JP6680230B2 - Mass spectrometer and mass spectrometry method - Google Patents
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Description
本発明は質量分析装置及び質量分析方法に関し、さらに詳しくは、質量分析装置を長期間使用した場合に生じる電極等の汚染に起因する不具合を解消するための技術に関する。 The present invention relates to a mass spectroscope and a mass spectrometric method, and more particularly to a technique for solving a problem caused by contamination of electrodes and the like that occurs when the mass spectroscope is used for a long period of time.
一般に質量分析装置は、試料中の化合物をイオン化するイオン源、化合物由来のイオンを質量電荷比(m/z)に応じて分離する四重極マスフィルタ等の質量分離器、分離されたイオンを検出する検出器、などを備える。ガスクロマトグラフと質量分析装置とを組み合わせたガスクロマトグラフ質量分析装置(GC−MS)の場合、気体試料中の化合物をイオン化するために、電子イオン化(EI=Electron Ionization)法や化学イオン化(CI=Chemical Ionization)法、或いは負化学イオン化(NCI=Negative Chemical Ionization)法などのイオン化法によるイオン源が用いられる。
Generally, a mass spectrometer is an ion source that ionizes a compound in a sample, a mass separator such as a quadrupole mass filter that separates ions derived from the compound according to the mass-to-charge ratio (m / z), and the separated ions. A detector for detecting, etc. are provided. In the case of a gas chromatograph mass spectrometer (GC-MS) which is a combination of a gas chromatograph and a mass spectrometer, in order to ionize a compound in a gas sample, an electron ionization (EI = Electron Ionization) method or chemical ionization (CI = Chemical) is used. An ion source according to an ionization method such as an Ionization method or a negative chemical ionization ( NCI = Negative Chemical Ionization) method is used.
特許文献1などに開示されているように、GC−MSにおける質量分析装置では、真空ポンプにより真空状態に維持される真空チャンバ内に、EI法によるイオン源、四重極マスフィルタ、及び検出器が配置される。イオン源のイオン化室内に試料ガスが導入されると、該試料ガス中の化合物は熱電子と接触してイオン化される。発生したイオンは、イオン化室内に設置されているリペラ電極に印加されている電圧によって形成される電場、又は、イオン化室の外側に設置されている引出電極に印加されている電圧によって形成される電場の一方又は両方によって、イオン化室から引き出され、レンズ電極などにより収束されて四重極マスフィルタに送り込まれる。
As disclosed in
こうした質量分析装置において、リペラ電極や引出電極、或いはレンズ電極など(これらはいずれも質量分離器へのイオンの輸送に寄与するので、以下「イオン輸送用電極」と総称する)には少なからず化合物由来のイオンが接触し付着する。GC−MSを或る程度の期間使用することでイオン輸送用電極の汚れの程度が大きくなると、それら電極におけるチャージアップが大きくなり、それら電極によって形成される電場に乱れが生じて四重極マスフィルタに到達するイオンの量が減少する。その結果、検出感度が低下する等の問題が生じる。そこで、一般には、イオン輸送用電極が汚れたと推測される状況になると、装置を分解して電極を洗浄する等のメンテナンス作業が実施される。 In such a mass spectrometer, a compound such as a repeller electrode, an extraction electrode, or a lens electrode (hereinafter, collectively referred to as “ion transport electrode” because they all contribute to the transport of ions to the mass separator) The originating ions come into contact and adhere. When GC-MS is used for a certain period of time and the degree of contamination of the electrodes for ion transport increases, the charge-up on the electrodes increases, and the electric field formed by these electrodes is disturbed to cause quadrupole mass. The amount of ions reaching the filter is reduced. As a result, problems such as a decrease in detection sensitivity occur. Therefore, generally, when it is assumed that the ion transport electrode is contaminated, maintenance work such as disassembling the device and cleaning the electrode is performed.
イオン輸送用電極の汚れ程度の推定は、例えばGC−MSの使用時間(分析時間の積算値)に基づいて行うことができる。しかしながら、実際には、試料の種類や試料中の化合物濃度、分析条件などによってイオン輸送用電極の汚れの進行度合いはかなり異なる。そのため、同じ時間だけ装置を使用しても、洗浄が必要であるほどイオン輸送用電極の汚れが進んでいない場合もあれば、逆に汚れがかなりひどくなっている場合もあり、必ずしも適切な時点でメンテナンス作業が行えないことがある。 The degree of contamination of the electrode for ion transport can be estimated based on, for example, the usage time of GC-MS (integrated value of analysis time). However, in reality, the degree of progress of contamination of the ion transport electrode is considerably different depending on the type of the sample, the compound concentration in the sample, the analysis conditions, and the like. Therefore, even if the device is used for the same period of time, there are cases where the ion transport electrode is not contaminated so much that it needs to be cleaned, and conversely, the contamination is considerably severe. May not be able to perform maintenance work.
一方、より確実にイオン輸送用電極の汚れの程度を把握するには作業者が目視でチェックするのが望ましいが、そのためには、真空ポンプの動作を停止して装置を分解する必要がある。チェックした結果、汚れがなければ、そのまま装置を組み立てて分析が可能な状態に戻す必要があり、こうした作業は時間の無駄であるとともに作業者にとっても負担である。 On the other hand, it is desirable for an operator to visually check the degree of contamination of the ion transport electrode more reliably, but for that purpose, it is necessary to stop the operation of the vacuum pump and disassemble the apparatus. As a result of the check, if there is no dirt, it is necessary to assemble the device and return it to a state in which it can be analyzed, which is a waste of time and a burden on the operator.
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、その目的とするところは、装置を分解することなくチャンバ内の真空状態を維持したまま、イオン輸送用電極の汚れの程度を正確に把握することができる質量分析装置及び質量分析方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to accurately measure the degree of contamination of the ion transport electrode while maintaining the vacuum state in the chamber without disassembling the device. It is to provide a mass spectroscope and a mass spectrometric method that can be grasped.
