(57)【要約】【課題】イオン透過率を改善することなく、サンプリング周期に関係のない、ガイド法及びピーク値記録法よりも高い感度を実現する質量分析装置及び質量分析法を提供する。【解決手段】連続イオン源１２とイオン蓄積器１３を備える質量分析装置において、第１データ処理部１７は、イオン蓄積器１３から周期的に排出されたイオンパルスを含む時間的出現プロファイルを取得する。第２データ処理部１８はこれらの時間的出現プロファイルの中で、当該選択イオンのイオンパルスが出現する時間の強度のみを抽出して積分し、イオン強度を算出する。【選択図】図１
2010127714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を連続的にイオン化する連続イオン源と、
前記連続イオン源の後段に設けられる質量分析部であって、前記連続イオン源による生成イオンのうち所望のイオンを選択イオンとして選択する質量分析部と、
前記質量分析部の前段に設けられ、閉鎖及び開放動作を所定の周期毎に行って前記連続イオン源で生成されたイオンのイオンパルスを発生する、若しくは、前記質量分析部の後段に設けられ、前記閉鎖及び開放動作を前記所定の周期毎に行って前記選択イオンのイオンパルスを発生するイオン蓄積器と、
前記選択イオンのイオンパルスを含むアナログ信号を出力する検出器と、
前記検出器からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、
前記所定の周期と同じ周期の間に前記デジタル信号を入力し、前記選択イオンの時間的出現プロファイルを取得する第１データ処理部と、
前記取得した前記選択イオンの時間的出現プロファイルを、前記イオンパルスに対する所定の出現時間にわたり積分し、その積分値を前記選択イオンのイオン強度として算出する第２データ処理部と、
前記積分に際して前記データ処理部から参照される前記所定の出現時間を記憶し、前記選択イオンの時間的出現プロファイル及び前記イオン強度を記録するメモリ装置と、
を備え、
前記質量分析部は、四重極質量分析法、磁場型偏向質量分析法、又は該質量分析器内でイオンの軌道を質量電荷比毎に分散させ常に下流に輸送する方法の何れかを適用することを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
試料を連続的にイオン化する連続イオン源と、
前記連続イオン源の後段に設けられる第１質量分析部であって、前記連続イオン源による生成イオンのうち所望のプレカーサーイオンを選択する第１質量分析部と、
第１質量分析部の後段に設けられる衝突室であって、前記プレカーサーイオンを開裂させ、プロダクトイオンを生成する衝突室と、
前記衝突室の後段に設けられる第２質量分析部であって、前記プロダクトイオンの中から所望のイオンを選択イオンとして選択する第２質量分析部と、
前記第１質量分析部と前記第２質量分析部の間に設けられ、閉鎖及び開放動作を所定の周期毎に行って前記プロダクトイオンのイオンパルスを発生する、若しくは、前記第２質量分析部の後段に設けられ、前記閉鎖及び開放動作を前記所定の周期毎に行って前記選択イオンによるイオンパルスを発生するイオン蓄積器と、
前記選択イオンのイオンパルスを含むアナログ信号を出力する検出器と、
前記検出器からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、
前記所定の周期と同じ周期の間に前記デジタル信号を入力し、前記選択イオンの時間的出現プロファイルを取得する第１データ処理部と、
前記取得した前記選択イオンの前記時間的出現プロファイルを、前記イオンパルスに対する所定の出現時間にわたり積分し、その積分値を前記選択イオンのイオン強度として算出する第２データ処理部と、
前記積分に際して前記データ処理部から参照される前記所定の出現時間を記憶し、前記選択イオンの時間的出現プロファイル及び前記イオン強度を記録するメモリ装置と、
を備え、
前記イオン蓄積器が前記第１質量分析部と前記第２質量分析部との間に設けられる場合、前記衝突室が前記イオン蓄積器を兼ねて前記閉鎖及び開放閉鎖動作を所定の周期毎に行って前記プロダクトイオンのイオンパルスを発生し、
前記第１及び第２質量分析部は、四重極質量分析法、磁場型偏向質量分析法、又は該質量分析器内でイオンの軌道を質量電荷比毎に分散させ常に下流に輸送する方法の何れかを適用することを特徴とする質量分析装置。
【請求項３】
前記第１データ処理部は前記選択イオンのイオンパルスを複数回発生させて得た前記選択イオンの複数の時間的出現プロファイルを取得し、
前記第２データ処理部は前記複数の時間的出現プロファイルのそれぞれについて求めた前記積分値を合計した値を前記選択イオンのイオン強度とすることを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の質量分析装置。
【請求項４】
前記選択イオンを変化させて、選択イオン毎のイオン強度のデータからなる質量スペクトルを取得することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の質量分析装置。
【請求項５】
前記時間的出現プロファイルの波高弁別を行う波高弁別部と、
前記所定の出現時間を算出する出現時間算出部と、
を更に備え、
前記波高弁別部は、既知で且つ互いが異なる質量電荷比の複数の較正用時間的出現プロファイルに対して波高弁別を行い、複数の較正用出現時間を取得し、
前記出現時間算出部は、複数の較正用出現時間を内挿することにより任意の選択イオンに対する出現時間を算出し、前記所定の出現時間として前記メモリ装置に記憶させることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の質量分析装置。
【請求項６】
前記所定の周期は前記開放動作に要する時間よりも大きいことを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の質量分析装置。
【請求項７】
前記イオンパルスが減衰する時定数をβ、前記開放動作の時間をｔａ、前記所定の周期をＴ、前記ＡＤ変換器のサンプリング周期をＴｓとして、これらが、
【数１】
2010127714.tif 000020
の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の質量分析装置。
【請求項８】
前記イオンパルスが減衰する時定数をβ、前記開放動作の時間をｔａ、前記所定の周期をＴ、前記ＡＤ変換器のサンプリング周期をＴｓとして、これらが、
【数２】
2010127714.tif 000021
の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２の何れかに記載の質量分析装置。
【請求項９】
前記イオン蓄積器は、ＲＦ電場を発生する多重極イオンガイドと、前記多重極イオンガイドの前方に設けられる入口電極であって、前記生成イオン或るいは前記選択イオンを通過させるための開口部を有し、通過したイオンの逆流を防ぐ電場を発生する入口電極と、前記多重極イオンガイドの後方に設けられる出口電極であって、蓄積されたイオンを排出するための開口部を有し、前記閉鎖及び開放動作のための電場を発生する出口電極と、前記多重極イオンガイドにコリジョンガスを導入して衝突冷却を行うガス導入手段と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項１０】
前記イオン蓄積器が前記質量分析部と前記検出器との間に設けられる場合、前記イオン蓄積器は前記質量分析部が前記選択イオンを変える度に該イオン蓄積器に蓄積されたイオンを全て排出することを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項１１】
前記衝突室が前記イオン蓄積器を兼ねる場合、前記衝突室は、ＲＦ電場を発生する多重極イオンガイドと、前記多重極イオンガイドの前方に設けられる入口電極であって、前記プレカーサーイオンを通過させる開口部を有し、通過した該プレカーサーイオンの逆流を防ぐ電場を発生する入口電極と、前記多重極イオンガイドの後方に設けられる出口電極であって、蓄積されたイオンを排出するための開口部を有し、前記閉鎖及び開放動作のための電場を発生する出口電極と、前記多重極イオンガイドにコリジョンガスを導入して衝突冷却を行うガス導入手段と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の質量分析装置。
【請求項１２】
前記イオン蓄積器が前記第２質量分析部と前記検出器との間に設けられる場合、前記衝突室はコリジョンガスを導入して衝突冷却を行うガス導入手段を備え、前記イオン蓄積器は、ＲＦ電場を発生する多重極イオンガイドと、前記多重極イオンガイドの前方に設けられる入口電極であって、前記選択イオンを通過させる開口部を有し、通過した該生成イオンの逆流を防ぐ電場を発生する入口電極と、前記多重極イオンガイドの後方に設けられる出口電極であって、蓄積された前記選択イオンを排出するための開口部を有し、前記前記閉鎖及び開放動作のための電場を発生する出口電極と、を含むことを特徴とする請求項２に記載の質量分析装置。
【請求項１３】
前記イオン蓄積器が前記第２質量分析部と前記検出器との間に設けられる場合、前記イオン蓄積器は前記第２質量分析部が前記選択イオンを変える度に、該イオン蓄積器に蓄積されたイオンを全て排出することを特徴とする請求項２に記載の質量分析装置。
【請求項１４】
試料を連続的にイオン化する第１工程と、
前記第１工程による生成イオンに対して質量分析を行い、所望のイオンを選択イオンとして選択する第２工程と、
前記第２工程の前に、前記生成イオンに対して閉鎖及び開放動作を所定の周期毎に行ってイオンパルスを発生する、若しくは前記第２工程の後に、前記選択イオンに対して前記閉鎖及び開放動作を前記所定の周期毎に行ってイオンパルスを発生する第３工程と、
前記選択イオンのイオンパルスを含むアナログ信号を出力する第４工程と、
前記検出器からのアナログ信号をデジタル信号に変換する第５工程と、
前記所定の周期と同じ周期の間に前記デジタル信号を入力し、前記選択イオンの時間的出現プロファイルを取得する第６工程と、
前記取得した前記選択イオンの前記時間的出現プロファイルを、前記イオンパルスに対する所定の出現時間にわたり積分し、その積分値を前記選択イオンのイオン強度として算出する第７工程と、
前記積分に際して前記データ処理部から参照される前記所定の出現時間を記憶し、前記選択イオンの時間的出現プロファイル及び前記イオン強度を記録する第８工程と、
を備え、
前記質量分析には、四重極質量分析法、磁場型偏向質量分析法、又は該質量分析器内でイオンの軌道を質量電荷比毎に分散させ常に下流に輸送する方法の何れかを適用することを特徴とする質量分析方法。
【請求項１５】
試料を連続的にイオン化する第１工程と、
前記第１工程による生成イオンに対して質量分析を行い、所望のプレカーサーイオンを選択する第２工程と、
