JP5327138B2 - タンデム四重極型質量分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＭＳ／ＭＳ分析が可能なタンデム四重極型質量分析装置に関する。

分子量が大きな物質の同定やその構造の解析を行うために、質量分析の１つの手法として、ＭＳ／ＭＳ分析と呼ばれる手法が広く用いられている。ＭＳ／ＭＳ分析を実施するための質量分析装置としては種々の構成のものがあるが、構造が比較的簡単で広く利用されているものとしてタンデム四重極型（三連四重極型とも呼ばれる）質量分析装置がある。

特許文献１などに開示されているように、一般的なタンデム四重極型質量分析装置は、前段の四重極マスフィルタ（四重極Ｑ１）と後段の四重極マスフィルタ（四重極Ｑ３）との間に、イオンを衝突誘起解離（ＣＩＤ）によって解離させるコリジョンセル（衝突室）を備える。このコリジョンセル内には、イオンを収束させつつ輸送するために四重極（又はそれ以上の多重極）型のイオンガイド（四重極ｑ２）が配設される。

試料から生成された各種イオンが前段の四重極Ｑ１に導入されると、該四重極Ｑ１は特定の質量電荷比（m/z）を有するイオンのみをプリカーサイオンとして選択的に通過させる。コリジョンセル内にはアルゴン（Ａｒ）ガスなどのＣＩＤガスが導入され、コリジョンセル内に導入された上記プリカーサイオンはＣＩＤガスと衝突し、解離して各種のプロダクトイオンが生成される。プリカーサイオンや各種のプロダクトイオンは四重極ｑ２により形成される高周波電場の作用で収束される。ＣＩＤにより生成された各種プロダクトイオンが後段の四重極Ｑ３に導入されると、該四重極Ｑ３は特定の質量電荷比を有するプロダクトイオンのみを選択的に通過させ、四重極Ｑ３を通過し得たプロダクトイオンが検出器に到達して検出される。

上記のタンデム四重極型質量分析装置では、ＭＲＭ測定、プロダクトイオンスキャン測定、ニュートラルロススキャン測定、プリカーサイオンスキャン測定などの様々なＭＳ／ＭＳ分析が可能である。ＭＲＭ測定では、前段の四重極Ｑ１と後段の四重極Ｑ３とを通過し得るイオンの質量電荷比をそれぞれ固定し、特定のプリカーサイオンに対する特定のプロダクトイオンの強度を測定する。プロダクトイオンスキャン測定では、前段の四重極Ｑ１を通過するイオンの質量電荷比を或る値に固定する一方、後段の四重極Ｑ３を通過するイオンの質量電荷比を走査する。これにより、特定のプリカーサイオンに対するプロダクトイオンのマススペクトルを取得することができる。ニュートラルロススキャン測定では、前段の四重極Ｑ１を通過するイオンの質量電荷比と後段の四重極Ｑ３を通過するイオンの質量電荷比との差（ニュートラルロス）を一定に保った状態で両方の質量走査を行う。これにより、特定のニュートラルロスを有するプリカーサイオン／プロダクトイオンのマススペクトルを取得することができる。プリカーサイオンスキャン測定では、後段の四重極Ｑ３を通過するイオンの質量電荷比を或る値に固定する一方、前段の四重極Ｑ１を通過するイオンの質量電荷比を走査する。これにより、特定のプロダクトイオンを生成するプリカーサイオンのマススペクトルを取得することができる。

上記タンデム四重極型質量分析装置をガスクロマトグラフ（ＧＣ）や液体クロマトグラフ（ＬＣ）の検出器として用いることにより、試料に含まれる多数の成分を時間的に分離し、それら各成分に対するＭＳ／ＭＳ分析をそれぞれ実行することが可能である。こうした測定において測定対象の試料に含まれる成分が既知である場合には、目的成分の保持時間と該成分由来のプリカーサイオンの質量電荷比とを予め指定してＭＳ／ＭＳ分析を実行することができる。一方、測定対象の試料に含まれる成分が未知である場合、保持時間とプリカーサイオンの質量電荷比とを予め指定したＭＳ／ＭＳ分析を実行することはできない。こうした場合には、予め設定された条件に適合したプリカーサイオンを自動的に探索しながらＭＳ／ＭＳ分析を実行する、いわゆるオートＭＳ／ＭＳ分析などと呼ばれる測定法が有用である。

