JP5164478B2

JP5164478B2 - Ion trap time-of-flight mass spectrometer

Info

Publication number: JP5164478B2
Application number: JP2007221374A
Authority: JP
Inventors: 寛中村; 司師子鹿; 康照井; 卓哉佐伯
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2007-08-28
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2027-08-28
Also published as: JP2008084850A

Description

本発明は、イオンをトラップするイオントラップ部と質量分析部とを備える飛行時間型質量分析装置に関する。 The present invention relates to a time-of-flight mass spectrometer that includes an ion trap unit that traps ions and a mass analyzer.

イオントラップ飛行時間型質量分析装置は、イオントラップ部と飛行時間型質量分析装置とが結合された質量分析装置であり、例えば、特許文献１に記載されている。 An ion trap time-of-flight mass spectrometer is a mass spectrometer in which an ion trap unit and a time-of-flight mass spectrometer are combined, and is described in Patent Document 1, for example.

バイオ分野向けの質量分析計としては、測定する試料の分子量が大きいことから、多くの場合、飛行時間質量分析計（Ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ，ＴＯＦ）を用いる。 As a mass spectrometer for the bio field, a time-of-flight mass spectrometer (Time-of-flight, TOF) is often used because the molecular weight of a sample to be measured is large.

ＴＯＦは、特許文献１に記載されているように、１９５１年に米国で特許が取得された技術であるが、最近のエレクトロニクスの進歩により身近な装置となり、バイオ分野をはじめ広い範囲で利用されている。 As described in Patent Document 1, TOF is a technology that was patented in the United States in 1951. However, it has become a familiar device due to recent advances in electronics, and has been used in a wide range including the bio field. Yes.

特にバイオ分野においてはイオントラップを導入し、高い質量精度で、かつＭＳ^ｎ分析を可能とする手法が開発された。 Particularly in the bio field, an ion trap has been introduced, and a technique that enables MS ⁿ analysis with high mass accuracy has been developed.

この手法によれば、イオン源とＴＯＦの間にイオントラップを導入することで、イオントラップ内部でイオンの単離やイオン解離を繰り返すことができ、ＭＳ^ｎ分析が可能である。 According to this method, by introducing an ion trap between the ion source and the TOF, ion isolation and ion dissociation can be repeated inside the ion trap, and MS ⁿ analysis is possible.

特許文献２に示す質量分析装置は、イオントラップから排出したイオンがマルチポール部でイオンの運動エネルギーを収束させられ、ＴＯＦ（質量分析部）のＰＵＳＨ電極とＰＵＬＬ電極の間に導入される。ＰＵＳＨ電極とＰＵＬＬ電極の間に導入されたイオンは一定周期の高電圧パルスを印加することによってイオンを加速領域に導入し、直交方向に加速する。イオンの飛行時間に応じた電流値をＭＣＰにて検出することで質量スペクトルを算出する飛行時間質量分析を行う。イオン導入方向と加速方向を直交配置することにより、高分解能及び高い質量精度を達成可能である。 In the mass spectrometer shown in Patent Document 2, ions discharged from the ion trap are converged in the kinetic energy of the ions in the multipole part and introduced between the PUSH electrode and the PULL electrode of the TOF (mass analysis part). The ions introduced between the PUSH electrode and the PULL electrode are introduced into the acceleration region by applying a high-voltage pulse having a constant period, and are accelerated in the orthogonal direction. Time-of-flight mass analysis is performed to calculate a mass spectrum by detecting a current value corresponding to the time of flight of ions by MCP. High resolution and high mass accuracy can be achieved by arranging the ion introduction direction and the acceleration direction orthogonally.

