JP5423881B2 - 四重極型質量分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、試料由来のイオンを質量電荷比（m/z）に応じて分離する質量分析器として四重極マスフィルタを用いた四重極型質量分析装置に関する。

一般に四重極型質量分析装置では、試料から生成された各種イオンを四重極マスフィルタに導入して特定の質量電荷比を有するイオンのみを選択的に通過させ、通過したイオンを検出器により検出してイオンの量に応じた強度信号を取得する。

四重極マスフィルタは、イオン光軸を取り囲むように互いに平行に配置された４本のロッド電極から成り、その４本のロッド電極にはそれぞれ直流電圧と高周波電圧（交流電圧）とを加算した電圧が印加される。四重極マスフィルタを通過し得るイオンの質量電荷比は、ロッド電極に印加される高周波電圧と直流電圧とに依存する。そこで、分析対象のイオンの質量電荷比に応じて高周波電圧及び直流電圧を適切に設定することで、その分析対象のイオンを選択的に通過させて検出することができる。また、ロッド電極に印加する高周波電圧及び直流電圧をそれぞれ所定範囲で変化させることにより、四重極マスフィルタを通過するイオンの質量電荷比を所定範囲で走査し、その際に検出器により得られる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（スキャン測定）。

四重極マスフィルタのロッド電極への印加電圧についてより詳しく述べると、一般に、４本のロッド電極のうち、イオン光軸を挟んで対向する２本のロッド電極同士が接続され、一方の電極の組には、Ｕ＋Ｖ・cosΩｔなる電圧が印加され、他方の電極の組には、−Ｕ−Ｖ・cosΩｔなる電圧が印加される。この±Ｕが直流電圧、±Ｖ・cosΩｔが高周波電圧である。各ロッド電極には共通の直流バイアス電圧が印加される場合もあるが、この電圧は通過し得るイオンの質量電荷比には無関係であるので、ここでは無視する。上述のように分析対象イオンの質量電荷比を走査する際には、通常、直流電圧の電圧値Ｕと高周波電圧の振幅値Ｖとの関係について、Ｕ／Ｖを一定に保ちつつＵとＶとをそれぞれ変化させる（例えば特許文献１参照）。なお、前述のように厳密にはＵは直流電圧の電圧値、Ｖは高周波電圧の振幅値であるが、以下の説明では簡略化して、直流電圧Ｕ、高周波電圧Ｖと記すこととする。

四重極型質量分析装置において、ＳＩＭ（選択イオンモニタリング）測定を実行する場合には、予め定められた複数の質量電荷比に対するイオン検出を順次実行するため、四重極マスフィルタにおいて選択する質量電荷比を大きく変化させる場合がある。例えば、分析対象イオンを或る低質量電荷比Ｍ_Lから高質量電荷比Ｍ_Hに切り替えるとき、直流電圧Ｕと高周波電圧Ｖの設定値は同時に大きく変更される。このとき実際にロッド電極に印加される電圧は理想的なステップ状には変化せず、或る程度の応答時間（立上り時間又は立下り時間や遅れ時間など）が生じることは避けられない。直流電圧Ｕと高周波電圧Ｖの応答時間が等しく同じような過渡特性を示せば何ら問題はないが、直流電圧と高周波電圧とは異なる回路で生成されるため、両者の応答時間は同一にはならない。このような場合、次のような問題が生じる。

図７は直流電圧Ｕと高周波電圧Ｖの応答時間の差異により生じる問題を説明するための模式図である。
直流電圧Ｕの応答時間ｔ(Ｕ)が高周波電圧Ｖの応答時間ｔ(Ｖ)よりも大きい場合、低質量電荷比Ｍ_Lと高質量電荷比Ｍ_Hとの切替え時における各電圧変化は図７（ａ）に示すようになる。この場合、図７（ｂ）に示すように、低質量電荷比Ｍ_Lから高質量電荷比Ｍ_Hへの切替えの過渡状態において多量のイオンが四重極マスフィルタを通過してしまう。逆に、高周波電圧Ｖの応答時間ｔ(Ｖ)が直流電圧Ｕの応答時間ｔ(Ｕ)よりも大きい場合には、高質量電荷比Ｍ_Hと低質量電荷比Ｍ_Lとの切替え時における各電圧変化は図７（ｃ）に示すようになり、図７（ｄ）に示すように、高質量電荷比Ｍ_Hから低質量電荷比Ｍ_Lへの切替えの過渡状態において多量のイオンが四重極マスフィルタを通過してしまう。

