(57)【要約】  主電圧発生部（５）は矩形波状の高周波電圧をリング電極（２１）に印加することでイオンをイオントラップ（２）内に捕捉する。ＴＯＦＭＳ（３）がリフレクトロン動作モードで動作される場合、高周波電圧の位相が１．５πであるときに該電圧を一定値にし、エンドキャップ電極（２２、２３）にイオン排出用電圧を印加してイオンを出射口（２５）から排出してＴＯＦＭＳ（３）に導入する。このとき、イオントラップ（２）内でイオンの速度拡がりは小さく空間的拡がりも小さいので、高い検出感度を確保しつつ高い質量分解能及び精度を達成できる。ＴＯＦＭＳ（３）がリニア動作モードで動作される場合には、高周波電圧の位相が０．５πであるときに該電圧を一定値にしてイオンを排出させる。この場合、リニア動作モードでは収束できないイオンの加速のばらつきが抑えられるので高い質量分解能及び質量精度を達成できる。
2008072377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極で囲まれる空間に形成される捕捉用電場によりイオンを捕捉するイオントラップと、該イオントラップから排出されたイオンを質量分離して検出する飛行時間型質量分析部と、を具備するイオントラップ飛行時間型質量分析装置において、
a)捕捉用電場を形成するために前記複数の電極の中の少なくとも１つの電極に矩形波状の高周波電圧を印加する主電圧発生手段と、
b)イオントラップからイオンを排出するために前記複数の電極の中で前記１つの電極以外の他の電極の少なくとも１つに電圧を印加する補助電圧発生手段と、
c)捕捉用電場により前記イオントラップ内にイオンを捕捉した状態で該イオンを一斉に排出するために、前記矩形波状の高周波電圧が所定の位相である時点で該電圧を一定電圧値に切り替えるべく前記主電圧発生手段を制御し、その切替えと同時又はその切替え後にイオン排出用の電圧を印加するべく前記補助電圧発生手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするイオントラップ飛行時間型質量分析装置。
【請求項２】
前記矩形波状の高周波電圧を一定電圧値に切り替える前記所定の位相は任意に又は複数段階に選択可能であることを特徴とする請求項１に記載のイオントラップ飛行時間型質量分析装置。
【請求項３】
前記所定の位相として、イオントラップ中のイオンの速度拡がりが飛行時間型質量分析部における飛行時間の拡がりに及ぼす影響が最小となるような位相を設定可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオントラップ飛行時間型質量分析装置。
【請求項４】
前記所定の位相として、イオントラップ中のイオンを排出する際のイオンの空間的な拡がりが最小となるような位相を設定可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオントラップ飛行時間型質量分析装置。
【請求項５】
前記イオントラップは、イオン捕捉用の前記矩形波状の高周波電圧が印加される１個のリング電極と、これを挟んで配置されたイオン排出用の電圧が印加される一対のエンドキャップ電極とから成り、前記矩形波状の高周波電圧のデューティ比は５０％であって、前記所定の位相は１．５πであることを特徴とする請求項３又は４に記載のイオントラップ飛行時間型質量分析装置。
【請求項６】
前記所定の位相として、イオントラップ中のイオンの空間的な拡がりに起因して、前記飛行時間型質量分析部へのイオンの導入のためにイオンが加速される際に発生する速度の拡がりが最小となるような位相を設定可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオントラップ飛行時間型質量分析装置。
【請求項７】
前記イオントラップは、イオン捕捉用の前記矩形波状の高周波電圧が印加される１個のリング電極と、これを挟んで配置されたイオン排出用の電圧が印加される一対のエンドキャップ電極とから成り、前記矩形波状の高周波電圧のデューティ比は５０％であって、前記所定の位相は０．５πであることを特徴とする請求項６に記載のイオントラップ飛行時間型質量分析装置。
【請求項８】
前記飛行時間型質量分析部はリニア型とリフレクトロン型との動作モードの切り替えが可能であって、その切り替えに対応して前記所定の位相が切り替え可能であることを特徴とする請求項２に記載のイオントラップ飛行時間型質量分析装置。
【請求項９】
