JP4790507B2

JP4790507B2 - プロダクトイオンスペクトル作成方法及び装置

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Publication number: JP4790507B2
Application number: JP2006165054A
Authority: JP
Inventors: 貴弥佐藤
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2026-06-14
Also published as: JP2007333528A

Description

本発明は微量化合物の定量分析、定性分析及び試料イオンの構造解析分野に用いられるプロダクトイオン作成方法及び装置に関する。

（飛行時間型質量分析計）
飛行時間型質量分析計（ＴＯＦＭＳ）では、イオンを一定のパルス電圧Ｖａで加速する。この時、イオンの速度ｖはエネルギー保存則から
ｍｖ²／２＝ｑｅＶａ（１）
ｖ＝√（２ｑｅＶａ／ｍ）（２）
と表される。ただし、ｍはイオンの質量、ｑはイオンの電荷、ｅは素電荷である。一定距離Ｌの後に置いた検出器には、飛行時間Ｔで到達する。Ｔは次式で表される。

Ｔ＝Ｌ／ｖ＝Ｌ√（ｍ／２ｑｅＶａ）（３）
（３）式より飛行時間がイオンの質量により異なることから、質量を分析することができる。

図４は直線型ＴＯＦＭＳの説明図である。１はパルスイオン源であり、内部にパルス電圧発生器２が設けられている。ここで、パルスイオン源１で発生したイオンをパルス電圧発生器２でパルス的に加速すると、それぞれのイオンは空間を飛行し、検出器３に到達する。この場合において、質量の小さいイオンがより速度が速くなることから、検出器３には質量の小さいイオンから到着する。

直線型ＴＯＦＭＳの場合、イオン源での空間及び運動エネルギーの広がりを検出面で時間収束させるようイオン光学系の設計を行なう。このような時間収束を実現できる方法としていくつかのイオン加速法が提案されている（例えば非特許文献１〜４参照）。

ＴＯＦＭＳの質量分解能は、総飛行時間をＴ、ピーク幅をΔＴとすると、
質量分解能＝Ｔ／２ΔＴ（４）
で定義される。直線型ＴＯＦＭＳでは、装置の大型化につながることからＴに制限があり、ΔＴも実行飛行距離を伸ばすことで悪化するため、高質量分解能を得ることができない。

このような直線型ＴＯＦＭＳの欠点を補うために、イオン源と検出器の間に反射電場を置くことにより飛行距離を延長すること、即ちＴを大きくすることのできる反射型ＴＯＦＭＳも広く利用されている。

図５は反射型ＴＯＦＭＳの説明図である。パルスイオン源１内のイオンは、パルス電圧発生器２でパルス的に加速される。加速されたイオンは、リフレクトロン４の反射電場で反射され、検出器３に質量の小さいイオンから到着する。この場合において、反射電場で入射されたイオンが反射されるまでの距離だけ総飛行時間Ｔが伸びることになり、質量分解能が向上する。
（らせん軌道型ＴＯＦＭＳ）
ＴＯＦＭＳ飛行時間型質量分の質量分解能は、（４）式で定義される。即ち、ピーク幅ΔＴを一定にして、総飛行時間Ｔを伸ばすことができれば、質量分解能を向上させられる。しかしながら、従来の直線型、反射型のＴＯＦＭＳでは、総飛行時間Ｔを伸ばすこと、即ち総飛行時間を伸ばすことは装置の大型化に直結する。装置の大型化を避け、かつ高質量分解能を実現するために開発された装置が多重周回型飛行時間型質量分析計（非特許文献５参照）である。

この装置は、円筒電場にマツダプレートを組み合わせたトロイダル電場を４個用い、８の字型の周回軌道を多重周回させることにより、総飛行時間Ｔを伸ばすことができる。この装置では、１周回毎に空間収束条件及び時間収束条件を完全に満たすことのできるイオン光学系を採用しているため、飛行距離を伸ばすことによる時間的な広がり（ΔＴ）及びイオンビームの空間的な広がりを防いでいる。

しかしながら、閉軌道を多重周回するＴＯＦＭＳには、「追い越し」の問題が存在する。これは閉軌道を多重周回するため、軽いイオン（飛行速度大）が重いイオン（飛行速度小）を追い越してしまうことによりおこる。このため、検出面に軽いイオンから順に到着するというＴＯＦＭＳの基本概念が通用しなくなる。

この問題を解決するために考案されたのが、らせん軌道型ＴＯＦＭＳである。らせん軌道型ＴＯＦＭＳは、閉軌道の始点と終点を閉軌道に対して垂直方向にずらすことを特徴としている。これを実現するためには、イオンを始めから斜めに入射する方法（例えば特許文献１参照）や、デフレクタを用いて閉軌道の始点と終点を垂直方向にずらす方法がある（例えば特許文献２参照）。
（ＭＡＬＤＩ法と遅延引きだし法）
ＭＡＬＤＩ（Matrix Assisted Laser Desorption Ionization）法は、使用するレーザー光波長に吸収帯をもつマトリックス（液体や結晶性化合物、金属粉等）に試料を混合融解させて固化し、これにレーザー照射して試料を気化或いはイオン化させる方法である。ＭＡＬＤＩ法に代表されるレーザーによるイオン化では、イオン生成時の初期エネルギー分布が大きく、これを時間収束させるため、遅延引き出し法が殆どの場合で用いられる。これはレーザー照射より数１００ｎｓ程度遅れてパルス電圧を印加する方法である。

