(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ガスが導入される真空チャンバと、
前記真空チャンバに設けられ、導入された試料ガスの分子をイオン化する第１レーザー発振器と、
前記第１レーザー発振器によってイオン化された前記分子のうちの一部を濃縮するイオントラップと、
前記イオントラップによって濃縮された前記分子のうちの一部を断片に分解する第２レーザー発振器と、
イオン化された前記分子及び分解された前記断片を電気的に加速するための加速器と、
前記加速器により加速された前記分子と前記断片の飛行時間を検出するための検出器と、
を具備する
分子同定装置。
【請求項２】
請求項１に記載された分子同定装置であって、
更に、
前記検出器により検出される前記分子と前記断片の個数を計測する為の計測器と、
前記飛行時間に対応する質量と前記個数との対応を示す計測質量スペクトラムを作成するための作成器と、
を具備する
分子同定装置。
【請求項３】
請求項２に記載された分子同定装置であって、
更に、
前記分子と前記分子の断片の既知の特定質量スペクトラムが予め記憶されている記憶器を具備する
分子同定装置。
【請求項４】
請求項３に記載された分子同定装置であって、
更に、
前記計測質量スペクトラムと前記特定質量スペクトラムを対比して前記分子を同定するための比較器
を具備する
分子同定装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載された分子同定装置であって、
更に、
前記真空チャンバに試料ガスを連続的に導入するための導入器
を具備する
分子同定装置。
【請求項６】
請求項５に記載された分子同定装置であって、
更に、
前記導入器は、前記試料を噴射するためのノズルと、前記ノズルを加熱する為の加熱器と、を備える
分子同定装置。
【請求項７】
請求項６に記載された分子同定装置であって、
前記ノズルの内面は分子付着防止膜が形成されている
分子同定装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載された分子同定装置であって、
更に、
前記真空チャンバに搬送ガスを導入するための搬送ガス導入器と、
前記搬送ガスに液体試料を混入するための混入器と、
を備える
分子同定装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれかに記載された分子同定装置であって、
更に、
前記真空チャンバに搬送ガスを導入するための搬送ガス導入器と、
固体試料を蒸発させるための蒸発器と、を備え、
前記蒸発器により蒸発した試料が前記搬送ガスに混入される
分子同定装置。
【請求項１０】
真空チャンバに導入された試料ガスの一部の個数の分子を、第１レーザー発振器によりイオン化するステップと、
イオン化された前記分子をイオントラップにより濃縮するステップと、
濃縮された前記分子のうちの一部の個数を、第２レーザー発振器によって断片に分解するステップと、
イオン化された前記分子及び分解された前記断片を、加速器によって電気的に加速するステップと、
加速された前記分子と前記断片の複数・飛行時間を、検出器によって検出するステップと、
を具備する
分子同定方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載された分子同定方法であって、
前記イオン化は連続的に行われる
分子同定方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載された分子同定方法であって、
前記分子をイオン化するステップでは、前記分子が共鳴多光子により連続的に励起される分子同定方法。
【請求項１３】
請求項１０乃至１２のいずれかに記載された分子同定方法であって、
前記分解するステップでは、前記分子が共鳴多光子により連続的に励起される
分子同定方法。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載された分子同定方法であって、
前記共鳴多光子であるレーザーは、モードが固定され高繰り返しが可能であり超短パルスのレーザーである
分子同定方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載された分子同定方法であって、
前記超短パルスは、ピコ秒とフェトム秒の間にある
分子同定方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載された分子同定方法であって、
