(57)【要約】  【課題】従来、イオンの飛行距離とイオン速度とに基づく理論的な計算により質量数を算出しているが、実際にはこうした計算からのずれが生じ質量数の算出精度が低下する。  【解決手段】予め数種類の互いに異なる既知質量数を持つイオンについて周回数を変えて飛行させたときの飛行時間を実測し、この実測結果に基づいて計算上の飛行時間から求まる計算式を修正して、実測と計算とのずれを反映した質量数計算式を求めて質量数計算式記憶部８３に格納しておく。質量数が未知であるイオンを分析する際には、例えばまず直線状の飛行空間内を飛行させて飛行時間を測定することでおおよその質量数を求める。そして、その質量数を参考にして制御部７により周回軌道Ｐを所定周回数だけ飛行させ、飛行時間を測定する。データ処理部８はその飛行時間と周回数と質量数計算式とから質量数を算出する。これにより、実測値を反映した高い精度の質量数が求まる。【選択図】図１
2005322429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源から出発したイオンを略同一の周回軌道に沿って複数回繰り返し飛行させた後に検出器に導入し、その飛行時間に基づいて前記イオンの質量数を求める質量分析装置において、
a)既知の質量数を有するイオンについて周回数毎の実際の飛行時間を測定した結果に基づいて、計算上の飛行時間との差異に関する情報を補正情報として保存しておくための補正情報記憶手段と、
b)未知の質量を有するイオンを所定周回数だけ前記周回軌道に沿って飛行させたときの飛行時間の測定値、該周回数に対する計算上の飛行時間、及び、前記補正情報記憶手段に保存されている補正情報を用いて、そのイオンの質量数を算出する質量数算出手段と、
を備えることを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
イオン源から出発したイオンを略同一の周回軌道に沿って複数回繰り返し飛行させた後に検出器に導入し、その飛行時間に基づいて前記イオンの質量数を求める質量分析装置において、
a)既知の質量数を有するイオンについてそれぞれ周回数毎の実際の飛行時間を測定した結果に基づいて作成された、未知のイオンの質量数を算出するための計算式を表す情報を保存しておくための情報記憶手段と、
b)未知の質量を有するイオンを所定周回数だけ前記周回軌道に沿って飛行させたときの飛行時間の測定値と、前記情報記憶手段に保存されている情報を用いて、そのイオンの質量数を算出する質量数算出手段と、
を備えることを特徴とする質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は質量分析装置に関し、更に詳しくは、分析対象であるイオンが略同一の軌道を周回運動するように飛行空間が形成された飛行時間型の質量分析装置に関する。なお、略同一の軌道上を繰り返し運動（飛行）するという意味において、ここでは、例えば直線状や湾曲状の軌道に沿った往復運動も周回運動に含めるものとする。
【背景技術】
【０００２】
飛行時間型質量分析装置では、一般的に、電場により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、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数毎に分離する。或る質量数差を有する２種類のイオンに対する飛行時間の差はイオンの飛行距離が長いほど大きくなるから、質量分解能を高くするためにはできるだけ飛行距離を長く確保することが好ましい。しかしながら、一般に、装置のサイズなどの制約によって直線的な飛行距離を長くとることは困難であるため、従来より、飛行距離を実効的に長くするような各種の構成が提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１に記載の装置では、複数のトロイダル型扇形電場を用いて長円形の周回軌道を形成し、この軌道に沿ってイオンを多数回繰り返し周回させることで飛行距離を長くしている。こうした質量分析装置では、イオンが周回軌道を周回する回数（周回数）が多いほど飛行距離が長くなり、それに伴って飛行時間も全体として長くなるため、一般的には周回数を多くするほど質量分解能が向上する。
