JP4229732B2

JP4229732B2 - 飛行時間型質量分析計

Info

Publication number: JP4229732B2
Application number: JP2003075151A
Authority: JP
Inventors: 豊田岐聡; 石原盛男; 田村淳
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2003-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2023-03-19
Also published as: JP2004281350A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の扇形電場によって構成された周回軌道を有する飛行時間型質量分析計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁場型質量分析計、あるいは、四重極型質量分析計を用いる質量分析分野では、複数台の質量分析計を、直列に接続し、接続箇所に解離室を設けて、最初の質量分析計で質量分離された特定のイオンを解離室に導き入れ、解離室内で、低圧のガス分子と衝突させたり、光を照射したりして、親イオンを娘イオンに解離させ、娘イオンを、更に後段の質量分析計で質量分析するという、タンデム質量分析法が、広く行なわれている。
【０００３】
一方、飛行時間型質量分析計を用いる質量分析分野では、飛行距離を長くして、分解能の向上を目指す、周回型飛行時間型質量分析計が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１３５０６０号公報
【非特許文献１】
M. Toyoda et al., J. Mass Spectom., vol.35 (2000), pp.163-167.
【非特許文献２】
豊田岐聡ら, J. Mass Spectrom. Soc. Jpn., vol.48 (2000), pp.312-317.
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、磁場型質量分析計や四重極型質量分析計を用いた、従来のタンデム質量分析法では、分析可能な親イオンの質量範囲に上限がある上に、イオン選別の分解能が低いために、精度の高い分析が困難であるという問題があった。
【０００６】
また、磁場型質量分析計や四重極型質量分析計を用いた、従来のタンデム質量分析法では、最初の質量分析計で選択された親イオン以外のイオンは、すべて捨てており、微量サンプルでのタンデム質量分析は、感度的に困難であるという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、周回型飛行時間型質量分析計の利点を生かし、親イオンの質量範囲に上限がなく、イオン選別の分解能が高く、しかも、最初に選択された親イオン以外のイオンを捨てることなく、タンデム質量分析を行なうことのできる飛行時間型質量分析計を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明の飛行時間型質量分析計は、
複数の扇形電場によって構成された周回軌道から成り、周回軌道を繰り返し飛行させることにより質量の異なるイオンを分離する第１の質量分析手段と、
第１の質量分析手段にイオンを打ち込むための入射手段と、
第１の質量分析手段からイオンを取り出すための出射手段と、
第１の質量分析手段から出射手段を介して取り出されたイオンを解離させるために、前記周回軌道の軌道外に設けられた解離手段と、
解離手段で解離させたイオンを入射させ、質量分析する第２の質量分析手段と
を備えたことを特徴としている。
【０００９】
また、前記出射手段は、他の質量のイオンについては周回軌道を飛行させながら、所定のタイミングで、所定の質量のイオンのみを取り出せることを特徴としている。
【００１０】
また、前記第２の質量分析手段は、第２の飛行時間型質量分析計であることを特徴としている。
【００１１】
また、前記第２の飛行時間型質量分析計は、
複数の扇形電場によって構成された周回軌道と、
イオンを打ち込むための入射手段と、
イオンを取り出すための出射手段と
を備えていることを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明にかかる飛行時間型質量分析計の一実施例を示したものである。本実施例は、４つの扇形電場１〜４で構成された周回軌道を有する第１の周回型飛行時間型質量分析計と、４つの扇形電場１０〜１３で構成された周回軌道を有する第２の周回型飛行時間型質量分析計とで構成され、２つの周回型飛行時間型質量分析計の接続部には、イオントラップなどの解離室９が設けられている。