上記現象を、図８に示すマチウ（Mathieu：マシューと呼ばれることもある）方程式の解の安定条件に基づく安定領域図を用いて説明する。
ロッド電極で囲まれる空間に形成される四重極電場においてイオンが安定的に存在し得る（つまり途中で発散せずに四重極マスフィルタを通過し得る）安定領域Ｓは、図８中に示すような略三角形状となる。質量電荷比がＭ_LからＭ_Hに切り替えられるとき安定領域Ｓは図８（ａ）に示すように移動するとともに拡大する。応答時間ｔ(Ｕ)、ｔ(Ｖ)がほぼ揃っている（電圧比Ｕ／Ｖが略一定に維持される）場合には、図８（ａ）中に点線で示すように電圧は変化する。ところが、直流電圧Ｕの変化が高周波電圧Ｖの変化よりも遅れる場合には、極端に書けば、四重極マスフィルタに導入されたイオンが感受する電場は図８（ａ）中に実線で示す矢印のように変化する。この場合、変化の経路の大部分が安定領域Ｓの内側となり、そのため、この過渡状態のときに四重極マスフィルタに導入されるイオンは発散せずに四重極マスフィルタを通り抜け易い。

逆に、質量電荷比がＭ_HからＭ_Lに切り替えられるとき、安定領域Ｓは図８（ｂ）に示すように移動するとともに縮小する。この場合、高周波電圧Ｖの変化が直流電圧Ｕの変化よりも遅れると、極端に書けば、四重極マスフィルタに導入されたイオンが感受する電場は図８（ｂ）中に実線で示す矢印のように変化する。この場合、変化の経路の大部分が安定領域Ｓの内側となり、そのため、この過渡状態のときに四重極マスフィルタに導入されるイオンは発散せずに四重極マスフィルタを通り抜け易い。

上述のように四重極マスフィルタにおいて質量電荷比を切り替える過渡状態のときにイオンが過剰に通過してしまうと、過剰な量のイオンが検出器に入射して検出器の劣化を促進するおそれがある。また、前後二段の四重極マスフィルタの間にコリジョンセルを設けた三連四重極（タンデム）型質量分析装置では（例えば特許文献２参照）、前段の四重極マスフィルタを通過するイオン量が過剰になると、コリジョンセル内部に過剰な量のイオンが滞留し、クロストークが発生したりＳＮ比や感度の低下などを招いたりするおそれがある。

特開２００７−３２３８３８号公報 特開２００５−２５９６１６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、四重極型質量分析装置において分析対象のイオンの質量電荷比を切り替えるべく四重極マスフィルタを構成するロッド電極に印加する電圧を変化させる際に、その変化の過渡的な状態において過剰な量のイオンが該フィルタを通過してしまって後段のイオン検出器等にダメージを与えたり、分析の精度や感度を低下させたりすることを防止す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第１発明は、試料由来のイオンを質量電荷比に応じて選択的に通過させる４本の主ロッド電極の前段に同数のプリロッド電極を配置した四重極マスフィルタを具備する四重極型質量分析装置において、
a)測定対象の質量電荷比に応じて異なる電圧値の直流電圧を発生する直流電圧源、測定対象の質量電荷比に応じて異なる振幅を有する高周波電圧を発生する高周波電圧源、及び、その直流電圧と高周波電圧とを加算して前記主ロッド電極に印加する電圧加算部、を含み、測定対象の質量電荷比を切り替えるべく高周波電圧及び直流電圧が同時に変更される際に高周波電圧の振幅の応答時間が直流電圧の応答時間よりも短く設定され、且つ、該直流電圧の応答時間が、分析対象の最大の質量電荷比を持つイオンが前記主ロッド電極を通過するに要する時間よりも短く設定されてなる四重極駆動手段と、
b)測定対象の質量電荷比を切り替えるべく高周波電圧及び直流電圧が同時に変更される際に、その高周波電圧と直流電圧の応答時間の差異に起因してそれら電圧の変化時に前記主ロッド電極を通過し得る低い質量電荷比を持つイオンを遮断するために、前記直流電圧の変化の過渡状態に対応した電圧を生成して前記プリロッド電極に印加する過渡時電圧印加手段と、
を備えることを特徴としている。

