(57)【要約】【課題】高スループットでかつ、選択性が高いＭＳｎ測定を行う。【解決手段】一例の質量分析方法は、ＲＦ電圧と共に補助交流電圧を印加して、異なる質量電荷比を有する異なる種類の前駆体イオンをイオントラップ内に保持しつつ、補助交流電圧に共鳴する他のイオンをイオントラップから排除する。前記異なる種類の前駆体イオンの１又は複数種類の前駆体イオンを選択し、選択した前駆体イオン以外の非選択前駆体イオンをイオントラップ内に保持しつつ、選択した前駆体イオンを補助交流電圧との共鳴により解離させてフラグメントイオンを生成する。非選択前駆体イオンをイオントラップ内に保持しつつ、生成したフラグメントイオンを補助供交流電圧との共鳴によりイオントラップから排出して検出器において検出する。前記解離と前記排出とを繰り返し、前記異なる種類の前駆体イオンの質量測定を行う。【選択図】図２Ａ
2015011801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料をイオン源においてイオン化する、イオン化ステップと、
前記イオン源で生成されたイオンを、ＲＦ電圧を使用してイオントラップにトラップする、トラッピングステップと、
前記イオントラップに前記ＲＦ電圧と共に補助交流電圧を印加して、異なる質量電荷比を有する異なる種類の前駆体イオンを前記イオントラップ内に保持しつつ、前記補助交流電圧に共鳴する他のイオンを前記イオントラップから排除して、前記異なる種類の前駆体イオンをアイソレートする、アイソレーションステップと、
前記異なる種類の前駆体イオンの１又は複数種類の前駆体イオンを選択し、前記選択した前駆体イオン以外の非選択前駆体イオンを前記イオントラップ内に保持しつつ、前記選択した前駆体イオンを前記補助交流電圧との共鳴により解離させてフラグメントイオンを生成する、解離ステップと、
前記非選択前駆体イオンを前記イオントラップ内に保持しつつ、前記生成したフラグメントイオンを前記補助供交流電圧との共鳴により前記イオントラップから質量選択的に排出して検出器において検出する、質量選択的排出ステップと、を含み、
前記解離ステップと前記質量選択的排出ステップとを繰り返し、前記異なる種類の前駆体イオンの質量測定を行う、質量分析方法。
【請求項２】
請求項１に記載の質量分析方法であって、
前記解離ステップ及び前記質量選択的排出ステップの少なくとも一方は、前記非選択前駆体イオンが前記補助交流電圧と共鳴しない範囲で、前記補助交流電圧の周波数又は前記ＲＦ電圧の振幅をスキャンする、質量分析方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の質量分析方法であって、
前記アイソレーションステップにおいて、前記補助交流電圧は、前記異なる種類の前駆体イオンの共鳴周波数のそれぞれを含むノッチを有する、質量分析方法。
【請求項４】
請求項３に記載の質量分析方法であって、
前記アイソレーションステップは、前記ノッチのノッチ幅が段階的に狭くなるように、前記補助交流電圧を、複数回印加する、質量分析方法。
【請求項５】
請求項３に記載の質量分析方法であって、
前記アイソレーションステップは、前記ＲＦ電圧の振幅を変化させて、前記前駆体イオンと異なるイオンの前記ノッチ内に存在する共鳴周波数を、前記ノッチ外にシフトさせる、質量分析方法。
【請求項６】
請求項３に記載の質量分析方法であって、
前記アイソレーションステップにおいて、前記ノッチの幅は、前記異なる種類の前駆体イオンの質量電荷比が小さいほど広い、質量分析方法。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の質量分析方法であって、
前記アイソレーションステップは、前記補助交流電圧において、前記異なる種類の前駆体の共鳴周波数を含む複数の第１ノッチ及び前記第１ノッチと異なる第２ノッチを有する電圧を印加しつつ、前記第２ノッチのそれぞれにおいて周波数をスキャンする、質量分析方法。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の質量分析方法であって、
前記アイソレーションステップは、前記異なる種類の前駆体イオンが前記補助交流電圧と共鳴しない範囲で、前記補助交流電圧の周波数又は前記ＲＦ電圧の振幅をスキャンする、質量分析方法。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の質量分析方法であって、
前記イオン源の上流側に位置するバルブを制御して、気化した前記試料を間欠的に前記イオン源に導入するステップをさらに有する、質量分析方法。
【請求項１０】
試料をイオン化する、イオン源と、
前記イオン源で生成されたイオンを、ＲＦ電圧を使用してトラップする、イオントラップと、
前記イオントラップから質量選択的に排出されたイオンを検出する検出器と、
制御部と、を含み、
前記制御部は、
前記イオントラップに前記ＲＦ電圧と共に補助交流電圧を印加して、異なる質量電荷比を有する異なる種類の前駆体イオンを前記イオントラップ内に保持しつつ、前記補助交流電圧に共鳴する他のイオンを前記イオントラップから排除して、前記異なる種類の前駆体イオンをアイソレートする、アイソレーションステップと、
前記異なる種類の前駆体イオンの１又は複数種類の前駆体イオンを選択し、前記選択した前駆体イオン以外の非選択前駆体イオンを前記イオントラップ内に保持しつつ、前記選択した前駆体イオンを前記補助交流電圧との共鳴により解離させてフラグメントイオンを生成する、解離ステップと
前記非選択前駆体イオンを前記イオントラップ内に保持しつつ、前記生成したフラグメントイオンを前記補助供交流電圧との共鳴により前記イオントラップから前記検出器に向けて質量選択的に排出する、質量選択的排出ステップと、を実行し、
前記解離ステップと前記質量選択的排出ステップとを繰り返し、前記異なる種類の前駆体イオンの質量測定を行う、質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は質量分析方法及び質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、複数の前駆体イオンを同時にアイソレーションし、アイソレーションした複数の前駆体イオンを同時に解離させて、生成したフラグメントイオンのＭＳ／ＭＳスペクトルを取得する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７０７８６８５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の方法は、ＭＳ／ＭＳ質量分析を高スループットで行うことができる。しかし、当該方法は、アイソレーションした複数の前駆体イオンを同時に解離させるため、各フラグメントイオンがどの前駆体イオンから生成したかという情報を失う。そのため、特に、複数の前駆体イオンが、同じ質量電荷比（ｍ／ｚ）のフラグメントイオンを生成する場合に、フラグメントイオンを生成した前駆体イオンを特定することができない。