(57)【要約】【課題】親イオンの消失をできるだけ抑えながら、ＣＩＤ電圧を高くしてＣＩＤの効率を上げることのできるイオントラップ装置を提供する。【解決手段】リング電極と、それを挟んで対向する一対のエンドキャップ電極を備え、それらの電極で囲まれたイオントラップ空間にガス（ＣＩＤガス）を導入しつつそれらの電極に適宜の電圧を印加することによりイオンを開裂するイオントラップ装置において、ＣＩＤガスをパルス状に導入する。ＣＩＤガス導入直後は、多少高いＣＩＤ電圧を印加しても、高濃度に存在するＣＩＤガスとの衝突の影響により、親イオンはすぐにクーリングされ、イオントラップ内から消失する確率は大幅に低減される。また、低いｑ値においても有効に機能するので、このような条件でも開裂効率が高い。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング電極と、それを挟んで対向する一対のエンドキャップ電極を備え、それらの電極で囲まれたイオントラップ空間にガスを導入しつつそれらの電極に適宜の電圧を印加することによりイオンを開裂するイオントラップ装置において、該ガスをパルス状に導入することを特徴とするイオン開裂方法。
【請求項２】
リング電極と、それを挟んで対向する一対のエンドキャップ電極を備え、それらの電極で囲まれたイオントラップ空間にガスを導入しつつそれらの電極に適宜の電圧を印加することによりイオンを開裂するイオントラップ装置において、該ガスをパルス状に導入するパルスガスバルブを備えることを特徴とするイオントラップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、質量分析やイオン選別、イオン開裂等に用いられるイオントラップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオントラップ装置の一つの利用例として、イオントラップＴＯＦ質量分析装置を説明する。図１に示すように、イオントラップＴＯＦ質量分析装置１０では、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ；飛行時間）型質量分析装置１１のイオン導入口にイオントラップ装置１２が設けられ、そこにおいてイオンのアイソレーション（選別）や開裂等が行われる。イオントラップ装置１２自体も質量分離の機能を有するが、イオントラップＴＯＦ質量分析装置１０ではイオントラップ装置１２は単にイオンをアイソレーション及び開裂するためだけに用いられ、イオンの質量分析は次段のＴＯＦ１１で行われる。これにより、イオントラップ装置１２を設けない場合と比較して、ＴＯＦ１１ではより高い質量分解能で質量分析ができるようになるとともに、分子構造についてより多くの情報が得られるようになる。
【０００３】
イオントラップ装置１２では、図２に示すように、入口及び出口の両エンドキャップ電極２１，２２とその間に位置するリング電極２３とで囲まれるイオントラップ空間２４中に１×１０−３Ｔｏｒｒ（０．１Ｐａ）程度のヘリウム（Ｈｅ）ガスを定常的に導入する。これは一つには、イオンとヘリウムガスの衝突によってイオンをイオントラップ空間２４の中心近傍に集めることにより、感度及び質量分解能を向上させる作用を行う。これをクーリング作用と呼ぶ。また、イオントラップ装置１２の両エンドキャップ電極２１，２２にイオンの共振周波数と同一の周波数を含む波形を印加した場合には、これによりイオンの運動エネルギーが高まり、その状態でイオンがヘリウム分子と衝突することにより、イオンの開裂が行われるという作用も有する。これをＣＩＤ（Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ；衝突誘起開裂）作用と呼ぶ。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１８４３４９号公報
【特許文献２】
特表２００２−５１８８１０号公報
【０００５】
イオントラップ装置を用いた質量分析装置では、多段のＭＳ／ＭＳ分析が可能であるという特徴を有する。すなわち、特定のイオンのみをイオントラップ空間内に残し、これをＣＩＤ作用で開裂し、それにより生じたイオン（プロダクトイオン）を更にＣＩＤ作用により開裂する。このような開裂を多段で繰り返すことにより、分光構造について多くの情報が得られるようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の通り、ＣＩＤは、通常はイオントラップ装置の両エンドキャップ電極２１，２２に、開裂したい目的のイオンの共振周波数と同一の周波数成分を有する高周波信号を印加して目的イオンを共振させることで運動エネルギを高め、イオントラップ空間内に存在するヘリウムガス等の不活性ガス（以下、これをＣＩＤガスと呼ぶ）との衝突により目的イオンを開裂することにより行われる。
【０００７】
ここで、両エンドキャップ電極２１，２２に印加する電圧（ＣＩＤ電圧）を高くすることにより開裂が促進されるが、その値を過度に高くすると、親イオンは開裂する前に電極２１，２２，２３の壁に衝突したり、中央の穴から外に排出されたりして消失してしまう。
【０００８】
これを詳しく説明すると次の通りである。イオントラップ空間２４内では、次式で表されるような閉じこめポテンシャルφが定義される。
【数１】