前記プレカーサーイオンを開裂させ、プロダクトイオンを生成する第３工程と、
前記プレカーサーイオン及び前記プロダクトイオンに対して質量分析を行い、所望のイオンを選択イオンとして選択する第４工程と、
前記第４工程の前に、閉鎖及び開放動作を所定の周期毎に行って前記プレカーサーイオン又は前記プロダクトイオンのイオンパルスを発生する、若しくは、前記第４工程の後に前記閉鎖及び開放動作を前記所定の周期毎に行って前記選択イオンのイオンパルスを発生する第５工程と、
前記選択イオンのイオンパルスを含むアナログ信号を出力する第６工程と、
前記検出器からのアナログ信号をデジタル信号に変換する第７工程と、
前記所定の周期と同じ周期の間に前記デジタル信号を入力し、前記選択イオンの時間的出現プロファイルを取得する第８工程と、
前記取得した前記選択イオンの前記時間的出現プロファイルを、前記イオンパルスに対する所定の出現時間にわたり積分し、その積分値を前記選択イオンのイオン強度として算出する第９工程と、
前記積分に際して前記データ処理部から参照される前記所定の出現時間を記憶し、前記選択イオンの時間的出現プロファイル及び前記イオン強度を記録する第１０工程と、
を備え、
前記第２工程及び第４工程における質量分析は、四重極質量分析法、磁場型偏向質量分析法、又は該質量分析器内でイオンの軌道を質量電荷比毎に分散させ常に下流に輸送する方法の何れかを適用することを特徴とする質量分析方法。
【請求項１６】
前記選択イオンのイオンパルスを複数回発生させて得た前記選択イオンの複数の時間的出現プロファイルのそれぞれについて求めた前記積分値を合計した値を前記選択イオンのイオン強度として用いることを特徴とする請求項１４又は請求項１５の何れかに記載の質量分析方法。
【請求項１７】
前記選択イオンを変化させて、選択イオン毎のイオン強度のデータからなる質量スペクトルを取得することを特徴とする請求項１４乃至請求項１６の何れかに記載の質量分析方法。
【請求項１８】
前記時間的出現プロファイルの波高弁別を行う波高弁別工程と、
前記所定の出現時間を算出する出現時間算出工程と、
を更に備え、
前記波高弁別工程では、既知で且つ互いが異なる質量電荷比の複数の較正用時間的出現プロファイルに対して波高弁別を行い、複数の較正用出現時間を取得し、
前記出現時間算出工程では、複数の較正用出現時間を内挿することにより任意の選択イオンに対する出現時間を算出し、前記所定の出現時間として前記メモリ装置に記憶させることを特徴とする請求項１４乃至請求項１７の何れかに記載の質量分析方法。
【請求項１９】
前記所定の周期は前記開放動作に要する時間よりも大きいことを特徴とする請求項１４又は請求項１５の何れかに記載の質量分析方法。
【請求項２０】
前記イオンパルスが減衰する時定数をβ、前記開放動作の時間をｔａ、前記所定の周期をＴ、前記ＡＤ変換器のサンプリング周期をＴｓとして、これらが、
【数３】
2010127714.tif 000022
の関係を満たすことを特徴とする請求項１４又は請求項１５の何れかに記載の質量分析方法。
【請求項２１】
前記イオンパルスが減衰する時定数をβ、前記開放動作の時間をｔａ、前記所定の周期をＴ、前記ＡＤ変換器のサンプリング周期をＴｓとして、これらが、
【数４】
2010127714.tif 000023
の関係を満たすことを特徴とする請求項１４又は請求項１５の何れかに記載の質量分析方法。
【請求項２２】
前記第３工程は、更に、ＲＦ電場を発生するＲＦ電場発生工程と、前記ＲＦ電場の前方に、前記生成イオン或るいは前記選択イオンを通過させ、且つ、通過したイオンの逆流を防ぐ電場を発生する第１電場発生工程と、前記ＲＦ電場の後方に、前記閉鎖及び開放動作のための電場を発生する第２電場発生工程と、コリジョンガスを導入して衝突冷却を行うガス導入工程と、を含むことを特徴とする請求項１４に記載の質量分析方法。
【請求項２３】
前記第３工程において前記第２工程の後に前記選択イオンに対して前記閉鎖及び開放動作を前記所定の周期毎に行ってイオンパルスを発生する場合、該第３工程は、前記第２工程における前記選択イオンの選択を変える度に、前記閉鎖動作によって蓄積されたイオンを全て排出する工程を更に含むことを特徴とする請求項１４に記載の質量分析方法。
【請求項２４】
前記第５工程は、更に、ＲＦ電場を発生するＲＦ電場発生工程と、前記ＲＦ電場の前方に、前記生成イオン或るいは前記選択イオンを通過させ、且つ、通過したイオンの逆流を防ぐ電場を発生する第１電場発生工程と、前記ＲＦ電場の後方に、前記閉鎖及び開放動作のための電場を発生する第２電場発生工程と、コリジョンガスを導入して衝突冷却を行うガス導入工程と、を含むことを特徴とする請求項１５に記載の質量分析方法。
【請求項２５】
前記第３工程は、更に、コリジョンガスを導入して衝突冷却を行うガス導入工程を含むことを特徴とする請求項１５に記載の質量分析方法。
【請求項２６】
前記第５工程において前記第４工程の後に前記閉鎖及び開放動作を前記所定の周期毎に行って前記選択イオンのイオンパルスを発生する場合、該第５工程は、前記第２工程における前記選択イオンの選択を変える度に、前記閉鎖動作によって蓄積されたイオンを全て排出する工程を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の質量分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は質量分析装置及び質量分析法に関し、特に、連続イオン源とイオン蓄積器からなる質量分析装置及び当該装置に適用される質量分析法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）、大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）、電子衝撃イオン化法（ＥＩ）、化学イオン化法（ＣＩ）などのイオン化法では、導入される試料を連続的にイオン化する連続イオン源が用いられる。
【０００３】
この連続イオン源を用いた従来の質量分析装置１００の構成を図１２に示す。
【０００４】
測定する試料（図示せず）は試料導入部１０１を介して連続イオン源１０２に導入される。連続イオン源１０２は導入された試料を上記のイオン法を用いてイオン化し、生成したイオンは分析部１１４に輸送される。
【０００５】
分析部１１４には電源部１２０から出力されたＲＦ電圧と直流電圧が供給され、所望の質量電荷比のイオンが選択される。具体的には、四重極質量分析法を用いてイオンの軌道が空間的に分離され、所定の軌道上のイオンのみが下流に輸送される。
【０００６】
分析部１１４で選択されたイオンは検出器１１５によって検出される。検出器１１５はイオンの検出時にアナログ信号を出力する。アナログ信号はＡＤ変換器１１６によってサンプリングされデジタル信号に変換される。デジタル信号はデータ処理部１１７で積算され、メモリ装置１１８に格納される。
【０００７】
制御部１２７は、試料導入の開始を命令する制御信号１５０を試料導入部１０１に出力する。制御部１２７は電源部１２０に制御信号１５２を出力し、分析部１１４に供給されるＲＦ電圧と直流電圧を制御する。
【０００８】
データ処理部１１７には制御部１２７からの制御信号１５０、１５２をそれぞれ参照した信号１６０、１６２が入力される。データ処理部１１７ではこれらの参照信号１６０、１６２に基づいてデジタル信号が処理され、試料導入を開始してからの経過時刻と、そのとき分析部１１４で選択されたイオンの質量電荷比と、強度とが、メモリ装置１１８に記録される。
【０００９】
質量分析装置の質量分解能及び検出感度を上げるため、連続イオン源１０２と分析部１１４との間にイオンの冷却を目的とした多重極イオンガイド１２３が設置されることもある。この場合、多重極イオンガイド１２３の出入口には入口電極１２２と出口電極１２４が設置される。また、イオンを衝突冷却するため、多重極イオンガイド１２３にヘリウムやアルゴン等のコリジョンガスを導入するガス導入手段１２６が設けられることもある。
【００１０】
入口電極１２２と出口電極１２４には、イオンの透過率を調整するための直流電圧が供給される。また、多重極イオンガイド１２３には、イオンを動径方向に閉じ込めるためのＲＦ電圧が印加される。上記の直流電圧とＲＦ電圧は電源部１１９から供給される。これらの電圧は制御部１２７からの制御信号１５１によって制御されている。
【００１１】
連続イオン源を用いた質量分析装置の別の例を図１３に示す。図中の参照符号において図１２と同符号のものは、前述の例で説明した内容と同義であるので説明を割愛する。
【００１２】
図１３に示す質量分析装置２００は、四重極質量分析法を用いた質量分析を行う第１分析部１３０及び第２分析部１３１を有する。即ち、第１及び第２分析部１３０、１３１はイオン軌道を空間的に分離し、且つ、選択イオンを常に下流へと輸送する。第１及び第２分析部１３０、１３１はそれぞれ衝突室１０３の上流側と下流側に設けられる。
【００１３】
衝突室１０３は多重極イオンガイド１２３とその出入口に設置された入口電極１２２、出口電極１２４、及びガス導入手段１２６から構成される。
【００１４】
第１分析部１３０で選択されたイオンはプレカーサーイオンと呼ばれる。このプレカーサーイオンは衝突室１０３に入射する。コリジョンガスを導入した場合、衝突室１０３においてプレカーサーイオンの一部は衝突誘起解離によって開裂する。プレカーサーイオンの開裂によって生成したイオンはプロダクトイオンと呼ばれる。プロダクトイオンと衝突室で開裂しなかったプレカーサーイオンは共に第２分析部１３１で分離され、所望の質量電荷比のみをもつイオンのみが検出器１１５に入射し、アナログ信号１１２となる。
【００１５】
第１分析部１３０、第２分析部１３１にはそれぞれ電源部１１０、１２０から出力されたＲＦ電圧と直流電圧が供給される。これらの電圧は制御部１２７が出力する制御信号１５２、１５３によって制御される。
【００１６】
データ処理部１１７には制御部１２７から制御信号１５０、１５２、１５３を参照した信号１６０、１６２、１６３が入力される。データ処理部１１７ではこれらの参照信号１６０、１６２、１６３に基づいてデジタル信号が処理され、試料導入を開始してからの経過時刻と、そのとき第２分析部で選択されたイオンの質量電荷比と強度、及びそのイオンのプレカーサーイオンとして第１分析部で選択されたイオンの質量電荷比とがメモリ装置１１８に記録される。
【００１７】
連続イオン源を有する質量分析装置の特徴は、試料が連続的にイオン化される限り、検出器にも連続したイオン流が入射することにある。図１３の例でも、衝突室に連続的に入射するプレカーサーイオンによってプロダクトイオンが連続的に生成する。このように検出器に連続流を入射させる方法をガイド法と呼ぶことにする。ガイド法ではイオンの信号が連続的に得られるため、サンプリング後のデジタル信号を全て積算する。
【００１８】
