JP2018125060A - Mass spectrometer - Google Patents
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Abstract
【課題】イオン透過率(感度)をコントロールする。【解決手段】質量分析装置は、試料をイオン化するイオン化部2と、少なくとも4本の棒状電極を有し、イオンを輸送するイオンガイド3と、質量分離を行う、少なくとも4本の棒状電極を有する質量分析部4と、質量分析部4を通過したイオンを検出する、検出部5と、イオンガイド3に印加する電圧を制御する制御部8と、を有し、制御部8は、イオンガイド3を通過するイオンの通過エネルギーを、ターゲットとするイオンの特性に応じて変動させる。【選択図】図3An ion transmission rate (sensitivity) is controlled. A mass spectrometer includes an ionization unit 2 that ionizes a sample, at least four rod-shaped electrodes, an ion guide 3 that transports ions, and at least four rod-shaped electrodes that perform mass separation. The ion analyzer 3 includes a mass analyzer 4, a detector 5 that detects ions that have passed through the mass analyzer 4, and a controller 8 that controls the voltage applied to the ion guide 3. The passing energy of the ions passing through is varied according to the characteristics of the target ions. [Selection] Figure 3
Description
本発明は、四重極型質量分析計を用いた質量分析装置に係り、特に、生体内試料の分析用途の場合など、高い感度を必要とする質量分析装置に関するものである。 The present invention relates to a mass spectrometer using a quadrupole mass spectrometer, and more particularly to a mass spectrometer that requires high sensitivity, such as in the case of analysis of an in vivo sample.
従来、少なくとも4本の棒状電極から成り、前記棒状電極に直流電圧Uと高周波(RF)電圧Vqcos(Ωqt+ Φ0)とを印加された四重極型質量分析計を用いた質量分析システムでは、特定の質量対電荷比 M/Z を持つイオン種を質量選択・分離する質量分析部に試料からのイオンビームを入射させる際の、イオン損失の低下を目的に、質量分析部の前段に、質量分析部とは別に、少なくとも4本の棒状或いは板状電極から成り、高周波電圧Vicos(Ωit + Φ0)のみを印加された、イオン輸送部(イオンガイド部)が設置される場合が多い。そのとき、図4に示すように、イオン輸送部を通過するイオンの運動エネルギーは、イオン輸送部(イオンガイド)の棒状の全ての電極に対して印加されるオフセット電圧 -|Voff|の大きさ|Voff|に比例する(図5)。通常、このオフセット電圧 -|Voff|の大きさ|Voff|は、図3に示すように、分析対象のイオンの特性に依らず一定値に設定されている。 Conventionally, a mass spectrometric system using a quadrupole mass spectrometer composed of at least four rod-shaped electrodes, to which a DC voltage U and a radio frequency (RF) voltage Vqcos (Ω q t + Φ 0 ) are applied. In order to reduce ion loss when an ion beam from a sample is incident on a mass analyzer that selects and separates ion species with a specific mass-to-charge ratio M / Z, In addition to the mass analysis unit, an ion transport unit (ion guide unit) consisting of at least four rod-like or plate-like electrodes, to which only a high-frequency voltage V icos (Ω i t + Φ 0 ) is applied, is installed. There are many cases. At that time, as shown in FIG. 4, the kinetic energy of ions passing through the ion transport portion is a magnitude of an offset voltage − | V off | applied to all rod-shaped electrodes of the ion transport portion (ion guide). Is proportional to | V off | (FIG. 5). Normally, the offset voltage - | V off | size | V off |, as shown in FIG. 3, is set to a constant value irrespective of the characteristics of the analyte ions.
US11/333086には飛行時間型質量分析装置のイオンガイドとして、電極を複数分割して、イオンを加速するためのオフセットを印加することを記載しているが、オフセット電圧は一定値が印加されている(イオンの特性に応じた変動に関する記載は無い)。また、特開2012-104424では、多重極電極系が多段に連なっている場合に、各電極系の軸ずれを補正するため、棒状電極1本毎にオフセット電圧を、イオンの質量数に応じて印加することが記載されているが、このオフセット電圧とは、棒状電極の長手方向(z方向)に垂直な方向(x,y方向)での電位勾配を生成するためであり、棒状電極の長手方向(z方向)にイオンが進む際の運動エネルギーを決めるオフセット電圧とは異なる。 In US11 / 333086, as an ion guide for a time-of-flight mass spectrometer, it is described that an electrode is divided into a plurality of parts and an offset for accelerating ions is applied. (There is no description about fluctuations depending on ion characteristics). Also, in JP 2012-104424, when the multipole electrode system is connected in multiple stages, an offset voltage is set for each rod-shaped electrode according to the mass number of ions in order to correct the axial deviation of each electrode system. Although it is described that it is applied, this offset voltage is for generating a potential gradient in the direction (x, y direction) perpendicular to the longitudinal direction (z direction) of the rod-shaped electrode. This is different from the offset voltage that determines the kinetic energy when ions travel in the direction (z direction).
