质量分析装置制造方法
【专利摘要】调整对象的m/z越大，则相对于电压变化表示强度变化的峰的宽度越宽，因此即使扩大搜索最佳电压时的电压步宽也不会看漏最大强度。在此，将针对低m/z提供窄的电压步宽、针对高m/z提供宽的电压步宽的关系式预先存储到电压步级信息存储部(32)，在电压自动调整时，最佳电压调整控制部(31)利用该存储信息来求出与调整对象的m/z相应的最佳电压步宽，控制电源部(21)使得对第一离子导向器(8)施加的电压阶段性地变化。判断施加电压每次变化时获得的离子强度，求出提供最大强度的电压值并保存到最佳电压信息存储部(33)。由此，当对离子导向器等离子输送光学元件施加的电压自动调整时，不会看漏提供最大离子强度的最佳电压值，并且能够缩短调整所需的时间。
【专利说明】质量分析装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种质量分析装置，更为详细地说，涉及一种在质量分析装置中自动调整对用于将离子输送到后级的离子输送光学系统施加的电压的技术。
【背景技术】
[0002]通常，在质量分析装置中，为了一边抑制源自试样的离子的发散一边向后级进行输送，利用了多个离子输送光学元件。例如在专利文献I所记载的液相色谱质量分析装置(LC/MS)中，配设在离子源与作为质量分析器的四极滤质器之间的脱溶剂管、被称为Q阵列的离子导向器、分离器、八极型离子导向器、入口透镜电极、前杆电极等全部是离子输送光学元件。
[0003]另外，在串联式四极型质量分析装置(也被称为三重四极型质量分析装置)中，在碰撞单元的内部通过碰撞诱导解离(CID = Collis1n Induced Dissociat1n)使离子裂解，但通过该裂解而产生的期望的产物离子的生成效率取决于入射到碰撞单元的离子所具有的碰撞能量。碰撞能量由对碰撞单兀、其前级的离子输送光学兀件施加的电压决定，通过调整该电压使离子强度发生变化，因此碰撞单元也可以说是广义的离子输送光学元件。
[0004]在这些离子输送光学元件中，每个装置的能够获得最大离子强度那样的最佳的电压值存在微妙的差异。另外，最佳的电压值还由于分析对象成分的质量电荷比的不同而存在差异。因此，为了进行高灵敏度以及高精度的分析，需要在实际分析之前，进行按每个装置并且按每个质量电荷比找出对各离子输送光学元件施加的电压的最佳值的作业。为了这样的目的，如专利文献I所记载那样，在以往的质量分析装置中搭载有自动求出对各离子输送光学元件施加的电压的最佳值的自动调整功能，来减轻分析者以手动方式进行找出施加电压的最佳值的作业的负担。此外，在此所说的电压值在施加电压是高频电压的情况下是其振幅值，在施加电压是直流电压的情况下是其电压值本身。
[0005]在通过以往的普通的自动调整功能来自动调整对离子输送光学元件施加的电压时，针对规定的电压值范围，一边使施加电压以规定的电压步宽阶段性地变化，一边在各阶段观测同一成分所对应的离子强度，来搜索离子强度成为最大或者接近最大的状态那样的电压值。通常，当使对离子输送光学元件施加的电压发生变化时，离子强度山形地变化。因此，为了求出提供最大的离子强度的电压值，需要尽量缩小施加电压的变化幅度(电压步宽)。然而，越缩小电压步宽则测量个数越增加，因此存在自动调整所需的时间变长这样的问题。相反，如果想要缩短自动调整时间，则不得不扩大电压步宽，有可能无法捕获接近最大离子强度的状态而牺牲灵敏度。
[0006]专利文献1:日本特开2009-192388号公报
【发明内容】
_7] 发明要解决的问题
[0008]本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供如下一种质量分析装置:一边尽量缩短自动调整对离子输送光学元件施加的电压时的所需时间，一边找出离子强度为最大的状态或者接近最大的状态，由此能够实现更加恰当的电压调整。
[0009]用于解决问题的方案