図６はＭＡＬＤＩ法と遅延引き出し法の説明図である。図において、１０はサンプルプレート、１１は該サンプルプレート１０に固着されたサンプルである。１４はイオンを加速するための中間電極、１５はベース電極である。１２はレーザー光を集束するレンズ１、１３はレーザー光を反射するミラー１、１６はイオン源から到着したイオンを検出する分析部である。１７は、イオン源からの像を反射するミラー２、１８は該ミラー２からの反射された像を集束するレンズ２、１９はレンズ２を介して入ってくるサンプル１１の像を観察するＣＣＤカメラである。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。

サンプルプレート１０上に、マトリックス（液体や結晶化合物、金属粉等）に試料を混合溶解させて固化したサンプル１１を固着させる。サンプル１１の状態が観察できるように、ミラー２、レンズ２、ＣＣＤカメラ１９を配置している。レンズ１、ミラー１によりレーザー光をサンプル１１に照射し、サンプル１１を気化或いはイオン化する。生成したイオンは、加速電極（図示せず）に印加された電圧により加速され、ＴＯＦＭＳに導入される。

次に、遅延引き出し法の飛行時間測定のシーケンスについて説明する。先ず、加速電極とサンプルプレート１０の電位を同電位Ｖｓにしておく。次に、レーザー発振を知らせるレーザーからの信号を受けてから、数１００ｎｓ後に加速電極の電圧を高速で変化させ、サンプルプレート１０と加速電極間に電位勾配を作り加速させる。この電位勾配は電位ＶｓとＶ１間の勾配である。飛行時間計測の開始時間は、パルス電圧発生器の立ち上がり時間と同期させる。
（垂直加速法）
ＭＡＬＤＩ法は、パルス的にイオンを生成するため、ＴＯＦＭＳとの相性が非常によい。しかしながら、質量分析法のイオン化法には、Ｅｌ，Ｃｌ，ＥＳｌ，ＡＰＣｌといった連続的にイオンを生成するイオン化法も数多くある。これらイオン化法とＴＯＦＭＳを組み合わせるために開発されたのがOrthogonal Acceleration（垂直加速法）である。

図７は垂直加速型ＴＯＦＭＳの説明図である。連続的にイオンを生成するイオン源２０から生成したイオンビームは、数１０ｅＶの運動エネルギーで垂直加速部２２に輸送される。垂直加速部２２では、１０ｋＶ程度のパルス電圧をパルス電圧源２１により印加し、イオンをイオン源２０からの輸送方向に対して垂直方向に加速して反射電場２４に入力させ、反射させたイオンを検出器２３に導く。パルス電圧印加開始時間から検出器２３までの到達時間が、イオンの質量により異なることから質量分離を行なう。
（ＭＳ／ＭＳ測定とＴＯＦ／ＴＯＦ装置）
一般的な質量分析では、イオン源で生成したイオンを質量分析計にて質量分離したマススペクトルを測定する。この時、得られる情報は質量のみである。以下、この測定をＭＳ／ＭＳ測定に対してＭＳ測定と呼ぶ。これに対して、イオン源で生成した特定のイオン（プリカーサイオン）を自発的又は強制的に開裂させ、生成したプロダクトイオンを観測するＭＳ／ＭＳ測定がある。この測定では、プリカーサイオンの質量と複数の経路で生成するプロダクトイオンの質量情報が得られるため、プリカーサイオンの構造情報を得ることができる。

図８はＭＳ／ＭＳ測定の説明図である。プリカーサイオンを開裂させてプロダクトイオンを得る。そして、得られたプロダクトイオンを全て質量分析する。この結果、プリカーサイオンの構造解析を行なうことができる。ＴＯＦＭＳを２台直列接続したＭＳ／ＭＳ装置は、一般的にＴＯＦ／ＴＯＦ装置と呼ばれ、主にＭＡＬＤＩイオン源を採用した装置に使用されている。

ＴＯＦ／ＴＯＦ装置は、直線型ＴＯＦＭＳと反射型ＴＯＦＭＳで構成される。図９はＴＯＦＭＳを直列接続したＭＳ／ＭＳ装置の構成例を示す図である。３０が第１ＴＯＦＭＳ、３１が第２ＴＯＦＭＳである。第１ＴＯＦＭＳ３０において、３２はイオン源であり、プリカーサイオンを発生させる。３３はプリカーサイオンを選択するために設けられたイオンゲートである。該イオンゲート３３付近に第１ＴＯＦＭＳ３０の時間収束点が配置される。３４はプリカーサイオンを入力させて衝突させる衝突室である。該衝突室３４で衝突されたイオンは、第２ＴＯＦＭＳ３１に入射し、反射場で反射された後、検出器３６で検出される。

