JP6054715B2 - 質量分析装置及び質量分析装置の制御方法 - Google Patents
質量分析装置及び質量分析装置の制御方法 Download PDFInfo
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Description
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の少なくとも一部を蓄積する蓄積動作を行った後、蓄積したイオンを排出する排出動作を行うイオン蓄積排出部と、
前記イオン蓄積排出部が排出したイオンから質量電荷比に基づいて目的イオンを選択する分析部と、
前記目的イオンを検出する検出器と、
前記検出器からの信号を電圧に変換するアナログ信号処理部と、
前記アナログ信号処理部からの信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するAD変換器と、を含み、
前記イオン蓄積排出部の連続する2回の前記排出動作により発生する前記分析部に入射する2つのイオンパルスの少なくとも一部同士が時間的に重なり合って前記分析部を通過する。
前記イオン蓄積排出部の前記排出動作の周波数が、前記アナログ信号処理部の帯域よりも大きいようにしてもよい。
前記イオン蓄積排出部の連続する2回の前記排出動作により、後の前記排出動作で排出
されるイオンに含まれる前記目的イオンの少なくとも一部が、先の前記排出動作で排出されるイオンに含まれる前記目的イオンの少なくとも一部よりも先に前記検出器に入射するようにしてもよい。
前記イオン蓄積排出部によるイオンの蓄積及び排出のタイミングを制御する制御部を含み、
前記制御部は、
前記イオン蓄積排出部の出口電極に、矩形波状、正弦波状又は三角波状に変化する電圧を印加することにより、前記イオン蓄積排出部に前記蓄積動作と前記排出動作を行わせるようにしてもよい。
前記イオン源で生成されたイオンの運動エネルギーの低下を行う冷却室を含み、
前記冷却室は、
前記イオン蓄積排出部として機能し、前記イオン源で生成されたイオンを蓄積する蓄積動作を行った後、蓄積したイオンを排出する排出動作を行い、
前記分析部は、
前記冷却室が排出したイオンから質量電荷比に基づいて前記目的イオンを選択するようにしてもよい。
前記分析部は、四重極マスフィルターを含むようにしてもよい。
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、を含み、
前記コリジョンセルは、
前記イオン蓄積排出部として機能し、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行った後、蓄積したイオンを排出する排出動作を行い、
前記第2分析部は、
前記分析部として機能し、前記コリジョンセルが排出したイオンから質量電荷比に基づいて前記第2の目的イオンを選択するようにしてもよい。
ンセルで一時的に蓄積した後に排出することで、比較的高い感度を維持することができる。
前記イオン源で生成されたイオンの運動エネルギーの低下を行う冷却室と、
前記冷却室が排出し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、を含み、
前記冷却室は、
前記イオン蓄積排出部として機能し、前記イオン源で生成されたイオンを蓄積する蓄積動作を行った後、蓄積したイオンを排出する排出動作を行い、
前記第1分析部は、
前記分析部として機能するようにしてもよい。
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。
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の少なくとも一部を蓄積する蓄積動作を行った後、蓄積したイオンを排出する排出動作を行うイオン蓄積排出部と、前記イオン蓄積排出部が排出したイオンから質量電荷比に基づいて目的イオンを選択する分析部と、前記目的イオンを検出する検出器と、前記検出器からの信号を電圧に変換するアナログ信号処理部と、前記アナログ信号処理部からの信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するAD変換器と、を含む質量分析装置の制御方法であって、
前記イオン蓄積排出部の連続する2回の前記排出動作により発生する前記分析部に入射する2つのイオンパルスの少なくとも一部同士が時間的に重なり合って前記分析部を通過するように、前記イオン蓄積排出部によるイオンの蓄積及び排出のタイミングを制御する。
(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。
、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。衝突エネルギーは多重極イオンガイド22の軸電圧と多重極イオンガイド42の軸電圧との電位差による位置エネルギーの差にほぼ等しくなる。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。
エネルギーの幅は残留ガスの温度(室温)にまで均一化される。
次に、第1実施形態の質量分析装置1の動作について説明する。以下では、イオン源2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。
し、コリジョンセル40内のプリカーサーイオン及びプロダクトイオンはパルスとなってコリジョンセル40から周期的に出射する。
ても、サンプル本来の質量スペクトルに近いものが得られる。出口電極46の開閉周期を速くし、イオンパルスを十分平滑化すると、サンプル本来の質量スペクトルとほぼ同じものが得られる。さらに、コリジョンセル40でイオンをある時間蓄積しているので、装置の小型化も同時に実現できる。
(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、第1実施形態とは異なる構成の三連型四重極質量分析装置であり、その構成の一例を図4に示す。なお、図4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。
次に、第2実施形態の質量分析装置1の動作について説明する。以下では、イオン源2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。
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。
(1)構成