質量選択・分離対象の質量対電荷比 m/Zを走査して、質量対電荷比 m/Z毎にイオン検出数(マススペクトル)を出力して、質量分析するシステムにおいて、特に試料に含まれる微量成分を質量分析する場合など、最終的にイオンがカウント検出されるまでの間にイオン軌道が不安定化せずに、各電極系を高い透過率で透過することが要求される。イオンガイドを通過する際のイオンの運動エネルギーEinjは、図5に示すように、イオン輸送部(イオンガイド)の棒状の全ての電極に対して印加されるオフセット電圧 -|Voff|の大きさ|Voff|に比例する関係がある((1)式)。 Mass-to-charge ratio m / Z of the target of mass selection / separation is scanned and the number of detected ions (mass spectrum) is output for each mass-to-charge ratio m / Z. In the case of mass analysis of a trace component, it is required that the ion trajectory does not become unstable before the ions are finally counted and transmitted through each electrode system with high transmittance. As shown in FIG. 5, the kinetic energy E inj of ions when passing through the ion guide is the magnitude of the offset voltage − | V off | applied to all the rod-shaped electrodes of the ion transport section (ion guide). There is a relationship proportional to | V off | (formula (1)).
ここで、Cは比例係数、αは切片(定数)である。 Here, C is a proportional coefficient, and α is an intercept (constant).
従来は、図4に示すように、分析対象のイオンの特性に依らず一定の大きさ|Voff|のオフセット電圧-|Voff|に設定されている。従って、イオンガイドを通過する速度vionは、(2)式に示されるように、イオンの質量対電荷比 m/Zに応じて変わる。 Conventionally, as shown in FIG. 4, the analysis of constant regardless of the characteristics of the target ion size | V off | offset voltage - | V off | is set to. Therefore, the velocity v ion passing through the ion guide varies according to the mass-to-charge ratio m / Z of the ions, as shown in equation (2).
ここで、v0はオフセット電圧で加速される前のイオンの初期速度を示す。一方、オフセット電圧の大きさ|Voff|を振って、検出されたマススペクトルの強度(感度)を測定すると、オフセット電圧によって、感度が変動する結果が得られた(図6)。特に、|Voff|=15V,20Vで感度の変動が大きいことから、各々のケースでの、内部電界及びイオン軌道を数値解析した結果を図7に示す。オフセット電圧Voff=-15Vのときは、イオンガイドを通過したイオン軌道はQMSに入射後、振幅が増大して不安定化しており、イオン透過率が低下しているのが分かる。一方、Voff=-20Vのときは、イオンガイドを通過したイオンがQMSに入射後、振幅が増大せずに安定に通過し、イオン透過率が100%(高透過率)となり、実測の傾向と同じ傾向であることを確認した。その原因を見るため、イオンガイド内に生成される電界強度を解析した結果をイオン機動解析結果の上部に示す。イオンガイドの出口から距離LE手前の位置XEで電界歪み(電界の盛り上がり)が生成されており、その位置で、電圧Voff=-15Vではイオン振動が腹の状態、電圧Voff=-20Vではイオン振動が節の状態であることが分かった。この結果から、電界歪みが発生している位置XEでのイオンの座標が大きい腹の場合は、歪み電界の影響が大きく、電界歪みが発生している位置XEでのイオンの座標が小さい節の場合は、歪み電界の影響が小さいために、その後、QMSに入射後のイオン安定性が大きく変わると考える。つまり、電界歪みが大きい位置XEでイオン振動が節であれば、歪み電界の影響が最小限となりイオン透過率が向上することが判明した。 Here, v0 represents the initial velocity of ions before being accelerated by the offset voltage. On the other hand, when the magnitude (sensitivity) of the detected mass spectrum was measured by varying the magnitude of the offset voltage | V off |, a result that the sensitivity varied depending on the offset voltage was obtained (FIG. 6). In particular, since sensitivity fluctuations are large at | V off | = 15 V and 20 V, the results of numerical analysis of the internal electric field and ion trajectory in each case are shown in FIG. It can be seen that when the offset voltage V off = −15 V, the ion trajectory that has passed through the ion guide increases in amplitude and becomes unstable after entering the QMS, and the ion transmittance is reduced. On the other hand, when V off = -20V, ions that have passed through the ion guide enter the QMS and pass stably without increasing the amplitude, and the ion transmission rate is 100% (high transmission rate), which is the trend of actual measurements. It confirmed that it was the same tendency. In order to see the cause, the result of analyzing the electric field strength generated in the ion guide is shown at the top of the ion mobility analysis result. In the position X E of the distance L E before the exit of the ion guide have a distorted electric field (protrusion of the electric field) is generated, in situ, the voltage V off = -15V ion vibrations of antinodes in the state, the voltage V off = - It was found that at 20V, the ion vibration was in a node state. From this result, when the coordinates of the ions at the position X E where the electric field distortion occurs are large, the influence of the distortion electric field is large, and the coordinates of the ions at the position X E where the electric field distortion occurs are small. In the case of node, since the influence of the strained electric field is small, the ion stability after incident on the QMS will change greatly. That is, if the ion vibration is a section at the position X E field distortion is large, the influence of the strain field it has been found that the improved minimize the result ion transmission.
