(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料をイオン化するイオン源と、当該イオン源で生成されたイオンを一時的に保持するイオントラップと、前記イオン源と前記イオントラップの間に配置され、イオントラップへのイオンの導入を電気的に制御するゲート電極と、前記イオントラップから放出されたイオンを検出する検出器とを有するイオントラップ形質量分析装置において、
前記ゲート電極に正電圧及び負電圧を印加する電圧印加手段と、
測定で得られたマススペクトルより、任意の目的成分の信号強度と任意のノイズ成分の信号強度との比を算出し、当該比が大きくなるように、前記電圧印加手段で印加する電圧の大きさを制御する印加電圧制御手段とを有することを特徴とするイオントラップ形質量分析装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ゲート電極に印加される電圧は、正電圧と負電圧で、それぞれ独立して制御されることを特徴とするイオントラップ形質量分析装置。
【請求項３】
試料をイオン化するイオン源と、当該イオン源で生成されたイオンを一時的に保持するイオントラップと、前記イオン源と前記イオントラップの間に配置され、イオントラップへのイオンの導入を電気的に制御するゲート電極と、前記イオントラップから放出されたイオンを検出する検出器とを有するイオントラップ形質量分析装置の制御方法において、
測定で得られたマススペクトルより、任意の目的成分の信号強度と任意のノイズ成分の信号強度との比を算出するステップと、
上記比が大きくなるように、上記ゲート電極への印加電圧の大きさを制御するステップとを有することを特徴とするイオントラップ形質量分析装置の制御方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記任意のノイズ成分は、前記任意の目的成分の少なくとも±５０amu の範囲から選択されることを特徴とするイオントラップ形質量分析装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン源で生成されたイオンを一時的に捕捉して質量分析を行うイオントラップ形質量分析装置及びその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、測定試料をイオン化し、質量対電荷量比（ｍ／ｚ）毎にマススペクトルを得る質量分析装置においては、イオンを一時的に捕捉し、その後質量分離を行って測定を行うイオントラップ形質量分析装置が実用化されており、ＬＣ／ＭＳやＩＰＣ−ＭＳ等に応用されている。
【０００３】
一般に、イオンを捕捉する手段として用いられるイオントラップは、環状のリング電極とその両側に設けられるエンドキャップからなり、このリング電極とエンドキャップで取り囲まれる区域がイオンを捕捉するトラップ場となる。
【０００４】
上記のＬＣ／ＭＳやＩＰＣ−ＭＳにおいては、試料をイオン化するイオン源をイオントラップ外部に有し、このイオン源で生成されたイオンをイオントラップ内に一時的に捕捉し、任意の質量対電荷量比（ｍ／ｚ）毎にイオントラップ外に放出することにより、質量分離が行われる。
【０００５】
また、イオントラップとイオン源の間には、ゲート電極が配置され、このゲート電極に印加する直流電圧の極性を切り替えることにより、イオン源において生成された試料イオンの内、測定すべき試料イオンを選択的にイオントラップ内のトラップ場へ導入するという制御を行っている。
【０００６】
例えば、ＬＣ／ＭＳの場合、通常、正イオン測定モードと負イオン測定モードを有しており、イオン源にてそれぞれの測定モードに合わせた正イオンまたは負イオンが生成される。この場合、正イオン測定モードの場合は、イオントラップにイオンを導入する際（ゲート開）はゲート電極を負の電位とし、導入しない際（ゲート閉）にはゲート電極を正の電位とするようする。また、負イオン測定モードにおいては、イオントラップにイオンを導入する際（ゲート開）はゲート電極を正の電位とし、導入しない際（ゲート閉）にはゲート電極を負の電位とするようする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法では、ゲート電極を介してイオントラップにイオンを導入する際には、ゲート電極に印加する直流電圧は、単に正負の極性の切り替えのみであり、印加する電圧の絶対値は測定する試料の種類にかかわらず一定であった。このため、試料の種類によってイオントラップへの試料イオンの導入し易さにバラツキが発生する。
【０００８】