[0010]根据本申请发明人的研究明确了以下内容:使对离子导向器等离子输送光学元件的施加电压值变化时的离子强度的变化如上述那样表示山形的峰，但作为分析对象的离子的质量电荷比越大，则提供最大离子强度的电压值(绝对值)越大，且其峰的宽度越宽。即，质量电荷比越大，而且施加电压越高，则相对于单位电压变化量的离子强度变化越小。如果相对于单位电压变化量的离子强度变化小，则即使扩大电压变化的步宽也能够找出提供几乎不会从最大离子强度降低的离子强度的电压(最佳电压)。本申请发明人着眼于这一点，想到了当一边使施加电压的电压值阶段性地变化一边搜索最佳电压时，与该施加电压、质量电荷比相应地变更电压步宽。
[0011]即，为了解决上述问题而完成的第一发明是一种质量分析装置，在离子源与检测器之间具备离子输送光学元件，具有基于对试样中的规定成分进行质量分析而得到的结果将对上述离子输送光学元件施加的电压最优化的调整功能，该质量分析装置的特征在于，具备:
[0012]a)电压施加单元，其是使对上述离子输送光学元件的施加电压的电压值以规定步宽阶段性地变化的单元，与该电压值相应地变更上述步宽；以及
[0013]b)最佳电压搜索单元，其每当利用上述电压施加单元改变施加电压时，获取与源自规定成分的离子对应的离子强度信息，基于该离子强度信息求出提供最大的离子强度的电压值。
[0014]作为第一发明所涉及的质量分析装置的典型的一个方式，优选设为以下结构:上述电压施加单元以使步宽随着施加电压的电压值的绝对值变大而变宽的方式连续地或者阶段性地变更该步宽。
[0015]另外，为了解决上述问题而完成的第二发明是一种质量分析装置，在离子源与检测器之间具备离子输送光学元件，具有基于对试样中的规定成分进行质量分析而得到的结果将对上述离子输送光学元件施加的电压最优化的调整功能，该质量分析装置的特征在于，具备:
[0016]a)电压施加单元，其是使对上述离子输送光学元件的施加电压的电压值以规定步宽阶段性地变化的单元，与作为分析对象的离子的质量电荷比相应地变更上述步宽；以及
[0017]b)最佳电压搜索单元，其每当利用上述电压施加单元改变施加电压时，获取与源自规定成分的离子对应的离子强度信息，基于该离子强度信息求出提供最大的离子强度的电压值。
[0018]作为第二发明所涉及的质量分析装置的典型的一个方式，优选设为以下结构:上述电压施加单元以使步宽随着作为分析对象的离子的质量电荷比变大而变宽的方式连续地或者阶段性地变更该步宽。
[0019]此外，在第一发明和第二发明所涉及的质量分析装置中，离子输送光学元件一般包括被称为离子导向器、离子透镜的离子输送光学元件，除此以外还包括从大致大气压环境的离子化室向下一级的真空室输送离子的细径的管状体、隔着不同的真空环境的真空室具有离子通过开口的分离器或者碰撞单元等。
[0020]在第一发明所涉及的质量分析装置、第二发明所涉及的质量分析装置中，均在相对于单位电压变化量的离子强度变化相对大的施加电压范围内以细小的电压刻度调查离子强度。由此，即使提供最大离子强度或者接近最大离子强度的离子强度的电压范围窄，也能够不会看漏而准确地捕获提供这种大的离子强度的电压值。另一方面，在相对于单位电压变化量的离子强度变化相对小的施加电压范围内，以粗的电压刻度调查离子强度。由此，即使搜索对象的电压范围宽，也能够不会看漏提供大的离子强度的电压值地抑制搜索点、即获取离子强度的测量点的个数。
[0021]发明的效果
[0022]如上所述，根据第一发明和第二发明所涉及的质量分析装置，不会进行超出搜索提供大的离子强度的电压值所需的、徒劳的离子强度信息的获取，因此能够缩短用于将对离子输送光学元件施加的电压最优化的调整所需的时间。另外，能够一边像这样缩短调整的所需时间，一边维持调整的精度，实现高的分析灵敏度、分析精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明的一个实施例的质量分析装置的主要部分的概要结构图。