また上記課題を解決するために成された第２発明は、試料由来のイオンを質量電荷比に応じて選択的に通過させる４本の主ロッド電極の後段に同数のポストロッド電極を配置した四重極マスフィルタを具備する四重極型質量分析装置において、
a)測定対象の質量電荷比に応じて異なる電圧値の直流電圧を発生する直流電圧源、測定対象の質量電荷比に応じて異なる振幅を有する高周波電圧を発生する高周波電圧源、及び、その直流電圧と高周波電圧とを加算して前記主ロッド電極に印加する電圧加算部、を含み、測定対象の質量電荷比を切り替えるべく高周波電圧及び直流電圧が同時に変更される際に高周波電圧の振幅の応答時間が直流電圧の応答時間よりも短く設定され、且つ、該直流電圧の応答時間が、分析対象の最大の質量電荷比を持つイオンが前記主ロッド電極を通過するに要する時間よりも短く設定されてなる四重極駆動手段と、
b)測定対象の質量電荷比を切り替えるべく高周波電圧及び直流電圧が同時に変更される際に、その高周波電圧と直流電圧の応答時間の差異に起因してそれら電圧の変化時に前記主ロッド電極を通過し得る低い質量電荷比を持つイオンを遮断するために、前記直流電圧の変化の過渡状態に対応した電圧を生成して前記ポストロッド電極に印加する過渡時電圧印加手段と、
を備えることを特徴としている。

また上記課題を解決するために成された第３発明は、試料由来のイオンを質量電荷比に応じて選択的に通過させる４本の主ロッド電極の前段に同数のプリロッド電極を配置するとともに後段に同数のポストロッド電極を配置した四重極マスフィルタを具備する四重極型質量分析装置において、
a)測定対象の質量電荷比に応じて異なる電圧値の直流電圧を発生する直流電圧源、測定対象の質量電荷比に応じて異なる振幅を有する高周波電圧を発生する高周波電圧源、及び、その直流電圧と高周波電圧とを加算して前記主ロッド電極に印加する電圧加算部、を含み、測定対象の質量電荷比を切り替えるべく高周波電圧及び直流電圧が同時に変更される際に高周波電圧の振幅の応答時間が直流電圧の応答時間よりも短く設定され、且つ、該直流電圧の応答時間が、分析対象の最大の質量電荷比を持つイオンが前記主ロッド電極を通過するに要する時間よりも短く設定されてなる四重極駆動手段と、
b)測定対象の質量電荷比を切り替えるべく高周波電圧及び直流電圧が同時に変更される際に、その高周波電圧と直流電圧の応答時間の差異に起因してそれら電圧の変化時に前記主ロッド電極を通過し得る低い質量電荷比を持つイオンを遮断するために、前記直流電圧の変化の過渡状態に対応した電圧を生成して前記プリロッド電極及び前記ポストロッド電極のそれぞれに印加する過渡時電圧印加手段と、
を備えることを特徴としている。

第１乃至第３発明の一態様として、過渡時電圧印加手段は、例えばＣＲ微分回路などの微分回路とすることができる。微分回路では、直流電圧の時間的変化が大きなときには大きな電圧が出力され、その時間的変化が収束するに伴い出力は低下する。これにより、直流電圧と高周波電圧との応答時間の差異により過渡的に生じる電圧差に対応した電圧を生成することができる。特にＣＲ微分回路は回路が簡単で廉価であるので、コスト増加を抑えることができる。

また上記のようにＣＲ微分回路を用いる場合、その回路の時定数をτ（＝ＲＣ）とすると低域遮断周波数ｆはｆ＝１／（２πτ）である。質量電荷比切替え時の直流電圧の変化の周波数特性ｆ（Ｕ）が上記低域遮断周波数ｆよりも低いと、直流電圧の電圧変化は微分回路を通過せず、低質量電荷比のイオンを遮断するための電圧をプリロッド電極やポストロッド電極に印加することができない。微分回路の時定数τと直流電圧の応答時間ｔ（Ｕ）との関係がτ＝ｔ（Ｕ）／３であるとき、その直流電圧の変化の周波数特性はｆ（Ｕ）＝１／（２πτ）となる。そこで、直流電圧の電圧変化が微分回路を通過するようにするためには、微分回路の時定数τを直流電圧源による直流電圧の応答時間ｔ（Ｕ）の３分の１よりも大きい値に設定しておくとよい。