【０００４】
従来、このような周回軌道を有する質量分析装置では、分析対象のイオンがイオン源を出発してから検出器に到達するまでの飛行時間と周回数とに基づいてイオンの質量数を計算している。しかしながら、周回軌道を或る周回数だけ飛行したイオンが検出器に到達するまでの実際の飛行時間は必ずしも計算上の飛行時間と一致せず、しかも計算上の飛行時間と実際の飛行時間とのずれは周回数毎に変化してしまう場合がある。従来、質量数の計算に際してこうした変動要因は考慮されていないため、質量数の算出精度が低下し、甚だしい場合にはイオンの同定に支障をきたすことが考えられる。
【０００５】
こうした実際の飛行時間と計算上の飛行時間とのずれの原因ははっきりとは掴めていないが、ずれに再現性があることから、次のような原因が推定される。すなわち、いま、説明を簡略化するために、図３に示すようにイオンが円形の周回軌道に導入され、その周回軌道を所定回数だけ周回した後に周回軌道を離れる場合を考える。理想的な周回軌道は図３中にＣ０で示す中心軌道であり、この軌道に沿ってイオンが飛行するように、例えば、図示しない湾曲形状、管状等の電極に印加される電圧によって電場が形成される。しかしながら、こうした電場は、例えば電極の形状の歪みや不均一性、非対称性などによって必ずしも理想的な状態にはならないため、イオンの質量数や運動エネルギーなどとの関係によって、イオンが実際に飛行する軌道は周回数毎にＣ１になったりＣ２になったりすることがあり得る。こうした理想的な状態からずれた軌道では周回軌道の距離は同一にはならないから、仮にイオンの飛行速度が一定であったとしても１周回に要する飛行時間は相違する。周回毎に、飛行距離が相対的に短い軌道（例えば図３のＣ１）を通過するときには実際の飛行時間は計算上の飛行時間よりも短くなり、逆に飛行距離が相対的に長い軌道（例えば図３のＣ２）を通過するときには実際の飛行時間は計算上の飛行時間よりも長くなる。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１９５３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、周回軌道に沿って複数回イオンを飛行させるような質量分析装置において、分析対象であるイオンの質量数の算出精度を向上させることを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
質量数が既知であるイオンについて各周回数毎の飛行時間を実測しておけば、この実測結果を利用して、質量数が未知であるイオンを周回軌道に沿って所定周回数だけ飛行させたときの測定結果である飛行時間に基づく質量数の算出精度を向上させることができる。
【０００９】
すなわち、上記課題を解決するために成された第１発明は、イオン源から出発したイオンを略同一の周回軌道に沿って複数回繰り返し飛行させた後に検出器に導入し、その飛行時間に基づいて前記イオンの質量数を求める質量分析装置において、
a)既知の質量数を有するイオンについて周回数毎の実際の飛行時間を測定した結果に基づいて、計算上の飛行時間との差異に関する情報を補正情報として保存しておくための補正情報記憶手段と、
b)未知の質量を有するイオンを所定周回数だけ前記周回軌道に沿って飛行させたときの飛行時間の測定値、該周回数に対する計算上の飛行時間、及び、前記補正情報記憶手段に保存されている補正情報を用いて、そのイオンの質量数を算出する質量数算出手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１０】