プリカーサイオンは、自発的に開裂する場合や、第１ＴＯＦＭＳ３０若しくは第１ＴＯＦＭＳ３１の反射場以前に配置された衝突室３４にて強制的に開裂させられる。開裂生成したプロダクトイオンの運動エネルギーは、プロダクトイオンの質量に比例して配分され、
Ｕｐ＝Ｕｉ×ｍ／Ｍ（５）
と表される。ここで、Ｕｐはプロダクトイオンの運動エネルギー、Ｕｉはプリカーサイオンの運動エネルギー、ｍはプロダクトイオンの質量、Ｍはプリカーサイオンの質量である。反射場を含む第２ＴＯＦＭＳ３１では、質量及び運動エネルギーにより飛行時間が異なるため、プロダクトイオンを質量分析することができる。
Rev．Sci．Instrum，26，1150（1955） Rapid Commun.Mass Spectram，8，865（1994） Rapid Commun.Mass Spectram，3，155（1989） So.Phys.JETP，3745（1973） J.Mass Spectram.Soc.Jpn，51，2（2003）349-353 特開２０００−２４３３４５号公報（段落００１０〜００１６、図１）特開２００３−８６１２９号公報（段落００１０〜００２２、図１）

サンプルイオンを構成する、炭素、酸素、窒素、水素等に同位体が存在するため、その組み合わせによって、サンプルイオンの質量が複数種存在することになる。質量スペクトルに現れる同じ分子で質量の違うピークの一群を一般的に「同位体ピーク」と呼ぶ。図１０は同位体ピークの説明図である。横軸はｍ／ｚ、縦軸はピークの強さを１００で正規化したものである。図は、Angiotesinl（Ｃ₆₂Ｈ₉₀Ｎ₁₇Ｏ₁₄）のプロトン付加イオンの例を示している。

図より、１ユニット（ユニットは¹²Ｃの質量を１２ユニットと定義した質量単位）間隔でいくつかのイオンが存在することが分かる。その中で一番質量の小さい、即ち¹²Ｃ、¹⁶Ｏ、¹⁴Ｎ、¹Ｈ等、単一同位体のみで構成されるピークは、「モノアイソトピックイオン」と呼ばれる。

さて、従来のように第１ＴＯＦＭＳに直線型（リニア型）ＴＯＦＭＳを採用した場合、その飛行距離を１００ｍｍ程度しかとることができない。この程度の飛行距離では、同位体ピーク間の飛行時間差は１０ｎｓ以下であり、イオンゲートの切り替えスピードを考えると、高選択性を望むことは不可能であり、複数の同位体イオンを通過させることになる。しかしながら、複数の同位体イオンを選択すると大きな問題が起こる。以下に、その説明を行なう。

仮に反射電場を含む第２ＴＯＦＭＳが完全にエネルギー収束を満たす系（プロダクトイオンの運動エネルギーにより飛行時間が変化しない系）だとすると、第１ＴＯＦＭＳを通過する時間は、プリカーサイオンの質量に、第２ＴＯＦＭＳの飛行時間はプロダクトイオンの質量にそれぞれ依存した値となる。ここで、簡単のためにある１価のプリカーサイオンから、それぞれ２種類の同位体をもつ１価の電荷をもつプロダクトイオンと中性粒子に開裂する場合を考える。

図１１はプロダクトイオンの同位体ピークを示す図、図１２は中性粒子の同位体ピークを示す図である。図１１はプロダクトイオンの質量と強度比を、図１２は中性粒子の質量と強度比をそれぞれ示している。

開裂前は、プロダクトイオンと、中性粒子が結合していたため、プリカーサイオンの組み合わせは１６通りであるが、質量としては７通り（M,M+1,M+2,M+3,M+4,M+5,M+6：ただし、M=m+n）となる（図１３参照）。図１３はプリカーサイオンの各組み合わせの強度比とプリカーサイオンの同位体ピーク比を示す図である。プリカーサイオンの質量（M,M+1,M+2,M+3,M+4,M+5,M+6）毎にプロダクトイオンと中性粒子の組み合わせと、第１ＴＯＦＭＳの飛行時間と、第２のＴＯＦＭＳの飛行時間と、各組み合わせの強度比と、プリカーサイオンの同位体ピークを示している。

それぞれの開裂経路の検出器への到達時間は、第１ＴＯＦＭＳにおける質量Ｘのプリカーサイオンの飛行時間をＴ_1,X、第２ＴＯＦＭＳにおける質量Ｙのプロダクトイオンの飛行時間Ｔ_2,Yの和となる。また、強度比は、それぞれの場合のプロダクトイオンと中性粒子の強度比の掛け算で表される。今、簡単のために、
Ｒ_m：Ｒ_m+1：Ｒ_m+2：Ｒ_m+3＝Ｒ_n：Ｒ_n+1：Ｒ_n+2：Ｒ_n+3
＝０．４：０．３：０．２：０．１とすると、各組み合わせの強度比とプリカーサイオンの同位体ピーク比は図１３に示すようなものとなる。図１３をプロダクトイオンの視点から見ると図１４のようになる。質量ｍ近傍のプロダクトイオンスペクトルは図１５に示すようなものとなる。