例えば、イオン化し辛い試料の場合は、ゲート電極の印加電圧では充分に引き込むことができない場合がある。
【０００９】
またゲート閉、即ちイオン源で生成される試料イオンの極性と同極性の直流電圧をゲート電極に印加している状態においても、イオン源から入射する試料イオンの運動エネルギーが大きいため、ゲート電極では弾き切れずに、試料イオンがイオントラップへ入ってしまう場合がある。この様な場合、バックグラウンドノイズが増大し、マススペクトルのピークのＳ／Ｎ比の低下を招き、感度良く測定することができない。
【００１０】
また、イオン源においては、試料イオン以外の浮遊イオンも生成されており、この浮遊イオンも試料イオンと共にイオントラップに入ってしまう場合があり、この場合は更に、マススペクトル上のノイズピークが大きくなり、測定感度が悪くなる。
【００１１】
上記のような現象は、特に正イオン測定時に顕著に表れる。
【００１２】
本発明の目的は、上記のようなバックグラウンドノイズを低減でき、最大感度で測定することができるイオントラップ形質量分析装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の特徴は、試料をイオン化するイオン源と、当該イオン源で生成されたイオンを一時的に保持するイオントラップと、前記イオン源と前記イオントラップの間に配置され、イオントラップへのイオンの導入を電気的に制御するゲート電極と、前記イオントラップから放出されたイオンを検出する検出器とを有するイオントラップ形質量分析装置において、前記ゲート電極に正電圧及び負電圧を印加する電圧印加手段と、測定で得られたマススペクトルより、任意の目的成分の信号強度と任意のノイズ成分の信号強度との比を算出し、当該比が大きくなるように、前記電圧印加手段で印加する電圧の大きさを制御する印加電圧制御手段とを有することである。
【００１４】
また、試料をイオン化するイオン源と、当該イオン源で生成されたイオンを一時的に保持するイオントラップと、前記イオン源と前記イオントラップの間に配置され、イオントラップへのイオンの導入を電気的に制御するゲート電極と、前記イオントラップから放出されたイオンを検出する検出器とを有するイオントラップ形質量分析装置の制御方法において、測定で得られたマススペクトルより、任意の目的成分の信号強度と任意のノイズ成分の信号強度との比を算出するステップと、上記比が大きくなるように、上記ゲート電極への印加電圧の大きさを制御するステップとを有することである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００１７】
図２に本発明で用いられるイオントラップ形質量分析装置のブロック図を示す。一般に、イオントラップは環状のリング電極６とその両端に配置されるエンドキャップ４および５からなり、これらリング電極６及びエンドキャップ４，５で取り囲まれる区域１４がトラップ場となる。
【００１８】
測定試料は、イオン源１においてイオン化され、イオントラップの方向へイオン化された試料が導入される。イオントラップの前には、円筒状のゲート電極２が配置されており、イオン源１から放射されるイオンをエンドキャップ４側に導入するか否かに応じて、このゲート電極２に印加する直流電圧をゲート電極制御装置３によって制御する。これにより、ゲート電極２に導入するイオンと同極性の電圧を印加した場合（この時をゲートが開いた場合という）、エンドキャップ４の開口部を通して区域１４にイオンが導入される。
【００１９】
区域１４にイオンを保持する場合は、高周波電圧発生器７からエンドキャップ４と５、およびリング電極６に高周波電圧を印加することによって、区域１４の中に双曲電界を生成する。この双曲電界により、区域１４に導入されてきたイオンを蓄積することができる。
【００２０】
区域１４内のイオンをイオントラップの外部に配置された検出器１０によって検出するために、エンドキャップ５の開口部と検出器１０の間にイオンレンズ電極８を設ける。イオンレンズ制御装置９によってイオンレンズ電極８を制御することでイオンレンズ電極８を電気的に開閉し、区域１４で蓄積したイオンを区域１４からエンドキャップ５の開口部を通して検出器１０により検出する。増幅器１１では、検出器１０の出力である電流信号を受け取り、電圧信号に変換する。電圧信号は、プロセッサ１５で処理するために、記憶装置１２にデータとして記憶される。記憶装置１２内のデータは、プロセッサ１５の要求に応答して、記憶装置１２からプロセッサ１５へデータが送り出される。
【００２１】
上記高周波電圧発生器７，ゲート電極制御装置３，イオンレンズ制御装置９を制御するための制御信号は、プロセッサ１５から受け取る指令に応答することにより、ＣＰＵ１３によって生成され、各装置へ送り出される。