第１発明に係る質量分析装置では、分析対象であるイオンの分析に先立つ適宜の時点で、既知の質量数を有するイオンについて周回数毎、つまり１、２、３、…周回させたときの実際の飛行時間をそれぞれ測定する。この周回数毎の飛行時間は、理想的には、イオンの速度及び周回軌道の距離から計算される計算上の飛行時間に一致する筈であるが、実際には再現性を持った差異（ずれ）が生じる。したがって、周回数毎にこの差異から補正情報を作成して補正情報記憶手段に記憶させておく。質量数が未知であるイオンの分析時には、このイオンを所定周回数だけ周回軌道に沿って飛行させる。
【００１１】
但し、通常、全く質量数が未知であるイオンを周回軌道に導入しても、そのイオンが何周回したのか検出することはきわめて難しい。そこで、予め例えば直線状の短い飛行空間にそのイオンを飛行させ、その飛行時間からおおよその質量数を推定しておき、その推定質量数に基づいて周回軌道を所定回数だけ周回させるような制御を行うとよい。
【００１２】
そうして所定回数だけ周回軌道を飛行させたときの飛行時間を測定したならば、例えばその周回数に対する飛行時間のずれを補正情報記憶手段に保存されている補正情報に基づいて計算し、ずれを補正した飛行時間から質量数を算出する。それによって、実際の飛行時間と理想状態での計算上の飛行時間とのずれが軽減されるため、質量数の算出精度が向上する。
【００１３】
また、上述のように補正情報を保存しておくのではなく、既知質量数を有するイオンの飛行時間の実測値から予め上記ずれを考慮した質量数の算出式（或いは検量線など）を作成しておき、未知質量数のイオンに対する測定値をこの算出式に導入することで質量数を算出するように構成することもできる。
【００１４】
すなわち、上記課題を解決するために成された第２発明は、イオン源から出発したイオンを略同一の周回軌道に沿って複数回繰り返し飛行させた後に検出器に導入し、その飛行時間に基づいて前記イオンの質量数を求める質量分析装置において、
a)既知の質量数を有するイオンについてそれぞれ周回数毎の実際の飛行時間を測定した結果に基づいて作成された、未知のイオンの質量数を算出するための計算式を表す情報を保存しておくための情報記憶手段と、
b)未知の質量を有するイオンを所定周回数だけ前記周回軌道に沿って飛行させたときの飛行時間の測定値と、前記情報記憶手段に保存されている情報を用いて、そのイオンの質量数を算出する質量数算出手段と、
を備えることを特徴としている。
【００１５】
この第１、第２発明に係る質量分析装置のいずれにおいても、質量数の算出精度を向上させるためには、できるだけ多数種の既知質量数のイオンについて周回数毎の飛行時間を実測して、その結果に基づいて補正情報や計算式等を作成することが好ましいことは言うまでもない。
【発明の効果】
【００１６】
このように第１、第２発明に係る質量分析装置によれば、イオンの周回毎の実際の飛行時間が理想状態での計算上の飛行時間からずれる場合であっても、こうしたずれを考慮に入れて質量数を高い精度で算出することができる。それによって、例えば質量数から物質を同定するような場合に同定の正確性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施例による質量分析装置について図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は本実施例による質量分析装置の概略構成図である。図１において、図示しない真空室の内部には、イオン源１、ゲート電極２、複数の円筒電極１１〜１６が配設された飛行空間３、検出器４、などが配設されている。
【００１９】
イオン源１は分析対象のイオンの飛行開始点となるものであり、例えば分析対象である分子をイオン化するイオン化部であってイオン化法は特に限定されない。例えば本質量分析装置がＧＣ用の検出器として利用される構成においては、イオン源１は電子衝撃イオン化法や化学イオン化法によって気体分子をイオン化するものである。また、本質量分析装置がＬＣ用の検出器として利用される構成においては、イオン源１は大気圧化学イオン化法やエレクトロスプレイイオン化法によって液体分子をイオン化するものである。さらにまた、分析対象分子がタンパク質などの高分子化合物である場合にはＭＡＬＤＩ（Matrix Assisted Laser Desorption Ionization：マトリクス支援レーザ脱離イオン化法）を利用するとよい。イオン源１は必ずしもイオンの発生源であるとは限らず、例えば他の部分で生成されたイオンを一旦保持した後に、エネルギーを付与して出射するイオントラップなどとしてもよい。