[0024]图2是表示Q阵列中的高频电压的电压值与离子强度的关系的实测结果的图。
[0025]图3是表示基于图2的实测结果的质量电荷比与高频电压的电压值的关系的图。
[0026]图4是本实施例的质量分析装置的电压自动调整动作的说明图。
[0027]图5是本实施例的质量分析装置的电压自动调整动作的说明图。
[0028]图6是本发明的另一实施例的质量分析装置的电压自动调整动作的说明图。
[0029]图7是本发明的另一实施例的质量分析装置的电压自动调整动作的说明图。
【具体实施方式】
[0030]参照附图来详细地说明作为本发明的一个实施例的质量分析装置。图1是本实施例的质量分析装置的主要部分的概要结构图。
[0031]该质量分析装置是对液体试样中含有的各种成分进行质量分析的大气压离子化质量分析装置，具有在离子化室I与分析室4之间设置有第一中间真空室2和第二中间真空室3这两个真空室的多级差动排气系统的结构，该离子化室I大致是大气压环境，该分析室4是利用未图示的高性能的真空泵进行真空排气的高真空环境。离子化室I与第一中间真空室2之间经由细径的脱溶剂管7相连通，第一中间真空室2与第二中间真空室3之间通过设置在分离器9的顶部的极小直径的通孔(节流孔)相连通。
[0032]在离子化室I的内部配设有ESI离子化探头5，如图1中所示那样，当含有试样成分的液体试样被供给到ESI离子化探头5并到达该探头5前端的喷嘴6时，液体试样一边被施加电荷一边在离子化室I中被雾化。被雾化的带电液滴与周围的气体碰撞而被细微化，并且该液滴中的溶剂发生气化，在此过程中试样成分被离子化。此外，当然不使用ESI而使用APCI等其它大气压离子化法也能够进行离子化。在离子化室I内生成的离子、溶剂还没有完全气化的细微液滴由于压差而被引入到脱溶剂管7中，在通过加热后的脱溶剂管7中的期间，来自细微液滴的溶剂进一步气化，从而促进离子化。
[0033]在第一中间真空室2内，为了在比较高的气压下一边使离子收敛一边进行输送，设置了被称为Q阵列的第一离子导向器8。Q阵列具有在离子光轴C方向上排列多个四片电极板而形成的结构，该四片电极板以在与离子光轴C正交的面内包围该光轴C的方式配置。通过脱溶剂管7而被送入第一中间真空室2内的离子在第一离子导向器8中被收敛之后，通过分离器9顶部的节流孔而进入第二中间真空室3。在第二中间真空室3内设置有第二离子导向器10，该第二离子导向器10由以包围离子光轴C的方式配置的八根杆电极构成。离子一边被该第二离子导向器10收敛一边经由入口透镜电极11的开口被送入分析室
4。在分析室4内配设有四极滤质器13和预过滤器12，其中，该四极滤质器13由在离子光轴C方向上延伸的四根杆电极构成，该预过滤器12位于其前级并由比四极滤质器13短的四根杆电极构成。
[0034]在被导入到分析室4的各种离子中，仅具有特定的质量电荷比的离子穿过四极滤质器13而到达离子检测器14。由离子检测器14得到的检测信号被输入到数据处理部15，在被转换为数字数据后例如执行质谱、质量色谱、总离子色谱的制作等各种数据处理。
[0035]在本实施例的质量分析装置中，脱溶剂管7、第一离子导向器8、分离器9、第二离子导向器10、入口透镜电极11、预过滤器12相当于本发明中的离子输送光学元件。在控制部30的控制下，从电源部20?25分别对这些各元件施加将高频电压与直流电压相叠加而得到的电压或者仅施加直流电压。此外，也对四极滤质器13、离子化探头5、离子检测器14等分别施加电压，但在此省略施加这些电压的电源部的记载。
[0036]控制部30包括最佳电压调整控制部31、电压步级信息存储部32以及最佳电压信息存储部33等来作为功能模块。在后面叙述这些各部的动作。此外，数据处理部15、控制部30的功能能够通过搭载有规定的控制和处理软件的个人计算机来实现。