第１乃至第３発明に係る四重極型質量分析装置では、測定対象の質量電荷比が切り替えられる際に、四重極駆動手段から主ロッド電極に印加される高周波電圧及び直流電圧が共に質量電荷比に応じて切り替えられるが、それら電圧が変化する過渡的状態のときに過渡時電圧印加手段によりプリロッド電極とポストロッド電極とのいずれか一方又は両方に過渡状態に対応した電圧が印加される。この一時的な電圧の印加によって、プリロッド電極で囲まれる空間、ポストロッド電極で囲まれる空間のいずれか一方又は両方に、一時的に直流的な四重極電場が形成される。例えばプリロッド電極で囲まれる空間に形成されるこの四重極電場は、プリロッド電極に入射してきたイオンのうち特に低質量電荷比範囲のイオンを発散させるように作用するから、主ロッド電極に到達する前にそうしたイオンを消失させることができる。またポストロッド電極で囲まれる空間に形成される上記四重極電場は、ポストロッド電極に入射してきたイオンのうち特に低質量電荷比範囲のイオンを発散させるように作用するから、ポストロッド電極の後段に配置されたイオン検出器やコリジョンセルなどに到達する前にそうしたイオンを消失させることができる。

一方、主ロッド電極で囲まれる空間を通り抜けるのに要する時間が直流電圧の応答時間よりも長い、相対的に高い質量電荷比範囲のイオンは、主ロッド電極で囲まれる空間に形成される電場により排除される。したがって、質量電荷比の切替え（厳密には低質量電荷比から高質量電荷比への切替え）に伴う電圧変化の過渡状態時に四重極マスフィルタに入射して来たイオンのうち、低質量電荷比範囲のイオンと高質量電荷比範囲のイオンとをともに減らすことができ、四重極マスフィルタを通り抜けてしまうイオンを少なくすることができる。

通常の四重極型質量分析装置であれば、四重極マスフィルタの後段にイオン検出器が備えられているが、第１乃至第３発明に係る四重極型質量分析装置によれば、測定対象のイオンの質量電荷比を切り替える過渡的な状態においてイオン検出器に意図せずに多量のイオンが入射してしまうことを防止することができる。それによって、電子増倍管などのイオン検出器に与えるダメージを抑制することができる。また、三連四重極型質量分析装置では、前段の四重極マスフィルタの後段にコリジョンセルが設けられているが、第１乃至第３発明に係る四重極型質量分析装置によれば、測定対象であるプリカーサイオンの質量電荷比を切り替える過渡的な状態においてコリジョンセルに意図せずに多量のイオンが導入されてしまうことを防止することができる。それによって、コリジョンセル内にイオンが滞留することによるゴーストピークの発生を回避することができ、検出信号のＳＮ比や感度の向上を図ることができる。

本発明の一実施例による四重極型質量分析装置の概略構成図。 質量電荷比と四重極マスフィルタをイオンが通過する時間との関係の一例を示す図。 本実施例の四重極型質量分析装置における質量電荷比切替え時の電圧変化の観測結果を示す図。 直流電圧の変化とイオン検出信号との観測結果を示す図。 本発明の他の実施例による四重極型質量分析装置の概略構成図。 本発明の他の実施例による四重極型質量分析装置の概略構成図。 直流電圧と高周波電圧との応答時間が相違する場合の問題点の説明図。 図７の問題をマチウ方程式の解の安定条件に基づく安定領域図で説明した図。

以下、本発明に係る四重極質量分析装置の一実施例を添付図面を参照して説明する。図１は本実施例による四重極型質量分析装置の概略構成図である。

イオン源１で試料から生成された各種イオンは、主電極部３及びプリ電極部４からなる四重極マスフィルタ２を経てイオン検出器５に到達する。主電極部３は、イオン光軸Ａを中心とする所定半径の円筒に内接するように互いに平行に配置された４本の主ロッド電極３１、３２、３３、３４から成る。また、プリ電極部４は主電極部３と同様の配置で長さのみが短い４本のプリロッド電極４１、４２、４３、４４から成る。