まず、第3実施形態の質量分析装置の構成について説明する。第3実施形態の質量分析装置は、単独型の四重極質量分析装置であり、第2実施形態の質量分析装置からコリジョンセル40と第2分析部50を削除したものである。図7に、第3実施形態の質量分析装置の構成の一例を示す。なお、図7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。
検出されたイオンの信号はアナログ信号処理部80で電圧に変換された後、余分なノイズが除去される。最後にAD変換器90でサンプリングされる。
次に、第3実施形態の質量分析装置1の動作について説明する。以下では、イオン源2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実施形態又は第2実施形態と共通する内容については説明を省略する。
るものとしている。
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。
前述の各実施形態では、コリジョンセル40の出口電極46あるいは冷却室130の出口電極136にパルス電圧を印加しているが、パルス電圧以外にもイオンの蓄積と排出ができるような電圧を印加すればよい。すなわち、第1実施形態では、コリジョンセル40の出口電極46に印加する電圧は多重極イオンガイド42の軸電圧を上下しながら変動すればよいし、第2実施形態や第3実施形態では、冷却室130の出口電極136に印加する電圧はイオンガイド132の軸電圧を上下しながら変動すればよい。この条件を満たすなら、例えば、正弦波や三角波で変動する電圧でもよい。
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 (10)
- 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の少なくとも一部を蓄積する蓄積動作を行った後、蓄積したイオンを排出する排出動作を行うイオン蓄積排出部と、
前記イオン蓄積排出部が排出したイオンから質量電荷比に基づいて目的イオンを選択する分析部と、
前記目的イオンを検出する検出器と、
前記検出器からの信号を電圧に変換するアナログ信号処理部と、
前記アナログ信号処理部からの信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するAD変換器と、を含み、
前記イオン蓄積排出部の連続する2回の前記排出動作により発生する前記分析部に入射する2つのイオンパルスの少なくとも一部同士が時間的に重なり合って前記分析部を通過する、質量分析装置。 - 請求項1において、
前記イオン蓄積排出部の前記排出動作の周波数が、前記アナログ信号処理部の帯域よりも大きい、質量分析装置。 - 請求項1又は2において、
前記イオン蓄積排出部の連続する2回の前記排出動作により、後の前記排出動作で排出されるイオンに含まれる前記目的イオンの少なくとも一部が、先の前記排出動作で排出されるイオンに含まれる前記目的イオンの少なくとも一部よりも先に前記検出器に入射する、質量分析装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一項において、
前記イオン蓄積排出部によるイオンの蓄積及び排出のタイミングを制御する制御部を含み、
前記制御部は、
前記イオン蓄積排出部の出口電極に、矩形波状、正弦波状又は三角波状に変化する電圧
を印加することにより、前記イオン蓄積排出部に前記蓄積動作と前記排出動作を行わせる、質量分析装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一項において、
前記イオン源で生成されたイオンの運動エネルギーの低下を行う冷却室を含み、
前記冷却室は、
前記イオン蓄積排出部として機能し、前記イオン源で生成されたイオンを蓄積する蓄積動作を行った後、蓄積したイオンを排出する排出動作を行い、
前記分析部は、
前記冷却室が排出したイオンから質量電荷比に基づいて前記目的イオンを選択する、質量分析装置。 - 請求項5において、
前記分析部は、四重極マスフィルターを含む、質量分析装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一項において、
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、を含み、
前記コリジョンセルは、
前記イオン蓄積排出部として機能し、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行った後、蓄積したイオンを排出する排出動作を行い、
前記第2分析部は、
前記分析部として機能し、前記コリジョンセルが排出したイオンから質量電荷比に基づいて前記第2の目的イオンを選択する、質量分析装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一項において、
前記イオン源で生成されたイオンの運動エネルギーの低下を行う冷却室と、
前記冷却室が排出し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、を含み、
前記冷却室は、
前記イオン蓄積排出部として機能し、前記イオン源で生成されたイオンを蓄積する蓄積動作を行った後、蓄積したイオンを排出する排出動作を行い、
前記第1分析部は、
前記分析部として機能する、質量分析装置。 - 請求項7又は8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。 - 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の少なくとも一部を蓄積する蓄積動作を行った後、蓄積したイオンを排出する排出動作を行うイオン蓄積排出部と、前記イオン蓄積排出部が排出したイオンから質量電荷比に基づいて目的イオンを選択
する分析部と、前記目的イオンを検出する検出器と、前記検出器からの信号を電圧に変換するアナログ信号処理部と、前記アナログ信号処理部からの信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するAD変換器と、を含む質量分析装置の制御方法であって、
前記イオン蓄積排出部の連続する2回の前記排出動作により発生する前記分析部に入射する2つのイオンパルスの少なくとも一部同士が時間的に重なり合って前記分析部を通過するように、前記イオン蓄積排出部によるイオンの蓄積及び排出のタイミングを制御する、質量分析装置の制御方法。
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