図１４は、プロダクトイオンの質量に対する組み合わせと、強度比と、プロダクトイオンの同位体比をそれぞれ示している。図１５において、ΔＴ１は第１ＴＯＦＭＳにおけるプリカーサイオンの同位体ピーク間の飛行時間差、ΔＴ２は第２ＴＯＦＭＳのプロダクトイオンの同位体イオン間の飛行時間差である。それぞれの同位体間は、飛行時間差はほぼ同じと考える。

図に示すように、プリカーサイオンの質量が異なるために、同じ質量であるプロダクトイオン（例えば１），２），４），７））間の飛行時間がずれることになる。現実的には、ピークには幅があるため、ピーク２）は、ピーク１）の裾の広がりになる場合や、ピーク１）と３）の間のベースラインの盛り上がりとなったりする。どちらにしても、プロダクトイオンの高い質量精度を得ることはできない。

この問題を解決する有効な方法の一つとして、プリカーサイオンのモノアイソトピックイオンのみを選択することが考えられる。プリカーサイオンにモノアイソトピックイオンを選択すると、そこから開裂生成するイオンもモノアイソトピックイオンのみとなり、同位体ピークの影響を排除でき解釈が簡単になる上、質量精度も向上させることができる。

らせん軌道型ＴＯＦＭＳは１周回毎に時間及び空間収束性を有しているため、ＭＡＬＤＩ法、垂直加速法どちらの場合においても、らせん軌道型ＴＯＦＭＳの軌道内に１度中間収束点をつくる。その距離は、直線型ＴＯＦＭＳの時の中間収束点までの距離に比べ同等以下であり、ＭＡＬＤＩ法の遅延時間のように、イオン源由来で中間収束点での時間収束性に影響を与える要因は同程度以下に抑えられる。

更に、中間収束点での状態を周回数が増えても、中間収束点での状態を維持できるため、時間収束性を保ったまま第１ＴＯＦＭＳの飛行距離を５０〜１００倍程度伸ばすことができる。即ち、プリカーサイオンの同位体イオン間の飛行時間差を５０〜１００倍程度伸ばすことができ、一つの同位体イオンを選択することができる。

しかしながら、プリカーサイオンの質量が大きくなるにしたがって、モノアイソトピックイオンの同位体イオン全体に対する割合は小さくなる。そのため、質量の大きなイオンの場合、プロダクトイオンの感度が悪くなるという問題がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、飛行時間型質量分析計を第１ＴＯＦＭＳに採用することにより、イオンゲートにて各同位体ピークを選択し、ＭＳ／ＭＳ測定をすることができ、主要な同位体ピークを選択したＭＳ／ＭＳスペクトルを再構成し、１つのプロダクトイオンスペクトルを作成することにより、モノアイソトピックイオンのみを選択する場合と比較して、質量精度を落とすことなく、感度のよいスペクトルを得ることができるプロダクトイオンスペクトル作成方法及び装置を提供することを目的としている。

（１）請求項１記載の発明は、サンプルをイオン化するイオン源と、イオンをパルス的に加速するための加速手段と、飛行時間型質量分析計と、特定の質量をもつイオンを選択するイオンゲートと、選択したイオンを開裂させる手段と、反射電場を含む反射型飛行時間型質量分析計と、反射型飛行時間型質量分析計を通過したイオンを検出する検出器で構成されるタンデム型質量分析装置を使用し、以下のような動作を行なうことを特徴とする。
１）イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを１つ選択する。
２）選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
３）前記１），２）を繰り返し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
４）３）で取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成する。
５）合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更する。

（２）請求項２記載の発明は、サンプルをイオン化するイオン源と、イオンを輸送する輸送手段と、イオンを輸送方向に対して垂直方向にパルス的に加速するための加速手段と、飛行時間型質量分析計と、特定の質量をもつイオンを選択するイオンゲートと、選択したイオンを開裂させる手段と、反射電場を含む反射型飛行時間型質量分析計と、反射型飛行時間型質量分析計を通過したイオンを検出する検出器とで構成されるタンデム型質量分析装置を使用し、以下のような動作を行なうことを特徴とする。
１）イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを１つ選択する。
２）選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
３）前記１），２）を繰り返し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
４）３）で取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成する。
５）合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更する。

（３）請求項３記載の発明は、前記プロダクトイオンスペクトル作成方法において、プロダクトイオンスペクトルでのプリカーサイオンの同位体比が、計算値と一致するように任意の定数をかけた後合成することを特徴とする。

（４）請求項４記載の発明は、前記タンデム型質量分析装置の飛行時間型質量分析計に複数の扇形電場で構成され、同一軌道を多重周回させる飛行時間型質量分析計を使用することを特徴とする。