【００２０】
飛行空間３内には、イオンを略円形状の周回軌道Ｐに沿って飛行させるために複数（この例では６個）の円筒電極１１、１２、１３、１４、１５、１６が配置されている。この同一形状の６個の円筒電極１１〜１６はそれぞれ、同心二重円筒体を回転角度６０°で切断した形状となっており、それら円筒電極１１〜１６を軸Ｏを中心にして等回転角度離間して配置している。円筒電極１１〜１６に所定の電圧が印加されることによってその内部にはそれぞれ円筒電場Ｅ１〜Ｅ６が形成され、この円筒電場Ｅ１〜Ｅ６内で略六角筒形状の飛行空間が形成され、その飛行空間内を通過するイオンの中心軌道は図１中にＰで示すようになる。隣接する円筒電極１１、１６の間に設けられたゲート電極２は、イオン源１で生成されたイオンを周回軌道Ｐに乗せるため、及び、周回軌道Ｐに沿って飛行しているイオンを周回軌道Ｐから離脱させて検出器４へと送るための機能を有する。
【００２１】
円筒電極１１〜１６、及びゲート電極２にはそれぞれ周回飛行用電圧発生部５及びゲート電圧発生部６から電圧が印加され、これら電圧発生部５、６は制御部７により制御される。一方、検出器４による検出信号はデータ処理部８に入力され、ここで、イオンがイオン源１を出発してから検出器４に到達するまでの飛行時間が計測され、この飛行時間に基づいてイオンの質量数が計算される。制御部７やデータ処理部８はパーソナルコンピュータを中心に具現化することができる。
【００２２】
なお、図１の構成では周回軌道Ｐを略円形状としているが、軌道の形状はこれに限るものではなく、長円形状、８の字状の周回軌道など、任意の形状とすることができる。また、完全に同一軌道上を周回するものでなくとも、螺旋状の旋回軌道や往復軌道でもよい。
【００２３】
上記質量分析装置における基本的な分析動作は次の通りである。制御部７の制御の下に、イオン源１から分析対象であるイオン（実際には１個のイオンではなく多数のイオンから成るイオン群）が出射され、同時に制御部７はデータ処理部８に対しイオンが出発したことを知らせるための制御信号を送る。イオンがゲート電極２を通過する時点を挟んで前後に或る時間幅を有するタイミングで、ゲート電圧発生部６はゲート電極２に入射してくるイオンが周回軌道Ｐに乗るようにイオンを偏向させるための電圧を印加する。それによって、イオンは周回軌道Ｐに沿って飛行し始める。
【００２４】
イオンが周回軌道Ｐを所定周回数飛行したと推定される時点から適宜の時間だけ遡った時点で、ゲート電圧発生部６はゲート電極２を通過しようとするイオンが周回軌道Ｐを離れて検出器４に向かうように偏向させるための電圧を印加する。すなわち、ゲート電極２へ印加する電圧によって周回数が決まることになる。周回軌道Ｐを離れたイオンは検出器４へと入射し、検出器４ではそのイオン数に応じた電流が流れ、これがイオン強度を反映した検出信号として出力される。各イオンの飛行速度はその質量数に依存するから、イオン源１を発して検出器４に到達するまでの飛行時間はそのイオンの質量数に依存する。異なる質量数のイオンは異なる飛行時間を示し、飛行距離が長いほどその飛行時間の差は大きくなる。したがって、この質量分析装置では、周回数を大きくするほど異なる質量数のイオンの分解能が高くなる。
【００２５】
次に、本実施例の質量分析装置における質量数の算出方法とそのための構成及び動作について説明する。
【００２６】
