second electronic gate power supply, 41 ... shield electrode, 42 ... Shield electrode, 43 ...
Shield electrode, 44 ... Vacuum container, 45 ... Turbo molecular pump.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 49/00 - 49/42 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01J 49/00-49/42

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】 (57) [Claims] 【請求項1】電子を放出するフィラメント、イオントラ
ップ空間を形成するためのリング電極と一組のエンドキ
ャップ電極、前記フィラメントと前記エンドキャップ電
極間に備えられた第一の電子ゲート電極と第二の電子ゲ
ート電極、前記イオントラップ空間から放出されたイオ
ンを検出する検出器を有するイオントラップ質量分析計
を用いた質量分析方法において、 前記第一及び第二の電子ゲート電極に正の電圧を印加
し、フィラメントからの電子を前記イオントラップ空間
に導き、試料をイオン化するイオン化ステップ、 前記第一の電子ゲート電極には負の電圧,前記第二の電
子ゲート電極には正の電圧を印加し、前記リング電極に
印加する高周波電圧を掃引して前記イオントラップ空間
中のイオンを連続的に放出して検出する質量分析ステッ
プと、を有することを特徴とする質量分析方法。
1. A filament for emitting electrons, a ring electrode for forming an ion trap space and a pair of end cap electrodes, a first electron gate electrode provided between the filament and the end cap electrode, and a second electrode. In the mass spectrometric method using an ion trap mass spectrometer having an electron gate electrode and a detector for detecting ions emitted from the ion trap space, a positive voltage is applied to the first and second electron gate electrodes. Then, the electron from the filament is introduced into the ion trap space, an ionization step of ionizing the sample, a negative voltage is applied to the first electron gate electrode, and a positive voltage is applied to the second electron gate electrode, Mass component for continuously detecting and ejecting ions in the ion trap space by sweeping high frequency voltage applied to the ring electrode Mass spectrometry method characterized by comprising the steps, a.
【請求項2】前記請求項1において、 前記イオン化ステップにおいては、第一の電子ゲート電
極よりも第二の電子ゲート電極に高い電圧を印加するこ
とを特徴とする質量分析方法。
2. The mass spectrometric method according to claim 1, wherein a voltage higher than that of the first electron gate electrode is applied to the second electron gate electrode in the ionization step.
【請求項3】前記請求項1において、 前記質量分析ステップにおいては、第一の電子ゲート電
極よりも第二の電子ゲート電極に、絶対値で高い電圧を
印加することを特徴とする質量分析方法。
3. The mass spectrometric method according to claim 1, wherein in the mass spectrometric analysis step, a voltage higher in absolute value is applied to the second electronic gate electrode than the first electronic gate electrode. .
【請求項4】イオントラップ空間に導入された試料をフ
ィラメントから放出された電子によりイオン化し質量分
析し、イオントラップ空間から排出されたイオンを検出
器により検出してマススペクトルを得るイオントラップ
質量分析計において、 第一及び第二の電子ゲート電極をフィラメントとエンド
キャップ電極の間に配置し、 イオン化時に、前記第一及び第二の電子ゲート電極に正
の電圧を印加し、質量分析時に、前記第一の電子ゲート
電極には負の電圧,前記第二の電子ゲート電極には正の
電圧を印加するように制御する印加電圧制御部を備えた
ことを特徴とするイオントラップ型質量分析計。
4. An ion trap mass spectrometric analysis for obtaining a mass spectrum by ionizing a sample introduced into the ion trap space with an electron emitted from a filament and mass spectrometrically detecting the ion ejected from the ion trap space by a detector. In the meter, the first and second electron gate electrodes are arranged between the filament and the end cap electrode, a positive voltage is applied to the first and second electron gate electrodes during ionization, and the An ion trap mass spectrometer, comprising: an applied voltage control unit for controlling to apply a negative voltage to the first electronic gate electrode and a positive voltage to the second electronic gate electrode.
【請求項5】請求項4において、前記第1および第2の
電子ゲート電極を覆う遮蔽電極を備えたことを特徴とす
るイオントラップ型質量分析計。
5. The ion trap mass spectrometer according to claim 4, further comprising a shield electrode that covers the first and second electron gate electrodes.
【請求項6】請求項5において、前記遮蔽電極は、接地
電位に維持されることを特徴とするイオントラップ型質
量分析計。
6. The ion trap mass spectrometer according to claim 5, wherein the shield electrode is maintained at a ground potential.
【請求項7】請求項5において、前記遮蔽電極は、多孔
性の金属板、あるいは金属のメッシュから成ることを特
徴とするイオントラップ型質量分析計。
7. The ion trap mass spectrometer according to claim 5, wherein the shield electrode is made of a porous metal plate or a metal mesh.
【請求項8】請求項4において、前記エンドキャップ電
極の周囲に、板状シールド電極を備えたことを特徴とす
るイオントラップ型質量分析計。
8. The ion trap mass spectrometer according to claim 4, wherein a plate-shaped shield electrode is provided around the end cap electrode.
【請求項9】請求項8において、前記板状シールド電極
は、金属性の板あるいはメッシュであることを特徴とす
るイオントラップ型質量分析計。
9. The ion trap mass spectrometer according to claim 8, wherein the plate-shaped shield electrode is a metal plate or mesh.
JP2000368699A 1999-12-02 2000-12-04 Ion trap mass spectrometry method and ion trap mass spectrometer Expired - Fee Related JP3536029B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000368699A JP3536029B2 (en) 1999-12-02 2000-12-04 Ion trap mass spectrometry method and ion trap mass spectrometer

