质量分析方法及质量分析系统的制作方法

专利名称：质量分析方法及质量分析系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及质量分析方法及质量分析系统。更详细而言，涉及具备使离子在封闭 轨道中反复飞行的离子光学系统的多重旋转飞行时间型的质量分析方法及质量分析系统。
背景技术：
一般在飞行时间型质量分析计中，基于通过给予一定的能量而加速的离子分别具 有与质量对应的飞行速度这一原理，通过计量这样的离子飞行规定距离所需要的飞行时间 并将该飞行时间换算为质量，来进行质量分析。因此，为了提高质量分辨率，有效的方法是 使飞行距离尽可能地增长。为了达到这样的目的，通过使离子沿着例如大致圆形状、大致椭 圆形状、大致8字形状等各种形态的封闭轨道多重旋转而使飞行距离延长，达到了高质量 分辨率的多重旋转飞行时间型质量分析装置被开发(例如参照专利文献1 3、非专利文献 1等)。另外，以同样的目的，还正在开发如下所述的多重反射飞行时间型质量分析计，其 并非采用上述的旋转轨道而采用由反射电场使离子多次反射的往返轨道，来延长飞行距 离。多重旋转飞行时间型和多重反射飞行时间型中，虽然离子光学系统不同，但高质量分辨 率化的基本原理基本相同。于是，本说明书中，“多重旋转飞行时间型”包含“多重反射飞行 时间型”。多重反射飞行时间型质量分析计包含使离子进行多重旋转的旋转部、用于向该旋 转部导入离子的入射部、及用于从旋转部取出离子的射出部而构成。入射部及射出部具有 脉冲式地被驱动而进行离子的飞行路径的切换的离子光学要素，该离子光学要素是使离子 偏向或解除离子的偏向的开关。在此，将这些分别称为入射开关及射出开关。入射开关、射 出开关在多数情况下由改变离子的行进方向的偏向电极实现。通过入射开关能够控制导入 旋转部的离子的质量范围，通过射出开关能够控制离子的旋转数等。如上所述，虽然多重旋转飞行时间型质量分析计能够达到高质量分辨率，但是存 在着以离子的飞行路径是封闭轨道为原因的缺点。该缺点是指在沿封闭轨道使离子旋转 时随着旋转数的增加、而质量小速度大的离子在封闭轨道上超越质量大速度小的离子。若 发生这样的不同质量的离子的超越，则会产生如下现象在由测定所得到的飞行时间谱上， 对于每个所观测的峰，与该峰对应的离子的旋转数不同，即飞行距离不同。在这样的情况 下，不能唯一地决定离子的质量和飞行距离，因此，不能够将飞行时间谱直接变换为质谱。由于上述缺点，目前的多重旋转飞行时间型质量分析计一般是为了实现质量优化 (mass zoom)功能而使用，该质量优化功能仅对由离子源生成的离子中的不发生超越的质 量范围进行观测。这是在将观测对象的质量范围限制在比较狭小的范围后，执行以高质量 分辨率的测定之功能。根据非专利文献1，如上所述，可知在封闭轨道旋转时不发生超越的质量范围与旋 转数成反比，测定的质量分辨率和质量范围在结果上也成反比例的关系。另外，使离子以 100周左右进行旋 时，不发生超越的质量缩小至不使离子旋转时的数％左右，因此，关于要求高质量分辨率的试料，为了得到宽质量范围的质谱，必须采用如下顺序，即，使质量范 围偏移同时执行多次质量分析，分别取得质量范围不同的质谱，最终将这些质谱合成并制 成宽质量范围的质谱。因此，测定需要时间，处理量降低成为很大的问题。在多重旋转飞行时间型质量分析计中，为了扩大观测对象的质量范围，在专利文 献4中提案有以下方法，S卩，通过对来自旋转部的射出时刻不同的多个飞行时间谱的多重 相关系数进行计算，根据多个飞行时间谱而对单一旋转数的飞行时间谱进行再构成。但是， 该方法中，组合的飞行时间谱的数量少时，有可能人工生成本来不存在的伪峰，因此，优选 至少执行三次以上的质量分析并取得来自旋转部的射出时刻不同的飞行时间谱。因此，即 使在该方法中，也未能避免测定需要时间。另外，通常，多重相关系数的计算较复杂，需要花 费很多时间，因此，从这一点来看，也不能说是高效率的方法。专利文献1 (日本)特开平11-135060号公报专利文献2 (日本)特开平11-135061号公报专利文献3 (日本)特开平11-195398号公报专利文献4 (日本)特开2005-79049号公报非专利文献1 丰田(M. Toyoda)之外的三名、(Multi-turn time-of-flight mass spectrometers with electrostatic sectors)、(J. Mass Spectrom. )、38,pp.1125-1142、 2003 年