ここで言うオートＭＳ／ＭＳ分析とは、まず通常のスキャン測定による質量分析（ＭＳ分析）を実行してマススペクトルを取得した直後に、そのマススペクトルに現れているピークの中で所定条件に適合したピークを自動的に探索するデータ処理を実行し、条件に適合したピークを選択してその質量電荷比をプリカーサイオンに設定してリアルタイムでＭＳ／ＭＳ分析を実行し、プロダクトイオンのマススペクトルを取得するものである。これにより、或る程度の信号強度が得られる未知成分に対するＭＳ／ＭＳ分析を自動的に実行することができる。

上述したようなオートＭＳ／ＭＳ分析を行う場合、目的成分がＧＣやＬＣから溶出している間にＭＳ／ＭＳ分析を実行しなければならないため、短い時間間隔でＭＳ分析とＭＳ／ＭＳ分析とを交互に繰り返す必要がある。しかしながら、タンデム四重極型質量分析装置でスキャン測定によるＭＳ分析を行う場合には次のような問題がある。

即ち、タンデム四重極型質量分析装置で通常のスキャン測定を行う場合には、後段の四重極Ｑ３では質量電荷比に応じたイオンの選別を行わず、前段の四重極Ｑ１において質量走査を実施する。しかしながら、構造上、前段の四重極Ｑ１と検出器との距離は離れており、前段の四重極Ｑ１を通り抜けたイオンが検出器に到達するまでの飛行経路が長い。このため、前段の四重極Ｑ１における質量分離のための駆動制御のタイミングとこれに対応する（つまり目的の質量電荷比を有する）イオンの強度信号が検出器で得られるタイミングとの時間ズレ（遅延）が大きい。そのため、こうした時間ズレを考慮した質量較正がなされていない状態では、マススペクトルは質量電荷比が大きくなる方向にかなりずれたものとなる。

特にＭＳ分析とＭＳ／ＭＳ分析とを短い時間間隔で交互に行う場合、コリジョンセル内に比較的高いガス圧のＣＩＤガスが存在している状態でＭＳ分析が実行されることになる。その場合、前段の四重極Ｑ１で選別されたイオンはＣＩＤガスとの衝突により運動エネルギを失いその飛行速度が落ちるため、上記の時間ズレは一層大きくなる。また、ＣＩＤガスとの衝突によって同一質量電荷比を持つイオンの運動エネルギのばらつきが拡大し、それらイオンの速度が変化して検出器における到達時間のばらつきの拡大に繋がる。その結果として、マススペクトルの質量分解能が低下する。もちろん、質量電荷比が既知である標準試料を分析した結果を利用して質量較正や分解能調整を行うことは或る程度可能であるし、こうしたことは実施されているものの、分析のスループット向上や成分見逃し防止のために質量走査のスキャン速度を上げようとすると、時間ズレや時間拡がりの影響が一層大きくなってしまい、十分な質量較正や分解能調整が困難になる。

コリジョンセル内で意図的にイオンを遅延させるためにＣＩＤガスをコリジョンセル内に導入し、その状態で質量較正や分解能調整を行えば、コリジョンセル内でのイオンの遅延や運動エネルギのばらつきの影響は軽減される。しかしながら、その場合でも、ＭＳ／ＭＳ分析の際のＣＩＤ条件を変更するためにＣＩＤガス導入量（又はＣＩＤガス圧）が変更されてしまうと、マススペクトルの質量電荷比軸や質量分解能は調整された状態からずれてしまう。このため、マススペクトルの質量精度、質量分解能が共に低下し、オートＭＳ／ＭＳ分析におけるＭＳ／ＭＳ分析の正確性を損なうおそれもある。