電界歪みが大きい位置XEでイオン振動が節か腹になるかは、イオンがイオンガイドを通過する速度vion((2)式)で変わる。イオンの通過速度vionは、(2)式より、オフセット電圧の大きさ|Voff|が一定の場合、イオンの質量対電荷比 m/Zで変わるため、m/Zの値によって、電界歪みが大きい位置XEでイオン振動が腹になるか節になるかが変わる、つまり、感度が変わることになる。 Whether the ion vibration becomes a node or an antinode at the position XE where the electric field distortion is large varies depending on the velocity v ion (expression (2)) at which the ions pass through the ion guide. From the equation (2), when the magnitude of the offset voltage | V off | is constant, the ion passage speed v ion changes with the ion mass-to-charge ratio m / Z. At position X E where the ion is large, whether the ion vibration becomes a belly or a node changes, that is, the sensitivity changes.
特に医療検査の目的で微量な生態由来試料を質量分析する場合など、イオンの質量対電荷比 m/Zによって感度が変動することは誤った検査結果につながる可能性がある。従って、イオンの質量対電荷比 m/Zによらず、安定に高感度分析が可能なことが求められている。 In particular, when mass-analyzing a small amount of a biological sample for the purpose of medical examinations, fluctuations in sensitivity due to ion mass-to-charge ratio m / Z may lead to erroneous test results. Therefore, it is required that a highly sensitive analysis can be stably performed regardless of the mass-to-charge ratio of ions m / Z.
しかしながら、従来の技術では、イオン透過率(感度)をコントロールすることができないという問題があった。 However, the conventional technique has a problem that the ion transmittance (sensitivity) cannot be controlled.
上記の課題を解決するために、本発明の質量分析装置は、
試料をイオン化するイオン源と、
少なくとも4本の棒状電極を有し、イオンを輸送するイオンガイドと、
質量分離を行う、少なくとも4本の棒状電極を有する質量分析部と、
質量分析部を通過したイオンを検出する、検出器と、
イオンガイドに印加する電圧を制御する制御部と、を有する質量分析装置において、
制御部は、イオンガイドを通過するイオンの通過エネルギーを、ターゲットとするイオンの特性に応じて変動させることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the mass spectrometer of the present invention is:
An ion source for ionizing the sample;
An ion guide having at least four rod-shaped electrodes and transporting ions;
A mass spectrometer having at least four rod-shaped electrodes for mass separation;
A detector that detects ions that have passed through the mass spectrometer; and
In a mass spectrometer having a controller that controls the voltage applied to the ion guide,
The control unit is characterized in that the passing energy of ions passing through the ion guide is varied according to the characteristics of the target ions.
以上説明したように、本発明は、イオン透過率(感度)をコントロールすることができる。 As described above, the present invention can control the ion transmittance (sensitivity).
以下、具体的な実施形態について説明する。
、歪み電界が発生する位置XEでイオン振動が常に節となるように制御することを検討し、そのためのイオンの通過速度vopの条件式を導出した((3)式)。
Hereinafter, specific embodiments will be described.
, Consider controlled to ion oscillation at the location X E distortion field is generated is always a node to derive the condition of the passing speed v op ions therefor ((3)).
