JP3855593B2 - 質量分析装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、飛行時間型質量分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
公知例１（U.S.Patent 5689111）には、イオンガイドを通して連続イオン流を生成し、その一部分をイオン流に対して直角方向に電場加速して飛行時間測定する飛行時間型質量分析装置が開示されている。この装置では、飛行時間測定中にはイオンガイドにイオンをトラップしておくことによりイオンの利用効率を向上して感度が向上されている。公知例２（B.M.Chien,S.M.Michael and D.M.Lubman,Rapid Commun.Mass Spectrom.7(1993)837.）には、四重極イオントラップと飛行時間型質量分析計とを結合した質量分析装置が開示されている。断続的または連続的に生成されたイオンをイオントラップに捕捉・蓄積した後に飛行時間型質量分析を行なう。イオントラップにイオンを蓄積することができるため高感度な分析が可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
公知例１の質量分析装置では、イオン流の方向に関するイオンの空間的・エネルギー的拡がりが大きく、トラップしたイオンの一部しか検出できない。これに対して公知例２の質量分析装置では、トラップしたイオンの殆どすべてを検出することができる。しかしながらイオントラップにはイオンの捕捉効率を向上するため、およびイオンの空間的・エネルギー的拡がりを低減して質量分解能を向上する目的で、イオントラップ内部にダンピング用のヘリウムガスが導入される。しかしながら、イオントラップからイオンを射出する際には、ヘリウムガスはイオンの進行を妨害して逆に分解能の低下を招く。そのため、遺伝子や蛋白などの高分子量試料の分析においては十分な分解能が得られなかった。本発明の目的は、従来技術の問題を解消した高感度かつ高分解能な質量分析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】
四重極イオントラップにイオンを蓄積した後にイオンを射出し、高真空部に達してから射出方向に直交する加速電場を形成して飛行時間測定する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の一実施例である質量分析装置の構成図を示す。イオン源１において連続的または断続的に生成されたイオンは、サンプリングオリフィス２から真空装置の低真空部３に導入され、ゲート電極４を通過して四重極イオントラップ５に入射する。ダンピング用のヘリウムガスはガス管６より四重極イオントラップ５内部に導入される。四重極イオントラップ５から射出されたイオンは、ピンホール７を通過して高真空部８に入射し、加速電極９により電場加速されて斜め前方に向かって飛行し、電極１０と電極１１との間でさらに加速され、電極１１で囲まれた無電場空間を飛行して、リフレクトロン１２に入射する。電極１０はイオンを通過させるためにメッシュ状であるが、外周部は板状であり、全体の外形は加速電極９とほぼ等しい。そのため加速電極９に加速電圧を印加してから加速部１８に進入したイオンは直ちに加速されて電極１０の外周部に衝突して検出器には到達しない。リフレクトロン１２内でイオンは反転し再び無電場空間を飛行し、静電レンズ３２を通過して検出器１３に到達する。二段加速とリフレクトロンを用いることにより、加速部１８内でのイオンの空間的拡がり（加速方向に関する）による時間拡がりを検出面の位置において収束させることができるため、高分解能が得られる。リフレクトロンの使用により装置サイズが小さくなる効果もある。静電レンズ３２を用いてイオン軌道を収束させることにより小型の検出器が使用できる。制御部１４は、スイッチ４８、４９および５２を切り替えることにより、ゲート電極４、リング電極１５、エンドキャップ電極１６および１７、加速電極９への印加電圧を制御する。
【０００６】
