(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
四重極質量フィルタに印加する電圧を走査することにより所定の質量範囲に含まれるイオンを質量分析するスキャン測定と、四重極質量フィルタに印加する電圧を所定時間一定に保つことで１乃至複数の特定の質量を持つイオンを選択的に質量分析するＳＩＭ（選択イオンモニタリング）測定とを実行可能な四重極型質量分析装置において、
a)１つのＳＩＭ測定周期の期間中に、複数の特定の質量を持つイオンについての１回ずつのＳＩＭ測定と、所定の質量範囲をｎ個（ｎは２以上の整数）に区分した細分化質量範囲のうちの１つについてのスキャン測定と、を実行する時間範囲をそれぞれ設け、該ＳＩＭ測定周期期間の測定を繰り返し実行し、且つその繰り返されるＳＩＭ測定周期期間中のスキャン測定の期間には前記ｎ個の細分化質量範囲に対するスキャン測定を順次行うように、四重極質量フィルタに印加する電圧を制御する電圧制御手段と、
b)前記ＳＩＭ測定周期期間の測定を繰り返し実行する際に、ｎ回のＳＩＭ測定周期期間中の各スキャン測定により得られたｎ個の細分化質量範囲に対するデータに基づいて、前記所定の質量範囲に亘るマススペクトルを作成するデータ処理手段と、
を備えることを特徴とする四重極型質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分離器として四重極質量フィルタを利用した四重極型質量分析装置に関し、特に、ガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ／ＭＳ）や液体クロマトグラフ質量分析装置（ＬＣ／ＭＳ）など、クロマトグラフと質量分析装置とを組み合わせたクロマトグラフ質量分析装置に好適な四重極型質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガスクロマトグラフ（ＧＣ）と質量分析計（ＭＳ）とを組み合わせたガスクロマトグラフ質量分析装置（ＧＣ／ＭＳ）は、環境測定、有機化合物分析、各種プロセスのモニタリングなど様々な分野で幅広く使用されている。ＧＣ／ＭＳを用いた測定方法としては、いわゆるスキャン測定法と、ＳＩＭ（選択イオンモニタリング）測定法とが知られている。
【０００３】
スキャン測定法では、質量分析装置において所定の質量範囲内で分析対象のイオンの質量（厳密には質量電荷比m/z）を走査し、その質量範囲に含まれる全てのイオンを検出する。そのため、未知試料に対する定性分析など、分析対象成分の質量が不明である場合に特に有用である。一方、ＳＩＭ測定法では、予め指定された１乃至複数の特定の質量を有するイオンのみを選択的に時分割で検出する。そのため、分析対象の物質が既知又は高い確度で予想可能であって、その物質の定量分析を高感度で以て行いたい場合に有用である。
【０００４】
いずれの測定法でも定量分析は可能であるが、サンプル濃度が低く高感度分析が要求される場合にはＳＩＭ測定法が用いられる。但し、ＳＩＭ測定法では指定された質量のみしか測定されないため、測定中に、ＳＩＭ測定対象の成分の定量性に影響を及ぼすような予期せぬ夾雑物質などが溶出してきた場合でもそれを検出することができない。そこで、ＳＩＭ測定時にも並行して、クロマトグラフのカラムから溶出して来る未知成分の定性分析を行うことが要求される。こうした要求から、従来、ＳＩＭ測定とスキャン測定とを交互に（厳密には時分割であるが実質的には同時とみなせる）行い、ＳＩＭ測定では定量分析、スキャン測定では定性分析を行う方法が広く採用されている。
【０００５】
特許文献１に記載の四重極型質量分析装置では、複数の特定質量のイオンのＳＩＭ測定を繰り返し行う合間、具体的には四重極質量フィルタに印加する電圧が最大になった状態から最小である状態に戻すときに、所定のパターンで電圧を変化させることにより所定の質量範囲のスキャン測定を行い、こうしたＳＩＭ測定とスキャン測定とを交互に繰り返すようにしている。
【０００６】
しかしながら、上記従来のＳＩＭ／スキャン測定では次のような問題がある。即ち、スキャン測定法では通常広い質量範囲を走査して測定を行うため、１回の質量走査（換言すれば、四重極質量フィルタに印加する電圧走査）に或る程度の時間（装置の能力にも依るが例えば５００ｍ秒程度）が必要になる。一方、ＳＩＭ測定法では、クロマトグラムの定量に用いるためにクロマトグラムの１つのピークに対して少なくとも１０点程度のサンプリング点が得られるように測定周期を設定する必要がある。例えば、クロマトグラムのピークの時間幅が２秒であるとすると、その１／１０の２００ｍ秒間隔でのＳＩＭ測定が必要になる。
【０００７】
ところが、上述のようにスキャン測定とＳＩＭ測定とを交互に行う場合において、例えばスキャン測定のために５００ｍ秒の時間幅を確保するとすると、ＳＩＭ測定のために１００ｍ秒の時間を費やすとしても６００ｍ秒周期でしかＳＩＭ測定を行うことができない。こうなると、クロマトグラムのピークに対して十分な測定点数を確保することができず、十分な精度での定量分析は困難である。