前記イオントラップは、イオン捕捉用の前記矩形波状の高周波電圧が印加される１個のリング電極と、これを挟んで配置されたイオン排出用の電圧が印加される一対のエンドキャップ電極とから成り、前記矩形波状の高周波電圧のデューティ比は５０％であって、リフレクトロン型の動作モードにおいては前記所定の位相は１．５πであり、リニア型の動作モードにおいては前記所定の位相は０．５πであることを特徴とする請求項８に記載のイオントラップ飛行時間型質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電場によってイオンを閉じ込めるためのイオントラップと飛行時間の相違を利用してイオンを質量に応じて分離して検出する飛行時間型質量分析装置とを組み合わせたイオントラップ飛行時間型質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛行時間型質量分析装置（以下、ＴＯＦＭＳ（＝Time of Flight Mass Spectrometer）と呼ぶ）では、通常、加速したイオンを電場及び磁場を有さない飛行空間内に導入し、イオン検出器に到達するまでの飛行時間に応じて各種イオンを質量（厳密には質量電荷比ｍ／ｚ）毎に分離する構成を有する。従来より、こうしたＴＯＦＭＳのイオン源としてイオントラップを利用したイオントラップ飛行時間型質量分析装置（ＩＴ−ＴＯＦＭＳ）が知られている。【０００３】
典型的なイオントラップ２はいわゆる３次元四重極型であり、図１中に示すように、略円環状のリング電極２１と、リング電極２１を挟んで両側に設けられた一対のエンドキャップ電極２２、２３とにより構成される。通常、リング電極２１に高周波電圧を印加してイオントラップ２内部のイオン捕捉空間に四重極電場を形成し、該電場によってイオンを捕捉して蓄積する。イオンは、イオントラップ２の外側で生成された後にイオントラップ２内部に導入される場合と、イオントラップ２の内部で生成される場合とがある。なお、イオントラップ２の理論的な説明は、非特許文献１などに詳しく記載されている。【０００４】
ＩＴ−ＴＯＦＭＳにおいて質量分析を行う際には、上記のような各種の処理によりイオントラップ２内部に分析対象となるイオンが用意された時点で、リング電極２１への高周波電圧の印加を停止する。それとほぼ同時又はやや遅れて、一対のエンドキャップ電極２２、２３間にイオン排出用の電圧を印加し、イオントラップ２内部にイオン排出用電場を形成する。この電場によりイオンは加速され、出射口２５を通ってイオントラップ２から飛び出し、その外側に設けられている飛行時間型質量分析部３へと導入されて質量分析が行われる。【０００５】
イオントラップ２内にイオンが捕捉されている状態では、そのイオンは高周波電場によって加速と減速とを繰り返しているため、イオントラップ２からイオンを出射させる際には、質量分解能及び質量精度の向上のためにイオンの速度拡がりを小さくするべく高周波電圧の振幅を漸減させるのが一般的である。しかしながら、このとき高周波電場による捕捉作用は弱まるために空間的にはイオンが拡がってしまう。そのため、出射口２５を通過する際のイオンの損失が大きくなり、飛行時間型質量分析部３での検出感度が低下することになる。【０００６】
上述のようなイオントラップ２内でのイオンの加速及び減速は捕捉用高周波電場の変化と同期しているので、イオンの運動エネルギーが最も小さくなるような位相で以て捕捉用高周波電場を止めることが可能であれば、検出感度を低下させることなく質量分解能や質量精度の向上を図ることができる。しかしながら、従来の一般的なアナログ方式のイオントラップでは、捕捉用高周波電圧をリング電極２１に印加するためにＬＣ共振器を用いており、このような回路では任意の位相で電圧の印加を急に停止することは困難である。そこで、特許文献１に記載のイオントラップ装置では、或る特定の位相で捕捉用高周波電圧の印加を停止するような制御を行うと、その直前の振幅に依らず或る一定時間後にリング電極の電位が所定値になるという特徴的な現象を利用して、イオンの空間的な拡がりが比較的小さい状態でイオンをイオントラップ２から排出するようにしている。【０００７】
しかしながら、電圧発生回路に共振器を利用しているため、捕捉用高周波電圧の印加を停止する制御を行っても、実際にはリング電極には暫時電圧が掛かることになる。そのため、捕捉用高周波電圧の印加を停止するような制御を行った時点以降、実際にイオントラップからイオンを排出するまでの時間の間にイオントラップ内に残る電場の影響により、イオン排出時点でのイオンの速度拡がりが大きくなるおそれがある。それによって、質量分解能や質量精度が低下するおそれがある。【０００８】