发明内容
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供多重旋转飞行时间型的质量分 析方法及质量分析系统，其不限制导入封闭轨道的离子的质量范围，即以宽质量范围的离 子为测定对象，并且为了达到高质量分辨率，能够尽可能地提高离子的旋转数。0011为了解决上述课题，本发明第一方面提供一种质量分析方法，其是使来自试料的 离子沿旋转轨道反复飞行并在规定的时刻以后使离子从旋转轨道脱离而由检测器进行检 测的多重旋转飞行时间型的、且利用离子光学系统的质量分析方法，其特征在于，包括a)非超越模式执行步骤，在非超越模式下执行目的试料的质量分析来取得飞行 时间谱，该非超越模式是在所述旋转轨道上使离子不旋转或旋转时按可保证没有离子的追 尾、超越发生之旋转数使离子飞行的模式；b)峰信息收集步骤，收集在所述非超越模式下的飞行时间谱中所出现的峰的信 息；c)定时决定步骤，基于所收集的峰信息，预测与在沿所述周期轨道使离子旋转的 旋转模式下执行了目的试料的质量分析时所观测的峰相对应的旋转数及飞行时间，按照在 基于该预测的飞行时间谱上至少与目标离子相对应的峰可分离的方式，决定从所述旋转轨 道使离子脱离开始的定时。为了解决上述课题，本发明第二方面在所述第一方面的基础上，提供一种质量分 析方法的质量分析系统，其是使来自试料的离子沿旋转轨道反复飞行并在规定的时刻以后 使离子从旋转轨道脱离而由检测器进行检测的多重旋转飞行时间型的、且利用离子光学系 统的质量分析系统，其特征在于，
具备a)非超越模式执行控制装置，在非超越模式下执行目的试料的质量分析来取得飞 行时间谱，该非超越模式是在所述旋转轨道上使离子不旋转或旋转时按可保证没有离子的 追尾、超越发生之旋转数使离子飞行的模式；b)峰信息收集装置，收集在所述非超越模式下的飞行时间谱中所出现的峰的信 息；c)定时决定装置，基于所收集的峰信息，预测与在沿所述周期轨道使离子旋转的 旋转模式下执行了目的试料的质量分析时所观测的峰相对应的旋转数及飞行时间，按照在 基于该预测的飞行时间谱上至少与目标离子相对应的峰可分离的方式，决定从所述旋转轨 道使离子脱离开始的定时。在此，“旋转轨道”不仅是指例如圆轨道、椭圆轨道等离子旋转一圈的路径中不产 生重叠的狭义的旋转轨道，也可以是包含离子例如沿直线或曲线等线状的轨道往返的往返 轨道的广义的旋转轨道。往返轨道的情况下，很明显一圈是指一个往返。第一发明及第二发明中的离子光学系统除了包含通常用于形成旋转轨道的电场 或磁场，还包含用于使在外部生成的离子进入旋转轨道的入射部、及使离子从旋转轨道脱 离的射出部。但是，也可设为在旋转轨道上生成离子的构成，在该情况下，不存在入射部。另 外，作为射出部，可以使用为了使离子从旋转轨道上脱离而切换离子的行进方向的射出开 关。作为利用该多重旋转飞行时间型的离子光学系统的测定的模式，大致区分有非 超越模式，在将离子从入射部导入旋转轨道并使其通过该旋转轨道的一部分且不进行旋转 而从射出部向检测器导入的情况下、或者即使在沿旋转轨道旋转的情况下也可以确保不会 引起具有不同质量的离子的追尾或超越的少数的旋转数的范围下，使离子飞行；旋转模式， 使离子沿旋转轨道进行多重旋转。在非超越模式下进行目的试料的质量分析时，在该飞行 路径上不产生质量不同的离子的追尾、超越，从速度快的离子、即质量小的离子起依次到达 检测器。因此，其结果，在得到的飞行时间谱中，对于观测的全部的峰，可进行质量的鉴别。因此，在实现第一发明的质量分析方法的第二发明的质量分析系统中，首先，非超 越模式执行控制装置例如通过适当地控制对入射部、射出部、及形成用于旋转轨道的上述 电场的电极等所施加的电压等，取得非超越模式的飞行时间谱。接着，峰信息收集装置对于 飞行时间谱中出现的峰，至少将该飞行时间作为峰信息进行收集。此时，对于飞行时间谱中出现的全部峰，也可以不收集峰信息，而基于规定的条件 挑选峰。在此，规定的条件可以是例如对峰强度设定阈值并挑选阈值强度为阈值以上的峰。 这样的峰的挑选对于除去强度小的噪声峰、或者除去用户没有注意或推测为没有注意的峰 是有用的。