JP6045315B2 - 質量分析装置及び質量分析装置の調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、質量分析装置及び質量分析装置の調整方法に関する。

四重極質量分析計は、双曲線状の四重極マスフィルターにＲＦ電圧、ＤＣ電圧、軸電圧を印加することで所望の質量電荷比のイオンのみ通過させる質量分析装置である。四重極マスフィルターにＲＦ電圧と軸電圧のみを印加すると、ある質量電荷比以上のイオンはすべて通過させるイオンガイドになる。四重極マスフィルターを２つ連結し、その間にコリジョンセルを設けると三連型四重極質量分析装置になる。三連型四重極質量分析装置は、分析部が２つあることで、単体の四重極質量分析装置よりもイオンの選択性が高く、定量分析や定性分析で頻繁に使用されている。

三連型四重極質量分析装置ではまず、第１分析部で所望のイオンが選択される。第１分析部で選択されるイオンは通常、プリカーサーイオンと呼ばれる。プリカーサーイオンはコリジョンセルへと導かれる。コリジョンセルは多重極イオンガイドとその両端に入口電極と出口電極を配置した構成で、ニードルバルブ等の外部からガスを導入する手段を備えている。コリジョンセルにガスを導入すると、プリカーサーイオンはガス（衝突ガス）との衝突によりある確率で開裂を起こし断片化される。コリジョンセルで断片化されたイオンはプロダクトイオンと呼ばれる。コリジョンセル内のプリカーサーイオンやプロダクトイオンは第２分析部で目的のイオンのみが分離され検出される。

第１分析部の上流側ではイオンのクーリングを行う場合もある。クーリングでは通常、多重極イオンガイドでイオンをガスと衝突させる。ガスとの衝突によりイオンの平均運動エネルギーが低下し、運動エネルギー幅もガスと同じ程度の温度にまで縮小する。クーリングにより第１分析部に入射する前のイオンの速度が揃い、分解能と感度の向上につながる。

定量分析を行うとき、三連型四重極質量分析装置はＭＲＭ（マルチプルリアクションモニタリング）と呼ばれるモードで使用されることが多い。ＭＲＭでは第１分析部と第２分析部で特定の質量電荷比のイオンが選択される。第１分析部と第２分析部の質量電荷比の組み合わせはトランジションと呼ばれる。前後に行ったトランジションは互いに干渉することがある。例えば、前回のトランジションによるイオンがコリジョンセルに残ったまま、次のトランジションの測定を行うと、検出されたイオンがどちらのトランジションによるものなのか区別できなくなる。ＭＲＭで信頼性の高い結果を得るには、トランジションが変更する度にコリジョンセルのイオンをできるだけ多く排出することが望ましい。

特許文献１ではコリジョンセルでイオンを一時的に蓄積した後、排出することで装置の高感度を実現する方法が記述されている。排出されたイオンはパルスになるので、パルス部分を信号として積算することでノイズの取り込みを抑え、装置を高感度化できる。

特開２０１０−１２７７１４号公報

コリジョンセルでイオンを蓄積するこのような三連型四重極質量分析装置においても、
トランジションが変更するごとにコリジョンセルのイオンをできるだけ多く排出することは重要な課題である。トランジション間の干渉を低減するには、イオンを排出するための開放時間を長くするほどよい。しかし、コリジョンセルの開放時間を長くすると、高速なＭＲＭができなくなる。このように、開放時間は短すぎても長すぎてもよくなく、トランジション間の干渉の許容範囲に応じて最適化する必要がある。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、コリジョンセルの開放時間を最適化することが可能な質量分析装置及び質量分析装置の調整方法を提供することができる。

（１）本発明に係る質量分析装置は、
試料をイオン化するイオン源と、
前記イオン源で生成されたイオンから質量電荷比に基づいて第１の目的イオンを選択する第１分析部と、
前記第１の目的イオンの一部又は全部を開裂させてプロダクトイオンを生成するコリジョンセルと、
前記第１の目的イオン及び前記プロダクトイオンから質量電荷比に基づいて第２の目的イオンを選択する第２分析部と、
前記第２の目的イオンを検出する検出器と、
前記コリジョンセルが、前記第１の目的イオン及び前記プロダクトイオンを蓄積する蓄積動作を所与の蓄積時間だけ行った後、蓄積されたイオンを排出する開放動作を所与の開放時間だけ行うように制御する制御部と、を含み、
前記制御部は、
調整モードにおいて、設定情報に基づいて前記開放時間を調整し、
前記設定情報は、
前記開放動作の直前に前記コリジョンセルに蓄積されている前記第２の目的イオンの量に対する前記開放動作によって前記コリジョンセルから排出される前記第２の目的イオンの量の割合の目標値の情報である。

本発明に係る質量分析装置によれば、設定情報に基づいてコリジョンセルの開放時間を調整する調整モードを設けたことにより、コリジョンセルの開放時間を最適化することできる。また、本発明に係る質量分析装置によれば、コリジョンセルの排出イオン強度比が目標値に最も近くなる開放時間を探すことで、トランジション間の干渉の許容範囲に応じて開放時間を最適化することができる。

（２）本発明に係る質量分析装置において、
前記制御部は、
前記調整モードにおいて、１回の前記蓄積動作を行う毎に複数回の前記開放動作を行い、前記蓄積動作後の最初の前記開放動作における前記開放時間を変えながら、前記検出器の検出信号に基づいて、当該最初の前記開放動作によって前記コリジョンセルから排出さ
れる前記第２の目的イオンの量及び前記複数回の前記開放動作によって前記コリジョンセルから排出される前記第２の目的イオンの量を測定し、当該２つの測定量の比が前記目標値に最も近づく前記開放時間を算出するようにしてもよい。

本発明に係る質量分析装置によれば、コリジョンセルが１回の蓄積動作を行う毎に複数回の開放動作を行うことでコリジョンセルに蓄積されたイオンをほとんどすべて排出することができる。従って、蓄積動作後の最初の開放動作によるイオンの排出量と複数回の開放動作によるイオンの排出量の総和との比により、蓄積動作後の最初の開放動作における排出イオン強度比を計算することができる。

（３）本発明に係る質量分析装置は、
試料をイオン化するイオン源と、
前記イオン源で生成されたイオンから質量電荷比に基づいて第１の目的イオンを選択する第１分析部と、
前記第１の目的イオンの一部又は全部を開裂させてプロダクトイオンを生成するコリジョンセルと、
前記第１の目的イオン及び前記プロダクトイオンから質量電荷比に基づいて第２の目的イオンを選択する第２分析部と、
前記第２の目的イオンを検出する検出器と、
前記コリジョンセルが、前記第１の目的イオン及び前記プロダクトイオンを蓄積する蓄積動作を所与の蓄積時間だけ行った後、蓄積されたイオンを排出する開放動作を所与の開放時間だけ行うように制御する制御部と、を含み、
前記制御部は、
調整モードにおいて、設定情報に基づいて前記開放時間を調整し、
前記設定情報は、
前記開放動作によって前記コリジョンセルから排出される前記第２の目的イオンの量の目標値の情報である。

本発明に係る質量分析装置によれば、コリジョンセルの排出イオン強度が目標値に最も近くなる開放時間を探すことで、トランジション間の干渉の許容範囲に応じて開放時間を最適化することができる。

（４）本発明に係る質量分析装置において、
前記制御部は、
前記調整モードにおいて、前記開放時間を変えながら、前記検出器の検出信号に基づいて、前記開放動作によって前記コリジョンセルから排出される前記第２の目的イオンの量を測定し、当該測定量が前記目標値に最も近づく前記開放時間を算出するようにしてもよい。

本発明に係る質量分析装置によれば、コリジョンセルの蓄積動作後の最初の開放動作によるイオンの排出量より、蓄積動作後の開放動作における排出イオン強度を計算することができる。

（５）本発明に係る質量分析装置において、
前記制御部は、
前記コリジョンセルの入口を開放するとともに前記コリジョンセルの出口を閉鎖することにより前記コリジョンセルの入口に前記蓄積動作を行わせ、前記コリジョンセルの入口を閉鎖するとともに前記コリジョンセルの出口を開放することにより前記コリジョンセルに前記開放動作を行わせるようにしてもよい。

（６）本発明に係る質量分析装置において、
前記制御部は、
前記蓄積時間が一定になるように制御するようにしてもよい。

本発明に係る質量分析装置によれば、コリジョンセルの蓄積時間を一定にすることで、コリジョンセルに蓄積されるイオンの量を一定にすることができる。

（７）本発明に係る質量分析装置において、
前記制御部は、
前記第１分析部及び前記第２分析部の少なくとも一方がイオンガイドとして動作するように制御するようにしてもよい。

本発明に係る質量分析装置によれば、第１分析部や第２分析部をイオンガイドモードにすることでイオン強度を高感度に測定することができるので、コリジョンセルの開放時間の調整精度も向上する。