前記レーザーは、複数回往復する
分子同定方法。
【請求項１７】
請求項１０に記載された分子同定方法であって、
前記分子をイオン化するステップでは、前記分子が電子流により連続的に励起される
分子同定方法。
【請求項１８】
請求項１０に記載された分子同定方法であって、
前記分子をイオン化するステップでは、前記分子がＲＦ電界のもとで連続的に励起される
分子同定方法。
【請求項１９】
請求項１０乃至１８のいずれかに記載された分子同定方法であって、
更に、
電気的に加速された前記分子と前記断片に対して、運動の法則から個々の質量に対応する値を計測するステップと、
前記分子と前記断片の個数を計測するステップと、
前記質量に対応する値と前記個数から形成される計測質量スペクトラムを作成するステップと、
を具備する
分子同定方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載された分子同定方法であって、
更に、
濃縮された前記分子は、質量が実質的に同一である第1種分子と第２種分子を含み、  前記第１種分子に関する既知の質量スペクトラムＳａ（ｌ）に未知の濃度Ｃａをかけた値はＣａＳａ（ｌ）で表され、前記第２種分子に関する既知の質量スペクトラムＳｂ（ｌ）に未知の濃度Ｃｂを掛けた値はＣｂＳｂ（ｌ）で表され、ここで、ｌは前記質量に対応する値を示し、前記計測質量スペクトラムはＳ（ｌ）で表され、Ｓ（ｌ）‐（ＣａＳａ（ｌ）＋ＣｂＳｂ（ｌ））が最小になる前記濃度Ｃａと前記濃度Ｃｂを決定するためのステップを具備する
分子同定方法。
【請求項２１】
第１レーザー発振器によってイオン化された分子気体が導入される容器と、
導入された前記分子気体にＲＦ電界を印加する為のＲＦ電界発生器と、
を具備し、
前記ＲＦ電界発生器は、目的分子の質量に対応する特定周波数の電界強度を他の周波数の強度よりも小さくするためのノッチを前記特定周波数に付与するためのノッチ付与器を備え、
前記容器は、目的分子の一部を断片に分解するための第２レーザー発振器によって発生されたエネルギー・ビームが、前記容器の中に入射する穴を有している
イオントラップ。
【請求項２２】
請求項２１に記載されたイオントラップであって、
前記ノッチは複数である
イオントラップ。
【請求項２３】
請求項２１又は２２に記載されたイオントラップであって、
前記エネルギー・ビームはレーザーである
イオントラップ。
【請求項２４】
請求項２３に記載されたイオントラップであって、
前記レーザーはパルスである
イオントラップ。
【請求項２５】
請求項２３に記載されたイオントラップであって、
前記レーザーは前記目的分子を選択的に分解する波長を有している
イオントラップ。
【請求項２６】
請求項２１乃至２５のいずれかに記載されたイオントラップであって、
更に、
前記目的分子のイオンを前記容器の中に導くためのイオンレンズ
を具備する
イオントラップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分子同定装置、分子同定方法、及び、イオントラップに関し、特に、ダイオキシンのようにガス中に微量に含まれる化学物質を高精度に検出することができるイオン飛行型の分子同定装置、分子同定方法、及び、イオントラップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイオキシンは、微量であっても細胞にとってはきわめて有害である。微量な化学物質の検出のための検出器として、共鳴多光子イオン化器と飛行時間型質量分析器を直列に組み合わせた質量スペクトラムアナライザが知られている。そのような質量スペクトラムアナライザは、図８に示されるように、試料ガス１をパルスノズル２からにより真空チャンバ３に（超音速）自由噴流として供給し、その自由噴流は断熱膨張により冷却される。そのような冷却により、振動・回転準位が低エネルギー側に偏って波長選択性が増大したガスは、レーザー４のような共鳴多光子を効率よく吸収してそのイオン化効率が増大する。イオン化されたガス中の分子は、加速電極５により加速され、質量に反比例する加速度を与えられてフライトチューブ６内で飛行し、リフレクトロン７で反射して、検出器８に入射する。フライトチューブ６の中での飛行時間を計測することによりその分子又は原子である粒子の質量が計算により求められ、検出器８の信号強度の比較から測定対象の化学物質の濃度が明らかになる。
【０００３】