ここで、Lはイオンガイド電極の長さ、LEはイオンガイド電極出口から歪み電界が発生する位置XEまでの距離、ωはイオンの固有角振動周波数、nは整数を表す。(3)式は、イオンガイド電極入口から歪み電界が発生する位置XEまでの距離(L- LE)が、図8に示すように、イオン固有振動周期T(=2π/ω)の1/2周期(π/ω)の整数倍nにすることで、歪み電界が発生する位置XEで節になる条件式である。つまり、イオンの通過速度vopは、歪み電界が発生する位置XEでイオン振動が節に成るための速度である。 Here, L is the length of the ion guide electrodes, LE is the distance to the position X E distortion field is generated from the ion guide electrodes outlet, omega represents a natural angular oscillation frequency, n represents an integer of ions. (3) The ion guide distance from the electrode inlet to a position XE distortion field is generated (L-L E) is, as shown in FIG. 8, the ion natural vibration period T (= 2π / ω) 1 / by an integral multiple n of the two periods (π / ω), it is a condition to be node at a position X E distortion field is generated. That is, the ion passage speed v op is a speed at which the ion vibration becomes a node at the position X E where the distorted electric field is generated.
一方、歪み電界が発生する位置XEでイオン振動が常に腹となるための速度vharaは(3)式のときと同様に次式で求められる。 On the other hand, the velocity v hara at which the ion vibration always becomes antinode at the position X E where the distorted electric field is generated can be obtained by the following equation as in the case of the equation (3).
ここで、mは整数である。
従って、歪み電界が発生する位置XEでイオン振動が常に節となる速度の式((3)式)と(2)式をイコールで結ぶことにより次式が導出される。
Here, m is an integer.
Therefore, the following equation is derived by connecting the rate expressions ion oscillation at the location X E distortion field is generated is always node ((3)) and (2) at equal.
また、歪み電界が発生する位置XEでイオン振動が常に腹となる速度の式((4)式)と(2)式をイコールで結ぶことにより次式が導出される。 Further, the following equation is derived by connecting a rate distortion field is ion oscillation is always belly position X E generated equation (equation (4)) and (2) at equal.
本発明では、ターゲットイオンの透過率を向上させたいときには、(5)式をベースに、イオンガイド電極に印加するオフセット電圧の大きさ| Voff |を調整することで、電界歪みが大きい位置XEでイオン振動が節付近になるように制御し、イオン透過率を向上させる。 In the present invention, when it is desired to improve the transmittance of the target ions, the position X where the electric field distortion is large is adjusted by adjusting the magnitude of the offset voltage | V off | applied to the ion guide electrode based on the equation (5). E is used to control the ion vibration so that it is near the node, thereby improving the ion transmittance.
一方、質量分析対象から外したい、不要イオン種に対しては、(6)式をベースに、イオンガイド電極に印加するオフセット電圧の大きさ| Voff |を調整することで、電界歪みが大きい位置XEでイオン振動が腹付近になるように制御し、イオン透過率を低下させる。 On the other hand, for unnecessary ion species that are to be excluded from mass analysis, the electric field distortion is large by adjusting the magnitude of the offset voltage | V off | applied to the ion guide electrode based on the equation (6). At position XE , the ion vibration is controlled to be near the belly, and the ion permeability is lowered.
以上のように、イオンガイド電極のオフセット電圧の大きさを(5)式或いは(6)式に基づいて調整することで、分析対象のイオン種、或いは、分析から排除したいイオン種のイオン透過率を制御可能な質量分析システムである。 As described above, by adjusting the magnitude of the offset voltage of the ion guide electrode based on the equation (5) or (6), the ion transmittance of the ion species to be analyzed or the ion species to be excluded from the analysis. Is a mass spectrometry system capable of controlling
以下、図面を参照し、本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、第一の実施例について、図1〜3を用いて説明する。図1は第一実施例の特徴である、イオン輸送部(イオンガイド)および質量分析部(四重極質量分析部)を示す図であり、図2は、本実施例の質量分析システムの全体構成図、図3は、本実施例の特徴である、イオン輸送部(イオンガイド)および質量分析部の概念図である。まず、質量分析システム11に対して、分析フローを示す。質量分析対象の試料は、ガスクロマトグラフィー(GC)又は液体クロマトグラフィー(LC)などの前処理系1にて、時間的に分離・分画され、次々とイオン化部2にて、イオン化された試料イオンは、イオン輸送部3を通って、質量分析部4に入射され、質量分離される。ここで、mはイオン質量、zはイオンの帯電価数である。質量分離部4への電圧は、制御部8から制御されながら、電圧源9から印加される。分離されたイオンは、イオン検出部5で検出され、データ処理部6でデータ整理・処理され、その分析結果である質量分析データ1は表示部7にて表示される。この一連の質量分析過程 - 試料のイオン化、試料イオンビームの質量分析部3への輸送及び入射、質量分離過程、及び、イオン検出、データ処理、ユーザ入力部9の指令処理 - の全体を制御部8で制御している。