上記課題を解決するために成された本発明に係る質量分析装置は、試料中の化合物をイオン化するイオン源と、イオンを質量電荷比に応じて分離する質量分離器と、前記イオン源で生成されたイオンを前記質量分離器まで輸送する電場を形成する複数の電極を含むイオン輸送光学系と、具備する質量分析装置であって、
a)前記イオン輸送光学系に含まれる複数の電極に印加する電圧の組合せを、その複数の電極のうちの少なくとも一つの電極への印加電圧がその組合せの変更の前後で所定電圧差以上になる場合があるように変更しつつ、その異なる組合せの電圧が印加される毎に、試料中の同一化合物由来についての測定を繰り返し実行するように各部を制御する分析制御部と、
b)前記分析制御部の制御により異なる印加電圧の組合せ下でそれぞれ得られた同一化合物についての測定結果を、前記少なくとも一つの電極への印加電圧が増加する順に又は減少する順に並べ替え、その印加電圧の変化と信号強度又は感度の変化との関係を求める測定結果処理部と、
を備えることを特徴としている。
A mass spectrometer according to the present invention made to solve the above-mentioned problems is an ion source that ionizes a compound in a sample, a mass separator that separates ions according to a mass-to-charge ratio, and the ion source An ion transport optical system including a plurality of electrodes forming an electric field for transporting the generated ions to the mass separator, and a mass spectrometer comprising:
a) The combination of voltages applied to the plurality of electrodes included in the ion transport optical system is such that the voltage applied to at least one of the plurality of electrodes is equal to or more than a predetermined voltage difference before and after the combination is changed. While changing so that each time a voltage of the different combination is applied, an analysis control unit that controls each unit to repeatedly perform the measurement for the same compound in the sample,
b) rearrange the measurement results for the same compound respectively obtained under the combination of different applied voltages under the control of the analysis control unit in the order of increasing or decreasing the applied voltage to the at least one electrode, and applying the results. A measurement result processing unit that obtains a relationship between a change in voltage and a change in signal strength or sensitivity,
It is characterized by having.
また上記課題を解決するために成された本発明に係る質量分析方法は、試料中の化合物をイオン化するイオン源と、イオンを質量電荷比に応じて分離する質量分離器と、前記イオン源で生成されたイオンを前記質量分離器まで輸送する電場を形成する複数の電極を含むイオン輸送光学系と、具備する質量分析装置を用いた質量分析方法であって、
a)前記イオン輸送光学系に含まれる複数の電極に印加する電圧の組合せを、その複数の電極のうちの少なくとも一つの電極への印加電圧がその組合せの変更の前後で所定電圧差以上になる場合があるように変更しつつ、その異なる組合せの電圧が印加される毎に、試料中の同一化合物由来についての測定を繰り返し実行する分析実行ステップと、
b)前記分析実行ステップにおいて異なる印加電圧の組合せ下でそれぞれ得られた同一化合物についての測定結果を、前記少なくとも一つの電極への印加電圧が増加する順に又は減少する順に並べ替え、その印加電圧の変化と信号強度又は感度の変化との関係を求める測定結果処理ステップと、
を有することを特徴としている。
Further, the mass spectrometry method according to the present invention made to solve the above problems is an ion source for ionizing a compound in a sample, a mass separator for separating ions according to a mass-to-charge ratio, and the ion source. An ion transport optical system including a plurality of electrodes forming an electric field for transporting the generated ions to the mass separator, and a mass spectrometric method using a mass spectroscope comprising:
a) The combination of voltages applied to the plurality of electrodes included in the ion transport optical system is such that the voltage applied to at least one of the plurality of electrodes is equal to or more than a predetermined voltage difference before and after the combination is changed. An analysis execution step of repeatedly performing measurement for the same compound in the sample each time a voltage of the different combination is applied, while changing so that there are cases.
b) rearrange the measurement results for the same compound respectively obtained under different combinations of applied voltages in the analysis execution step in the order of increasing or decreasing voltage applied to the at least one electrode, A measurement result processing step for obtaining the relationship between the change and the change in signal strength or sensitivity,
It is characterized by having.
ここで、イオン輸送光学系に含まれる複数の電極とは、イオン源で生成されたイオンが該イオン源から質量分離器まで移動する際にそのイオンの挙動に影響を与える電極のことをいう。したがって、例えば上記イオン源がEI法、CI法、NCI法等による、真空雰囲気中に設置されたイオン化室内で試料ガスに含まれる化合物をイオン化するイオン源である場合、イオン輸送光学系に含まれる複数の電極は、イオン化室内に配置された、イオンを該イオン化室内から押し出すためのリペラ電極と、該イオン化室の外側に配置された、イオンを該イオン化室内から引き出すための引出電極との少なくとも一方を含む構成とすることができる。 Here, the plurality of electrodes included in the ion transport optical system refers to electrodes that influence the behavior of the ions generated in the ion source when the ions move from the ion source to the mass separator. Therefore, for example, when the ion source is an ion source that ionizes the compound contained in the sample gas in the ionization chamber installed in a vacuum atmosphere by the EI method, the CI method, the NCI method, etc., it is included in the ion transport optical system. The plurality of electrodes are at least one of a repeller electrode arranged in the ionization chamber for pushing out ions from the ionization chamber and an extraction electrode arranged outside the ionization chamber for extracting ions from the ionization chamber. Can be configured to include.
本発明に係る質量分析装置において、分析制御部は、イオン輸送光学系に含まれる複数の電極に、電圧値の組合せが相違する電圧を順次印加する。このとき、その複数の電極のうちの少なくとも一つの電極への印加電圧が、その組合せを変更する前後で少なくとも一回以上、所定電圧差以上になるようにする。そして、その異なる組合せによる電圧が各電極に印加される毎に、試料中の同一化合物由来の同一イオン種についての測定を繰り返し実行するように各部を制御することで、例えばその化合物由来の特定の質量電荷比を有するイオンの信号強度をそれぞれ取得する。上記所定電圧差は予め実験的に決めることができる。例えば適宜に定めた電圧範囲V1〜V2を所定の電圧ステップ幅ΔVで刻んで設定したV1,V1+ΔV,V1+2ΔV,…,V2−ΔV,V2をランダムに並べ替えた順番で、上記少なくとも一つの電極へ電圧を印加するようにしてもよい。 In the mass spectrometer according to the present invention, the analysis control unit sequentially applies voltages having different combinations of voltage values to the plurality of electrodes included in the ion transport optical system. At this time, the voltage applied to at least one of the plurality of electrodes is set to be a predetermined voltage difference or more at least once before and after changing the combination. Then, each time a voltage due to the different combination is applied to each electrode, by controlling each unit so as to repeatedly perform the measurement for the same ion species derived from the same compound in the sample, for example, a specific compound derived from the compound The signal intensities of the ions each having a mass-to-charge ratio are acquired. The predetermined voltage difference can be experimentally determined in advance. For example, V1, V1 + ΔV, V1 + 2ΔV, ..., V2−ΔV, V2, which are set by dividing a suitably determined voltage range V1 to V2 by a predetermined voltage step width ΔV, are randomly rearranged to the at least one electrode. A voltage may be applied.