このような質量スペクトラムアナライザは、微量物質の検出を行うことができる点で原理的にすぐれているが、下記する３つの問題点を持っている。第１点は、導入される試料の温度が高い場合、試料ガスが十分に冷却されずその波長選択性が低減することにある。このような波長選択性の低減は、多種の分子を同時にイオン化してしまい、目的分子の識別が困難である。このような困難性は、ダイオキシンのような塩素数が高い物質で特に顕著である。第２点は、目的分子Ａと同じ質量の分子が混在する場合、目的分子の計測が不可能になることにある。このようなことは、ダイオキシンのような超微量成分を計測する場合に特に顕著である。第３点は、導入分子のイオン化のためにすぐれた性質を持つパルスレーザーによるイオン化を起点として飛行時間型質量分析を行う時に、パルスレーザーの発振周波数に制限が生じ、感度を高めることが困難である。
【０００４】
このような公知の計測装置は、波長選択性の低減によりイオン化が不適正に行われ、判定のために重要であるパラメータが失われる。そのような重要なパラメータを残存させて判定精度を高めることが望まれる。特に、質量が同じ化学物質が混在する場合にも、確実な同定が可能であることが望まれ、更には、波長選択性の低減があっても特定物質に関してイオン化が行われることが望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、判定精度が高い分子同定装置、分子同定方法、及び、イオントラップを提供することにある。
本発明の他の課題は、等質量物質に関し判定が可能である分子同定装置、分子同定方法、及び、イオントラップを提供することにある。
本発明の更に他の課題は、波長選択性の低減があっても特定物質に関してイオン化が可能である分子同定装置、分子同定方法、及び、イオントラップを提供することにある。
本発明の更に他の課題は、高精度な判定のために必要な情報を喪失させずに計測対象物質の分解が可能である分子同定装置、分子同定方法、及び、イオントラップを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中の請求項対応の技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、請求項対応の技術的事項と実施の複数・形態のうちの少なくとも１つの形態の技術的事項との一致・対応関係を明白にしているが、その請求項対応の技術的事項が実施の形態の技術的事項に限定されることを示すためのものではない。
【０００７】
本発明による分子同定装置は、複数個のうちの一部の個数の分子を断片に分解するための分解器（８）と、分子と断片を電気的に加速するための加速器（９）とからなる。元の分子と断片の原子・分子のスペクトラムは、高精度にその物質の特定・同定のためのデータになる。
【０００８】
更に、加速器（９）により加速された分子と断片の複数・飛行時間（ｔ（Ｎ））を検出するための検出器と、分子と断片をイオン化するためのイオン化器とからなり、イオン化器は分子を特定空間領域に濃縮するためのイオントラップ（６）であることが好ましい。この場合、イオントラップ（６）は分解器（８）としても兼用される。
【０００９】
更に、検出器により検出される分子と断片の複数・個数を計測するための計測器（１４）と、複数・時間に対応する質量と複数・個数の対応を示す計測質量スペクトラムを作成するための作成器（１５）とを備えることが好ましい。この場合、検出器は、計測器（１４）に一致している。更に、分子と分子の断片の既知の特定質量スペクトラムが予め記憶されている記憶器が用いられていることが好ましい。更に、計測質量スペクトラムと特定質量スペクトラムを対比して分子を同定するための比較器（１５）とからなることが好ましい。
【００１０】
更に、イオン化器（３又は４）に試料ガス（２）を連続的に導入するための導入器（１）からなる。更に、導入器（１）は、試料を噴射するためのノズル（図示せず）と、ノズルを加熱するための加熱器（図示せず）とを備えることが好ましい。ノズルの内面は分子付着防止膜（図示せず）が形成されていることが好ましい。更に、イオン化器（３）に搬送ガスを導入するための搬送ガス導入器（図示せず）と、搬送ガスに液体試料を混入するための混入器（図示せず）とからなることが実施上は好ましい。
【００１１】
更に、イオン化器（３）に搬送ガスを導入するための搬送ガス導入器と、固体試料を蒸発させるための蒸発器（図示せず）とを備え、蒸発器により蒸発した試料が前記搬送ガスに混入されることが好ましい。
【００１２】
本発明による分子同定方法は、複数個のうちの一部の個数の分子をイオン化するためのステップと、複数個のうちの他の個数の分子を断片に分解して断片をイオン化するための分解ステップと、分子と断片を電気的に加速するためのステップとからなる。既述の作用により分解能が桁はずれに向上し、複数・分子の同時測定が可能である。