First, the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing an ion transport section (ion guide) and a mass analysis section (quadrupole mass analysis section), which are features of the first embodiment, and FIG. 2 shows the entire mass analysis system of the present embodiment. FIG. 3 is a conceptual diagram of an ion transport unit (ion guide) and a mass analysis unit, which are features of the present embodiment. First, an analysis flow is shown for the mass spectrometry system 11. Samples subject to mass spectrometry are samples that are separated and fractionated in time in a
ここで、イオン輸送部3及び質量分離部4は、4本の棒状電極から成る四重極質量分析計(QMS或いはQフィルター)としているが、4本以上の棒状電極から構成する多重極質量分析計としてもよい。また、図1に示すように、棒状電極の長手方向をz方向、断面方向をx,y平面とすると、棒状電極のx,y断面図にて示すように、4本の棒状電極は、円柱電極でも良く、また、点線で示したような双極面形状をした棒状電極でも良い。
質量分析部4における4本の電極には、向かい合う電極13a,13cおよび13b,13dを各々1組として、2組の電極は、直流電圧と高周波電圧の重畳した電圧の逆位相の電圧、+(U+VcosΩt)、−(U+VcosΩt)が印加され、4本の棒状電極間には、(7)式に示す、高周波電界Ex, Eyが生成される。
Here, the ion transport unit 3 and the
The four electrodes in the mass
イオン化された試料イオンは、この棒状電極間の中心軸(z方向)に沿って導入され、(7)式の高周波電界の中を通過する。このときのx, y方向のイオン軌道の安定性は棒状電極間でのイオンの運動方程式(Mathieu方程式)から導かれる次の無次元パラメータa、qによって決まる。 The ionized sample ions are introduced along the central axis (z direction) between the rod-shaped electrodes, and pass through the high-frequency electric field of formula (7). The stability of the ion trajectory in the x and y directions at this time is determined by the following dimensionless parameters a and q derived from the equation of motion of ions between the rod-shaped electrodes (Mathieu equation).
ここで、価数Z=1としている。Z≠1の場合は(8)、(9)式中のmはm/Zとなる。r0は対向するロッド電極間の距離の半値、eは素電荷、mはイオン質量、U はロッド電極に印加する直流電圧、V、・は高周波電圧の振幅及び角周波数である。r0、U、V、Ωの値が決まると、各イオン種はその質量数M(=m/Nav)に応じて、図9のa−q平面上の異なる(a,q)点に対応する。Navはアボガドロ数を示す。このとき、(8)、(9)の式から、各イオン種の異なる(a,q)点は、(10)式の直線上に全て存在することになる。 Here, the valence Z = 1. When Z ≠ 1, m in the equations (8) and (9) is m / Z. r 0 is half the distance between the opposing rod electrodes, e is the elementary charge, m is the ion mass, U is the DC voltage applied to the rod electrode, V,... are the amplitude and angular frequency of the high frequency voltage. When the values of r 0 , U, V, and Ω are determined, each ion species has a different (a, q) point on the a-q plane in FIG. 9 according to its mass number M (= m / N av ). Correspond. Nav indicates Avogadro's number. At this time, from the expressions (8) and (9), all the different (a, q) points of each ion species exist on the straight line of the expression (10).
x, y両方向のイオン軌道に対し、安定解を与えるa、qの定量的範囲(安定透過領域)を図9に示す。ある特定の質量数Mを有するイオン種のみを棒状電極間に通過させ、その他のイオン種をQMSの外に不安定出射させて質量分離するためには、図9の安定透過領域の頂点付近と交わるようにU,V比を調整する必要がある(図9)。安定透過するイオンが振動しながら、棒状電極間をz方向に通過するのに対して、不安定化イオンは振動が発散して、x、y方向に出射する。(10)式の直線は質量走査線と呼ばれ、質量走査線の傾き(U/V比)を維持しながら、U、V値を順次走査することで、棒状電極間を安定透過して質量分離されるイオン種の質量数Mが走査される。 FIG. 9 shows a quantitative range (stable transmission region) of a and q that gives a stable solution for ion trajectories in both the x and y directions. In order to allow only ionic species having a specific mass number M to pass between the rod-shaped electrodes and cause other ionic species to be unstablely emitted out of the QMS for mass separation, the vicinity of the top of the stable transmission region in FIG. It is necessary to adjust the U / V ratio so that they intersect (FIG. 9). While stably transmitting ions pass between the rod-shaped electrodes in the z direction while vibrating, the destabilized ions radiate the vibrations and exit in the x and y directions. The straight line in equation (10) is called a mass scanning line. By maintaining the mass scanning line's slope (U / V ratio), the U and V values are scanned sequentially, allowing stable transmission between the rod-shaped electrodes. The mass number M of the ion species to be separated is scanned.