（５）請求項５記載の発明は、前記タンデム型質量分析装置の飛行時間型質量分析計に複数の扇形電場で構成され、イオンをらせん軌道で飛行させる飛行時間型質量分析計を使用することを特徴とする。

（６）請求項６記載の発明は、第１飛行時間型質量分析計がらせん軌道型飛行時間型質量分析計である場合、らせん軌道型飛行時間型質量分析計へのイオンの入射角を調整するために、イオンをパルス的に加速するための手段とらせん軌道型飛行時間型質量分析計の間にイオンを偏向させる手段を設けたことを特徴とする。

（７）請求項７記載の発明は、イオン源でのイオン化法がＭＡＬＤＩ法であることを特徴とする。
（８）請求項８記載の発明は、イオンを加速する手段に遅延引き出し法を用いることを特徴とする。

（９）請求項９記載の発明は、飛行時間型質量分析計と反射電場の間に、イオン軌道とイオン軌道外との間で移動可能なもう１つの検出器を備えたことを特徴とする。
（１０）請求項１０記載の発明によれば、開裂させる手段が、衝突室にガスを充填して行なうＣＩＤ法であることを特徴とする。

（１１）請求項１１記載の発明は、サンプルをイオン化するイオン源と、イオンをパルス的に加速するための加速手段と、飛行時間型質量分析計と、特定の質量をもつイオンを選択するイオンゲートと、選択したイオンを開裂させる手段と、反射電場を含む反射型飛行時間型質量分析計と、反射型飛行時間型質量分析計を通過したイオンを検出する検出器で構成されるタンデム型質量分析装置を使用したプロダクトイオンスペクトル作成装置において、イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを１つ選択し、選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得し、取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成し、合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更するように構成したことを特徴とする。

（１２）請求項１２記載の発明は、サンプルをイオン化するイオン源と、イオンを輸送する輸送手段と、イオンを輸送方向に対して垂直方向にパルス的に加速するための加速手段と、飛行時間型質量分析計と、特定の質量をもつイオンを選択するイオンゲートと、選択したイオンを開裂させる手段と、反射電場を含む反射型飛行時間型質量分析計と、反射型飛行時間型質量分析計を通過したイオンを検出する検出器とで構成されるタンデム型質量分析装置を使用したプロダクトイオンスペクトル作成装置において、イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを１つ選択し、選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得し、取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成し、合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更するように構成したことを特徴とする。

（１）請求項１記載の発明によれば、イオン源としてパルスイオン源を用いた場合において、飛行時間型質量分析計を第１ＴＯＦＭＳに採用することにより、イオンゲートにて同位体ピークを選択し、ＭＳ／ＭＳ測定をすることができる。また、主要な同位体ピークを選択したＭＳ／ＭＳスペクトルを再構成し、１つのプロダクトイオンスペクトルを作成することにより、モノアイソトピックイオンのみを選択する場合と比較して、質量精度を落とすことなく、感度のよいスペクトルを得ることができる。

（２）請求項２記載の発明によれば、イオン源として連続的にイオンを発生するイオン源を用いた場合において、飛行時間型質量分析計を第１ＴＯＦＭＳに採用することにより、イオンゲートにて同位体ピークを選択し、ＭＳ／ＭＳ測定をすることができる。また、主要な同位体ピークを選択したＭＳ／ＭＳスペクトルを再構成し、１つのプロダクトイオンスペクトルを作成することにより、モノアイソトピックイオンのみを選択する場合と比較して、質量精度を落とすことなく、感度のよいスペクトルを得ることができる。

（３）請求項３記載の発明によれば、プロダクトイオンスペクトルでのプリカーサイオンの同位体比が計算値と一致するように任意の定数をかけた後、合成することにより、質量精度を落とすことなく、感度のよいスペクトルを得ることができる。

（４）請求項４記載の発明によれば、第１ＴＯＦＭＳに多重周回型飛行時間型質量分析計を用いることにより、飛行時間を伸ばすことができ、プリカーサイオンの選択性を向上させることができる。

（５）請求項５記載の発明によれば、第１ＴＯＦＭＳにらせん軌道型飛行時間型質量分析計を用いることにより、飛行時間を伸ばすことができ、プリカーサイオンの選択性を向上させることができる。

（６）請求項６記載の発明によれば、第１ＴＯＦＭＳがらせん軌道型飛行時間型質量分析計である場合に、イオンを偏向させる手段を設けて、らせん軌道の角度にイオンの入射角度を合わせて入射させることができる。

（７）請求項７記載の発明によれば、イオン源でのイオン化法としてＭＡＬＤＩ法を用いることができる。
（８）請求項８記載の発明によれば、イオンを加速する手段に遅延引き出し法を用いることにより、イオンの時間収束性を向上させることができる。

（９）請求項９記載の発明によれば、飛行時間型質量分析計と反射電場との間にもう１つの検出器を備えることにより、飛行途中のイオン検出（ＭＳ測定）を行なうことができる。