而且，定时决定装置基于如前所述收集的峰信息，预测与在旋转模式下执行目的 试料的质量分析时所观测的峰相对应的旋转数及飞行时间，按照在基于该基于预测的飞行 时间谱上至少与目标离子相对应的峰可分离的方式，即，按照混合有以不同旋转数进行旋 转的具有不同质量的离子并使其不到达检测器的方式，决定使离子从所述旋转轨道脱离开 始的定时。具体而言，例如，首先在基于上述的预测的飞行时间谱的飞行时间轴上设定可唯一地决定质量和飞行速度的区域多个。即，各区域所包含的峰中可保证是以同一旋转数进 行旋转的离子，因此，可从飞行时间唯一地决定质量。这样设定的多个区域重叠且该重叠的 范围上存在峰时，不能判断与该峰相对应的离子的旋转数，也不能确定质量。因此，按照满 足多个区域不重叠、或者即使该多个区域的局部重叠但其重叠的范围中也不存在峰的条件 的方式，决定离子从旋转轨道脱离的定时即可。但是，旋转数少时质量分辨率低，因此，在决定了所要求的质量分辨率时，根据其 要求值自然而然地决定旋转数的下限。因此，定时决定装置根据设定的质量分辨率例如大 致决定质量最小的离子的旋转数，或者决定质量最小的离子的旋转数的下限值，并以满足 上述条件的方式决定定时即可。另外，第二方面提供一种质量分析系统，还具备d)旋转模式执行装置，以在所述定时决定装置中所决定的离子的脱离开始定时， 执行所述旋转模式下的目的试料的质量分析；e)质量鉴别处理装置，基于由此所得到的飞行时间谱上出现的峰的实际飞行时间 和在所述定时决定装置中所预测的旋转数，鉴别与该峰相对应的离子的质量。在这样实际得到的旋转模式的飞行时间谱上，通过与非超越模式时相比提高质量 分辨率，非超越模式中单一的峰被明确地分离而作为多个峰出现、或者在由误差的原因等 从预测的飞行时间稍微偏离的位置就出现峰。即使在该情况下，在不出现混合了具有不同 质量的离子的峰的情况下，确定与各峰相对应的峰的旋转数。根据第一方面的质量分析方法及第二方面的质量分析系统，在多数情况下，通过 进行在非超越模式下的一次测定和在旋转模式下的一次测定，能够鉴别与在旋转模式下所 得到的飞行时间谱中出现的各峰相对应的离子的质量。旋转模式的质量分析时即使产生了 不同质量的离子的超越也没关系，因此，其结果是，与现有技术相比，能够以高的质量分辨 率对更广的质量范围的离子的质量进行鉴别。由于不需要多次进行限制质量范围的测定， 因此，能够缩短测定所需要的时间，能够提高处理量。另外，不需要多重相关系数的计算之 类的复杂的计算。


图1是本发明一实施例的多重旋转飞行时间型质量分析装置的离子光学系统的 概略图；图2是使用图1的离子光学系统的多重旋转飞行时间型质量分析装置的整体构成 图；图3是表示本发明的一实施例的质量分析顺序的流程图；图4是在非超越(非旋转)模式下所得到的飞行时间谱的一例(模拟结果)；图5是在旋转模式下所得到的飞行时间谱的一例(模拟结果)；图6是表示由图4及图5的模拟所得到的各段的质量及旋转数等的详细信息的 图；图7是表示在旋转模式下所观测的峰的质量矫正的计算结果及随机数所生成的 原始数据的图。符号说明
1、离子源
2、旋转轨道
2'、往返轨道
2a、2b、扇形电极
3、入射开关
4、射出开关
5、离子检测器
10、控制部
11、旋转用电压发生部
12、入射射出用电压发生部
13、数据处理部
14、输入部
具体实施例方式首先，对一般的多重旋转飞行时间型质量分析装置的构成进行说明。图1 (a)是一 般的多重旋转飞行时间型质量分析装置的离子光学系统的概略图，图2是使用该离子光学 系统的多重旋转飞行时间型质量分析装置的整体构成图。在离子源1中，试料分子被离子化，所生成的各种离子被赋予规定的能量并开始 飞行。另外，离子源1也可以例如像三维四重极型离子阱等那样，将在外部所生成的各种离 子暂时保持，并对这些离子在规定的定时一齐赋予能量而使其开始飞行。以离子源1为出发点而开始飞行的离子经由由入射开关3形成的偏向电场被导入 旋转轨道2。该旋转轨道2是在由例如图2所示的多个扇形电极2a、2b分别生成的扇形电 场的作用下形成的。另外，图2所示的扇形电极是一部分，实际上需要更多的扇形电场。图 中将旋转轨道2设为大致圆形，但并不限定于旋转轨道2的形状，也可以实现大致椭圆形、8 字形状等多种形状的旋转轨道2。