また、アイソレートする前駆体イオンの数が多いほど、ＭＳ／ＭＳスペクトルが複雑になり、試料の定量や同定が困難になる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様の質量分析方法は、試料をイオン源においてイオン化する、イオン化ステップと、前記イオン源で生成されたイオンを、ＲＦ電圧を使用してイオントラップにトラップする、トラッピングステップと、前記イオントラップに前記ＲＦ電圧と共に補助交流電圧を印加して、異なる質量電荷比を有する異なる種類の前駆体イオンを前記イオントラップ内に保持しつつ、前記補助交流電圧に共鳴する他のイオンを前記イオントラップから排除して、前記異なる種類の前駆体イオンをアイソレートする、アイソレーションステップと、前記異なる種類の前駆体イオンの１又は複数種類の前駆体イオンを選択し、前記選択した前駆体イオン以外の非選択前駆体イオンを前記イオントラップ内に保持しつつ、前記選択した前駆体イオンを前記補助交流電圧との共鳴により解離させてフラグメントイオンを生成する、解離ステップと、前記非選択前駆体イオンを前記イオントラップ内に保持しつつ、前記生成したフラグメントイオンを前記補助供交流電圧との共鳴により前記イオントラップから排出して検出器において検出する、排出ステップと、を含み、前記解離ステップと前記排出ステップとを繰り返し、前記異なる種類の前駆体イオンの質量測定を行う。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の一態様によれば、高スループットでかつ、選択性が高いＭＳｎ測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】実施例１において、質量分析装置の構成例を模式的に示す。
【図１Ｂ】実施例１において、試料気化部の構成例を模式的に示す。
【図１Ｃ】実施例１において、リニアイオントラップの構成例を模式的に示す。
【図１Ｄ】実施例１において、質量分析装置の他の構成例を模式的に示す。
【図２Ａ】実施例１において、ＭＳｎ測定シーケンスにおける、バルブの動作、分析室の室内圧力、トラップＲＦ電圧、補助交流電圧、検出器の動作を示す。
【図２Ｂ】実施例１において、アイソレーションステップにおける補助交流電圧の周波数と振幅値との関係を示す。
【図３】実施例１において、ＭＳｎ測定シーケンスにおいてイオントラップが保持しているイオンを示す。
【図４】実施例１において、質量スキャン方法を説明するためのグラフを示す。
【図５】実施例１において、アイソレーション直後の前駆体イオンｍ３の２段回解離の例を示す。
【図６】実施例２において、質量分析装置の構成例を模式的に示す。
【図７】実施例４において、広いアイソレーション窓を有するＦＮＦを印加しながらトラップＲＦ電圧振幅をスキャンするアイソレーション方法を模式的に示す。
【図８】実施例５においてＦＮＦを高速に生成する方法を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。各図において共通の構成については同一の参照符号が付されている。
【０００９】
本実施形態は、ＲＦ電圧と補助交流電圧を使用した、イオンの質量分析を説明する。本実施形態の質量分析装置は、イオントラップにおいて試料イオンをトラップし、それらから特定質量電荷比の前駆体イオンをアイソレートする。質量分析装置は、アイソレートした前駆体イオンから選択した１又は複数の質量電荷比の前駆体イオンを解離してフラグメントイオンを生成し、イオントラップから検出器に排出する。質量分析装置は、上記解離と当該解離により生成したフラグメントイオンの検出（測定）を繰り返す。
【００１０】
本実施形態の質量分析により、１回のアイソレーションでアイソレートした前駆体イオンの解離と検出を繰り返すことで、高スループットで選択性が高い測定が可能になる。
【実施例１】
【００１１】
図１Ａは、本実施例の質量分析装置の構成例を模式的に示す。試料気化部１４、管２、排気ポンプ１０、バルブ４、イオン源４０、分析室５を含む。管２は、試料気化部１４、排気ポンプ１０、バルブ４を接続する。イオン源４０は、誘電体管４１、外側電極４２、内側電極４３、バリア放電用交流電源４４を含む。イオン源４０は、分析室５とバルブ４との間に存在する。
【００１２】
分析室５は、イオントラップ７及び検出器８を収容する。図１Ａの例において、イオントラップ７は、リニアイオントラップ四重極を有し、図１Ａは、四つの電極のうち、二つの電極７ａ、７ｂのみを示す。
【００１３】
排気ポンプ１１は、分析室５から気体を排気する。質量分析装置、制御部２１、イオントラップ制御電源２２、バルブ制御電源２３を含む。イオントラップ制御電源２２、バルブ制御電源２３は、それぞれ、リニアイオントラップ四重極、バルブ４を制御する電源であり、制御部２１に制御される。
【００１４】
制御部２１は、質量分析装置の構成要素の動作を制御することで、質量分析を制御する。制御部２１は、集積回路で設計する等によりハードウェアで構成されていてもよいし、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムをメモリから読み出して解釈し、実行することにより、ソフトウェアを使用して実現してもよい。
【００１５】
試料気化部１４は、試料の一部を気化する。図１Ｂは、試料気化部１４の構成例を示す。試料気化部１４はプローブ１４８とヒータ１４９を含む。プローブ１４８は、その先端において、サンプリングされた試料１４５を気化させる。
【００１６】
気化した試料ガスは、プローブ先端近傍に設置した入口からイオン源４０へ導入される。プローブ１４８の材質は、金属やセラミックなどの耐熱性、熱伝導性がよい素材である。プローブ１４８は、ヒータ１４９から分離可能であり、例えば、ユーザは、プローブ１４８の先端を試料（粉末、溶液など）１４５につけて、試料１４５をサンプリングする。
【００１７】
プローブ１４８の先端は、試料１４５を付着させやすいように、凹凸を持っていてもよい。また、逆に先端が、鋭い角を有することなく、曲面であることで、試料１４５の結晶などが角の部分に付着して試料量が変動するのを抑制できる。先端部の面積は、例えば、０．１ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。先端部の面積が大きいほどプローブ１４８に付着する試料の量が多くなり感度は高くなる。一方、先端部の面積が小さい程、夾雑物により汚染やキャリーオーバーの影響を受けにくくなる。
【００１８】
プローブ１４８のヒータ１４９と接触する部分と、プローブ１４８の先端との距離は、例えば、１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度である。プローブ１４８のヒータ１４９と接触する部分とプローブ１４８の先端との距離が短いほど、プローブ１４８の先端に熱伝導の効率が上がる。プローブ１４８のヒータ１４９と接触する部分とプローブ１４８の先端との距離が長いほど、ヒータ１４９と接触する部分に試料や夾雑物が付着する可能性を小さくすることができる。ヒータ１４９の上にプローブ１４８を載せるような構成とすると、ヒータ１４９で加熱された空気が上昇気流を形成するため、試料１４５を装置の入口近くに効率的に運ぶことができる。
【００１９】
この際、外気のながれの影響で上昇気流が乱されるのを避けるため、プローブ１４８の周辺を壁で囲んでもよい。プローブ１４８の付け根の面積を大きくすると、ヒータ１４９との接触面積を大きくとることができ、ヒータ１４９からの熱伝導効率がよくなる。制御部２１は、ヒータ１４９の温度を制御することができる。制御部２１は、質量分析結果をもとに温度を制御してもよい。