主電極部３にあって、イオン光軸Ａを挟んで対向する２本の主ロッド電極３１、３３及び３２、３４はそれぞれ電気的に接続され、制御部７による制御の下に、２本一組である各組の主ロッド電極３１〜３４に四重極電圧発生部６から所定の電圧が印加される。また、プリ電極部４にあっても同様に、イオン光軸Ａを挟んで対向する２本のプリロッド電極４１、４３及び４２、４４はそれぞれ電気的に接続されている。主ロッド電極３１、３３とプリロッド電極４１、４３とは一次微分フィルタ回路６５を介して接続され、主ロッド電極３２、３４とプリロッド電極４２、４４とは別の一次微分フィルタ回路６６を介して接続されている。

四重極電圧発生部６は、互いに極性の異なる±Ｕなる２系統の直流電圧を発生する直流電圧源６２、６３と、互いに位相が１８０°異なる±Ｖ・cosΩｔなる交流電圧を発生する高周波電圧源６１、６４とを含み、これら電圧をそれぞれ合成して＋（Ｕ＋Ｖ・cosΩｔ）及び−（Ｕ＋Ｖ・cosΩｔ）なる２系統の駆動電圧を生成する。一次微分フィルタ回路６５、６６はいずれも抵抗ＲとコンデンサＣとからなり、そのフィルタ時定数τはＲＣ[s]である。この一次微分フィルタ回路６５、６６の低周波帯域のカットオフ周波数は１／（２πτ）である。

なお、図１では説明を簡単にするために、四重極電圧発生部６において直流電圧源６２と直流電圧源６３との間の結線を接地しているが、ここに接地電位（０Ｖ）ではなく、共通の直流バイアス電圧を与えるようにすることができる。この場合、一次微分フィルタ回路６５、６６中の抵抗Ｒの一端にも接地電位（０Ｖ）ではなく、共通の直流バイアス電圧を与えるようにするとよい。

また、煩雑になるため図１では記載を省略しているが、イオン源１と四重極マスフィルタ２との間には、イオンを収束させ、場合によっては加速・減速させるイオンレンズやイオンガイドなどのイオン輸送光学系が配設される。

本実施例の四重極型質量分析装置において、主電極部３で選択すべき（通過させるべき）イオンの質量電荷比を切り替えるときには駆動電圧±（Ｕ＋Ｖ・cosΩｔ）が変更される。このとき直流電圧Ｕの応答時間ｔ（Ｕ）と高周波電圧Ｖの応答時間ｔ（Ｖ）が揃っていることが望ましいが、これを完全に揃えることは実際上困難である。一般に、直流電圧源６２、６３は直流アンプを含み、その出力段には電圧を安定化するための比較的容量の大きなコンデンサが接続され、また主ロッド電極３１〜３４自体も容量負荷となるため、これら容量負荷を充放電する必要があるために、直流電圧Ｕの応答時間ｔ（Ｕ）は高周波電圧Ｖの応答時間ｔ（Ｖ）よりも長くなる。その結果、図７（ａ）に示したように、低質量電荷比から高質量電荷比への切替え時に通過イオン量増大の問題が生じることになる。

そこで、上記状況において通過イオン量を減らすために、本実施例の四重極型質量分析装置では、四重極電圧発生部６と一次微分フィルタ回路６５、６６とが次のような特徴的な構成となっている。

（１）直流電圧源６２、６３は、四重極マスフィルタ２に導入されるイオンのうち質量電荷比が最大であるイオンが該フィルタ２を通り抜けるのに要する所要時間よりも直流電圧Ｕの応答時間ｔ（Ｕ）が短いことが保証されるような応答特性を有する。
図２は、この例で用いられている四重極マスフィルタ２の主電極部３において、イオンの質量電荷比とイオンが通過する所要時間との関係を示す図である。例えば質量電荷比m/z１０００であるイオンの通過所要時間は２４３．３[μs]、質量電荷比m/z２０００であるイオンの通過所要時間は３４４．１[μs]である。原理的に、その通過所要時間が直流電圧Ｕ又は高周波電圧Ｖのいずれか応答時間が遅い方（ここでは直流電圧Ｕ）の応答時間よりも長いような高質量電荷比のイオンは、主電極部３を通過する間に発散してしまい通り抜けることはない。したがって、例えば直流電圧Ｕの応答時間ｔ（Ｕ）を２４３．３[μs]にすれば、質量電荷比が１０００以上であるイオンは電圧変化の過渡状態において排除される。直流電圧Ｕの応答時間ｔ（Ｕ）を短くするほど、主電極部３において排除可能な質量電荷比の下限は下がる。