离子在旋转轨道2中飞行半周后、或者旋转多周后，经由由射出开关4形成的偏向 电场从旋转轨道2脱离，到达在外侧所设置的离子检测器5并被检测出。离子检测器5的 检测信号被输入到处理部13，并在此执行从各离子的飞行时间向质量的换算、质谱的制作、 以及定性分析、定量分析等。旋转用电压发生部11通过对上述扇形电极2a、2b分别施加规定的直流电压，形成 扇形电场。另外，入射射出用电压发生部12在规定的定时，分别向入射开关3及射出开关 4施加向旋转轨道2的入射用的偏向电压及从旋转轨道2的射出用的偏向电压。控制部10 通过控制这些电压发生部11、12、离子源1、数据处理部13等，实现后述的质量分析。输入 部14用于输入用户分析用的各种参数。图1中，t、t ‘、t 〃分别是从离子源1至向旋转轨道2入射的入射点Pl (以上 称为“入射部”)的距离、在旋转轨道2中飞行半周的在非超越(非旋转)模式下的路径的 距离、及从由旋转轨道2射出的射出点P2至离子检测器5 (以上称为“射出部”)的距离。 在非超越模式下的飞行距离通过LO = ι +ι ‘ +ι “得到。另外，将旋转轨道2的一圈的 长度设为L。当然，由于装置的不同，离子光学系统也不同，例如t =0时(在旋转轨道2上存在离子源1时)等，图1所示的构成可进行多种变形。图1(b)表示以下的离子光学系统的构成，该离子光学系统将从离子源1出发的离 子通过入射开关3导入直线状的往返轨道2'，并使其沿往返轨道2'多次往返后，通过射 出开关4脱离，并由检测器5进行检测。这样的往返轨道2'可以通过在两侧分别设置反射 电极而形成。该往返轨道2 ‘也与上述的旋转轨道2相同，为封闭轨道，因此，显然在广泛意 义上来讲可包含于旋转轨道中进行考虑，可适用本发明的质量分析方法。图1所示的离子光学系统的构成中，对离子的质量和飞行时间的关系进行说明。 现在将离子源1中的粒子的加速电压设为V，将元电荷设为e，将离子的质量设为m，将离子 的价数设为1。另外，离子为多价离子且价数为1以外的ζ时，将质量m置换为m/z即可。在上述条件下，由非超越模式的测定所得到的离子的质量m和飞行时间t的关系 为数式1
I' Λ= …(”另一方面，在离子沿旋转轨道2飞行一周(也称一圈)以上的旋转模式的测定中， 质量为m的离子在旋转轨道2旋转η周后，到达离子检测器5而被检测时，其离子的飞行时 间t为数式2t =(1+ < )/ , α =L / Lo "'(2)另外，通过(1)式及(2)式，作为在旋转模式下的飞行时间t和在非超越模式下的 飞行时间to的关系，得到数式3t = t0+at0n ... (3)旋转模式的飞行时间谱中的离子的超越问题在(2)式中清楚呈现。即，(2)式中， 相对于观测量即飞行时间t，存在旋转数η和质量m这两个未知变数(也称变量)。假设在 旋转数η未知的情况下，如果能保证旋转数η相对于全部的质量为一定的值，则可通过质量 已知的标准试料的测定求出旋转数η，并使用其从未知的飞行时间t分别决定质量m。但是， 如前所述，在旋转模式下，可能会引起质量不同的离子的超越，引起相对于在飞行时间谱中 出现的每个峰的质量其旋转数不同的情况。该情况下，不能相对于所观测的飞行时间t而 将⑵式的未知变数即质量m和旋转数η双方唯一地决定。因此，目前，如前所述，一般的 方法是将观测的范围限定在不引起超越的质量范围。必须如上所述地限制测定对象的质量范围的理由是因为在引起超越时，(2)式 中质量和旋转数不能唯一地决定。与此相对，本发明的质量分析方法中，利用在非超越模式 下的没有追尾或超越的飞行时间谱，将在旋转模式下的产生了超越的飞行时间谱分割成相 对于所观测的全部的或者特定的目标离子包可唯一地决定质量和旋转数的区域。另外，在 此“离子包”是指同一质量的粒子由于例如加速能量的不均勻等原因而具有在时间方向上 有限的扩展并行进的离子的集合体。S卩，关于在非超越模式的下的飞行时间和在旋转模式下的飞行时间的关系，通过 (3)式可知在旋转模式下的飞行时间t在对旋转数η而言切片t0、斜率a t0的直线上可观测到。旋转数只能采用自然数值，因此，可理解在非超越模式下的to的飞行时间所观测的 离子包，在旋转模式下的观测中，只能采用从t0间隔了 α t0的飞行时间。根据该性质，通过 观测最初在非超越模式下没有超越且在全部的(实际上某种程度上宽的)质量范围的飞行 时间谱，对于测定对象即目标试料所包含的全部的离子包，可预测在旋转模式下的飞行时 间。