米国特許第２，６８５，０３５号明細書US Pat. No. 2,685,035 特開２００３−１２３６８５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2003-123865

従来のイオントラップ飛行時間型質量分析装置では、質量分析部のＰＵＳＨ電極に印加する高電圧パルスの周期は一定であった。しかし、イオントラップ部の後段にある、マルチポール部のイオン量の存在分布は、図２のような分布をしている。同図から分かるように大多数の低質量数側のイオンが最初にマルチポール部からＰＵＳＨ電極とＰＵＬＬ電極の間に移動し、その後少しずつ高い質量数側のイオンがＰＵＳＨ電極とＰＵＬＬ電極の間に移動する。このため一定周期で高電圧パルスを発生させると、質量数により、輸送されるイオン量が異なる現象が生じていた。 In the conventional ion trap time-of-flight mass spectrometer, the period of the high voltage pulse applied to the PUSH electrode of the mass analyzer is constant. However, the existence distribution of the amount of ions in the multipole portion, which is subsequent to the ion trap portion, has a distribution as shown in FIG. As can be seen from the figure, the majority of the ions on the low mass side first move from the multipole part between the PUSH electrode and the PULL electrode, and then the ions on the high mass number side gradually move between the PUSH electrode and the PULL electrode. Move to. For this reason, when a high voltage pulse is generated at a constant period, a phenomenon occurs in which the amount of ions transported differs depending on the mass number.

本発明の目的は、マルチポール部のイオン量の分布に応じて、ＰＵＳＨ電極に印加する高電圧パルスの周期を可変させることによって、イオンをＭＣＰ（検出器）に効率的に輸送し、低質量数側でも高感度なマススペクトルを得ることが可能なイオントラップ飛行時間型質量分析装置を実現することである。 The object of the present invention is to efficiently transport ions to the MCP (detector) by changing the period of the high voltage pulse applied to the PUSH electrode according to the distribution of the ion amount in the multipole part, and to reduce the mass. It is to realize an ion trap time-of-flight mass spectrometer capable of obtaining a mass spectrum with high sensitivity even on the several side.

上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.

（１）本発明によるイオントラップ飛行時間型質量分析装置は、大気圧で動作するイオン源と、このイオン源で生成されたイオンを真空室内に導入し、この真空室内に導入されたイオンを中心軸方向に収束するイオン光学系と、真空室内でイオンを捕捉し、開烈反応を起こさせるイオントラップ部と、上記イオントラップ部から排出されたイオンの運動エネルギーを収束させるマルチポール部と、このマルチポール部から排出されたイオンを測定する飛行時間型質量分析手段とを有する。 (1) An ion trap time-of-flight mass spectrometer according to the present invention introduces an ion source operating at atmospheric pressure and ions generated by the ion source into a vacuum chamber, and focuses the ions introduced into the vacuum chamber. An ion optical system that converges in the axial direction, an ion trap that traps ions in the vacuum chamber and causes a catastrophic reaction, a multipole that converges the kinetic energy of ions discharged from the ion trap, And time-of-flight mass spectrometry means for measuring ions ejected from the multipole section.

（２）更に、上記（１）において、上記マルチポール部のイオン量の分布に応じて、ＰＵＳＨ電極に印加する高電圧パルスの周期を可変させ、イオンを効率的にＭＣＰ（検出器）へ輸送し、高感度なマススペクトルが得られるイオントラップ飛行時間型質量分析装置を実現することである。 (2) Further, in (1) above, the period of the high voltage pulse applied to the PUSH electrode is varied in accordance with the distribution of the amount of ions in the multipole section, and ions are efficiently transported to the MCP (detector). Thus, an ion trap time-of-flight mass spectrometer capable of obtaining a highly sensitive mass spectrum is realized.

本発明によれば、ＰＵＳＨ電極に印加される高電圧パルスの発生間隔を可変させ、イオンをＭＣＰにより効率的に輸送し、より高感度なマススペクトルを得ることが可能なイオントラップ飛行時間型質量分析装置を実現することである。 According to the present invention, an ion trap time-of-flight mass capable of varying the generation interval of high voltage pulses applied to the PUSH electrode, efficiently transporting ions by MCP, and obtaining a more sensitive mass spectrum. It is to realize an analyzer.

また、イオントラップ部からマルチポール部に流入するイオン量の分布（図２）を予め、算出しておく。そして、予測される、上記イオントラップ部からマルチポール部への流入イオン量の分布に応じて、ＰＵＳＨ電極に印加される高電圧パルスの周期を制御すれば、イオンをＭＣＰ（検出器）に効率的に輸送し、高感度なマススペクトルを得ることができる。 Further, the distribution of the amount of ions flowing into the multipole portion from the ion trap portion (FIG. 2) is calculated in advance. Then, if the period of the high voltage pulse applied to the PUSH electrode is controlled according to the predicted distribution of the amount of inflow ions from the ion trap portion to the multipole portion, the ions are made efficient in the MCP (detector). Can be transported and a highly sensitive mass spectrum can be obtained.