（８）本発明に係る質量分析装置は、
前記イオン源と前記第１分析部との間に設けられ、前記イオン源で生成されたイオンの運動エネルギーを低下させる冷却室をさらに含み、
前記制御部は、
前記冷却室が、前記イオン源で生成されたイオンを一時的に蓄積する蓄積動作を行った後、蓄積されたイオンを排出する開放動作を行うように制御するようにしてもよい。

本発明に係る質量分析装置によれば、冷却室でイオンパルスを発生させることで、イオン強度を高感度に測定することができるので、コリジョンセルの開放時間の調整精度も向上する。

（９）本発明に係る質量分析装置において、
前記制御部は、
前記冷却室の入口を常に開放し、前記冷却室の出口を閉鎖することにより前記冷却室に前記蓄積動作を行わせ、前記冷却室の出口を開放することにより前記冷却室に前記開放動作を行わせるようにしてもよい。

（１０）本発明に係る質量分析装置において、
前記制御部は、
前記冷却室が前記蓄積動作及び前記開放動作を行う各時間が一定になるように制御するようにしてもよい。

本発明に係る質量分析装置によれば、冷却室の蓄積時間及び開放時間をそれぞれ一定にすることでコリジョンセルに入射するイオンの量を一定にすることができる。

（１１）本発明に係る質量分析装置において、
前記制御部は、
前記調整モードにおいて、前記第２の目的イオンの質量電荷比毎に前記設定情報に応じた前記開放時間を算出し、算出結果に基づいて、前記第２の目的イオンの質量電荷比と前記開放時間の設定値との対応情報を生成して記録するようにしてもよい。

（１２）本発明に係る質量分析装置において、
前記制御部は、
実測モードにおいて、前記対応情報に基づいて、選択された前記第２の目的イオンの質量電荷比に応じた前記開放時間を設定するようにしてもよい。

本発明に係る質量分析装置によれば、第２の目的イオンの質量電荷比と開放時間の設定値との関係を内挿または外挿することで、実サンプルの測定でもトランジションごとにコリジョンセルの開放時間を最適化することができる。

（１３）本発明に係る質量分析装置において、
前記第１分析部及び前記第２分析部の少なくとも一方は、四重極マスフィルターを含むようにしてもよい。

（１４）本発明に係る質量分析装置の調整方法は、
試料をイオン化するイオン源と、前記イオン源で生成されたイオンから質量電荷比に基づいて第１の目的イオンを選択する第１分析部と、前記第１の目的イオンの一部又は全部を開裂させてプロダクトイオンを生成するコリジョンセルと、前記第１の目的イオン及び前記プロダクトイオンから質量電荷比に基づいて第２の目的イオンを選択する第２分析部と、前記第２の目的イオンを検出する検出器と、前記コリジョンセルが、前記第１の目的イオン及び前記プロダクトイオンを蓄積する蓄積動作を所与の蓄積時間だけ行った後、蓄積されたイオンを排出する開放動作を所与の開放時間だけ行うように制御する制御部と、を含む質量分析装置の調整方法であって、
前記開放時間を変えながら、前記開放動作によって前記コリジョンセルから排出される前記第２の目的イオンの量を測定する第１の測定ステップと、
前記第１の測定ステップにおける前記開放動作の直前に前記コリジョンセルに蓄積されていた前記第２の目的イオンの量を測定する第２の測定ステップと、
前記開放時間毎に、前記第１の測定ステップでの測定量の前記第２の測定ステップでの測定量に対する割合である排出イオン強度比を計算する排出イオン強度比計算ステップと、
前記排出イオン強度比計算ステップの計算結果に基づいて、前記排出イオン強度比が目標値に最も近くなる前記開放時間を計算する開放時間計算ステップと、を含む。

本発明に係る質量分析装置によれば、コリジョンセルの排出イオン強度比が目標値に最も近くなる開放時間を探すことで、トランジション間の干渉の許容範囲に応じて開放時間を最適化することができる。

（１５）本発明に係る質量分析装置の調整方法は、
試料をイオン化するイオン源と、前記イオン源で生成されたイオンから質量電荷比に基づいて第１の目的イオンを選択する第１分析部と、前記第１の目的イオンの一部又は全部を開裂させてプロダクトイオンを生成するコリジョンセルと、前記第１の目的イオン及び前記プロダクトイオンから質量電荷比に基づいて第２の目的イオンを選択する第２分析部と、前記第２の目的イオンを検出する検出器と、前記コリジョンセルが、前記第１の目的イオン及び前記プロダクトイオンを蓄積する蓄積動作を所与の蓄積時間だけ行った後、蓄積されたイオンを排出する開放動作を所与の開放時間だけ行うように制御する制御部と、を含む質量分析装置の調整方法であって、
前記開放時間を変えながら、前記開放動作によって前記コリジョンセルから排出される前記第２の目的イオンの量を測定する測定ステップと、
前記測定ステップの測定結果に基づいて、前記開放動作によって前記コリジョンセルから排出される前記第２の目的イオンの量が目標値に最も近くなる前記開放時間を計算する開放時間計算ステップと、を含む。

本発明に係る質量分析装置によれば、コリジョンセルの排出イオン強度が目標値に最も近くなる開放時間を探すことで、トランジション間の干渉の許容範囲に応じて開放時間を最適化することができる。

第１実施形態の質量分析装置の構成例を示す図。 第１実施形態の質量分析装置の調整方法の一例を示すフローチャート図。 第１実施形態の質量分析装置の調整モードの動作のタイムチャート図。 イオンパルスの強度とコリジョンセルの出口電極の開放時間との関係を示す図。 コリジョンセルの出口電極の開放時間と排出イオン強度比との関係を示す図。 第２分析部で選択されるイオンの質量電荷比とコリジョンセルの出口電極の開放時間との対応テーブルの一例を示す図。 制御部の調整モードの処理の一例を示すフローチャート図。 第１実施形態の質量分析装置の実測モードの動作のタイムチャート図。 第２実施形態の質量分析装置の構成例を示す図。 第２実施形態の質量分析装置の調整モードの動作のタイムチャート図。 制御部の調整モードの処理の一例を示すフローチャート図。 第２実施形態の質量分析装置の実測モードの動作のタイムチャート図。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

１．第１実施形態
（１）構成
まず、第１実施形態の質量分析装置の構成について説明する。第１実施形態の質量分析装置は、いわゆる三連型の四重極質量分析装置であり、その構成の一例を図１に示す。なお、図１は、本実施形態の質量分析装置を鉛直方向に切断した時の概略断面図である。

図１に示すように、第１実施形態の質量分析装置１は、イオン源１０、イオン引き出し部２０、第１分析部３０、コリジョンセル４０、第２分析部５０、検出器６０、電源７０、アナログ信号処理部８０、ＡＤ変換器９０、デジタル信号処理部１００、電源制御部１１０及びパーソナルコンピューター１２０を含んで構成されている。なお、本実施形態の質量分析装置は図１の構成要素の一部を省略した構成としてもよい。

イオン源１０は、図示しないクロマトグラフ等の試料導入装置から導入された試料を所定の方法でイオン化する。イオン源１０は、例えば、ＥＳＩ法等の大気圧イオン化法によって連続的にイオンを生成する大気圧連続イオン源や電子衝突イオン化法等の真空中で行うイオン化法を用いたイオン源として実現することができる。

イオン源１０の後段には、中心に開口部を有する単数若しくは複数の電極からなるイオン引き出し部２０が設けられており、イオン源１０で生成されたイオンは、イオン引き出し部２０を通過して第１分析部３０に入射する。

第１分析部３０は、イオン源１０で生成されたイオンから、質量電荷比（イオンの質量ｍをイオンの価数ｚで割ったもの（ｍ／ｚ））に基づいてイオン（第１の目的イオン）を選択する。具体的には、第１分析部３０は、四重極マスフィルター３２を含んで構成されており、四重極マスフィルター３２に印加される選択電圧（ＲＦ電圧とＤＣ電圧）に応じた質量電荷比のイオンを選択して通過させる。第１分析部３０で選択されるイオンはプリカーサーイオンと呼ばれる。

第１分析部３０の後段には、コリジョンセル４０が設けられており、第１分析部３０で選択されたプリカーサーイオンはコリジョンセル４０へと導かれる。コリジョンセル４０は、多重極イオンガイド４２の両端に入口電極４４と出口電極４６を配置した構成であり、外部からヘリウムやアルゴン等のガスを導入するためのガス導入手段４８（ニードルバルブ等）を備えている。入口電極４４と出口電極４６は、それぞれその中心に開口部が設けられている。コリジョンセル４０にガスを導入することで、プリカーサーイオンの一部又は全部はガスとの衝突によりある確率で開裂を起こし断片化される。但し、プリカーサーイオンが開裂を起こすには、衝突エネルギーがプリカーサーイオンの解離エネルギー以上でなければならない。この衝突エネルギーは多重極イオンガイド４２の軸電圧によって変更することができる。コリジョンセル４０で断片化されたイオンはプロダクトイオンと呼ばれる。