【００２０】
図１Ａに戻って、試料気化部１４において気化された試料は、排気ポンプ１０によってバルブ４の手前まで導入される。バルブ４が開の時、気化された試料は、周辺ガスと共に、排気ポンプ１１によって、イオン源４０へ導入される。排気ポンプ１０の排気方向は、矢印１６で示され、イオン源４０へ導入される気化試料が矢印１４７で示されている。排気ポンプ１０、１１は動作し続ける。
【００２１】
バルブ４の構成は、例えば、ピンチバルブ、スライドバルブのように、間欠的にガスの導入、非導入を制御できる構成である。これにより、小型の排気ポンプ１０、１１での排気が可能となり、質量分析装置を小型化できる。排気ポンプ１０は省略してもよい。
【００２２】
イオン源４０は、ガラス、セラミック、プラスティックなどの誘電体管４１、外側電極４２、内側電極４３を有する。誘電体管４１の外側に、外側電極４２、内側には内側電極４３が配置されている。バリア放電用交流電源４４は、内側電極４３と外側電極４２との間に、周波数１〜１００ｋＨｚ、電位２〜５ｋＶ程度の電圧を印加して、誘電体管４１内で誘電体バリア放電を起こす。イオン源４０は、放電領域に気化された試料分子を導入し、試料イオンを生成する。
【００２３】
イオン源４０で生成されたイオン（前駆体イオン）は、分析室５へ導入され、その後、制御部２１は、バルブ４を閉じる。分析室５には、イオントラップ７及び検出器８が配置されている。排気ポンプ１１は、例えば、ターボ分子ポンプやイオンゲッタポンプである。排気ポンプ１１の排気方向方は、矢印１７で示されている。
【００２４】
分析室に導入されたイオンはイオントラップ７に導入され、トラップされる。図１Ａにおいて、イオン２００は、イオントラップ７内で保持されている。イオントラップ７から検出器８へ排出されるイオン（フラグメントイオン）は、矢印５０で示されている。
【００２５】
実施例１は、リニアイオントラップを、イオントラップ７の例として説明する。図１Ｃは、リニアイオントラップ７の構成例を模式的に示す。イオントラップ７は、四重極ロッド電極を有する。ｒ0は、イオントラップ四重極の、内接円半径（ｍ）を示す。
【００２６】
四重極ロッド電極は、対向するロッド７ａ、７ｂからなるロッド対と、対向するロッド７ｃ、７ｄ間からなるロッド対で構成されている。イオントラップ制御電源２２は、対向ロッド間同相で、隣接ロッド間で逆相になるようにトラップＲＦ電圧１９を印加する。トラップＲＦ電圧１９は、例えば振幅０〜５ｋＶ（０〜ｐｅａｋ）、周波数５００ｋＨｚ〜５ＭＨｚ程度のものが使用される。
【００２７】
イオントラップ制御電源２２は、四重極ロッド電極に、トラップＲＦ電圧１９に加えて、正イオンを測定する場合は正の、負イオンを測定する場合には負のオフセット電圧を加えてもよい。このトラップＲＦ電圧１９を印加することで、イオントラップ７内部の空間にイオンをトラップすることが可能である。
【００２８】
さらに、イオントラップ制御電源２２は、対向する一対のロッド電極７ａ、７ｂ間に、トラップＲＦ電圧１９に加えて、補助交流電圧１８を印加する。補助交流電圧１８は、例えば、振幅０〜５０Ｖ（０〜ｐｅａｋ）、周波数５ｋＨｚ〜２ＭＨｚ程度の単一周波数の波形、又は、複数周波数成分の重畳波形を有する。
【００２９】
補助交流電圧１８は、補助交流電圧１８の周波数に共鳴するｍ／ｚのイオンの並進運動を、質量選択的に励起する。具体的には、補助交流電圧１８が印加されているロッド電極間方向において、特定のｍ／ｚを有するイオンの並進運動を、励起することができる。励起されたイオンの軌道において、補助交流電圧方向における移動距離（振幅）は増加する。
【００３０】
図１Ｃの例において、補助交流電圧を印加するロッド電極７ａには、スリット７１が形成されている。補助交流電圧１８により励起されたイオンは、ロッド電極７ａ、７ｂ間において移動距離を増加させ、スリット７１を通って、イオントラップ７から質量選択的に排出される。検出器８は、スリット７１を通過したイオンを検出する。なお、ロッド電極７ｂもスリットを有し、さらに、ロッド電極７ｂを通過したイオンを検出する他の検出器が配置されていてもよい。
【００３１】
補助交流電圧１８は、イオントラップ７からイオンを質量選択的に排出することができるほか、後述するように、イオンをイオントラップ７内に保持したまま、イオンを励起させて、解離させることができる。イオンを解離させるための補助交流電圧の振幅は、イオンを排出するための振幅よりも小さい。イオンの解離によるフラグメントイオンの生成については後述する。
【００３２】
イオントラップ７から質量選択的に排出されたイオンは、電子増倍管、マルチチャンネルプレート、もしくはコンバージョンダイノードとシンチレータとフォトマルなどからなる検出器８により電気的な信号に変換され、制御部２１へと送られる。制御部２１は、検出器８から取得したデータ及びその解析結果を、制御部２１内の記憶部に蓄積する。
【００３３】
制御部２１は、検出器８が検出したイオンのｍ／ｚを、トラップＲＦ電圧１９及び補助交流電圧１８の周波数から算出することができる。一例として、補助交流電圧１８の周波数と、その補助交流電圧１８の周波数で共鳴励起される一価イオンの質量の関係を説明する。β値は、補助交流電圧１８の角周波数ω（ｒａｄ／ｓ）と、トラップＲＦ電圧１９の角周波数Ω（ｒａｄ／ｓ）とで、下記数１のようにあらわされる。
【数１】
2015011801.tif 000003
【００３４】
このように、β値は、共鳴周波数に関連したパラメータである。さらに、β値とｑ値との間には、一意な関係がある。ｑ値は、イオンの安定捕捉条件を示すパラメータである。β値からｑ値を算出することができる。共鳴励起されるイオンの質量ｍ（ｋｇ）は、ｑ値から下記数２で算出される。ｅは電気素量、ＶはトラップＲＦ電圧の振幅（Ｖ０−ｐｅａｋ）である。ｒ0は、イオントラップ四重極の内接円半径（ｍ）である（図１Ｃ参照）。
【数２】
2015011801.tif 000004
【００３５】
図１Ａの質量分析装置は、バルブ４を介して試料を間欠的に導入する。これと異なり、図１Ｄに示すように、質量分析装置は、大気圧で動作するイオン源４０からバルブ４を介してイオンを間欠的に導入してもよい。
【００３６】
以下において、本実施例のＭＳｎ測定シーケンスの一例を説明する。本実施例のＭＳｎ測定シーケンスは、蓄積ステップ、排気待ちステップ、アイソレーションステップ、解離ステップ、質量スキャンステップ、排除ステップを有する。解離ステップ及び質量スキャンステップの組は、順次選択された前駆体イオンのために繰り返される。
【００３７】
蓄積ステップは、試料イオンを分析室５に導入する。排気待ちステップは、分析室５の圧力が、イオンをアイソレーション・測定できる圧力に減圧されるまで待機する。アイソレーションステップは、イオントラップ７内のイオンから、特定の異なる質量電荷比（ｍ／ｚ）の前駆体イオンのみをアイソレートする。以下では、異なるｍ／ｚのイオンを、異なる種類のイオンと呼ぶことがある。
【００３８】
解離ステップは、アイソレートした前駆体イオンから選択した１又は複数前駆体イオンを解離して、フラグメントイオンを生成する。本明細書において、解離前のイオンを前駆体イオンと呼び、解離後のイオンをフラグメントイオンと呼ぶ。質量スキャンステップは、生成されたフラグメントイオンを質量選択的に、イオントラップ７から検出器８に排出する。
