JP4186888B2 - 質量分析装置及び質量分析方法 - Google Patents
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Description
MSの大気圧イオン源20に導入される。導入された成分は、大気圧イオン源20でイオン化される。生成したイオンは油回転ポンプ22で排気された中間圧力室21を経て、ターボ分子ポンプ26により排気された高真空室80に導入される。イオンはこの高真空室80に置かれた質量分析計82により質量分析され、検出器83によりイオン電流として検出される。最終的にデータ処理装置84によりマススペクトルやマスクロマトグラムなどを与える。
APCI/SSI)を切り替えたり、イオン化の極性を切り替えたり、移動相,カラム等の分析条件の変更などを頻繁に行っている。
LCカラムに移動相を流しコンデショニングを行う。標準試料によるキャリブレーションなど行う。
Society for Mass Spectrometry 第3巻(1992年)695ページから705ページ
(非特許文献1)に示されている。これは、2つの大気圧イオン源で生成したイオンをY字形のキャピラリの2つの入り口から別々に取り込み、質量分析計に送り込むものである。どちらか一方からのイオンを大気圧下からサンプリングすれば、イオン源の機械的な交換無しに、イオン源を切り替える事が出来る。しかし、この方式においては大きな問題がある。一つの分析を行う場合、2つのイオン源の内、一方は稼動状態、もう一方は不稼動状態である事が必要である。不稼動状態にするにはイオン源の電源を遮断した上、更に
LCからの送液も停止する必要がある。それはY字形キャピラリの2つの入り口からイオンと中性のLC溶液の気体分子が吸入されると、Y字形キャピラリの途中でイオンと溶液分子との混合が起きる。そこで、イオン分子反応が起きてしまい、正しいマススペクトルを与えなくなる恐れが有る。しかし、LCの停止はLC分析を行っている間は全く不可能である。そのため、この方式ではイオン源交換の機械的な手間は省けても、LC/MS分析の測定効率向上は図れない。
LC30から溶出する場合、一方のLCしか分析できない。また、切り替えバルブ190および連結パイプ34中で2つの溶離液が混合する恐れが有るため、高速のLCの切替はできない。
図1は、本発明による大気圧イオン化LC/MS装置の一実施例を示す。
27に導入される。ここでイオンは、イオン加速電極23に印加されたイオン加速電圧
Va1により加速され、静電偏向器70に入射する。この静電偏向器70によりイオンは偏向を受け静電偏向器第二電極72の中央に開けられた細孔73から出射する。アインツエルレンズ25により再び収束されたイオンは、ターボ分子ポンプ86で排気された別の真空室80に導入される。真空室80内に置かれた質量分析計82により、イオンは質量分析され検出器83でイオン電流として検出される。データ処理装置84はデータを整理し、マススペクトルやマスクロマトグラムを与える。制御装置85はデータ処理の制御の基で、LC10,30やイオン源20,40および質量分析計82などを制御する。
33などで構成される。試料は第二のイオン源40でイオン化される。生成したイオンは中間圧力室41を経て、イオン加速電極43や静電偏向器70が置かれた真空室に導かれる。
61,63のイオン加速電圧をOffとすればよい。
76は細孔73を通過できない。また、イオン加速電圧Vaが低い場合、逆にイオンビーム75は静電界で大きく偏向され、細孔73の手前で電極72に衝突してしまう。イオンビーム75は細孔73を通過できない。
(1)各イオン源を動作状態とする。
(2)t1で、静電偏向器70の印加電圧Vdを印加する。
(3)第一,第二,第三,…全てのイオン源のイオン加速電圧Vaを接地電位とする。
(4)わずかな待ち時間t11後、第一のイオン源の加速電圧Va1を掃引する。この場合、前回測定時の値Va1のデータがあれば、零からではなく、このVa1の±10%程度を掃引すれば、十分であり時間の節約にもなる。掃引しながら、質量分析計82により、全イオン量または、特定イオンのイオン電流値を計測する。