一方、連続イオン源１０２から検出器１１５までの間に設置されたイオン蓄積器によって、連続流をパルス化して検出器１１５に入射させることができる。この方法をパルス排出法と呼ぶことにする。上記二例では入口電極１２２、多重極イオンガイド１２３、出口電極１２４によってイオン蓄積器が構成され、ここでイオンを蓄積する電位分布を発生し、出口電極１２４に蓄積されたイオンを排出するようなパルス電圧を印加することで連続流をパルス化する。ただし、連続イオン源１０２からイオン蓄積器へのイオンの流入は定常的に行われる。以下、「閉鎖」とはイオン蓄積器によるイオンの蓄積を意味し、「開放」とはイオン蓄積器内に蓄積されたイオンの排出を意味するものとする。
【００１９】
パルス排出法では、イオンの透過率を改善することなくガイド法よりも高感度な測定ができる。非特許文献１にはパルス排出法を用いた三連型四重極分析装置（QqQ: triple quadrupole mass spectrometer）が記載されている。同文献によれば、三連型四重極分析装置のコリジョンセルが一定時間イオンを蓄積した後、当該イオンを排出する。これにより、通常の連続流よりも一時的に高い強度のイオンパルスが生成される。このイオンパルスの最大値を記録することでガイド法よりも高い検出感度が得られる。
【００２０】
パルス排出法によって発生するイオンパルスの波形について説明する。
【００２１】
蓄積器の出口電極に、開放時間ｔａと閉鎖時間ｔｂのゲートパルスを周期Ｔ（＝ｔａ＋ｔｂ）で印加すれば、検出器に到達したイオンの強度の時間的変化は図１４に示す波形のようになる。即ち、開放時間ｔａとほぼ等しい時間の間は有意な強度が得られ、閉鎖時間ｔｂの間は強度が０になる。この波形は最大値Ｓｘ、時定数βで減衰する指数関数Ｙで表すことができる。開放時間ｔａが時定数βよりも十分大きい場合、波形の強度は漸近的に一定値Ｓｃに近づく。なお、この値Ｓｃがガイド法において検出される連続流の強度である。時定数βはイオン蓄積器の構成や印加電圧設定によって決まる。
【００２２】
パルス排出法において、排出周期Ｔの間に検出器に入射するイオン量Ｉｐは、１個のイオンパルス波形の面積で表せるので、
【数５】
2010127714.tif 000003
【００２３】
となる。（１）式の被積分関数が図１４に示す関数Ｙである。
【００２４】
一方、ガイド法において排出周期Ｔの間に検出器へ入射するイオン量は（Ｓｃ＊Ｔ）になる。
【００２５】
パルス排出法とガイド法においてイオンの透過率が等しいとき、イオン量Ｉｐとイオン量（Ｓｃ＊Ｔ）は等しくなるのでイオンパルスの最大値Ｓｘは、
【数６】
2010127714.tif 000004
【００２６】
となる。非特許文献１はこの最大値Ｓｘを記録する方法を示しており、この方法をピーク値記録法と呼ぶことにする。ピーク値記録法及びガイド法におけるイオン透過率が共に等しい場合、ピーク値記録法での信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）ａは、排出周期Ｔの積算時間で、
【数７】
2010127714.tif 000005
【００２７】
となる。ここで、Ｎ０はノイズ強度の標準偏差である。一方、ガイド法において排出周期Ｔに亘って信号を積算した場合の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）ｇは、
【数８】
2010127714.tif 000006
【００２８】
となる。ここで、ＴｓはＡＤ変換器のサンプリング周期である。ピーク値記録法による信号対雑音比がガイド法を上回るには、（３）式及び（４）式よりも、
【数９】
2010127714.tif 000007
【００２９】
となる必要がある。
【非特許文献１】Internal Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes, vol.82 (1988) p.1-15
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
ガイド法を用いた質量分析装置の感度を上げるには、一般的にイオン源から検出器に至るイオン透過率を向上させなければならない。透過率の向上は通常、イオン軌道計算を基に行われるが、実際の軌道が計算から大きくずれる場合もあり、計算で予測した透過率と実際の透過率が一致することは稀である。そこで、最終的には試行錯誤しながら改良を繰り返すことも多く、時間と労力を費やすことになる。
【００３１】
一方、ピーク値記録法では、高速なサンプリングを行うと検出感度がガイド法よりも悪化する場合がある。ピーク値記録法では、ガイド法よりも検出感度が高い条件、即ち（５）式の条件を満たすには、サンプリング周期Ｔｓが大きいほど有利である。例えば、Ｔａ＝１ｍｓ、Ｔｂ＝９ｍｓ、Ｔ＝Ｔａ＋Ｔｂ＝１０ｍｓ、β＝１ｍｓとすると、サンプリング周期Ｔｓが６４μｓ以上でなければ、ガイド法よりも検出感度が良くならない。従って、速いサンプリング速度が要求される多成分試料の一斉分析などには適用できない。
【００３２】
そこで、本発明は、ガイド法におけるイオン透過率を改善せずに、サンプリング周期に関係なく、ガイド法よりも高い感度を実現する質量分析装置及び質量分析法を提供すること、また、ピーク値記録法より更に高い感度を実現する質量分析装置及び質量分析法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
請求項１の発明は質量分析装置であって、試料を連続的にイオン化する連続イオン源と、前記連続イオン源の後段に設けられる質量分析部であって、前記連続イオン源による生成イオンのうち所望のイオンを選択イオンとして選択する質量分析部と、前記質量分析部の前段に設けられ、閉鎖及び開放動作を所定の周期毎に行って前記連続イオン源で生成されたイオンのイオンパルスを発生する、若しくは、前記質量分析部の後段に設けられ、前記閉鎖及び開放動作を前記所定の周期毎に行って前記選択イオンのイオンパルスを発生するイオン蓄積器と、前記選択イオンのイオンパルスを含むアナログ信号を出力する検出器と、前記検出器からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、前記所定の周期と同じ周期の間に前記デジタル信号を入力し、前記選択イオンの時間的出現プロファイルを取得する第１データ処理部と、前記取得した前記選択イオンの時間的出現プロファイルを、前記イオンパルスに対する所定の出現時間にわたり積分し、その積分値を前記選択イオンのイオン強度として算出する第２データ処理部と、前記積分に際して前記データ処理部から参照される前記所定の出現時間を記憶し、前記選択イオンの時間的出現プロファイル及び前記イオン強度を記録するメモリ装置と、を備え、前記質量分析部は、四重極質量分析法、磁場型偏向質量分析法、又は該質量分析器内でイオンの軌道を質量電荷比毎に分散させ常に下流に輸送する方法の何れかを適用することを特徴とする。
【００３４】
請求項２の発明は質量分析装置であって、試料を連続的にイオン化する連続イオン源と、前記連続イオン源の後段に設けられる第１質量分析部であって、前記連続イオン源による生成イオンのうち所望のプレカーサーイオンを選択する第１質量分析部と、第１質量分析部の後段に設けられる衝突室であって、前記プレカーサーイオンを開裂させ、プロダクトイオンを生成する衝突室と、前記衝突室の後段に設けられる第２質量分析部であって、前記プロダクトイオンの中から所望のイオンを選択イオンとして選択する第２質量分析部と、前記第１質量分析部と前記第２質量分析部の間に設けられ、閉鎖及び開放動作を所定の周期毎に行って前記プロダクトイオンのイオンパルスを発生する、若しくは、前記第２質量分析部の後段に設けられ、前記閉鎖及び開放動作を前記所定の周期毎に行って前記選択イオンによるイオンパルスを発生するイオン蓄積器と、前記選択イオンのイオンパルスを含むアナログ信号を出力する検出器と、前記検出器からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、前記所定の周期と同じ周期の間に前記デジタル信号を入力し、前記選択イオンの時間的出現プロファイルを取得する第１データ処理部と、前記取得した前記選択イオンの前記時間的出現プロファイルを、前記イオンパルスに対する所定の出現時間にわたり積分し、その積分値を前記選択イオンのイオン強度として算出する第２データ処理部と、前記積分に際して前記データ処理部から参照される前記所定の出現時間を記憶し、前記選択イオンの時間的出現プロファイル及び前記イオン強度を記録するメモリ装置と、を備え、前記イオン蓄積器が前記第１質量分析部と前記第２質量分析部との間に設けられる場合、前記衝突室が前記イオン蓄積器を兼ねて前記閉鎖及び開放閉鎖動作を所定の周期毎に行って前記プロダクトイオンのイオンパルスを発生し、前記第１及び第２質量分析部は、四重極質量分析法、磁場型偏向質量分析法、又は該質量分析器内でイオンの軌道を質量電荷比毎に分散させ常に下流に輸送する方法の何れかを適用することを特徴とする。
【００３５】
請求項３の発明は請求項１又は請求項２の何れかに記載の質量分析装置において、前記第１データ処理部は前記選択イオンのイオンパルスを複数回発生させて得た前記選択イオンの複数の時間的出現プロファイルを取得し、前記第２データ処理部は前記複数の時間的出現プロファイルのそれぞれについて求めた前記積分値を合計した値を前記選択イオンのイオン強度とすることを特徴とする。
【００３６】
請求項４の発明は請求項１乃至請求項３の何れかに記載の質量分析装置において、前記選択イオンを変化させて、選択イオン毎のイオン強度のデータからなる質量スペクトルを取得することを特徴とする。
【００３７】
請求項５の発明は請求項１乃至請求項４の何れかに記載の質量分析装置において、前記時間的出現プロファイルの波高弁別を行う波高弁別部と、前記所定の出現時間を算出する出現時間算出部と、を更に備え、前記波高弁別部は、既知で且つ互いが異なる質量電荷比の複数の較正用時間的出現プロファイルに対して波高弁別を行い、複数の較正用出現時間を取得し、前記出現時間算出部は、複数の較正用出現時間を内挿することにより任意の選択イオンに対する出現時間を算出し、前記所定の出現時間として前記メモリ装置に記憶させることを特徴とする。
【００３８】
請求項６の発明は請求項１又は請求項２の何れかに記載の質量分析装置において、前記所定の周期は前記開放動作に要する時間よりも大きいことを特徴とする。
【００３９】
請求項７の発明は請求項１又は請求項２の何れかに記載の質量分析装置において、前記イオンパルスが減衰する時定数をβ、前記開放動作の時間をｔａ、前記所定の周期をＴ、前記ＡＤ変換器のサンプリング周期をＴｓとして、これらが、
【数１０】
2010127714.tif 000008
【００４０】
の関係を満たすことを特徴とする。
【００４１】
請求項８の発明は請求項１又は請求項２の何れかに記載の質量分析装置において、前記イオンパルスが減衰する時定数をβ、前記開放動作の時間をｔａ、前記所定の周期をＴ、前記ＡＤ変換器のサンプリング周期をＴｓとして、これらが、
【数１１】
2010127714.tif 000009