コリジョンセル４０の後段には、第２分析部５０が設けられており、コリジョンセル４０内のプリカーサーイオンやプロダクトイオンは出口電極４６を通過し、第２分析部５０に入射する。第２分析部５０は、プリカーサーイオン及びプロダクトイオンから、質量電
荷比（ｍ／ｚ）に基づいてイオン（第２の目的イオン）を選択する。具体的には、第２分析部５０は、四重極マスフィルター５２を含んで構成されており、四重極マスフィルター５２に印加される選択電圧（ＲＦ電圧とＤＣ電圧）に応じた質量電荷比のイオンを選択して通過させる。

第２分析部５０の後段には検出器６０が設けられており、第２分析部５０で選択されたイオンは、検出器６０で検出される。具体的には、検出器６０は、入射したイオンの数（量）に比例した電流を出力する。

検出器６０が出力する電流は、アナログ信号処理部８０で電圧に変換される。アナログ信号処理部８０は、さらにフィルターで余分なノイズを除去してもよい。

アナログ信号処理部８０の出力信号はＡＤ変換器９０でサンプリングされ、デジタル信号に変換される。

このデジタル信号は、デジタル信号処理部１００で所定回数だけ積算され、その結果がパーソナルコンピューター１２０に転送される。パーソナルコンピューター１２０は、これらの結果を付属の記憶部（記憶装置）（不図示）に保存し、表示する。

イオン源１０、イオン引き出し部２０、第１分析部３０、コリジョンセル４０、第２分析部５０に印加されるすべての電圧は電源７０より供給される。電源７０は、電源制御部１１０によって制御される。特に、本実施形態では、電源制御部１１０は、コリジョンセル４０が、プリカーサーイオン及びプロダクトイオンを蓄積する蓄積動作を所与の蓄積時間だけ行った後、蓄積されたイオンを排出する開放動作を所与の開放時間だけ行うように電源７０を制御する。

本実施形態では、デジタル信号処理部１００、電源制御部１１０及びパーソナルコンピューター１２０は制御部２００を構成しており、制御部２００は、調整モードと実測モードのいずれかに設定される。制御部２００は、調整モードでは、設定情報（具体的には、コリジョンセル４０による排出イオン強度比の情報）に基づいてコリジョンセル４０の開放時間を調整する処理を行い、実測モードでは、調整モードでの処理結果に応じてコリジョンセル４０の開放時間を設定する。

（２）調整方法
次に、第１実施形態の質量分析装置１の調整方法（調整モードを用いてコリジョンセル４０の開放時間を調整する方法）について説明する。図２は、第１実施形態の質量分析装置１の調整方法の一例を示すフローチャート図である。

図２に示すように、ユーザーは、まず、コリジョンセル４０による排出イオン強度比（開放動作の直前にコリジョンセル４０に蓄積されている第２の目的イオンの量に対する開放動作によってコリジョンセル４０から排出される第２の目的イオンの量の割合）を設定する（Ｓ１０）。具体的には、ユーザーが、パーソナルコンピューター１２０を用いてコリジョンセル４０による排出イオン強度比の情報を入力すると、当該排出イオン強度比の情報は、パーソナルコンピューター１２０に付属の記憶部又はその他の記憶部に記憶される。

次に、ユーザーは、標準サンプル導入口に標準サンプルをセットし（Ｓ２０）、トランジション（第１分析部３０と第２分析部５０で選択するイオンの質量電荷比の組み合わせ）を設定する（Ｓ３０）。具体的には、ユーザーが、パーソナルコンピューター１２０を用いてトランジションの情報を入力すると、当該トランジションの情報は、パーソナルコ
ンピューター１２０に付属の記憶部又はその他の記憶部に記憶される。１つの標準サンプルに対し、トランジションは複数設定できる。

次に、ユーザーは、質量分析装置１の調整モードをスタートさせる（Ｓ４０）。具体的には、ユーザーが、パーソナルコンピューター１２０に付属の不図示の表示部（ディスプレイ）に表示された調整モードのスタートボタン（ソフトウェアスイッチ）を押下する等の操作を行うと、当該押下操作の情報とともにトランジションの情報が電源制御部１１０に供給され、電源制御部１１０が所定のシーケンスに従って各部の電圧を変化させながら調整モードが実行される。

そして、調整モードが終了すると（Ｓ５０のＹ）、測定対象の標準サンプルのうち未測定のものがあれば（Ｓ６０）、ユーザーは、イオン源１０に未測定の次の標準サンプルをセットし（Ｓ２０）、ステップＳ３０及びＳ４０を再び行う。

一方、調整モードが終了し（Ｓ５０のＹ）、測定対象のすべての標準サンプルの測定が終了すると（Ｓ６０のＹ）、質量分析装置１の調整フローが終了する。この一連の調整フローにより、第２分析部５０で選択されるイオンの質量電荷比とコリジョンセル４０の出口電極４６の最適な開放時間（ユーザーが設定した排出イオン強度比に最も近くなる開放時間）との対応情報が得られる。

（３）調整モードの動作
次に、第１実施形態の質量分析装置１の調整モードにおける動作について説明する。以下では、イオン源１０において生成されるイオンが正イオンであるものとして説明するが、負イオンであってもよい。負イオンについても、電圧極性を反転させれば以下と同様の説明を適用することができる。

トランジションが既知の標準サンプルを一定流量で連続的にイオン源１０に導入する。イオン源１０で生成されたイオンは、第１分析部３０に入射し、第１分析部３０でトランジションの設定情報に応じた質量電荷比のプリカーサーイオンが選択され、コリジョンセル４０に入射する。

コリジョンセル４０ではイオンを一旦蓄積した後、排出する。イオンの蓄積と排出を行うため、出口電極４６に電源７０からパルス電圧を印加する。パルス電圧を多重極イオンガイド４２の軸電圧よりも高くすると出口電極４６は閉鎖し、イオンはコリジョンセル４０に蓄積される。

一方、パルス電圧を多重極イオンガイド４２の軸電圧よりも低くすると出口電極４６は開放されイオンが排出される。コリジョンセル４０にはガス導入手段４８より希ガス等の衝突ガスを導入する。衝突ガスにはプリカーサーイオンを開裂させてプロダクトイオンの生成を促す効果以外にクーリングの効果もある。そのため、蓄積時に出口電極４６の電位障壁に跳ね返されて入口電極４４に戻ってきたイオンのエネルギーは、初めて入口電極４４を通過したときよりも低くなる。入口電極４４の電圧を調整すれば、上流からのイオンは通過させ、下流から戻ってきたイオンは通過できないようにすることも可能となる。これにより、コリジョンセル４０は高い蓄積効率を実現できる。

なお、コリジョンセル４０でのイオンの蓄積と排出は質量分析装置１の小型化につながる。三連型四重極質量分析装置である質量分析装置１では第１分析部３０や第２分析部５０を短くすると分解能の低下を招くので、コリジョンセル４０を短くすることが小型化に有効である。しかし、コリジョンセル４０を短くすると衝突ガスとの衝突回数が減少し、イオンの開裂を阻害する原因になる。衝突回数を確保するため衝突ガスを多量に導入すれ
ば、第１分析部３０及び第２分析部５０の圧力が上がり感度の低下につながることもある。しかし、コリジョンセル４０にイオンを蓄積することで、イオンはコリジョンセル４０の入口と出口を往復するので、コリジョセンル４０を短くしてもガス導入量を抑えたまま開裂に必要な衝突回数を確保できる。

本実施形態の調整モードでは、コリジョンセル４０にイオンパルスを入射させる。そのため、多重極イオンガイド４２より上流側のイオン引き出し部２０、第１分析部３０、入口電極４４のいずれかで、一時的にイオンの流れを遮断するパルス電圧を電源７０から印加する。パルス電圧による電位障壁をイオンの全エネルギーより大きくするとイオンの流れは遮断され、小さくするとイオンは通過できるようになる。

調整モードでは、外部からコリジョンセル４０による所望の排出イオン強度比を指示すれば、それを実現するように開放時間が調整される。

前述のように、所望の排出イオン強度比は、ユーザーがパーソナルコンピューター１２０に入力する。パーソナルコンピューター１２０は、電源制御部１１０に命令を送り、この命令により、電源制御部１１０は出口電極４６の開放時間を変化させる。この開放時間でコリジョンセル４０から排出されるイオンから、第２分析部５０でトランジションの設定情報に応じた質量電荷比のイオンが選択され、検出器６０で検出される。デジタル信号処理部１００は、検出器６０で検出されたイオン強度を算出し、パーソナルコンピューター１２０に送る。このイオン強度の情報から、パーソナルコンピューター１２０は所望の排出イオン強度比に最も近くなる開放時間を探索する。

図３は、調整モードにおいてコリジョンセル４０の入口電極４４と出口電極４６に印加する電圧のタイムチャートの一例を示す図である。図３では、第１分析部３０と第２分析部５０で選択するイオンの質量電荷比はそれぞれＭ１とｍ１である。

