JP3404849B2 - Ｍｓ／ｍｓ型質量分析装置 - Google Patents
Ｍｓ／ｍｓ型質量分析装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薬品、ガス等の分析に
用いられるＭＳ／ＭＳ型質量分析装置（又は、タンデム
型四重極質量分析装置）に関する。 【０００２】 【従来の技術】四重極質量分析器は、図３に示すよう
に、ｚ軸を中心に回転対称的に配置された４本の電極棒
３１、３２、３３、３４で構成される。ｘ軸方向に配置
された一対の電極棒３１、３３とｙ軸方向に配置された
一対の電極棒３２、３４との間に、四重極駆動電圧源３
６から直流電圧Ｕ及び高周波電圧Ｖ・cos(ω・ｔ)を重畳
した駆動電圧を印加しておき、イオン源１１からｚ軸に
沿ってイオンを四重極の中心軸（ｚ軸）に入射すると、
電圧Ｕ及びＶにより定まる特定質量のイオン３８のみが
安定的に四重極を通過することができ、他の質量のイオ
ン３７は途中で発散してしまう。従って、電圧Ｕ及びＶ
を適当に定めることにより、任意の質量のイオンのみを
通過させるフィルタとして利用することができ、また、
電圧Ｕ及びＶを、互いに所定の関係を持たせつつ変化さ
せることにより、四重極を通過するイオンの質量を軽い
ものから重いものまで順に走査することもできる。 【０００３】ＭＳ／ＭＳ型質量分析装置は、図１に示す
ように、このような四重極を３組、イオン源１１とイオ
ン検出器１４との間に直列に配置したものである。イオ
ン源１１で生成された分析対象試料のイオンは第１段四
重極Ｑ1に導入され、第１段四重極Ｑ1のフィルタ機能に
より、所定の質量Ｍpを持つ目的親イオンのみが第２段
四重極Ｑ2に送られる。第２段四重極Ｑ2はケース（衝突
室）１２の中に納められ、その衝突室１２の内部にはＡ
ｒ、Ｎ2等の衝突ガスが導入されている。第１段四重極
Ｑ1を通過した親イオン１５はこの衝突室１２の内部で
衝突ガスと衝突し、いくつかの娘イオンに開裂する。開
裂により生成された娘イオン１６は第２段四重極Ｑ2に
より第３段四重極Ｑ3に運ばれ、第３段四重極Ｑ3は第１
段四重極Ｑ1と同様のフィルタ機能により所定の質量
（Ｍd1）を持つ娘イオン１６のみを通過させる。第３段
四重極Ｑ3を通過した目的の娘イオン１６はイオンレン
ズ１３により集束され、イオン検出器１４により検出さ
れる。 【０００４】ＭＳ／ＭＳ型質量分析装置の使い方には、
次の３種の方法がある。 【０００５】（１）娘イオン走査法 第１段四重極Ｑ1の内部電圧（ｘ、ｙ方向の２対の電極
に印加する直流電圧Ｕと高周波電圧Ｖ・cos(ω・ｔ)との
重畳電圧）を一定とする（正確には、ＵとＶとの関係を
一定としておく）ことにより第１段四重極Ｑ1を通過す
る親イオンの質量Ｍpを一定としておく一方、第３段四
重極Ｑ3に印加するＵとＶとの関係を変化させることに
より、第３段四重極Ｑ3を通過する娘イオンの質量Ｍd1
を走査する。 【０００６】（２）親イオン走査法 上記（１）とは逆に、第３段四重極Ｑ3の内部電圧を一
定とすることによりＱ3を通過する娘イオンの質量Ｍd1
を一定としておく一方、第１段四重極Ｑ1に印加するＵ
とＶとの関係を変化させることにより、親イオンの質量
Ｍpを走査する。 【０００７】（３）ニュートラルロス走査法 第１段四重極Ｑ1を通過する親イオンの質量Ｍpと第３段
四重極Ｑ3を通過する娘イオンの質量Ｍdとの差（Ｍp−
Ｍd）が常に一定となるように、第１段四重極Ｑ1と第３
段四重極Ｑ3の駆動電圧Ｕ、Ｖを走査する。これは、第
２段四重極Ｑ2における開裂で生成される電気的に中性
の生成物（原子団）を検出するためである。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】上記の通り、各四重極
Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3では、四重極駆動電圧源３６により２対