(5)イオン電流値が最大値となる点が、イオン加速電圧Va1の最適値である。即ち、細孔73を通過したイオンが最大となる点Va1が求まる。この時の加速電圧Va1をデータ処理装置84は記憶する。
(6)同様に、第二,第三,…のイオン源について、Va2,Va3…を求める。これにより、各イオン源の最適イオン加速電圧Vaは決定され、データ処理装置84により、イオン源の選択が可能になる。
(1)各イオン源を動作状態とする。
(2)第一,第二,第三,…のイオン源のイオン加速電圧Vaを接地電位とする。
(3)静電偏向器の印加電圧Vdを接地電位とする。
(4)t1で、第一のイオン源の加速電圧Va1を印加する。
(5)t11から、静電偏向器の印加電圧Vdを掃引する。この場合、前回測定時のVdのデータがあれば、零からではなく、このVdの値の±10%程度を掃引すれば、十分であり時間の節約にもなる。掃引しながら、質量分析計82により、全イオン量または、特定イオンのイオン電流値を計測する。
(6)イオン電流値が最大値となる点が、静電偏向器の印加電圧Vd1の最適値である。即ち、細孔73を通過したイオンが最大となる点が求まる。この時の加速電圧Vd1をデータ処理装置84は記憶する。
(7)同様に、第二,第三、のイオン源について、Vd2,Vd3…を求める。これにより、各イオン源毎の最適静電偏向器印加電圧Vdは決定され、データ処理装置84により、イオン源の選択が可能になる。
(第二の実施例)
図14に本発明の第二の実施例を示す。
(第三の実施例)
図15に、第三の実施例の模式図を示す。図15は、ガスクロマトグラフ(以下、GC)とMSを接続した所謂GC/MSであり、GCを2組接続した例である。
LC/MSの場合と異なり、イオン源はターボ分子ポンプ26で排気された独立の真空室に配置される。
(第四の実施例)
図16に、第四の実施例を示す。図16に示される構成は、LCとGCが同時にMSに接続されている例である。
22で真空排気された中間圧力室を経て、ターボ分子ポンプ26により排気された真空室に導かれる。イオンはイオン加速電極23に印加されたイオン加速電圧Va1により加速された後、静電偏向器70に入射し、偏向される。イオンはさらに細孔73を経てターボ分子ポンプ86で排気された真空室80に入り、質量分析計82により質量分析される。
(第五の実施例)
図17には元素の定性,定量分析に用いられるプラズマイオン源(誘導結合プラズマ
(ICP)またはマイクロウエーブ誘導プラズマ(MIP))を2つ接続した質量分析装置の例を示す。
121,131から試料が混合され、プラズマイオン源124,134に供給される。誘導コイル122,132に供給される高周波の誘導により、Arは高温のプラズマ123,133となる。Ar中の金属元素は高温のプラズマ中でイオン化される。生成したイオンは、油回転ポンプ22,42で排気された中間圧力室を経て、ターボ分子ポンプ26で真空排気された真空室に導かれる。真空室に導入されたイオンは、イオン加速電極23,43に印加されたイオン加速電圧により加速された後、静電偏向器70により偏向される。
MIPを混在させて設置することも可能である。
(第六の実施例)
上記第一〜第五の実施例では、複数のイオン源を静電偏向器70の周囲に配置し、イオン源をイオン加速電圧Vaと静電偏向器の電界の組合せにより自由に選択できる事を示した。そこで第六の実施例として、これら複数のイオン源の具体的な切り替えタイミングについて示す。
t5の間のt4でもイオン源が切り替えられる。これにより、データ処理装置84の記憶装置には、奇数周期のデータは第一のイオン源、偶数周期は第二のイオン源に由来するデータがファイルされる。また、さらにそれらデータは順にm1,m2,…と順に、収集した質量のイオン量のデータが記録されている。データ処理装置84は整理しクロマトグラムをCRTやプリンタに出力できる。
(第七の実施例)
前述までの実施例では、イオン加速電極23と静電偏向器70の間は、直接イオンが導入されるように説明したが、この間には、質量分析計で多用されている、静電レンズ,高周波多極(四重極,六重極,八重極,…など)イオンガイドなどを挿入することもできる。