【０００８】
これに対し、スキャン測定における走査速度を上げることにより１回の質量走査に要する時間を短く（例えば１００ｍ秒程度に）すれば、ＳＩＭ測定の周期を短くすることは計算上可能である。しかしながら、スキャン測定での走査速度を上げすぎると、検出感度の低下やマススペクトル上でのピークの質量分解能の低下が起こったり、或いは高質量イオンの検出ができなくなったりして、定性分析に支障をきたすことになる。従って、スキャン測定時の定性性能を確保するには、走査速度を或る程度遅くしなければならず、これに伴いスキャン測定の時間も十分に確保する必要がある。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１９５４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
即ち、ＳＩＭ測定において定量性能を上げるにはＳＩＭ測定の周期を短くしなければならず、スキャン測定において定性性能を上げるには走査速度を或る程度遅くして十分なスキャン時間を確保しなければならないが、両者は相反する条件であるために、いずれかの性能を犠牲にするか、或いは、適度な性能で以て両方の妥協を図る必要があった。
【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、ＳＩＭ測定の時間間隔を短くしてクロマトグラムのピークの測定周期を短くしながら、スキャン測定の走査速度も或る程度遅くして高感度、高質量分解能での定性分析を行うことができる四重極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】
【００１２】
上記課題を解決するために成された本発明は、四重極質量フィルタに印加する電圧を走査することにより所定の質量範囲に含まれるイオンを質量分析するスキャン測定と、四重極質量フィルタに印加する電圧を所定時間一定に保つことで１乃至複数の特定の質量を持つイオンを選択的に質量分析するＳＩＭ（選択イオンモニタリング）測定とを実行可能な四重極型質量分析装置において、
a)１つのＳＩＭ測定周期の期間中に、複数の特定の質量を持つイオンについての１回ずつのＳＩＭ測定と、所定の質量範囲をｎ個（ｎは２以上の整数）に区分した細分化質量範囲のうちの１つについてのスキャン測定と、を実行する時間範囲をそれぞれ設け、該ＳＩＭ測定周期期間の測定を繰り返し実行し、且つその繰り返されるＳＩＭ測定周期期間中のスキャン測定の期間には前記ｎ個の細分化質量範囲に対するスキャン測定を順次行うように、四重極質量フィルタに印加する電圧を制御する電圧制御手段と、
b)前記ＳＩＭ測定周期期間の測定を繰り返し実行する際に、ｎ回のＳＩＭ測定周期期間中の各スキャン測定により得られたｎ個の細分化質量範囲に対するデータに基づいて、前記所定の質量範囲に亘るマススペクトルを作成するデータ処理手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１３】
なお、本発明に係る四重極型質量分析装置は、前段に液体クロマトグラフやガスクロマトグラフ等のクロマトグラフを接続したクロマトグラフ質量分析装置に特に有用である。
【００１４】
スキャン測定で定性分析を行う場合には、クロマトグラムのピークに対して定量分析のときほど細かい周期で測定を繰り返す必要はない。そこで、本発明に係る四重極質量分析装置では、ＳＩＭ測定の繰り返し周期よりもスキャン測定における所定の質量範囲の走査の周期を長く設定し、その質量範囲を複数（ｎ個）に区分した（つまり質量範囲を狭くした）細分化質量範囲の走査をＳＩＭ測定の繰り返し毎に実行する。従って、ＳＩＭ測定の１周期に対応して得られるスキャン測定の質量範囲は、目的とする所定の質量範囲の１／ｎである。このように細分化質量走査をＳＩＭ測定の繰り返し毎に順番に実行すると、ｎサイクルで所定の質量範囲に対応したスキャン測定の全マススペクトルデータが揃うから、データ処理手段は、そのマススペクトルデータを区分された質量の境界で繋ぎ合わせるようにして所定の質量範囲に亘るマススペクトルを作成する。
【００１５】
なお、ＳＩＭ測定の繰り返し毎に細分化質量範囲の走査を行う順番は、質量の小さな順、質量の大きな順のいずれでもよく、またｎサイクルで全ての細分化質量範囲の走査がそれぞれ１回ずつ行われさえすれば、特に質量の大小の順に限定されるものでもない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る四重極型質量分析装置によれば、スキャン測定における検出感度や質量分解能に影響を与えずにＳＩＭ測定の繰り返し周期を決めることができるので、例えばクロマトグラムのピークを十分な精度で定量できるような短い測定周期を設定して測定を行うことができる。これにより、高い定量精度を達成することができる。一方、スキャン測定については、ＳＩＭ測定の周期に影響を与えずにスキャン測定の走査速度や質量範囲を決めることができるため、走査速度を或る程度遅くして、高感度、高分解能で且つ十分な質量範囲に対するマススペクトルを作成することができる。これにより、精度の高い定性分析を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の一実施例である四重極型質量分析装置を備えるＧＣ／ＭＳについて図面を参照しながら説明する。図１はこのＧＣ／ＭＳの要部のブロック構成図である。