ところで、上述のような共振器を利用したアナログ方式のイオントラップに替わって、最近、矩形波状の高周波電圧をリング電極に印加するデジタル方式のイオントラップが開発されている（例えば特許文献２、非特許文献２など参照）。デジタル方式イオントラップでは、矩形波状の高周波電圧の振幅を一定に保ったまま周波数を変化させることで蓄積するイオンの質量選択が可能である。こうしたデジタル方式イオントラップの電圧発生回路では、例えば特許文献２に記載のように直流電源で生成される直流電圧をスイッチで切り替えて矩形波状電圧を発生する構成が採られており、原理的に任意のタイミングで電圧の印加を停止することが可能である。【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２１４０７７号公報
【特許文献２】特表２００３−５１２７０２号公報
【非特許文献１】アール・イー・マーチ（R. E. March）、 アール・ジェイ・フヘス（ R. J. Hughes）著、「クァドルポール・ストレージ・マス・スペクトロメトリー（Quadrupole Storage Mass Spectrometry）」、 ジョン・ウィレイ・アンド・サンズ（John Wiley & Sons）、1989年、pp.31-110
【非特許文献２】古橋ほか３名、「デジタルイオントラップ質量分析装置の開発」、島津評論、島津評論編集部、2006年3月31日、第62巻、第3・4号、pp.141-151
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記文献に記載のデジタル方式イオントラップを用いた質量分析装置では、捕捉しているイオンのうちの特定の質量を持つイオンを選択的に共鳴させてイオントラップから排出して質量分析することは行われている。しかしながら、デジタル方式イオントラップをＴＯＦＭＳのイオン源としたものではなく、イオントラップに蓄積したイオンを一斉に排出してＴＯＦＭＳに導入する場合の適切な電圧の制御については従来知られていなかった。【００１１】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、従来よりも高い質量分解能及び高い質量精度での質量分析を行ったり、従来よりも高い感度での質量分析を行ったりすることができるイオントラップ飛行時間型質量分析装置を提供することにある。【００１２】
また本発明の別の目的は、分析目的等に応じて、質量分解能及び質量精度の高さを重視した質量分析を行ったり、検出感度の高さを重視した質量分析を行ったりすることができるイオントラップ飛行時間型質量分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために成された本発明は、複数の電極で囲まれる空間に形成される捕捉用電場によりイオンを捕捉するイオントラップと、該イオントラップから排出されたイオンを質量分離して検出する飛行時間型質量分析部と、を具備するイオントラップ飛行時間型質量分析装置において、
a)捕捉用電場を形成するために前記複数の電極の中の少なくとも１つの電極に矩形波状の高周波電圧を印加する主電圧発生手段と、
b)イオントラップからイオンを排出するために前記複数の電極の中で前記１つの電極以外の他の電極の少なくとも１つに電圧を印加する補助電圧発生手段と、
c)捕捉用電場により前記イオントラップ内にイオンを捕捉した状態で該イオンを一斉に排出するために、前記矩形波状の高周波電圧が所定の位相である時点で該電圧を一定電圧値に切り替えるべく前記主電圧発生手段を制御し、その切替えと同時又はその切替え後にイオン排出用の電圧を印加するべく前記補助電圧発生手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。【００１４】
本発明に係るイオントラップ飛行時間型質量分析装置の好ましい一態様として、矩形波状の高周波電圧を一定電圧値に切り替えるタイミング、つまり位相は任意に又は複数段階に選択可能である構成とするとよい。【００１５】
例えば主電圧発生手段は、高い周波数の矩形波信号を分周して得た矩形波信号を制御信号として複数の直流電圧を切り替えることで、目的とする矩形波状の高周波電圧を生成して出力する構成とすることができる。この場合、分周比を切り替えることで、或いは基準となる矩形波信号の周波数を例えば電圧制御型発振器などにより変更することで、高周波電圧の周波数を変更することができる。また、分周回路のリセット（又はセット）のタイミングを変更したり分周回路において分周カウンタの出力を論理演算する回路の構成を切り替えたりすることで、矩形波状の高周波電圧を一定電圧値に切り替える位相を変更することができる。【００１６】
イオントラップに捕捉されているイオンの挙動は矩形波状の高周波電圧の位相に同期している。即ち、捕捉用電場によりイオンが受ける運動エネルギーは高周波電圧の位相に同期して変動し、また捕捉空間内におけるイオンの位置（例えば中心点からの距離）も高周波電圧の位相に同期して変動している。飛行時間型質量分析部において質量分解能や質量精度を高めるには、同一イオン種に対する飛行時間のばらつきが少ないことが望ましいから、上記所定の位相として、イオントラップ中のイオンの速度拡がりが飛行時間型質量分析部における飛行時間の拡がりに及ぼす影響が最小となるような位相を設定可能であるようにするとよい。【００１７】