【００４２】
の関係を満たすことを特徴とする。
【００４３】
請求項９の発明は請求項１に記載の質量分析装置において、前記イオン蓄積器は、ＲＦ電場を発生する多重極イオンガイドと、前記多重極イオンガイドの前方に設けられる入口電極であって、前記生成イオン或るいは前記選択イオンを通過させるための開口部を有し、通過したイオンの逆流を防ぐ電場を発生する入口電極と、前記多重極イオンガイドの後方に設けられる出口電極であって、蓄積されたイオンを排出するための開口部を有し、前記閉鎖及び開放動作のための電場を発生する出口電極と、前記多重極イオンガイドにコリジョンガスを導入して衝突冷却を行うガス導入手段と、を含むことを特徴とする。
【００４４】
請求項１０の発明は請求項１に記載の質量分析装置において、前記イオン蓄積器が前記質量分析部と前記検出器との間に設けられる場合、前記イオン蓄積器は前記質量分析部が前記選択イオンを変える度に該イオン蓄積器に蓄積されたイオンを全て排出することを特徴とする。
【００４５】
請求項１１の発明は請求項２に記載の質量分析装置において、前記衝突室が前記イオン蓄積器を兼ねる場合、前記衝突室は、ＲＦ電場を発生する多重極イオンガイドと、前記多重極イオンガイドの前方に設けられる入口電極であって、前記プレカーサーイオンを通過させる開口部を有し、通過した該プレカーサーイオンの逆流を防ぐ電場を発生する入口電極と、前記多重極イオンガイドの後方に設けられる出口電極であって、蓄積されたイオンを排出するための開口部を有し、前記閉鎖及び開放動作のための電場を発生する出口電極と、前記多重極イオンガイドにコリジョンガスを導入して衝突冷却を行うガス導入手段と、を含むことを特徴とする。
【００４６】
請求項１２の発明は請求項２に記載の質量分析装置において、前記イオン蓄積器が前記第２質量分析部と前記検出器との間に設けられる場合、前記衝突室はコリジョンガスを導入して衝突冷却を行うガス導入手段を備え、前記イオン蓄積器は、ＲＦ電場を発生する多重極イオンガイドと、前記多重極イオンガイドの前方に設けられる入口電極であって、前記選択イオンを通過させる開口部を有し、通過した該生成イオンの逆流を防ぐ電場を発生する入口電極と、前記多重極イオンガイドの後方に設けられる出口電極であって、蓄積された前記選択イオンを排出するための開口部を有し、前記前記閉鎖及び開放動作のための電場を発生する出口電極と、を含むことを特徴とする。
【００４７】
請求項１３の発明は請求項２に記載の質量分析装置において、前記イオン蓄積器が前記第２質量分析部と前記検出器との間に設けられる場合、前記イオン蓄積器は前記第２質量分析部が前記選択イオンを変える度に、該イオン蓄積器に蓄積されたイオンを全て排出することを特徴とする。
【００４８】
請求項１４の発明は質量分析方法であって、試料を連続的にイオン化する第１工程と、前記第１工程による生成イオンに対して質量分析を行い、所望のイオンを選択イオンとして選択する第２工程と、前記第２工程の前に、前記生成イオンに対して閉鎖及び開放動作を所定の周期毎に行ってイオンパルスを発生する、若しくは前記第２工程の後に、前記選択イオンに対して前記閉鎖及び開放動作を前記所定の周期毎に行ってイオンパルスを発生する第３工程と、前記選択イオンのイオンパルスを含むアナログ信号を出力する第４工程と、前記検出器からのアナログ信号をデジタル信号に変換する第５工程と、前記所定の周期と同じ周期の間に前記デジタル信号を入力し、前記選択イオンの時間的出現プロファイルを取得する第６工程と、前記取得した前記選択イオンの前記時間的出現プロファイルを、前記イオンパルスに対する所定の出現時間にわたり積分し、その積分値を前記選択イオンのイオン強度として算出する第７工程と、前記積分に際して前記データ処理部から参照される前記所定の出現時間を記憶し、前記選択イオンの時間的出現プロファイル及び前記イオン強度を記録する第８工程と、を備え、前記質量分析には、四重極質量分析法、磁場型偏向質量分析法、又は該質量分析器内でイオンの軌道を質量電荷比毎に分散させ常に下流に輸送する方法の何れかを適用することを特徴とする。
【００４９】
請求項１５の発明は質量分析方法であって、試料を連続的にイオン化する第１工程と、前記第１工程による生成イオンに対して質量分析を行い、所望のプレカーサーイオンを選択する第２工程と、前記プレカーサーイオンを開裂させ、プロダクトイオンを生成する第３工程と、前記プレカーサーイオン及び前記プロダクトイオンに対して質量分析を行い、所望のイオンを選択イオンとして選択する第４工程と、前記第４工程の前に、閉鎖及び開放動作を所定の周期毎に行って前記プレカーサーイオン又は前記プロダクトイオンのイオンパルスを発生する、若しくは、前記第４工程の後に前記閉鎖及び開放動作を前記所定の周期毎に行って前記選択イオンのイオンパルスを発生する第５工程と、前記選択イオンのイオンパルスを含むアナログ信号を出力する第６工程と、前記検出器からのアナログ信号をデジタル信号に変換する第７工程と、前記所定の周期と同じ周期の間に前記デジタル信号を入力し、前記選択イオンの時間的出現プロファイルを取得する第８工程と、前記取得した前記選択イオンの前記時間的出現プロファイルを、前記イオンパルスに対する所定の出現時間にわたり積分し、その積分値を前記選択イオンのイオン強度として算出する第９工程と、前記積分に際して前記データ処理部から参照される前記所定の出現時間を記憶し、前記選択イオンの時間的出現プロファイル及び前記イオン強度を記録する第１０工程と、を備え、前記第２工程及び第４工程における質量分析は、四重極質量分析法、磁場型偏向質量分析法、又は該質量分析器内でイオンの軌道を質量電荷比毎に分散させ常に下流に輸送する方法の何れかを適用することを特徴とする。
【００５０】
請求項１６の発明は請求項１４又は請求項１５の何れかに記載の質量分析方法において、前記選択イオンのイオンパルスを複数回発生させて得た前記選択イオンの複数の時間的出現プロファイルのそれぞれについて求めた前記積分値を合計した値を前記選択イオンのイオン強度として用いることを特徴とする。
【００５１】
請求項１７の発明は請求項１４乃至請求項１６の何れかに記載の質量分析方法において、前記選択イオンを変化させて、選択イオン毎のイオン強度のデータからなる質量スペクトルを取得することを特徴とする。
【００５２】
請求項１８の発明は請求項１４乃至請求項１７の何れかに記載の質量分析方法において、前記時間的出現プロファイルの波高弁別を行う波高弁別工程と、前記所定の出現時間を算出する出現時間算出工程と、を更に備え、前記波高弁別工程では、既知で且つ互いが異なる質量電荷比の複数の較正用時間的出現プロファイルに対して波高弁別を行い、複数の較正用出現時間を取得し、前記出現時間算出工程では、複数の較正用出現時間を内挿することにより任意の選択イオンに対する出現時間を算出し、前記所定の出現時間として前記メモリ装置に記憶させることを特徴とする。
【００５３】
請求項１９の発明は請求項１４又は請求項１５の何れかに記載の質量分析方法において、前記所定の周期は前記開放動作に要する時間よりも大きいことを特徴とする。
【００５４】
請求項２０の発明は請求項１４又は請求項１５の何れかに記載の質量分析方法において、前記イオンパルスが減衰する時定数をβ、前記開放動作の時間をｔａ、前記所定の周期をＴ、前記ＡＤ変換器のサンプリング周期をＴｓとして、これらが、（６）式の関係を満たすことを特徴とする。
【００５５】
請求項２１の発明は請求項１４又は請求項１５の何れかに記載の質量分析方法において、前記イオンパルスが減衰する時定数をβ、前記開放動作の時間をｔａ、前記所定の周期をＴ、前記ＡＤ変換器のサンプリング周期をＴｓとして、これらが、（７）式の関係を満たすことを特徴とする。
【００５６】
請求項２２の発明は請求項１４に記載の質量分析方法において、前記第３工程は、更に、ＲＦ電場を発生するＲＦ電場発生工程と、前記ＲＦ電場の前方に、前記生成イオン或るいは前記選択イオンを通過させ、且つ、通過したイオンの逆流を防ぐ電場を発生する第１電場発生工程と、前記ＲＦ電場の後方に、前記閉鎖及び開放動作のための電場を発生する第２電場発生工程と、コリジョンガスを導入して衝突冷却を行うガス導入工程と、を含むことを特徴とする。
【００５７】
請求項２３の発明は請求項１４に記載の質量分析方法において、前記第３工程において前記第２工程の後に前記選択イオンに対して前記閉鎖及び開放動作を前記所定の周期毎に行ってイオンパルスを発生する場合、該第３工程は、前記第２工程における前記選択イオンの選択を変える度に、前記閉鎖動作によって蓄積されたイオンを全て排出する工程を更に含むことを特徴とする。
【００５８】
請求項２４の発明は請求項１５に記載の質量分析方法において、前記第５工程は、更に、ＲＦ電場を発生するＲＦ電場発生工程と、前記ＲＦ電場の前方に、前記生成イオン或るいは前記選択イオンを通過させ、且つ、通過したイオンの逆流を防ぐ電場を発生する第１電場発生工程と、前記ＲＦ電場の後方に、前記閉鎖及び開放動作のための電場を発生する第２電場発生工程と、コリジョンガスを導入して衝突冷却を行うガス導入工程と、を含むことを特徴とする。
【００５９】
請求項２５の発明は請求項１５に記載の質量分析方法において、前記第３工程は、更に、コリジョンガスを導入して衝突冷却を行うガス導入工程を含むことを特徴とする。
【００６０】
請求項２６の発明は請求項１５に記載の質量分析方法において、前記第５工程において前記第４工程の後に前記閉鎖及び開放動作を前記所定の周期毎に行って前記選択イオンのイオンパルスを発生する場合、該第５工程は、前記第２工程における前記選択イオンの選択を変える度に、前記閉鎖動作によって蓄積されたイオンを全て排出する工程を更に含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００６１】
本発明の質量分析装置及び質量分析方法は下記の効果を有する。
【００６２】
１．イオン蓄積器で開放時間ｔａ、閉鎖時間ｔｂ、排出周期Ｔ＝ｔａ＋ｔｂのパルス排出を行い、蓄積器から検出器までの選択イオンの時間的出現プロファイルを計測する。飛行時間軸上でその選択イオンのイオンパルスが出現する時間に亘って信号強度を積分したものを、その選択イオンのイオン強度とすることで、感度はサンプリング周期Ｔｓに依らずガイド法よりも（Ｔ／ｔａ）１／２倍向上する。
【００６３】
２．上記１の動作で、（６）式の条件を満たすように、開放時間ｔａ、排出周期Ｔ、サンプリング周期Ｔｓを設定すると、このときの感度はサンプリング周期Ｔｓに依らず、ガイド法よりも（Ｔ／ｔａ）１／２倍向上する。また、この感度はピーク値記録法よりも高くなる。ここでβはイオン蓄積器の構成や電圧設定によって決まるイオンパルスの時定数である。
【００６４】
３．上記１の動作で、（７）式の条件を満たすように、開放時間ｔａ、排出周期Ｔ、サンプリング周期Ｔｓを設定すると、このときの感度はサンプリング周期Ｔｓに依らず、ガイド法よりも（Ｔ／ｔａ）１／２倍向上する。さらに、この感度は排出周期Ｔに依らず、ピーク値記録法よりも向上する。ここでβはイオン蓄積器の構成や電圧設定によって決まるイオンパルスの時定数である。