の電極（図３における３１〜３４）に直流電圧Ｕ及び高
周波電圧Ｖ・cos(ω・ｔ)を重畳した内部電圧を印加する
が、この内部電圧の他に、バイアス電圧源３５によりイ
オン源１１と四重極全体との間に直流バイアス電圧が印
加される。これは、イオン源１１により生成されたイオ
ンを加速し、目的の質量のイオン３８が正しく四重極内
を通過するようにするためであり、図１に示すように、
第１段〜第３段四重極Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3及びイオンレンズ
１３にそれぞれバイアス電圧Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3及びＶLが印
加される。 【０００９】例えば娘イオン走査法において、図１に示
すように、第１段四重極Ｑ1により質量Ｍpの親イオンを
選択し、第２段四重極Ｑ2でその親イオンを開裂したと
き、質量Ｍd1の娘イオン及び質量Ｍd2の娘イオンが生成
されたとする。この場合、質量Ｍd1の娘イオン１６のエ
ネルギは開裂前の質量Ｍpの親イオン１５のエネルギＶ2
に対してＶ2×（Ｍd／Ｍp）に減少する。 【００１０】このようにエネルギの減少した娘イオン１
６を第３段四重極Ｑ3に入射させるために、従来、第３
段四重極Ｑ3のバイアス電圧Ｖ3は、分析目的の親イオン
及び娘イオンの質量Ｍp、Ｍdに応じて、 Ｖ3＝Ｖ1＋Ｖ2｛１−（Ｍd／Ｍp）n｝ …（１） となるように変化（走査）されていた（ここで、ｎは目
的イオンの種類に応じて１〜２程度の値が用いられる）
が、イオンレンズ１３のバイアス電圧ＶLは各四重極の
バイアス電圧Ｖ1〜Ｖ3に無関係に常に一定とされてい
た。 【００１１】しかし、このように第３段四重極Ｑ3のバ
イアス電圧Ｖ3が走査される一方、ＶLが一定のままであ
ると、Ｖ3の値によってはイオンレンズ１３におけるイ
オンの透過性が悪くなり、イオン検出器により検出され
るイオンの量が減少してしまう。 【００１２】本発明はこのような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、第３段
四重極を通過した娘イオンをできるだけ多くイオン検出
器に送り出すことにより、高感度の分析を行なうことの
できるＭＳ／ＭＳ型質量分析装置を提供することにあ
る。 【００１３】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明では、イオン源から送り込まれる粒子
中、所定の質量を持つイオンのみを通過させる第１段四
重極と、第１段四重極を通過したイオンである親イオン
を開裂させる第２段四重極と、第２段四重極で生成され
たイオン中、所定の質量を持つ娘イオンのみを通過させ
る第３段四重極と、第３段四重極を通過したイオンをイ
オン検出器に向けて集束させるイオンレンズとを備えた
ＭＳ／ＭＳ型質量分析装置において、第３四重極のバイ
アス電圧を親イオンの質量と娘イオンの質量との比に応
じて変化させるとき、イオンレンズのバイアス電圧も、
該親イオンと娘イオンの質量との比に応じて変化させる
ことにより、該第３四重極のバイアス電圧とイオンレン
ズのバイアス電圧とが逆バイアスとならないようにした
ことを特徴としている。 【００１４】 【作用】従来のＭＳ／ＭＳ型質量分析装置ではイオンレ
ンズのバイアス電圧が一定であったため、第３段四重極
のバイアス電圧Ｖ3を質量比Ｍd／Ｍpに応じて変化させ
る（走査する）と、プラスイオンの場合は、イオンレン
ズのバイアス電圧ＶLと第３段四重極のバイアス電圧Ｖ3
との差が所定値（第３段四重極Ｑ3を出た娘イオンの運
動エネルギに依存する値）よりもプラス側になってしま
い、第３段四重極Ｑ3を出た娘イオン（プラス）がレン