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11-342837 1999-12-02
JP11-342835 1999-12-02
JP34283599A JP3756365B2 (en) 1999-12-02 1999-12-02 Ion trap mass spectrometry method
JP2000368699A JP3536029B2 (en) 1999-12-02 2000-12-04 Ion trap mass spectrometry method and ion trap mass spectrometer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001222971A JP2001222971A (en) 2001-08-17
JP3536029B2 true JP3536029B2 (en) 2004-06-07

Family

ID=26577374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000368699A Expired - Fee Related JP3536029B2 (en) 1999-12-02 2000-12-04 Ion trap mass spectrometry method and ion trap mass spectrometer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3536029B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103926307A (en) * 2014-04-28 2014-07-16 南京工业大学 Method for rapidly determining melamine in milk and milk product
CN110494955B (en) * 2017-04-10 2022-04-26 株式会社岛津制作所 Ion analysis device and ion cracking method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001222971A (en) 2001-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0970504B1 (en) Time of flight mass spectrometer and dual gain detector therefor
JP2753265B2 (en) Plasma ionization mass spectrometer
US7291845B2 (en) Method for controlling space charge-driven ion instabilities in electron impact ion sources
US6541766B2 (en) Ion trap mass spectrometry and ion trap mass spectrometer
US7825374B2 (en) Tandem time-of-flight mass spectrometer
JP2014122908A (en) System and method for performing charge monitoring mass spectrometry of specimen biological particle
JPH0359547B2 (en)
US5464975A (en) Method and apparatus for charged particle collection, conversion, fragmentation or detection
JP3010741B2 (en) Chemical ionization mass spectrometry using a notch filter
Penent et al. New method for the study of dissociation dynamics of state-selected doubly charged ions: application to CO 2+
JP3084749B2 (en) Filtered noise signal mass spectrometry
JP2003203601A (en) Detecting device for chemical matter and detecting method for chemical matter
JP3300602B2 (en) Atmospheric pressure ionization ion trap mass spectrometry method and apparatus
US6982415B2 (en) Controlling ion populations in a mass analyzer having a pulsed ion source
US20020020817A1 (en) Mass spectrometry detector
JPH09506993A (en) Mass spectrometry method and apparatus with ion detection in traps
JP3536029B2 (en) Ion trap mass spectrometry method and ion trap mass spectrometer
Glish et al. Improved performance of a tandem quadrupole/time-of-flight mass spectrometer
Strobel et al. Neutral-ion correlation measurements: a novel tandem mass spectrometry data acquisition mode for tandem magnetic sector/reflectron time-of-flight instruments
Schriemer et al. Laser‐induced surface ionization in a time‐of‐flight mass spectrometer
JP2003279543A (en) Detection method for chemical substance and detection device therefor
JP2000306545A (en) Mass spectrometer and mass spectrometry
JP3664977B2 (en) Chemical substance detection device
JP2001210267A (en) Particle detector and mass spectrograph using it
JP2002189018A (en) Detection device for chemical substance

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20040219

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040302

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040315

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 3536029

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090319

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090319

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100319

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110319

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110319

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120319

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130319

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130319

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140319

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees