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JP3837264B2 - Ion trap mass spectrometry method - Google Patents

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JP3837264B2
JP3837264B2 JP34283699A JP34283699A JP3837264B2 JP 3837264 B2 JP3837264 B2 JP 3837264B2 JP 34283699 A JP34283699 A JP 34283699A JP 34283699 A JP34283699 A JP 34283699A JP 3837264 B2 JP3837264 B2 JP 3837264B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオントラップ質量分析計によるダイオキシン類の質量分析方法に係り、特に共存妨害成分やカラムから溶出成分に由来するイオン(化学ノイズ)を選択的に解裂させて分析領域外にする事により、ダイオキシン類の高感度分析を可能にするイオントラップ質量分析方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ダイオキシン類はジオキシン骨格の水素原子が塩素原子に置換されたもので多くの異性体が存在する。ダイオキシン類の中で特に2,3,7,8位の水素が塩素に置換されたダイオキシン類が発癌性,毒性催奇性等の点で最強のもので、環境中への拡散が懸念されている。ダイオキシン類の環境への拡散の抑制のためには、ごく微量ながら極めて危険なダイオキシン類の分析が重要である。ダイオキシン類等の環境汚染物質は非常に複雑な系の中に極微量しか存在しない。そのため、これら物質の分析には、非常に複雑で手間と時間を必要とする前処理が必要である。さらに、これら物質の分析は高感度で、さらに妨害物質から分析対象物質を識別できる高い選択性が要求される。そのため、質量分析計の前段に分離手段であるガスクロマトグラフが置いたガスクロマトグラフ直結質量分析計(GC/MS)がダイオキシン類の分析に用いられている。
【0003】
ダイオキシン類とは現在広く使われているが、ここではポリ塩化ジベンゾ−p−ジオキシン(PCDDs)とポリ塩化ジベンゾフラン(PCDFs)の総称として用いる。
【0004】
短時間でより多くの試料を測定するため、また簡便に分析するため小型の質量分析計QMS,イオントラップ質量分析計による分析が試みられてきた。
【0005】
イオントラップ質量分析計は、米国特許2,939,952号や日本特許第1,321,036号や公報あるいは特公平8−21365号公報に記載されている。また、イオントラップ質量分析計については、特開平6−96727号公報に記載されるところである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ダイオキシン類の分析の際の最大の問題点は、妨害物質(例えば、PCBやDDTなどの塩素系農薬など)が前処理によっても排除できずに試料中に多数存在する事である。図5上段(イ)図に示すように、これら妨害物質は、ガスクロマトグラフのキャピラリカラムでも分離できず、ダイオキシンと同じ保持時間に溶出し質量分析計で検出される。この妨害物を一般に化学ノイズと呼んでいる。化学ノイズが全質量範囲に渡り出現し、ダイオキシンの信号を識別できない。ダイオキシンの分子量領域を拡大して観察すると図5の上段のようなマススペクトルが得られる。イオントラップ質量分析計の分解能ではこれら化学ノイズとダイオキシンの信号を識別できない。即ち、ダイオキシンの信号に化学ノイズが重畳する事になる。このマススペクトルにおいて、化学ノイズは白抜き、ダイオキシンの信号は斜線を施した棒グラフで示す。化学のノイズは試料毎,分析毎に異なるため、化学ノイズが存在する限り、ダイオキシンの分析は不確実なものになる。この化学ノイズとダイオキシンを識別するために、大型の磁場,電場を用いた高分解能二重収束質量分析計が使われている。この高分解能二重収束質量分析計はPCBやDDTとダイオキシンのわずかな質量差を基に分離検出するものである。
【0007】
以上のように、イオントラップ質量分析計はQMSや二重収束質量分析計と異なり、時間経過に従い動作モードが切り替わる事により質量分析する。
【0008】
ダイオキシン類の分析で用いられている高分解能二重収束質量分析計は大型の装置であり、非常に高価である。更に、その操作は高度な技術や経験を必要とする。スループットの点でも満足できるものではなかった。
【0009】
そのため、安価で操作が簡単である四重極質量分析計(QMS)やイオントラップ質量分析計のような小型の質量分析計でダイオキシンを分析することが強く要求されるようになった。しかし、これら質量分析計の分解能が低いため、妨害物質(化学ノイズ)と分析対象物質であるダイオキシンを分離検出できない。そのために、イオントラップ質量分析計を用いたダイオキシン分析は高分解能質量分析計を用いた分析に比して2桁以上感度が悪い(定量下限が高い)とされている。
【0010】
本発明の目的は、化学ノイズを低減し、安価,操作が簡便なイオントラップ質量分析計によりダイオキシンなどの高感度分析を達成しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、化学ノイズとダイオキシンの信号を分離検出するのではなく、信号に重畳した化学ノイズを、取り除く事により、ダイオキシン分析の精度を向上させるものである。
【0012】
本発明はイオントラップ質量分析計を用いてダイオキシン類を質量分析する方法において、イオントラップ動作シーケンス中のイオン化,イオン蓄積の間にエンドキャップ電極にダイオキシンが解裂する電圧より低い電圧の広帯域補助交流を印加するようにした。
【0013】
また、別の発明は、イオントラップ質量分析計を用いてダイオキシン類を質量分析する方法において、イオントラップ動作シーケンス中のイオン化,イオン蓄積の後にエンドキャップ電極にダイオキシンが解裂する電圧より低い電圧の広帯域補助交流を印加し、その後に主高周波電圧の掃引を行いマススペクトルを得るようにした。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる一実施例を図面に基づいて説明する。
【0015】
図1に従いイオントラップ質量分析計について説明する。
【0016】
試料溶液はガスクロマトグラフ23の注入口31に注入され、気化の後キャリアガスのHeによりキャピラリカラム32に送られる。ここで試料ガスは、カラム内面に塗られた液相と気体(He)との分配の違いにより、成分毎に分離される。分離された試料成分は、ガスガイドパイプ16を経て真空排気された容器内に収められたイオントラップ質量分析計33に送られる。イオントラップ質量分析計33は、フィラメント電源1,フィラメント2や電子ゲート5,エンドキャップ電極6,リング電極7,エンドキャップ電極8,検出器12,電源,データ処理装置14等で構成される。回転放物面を持つリング電極7と、この回転対称軸の両面から隣接する2つのエンドキャップ電極6,8はイオントラップ質量分析計の心臓部をなすものである。エンドキャップ電極6,8とリング電極7の間には主高周波が印加される。その結果、3つの電極に囲われた空間(イオントラップ空間)9には、イオンをこの空間9内にトラップする四重極高周波電界が生成する。
【0017】
ガスクロマトグラフ直結イオントラップ質量分析計を用いたダイオキシン類の分析の際にダイオキシンの妨害となる物質は、PCB類やDDT,DDEなどの塩素系農薬とガスクロマトグラフのキャピラリカラムから溶出するカラムの液相(これをカラムブリードと呼ぶ)等である。
【0018】
ダイオキシンは化学的に非常に安定な化合物である。ダイオキシン類のイオンと化学ノイズ由来のイオンの安定度の差を利用し、イオントラップ質量分析計を用いた衝突誘起解離(CID)により、化学ノイズの削減を図る。
【0019】
図1に示すように、イオントラップ質量分析計33内のイオントラップ空間9にトラップされたイオン10はイオンの質量に対応した固有振動数(secular motion)ωで振動しながら、安定にトラップされる。固有振動数ωは(1)式から求めることができる。
【0020】
ω=βΩ/2 (1)
ここでΩはリング電極に印加する主高周波の振動数であり、βは質量に依存する定数である。イオントラップにトラップできる最小の質量のイオンの場合、β=1となり、最大の質量のイオンの場合、β=0となる。即ちβは0から1の値を取る。もし、リング電極7に印加する主高周波の周波数を1MHzとすると、(1)式からωは0から500kHzの値を得る。質量の小さいイオンは高い振動数で振動し、大きな質量のイオンは低い周波数で(ゆっくりと)振動する。
【0021】
いま、補助交流電源21からトランス19を経て2つのエンドキャップ電極6,8間に、補助交流を印加すると、イオントラップ空間9内に二重極(ダイポール)電界が発生する。この二重極電界の振動数とイオンの固有振動数が一致するとイオンは共鳴状態となり、二重極電界からエネルギを吸収しイオンの固有振動の振幅が急激に大きくなる。イオンはイオントラップ空間内を満たした0.1Pa程度の圧力のHeガス原子と衝突し、その運動エネルギーの一部を失う。繰り返し共鳴,衝突を繰り返す過程で、運動エネルギの一部がイオンの内部エネルギに転換蓄積される。内部エネルギが上昇して、イオン内の原子間の結合エネルギを上回るようになるとイオンは解裂し、質量の小さなフラグメントイオン(娘イオンまたは生成物イオンと言う)になる。この過程が衝突誘起解離(Collision Induced Dissociation CID)と呼ばれるものである。
【0022】
CIDのため、エンドキャップ電極に印加する補助交流電圧の電圧は0.5Vから1.5V程度である。この補助交流電圧を3V以上にするとイオンは共鳴励起されてその軌道がイオントラップ空間を超えるものとなり、イオンはエンドキャップ電極6,8の内壁面に衝突したり、エンドキャップ電極6,8の中央の孔からイオントラップ外に排出される。
【0023】
CIDのための補助交流の電圧値は分析対象の化合物により異なる為、慎重に選ばれる。発明者の実験結果から、ダイオキシン類は1.3から1.5V、PCBは1.1から1.2V、DDT,DDEなどの塩素系農薬のイオンやカラムブリードに由来する複数のイオンは1V程度の補助交流の印加によりCIDが起きる。逆にダイオキシンは1.3V未満ではCIDが起きない。例えば、1.2Vの補助交流を印加した場合、PCBやDDT,DDE,カラムブリード由来イオンはCIDにより娘イオンや孫イオンになる。一方ダイオキシンの分子イオンはほぼCIDの前と同じ強度を保っている。
【0024】
図2に本発明の動作シーケンス図を示す。図3に本発明の流れ図を示す。
【0025】
イオントラップの質量分析は、時間経過に従い分析モードを次々に変えながら進行する。
【0026】
(1)イオン化ステップ(tからt,tからt…)および化学ノイズのCID
イオン化は先ず、主高周波の電圧を低く設定しイオントラップ空間9に広質量範囲のイオンをトラップできるようにする。電子ゲート5に+200Vを印加して電圧をイオントラップ空間に導く。イオントラップ空間9に導入された試料ガスは、エンドキャップの細孔から導入された電子4と衝突してイオン化される。生成したイオン10は四重極高周波電界により安定したイオントラップ空間9にトラップされる。
【0027】
電子ゲート5に+200Vが印加され、イオン化が開始される。この時主高周波電圧は低い電圧が設定されている。これにより、イオントラップ空間9に、広質量範囲のイオンを蓄積できる。イオントラップのリング電極7に印加する主高周波の振動数が1MHzの時、イオン化の間に1から500kHzの全高周波成分を含む補助交流(ホワイトノイズ)を印加する。これにより、イオン化で生成しイオントラップ空間9にトラップされた全てのイオン10がホワイトノイズの補助交流により一挙に励起される。ホワイトノイズ補助交流の電圧はPCBなど妨害物質が解裂し、ダイオキシン類が解裂しない電圧(1.0〜1.2V)が印加される。この印加は、図2において補助交流onとして表示される。イオン化時間は、導入される試料の量により定まるが、1m秒から1秒程度である。この間(tからtまで)1から500kHzに及ぶホワイトノイズの補助交流は継続される。イオン化時間(tからtまで)の間にダイオキシン類以外の化合物は共鳴励起を受け、イオン内の原子間の化学結合が解裂し、娘イオンを生成する。更に生成した娘イオンも更に補助交流により共鳴励起を受け解裂し、次の世代である孫イオンになる。最終的に安定なイオンになるまで解裂する。ダイオキシン類と質量の同じ多くのイオンは以上のような広帯域共鳴により次々に質量の小さいイオンになる。ここで主高周波が1Mzの時、印加する補助交流に含まれる周波数の帯域は1から500kHzとしたが、ダイオキシンの最大分子量は456であるから質量500に相当する固有振動数から500kHzとしてもよい。
【0028】
(2)質量分析のステップ(tからt,tからt…)
イオン化時間が終了し(tとなり)電子ゲート5には−200Vが印加され、電子がイオントラップ空間9に侵入しないようにする。補助交流をoffとする。次に主高周波電源15から供給されリング電極に印加された主高周波の電圧が、データ処理装置14の指示により掃引される。イオントラップ空間9内のイオンは低質量から順に質量毎に不安定となり、エンドキャップの細孔からトラップ外に排出される。検出器12はこのイオン11を検出し、直流増幅器13を経てデータ処理装置14によりマススペクトルを得る。
【0029】
このマススペクトル収集は、日本特許第1,321,036号や特公平8−21365号に示された方法で行えば良い。
【0030】
(3)リセット
所定のマスレンジまたは掃引すれば、主高周波電源はリセットされ零となる。これにより、イオントラップ内に残っていた、イオンは全て排除される。tとなり二回目のスキャンとなり、(1)に戻り再びイオン化が開始される。この繰り返しを行いマススペクトルを取得する。
【0031】
ホワイトノイズの補助交流のイオン化と同時の印加により、図4上段(イ)図のように化学ノイズに埋もれたダイオキシンの信号は、図4下段(ロ)図のマススペクトルのように改善される。ダイオキシンの信号を上回る多くの化学ノイズイオンは補助交流により励起され解裂する。補助交流の印加後のマススペクトルを図4の下段に示す。ダイオキシンの分子イオン,ダイオキシンからCOC1が脱離したフラグメントイオンが明確になる。高質量領域の化学ノイズは解裂し娘イオンとなり低質量領域にシフトする。これら娘イオンはダイオキシンのイオンと重畳しなくなり分析の妨害にならなくなる。
【0032】
ダイオキシンの分子量の領域を拡大したマススペクトルを図5に示す。上段(イ)図は、補助交流を印加しないで取得したマススペクトルを示す。ダイオキシンの信号に化学ノイズが重畳している。そのため、分子イオンのパターンは塩素の同位体比を反映していない。当然このままでは定量分析はできない。図5下段(ロ)図に上述のように、イオン化と同時に補助交流を印加した場合のマススペクトルを示す。ダイオキシンに重畳した化学ノイズは解裂しダイオキシンの分子領域から低質量領域にシフトする。そのため、ここで検出されたイオン電流はダイオキシンの濃度を反映したものとなり高精度の定量分析が可能になるか、また、定量下限値を下げる(高感度分析)ことも可能になる。
【0033】
(第二の実施例)
ダイオキシンは極めて安定な化合物であるため、そのCIDのためには最大限の電圧の補助交流電圧を印加しなければならない。それに加え、ダイオキシン類のCIDのためには長時間の励起を継続することが必要である。DDTやDDEなどの農薬等は1V程度の補助交流を数m秒間照射すれば簡単に解裂する。PCBの場合1.2Vの補助交流を5m秒以上照射すれば、CIDによりPCBは塩素原子が解離する。一方ダイオキシン類は安定な構造のため、簡単に解裂せず、1.5Vの補助交流の照射を20m秒以上継続せねばならない。
【0034】
この特徴を利用して、別の方式の化学ノイズ削減法が可能である。
【0035】
図6に本発明の別の動作シーケンス図を示す。図7に流れ図を示す。基本的には、図2および図3に関する説明が参照される。
【0036】
(1)イオン化時間
主高周波電圧を低く設定し電子ゲート5を開き、電子をイオントラップ空間9に導く事でイオン化が開始される。
【0037】
(2)化学ノイズ排除
イオン化イオン蓄積のあと(t01)、電子ゲート5を閉じイオン化を停止する。ここで1.5Vの広帯域補助交流を10m秒以上,20m秒以下の時間照射する。1.3Vの電圧なら20m秒以上の照射ができる。この過程で、イオントラップ空間に存在したダイオキシン類以外の多くのイオンは解裂する。
【0038】
(3)質量分析
時刻tとなり補助交流をoffとした後、主高周波電圧を掃引してマススペクトルを取得する。
【0039】
(4)リセット
所定の質量まで掃引すれば、主高周波の電圧は零にリセットされる。これによりイオントラップ内に残ったイオンは排除される。
【0040】
(1)から(4)で一つのマススペクトル取得が完了する。ふたたび、(1)から(4)を繰り返して測定を続ける。
【0041】
図6に示したようにイオン化の開始と共に補助交流は印加しなくても良いが、イオン化の間、特定の周波数の補助交流を印加して、特定の質量の化学ノイズを共鳴出射させることもできる。また、第一の実施例の様に広帯域の補助交流を印加して、広質量範囲の化学ノイズの低減を図っても良い。
【0042】
【発明の効果】
本発明により、ダイオキシン測定の際の化学ノイズを削減することができ、定量下限値を大幅にさげることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例が適用されるイオントラップ質量分析計の模式図。
【図2】本発明の一実施例を示す動作シーケンス図。
【図3】本発明の一実施例の流れ図。
【図4】マススペクトル図。
【図5】マススペクトル図。
【図6】本発明の別の実施例を示す動作シーケンス図。
【図7】本発明の別の実施例の流れ図。
【符号の説明】
1…フィラメント電源、2…フィラメント、3…グリッド電極、4…電子、5…電子ゲート、6…エンドキャップ電極、7…リング電極、8…エンドキャップ電極、9…イオントラップ空間、10…トラップされたイオン、11…イオン、12…検出器、13…直流増幅器、14…データ処理装置、15…主高周波電源、16…ガスガイドパイプ、17…グリッド電源、18…電子ゲート電源、19…トランス、20…信号線、21…補助交流電源、22…信号線、23…ガスクロマトグラフ、31…注入口、32…キャピラリカラム、33…イオントラップ質量分析計。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mass spectrometric method for dioxins using an ion trap mass spectrometer, and in particular, by selectively cleaving ions (chemical noise) derived from coexisting interference components and elution components from the column and out of the analysis region. The present invention relates to an ion trap mass spectrometry method that enables highly sensitive analysis of dioxins.
[0002]
[Prior art]
Dioxins are those in which the hydrogen atom of the dioxin skeleton is replaced by a chlorine atom, and there are many isomers. Among dioxins, dioxins in which hydrogen at positions 2, 3, 7, and 8 are substituted with chlorine are the strongest in terms of carcinogenicity and toxic teratogenicity, and there is concern about their diffusion into the environment. . In order to suppress the diffusion of dioxins into the environment, it is important to analyze dioxins that are extremely dangerous even in very small amounts. Environmental pollutants such as dioxins are present in very small amounts in very complex systems. Therefore, analysis of these substances requires pretreatment that is very complicated and requires labor and time. Furthermore, the analysis of these substances is required to have high sensitivity and to be highly selective so that the substance to be analyzed can be distinguished from interfering substances. Therefore, a gas chromatograph direct-coupled mass spectrometer (GC / MS) in which a gas chromatograph as a separation means is placed in front of the mass spectrometer is used for analysis of dioxins.
[0003]
Dioxins are currently widely used, but here are used as a general term for polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs) and polychlorinated dibenzofurans (PCDFs).
[0004]
In order to measure a larger number of samples in a short time and to perform simple analysis, analysis using a small mass spectrometer QMS or ion trap mass spectrometer has been attempted.
[0005]
The ion trap mass spectrometer is described in US Pat. No. 2,939,952, Japanese Patent No. 1,321,036, Japanese Patent Publication No. 8-21365, and Japanese Patent Publication No. 8-21365. An ion trap mass spectrometer is described in JP-A-6-96727.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The biggest problem in the analysis of dioxins is that many interfering substances (for example, chlorinated pesticides such as PCB and DDT) cannot be eliminated even by pretreatment and are present in the sample. As shown in the upper part (a) of FIG. 5, these interfering substances cannot be separated even in the capillary column of the gas chromatograph, but are eluted at the same retention time as dioxin and detected by a mass spectrometer. This obstruction is generally called chemical noise. Chemical noise appears over the entire mass range and the dioxin signal cannot be identified. When the molecular weight region of dioxin is enlarged and observed, a mass spectrum as shown in the upper part of FIG. 5 is obtained. These chemical noise and dioxin signals cannot be distinguished by the resolution of the ion trap mass spectrometer. That is, chemical noise is superimposed on the dioxin signal. In this mass spectrum, chemical noise is indicated by a white bar, and dioxin signals are indicated by hatched bar graphs. Since chemical noise varies from sample to sample and from analysis to analysis, analysis of dioxins is uncertain as long as chemical noise is present. In order to distinguish this chemical noise from dioxin, a high-resolution double-focusing mass spectrometer using a large magnetic field and electric field is used. This high-resolution double-focusing mass spectrometer performs separation detection based on a slight mass difference between PCB, DDT, and dioxin.
[0007]
As described above, the ion trap mass spectrometer is different from the QMS and the double convergence mass spectrometer, and performs mass analysis by switching the operation mode with time.
[0008]
The high-resolution double-focusing mass spectrometer used in the analysis of dioxins is a large device and is very expensive. Furthermore, the operation requires high skill and experience. The throughput was not satisfactory.
[0009]
For this reason, there has been a strong demand for analyzing dioxins with a small mass spectrometer such as a quadrupole mass spectrometer (QMS) or an ion trap mass spectrometer that is inexpensive and easy to operate. However, due to the low resolution of these mass spectrometers, it is not possible to separate and detect interfering substances (chemical noise) and dioxins that are analytes. Therefore, dioxin analysis using an ion trap mass spectrometer is considered to have two or more orders of magnitude lower sensitivity (higher lower limit of quantification) than analysis using a high resolution mass spectrometer.
[0010]
An object of the present invention is to achieve high-sensitivity analysis such as dioxin by an ion trap mass spectrometer that reduces chemical noise, is inexpensive, and is easy to operate.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention improves the accuracy of dioxin analysis by removing the chemical noise superimposed on the signal instead of separating and detecting the chemical noise and the dioxin signal.
[0012]
The present invention relates to a method for mass spectrometry of dioxins using an ion trap mass spectrometer, and a broadband auxiliary alternating current having a voltage lower than a voltage at which the dioxin is cleaved at an end cap electrode during ionization and ion accumulation in an ion trap operation sequence. Was applied.
[0013]
Another invention relates to a method for mass spectrometry of dioxins using an ion trap mass spectrometer, wherein a voltage lower than a voltage at which dioxins are cleaved at an end cap electrode after ionization and ion accumulation in an ion trap operation sequence. A broadband auxiliary alternating current was applied, and then the main high frequency voltage was swept to obtain a mass spectrum.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0015]
An ion trap mass spectrometer will be described with reference to FIG.
[0016]
The sample solution is injected into the inlet 31 of the gas chromatograph 23, and after vaporization, is sent to the capillary column 32 by the carrier gas He. Here, the sample gas is separated for each component due to the difference in distribution between the liquid phase applied to the inner surface of the column and the gas (He). The separated sample component is sent to the ion trap mass spectrometer 33 housed in the evacuated container through the gas guide pipe 16. The ion trap mass spectrometer 33 includes a filament power source 1, a filament 2, an electronic gate 5, an end cap electrode 6, a ring electrode 7, an end cap electrode 8, a detector 12, a power source, a data processing device 14, and the like. The ring electrode 7 having a paraboloid of revolution and the two end cap electrodes 6 and 8 adjacent from both sides of the rotational symmetry axis form the heart of the ion trap mass spectrometer. A main high frequency is applied between the end cap electrodes 6 and 8 and the ring electrode 7. As a result, a quadrupole high-frequency electric field that traps ions in the space 9 is generated in a space (ion trap space) 9 surrounded by three electrodes.
[0017]
Substances that interfere with dioxins when analyzing dioxins using a gas chromatograph-coupled ion trap mass spectrometer are the liquid phases of columns eluted from chlorinated pesticides such as PCBs, DDT, and DDE, and capillary columns of gas chromatographs. (This is called column bleed).
[0018]
Dioxins are chemically very stable compounds. Chemical noise is reduced by collision-induced dissociation (CID) using an ion trap mass spectrometer, utilizing the difference in stability between dioxin ions and ions derived from chemical noise.