ズのバイアス電圧ＶLにより反発され、イオン検出器に
入らなくなる可能性がある（マイナスイオンの場合は
逆）。本発明に係るＭＳ／ＭＳ型質量分析装置では、イ
オンレンズのバイアス電圧ＶLを親イオンの質量Ｍpと娘
イオンの質量Ｍdとの比Ｍd／Ｍpに応じて変化させるた
め、このような逆バイアスが起こらないようにすること
ができ、第３段四重極で分離された目的娘イオンを確実
にイオン検出器で検出することができるようになる。 【００１５】 【実施例】本発明の一実施例であるＭＳ／ＭＳ質量分析
装置で、例えば娘イオン走査法によりプラスイオンを分
析する場合を図１及び図２により説明する。本実施例の
ＭＳ／ＭＳ質量分析装置全体の構成は図１に示す通りで
あり、その動作は概ね前述の通りであるが、本実施例の
ＭＳ／ＭＳ質量分析装置では、従来の装置とは異なり、
イオンレンズ１３のバイアス電圧ＶLも制御可能となっ
ている。 【００１６】分析対象成分を含む試料はイオン源１１に
おいてイオン化され（ここでは、プラスイオンとす
る）、イオン出口から第１段四重極Ｑ1に向けて放出さ
れる。イオン源１１から放出されたイオンは、第１段四
重極Ｑ1に印加されたバイアス電圧Ｖ1（図３のバイアス
電圧源３５により生成される電圧。今の場合、Ｖ1＜
０）により図３のｚ軸方向に加速されるとともに、四重
極Ｑ1の内部電圧（図３の四重極駆動電圧源３６により
生成される電圧。Ｕ＋Ｖ・cos(ω・ｔ)）により、所定の
質量Ｍpを持つイオン以外のイオンは発散させられる。
第１段四重極Ｑ1を通過した質量Ｍpのイオン１５（これ
を親イオンと呼ぶ）は、衝突室１２の入口を通過して第
２段四重極Ｑ2に入る。第２段四重極Ｑ2には、第１段四
重極Ｑ1よりもマイナス側のバイアス電圧Ｖ2（すなわ
ち、Ｖ2＜Ｖ1＜０）が印加されており、これにより親イ
オン１５は大きく加速されて衝突室１２内の衝突ガス
（Ａｒ、Ｎ2等）と衝突する。この衝突により親イオン
１５は開裂し、複数個の娘イオンが生成する。例えば図
１に示すように、質量Ｍd1の娘イオンと質量Ｍd2の娘イ
オンが生成されたとする。これらの娘イオンは全て第２
段四重極Ｑ2の内部電圧により第３段四重極Ｑ3へ運ばれ
る（第２段四重極Ｑ2の内部電圧は、フィルタ機能を持
たないように設定されている）。 【００１７】第３段四重極Ｑ3では、第１段四重極Ｑ1と
同様、４本の電極間に所定の内部電圧Ｕ＋Ｖ・cos(ω・
ｔ)を印加することにより、目的の娘イオン１６（質量
Ｍd1の娘イオンとする）のみを通過させ、その他のイオ
ンを発散させる。また、第３段四重極Ｑ3では、イオン
（娘イオン）の運動エネルギを減少させるために、第２
段四重極Ｑ2よりもプラス側のバイアス電圧Ｖ3（Ｖ2＜
Ｖ3＜０）が印加される。親イオン１５は、衝突による
開裂を生じさせるために第２段四重極Ｑ2で大きく加速
され、大きな運動エネルギを持っている。従って、開裂
により生成した娘イオンも比較的大きなエネルギを持っ
ており、そのまま第３段四重極Ｑ3に入ると第３段四重
極Ｑ3の内部電圧によるフィルタ機能が十分に働かず、
目的娘イオンの質量Ｍd1と他方の娘イオンの質量Ｍd2が
近接している場合は、他方の娘イオンもイオン検出器１
４に入ってしまって分解能が悪化する。そこで上記の通
り、第３段四重極Ｑ3のバイアス電圧Ｖ3は第２段四重極
Ｑ2のバイアス電圧Ｖ2よりもプラス側とされる。しか
し、この第３段四重極Ｑ3の適切なバイアス電圧Ｖ3は親
イオンの質量Ｍpと目的娘イオンの質量Ｍd1との比Ｍd1
／Ｍpに依存するため、第３段四重極Ｑ3のバイアス電圧
Ｖ3は、質量比Ｍd1／Ｍpに応じて図２（ａ）に示すよう
に変化（走査）される。これは、親イオン走査法、娘イ
オン走査法、ニュートラルロス走査法のいずれの方法で
分析を行なう場合も同じである。 【００１８】第３段四重極Ｑ3を通過した目的娘イオン
１６は、イオンレンズ１３により集束され、イオン検出