このように印加する電圧値をランダムに決めると、試料中の同一化合物について繰り返し測定を実施する際に、上記少なくとも一つの電極に印加される電圧が段階的に増加する又は減少するのではなく、電圧増加と電圧減少とが不規則的に現れるし、また電圧変化前後の電圧差が相対的に大きい場合もあれば小さい場合もある。測定結果処理部は、そうして得られた測定結果つまりは特定の化合物由来のイオンの信号強度を、上記少なくとも一つの電極への印加電圧の増加の順又は減少の順に並べ替え、印加電圧と信号強度又は感度との関係を求める。 When the voltage value to be applied in this manner is randomly determined, the voltage applied to the at least one electrode does not increase or decrease stepwise when repeatedly measuring the same compound in the sample, The voltage increase and the voltage decrease appear irregularly, and the voltage difference before and after the voltage change may be relatively large or small. The measurement result processing unit rearranges the measurement results thus obtained, that is, the signal intensity of ions derived from a specific compound, in the order of increasing or decreasing the applied voltage to the at least one electrode, and the applied voltage. Determine the relationship with signal strength or sensitivity.
イオン輸送光学系に含まれる電極がイオンの付着等によって汚れている場合、チャージアップが生じるためにその電極への印加電圧が変化しても電場はその印加電圧の変化に十分に追従しない。電極への印加電圧が段階的に(例えば上記電圧ステップ幅ΔVずつ)増加される又は減少される場合には、もともと電場の変化が小さいのでイオンの挙動への影響は小さい。それに対し、電極への印加電圧が急に(つまりは大きな電圧差を以て)増加されたり減少されたりすると、電場が追従しない影響が相対的に大きく現れ、イオンの挙動が大きく変化する。その結果、上述したように特定の化合物由来のイオンの信号強度を印加電圧が増加する又は減少する順に並べ替えて得られる電圧と信号強度又は感度との関係を示す曲線の滑らかさは損なわれ、該曲線から明らかに外れる測定結果が観測される。 When an electrode included in the ion transport optical system is contaminated due to adhesion of ions or the like, charge-up occurs, so that the electric field does not sufficiently follow the change in the applied voltage even if the applied voltage to the electrode changes. When the applied voltage to the electrode is increased or decreased stepwise (for example, by the voltage step width ΔV), the change of the electric field is originally small, and the influence on the behavior of the ions is small. On the other hand, when the applied voltage to the electrode is suddenly increased (that is, with a large voltage difference) or decreased, the influence of the electric field not following is relatively large, and the behavior of the ions is largely changed. As a result, the smoothness of the curve showing the relationship between the voltage and the signal strength or sensitivity obtained by rearranging the signal strength of the ions derived from the specific compound in the order in which the applied voltage increases or decreases as described above, is impaired. Measurement results are clearly observed that deviate from the curve.
そのため、上述したように得られる、印加電圧と信号強度又は感度との関係を示す曲線が十分に滑らかであるか否か、或いは、曲線に従わない信号強度値が存在するか否か、等を判定することによって、イオン輸送光学系に含まれる電極でチャージアップ現象が生じているか否かを判断することができる。チャージアップ現象が生じていると判断できれば、電極が汚れている可能性がきわめて高いから、ユーザは、例えば装置を分解してイオン輸送光学系に含まれる電極を洗浄する作業を行う又は依頼する等の対応を採ればよい。 Therefore, whether the curve showing the relationship between the applied voltage and the signal strength or sensitivity obtained as described above is sufficiently smooth, or whether there is a signal strength value that does not follow the curve, etc. By making the determination, it can be determined whether or not the charge-up phenomenon is occurring in the electrodes included in the ion transport optical system. If it can be determined that the charge-up phenomenon has occurred, there is a high possibility that the electrodes are dirty. Therefore, the user disassembles the device and performs or requests the work of cleaning the electrodes included in the ion transport optical system, for example. You can take the action of.
本発明に係る質量分析装置では、測定結果処理部が印加電圧の変化と信号強度又は感度の変化との関係を求めたあと、その関係を示すグラフを表示部の画面上に表示し、ユーザがこれを確認してユーザ自身がチャージアップ現象が生じているか否か判断することができる。 In the mass spectrometer according to the present invention, after the measurement result processing unit obtains the relationship between the change in applied voltage and the change in signal strength or sensitivity, a graph showing the relationship is displayed on the screen of the display unit, and the user By confirming this, the user can determine whether or not the charge-up phenomenon has occurred.
また、本発明に係る質量分析装置では、好ましくは、前記測定結果処理部により求まった印加電圧の変化と信号強度又は感度の変化との関係に基づいて、印加電圧の変化に対する信号強度又は感度のばらつきを示す指標値を算出する判定指標値算出部をさらに備える構成するとよい。 Further, in the mass spectrometer according to the present invention, preferably, based on the relationship between the change in the applied voltage and the change in the signal strength or the sensitivity obtained by the measurement result processing unit, the signal strength or the sensitivity of the change in the applied voltage is measured. It is preferable to further include a determination index value calculation unit that calculates an index value indicating the variation.