また、飛行時間型質量分析部において検出感度を高めるには、より多くの量のイオンが飛行時間型質量分析部に導入されることが望ましく、そのためにはイオントラップからイオンが排出される際の損失を抑えることが必要となる。そこで、上記所定の位相として、イオントラップ中のイオンを排出する際のイオンの空間的な拡がりが最小となるような位相を設定可能であるようにするとよい。【００１８】
典型的なイオントラップは、イオン捕捉用の前記矩形波状の高周波電圧が印加される１個のリング電極と、これを挟んで配置されたイオン排出用の電圧が印加される一対のエンドキャップ電極とから成るものであるが、この構成において上述のような条件を満たすのは、矩形波状の高周波電圧のデューティ比が５０％であるときに、その位相は１．５πである。但し、ここで位相は厳密に１．５πでなくてもよく、その近傍であればよい。【００１９】
一方、上記のような位相条件では、イオントラップからのイオンの排出方向におけるイオンの空間的な拡がりは大きくなり、加速条件のばらつきは大きくなる。そのため、こうしたばらつきの影響を軽減できるように、リフレクトロン型の飛行時間型質量分析装置を用いる必要がある。【００２０】
こうした構成がとれない場合、例えばリニア型の飛行時間型質量分析装置を用いる場合には、上記所定の位相として、イオントラップ中のイオンの空間的な拡がりに起因して、飛行時間型質量分析部へのイオンの導入のためにイオンが加速される際に発生する速度の拡がりが最小となるような位相を設定可能であるようにするとよい。１個のリング電極と一対のエンドキャップ電極とから成るイオントラップでは、矩形波状の高周波電圧のデューティ比が５０％であるときに、そうした条件を満たす位相は０．５πである。【００２１】
上述のように飛行時間型質量分析部がリニア型であるときとリフレクトロン型であるときとではイオン排出の際の好適な位相が相違するから、リニア型とリフレクトロン型との動作モードの切り替えが可能である場合には、その切り替えに対応して前記所定の位相が切り替え可能である構成とするとよい。この切替えはオペレータが手動で行うようにしてもよいし、リニア／リフレクトロンの動作モードの切替えに連動して自動的にイオン排出時の位相が切り替わるようにしてもよい。【００２２】
好ましい態様として、上述のように、イオン捕捉用の矩形波状の高周波電圧が印加される１個のリング電極と、これを挟んで配置されたイオン排出用の電圧が印加される一対のエンドキャップ電極とからイオントラップが構成される場合、矩形波状の高周波電圧のデューティ比は５０％であって、リフレクトロン型の動作モードにおいては上記所定の位相は１．５πであり、リニア型の動作モードにおいては上記所定の位相は０．５πである構成とするとよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るイオントラップ飛行時間型質量分析装置によれば、分析目的や分析対象の試料の種類、或いは分析条件などに応じて、高い検出感度を維持しながら高い質量分解能及び高い質量精度での質量分析を行ったり、或いは、特に質量分解能及び質量精度を重視してこれらを向上させた質量分析を行ったりすることができる。また、飛行時間型質量分析部としてリニア型とリフレクトロン型の動作モードが切替え可能である構成において、いずれの動作モードでも高い質量分解能及び質量精度を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態によるイオントラップ飛行時間型質量分析装置の全体構成図。
【図２】本実施形態のイオントラップ飛行時間型質量分析装置における主電圧発生部の概略回路構成を示すブロック図。
【図３】本実施形態のイオントラップ飛行時間型質量分析装置においてイオントラップからイオンを排出する際のタイミングの一例を示す図。
【図４】リング電圧切替え時の位相とイオンの速度分布との関係のシミュレーション結果を示す図（ａ）、及びリング電圧切替え時の位相とイオンの空間分布との関係のシミュレーション結果を示す図（ｂ）。
【図５】アンジオテンシンIIの１価イオンの質量近傍の質量スペクトルの実測結果であり、（ａ）は位相０πの場合の質量スペクトル、（ｂ）は位相１．５πの場合の質量スペクトル。
【図６】アンジオテンシンIIの１価イオン及び２価イオンのピーク強度の実測結果を示す図。
【符号の説明】
【００２５】
１…イオン化部
２…イオントラップ
２１…リング電極