器１４に入る。従来のＭＳ／ＭＳ質量分析装置では、図
２（ａ）に示すように、イオンレンズ１３のバイアス電
圧ＶLが一定であったため、第３段四重極Ｑ3のバイアス
電圧Ｖ3がＭd1／Ｍpに応じて変化するにつれてＶLとＶ3
との差が所定値以上となる場合が生ずる。こうなると、
第３段四重極Ｑ3で選択された目的娘イオン１６がイオ
ンレンズにより反発され、イオン検出器１４に入らなく
なる。そこで本実施例のＭＳ／ＭＳ質量分析装置では、
ＶLを図２（ｂ）に示すように、親イオンと目的娘イオ
ンの質量比Ｍd1／Ｍpに応じて変化させる（図２（ｂ）
ではＶL＝Ｖ3＋α。ここで、プラスイオンの場合はα＜
０）。これにより、第３段四重極で分離された目的娘イ
オン１６は確実にイオンレンズ１３を通過し、イオン検
出器１４で検出されるようになる。 【００１９】なお、図２（ａ）、（ｂ）では上記式
（１）におけるｎの値を１としたグラフを示したが、図
２（ｃ）に示すように、Ｖ3の走査バイアス電圧として
ｎ＝２に近い値を用いた場合も、同様にイオンレンズの
バイアス電圧ＶLをＶ3＋αと変化させる。ここにおける
αの値はＭd1／Ｍpに拘らず一定としてもよいし、Ｍd1
／Ｍpに応じて変化させるようにしてもよい。この場合
αは、Ｍd1／Ｍpが小さくなると負の方向に大きくし
（プラスイオンの場合）、第２段四重極Ｑ2における衝
突エネルギが大きくなると（すなわち、Ｖ2が大きくな
ると）大きくなるようにすることが望ましい。 【００２０】 【発明の効果】本発明に係るＭＳ／ＭＳ型質量分析装置
では、イオンレンズのバイアス電圧ＶLを親イオンの質
量Ｍpと娘イオンの質量Ｍdとの比Ｍd／Ｍpに応じて変化
させるため、第３段四重極を通過してきた目的娘イオン
がイオンレンズにより反発されるということがなくな
り、目的娘イオンを確実にイオン検出器で検出すること
ができるようになる。これにより、質量分析の感度悪化
が防止されるとともに、第３段四重極のバイアスを最適
化することができるため、分解能も向上する。
用いられるＭＳ／ＭＳ型質量分析装置（又は、タンデム
型四重極質量分析装置）に関する。 【０００２】 【従来の技術】四重極質量分析器は、図３に示すよう
に、ｚ軸を中心に回転対称的に配置された４本の電極棒
３１、３２、３３、３４で構成される。ｘ軸方向に配置
された一対の電極棒３１、３３とｙ軸方向に配置された
一対の電極棒３２、３４との間に、四重極駆動電圧源３
６から直流電圧Ｕ及び高周波電圧Ｖ・cos(ω・ｔ)を重畳
した駆動電圧を印加しておき、イオン源１１からｚ軸に
沿ってイオンを四重極の中心軸（ｚ軸）に入射すると、
電圧Ｕ及びＶにより定まる特定質量のイオン３８のみが
安定的に四重極を通過することができ、他の質量のイオ
ン３７は途中で発散してしまう。従って、電圧Ｕ及びＶ
を適当に定めることにより、任意の質量のイオンのみを
通過させるフィルタとして利用することができ、また、
電圧Ｕ及びＶを、互いに所定の関係を持たせつつ変化さ
せることにより、四重極を通過するイオンの質量を軽い
ものから重いものまで順に走査することもできる。 【０００３】ＭＳ／ＭＳ型質量分析装置は、図１に示す
ように、このような四重極を３組、イオン源１１とイオ
ン検出器１４との間に直列に配置したものである。イオ
ン源１１で生成された分析対象試料のイオンは第１段四
重極Ｑ1に導入され、第１段四重極Ｑ1のフィルタ機能に
より、所定の質量Ｍpを持つ目的親イオンのみが第２段
四重極Ｑ2に送られる。第２段四重極Ｑ2はケース（衝突
室）１２の中に納められ、その衝突室１２の内部にはＡ
ｒ、Ｎ2等の衝突ガスが導入されている。第１段四重極
Ｑ1を通過した親イオン１５はこの衝突室１２の内部で
衝突ガスと衝突し、いくつかの娘イオンに開裂する。開
裂により生成された娘イオン１６は第２段四重極Ｑ2に
より第３段四重極Ｑ3に運ばれ、第３段四重極Ｑ3は第１
