(57)【要約】【課題】３ＤＱ部における分子間反応の影響を抑制し、目的分子イオンの適切な蓄積時間を確保して高精度の分析が可能な３次元４重極質量分析装置を実現する。【解決手段】標準ガスをガスクロマトグラフ１から、リング電極３、エンドキャップ電極４を有する３ＤＱ部内に導入し、反応ガス分子のイオンピーク等をモニタする。データ処理装置７により掃印時間を設定可能範囲内で可能な限り短縮した時間に設定し、イオン蓄積時間を擬分子イオンが生成しない範囲で可能な限り長く設定する。最適イオン蓄積時間と最適掃引時間を決定し試料を測定する。イオン蓄積時間及び掃引時間を個別に調整可能とし、分子イオンが十分に蓄積され、かつ、試料が分子間反応を起こさない範囲内で、蓄積時間及び掃引時間を調節する。【選択図】　　　図１
2004119295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料イオンを蓄積する三次元四重極部と、イオンの質量数毎に強度を検出する検出部と、上記三次元四重極部に蓄積された試料イオンを検出部に排出するために、上記三次元四重極部への高周波電圧の掃引を制御する制御部とを備え、試料に由来するイオンを質量分析する３次元４重極質量分析装置において、
上記制御部は、検出部で得られる信号強度に基づいて、上記高周波電圧の掃引時間及び上記三次元四重極部での試料イオンの蓄積時間を設定し、設定した掃引時間及び蓄積時間に従って質量分析を行うことを特徴とする３次元４重極質量分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の３次元４重極質量分析装置において、上記制御部は、試料毎に、検出部で得られる信号強度に基づいて、上記高周波電圧の最短掃引時間を設定し、設定した掃引時間で擬分子イオンが生成しない範囲内で上記三次元四重極部での試料イオンの最長の蓄積時間を設定し、設定した最短掃引時間及び最長蓄積時間に従って、質量分析を行うことを特徴とする３次元４重極質量分析装置。
【請求項３】
請求項２記載の３次元４重極質量分析装置において、上記制御部は、上記最短掃引時間及び最長蓄積時間を電子衝撃イオン化条件として記憶し、試料イオン毎に、検出部で得られる信号強度に基づいて、試料分子をイオン化するための反応媒体の上記三次元四重極部での第２蓄積時間を設定し、設定した蓄積時間で検出された擬分子イオンの信号強度に基づいて上記高周波電圧の第２掃引時間を設定し、設定した第２蓄積時間及び第２掃引時間を化学イオン化条件として記憶し、電子衝撃イオン化を行うか化学イオン化を行うかにより、記憶した上記電子衝撃イオン化条件か化学イオン化条件に従って、質量分析を行うことを特徴とする３次元４重極質量分析装置。
【請求項４】
試料イオンを蓄積する三次元四重極部と、イオンの質量数毎に強度を検出する検出部と、上記三次元四重極部に蓄積された試料イオンを検出部に排出するために、上記三次元四重極部への高周波電圧の掃引を制御するコンピュータとを備え、試料に由来するイオンを質量分析する３次元４重極質量分析装置の動作制御プログラムにおいて、
試料毎に、検出部で得られる信号強度に基づいて、上記高周波電圧の最短掃引時間を設定し、
設定した掃引時間で擬分子イオンが生成しない範囲内で上記三次元四重極部での試料イオンの最長の蓄積時間を設定し、
設定した最短掃引時間及び最長蓄積時間に従って、質量分析を行うことを特徴とする３次元４重極質量分析装置の動作制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元質量分析装置に係わり、特に３次元４重極質量分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
３次元４重極質量分析装置（以下３ＤＱＭＳと略す）では、イオントラップ部（以下３ＤＱ部と略す）を保温・固定する絶縁物内にリング電極を配置し、絶縁物上下にエンドキャップ電極を配置して３ＤＱ部を構成する。
【０００３】
３ＤＱ部内、または外部でイオン化され、３ＤＱ部内に導入された試料分子イオンは３ＤＱ部内で任意時間保持された後、質量数毎にエンドキャップ電極の細孔から検出器へ放出される。
【０００４】