【００１４】
図２は、上記実施例を詳細に説明するための図である。第１の質量分析計の閉軌道は、扇形電場１、２、３、及び４で構成されている。
【００１５】
イオン源５からパルス的に出射されたイオンは、入射軌道である扇形電場２に入る。このとき、扇形電場２の電極の電位はオフ（ゼロポテンシャル）の状態であり、イオンは、扇形電場２の電極に開けられた入射孔２０などの入射路を通って、閉軌道に入射される。この直後、扇形電場２の電極の電位はオンの状態になり、入射されたイオンは、扇形電場１、２、３、及び４で構成された閉軌道を８の字状に周回し始める。上記入射孔２０と、扇形電場２をイオン入射時にオフとし入射後にオンとするように制御する制御回路（図示せず）が、イオン入射手段を構成する。
【００１６】
閉軌道に導入されたイオンが、必要な回数だけ周回を終え、十分にイオン間の質量分離がなされると、所定のタイミングで、所定の時間幅だけ、扇形電場１の電極の電位が、オフ（ゼロポテンシャル）になり、目的のイオン（親イオン）のみが、扇形電場１に開けられた、出射孔２１などの出射路を通って、閉軌道から取り出される。残りのイオンは、すべて、そのままの状態で、閉軌道内を周回し続ける。この出射孔２１と、イオン取り出しのタイミングで扇形電場１をオフとするように制御する制御回路（図示せず）が、イオン出射手段を構成する。
【００１７】
こうして第１の質量分析計から取り出された親イオンは、イオントラップなどの解離室９に捕獲され、解離室９内で、ＣＩＤ（Collision Induced Dissociation）、ＥＣＤ（Electron Capture Dissociation）、ＰＩＤ（Photo Induced Dissociation）、ＩＲＭＰＤ（Infrared Multi-photon Dissociation）など、既知の方法により、娘イオンに解離される。
【００１８】
図３は、上記実施例の続きを説明する図である。解離室９内で生成した娘イオンは、所定のタイミングで、解離室９において所定のエネルギーが与えられ、解離室９からパルス的に取り出される。取り出された娘イオンは、第２の質量分析計の入射軌道である扇形電場１１に入る。このとき、扇形電場１１の電極の電位はオフ（ゼロポテンシャル）の状態であり、娘イオンは、扇形電場１１の電極に開けられた、入射孔２２などの入射路を通って、閉軌道に入射される。この直後、扇形電場１１の電極の電位はオンの状態になり、入射された娘イオンは、扇形電場１０、１１、１２、及び１３で構成された閉軌道を８の字状に周回し始める。
【００１９】
閉軌道に導入された娘イオンが、必要な回数だけ周回を終え、十分にイオン間の質量分離がなされると、所定のタイミングで、扇形電場１０の電極の電位がオフ（ゼロポテンシャル）になり、扇形電場１０に開けられた、出射孔２３などの出射路を通って、娘イオンが周回軌道から出射され、イオン検出器１４に到達する。これにより、特定の親イオンから生成された娘イオンの質量スペクトルを得ることができる。
【００２０】
図４は、本発明にかかる飛行時間型質量分析計の別の実施例を示したものである。本実施例は、４つの扇形電場１〜４で構成された周回軌道を有する１台の周回型飛行時間型質量分析計で構成され、その４つの扇形電場うち、１つの扇形電場１の近傍には、イオントラップなどの解離室９が設けられている。
【００２１】
図５は、上記実施例を詳細に説明するための図である。この質量分析計の閉軌道は、扇形電場１、２、３、及び４で構成されている。
【００２２】
イオン源５からパルス的に出射されたイオンは、入射軌道である扇形電場２に入る。このとき、扇形電場２の電極の電位はオフ（ゼロポテンシャル）の状態であり、イオンは、扇形電場２の電極に開けられた、入射孔２０などの入射路を通って、閉軌道に入射される。この直後、扇形電場２の電極の電位はオンの状態になり、入射されたイオンは、扇形電場１、２、３、及び４で構成された閉軌道を８の字状に周回し始める。
【００２３】
閉軌道に導入されたイオンが、必要な回数だけ周回を終え、十分にイオン間の質量分離がなされると、所定のタイミングで、所定の時間幅だけ、扇形電場１の電極の電位がオフ（ゼロポテンシャル）になり、目的のイオン（親イオン）のみが、扇形電場１に開けられた、出射孔２１などの出射路を通って、閉軌道から取り出される。残りのイオンは、すべて、そのままの状態で、閉軌道内を周回し続ける。
【００２４】
こうして質量分析計から取り出された親イオンは、イオントラップなどの解離室９に捕獲され、解離室９内で、ＣＩＤ（Collision Induced Dissociation）、ＥＣＤ（Electron Capture Dissociation）、ＰＩＤ（Photo Induced Dissociation）、ＩＲＭＰＤ（Infrared Multi-photon Dissociation）など、既知の方法により、娘イオンに解離される。