特開平７−２０１３０４号公報

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、タンデム四重極型質量分析装置においてスキャン測定によるＭＳ分析を行う場合、特にオートＭＳ／ＭＳ分析などコリジョンセル内にＣＩＤガスが存在する状況の下でＭＳ分析を行う場合に、マススペクトルの質量電荷比軸のズレや質量分解能低下を軽減して高質量精度、高質量分解能のマススペクトルを得ることを主な目的としている。

上記課題を解決するために成された本発明は、試料をイオン化するイオン源と、該イオン源で生成された各種イオンの中で特定の質量電荷比を有するイオンをプリカーサイオンとして選別するための前段四重極と、イオンを収束させつつ後段に輸送するイオンガイドが内部に配設され、前記プリカーサイオンをＣＩＤガスと衝突させて解離させるコリジョンセルと、その解離により生成した各種プロダクトイオンの中で特定の質量電荷比を有するイオンを選別するための後段四重極と、該後段四重極を通過したイオンを検出する検出器と、を具備するタンデム四重極型質量分析装置において、
a)前記前段四重極、前記イオンガイド、及び、前記後段四重極にそれぞれ所定の電圧を印加する電圧印加手段と、
b)前記コリジョンセル内にＣＩＤガスが存在する状況の下で、前記前段四重極において質量走査を行うべく時間経過に従って変化する高周波電圧及び直流電圧を該前段四重極に印加し、前記コリジョンセル内でイオンを解離させるべく該イオンを加速させるような直流バイアス電圧を前記イオンガイドに印加し、且つ、前記後段四重極において実質的な質量分離を伴わないイオン収束がなされるように前記前段四重極に印加される高周波電圧よりも小さな高周波電圧を該後段四重極に印加するとともに、イオンを加速させるような直流バイアス電圧を該後段四重極に印加するように、前記電圧印加手段を制御する制御手段と、
c)前記制御手段の制御により前記前段四重極で質量走査が行われるに伴って前記検出器に到達したプロダクトイオンに応じて得られる検出信号に基づいて、前記イオン源で生成されたイオンに対するマススペクトルを作成する処理手段と、
を備えることを特徴としている。

本発明に係るタンデム四重極型質量分析装置において、スキャン測定によるＭＳ分析が実施される際には、前段四重極において所定の質量電荷比範囲の質量走査が行われる。このとき、前段四重極を通過して来た特定の質量電荷比を持つイオン（プリカーサイオン）は、イオンガイドに印加される直流バイアス電圧により形成される電場の作用で大きな運動エネルギを付与されて加速される。コリジョンセル内にはＣＩＤガスが導入されているため、ＭＳ／ＭＳ分析時と同様に、イオンは高いエネルギを有してＣＩＤガスに衝突し、解離を生じて各種のプロダクトイオンが生成される。このとき、イオンが元々有している運動エネルギのばらつきやＣＩＤガスとの衝突により生じるエネルギばらつきに比べて十分に大きな運動エネルギをイオンに与えるように加速のための直流バイアス電圧を定めておくことによって、生成されるプロダクトイオンのエネルギばらつきを小さく抑えることができる。

同一質量電荷比を持つプリカーサイオン由来の、質量電荷比が該プリカーサイオンよりも小さなプロダクトイオンは、後段四重極に印加されている直流バイアス電圧により加速されつつ後段四重極に入射する。後段四重極には実質的な質量分離を伴わないイオン収束がなされるように、例えば直流バイアス電圧を除いて高周波電圧のみが印加され、しかもその高周波電圧は前段四重極に印加される高周波電圧よりも小さいため、質量電荷比の小さなプロダクトイオンも後段四重極で遮断されることなく通り抜けて検出器に到達する。また、電場により加速されるためにイオンの飛行速度は大きく、コリジョンセルを出たイオンは短時間で検出器に到達し得る。さらにまた、四重極型質量分析装置を構成するイオン光学素子では、質量電荷比が小さなイオンほど透過率が一般に高い。このため、解離により質量電荷比を小さくしたイオンを検出器まで導くようにすることで、途中でのイオン損失を減らし、より多くのイオンを検出器に到達させることができるという利点もある。