（２）一次微分フィルタ回路６５、６６における抵抗Ｒ、コンデンサＣの値は、その値によって決まる時定数τが直流電圧Ｕの応答時間ｔ（Ｕ）の３分の１よりも大きくなるように定められている。
一次微分フィルタ回路６５、６６は低域遮断フィルタであり、そのカットオフ周波数ｆはｆ＝１／（２πτ）である。時定数τが仮にｔ（Ｕ）／３であったとすると、直流電圧Ｕの変動の周波数特性はｆ（Ｕ）＝１／（２πτ）となるので、τ＜ｔ（Ｕ）／３であるとｆ（Ｕ）＜ｆとなり、質量電荷比切替えに伴う直流電圧Ｕの変動電圧は一次微分フィルタ回路６５、６６を通過せず、プリロッド電極４１〜４４には電圧が印加されなくなってしまう。そこで、質量電荷比切替えに伴う直流電圧Ｕの変動電圧が一次微分フィルタ回路６５、６６を通過する条件として上記のように定めた。

具体的には、本実施例の四重極型質量分析装置では、高周波電圧源６１、６４による高周波電圧Ｖの応答時間ｔ（Ｖ）を１００[μs]、直流電圧源６２、６３による直流電圧Ｕの応答時間ｔ（Ｕ）を２００[μs]、一次微分フィルタ回路６５、６６の時定数τを１００[μs]に定めた。図３は、低質量電荷比（m/z１０）から高質量電荷比（m/z１０００）への切り替えの際の、高周波電圧Ｖ変化及び直流電圧Ｕ変化と、一次微分フィルタ回路６５、６６を通してプリロッド電極４１〜４４に印加される電圧の変化とを観測した結果である。なお、縦軸は電圧の相対値である。

高周波電圧Ｖ変化と直流電圧Ｕ変化との差Δが、この電圧変化の過渡状態において過剰な量のイオンが四重極マスフィルタ２を通り抜けてしまう原因である。図２から、上記応答時間ｔ（Ｕ）、ｔ（Ｖ）の条件では、質量電荷比が約７５０以上であるイオンを主電極部３において排除可能であることが分かる。換言すれば、質量電荷比が約７５０以下であるイオンは主電極部３において排除できないことになる。しかしながら、電圧変化の過渡状態においては、図３中に示すような電圧がプリロッド電極４１〜４４に印加され、これによりプリロッド電極４１〜４４で囲まれる空間に一時的に直流電場が形成される。この電場に入射して来たイオンの中で、軽いイオン、つまり質量電荷比の小さなイオンほど電場の影響を受けて軌道を曲げやすい。そのため、低質量電荷比のイオンはプリロッド電極４１〜４４を通過する過程で発散して排除される。

即ち、質量電荷比の切替えに伴う電圧変化の過渡状態において、相対的に質量電荷比が低いイオンはプリ電極部４で排除され、相対的に質量電荷比が高いイオンは主電極部３で排除される。これにより、この過渡状態において四重極マスフィルタ２を通り抜けてしまうイオンの量を激減させることができる。

図４は、実際の装置において質量電荷比の切替え時にイオン検出器５で得られる強度信号を測定した結果を示す図である。図４（ｂ）は上記実施例の測定結果であり、このときのｔ（Ｕ）、ｔ（Ｖ）、τは上記記載の値である、一方、図４（ａ）は従来構成の測定結果であり、このときのパラメータはｔ（Ｕ）＝１．５[ms]、ｔ（Ｖ）＝１００[μs]、τ＝７００[μs]である。ここでの測定対象イオンの質量電荷比範囲はおおよそm/z１０〜２０００であり、図２から、図４（ａ）におけるｔ（Ｕ）＝１．５[ms]は上記（１）の条件を満たしていないことが分かる。その結果、従来構成による図４（ａ）では、電圧変動の過渡状態においてイオン強度が極端に増加している。これはイオン検出器にとって大きなダメージであると考えられる。これに対し、本実施例による図４（ｂ）では、電圧変動の過渡状態においてイオン強度は非常に小さくなっている。これにより、本発明によるイオン抑制の効果が確認できる。