図３に示すように、コリジョンセル４０の入口電極４４には開放時間がｔａ１となるパルス電圧を印加し、イオンはパルスとなってコリジョンセル４０に導入される。図３では、イオンのパルス化をコリジョンセル４０の入口電極４４で行っているが、これを行うのは多重極イオンガイド４２より上流側ならどこでもよい。

入口電極４４の開放動作Ａ１でコリジョンセル４０に入射したイオンはコリジョンセル４０で開裂した後、出口電極４６の２回の開放動作で排出される。１回目の開放動作Ｂ１は時間ｔｂ１に、２回目の開放動作Ｃ１は時間ｔｃ１にわたって継続する。開放動作Ｃ１が終了した後、入口電極４４の次の開放動作Ａ２によるイオンがコリジョンセル４０に入射する。

出口電極４６の開放動作Ｂ１とＣ１によって排出されたイオンパルスは第２分析部５０で質量電荷比ｍ１のイオンが選択され、それぞれイオンパルスＤ１とイオンパルスＥ１となってアナログ信号処理部８０から出力される。イオンパルスＤ１とＥ１の信号はＡＤ変換器９０でサンプリングされ、デジタル信号処理部１００で積算された後、パーソナルコンピューター１２０に転送される。

コリジョンセル４０の出口電極４６の開放時間ｔｂ１は可変にし、開放時間ｔｃ１は一定でコリジョンセル４０のイオンをすべて排出できるほど長くする。出口電極４６の開放時間ｔｂ１を十分長くすると、コリジョンセル４０のイオンはすべて開放動作Ｂ１で排出され、開放動作Ｃ１ではイオンが排出されなくなる。逆に、開放時間ｔｂ１が短ければ、開放動作Ｂ１でコリジョンセル４０のイオンがすべては排出されず、残されたイオンが開放動作Ｃ１によって排出されイオンパルスＥ１となる。

本実施形態では、イオンパルスＤ１とイオンパルスＥ１の面積値の合計が、開放動作Ｂ１を行う前にコリジョンセル４０にあった質量電荷比ｍ１の全イオン量となるようにする。そのため、開放動作Ｂ１とＣ１でコリジョンセル４０のすべてのイオンを排出する。つまり、開放時間ｔｃ１は一定で、しかもコリジョンセル４０のイオンをすべて排出できるように十分長くする。

イオンパルスＤ１とＥ１のイオン強度と出口電極４６の開放時間ｔｂ１との関係は図４のようになる。開放時間ｔｂ１が長くなると、イオンパルスＤ１のイオン強度はある値Ｓで飽和し、イオンパルスＥ１のイオン強度は０になる。イオンパルスＤ１が飽和するのとイオンパルスＥ１のイオン強度が０になる開放時間ｔｂ１は同じである。

飽和したイオン強度Ｓは、コリジョンセル４０の入口電極４４によって発生した個々のイオンパルスに含まれるイオンの内、コリジョンセル４０で質量電荷比ｍ１のイオンに開裂したイオン量である。この値を一定にするため、コリジョンセル４０に入射するイオン量と、コリジョンセル４０でプリカーサーイオンが質量電荷比ｍ１のイオンへと開裂するときの開裂効率を一定にする。コリジョンセル４０に入射するイオン量は入口電極４４の開放時間ｔａ１に比例するので、開放時間ｔａ１は一定にする。開裂効率を一定にするには、コリジョセンル４０のガス導入量と入口電極４４の開放動作Ａ１が始まってから出口電極４６の開放動作Ｂ１が始まるまでの時間ｔｄ１を一定にしておく。出口電極４６の開放時間ｔｂ１を変更するときも、時間ｔｄ１は一定値にしたまま行った方がよい。

数式（１）に示すように、コリジョセンル４０の出口電極４６の開放動作Ｂ１の任意の開放時間ｔｎでの排出イオン強度比Ｒ（ｔｎ）は、開放時間ｔｎに対するイオンパルスＤ１のイオン強度ＩＤ１（ｔｎ）と飽和強度Ｓとの比となる。

パーソナルコンピューター１２０は、各開放時間ｔｎに対して排出イオン強度比Ｒ（ｔｎ）を数式（１）から計算し、ユーザーにより設定されている所望の排出イオン強度比に最も近くなるような開放時間を求める。図５は、開放時間ｔｎと排出イオン強度比Ｒ（ｔｎ）との関係を表すグラフの一例である。図５の例では、白丸で示したＰ１〜Ｐ７の７点のデータが得られており、例えば、排出イオン強度比が０．８に設定されている場合、Ｐ４とＰ５のデータを線形補完し、あるいは、開放時間ｔｎと排出イオン強度比Ｒ（ｔｎ）との関係を所定の多項式で近似してＰ１〜Ｐ７のデータを用いて最小二乗近似等の手法で当該多項式の係数値を決定する等して、排出イオン強度比０．８に対する最適な開放時間を算出することができる。

一般に、質量電荷比の大きいイオンほどコリジョンセル４０からの排出に時間がかかる。従って、後述する実測モードにおいて実サンプルを測定するときのコリジョセンル４０の出口電極４６の開放時間は、第２分析部５０で選択される各イオンの質量電荷比ｍｎに対してそれぞれ最適化することが理想である。そのためには、図６に示すような、各質量電荷比ｍｎに対して出口電極４６の最適な開放時間を示すテーブル（第２分析部５０で選択されるイオンの質量電荷比と出口電極４６の最適な開放時間との対応情報）が必要である。例えば、調整モードにおいて、標準サンプルを用いて、第２分析部５０の複数の質量
電荷比の選択イオンに対して出口電極４６の開放時間を最適化し、得られた結果を内挿、または外挿することでこのテーブルを作成することができる。このテーブルはパーソナルコンピューター１２０で作成、保存し、実サンプルの測定で必要に応じて参照すればよい。

なお、パーソナルコンピューター１２０の代わりに、デジタル信号処理部１００が、所望の排出イオン強度比に最も近くなる開放時間を探索し、テーブルを作成、保存するようにしてもよい。

図７に、以上に説明した動作を実現するための調整モードにおける制御部２００の処理の一例を示すフローチャート図を示す。

図７に示すように、まず、制御部２００（特に電源制御部１１０）は、図２のステップＳ３０でユーザーにより設定されたトランジションの中の最初のトランジションに従い、第１分析部３０、第２分析部５０、その他の各部の電圧を設定する（Ｓ１００）。

次に、制御部２００は、図２のステップＳ２０でユーザーによりセットされた標準サンプルのイオン化を開始する（Ｓ１０２）。

次に、制御部２００（特に電源制御部１１０）は、入口電極４４の電圧を変化させてコリジョンセル４０の入口を開放する（Ｓ１０６）。

次に、制御部２００（特に電源制御部１１０）は、コリジョンセル４０の入口開放後ｔａ１の時間経過後（Ｓ１０８のＹ）、入口電極４４の電圧を変化させてコリジョンセル４０の入口を閉鎖する（Ｓ１１０）。

次に、制御部２００（特に電源制御部１１０）は、コリジョンセル４０の入口開放後ｔｄ１の時間経過後（Ｓ１１２のＹ）、出口電極４６の電圧を変化させてコリジョンセル４０の出口を開放する（Ｓ１１４）。

次に、制御部２００（特に電源制御部１１０）は、コリジョンセル４０の出口開放後ｔｎの時間経過後（Ｓ１１６のＹ）、出口電極４６の電圧を変化させてコリジョンセル４０の出口を閉鎖する（Ｓ１１８）。

次に、制御部２００（特に電源制御部１１０）は、所定時間の経過後（Ｓ１２０のＹ）、出口電極４６の電圧を変化させてコリジョンセル４０の出口を開放する（Ｓ１２２）。

次に、制御部２００（特に電源制御部１１０）は、コリジョンセル４０の出口開放後ｔｃ１の時間経過後（Ｓ１２４のＹ）、出口電極４６の電圧を変化させてコリジョンセル４０の出口を閉鎖する（Ｓ１２６）。

次に、制御部２００（特にデジタル処理部１００）は、所定のタイミングでのＡＤ変換器９０の出力信号（図３のＤ１パルスとＥ１パルス）から排出イオン強度比を計算する（Ｓ１２８）。

そして、制御部２００は、あらかじめ決められたＮ回（例えば１０回）の測定が終了していなければ（Ｓ１３０のＮ）、ステップＳ１０６〜Ｓ１２８の処理を繰り返す。

Ｎ回の測定が終了すると（Ｓ１３０のＹ）、制御部２００（特にデジタル処理部１００）は、Ｎ回の測定の排出イオン強度比の平均値を計算する（Ｓ１３４）。

次に、制御部２００（特にパーソナルコンピューター１２０（デジタル処理部１００でもよい）は、開放時間ｔｎと排出イオン強度比の平均値（ステップＳ１３４の計算結果）を対応づけて記憶する（Ｓ１３６）。

