(57)【要約】【課題】飛行時間型質量分析装置において、飛行時間，飛行距離および検出器の応答時間等により決定される分解能により一定の質量数以上において制限される。一方、飛行時間，飛行距離などを変更することは、測定の際のDuty Cycleおよび感度を低下させる。【解決手段】イオンを偏向させる偏向電極と位置検出器を備え、飛行時間と検出器での分布により構成される質量分布を得ることにより、特定質量数の分解能を向上させることを特徴とした高分解能飛行時間型質量分析装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン化した分子を入射方向に対しほぼ直交した方向に射出するイオン射出手段と、
前記イオン射出手段により射出されたイオンをその質量対電荷比に応じて飛行時間が異なるように偏向するイオン偏向手段と、
前記イオン偏向手段により偏向されたイオンを検出する検出器と、
を備えた飛行時間型質量分析装置において、
前記イオン射出手段に入射させるイオンビームを、射出方向に対し直交する面にほぼ平行な方向に偏向させる第２のイオン偏向手段を備え、
かつ前記検出器は前記イオン射出方向に対し直交する面上での位置情報を検出できる二次元検出器であることを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の質量分析装置において、
前記第２の偏向手段は前記イオン射出手段に入射させるイオンビームの飛行軌跡を挟んで対向する対向電極であることを特徴とする質量分析装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の飛行時間型質量分析装置において、
前記第２の偏向手段によるイオンビームの偏向形状関数を記憶する記憶手段を備え、該記憶手段に記憶された該偏向形状関数に基づき前記検知器での検出結果を解析する機能を備えた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、飛行時間により質量分離を行う質量分析装置に係り、特に従来に比べ感度，分解能が高い質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人のＤＮＡ配列の解析が終了した今日、この遺伝情報を用いて生成されるタンパク質、また、タンパク質をもとに細胞内で翻訳後修飾され機能する高分子の構造解析が重要になってくる。生体分子の構造解析を行う方法の１つとして、質量分析法がある。質量分析法は、生体分子を構成する物質の質量数により同定を行う。さらに、現在この分野では、一回の質量分離では得られない生体高分子の配列情報を得ることが出来るイオントラップ型質量分析装置や、Ｑ−ＴＯＦ（Time of flight）型と呼ばれる飛行時間型質量分析装置が主流となっている。また、最近では、この配列情報を高精度に確認するために質量数が高精度に測定できるＴＯＦとイオントラップを組み合わせた装置も販売されている。装置と同様に、生体試料をイオン化する方法としてレーザーを用いたＭＡＬＤＩ方式や大気圧下でイオン化を行うElectro Spray 法が用いられている。各方式において、高質量数のイオンを高感度，高精度に測定することは、構造に関する情報量が多くなるため、今後要求が高まっていくことが予測される。
【０００３】
現在、広く用いられている飛行時間型質量分析装置は、イオンの飛行時間差により質量数を判定する。この場合、より質量数差を精度良く測定するためには、高速処理が可能で、時間精度が高い検出系が必要である。従来の飛行時間型の質量分析装置において分解能を向上する方法として、レーザーイオン化を用いた飛行型質量分析装置では、Delayed 
Excitationが用いられてきた。Delayed Excitationは、一度打ち出したイオンを再加速することにより初期イオンの分布を改善し分解能を向上させている。大気圧Electro−Sprayイオン化方法では、入ってくるイオンを制限することや入射するイオンビームをレンズによる偏向および収束を行うことにより高分解能化を行っていた。これらの方法を用い分解能の向上は計れるが、感度との両立は難しかった。
【０００４】
入射エネルギーを変化させる、打ち出し方向とは異なる方向に偏向を行う方法が、特許文献１に記載されている。また、特許文献１では、複数個の検出機構をもつことにより感度の向上が図られている。しかし、この方法を用いた場合には、打ち出し回数を増加させることにより感度は向上するが、入射イオンのエネルギーを変化させたり、質量数の違うイオンを偏向したりする場合に、打ち出し領域での初期分布が変化する。この結果、各検出器において分解能および感度が変化する。つまり、複数の検出器で検出される分解能が検出器ごとに変化し、この結果全体として検出される信号の分解能が低下する。