イオンの質量数が相違すると飛行速度が異なるから、基本的には、飛行時間はその飛行速度と飛行距離に依存し、飛行時間から質量数を計算することができる。理想的には、飛行距離は、イオン源１からゲート電極２までの距離と、ゲート電極２から検出器４までの距離と、周回軌道Ｐの距離に周回数を乗じた距離とを加算したものとなる。したがって、周回数が１、２、３、…と順に増えると、周回軌道Ｐの距離に相当する分ずつ飛行距離が延び、その分ずつ飛行時間も長くなる。こうしたことから、或る質量数Ｍ１、Ｍ２のイオンについて周回数毎の飛行時間を計算すると、図２中に一点鎖線で示すように直線状となる。従来はこうした計算に基づいて未知質量のイオンの質量数を算出していたが、実際に質量数Ｍ１、Ｍ２のイオンについて周回数毎の飛行時間を測定すると、図２中に■及び●で示したように計算上の直線からはずれが生じる。
【００２７】
そこで、本実施例では、予め数種類の互いに異なる既知の質量数を持つイオンについて、上記質量数Ｍ１、Ｍ２のイオンのように、周回数を変えて飛行させたときの飛行時間を実測しておく。そして、例えば、この実測結果に基づいて上記のような理想状態での計算上の飛行時間から求まる計算式を修正して、上記ずれを反映した質量数計算式を求め、これを質量数計算式記憶部８３に格納しておく。もちろん、質量数計算式を用いずに飛行時間と周回数とから質量数を導出し得るようなテーブルを作成してこれを格納しておいてもよいし、また、周回数毎に補正係数等の補正情報を求めて、ずれを考慮しない質量計算式とこの補正情報とを共に格納しておくようにしてもよい。このように飛行時間の測定値と周回数とから質量数を導出するための手法に関しては種々の変形が考え得るが、いずれにしても重要なことは、既知質量数のイオンについての周回数毎の飛行時間の実測結果が反映されていることである。
【００２８】
未知質量数のイオンの分析を行う場合、飛行時間から質量数を算出するにはパラメータの１つである周回数が分かっている必要がある。しかしながら、イオンが周回軌道Ｐ上のどの位置に存在するのかを把握することはきわめて困難であって実用的でなく、質量数が全く不明である場合には例えば所定周回数だけイオンを周回させるような制御を行うことができない。そこで、未知質量数のイオンを分析する場合には、例えば予め直線状の飛行空間内を飛行させてその飛行時間を測定することで、おおよその質量数を求めておく。そして、求めた質量数に基づいて、本実施例の質量分析装置においてそのイオンが周回軌道Ｐを所定周回数だけ飛行するように制御を行う。そうした制御の下で、データ処理部８において飛行時間算出部８１は飛行時間を算出する。質量数算出部８２は質量数計算式記憶部８３から先に述べたように記憶してある質量数の計算式を読み出し、さらに制御部７より周回数の情報を得て、質量数を計算する。所定回数を大きくすれば飛行距離は非常に長くなるので、算出される質量数の精度は非常に高まる。
【００２９】
或る１種類の質量数を持つイオンをイオン源１から出射して分析した場合に、上述したようにそのイオンの質量数を算出できるのはもちろんのこと、質量数の異なる複数種のイオンを同時に周回軌道に周回させた場合でも、各イオン種の周回数が分かり、複数種のイオンが時間的にずれて検出器４に到達し、その検出信号とイオン種との対応関係が把握できさえすれば、各イオン種の周回数と飛行時間とからそれぞれ質量数を精度よく求めることが可能である。
【００３０】
なお、上記実施例は本発明の一実施例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜に修正、変更、追加などを行っても本願発明に包含されることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施例による質量分析装置の概略構成図。
【図２】本実施例の質量分析装置において周回数と飛行時間との関係を示す図。
【図３】従来のこの種の質量分析装置における周回軌道のずれについての説明図。
【符号の説明】
【００３２】
１…イオン源
２…ゲート電極
３…飛行空間
Ｅ１〜Ｅ６…円筒電場
１１〜１６…円筒電極
４…検出器
５…周回飛行用電圧発生部
６…ゲート電圧発生部
７…制御部
８…データ処理部
８１…飛行時間算出部
８２…質量数算出部
８３…質量数計算式記憶部
Ｐ…周回軌道
【図１】
2005322429.tif 000003
【図２】
2005322429.tif 000004
【図３】
2005322429.tif 000005