JP5784641B2 - 質量分析装置および方法 - Google Patents
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Description
イオンリペラー電極 +10V
電子コレクタ +140V
アインツェルレンズI +5V
II +3V
III +4V
イオンリペラー電極 +60V
2つの電極間のイオンの質量Mおよび電界Eに配置された電荷+qは、
ここで、sは時間t内にイオンが移動する距離である。
2つの電極が距離dを離れ、かつ任意の時点でのこれらの電極間に印加された電圧がVtである場合、加速度の式は、
t=0においてVt=0であり、Vtが常に正であるように、振幅V0および周波数ωrad/sであって、電極間に印加された電圧が関数について正弦波である場合、
イオンの加速度は
そして、瞬間速度vtは、積分の式2によって下記のように求められ得る。
そして、式3よりイオン速度がt=0においてゼロである場合、C=0である。
式3を再構成し、C=0とすると、時間tにおけるイオン速度の式が与えられる。
式5を再構成すると、
定義上、t=0においてs=0であり、よって式5より、
式7を式6に代入すると、時間t後のイオンの移動距離の式が与えられる。
式9を再構成すると、
そして、(より高次の項を無視して)第一次近似を行う。
イオンがより負側の電極に到達する時間teにおいて、イオンが移動した距離は、電極から離れた距離dとなる。
よって、dを式11のsに代入すると、
式12を再構成すると、流出時間teの式
終了時間の式(式13)を速度の式(式4)に代入すると、以下の流出速度veの式が与えられる。
2つの電極間のイオンの質量Mおよび電界Eに配置された電荷+qは、
ここで、sは時間t内にイオンが移動する距離である。
2つの電極が距離dを離れ、かつ任意の時点でのこれらの電極間に印加された電圧がVtである場合、加速度の式は、
電極に印加された電圧が初めにゼロであり、率Rで時間とともに直線的に増加する場合、
そして、瞬間速度vtは、積分の式2によって下記のように求められ得る。
そして、式3よりイオン速度がt=0においてゼロである場合、C=0であり、
そして、移動距離sがさらなる積分によって求められ得る。
定義上、t=0においてs=0であり、よって式5より、C’=0である場合、
イオンが負側の電極に到達する時間teにおいて、イオンが移動した距離は、電極から離れた距離dとなる。
よって、dを式6のsに、teを式6のtに代入すると、
式4を式7に代入すると、
ここで、veはteにおけるイオン速度である。
式8を再構成すると、
式9を式4に代入すると、
再構成すると、質量対電荷比が流出速度の3乗に反比例することを示す
[1]米国特許第7,247,847号明細書
[2]“Enhancement of ion transmission at low collision energies via modifications to the interface region of a 4-sector tandem mass-spectrometer”, Yu W., Martin S.A., Journal of the American Society for Mass Spectroscopy, 5(5) 460-469, May 1994
[3]“Advances in multidetector arrays for mass-spectroscopy − A LINK (JIMS)Project to develop a new high-specification array”, Birkinshaw K., Transactions of the Institute of Measurement and Control, 16(3), 149-1622, 1994
[4]“Focal plane charge detector for use in mass spectroscopy”, Birkinshaw K., Analyst, 117(7), 1099-1104, 1992
Claims (18)
- 質量分析計であって、
質量対電荷比を有する複数のイオンを各々が含むイオンパケットを要求に応じて供給するように構成されたイオン源であって、共通の質量対電荷比を有するイオンはイオン種と呼ばれる、イオン源と、
前記イオン源から前記イオンパケットを受けるように配置された電極配置と、該電極配置に電圧プロファイルを印加するように動作可能な駆動回路と、を備えるマスフィルタであって、該電圧プロファイルが、前記質量対電荷比が高くなるにつれて高くなる運動エネルギーと前記質量対電荷比が高くなるにつれて低くなる速度とを各イオン種に付与する関数形式を有する、マスフィルタと、
前記マスフィルタから出力された前記イオンを受けるように配置されたイオン検出器であって、イオン種の運動エネルギーに基づき且つ前記電圧プロファイルの前記関数形式を考慮して、異なるイオン種を区別するように動作可能なイオン検出器と、を備える質量分析計。 - 前記電圧プロファイルは単調に変化する、請求項1に記載の質量分析計。
- 前記電圧プロファイルは線形である、請求項1に記載の質量分析計。
- 前記電圧プロファイルは周期関数であり、該周期関数の規定の位置において前記イオン源が前記マスフィルタにイオンパケットを注入するように、前記イオン源及び前記マスフィルタを制御するようにコントローラが設けられる、請求項1に記載の質量分析計。
- 前記周期関数は正弦関数であり、前記コントローラは、前記電圧プロファイルが該正弦関数の極値点にあるとき又は該極値点の付近にあるとき、前記マスフィルタにイオンパケットを注入することを前記イオン源にさせるように動作可能である、請求項4に記載の質量分析計。
- 前記コントローラは、前記正弦関数が前記極値点後の変曲点に到達するまでに前記イオンパケットが前記マスフィルタを出るように、前記イオン源及び前記マスフィルタを制御するように動作可能である、請求項5に記載の質量分析計。
- 前記イオンパケットは、前記極値点と前記変曲点との間の時間の半分の時間までに前記マスフィルタを出る、請求項6に記載の質量分析計。
- 前記極値点は−π/2の位相において最小値であり、前記イオンは正イオンである、請求項5〜7のいずれか1項に記載の質量分析計。
- 前記極値点は+π/2の位相において最大値であり、前記イオンは負イオンである、請求項5〜7のいずれか1項に記載の質量分析計。
- 質量分析方法であって、
質量対電荷比を有する複数のイオンを各々のパケットが含むイオンパケットを生成する工程であって、共通の質量対電荷比を有するイオンはイオン種と呼ばれる、工程と、
電極配置によって画定されたマスフィルタ領域にそれぞれのイオンパケットを注入する工程と、
前記電極配置に電圧プロファイルを印加する工程であって、前記電圧プロファイルが、前記質量対電荷比が高くなるにつれて高くなる運動エネルギーと前記質量対電荷比が高くなるにつれて低くなる速度とを各イオン種に付与する関数形式を有する、工程と、
イオン種の運動エネルギーに基づき且つ前記電圧プロファイルの前記関数形式を考慮して、異なるイオン種を区別することによって前記電圧プロファイルによって加速させられたイオンを検出する工程と、を含む質量分析方法。 - 前記電圧プロファイルは単調に変化する、請求項10に記載の方法。
- 前記電圧プロファイルは線形である、請求項10に記載の方法。
- 前記電圧プロファイルは周期関数であり、前記イオンパケットは、該周期関数の規定の位置において前記マスフィルタに注入される、請求項10に記載の方法。
- 前記周期関数は正弦関数であり、前記電圧プロファイルが該正弦関数の極値点にあるとき又は該極値点の付近にあるとき、前記イオンパケットは前記マスフィルタに注入される、請求項13に記載の方法。
- 前記注入工程及び前記印加工程は、前記正弦関数が前記極値点後の変曲点に到達するまでに前記イオンパケットが前記マスフィルタ領域を出るように実行される、請求項14に記載の方法。
- 前記イオンパケットは、前記極値点と前記変曲点との間の時間の半分の時間までに前記マスフィルタ領域を出る、請求項15に記載の方法。
- 前記極値点は−π/2の位相において最小値であり、前記イオンは正イオンである、請求項14〜16のいずれか1項に記載の方法。
- 前記極値点は+π/2の位相において最大値であり、前記イオンは負イオンである、請求項14〜16のいずれか1項に記載の方法。
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