【００１３】
そのステップにより加速された分子と断片の複数・飛行時間を検出するためのステップとからなり、更に、分子を特定空間領域に濃縮するためのステップからなる。この濃縮は、更に、分解能を向上させ、計測時間を短縮させる。この計測時間の短縮と分解能の向上は、微量ダイオキシンのリアルタイムの検出を可能とし、時宜に適した利用技術を提供する。
【００１４】
イオン化は連続的に行われることが、精度向上のために好ましい。分子をイオン化するためのステップでは、分子が共鳴多光子により連続的に励起されることは、きわめて重要である。分解するためのステップでは、分子が共鳴多光子により連続的に励起され得る。共鳴多光子であるレーザーは、モードが固定され高繰り返しが可能であり超短パルスのレーザーであることが重要であることは、既述の事項から既に明らかである。例えば、超短パルスは、ピコ秒とフェトム秒の間にある。レーザーは、複数回往復することも好ましい。複数回の往復のために、対面ミラー（ファブリペロー共振ミラー）が用いられる。
【００１５】
分子をイオン化するためのステップでは、分子が電子流により連続的に励起されることも可能である。この場合、電子ビームのエネルギーが繰り返し周波数を持つことが好ましい。分子をイオン化するためのステップでは、分子がＲＦ電界のもとで連続的に励起され、ガスの濃縮化が行われる。
【００１６】
本発明による分子同定方法は、複数・特定分子の集団に濃縮するためのステップと、濃縮された特定分子を分解するためのステップと、特定分子と特定分子が分解された断片を電気的に加速し運動の法則から個々の質量に対応する値を計測するためのステップとからなる。濃縮は、きわめて重要なステップである。
【００１７】
複数・特定分子の集団に濃縮するためのステップと、濃縮された特定分子を分解するためのステップと、特定分子と特定分子が分解された断片を電気的に加速して運動の法則から個々の質量に対応する値を計測するためのステップと、特定分子と断片の個数を計測するためのステップと、質量に対応する値と個数から形成される計測質量スペクトラムを作成するためのステップとからなる。
【００１８】
更に、濃縮された特定分子は、質量が実質的に同一である第１種分子と第２種分子を含み、第１種分子に関する既知の質量スペクトラムＳａ（Ｉ）に未知の濃度Ｃａをかけた値はＣａＳａ（Ｉ）で表され、第２種分子に関する既知の質量スペクトラムＳｂ（Ｉ）に未知の濃度Ｃｂを掛けた値はＣｂＳｂ（Ｉ）で表され、ここで、Ｉは前記質量に対応する値を示し、その計測質量スペクトラムはＳ（Ｉ）で表され、Ｓ（Ｉ）−（ＣａＳａ（Ｉ）＋ＣｂＳｂ（Ｉ））が最小になる濃度Ｃａと前記濃度Ｃｂを決定するためのステップからなる。連立化により、従来不可能であった分子の同定が可能である。
【００１９】
本発明によるイオントラップは、分子気体が導入される容器（６）と、容器（６）中の分子気体にＲＦ電界を印加するためのＲＦ電界発生器（２４）とからなり、ＲＦ電界発生器（２４）は、目的分子の質量に対応する特定周波数の電界強度を他の周波数の強度よりも小さくするためのノッチをその特定周波数に付与するためのノッチ付与器（図示せず）を備え、その容器（６）は、目的分子の一部を分解するためのエネルギー・ビームがその容器（６）の中に入射する穴（２２）を有している。ノッチは複数であることが好ましい。エネルギー・ビームはレーザーであることが特に好ましいことは、既述の通りである。
【００２０】
レーザーはパルスであることが特に好ましい。レーザーが目的分子を選択的に分解する波長を有していることは、付加的に好ましい。更に、目的分子のイオンを容器の中に導くためのイオンレンズ（図示せず）からなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図に一致対応して、本発明による分子同定装置の実施の形態は、試料導入ノズルが設けられている。その試料導入ノズル１は、自由噴流２を射出することができるバルブノズル（図示せず）を備えている。試料である自由噴流２は、真空チャンバ３に噴出する。自由噴流２は、真空チャンバ３内で膨張される。
【００２２】
真空チャンバ３には、第１レーザー発振器４が、固定されて設けられている。第１レーザー発振器４が発射するレーザーは、イオン化用レーザーとして用いられ、自由噴流２の流れに直交するように自由噴流２に入射し、自由噴流２をイオン化する。自由噴流２には、ダイオキシンに属する化学物質が含まれている可能性がある。真空チャンバ３の中は、真空ポンプ５により真空化される。真空室内に、イオントラップ６が、固定されて設けられている。