段四重極Ｑ1と同様のフィルタ機能により所定の質量
（Ｍd1）を持つ娘イオン１６のみを通過させる。第３段
四重極Ｑ3を通過した目的の娘イオン１６はイオンレン
ズ１３により集束され、イオン検出器１４により検出さ
れる。 【０００４】ＭＳ／ＭＳ型質量分析装置の使い方には、
次の３種の方法がある。 【０００５】（１）娘イオン走査法 第１段四重極Ｑ1の内部電圧（ｘ、ｙ方向の２対の電極
に印加する直流電圧Ｕと高周波電圧Ｖ・cos(ω・ｔ)との
重畳電圧）を一定とする（正確には、ＵとＶとの関係を
一定としておく）ことにより第１段四重極Ｑ1を通過す
る親イオンの質量Ｍpを一定としておく一方、第３段四
重極Ｑ3に印加するＵとＶとの関係を変化させることに
より、第３段四重極Ｑ3を通過する娘イオンの質量Ｍd1
を走査する。 【０００６】（２）親イオン走査法 上記（１）とは逆に、第３段四重極Ｑ3の内部電圧を一
定とすることによりＱ3を通過する娘イオンの質量Ｍd1
を一定としておく一方、第１段四重極Ｑ1に印加するＵ
とＶとの関係を変化させることにより、親イオンの質量
Ｍpを走査する。 【０００７】（３）ニュートラルロス走査法 第１段四重極Ｑ1を通過する親イオンの質量Ｍpと第３段
四重極Ｑ3を通過する娘イオンの質量Ｍdとの差（Ｍp−
Ｍd）が常に一定となるように、第１段四重極Ｑ1と第３
段四重極Ｑ3の駆動電圧Ｕ、Ｖを走査する。これは、第
２段四重極Ｑ2における開裂で生成される電気的に中性
の生成物（原子団）を検出するためである。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】上記の通り、各四重極
Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3では、四重極駆動電圧源３６により２対
の電極（図３における３１〜３４）に直流電圧Ｕ及び高
周波電圧Ｖ・cos(ω・ｔ)を重畳した内部電圧を印加する
が、この内部電圧の他に、バイアス電圧源３５によりイ
オン源１１と四重極全体との間に直流バイアス電圧が印
加される。これは、イオン源１１により生成されたイオ
ンを加速し、目的の質量のイオン３８が正しく四重極内
を通過するようにするためであり、図１に示すように、
第１段〜第３段四重極Ｑ1、Ｑ2、Ｑ3及びイオンレンズ
１３にそれぞれバイアス電圧Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3及びＶLが印
加される。 【０００９】例えば娘イオン走査法において、図１に示
すように、第１段四重極Ｑ1により質量Ｍpの親イオンを
選択し、第２段四重極Ｑ2でその親イオンを開裂したと
き、質量Ｍd1の娘イオン及び質量Ｍd2の娘イオンが生成
されたとする。この場合、質量Ｍd1の娘イオン１６のエ
ネルギは開裂前の質量Ｍpの親イオン１５のエネルギＶ2
に対してＶ2×（Ｍd／Ｍp）に減少する。 【００１０】このようにエネルギの減少した娘イオン１
６を第３段四重極Ｑ3に入射させるために、従来、第３
段四重極Ｑ3のバイアス電圧Ｖ3は、分析目的の親イオン
及び娘イオンの質量Ｍp、Ｍdに応じて、 Ｖ3＝Ｖ1＋Ｖ2｛１−（Ｍd／Ｍp）n｝ …（１） となるように変化（走査）されていた（ここで、ｎは目
的イオンの種類に応じて１〜２程度の値が用いられる）
が、イオンレンズ１３のバイアス電圧ＶLは各四重極の
バイアス電圧Ｖ1〜Ｖ3に無関係に常に一定とされてい
た。 【００１１】しかし、このように第３段四重極Ｑ3のバ
イアス電圧Ｖ3が走査される一方、ＶLが一定のままであ
ると、Ｖ3の値によってはイオンレンズ１３におけるイ
オンの透過性が悪くなり、イオン検出器により検出され
るイオンの量が減少してしまう。 【００１２】本発明はこのような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、第３段