在非超越模式下的飞行时间谱中，离子包作为具有某个时间宽度的峰被观测到。因此， 关于在旋转模式下所预测的飞行时间，也对应于与在非超越模式下所观测的峰宽度依存的 具有某宽度的区域。下面的说明中，将根据在非超越模式下的飞行时间谱上的峰所预测的 在旋转模式下的飞行时间区域称为“段(力V J >卜)”。关于某个离子包，进行以下设定对于在非超越模式下的飞行时间t0的位置所观 测的峰，离子包的飞行时间的偏差为At。在此，飞行时间的偏差当然是与峰宽度成比例的 值，可以直接为峰全幅、或者也可以将峰宽度以适当的数相除而调整为比峰全幅小的值。下 面，将对于在非超越模式下所观测的峰而定义的飞行时间的偏差称为“初始时间宽度”。在旋转模式下使上述离子包旋转η周时，与初始时间宽度△ t相对应的在旋转模 式下的段的宽度Atn通过(4)式可知为数式4Δ tn = ( ι + α η) Δ t ... (4)在非超越模式的测定中，因质量分辨率的不足而按一个峰所观测到的离子包群， 在旋转模式下以充分的质量分辨率被测定后，其结果能够被观测作为多个峰(参照后述的 图5的段SG8)。但是，即使在该情况下，如果在非超越模式下的离子包群的飞行时间差比初 始时间宽度小，则这些多个峰应该纳入具有由(4)式赋予的宽度的同一段内，因此，可唯一 地决定全部的峰的质量和旋转数。这样，当根据在非超越模式下的飞行时间谱来预测在旋转模式下所观测的段时， 需要在旋转模式下所观测的段相互不重叠、或者即使在假设产生重叠的情况下至少该重 叠的范围内没有观测到峰。这是因为在段的重叠产生了的区域观测到峰这样的状况意味 着对于该峰而言根据非超越模式所预测的质量和旋转数的组合就存在多个，不能唯一地 决定质量和旋转数。段的重叠能够通过调节射出开关4的定时而易于得以避免。换言之， 探索用于避免段的重叠的条件，只能决定射出开关4的适当的定时。下面，关于用于避免段 的重叠的最简单的方法之一例进行说明。首先，根据在非超越模式下的飞行时间谱，对于所观测的全部的(或者特定的目 标)峰，求出峰位置tOi、及初始时间宽度AtOi。在此，设定为观测到N个峰。峰位置为代 表峰顶或者峰重心此类的峰的位置之值即可。如前所述，初始时间宽度具有调整的自由度， 初始时间宽度越小在旋转模式下的段的宽度就越小，因此，避免段的重叠也就变得容易。假设使现在飞行时间最短、即质量最小的离子包#1旋转nl周。射出开关4在离 子包#1正好旋转nl周之前，从旋转轨道2侧切换为射出离子光学系统侧。通过该操作，即 使在旋转模式的飞行时间谱中，也能够保证飞行时间最短的峰为离子包#1。若通过相对于 离子包#1设定旋转数，决定射出开关的4的切换定时，则对在后续的全部的离子包按下述 预测旋转数。关于切换射出开关4的时刻Ts，在离子包#1通过射出开关4的d秒前切换该射出 开关4时，为
数式5
与之相对，可知其它的离子包#1的旋转数ni为满足数式6 的整数值。基于(6)式，可对全部的离子包、基于所设定的射出开关4的切换时刻 Ts预测旋转数ni。进一步，基于(3)式，从预测的旋转数ni可预测出所观测的飞行时间 ti。这样，可对在非超越模式下所观测的全部或者特定的峰，预测在旋转模式下的旋转数和 飞行时间。接着，进行用于避免多个段的重叠的判断。首先，在如上所述预测了旋转数的时 刻，相对于初始时间宽度AtOi的段时间宽度Ati由(4)式进行计算。相对于预测的飞行 时间ti和段时间宽度Ati，关于在非超越模式下所观测的全部的峰的组合，判断如下所示 的两个判断式(a)、(b)的任一个的真伪。(a) |ti-tj I > Ati/2(b) |ti-tj I > (Ati+Atj)/2由上述判断式可知，作为段的重叠的判断，判断式(b)更严格，判断式(b)保证全 部的段完全被分离的状态。另一方面，虽然判断式(a)还有发生段的重叠的可能性，但可保 证在段重叠的范围内而峰不存在。相对于全部的峰的组合，如果选择的判断式是真的，则可 在旋转模式的飞行时间谱中，设定可唯一地决定质量和旋转数的段。与之相对，判断式是虚 伪的峰的组合只要有一个，就不能由其旋转数唯一地决定全部的峰的质量。因此，返回最 初，通过使离子包#1的旋转数按1增加或者减少等，而使旋转数变化，并以与上述相同的顺 序，进行段的重叠的判断。