そして、制御部２００は、あらかじめ決められた開放時間ｔｎのすべての設定値での測定が終了していなければ（Ｓ１３８のＮ）、開放時間ｔｎを次の設定値に変更し（Ｓ１４０）、ステップＳ１０６〜Ｓ１３６の処理を繰り返す。

開放時間ｔｎのすべての設定値での測定が終了すると（Ｓ１３８のＹ）、制御部２００（特にデジタル処理部１００）は、Ｎ回の測定の排出イオン強度比の平均値を計算する（Ｓ１３４）。

次に、制御部２００（特にパーソナルコンピューター１２０（デジタル処理部１００でもよい）は、各開放時間ｔｎでの排出イオン強度比の平均値の情報（ステップＳ１３６で記憶された情報）から、設定された排出イオン強度比となる最適な開放時間を探索する（Ｓ１４４）。

次に、制御部２００（特にパーソナルコンピューター１２０（デジタル処理部１００でもよい）は、第２分析部５０で選択されたイオンの質量電荷比と最適な開放時間（ステップＳ１４４の探索結果）との対応情報（テーブル）を記憶する（Ｓ１４６）。

そして、制御部２００は、図２のステップＳ３０でユーザーにより設定されたすべてのトランジションの測定が終了していれば（Ｓ１４８のＹ）、調整モードの処理を終了する。

一方、すべてのトランジションの測定が終了していなければ（Ｓ１４８のＮ）、制御部２００は、次のトランジションに従い、第１分析部３０、第２分析部５０、その他の各部の電圧を設定し（Ｓ１５０）、ステップＳ１０６〜Ｓ１４６の処理を繰り返す。

（４）実測モードの動作
次に、第１実施形態の質量分析装置１の実測モードにおける動作について説明する。以下では、イオン源１０において生成されるイオンが正イオンであるものとして説明するが、負イオンであってもよい。負イオンについても、電圧極性を反転させれば以下と同様の説明を適用することができる。

図８は、実測モードにおいてコリジョンセル４０の入口電極４４と出口電極４６に印加する電圧のタイムチャートの一例を示す図である。

図８に示すように、まず、第１分析部３０で選択されるイオンの質量電荷比をＭ１に設定する。

コリジョンセル４０に入射した質量電荷比がＭ１のイオンはコリジョンセル４０で開裂した後、出口電極４６の開放動作Ｂ１で排出される。開放動作Ｂ１の時間ｔ１は、調整モードで作成及び記憶されたテーブル（第２分析部５０で選択されるイオンの質量電荷比と出口電極４６の最適な開放時間との対応情報）を用いて、第２分析部５０で選択される質量電荷比がｍ１のイオンの排出イオン強度比が調整モードで設定された排出イオン強度比となるような時間が設定される。開放動作Ｂ１の間、イオンがコリジョンセル４０に入って来ないように入口電極４４は閉じる。

出口電極４６の開放動作Ｂ１によって排出されたイオンパルスは第２分析部５０で質量電荷比ｍ１のイオンが選択され、イオンパルスＤ１となってアナログ信号処理部８０から出力される。イオンパルスＤ１の信号はＡＤ変換器９０でサンプリングされ、デジタル信号処理部１００で処理された後、パーソナルコンピューター１２０に転送される。

次に、例えば、第１分析部３０で選択されるイオンの質量電荷比をＭ２に変更する。開放動作Ｂ２の間、イオンがコリジョンセル４０に入って来ないように入口電極４４は閉じる。

コリジョンセル４０に入射した質量電荷比がＭ２のイオンはコリジョンセル４０で開裂した後、出口電極４６の開放動作Ｂ２で排出される。開放動作Ｂ２の時間ｔ２は、調整モードで作成及び記憶されたテーブルを用いて、第２分析部５０で選択される質量電荷比がｍ２のイオンの排出イオン強度比が調整モードで設定された排出イオン強度比となるような時間が設定される。

出口電極４６の開放動作Ｂ２によって排出されたイオンパルスは第２分析部５０で質量電荷比ｍ２のイオンが選択され、イオンパルスＤ２となってアナログ信号処理部８０から出力される。イオンパルスＤ２の信号はＡＤ変換器９０でサンプリングされ、デジタル信号処理部１００で処理された後、パーソナルコンピューター１２０に転送される。

次に、例えば、第１分析部３０で選択されるイオンの質量電荷比をＭ３に変更する。

コリジョンセル４０に入射した質量電荷比がＭ３のイオンはコリジョンセル４０で開裂した後、出口電極４６の開放動作Ｂ３で排出される。開放動作Ｂ３の時間ｔ３は、調整モードで作成及び記憶されたテーブルを用いて、第２分析部５０で選択される質量電荷比がｍ３のイオンの排出イオン強度比が調整モードで設定された排出イオン強度比となるような時間が設定される。開放動作Ｂ３の間、イオンがコリジョンセル４０に入って来ないように入口電極４４は閉じる。

出口電極４６の開放動作Ｂ３によって排出されたイオンパルスは第２分析部５０で質量電荷比ｍ３のイオンが選択され、イオンパルスＤ３となってアナログ信号処理部８０から出力される。イオンパルスＤ３の信号はＡＤ変換器９０でサンプリングされ、デジタル信号処理部１００で処理された後、パーソナルコンピューター１２０に転送される。

このように、実測モードでは、トランジションが変更される毎に、調整モードであらかじめ作成されたテーブルを用いて、第２分析部５０で選択されるイオンの排出イオン強度比が所望の値になるように、コリジョンセル４０の出口電極４６の開放時間が自動的に最適な値に設定される。

以上に説明した第１実施形態の質量分析装置によれば、調整モードにおいて排出イオン強度比に最も近くなるコリジョンセル４０の出口電極４６の開放時間を探索することで、実測モードにおいて出口電極４６の開放時間が最適化され、ユーザー（作業者）が許容するトランジション間の干渉の範囲で最も高速なＭＲＭが可能となる。

また、本実施形態の質量分析装置によれば、調整モードにおいて、第２分析部５０で選択されるイオンの質量電荷比ごとの、コリジョンセル４０の出口電極４６の最適な開放時間のテーブルが作成されるので、実測モードでの実サンプルの測定において、トランジションごとに出口電極４６の開放時間を最適化することができる。

なお、本実施形態では、コリジョンセル４０の出口電極４６に印加する電圧とコリジョ
ンセル４０の手前でイオンをパルス化する電圧をパルス電圧としたが、これらの電圧はイオンの流れを一時的に遮断し、決められた時間だけ開放するように変動する電圧であればよい。

また、所望の排出イオン強度比は、トランジション間の干渉の許容範囲に基づいてユーザー（作業者）が入力してもよいし、初めからパーソナルコンピューター１２０のメモリ装置等に入力されていてもよい。

２．第２実施形態
（１）構成
まず、第２実施形態の質量分析装置の構成について説明する。第２実施形態の質量分析装置は、いわゆる三連型の四重極質量分析装置であり、その構成の一例を図９に示す。なお、図９は、本実施形態の質量分析装置を鉛直方向に切断した時の概略断面図である。

図９に示すように、第２実施形態の質量分析装置１は、イオン源１０、イオン引き出し部２０、冷却室１３０、第１分析部３０、コリジョンセル４０、第２分析部５０、検出器６０、電源７０、アナログ信号処理部８０、ＡＤ変換器９０、デジタル信号処理部１００、電源制御部１１０及びパーソナルコンピューター１２０を含んで構成されている。なお、本実施形態の質量分析装置は図９の構成要素の一部を省略した構成としてもよい。また、図９において、図１と同じ構成要素には同じ符号を付しており、その説明を省略又は簡略する。

第２実施形態の質量分析装置１が第１実施形態と異なるのは、イオン引き出し部２０と第１分析部３０の間に冷却室１３０が設けられている点である。冷却室１３０はイオンガイド１３２とその両端の入口電極１３４、出口電極１３６からなる。必要に応じて、冷却室１３０にはニードルバルブ等による外部からのガス導入手段１３８を設置してもよい。

その他の構成は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

（２）調整方法
第２実施形態の質量分析装置１の調整方法（調整モードを用いてコリジョンセル４０の開放時間を調整する方法）は、第１実施形態と同様であり、例えば、図２と同様のフローチャートで実現することができるため、その図示及び説明を省略する。

（３）調整モードの動作
次に、第２実施形態の質量分析装置１の調整モードにおける動作について説明する。以下では、イオン源１０において生成されるイオンが正イオンであるものとして説明するが、負イオンであってもよい。負イオンについても、電圧極性を反転させれば以下と同様の説明を適用することができる。なお、以下の説明において、第１実施形態と共通する内容については説明を省略する。

イオン源１０で生成されたイオンは、イオン引き出し部２０を通過して冷却室１３０に入射する。冷却室１３０の入口電極１３４を常に開放しておくことで、イオン引き出し部２０を通過したほぼすべてのイオンを冷却室１３０に導入することができる。