【００３９】
本実施例のＭＳｎ測定シーケンスは、解離ステップと質量スキャンステップの組を繰り返して、順次選択した前駆体イオンからのフラグメントイオンの生成及び生成したフラグメントイオンの質量分析を行う。排除ステップは、全ての対象とする前駆体イオンについてＭＳｎ測定を終了した後に、イオントラップ７内に残るイオンを排除する。
【００４０】
以下、本実施例のＭＳｎ測定シーケンスの各ステップの詳細を、図２Ａ、２Ｂ及び図３を参照して説明する。図２Ａは、ＭＳｎ測定シーケンスにおける、バルブ４の動作、分析室５の室内圧力、トラップＲＦ電圧、補助交流電圧、検出器８の動作を示す。図２Ｂは、アイソレーションステップにおける、補助交流電圧の周波数と振幅値との関係を示す。図３は、ＭＳｎ測定シーケンスにおいて、イオントラップ７が保持しているイオンを示す。
【００４１】
図２Ａに示すように、蓄積ステップにおいて、制御部２１は、バルブ４を開いて試料ガスをイオン源４０に導入する。制御部２１は、その後、バルブ４を閉じる。イオン源４０で生成された試料イオンは、分析室５に導入され、イオントラップ７内にトラップされる。分析室５の圧力はバルブ４が開のときには、１Ｐａ以上（例えば１０Ｐａ程度）である。蓄積ステップの時間は、例えば、１０ｍｓ〜１０００ｍｓ程度である。
【００４２】
図３において、グラフ２５１Ａは、蓄積ステップにおいてイオントラップ７に保持されているイオンを示している。分析対象の前駆体イオンを含む複数ｍ／ｚのイオンがイオントラップ７に保持されている。
【００４３】
次に、排気待ちステップにおいて、制御部２１は、排気ポンプ１１によって、分析室５の圧力がイオンのアイソレーション・測定が可能となる０．１Ｐａ以下の圧力に減圧されるまで待機する。蓄積ステップで導入される試料ガスが多いほど感度は向上し、試料ガスが少ないほど排気待ち時間は短くなりスループットは向上する。排気待ちステップの時間は、例えば、１０００ｍｓ〜１００００ｍｓ程度である。
【００４４】
図２Ａに示すように、アイソレーションステップにおいて、制御部２１は、イオントラップ制御電源２２を制御して、複数周波数の重畳波形を補助交流電圧１８として印加する。この信号は、ＦＮＦ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ  Ｎｏｉｓｅ  Ｆｉｅｌｄ）と呼ばれる。
【００４５】
ＦＮＦは、イオントラップ７内のイオンのうち、特定のｍ／ｚの前駆体イオンのみをイオントラップ７に保持したまま、他のｍ／ｚのイオンをイオントラップ７の外に排除する。適切なＦＮＦを印加することで、目的とする前駆体イオンのみをイオントラップ７内に保持し、他のイオンをイオントラップ７外へ排除することができる。ＦＮＦにより、短時間にアイソレーションを完了できる。
【００４６】
具体的には、ＦＮＦは、目的とする前駆体イオンの共鳴周波数成分と異なる複数周波数成分を有する。ＦＮＦは、目的とする前駆体イオンと異なる他のイオンの並進運動を共鳴励起し、その移動距離を増加させる。これにより、他のイオンをイオントラップ７外へ排除する。
【００４７】
ＦＮＦの最高周波数は、例えば、トラップＲＦ電圧周波数の半分の周波数である。最低周波数は、例えば、１〜２０ｋＨｚ程度の周波数である。ＦＮＦは、最低周波数から最高周波数の間の周波数成分を有する。
【００４８】
各周波数成分の間隔は、例えば数Ｈｚ〜数百Ｈｚ程度で、周波数成分間の位相差はランダムである。周波数成分の間隔が広くＦＮＦに含まれる周波数成分の総数が少ないほど、小さいＦＮＦ電圧振幅で、共鳴励起されたイオンを排除できる。一方で、周波数成分の間隔が広すぎると、ＦＮＦに含まれる周波数成分の間隙に共鳴周波数をもつｍ／ｚのイオンの排除効率が低下する。
【００４９】
特定の前駆体イオンの共鳴周波数及びその近傍の周波数成分を除いたＦＮＦを印加することで、特定の前駆体イオンをトラップ内に保持したまま、他のｍ／ｚのイオンを排除することができる。近傍範囲は、所定閾値で定義できる。本明細書において、アイソレーションのためにＦＮＦにおいて除かれている周波数成分範囲をアイソレーション窓と呼ぶことがある。
【００５０】
図２Ａにおいて、制御部２１は、アイソレーションステップにおいて、トラップＲＦ電圧の振幅を、蓄積ステップ、排気待ちステップ及び解離ステップにおける振幅よりも大きくする。これにより、アイソレーションの性能を向上させる。これらのステップにおいて、トラップＲＦ電圧の振幅は一定でもよいし、トラップＲＦ電圧の振幅の大小関係が本例と異なっていてもよい。
【００５１】
図３において、グラフ２５１Ｂは、アイソレーション後にイオントラップ７に保持されている前駆体イオンの例を示している。この例において、三つの異なるｍ／ｚの前駆体イオンｍ３、ｍ２、ｍ１が、イオントラップ７内に保持されている。
【００５２】
図２Ｂは、グラフ２５１Ｂに対応するＦＮＦに含まれる周波数成分を示す。前駆体イオンｍ３、ｍ２、ｍ１の共鳴周波数及び近傍の周波数を含む周波数帯は、それぞれ、周波数帯Δｆ１、Δｆ２、Δｆ３である。制御部２１は、周波数帯Δｆ１、Δｆ２、Δｆ３を除いたＦＮＦ、つまり、周波数帯Δｆ１、Δｆ２、Δｆ３のノッチを有するＦＮＦを印加する。これにより、図３におけるグラフ２５１Ａが示すトラップイオンから、前駆体イオンｍ３、ｍ２、ｍ１を除く他の全てのイオンを、イオントラップ７から排除することができる。
【００５３】
前駆体イオンの共鳴周波数を含む周波数帯を広くするほど、ＦＮＦで排除されずトラップ７内に保持されるイオンのｍ／ｚの範囲（アイソレーション幅）も広くなる。以下、周波数帯Δｆ１、Δｆ２、Δｆ３のように、ＦＮＦから周波数が除かれている範囲を、アイソレーション窓とも呼ぶ。周波数帯Δｆ１、Δｆ２、Δｆ３は、それぞれ、アイソレーション窓である。なお、ＦＮＦに含まれる周波数成分の強度は周波数に依存して変化していてもよい。アイソレーションステップの時間は、例えば、１ｍｓ〜１００ｍｓ程度である。
【００５４】
次に、解離ステップにおいて、制御部２１は、アイソレートした複数の前駆体イオンから選択した１又は複数の異なるｍ／ｚの前駆体イオンを解離してフラグメントイオンを生成する。典型的な解離工程の時間は１ｍｓ〜１００ｍｓ程度である。制御部２１は、目的とする前駆体イオンの共鳴周波数を含む補助交流電圧を印加することで、その前駆体イオンを選択的に、フラグメントイオンに解離させる。例えば、制御部２１は、周波数帯Δｆ１及びΔｆ２のピークを有する補助交流電圧を印加して、前駆体イオンｍ１及びｍ２を選択的に解離させることができる。
【００５５】
解離における補助交流電圧の振幅値は、イオンをイオントラップ７から排出しない範囲内であり、アイソレーション及び質量スキャンにおけるイオン排除及び排出のための振幅値よりも小さい。
【００５６】
図２Ａの例において、解離ステップ（解離１、解離２）におけるトラップＲＦ電圧振幅値は、蓄積ステップ及び廃棄待ちステップにおける値より小さい。トラップされるイオンのｍ／ｚの最低値は、トラップＲＦ電圧振幅値に比例する。トラップＲＦ電圧振幅値を大きくすることで、生成されたフラグメントイオンがイオントラップ７から排除されることをより確実に防ぐことができる。解離ステップにおけるトラップＲＦ電圧振幅値を小さくするか否かは、フラグメントイオンのｍ／ｚに依存する。