任意時間内に３ＤＱ部内に蓄積したイオンを質量数毎に３ＤＱ部外へ排出し検出器へ導入するために、イオン質量数に対応した高周波電圧を、リング電極に一定時間毎連続的に質量範囲毎に掃引して、各質量数毎にイオンを排出する。
【０００５】
３ＤＱ部内で生成した質量数［Ｍ］の分子イオンは、生成したイオンを濃縮するための３ＤＱ部内に蓄積する時間と、質量数［Ｍ］に対応する高周波電圧の掃引により検出器へと放出されるまでの時間との合計時間だけ、３ＤＱ部内に保持される。
【０００６】
ガスクロマトグラフ装置（以下ＧＣと略す）を分離装置として用いたＧＣ／３ＤＱＭＳでは試料のイオン化方法として、熱電子により試料分子を直接イオン化する電子衝撃イオン化（ＥＩ）と、反応ガスイオンと試料分子とのイオン分子反応を用いた化学イオン化（ＣＩ）とが主に用いられる。
【０００７】
ＥＩでは、３ＤＱ部内に導入される試料分子に熱電子を直接衝突させイオン化しながら、任意時間に生成したイオンを３ＤＱ部内に保持し、高周波電圧を掃引して質量数ごとにイオンを検出器へ導入する。
【０００８】
一方、ＣＩでは、３ＤＱ部内に試料分子と共に反応ガスを導入し、ＥＩにより反応ガスをイオン化した後、３ＤＱ部内に反応ガスイオンのみを保持した状態で、熱電子を発生するフィラメントをオフとし、熱電子の供給を停止する。そして、反応ガスイオンが保持された３ＤＱ部内に試料分子を一定時間導入することで、反応ガスと試料分子との間でプロトンの授受が起こり、試料分子にプロトンが付加した擬分子イオンが生成するイオン分子反応が起こる。
【０００９】
ＣＩは、ＥＩと比較して試料分子イオンが壊れにくいため、フラグメントイオンが生成し難く構造情報は乏しいが、分子量［Ｍ］の試料分子に対して、擬分子イオン［Ｍ＋１］が効率よく生成するため分子量情報を得ることができる。
【００１０】
また、ＥＩにより開裂し易い物質についてはＣＩを用いることにより高感度に検出することが可能である。
【００１１】
ＣＩに関する従来技術としては、検出されたピークの大きさに基づいて、イオン化工程の期間及び反応期間の両方を調節する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
【特許文献１】
特開平６−９６７２７号公報（段落番号
【００１３】）。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来技術の３ＤＱＭＳのＥＩ法においては、蓄積された目的イオンが３ＤＱ部内に保持されている時間内に、周囲の分子との分子間反応などによりマススペクトルの精度が低下することがある。
【００１５】
このため、分子間反応の影響を抑制するため、イオンを蓄積する時間を調節する必要があり、分子間反応が起き易い物質では、分子イオンの蓄積時間が短縮され、イオンが十分に蓄積されず検出感度が不十分となる場合があった。
【００１６】
したがって、上記従来技術のように、検出されたピークの大きさに基づいて、イオン化工程の期間及び反応期間の両方を調節するとしても、周囲の分子との分子間反応の影響を考慮してイオン蓄積時間を短縮しなければならない場合が生じ、イオンが十分に蓄積されない状況が発生していた。
【００１７】
本発明の目的は、３ＤＱ部における分子間反応の影響を抑制でき、かつ、目的分子イオンの適切な蓄積時間を確保して、高精度の分析が可能な３次元４重極質量分析装置を実現することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。
（１）試料イオンを蓄積する三次元四重極部と、イオンの質量数毎に強度を検出する検出部と、上記三次元四重極部に蓄積された試料イオンを検出部に排出するために、上記三次元四重極部への高周波電圧の掃引を制御する制御部とを備え、試料に由来するイオンを質量分析する３次元４重極質量分析装置において、上記制御部は、検出部で得られる信号強度に基づいて、上記高周波電圧の掃引時間及び上記三次元四重極部での試料イオンの蓄積時間を設定し、設定した掃引時間及び蓄積時間に従って質量分析を行う。
【００１９】