【００２３】
イオントラップ６は、これに両電極が設けられ、連続的に周波数が可変である繰返周波数（電圧）を発生させることができる。真空チャンバ３には、フラグメント（断片）発生用レーザー７を発生するための第２レーザー発振器８が固定されて設けられている。第２レーザー発振器８が発生するフラグメント発生用レーザー７は、イオントラップ６の中でイオン化されているガスの多種・混合分子を更にイオン化して、ガス分子を断片に分解することができる。
【００２４】
イオントラップ６の前方に、加速電極９が固定されて設けられている。真空チャンバ３の前方に、フライトチューブ１１が配置されている。フライトチューブ１１の中に、リフレクトロン１２が配置されている。リフレクトロン１２は、分解能（後述する飛行時間ｔを延伸して飛行時間差の分解能を高めるための時間的顕微鏡的機能）を高めるために用いられている。フライトチューブ１１の中で等速に飛行してリフレクトロン１２に衝突したイオン化粒子である原子・分子は、同局反発を受けて反射される。フライトチューブ１１の中に、イオン検出器１４が設けられている。
【００２５】
イオン検出器１４は、リフレクトロン１２で反射したイオンが衝突して電荷を受け取るイオン検出器１４が設けられている。イオン検出器１４は、これに１つのイオンが衝突する度に１つのパルスを発生することができる。信号処理装置１５が、イオン検出器１４に接続している。信号処理装置１５は、イオン検出器１４に衝突するイオンにより発生する電気パルスを検出し、且つ、加速電極９の加速電圧の印加の時点からイオン検出器１４にイオンが衝突するまでのイオンの飛行時間を検出することができる。
【００２６】
イオン検出器１４は、イオンが同時にイオン検出器１４に衝突した場合には、その複数・パルスを積算した電圧を発する。又は、信号処理装置１５は、複数粒子の衝突時間を高精度に検出することができ、概ね同時に衝突する複数・粒子の時間を分解して全パルスを分解することができる分解能を有している。
【００２７】
自由噴流２の内の一部は、第１レーザー発振器４によりイオン化されて、好ましくはイオントラップ６の直前に配置されるイオンレンズにより集束されてイオントラップ６に入射する。第１レーザー発振器４によりイオン化された原子・分子は、その大半がもとの分子・原子の状態を維持している。イオントラップ６に入射した原子・分子は、ＲＦ電界を受ける。
【００２８】
ある特定周波数の電界を受けた原子・分子は、その電界周波数に共鳴して、その浮遊位置が高精度に固定される。その位置固定は、その電界周波数、その原子・分子の質量により決定される。その質量数に一致しない質量数を持つ他の原子・分子は、イオントラップ６から跳出し、特定の質量数を持つ原子・分子がイオントラップ６の中で高濃度に濃縮される。
【００２９】
特定の質量数を持つ粒子は、そのイオンの崩壊までの平均イオン寿命（数秒間）よりも短い時間の間で、フラグメント発生用レーザー７により更にイオン化エネルギーを受ける。共鳴多光子であるフラグメント発生用レーザー７は、無数の波の集合である１光子として機能する。その１光子に電磁的に接触する多くの分子は、それぞれに、より小さい分子、原子に分解される。入射分子がレーザーのエネルギーの１光子分、２光子（２重波）分、ｎ光子分により分解して生じる断片の分布のパターンは、元の分子の特性を十分に反映する。そのような反映のために、イオントラップ６にイオンを捕獲することができる時間（数秒以内）よりも短い時間内でフラグメント発生用レーザー７の照射による分解を行うことが、質量スペクトラムの精度を高くする点で好ましい。
【００３０】
特定イオンがイオントラップ６中に濃縮されて捕獲され最も濃度が高くなった頃合いに、フラグメント発生用レーザー７が照射される。このようなタイミングによる照射は、分解された原子・分子の質量スペクトラムの精度を最も高くしている。その直後に、加速電極９に適正な正電圧が印加される。その印加電圧により、原子・分子が一斉に加速されリフレクトロン１２に向かって瞬時に加速され、概ね等速度でリフレクトロン１２に向かい、リフレクトロン１２で反射されて、イオン検出器１４に向かう。加速電極９の電圧印加時とイオン検出器１４への衝突時との間の時間ｔは、個々の原子・分子の質量数（Ｎ）に対応している。即ち、ｔ＝ｔ（Ｎ）。これが、質量スペクトラムである。
【００３１】