【００６５】
４．実測定で選択するイオンによるイオンパルスの出現時間を、予備測定で予め決定しておくことで、実測定では時間的出現プロファイル中で検出限界以下となるイオンパルスについてもその出現時間に亘って信号強度を積分することができる。
【００６６】
５．イオン蓄積器内での衝突冷却によりも、一度蓄積器に流入したイオンが再度、上流側へ抜け出すのを阻止することで、イオン源から検出器に至るイオン透過率をガイド法とほぼ同じにできる。
【００６７】
６．質量分析部での選択イオンが変化する度にイオン蓄積器内にあるイオンを全て排出することで、過去に選択されたイオンとの干渉を無くし、イオンの正確な同定ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６８】
本発明の各実施形態について説明する。以下に述べる各実施形態では、正イオンの測定を想定して説明しているが、負イオンの測定にも適用可能である。その場合には、印加する電圧の極性を反転すればよい。
【００６９】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１実施形態に係る質量分析装置の模式図である。
【００７０】
図１に示すように、第１実施形態に係る質量分析装置１０は、試料導入部１１と、連続イオン源１２と、イオン蓄積器１３と、質量分析部１４と、検出器１５とを備える。更に、検出器１５からの信号を処理するため、ＡＤ変換器１６と、第１データ処理部１７と、第２データ処理部１８と、波高弁別部１９と、出現時間算出部２０と、メモリ装置２１とを備える。
【００７１】
試料導入部１１は連続イオン源１２に試料を導入する。この導入は制御部３０からの制御信号に基づいて開始される。
【００７２】
連続イオン源１２は試料導入部１１から導入された試料（図示せず）を連続的にイオン化する。このイオン化にはエレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）、大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）、電子衝撃イオン化法（ＥＩ）、化学イオン化法（ＣＩ）など連続的にイオン化する方法が用いられる。
【００７３】
連続イオン源１２の電位はイオン蓄積器１３の多重極イオンガイドによって生じる光軸上の電位（軸電位）よりも高い電位に設定されており、生成されたイオン流は光軸に沿ってイオン蓄積器１３に輸送される。
【００７４】
イオン蓄積器１３は開口部２２ａを有する入口電極２２と、多重極イオンガイド２３と、開口部２４ａを有する出口電極２４とを備える。後述するようにイオン蓄積器１３は、入口電極２２、多重極イオンガイド２３、出口電極２４によって生じる電位分布（トラップポテンシャル）によって連続イオン源１２から輸送されたイオンを蓄積する。
【００７５】
入口電極２２は連続イオン源１２と多重極イオンガイド２３との間に設けられ、その開口部２２ａはイオンを通過させるため、光軸２５上に位置する。入口電極２２の電位は、連続イオン源１２からのイオンの入射を許容し、且つ多重極イオンガイド２３に存在するイオンが逆流しない程度の電位に設定される。この電位によってイオンは連続的にイオン蓄積器１３内に入射される。
【００７６】
多重極イオンガイド２３は光軸２５に沿って設けられた多極子から構成される。多重極イオンガイド２３には、イオンを動径方向に閉じ込めるためのＲＦ電圧Ｖｉｏｎと、当該イオンを軸方向に閉じ込めるための軸電圧とが印加される。
【００７７】
出口電極２４は多重極イオンガイド２３と質量分析部１４との間に設けられ、その開口部１４ａはイオンを通過させるため、光軸２５上に位置する。出口電極２４には周期時間Ｔのパルス電圧Ｖｐが印加され、イオンの蓄積動作と排出動作を交互に繰り返す。これにより蓄積されたイオンのイオンパルスが発生する。蓄積動作におけるパルス電圧Ｖｐは、所定時間ｔｂ（以下、閉鎖時間ｔｂ）の間、多重極イオンガイド２３の軸電位よりも高く設定される。即ち、閉鎖時間ｔｂの間はイオン蓄積器１３内にイオンを蓄積するトラップポテンシャルが形成される。一方、排出動作におけるパルス電圧Ｖｐは、所定時間ｔａ（以下、開放時間ｔａ）の間、上記軸電位よりも低く設定され、蓄積されたイオンは出口電極２４から排出される。本発明においては、この排出動作は１種類のイオン（即ち、１種類の質量電荷比のイオン）の測定時において少なくとも１回は行われる。
【００７８】
イオン蓄積器１３内に蓄積されるイオンは残留ガスとの衝突によって（即ち、衝突冷却によって）運動エネルギーが低下するので、閉鎖時間ｔｂの間はイオン蓄積器１３からの逸脱が抑制される。これによりイオン蓄積器１３内でのイオンの損失を抑え、連続イオン源１２から検出器１５に至るイオン透過率がガイド法を用いた場合とほぼ同じになる。
【００７９】
イオン蓄積器１３には冷却衝突用のガス導入手段２６をさらに備えても良い。ガス導入手段２６から導入されたガス（コリジョンガス）がイオン蓄積器１３に蓄積されたイオンと衝突することによって当該イオンは更に冷却されるので、イオンの蓄積を促進することができる。コリジョンガスには、ヘリウムやアルゴンなどが用いられる。
【００８０】
イオン蓄積器１３から排出されたイオンは質量分析部１４に輸送される。質量分析部１４は、その内部でイオンの軌道を質量電荷比毎に分散させ常に下流に輸送する質量分析を行う。この質量分析法は、例えば、四重極質量分析法や磁場型偏向質量分析法などである。四重極質量分析法を用いる場合、質量分析部１４は光軸２５と平行に設けられた四極子を有し、四極子には測定するイオン（以下、選択イオンと称する）の質量電荷比に応じて変化するＲＦ電圧が印加される。各選択イオンに対して、多重極イオンガイド２３のＲＦ電圧を最適化してもよい。この場合、質量分析部１４のＲＦ電圧と同じ周期で多重極イオンガイド２３のＲＦ電圧を変化させる。
【００８１】
電源部２７はイオン蓄積器１３に印加する電圧を出力する。この出力電圧は制御部３０からの制御信号５１によって制御される。
【００８２】
質量分析部１４を通過した選択イオンは検出器１５によって検出される。検出器１５は選択イオンを検出し、アナログ信号を出力する。即ち、アナログ信号には選択イオンのイオンパルスが含まれる。
【００８３】
検出器１５から出力されたアナログ信号は、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）１６によってサンプリング周期Ｔｓ毎にデジタル信号に変換される。
【００８４】
第１データ処理部１７は制御信号６０、６１、６２に基づいてデジタル信号を処理し、その結果をメモリ装置２１に格納する。ここで制御信号６０、６１、６２はそれぞれ、試料導入の開始、イオン蓄積器のトラップポテンシャル、質量分析部での選択イオンの制御を行っている。これにより、試料導入を開始してからの経過時刻（以下、分析時刻）と、そのときの選択イオンの時間的出現プロファイル、即ち、出口電極から排出された時間を基点とした選択イオンの時間的強度変化、および質量電荷比がメモリ装置２１に記録される。
【００８５】
第２データ処理部１８は、第１データ処理部１７によって取得された時間的出現プロファイルから選択イオンの強度を算出し、メモリ装置２１に記録する。この算出には波高弁別部１９及び出現時間算出部２０を用いた予備測定の結果を適用できる。選択イオン強度の算出及び予備測定に関しては詳細を後述する。
【００８６】
制御部３０はイオン蓄積器１３の各電極の電圧設定や、第１データ処理部１７における時間的出現プロファイル取得の開始・終了等の制御を行う。制御部３０によって制御された入口電極２２、多重極イオンガイド２３、出口電極２４、質量分析部１４の各電圧シーケンスを図２に示す。この図では一例として、サイクルタイムｔｍの間にｎｓ種類の選択イオンを測定する電圧シーケンスを表している。
【００８７】
入口電極２２には、連続イオン源１２からイオン蓄積器１３へのイオンの進入を許容する電圧Ｖｉｎが印加される。電圧Ｖｉｎはサイクルタイムｔｍ及び測定する選択イオンの種類に関わりなく一定である。
【００８８】
多重極イオンガイド２３にはＲＦ電圧が印加される。図２には、このＲＦ電圧の振幅をＲＦ振幅Ｖｉｏｎとして示している。ＲＦ振幅Ｖｉｏｎは後述の質量分析部１４に印加するＲＦ電圧の振幅（ＲＦ振幅Ｖｍａｓｓ）の変化に応じて変化させてもよい。この場合、各選択イオンに対してＲＦ振幅Ｖｉｏｎを最適化するために、ＲＦ電圧Ｖｍａｓｓと同じ周期で変化させる。
【００８９】
出口電極２４には、イオン蓄積器１３の閉鎖動作及び開放動作を繰り返し、イオンパルスを発生させるためのパルス電圧Ｖｐが印加される。なお、パルス電圧Ｖｐの周期（排出周期）はＴ（＝開放時間ｔａ＋閉鎖時間ｔｂ）である。従って、サイクルタイムｔｍの間にｔｍ／Ｔ回の排出動作が行われることになる。また、排出周期Ｔと開放時間ｔａは、後述の（１０）式又は（１２）式を満たすように設定される。
【００９０】
サイクルタイムｔｍ当たりにｎｓ種類の選択イオンを測定する場合、各選択イオンの測定時間（以下、デュウェルタイムｔｄ）はｔｍ／ｎｓとなる。従って、図２に示す例では各選択イオンにつきｔｍ／（ｎｓ＊Ｔ）回の排出動作が行われることになる。
【００９１】
質量分析部１４には選択イオンの質量電荷比に応じた振幅のＲＦ電圧が印加される。図２には、このＲＦ電圧の振幅（ＲＦ振幅）をＶｍａｓｓとして示している。
【００９２】
次にデジタル信号の処理について説明する。
【００９３】
図２に示した各排出動作によって、検出器１５にはパルス状の選択イオン流が入射される。このイオン流はイオンパルスとして検出器１５から出力される。従って、ＡＤ変換器１６はこのイオンパルスを含むアナログ信号をデジタル信号に変換する。なお、ＡＤ変換器１６のサンプリング周期をＴｓとする。
【００９４】
第１データ処理部１７は、出口電極２４にパルス電圧Ｖｐを印加するための制御部３０からの制御信号に基づいて、上記デジタル信号の取り込みを開始する。この制御信号は出口電極２４の電圧を制御する制御信号５２を参照することで得られる。従って、第１データ処理部１７では、この制御信号の入力時（通常、出口電極での排出開始時刻）を基点とする選択イオンの時間的出現プロファイルが排出周期Ｔ毎に算出される。また、後述する予備測定では、この時間的出現プロファイルを選択イオン毎に積算する。
【００９５】
図２に示す例では、１種類の選択イオンの測定に対してｔｍ／（ｎｓ＊Ｔ）回の排出動作が行われるので、ｔｍ／（ｎｓ＊Ｔ）個の時間的出現プロファイルが得られ、これらがメモリ装置２１に記憶される。
【００９６】
第２データ処理部１８は、メモリ装置２１に記憶された１種類の選択イオンに対する各時間的出現プロファイルの中で、イオンパルスが現れている時間（以下、出現時間）内の強度を積分する。この積分値を１種類の選択イオンに対して取得した時間的出現プロファイルの個数分だけ合計したものを、該当する選択イオンの、そのときの分析時刻におけるイオン強度としてメモリ装置２１に記録する。イオンパルスの出現時間は予めメモリ装置に記憶されているか、後述するように予備測定によって得られる。