以上のような各部の動作により、或る時点で前段四重極で選択された同一質量電荷比を持つプリカーサイオン由来の様々なプロダクトイオンは、ほぼ同時に検出器に到達し、検出器はイオン強度信号を出力する。ＣＩＤにより様々な質量電荷比のプロダクトイオンが生じても、そのイオンの総量はＣＩＤ前のプリカーサイオンの総量と殆ど変わらない。したがって、処理手段は、或る質量電荷比を持つプリカーサイオンを前段四重極で選択したタイミングから所定の遅延時間だけ遅れたタイミングにおいて検出器で得られた検出信号をそのプリカーサイオンの信号強度とみなして、マススペクトルを作成することができる。前段四重極を通過したイオンは十分に加速されてイオンガイドに導入され、さらにコリジョンセルを出たプロダクトイオンはまた十分に加速されて後段四重極を通過するため、上記遅延時間はかなり短くなる。したがって、コリジョンセル内のＣＩＤガスのガス圧に変動があっても、それによる遅延時間の変化はかなり小さくて済む。

本発明に係るタンデム四重極型質量分析装置では、好ましくは、前段四重極で選択されるイオンの質量電荷比に応じて、イオンガイドの直流バイアス電圧、後段四重極の直流バイアス電圧のいずれか一方又は両方を変更するとよい。即ち、通常、質量電荷比の大きなイオンほど加速されにくいから、加速のための電場を強くするように直流バイアス電圧を決めるとよい。また、測定対象の化合物が既知である場合には、その化合物に応じて、イオンガイドの直流バイアス電圧、後段四重極の直流バイアス電圧のいずれか一方又は両方を変更するようにしてもよい。

なお、上述した制御を用いたスキャン測定によるＭＳ分析は、ＭＳ分析により得られたマススペクトルに基づいてプリカーサイオンを決定してＭＳ／ＭＳ分析を実行するオートＭＳ／ＭＳ分析を行う場合に特に有用である。何故なら、オートＭＳ／ＭＳ分析においてＭＳ／ＭＳ分析に先立ってＭＳ分析を実行する際には、コリジョンセル内にＣＩＤガスが存在することが避け難いからである。また、上述した制御を用いたスキャン測定によるＭＳ分析によりマススペクトルの質量較正や分解能調整を行い、同じスキャン速度で前段四重極を駆動してプリカーサイオンスキャン測定やニュートラルロススキャン測定を実行するようにすれば、プリカーサイオンスキャン測定やニュートラルロススキャン測定の高速化が可能となる。

本発明に係るタンデム四重極型質量分析装置によれば、スキャン測定によるＭＳ分析の際に、質量走査を高速化してもマススペクトルの質量電荷比軸のズレや質量分解能の低下を抑えることができる。それにより、質量較正や質量分解能調整が容易になり、マススペクトルの質量精度、質量分解能を高めるのに有利である。特に、コリジョンセル内に比較的高いガス圧でＣＩＤガスが存在する状況でも良好なマススペクトルを得ることができるので、例えばオートＭＳ／ＭＳ分析を行う場合に正確なプリカーサイオンを選択して高精度、高感度のＭＳ／ＭＳスペクトルを得ることができる。また、ＣＩＤ条件の最適化のためにＣＩＤガスの導入量が変更された場合でも、それに伴うマススペクトルの質量電荷軸ズレや質量分解能低下を最小限に抑えることができる。

本発明の一実施例によるタンデム四重極型質量分析装置の概略構成図。 本実施例のタンデム四重極型質量分析装置におけるＭＳ／ＭＳ分析とＭＳ分析の動作説明図。 本発明の一実施例によるタンデム四重極型質量分析装置で得られたマススペクトルの一例を示す図。 従来の方法により得られたマススペクトルの一例を示す図。

