JP2008282571A - Time-of-flight mass spectrometer - Google Patents
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Abstract
【課題】高質量分解能を有し、定量性よく測定することが可能な飛行時間型質量分析計を提供する。
【解決手段】分析対象のイオンを複数生成してパルス的に加速するイオン源10と、イオン源10から供給された複数のイオンを飛行させるイオン飛行部12と、イオン飛行部12で、質量電荷比に対応する飛行時間差により分離された複数のイオンを複数の方向に偏向する偏向器16と、複数の方向中の第1方向に設けられ、複数のイオンの一部を検出する第1検出器18aと、複数の方向中の第2方向に設けられ、第1検出器18aに比べて広いダイナミックレンジで複数のイオンの他の一部を検出する第2検出器18bとを備える。
【選択図】図1A time-of-flight mass spectrometer having high mass resolution and capable of measuring with high quantitativeness is provided.
An ion source for generating a plurality of ions to be analyzed and accelerating in a pulse manner, an ion flying unit for flying a plurality of ions supplied from the ion source, and a mass charge in the ion flying unit. A deflector 16 that deflects a plurality of ions separated by a time-of-flight difference corresponding to a ratio in a plurality of directions, and a first detector that is provided in a first direction among the plurality of directions and detects a part of the plurality of ions 18a, and a second detector 18b that is provided in a second direction among the plurality of directions and detects other part of the plurality of ions with a wider dynamic range than the first detector 18a.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、飛行時間型質量分析計に関する。 The present invention relates to a time-of-flight mass spectrometer.
質量分析では、質量分析計を用いて分析対象のイオンを質量電荷比に応じて分離して検出する。検出したイオンの質量スペクトルから元素分析が行われる。 In mass spectrometry, ions to be analyzed are separated and detected according to the mass-to-charge ratio using a mass spectrometer. Elemental analysis is performed from the mass spectrum of the detected ions.
例えば、分析対象の同位体存在比や元素存在量等の測定に質量分析器が用いられる。質量分析器の質量分解能が低い場合、分析対象と質量差が微小な物質に対して、同位体のパターンを確認して分析対象のイオンが区別される。 For example, a mass analyzer is used for measuring the isotope abundance ratio and element abundance of the analysis target. When the mass resolution of the mass analyzer is low, the ions to be analyzed are distinguished from each other by confirming the isotope pattern for a substance having a minute mass difference from the analysis object.
高質量分解能の質量分析器を用いて同位体存在比や元素存在量等を測定する場合、検出感度や定量性に問題がある。例えば、高質量分解能質量分析計としてフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴型(FT)質量分析計、飛行時間型(TOF)質量分析計等が挙げられる。FT質量分析計は、検出感度が悪く、TOF質量分析計は定量性の範囲が狭い。そのため、これらの高質量分解能質量分析計では、同位体存在比や元素存在量を精度よく定量的に測定することが困難である。 When measuring isotope abundance ratio, element abundance, etc. using a mass analyzer with high mass resolution, there are problems in detection sensitivity and quantitativeness. For example, as a high mass resolution mass spectrometer, a Fourier transform ion cyclotron resonance type (FT) mass spectrometer, a time-of-flight type (TOF) mass spectrometer, and the like can be given. The FT mass spectrometer has poor detection sensitivity, and the TOF mass spectrometer has a narrow range of quantitativeness. Therefore, it is difficult for these high mass resolution mass spectrometers to measure the isotope abundance ratio and element abundance accurately and quantitatively.
高感度微量分析や高質量分解能が必要な分析等の多様な分析目的に対して、それぞれの分析目的に適した複数の質量分析計を配置しているものがある(例えば、特許文献1参照。)。しかし、複数の質量分析計を配置するため、装置が大型化し装置コストも高くなり、望ましくない。
同位体存在比や元素存在量等の測定に用いる質量分析計には、定量性が要求される。そのため、出力のダイナミックレンジが広く、直線性のよいエレクトロンマルチプライヤやファラデーカップ等の検出器を用いることが望ましい。しかし、このような検出器は、反応時間が遅く、例えば高速性が要求されるTOF質量分析計の検出器としては不適である。 A mass spectrometer used for measurement of isotope abundance ratio, element abundance, and the like is required to be quantitative. Therefore, it is desirable to use a detector such as an electron multiplier or a Faraday cup that has a wide output dynamic range and good linearity. However, such a detector has a slow reaction time, and is not suitable as a detector for a TOF mass spectrometer that requires high speed, for example.
また、仮にダイナミックレンジが広く、かつ反応時間が速い検出器があったとしても、検出器の出力信号を処理する高速の信号処理回路のダイナミックレンジにより制限を受けてしまう。その結果、TOF質量分析計を用いて広い範囲にわたる元素存在量を定量性よく測定することは困難であった。 Even if there is a detector having a wide dynamic range and a fast reaction time, the detector is limited by the dynamic range of a high-speed signal processing circuit that processes the output signal of the detector. As a result, it was difficult to measure the abundance of elements over a wide range with a good quantitativeness using a TOF mass spectrometer.