このとき、(8)、(9)式を変形した(11)、(12)式から、通常は、イオン質量数Mに比例させて、U,V値を増加させて、イオン種の質量数Mが走査される。
一方、イオン輸送部3(イオンガイド)では、4本の電極には、向かい合う電極を1組として、2組の電極14a,14c、及び、14b,14dには、各々逆位相の高周波電圧、+VcosΩt、−VcosΩtが印加され、4本の棒状電極間には、(7)式に示す、高周波電界Ex, Ey成分のみが生成される。
At this time, from the equations (11) and (12) modified from equations (8) and (9), the mass number of the ion species is usually increased by increasing the U and V values in proportion to the ion mass number M. M is scanned.
On the other hand, in the ion transport part 3 (ion guide), the four electrodes have one set of facing electrodes, and the two sets of
イオン輸送部には、直流電圧が印加されないため、U=0となり、(4)式から、イオン輸送部の場合の質量走査線は、(14)式となる。 Since no DC voltage is applied to the ion transport portion, U = 0, and from equation (4), the mass scanning line in the case of the ion transport portion becomes equation (14).
従って、図9に示すように、安定透過領域とa=0の走査線の交わる領域に相当するすべてのイオン種が、理論上透過できるはずである。しかし、実際には、図7に示すように、イオン輸送部3(イオンガイド)の出口付近に生成される歪み電界の影響を受けて、QMSに入射したイオンが不安定に成って透過率が低減し、検出感度の低下を招く。イオンガイドから、質量分析部(QMS)の電極入り口付近で、イオンの一部が不安定化する様子の概念図を図7に示した。 Therefore, as shown in FIG. 9, all ion species corresponding to the region where the stable transmission region and the scanning line of a = 0 intersect should be able to transmit theoretically. However, in practice, as shown in FIG. 7, due to the influence of the distorted electric field generated near the exit of the ion transport part 3 (ion guide), ions incident on the QMS become unstable and the transmittance is low. This will reduce the detection sensitivity. FIG. 7 shows a conceptual diagram showing that a part of ions are destabilized from the ion guide near the electrode entrance of the mass spectrometer (QMS).
また、イオン輸送部3(イオンガイド)には、2組の電極14a,14c及び 14b,14dに、各々印加される高周波電圧+VcosΩt、−VcosΩtとは別に、図3、図4に示すように電極14a,14c,14b,14dのすべての電極にオフセット電圧-|Voff|が印加されている。これにより、(1),(2)式に基づき、イオンは加速されてイオンガイド電極を通過する。このオフセット電圧-|Voff|の大きさによって、イオンの検出感度が変動するという実測結果が得られている(図6)。その原因をイオンガイド内の電界及びイオン軌道解析によって調べたところ、イオンガイド出口付近に生成される歪み電極位置XEで、イオン振動が腹か節かで歪み電極の影響の受けやすさが変わり、イオン透過率(感度)が変動することが原因であることが分かった(図7)。
In addition, in the ion transport part 3 (ion guide), the
そこで、本実施例では、図8(1)に示すように、イオンガイド出口付近に生成される歪み電極位置XEで、イオン振動が常に節に成るための関係式((5)式)から、オフセット電圧-|Voff|の大きさ|Voff|を、質量分析対象とするイオン種の質量対電荷比m/Zに比例して決定制御方法16によって決定される。本実施例によると、質量分析の対象の質量対電荷比m/Zによらず、安定に高感度分析が可能なため、医療検査の目的の、微量な生態由来試料を質量分析にも高精度な結果を得ることが期待出来る。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 8 (1), at a strain electrode position X E generated in the vicinity of the ion guide exit, the relational expression for made always clause ion oscillation ((5)) , the offset voltage - | V off | size | V off | a, is determined by the ionic species of a mass-to-charge ratio determined
また、質量分析部4は、タンデム型質量分析部でもよい。その場合、解離・質量分析(MSn)する親イオンのm/Zが予め分かるため、イオンガイド電圧のオフセット電圧|Voff|を親イオンのm/Zに比例させてもよい。
The