四重極を通過した娘イオンをできるだけ多くイオン検出
器に送り出すことにより、高感度の分析を行なうことの
できるＭＳ／ＭＳ型質量分析装置を提供することにあ
る。 【００１３】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明では、イオン源から送り込まれる粒子
中、所定の質量を持つイオンのみを通過させる第１段四
重極と、第１段四重極を通過したイオンである親イオン
を開裂させる第２段四重極と、第２段四重極で生成され
たイオン中、所定の質量を持つ娘イオンのみを通過させ
る第３段四重極と、第３段四重極を通過したイオンをイ
オン検出器に向けて集束させるイオンレンズとを備えた
ＭＳ／ＭＳ型質量分析装置において、第３四重極のバイ
アス電圧を親イオンの質量と娘イオンの質量との比に応
じて変化させるとき、イオンレンズのバイアス電圧も、
該親イオンと娘イオンの質量との比に応じて変化させる
ことにより、該第３四重極のバイアス電圧とイオンレン
ズのバイアス電圧とが逆バイアスとならないようにした
ことを特徴としている。 【００１４】 【作用】従来のＭＳ／ＭＳ型質量分析装置ではイオンレ
ンズのバイアス電圧が一定であったため、第３段四重極
のバイアス電圧Ｖ3を質量比Ｍd／Ｍpに応じて変化させ
る（走査する）と、プラスイオンの場合は、イオンレン
ズのバイアス電圧ＶLと第３段四重極のバイアス電圧Ｖ3
との差が所定値（第３段四重極Ｑ3を出た娘イオンの運
動エネルギに依存する値）よりもプラス側になってしま
い、第３段四重極Ｑ3を出た娘イオン（プラス）がレン
ズのバイアス電圧ＶLにより反発され、イオン検出器に
入らなくなる可能性がある（マイナスイオンの場合は
逆）。本発明に係るＭＳ／ＭＳ型質量分析装置では、イ
オンレンズのバイアス電圧ＶLを親イオンの質量Ｍpと娘
イオンの質量Ｍdとの比Ｍd／Ｍpに応じて変化させるた
め、このような逆バイアスが起こらないようにすること
ができ、第３段四重極で分離された目的娘イオンを確実
にイオン検出器で検出することができるようになる。 【００１５】 【実施例】本発明の一実施例であるＭＳ／ＭＳ質量分析
装置で、例えば娘イオン走査法によりプラスイオンを分
析する場合を図１及び図２により説明する。本実施例の
ＭＳ／ＭＳ質量分析装置全体の構成は図１に示す通りで
あり、その動作は概ね前述の通りであるが、本実施例の
ＭＳ／ＭＳ質量分析装置では、従来の装置とは異なり、
イオンレンズ１３のバイアス電圧ＶLも制御可能となっ
ている。 【００１６】分析対象成分を含む試料はイオン源１１に
おいてイオン化され（ここでは、プラスイオンとす
る）、イオン出口から第１段四重極Ｑ1に向けて放出さ
れる。イオン源１１から放出されたイオンは、第１段四
重極Ｑ1に印加されたバイアス電圧Ｖ1（図３のバイアス
電圧源３５により生成される電圧。今の場合、Ｖ1＜
０）により図３のｚ軸方向に加速されるとともに、四重
極Ｑ1の内部電圧（図３の四重極駆動電圧源３６により
生成される電圧。Ｕ＋Ｖ・cos(ω・ｔ)）により、所定の
質量Ｍpを持つイオン以外のイオンは発散させられる。
第１段四重極Ｑ1を通過した質量Ｍpのイオン１５（これ
を親イオンと呼ぶ）は、衝突室１２の入口を通過して第
２段四重極Ｑ2に入る。第２段四重極Ｑ2には、第１段四
重極Ｑ1よりもマイナス側のバイアス電圧Ｖ2（すなわ
ち、Ｖ2＜Ｖ1＜０）が印加されており、これにより親イ
オン１５は大きく加速されて衝突室１２内の衝突ガス
（Ａｒ、Ｎ2等）と衝突する。この衝突により親イオン
１５は開裂し、複数個の娘イオンが生成する。例えば図
１に示すように、質量Ｍd1の娘イオンと質量Ｍd2の娘イ
オンが生成されたとする。これらの娘イオンは全て第２
段四重極Ｑ2の内部電圧により第３段四重極Ｑ3へ運ばれ
る（第２段四重極Ｑ2の内部電圧は、フィルタ機能を持