さらにまた、本発明に係る質量分析装置では、前記判定指標値算出部により算出された指標値に基づいて、前記イオン輸送光学系に含まれる複数の電極の汚れの程度を判定する汚れ判定部をさらに備える構成としてもよい。 Furthermore, in the mass spectrometer according to the present invention, based on the index value calculated by the determination index value calculation unit, a contamination determination unit that determines the degree of contamination of the plurality of electrodes included in the ion transport optical system. The configuration may further include.
この構成によれば、上述したようにユーザ自身がチャージアップ現象が生じているか否か判断して汚れの程度を推測するのではなく、汚れ判定部が自動的に電極の汚れの程度を判定し、その結果をユーザに示すことができる。これにより、ユーザの負担が軽減されるとともに、経験や技量等に頼らず、洗浄が必要であるほど電極が汚れているか否かを的確に判定することができる。 According to this configuration, as described above, the user himself / herself does not judge whether or not the charge-up phenomenon is occurring to estimate the degree of contamination, but the contamination determination unit automatically determines the degree of contamination of the electrodes. The result can be shown to the user. As a result, the burden on the user is reduced, and it is possible to accurately determine whether or not the electrode is dirty enough to be washed, without depending on experience or skill.
もちろん、判定指標値算出部により算出された指標値をユーザに提示し、それに基づいてユーザ自身が汚れの程度を判定しても構わない。 Of course, the index value calculated by the determination index value calculation unit may be presented to the user, and the user himself / herself may determine the degree of dirt based on the index value.
本発明に係る質量分析装置及び質量分析方法によれば、装置を分解することなく、また、チャンバ内を真空排気する真空ポンプの動作も停止することなく、イオン輸送用電極の汚れの程度を正確に把握することができる。それによって、ユーザはそれら電極を洗浄するためのメンテナンス作業の実施時期を的確に判断することができ、目視による電極の汚れの程度の確認などの非効率的な作業を省き、分析作業の効率化を図ることができる。 According to the mass spectrometer and the mass spectrometry method of the present invention, the degree of contamination of the ion transport electrode can be accurately measured without disassembling the device and without stopping the operation of the vacuum pump that evacuates the chamber. Can be grasped. This allows the user to accurately determine when to perform maintenance work for cleaning those electrodes, save inefficient work such as visually checking the degree of electrode contamination, and improve the efficiency of analysis work. Can be achieved.
本発明の一実施例である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は本実施例による質量分析装置の要部の構成図、図2は本実施例の質量分析装置におけるチャージアップ判定のための測定及び処理の手順を示すフローチャートである。
A mass spectrometer which is an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of the mass spectrometer according to the present embodiment, and FIG. 2 is a flow chart showing a measurement and processing procedure for charge-up determination in the mass spectrometer according to the present embodiment.
本実施例の質量分析装置は、図1に示すように、測定部1と、アナログデジタル変換部(ADC)2と、データ処理部3と、電圧発生部4と、分析制御部5と、主制御部6と、入力部7と、表示部8と、を備える。
測定部1は、真空ポンプ11により真空排気されるチャンバ10の内部に、イオン源12、イオンレンズ14、四重極マスフィルタ15、及び検出器16、を備える。イオン源12は、試料導入管13が接続されたイオン化室121と、フィラメント122と、トラップ電極123と、リペラ電極124と、を含む。イオンレンズ14は、イオン源12側から順に、第1乃至第3なる3枚のリング状のレンズ電極14a、14b、14cを含む。データ処理部3は、機能ブロックとして、データ格納部31、電圧-強度関係曲線作成部32、強度分散量計算部33、及びチャージアップ判定部34、を含む。分析制御部5は、機能ブロックとして、チャージアップ判定時制御部51を含む。
As shown in FIG. 1, the mass spectrometer of the present embodiment includes a
The
なお、データ処理部3、分析制御部5、及び主制御部6の少なくとも一部の機能は、汎用のパーソナルコンピュータに予めインストールされた専用の制御・処理ソフトウェアを該コンピュータ上で実行することで実現される構成とすることができる。
Note that at least some of the functions of the
次に、本実施例の質量分析装置の測定部1における測定動作を簡単に説明する。
例えば図示しないガスクロマトグラフのカラムを通過した試料ガスは試料導入管13を通してイオン化室121内に導入される。イオン化室121内にはフィラメント122からトラップ電極123に向かう熱電子流が形成され、導入された試料ガス中の化合物はこの熱電子と接触することでイオン化される。生成された化合物由来のイオンは、電圧発生部4からリペラ電極124に印加される電圧によって形成される電場の作用と同じく電圧発生部4から第1レンズ電極14aに印加される電圧によって形成される電場の作用のいずれか又は両方により、イオン化室121内から右方へと引き出される。そして、電圧発生部4からイオンレンズ14に印加される電圧により形成される電場によってイオンは収束されつつ、四重極マスフィルタ15の長軸方向の空間に導入される。
Next, the measurement operation of the measuring
For example, the sample gas that has passed through a column of a gas chromatograph (not shown) is introduced into the
四重極マスフィルタ15を構成する複数のロッド電極には、図示しない電圧発生部から直流電圧と高周波電圧とを重畳した電圧が印加され、その印加電圧に応じた特定の質量電荷比を有するイオンのみが長軸方向の空間を通過する。それ以外のイオン種は四重極マスフィルタ15を通過する途中で発散して消滅する。検出器16は四重極マスフィルタ15を通り抜けて来たイオンの量に応じた検出信号を出力する。
A voltage obtained by superimposing a DC voltage and a high frequency voltage is applied from a voltage generator (not shown) to the plurality of rod electrodes that configure the
イオン化室121内に配置されるリペラ電極124、及びイオン化室121のイオン出口直近に配置されるレンズ電極14a〜14cには少なからずイオンが接触するため、それら電極124、14a〜14cの表面にはイオンによる汚れが堆積し易い。本実施例の質量分析装置では、これら電極124、14a〜14cの汚れの程度を次に述べるような特徴的な手法によって判定している。
Ions come into contact with the
まず、本実施例の質量分析装置における電極の汚れの程度の判定手法の原理について説明する。
以下の説明では、イオン源12から四重極マスフィルタ15まで移動するイオンの挙動に関与する、リペラ電極124と3枚のレンズ電極14a、14b、14cを、それぞれ電極L1、L2、L3、L4と記す。これら電極はイオン輸送光学系に含まれる電極である。 これら電極L1〜L4に印加する直流電圧を変化させると、イオン化室121内からのイオンの取出し効率やイオンの通過効率が変化するため、検出器16に到達し得るイオンの量が変化し、それ故に検出感度が変化する。そのため、通常、例えば所定の標準試料を測定した際の検出感度が最大又はそれに近い状態になるように、各電極L1〜L4への印加電圧は調整される。一般に、こうした調整は質量分析装置に搭載されているオートチューニング機能により自動的に実施される。
First, the principle of the method for determining the degree of contamination of the electrodes in the mass spectrometer of the present embodiment will be described.