２２…入口側エンドキャップ電極
２３…出口側エンドキャップ電極
２４…入射口
２５…出射口
３…飛行時間型質量分析部
３１…飛行空間
３２…リフレクトロン
３３…第１検出器
３４…第２検出器
５…主電圧発生部
５０…クロック生成部
５１…位相制御回路
５２、５３、５４…計数回路
５５、５６、５７…電圧源
５８、５９、６０…スイッチ
６…補助電圧発生部
７…制御部
８…操作部
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施形態であるイオントラップ飛行時間型質量分析装置（ＩＴ−ＴＯＦＭＳ）について、構成と動作とを詳細に説明する。図１は本実施形態のＩＴ−ＴＯＦＭＳの全体構成図である。【００２７】
イオントラップ２は１個のリング電極２１と２個一対のエンドキャップ電極２２、２３とを含み、リング電極２１には主電圧発生部５が接続され、エンドキャップ電極２２、２３には補助電圧発生部６が接続されている。入口側エンドキャップ電極２２のほぼ中央に穿孔された入射口２４の外側にはイオン化部１が配設されており、イオン化部１において生成されたイオンは入射口２４を通過してイオントラップ２内に導入される。一方、出口側エンドキャップ電極２３にあって入射口２４とほぼ一直線上に設けられた出射口２５の外側には飛行時間型質量分析部３が配設されている。【００２８】
飛行時間型質量分析部３は、イオンを飛行させる飛行空間３１と、イオンを電場によって折り返すリフレクトロン３２と、飛行空間３１内を直進して来たイオンを検出するための第１検出器３３と、リフレクトロン３２で折り返されて飛行して来たイオンを検出するための第２検出器３４とを含む。即ち、この飛行時間型質量分析部３はリニア動作モードとリフレクトロン動作モードとの切替えが可能な構成であり、試料の種類や分析目的に応じていずれかの動作モードを選択して分析が行えるようになっている。【００２９】
主電圧発生部５及び補助電圧発生部６は制御部７による制御の下に、それぞれ所定の電圧を発生する。ここではイオントラップ２はいわゆるデジタル方式イオントラップ（ＤＩＴ）であり、後述するように、主電圧発生部５は、所定の電圧値の直流電圧をスイッチングすることで矩形波状の高周波電圧を発生する回路を含む。図２は主電圧発生部５の概略回路構成を示すブロック図、図３はイオントラップ２からイオンを排出する際のタイミングの一例を示す図である。【００３０】
図２において、クロック生成部５０は所定周波数の基準クロック信号を生成する回路である。第１、第２及び第３なる３つの計数回路５２、５３、５４はそれぞれ、基準クロック信号をカウントするカウンタとそのカウンタの出力に対して論理演算を行うゲート回路とを含み、位相制御回路５１からの設定に基づいてカウンタがリセットされるタイミングやカウント値などが変更され得るように構成されている。第１電圧源５５により生成される直流電圧Ｖ１をオン・オフする第１スイッチ５８は第１計数回路５２の出力により駆動される。第２電圧源５６により生成される直流電圧Ｖ２をオン・オフする第２スイッチ５９は第２計数回路５３の出力により駆動される。さらに第３電圧源５７により生成される直流電圧Ｖ３をオン・オフする第３スイッチ６０は第３計数回路５４の出力により駆動される。【００３１】
第１乃至第３スイッチ５８、５９、６０はいずれか１つのみがオンされ、オン状態であるスイッチに対応した電圧が出力される。したがって、第１乃至第３計数回路５２、５３、５４の出力の矩形波信号のパターンの組み合わせが主電圧発生部５から出力される矩形状の高周波電圧の変化のパターンを決めることになる。そして、その矩形状の高周波電圧の周波数や後述するようにその高周波電圧の印加を停止するタイミング（位相）は、操作部８での操作に応じて制御部７から指示を受けた位相制御回路５１により設定されることになる。なお、この実施形態の構成では、リング電極２１に印加される高周波電圧はハイレベルが電圧Ｖ１、ローレベルが電圧Ｖ２の矩形波状であり、この高周波電圧の印加停止時の電圧はＶ３である。【００３２】
イオントラップ２内にイオンを捕捉する際には、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において（ｉ）期間で示すように第１乃至第３計数回路５２、５３、５４の出力の矩形波信号のパターンを設定する。これにより、リング電極２１には図３（ｄ）に示すような矩形状の高周波電圧が印加される。このとき、エンドキャップ電極２２、２３はともに接地状態としておくか、或いはともに適宜の同一直流電圧を印加しておく。上記のように印加される高周波電圧によってイオントラップ２内には高周波電場が形成され、イオントラップ２内のイオンは吸引と反発との力を交互に受けることで中央付近に捕捉される。【００３３】