[0019]
As shown in FIG. 1, the ions 10 trapped in the ion trap space 9 in the ion trap mass spectrometer 33 are stably trapped while vibrating at a natural frequency ω corresponding to the mass of the ions. . The natural frequency ω can be obtained from the equation (1).
[0020]
ω = βΩ / 2 (1)
Here, Ω is the frequency of the main high frequency applied to the ring electrode, and β is a constant depending on the mass. For ions with the smallest mass that can be trapped in the ion trap, β = 1, and for ions with the largest mass, β = 0. That is, β takes a value from 0 to 1. If the frequency of the main high frequency applied to the ring electrode 7 is 1 MHz, ω is a value from 0 to 500 kHz from equation (1). Small mass ions vibrate at high frequencies, and large mass ions vibrate (slowly) at low frequencies.
[0021]
Now, when auxiliary AC is applied from the auxiliary AC power source 21 through the transformer 19 to the two end cap electrodes 6, 8, a dipole electric field is generated in the ion trap space 9. When the frequency of the dipole electric field and the natural frequency of the ions coincide, the ions are in a resonance state, and energy is absorbed from the dipole electric field, and the amplitude of the natural vibration of the ions increases rapidly. The ions collide with He gas atoms having a pressure of about 0.1 Pa filling the ion trap space and lose a part of their kinetic energy. In the process of repeated resonance and collision, part of the kinetic energy is converted and stored in the internal energy of ions. When the internal energy rises and exceeds the bond energy between atoms in the ion, the ion is cleaved and becomes a fragment ion (called daughter ion or product ion) with a small mass. This process is called Collision Induced Dissociation CID.
[0022]
Because of CID, the auxiliary AC voltage applied to the end cap electrode is about 0.5V to 1.5V. When this auxiliary AC voltage is 3 V or higher, ions are resonantly excited and their trajectories exceed the ion trap space, and the ions collide with the inner wall surfaces of the end cap electrodes 6 and 8 or the center of the end cap electrodes 6 and 8. It is discharged out of the ion trap through the hole.
[0023]
The voltage value of the auxiliary alternating current for CID varies depending on the compound to be analyzed and is therefore carefully selected. According to the inventor's experimental results, dioxins are 1.3 to 1.5 V, PCBs are 1.1 to 1.2 V, ions of chlorinated pesticides such as DDT and DDE, and multiple ions derived from column bleed are about 1 V. CID is generated by the application of auxiliary AC. Conversely, dioxin does not cause CID at less than 1.3V. For example, when an auxiliary AC of 1.2 V is applied, ions derived from PCB, DDT, DDE, and column bleed become daughter ions or grandchild ions by CID. On the other hand, the molecular ion of dioxin maintains almost the same strength as before CID.
[0024]
FIG. 2 shows an operation sequence diagram of the present invention. FIG. 3 shows a flowchart of the present invention.
[0025]
The mass analysis of the ion trap proceeds while changing the analysis mode one after another as time passes.
[0026]
(1) Ionization step (t 0 to t 1 , t 3 to t 4 ...) And chemical noise CID
In the ionization, first, the voltage of the main high frequency is set low so that ions in a wide mass range can be trapped in the ion trap space 9. +200 V is applied to the electron gate 5 to guide the voltage to the ion trap space. The sample gas introduced into the ion trap space 9 collides with the electrons 4 introduced from the pores of the end cap and is ionized. The generated ions 10 are trapped in a stable ion trap space 9 by a quadrupole high-frequency electric field.
[0027]
+200 V is applied to the electron gate 5, and ionization is started. At this time, the main high frequency voltage is set to a low voltage. Thereby, ions in a wide mass range can be accumulated in the ion trap space 9. When the frequency of the main high frequency applied to the ring electrode 7 of the ion trap is 1 MHz, auxiliary alternating current (white noise) including all high frequency components of 1 to 500 kHz is applied during ionization. Thereby, all the ions 10 generated by ionization and trapped in the ion trap space 9 are excited at once by the auxiliary alternating current of white noise. The white noise auxiliary AC voltage is a voltage (1.0 to 1.2 V) at which an interfering substance such as PCB is cleaved and dioxins are not cleaved. This application is displayed as auxiliary AC on in FIG. The ionization time is determined by the amount of the sample to be introduced, but is about 1 ms to 1 second. During this time (from t 0 to t 1 ), the auxiliary alternating current of white noise ranging from 1 to 500 kHz is continued. During the ionization time (from t 0 to t 1 ), compounds other than dioxins are subjected to resonance excitation, and chemical bonds between atoms in the ions are broken to generate daughter ions. Furthermore, the generated daughter ions are further subjected to resonance excitation by auxiliary alternating current and cleaved to become the next generation grandchild ions. Cleave until finally stable ions. Many ions having the same mass as dioxins are successively reduced in mass by broadband resonance as described above. Here, when the main high frequency is 1 MHz, the frequency band included in the applied auxiliary alternating current is 1 to 500 kHz. However, since the maximum molecular weight of dioxin is 456, the natural frequency corresponding to the mass 500 may be 500 kHz.