反复进行这样的尝试，检索段的重叠被避免的旋转数。应该注意的是，如(4)式所 示，越增加旋转数，段时间宽度越增大，段重叠的概率越增大。其结果是，有时需要例如将判 断式重新选择为较缓和的(a)、或者通过调节初始时间宽度而缩小段时间宽度。即使采用这 样的应对还是不能设定适合的段时，还需要减少目标峰的个数等的应对。综上所述，通过利用在非超越模式下所取得的没有超越的飞行时间谱，可将在旋 转模式下存在超越的飞行时间谱分割成可唯一地决定质量和旋转数的段。在旋转模式下的 飞行时间谱中，无论各段中包含的峰是一个还是多个，都能保证旋转数相同，并根据该峰的 飞行时间可唯一地决定质量。另外，由此决定射出开关4的切换定时，因此，控制部10基于 由此决定的定时，控制用于射出开关4切换的入射射出用电压发生部12并执行旋转模式的 测定，数据处理部13基于由此得到的检测信号，制作飞行时间谱。由此取得的飞行时间谱 中，根据各峰的实测的飞行时间和基于上述那样预测的旋转数，能够以高的分辨率算出质 量。图3是归纳上述发明的质量分析方法的顺序的一例的流程图。首先，对于目的试料执行在非超越模式下的测定，取得表示飞行时间和离子强度 的关系的飞行时间谱(步骤S1、S2)。接着，在数据处理部13执行如下所述的处理。相对于 上述飞行时间谱进行峰检测，求出各峰的飞行时间及强度。由于包含一般的各种噪声峰等，因此，为了除去噪声峰仅抽出目标峰，在此从强度为规定的阈值以上的峰中，按照强度由高 到低的顺次挑选规定个数(例如15个等)的峰，并收集关于该挑选的峰的飞行时间等的峰 信息(步骤S3)。另外，不一定必须进行这样的峰的挑选，或者在进行峰挑选时其挑选条件 也可任意地决定。接着，关于挑选的各峰，如上所述设定了初始时间宽度等后并假设规定的条件 (例如假定最小质量的离子的旋转数)，预测在旋转模式下的旋转数和飞行时间，并基于 此，设定该旋转模式下所观测的飞行时间谱上的段(步骤S4)。然后，判断这样设定的多个 段是否未重叠(或者即使重叠，其范围内也不存在峰)(步骤S5)。在段重叠等、不能唯一地 决定峰的旋转数和质量的情况下，返回步骤S4，变更事先假定的旋转模式的条件并再次重 新进行段的设定，对该变更后的段进行重叠的判断。这样，如果求出了可唯一决定旋转数和质量的段，则对段进行确定，并存储与各段 相对应的旋转数等信息。另外，由此，也决定射出开关4的切换定时，因此将该信息赋予给 控制部10(步骤S6)。之后，在控制部10的控制下，相对于目的试料，执行在旋转模式下的 测定，由数据处理部13制作在旋转模式下的飞行时间谱(步骤S7、S8)。而且，根据该飞行 时间谱中出现的峰的位置求出正确的飞行时间，根据该飞行时间和所存储的各段的旋转数 信息等计算各峰的质量(步骤S9)。这样，在旋转模式的测定中超越产生、飞行时间谱上旋 转数不同的各峰所对应的离子的质量也能够以高的分辨率求出。实施例下面对为了检验上述的本发明的质量分析方法中使用的方法的有效性而进行之 模拟进行说明。装置的构成设为如图1(a)所示的构成，设t = t ‘ = t 〃 = 0. 5 (m), L = 1.0(m)。并且离子的加速电压设为10kV。另外，信号观测的取样率设为IGS/秒，关于测定 对象的离子，存在的离子包的数量、各个离子的质量及强度以随机数生成。在此，关于生成 的质量范围，对由离子光学系统的构造所引起的制约的情况进行说明。S卩，就用于使从离子源1发出的离子进入旋转轨道2的入射开关3而言，在将离子 向旋转轨道2导入期间被施加电压，而使离子的轨道偏转，但在离子在旋转轨道2中旋转期 间，将电压设为零，且必须停止偏转电场的发生。因此，能够将离子导入旋转轨道2的时间 宽度，由从离子自离子源1放出的时刻起至被最初导入旋转轨道2的最轻、速度最快的离子 包在旋转轨道2中旋转一圈而再次到达入射开关3的时刻为止的所需时间来决定。因此， 将观测的最小质量设为mmin、将最大的质量设为Hlmax时，可导入旋转轨道2的质量范围通过 (7)式得到。数式7 该性质是在非超越模式下的飞行时间谱和在旋转模式下的飞行时间谱之组合的 情况下应该注意的点。在超越模式下所观测的飞行时间谱中，当然没有上述那样的质量范 围的制约。因此，分析担当者不进行留意了该点的测定时，在非超越模式下的质量范围和在 旋转模式下的质量范围不同，就会引起峰的鉴别在原理上不可能进行的情况。