上記実施例の四重極型質量分析装置は主電極部３の前段にプリ電極部４が配置された構成の四重極マスフィルタ２を備えるものであるが、一般に、四重極マスフィルタとして、主電極部の後段にポスト電極部が配置された構成やプリロッド電極部とポスト電極部との両方を具備する構成も知られている。こうした構成の四重極マスフィルタに対しても本発明を適用できることは明らかである。図５及び図６は本発明の別の実施例による四重極型質量分析装置の概略構成図であり、いずれも図１と同じ構成要素には同じ符号を付している。

図５に示した四重極型質量分析装置では、四重極マスフィルタ２にあって主電極部３の後段にポスト電極部８が配設されている。ポスト電極部８は図１におけるプリ電極部４と同様に、主電極部３と同様の配置で長さのみが短い４本のポストロッド電極８１、８２、８３、８４から成る。また、イオン光軸Ａを挟んで対向する２本のポストロッド電極８１、８３及び８２、８４はそれぞれ電気的に接続されており、主ロッド電極３１、３３とポストロッド電極８１、８３とは一次微分フィルタ回路６８を介して接続され、主ロッド電極３２、３４とポストロッド電極８２、８４とは別の一次微分フィルタ回路６９を介して接続されている。これにより、ポスト電極部８は上記実施例におけるプリ電極部４と同様に、比較的質量電荷比が低いイオンを排除する機能を有し、イオン検出器５に過剰なイオンが到達することを防止する。

図６に示した四重極型質量分析装置では、四重極マスフィルタ２にあって主電極部３の前段にプリ電極部４が配設され、後段にはポスト電極部８が配設されている。プリ電極部４の構成やプリ電極部４と主電極部３とが一次微分フィルタ回路６５、６６を介して接続されている点は図１と同様である。また、ポスト電極部８の構成やポスト電極部８と主電極部３とが一次微分フィルタ回路６８、６９を介して接続されている点は図５と同様である。この実施例では、プリ電極部４及びポスト電極部８の両方がそれぞれ、比較的質量電荷比が低いイオンを排除する機能を有する。そのため、図１や図５の構成と比べて、低質量電荷比のイオンを排除する効果が高く、イオン検出器５に過剰なイオンが到達することをより確実に防止することができる。

なお、図５及び図６の構成においても、四重極電圧発生部６において直流電圧源６２と直流電圧源６３との間の結線を接地電位とするのではなく、共通の直流バイアス電圧を与えるようにすることができる。この場合、一次微分フィルタ回路６５、６６、６８、６９中の抵抗Ｒの一端にも共通の直流バイアス電圧を与えるようにすればよい。

また、上記実施例はいずれも本発明の一例であり、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。

例えば上記実施例は本発明を通常の四重極型質量分析装置に適用したものであるが、三連四重極型質量分析装置の前段の四重極マスフィルタとして上記実施例に記載の構成の四重極マスフィルタを採用することにより、その前段の四重極マスフィルタで選択する質量電荷比を切り替える際の過渡状態においてコリジョンセルに過剰な量のイオンが導入されることを防止することができる。

１…イオン源
２…四重極マスフィルタ
３…主電極部
３１〜３４…主ロッド電極
４…プリ電極部
４１〜４４…プリロッド電極
５…検出器
６…四重極電圧発生部
６１、６４…高周波電源
６２、６３…直流電源
６５、６６、６８、６９…一次微分フィルタ回路
７…制御部
８…ポスト電極部
８１〜８４…ポストロッド電極
Ａ…イオン光軸
Ｃ…コンデンサ
Ｒ…抵抗

Claims (5)