以下、本発明の一実施例であるタンデム四重極型質量分析装置について添付図面を参照して説明する。図１は本実施例のタンデム四重極型質量分析装置の概略構成図である。

本実施例のタンデム四重極型質量分析装置は、図示しない真空ポンプにより真空排気される分析室１の内部に、測定対象である試料をイオン化するイオン源２と、それぞれ四本のロッド電極から成る前段四重極マスフィルタ（以下、「前段四重極」という）３及び後段四重極マスフィルタ（以下、「後段四重極」という）６と、内部に多重極型イオンガイド（以下、「イオンガイド」という）５が配設されたコリジョンセル４と、イオンを検出してイオン量に応じた検出信号を出力する検出器７と、を備える。制御部１０による制御の下で、前段四重極３にはＱ１電源部１１から、イオンガイド５にはｑ２電源部１２から、後段四重極６にはＱ３電源部１３から、それぞれ所定の電圧が印加される。また、検出器７による検出信号（イオン強度信号）はデータ処理部１４に入力され、所定のデータ処理が実行される。

コリジョンセル４は、イオン入射開口４ａとイオン出射開口４ｂのほかはほぼ密閉された、例えば周面が略円筒形状で両端面がほぼ閉塞された構造体であり、その内部にはアルゴン（Ａｒ）ガスなどのＣＩＤガスが導入される。イオンガイド５は八本の円柱形状のロッド電極がイオン光軸Ｃを取り囲むように配置されたものであり、ロッド電極の内接円半径はイオンが進行する方向に（図１で左方から右方に向かって）徐々に大きくなるように各ロッド電極がイオン光軸Ｃに対して傾けて配置されている。イオンガイド５をこのように配置するのは、イオン光軸Ｃに沿って擬似ポテンシャルの大きさ又は深さを変化させ、通過するイオンを加速するためである。そうした作用については、国際公開第２００９／０８１４４４５号パンフレットに詳しく記載されているので、ここでは説明を略す。

Ｑ１電源部１１は、イオン選択用の直流電圧±Ｕ１、同じくイオン選択用の高周波電圧±Ｖ１・cosωｔ、及び所定の直流バイアス電圧Ｖ_bias1、を加算した電圧±（Ｕ１＋Ｖ１・cosωｔ）＋Ｖ_bias1を前段四重極３に印加し得る。ｑ２電源部１２は、イオン収束用の高周波電圧±Ｖ２・cosωｔに所定の直流バイアス電圧Ｖ_bias2を加算した電圧±Ｖ２・cosωｔ＋Ｖ_bias2をイオンガイド５に印加し得る。さらにＱ３電源部１３は、イオン選択用の直流電圧±Ｕ３、同じくイオン選択用の高周波電圧±Ｖ３・cosωｔ、及び所定の直流バイアス電圧Ｖ_bias3、を加算した電圧±（Ｕ３＋Ｖ３・cosωｔ）＋Ｖ_bias3を後段四重極６に印加し得る。

本実施例のタンデム四重極型質量分析装置において、ＭＳ／ＭＳ分析が実行される際の動作を簡単に説明する。なお、これは従来と同様であり、本発明に特徴的なものではない。ここでは、プリカーサイオンの質量電荷比とプロダクトイオンの質量電荷比がそれぞれ固定されたＭＲＭ測定を実行する場合を例に挙げる。

制御部１０は、直流電圧±Ｕ１の電圧値と高周波電圧±Ｖ１・cosωｔの振幅値とがそれぞれ指定されたプリカーサイオンの質量電荷比Ｍ１に応じた所定値となるようにＱ１電源部１１を制御し、直流電圧±Ｕ３の電圧値と高周波電圧±Ｖ３・cosωｔの振幅値とがそれぞれ指定されたプロダクトイオンの質量電荷比Ｍ２に応じた所定値となるようにＱ３電源部１３を制御する。また、イオンガイド５には所定の質量電荷比範囲のイオンが安定的に収束されるように決められた高周波電圧±Ｖ２・cosωｔが印加されるようにｑ２電源部１２を制御する。さらにまた、直流バイアス電圧Ｖ_bias1、Ｖ_bias2、Ｖ_bias3はそれぞれ適宜に決められる。