最为现实的 应付，通过使本来不需要切换的入射开关3即使在非超越模式下也与旋转模式进行同样的动作，能够使各个模式下的质量范围相同。该模拟中，在决定了由随机数所生成的最小的质量后，在满足(7)式的质量范围 内生成其它的质量。离子包的数量最大设为20，但其中5个按照具有需要质量分辨率10000 的质量差的方式生成质量。关于上述5个质量，其最小值也由随机数生成。另外，该装置条 件中，要求质量分辨率10000的五个离子包在非超越模式下不能分离。各个离子包的信号 强度在从0. 1到1的范围内生成。另外，作为离子光学系统的特性，观测信号的峰形状为高 斯型、半峰宽大约为10 (ns)，可视为没有检测信号的因旋转导致的衰减。图4表示作为上述的条件下的非超越模式下的测定的模拟结果而得到的飞行时 间谱。由图4可知，在该非超越模式的飞行时间谱中，观测到15个峰(标注1 15的编号 的峰)。在该时刻，分析担当者不明了由来于目的试料的全部离子包是否分离。接着，推移 至旋转模式的测定。在此，在质量分辨率中留有余地，进行使最小质量的离子包#1旋转100周左右的 测定。设为不是100周而是100周左右的理由在于，设想为了如前所述不引起段的重叠，而 对射出开关4的定时进行调节。段的重叠的判断中使用判断式(a)。非周期模式下的初始 时间宽度设定为峰全幅的1/10的时间宽度。图5表示通过旋转模式的测定而得到的飞行时间谱，其中该旋转模式的测定在通 过进行避免上述这样的段的重叠的处理而决定的射出定时下、使射出开关4动作。相对于 最小质量的离子包的旋转数为100周这一初始设定，段重叠判断的结果为实际上进行104 周下的测定。这意味着不能在100 103转下设定满足判断式(a)的段。图5中，同时表示飞行时间谱和所算出的15个段SG1-SG5。段的编号与图4所示 的在非超越模式下的飞行时间谱上的峰编号相对应。图5所示的在旋转模式下的飞行时间 谱中，在除段SG4、SG6以外的段上没有重叠，另外，即使在发生了重叠的段SG4、SG6中，也可 以确认在重叠的范围内没有出现峰。这是在段的重叠判断中使用(a)的判断式的结果，例 如在使用(b)的判断式的情况下，也不会看到段SG4、SG6的重叠。图6表示与图5的结果相应的各段的质量及旋转数等的详细数据。图6中，range 是各段的在旋转模式下的飞行时间范围，linear是在非超越模式下的飞行时间范围，lap 是旋转数。如该结果所示，在各段内质量mass和旋转数lap可唯一地决定，也可从峰位置 (飞行时间)向质量换算。作为质量换算只要简单地在每一个段相对于峰根据飞行时间和 旋转数求出质量即可。另外，例如在段SG8观测到5个峰。由此可知，在非超越模式中作为一个峰而观测 的峰PK8实际上是混合有5个质量的离子包的峰。通过该旋转模式的测定，可观测到总数 为19个的峰。图7表示进行该全部的峰的质量换算时的计算结果和由随机数生成的原始 数据。结果是，可以确认在对生成的全部的离子包进行鉴别的方面成功了。另外，应当注意 的是，质量的计算值和原始数据的值一致。这表示本发明的质量分析方法中的质量鉴别具 有相对于质量精度的原理上的优势。因此，采用本发明的质量分析方法时，质量精度仅依存 于离子光学系统的加工、装配精度、电源的稳定性、或者离子光学特性引起的峰形状的变化 这样的实际的变动。另外，上述说明中的非超越模式仅在旋转轨道中旋转半周、即为非旋转模式，但实 际上，很明显非超越模式也可以是能够保证不引起不同质量的离子之间的追尾、超越的、离子以比较少的旋转数进行旋转飞行的动作模式。即，只要保证按照质量由小到大的顺序使 离子到达离子检测器即可。例如，如果知道离子的质量的上限和下限，则能够计算在非超越 模式下可采用的旋转数。 另外，上述实施方式为本发明的一例，很显然在本发明的宗旨的范围内即使进行 适当的变形、修正、追加，也都包含于本申请的权利要求的范围中。
权利要求
一种质量分析方法，其是使来自试料的离子沿旋转轨道反复飞行并在规定的时刻以后使离子从旋转轨道脱离而由检测器进行检测的多重旋转飞行时间型的、且利用离子光学系统的质量分析方法，其特征在于，包括a)非超越模式执行步骤，在非超越模式下执行目的试料的质量分析来取得飞行时间谱，该非超越模式是在所述旋转轨道上使离子不旋转或旋转时按可保证没有离子的追尾、超越发生之旋转数使离子飞行的模式；b)峰信息收集步骤，收集在所述非超越模式下的飞行时间谱中所出现的峰的信息；c)定时决定步骤，基于所收集的峰信息，预测与在沿所述周期轨道使离子旋转的旋转模式下执行了目的试料的质量分析时所观测的峰相对应的旋转数及飞行时间，按照在基于该预测的飞行时间谱上至少与目标离子相对应的峰可分离的方式，决定从所述旋转轨道使离子脱离开始的定时。