上記問題点を鑑み、本発明は、高質量分解能を有し、定量性よく測定することが可能なTOF質量分析計を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a TOF mass spectrometer having high mass resolution and capable of measuring with high quantitativeness.
上記目的を達成するために、本発明の態様は、(イ)分析対象のイオンを複数生成してパルス的に加速するイオン源と、(ロ)イオン源から供給された複数のイオンを飛行させるイオン飛行部と、(ハ)イオン飛行部で、質量電荷比に対応する飛行時間差により分離された複数のイオンを複数の方向に偏向する偏向器と、(ニ)複数の方向中の第1方向に設けられ、複数のイオンの一部を検出する第1検出器と、(ホ)複数の方向中の第2方向に設けられ、第1検出器に比べて広いダイナミックレンジで複数のイオンの他の一部を検出する第2検出器とを備える飛行時間型質量分析計であることを要旨とする。 In order to achieve the above object, according to an aspect of the present invention, (a) an ion source that generates a plurality of ions to be analyzed and accelerates them in a pulsed manner, and (b) a plurality of ions supplied from the ion source fly. An ion flight unit, (c) a deflector that deflects a plurality of ions separated by a time-of-flight difference corresponding to a mass-to-charge ratio in a plurality of directions, and (d) a first direction in the plurality of directions. A first detector for detecting a part of a plurality of ions; and (e) a plurality of ions provided in a second direction among a plurality of directions and having a wider dynamic range than the first detector. The gist of the invention is that it is a time-of-flight mass spectrometer provided with a second detector that detects a part of the second detector.
本発明によれば、高質量分解能を有し、定量性よく測定することが可能なTOF質量分析計を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a TOF mass spectrometer having high mass resolution and capable of measuring with high quantitativeness.
以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、装置やシステムの構成等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な構成は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの構成等が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic and the configuration of the apparatus and system is different from the actual one. Therefore, a specific configuration should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different structures and the like are included between the drawings.
又、以下に示す本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 The following embodiments of the present invention exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention. The technical idea of the present invention is based on the material and shape of component parts. The structure, arrangement, etc. are not specified below. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope described in the claims.
本発明の実施の形態に係るTOF質量分析計は、図1に示すように、イオン源10、イオン飛行部12、イオン弁別器14、偏向器16、第1検出器18a、第2検出器18b、第1信号処理回路20a、及び第2信号処理回路20b等を備える。
As shown in FIG. 1, the TOF mass spectrometer according to the embodiment of the present invention includes an
イオン源10は、分析対象のイオンを生成する。生成されたイオンは、イオン源10の引き出し電圧によりパルス的に加速されてイオン飛行部12に供給される。
The
イオン飛行部12は、供給されたイオンを飛行させる。イオンは、イオン飛行部12を飛行中に質量電荷比に対応する飛行時間の差により分離される。
The
イオン弁別器14は、イオン飛行部12を飛行するイオンの中から対象となるイオンを弁別する。対象外のイオンは、イオン飛行部12から排除される。イオン弁別器14として、デフレクタやレンズ等がイオン飛行部12の飛行軌道上に設置される。
The
偏向器16は、イオン飛行部12で分離されたイオンを複数の方向に偏向する。例えば、イオンは、電場や磁場等により第1及び第2方向に偏向される。
The
第1及び第2検出器18a、18bは、それぞれ第1及び第2方向に偏向されたイオンを増感して検出する。
The first and
第1及び第2信号処理回路20a、20bは、第1及び第2検出器18a、18bのそれぞれで検出されたイオンの飛行時間に基づいて質量スペクトルを作成する。
The first and second
第1検出器18aとして、通常のTOF質量分析計と同様にマイクロチャネルプレート(MCP)等の時間分解能が高い高速検出器が用いられる。一般に、MCP等の高速検出器は、ダイナミックレンジが比較的狭い。また、第1信号処理回路20aとして、第1検出器18aに応じてダイナミックレンジは狭くても高速の信号処理回路が用いられる。
As the
第2検出器18bとして、エレクトロンマルチプライヤ、フォトマルチプライヤ、ファラデーカップ等の広いダイナミックレンジを有する定量用検出器が用いられる。 また、第2信号処理回路20bとして、第2検出器18bに応じて処理速度は遅くても広いダイナミックレンジの処理回路が用いられる。
As the
例えば、分析対象についてイオンを高質量分解能で分離して定性分析する場合は、時間分解能が高い第1検出器18aを用いる。イオン飛行部12においては、分析対象の全てのイオンを分離することができる。第1検出器18aは時間分解能が高く、分離したイオンの定性分析ができ、高い質量分解能で質量分析を行うことが可能である。しかし、第1検出器18a及び第1信号処理回路20aは、ダイナミックレンジが狭く定量分析には適さない。