（２）好ましくは、上記（１）において、上記制御部は、試料毎に、検出部で得られる信号強度に基づいて、上記高周波電圧の最短掃引時間を設定し、設定した掃引時間で擬分子イオンが生成しない範囲内で上記三次元四重極部での試料イオンの最長の蓄積時間を設定し、設定した最短掃引時間及び最長蓄積時間に従って、質量分析を行う。
【００２０】
（３）また、好ましくは、上記（２）において、上記制御部は、上記最短掃引時間及び最長蓄積時間を電子衝撃イオン化条件として記憶し、試料イオン毎に、検出部で得られる信号強度に基づいて、試料分子をイオン化するための反応媒体の上記三次元四重極部での第２蓄積時間を設定し、設定した蓄積時間で検出された擬分子イオンの信号強度に基づいて上記高周波電圧の第２掃引時間を設定し、設定した第２蓄積時間及び第２掃引時間を化学イオン化条件として記憶し、電子衝撃イオン化を行うか化学イオン化を行うかにより、記憶した上記電子衝撃イオン化条件か化学イオン化条件に従って質量分析を行う。
【００２１】
（４）試料イオンを蓄積する三次元四重極部と、イオンの質量数毎に強度を検出する検出部と、上記三次元四重極部に蓄積された試料イオンを検出部に排出するために、上記三次元四重極部への高周波電圧の掃引を制御するコンピュータとを備え、試料に由来するイオンを質量分析する３次元４重極質量分析装置の動作制御プログラムにおいて、試料毎に、検出部で得られる信号強度に基づいて、上記高周波電圧の最短掃引時間を設定し、設定した掃引時間で擬分子イオンが生成しない範囲内で上記三次元四重極部での試料イオンの最長の蓄積時間を設定し、
設定した最短掃引時間及び最長蓄積時間に従って質量分析を行う。
【００２２】
分子間反応を起こし易い試料物質については掃引時間を短縮し、イオン蓄積時間を確保することで高検出感度・高精度な分析が可能となる。
【００２３】
また、分子間反応の反応時間となるイオン蓄積時間と高周波電圧の掃引時間を調節し、試料分子の化学イオン化（ＣＩ）測定を可能とする。ＣＩにおいて擬分子イオンを生成するためには、分子イオン反応するために一定時間試料分子と反応媒体である反応ガスイオンを三次元四重極部内で保持する必要がある。
【００２４】
イオンの蓄積時間と掃引時間との合計時間を反応時間として、ＣＩ測定を行う。また、掃引速度を調節した複数の条件を同時に実行することにより、電子衝撃イオン化（ＥＩ）測定とＣＩ測定を装置構成を変更することなく簡便に実行することが可能である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態が適用される３次元４重極質量分析装置（ＧＣ／３ＤＱＭＳ）の概略構成図である。
【００２６】
図１において、ガスクロマトグラフ１に、注入口より導入された試料Ａはカラム２によりキャリアーガスと共にリング電極３、エンドキャップ電極４によって囲まれた空間に導入される。そして、上記空間内にて、フィラメント５から生成される熱電子により、試料Ａがイオン化される。
【００２７】
イオン化された試料Ａの分子イオンは、各電極３、４に印加される電圧により選択的に３ＤＱ部内に保持され、任意時間だけ蓄積される。
【００２８】
３ＤＱ部内に蓄積された試料Ａの分子イオンは、リング電極３に質量数に対応する高周波電圧を任意速度で低質量から高質量へ掃引することにより質量数毎に検出器６へ導入される。
【００２９】
高周波電圧の掃引速度は、データ処理装置（制御手段）７の設定画面上より入力し質量分析装置内部にて、入力された掃引速度となるように制御する。また、データ処理装置７により自動的に掃引速度を調整して設定し、制御する。さらに、このデータ処理装置７は、３ＤＱ部内でのイオン分子の蓄積時間等も制御するものである。データ処理装置７はコンピュータにより構成される。
【００３０】
例えば、従来の技術により分子量［Ｍ］の試料分子をＥＩにより測定する場合、イオンの蓄積時間を［Ｔ］｛０．０１（ｍｓｅｃ）〜１００（ｍｓｅｃ）のうちの任意時間｝と設定し、分子量［Ｍ］を含む測定質量範囲を［Ａ］〜［Ｂ］と設定する。
【００３１】
分子量［Ｍ］に対応する高周波電圧を掃引するのに必要な時間を１００（ｍｓｅｃ）とすると、試料分子は｛［Ｔ］＋１００（ｍｓｅｃ）｝の間、３ＤＱ部内に保持されることとなる。
【００３２】
このとき、試料分子が分子間反応を起こしやすく、例えば、１２０（ｍｓｅｃ）３ＤＱ部内に保持すると、分子間反応を起こしてしまう場合、イオン蓄積時間［Ｔ］は２０（ｍｓｅｃ）未満に制限されてしまう。