こうして捕捉したイオンをイオントラップ２内から一斉に排出して飛行時間型質量分析部３に導入する際には、イオンに対するリング電極２１による吸引・反発の力を解除し、それとほぼ同時又はやや遅れて、入口側エンドキャップ電極２２と出口側エンドキャップ電極２３との間にイオンに運動エネルギーを付与して出射口２５を通し外部に引き出すような電圧を印加する必要がある。そこで、この実施形態のＩＴ−ＴＯＦＭＳでは、位相制御回路５１で設定された位相でスイッチ５８、５９、６０により出力電圧をＶ３に切り替え、それとほぼ同時に補助電圧発生部６からエンドキャップ電極２２、２３に所定の電圧を印加するようにしている。【００３４】
ここでは、オペレータが操作部８より指示を与えることで、出力電圧をＶ１／Ｖ２の矩形波電圧からＶ３の一定電圧に切り替える位相を０．５πと１．５πのいずれかに選択的に設定できるようにしている。この２つの位相を選択する意義について説明する。図４は計算機によるシミュレーション結果を示す図であって、（ａ）はリング電圧切替え時の位相とイオンの速度分布との関係、（ｂ）はリング電圧切替え時の位相とイオンの空間分布との関係を示す図である。【００３５】
図４（ａ）では、位相０π、０．５π、π、１．５πでのｚ軸方向（イオントラップ２へのイオン導入方向及びイオントラップ２からのイオン排出方向）のイオンの位置分布を横軸に、そのときにイオンが持つ速度分布を縦軸に示している。この図により、位相１．５πにおいてイオンのｚ軸方向の速度拡がりが最も小さくなることが分かる。一方、図４（ｂ）ではｚ軸に互いに直交するｘ軸方向を横軸に、ｙ軸方向を縦軸に示している。この図より、位相１．５πにおいてｘ軸方向、ｙ軸方向のいずれにもイオンの空間的な拡がりが最小になることが分かる。【００３６】
したがって、リング電極２１へ印加される高周波電圧の位相が１．５πであるときにその電圧をＶ３に切り替えてイオンをイオントラップ２から排出すると、イオンの分析前の初速度が飛行時間に及ぼす影響が最も小さくなる。それによって、同一質量のイオンに対する飛行時間のばらつきを抑えることができ、質量分解能及び質量精度を高めることができる。また、イオン排出時におけるｘ軸方向、ｙ軸方向のイオンの空間的な拡がりも小さいので、出射口２５でのイオンの通過効率が良好になり、飛行時間型質量分析部３に導入するイオン量を十分に確保して検出感度を向上させることができる。【００３７】
但し、図４（ａ）から分かるように位相１．５πではｚ軸方向にイオンの拡がりが大きい。これはイオンが排出される際の出発位置のばらつきが大きいことを意味するとともに、ｚ軸方向の位置によって加速電場の電位が相違することにより速度拡がりが生じるおそれがあることを意味する。しかしながら、一般に、飛行時間型質量分析部３がリフレクトロン動作モードである場合には、上記のようなばらつき要因はイオンを折り返す際に補正され、その影響が軽減されることが知られている。そのため、リフレクトロン動作モードでは、イオン排出時の位相を１．５πに定めることが、質量分解能及び質量精度の向上、検出感度の向上の両方の観点で好ましいと言える。【００３８】
これに対し飛行時間型質量分析部３がリニア動作モードである場合には、リフレクトロン動作モードとは異なり、上記のような補正作用は期待できない。イオン排出時の位相を０．５πとするとイオン排出時のｚ軸方向の拡がりが最小となり、このとき速度のばらつきも位相が１．５πのときほどではないものの位相が０π又はπのときに比べれば十分に小さくなる。そこで、リニア動作モードでは、イオン排出時の位相を０．５πに定めることが、質量分解能及び質量精度の向上の観点で好ましいと言える。但し、このときにはｘ軸方向、ｙ軸方向の空間的な拡がりは大きいので、出射口２５でのイオンの通過効率は必ずしも高くなく検出感度の点では不利である。【００３９】
上述のように、飛行時間型質量分析部３をリニア動作モード又はリフレクトロン動作モードのいずれで動作させるのかによって、オペレータが操作部８より適宜の位相を指示するようにすれば、各動作モードに適したタイミングでイオントラップ２からイオンが排出されて質量分析に供されることになる。なお、こうした指示をオペレータが行うことなく、リニア／リフレクトロン動作モードの選択に応じて自動的に、つまりはリニア動作モードでは位相０．５π、リフレクトロン動作モードでは位相１．５πが設定されるようにしてもよい。
【実施例】
【００４０】
上述したようにリフレクロトン動作モードにおいてイオン排出時の位相を１．５πとすることが適切であることを、図１に示した実施形態のＩＴ−ＴＯＦＭＳを用いた実験的に確認した。この実験では、イオン化部１におけるイオン化法としてはエレクトロスプレイイオン化法（ＥＳＩ）を用い、飛行時間型質量分析部３はリフレクトロン動作モードで動作させた。また、分析対象の試料としては、アンジオテンシンII（AngiotensinII：アミノ酸配列＝[ＤＲＶＹＩＨＰＦ]、ｍ／ｚ：１０４６．５）を用いた。【００４１】