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明の一実施形態であるイオントラップ飛行時間型質量分析装置の概略構成図である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ion trap time-of-flight mass spectrometer that is an embodiment of the present invention.

まず、イオントラップ飛行時間型質量分析装置の基本動作を説明する。 First, the basic operation of the ion trap time-of-flight mass spectrometer will be described.

図１において、液体クロマトグラフシステム１により分離された試料は、エレクトロスプレーイオン源２にて脱溶媒・イオン化され、高真空におかれた装置内部（真空室内）に導入される。 In FIG. 1, the sample separated by the liquid chromatograph system 1 is desolvated and ionized by the electrospray ion source 2 and introduced into the apparatus (vacuum chamber) placed in a high vacuum.

そして、導入されたイオンは、イオン光学系３で収束され、効率よくイオントラップ部４に導入される。 The introduced ions are converged by the ion optical system 3 and efficiently introduced into the ion trap unit 4.

イオントラップ部４では、イオンを閉じ込め、目的のイオンを選択し、開裂を行う。イオントラップ部４からマルチポール部５に流入する、イオン量の分布を予め（図２）、算出しておく。 In the ion trap unit 4, ions are confined, target ions are selected, and cleavage is performed. The distribution of the amount of ions flowing into the multipole section 5 from the ion trap section 4 is calculated in advance (FIG. 2).

さらにイオンは、マルチポール部５から、ＰＵＳＨ電極６とＰＵＬＬ電極７の間に導入される。その際、まず低質量数のイオンから大量に導入される。次にこれらのイオンは飛行時間型質量分析部９（飛行時間型質量分析手段）を飛行する。このとき効率的にＭＣＰ（検出器）８まで輸送させるため、ＰＵＳＨ電極６から発生される高電圧パルスの周期Ｔ１を最大化する。それによって、効率的に低質量数側のイオンをＭＣＰ（検出器）８に輸送することができる。 Further, ions are introduced between the PUSH electrode 6 and the PULL electrode 7 from the multipole portion 5. In that case, a large amount of ions are first introduced from low mass number ions. Next, these ions fly through the time-of-flight mass analyzer 9 (time-of-flight mass analyzer). At this time, in order to efficiently transport to the MCP (detector) 8, the period T1 of the high voltage pulse generated from the PUSH electrode 6 is maximized. Thereby, ions on the low mass number side can be efficiently transported to the MCP (detector) 8.

それから徐々に、マルチポール部５からＰＵＳＨ電極６に到達するイオンは低質量数側のイオンから高質量数側のイオンに遷移していく。それに応じてＰＵＳＨ電極６から発生される高電圧パルスの周期をＴ１からＴ２へと徐々に長くする。 Then, the ions that reach the PUSH electrode 6 from the multipole part 5 gradually transition from the low mass number side ion to the high mass number side ion. Accordingly, the cycle of the high voltage pulse generated from the PUSH electrode 6 is gradually increased from T1 to T2.

この高電圧パルスの周期の可変は、パルス周期の調整手段により行なわれる。 The change of the cycle of the high voltage pulse is performed by a pulse cycle adjusting means.

本発明の実施例では、高電圧パルスの発生数はＭＳ^２分析（ある目的の試料イオンを選択的に開裂させて，その断片の質量数より目的のイオンの構造を知る分析方法）では、２００回であり、図２から従来の手法のように２００回分の高電圧パルスを一定周期Ｔで発生させると、低質量数側のイオンがロスする。つまりその分だけ感度は低下する。そのため低質量数側のイオンが大量に存在するときは、高電圧パルスの周期を短くし、効率的に低質量数側のイオンをＭＣＰ（検出器）まで到達させ、低質量数側のイオンの感度を上昇させることが可能なイオントラップ飛行時間型質量分析装置を実現する。 In the embodiment of the present invention, the number of high-voltage pulses generated is ²⁰⁰ in MS ² analysis (analysis method in which a target sample ion is selectively cleaved and the structure of the target ion is known from the mass number of the fragment). In FIG. 2, when 200 high voltage pulses are generated at a constant period T as in the conventional method, ions on the low mass number side are lost. In other words, the sensitivity decreases accordingly. Therefore, when there are a large number of ions on the low mass number side, the cycle of the high voltage pulse is shortened so that the ions on the low mass number side can efficiently reach the MCP (detector). An ion trap time-of-flight mass spectrometer capable of increasing sensitivity is realized.