【００９７】
このようにして、時間的出現プロファイルをイオンパルスの出現時間に亘って積分すればイオンパルスの面積値が得られる。以下、このようにイオンパルスの面積値を記録する方法を面積値記録法と呼ぶことにする。
【００９８】
本発明の面積値記録法では、上記の出現時間を予備測定によって取得しても良い。以下、この予備測定による出現時間の算出について説明する。
【００９９】
予備測定では、既知の質量電荷比のイオンが発生する試料を用いて、これらに対する時間的出現プロファイル（較正用時間的出現プロファイル）を複数種取得する。即ち、第１データ処理部１７は、各試料成分に対する時間的出現プロファイルを作成し、メモリ装置２１に記憶する。第２データ処理部では、各選択イオンに対して取得した時間的出現プロファイルをその個数分だけ積算する。図２の例では、１種類の選択イオンに対して得られたｔｍ／（ｎｓ＊Ｔ）個の時間的出現プロファイルを積算し、各選択イオンに対し１個の時間的出現プロファイルがメモリ装置２１に記憶される。
【０１００】
波高弁別部１９はこのようにメモリ装置２１に記憶された各選択イオンの時間的出現プロファイルに対してイオンパルスの出現時間を特定するための波高弁別を行い、その結果、所定の閾値以下の強度となる時間領域がイオンパルスの出現時間として時間的出現プロファイルから算出される。このように、各試料成分から発生した既知の質量電荷比のイオンに対するイオンパルスの出現時間（較正用出現時間）がメモリ装置２１に記憶される。
【０１０１】
出現時間算出部２０は、複数の較正用出現時間を内挿することで、任意の選択イオンの出現時間を算出する関数を求め、メモリ装置２１に記憶する。或いは、この関数に基づいた任意の選択イオン対する出現時間を表す数表をメモリ装置２１に記憶する。
【０１０２】
例えば、図３に示すように、時間的出現プロファイル上でのイオンパルス４１、４２、４３の各出現時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、当該イオンパルス４１、４２、４３の強度が所定の閾値Ｓｈ以上となる時間から特定できる。各出現時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は選択イオンの質量電荷比に依存している。従って、質量電荷比と出現時間との対応関係を複数取得し、図４に示すようにこれらに対して回帰分析を行って、任意の選択イオンに対する出現時間（例えば、図４のＴ４）を算出する関数ｇを求める。なお、予備測定におけるイオンパルスの閾値Ｓｈはメモリ装置２１に記録されたデータ、或いは、操作盤（図示せず）からのオペレータによる入力値を参照して決定される。
【０１０３】
この関数ｇ（或いは数表）を参照することで、任意の選択イオンのイオンパルスについて時間的出現プロファイル上の出現時間が特定できる。この出現時間に亘って時間的出願プロファイルを積分すれば、任意の選択イオンに対するイオンパルスの面積値を算出することができる。
【０１０４】
即ち、予備測定では時間的出現プロファイルの強度に対して閾値を設定し、イオンパルスの出現時間を決定しているが、実測定では予め把握したその出現時間に亘って時間的出現プロファイルを積分する。そうすることで時間的出現プロファイル中では、ノイズに埋もれているようなイオンパルスについてもその出現時間に亘って積分できる。最終的に、この積分値を各選択イオンに対して取得した時間的出現プロファイルの個数分だけ合計したものが選択イオンのイオン強度となる。
【０１０５】
次に、本発明の面積値記録法の信号対雑音比について説明する。
【０１０６】
パルス排出法とガイド法におけるイオンの透過率が共に等しいとすれば、パルス排出法によって得られるイオンパルスの面積値は、その波形に関係なくＳｃ・Ｔ／Ｔｓになる。さらに、イオンパルスの時間幅を出口電極２４の開放時間ｔａに近似すれば、イオンパルス１個の時間幅で積算したノイズ強度の標準偏差はＮ０・（ｔａ／Ｔｓ）１／２となる。従って排出周期Ｔの間で、面積値記録法によって得られる信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）ｐは、
【数１２】
2010127714.tif 000010
【０１０７】
になる。これをガイド法で得られる信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）ｇを表す（４）式と比較すると、
【数１３】
2010127714.tif 000011
【０１０８】
となる。ここで（９）式の右辺を感度倍率αと称する。排出周期Ｔは、開放時間ｔａと閉鎖時間ｔｂの和であるので感度倍率αは１よりも大きい。即ち、面積値記録法の信号対雑音比は、ガイド法よりも（Ｔ／ｔａ）１／２倍だけ高い。換言すれば、面積値記録法の検出限界はガイド法の（ｔａ／Ｔ）１／２倍となり、感度倍率αに基づいて高感度化できる。
【０１０９】
また、この高感度化はサンプリング周期Ｔｓに依存せず、面積値記録法では装置のイオン透過率を向上させる必要が無い。例えば、排出周期Ｔを開放時間ｔａの１００倍以上にすれば、イオン透過率を改善させること無くガイド法よりも１０倍高い感度が得られ、検出限界は１／１０にまで下がる。
【０１１０】
従来の技術において、一定の蓄積時間の下で感度を制御するには、イオン電流が減衰する時定数を変化させる必要がある。この時定数はイオン蓄積器１３の光軸２５方向への長さと、当該イオン蓄積器１３内の圧力によって決まるが、その長さの調整は不可能である。一方、コリジョンガスによるイオン蓄積器１３内の圧力の制御は、その圧力の測定及びその圧力が得られるまでの遅延等があるために困難である。しかも、コリジョンガスを過剰に導入すると測定するイオンは著しく減衰してしまう。従って、イオン蓄積器１３内では、コリジョンガスの導入によって得られる時定数の範囲は限られる。しかしながら、上述のように本発明では、排出時間を変化させることで容易に感度を制御できる。
【０１１１】
更に、下記に示すように、面積値記録法はピーク値記録法よりも一定の条件下で高感度になる。
【０１１２】
面積値記録法の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）ｐが、ピーク値記録法の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）ａよりも大きい場合、これを満たす条件は（３）式と（８）式を用いて、
【数１４】
2010127714.tif 000012
【０１１３】
となる。ここでαは（９）式に示した感度倍率である。（１０）式の条件を図５に示す。図中の関数ｆ１は、感度倍率αが１．１の場合を示している。（１０）式を満たすように開放時間ｔａを短くすると、即ち、（１０）式の左辺が同式の右辺よりも小さくなるような開放時間ｔａの領域４３では、面積値記録法はピーク値記録法よりも高感度になる。
【０１１４】
上述の感度倍率αが大きいほど（１０）式の境界線は下方に移動し、仮にαを無限大とすると関数ｆ１は、
【数１５】
2010127714.tif 000013
【０１１５】
となる。（１１）式の右辺の項よりも低い値をもつ領域、即ち、
【数１６】
2010127714.tif 000014
【０１１６】
となる開放時間ｔａの領域４４では、感度倍率αの値に関わらず（即ち、排出時間Ｔに関わらず）面積値記録法がピーク値記録法よりも高感度になる。
【０１１７】
なお、排出周期Ｔに関しては、（９）式から排出周期Ｔが大きいほど高感度化に有利であることが分かるが、排出周期Ｔの長さは、サイクルタイムｔｍと、質量分析部１４で選択するイオン種の数ｎｓと、によって制限される。即ち、ｎｓ種類の選択イオンを測定する場合はデュウェルタイムｔｄがｔｍ／ｎｓになることから、排出周期Ｔは、
【数１７】
2010127714.tif 000015
【０１１８】
となるように制限される。
【０１１９】
以上に述べた面積値記録法による各設定時間の具体例を挙げると、例えば、サイクルタイムｔｍが５００ｍｓで、選択するイオン種の数ｎｓが５０の場合は、（１３）式から排出周期Ｔは１０ｍｓ以下に設定する。仮に、排出時間Ｔを１０ｍｓにして、さらに感度倍率αを１０に設定した場合は、（９）式から開放時間ｔａは１００μｓにすればよい。また、イオン波形の時定数βが５００μｓならば、このときピーク値記録法よりも面積値記録法の方が高感度になる条件は、（１０）式からサンプリング周期Ｔｓを８２μｓ以下にすればよい。
【０１２０】
図１に示す構成では、連続イオン源１２と質量分析部１４との間にイオン蓄積器１３を配置したが、このイオン蓄積器１３を質量分析部１４と検出器１５との間に配置しても同様の効果が得られる。但し、この場合には、質量分析部１４が選択するイオン種が変わる毎に蓄積器内のイオンをすべて排出するような電圧シーケンスを設定する必要がある。このため、図６に示すように、イオン蓄積器１３と質量分析部１４の電圧シーケンスは、イオン蓄積器１３への不要なイオンの進入を防ぐため、質量分析部１４の選択イオンが変わる毎に入口電極２２に通常よりも高い電圧を所定の時間加え、その間に多重極イオンガイド２３のＲＦ電圧を切る、或いは出口電極２４を開放して、蓄積器内のイオンをすべて排出するように設定される。この動作が完了した後、出口電極２４には排出周期Ｔのパルス電圧を印加し、多重極イオンガイド２３には動径方向にイオンを束縛するようなＲＦ電圧を印加する。入口電極２２には上流からのイオンが蓄積器へ進入することを許容し、且つ蓄積したイオンの逆流を防ぐための一定電圧を印加する。蓄積器内のイオンをすべて排出するために必要な時間をｔｅ、サイクルタイムｔｍで選択されるイオン種の数をｎｓとすると設定される排出周期Ｔの条件は、
【数１８】
2010127714.tif 000016
【０１２１】
と表される。
【０１２２】
なお、上記の説明において、排出周期Ｔを一定とし、出口電極の開放時間と閉鎖時間に変化が無いものとしてきたが、これらの時間は測定中に変化しても良い。この場合にも、予め決定したイオンパルスの出現時間に亘ってイオン強度を積分すれば、透過率を改善させなくても（９）式に示す条件からガイド法よりも高感度な測定ができ、更に（１０）式に示す条件からピーク値記録法よりも高感度な測定ができる。
【０１２３】
また、質量分析部１４に適用される質量分析手法は磁場型質量分析法であっても良い。質量分析部１４には、当該質量分析部１４内を通過するイオンが下流方向に常に進みながら、質量電荷比毎にその軌道が空間的に分離される質量分析法が適用されれば良い。磁場型質量分析法を用いる場合、質量分析部１４は光軸２５に対して垂直な磁場を発生する磁極と、当該磁極の前方及び後方にイオンを通過させるためのスリットと、を基本的な構成として備える。
【０１２４】
また、第２データ処理部では、まず時間的出現プロファイルを各選択イオンについて取得した個数分だけ積算し、次にその積算した時間的出現プロファイルをイオンパルスの出現時間に亘って積分しても良い。