For example, in the case of performing qualitative analysis by separating ions with high mass resolution with respect to the analysis target, the
分析対象のイオンの定量分析の際には、広いダイナミックレンジを有する第2検出器18bにイオンが到達するように偏向器16によりイオンを偏向させる。この場合、予め第1検出器18aにより分離して確認された対象とするイオンが第2検出器18bで選択的に検出されるように対象外のイオンをイオン弁別器14により排除する。第2信号処理回路20bにより検出されたイオンを定量性よく測定することができる。
In quantitative analysis of ions to be analyzed, ions are deflected by the
このように、本発明の実施の形態に係るTOF質量分析計では、通常のTOF質量分析計に用いられる高速の第1検出器18aに加えて、広いダイナミックレンジを有する第2検出器18bが設置されている。イオン飛行部12を飛行してきたイオンは、偏向器16により偏向されて第1及び第2検出器18a、18bのいずれかに到達する。第1検出器18aを用いて定性的に得られた質量スペクトルに基づいて、第2検出器18bを用いて対象とするイオンを選択的に検出することができる。その結果、対象とするイオンの同位体存在比や元素存在量を高質量分解能で、定量性よく測定することが可能となる。
As described above, in the TOF mass spectrometer according to the embodiment of the present invention, the
なお、第2検出器18b及び第2信号処理回路20bは低速である。そのため、同位体存在比の測定において、第2検出器18b及び第2信号処理回路20bに到達する同位体イオンの飛行時間差が短い場合、分離して測定することが困難となる。このような場合、偏向器16により同位体イオンのそれぞれを個別に第2検出器18bに供給して測定してもよい。
The
あるいは、図2に示すように、定量測定が可能なダイナミックレンジが広い第3検出器18c及び第3信号処理回路20cをTOF質量分析計に設置してもよい。偏向器16により各同位体イオン間の飛行時間差内で第2及び第3検出器18b、18cに順次振り分けるように偏向させる。このようにして、短い飛行時間差の同位体イオンのそれぞれを定量性よく測定することが可能である。
Alternatively, as shown in FIG. 2, the
また、図3に示すように、イオン弁別器を省略した構成であってもよい。この場合、偏向器16によりイオンの弁別が行われる。偏向器16は、電場、磁場、及び電場と磁場の組み合わせによりイオンを偏向させて第1及び第2検出器18a、18bに空間的に振り分けている。即ち、電場あるいは磁場を変化させることにより、イオン飛行部12で時間的に分離されたイオンを偏向器16で空間的に分離することができる。
Moreover, as shown in FIG. 3, the structure which abbreviate | omitted the ion discriminator may be sufficient. In this case, ions are discriminated by the
例えば、第1検出器18aを用いて対象とするイオンが判定される。次に、偏向器16を調整することにより対象とするイオンを選択的に第2検出器18bに到達させる。このように、偏向器16によりイオンの弁別を行うことができる。
For example, the target ion is determined using the
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
(Other embodiments)
As mentioned above, although this invention was described by embodiment of this invention, it should not be understood that the statement and drawing which make a part of this indication limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples, and operational techniques will be apparent to those skilled in the art. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
10…イオン源
12…イオン飛行部
14…イオン弁別器
16…偏向器
18a…第1検出器
18b…第2検出器
18c…第3検出器
20a…第1信号処理回路
20b…第2信号処理回路
20c…第3信号処理回路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記イオン源から供給された複数のイオンを飛行させるイオン飛行部と、
前記イオン飛行部で、質量電荷比に対応する飛行時間差により分離された前記複数のイオンを複数の方向に偏向する偏向器と、
前記複数の方向中の第1方向に設けられ、前記複数のイオンの一部を検出する第1検出器と、
前記複数の方向中の第2方向に設けられ、前記第1検出器に比べて広いダイナミックレンジで前記複数のイオンの他の一部を検出する第2検出器
とを備えることを特徴とする飛行時間型質量分析計。
An ion source that generates a plurality of ions to be analyzed and accelerates them in pulses,
An ion flying section for flying a plurality of ions supplied from the ion source;
A deflector for deflecting the plurality of ions separated by a time-of-flight difference corresponding to a mass-to-charge ratio in a plurality of directions in the ion flight unit;
A first detector provided in a first direction among the plurality of directions and detecting a part of the plurality of ions;
A second detector provided in a second direction of the plurality of directions and detecting another part of the plurality of ions with a wider dynamic range than the first detector. Time-type mass spectrometer.
A third detector provided in a third direction among the plurality of directions and further detecting another part of the plurality of ions with a wider dynamic range than the first detector. The time-of-flight mass spectrometer according to claim 1.
The time-of-flight mass spectrometer according to claim 1 or 2, further comprising an ion discriminator that discriminates target ions from the plurality of ions in the ion flight unit.
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