[0028]
(2) Step of mass spectrometry (t 1 to t 2 , t 4 to t 5 ...)
When the ionization time ends (becomes t 1 ), −200 V is applied to the electron gate 5 to prevent electrons from entering the ion trap space 9. Auxiliary AC is turned off. Next, the main high frequency voltage supplied from the main high frequency power supply 15 and applied to the ring electrode is swept in accordance with an instruction from the data processing device 14. The ions in the ion trap space 9 become unstable with respect to the mass in order from the low mass, and are discharged out of the trap through the pores of the end cap. The detector 12 detects the ions 11 and obtains a mass spectrum by the data processor 14 through the DC amplifier 13.
[0029]
This mass spectrum collection may be performed by the methods shown in Japanese Patent No. 1,321,036 and Japanese Patent Publication No. 8-21365.
[0030]
(3) Reset If a predetermined mass range or sweep is performed, the main high frequency power supply is reset to zero. Thereby, all the ions remaining in the ion trap are eliminated. becomes t 3 becomes second time scan is started again ionized returns to (1). This process is repeated to obtain a mass spectrum.
[0031]
By applying the white noise auxiliary AC simultaneously with the ionization, the dioxin signal buried in the chemical noise as shown in the upper diagram (b) of FIG. 4 is improved as shown in the mass spectrum of the lower diagram (b) of FIG. Many chemical noise ions that exceed the signal of dioxins are excited and cleaved by auxiliary alternating current. The mass spectrum after application of the auxiliary alternating current is shown in the lower part of FIG. The molecular ion of dioxin and the fragment ion from which COC1 is desorbed from dioxin are clarified. Chemical noise in the high mass region is cleaved to become daughter ions and shifts to the low mass region. These daughter ions do not overlap with dioxin ions and do not interfere with the analysis.
[0032]
FIG. 5 shows a mass spectrum obtained by enlarging the molecular weight region of dioxin. The upper diagram (A) shows a mass spectrum obtained without applying auxiliary AC. Chemical noise is superimposed on the dioxin signal. Therefore, the molecular ion pattern does not reflect the chlorine isotope ratio. Of course, quantitative analysis is not possible as it is. The lower part (b) of FIG. 5 shows a mass spectrum when an auxiliary alternating current is applied simultaneously with ionization as described above. The chemical noise superimposed on dioxin is cleaved and shifts from the molecular region of dioxin to the low mass region. For this reason, the ion current detected here reflects the dioxin concentration and enables high-accuracy quantitative analysis, or lowers the lower limit of quantification (high sensitivity analysis).
[0033]
(Second embodiment)
Since dioxin is a very stable compound, a maximum auxiliary AC voltage must be applied for its CID. In addition, it is necessary to continue excitation for a long time for the CID of dioxins. Agricultural chemicals such as DDT and DDE can be easily cleaved by irradiating auxiliary AC of about 1V for several milliseconds. In the case of PCB, if 1.2V auxiliary AC is irradiated for 5 ms or more, chlorine atoms dissociate in PCB by CID. On the other hand, since dioxins have a stable structure, they cannot be easily cleaved, and irradiation with an auxiliary alternating current of 1.5 V must be continued for 20 milliseconds or more.
[0034]
Using this feature, another method of chemical noise reduction is possible.
[0035]
FIG. 6 shows another operation sequence diagram of the present invention. FIG. 7 shows a flowchart. Basically, reference is made to the description relating to FIGS.
[0036]
(1) Ionization time The main high frequency voltage is set low, the electron gate 5 is opened, and the electrons are guided to the ion trap space 9 to start ionization.
[0037]
(2) Chemical noise elimination After ionization ion accumulation (t 01 ), the electron gate 5 is closed to stop ionization. Here, a 1.5 V broadband auxiliary alternating current is irradiated for a period of 10 ms to 20 ms. With a voltage of 1.3 V, irradiation of 20 ms or more can be performed. During this process, many ions other than dioxins existing in the ion trap space are cleaved.
[0038]
(3) After the mass spectrometry time t 1 becomes auxiliary AC and off, to obtain a mass spectrum by sweeping the fundamental RF voltage.
[0039]
(4) Reset When sweeping to a predetermined mass, the main high frequency voltage is reset to zero. As a result, ions remaining in the ion trap are eliminated.
[0040]
Acquisition of one mass spectrum is completed in (1) to (4). Again, repeat (1) to (4) to continue the measurement.
[0041]
As shown in FIG. 6, it is not necessary to apply auxiliary alternating current with the start of ionization. However, during ionization, auxiliary alternating current with a specific frequency can be applied to resonantly emit chemical noise of a specific mass. . Further, as in the first embodiment, a wide-range auxiliary alternating current may be applied to reduce chemical noise in a wide mass range.