図５はアンジオテンシンIIの１価イオンの質量近傍の質量スペクトルの実測結果であり、（ａ）は位相０πの場合の質量スペクトル、（ｂ）は位相１．５πの場合の質量スペクトルである。いずれもアンジオテンシンIIの１価イオンのピークが出現しているが、そのピークの半値幅ＦＷＨＭは大きく異なり、（ａ）では約０．１７Ｄａ、（ｂ）では約０．０９６Ｄａである。なお、ピークトップの質量が厳密に１価イオンのｍ／ｚとなっていないので校正上の問題であり、ここでは無視できる。【００４２】
質量分析における質量分解能は、目的イオンの質量Ｍとそのピークの半値幅Δｍとから、Ｍ／Δｍで求まる。そこで、上記半値幅からそれぞれの質量分解能を計算すると、位相０πでは約６０００、位相１．５πでは約１００００となる。したがって、イオン排出時の位相を１．５πとした場合には位相を０πとした場合に比べて、１．８倍程度の高い質量分解能を達成できることが分かる。【００４３】
図６はアンジオテンシンIIの１価イオン及び２価イオンのピーク強度の実測結果を示す図である。いずれのイオンもイオン排出時の位相を１．５πとした場合に位相を０πとした場合に比べて、数倍程度の高い信号強度が得られることが分かる。つまり、ｍ／ｚの大小に拘わらず、位相１．５πでは高い検出感度を達成できると言える。
以上の結果より、リフレクトロン動作モードにおいては、イオントラップからのイオン排出時の電圧切替え時の位相を１．５πに設定すると、高い質量分解能で且つ高感度の検出が行えることが実験的に確認できた。これは上述したシミュレーション結果による考察と一致している。【００４４】
なお、上記実施形態は本発明の一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜に、変形、修正、追加を行っても本願請求の範囲に包含されることは明らかである。例えば上記実施形態は、イオントラップが、１個のリング電極と２個のエンドキャップ電極とから成る３次元四重極型イオントラップであったが、多重極（例えば四重極）ロッドとこの両開放端面に設けられた一対のエンドキャップ電極とから成る、いわゆるリニア型のイオントラップにも本発明を適用することができる。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成21年6月4日(2009.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１個のリング電極と、該リング電極を挟んで配置された一対のエンドキャップ電極とから成り、それら電極で囲まれる空間に形成される捕捉用電場によりイオンを捕捉する３次元四重極型のイオントラップと、一方のエンドキャップ電極に設けられた出射口を通してリング電極の中心軸の延伸方向に前記イオントラップから排出されたイオンを飛行させることで質量分離し検出する飛行時間型質量分析部と、を具備するイオントラップ飛行時間型質量分析装置において、
a)捕捉用電場を形成するために前記リング電極に矩形波状の高周波電圧を印加する主電圧発生手段と、
b)前記イオントラップからイオンを排出して前記飛行時間型質量分析部に導入するために、前記エンドキャップ電極の少なくとも一方に電圧を印加する補助電圧発生手段と、
c)捕捉用電場により前記イオントラップ内にイオンを捕捉した状態で該イオンを前記出射口から一斉に排出するために、前記矩形波状の高周波電圧が所定の位相である時点で該電圧を一定電圧値に切り替えるべく前記主電圧発生手段を制御し、その切替えと同時又はその切替え後にイオン排出用の電圧を印加するべく前記補助電圧発生手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするイオントラップ飛行時間型質量分析装置。
【請求項２】
前記矩形波状の高周波電圧を一定電圧値に切り替える前記所定の位相は任意に又は複数段階に選択可能であることを特徴とする請求項１に記載のイオントラップ飛行時間型質量分析装置。
【請求項３】
前記所定の位相として、前記イオントラップ中のイオンの速度拡がりが前記飛行時間型質量分析部における飛行時間の拡がりに及ぼす影響が最小となるような位相を設定可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオントラップ飛行時間型質量分析装置。
【請求項４】