In the following description, the
上記電極L1〜L4にイオンの付着等に起因する汚れが堆積すると、汚れがないときと同じ電圧が印加された場合でも形成される電場の強さや電位勾配の三次元形状が変化し、検出感度に変化が生じることと想定される。そこで、本発明者は、各電極L1〜L4への印加電圧と検出感度との関係を次のような実験によって調べた。 When stains due to the adhesion of ions are deposited on the electrodes L1 to L4, the strength of the electric field and the three-dimensional shape of the potential gradient are changed even when the same voltage as when there is no stain is applied, and the detection sensitivity is increased. Is expected to change. Therefore, the present inventor investigated the relationship between the applied voltage to each of the electrodes L1 to L4 and the detection sensitivity by the following experiment.
[実験1]
図3は電極L2〜L4への印加電圧の組合せのパターンを示す図である。電極L2〜L4への印加電圧は図3に示すような9通りの組合せとし、その各組合せについて、電極L1への印加電圧を−15Vから+15Vまで0.1Vステップ幅で変化させた。つまり、電極L1〜L4への印加電圧の組合せの総数は、300×9=2700通りである。この2700通りの組合せそれぞれについて、標準試料としてよく知られているPFTBA(パーフルオロトリブチルアミン)をイオン化室121に導入し、該化合物由来のm/z:69のイオンのピーク強度を測定した。但し、測定の際には、2700通りの印加電圧の組合せをランダムに並べ替えた順番で測定を実施した。そのため、例えば電極L1への印加電圧は−15V→−14.9V→−14.8V→…と0.1Vステップ幅で徐々に変化するのではなく、例えば−15V→+12.8V→−11.5V等と印加電圧が急激に変化する場合があり得る。こうして2700通り全ての印加電圧の組合せについてPFTBA由来のイオンのピーク強度データを取得したあと、そのデータを図3に示した9通りの組合せに分け、さらにその各組合せの中で電極L1への印加電圧の増加順に従って(つまり−15V→−14.9V→−14.8V→…の順に)データを並べ替えて、電極L1への印加電圧の変化とピーク強度の変化との関係を示すグラフを作成した。
[Experiment 1]
FIG. 3 is a diagram showing patterns of combinations of applied voltages to the electrodes L2 to L4. The voltage applied to the electrodes L2 to L4 was set in nine combinations as shown in FIG. 3, and the voltage applied to the electrode L1 was changed from -15V to + 15V in 0.1V step width for each combination. That is, the total number of combinations of applied voltages to the electrodes L1 to L4 is 300 × 9 = 2700. For each of these 2700 combinations, PFTBA (perfluorotributylamine), which is well known as a standard sample, was introduced into the
図4は、電極L1〜L4に汚れが生じていない場合における、(電極L2への印加電圧,電極L3への印加電圧,電極L4への印加電圧)=(−20,5,−50)、(−20,0,−40)、(−40,5,−40)、(−40,0,−45)の四つの組合せについての電極L1への印加電圧とピーク強度(図4では縦軸を感度で示しているがピーク強度と実質的に同じである)との関係を概略的に示すグラフである。一方、図5は、電極L1〜L4が汚れている場合における、(−40,5,−40)の組合せについての電極L1への印加電圧とピーク強度との関係を概略的に示すグラフである。図4では、電極L2〜L4への印加電圧の組合せによって電極L1への印加電圧の変化と感度の変化との関係を示す曲線の形状は異なるものの、電極L1への印加電圧の変化に対する感度の変化はいずれも滑らかな曲線となっている。これに対し、図5を見ると、電極L1への印加電圧と感度との関係を示す曲線の概略的な形状は図4の結果とほぼ同じであるものの、この曲線に従わない、つまりは感度がこの曲線から大きく外れた位置に現れるプロット点が少なからず存在している。この結果から、特定の印加電圧の組合せにおいて、より厳密にいえば或る印加電圧の組合せから別の組合せへの変化が特定の状態である場合に、感度に大きなばらつき(不連続性)が生じることが推測できる。
4, when the dirt on the electrode L1~L4 has not occurred, = (voltage applied to the electrode L2, applied voltage to the electrode L3, the voltage applied to the electrode L4) (- 20,5, -50) , (-20,0, -40), (-40,5, -40), (-40,0, -45) four combinations of voltage applied to the electrode L1 and peak intensity (vertical in FIG. 4). The axis is shown by sensitivity, but it is substantially the same as the peak intensity). On the other hand, FIG. 5 is a graph schematically showing the relationship between the applied voltage to the electrode L1 and the peak intensity for the combination of (-40, 5, -40) when the electrodes L1 to L4 are dirty. . In FIG. 4, the shape of the curve showing the relationship between the change in the applied voltage to the electrode L1 and the change in the sensitivity is different depending on the combination of the applied voltages to the electrodes L2 to L4, but the sensitivity to the change in the applied voltage to the electrode L1 is All changes are smooth curves. On the other hand, looking at FIG. 5, although the schematic shape of the curve showing the relationship between the applied voltage to the electrode L1 and the sensitivity is almost the same as the result of FIG. 4, it does not follow this curve, that is, the sensitivity. There are not a few plot points that appear at positions greatly deviated from this curve. From this result, in a specific combination of applied voltages, more strictly speaking, when the change from one combination of applied voltages to another combination is in a specific state, a large variation (discontinuity) occurs in sensitivity. I can guess that.