[0042]
【The invention's effect】
According to the present invention, chemical noise during dioxin measurement can be reduced, and the lower limit of quantification can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an ion trap mass spectrometer to which an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is an operation sequence diagram showing one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart of an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a mass spectrum diagram.
FIG. 5 is a mass spectrum diagram.
FIG. 6 is an operation sequence diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart of another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Filament power supply, 2 ... Filament, 3 ... Grid electrode, 4 ... Electron, 5 ... Electron gate, 6 ... End cap electrode, 7 ... Ring electrode, 8 ... End cap electrode, 9 ... Ion trap space, 10 ... Trapped 11 ... Ion, 12 ... Detector, 13 ... DC amplifier, 14 ... Data processing device, 15 ... Main high frequency power supply, 16 ... Gas guide pipe, 17 ... Grid power supply, 18 ... Electronic gate power supply, 19 ... Transformer, DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Signal line, 21 ... Auxiliary AC power source, 22 ... Signal line, 23 ... Gas chromatograph, 31 ... Inlet, 32 ... Capillary column, 33 ... Ion trap mass spectrometer.

Claims (6)

リング電極およびエンドキャップ電極を備えたイオントラップ質量分析計を用いてダイオキシン類を質量分析する方法において、
イオントラップ動作シーケンス中のイオン化、イオン蓄積の間に、前記エンドキャップ電極にダイオキシンが解裂する電圧より低い0.5V以上1.3V未満の電圧の補助交流を印加し、その後に前記リング電極に印加した主高周波数電圧の掃引を行いマススペクトルを得ることを特徴とするイオントラップ質量分析法。
In a method for mass spectrometry of dioxins using an ion trap mass spectrometer equipped with a ring electrode and an end cap electrode,
During ionization and ion accumulation in the ion trap operation sequence, an auxiliary alternating current having a voltage of 0.5 V or more and less than 1.3 V, which is lower than the voltage at which dioxins are cleaved, is applied to the end cap electrode, and then the ring electrode is applied. An ion trap mass spectrometry method characterized in that a mass spectrum is obtained by sweeping an applied main high frequency voltage.
請求項1の質量分析法において、印加する補助交流に含まれる周波数帯域が1kHzから主高周波振動数の1/2まである事を特徴とするイオントラップ質量分析法。  2. The ion trap mass spectrometry method according to claim 1, wherein the frequency band included in the applied auxiliary alternating current is from 1 kHz to 1/2 of the main high frequency. 請求項1の質量分析法において、印加する補助交流の周波数帯域の下限値が質量500のイオンの固有振動数である事を特徴とするイオントラップ質量分析法。  2. The ion trap mass spectrometry method according to claim 1, wherein the lower limit value of the frequency band of the auxiliary alternating current to be applied is a natural frequency of ions having a mass of 500. 請求項1の質量分析法において、印加する補助交流の電圧が、1V以上1.3V未満である事を特徴とするイオントラップ質量分析法。  2. The ion trap mass spectrometry method according to claim 1, wherein the voltage of the auxiliary AC applied is 1 V or more and less than 1.3 V. リング電極およびエンドキャップ電極を備えたイオントラップ質量分析計を用いてダイオキシン類を質量分析する方法において、イオントラップ動作シーケンス中のイオン化、イオン蓄積の間に、前記エンドキャップ電極に1.5Vの電圧の補助交流を10m秒以上20m秒以下印加し、その後に前記リング電極に印加した主高周波数電圧の掃引を行いマススペクトルを得ることを特徴とするイオントラップ質量分析法。  In a method for mass spectrometry of dioxins using an ion trap mass spectrometer equipped with a ring electrode and an end cap electrode, a voltage of 1.5 V is applied to the end cap electrode during ionization and ion accumulation during an ion trap operation sequence. A mass spectrum is obtained by applying the auxiliary alternating current of 10 msec to 20 msec and then sweeping the main high frequency voltage applied to the ring electrode to obtain a mass spectrum. リング電極およびエンドキャップ電極を有し、当該リング電極に主高周波電圧を印加することでイオントラップ空間を形成するイオントラップ質量分析計を用いてダイオキシン類を質量分析する方法において、
前記イオントラップ空間に電子を導入して試料のイオン化を行うステップと、
前記エンドギャップ電極に、1.3Vの補助交流を20m秒以上印加するステップと、
前記リング電極に印加した主高周波電圧の掃引を行いマススペクトルを得るステップとを有することを特徴とするイオントラップ質量分析法。
In a method for mass spectrometry of dioxins using an ion trap mass spectrometer that has a ring electrode and an end cap electrode and forms an ion trap space by applying a main high frequency voltage to the ring electrode,
Introducing ions into the ion trap space to ionize the sample;
Applying an auxiliary alternating current of 1.3 V to the end gap electrode for 20 milliseconds or more;
And a step of obtaining a mass spectrum by sweeping a main high frequency voltage applied to the ring electrode.
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