1. 試料由来のイオンを質量電荷比に応じて選択的に通過させる４本の主ロッド電極の前段に同数のプリロッド電極を配置した四重極マスフィルタを具備する四重極型質量分析装置において、
   a)測定対象の質量電荷比に応じて異なる電圧値の直流電圧を発生する直流電圧源、測定対象の質量電荷比に応じて異なる振幅を有する高周波電圧を発生する高周波電圧源、及び、その直流電圧と高周波電圧とを加算して前記主ロッド電極に印加する電圧加算部、を含み、測定対象の質量電荷比を切り替えるべく高周波電圧及び直流電圧が同時に変更される際に高周波電圧の振幅の応答時間が直流電圧の応答時間よりも短く設定され、且つ、該直流電圧の応答時間が、分析対象の最大の質量電荷比を持つイオンが前記主ロッド電極を通過するに要する時間よりも短く設定されてなる四重極駆動手段と、
   b)測定対象の質量電荷比を切り替えるべく高周波電圧及び直流電圧が同時に変更される際に、その高周波電圧と直流電圧の応答時間の差異に起因してそれら電圧の変化時に前記主ロッド電極を通過し得る低い質量電荷比を持つイオンを遮断するために、前記直流電圧の変化の過渡状態に対応した電圧を生成して前記プリロッド電極に印加する過渡時電圧印加手段と、
   を備えることを特徴とする四重極型質量分析装置。
2. 試料由来のイオンを質量電荷比に応じて選択的に通過させる４本の主ロッド電極の後段に同数のポストロッド電極を配置した四重極マスフィルタを具備する四重極型質量分析装置において、
   a)測定対象の質量電荷比に応じて異なる電圧値の直流電圧を発生する直流電圧源、測定対象の質量電荷比に応じて異なる振幅を有する高周波電圧を発生する高周波電圧源、及び、その直流電圧と高周波電圧とを加算して前記主ロッド電極に印加する電圧加算部、を含み、測定対象の質量電荷比を切り替えるべく高周波電圧及び直流電圧が同時に変更される際に高周波電圧の振幅の応答時間が直流電圧の応答時間よりも短く設定され、且つ、該直流電圧の応答時間が、分析対象の最大の質量電荷比を持つイオンが前記主ロッド電極を通過するに要する時間よりも短く設定されてなる四重極駆動手段と、
   b)測定対象の質量電荷比を切り替えるべく高周波電圧及び直流電圧が同時に変更される際に、その高周波電圧と直流電圧の応答時間の差異に起因してそれら電圧の変化時に前記主ロッド電極を通過し得る低い質量電荷比を持つイオンを遮断するために、前記直流電圧の変化の過渡状態に対応した電圧を生成して前記ポストロッド電極に印加する過渡時電圧印加手段と、
   を備えることを特徴とする四重極型質量分析装置。
3. 試料由来のイオンを質量電荷比に応じて選択的に通過させる４本の主ロッド電極の前段に同数のプリロッド電極を配置するとともに後段に同数のポストロッド電極を配置した四重極マスフィルタを具備する四重極型質量分析装置において、
   a)測定対象の質量電荷比に応じて異なる電圧値の直流電圧を発生する直流電圧源、測定対象の質量電荷比に応じて異なる振幅を有する高周波電圧を発生する高周波電圧源、及び、その直流電圧と高周波電圧とを加算して前記主ロッド電極に印加する電圧加算部、を含み、測定対象の質量電荷比を切り替えるべく高周波電圧及び直流電圧が同時に変更される際に高周波電圧の振幅の応答時間が直流電圧の応答時間よりも短く設定され、且つ、該直流電圧の応答時間が、分析対象の最大の質量電荷比を持つイオンが前記主ロッド電極を通過するに要する時間よりも短く設定されてなる四重極駆動手段と、
   b)測定対象の質量電荷比を切り替えるべく高周波電圧及び直流電圧が同時に変更される際に、その高周波電圧と直流電圧の応答時間の差異に起因してそれら電圧の変化時に前記主ロッド電極を通過し得る低い質量電荷比を持つイオンを遮断するために、前記直流電圧の変化の過渡状態に対応した電圧を生成して前記プリロッド電極及び前記ポストロッド電極にそれぞれ印加する過渡時電圧印加手段と、
   を備えることを特徴とする四重極型質量分析装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の四重極型質量分析装置であって、
   前記過渡時電圧印加手段は微分回路であることを特徴とする四重極型質量分析装置。
   
5. 請求項４に記載の四重極型質量分析装置であって、
   前記微分回路の時定数は、前記直流電圧源による直流電圧の応答時間の３分の１よりも大きい値に設定されてなることを特徴とする四重極型質量分析装置。

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