【００２２】
上記イオントラップ形質量分析装置の質量分析を行う際の基本的な動作を図５を参照して説明する。
【００２３】
図５に示すように、イオントラップ形質量分析装置の質量分析の基本的なステップは、Ａ，Ｂ，Ｃの３つの期間からなる。まず、期間Ａにおいて、イオン源１で生成されたイオンをイオントラップの区域１４中に導入，蓄積する。具体的には、図２のゲート電極２を開く（導入するイオンと同極性の電圧を印加する。図５の場合、正イオンを測定する場合を示す。）ことにより、イオン源１で生成されたイオンをエンドキャップ４の開口部を通して区域１４に導入し、さらに高周波電圧発生器７を起動してイオントラップに高周波電圧を印加し、区域１４に双曲電界を発生させ、区域１４に導入したイオンを蓄積する。
【００２４】
次に期間Ｂにおいて、ゲート電極を閉じ（印加電圧の極性反転）、イオンの導入を遮断し、期間Ａにおいて導入されたイオンが区域１４に安定に蓄積されるのを待つ。
【００２５】
次に期間Ｃにおいて、蓄積されたイオンを順次検出する。具体的には、リング電極６に印加する高周波電圧の振幅を走査することによって、質量対電荷量比毎にイオンをイオントラップ外に連続的に放出させる。
【００２６】
図１に本発明のゲート電極制御装置３の詳細なブロック図を示す。ゲート電極制御装置３は、２つの直流電圧電源１６と１７を有し、これらはそれぞれ正電圧と負電圧を発生する。これら２つの直流電圧電源１６と１７はＣＰＵ１３によって出力電圧を可変制御される。また、ＣＰＵ１３はスイッチ１８を制御することにより、直流電圧電源１６と１７のいずれかの出力をゲート電極２へ出力する。例えば、イオン源１で生成されたイオンが正イオンの場合、この正イオンを区域１４へ導入するには、ＣＰＵ１３はスイッチ１８を制御して直流電圧電源（負）１７の出力をゲート電極２に印加する。また、逆に正イオンを区域１４へ導入しないときは、ＣＰＵ１３はスイッチ１８を制御して直流電圧電源（正）１６の出力をゲート電極２に印加する。
【００２７】
上記構成において、ゲート電極２への印加電圧の制御についての第一の実施例を図３を基に説明する。
【００２８】
まず、試料をイオン源１にてイオン化し、このイオンをイオントラップ方向へ導入する。この際、ゲート電極制御装置３の直流電圧電源１６と１７は、初期値としてある定電圧を印加するよう設定されている。ここでは、１００Ｖが設定されているものとする。
【００２９】
その後、上記直流電圧電源１６と１７の初期値の印加電圧のままでイオンをイオントラップへ導入し、質量分離の後、検出器１０にて測定を行い、測定結果を記憶装置１２へ格納する。
【００３０】
次に、プロセッサ１５は記憶装置１２に蓄えられたデータを受け取り、測定試料のマススペクトルを得る。プロセッサ１５は測定試料のマススペクトルピークのＳ／Ｎ比を計算する。
【００３１】
ここで、Ｓ／Ｎ比の計算方法の一例を図６（ａ）に示す。目的とするイオンピークの信号強度をＳとして、そのイオンピークから±１０ａｍｕ  （ａｔｏｍｉｃ  ｍａｓｓ      ｕｎｉｔ）  の範囲での最も信号強度の高いピークをノイズピークの強度ＮとしてＳ／Ｎ比を計算し、その値を変数Ｘとする。ただし、ノイズピークを選択する場合においては、目的とするイオンピークの同位体ピークはその対象から外すものとする。また、ノイズピークを選択する範囲として、ここでは±１０ａｍｕ  としたが、この範囲は任意に変更することができる。具体的には、±１０〜５０ａｍｕ  の範囲で設定される。
【００３２】
次に、プロセッサ１５はＣＰＵ１３に、ゲート電極制御装置３の直流電圧電源１６と１７の出力を大きくするように指令を出す。指令に基づき、ＣＰＵ１３はゲート電極制御装置３の直流電圧電源１６と１７の出力を大きくする。
【００３３】
その後、再度試料イオンの測定を行い、データを記憶装置１２に格納する。
【００３４】
プロセッサ１５は記憶装置１２に蓄えられたデータを受け取り、測定試料のマススペクトルピークのＳ／Ｎ比を計算し、その値を変数Ｙとする。
【００３５】
今回計算したＳ／Ｎ比（Ｙ）が、前回計算したＳ／Ｎ比（Ｘ）よりも大きくなっていれば、変数Ｙの値を変数Ｘとし、更に直流電圧電源１６と１７の出力を大きくするようにプロセッサ１５からＣＰＵ１３へ指令を出し、測定を行う。このように、Ｓ／Ｎ比が大きくなり続ける限り、ゲート電極２への印加電圧を大きくするように制御が続けられる。
【００３６】
逆に、前回計算したＳ／Ｎ比（Ｘ）よりも今回のＳ／Ｎ比（Ｙ）が下がっていれば、変数Ｙの値を変数Ｘとし、直流電圧電源１６と１７の出力を小さくするようにプロセッサ１５からＣＰＵ１３へＣＰＵ１３に指令を出し、測定を行う。この場合も、上記と同様に、Ｓ／Ｎ比が小さくなり続ける限り、ゲート電極２への印加電圧を小さくするように制御が続けられる。