【０００５】
ＴＯＦの形状を計算することにより分解能を向上させることが、特許文献３において行われている。計算精度を向上させることにより分解能は向上するが、イオンの初期分布の影響を低減することは難しい。イオン化領域の温度，周囲温度などにより各電極の電圧の変動が生じた場合、設定電圧の変更など複雑な制御が必要になる。
【０００６】
また、この方式では、複数のイオンビームを打ち出す際には、イオンの飛行時間に誤差が生じ、飛行時間が変化し結果的に質量数精度および分解能が低下する。
【０００７】
飛行中のイオンを偏向する方法としては、特許文献４が上げられる。特許文献４では、飛行中のイオンの偏向と検出器の取り付け方向を調整する方法が用いられているが、この方法においても、偏向により検出器表面に収束点を作り出すことにより分解能を向上させている。しかし、打ち出し回数を増やすことによる感度の向上を行う際には、多数のイオン検出を同時に行う必要があるため検出器の調整のみでは対応できない。
【０００８】
通常のＴＯＦでは、イオンの初期分布打ち出す際のエネルギー広がりを低減することが重要である。このエネルギー広がりを低減するために、打ち出し空間でエネルギー広がりが最小となるように光学系を最適する。ただし、感度を低減させずに分解能を向上させることは、難しい。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−３６７５５８号公報
【特許文献２】米国特許登録第５８６９８２９号公報
【特許文献３】米国特許登録第６６２１０７３号公報
【特許文献４】米国特許登録第５６５４５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来、分解能を向上させる手段としては、初期分布の影響を低減するために加速電圧を増加させ、全体の飛行時間を短くすることと、初期分布の広がりを抑えるためにスリットなどを用いて、収束したイオンのみを測定する手法等が用いられてきた。しかし、飛行時間短縮による分解能，感度の向上を実施した後でも、初期分布の広がりとイオン量を制限することによる感度低下が問題となっていた。このため、特許文献２，３，４のようにイオン光学系を調整，偏向する機能を持つ質量分析装置が考えられてきた。この方式でも飛行時間間隔に入射した低質量数の感度の低下および高質量数イオンの未検出という点が解決できなかった。最近検出系の高速化，大量のデータ処理が可能となったため、特許文献１のように多チャンネルのイオンの測定が可能となってきた。しかし、多チャンネルの検出器を用いた場合、チャンネル間での分解能の違いおよびイオン量制限やイオン軌道補正による分解能向上策による感度低下を両方について解決することが必要となる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
通常のＴＯＦでは、図１のように打ち出し領域において位置とエネルギーに対して空間的な分布が発生する。イオンの打ち出し方向とイオンの入射方向についての解析は、特許文献２において行われているが、特許上で求めた電界を生成させ動作させるとは、理想的な条件のみで有効であり、実際に動作させる際には、イオンの価数，質量などによりビーム軌道が微妙に変化することが考えられ、入射ビーム形状の最適化を行う必要性がある。また、感度向上を行うため、イオンビームを曲げた場合にも位置検出器での検出ポイントのキャリブレーションを行うことにより、実使用条件に合わせた測定が可能となる。本発明では、位置検出器を用い、検出器への入射イオン分布を考慮することにより分解能を向上させる。具体的には、実際のイオンの入射により発生した分布を測定により求められた分布により補正を行う。この補正を行う場合、入射イオンビームは一定の条件だけでなく、例えば入射エネルギーを変化させることにより形状を変化させ、変化に対応する形状関数を作成することにより、実際の測定条件に応じた補正が可能となる。
【００１２】
特許文献１で述べられている複数の打ち出しによる感度向上についてであるが、実際に打ち出し回数を増加させることにより感度は向上する。しかし、入射エネルギーを変化させ感度を向上させた場合、入射エネルギーにより分解能が変化する。この分解能が変化した場合、同時に動作をさせ積算を行った場合に、分解能が一番悪い条件で測定精度が決定される。分解能を低下させずに測定を行うためには、位置検出を用い各検出部において測定を実施する必要がある。また、位置検出を行うことにより、イオンの打ち出しに対応した検出器のモニタリングを行うことが出来ることから、ＴＯＦの打ち出し回数を増加させることが可能となり分解能を低減することなく高い繰り返し回数による高感度化を計ることが出来る。