【０１２５】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る質量分析装置について説明する。図７はその構成図である。
【０１２６】
第２実施形態に係る質量分析装置５０では、第１実施形態で述べた構成に加え、連続イオン源１２とイオン蓄積器１３との間に第１質量分析部５１と、第１質量分析部５１にＲＦ電圧と直流電圧を印加する電源部２９とが設けられる。第１実施形態で述べた質量分析部１４は、本実施形態では第２質量分析部５２として使用される。これに応じて、第１データ処理部１７に入力される制御部３０からの制御信号が増加するが、面積値記録法を用いて測定イオンの強度を算出する点は第１実施形態と同じである。
【０１２７】
第１質量分析部５１は、第１実施形態で述べた質量分析部１４と同様に、光軸２５と平行に設けられた四極子を有し、通過するイオンに対して四重極質量分析法を用いた質量分析を行う。第１質量分析部５１では、印加されるＲＦ電圧（ＲＦ振幅Ｖｍａｓｓ１）が変わる度に質量電荷比の異なるイオンが選択され、当該分析部を通過する。
【０１２８】
試料は試料導入部１１から連続イオン源１２に導入される。連続イオン源１２で生成したイオンは四重極質量分析法を用いた第１質量分析部５１において質量電荷比毎に分離・選択され、選択されたプレカーサーイオンのみがイオン蓄積器１３に入射する。
【０１２９】
イオン蓄積器１３において、プレカーサーイオンの一部はコリジョンガスとの衝突によって開裂（解離）し、プロダクトイオン（フラグメントイオン）となる。出口電極２４にパルス電圧Ｖｐを印加することで、プレカーサーイオン及びプロダクトイオンはこのパルス電圧Ｖｐと同じ周期で排出され、その後、四重極質量分析法を用いた第２質量分析部５２で再度分離され、検出器１５へ入射しアナログ信号となる。このアナログ信号はＡＤ変換器１６でデジタル信号に変換される。このデジタル信号を第１データ処理部１７が時間的出現プロファイルの算出に用い、その結果がメモリ装置２１に記録される。
【０１３０】
第１質量分析部５１及び第２質量分析部５２には、イオンの選択を行うためのＲＦ電圧と直流電圧が電源部２８、２９から供給され、これらの電圧は制御部３０から電源に入力される制御信号によって制御される。制御部３０からは、試料導入部１１へ試料導入の開始を命令する制御信号５０が出力される。第１データ処理部１７には、試料導入部１１及び電源部２７〜２９への制御信号５０〜５３をそれぞれ参照した参照信号６０〜６３が入力される。第１データ処理部１７は、これらの参照信号６０〜６３に基づいてデジタル信号を処理し、試料導入を開始してからの経過時刻（以下、分析時刻）と、そのときに第１質量分析部５１及び第２質量分析部５２で選択されたイオンの質量電荷比と、検出器１５に入射したイオンの時間的出現プロファイルとがメモリ装置２１に記録される。
【０１３１】
イオン蓄積器１３によるイオンの蓄積及び排出動作は第１実施形態と同じである。即ち、イオン蓄積器１３の出口電極２４にパルス電圧Ｖｐを周期的に印加し、イオンの蓄積動作と排出動作を繰り返す。即ち、蓄積動作では閉鎖時間ｔｂの間に出口電極２４の電圧を多重極イオンガイド２３の軸電圧よりも所定の値だけ高く設定し、イオン蓄積器１３にあるプレカーサーイオン及びプロダクトイオンが出口電極２４から抜け出すのを防ぐ。排出動作では開放時間ｔａの間に多重極イオンガイド２３の軸電圧よりも出口電圧を所定の値だけ低く設定し、イオン蓄積器１３内のこれらのイオンを出口電極２４の開口部２４ａから排出する。
【０１３２】
なお、イオン蓄積器１３内に蓄積されるイオンはコリジョンガスとの衝突によって（即ち、衝突冷却によって）運動エネルギーが低下するので、閉鎖時間ｔｂの間はイオン蓄積器１３からの逸脱が抑制される。これによりイオン蓄積器１３でのイオン損失を抑え、イオン源から検出器１５に至るイオン透過率がガイド法を用いた場合とほぼ同じになる。つまり、本実施形態におけるコリジョンガスは、プロダクトイオンの生成と、衝突冷却を促進させる。
【０１３３】
排出周期Ｔで蓄積動作と排出動作を繰り返せば、イオン蓄積器１３に流入する連続的なプレカーサーイオンによるイオン流はイオンパルスとなって排出される。このときの周期は排出周期Ｔに等しい。
【０１３４】
イオン蓄積器１３から排出された直後のイオンパルスには、第１質量分析部５１で選択したプレカーサーイオンやそのプロダクトイオンが混在する。しかしながら、検出器１５に入射するときには、第２質量分析部５２で選択されたイオン種しか含まないようになる。
【０１３５】
検出器１５から出力される選択イオンの信号はＡＤ変換器１６によって周期Ｔｓでサンプリングされた後、デジタル信号となって第１データ処理部１７で時間的出現プロファイルの算出に用いられる。その結果はメモリ装置２１に記録される。第２データ処理部１８は、この時間的出現プロファイルから選択イオンの信号強度を算出する。その算出方法として面積値記録法が採用される。
【０１３６】
第２実施形態に係る質量分析装置では、異なる測定モード（即ち、シングルリアクションモニタリングモード、プレカーサーイオンスキャンモード、ニュートラルロススキャンモード、マルチプルリアクションモニタリングモード）による質量分析が行われる。
【０１３７】
シングルリアクションモニタリングモードでは第１質量分析部５１と第２質量分析部５２が共に一種類のイオンのみを選択する。
【０１３８】
シングルリアクションモニタリングモードにおける電圧シーケンスの一例を図８に示す。第１質量分析部５１のＲＦ電圧（ＲＦ振幅Ｖｍａｓｓ１）はサイクルタイムｔｍの間で常に一定に設定される。これにより一種類のイオンのみが選択されてイオン蓄積器１３に輸送される。入口電極２２には蓄積したイオンの逆流を防ぎ、且つ上流からのイオンが蓄積器へ進入することを許容する一定電圧Ｖｉｎを印加する。多重極イオンガイド２３のＲＦ電圧（ＲＦ振幅Ｖｉｏｎ）は一定である。第２分析部で選択されるイオンに対してイオンパルスの電荷量（即ち、選択イオンの総数）が最大となるように予め最適化してもよい。出口電極２４には排出周期Ｔのパルス電圧Ｖｐを加える。従って、蓄積動作と排出動作が周期Ｔ毎に繰り返される。第１分析部と同様に第２質量分析部５２のＲＦ電圧（ＲＦ振幅Ｖｍａｓｓ２）も一定である。従って、出口電極２４から払い出されたプロダクトイオンのうち１種類のイオンが選択され、検出器１５に輸送される。
【０１３９】
プロダクトイオンスキャンモードでは、第１質量分析部５１で１種類のイオンを選択し、デュウェルタイムｔｄ毎に第２質量分析部５２で異なる種類のイオンを選択する。
【０１４０】
プロダクトイオンスキャンモードにおける電圧シーケンスの一例を図９に示す。この電圧シーケンスでは、サイクルタイムｔｍ内でｎｓ種類のイオンが測定される。
【０１４１】
第１質量分析部５１のＲＦ振幅Ｖｍａｓｓ１はサイクルタイムｔｍの間で常に一定に設定される。これにより一種類のイオンのみが選択されてイオン蓄積器１３に輸送される。入口電極２２には蓄積したイオンの逆流を防ぎ、且つ上流からのイオンが蓄積器へ進入することを許容する一定電圧を印加する。
【０１４２】
第２質量分析部で選択されるイオンに対してイオンパルスの電荷量（即ち、選択イオンの総数）が最大となるように予め最適化するのが好ましい。出口電極２４には排出周期Ｔのパルス電圧Ｖｐを加える。従って、蓄積動作と排出動作が排出周期Ｔ毎に繰り返される。出口電極２４から払い出されたイオンは、第２質量分析部５２に輸送される。第２質量分析部５２にはＲＦ電圧が加えられ、デュウェルタイムｔｄ毎に、選択イオンの種類に応じてその振幅（ＲＦ振幅Ｖｍａｓｓ２）を変える。第２質量分析部５２において選択されたイオンは検出器１５に輸送される。なお、上記最適化のため、多重極イオンガイド２３のＲＦ振幅Ｖｉｏｎは第２質量分析部５２のＲＦ振幅Ｖｍａｓｓ２と同じ周期で変化するのが好ましい。
【０１４３】
プレカーサーイオンスキャンモードでは、第１質量分析部５１で異なる種類のプレカーサーイオンを所定の周期Ｔ１毎に選択し、各プレカーサーイオンとコリジョンガスとの衝突から生成された１種類のプロダクトイオンのみを第２質量分析部５２で選択する。
【０１４４】
プレカーサーイオンスキャンモードにおける電圧シーケンスの一例を図１０に示す。
【０１４５】
第１分析部のＲＦ振幅Ｖｍａｓｓ１は所定の周期Ｔ１毎に変わる。従って、周期Ｔ１毎に種類の異なるイオンが選択されてイオン蓄積器１３に輸送される。図１０に示す例では、サイクルタイムｔｍの間にｎｓ種類のプレカーサーイオンがイオン蓄積器１３に入射することになる。
【０１４６】
プレカーサーイオンスキャンモードでは、第１質量分析部５１によって選択されたプレカーサーイオンがイオン蓄積器１３内に複数種蓄積されると、第２分析部で選択したプロダクトイオンの前躯体となるプレカーサーイオンのイオン種を正しく同定できなくなる。このため、第１分析部による選択イオンが変わる毎に蓄積器内のイオンを全て排出しなければならない。
【０１４７】
従って、入口電極２２には、第１質量分析部５１での選択イオンが変わる毎に、排除時間ｔｅの間だけ通常よりも高い電圧を印加し、イオン蓄積器１３へのイオンの進入を防ぐ。同時に、多重極イオンガイド２３のＲＦ電圧を遮断する、或いは出口電極２４の電圧を下げて、イオン蓄積器１３内のイオンを全て排出する。この排出動作が完了した後、入口電極２２には蓄積したイオンの逆流を防ぎ、且つ上流からのイオンが蓄積器へ進入することを許容する一定電圧を印加する。多重極イオンガイド２３には動径方向にイオンを束縛するようなＲＦ電圧（ＲＦ振幅Ｖｉｏｎ）を印加する。また、出口電極２４には、デュウェルタイムｔｄの間に排出周期Ｔのパルス電圧Ｖｐが印加される。
【０１４８】
第２分析部のＲＦ振幅Ｖｍａｓｓ２は常に一定である。従って、出口電極２４から払い出されたプロダクトイオンのうち１種類のイオンが選択され、検出器１５に輸送される。
【０１４９】
ニュートラルロススキャンモードでは、第１質量分析部５１の選択イオンと第２質量分析部５２の選択イオンとの質量電荷比の差を、所定の値に固定して両質量分析部をスキャンする。
【０１５０】
ニュートラルロススキャンモードにおける電圧シーケンスの一例を図１１に示す。この図に示すように、この測定モードの電圧シーケンスでは、プレカーサーイオンとプロダクトイオンの質量電荷比の差が一定となるようなＲＦ電圧（ＲＦ振幅Ｖｍａｓｓ２）が第２質量分析部５２に印加される。また、第１質量分析部５１のＲＦ電圧に対して第２質量分析部５２のＲＦ電圧は同期している。その他の電圧設定はプレカーサーイオンスキャンモードと同じである。
【０１５１】
なお、プレカーサーイオンとプロダクトイオンの質量電荷比の差を任意に設定した場合、その測定モードはマルチプルリアクションモニタリングモードと呼ぶ。
【０１５２】