【００３７】
上記比較で、前回のＳ／Ｎ比（Ｘ）≧今回のＳ／Ｎ比（Ｙ）となった時点でゲート電極２への印加電圧の調整は終了し、直流電圧電源１６と１７の設定電圧を初期値に戻す。
【００３８】
上記の手順を行うことにより、Ｓ／Ｎ比が最大となるように直流電圧電源１６と１７の出力値、すなわちゲート電極２への印加電圧値を制御することが可能となる。
【００３９】
尚、図３では、直流電圧電源１６と１７の出力電圧を同時に可変させる例を示したが、各電源は、それぞれ独自に出力電圧の制御がされても問題はない。例えば、正イオンを測定する場合、ゲートを開く際に印加する直流電圧電源１７の出力電圧を上記図３のフローチャートに沿って制御することでも、Ｓ／Ｎ比の改善を行うことが可能である。
【００４０】
次に、ゲート電極２への印加電圧の制御方法についての第２の実施例について図４を基に説明する。
【００４１】
上記第１の実施例では、実際に試料を測定しながら印加電圧の制御を行ったが、本実施例においては、測定試料をイオン源１に導入せずにバックグラウンドノイズのみを測定する。本実施例のフローチャートを図４に示す。
【００４２】
まず、直流電圧電源１６と１７の出力電圧を任意の値に設定する。
【００４３】
プロセッサ１５は、測定試料を導入していない状態で得られたマススペクトルを取得する。そして図６（ｂ）に示すように、測定質量範囲におけるすべてのピークの中で、最も強度の高いピークをノイズピークとして選択し、ノイズピークのカウント値（信号強度）を変数Ｘとする。
【００４４】
その後、プロセッサ１５はＣＰＵ１３にゲート電極制御装置３の直流電圧電源１６と１７の出力を大きくするように指令する。指令に基づき、ＣＰＵ１３は直流電圧電源１６と１７の出力を大きくし、再度、バックグラウンドノイズのみの測定を行う。
【００４５】
プロセッサ１５は記憶装置１２からデータを受け取り、前回選択したノイズピークと同じピークのカウント値を変数Ｙとし、前回のカウント値Ｘと比較を行う。比較の結果、今回取得したカウント値Ｙが、前回のカウント値Ｘよりも下がっていれば更に直流電圧電源１６及び１７の出力を大きくするようにＣＰＵ１３に指令する。
【００４６】
逆に前回取得したカウント値Ｘよりも上がっていれば、直流電圧電源１６及び１７の出力を小さくするようにＣＰＵ１３に指令する。この手順を繰り返すことにより、ノイズピークが最小となるように直流電圧電源１６及び１７の出力値、すなわちゲート電極２の印加電圧値を制御することが可能となる。
【００４７】
尚、本実施例においても先の第１の実施例と同様に、直流電圧電源１６及び
１７の各電源の出力電圧をそれぞれ独自に設定可能であることはいうまでもない。
【００４８】
【発明の効果】
本発明により、イオントラップ形質量分析装置を用いて試料の質量分析を行う際に、試料のマススペクトルピークのＳ／Ｎ比が最大かつ、ノイズピークが最小の条件での測定が可能となり、高感度で高精度な質量分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のゲート電極制御装置の詳細を示す図である。
【図２】質量分析を行う際のイオントラップ形質量分析装置のブロック図である。
【図３】ゲート電極に印加する電圧の制御手順を示すフローチャートである（第１の実施例）。
【図４】ゲート電極に印加する電圧の制御手順を示すフローチャートである（第２の実施例）。
【図５】質量分析を行う際の各部の印加電圧の変化を示す図である。
【図６】（ａ）Ｓ／Ｎ比を計算する際の目的イオンとノイズイオンを示したマススペクトルを表す図である。（ｂ）バックグラウンドのみのマススペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１…イオン源、２…ゲート電極、３…ゲート電極制御装置、４，５…エンドキャップ、６…リング電極、７…高周波電圧発生器、８…イオンレンズ電極、９…イオンレンズ制御装置、１０…検出器、１１…増幅器、１２…信号出力記憶装置、１３…ＣＰＵ、１４…トラップ場、１５…プロセッサ、１６…直流電圧電源（正）、１７…直流電圧電源（負）、１８…スイッチ。
【図１】
0003551091.tif 000002
【図２】
0003551091.tif 000003
【図３】
0003551091.tif 000004
【図４】
0003551091.tif 000005
【図５】
0003551091.tif 000006
【図６】
0003551091.tif 000007