図２に、本発明の一実施例である質量分析装置における電圧制御シーケンスを示す。ゲート電極４にはイオンが通過し得る電圧Ｖinとイオンが通過し得ない電圧Ｖoutとをそれぞれ時間Ｔ１およびＴ２だけ交互に繰り返して印加する。ゲート電極４に電圧Ｖinが印加されている間、リング電極１５には高周波電圧が印加される。ゲート電極の電圧がＶoutに切り替わった後、リング電極１５には適当な直流電圧Ｖringが一定時間Ｔ３（＜Ｔ１）だけ印加される。リング電極１５に電圧Ｖringが印加されるのと同時にエンドキャップ電極１６および１７に適当な直流電圧Ｖend16およびＶend17が一定時間Ｔ３だけ印加される。一定時間Ｔ３が過ぎてからゲート電極４の電圧がＶinに切り替わる。電圧Ｖring、Ｖend16およびＶend17は、正イオン測定の場合にはＶend16＞Ｖring＞Ｖend17、負イオン測定の場合にはＶend16＜Ｖring＜Ｖend17となるような値とする。リング電極１５に高周波電場を印加したままで電圧Ｖring、Ｖend16、Ｖend17を印加してもイオンの射出は可能であるが、射出されたイオンの空間拡がりが大きくなり感度が低下する。リング電極１５に電圧Ｖringが印加されてから時間Ｔ４を経た後に、加速電極９に一定時間Ｔ５だけ加速電圧Ｖaccを印加する。ここでＴ４＋Ｔ５＜Ｔ２＋Ｔ３である。加速電極９にはＶaccを印加していない間は電圧Ｖ0が印加されている。電圧Ｖ0は電極１０に常時印加されている電圧と同一である。
【０００７】
図３に、本発明の一実施例である質量分析計の別の構成図を示す。四重極イオントラップ５として平板型の四重極を用いる。平板型四重極は４枚の平行平板電極２１〜２４で構成され、両端の２枚はエンドキャップ電極２１および２４、中間の２枚はリング電極２２および２３である。2枚のリング電極２２および２３には同一の高周波電圧を印加する。平板型四重極イオントラップでは均一な加速電場を形成できるため、（１）イオンビームの拡がりが小さい、（２）二段加速による空間収束位置の制御が容易であり、（３）収束効果も良好である利点がある。二段加速による空間収束位置を検出位置またはその近傍に設定することにより、検出器１３の検出面内でのイオンの拡がりが低減され感度が向上される。
【０００８】
図４に、本発明の一実施例である質量分析装置のさらに別の構成図を示す。ピンホール７を通過したイオンは、静電レンズ３０およびスリット３１を通過して加速部１８に到達する。静電レンズを用いることによりイオンの空間およびエネルギー拡がりを抑えることができるため、分解能が向上される。スリットを用いることによりイオンの空間的拡がりを小さくすることにより分解能が向上される。
【０００９】
図５に、本発明の一実施例である質量分析計のさらに別の構成図を示す。四重極イオントラップ５から出射したイオンの進行方向に対して加速部１８の加速電場の方向は９０度より大きい。この場合、m/zの小さいイオンほど加速距離が長いため獲得する運動エネルギーが大きい。一方、加速方向に垂直な方向の運動エネルギーはm/zに依らず一定である。そのため適当な条件を設定することにより、検出器の検出面におけるイオンの入射領域を狭めることができる。そのため小型の検出器を利用できる。あるいは検出器の大きさが一定の場合には測定可能な質量範囲を広げることができる。検出器直前に静電レンズを配置してイオン軌道を収束させる方法では分解能が若干低下するのに対して、この方式では分解能が低下しない。
【００１０】
【発明の効果】
イオンを高真空部に移動させてから電場加速して飛行時間測定することにより、ダンピング用のヘリウムガスなどとの衝突頻度が低減し分解能が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である質量分析装置の構成図。
【図２】本発明の一実施例である質量分析装置における電圧制御シーケンス。
【図３】本発明の一実施例である質量分析計の別の構成図。
【図４】本発明の一実施例である質量分析計のさらに別の構成図。
【図５】本発明の一実施例である質量分析計のさらにまた別の構成図。
【符号の説明】
１・・・イオン源、２・・・サンプリングオリフィス、３・・・低真空部、
４・・・ゲート電極、５・・・四重極イオントラップ、６・・・ガス管、
７・・・ピンホール、８・・・高真空部、９・・・加速電極、１０、１１・・・電極、
１２・・・リフレクトロン、１３・・・検出器、１４・・・制御部、１５リング電極、
１６、１７・・・エンドキャップ電極、１８・・・加速部、１９・・・隔壁、
２１、２４・・・エンドキャップ電極、２２、２３・・・リング電極、
３０、３２・・・静電レンズ、３１・・・スリット、
４１〜４７、５０、５１、５３・・・直流電源、４８、４９、５２・・・スイッチ。

Claims (2)

1. イオン源と、リング電極と該リング電極を挟んで配置されるエンドキャップ電極とから構成されるイオントラップと、該イオントラップから射出されたイオンを加速電場により加速する加速部と、加速された前記イオンの飛行時間を測定する飛行時間測定部とを備え、前記加速電場の方向と前記イオントラップからの前記イオンの射出方向は９０度より大きい角度をなすことを特徴とする質量分析装置。
2. 請求項１に記載の質量分析装置において、前記リング電極及び前記エンドキャップ電極は相互に平行な平板電極であることを特徴とする質量分析装置。

Images