次に、第二の実施例について、図10を用いて説明する。ここでは、図10に示すように、本実施例では、イオンガイド出口付近に生成される歪み電極位置XEで、イオン振動が常に節に成るための関係式((5)式)から、オフセット電圧-|Voff|の大きさ|Voff|を、質量分析対象とするイオン種の固有(角)振動周波数ωに応じて、特に固有(角)振動周波数ωの二次関数に基づいて決定制御方法16によって決定される。本実施例によると、図9の操作点(a,q)が変わって、或いは、RF電圧VqcosΩtのΩ(角振動周波数)が変わって、イオン種の固有(角)振動周波数ωが分かった場合にも、最適なオフセット電圧を導出・印加でき、安定に高感度分析が可能となる。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. Here, as shown in FIG. 10, in this embodiment, at the strained electrode position X E generated near the ion guide outlet, the offset from the relational expression (equation (5)) for the ion vibration to always become a node. voltage - | V off | size | V off | a, based in accordance with the ion species specific (angular) vibration frequency ω to be mass analyzed, especially specific (square) a quadratic function of the oscillation frequency ω determined It is determined by the
次に、第三の実施例について、図11を用いて説明する。ここでは、図11に示すように、本実施例では、イオンガイド出口付近に生成される歪み電極位置XEで、イオン振動が常に節に成るための関係式((5)式)から、オフセット電圧−|Voff|の大きさ|Voff|を、質量分析対象とするイオン種がイオンガイドを通過する際に半周期振動する回数nの逆数(1/n)に応じて、特に(1/n)の二次関数に基づいて、オフセット電圧の大きさ|Voff|決定制御方法16によって決定される。本実施例によると、イオンガイドの長さLが変わった場合などにも、最適なオフセット電圧値を導出・印加でき、安定に高感度分析が可能となる。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. Here, as shown in FIG. 11, in this embodiment, at a strain electrode position X E generated in the vicinity of the ion guide exit, the relational expression for made always clause ion oscillation ((5)), the offset voltage - | V off | size | V off | the ionic species to be mass analyzed in response to the reciprocal (1 / n) of the number n of half-period vibration when passing through the ion guide, in particular (1 / N) is determined by the
次に、第四の実施例について、図12を用いて説明する。ここでは、図12に示すように、実施例一から三のオフセット電圧-|Voff|の大きさ制御方法16に関して、ステップ関数状に変動させてもよい。本実施例よると、オフセット電圧の大きさ|Voff|を、容易・簡易に制御可能になる。
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. Here, as shown in FIG. 12, the
次に、第五の実施例について、図13,14を用いて説明する。ここでは、図13,14に示すように、イオンガイド3乃至は質量分析部4に印加するRF電圧Vqcos・tの振幅Vqを質量分析対象のm/Zに比例してスキャンさせているのに連動して、オフセット電圧の大きさ|Voff|を質量分析対象のm/Zに比例してスキャンさせる方式17に基づくことを特徴とする。このとき、本実施例によれば、既存のRF電圧Vqcos・tの振幅Vq制御方法に連動するため、制御が容易になり、質量分析対象のm/Zに応じた制御の精度が向上すると考える。
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. Here, as shown in FIGS. 13 and 14, the amplitude Vq of the RF voltage Vqcos · t applied to the ion guide 3 or the
次に、第六の実施例について、図15を用いて説明する。ここでは、(5)式の代用として、2種類以上のm/z値を持つイオン種に対して、オフセット電圧|Voff|を振ってイオンの強度(感度)を実測し、それによって、高感度の結果が得られたオフセット電圧値をイオン種毎に求め、実測による関係式に基づいた、オフセット電圧の大きさ|Voff|決定制御方法16によって決定される。このとき、本実施例によれば、実測結果から導出した関係式のため,より確実に安定で高感度な結果が得られると考える。尚、この実測による関係式は、質量分析を開始する前に自動的に導出するような機能を備えてもよい。 Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG. Here, as an alternative to equation (5), the ion intensity (sensitivity) is measured by varying the offset voltage | V off | for ion species having two or more m / z values. The offset voltage value from which the sensitivity result is obtained is obtained for each ion species, and is determined by the offset voltage magnitude | V off | At this time, according to the present embodiment, since the relational expression is derived from the actual measurement result, it is considered that a more stable and highly sensitive result can be obtained more reliably. The relational expression based on actual measurement may have a function of automatically deriving before starting mass analysis.