70の間に置く事により、イオンの透過効率を大きく改善する事ができる。イオン源20で生成されたイオンは前述のようにイオン加速電圧Vaにより加速される。イオンの加速される領域は、大気圧から真空の室にイオンと大気分子が導入される領域である。そのため、圧力が高く、高真空は望めない。加速されたイオンは残留気体分子と衝突し、運動エネルギを失う事になる。イオンの加速と運動エネルギの消滅が起きる事により、最終的にイオンの運動エネルギに広がりができる。この運動エネルギの広がりは、図10に示したように、静電偏向器70内でイオンビームの広がりとして現れる。これによりイオン源
20で生成したイオンの一部が失われる。この損失をカバーするために、高周波多極イオンガイド87が用いられる。この高周波多極イオンガイド87は、イオンをイオンガイドの中心軸方向に収束させるとともに、残留気体分子とイオンとの衝突により、イオンの速度を平均化させる事(エネルギの平準化)ができるため、静電偏向器70におけるイオンの偏向によるイオンビームの広がりを防ぐ事ができる。すなわち、イオンビームを偏向し、効率良く細孔73を通す事ができる。細孔73を通過したイオンビームに広がりがある場合は、前述のようにアインツェルレンズを設けてイオンを収束させることができる。また、高周波多極イオンガイドを静電偏向器70と質量分析計82の間に設置してイオンを効率よく質量分析計に導くことができる。
Offによるとしたが、第一の実施例の中で示したように、イオン加速電圧と静電偏向器の印加電圧の組合せを意図的にずらす事でもイオンビームを遮断できる。
(第八の実施例)
前述までの実施例は、静電偏向器70によりイオンを偏向していたが、これ以外にも四重極偏向器を用いても本発明を実現できる。
81aと81c,81bと81dの二組の電極間に直流電圧を印加する。イオンは四重極電極の長手(Z軸)方向ではなく、側面(XY平面)の電極間より入射させる。例えば、正のイオンビーム88を側面(Y軸方向)から入射し、電極81a,81cに負の電位、電極81b,81dに正の電位を印加すると、イオンは90度偏向され、四重極偏向器
81の電極81bと81cの間、即ちX軸方向89から外部に出射する。このように四重極偏向器81は、イオンを簡単に90度偏向することができる。
20からのイオンは、90度偏向され、質量分析計82に導かれる。このとき、第二のイオン源40からのイオンは、電極81aと81bの間から入射しているが、入射したイオンは破線のように偏向され、イオン捕捉器28に捉えられ、決して質量分析計82に入射することはない。
(第九の実施例)
図28に、第九の実施例を示す。本実施例は、第八の実施例に備えられていたイオン捕捉器28の代わりに、新たに第三のイオン源60が備えられたものである。四重極偏向器を用いる点は第八の実施例と変わりはない。
40で生成したイオンは同様に直進するため(破線)、質量分析計82に導入されることはない。
GC/MS,プラズマイオン化MSの測定を、1台のMSで同時に行うことができる。
(SIMS)イオン源(これらの3つイオン源は、何れも高真空下で動作する),グロー放電イオン源等が広く使われる。本発明に適用可能なこれらのイオン源は、大気圧下で動作させるもの、高真空下で動作させるもの等種々あるが、いずれも前述の方法で組合わせ使用が可能になる。
123,133…プラズマ、124,134…プラズマイオン源、160,170…ディフレクター電極、190…流路切り替えバルブ、191…ドレイン用ビーカ、200…ガスクロ用イオン源。
Claims (8)
- イオン源で生成したイオンを質量分析計に導き質量分析する質量分析装置において、
複数のイオン源と、
当該複数のイオン源の内、少なくとも一のイオン源からのイオンを静電界によって前記質量分析計へ向かうように偏向する2枚の平板電極から成る静電偏向器と、
前記静電偏向器の質量分析計側の平板電極に設けられたイオンを通過させる細孔と、
前記イオン源毎に備えられるイオン加速電極と、
前記イオン加速電極への印加電圧の制御により、前記任意のイオン源のイオンを前記静電偏向器へ導入し、前記細孔を通過させることを特徴とする質量分析装置。 - 請求項1の質量分析装置において、
前記静電偏向器の2枚の平板電極のそれぞれは、前記質量分析計へイオンが導入される軸上で、平行となるように配置され、