【００１３】
この検出器を用いることにより、入射イオンを曲げることによるビームの広がりについても補正することが出来る。最初に、検出器のキャリブレーションを行うことにより、検出の際に使用するアドレスの決定を行い、最終的な質量スペクトルを得る際に活用する。また、ビームを曲げる際に発生する質量数に依存して検出器への入射位置が変化することに対しても補正することが出来る。
【００１４】
本発明は、多チャンネルの検出器などによる感度向上策で問題となる分解能低下とイオン量制限やイオン軌道補正による分解能向上策による感度低下を両立することを目的とする。
【発明の効果】
【００１５】
多チャンネルの検出器での分解能低下とイオン量制限やイオン軌道補正による感度低下を改善した質量分析装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図２に本発明の第１の実施例を示す。ビームを射出方向に対し直交する面にほぼ平行な方向に偏向させる第２のイオン偏向手段を備え、垂直にイオンを打ち出すことが出来るイオン射出手段と、第２のイオン偏向手段でビームを射出方向に対し直交する面にほぼ平行な方向に偏向されたイオンビームを検知できるように、従来のような位置次元の検知器ではなく、二次元の検知器を備えたことを特徴とする。打ち出しと領域の直前に対向するイオン偏向電極を設けることで、イオンの質量対電荷比に応じて二次元的にイオンが偏向される。すなわち、質量対電荷比が大きいものはほとんど偏向されず、質量対電荷比が小さいものはより大きく偏向される。このように偏向されたことにより、イオンの打ち出される位置が異なってくる。このイオンの打ち出される位置は、偏向電極に入射してきたときのイオンの速度，偏向電極に印加される電圧などを要素とするイオンの偏向形状関数として表現できる。打ち出されたイオンは基本的に打ち出された位置と同じ関係を保って検出器に入射する。本発明のように偏向しないままに打ち出されたイオンを検出する従来の飛行時間型質量分析装置では、１次元の検知器で良かったが、本発明では、二次元の広がりをもって射出されたイオンをその形状のままで検知できるように二次元平面上でイオンを検出できる検知器が必要となる。すなわち、従来の飛行時間型の質量分析装置のように飛行時間を計測すると共に、質量対電荷比に応じた打ち出し位置の違いをも検出し、それらの計測結果を合わせて計算することで、検出感度を低下させることなく、分解能を向上することができる。
【００１７】
但し、広範囲での測定を行う場合には、事前に偏向による検出位置の形状関数を決定し、検出器位置での分布を補正する必要がある。また、この場合には、重なりが出ない打ち出し条件を設定する必要がある。
【００１８】
実施例２では、本実施例の位置検出器を持つ飛行時間型質量分析装置は、エレクトロスプレイイオン源，マトリックス支援レーザーイオン源，大気圧化学イオン源，大気圧光イオン源および大気圧マトリックス支援レーザーイオン源などでイオン化されたイオンは、飛行時間型質量分析装置に導入される。この飛行時間型質量分析装置の検出部には、位置検出器が用いられる。本方式では、位置検出を行うことにより、収束点およびイオンビームの広がりを測定することが出来る。このため、スリットの形状と検出された位置と時間に対する広がりの情報から、元のビームの広がりを計算により形状関数を求めることが出来る。従来の検出法よりも元の広がりによる影響を低減した高分解能なスペクトルを再現することが出来る。また、従来飛行中のイオンの重なりあいにより打ち出し回数が、制限されていた。一方本発明の方式では、位置検出を行ない、打ち出し位置飛行時間との時間と位置に対する補正を行うことにより感度を向上させることを特徴とする。また、同時にビームの形状関数を求めることにより分解能を低下させずに感度も向上する位置検出器を有する飛行型質量分析装置に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】イオンの空間的広がり。
【図２】通常の直交式飛行時間型質量分析装置。
【図３】実施例１直交式飛行時間型質量分析装置。
【図４】形状関数。
【図５】加速部内のイオン分布による飛行時間の違い。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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