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ここで、ｑはイオントラップ装置１２により定まるパラメータであり、リング電極２３のＲＦ電圧Ｖ、イオンの質量ｍ、リング電極２３の内接半径ｒ０、リング電圧の周波数Ω、素電荷ｅより次式で定義される。
【数２】
2005078804.tif 000004
【０００９】
ＣＩＤ電圧を上げすぎると、親イオンの運動エネルギがこの閉じこめポテンシャルφを超えてしまうために、イオントラップ空間２４内にトラップされ得なくなる。また、できるだけ低質量数のプロダクトイオンまで観測できるようにするためには、ＣＩＤ電圧のｑ値をできるだけ下げることが必要であるが、そうすると閉じこめポテンシャルφも低くなり、親イオンが消失しやすくなってしまう。
【００１０】
親イオンが開裂される前に消失してしまうと、プロダクトイオンの強度が弱くなる。特に多段のＭＳ／ＭＳ分析では、段数が進むほどイオンの数が少なくなってゆくため、段数毎に感度が悪化する。
【００１１】
本発明はこのような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、親イオンの消失をできるだけ抑えながら、ＣＩＤ電圧を高くしてＣＩＤの効率を上げることのできるイオントラップ装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明に係るイオン開裂方法は、リング電極と、それを挟んで対向する一対のエンドキャップ電極を備え、それらの電極で囲まれたイオントラップ空間にガス（ＣＩＤガス）を導入しつつそれらの電極に適宜の電圧を印加することによりイオンを開裂するイオントラップ装置において、ＣＩＤガスをパルス状に導入することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態及び効果】
本発明に係るイオントラップ装置では、ヘリウムやアルゴン等のＣＩＤガスをパルス状にイオントラップ空間に導入する。このパルスの幅（ガスの導入時間）は、イオントラップ装置のサイズ（イオントラップ空間の容積）にも依存するが、リング電極の内径が１０ｍｍ程度の通常のイオントラップ装置の場合、数百μｓｅｃ程度の非常に短いものとし、繰り返し速度は数十Ｈｚ以下とする。なお、ＣＩＤガスをパルス状に導入するためには、パルスガスバルブ２５を使用することができる（図２）。
【００１４】
イオントラップ装置を排気するポンプの排気能力にも依存するが、イオントラップ装置にＣＩＤガスをこのようなパルス状で導入すると、導入直後の数十ｍｓｅｃ間はＣＩＤガスはかなり高濃度（１０−２Ｔｏｒｒ台）にイオントラップ空間内に存在する。ＣＩＤ電圧は、ＣＩＤガスを導入してから数ｍｓｅｃ後程度で両エンドキャップ電極２１，２２に印加する。ＣＩＤガスパルスの導入とＣＩＤ電圧印加のタイミングを図３に示す。
【００１５】
ＣＩＤガスをパルス状に導入した場合、その直後に多少高いＣＩＤ電圧を印加しても、高濃度に存在するＣＩＤガスとの衝突の影響により、親イオンはすぐにクーリングされ、イオントラップ内から消失する確率は大幅に低減される。また、低いｑ値においても有効に機能するので、このような条件でも開裂効率が高い。
【００１６】
また従来、最適ＣＩＤ電圧は開裂目的イオンの質量数に依存する傾向があった。すなわち、低い質量数のイオンに対しては低いＣＩＤ電圧、高い質量数のイオンに対しては高いＣＩＤ電圧が必要である。しかし、イオン種によっては例外があることもあった。このため、ＣＩＤの目的とするイオンに対してその都度ＣＩＤ電圧を変える必要性があり、また、そのように設定をしてもうまくＣＩＤが行われない場合があった。それに対し、本発明では、そのような質量数依存性が殆どなくなり、低い質量数の目的イオンに対して高いＣＩＤ電圧を使用しても親イオンの損失が少ないという特長を有する。
【００１７】
図４に、従来のイオントラップ装置と本発明に係るイオントラップ装置における親イオン及びプロダクトイオンのイオン強度の変化のグラフを示す。ＣＩＤガスを連続的に導入する従来の装置では（ａ）、ＣＩＤ電圧を上げるに従い、プロダクトイオンの強度は、ピーク以降徐々に低下してゆく。これは、ＣＩＤ電圧を上げることにより、プロダクトイオンが生成される前に親イオンが失われてしまうためである。
それに対し、ＣＩＤガスをパルス状に導入する本発明の装置では（ｂ）、ＣＩＤ電圧を上げてもプロダクトイオンの強度はあまり低下しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】イオントラップＴＯＦ質量分析装置の概略構成図。
【図２】イオントラップ装置の概略構成図。
【図３】ＣＩＤガス導入及びＣＩＤ電圧印加のタイミングを示すチャート。
【図４】ＣＩＤガスを連続的に導入した場合（ａ）とパルス状に導入した場合（ｂ）の親イオン及びプロダクトイオンの強度の変化を示すグラフ。
【符号の説明】
１０…イオントラップＴＯＦ質量分析装置
１１…ＴＯＦ型質量分析装置
１２…イオントラップ装置
２１、２２…エンドキャップ電極
２３…リング電極
２４…イオントラップ空間
２５…パルスガスバルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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