たないように設定されている）。 【００１７】第３段四重極Ｑ3では、第１段四重極Ｑ1と
同様、４本の電極間に所定の内部電圧Ｕ＋Ｖ・cos(ω・
ｔ)を印加することにより、目的の娘イオン１６（質量
Ｍd1の娘イオンとする）のみを通過させ、その他のイオ
ンを発散させる。また、第３段四重極Ｑ3では、イオン
（娘イオン）の運動エネルギを減少させるために、第２
段四重極Ｑ2よりもプラス側のバイアス電圧Ｖ3（Ｖ2＜
Ｖ3＜０）が印加される。親イオン１５は、衝突による
開裂を生じさせるために第２段四重極Ｑ2で大きく加速
され、大きな運動エネルギを持っている。従って、開裂
により生成した娘イオンも比較的大きなエネルギを持っ
ており、そのまま第３段四重極Ｑ3に入ると第３段四重
極Ｑ3の内部電圧によるフィルタ機能が十分に働かず、
目的娘イオンの質量Ｍd1と他方の娘イオンの質量Ｍd2が
近接している場合は、他方の娘イオンもイオン検出器１
４に入ってしまって分解能が悪化する。そこで上記の通
り、第３段四重極Ｑ3のバイアス電圧Ｖ3は第２段四重極
Ｑ2のバイアス電圧Ｖ2よりもプラス側とされる。しか
し、この第３段四重極Ｑ3の適切なバイアス電圧Ｖ3は親
イオンの質量Ｍpと目的娘イオンの質量Ｍd1との比Ｍd1
／Ｍpに依存するため、第３段四重極Ｑ3のバイアス電圧
Ｖ3は、質量比Ｍd1／Ｍpに応じて図２（ａ）に示すよう
に変化（走査）される。これは、親イオン走査法、娘イ
オン走査法、ニュートラルロス走査法のいずれの方法で
分析を行なう場合も同じである。 【００１８】第３段四重極Ｑ3を通過した目的娘イオン
１６は、イオンレンズ１３により集束され、イオン検出
器１４に入る。従来のＭＳ／ＭＳ質量分析装置では、図
２（ａ）に示すように、イオンレンズ１３のバイアス電
圧ＶLが一定であったため、第３段四重極Ｑ3のバイアス
電圧Ｖ3がＭd1／Ｍpに応じて変化するにつれてＶLとＶ3
との差が所定値以上となる場合が生ずる。こうなると、
第３段四重極Ｑ3で選択された目的娘イオン１６がイオ
ンレンズにより反発され、イオン検出器１４に入らなく
なる。そこで本実施例のＭＳ／ＭＳ質量分析装置では、
ＶLを図２（ｂ）に示すように、親イオンと目的娘イオ
ンの質量比Ｍd1／Ｍpに応じて変化させる（図２（ｂ）
ではＶL＝Ｖ3＋α。ここで、プラスイオンの場合はα＜
０）。これにより、第３段四重極で分離された目的娘イ
オン１６は確実にイオンレンズ１３を通過し、イオン検
出器１４で検出されるようになる。 【００１９】なお、図２（ａ）、（ｂ）では上記式
（１）におけるｎの値を１としたグラフを示したが、図
２（ｃ）に示すように、Ｖ3の走査バイアス電圧として
ｎ＝２に近い値を用いた場合も、同様にイオンレンズの
バイアス電圧ＶLをＶ3＋αと変化させる。ここにおける
αの値はＭd1／Ｍpに拘らず一定としてもよいし、Ｍd1
／Ｍpに応じて変化させるようにしてもよい。この場合
αは、Ｍd1／Ｍpが小さくなると負の方向に大きくし
（プラスイオンの場合）、第２段四重極Ｑ2における衝
突エネルギが大きくなると（すなわち、Ｖ2が大きくな
ると）大きくなるようにすることが望ましい。 【００２０】 【発明の効果】本発明に係るＭＳ／ＭＳ型質量分析装置
では、イオンレンズのバイアス電圧ＶLを親イオンの質
量Ｍpと娘イオンの質量Ｍdとの比Ｍd／Ｍpに応じて変化
させるため、第３段四重極を通過してきた目的娘イオン
がイオンレンズにより反発されるということがなくな
り、目的娘イオンを確実にイオン検出器で検出すること
ができるようになる。これにより、質量分析の感度悪化
が防止されるとともに、第３段四重極のバイアスを最適
化することができるため、分解能も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例であるＭＳ／ＭＳ質量分析
装置の全体構成図。 【図２】 ＭＳ／ＭＳ質量分析装置の第３段四重極及び