【００５７】
衝突によりイオンの解離を引き起こすバッファガスの圧力は、例えば、０．０１Ｐａから１Ｐａ程度である。バッファガスは、分析室５に残留しているガスでもよいし、イオントラップ７に別途導入されたガスでもよい。別途ガスを導入することで、ガス圧力を精度良くコントロールし、再現性の高い測定を行うことができる。
【００５８】
例えば、図２Ａにおいて、アイソレーションステップの直後の解離ステップ（解離１）において、制御部２１は、前駆体イオンｍ３、ｍ２、ｍ１から選択した一つの前駆体イオンｍ３を解離させる。図３において、グラフ２５１Ｃは、前駆体イオンｍ３を解離させた後にイオントラップ７に保持されているイオンを示す。グラフ２５１Ｃは、前駆体イオンｍ３のフラグメントイオン及び前駆体イオンｍ２、ｍ１を示している。
【００５９】
解離ステップの後、制御部２１は、フラグメントイオンの質量スキャンステップを行う。質量スキャンステップにおいて、制御部２１は、残っている前駆体イオンをイオントラップ７内に保持したまま、直前の解離ステップで生成したフラグメントイオンを、質量選択的にイオントラップ７外の検出器８に向けて排出する。検出器８は、飛来したイオンを検出する。
【００６０】
図２Ａにおいて、解離ステップ（解離１）の直後の質量スキャンステップ（質量スキャン１）において、制御部２１は、前駆体イオンｍ３から生成されたフラグメントイオンを質量選択的にイオントラップ７の外部に排出する。検出器８は、排出されたフラグメントイオンを検出、測定する。質量スキャンステップの時間は、例えば、１０ｍｓ〜１０００ｍｓ程度である。
【００６１】
質量スキャンの方法の一例は、一定周波数の補助交流電圧を印加しながらトラップＲＦ電圧振幅をスキャンする。他の例は、トラップＲＦ電圧振幅を一定の維持しつつ、補助交流電圧の周波数をスキャンする。いずれの質量スキャン方法も、イオントラップ７中に保持されている前駆体イオンの共鳴条件をスキップして、断続的にスキャンを行う。これにより、前駆体イオンをイオントラップ７中に保持することができる。また、スキャニングにより、フラグメントイオンの質量電荷費ｍ／ｚが不明の場合にも、適切にフラグメントイオンを排出できる。
【００６２】
図４を参照して、質量スキャン方法を説明する。図４において、グラフ４５１Ａは、質量スキャンステップにおけるトラップＲＦ電圧の振幅変化の一例を示す。グラフ４５１Ｂは、質量スキャンステップにおける補助交流電圧の周波数変化の一例を示す。制御部２１は、トラップＲＦ電圧又は補助交流電圧を、グラフ４５１Ａ又はグラフ４５１Ｂのように変化させる。
【００６３】
グラフ４５１Ｃは、質量スキャンステップ開始時に、イオントラップ７内にトラップされているイオンを示す。グラフ４５１Ｄは、質量スキャンステップで排出され、検出器８に検出されるフラグメントイオンを示す。グラフ４５１Ｅは、質量スキャンステップ後にイオントラップ７内に残留する前駆体イオンｍＡ、ｍＢを示す。
【００６４】
グラフ４５１Ａの例において、制御部２１は、トラップＲＦ電圧を漸増させる。共鳴するイオンのｍ/ｚは、トラップＲＦ電圧と共に増加する。制御部２１は、トラップＲＦ電圧振幅の変化において、イオントラップ７内の維持すべき前駆体イオンｍＡ、ｍＢに対応するトラップＲＦ電圧値振幅値をスキップする。これにより、トラップＲＦ電圧振幅のスキャンによって、前駆体イオンｍＡ、ｍＢが排出されることを避ける。
【００６５】
上記数２の式が示すように、補助交流電圧の周波数に共鳴するイオンの質量ｍは、トラップＲＦ電圧の振幅Ｖに依存する。したがって、補助交流電圧の周波数が一定で、トラップＲＦ電圧の振幅が変化すると、補助交流電圧に共鳴するイオンが変化する。制御部２１は、前駆体イオンｍＡ、ｍＢが補助交流電圧に共鳴するトラップＲＦ電圧の振幅値（共鳴振幅値）をスキップする。例えば、制御部２１は、前駆体イオンｍＡ、ｍＢそれぞれの共鳴振幅値を含む所定の範囲をスキップする。範囲の大きさは設計に依存する。
【００６６】
グラフ４５１Ａの例と異なり、制御部２１は、トラップＲＦ電圧振幅のスキャンにおいて、トラップＲＦ電圧を漸減させてもよい。スキップされる振幅値は、トラップＲＦ電圧振幅が漸増する場合と同様である。トラップＲＦ電圧の変化率は一定でもよい変化してもよい。
【００６７】
グラフ４５１Ａの例において、制御部２１は、トラップＲＦ電圧の振幅値を維持しつつ、補助交流電圧の周波数を漸減させる。共鳴するイオンのｍ/ｚは、補助交流電圧周波数の減少と共に増加する。制御部２１は、補助交流電圧の周波数変化において、イオントラップ７内の維持すべき前駆体イオンｍＡ、ｍＢが共鳴する補助交流電周波数をスキップする。これにより、補助交流電圧周波数のスキャンによって、前駆体イオンｍＡ、ｍＢが排出されることを避ける。
【００６８】
例えば、制御部２１は、前駆体イオンｍＡ、ｍＢそれぞれの共鳴周波数を含む所定の範囲（二つの周波数帯）をスキップする。範囲の大きさは設計に依存する。グラフ４５１Ｂの例と異なり、制御部２１は、補助交流電圧周波数のスキャンにおいて、補助交流電圧周波数を漸減させてもよい。スキップされる振幅値は、トラップＲＦ電圧振幅が漸増する場合と同様である。トラップＲＦ電圧の変化率は一定でもよい変化してもよい。
【００６９】
トラップＲＦ電圧振幅又は補助交流電圧周波数のスキャン範囲（質量スキャン範囲）に、イオントラップ７に維持すべき前駆体イオンの値が含まれない場合、スキャンにおけるスキップを行うことなく、質量スキャン範囲から前駆体イオンを除外することができる。
【００７０】
例えば、前駆体イオンが一価イオンの場合、フラグメントイオンは元の前駆体イオンよりも小さいｍ／ｚを持つ。最もｍ／ｚが小さい前駆体イオンを解離させれば、イオントラップ７に保持されているイオンにおいて、フラグメントイオンのｍ／ｚは、他の前駆体イオンのｍ／ｚよりも小さい。
【００７１】
制御部２１は、質量スキャンにおけるｍ／ｚの上限が、前駆体イオンのｍ／ｚ未満の範囲である範囲で、質量スキャンを行う。これにより、連続的に質量スキャンを行っても、前駆体イオンをイオントラップ内に保持したまま、フラグメントイオンを質量選択的に排出することができる。ｍ／ｚの大きな前駆体イオンから解離及び質量スキャンを行っても同様である。
【００７２】
図２Ａに戻って、本例の質量スキャンステップ（質量スキャン１、２）は、トラップＲＦ電圧振幅をスキャンする。制御部２１は、さらに、トラップＲＦ電圧振幅の増加に伴い、補助交流電圧振幅を増加させる。ＲＦ電圧の振幅が大きいほど、イオンをトラップするポテンシャルは深くなる。トラップＲＦ電圧振幅の増加に伴い、補助交流電圧振幅を増加させることで、深いポテンシャルからフラグメントイオンをより適切に排出することができる。なお、補助交流電圧振幅は一定でもよい。
【００７３】
図２Ａにおいて、前駆体イオンｍ３の解離ステップ（解離１）及び質量スキャンステップ（質量スキャン１）の後、制御部２１は、イオントラップ７に残っている前駆体イオンｍ２、ｍ１の解離ステップ（解離２）及び質量スキャンステップ（質量スキャン２）を行う。
【００７４】
本例において、制御部２１は、解離ステップ（解離２）において、前駆体イオンｍ２、ｍ１の双方を解離させる。図３において、グラフ２５１Ｄは、一回の解離ステップが前駆体イオンｍ２、ｍ１を解離して生成したフラグメントイオンを示している。さらに、制御部２１は、双方から生成されたフラグメントイオンを、一回の質量スキャンステップで、イオントラップ７から質量選択的に排出し、検出器８により検出する。