図２は、イオントラップ６の詳細を示している。イオントラップ６の本体は、楕円体状の容器２１である。容器２１は２分割され、一方と他方とで２極性電極を形成し、その２極にＲＦ電界発生器２４によりＲＦ電界が印加される。その楕円体の中心短軸方向に対向して両電極に小さい穴２２，２３が開けられている。一方の穴２２からイオン流が入射し、イオントラップ６の中で分解した断片が穴２３から射出する。ある特定された質量のイオンは、その質量に対応する電圧周波数によりイオントラップ６の概ねの中心領域に集合し、他の質量のイオンは、両穴２２，２３から射出し、又は、その中心領域から跳ね飛ばされる。特定の質量のイオンがその中心領域に高濃度で集合する。
【００３２】
穴２２から侵入して分解されていないイオンは、数秒間は、そのイオンのままであるが、フラグメント発生用レーザー７の照射により、特有な質量スペクトラムを持つ断片イオン群に分解される。元のイオンがそのイオン形態を維持している状態で、フラグメント発生用レーザー７が照射されるので、元のイオンを含む、その元のイオンが分解された断片の群が生じた頃合い（２〜３秒内に）に、フラグメント発生用レーザー７が照射される。
【００３３】
図３は、ある特定のイオンＡについての質量スペクトルを示している。図で、その横軸は質量数に相当する飛行時間を示し、その縦軸は分子・原子の個数を示している。イオンＡは、イオントラップ６に侵入した状態で、既に３つの断片に分解している。このような３つの断片からなるイオンを元のイオンの状態という。イオントラップ６の中でフラグメント発生用レーザー７の照射を受けたイオンＡはその断片の１つが更に２つの断片に分解される。
【００３４】
４つの断片（１つはその分子のイオンであり分解されていない）は、等電圧の加速電極９により瞬時的に加速され、それぞれに、ｔ（Ｎ）がイオン検出器１４により計測され、信号処理装置１５により信号処理を受ける。イオン検出器１４が個々の断片について計測する信号強度は、イオン検出器１４に衝突する個々（ｉで表す）の断片の個数ｎに対応している。次式で示される質量スペクトラムが得られる。
【００３５】
ｎｉ＝ｔｉ（Ｎｉ）．
ここで、ｉは１〜４である。図３のグラフ中、元のイオン状態は、３つのピーク値を持つが、断片に崩壊した後は、４つのピーク値を持っている。このような分解前と分解後の２形態の質量スペクトラムは、それらが対応していて、元の分子に特有である。既知物質Ａについて同じ装置により質量スペクトラムが高精度に前もって得られている。既知スペクトラムは、前もって、信号処理装置１５又は信号処理装置１５に接続するコンピュータに登録されている。
【００３６】
図４は、ある他の特定のイオンＢについての質量スペクトルを示している。イオンＢは、イオントラップ６に侵入した状態で、全く分解されずそのままのイオンの状態を維持している。イオントラップ６の中でフラグメント発生用レーザー７の照射を受けたイオンＢは４つの断片に分解される。４つの断片は、等電圧の加速電極９により瞬時的に加速され、それぞれに、ｔ（Ｎ）がイオン検出器１４により計測される。
【００３７】
ｎｉ＝ｔｉ（Ｎｉ）．
ここで、図３と同様に、ｉは１〜４である。図４のグラフ中、元のイオン状態は、１つのピーク値を持つが、断片に崩壊した後は、４つのピーク値を持っている。このような分解前と分解後の２形態の質量スペクトラムは、それらが対応して、元の分子に特有である。既知物質Ｂについて同じ装置により質量スペクトラムが高精度に前もって得られている。既知スペクトラムは、前もって、信号処理装置１５又は信号処理装置１５に接続するコンピュータに登録されている。
【００３８】
既知物質Ａと他の既知物質Ｂとの質量が同じか、近似している場合（実質的に同じ場合）は、イオントラップ６の中で、どちらの物質も濃縮され、更に、両物質の崩壊後の質量スペクトラムが近似している場合には、両質量スペクトラムが当該装置の分解能の範囲を越える場合には、両物質が何であるかの特定・同定が不可能・困難になる。
【００３９】
イオンＡの質量スペクトラムをｎ１（ｔ１）で表す。イオンＢの質量スペクトラムをｎ２（ｔ２）で表す。信号処理装置１５が処理するイオン濃度は、イオンＡについてＣ１、イオンＢについてＣ２で表されている。質量数が実質的に同じであるイオンＡとイオンＢの混合ガスの質量スペクトラムをｎで表す。図５は、物質Ａと物質Ｂとが混合している場合の質量スペクトラムを示している。信号強度の誤差が次式で表される。
【００４０】
Δｎ＝ｎ−（Ｃ１・ｎ１（ｔ１）＋Ｃ２・ｎ２（ｔ２））．