2.如权利要求1所述的质量分析方法，其特征在于，还包括d)旋转模式执行步骤，以在所述定时决定步骤中所决定的离子的脱离开始定时，执行 在所述旋转模式下的目的试料的质量分析；e)质量鉴别步骤，基于由此所得到的飞行时间谱上出现的峰的实际飞行时间和在所述 定时决定步骤中所预测的旋转数，鉴别与该峰相对应的离子的质量。
3.如权利要求1或2所述的质量分析方法，其特征在于，关于所述定时决定步骤，在基于所述预测的飞行时间谱的飞行时间轴上，设定可唯一 地决定质量和旋转数的区域多个，并在该多个区域不重叠的条件下、或者在即使该多个区 域局部重叠的情况下其重叠的范围内不存在峰的条件下，对所述定时进行决定。
4.如权利要求1或2所述的质量分析方法，其特征在于，所述峰信息收集步骤中，从所述在非超越模式下的飞行时间谱所出现的峰中基于规定 的条件挑选峰；在所述定时决定步骤中，将与该所挑选的峰对应的离子作为所述目标离子。
5.一种质量分析系统，其是使来自试料的离子沿旋转轨道反复飞行并在规定的时刻以 后使离子从旋转轨道脱离而由检测器进行检测的多重旋转飞行时间型的、且利用离子光学 系统的质量分析系统，其特征在于，a)非旋转模式执行控制装置，在非超越模式下执行目的试料的质量分析来取得飞行 时间谱，该非超越模式是在所述旋转轨道上使离子不旋转或旋转时按可保证没有离子的追 尾、超越发生之旋转数使离子飞行的模式；b)峰信息收集装置，收集在所述非超越模式下的飞行时间谱中所出现的峰的信息；c)定时决定装置，基于所收集的峰信息，预测与在沿所述周期轨道使离子旋转的旋转 模式下执行了目的试料的质量分析时所观测的峰相对应的旋转数及飞行时间，按照在基于 该预测的飞行时间谱上至少与目标离子相对应的峰可分离的方式，决定从所述旋转轨道使 离子脱离开始的定时。
6.如权利要求5所述的质量分析系统，其特征在于， 还具备d)旋转模式执行装置，以在所述定时决定装置中所决定的离子的脱离开始定时，执行 在所述旋转模式下的目的试料的质量分析；e)质量鉴别处理装置，基于由此所得到的飞行时间谱上出现的峰的实际飞行时间和在 所述定时决定装置中所预测的旋转数，鉴别与该峰相对应的离子的质量。
7.如权利要求5或6所述的质量分析系统，其特征在于，关于所述定时决定装置，在基于所述预测的飞行时间谱的飞行时间轴上，设定可唯一 地决定质量和旋转数的区域多个，并在该多个区域不重叠的条件下、或者在即使该多个区 域局部重叠的情况下其重叠的范围内不存在峰的条件下，对所述定时进行决定。
8.如权利要求5或6所述的质量分析系统，其特征在于，所述峰信息收集装置中，从所述在非超越模式下的飞行时间谱所出现的峰中基于规定 的条件挑选峰；在所述定时决定装置中，将与该所挑选的峰对应的离子作为所述目标离子。
9.如权利要求5或6所述的质量分析系统，其特征在于，所述离子光学系统包括为了从所述旋转轨道上使离子脱离而将离子的行进方向切换 的射出开关。
全文摘要
本发明提供质量分析方法及质量分析系统。其进行在旋转轨道不旋转的非超越模式下的测定，取得质量不同的离子的超越不存在的飞行时间谱(S1、S2)。根据该飞行时间谱中所出现的峰之飞行时间等信息(S3)，预测在旋转模式下的旋转数和飞行时间，并基于该预测，在旋转模式下的飞行时间谱上设定具有考虑了上述峰的时间宽度的扩展之时间宽度的段。一个段内为相同的旋转数，由此若多个段不重叠，则各峰的旋转数和质量可唯一地决定。于是，对在规定条件假定的旋转模式下的飞行时间谱上所设定的段之重叠进行判断，且找到不发生重叠的条件，从而将段加以确定(S4～6)。由此，也能决定从旋转轨道使离子射出的射出开关的切换定时，因而基于此执行旋转模式的测定(S7)。
文档编号H01J49/40GK101883983SQ20078010176
公开日2010年11月10日 申请日期2007年12月13日 优先权日2007年12月13日
发明者梶原茂树, 西口克 申请人:株式会社岛津制作所