（１０）請求項１０記載の発明によれば、衝突室にガスを充填して開裂を行わせることができる。
（１１）請求項１１記載の発明によれば、イオン源としてＭＡＬＤＩイオン源を用いた場合において、飛行時間型質量分析計を第１ＴＯＦＭＳに採用することにより、イオンゲートにて同位体ピークを選択し、ＭＳ／ＭＳ測定をすることができる。また、主要な同位体ピークを選択したＭＳ／ＭＳスペクトルを再構成し、１つのプロダクトイオンスペクトルを作成することにより、モノアイソトピックイオンのみを選択する場合と比較して、質量精度を落とすことなく、感度のよいスペクトルを得ることができる。

（１２）請求項１２記載の発明によれば、イオン源として連続的にイオンを発生するイオン源を用いた場合において、飛行時間型質量分析計を第１ＴＯＦＭＳに採用することにより、イオンゲートにて同位体ピークを選択し、ＭＳ／ＭＳ測定をすることができる。また、主要な同位体ピークを選択したＭＳ／ＭＳスペクトルを再構成し、１つのプロダクトイオンスペクトルを作成することにより、モノアイソトピックイオンのみを選択する場合と比較して、質量精度を落とすことなく、感度のよいスペクトルを得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
（実施の形態例１）
図１は本発明の第１の実施の形態例を示す構成図である。（ａ）は装置をＺ方向に見た図、（ｂ）は（ａ）において矢印方向から見た図である。破線の矢印はイオン軌道である。図において、５０は第１ＴＯＦＭＳ、６０は該第１ＴＯＦＭＳ５０と接続される第２ＴＯＦＭＳである。第１ＴＯＦＭＳとしては、らせん軌道型ＴＯＦＭＳが用いられ、第２ＴＯＦＭＳとしては、反射型ＴＯＦＭＳが用いられる。

４０はレーザービーム照射によりイオンを発生させるＭＡＬＤＩイオン源である。４１はＭＡＬＤＩイオン源４０で発生したイオンをらせん軌道上に傾けて入射させるためのデフレクタである。４２はイオンを通過させる扇形電場１、４３は扇形電場１を通過したイオンを通過させる扇形電場２、４４は扇形電場２を通過したイオンを通過させる扇形電場３、４５は扇形電場３を通過したイオンを通過させる扇形電場４である。

４６は扇形電場４５を通過したイオンを検出する検出器１である。該検出器１は、図に示す方向に移動可能に構成されている。４６は第１ＴＯＦＭＳを通過したイオンを受けて、特定のイオンだけを通過させるイオンゲート、４７は該イオンゲート４６を通過したイオンを開裂させる衝突室である。４８は入射したイオンを反射させる反射電場である。４９は反射電場４８により反射されたイオンを検出する検出器２である。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。

ＭＡＬＤＩイオン源４０によりサンプルをイオン化し、パルス電圧にて加速する。ここまでは従来技術と同様である。ＭＡＬＤＩイオン源４０から出射したイオンは、デフレクタ４１によりらせん軌道に乗せるために角度調整される。そして、扇形電場１に入射する。イオンは扇形電場１〜４を順次通過し、１周回する。この時、Ｚ方向の位置が前周回とずれているため、周回を重ねながらＺ方向に移動していく。

ＭＳ測定の場合には、軌道上に配置した検出器１を使用してイオンを検出する。これによれば、飛行途中のイオン検出（ＭＳ測定）を行なうことができる。ＭＳ／ＭＳ測定の場合には、検出器１をイオン軌道から外し、イオンを直進させ、イオンゲート４６に向かって飛行させる。イオンゲート電圧がオフの時、イオンはイオンゲート４６を通過することができ、オンの時には通過することができない。

最終周回を終えたイオンの中で選択したいプリカーサイオンが通過する時のみイオンゲート４６をオフにし、プリカーサイオンのある同位体ピークを選択する。選択されたプリカーサイオンは、衝突室４７に進入し、内部の衝突ガスとの衝突で開裂する。開裂しなかったプリカーサイオン及び開裂したプロダクトイオンは、反射電場４８を通過し、検出器２で検出される。反射電場４８を折り返す時間は、プリカーサイオンの質量より異なるので、プリカーサイオン及びプリカーサイオンと各開裂経路のプロダクトイオンを質量分析することができる。

以上の動作を、プリカーサイオンの主要な同位体イオンについて行なう。質量Ｘのプリカーサイオンを選択した場合のプロダクトイオンのスペクトルをＰＳ_Xと呼ぶ。同様に、ＰＳ_M，ＰＳ_M+1，ＰＳ_M+2…は図２に示すようなものとなる。図２はプロダクトイオンのスペクトルを示す図である。プリカーサイオンの質量によらず、プロダクトイオンの質量軸をスペクトル上で一致させるためには、プリカーサイオンの第１ＴＯＦＭＳでの飛行時間Ｔ_1,Xをそれぞれのスペクトルの飛行時間スペクトルにおいてから差し引き、強度を足し合わせればよい。