この値Δｎが最小になるように連立式の計算により求められるＣ１とＣ２は、イオンＡとイオンＢの濃度に該当する。このような計算により求める濃度は、元のイオンＡ，Ｂのスペクトラムが計算の過程で含まれているから、より高精度に求められることになる。逆に言えば、従来は、元のイオンについてしか質量スペクトラム（図５の右側の３つのピーク値）が得られないから、物質Ａと物質Ｂの区別がつかず、更には、混合ガスであるのか、単一のガスであるのかの区別も得られない。
【００４１】
本発明によれば、図５に示すように分解前の質量スペクトラムＳ２と分解後の質量スペクトラムＳ１が得られ、両スペクトラムを係数として含む連立１次方程式から、両物質を特定し、且つ、その混合比率も明らかになる。
【００４２】
このような連立化による精度の向上は、濃縮過程と選択吸収性によるイオン分解化が貢献している。濃縮過程の最良の実施の形態はイオントラップであり、選択吸収性の最良の実施の形態はレーザーであるが、イオントラップに代えて多段式リフレクタを用いることができ、又、レーザーに代えてエネルギーが特定化された電子ビーム、一定エネルギーを供給するプラズマ化装置を用いることができる。
【００４３】
濃縮ガス中を通過する光子１個は、膨大な数の波の合成であり、その１光子が通過する間にその通過近辺の多くの分子が特有のパターンの断片に分解する点で、レーザー（多光子共鳴ビーム）は最良の手段である。レーザーのパルス幅は短いことが更に好ましい。パルス幅は、最新の技術では、ピコ秒からフェムト秒が可能である。濃縮されたガスにレーザーが瞬時に通過し、更に、数回のレーザーパルスによりきわめて短い時間中に等しい量子力学的準位のガスが励起されるため、高精度のパターンの断片に分解される。計測は実質的に連続化され、統計的に更に高精度化が達成される。
【００４４】
図６は、モノクロロベンゼンについての実測結果を示している。質量スペクトラムの右端のピーク値は、モノクロロベンゼンのｎ（＝ｔ（Ｎ））を示している。他の複数のピーク値からなるスペクトラムは、モノクロロベンゼンが分解して生成した、炭素、塩素、水素、窒素の原子、これら原子からできている分子断片の質量スペクトラムである。
【００４５】
図７は、ＤＣＤＤ（ジクロロベンゾダイオキシン）についての実測結果を示している。質量スペクトラムの図中に矢で示すピーク値は、モノクロロベンゼンのｎ（＝ｔ（Ｎ））を示している。他の複数のピーク値からなるスペクトラムＳ３は、モノクロロベンゼンが分解して生成した原子・分子の断片の質量スペクトラムである。
【００４６】
濃縮されたガスをイオン化するためにレーザーを用いる場合、そのレーザーの繰り返し周波数に制限がなく、感度が向上する。濃縮を行うことにより、導入試料のイオン化を連続化することができ、この点でも、感度が向上する。従来は、１計測当たり１個の分子の計測しかできなかったが、本発明によれば、複数分子の同時計測が可能であり、計測時間の短縮が可能である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明による分子同定装置、分子同定方法、及び、イオントラップは、濃縮により、分解能が桁はずれに高くなる。特に、微量物質の同定が高精度に可能である。濃縮ガスのイオン化のためにレーザーを用いることが、微量物質の同定の精度を桁はずれに高くする。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による分子同定装置の実施の形態を示す回路ブロック付き断面図である。
【図２】図２は、イオントラップの実施の形態を示す断面図である。
【図３】図３は、特定試料に関する質量スペクトラムである。
【図４】図４は、特定試料に関する質量スペクトラムである。
【図５】図５は、混合ガスに関する質量スペクトラムである。
【図６】図６は、実測結果を示す質量スペクトラムである。
【図７】図７は、他の実測結果を示す質量スペクトラムである。
【図８】図８は、公知の質量スペクトラム・アナラーザを示す断面図である。
【符号の説明】
１…導入器（試料導入ノズル）
２…試料ガス（分子流）
３…イオン化器（真空チャンバ）
６…イオントラップ（濃縮器、容器）
８…分解器（第２レーザー発振器）
９…加速器（加速電極）
１４…計測器（イオン検出器）
１５…作成器（信号処理装置、比較器を含む）
２２…穴
２４…ＲＦ電界発生器
ｔ（Ｎ）…飛行時間（質量スペクトラム）
Ｓａ（Ｉ）、ｔ１（ｎ１）…質量スペクトラム
Ｃａ，Ｃｂ…濃度
Ｓｂ（Ｉ）…質量スペクトラム
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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