図２（ａ）に示すように、前段四重極３では、イオン源２で生成された試料由来のイオンの中で特定の質量電荷比Ｍ１を持つイオンのみがプリカーサイオンとして選択される。このプリカーサイオンは、前段四重極３とイオンガイド５との間の直流バイアス電圧差に基づく電場により加速され、高い運動エネルギを有してイオン入射開口４ａを経てコリジョンセル４内に導入され、ＣＩＤガスと衝突する。これにより、プリカーサイオンは解離を生じて様々なプロダクトイオンが生成される。ＣＩＤガスとの衝突によりイオンの運動エネルギは減じるが、上述したようにイオンガイド５中を進むに従って加速されるため、コリジョンセル４内に停滞することなくイオン出射開口４ｂから出て後段四重極６に導入される。後段四重極６では、プロダクトイオンの中で特定の質量電荷比Ｍ２を持つイオンのみが選択的に通過し、検出器７に到達する。したがって、検出器７では、質量電荷比Ｍ１を持つイオン由来の質量電荷比Ｍ２を持つプロダクトイオンの信号強度が得られる。

次に、本実施例のタンデム四重極型質量分析装置において、本発明に特徴的なＭＳ分析が実行される際の動作を図２（ｂ）により説明する。

この場合、制御部１０は、前段四重極３で所定の質量電荷比範囲、所定のスキャン速度で質量走査が行われるようにＱ１電源部１１を制御する。したがって、±Ｕ１の電圧値と高周波電圧±Ｖ１・cosωｔの振幅値とはそれぞれ所定の関係を維持しつつ変化する。また、ＭＳ／ＭＳ分析時と同様に、所定の質量電荷比範囲のイオンが安定的に収束されるように決められた高周波電圧±Ｖ２・cosωｔがイオンガイド５に印加されるように、そして、コリジョンセル４内で十分なＣＩＤが起こるように導入されるイオンに十分な運動エネルギを与えるべく決められた直流バイアス電圧Ｖ_bias2がイオンガイド５に印加されるように、ｑ２電源部１２を制御する。

これに対し、後段四重極６では質量電荷比に応じたイオン選別を行わずにイオンを収束させつつ後段に送るために、直流電圧±Ｕ３の電圧値をゼロとして振幅値を適宜に決めた高周波電圧±Ｖ３・cosωｔと直流バイアス電圧_Ｖbias3とを加算した電圧±Ｖ３・cosωｔ＋Ｖ_bias3が後段四重極６に印加されるようにＱ３電源部１３を制御する。このとき、高周波電圧±Ｖ３・cosωｔの振幅値Ｖ３は前段四重極３へ印加される高周波電圧±Ｖ１・cosωｔの振幅値Ｖ１よりも小さくなるようにする。振幅値Ｖ１は質量走査によって変化するから、例えば振幅値Ｖ１に対し所定の定数（１未満の値）を乗じて振幅値Ｖ３が決まるようにしておくとよい。また、後段四重極６に印加される直流バイアス電圧Ｖ_bias3は、コリジョンセル４から到来するイオンに対し運動エネルギを付与して加速する電場を形成するように決められる。

ＭＳ分析ではあるが、ＭＳ／ＭＳ分析時と同様に、コリジョンセル４内にはＣＩＤに十分なガス圧でＣＩＤガスが存在している。ＭＳ分析が行われると、前段四重極３では質量走査が行われるから、イオン源２で生成された試料由来のイオンの中で前段四重極３を通り抜けるイオン（プリカーサイオン）の質量電荷比は順次変化する。或る時点において前段四重極３を通り抜けたイオンは、ＭＳ／ＭＳ分析時と同様に、前段四重極３とイオンガイド５との間の直流バイアス電圧差に基づく電場により加速され、高い運動エネルギを有してイオン入射開口４ａを経てコリジョンセル４内に導入され、ＣＩＤガスと衝突する。これにより、プリカーサイオンは解離を生じて様々なプロダクトイオンが生成される。このときにも、ＣＩＤガスとの衝突によりイオンの運動エネルギは減じるが、上述したようにイオンガイド５中を進むに従って加速されるため、コリジョンセル４内に停滞することなくイオン出射開口４ｂから出て後段四重極６に導入される。