前記所定の位相として、前記イオントラップ中のイオンを排出する際のイオンの空間的な拡がりが最小となるような位相を設定可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオントラップ飛行時間型質量分析装置。
【請求項５】
前記矩形波状の高周波電圧のデューティ比は５０％であって、前記所定の位相は１．５πであることを特徴とする請求項３又は４に記載のイオントラップ飛行時間型質量分析装置。
【請求項６】
前記所定の位相として、前記イオントラップ中のイオンの空間的な拡がりに起因して、前記飛行時間型質量分析部へのイオンの導入のためにイオンが加速される際に発生する速度の拡がりが最小となるような位相を設定可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のイオントラップ飛行時間型質量分析装置。
【請求項７】
前記矩形波状の高周波電圧のデューティ比は５０％であって、前記所定の位相は０．５πであることを特徴とする請求項６に記載のイオントラップ飛行時間型質量分析装置。
【請求項８】
前記飛行時間型質量分析部はリニア型とリフレクトロン型との動作モードの切り替えが可能であって、その切り替えに対応して前記所定の位相が切り替え可能であることを特徴とする請求項２に記載のイオントラップ飛行時間型質量分析装置。
【請求項９】
前記矩形波状の高周波電圧のデューティ比は５０％であって、リフレクトロン型の動作モードにおいて前記所定の位相は１．５πであり、リニア型の動作モードにおいて前記所定の位相は０．５πであることを特徴とする請求項８に記載のイオントラップ飛行時間型質量分析装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上記課題を解決するために成された本発明は、１個のリング電極と、該リング電極を挟んで配置された一対のエンドキャップ電極とから成り、それら電極で囲まれる空間に形成される捕捉用電場によりイオンを捕捉する３次元四重極型のイオントラップと、一方のエンドキャップ電極に設けられた出射口を通してリング電極の中心軸の延伸方向に前記イオントラップから排出されたイオンを飛行させることで質量分離し検出する飛行時間型質量分析部と、を具備するイオントラップ飛行時間型質量分析装置において、
a)捕捉用電場を形成するために前記リング電極に矩形波状の高周波電圧を印加する主電圧発生手段と、
b)前記イオントラップからイオンを排出して前記飛行時間型質量分析部に導入するために、前記エンドキャップ電極の少なくとも一方に電圧を印加する補助電圧発生手段と、
c)捕捉用電場により前記イオントラップ内にイオンを捕捉した状態で該イオンを前記出射口から一斉に排出するために、前記矩形波状の高周波電圧が所定の位相である時点で該電圧を一定電圧値に切り替えるべく前記主電圧発生手段を制御し、その切替えと同時又はその切替え後にイオン排出用の電圧を印加するべく前記補助電圧発生手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明で用いられる３次元四重極型のイオントラップにおいて上述のような条件を満たすのは、矩形波状の高周波電圧のデューティ比が５０％であるときに、その位相は１．５πである。但し、ここで位相は厳密に１．５πでなくてもよく、その近傍であればよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
こうした構成がとれない場合、例えばリニア型の飛行時間型質量分析装置を用いる場合には、上記所定の位相として、イオントラップ中のイオンの空間的な拡がりに起因して、飛行時間型質量分析部へのイオンの導入のためにイオンが加速される際に発生する速度の拡がりが最小となるような位相を設定可能であるようにするとよい。本発明で用いられる３次元四重極型のイオントラップでは、矩形波状の高周波電圧のデューティ比が５０％であるときに、そうした条件を満たす位相は０．５πである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
好ましい態様として、矩形波状の高周波電圧のデューティ比は５０％であって、リフレクトロン型の動作モードにおいては上記所定の位相は１．５πであり、リニア型の動作モードにおいては上記所定の位相は０．５πである構成とするとよい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
なお、上記実施形態は本発明の一例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜に、変形、修正、追加を行っても本願請求の範囲に包含されることは明らかである。
【国際調査報告】
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