【００３３】
試料分子が１２０（ｍｓｅｃ）だけ３ＤＱ部内に保持されると分子間反応を起こしてしまう場合、イオン蓄積時間［Ｔ］を調節可能｛例えば５０〜５００（ｍｓｅｃ）で設定可能｝であるとすると、高周波電圧の掃引時間を５０（ｍｓｅｃ）に設定することにより、イオン蓄積時間［Ｔ］を最大で７０（ｍｓｅｃ）確保することが可能である。
【００３４】
このように調節することにより、本願発明者による分析では、イオン蓄積時間［Ｔ］が２０（ｍｓｅｃ）未満に制限されてしまう場合と比較して検出感度を高感度にすることが可能となる。
【００３５】
図２は、本発明の第１の実施形態において、ＥＩ測定を行う場合の分析条件を最適化する動作フローチャートである。
【００３６】
図２のステップ１００において、分析条件を最適化するためにキャリブレーションガスなどの標準ガスを３ＤＱ部内に導入し、反応ガス分子のイオンピーク等のモニターを開始する。
【００３７】
なお、このモニターは、データ処理装置７により実行され、イオン蓄積時間、掃引時間が調節されるが、操作者が表示装置をモニターしながら、調整することも可能である。
【００３８】
次に、ステップ１０１において、掃印時間を設定可能範囲内で可能な限り短縮した時間に設定し（図３の（Ｂ）に示すように、掃引速度を装置が可能な最高速度に設定）、イオン蓄積時間を擬分子イオンが生成しない範囲で可能な限り長くした設定を最適条件とする。
【００３９】
擬分子イオンの生成の確認は、図４に示すように、標準ガス中の目的分子の分子量イオン［Ｍ］と擬分子イオン［Ｍ＋１］のピーク強度・分解能から確認する。
【００４０】
上記最適掃引時間、蓄積時間は、図３、図４に示すような画面を確認しながら、操作者が行うことも可能である。
【００４１】
そして、ステップ１０２において、分析条件（最適イオン蓄積時間、最適掃引時間）を決定し、その条件で、ステップ１０３で試料が測定される。
【００４２】
以上のように、本発明の第１の実施形態においては、イオン蓄積時間及び掃引時間を個別に調整可能とし、分子イオンが十分に蓄積され、かつ、試料が分子間反応を起こさない範囲内で、イオン蓄積時間及び掃引時間を調節するように構成したので、３ＤＱ部における分子間反応の影響を抑制でき、かつ、目的分子イオンの適切な蓄積時間を確保して、高精度の分析が可能な３次元４重極質量分析装置を実現することができる。
【００４３】
図５は、本発明の第２の実施形態において、ＣＩ測定を行う場合の分析条件を最適化する動作フローチャートである。この第２の実施形態は、ＥＩ法において、蓄積された目的イオンが３ＤＱ部内に保持されている時間内に周囲の分子との分子間反応が起きることに着目し、蓄積時間と掃引時間とを調整し、ＥＩ法の最適条件とＣＩ法の最適条件とを設定し、同一装置で、蓄積時間と掃引時間の条件を切り換えれば、試料、反応ガスの導入経路、導入するガスの種類を変更することなくＥＩ法とＣＩ法とを実行することができる例である。
【００４４】
なお、本発明の第２の実施形態における３次元４重極質量分析装置の概略構成は、図１に示した例と同様となり、ＥＩ法における条件設定は図２に示した例と同様となるので、詳細な説明は省略する。
【００４５】
図５のステップ２００において、キャリアーガスとしては、反応ガスを含んだヘリウムガスを導入し、モニターを開始する。
【００４６】
次に、ステップ２０１において、まず、初期設定として、システム制御ソフト上より高周波電圧の掃印速度を任意に設定する。そして、条件最適化のために標準ガスとしてキャリブレーションガスを導入する。
【００４７】
３ＤＱ部では、次の動作（１）〜（３）を繰り返す。
【００４８】
（１）導入された標準ガスと反応ガスとを、フィラメントから生成する熱電子とのＥＩにより一定時間イオン化する。
【００４９】
（２）生成したイオンのうち、反応ガスイオンのみを３ＤＱ部内に保持し、フィラメント電源を切り、熱電子の供給を停止する。
【００５０】
（３）条件設定画面（図３）に示すように、任意に設定した高周波電圧掃引速度により３ＤＱ部内のイオンを検出器へと排出する。
【００５１】