[実験2]
次に、上記実験1で確認した、電極L1〜L4に汚れが生じている場合に観測される感度のばらつき現象が、電極L1への印加電圧が急激に変化するような印加電圧の組合せにおいて生じるものであるか否かを検証するために、次の実験を行った。
この実験では、(電極L2への印加電圧,電極L3への印加電圧.電極L4への印加電圧)を(−40,0,−45)、(−40,0,−40)の2通りとし、電極L1への印加電圧を−15Vから+15Vまでの電圧範囲で次のような手順で変化させた。
<条件A>−15Vから+15Vまで0.1Vステップ幅ずつ順に増加させる。
<条件B>−15Vから+15Vまでの電圧範囲に亘る0.1Vステップ幅刻みの電圧値をランダムに入れ替える。これは実験1と同じ印加電圧の変化方法である。
<条件C>条件Bと同様の順序で且つ連続する測定の時間間隔を広げる。
<条件D>条件Bと同様の順序で且つ連続する測定の間において電極L1への印加電圧を短時間一旦0Vにする。
<条件E>条件Bと全く逆の順序で測定を行う。
[Experiment 2]
Next, the phenomenon of variation in sensitivity observed when the electrodes L1 to L4 are contaminated, which is confirmed in
In this experiment, (applied voltage to electrode L2, applied voltage to electrode L3. Applied voltage to electrode L4) was set to two types (-40, 0, -45) and (-40, 0, -40). The voltage applied to the electrode L1 was changed in the voltage range from -15V to + 15V by the following procedure.
<Condition A> The voltage is sequentially increased from -15V to + 15V by 0.1V step width.
<Condition B> The voltage value in steps of 0.1V step over the voltage range of −15V to + 15V is randomly replaced. This is the same method of changing the applied voltage as in
<Condition C> The time interval for continuous measurement is widened in the same order as in Condition B.
<Condition D> The voltage applied to the electrode L1 is temporarily set to 0 V for a short time in the same order as in Condition B and between successive measurements.
<Condition E> The measurement is performed in the reverse order of Condition B.
電極L1〜L4に汚れが生じている場合について、上記条件A〜条件Eについてそれぞれ測定を繰り返し実行してPFTBA由来のイオンのピーク強度データを取得したあと、図4、図5と同様に、電極L1への印加電圧の増加順に従ってデータを並べ替えてグラフ化した。その結果、条件Aでは電極L1への印加電圧と感度との関係を示す曲線は滑らかになり、感度の有意なばらつきは見られなかった。これに対し、条件B〜条件Dではほぼ同様の感度のばらつきが観測された。一方、条件Eでは条件B〜条件Dとは異なる傾向の感度のばらつきが観測された。 When the electrodes L1 to L4 are contaminated, the measurement is repeatedly performed for each of the above conditions A to E to obtain the peak intensity data of the ions derived from PFTBA, and then, as in FIGS. The data was rearranged and graphed according to the increasing order of the applied voltage to L1. As a result, under the condition A, the curve showing the relationship between the voltage applied to the electrode L1 and the sensitivity was smooth, and no significant variation in sensitivity was observed. On the other hand, in the conditions B to D, almost the same variations in sensitivity were observed. On the other hand, in condition E, a variation in sensitivity that is different from conditions B to D was observed.
この実験2の結果から、上記実験1で確認した感度のばらつき現象は、電極L1への印加電圧の変化が大きいときに再現し、それは時間的に連続する測定間の時間間隔を大きくしても解消しないことが確認できた。これは、電極L1でチャージアップが生じているために、測定間の時間間隔を大きくしても電場の乱れが殆ど解消しないことを示唆している。また、測定と測定の間で、電極L1への印加電圧を一旦0Vにしても、感度のばらつきが解消しないことも確認できた。これも、電極L1でチャージアップが生じているために、測定と次の測定との間で短時間だけ印加電圧を0Vにしても電場の乱れが殆ど解消しないことを示唆している。
From the results of this
[実験3]
上記のような感度のばらつき現象が生じている装置の電極L1〜L4を各々十分に洗浄したあと、条件Bの手順で測定を行い、図5に示したようなグラフを作成したところ、感度のばらつきは観測されなくなった。このことから、電極L1〜L4に汚れが生じている場合に、電極L1〜L4への印加電圧の特定の組合せにおいて感度にばらつきが生じることは確かであると言える。換言すれば、例えば条件Bと同様の手順で印加電圧を変化させつつ測定を行い、電極L1への印加電圧の変化に対する感度変化が滑らかであるか、或いは感度にばらつきが生じるかを判定することによって、電極L1〜L4にチャージアップが生じているか否か、つまりは電極L1〜L4がどの程度汚れているのかを判定することが可能である。本実施例の質量分析装置では、こうした実験的に確認できた現象を利用して、電極L1〜L4、つまりリペラ電極124及びレンズ電極14a〜14cの汚れの程度を判定している。
[Experiment 3]
After thoroughly cleaning the electrodes L1 to L4 of the device in which the sensitivity variation phenomenon as described above occurs, measurement was performed according to the procedure of condition B, and a graph as shown in FIG. 5 was created. Variations are no longer observed. From this, it can be said that when the electrodes L1 to L4 are contaminated, the sensitivities vary in a specific combination of the voltages applied to the electrodes L1 to L4. In other words, for example, the measurement is performed while changing the applied voltage in the same procedure as the condition B, and it is determined whether the sensitivity change with respect to the change of the applied voltage to the electrode L1 is smooth or the sensitivity varies. This makes it possible to determine whether or not the electrodes L1 to L4 are charged up, that is, how dirty the electrodes L1 to L4 are. In the mass spectrometer of the present embodiment, the degree of contamination of the electrodes L1 to L4, that is, the
即ち、本実施例の質量分析装置では、上述したような感度のばらつき現象を確認可能である印加電圧の組合せのパターンを予めチャージアップ判定時制御部51の内部メモリに設定しておく。
具体的には例えば、感度のばらつきが比較的顕著に観測される電極L2〜L4の印加電圧の組合せを図3に示した9通りの中から1又は複数選定し、その組合せにおける電極L1への300通りの印加電圧(−15V〜+15Vの電圧範囲を0.1Vステップ幅刻みとした電圧)をランダム化し、印加電圧の組合せパターンとして内部メモリに記憶させておく。
That is, in the mass spectrometer of the present embodiment, the pattern of the combination of applied voltages capable of confirming the above-mentioned sensitivity variation phenomenon is set in the internal memory of the charge-up determination
Specifically, for example, one or a plurality of combinations of applied voltages of the electrodes L2 to L4 in which variations in sensitivity are observed relatively conspicuously are selected from the nine combinations shown in FIG. 3, and the electrode L1 in the combination is selected. 300 kinds of applied voltages (voltages with a voltage range of −15 V to +15 V in 0.1 V step width) are randomized and stored in the internal memory as a combination pattern of applied voltages.