本発明は、トラップ部が、図１の概略図のように、４本の柱状の電極を持つイオントラップ型だけではなく、Ｘ軸に対して回転対称なリング電極と一対のエンドキャップ電極を用いた３次元イオントラップ型であっても同様に適用できる。 As shown in the schematic diagram of FIG. 1, the present invention uses not only an ion trap type having four columnar electrodes, but also a ring electrode rotationally symmetric with respect to the X axis and a pair of end cap electrodes. The same applies to the three-dimensional ion trap type.

また、図３、図４のようにイオントラップ部４とマルチポール部５の間に、偏向電極部１０、ＥＣＤ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣａｐｔｕｒｅＤｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）反応部１１を有する場合でも、飛行時間型質量分析部９（飛行時間型質量分析手段）へのイオン導入にマルチポール部５を介しているため本発明は適用可能である。 3 and 4, even when the deflecting electrode unit 10 and the ECD (Electron Capture Dissociation) reaction unit 11 are provided between the ion trap unit 4 and the multipole unit 5, the time-of-flight mass analysis unit 9 ( The present invention is applicable because the multipole portion 5 is used for introducing ions into the time-of-flight mass spectrometry means.

本発明の実施例に係るもので、イオントラップ飛行時間型質量分析装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an ion trap time-of-flight mass spectrometer according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の実施例に係るもので、マルチポール部のイオンの分布図とＰＵＳＨ電極から高電圧パルスが発生する間隔を示す図である。It is a figure which concerns on the Example of this invention, and is a figure which shows the space | interval which a high voltage pulse generate | occur | produces from the ion distribution map of a multipole part, and a PUSH electrode. 本発明の他の実施例に係るもので、イオントラップ飛行時間型質量分析装置の概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an ion trap time-of-flight mass spectrometer according to another embodiment of the present invention. 本発明の更なる他の実施例に係るもので、イオントラップ飛行時間型質量分析装置の概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an ion trap time-of-flight mass spectrometer according to still another embodiment of the present invention.

Explanation of symbols

１…液体クロマトグラフシステム、２…エレクトロスプレーイオン源、３…イオン光学系、４…イオントラップ部、５…マルチポール部、６…ＰＵＳＨ電極、７…ＰＵＬＬ電極、８…ＭＣＰ（検出器）、９…飛行時間型質量分析部、１０…偏向レンズ部、１１…ＥＣＤ反応部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Liquid chromatograph system, 2 ... Electrospray ion source, 3 ... Ion optical system, 4 ... Ion trap part, 5 ... Multipole part, 6 ... PUSH electrode, 7 ... PULL electrode, 8 ... MCP (detector), 9: Time-of-flight mass spectrometry unit, 10 ... Deflection lens unit, 11 ... ECD reaction unit.

Claims

An ion source that operates at atmospheric pressure, an ion optical system that introduces ions generated in the ion source into the vacuum chamber and focuses the ions introduced into the vacuum chamber, and an ion trap unit that traps the ions in the vacuum chamber An ion trap time-of-flight mass spectrometer comprising: a multipole part for converging the kinetic energy of ions ejected from the ion trap; and a time-of-flight mass analyzer for measuring the ions ejected from the multipole part In
The time-of-flight mass spectrometry means has a PUSH electrode and a PULL electrode into which ions are introduced,
According to the amount of ions introduced between the PUSH electrode and the PULL electrode, the period of the high voltage pulse generated from the PUSH electrode is variable,
Calculate in advance the distribution of the amount of ions flowing from the ion trap into the multipole part,
The period of the high voltage pulse is gradually reduced from a short period according to the transition from the low mass number side ion with a large amount of ions to the high mass number side ion with a small ion content based on a pre-calculated ion content distribution. An ion trap time-of-flight mass spectrometer characterized by changing to a long cycle.