【００７５】
ｍ／ｚが異なる前駆体イオンのグループを解離、質量スキャンすることで、質量分析のスループットを高めることができる。例えば、フラグメントイオンのｍ／ｚが異なる複数種類の前駆体イオンで１つのグループを構成し、一回の解離ステップでグループの全前駆体イオンを解離させる。一方、前駆体イオンｍ３の例のように、単一種類の前駆体イオンを解離、質量スキャンすることで、よりシンプルなＭＳｎスペクトルを得ることができ、選択性を高める。
【００７６】
制御部２１は、１回のアイソレーションステップでアイソレートした複数種類の前駆体イオンから順次選択した前駆体イオンのために、解離ステップと質量スキャンステップの組を繰り返す。これにより、１回のアイソレーションステップでアイソレートした全ての前駆体イオンのＭＳ２スペクトルを取得する。
【００７７】
アイソレーションステップでアイソレーションしたすべての前駆体イオンについてＭＳｎ測定が終わった後、制御部２１は、排除ステップを実行する。排除ステップにおいて、制御部２１は、トラップＲＦ電圧の電圧振幅を０にしてトラップ７内に残留している全てのイオンを排除する。典型的な排除ステップの時間は１ｍｓ〜１００ｍｓ程度である。
【００７８】
上記例は、ＭＳ２測定の例であるが、制御部２１は、解離させてイオンをイオントラップ７内に保持しつつ解離を繰り返すことで、ＭＳｎ（ｎは３以上の整数）スペクトルを取得することができる。
【００７９】
例えば、図５は、アイソレーション直後の前駆体イオンｍ３の２段回解離の例を示している。図５において、グラフ５５１Ａは、アイソレーションステップ直後の前駆体イオンｍ３、ｍ２、ｍ１を示している。グラフ５５１Ｂは、前駆体イオンｍ３を選択的に解離した後のフラグメントイオンを示す。グラフ５５１Ｃは、グラフ５５１Ｂのフラグメントイオンからイオンを選択し、それらを前駆体イオンとして解離して生成したフラグメントイオンを示す。このように、多段階の解離を行うことでＭＳｎ測定を実現できる。
【００８０】
以上のように、本実施例は、１回のアイソレーションステップで複数種類の前駆体イオンをアイソレートし、順次選択した１又は複数種類の前駆体イオンの解離ステップとフラグメントイオンの質量スキャンステップとを行う。これにより１回の、蓄積、排気待ち、アイソレーションステップで、複数種類の前駆体イオンのＭＳｎスペクトルが適切に測定でき、高スループットで選択性が高い測定が可能になる。
【００８１】
例えば、蓄積時間３０ｍｓ、排気待ち時間１０００ｍｓ、アイソレーション時間１０ｍｓ、解離時間１０ｍｓ、質量スキャン時間１００ｍｓ、排除時間１０ｍｓの測定条件において、１０個種の前駆体イオンについてそれぞれＭＳ／ＭＳ測定を行うとする。従来の測定方法は、１１６０ｍｓ×１０＝１１６００ｍｓを要する。
【００８２】
一方、本実施例の測定時間は、１０４０＋１１０×１０＋１０＝２１５０ｍｓである。本実施例の方法により、従来の方法の５倍以上のスループットが得られる。特に、本実施例のように、排気待ち時間が必要となる間欠導入を利用する場合に大きな効果が得られる。前駆体イオンごとのＭＳｎスペクトルを取得することができるため、選択性が高く前駆体イオンの数が多い場合でも高い精度で同定や定量が可能である。
【実施例２】
【００８３】
図６は、質量分析装置の他の構成例を示す。バッファガス等の導入機構は簡略化のために省いてある。エレクトロスプレイイオン源、大気圧化学イオン源、大気圧光イオン源、大気圧マトリックス支援レーザ脱離イオン源、マトリックス支援レーザ脱離イオン源などのイオン源１０１で生成されたイオンは第一細孔１０２を通って、第一差動排気部１０５に導入される。
【００８４】
第一差動排気部１０５は、ポンプ１４０で排気されている。第一差動排気部１０５に導入されたイオンは、第二細孔１０３を通して第二差動排気部１０６に導入される。第二差動排気部１０６はポンプ１４１で排気され１．３×１０−２Ｐａ〜１．３Ｐａ程度の圧力に維持されている。第二差動排気部１０６にはイオンガイド１３１が設置されている。
【００８５】
イオンガイド１３１は、四重極ロッド電極１１０を有する。四重極ロッド電極１１０にはＲＦ電源で生成した交互に位相の反転したＲＦ電圧が印加される。このＲＦ電圧の電圧振幅は、例えば、数１００〜５０００ｓＶ、周波数は５００ｋＨｚ〜２ＭＨｚ程度である。イオンガイドの四重極ロッド電極１１０に、四重極ＤＣ電圧を印加して、質量スペクトルでスキャンする範囲のｍ／ｚだけが、イオンガイドを透過しイオントラップに導入されるようにしてもよい。
【００８６】
第二差動排気部１０６からのイオンは、第三細孔１０４を通って、高真空室１０７に導入される。高真空室１０７はポンプ１４２で排気され、０．１Ｐａ以下に維持されている。高真空室１０７には、リニアイオントラップ１３２と検出器６が設置されている。リニアイオントラップの構造は実施例１と同じである。実施例１ではリニアイオントラップの例について述べたが、三次元四重極イオントラップ、トロイダルイオントラップなど、イオンをトラップから質量選択的に排出して質量スペクトルを測定するイオントラップであれば、本実施形態の質量分析装置に適用することができる。
【００８７】
測定シーケンスは図２を参照して説明したシーケンスと同様である。ただし、本実施例ではイオントラップに気体が連続で導入されるため、高真空室１０７及びイオントラップ１３２の内部圧力は一定である。このため、排気待ち（冷却）に必要な時間はトラップされたイオンが冷却される時間、例えば１〜１０ｍｓ程度あれば十分である。実施例１は、衝突誘起解離を使用するが、本発明の質量分析装置は、他の解離方法を使用することができる。例えば、たとえば光誘起解離を使用してもよい。
【００８８】
本実施例によれば、実施例１の構成と比較してバルブ制御が不要であり、よりシンプルな構成及び制御によって質量分析を行うことができる。
【実施例３】
【００８９】
本実施例は、アイソレーションステップにおいて、ＦＮＦの代わりに、補助交流電圧の周波数スキャンを使用する。実施例１の質量スキャンステップにおける補助交流電圧の周波数スキャンと同様の手法が適用できる。制御部２１は、前駆体イオン共鳴周波数帯、つまり、前駆体イオンの共鳴周波数及びその近傍の周波数をスキップして補助交流電圧の周波数をスキャンすることで、前駆体イオン以外のイオンをイオントラップ７から排除する。
【００９０】
補助交流電圧の周波数をスキャンする方向は、低質量側から高質量側でもよいし、高質量側から低質量側でもよい。ただし、低質量側から高質量側にスキャンする場合、補助交流電圧でイオンが解離して低質量のフラグメントイオンが生成されると、このフラグメントイオンがイオントラップ７内に残留する。
【００９１】
そのため、特に、大気圧化学イオン化、誘電体バリア放電、電子衝撃イオン化、気圧マトリックス支援レーザ脱離イオン源、マトリックス支援レーザ脱離イオン源など、一価のイオンを生成するイオン源と組み合わせる場合には、高質量側から低質量側にスキャンすることが好ましい。
【００９２】
実施例１のようにＦＮＦを用いてアイソレーションを行う場合には、アイソレートする前駆体イオンの組み合わせを変えるために、ＦＮＦを作成し直す必要がある。ＦＮＦを生成するには、高速逆フーリエ変換などの演算に多くの計算時間が必要であり、波形を保存するための多くの記憶領域も必要である。本実施例はＦＮＦを生成する必要がないため、アイソレートする前駆体イオンの組み合わせを容易に、動的に変更することができる。