本実施例の質量分析装置におけるリペラ電極124及びレンズ電極14a〜14cの汚れの程度を確認したい場合、ユーザは入力部7から所定の操作を行う。すると、この操作を受けた主制御部6からの指示により、チャージアップ判定時制御部51は内部メモリから上記印加電圧の組合せパターンを読み出して測定条件の一つとして設定する(ステップS1)。
When it is desired to confirm the degree of contamination of the
チャージアップ判定時制御部51は、上記印加電圧の組合せパターンに従ってリペラ電極124及びレンズ電極14a〜14cへの印加電圧を順次変更するように電圧発生部4を制御し、印加電圧を変更する毎に、PFTBA等の所定の化合物由来のイオンのピーク強度データを取得するように測定部1を制御する(ステップS2)。なお、PFTBA等の標準試料はガスクロマトグラフ等からの試料ガスを導入するための試料導入管13とは異なる専用の試料導入管を通してイオン化室121内に供給することが可能である。
The charge-up determination
上記のような異なる印加電圧の組合せに対するピーク強度データはデータ格納部31に一旦格納される。電圧-強度関係曲線作成部32はデータ格納部31からデータを読み出し、レンズ電極14a〜14c(上記電極L2〜L4)への印加電圧がそれぞれ同じであってリペラ電極124(上記電極L1)への印加電圧が相違するピーク強度データをその印加電圧の増加順に従って並べ替えることで、図4、図5に示したような印加電圧の変化とピーク強度の変化との関係を示す曲線を作成する(ステップS3)。
The peak intensity data for different combinations of applied voltages as described above is temporarily stored in the
次に、強度分散量計算部33は、ステップS3で作成された曲線のスロープに従わないデータ点(ピーク強度データ)のばらつきの程度を示す指標値を計算する(ステップS4)。具体的には、例えば、各データ点に基づくスムージング処理などによって曲線の形状を推定し、その推定した曲線に対する各データ点の誤差を求めてその誤差の積算値を計算すればよい。また、感度の曲線を最小二乗法による回帰で計算すると、その回帰式の収まり度合いを判定する指標として決定係数を使用することができる。この場合、決定係数が大きければ、適切に回帰できていない又は外れ値が多いといった理由が考えられる。上述した感度のばらつきは外れ値が多いことを示しているので、決定係数を一つの判断指標とすることができる。もちろん、これらに限らず、感度や信号強度のばらつき(不連続性)の程度を示す指標値は様々なアルゴリズムで求めることができる。
Next, the intensity dispersion
チャージアップ判定部34は上記指標値を所定の閾値と比較し、該指標値が閾値を超えている場合にはチャージアップの程度が許容範囲を超えている、つまりはリペラ電極124、レンズ電極14a〜14cの少なくとも一つの汚れの程度が大きい可能性が高いと判断する(ステップS5)。そして、チャージアップ判定部34はその判定結果を、主制御部6を通して表示部8の画面上に表示する(ステップS6)。
ユーザはこの判定結果を確認し、必要に応じてサービス担当者等に装置の分解洗浄作業
を依頼すればよい。
The charge-up
The user may confirm this determination result and request a service person or the like to disassemble and clean the device if necessary.
なお、図4、図5を見れば分かるように、印加電圧の変化とピーク強度の変化との関係を示すグラフからチャージアップの程度は判定可能であるから、このグラフを表示部8の画面上に表示し、ユーザがそのグラフを確認したうえで装置の分解洗浄の必要性を判断するようにしてもよい。また、ステップS4で算出した指標値をそのまま表示して、その数値に基づいてユーザが装置の分解洗浄の必要性を判断するようにしてもよい。
As can be seen from FIGS. 4 and 5, since the degree of charge-up can be determined from the graph showing the relationship between the change in applied voltage and the change in peak intensity, this graph is displayed on the screen of the
上記実施例は、ガス状の試料中の化合物をイオン化して質量分析する質量分析装置に本発明を適用したものであるが、本発明は、液体状或いは固体状の試料中の化合物をイオン化して質量分析する質量分析装置にも適用が可能である。
例えば、エレクトロスプレーイオン化(ESI)法や大気圧化学イオン化(APCI)法などによるイオン源を備えた大気圧イオン化質量分析装置では、略大気圧であるイオン化室の次段の真空室内に配置されたイオンレンズを構成するレンズ電極などがイオンや試料液滴の付着によって汚れ易い。こうした質量分析装置においても上述したのと同様の手法で、レンズ電極等の汚れの程度を判定することができることは明らかである。
In the above-mentioned examples, the present invention is applied to a mass spectrometer that ionizes and mass-analyzes a compound in a gaseous sample, but the present invention ionizes the compound in a liquid or solid sample. It can also be applied to a mass spectrometer that performs mass spectrometry.
For example, in an atmospheric pressure ionization mass spectrometer equipped with an ion source by an electrospray ionization (ESI) method, an atmospheric pressure chemical ionization (APCI) method, etc., the ionization chamber is placed in a vacuum chamber next to the ionization chamber at about atmospheric pressure. The lens electrodes and the like that compose the ion lens are easily contaminated by the adhesion of ions and sample droplets. Even in such a mass spectrometer, it is obvious that the degree of contamination of the lens electrode or the like can be determined by the same method as described above.