次に、第七の実施例について、図16を用いて説明する。本実施例では、図8(2)に示すように、イオンガイド出口付近に生成される歪み電極位置XEで、イオン振動が常に腹に成るための関係式((6)式)あるいは実測による低感度の測定点から導出した関係式から、オフセット電圧-|Voff|の大きさ|Voff|を、質量分析対象とするイオン種の質量対電荷比m/Zに比例して決定制御方式16或いは、RF電圧の振幅Vq及びオフセット電圧|Voff|の連動制御方式17によって決定される。本実施例によると、例えば、試料の溶媒由来物質など、本体分析対象でないものの、飼料中に大量に存在し、他のイオン種の分析の阻害要因になりうる物質を、質量分析系4に入射させる前に。軌道を不安定化し排除することで、本来分析対象物質の安定的な分析が期待出来ると考える。
Next, a seventh embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 8 (2), at the strained electrode position XE generated in the vicinity of the ion guide outlet, a relational expression (equation (6)) for making the ion vibration always antinodes or a low value by actual measurement. the relational expression derived from the measurement point of sensitivity, the offset voltage - | V off | size | V off | a, mass spectrometry target determination control in proportion to the ionic species of mass-to-charge ratio m / Z to
1 前処理系
2 イオン化部
3 イオン輸送部
4 質量分析部
5 イオン検出部
6 データ処理部
7 表示部
8 制御部
9 DC電圧源
10 ユーザ入力部
11 質量分析システム全体
12 AC電圧源
13a,b,c,d 棒状電極
14a,b,c,d 板状或いは棒状電極
15 イオンガイドに印加するオフセット電圧源
16 イオンガイドに印加するオフセット電圧制御方式
17 RF電圧およびイオンガイドに印加するオフセット電圧の連動制御方式
DESCRIPTION OF
10 User input section
11 Mass spectrometry system as a whole
12 AC voltage source
13a, b, c, d Rod electrode
14a, b, c, d Plate or bar electrode
15 Offset voltage source applied to ion guide
16 Offset voltage control method applied to ion guide
17 Interlocking control system of RF voltage and offset voltage applied to ion guide
Claims (7)
少なくとも4本の棒状電極を有し、イオンを輸送するイオンガイドと、
質量分離を行う、少なくとも4本の棒状電極を有する質量分析部と、
質量分析部を通過したイオンを検出する、検出器と、
イオンガイドに印加する電圧を制御する制御部と、を有する質量分析装置において、
制御部は、イオンガイドを通過するイオンの通過エネルギーを、ターゲットとするイオンの特性に応じて変動させることを特徴とする、質量分析装置。 An ion source for ionizing the sample;
An ion guide having at least four rod-shaped electrodes and transporting ions;
A mass spectrometer having at least four rod-shaped electrodes for mass separation;
A detector that detects ions that have passed through the mass spectrometer; and
In a mass spectrometer having a controller that controls the voltage applied to the ion guide,
A control part changes the passage energy of the ion which passes an ion guide according to the characteristic of the target ion, The mass spectrometer characterized by the above-mentioned.
イオンガイドを形成する棒状電極に対して、直流電圧および高周波電圧とは別に印加するオフセット電圧を、ターゲットとするイオンの特性に応じて変動させることを特徴とする、質量分析装置。 In claim 1,
A mass spectrometer characterized in that an offset voltage applied separately from a direct-current voltage and a high-frequency voltage to a rod-shaped electrode forming an ion guide is varied according to the characteristics of a target ion.
質量分析の対象とするイオン種であることを特徴とする質量分析システム。 The target ions according to claim 1 are:
A mass spectrometry system characterized by being an ion species to be subjected to mass spectrometry.
質量分析の対象ではなく、分析対象から排除したいイオン種であることを特徴とする質量分析システム。 The target ions according to claim 1 are:
A mass spectrometric system that is not an object of mass spectrometry but an ion species that is desired to be excluded from the object of analysis.
ターゲットとするイオンの特性とは、
イオンの質量対電荷比 m/Zであることを特徴とする質量分析装置。 In claim 1,
What are the characteristics of target ions?
A mass spectrometer characterized by an ion mass-to-charge ratio of m / Z.
ターゲットとするイオンの特性とは、
イオンの固有振動周波数ωであることを特徴とする質量分析装置。 In claim 1,
What are the characteristics of target ions?
A mass spectrometer having a natural vibration frequency ω of ions.
ターゲットとするイオンの特性とは、
前記棒状電極系を通過する間のイオンの振動回数nであることを特徴とする質量分析装置。 In claim 1,
What are the characteristics of target ions?
A mass spectrometer characterized in that the number of ion vibrations n during passage through the rod-shaped electrode system is n.
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