[0037]为了在本实施例的质量分析装置中实现高的分析灵敏度、分析精度，需要将离子化室I内(或者一部分在脱溶剂管7内、第一中间真空室2内)生成的离子中的作为分析对象的离子尽量高效地导入到四极滤质器13。为此，需要使上述各离子输送光学元件中的离子通过效率分别为最大或者接近最大的状态。当前作为一例，如果着眼于第一离子导向器8，则为了尽量提高离子在第一离子导向器8中的通过效率，重要的是要根据作为分析对象的离子的质量电荷比恰当地设定从电源部21对第一离子导向器8施加的高频电压的电压值和直流偏压的电压值。为此，本实施例的质量分析装置具有特征性的电压自动调整(自动调整)功能。接着，说明该电压自动调整的动作。
[0038]图2是表示在多个质量电荷比m/z下实际测量对第一离子导向器8施加的高频电压的电压值与由离子检测器14检测的离子强度(在此为标准化后的离子强度)之间的关系而得到的结果的图。在该测量时，使电压值以IV步级变化。另外，图3是表示基于图2的实测结果得到的质量电荷比与最佳电压值(提供最大离子强度的电压值)的关系的图。根据图2的结果获知，相对于高频电压的电压值的变化的离子强度变化表示大致山型的峰，但质量电荷比越大则最佳电压值越高，另外质量电荷比越高则峰的宽度越宽。另外，根据图3的结果获知，质量电荷比与最佳电压值大致是成比例关系。
[0039]具体地说，对于在实际测量中质量电荷比最小的m/z为168.1的离子，在高频电压的电压值为1V?40V左右的范围(大约30V的宽度)内峰变宽，另一方面，对于在实际测量中质量电荷比最大的m/z为1048.65的离子，在高频电压的电压值为50V?150V左右的范围(大约100V的宽度)内峰变宽。相对于电压值的变化表示离子强度的变化的峰形状能够大致与如图4所示的高斯分布近似。在表示这种高斯分布的峰中，为了恰当地捕获峰顶，需要针对从峰起点到峰终点的整个峰范围取20个左右的测量点。如果将其充当通过上述实际测量获得的峰电压宽度，则在m/z为168.1的情况下求出30V/20 = 1.5V，在m/z为1048.65情况下求出100V/20 = 5V，来作为恰当的电压步宽(以下，称为最佳电压步宽)。
[0040]即，在峰宽度窄的图4的(a)中Ml = 161.8的情况下，最佳电压步宽八％是1.5￥。另一方面，在峰宽度相对宽的图4的(b)中M2 = 1048.65的情况下，最佳电压步宽AV2是5V。这是基于实测结果针对某两个质量电荷比分别得到的最佳电压步宽，但如图3所示质量电荷比与最佳电压值大致成比例关系，因此能够根据上述两个质量电荷比时的最佳电压步宽，通过线性插值来求出任意的质量电荷比时的最佳电压步宽。即，能够根据图5中用P表示的直线求出任意的质量电荷比所对应的最佳电压步宽。
[0041]在此，在本实施例的质量分析装置中，将表示图5所示的直线P的关系式预先存储到电压步级信息存储部32。最初由装置制造商能够基于实测结果来计算该关系式，但例如在以去除第一离子导向器8的污垢等为目的而执行分解和重新安装、或者将该离子导向器8更换为新品的情况下，电极板的配置等发生微妙的变化，上述关系式有可能发生变化。由于这种情况，可以事先准备执行用于重新求出上述关系式的测量以及数据处理的模式，用户通过指示执行该模式来获得新的关系式。此外，也可以代替表示关系式的数据，而利用表示质量电荷比与最佳电压步宽的对应关系的表。
[0042]当针对第一离子导向器8执行电压自动调整时，最佳电压调整控制部31首先参照电压步级信息存储部32中存储的如上所述的关系式，求出与想要调整的质量电荷比对应的最佳电压步宽。例如在图5所示的关系式中，如果想要调整的质量电荷比是M1，则求出AV1作为最佳电压步宽。因此，控制电源部21，以使对第一离子导向器8施加的高频电压的电压值在规定的电压范围内平均以最佳电压步宽AV1M段性地变化。此外，对于扫描电压值的电压范围，也与质量电荷比对应地事先存储到电压步级信息存储部32即可。