さらにまた、上記実施例は本発明の一例であって、上記の変形以外に、本発明の趣旨の範囲で適宜修正、変更、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。 Furthermore, the above embodiment is an example of the present invention, and it is apparent that, in addition to the above modifications, appropriate modifications, changes, and additions can be made within the scope of the gist of the present invention and still fall within the scope of the claims of the present application. Is.
1…測定部
10…チャンバ
11…真空ポンプ
12…イオン源
121…イオン化室
122…フィラメント
123…トラップ電極
124…リペラ電極
13…試料導入管
14…イオンレンズ
14a、14b、14c…レンズ電極
15…四重極マスフィルタ
16…検出器
3…データ処理部
31…データ格納部
32…強度関係曲線作成部
33…強度分散量計算部
34…チャージアップ判定部
4…電圧発生部
5…分析制御部
51…チャージアップ判定時制御部
6…主制御部
7…入力部
8…表示部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
a)前記イオン輸送光学系に含まれる複数の電極に印加する電圧の組合せを、その複数の電極のうちの少なくとも一つの電極への印加電圧がその組合せの変更の前後で所定電圧差以上になる場合があるように変更しつつ、その異なる組合せの電圧が印加される毎に、試料中の同一化合物由来についての測定を繰り返し実行するように各部を制御する分析制御部と、
b)前記分析制御部の制御により異なる印加電圧の組合せ下でそれぞれ得られた同一化合物についての測定結果を、前記少なくとも一つの電極への印加電圧が増加する順に又は減少する順に並べ替え、その印加電圧の変化と信号強度又は感度の変化との関係を求める測定結果処理部と、
を備えることを特徴とする質量分析装置。 An ion source for ionizing the compound in the sample, a mass separator for separating the ions according to the mass-to-charge ratio, and a plurality of electrodes forming an electric field for transporting the ions generated by the ion source to the mass separator. An ion transport optical system including:
a) The combination of voltages applied to the plurality of electrodes included in the ion transport optical system is such that the voltage applied to at least one of the plurality of electrodes is equal to or more than a predetermined voltage difference before and after the combination is changed. While changing so that each time a voltage of the different combination is applied, an analysis control unit that controls each unit to repeatedly perform the measurement for the same compound in the sample,
b) Rearrange the measurement results for the same compound obtained under the combination of different applied voltages under the control of the analysis control unit in the order of increasing or decreasing the applied voltage to the at least one electrode, and applying the applied voltage. A measurement result processing unit that obtains a relationship between a change in voltage and a change in signal strength or sensitivity,
A mass spectrometer, comprising:
前記測定結果処理部により求まった印加電圧の変化と信号強度又は感度の変化との関係に基づいて、印加電圧の変化に対する信号強度又は感度のばらつきを示す指標値を算出する判定指標値算出部をさらに備えることを特徴とする質量分析装置。 The mass spectrometer according to claim 1, wherein
Based on the relationship between the change of the applied voltage and the change of the signal strength or the sensitivity obtained by the measurement result processing unit, a determination index value calculation unit that calculates an index value indicating the variation of the signal strength or the sensitivity with respect to the change of the applied voltage. A mass spectrometer, further comprising:
前記判定指標値算出部により算出された指標値に基づいて、前記イオン輸送光学系に含まれる複数の電極の汚れの程度を判定する汚れ判定部をさらに備えることを特徴とする質量分析装置。 The mass spectrometer according to claim 2, wherein
The mass spectrometer, further comprising a stain determination unit that determines the degree of contamination of a plurality of electrodes included in the ion transport optical system based on the index value calculated by the determination index value calculation unit.
前記イオン源は、真空雰囲気中に設置されたイオン化室内で試料ガスに含まれる化合物をイオン化するイオン源であり、
前記イオン輸送光学系に含まれる複数の電極は、前記イオン化室内に配置された、イオンを該イオン化室内から押し出すためのリペラ電極と、該イオン化室の外側に配置された、イオンを該イオン化室内から引き出すための引出電極との少なくとも一方を含むことを特徴とする質量分析装置。 The mass spectrometer according to any one of claims 1 to 3,
The ion source is an ion source that ionizes a compound contained in a sample gas in an ionization chamber installed in a vacuum atmosphere,
A plurality of electrodes included in the ion transport optical system are a repeller electrode arranged in the ionization chamber for pushing out ions from the ionization chamber, and an ion arranged outside the ionization chamber, for removing ions from the ionization chamber. A mass spectrometer, comprising at least one of an extraction electrode for extraction.
a)前記イオン輸送光学系に含まれる複数の電極に印加する電圧の組合せを、その複数の電極のうちの少なくとも一つの電極への印加電圧がその組合せの変更の前後で所定電圧差以上になる場合があるように変更しつつ、その異なる組合せの電圧が印加される毎に、試料中の同一化合物由来についての測定を繰り返し実行する分析実行ステップと、
b)前記分析実行ステップにおいて異なる印加電圧の組合せ下でそれぞれ得られた同一化合物についての測定結果を、前記少なくとも一つの電極への印加電圧が増加する順に又は減少する順に並べ替え、その印加電圧の変化と信号強度又は感度の変化との関係を求める測定結果処理ステップと、
を有することを特徴とする質量分析方法。 An ion source for ionizing the compound in the sample, a mass separator for separating the ions according to the mass-to-charge ratio, and a plurality of electrodes forming an electric field for transporting the ions generated by the ion source to the mass separator. A mass spectrometric method using an ion transport optical system including the mass spectroscope, comprising:
a) The combination of voltages applied to the plurality of electrodes included in the ion transport optical system is such that the voltage applied to at least one of the plurality of electrodes is equal to or more than a predetermined voltage difference before and after the combination is changed. An analysis execution step of repeatedly performing measurement for the same compound in the sample each time a voltage of the different combination is applied, while changing so that there are cases.
b) rearrange the measurement results for the same compound respectively obtained under different combinations of applied voltages in the analysis execution step in the order of increasing or decreasing voltage applied to the at least one electrode, A measurement result processing step for obtaining the relationship between the change and the change in signal strength or sensitivity,
A mass spectrometric method comprising:
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