レンズのバイアス電圧の変化の様子を示すグラフ。 【図３】 四重極質量分析器の動作を示す説明図。 【符号の説明】 １１…イオン源 １２…衝突室 １３…イオンレンズ １４…イオン検出器 １５…目的親イオン（質量Ｍp） １６…目的娘イオン（質量Ｍd1） ３１、３２、３３、３４…電極棒 ３５…バイアス電圧源 ３６…四重極駆動電圧源 Ｑ1…第１段四重極 Ｖ1…第１段四重極バ
イアス電圧 Ｑ2…第２段四重極 Ｖ2…第２段四重極バ
イアス電圧 Ｑ3…第３段四重極 Ｖ3…第３段四重極バ
イアス電圧 ＶL…イオンレンズのバイアス電圧
装置の全体構成図。 【図２】 ＭＳ／ＭＳ質量分析装置の第３段四重極及び
レンズのバイアス電圧の変化の様子を示すグラフ。 【図３】 四重極質量分析器の動作を示す説明図。 【符号の説明】 １１…イオン源 １２…衝突室 １３…イオンレンズ １４…イオン検出器 １５…目的親イオン（質量Ｍp） １６…目的娘イオン（質量Ｍd1） ３１、３２、３３、３４…電極棒 ３５…バイアス電圧源 ３６…四重極駆動電圧源 Ｑ1…第１段四重極 Ｖ1…第１段四重極バ
イアス電圧 Ｑ2…第２段四重極 Ｖ2…第２段四重極バ
イアス電圧 Ｑ3…第３段四重極 Ｖ3…第３段四重極バ
イアス電圧 ＶL…イオンレンズのバイアス電圧
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(72)発明者 宮川 治彦
京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式
会社島津製作所 三条工場内
(72)発明者 永田 淳
京都市中京区西ノ京桑原町１番地 株式
会社島津製作所 三条工場内
(56)参考文献 特開 昭62−264546（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−23157（ＪＰ，Ａ)
特公 昭48−3596（ＪＰ，Ｂ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01J 49/26 - 49/42
H01J 49/06
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 イオン源から送り込まれる粒子中、所定
の質量を持つイオンのみを通過させる第１段四重極と、
第１段四重極を通過したイオンである親イオンを開裂さ
せる第２段四重極と、第２段四重極で生成されたイオン
中、所定の質量を持つ娘イオンのみを通過させる第３段
四重極と、第３段四重極を通過したイオンをイオン検出
器に向けて集束させるイオンレンズとを備えたＭＳ／Ｍ
Ｓ型質量分析装置において、 第３四重極のバイアス電圧を親イオンの質量と娘イオン
の質量との比に応じて変化させるとき、イオンレンズの
バイアス電圧も、該親イオンと娘イオンの質量との比に
応じて変化させることにより、該第３四重極のバイアス
電圧とイオンレンズのバイアス電圧とが逆バイアスとな
らないようにしたことを特徴とするＭＳ／ＭＳ型質量分
析装置。
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35114393A JP3404849B2 (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | Ｍｓ／ｍｓ型質量分析装置 |
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-
1993
- 1993-12-29 JP JP35114393A patent/JP3404849B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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