イオンパルスは出口電極２４が開放されてから検出器１５に到達するまでの第２分析器で選択したイオンの時間的出現プロファイルから抽出する。この時間的出現プロファイルを取得するため、第１データ処理部１７へは出口電極２４へ印加するパルス電圧Ｖｐの参照信号でデジタル信号の取り込みを開始させる。これにより、排出周期Ｔ毎に第２質量分析部５２で選択したイオンの時間的出現プロファイルが計測できる。第２データ処理部では、この時間的出現プロファイルをイオンパルスの出現時間に亘って積分し、この積分値を各選択イオンに対して取得した時間的出現プロファイルの個数分だけ合計する。これを第２質量分析部５２で選択したイオンの、そのときの分析時刻におけるイオン強度としてメモリ装置２１に記録する。同時にこのときのプレカーサーイオンの質量電荷比もメモリ装置２１に記録する。分析時刻は第１データ処理部１７に入力される試料の導入開始を命令する制御信号の参照信号を基準に計測される。プレカーサーイオンの質量電荷比は第１質量分析部５１の制御信号を参照した信号から取得できる。シングルリアクションモニタリング、プロダクトイオンスキャン、ニュートラルロススキャン、マルチプルリアクションモニタリングの場合、時間的出現プロファイルの積分値を第２質量分析部５２の選択イオン毎に合計し、プレカーサーイオンスキャンの場合、時間的出現プロファイルの積分値を第１質量分析部５１の選択イオン毎に合計すればよい。
【０１５３】
積分値を合計する際の時間的出現プロファイルの個数は、各選択イオンあたり次のようになる。シングルリアクションモニタリングモードでは（ｔｍ／Ｔ）個になる（図８参照）。プロダクトイオンスキャンモードでｎｓ種類のプロダクトイオンを選択する場合、（ｔｍ／（ｎｓ＊Ｔ））個になる（図９参照）。プレカーサーイオンスキャンモードでｎｓ種類のプレカーサーイオンイオンを選択する場合、（ｔｍ／（ｎｓ＊Ｔ）−ｔｅ／Ｔ）個になる（図１０参照）。ニュートラルロススキャン或いはマルチプルリアクションモニタリングでｎｓ種類のプロダクトイオンを選択する場合、（ｔｍ／（ｎｓ＊Ｔ）−ｔｅ／Ｔ）個になる（図１１参照）。
【０１５４】
本実施形態の質量分析装置でも、第１実施形態の説明において導出した式（８）〜（１２）が全て成り立つ。これは両実施形態で得られるイオンパルスの特性に違いが無いためである。
【０１５５】
本実施形態でも（９）式により装置の透過率を向上させなくても感度が上がり、この高感度化はさらにサンプリング周期にも関係しない。例えば、排出周期Ｔを開放時間ｔａの１００倍以上にすれば、サンプリング周期に関わらずガイド法よりも１０倍高い感度が得られる。
【０１５６】
第１実施形態でも述べたように、従来の技術において、一定の蓄積時間の下で感度を制御するには、イオン電流が減衰する時定数を変化させる必要がある。この時定数はイオン蓄積器１３の光軸２５方向への長さと、当該イオン蓄積器１３内の圧力によって決まるが、その長さの調整は不可能である。一方、コリジョンガスによるイオン蓄積器１３内の圧力の制御は、その圧力の測定及びその圧力が得られるまでの遅延等があるために困難である。しかも、コリジョンガスを過剰に導入すると測定するイオンは著しく減衰する。また、コリジョンガスはプロダクトイオンが生成する圧力にしなければならないため、得られる時定数の範囲は限られる。しかしながら、上述のように本発明では、排出時間を変化させることで容易に感度を制御できる。
【０１５７】
また、本実施形態がピーク値記録法よりも高感度となる条件は（１０）式で表される。さらに、感度倍率の値に関わらず、即ち、排出周期Ｔに関わらず本実施形態がピーク値記録法よりも高感度となる条件は（１２）式で表される。
【０１５８】
なお、本実施形態でも第１実施形態と同様に、（９）式より排出周期Ｔが大きいほど高感度化に有利であることが分かるが、排出周期Ｔの長さはサイクルタイムｔｍと、第１質量分析部５１或いは第２質量分析部５２で選択するイオン種の数ｎｓと、によって制限される。そして、排出周期Ｔはデュウェルタイムｔｄよりも小さくする必要がある。即ちシングルリアクションモニタリングモードにおいて、排出周期Ｔは、
【数１９】
2010127714.tif 000017
【０１５９】
となるように制限される。一方、第２質量分析部５２でｎｓ種のイオンを選択するプロダクトイオンスキャンでは排出周期Ｔは、
【数２０】
2010127714.tif 000018
【０１６０】
となるように制限される。更に、ｎｓ種のプレカーサーイオンを選択するプレカーサーイオンスキャンや、ｎｓ種のプレカーサーイオンとプロダクトイオンを選択するニュートラルロススキャン、及びマルチプルリアクションモニタリングにおいて、排出周期Ｔは、
【数２１】
2010127714.tif 000019
【０１６１】
となるように制限される。
【０１６２】
第２実施形態においても第１実施形態と同様に、排出周期Ｔ及び出口電極２４の開放時間を測定中に変化させても、予め決定したイオンパルスの出現時間に亘ってイオン強度を積分すれば、透過率を改善することなくガイド法及びピーク値記録法よりも高感度な測定ができる
また、第１質量分析部５１と第２質量分析部５２に適用される質量分析手法は磁場型質量分析法であっても良い。各質量分析部には、当該質量分析部内を通過するイオンが下流方向に常に進みながら、質量電荷比毎にその軌道を空間的に分離される質量分析法が適用されれば良い。磁場型質量分析法を用いる場合、各質量分析部は光軸２５に対して垂直な磁場を発生する磁極と、当該磁極の前方及び後方にイオンを通過させるためのスリットと、を基本的な構成として備える。
【０１６３】
また、第２データ処理部では、まず時間的出現プロファイルを各選択イオンについて取得した個数分だけ積算し、次にその積算した時間的出現プロファイルをイオンパルスの出現時間に亘って積分しても良い。
【０１６４】
なお、本実施形態ではイオン蓄積器１３を衝突室と兼用する形で用いたが、その変形例として、イオン蓄積器１３を第２質量分析部５２と検出器１５の間に設置してもよい。その構成は、上述したイオン蓄積器１３と同様であり、衝突冷却用のガス導入手段２６も備える。
【０１６５】
この変形例において、シングルリアクションモニタリングモードでの電圧シークエンスは、イオン蓄積器１３を衝突室と兼用する場合と同じである。イオン蓄積器１３の出口電極２４に一定周期Ｔのパルス電圧Ｖｐを加えることで、蓄積動作と排出動作が周期Ｔで繰り返され、第１質量分析部５１と第２質量分析部５２のＲＦ電圧はサイクルタイム中、常に一定にすることで一種類のイオンのみが選択される。
【０１６６】
蓄積器の入口電極２２には、蓄積したイオンの逆流を防ぎ、且つ上流からのイオンが蓄積器へ進入することを許容する一定電圧を印加する。蓄積器、及び衝突室の多重極イオンガイド２３のＲＦ電圧は一定でもよい。また、これらのＲＦ電圧は、第２質量分析部５２で選択されるイオンに対し、イオンパルスの電荷量が最大となるように予め最適化することもできる。なお、排出時間Ｔは（１５）式で制限される。
【０１６７】
本変形例におけるプレカーサーイオンスキャンでは、第１質量分析部５１での選択イオンが変わる度に、衝突室のイオンを排除時間の間で全て排出すれば、イオン蓄積器１３でこの動作を重複する必要はない。蓄積器の出口電極２４には一定周期Ｔのパルス電圧Ｖｐを加えることで、蓄積動作と排出動作がこれと同じ排出周期Ｔで繰り返される。蓄積器の入口電極２２には蓄積したイオンの逆流を防ぎ、且つ上流からのイオンが蓄積器へ進入することを許容する一定電圧を印加する。なお、排出時間Ｔは（１７）式で制限される。
【０１６８】
本変形例におけるプロダクトイオンスキャン、ニュートラルロススキャン、及びマルチプルリアクションモニタリングでは、イオン蓄積器１３直前の第２質量分析部５２で選択イオンが変化する。このため、第２質量分析部５２で過去に選択されたイオンが、イオン蓄積器１３に残存しないように、第２質量分析部５２での選択イオンが変わる度に蓄積器内のイオンを全て排出する必要がある。
【０１６９】
そこで、第１質量分析部５１の選択イオンが変わる度に、排除時間ｔｅの間だけ、蓄積器の入口電極２２に通常よりも高い電圧を加えて蓄積器へのイオンの進入を防ぐ。その間に蓄積器の多重極イオンガイド２３のＲＦ電圧を切る、或いは蓄積器の出口電極２４を開放して、蓄積器内のイオンを全て排出する。この動作が完了した後、蓄積器の出口電極２４には排出周期Ｔのパルス電圧Ｖｐを印加する。また、蓄積器の多重極イオンガイド２３には、動径方向にイオンを束縛するＲＦ電圧を印加する。さらに、蓄積器の入口電極２２には蓄積したイオンの逆流を防ぎ、且つ上流からのイオンが蓄積器へ進入することを許容する一定電圧を印加する。なお、排出時間Ｔは（１７）式で制限される。
【図面の簡単な説明】
【０１７０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る質量分析装置の構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電圧シーケンスの一例である。
【図３】異なる質量電荷比の各時間的出現プロファイルの一例である。
【図４】図３に示されたイオンパルスの出現時間を表したグラフである。
【図５】本発明の面積値記録法が適用される条件を示すグラフである。
【図６】本発明の第１実施形態に係る質量分析装置の変形例における電圧シーケンスの一例である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る質量分析装置の構成図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るシングルリアクションモニタリングモードでの電圧シーケンスの一例である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るプロダクトイオンスキャンモードでの電圧シーケンスの一例である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るプレカーサーイオンスキャンモードでの電圧シーケンスの一例である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係るニュートラルロスイオンスキャンモード、或いはマルチプルリアクションモニタリングモードでの電圧シーケンスの一例である。
【図１２】従来の質量分析装置の一例を示す構成図である。
【図１３】従来の質量分析装置の例を示す構成図である。
【図１４】パルス排出法によって得られるイオン強度の一例である。
【符号の説明】
【０１７１】
１１：試料導入部
１２：連続イオン源
１３：イオン蓄積器
１４：質量分析部
１５：検出器
１６：ＡＤ変換器
１７：第１データ処理部
１８：第２データ処理部
１９：波高弁別部
２０：出現時間算出部
２１：メモリ装置
３０：制御部
２７，２８，２９：電源部
５１：第１質量分析部
５２：第２質量分析部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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