即ち、実施の形態例１のシーケンスを説明すれば、以下の通りである。
１）イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを１つ選択する。
２）選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
３）前記１），２）を繰り返し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
４）３）で取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成する。
５）合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更する。

以上説明した実施の形態例１によれば、イオン源としてＭＡＬＤＩイオン源を用いた場合において、飛行時間型質量分析計を第１ＴＯＦＭＳに採用することにより、イオンゲートにて同位体ピークを選択し、ＭＳ／ＭＳ測定をすることができる。また、主要な同位体ピークを選択したＭＳ／ＭＳスペクトルを再構成し、１つのプロダクトイオンスペクトルを作成することにより、モノアイソトピックイオンのみを選択する場合と比較して、質量精度を落とすことなく、感度のよいスペクトルを得ることができる。
（実施の形態例２）
本実施の形態例の構成は、図１に示すものと同じである。本実施の形態例の動作は、実施の形態例１とほぼ同じであり、プロダクトイオンスペクトルの合成時の動作が異なる。プロダクトイオンスペクトルの合成は、複数のスペクトルを取得することにより行なうため、それぞれのスペクトルで強度が異なる可能性がある。そこで、合成を行なう時に、ＰＳ_Xにおいてプリカーサイオンのピークの強度比をプリカーサイオンの同位体比と一致するように強度軸に適当な係数をかけて足し合わせる。

即ち、実施の形態例２のシーケンスを説明すれば、以下の通りである。
１）イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを１つ選択する。
２）選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
３）前記１），２）を繰り返し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
４）３）で取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成する。
５）合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更する。
（実施の形態例３）
図３は本発明の第３の実施の形態例を示す構成図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。（ａ）は装置をＺ方向から見た図、（ｂ）は（ａ）において、矢印方向から見た図である。図において、７０はイオンを連続して発生するイオン源、７１はイオン源７０で発生したイオンを輸送するイオン輸送部、７２はイオン輸送部７１を輸送されてきたイオンを垂直方向に加速する垂直加速部である。垂直加速部７２で加速されたイオンは、続くデフレクタ４１によりらせん軌道型ＴＯＦＭＳのらせん角度に合わせて偏向され、扇形電場１に入射する。その他の構成は、図１に示す構成と同じである。

即ち、実施の形態例３のシーケンスを説明すれば、以下の通りである。
１）イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを１つ選択する。
２）選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
３）前記１），２）を繰り返し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
４）３）で取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成する。
５）合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更する。

この実施の形態例によれば、イオン源として連続的にイオンを発生するイオン源を用いた場合において、飛行時間型質量分析計を第１ＴＯＦＭＳに採用することにより、イオンゲートにて同位体ピークを選択し、ＭＳ／ＭＳ測定をすることができる。また、主要な同位体ピークを選択したＭＳ／ＭＳスペクトルを再構成し、１つのプロダクトイオンスペクトルを作成することにより、モノアイソトピックイオンのみを選択する場合と比較して、質量精度を落とすことなく、感度のよいスペクトルを得ることができる。

本発明によれば、プロダクトイオンスペクトルでのプリカーサイオンの同位体比が計算値と一致するように任意の定数をかけた後、合成することにより、質量精度を落とすことなく、感度のよいスペクトルを得ることができる。

また、本発明によれば、第１ＴＯＦＭＳに多重周回型飛行時間型質量分析計を用いることにより、飛行時間を伸ばすことができ、分解能を向上させることができる。
また、本発明によれば、第１ＴＯＦＭＳにらせん軌道型飛行時間型質量分析計を用いることにより、飛行時間を伸ばすことができ、分解能を向上させることができる。

また、本発明によれば、イオン源でのイオン化法としてＭＡＬＤＩ法を用いることができる。
また、本発明によれば、イオンを加速する手段に遅延引き出し法を用いることにより、イオンの時間収束性を保持することができる。

以上、詳細に説明したように、本発明によれば、第１ＴＯＦＭＳにらせん軌道型ＴＯＦＭＳを用いることにより、プリカーサイオンの選択性を従来技術よりも向上させることができる。その結果、ＴＯＦ／ＴＯＦ装置において、プロダクトイオンのスペクトルの解釈が簡単になり、質量精度も向上させることができる。

本発明の第１の実施の形態例を示す構成図である。プロダクトイオンのスペクトルを示す図である。本発明の第３の実施の形態例を示す構成図である。直線型ＴＯＦＭＳの説明図である。反射型ＴＯＦＭＳの説明図である。ＭＡＬＤＩ法と遅延引き出し法の説明図である。垂直加速型ＴＯＦＭＳの説明図である。ＭＳ／ＭＳ測定の説明図である。ＴＯＦＭＳを直列接続したＭＳ／ＭＳ装置の構成例を示す図である。同位体ピークの説明図である。プロダクトイオンの同位体ピークを示す図である。中性粒子の同位体ピークを示す図である。プリカーサイオンの各組み合わせの強度比とプリカーサイオンの同位体ピーク比を示す図である。図１３をプロダクトイオンの視点から見た図である。ＴＯＦ／ＴＯＦ装置におけるプロダクトイオンスペクトルを示す図である。