前記複数のイオン源は、前記平行に配置された平板電極間にイオンを導入できる位置に配置され、
当該静電偏向器と複数のイオン源から成る配列の面は、前記質量分析計と前記静電偏向器とを結ぶ軸と、直角に交わるように配置されることを特徴とする質量分析装置。 - 請求項1の質量分析装置において、
前記イオン加速電極と前記静電偏向器の間に備えられたイオンを収束するイオンガイドを備えたことを特徴とする質量分析装置。 - 請求項1の質量分析装置において、
前記複数のイオン源は、エレクトロスプレイイオン源,大気圧化学イオン化イオン源,結合誘導プラズマイオン源,マイクロ波誘導イオン源,電子イオン化イオン源,化学イオン化イオン源,レーザイオン化イオン源,FABイオン源,二次イオン化(SIMS)イオン源,グロー放電イオン源の何れかであることを特徴とする質量分析装置。 - 少なくとも片方の電極にイオンを通過させる細孔を有する2枚の平板電極からなる静電偏向器と、当該静電偏向器の電極間にイオンを導入できる位置に配置された複数のイオン源と、各イオン源毎に備えられイオン源からのイオンを加速するイオン加速電極と、当該イオン源からのイオンを質量分離する質量分析計とを備え、前記複数のイオン源からのイオンを選択的に前記質量分析計に導いて測定を行う質量分析方法であって、
前記各イオン加速電極と前記静電偏向器には、前記静電偏向器の細孔にイオンを導くように電圧が印加され、
測定すべきイオン源を選択する際には、測定を行わないイオン源の前記イオン加速電極への印加電圧を変更することを特徴とする質量分析方法。 - 少なくとも片方の電極にイオンを通過させる細孔を有する2枚の平板電極からなる静電偏向器と、当該静電偏向器の電極間にイオンを導入できる位置に配置された複数のイオン源と、各イオン源毎に備えられイオン源からのイオンを加速するイオン加速電極と、当該イオン源からのイオンを質量分離する質量分析計とを備え、前記複数のイオン源からのイオンを選択的に前記質量分析計に導いて測定を行う質量分析方法であって、
前記各イオン加速電極のそれぞれに異なる電圧を印加し、
測定すべきイオン源を選択する際には、選択したイオン源からのイオンが前記静電偏向器の細孔に導入されるように前記静電偏向器への印加電圧を変更することを特徴とする質量分析方法。 - 少なくとも片方の電極にイオンを通過させる細孔を有する2枚の平板電極からなる静電偏向器と、当該静電偏向器の電極間にイオンを導入できる位置に配置された複数のイオン源と、各イオン源毎に備えられイオン源からのイオンを加速するイオン加速電極と、当該イオン源からのイオンを質量分離する質量分析計とを備えた質量分析装置における、前記イオン源からのイオンを前記細孔へ導くために、前記イオン加速電極と前記静電偏向器へ印加すべき電圧を設定する方法であって、
静電偏向器の印加電圧を固定し、
設定すべきイオン源以外のイオン源に対応するイオン加速電極への印加電圧を接地電位として、設定すべきイオン源に対応したイオン加速電圧を掃引し、
イオン電流が最大となる時の印加電圧を当該掃引を行ったイオン加速電極への印加電圧とすることを特徴とする質量分析装置の印加電圧設定方法。 - 少なくとも片方の電極にイオンを通過させる細孔を有する2枚の平板電極からなる静電偏向器と、当該静電偏向器の電極間にイオンを導入できる位置に配置された複数のイオン源と、各イオン源毎に備えられイオン源からのイオンを加速するイオン加速電極と、当該イオン源からのイオンを質量分離する質量分析計とを備えた質量分析装置における、前記イオン源からのイオンを前記細孔へ導くために、前記イオン加速電極と前記静電偏向器へ印加すべき電圧を設定する方法であって、
設定すべきイオン源に対応したイオン加速電極への印加電圧を固定し、
設定すべきイオン源以外のイオン加速電極への印加電圧を接地電位として、前記静電偏向器への印加電圧を掃引し、
イオン電流が最大となる時の印加電圧を、設定すべきイオン源に対応した静電偏向器への印加電圧とすることを特徴とする質量分析装置の印加電圧設定方法。
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