【００９３】
なお、制御部２１は、アイソレーションステップにおいて、補助交流電圧の周波数スキャンに代えて、トラップＲＦ電圧の振幅をスキャンしてもよい。実施例１の質量スキャンステップにおけるトラップＲＦ電圧の電圧値スキャンと同様の手法が適用できる。そのスキャン方向は、補助交流電圧の周波数スキャンについて上述した通りである。本明細書において、スキップされる補助交流電圧の周波数帯及びトラップＲＦ電圧の振幅幅を、アイソレーション窓と呼ぶことがある。
【実施例４】
【００９４】
本実施例は、アイソレーションにおける空間電荷の影響を低減する方法を説明する。アイソレーション方法以外の点は、実施例１と同様である。トラップされているイオン量が多い場合、空間電荷によりイオンの共鳴周波数が低周波数側にずれる。測定対象前駆体イオンの共鳴周波数が、空間電荷の影響によって低周波数側にシフトして、ＦＮＦにより励起される範囲に入ると、イオントラップ内に維持すべき前駆体イオンがＦＮＦにより排除され、アイソレーション効率が低下する。
【００９５】
空間電荷によるアイソレーション効率の低下を低減する方法の一つは、アイソレーション窓の幅が異なるＦＮＦを順次印加する。アイソレーション窓は、ＦＮＦにおいて除かれている周波数成分範囲である。制御部２１は、まず、広いアイソレーション窓（例えば、５〜２０Ｄａ程度）を有するＦＮＦを印加する。ＦＮＦにおける複数のアイソレーション窓の幅は同一又か異なる。
【００９６】
アイソレーション窓が広ければ、空間電荷によって前駆体イオンの共鳴周波数がずれても、アイソレーション対象のイオンがアイソレーション窓内に位置する。このＦＮＦの印加によって、イオントラップ７内のイオン総量を減らし、空間電荷を低減する。
【００９７】
次に、制御部２１は、前回よりも狭いアイソレーション窓（例えば、１〜３Ｄａ）を有するＦＮＦを印加してアイソレーションを行う。ＦＮＦが複数のアイソレーション窓を有する場合、全てのアイソレーション窓の幅が前回よりも狭い。これにより、対象とする前駆体イオンのみを適切にアイソレートすることができる。
【００９８】
他の実施例に共通するが、統一原子質量単位Ｄａで表される、実際にアイソレートされるイオンのアイソレーション幅は、対象となる前駆体イオンのｍ／ｚ、ｑ値などに依存する。そのため、周波数で表されるアイソレーション窓の幅（ＦＮＦから除く周波数帯の幅）が同じであっても、実際にアイソレートされるイオンのアイソレーション幅は異なる。
【００９９】
以下において、ＦＮＦにおけるアイソレーション窓の周波数位置を決定する方法を説明する。異なるｍ／ｚのイオンを同じアイソレーション幅でアイソレートするためには、ＦＮＦから取り除く周波数帯（アイソレーション窓）の幅を、アイソレーション対象のイオンのｍ／ｚが小さい（ｑ値が高い）場合には広く、アイソレーション対象のイオンのｍ／ｚが大きい（ｑ値が低い）場合には狭く、設定する。つまり、アイソレーション窓の幅は、前駆体イオンの質量電荷比が小さいほど広い。
【０１００】
例えば、以下に説明する方法で、ＦＮＦから取り除く周波数の範囲を定める。一例として、或るイオンａ（ｍ／ｚ＝ｍa）の低質量側Δｍl、高質量側Δｍhの範囲のイオンをアイソレートする場合を考える。Δｍl、Δｍhは質量電荷比の範囲である。
【０１０１】
アイソレーションのトラップＲＦ電圧振幅Ｖにおけるイオンａのｑ値をｑ’、アイソレーション窓の低質量側の端に対応するイオンのｑ値をｑl、アイソレーション窓の高質量側の端に対応するイオンのｑ値をｑhをとする。以下の関係を満たすように、アイソレーション窓の端に対応するｑ値ｑl、ｑhは決定される。
【数３】
2015011801.tif 000005
【０１０２】
ｑ値について、β値とｑ値との一意の関係及び数１の数式を用いて、周波数に変換してＦＮＦから取り除く周波数の範囲を定めると、任意のｍ／ｚのイオンを低質量側Δｍl、高質量側Δｍhのアイソレーション幅でアイソレートすることができる。
【０１０３】
例えば、ＦＮＦの各アイソレーション窓の周波数端は、全てのアイソレーション幅が原子質量単位で同一となるように、決定されている。例えば、制御部２１は、イオンａのｍa、低質量側Δｍl、高質量側Δｍh、β値とｑ値との関係等の予め設定されている情報を保持し、それらから上記方法によりＦＮＦから除く周波数成分の値を算出できる。若しくは、制御部２１が保持するＦＮＦの波形情報は、上記方法により決められたアイソレーション窓の周波数位置を示す。
【０１０４】
次に、他のアイソレーション方法を説明する。当該方法は、広いアイソレーション窓を有するＦＮＦを印加しながらトラップＲＦ電圧振幅をスキャンする。図７は、この方法を用いるアイソレーションにおける、各ステップでのトラップＲＦ電圧振幅と、アイソレーション窓を模式的に示す。ここでは簡単のため、単一のアイソレーション窓の場合を例として説明する。複数種類のイオンを対象にする場合は、例えば、制御部１は、各種類のイオンのアイソレーション窓を有するＦＮＦを印加し、全てのイオンに対して同時に以下の処理を行えばよい。
【０１０５】
まず、プレアイソレーションステップにおいて、制御部２１は、前駆体イオンｍＣの共鳴周波数がアイレーション窓の中心近傍にくるように、アイソレーション幅を広く（５〜２０Ｄａ程度）設定したＦＮＦを印加する。この波形の印加によってイオントラップ７内のイオンの総量を減らし、空間電荷を低減する。次に、フォワードスキャンステップで、制御部２１は、ＦＮＦを印加しながら、トラップＲＦ電圧振幅を漸増（スキャン）する。
【０１０６】
イオンの共鳴周波数はトラップＲＦ電圧振幅に依存するため（数２の数式）、前駆体イオンｍＣの共鳴周波数がアイソレーション窓の高周波数側端近くになるまでトラップＲＦ電圧振幅をスキャンすることで、前駆体イオンｍＣより低質量側にあるイオンを排除することができる。
【０１０７】
リセットにおいて、制御部２１はトラップＲＦ電圧振幅を漸減させる。リバーススキャンでは、制御部２１は、さらに、前駆体イオンｍＣの共鳴周波数がアイソレーション窓の低周波数側端近くになるまでトラップＲＦ電圧振幅を漸減（スキャン）し、前駆体イオンの高質量側にあるイオンを排除する。
【０１０８】
ＦＮＦを印加しながらトラップＲＦ電圧振幅をスキャンする方法でも、異なるｍ／ｚのイオンを同じアイソレーション幅でアイソレートするためには、ＦＮＦから取り除く周波数の幅を、アイソレーション対象のイオンのｍ／ｚが小さい（ｑ値が高い）場合には広く、アイソレーション対象のイオンのｍ／ｚが大きい（ｑ値が低い）場合には狭く、設定する。つまり、アイソレーション窓の幅は、前駆体イオンの質量電荷比が小さいほど広い。
【０１０９】
例として、イオンａ、ｂ（ｍ／ｚ＝ｍa、ｍb）をアイソレートする場合について説明する。或るトラップＲＦ電圧振幅において、イオンａをアイソレートするアイソレーション窓の低周波数側端のｑ値と、イオントラップ７内に保持されるイオンの高質量側の端（ｍa＋Dｍ）のｑ値との差を、Δｑaとする。また、イオンｂをアイソレートするアイソレーション窓の低周波数側端のｑ値とイオントラップ７内に保持されるイオンの高質量側の端（ｍb＋Dｍ）のｑ値との差を、Δｑbとする。このとき、以下の関係を満たすようにＦＮＦ窓の低周波数側端に対応するｑ値を定められる。