符号の説明

４０ＭＡＬＤＩイオン源
４１デフレクタ
４２扇形電場１
４３扇形電場２
４４扇形電場３
４５扇形電場４
４６検出器１
４７衝突室
４８反射電場
４９検出器２
５０第１ＴＯＦＭＳ
６０第２ＴＯＦＭＳ

Claims

サンプルをイオン化するイオン源と、イオンをパルス的に加速するための加速手段と、飛行時間型質量分析計と、特定の質量をもつイオンを選択するイオンゲートと、選択したイオンを開裂させる手段と、反射電場を含む反射型飛行時間型質量分析計と、反射型飛行時間型質量分析計を通過したイオンを検出する検出器で構成されるタンデム型質量分析装置を使用し、以下のような動作を行なうことを特徴とするプロダクトイオンスペクトル作成方法。
１）イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを１つ選択する。
２）選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
３）前記１），２）を繰り返し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
４）３）で取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成する。
５）合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更する。
サンプルをイオン化するイオン源と、イオンを輸送する輸送手段と、イオンを輸送方向に対して垂直方向にパルス的に加速するための加速手段と、飛行時間型質量分析計と、特定の質量をもつイオンを選択するイオンゲートと、選択したイオンを開裂させる手段と、反射電場を含む反射型飛行時間型質量分析計と、反射型飛行時間型質量分析計を通過したイオンを検出する検出器とで構成されるタンデム型質量分析装置を使用し、以下のような動作を行なうことを特徴とするプロダクトイオンスペクトル作成方法。
１）イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを１つ選択する。
２）選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
３）前記１），２）を繰り返し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得する。
４）３）で取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成する。
５）合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更する。
前記プロダクトイオンスペクトル作成方法において、プロダクトイオンスペクトルでのプリカーサイオンの同位体比が、計算値と一致するように任意の定数をかけた後合成することを特徴とする請求項１又は２記載のプロダクトイオンスペクトル作成方法。
前記タンデム型質量分析装置の飛行時間型質量分析計に複数の扇形電場で構成され、同一軌道を多重周回させる飛行時間型質量分析計を使用することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のプロダクトイオンスペクトル作成方法。
前記タンデム型質量分析装置の飛行時間型質量分析計に複数の扇形電場で構成され、イオンをらせん軌道で飛行させる飛行時間型質量分析計を使用することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のプロダクトイオンスペクトル作成方法。
第１飛行時間型質量分析計がらせん軌道型飛行時間型質量分析計である場合、らせん軌道型飛行時間型質量分析計へのイオンの入射角を調整するために、イオンをパルス的に加速するための手段とらせん軌道型飛行時間型質量分析計の間にイオンを偏向させる手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のプロダクトイオンスペクトル作成方法。
イオン源でのイオン化法がＭＡＬＤＩ法であることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のプロダクトイオンスペクトル作成方法。
イオンを加速する手段に遅延引き出し法を用いることを特徴とする請求項７記載のプロダクトイオンスペクトル作成方法。
飛行時間型質量分析計と反射電場の間に、イオン軌道とイオン軌道外との間で移動可能なもう１つの検出器を備えたことを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載のプロダクトイオンスペクトル作成方法。
開裂させる手段が、衝突室にガスを充填して行なうＣＩＤ法であることを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載のプロダクトイオンスペクトル作成方法。
サンプルをイオン化するイオン源と、イオンをパルス的に加速するための加速手段と、飛行時間型質量分析計と、特定の質量をもつイオンを選択するイオンゲートと、選択したイオンを開裂させる手段と、反射電場を含む反射型飛行時間型質量分析計と、反射型飛行時間型質量分析計を通過したイオンを検出する検出器で構成されるタンデム型質量分析装置を使用したプロダクトイオンスペクトル作成装置において、
イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを１つ選択し、選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得し、取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成し、合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更するように構成したことを特徴とするプロダクトイオンスペクトル作成装置。
サンプルをイオン化するイオン源と、イオンを輸送する輸送手段と、イオンを輸送方向に対して垂直方向にパルス的に加速するための加速手段と、飛行時間型質量分析計と、特定の質量をもつイオンを選択するイオンゲートと、選択したイオンを開裂させる手段と、反射電場を含む反射型飛行時間型質量分析計と、反射型飛行時間型質量分析計を通過したイオンを検出する検出器とで構成されるタンデム型質量分析装置を使用したプロダクトイオンスペクトル作成装置において、
イオンゲートでプリカーサイオンの同位体イオンを１つ選択し、選択したプリカーサイオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得し、プリカーサイオンの複数の同位体イオンを開裂させ、プロダクトイオンスペクトルを取得し、取得したスペクトルを反射型飛行時間型質量分析計での飛行時間軸に変更し、プロダクトイオンスペクトルを合成し、合成したプロダクトイオンスペクトルの飛行時間軸を質量軸に変更するように構成したことを特徴とするプロダクトイオンスペクトル作成装置。