また、前段四重極３を通過して来たイオン群が元々有しているエネルギのばらつきやＣＩＤガスとの衝突により生じるエネルギのばらつきに比べて十分大きな運動エネルギをイオンに与えるように直流バイアス電圧Ｖ_bias2を決めておきさえすれば、ＣＩＤにより生成されたプロダクトイオンの持つエネルギのばらつきは殆ど無視できる程度になる。それにより、同一質量電荷比のプリカーサイオンに由来するプロダクトイオンの飛行速度のばらつきは小さくなり、最終的にほぼ同時に検出器７に到達させることができる。

後段四重極６は質量分離の機能を実質的に果たさないため、導入されたプロダクトイオンは質量電荷比に依らず後段四重極６を通り抜け検出器７に到達する。当然のことながら、これらプロダクトイオンの質量電荷比はＣＩＤ前のイオンの質量電荷比よりも小さく、開裂の態様によってはかなり質量電荷比が小さなプロダクトイオンも存在し得る。一般に、高周波電場によりイオンを収束させつつ後段に輸送するように四重極が駆動される場合、質量電荷比が小さなイオンほど振動が大きくなるために、ロッド電極に接触する等の要因で消失し易い。これに対し、このタンデム四重極型質量分析装置では、後段四重極６に印加する高周波電圧の振幅を前段四重極３に印加する高周波電圧の振幅よりも小さくしているため、プリカーサイオンの質量電荷比よりも小さな質量電荷比を持つプロダクトイオンの振動を抑え、遮断される質量電荷比を下げることができる。それによって、ＣＩＤによって断片化された小さな質量電荷比のイオンも後段四重極６を通過し易くなり、効率よく検出器７まで到達する。

また、後段四重極６に印加される直流バイアス電圧によってイオンは加速されるので、コリジョンセル４から検出器７までの距離が長くてもイオンはこれを迅速に通過する。それにより、前段四重極３で或る質量電荷比を持つイオンが選択された時点から、該イオン由来のプロダクトイオンが検出器７に到達する時点までの時間遅延を小さくすることができる。また、上述したように、或る質量電荷比を持つイオン由来のプロダクトイオンはほぼ同時に検出器７に到達し得る。途中でのイオンの損失は少なく、プロダクトイオンの総量はＣＩＤ前のイオンの総量とほぼ等しいとみなすことができる。したがって、データ処理部１４では、質量走査に伴って検出器７で得られる検出信号に基づいてマススペクトルを作成することができる。

上述した本実施例のタンデム四重極型質量分析装置における特徴的なＭＳ分析で得られるマススペクトルと従来方法で得られるマススペクトルとの相違を、図３及び図４により説明する。図３は本発明による特徴的なＭＳ分析で得られる拡大マススペクトルを示す図であり、（ａ）、（ｂ）共に右方にいくほど質量電荷比は大きい。図４は従来方法によるＭＳ分析で得られる拡大マススペクトルを示す図であり、これも（ａ）、（ｂ）共に右方にいくほど質量電荷比は大きい。

図４（ａ）と（ｂ）とを比べれば明らかなように、従来方法では、コリジョンセル内のＣＩＤガス圧を高くすると、ＣＩＤガスとの衝突による相対的なエネルギの拡がりによって分解能が低下し、飛行速度の低下によって質量電荷比軸がm/zの大きいほうにずれている。この結果はスキャン速度が１０００[u/sec]の場合のものであるが、スキャン速度を上げるとさらにこの傾向は顕著になる。これに対し、図３に示したマススペクトルは、イオンガイド５に印加される直流バイアス電圧Ｖ_bias2を−１５〜−３５[V]の範囲で質量電荷比に応じて設定し、後段四重極６へ印加される高周波電圧の振幅値Ｖ３を前段四重極３へ印加される高周波電圧の振幅値Ｖ１の２０％に設定して取得したものであるが、ＣＩＤガス圧：０．８Pa、スキャン速度：２５００[u/sec]の条件の下でも質量電荷比軸のずれや分解能低下が殆ど現れていないことが分かる。

本実施例のタンデム四重極型質量分析装置における上記ＭＳ分析はコリジョンセル４内にＣＩＤガスが存在する状態で行われるから、ＭＳ分析とその結果を利用してプリカーサイオンを決めるＭＳ／ＭＳ分析とを短い時間間隔で繰り返すオートＭＳ／ＭＳ分析の際に特に有用である。