冷却室１３０では、入射したイオンをクーリングして蓄積と排出を繰り返す。クーリングは冷却室１３０内でイオンが衝突ガスと衝突を繰り返すことで進行していく。イオン源１０で大気圧イオン源を用いるとき、入口電極１３４からはイオンと共に空気も流入してくるため、この残留ガスとの衝突によりイオンがクーリングされる。一方、イオン源１０で電子衝突イオン化法等、真空中で行うイオン化法を用いる場合、冷却室１３０に残留ガ
スがほとんど流入しないのでガス導入手段１３８で衝突ガスを導入しイオンのクーリングを促進させる。クーリングしたイオンの最終的なエネルギーはイオンガイド１３２の軸電圧による位置エネルギー程度にまで低下する。

冷却室１３０でイオンの蓄積と排出を行うため、出口電極１３６はパルス電圧で閉鎖と開放を切り替える。パルス電圧をイオンガイド１３２の軸電圧よりも高くすると出口電極１３６は閉鎖し、イオンは冷却室１３０に蓄積される。一方、パルス電圧をイオンガイド１３２の軸電圧よりも低くすると出口電極１３６は開放され、イオンが排出される。クーリングによって、蓄積時に出口電極１３６の電位障壁に跳ね返されて入口電極１３４に戻ってきたイオンのエネルギーは、初めて入口電極１３４を通過したときよりも低くなる。入口電極１３４の電圧を調整すれば、上流からのイオンは通過させ、下流から戻ってきたイオンは通過できないようにすることも可能となる。これにより、冷却室１３０は高い蓄積効率を実現できる。

冷却室１３０ではイオンを開裂させずにクーリングのみを起こす。開裂を起こさないためには、衝突エネルギーをイオンの解離エネルギーより小さくすればよい。入口電極１３４を通過直後のイオンの全エネルギーと、イオンガイド１３２の軸電圧による位置エネルギーとの差が、解離エネルギーよりも小さくなるようにイオンガイド１３２の軸電圧を調整すれば、開裂は起こらない。

第２実施形態の調整モードにおける他の動作は、第１実施形態に対して、イオンをパルス化する電極をコリジョンセル４０の入口電極４４から冷却室１３０の出口電極１３６に置き換えるとともに、コリジョンセル４０の入口電極４４を常に開放しておく点を除き同じである。なお、コリジョンセル４０に入射するイオンを一定にするため、冷却室１３０の出口電極１３６の開放時間と閉鎖時間は一定にする。

図１０は、調整モードにおいて冷却室１３０の出口電極１３６とコリジョンセル４０の出口電極４６に印加する電圧のタイムチャートの一例を示す図である。図１０では、第１分析部３０と第２分析部５０で選択するイオンの質量電荷比はそれぞれＭ１とｍ１である。

図１０に示すように、冷却室１３０の出口電極１３６には開放時間がｔａ１となるパルス電圧を印加し、イオンはパルスとなって第１分析部３０を通過し、第１分析部３０で選択されたイオンがコリジョンセル４０に導入される。

出口電極１３６の開放動作Ａ１で第１分析部３０を通過してコリジョンセル４０に入射したイオンはコリジョンセル４０で開裂した後、出口電極４６の２回の開放動作で排出される。１回目の開放動作Ｂ１は時間ｔｂ１に、２回目の開放動作Ｃ１は時間ｔｃ１にわたって継続する。開放動作Ｃ１が終了した後、冷却室の出口電極１３６の次の開放動作Ａ２によるイオンが第１分析部３０を通過してコリジョンセル４０に入射する。

出口電極４６の開放動作Ｂ１とＣ１によって排出されたイオンパルスは第２分析部５０で質量電荷比ｍ１のイオンが選択され、それぞれイオンパルスＤ１とイオンパルスＥ１となってアナログ信号処理部８０から出力される。イオンパルスＤ１とＥ１の信号はＡＤ変換器９０でサンプリングされ、デジタル信号処理部１００で積算された後、パーソナルコンピューター１２０に転送される。

第１実施形態と同様に、コリジョンセル４０の出口電極４６の開放時間ｔｂ１は可変にし、開放時間ｔｃ１は一定で、しかもコリジョンセル４０のイオンをすべて排出できるように十分長くし、開放動作Ｂ１とＣ１でコリジョンセル４０のすべてのイオンを排出する
。

イオンパルスＤ１とＥ１のイオン強度と出口電極４６の開放時間ｔｂ１との関係は図４のようになる。開放時間ｔｂ１が長くなると、イオンパルスＤ１のイオン強度はある値Ｓで飽和し、イオンパルスＥ１のイオン強度は０になる。イオンパルスＤ１が飽和するのとイオンパルスＥ１のイオン強度が０になる開放時間ｔｂ１は同じである。

コリジョンセル４０で質量電荷比ｍ１のイオンに開裂するイオン量を一定にするため、コリジョンセル４０に入射するイオン量と、コリジョンセル４０でプリカーサーイオンが質量電荷比ｍ１のイオンへと開裂するときの開裂効率を一定にする。コリジョンセル４０に入射するイオン量は冷却室１３０の出口電極１３４の開放時間ｔａ１に比例するので、開放時間ｔａ１は一定にする。開裂効率を一定にするには、コリジョンセル４０のガス導入量と冷却室１３０の出口電極１３４の開放動作Ａ１が始まってからコリジョンセル４０の出口電極４６の開放動作Ｂ１が始まるまでの時間ｔｄ１を一定にしておく。コリジョンセル４０の出口電極４６の開放時間ｔｂ１を変更するときも、時間ｔｄ１は一定値にしたまま行った方がよい。

第１実施形態と同様に、パーソナルコンピューター１２０は、各開放時間ｔｎに対して排出イオン強度比Ｒ（ｔｎ）を数式（１）から計算し、ユーザーにより設定されている所望の排出イオン強度比に最も近くなるような開放時間を求める。そして、パーソナルコンピューター１２０は、調整モードにおいて、標準サンプルを用いて、第２分析部５０の複数の質量電荷比の選択イオンに対してコリジョンセル４０の出口電極４６の開放時間を最適化し、得られた結果を内挿、または外挿することでテーブル（第２分析部５０で選択されるイオンの質量電荷比と出口電極４６の最適な開放時間との対応情報）を作成することができる。このテーブルはパーソナルコンピューター１２０で作成、保存し、実サンプルの測定で必要に応じて参照すればよい。

なお、パーソナルコンピューター１２０の代わりに、デジタル信号処理部１００が、所望の排出イオン強度比に最も近くなる開放時間を探索し、テーブルを作成、保存するようにしてもよい。

図１１に、以上に説明した動作を実現するための調整モードにおける制御部２００の処理の一例を示すフローチャート図を示す。

図１１に示すように、まず、制御部２００は、ステップＳ１００及びＳ１０２の処理を行う。このステップＳ１００及びＳ１０２の処理は、図７のステップＳ１００及びＳ１０２の処理と同じであるので、その説明を省略する。

次に、制御部２００（特に電源制御部１１０）は、出口電極１３６の電圧を変化させて冷却室１３０の出口を開放する（Ｓ１０６）。

次に、制御部２００（特に電源制御部１１０）は、冷却室１３０の出口開放後ｔａ１の時間経過後（Ｓ１０８のＹ）、出口電極１３６の電圧を変化させて冷却室１３０の出口を閉鎖する（Ｓ１１０）。

次に、制御部２００（特に電源制御部１１０）は、冷却室１３０の出口開放後ｔｄ１の時間経過後（Ｓ１１２のＹ）、出口電極４６の電圧を変化させてコリジョンセル４０の出口を開放する（Ｓ１１４）。

次に、制御部２００（特に電源制御部１１０）は、コリジョンセル４０の出口開放後ｔ
ｎの時間経過後（Ｓ１１６のＹ）、出口電極４６の電圧を変化させてコリジョンセル４０の出口を閉鎖する（Ｓ１１８）。

次に、制御部２００は、ステップＳ１２０〜１２８の処理を行う。このステップＳ１２０〜Ｓ１２８の処理は、図７のステップＳ１２０〜１２８の処理と同じであるので、その説明を省略する。

そして、制御部２００は、あらかじめ決められたＮ回（例えば１０回）の測定が終了していなければ（Ｓ１３０のＮ）、ステップＳ１０６〜Ｓ１２８の処理を繰り返す。

Ｎ回の測定が終了すると（Ｓ１３０のＹ）、制御部２００は、ステップＳ１３４及びＳ１３６の処理を行う。このステップＳ１３４及びＳ１３６の処理は、図７のステップＳ１３４及びＳ１３６の処理と同じであるので、その説明を省略する。

そして、制御部２００は、あらかじめ決められた開放時間ｔｎのすべての設定値での測定が終了していなければ（Ｓ１３８のＮ）、開放時間ｔｎを次の設定値に変更し（Ｓ１４０）、ステップＳ１０６〜Ｓ１３６の処理を繰り返す。

開放時間ｔｎのすべての設定値での測定が終了すると（Ｓ１３８のＹ）、制御部２００は、ステップＳ１４４及びＳ１４６の処理を行う。このステップＳ１４４及びＳ１４６の処理は、図７のステップＳ１４４及びＳ１４６の処理と同じであるので、その説明を省略する。