【００１８】
ガスクロマトグラフ（ＧＣ）部１０では、カラムオーブン１４により適度の温度に加熱されるカラム１５の入口に試料気化室１１が設けられ、その試料気化室１１にはキャリアガス流路１３を通して所定流量でキャリアガス（例えばＨｅ）が供給されカラム１５へと流れ込む。その状態でマイクロシリンジ１２により試料気化室１１内に少量の液体試料が注入されると、液体試料は短時間で気化しキャリアガス流に乗ってカラム１５内に送られる。カラム１５を通過する間に試料ガス中の各成分は時間的に分離されてその出口に到達し、インターフェイス部２０においてヒータ２２により加熱される試料導入管２１を通って質量分析（ＭＳ）部３０のイオン化室３１に導入される。
【００１９】
ＭＳ部３０において、イオン化室３１に導入された試料分子は例えば熱電子との接触によってイオン化される。発生したイオンはイオン化室３１の外側に引き出され、イオンレンズ３２により収束されて４本のロッド電極から構成される四重極質量フィルタ３３の長軸方向の空間に導入される。四重極質量フィルタ３３の各ロッド電極には直流電圧と高周波電圧とを重畳した電圧が四重極駆動部３６から印加され、その印加電圧に応じた質量（質量電荷比m/z）を有するイオンのみが長軸方向の空間を通過し、イオン検出器３４に到達して検出される。イオン化室３１、イオンレンズ３２、四重極質量フィルタ３３、及びイオン検出器３４は、図示しない真空ポンプにより真空吸引される真空容器３５内に配設されている。
【００２０】
イオン検出器３４による検出信号はＡ／Ｄ変換器４０によりデジタルデータに変換されてデータ処理部４４に送られる。データ処理部４４は所定の演算処理を行うことによりマススペクトル、マスクロマトグラム、或いはトータルイオンクロマトグラムを作成し、さらに定量分析や定性分析などを実行する。ＧＣ部１０、インターフェイス部２０及びＭＳ部３０を構成する各ブロックの動作は、分析制御部４３により統括的に制御される。データ処理部４４や分析制御部４３の機能は、装置本体に搭載されたＣＰＵ上で専用の制御／処理ソフトウエアを実行することにより具現化される。また、データ処理部４４や分析制御部４３は例えばパーソナルコンピュータなどにより構成される中央制御部４２と接続され、中央制御部４２はキーボードやマウス等のポインティングデバイスを含む操作部４５や表示部４６に対する入出力制御など基本的な制御を実行する。
【００２１】
本発明におけるデータ処理手段は例えば上述したように装置本体に搭載されたＣＰＵ上で専用の制御／処理ソフトウエアを実行することにより具現化される機能であり、電圧制御手段はそのソフトウエアの実行と四重極駆動部３６とにより達成される機能である。
【００２２】
次に、このＧＣ／ＭＳにおいてＳＩＭ／スキャン同時測定を行う際の特徴的な動作について図２、図３を参照しつつ説明する。図２、図３は時間経過に伴って分析対象とする質量（質量電荷比m/z）の変化を示すグラフである。但し、前述のように四重極質量フィルタ３３で選別されるイオンの質量は四重極駆動部３６からロッド電極に印加される電圧によって決まるから、図２、図３の縦軸は四重極質量フィルタ３３のロッド電極に印加される電圧値であると読み替えることも可能である。
【００２３】
ここでは一例として、ＳＩＭ測定の周期をＴsim＝１００ｍ秒とし、この１周期の間に３つの異なる質量Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３についてＳＩＭ測定を行うものとする。一方、スキャン測定については、その周期をＴscan＝５００ｍ秒とし、質量範囲はＭs〜Ｍeとする。例えば特許文献１のような従来技術ではＴsim＝Ｔscanであったが、この実施例ではＴsim＜Ｔscanである。
【００２４】
例えば上記のような各パラメータは分析条件パラメータとして操作部４５からユーザーが入力設定できるようにしておくことができる。また、入力設定されない場合でもデフォルト値として予め決まった値にすることができる。分析制御部４３はそうしたパラメータに従って、ＳＩＭ／スキャン測定の質量設定パターンを決める。具体的にまず、ＳＩＭ測定の周期Ｔsim＝１００ｍ秒の中で、３つの質量Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の測定にそれぞれ割り当てる時間とスキャン測定に割り当てる時間とをそれぞれ決める。ここでは、図２に示すように、質量Ｍ１に対するＳＩＭ測定の時間をＴ１、質量Ｍ２に対するＳＩＭ測定の時間をＴ２、質量Ｍ３に対するＳＩＭ測定の時間をＴ３とし、スキャン測定のための時間をＴｓとする。Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔｓ＝Ｔsimである。例えばＴ１＝Ｔ２＝Ｔ３＝Ｔｓであれば、各時間は２５ｍ秒となるが、これらは必ずしも同一でなくてもよい。