もちろん、前段四重極３を通過したイオン由来のプロダクトイオンが検出器７に到達するまでの時間は短いものの、時間遅れは必ず生じるから、上記のようなＭＳ分析の制御の下で、予め質量較正や質量分解能の調整を行うことが好ましい。また、ニュートラルロススキャン測定やプリカーサイオンスキャン測定のように前段四重極３の質量走査を伴ったＭＳ／ＭＳ分析を実行する際に、上記のようなＭＳ分析の制御の下で予め行った質量較正や分解能調整を利用するとともに同様のスキャン速度で質量走査を行うことにより、高いスループットで分析を行うことができる。

また、上記実施例において、ＭＳ分析の際に、イオンガイド５に印加される直流バイアス電圧Ｖ_bias2、後段四重極６に印加される直流バイアス電圧Ｖ_bias3は質量走査に応じて、つまり、通過しようとするイオンの質量電荷比に応じて変化させるのが好ましい。通常、質量電荷比の大きなイオンは質量電荷比の小さなイオンよりも加速されにくいから、質量電荷比を大きくする方向に質量走査される場合には、それに伴って加速のための電場を強くするように直流バイアス電圧を変化させるとよい。また、測定対象の化合物が既知である場合には、その化合物に応じて、イオンガイド５や後段四重極６への直流バイアス電圧を変更してもよい。

また、上記各実施例は本発明の一例であるから、本発明の趣旨の範囲で適宜に変形、追加、修正を行っても本願請求の範囲に包含されることは明らかである。

１…分析室
２…イオン源
３…前段四重極マスフィルタ
４…コリジョンセル
４ａ…イオン入射開口
４ｂ…イオン出射開口
５…多重極型イオンガイド
６…後段四重極マスフィルタ
７…検出器
１０…制御部
１１…Ｑ１電源部
１２…ｑ２電源部
１３…Ｑ３電源部
１４…データ処理部
Ｃ…イオン光軸

Claims (2)

1. 試料をイオン化するイオン源と、該イオン源で生成された各種イオンの中で特定の質量電荷比を有するイオンをプリカーサイオンとして選別するための前段四重極と、イオンを収束させつつ後段に輸送するイオンガイドが内部に配設され、前記プリカーサイオンをＣＩＤガスと衝突させて解離させるコリジョンセルと、その解離により生成した各種プロダクトイオンの中で特定の質量電荷比を有するイオンを選別するための後段四重極と、該後段四重極を通過したイオンを検出する検出器と、を具備するタンデム四重極型質量分析装置において、
   a)前記前段四重極、前記イオンガイド、及び、前記後段四重極にそれぞれ所定の電圧を印加する電圧印加手段と、
   b)前記コリジョンセル内にＣＩＤガスが存在する状況の下で、前記前段四重極において質量走査を行うべく時間経過に従って変化する高周波電圧及び直流電圧を該前段四重極に印加し、前記コリジョンセル内でイオンを解離させるべく該イオンを加速させるような直流バイアス電圧を前記イオンガイドに印加し、且つ、前記後段四重極において実質的な質量分離を伴わないイオン収束がなされるように前記前段四重極に印加される高周波電圧よりも小さな高周波電圧を該後段四重極に印加するとともに、イオンを加速させるような直流バイアス電圧を該後段四重極に印加するように、前記電圧印加手段を制御する制御手段と、
   c)前記制御手段の制御により前記前段四重極で質量走査が行われるに伴って前記検出器に到達したプロダクトイオンに応じて得られる検出信号に基づいて、前記イオン源で生成されたイオンに対するマススペクトルを作成する処理手段と、
   を備えることを特徴とするタンデム四重極型質量分析装置。
2. 請求項１に記載のタンデム四重極型質量分析装置であって、
   前記前段四重極で選択されるイオンの質量電荷比に応じて、前記イオンガイドの直流バイアス電圧、前記後段四重極の直流バイアス電圧のいずれか一方又は両方を変化させることを特徴とするタンデム四重極型質量分析装置。

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