そして、制御部２００は、ユーザーにより設定されたすべてのトランジションの測定が終了していれば（Ｓ１４８のＹ）、調整モードの処理を終了する。

一方、すべてのトランジションの測定が終了していなければ（Ｓ１４８のＮ）、制御部２００は、次のトランジションに従い、第１分析部３０、第２分析部５０、その他の各部の電圧を設定し（Ｓ１５０）、ステップＳ１０６〜Ｓ１４６の処理を繰り返す。

（４）実測モードの動作
次に、第２実施形態の質量分析装置１の実測モードにおける動作について説明する。以下では、イオン源１０において生成されるイオンが正イオンであるものとして説明するが、負イオンであってもよい。負イオンについても、電圧極性を反転させれば以下と同様の説明を適用することができる。

図１２は、実測モードにおいて冷却室１３０の出口電極１３６とコリジョンセル４０の出口電極４６に印加する電圧のタイムチャートの一例を示す図である。

図１２に示すように、まず、第１分析部３０で選択されるイオンの質量電荷比をＭ１に設定した状態で、冷却室１３０の出口電極１３６に開放時間がｔａ１となるパルス電圧を印加し、質量電荷比がＭ１のイオンはパルスとなって第１分析部３０を通過してコリジョンセル４０に導入される。

冷却室１３０の出口電極１３６の開放動作Ａ１でパルス化され、コリジョンセル４０に入射した質量電荷比がＭ１のイオンはコリジョンセル４０で開裂した後、出口電極４６の開放動作Ｂ１で排出される。開放動作Ｂ１の時間ｔ１は、調整モードで作成及び記憶されたテーブル（第２分析部５０で選択されるイオンの質量電荷比と出口電極４６の最適な開放時間との対応情報）を用いて、第２分析部５０で選択される質量電荷比がｍ１のイオンの排出イオン強度比が調整モードで設定された排出イオン強度比となるような時間が設定
される。

コリジョンセル４０の出口電極４６の開放動作Ｂ１によって排出されたイオンパルスは第２分析部５０で質量電荷比ｍ１のイオンが選択され、イオンパルスＤ１となってアナログ信号処理部８０から出力される。イオンパルスＤ１の信号はＡＤ変換器９０でサンプリングされ、デジタル信号処理部１００で処理された後、パーソナルコンピューター１２０に転送される。

次に、例えば、第１分析部３０で選択されるイオンの質量電荷比をＭ２に変更し、冷却室１３０の出口電極１３６に開放時間がｔａ１となるパルス電圧を印加すると、質量電荷比がＭ２のイオンがパルスとなってコリジョンセル４０に導入される。

冷却室１３０の出口電極１３６の開放動作Ａ２でパルス化され、コリジョンセル４０に入射した質量電荷比がＭ２のイオンはコリジョンセル４０で開裂した後、出口電極４６の開放動作Ｂ２で排出される。開放動作Ｂ２の時間ｔ２は、調整モードで作成及び記憶されたテーブルを用いて、第２分析部５０で選択される質量電荷比がｍ２のイオンの排出イオン強度比が調整モードで設定された排出イオン強度比となるような時間が設定される。

コリジョンセル４０の出口電極４６の開放動作Ｂ２によって排出されたイオンパルスは第２分析部５０で質量電荷比ｍ２のイオンが選択され、イオンパルスＤ２となってアナログ信号処理部８０から出力される。イオンパルスＤ２の信号はＡＤ変換器９０でサンプリングされ、デジタル信号処理部１００で処理された後、パーソナルコンピューター１２０に転送される。

次に、例えば、第１分析部３０で選択されるイオンの質量電荷比をＭ３に変更し、冷却室１３０の出口電極１３６に開放時間がｔａ１となるパルス電圧を印加すると、質量電荷比がＭ３のイオンがパルスとなってコリジョンセル４０に導入される。

冷却室１３０の出口電極１３６の開放動作Ａ３でパルス化され、コリジョンセル４０に入射した質量電荷比がＭ３のイオンはコリジョンセル４０で開裂した後、出口電極４６の開放動作Ｂ３で排出される。開放動作Ｂ３の時間ｔ３は、調整モードで作成及び記憶されたテーブルを用いて、第２分析部５０で選択される質量電荷比がｍ３のイオンの排出イオン強度比が調整モードで設定された排出イオン強度比となるような時間が設定される。

コリジョンセル４０の出口電極４６の開放動作Ｂ３によって排出されたイオンパルスは第２分析部５０で質量電荷比ｍ３のイオンが選択され、イオンパルスＤ３となってアナログ信号処理部８０から出力される。イオンパルスＤ３の信号はＡＤ変換器９０でサンプリングされ、デジタル信号処理部１００で処理された後、パーソナルコンピューター１２０に転送される。

このように、実測モードでは、トランジションが変更される毎に、調整モードであらかじめ作成されたテーブルを用いて、第２分析部５０で選択されるイオンの排出イオン強度比が所望の値になるように、コリジョンセル４０の出口電極４６の開放時間が自動的に最適な値に設定される。

以上に説明した第２実施形態の質量分析装置によれば、第１実施形態と同様に、調整モードにおいて排出イオン強度比に最も近くなるコリジョンセル４０の出口電極４６の開放時間を探索することで、実測モードにおいて出口電極４６の開放時間が最適化され、ユーザー（作業者）が許容するトランジション間の干渉の範囲で最も高速なＭＲＭが可能となる。

また、第２実施形態の質量分析装置によれば、第１実施形態と同様に、調整モードにおいて、第２分析部５０で選択されるイオンの質量電荷比ごとの、コリジョンセル４０の出口電極４６の最適な開放時間のテーブルが作成されるので、実測モードでの実サンプルの測定において、トランジションごとに出口電極４６の開放時間を最適化することができる。

さらに、第１実施形態ではコリジョンセル４０の入り口電極４４が閉鎖している時間はイオンが損失されるのに対して、第２実施形態の質量分析装置では冷却室１３０の出口電極１３６を閉鎖してもイオンは失われず冷却室１３０に蓄積される。そのため、第１実施形態１よりも高感度にイオンパルスを測定でき、開放時間も精度よく調整できる。この第２実施形態の質量分析装置の調整方法は、例えば、冷却室を備えた既存の四重極質量分析装置の開放時間を調整する場合に有効である。

なお、本実施形態では、冷却室１３０の出口電極１３６に印加する電圧とコリジョンセル４０の出口電極４６に印加する電圧をパルス電圧としたが、これらの電圧はイオンの流れを一時的に遮断し、決められた時間だけ開放するように変動する電圧であればよい。

また、所望の排出イオン強度比は、トランジション間の干渉の許容範囲に基づいてユーザー（作業者）が入力してもよいし、初めからパーソナルコンピューター１２０のメモリ装置等に入力されていてもよい。

３．変形例
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

［変形例１］
前述の各実施形態では、制御部２００は、調整モードにおいて第２分析部５０で選択されるイオンの排出イオン強度比が所望の値になるようにコリジョンセル４０の出口電極４６の開放時間を探索しているが、当該排出イオン強度比の代わりに第２分析部５０で選択されるイオンの排出イオン強度が所望の値になるように出口電極４６の開放時間を探索してもよい。

具体的には、本変形例では、制御部２００は、調整モードでは、第２分析部５０で選択されるイオンの質量電荷比毎に、図３に示したイオンパルスＤ１のイオン強度が所望の値になるような出口電極４６の最適な開放時間を探索してテーブル（第２分析部５０で選択されるイオンの質量電荷比と出口電極４６の最適な開放時間との対応情報）を作成する。また、制御部２００は、実測モードでは、調整モードで作成したテーブルを用いて、トランジション毎に標準サンプルに換算した排出イオン強度が所望の値になるような出口電極４６の開放時間を自動的に設定する。

なお、本変形例における質量分析装置１の調整方法（調整モードを用いてコリジョンセル４０の開放時間を調整する方法）のフローチャートとしては、図２のフローチャートを、ステップＳ１０でコリジョンセル４０による排出イオン強度比を設定する代わりに、コリジョンセル４０による排出イオン強度を設定するように変形すればよい。

また、本変形例における制御部２００の調整モードでの処理のフローチャートとしては、図７あるいは図１１のフローチャートを、ステップＳ１２８，Ｓ１３４，Ｓ１３６，Ｓ１４４でコリジョンセル４０による排出イオン強度比を計算、記憶又は使用する代わりに、コリジョンセル４０による排出イオン強度を設定するように変形すればよい。

［変形例２］
前述の各実施形態では、調整モードにおいて、第１分析部３０と第２分析部５０では使用する標準サンプルのトランジションを選択するものとしたが、第１分析部３０と第２分析部５０の一方又は両方を所望の質量電荷比以上のイオンをすべて通過させるイオンガイドモードにするように変形してもよい。