【００２５】
一方、スキャン測定の周期Ｔscanは５００ｍ秒であるから、上記のようなスキャン測定の時間Ｔｓを含むＳＩＭ測定を５回繰り返すことでＭｓ〜Ｍｅの質量範囲の質量走査が１回行われるようにする（つまり本例では本発明におけるｎ＝５）。従って、Ｍｓ〜Ｍｅの質量範囲を５等分することで、質量範囲がそれぞれＭｓ〜Ｍ１１、Ｍ１１〜Ｍ１２、Ｍ１２〜Ｍ１３、Ｍ１３〜Ｍ１４、Ｍ１４〜Ｍｅである５つの細分化質量範囲を設定し、各細分化質量範囲のスキャン測定をＳＩＭ測定の繰り返しの中で順番に実行するようにする。これにより、図３に示すように、３つの質量Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３に対するＳＩＭ測定を繰り返し実行する合間に、質量範囲が連続した５つの細分化質量範囲のスキャン測定を実行するような質量設定パターンを作成する。
【００２６】
なお、上記例はＳＩＭ測定の周期Ｔsimとスキャン測定の周期Ｔscanとがパラメータとして設定されていた場合であるが、例えばスキャン測定の周期Ｔscanの代わりに走査速度がパラメータとして設定されていた場合にはそれに応じて質量範囲の区分数を決めることができる。
【００２７】
分析が開始されると分析制御部４３は上記のように定めた質量設定パターン（図３参照）に従って四重極駆動部３６を制御し、四重極駆動部３６はそのパターンに従った電圧を四重極質量フィルタ３３に印加し、これを分析終了まで繰り返す。これにより、質量Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３のＳＩＭ測定が１００ｍ秒の周期で実行される。例えばクロマトグラムのピークの幅が２秒である場合、そのピークに対し２０点のサンプリング点において各質量Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３のイオン強度が求まる。従って、データ処理部４４では、十分に高い精度で各質量に対応した成分の定量を行うことができる。
【００２８】
一方、データ処理部４４では、スキャン測定が実行されている期間（図３中のｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５）にそれぞれ得られるデータを一旦記憶し、スキャン測定の１周期（Ｔscan）期間中の５回のスキャン測定に対するデータが揃うと、Ｍｓ〜Ｍｅの質量範囲に亘るマススペクトルを作成する。即ち、図３に示すように、５つの細分化質量範囲をその質量の境界Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ１４で繋ぎ合わせると質量ＭｓからＭｅまで連続的に質量走査したのと同じ状態となるから、これを１回の質量走査で取得されたものとみなしてマススペクトルを作成することができる。このようにして、スキャン測定の１周期（Ｔscan）毎に１つのマススペクトルが作成される。定性分析ではこの程度の周期でマススペクトルが得られれば十分であり、走査速度も必要以上に上げる必要がないので、定性に必要な検出感度を得ることができる。
【００２９】
なお、上記実施例や変形例は本発明の一例であって、本願発明の趣旨の範囲で適宜の変更や修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施例であるＧＣ／ＭＳの要部のブロック構成図。
【図２】本実施例のＧＣ／ＭＳにおいてＳＩＭ／スキャン同時測定を行う際の特徴的な動作の説明図。
【図３】本実施例のＧＣ／ＭＳにおいてＳＩＭ／スキャン同時測定を行う際の特徴的な動作の説明図。
【符号の説明】
【００３１】
１０…ガスクロマトグラフ部
１１…試料気化室
１２…マイクロシリンジ
１３…キャリアガス流路
１４…カラムオーブン
１５…カラム
２０…インターフェイス部
２１…試料導入管
２２…ヒータ
３０…質量分析部
３１…イオン化室
３２…イオンレンズ
３３…四重極質量フィルタ
３４…イオン検出器
３５…真空容器
３６…四重極駆動部
４０…Ａ／Ｄ変換器
４２…中央制御部
４３…分析制御部
４４…データ処理部
４５…操作部
４６…表示部
【図１】
0004821742.tif 000002
【図２】
0004821742.tif 000003
【図３】
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