上記動作（１）〜（３）の間に、図４に示すような標準ガスのスペクトルを確認し、標準ガスピークのうち、基準とする質量数［Ｍ］のイオンピークと、［Ｍ］の擬分子イオン［Ｍ＋１］のイオンピークとを確認する。
【００５２】
そして、反応ガスイオンピーク強度から、反応ガスの蓄積時間の最適条件を決定する。決定した反応ガスの蓄積時間を固定し、掃引速度を調節して、掃引時間を長くしていき、擬分子イオン［Ｍ＋１］のピークが任意の強度（例えば、［Ｍ］のイオンピーク値と、擬分子イオン［Ｍ＋１］のイオンピーク値とが初期の関係と逆転するような強度）で検出されていれば、その時の掃引速度を分析条件とし、検出されていなければ掃引速度を再設定する。
【００５３】
そして、ステップ２０２において、反応ガスの蓄積時間及び掃引速度の最適条件を決定し、ステップ２０３において、試料を測定する。
【００５４】
そして、ＥＩ法により測定する場合は、蓄積時間及び掃引速度条件をＣＩ条件から切り換えればよい。
【００５５】
なお、上記手法により設定した分析条件で試料測定を行う場合、印加電圧の設定により（３）の掃印時に［Ｍ＋１］のみ、またはフラグメントイオンと［Ｍ＋１］の両方の検出を選択することが可能である。
【００５６】
また、上記の分析条件の決定は、基準とする質量数［Ｍ］のイオンピークと［Ｍ］の擬分子イオン［Ｍ＋１］のイオンピークの比率を設定し、イオン蓄積時間、掃印速度を変化させ、比率を満たす条件を検出するすることにより自動で行うことが可能である。
【００５７】
また、反応ガスをキャリアガスに添加せずにキャリアガス、試料中に含まれる水分子をＣＩ反応ガスとして用いることが可能である。
【００５８】
以上のように、本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様な効果を得ることができる他、蓄積時間及び掃引時間の最適条件を切り換えれば、試料、反応ガスの導入経路、導入するガスの種類を変更することなく、ＥＩ法とＣＩ法とを同一装置で検出チャンネルを切り換えながら実行することができる。
【００５９】
また、試料中に含まれる水分子をＣＩ反応ガスとして用いることができるので、従来技術におけるＣＩ法と比較して、反応ガス導入量を抑制することができるとともに、真空度を維持したままＣＩを行うことが可能であり、イオン源の汚染を抑制することができる。
【００６０】
また、上述した本発明の第１及び第２の実施形態における動作（図２、図５に示した動作等）は、適切な記憶媒体に記憶された動作制御プログラムに従って、コンピュータであるデータ処理装置７により実行される。
【００６１】
【発明の効果】
本発明によれば、３ＤＱ部における分子間反応の影響を抑制でき、かつ、目的分子イオンの適切な蓄積時間を確保して、高精度の分析が可能な３次元４重極質量分析装置を実現することができる。
【００６２】
さらに、蓄積時間及び掃引時間の最適条件を切り換えれば、試料、反応ガスの導入経路、導入するガスの種類を変更することなく、ＥＩ法とＣＩ法とを同一装置で実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される３ＤＱＭＳを用いたガスクロマトグラフ／質量分析装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるＥＩ測定時の分析条件決定の動作フローチャートである。
【図３】蓄積時間及び掃引時間決定の説明図である。
【図４】条件を設定するためのイオンピークのモニタの説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態におけるＣＩ測定時の分析条件決定の動作フローチャートである。
【符号の説明】
１　　　　　　ガスクロマトグラフ
２　　　　　　カラム
３　　　　　　リング電極
４　　　　　　エンドキャップ電極
５　　　　　　フィラメント
６　　　　　　検出器
７　　　　　　データ処理装置
【図１】
2004119295.tif 000003
【図２】
2004119295.tif 000004
【図３】
2004119295.tif 000005
【図４】
2004119295.tif 000006
【図５】
2004119295.tif 000007