【数４】
2015011801.tif 000006
【０１１０】
同様に、あるトラップＲＦ電圧振幅値において、イオンａをアイソレートするアイソレーション窓の高周波数側端とイオントラップ内に保持されるイオンの低質量側端（ｍa−Dｍ′）のｑ値の差を、Dｑa′とする。イオンｂをアイソレートするアイソレーション窓の高周波数側端とイオントラップ内に保持されるイオンの低質量側端（ｍb−Dｍ′）のｑ値の差をΔｑb′とする。ことのとき、以下の関係を満たすようにＦＮＦ窓の高周波数側端に対応するｑ値を定める。
【数５】
2015011801.tif 000007
【０１１１】
これらｑ値から、β値とｑ値との一意の関係及び数１の数式を用いて、周波数に変換してＦＮＦから取り除く周波数を選べば、ＦＮＦを印加しながらトラップＲＦ電圧振幅をスキャンしたときに同じアイソレーション幅（Dｍ＋Dｍ′）でイオンａとイオンｂをアイソレートすることができる。
【０１１２】
例えば、ＦＮＦの各アイソレーション窓の周波数端は、全てのアイソレーション幅が統一原子質量単位で同一となるように、決定されている。例えば、制御部２１は、イオンａ、ｂの質量電荷比、Dｍ、Dｍ′、βとｑとの関係等の情報を保持し、それらから上記方法によりＦＮＦから除く周波数成分の値を算出できる。若しくは、制御部２１が保持するＦＮＦの波形情報は、上記方法により決められたアイソレーション窓の周波数位置を示す。
【０１１３】
上記例は、ＦＮＦにおけるアイソレーション窓の周波数を決定するが、補助電圧の周波数スキャン及びトラップＲＦ電圧の振幅スキャンにおけるアイソレーション窓の決定に対しても、上記方法を適用することができる。以上のように、本実施例は、アイソレーションにおいて、空間電荷の影響による前駆体イオンのロスを低く抑えることができる。
【実施例５】
【０１１４】
本実施例は、予め定められている異なるｍ／ｚの前駆体イオンのイオン量をそれぞれ測定し、測定値が閾値を超える前駆体イオンを選択的に質量分析する。以下において、選択された前駆体イオンをアイソレートするいくつかの異なる方法を説明する。
【０１１５】
制御部２１は、まず、ＦＮＦを使用して特定の前駆体イオンをアイソレートし、それらの質量スペクトル（ＭＳ１スペクトル）を測定する。制御部２１は、ＦＮＦによる前駆体イオンのアイソレーション後、いずれの前駆体イオンの解離を行うことなく、前駆体イオンの質量スキャンを行う。この結果、前駆体イオンのみからなるＭＳ１スペクトルが得られる。
【０１１６】
前駆体イオン以外のイオンを排除することで、空間電荷による前駆体イオンのイオントラップからの排出効率の低下、マスシフトを低減することができる。特に前駆体イオンの量が夾雑物イオンの量に比して相対的に少ない場合に有用である。
【０１１７】
次に、制御部２１は、ＭＳ１スペクトルで前駆体イオンの信号強度（イオン量）が閾値を超えている前駆体イオンを測定対象として選択する。制御部２１は、選択した前駆体イオンのＭＳｎ測定のために、アイソレートする。ＭＳｎ測定対象の前駆体イオンの組み合わせは、ＭＳ１スペクトルの測定結果によって変化する。つまり、ＭＳ１測定前において、アイソレートする前駆体イオンのｍ／ｚは決まっていない。
【０１１８】
一つの方法は、実施例３において説明したように、補助交流電圧の周波数スキャンを使用してアイソレーションを行う。制御部２１は、ＭＳ１スペクトルにおいて閾値を超える前駆体イオンのｍ／ｚに対応する周波数帯をスキップして、補助交流電圧の周波数をスキャンする。制御部２１は、ＲＦトラップ電圧の振幅をスキャンしてもよい。これらの方法は、ＭＳ１測定の結果に応じて、容易に印加する電圧を制御することができる。
【０１１９】
他の方法は、想定している前駆体イオンの全てに対応するアイソレーション窓を有するＦＮＦを予め生成しておき、当該ＦＮＦを印加すると同時に、単一周波数の補助交流電圧を印加する。制御部２１は、補助交流電圧の周波数を、測定対象の前駆体イオン以外のアイソレーション窓の範囲内でスキャンする。この方法は、実施例３で説明した補助交流電圧の周波数スキャンよりも高速なアイソレーションが可能であり、空間電荷の影響も抑えることができる。
【０１２０】
他の方法は、ＭＳ１スペクトルで閾値を超えた前駆体イオンの組み合わせをアイソレートするＦＮＦを、ＭＳ１スペクトル測定後に高速に生成する。図８は、当該ＦＮＦの生成を模式的に示す。
【０１２１】
制御部２１は、アイソレーション窓を有していないＦＮＦの元波形８５１を、逆高速フーリエ変換などを使用して予め生成し、メモリに保持する。具体的には、制御部２１は、ＦＮＦ元波形の、各周波数成分の位相、強度の情報８５２をメモリ内のテーブルに保存する。
【０１２２】
制御部２１は、ＭＳ１測定対象の全ての前駆体イオンの共鳴周波数の値を予め保持している。制御部２１は、ＭＳ１スペクトルから、ＭＳｎ測定対象の前駆体イオンを特定し、それらの共鳴周波数を特定する。アイソレーションにおいて、制御部２１は、テーブルの情報８５２を参照して、デジタル波形生成などにより、測定対象の前駆体イオンの共鳴周波数帯（共鳴周波数及びそれらの近傍周波数）の周波数成分８５３を、ＦＮＦの元波形に含まれている周波数成分と逆位相及び同強度で生成する。
【０１２３】
制御部２１は、時間領域のＦＮＦ元波形８５１とデジタル波形生成した波形８５３を出力の単位時間ごとに足し合わせて、補助交流電圧８５４として出力する。この操作により、ＦＮＦの元波形の測定対象の前駆体イオンの共鳴周波数周辺の周波数成分が打ち消されるため、測定対象の前駆体イオンの組み合わせをアイソレートすることができる。
【０１２４】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【０１２５】
上記の各構成・機能・処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することにより、ソフトウェアを使用して実現してもよい。
【０１２６】
各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード等の記録媒体に置くことができる。
【符号の説明】
【０１２７】
１…イオン源、２…管、４…バルブ、５…分析室、７…リニアイオントラップの四重極ロッド電極、８…検出器、１０…排気ポンプ、１１…排気ポンプ、１４…試料気化部、１５…排気方向、１６…排気方向、１８…補助交流電圧、１９…トラップＲＦ電圧、２１…制御部、２２…制御電源、２３…バルブ制御電源、３０…大気圧イオン源、４０…バリア放電用交流電圧、４１…誘電体、４２…電極、４３…電極、５０…イオンが質量選択的に排出される方向、１０１…イオン源、１０２…第一細孔、１０３…第二細孔、１０４…第三細孔、１０５…第一差動排気部、１０６…第二差動排気部、１０７…高真空室、１３１…イオンガイド、１３２…リニアイオントラップ、１４０…排気ポンプ、１４１…排気ポンプ、１４２…排気ポンプ、１１０…イオンガイドの四重極ロッド電極、２００…トラップされているイオン
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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