【００２５】
図６は、上記実施例の続きを説明する図である。解離室９内で生成した娘イオンは、所定のタイミングで、解離室９において所定のエネルギーが与えられ、解離室９からパルス的に取り出される。取り出された娘イオンは、もとの質量分析計の出射軌道であった扇形電場１に入る。このとき、扇形電場１の電極の電位はオフ（ゼロポテンシャル）の状態であり、娘イオンは、扇形電場１の電極に開けられた、入射孔２１などの入射路を通って、閉軌道に入射される。この直後、扇形電場２の電極の電位はオンの状態になり、入射された娘イオンは、扇形電場１０、１１、１２、及び１３で構成された閉軌道を、親イオンとは逆の方向に、８の字状に周回し始める。
【００２６】
閉軌道に導入された娘イオンが、必要な回数だけ逆方向の周回を終え、十分に質量分離されると、所定のタイミングで、扇形電場３の電極の電位がオフ（ゼロポテンシャル）になり、扇形電場３に開けられた、出射孔２４などの出射路を通って、娘イオンが周回軌道から出射され、イオン検出器１５に到達する。これにより、特定の親イオンから生成された娘イオンの質量スペクトルを得ることができる。
【００２７】
尚、親イオンと娘イオンの質量分離を、同一の質量分析計を用いて、逆回しで行なう第２の実施例には、変形例が可能である。それは、イオントラップなどの解離室９の代わりに、特殊な素材で作られた壁に親イオンを衝突させ、跳ね返る際に、親イオンを娘イオンに解離させる、ＳＩＤ（Surface Induced Dissociation）という手法を用いて、親イオンを娘イオンに解離させても、同じ効果が得られることである。その場合、解離室９は不要である。
【００２８】
また、解離室９から扇形電場１に、娘イオンを戻す際に、扇形電場１から２の方向ではなく、扇形電場１から３の方向に沿って戻せば、入射された娘イオンは、扇形電場１、２、３、及び４で構成された閉軌道を、親イオンと同じ方向に周回させることができる。その場合には、親イオンと同じ方向に周回させた娘イオンを検出することのできるイオン検出器１５’を、例えば、図６において破線で示すように設ける必要がある。尚、このイオン検出器１５’は、タンデム質量分析法を実施しない場合（解離室９を使用しない場合）、親イオンの検出に使用できることは言うまでもない。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の結果、複数の扇形電場によって構成された周回軌道を有する飛行時間型質量分析計の利点を生かし、親イオンの質量範囲に上限がなく、イオン選別の分解能が高く、しかも、最初に選択された親イオン以外のイオンを捨てることなく、タンデム質量分析を行なうことのできる飛行時間型質量分析計を提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
【図２】本発明の一実施例を示す図である。
【図３】本発明の一実施例を示す図である。
【図４】本発明の別の実施例を示す図である。
【図５】本発明の別の実施例を示す図である。
【図６】本発明の別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１〜４・・・扇形電場、５・・・イオン源、９・・・解離室、１０〜１３・・・扇形電場、１４・・・イオン検出器、１５・・・イオン検出器、１５’・・・イオン検出器、２０〜２４・・・孔。

Claims

複数の扇形電場によって構成された周回軌道から成り、周回軌道を繰り返し飛行させることにより質量の異なるイオンを分離する第１の質量分析手段と、
第１の質量分析手段にイオンを打ち込むための入射手段と、
第１の質量分析手段からイオンを取り出すための出射手段と、
第１の質量分析手段から出射手段を介して取り出されたイオンを解離させるために、前記周回軌道の軌道外に設けられた解離手段と、
解離手段で解離させたイオンを入射させ、質量分析する第２の質量分析手段と
を備えたことを特徴とする飛行時間型質量分析計。
前記出射手段は、他の質量のイオンについては周回軌道を飛行させながら、所定のタイミングで、所定の質量のイオンのみを取り出せることを特徴とする請求項１記載の飛行時間型質量分析計。
前記第２の質量分析手段は、第２の飛行時間型質量分析計であることを特徴とする請求項１または２記載の飛行時間型質量分析計。
前記第２の飛行時間型質量分析計は、
複数の扇形電場によって構成された周回軌道と、
イオンを打ち込むための入射手段と、
イオンを取り出すための出射手段と
を備えていることを特徴とする請求項３記載の飛行時間型質量分析計。