本変形例の質量分析装置によれば、調整モードにおいて第１分析部３０と第２分析部５０の一方又は両方をイオンガイドモードにすることで第１分析部３０や第２分析部５０を通過するイオンの量が増えるので、より高感度な測定が可能となる。その結果、測定回数を減らすことができるので、調整時間を短縮することができる。特に、第１分析部３０のみをイオンガイドモードにすると、調整モードでのテーブル（第２分析部５０で選択されるイオンの質量電荷比と出口電極４６の最適な開放時間との対応情報）作成も可能で、かつ高感度な測定もできる。このとき、調整モードで設定するトランジションは、第２分析部５０で選択するイオンの質量電荷比のみを指定する。

上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、各実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

１ 質量分析装置、１０ イオン源、２０ イオン引き出し部、３０ 第１分析部（分析部）、３２ 四重極マスフィルター、４０ コリジョンセル、４２ 多重極イオンガイド、４４ 入口電極、４６ 出口電極、４８ ガス導入手段、５０ 第２分析部、５２ 四重極マスフィルター、６０ 検出器、７０ 電源、８０ アナログ信号処理部、９０ ＡＤ変換器、１００ デジタル信号処理部、１１０ 電源制御部、１２０ パーソナルコンピューター、１３０ 冷却室、１３２ イオンガイド、１３４ 入口電極、１３６ 出口電極、１３８ ガス導入手段、２００ 制御部

Claims (15)

1. 試料をイオン化するイオン源と、
   前記イオン源で生成されたイオンから質量電荷比に基づいて第１の目的イオンを選択する第１分析部と、
   前記第１の目的イオンの一部又は全部を開裂させてプロダクトイオンを生成するコリジョンセルと、
   前記第１の目的イオン及び前記プロダクトイオンから質量電荷比に基づいて第２の目的イオンを選択する第２分析部と、
   前記第２の目的イオンを検出する検出器と、
   前記コリジョンセルが、前記第１の目的イオン及び前記プロダクトイオンを蓄積する蓄積動作を所与の蓄積時間だけ行った後、蓄積されたイオンを排出する開放動作を所与の開放時間だけ行うように制御する制御部と、を含み、
   前記制御部は、
   調整モードにおいて、設定情報に基づいて前記開放時間を調整し、
   前記設定情報は、
   前記開放動作の直前に前記コリジョンセルに蓄積されている前記第２の目的イオンの量に対する前記開放動作によって前記コリジョンセルから排出される前記第２の目的イオンの量の割合の目標値の情報である、質量分析装置。
2. 請求項１において、
   前記制御部は、
   前記調整モードにおいて、１回の前記蓄積動作を行う毎に複数回の前記開放動作を行い、前記蓄積動作後の最初の前記開放動作における前記開放時間を変えながら、前記検出器の検出信号に基づいて、当該最初の前記開放動作によって前記コリジョンセルから排出される前記第２の目的イオンの量及び前記複数回の前記開放動作によって前記コリジョンセルから排出される前記第２の目的イオンの量を測定し、当該２つの測定量の比が前記目標値に最も近づく前記開放時間を算出する、質量分析装置。
3. 試料をイオン化するイオン源と、
   前記イオン源で生成されたイオンから質量電荷比に基づいて第１の目的イオンを選択する第１分析部と、
   前記第１の目的イオンの一部又は全部を開裂させてプロダクトイオンを生成するコリジョンセルと、
   前記第１の目的イオン及び前記プロダクトイオンから質量電荷比に基づいて第２の目的イオンを選択する第２分析部と、
   前記第２の目的イオンを検出する検出器と、
   前記コリジョンセルが、前記第１の目的イオン及び前記プロダクトイオンを蓄積する蓄積動作を所与の蓄積時間だけ行った後、蓄積されたイオンを排出する開放動作を所与の開放時間だけ行うように制御する制御部と、を含み、
   前記制御部は、
   調整モードにおいて、設定情報に基づいて前記開放時間を調整し、
   前記設定情報は、
   前記開放動作によって前記コリジョンセルから排出される前記第２の目的イオンの量の目標値の情報である、質量分析装置。
4. 請求項３において、
   前記制御部は、
   前記調整モードにおいて、前記開放時間を変えながら、前記検出器の検出信号に基づいて、前記開放動作によって前記コリジョンセルから排出される前記第２の目的イオンの量を測定し、当該測定量が前記目標値に最も近づく前記開放時間を算出する、質量分析装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項において、
   前記制御部は、
   前記コリジョンセルの入口を開放するとともに前記コリジョンセルの出口を閉鎖することにより前記コリジョンセルの入口に前記蓄積動作を行わせ、前記コリジョンセルの入口を閉鎖するとともに前記コリジョンセルの出口を開放することにより前記コリジョンセルに前記開放動作を行わせる、質量分析装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項において、
   前記制御部は、
   前記蓄積時間が一定になるように制御する、質量分析装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項において、
   前記制御部は、
   前記第１分析部及び前記第２分析部の少なくとも一方がイオンガイドとして動作するように制御する、質量分析装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項において、
   前記イオン源と前記第１分析部との間に設けられ、前記イオン源で生成されたイオンの運動エネルギーを低下させる冷却室をさらに含み、
   前記制御部は、
   前記冷却室が、前記イオン源で生成されたイオンを一時的に蓄積する蓄積動作を行った後、蓄積されたイオンを排出する開放動作を行うように制御する、質量分析装置。
9. 請求項８において、
   前記制御部は、
   前記冷却室の入口を常に開放し、前記冷却室の出口を閉鎖することにより前記冷却室に前記蓄積動作を行わせ、前記冷却室の出口を開放することにより前記冷却室に前記開放動
   作を行わせる、質量分析装置。
10. 請求項８又は９において、
    前記制御部は、
    前記冷却室が前記蓄積動作及び前記開放動作を行う各時間が一定になるように制御する、質量分析装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項において、
    前記制御部は、
    前記調整モードにおいて、前記第２の目的イオンの質量電荷比毎に前記設定情報に応じた前記開放時間を算出し、算出結果に基づいて、前記第２の目的イオンの質量電荷比と前記開放時間の設定値との対応情報を生成して記録する、質量分析装置。
12. 請求項１１において、
    前記制御部は、
    実測モードにおいて、前記対応情報に基づいて、選択された前記第２の目的イオンの質量電荷比に応じた前記開放時間を設定する、質量分析装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれか一項において、
    前記第１分析部及び前記第２分析部の少なくとも一方は、四重極マスフィルターを含む、質量分析装置。
14. 試料をイオン化するイオン源と、前記イオン源で生成されたイオンから質量電荷比に基づいて第１の目的イオンを選択する第１分析部と、前記第１の目的イオンの一部又は全部を開裂させてプロダクトイオンを生成するコリジョンセルと、前記第１の目的イオン及び前記プロダクトイオンから質量電荷比に基づいて第２の目的イオンを選択する第２分析部と、前記第２の目的イオンを検出する検出器と、前記コリジョンセルが、前記第１の目的イオン及び前記プロダクトイオンを蓄積する蓄積動作を所与の蓄積時間だけ行った後、蓄積されたイオンを排出する開放動作を所与の開放時間だけ行うように制御する制御部と、を含む質量分析装置の調整方法であって、
    前記開放時間を変えながら、前記開放動作によって前記コリジョンセルから排出される前記第２の目的イオンの量を測定する第１の測定ステップと、
    前記第１の測定ステップにおける前記開放動作の直前に前記コリジョンセルに蓄積されていた前記第２の目的イオンの量を測定する第２の測定ステップと、
    前記開放時間毎に、前記第１の測定ステップでの測定量の前記第２の測定ステップでの測定量に対する割合である排出イオン強度比を計算する排出イオン強度比計算ステップと、
    前記排出イオン強度比計算ステップの計算結果に基づいて、前記排出イオン強度比が目標値に最も近くなる前記開放時間を計算する開放時間計算ステップと、を含む、質量分析装置の調整方法。
15. 試料をイオン化するイオン源と、前記イオン源で生成されたイオンから質量電荷比に基づいて第１の目的イオンを選択する第１分析部と、前記第１の目的イオンの一部又は全部を開裂させてプロダクトイオンを生成するコリジョンセルと、前記第１の目的イオン及び前記プロダクトイオンから質量電荷比に基づいて第２の目的イオンを選択する第２分析部と、前記第２の目的イオンを検出する検出器と、前記コリジョンセルが、前記第１の目的イオン及び前記プロダクトイオンを蓄積する蓄積動作を所与の蓄積時間だけ行った後、蓄積されたイオンを排出する開放動作を所与の開放時間だけ行うように制御する制御部と、を含む質量分析装置の調整方法であって、
    前記開放時間を変えながら、前記開放動作によって前記コリジョンセルから排出される
    前記第２の目的イオンの量を測定する測定ステップと、
    前記測定ステップの測定結果に基づいて、前記開放動作によって前記コリジョンセルから排出される前記第２の目的イオンの量が目標値に最も近くなる前記開放時間を計算する開放時間計算ステップと、を含む、質量分析装置の調整方法。

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