[0043]每当对第一离子导向器8施加的高频电压的电压值发生变化时，数据处理部15获取与源自质量电荷比是Ml的试样成分的离子对应的离子强度数据。最佳电压调整控制部31依次判断每当对第一离子导向器8施加的电压发生变化时获得的离子强度的大小关系，求出离子强度为最大的电压值，并作为该质量电荷比Ml所对应的最佳电压值而保存到最佳电压信息存储部33。在多个质量电荷比下搜索最佳电压值的情况下，导入含有与这些质量电荷比对应的试样成分的液体试样，并反复进行与上述相同的测量和处理即可。
[0044]在作为调整对象的质量电荷比大的情况下，与质量电荷比小的情况相比电压步宽变宽，但图2所示那样相对于电压变化的离子强度变化变小，因此即使扩大电压步宽也能够找出提供最大离子强度或者接近最大离子强度的状态的电压值。另一方面，在质量电荷比大的情况下电压步宽变宽，由此获取离子强度数据的测量点少即可，因此通过减少测量次数，能够缩短电压自动调整所需的时间。
[0045]此外，针对施加于第一离子导向器8的直流电压，也能够用相同的方法，与作为对象的质量电荷比相应地变更电压步宽，从而使电压值阶段性地变化，从而求出最佳电压值。另外，针对除第一离子导向器8以外的各离子输送光学元件，也同样能够与作为对象的质量电荷比相应地变更电压步宽而使高频电压的电压值或者直流电压的电压值阶段性地变化，从而求出最佳电压值。但是，根据离子输送光学元件的不同，有可能存在电压步宽对质量电荷比的依存性消失或者小到能够忽略的程度的情况。在这种情况下，与质量电荷比相应地变更电压步宽的意义实质上不存在，因此如以往那样不依赖于质量电荷比而一边以固定的电压步宽改变电压值一边搜索最佳电压值即可。
[0046]另外，在上述实施例中，按照在图5中用直线P表示的关系式，根据质量电荷比求出了最佳电压步宽，但也可以将如图5中用折线Q表示的阶梯状的关系数据化(例如表格化)并将其事先存储到电压步级信息存储部32，按照该表，根据质量电荷比来计算出最佳电压步宽。另外，在上述实施例中，质量电荷比与最佳电压步宽的关系大致是线形，因此使用了线性插值，但根据离子输送光学元件的不同，还有可能存在使质量电荷比与最佳电压步宽的关系近似于曲线时更为恰当的情况。在该情况下，不用一次式而用二次以上的多次式来规定质量电荷比与电压步宽的关系即可。另外，还明白以下内容:在难以用式子规定的情况下，利用表格等即可。
[0047]接着，对本发明的另一实施例的质量分析装置进行说明。该实施例的质量分析装置的结构与上述实施例基本相同，因此省略说明。在上述实施例中，在图2中着眼于峰的位置、宽度由于质量电荷比的不同而不同的情况，在质量电荷比大的情况下进行了扩大最佳电压步宽那样的控制。因此，当针对某个质量电荷比搜索最佳电压值时电压步宽是固定的。即，图4的(a)或者(b)中，不论高频电压的电压值是多少，电压步宽AV1或者AV2是固定的。
[0048]另一方面，如果单纯根据峰宽度与电压值的关系来捕获图2所示的实测结果，则整体上获知电压值(绝对值)越大则峰宽度越宽。因此，还能够基于该实测结果，与质量电荷比无关地用线性式等表示高频电压的电压值与最佳电压步宽的关系。具体地说，例如能够根据质量电荷比为Ml时的最佳电压值V1与最佳电压步宽△ V1的关系和质量电荷比为M2时的最佳电压值V2与最佳电压步宽AV2的关系，通过线性插值来求出任意的电压值与最佳电压步宽的关系。即，如果求出图6中用P’表示的直线，则能够基于该直线求出任意的高频电压的电压值所对应的最佳电压步宽。
[0049]在此，在该实施例的质量分析装置中，预先将图6所示的直线P’的关系式存储到电压步级信息存储部32中。与上述实施例同样地，最初由装置制造商基于实测结果事先求出该关系式即可，但也可以事先准备执行用于重新求出上述关系式的测量以及数据处理的模式，用户通过指示执行该模式来获得新的关系式。
[0050]当针对第一离子导向器8执行电压自动调整时，最佳电压调整控制部31参照电压步级信息存储部32中存储的如上所述的关系式，求出与想要对第一离子导向器8施加的高频电压的电压值对应的最佳电压步宽。在该情况下，每当施加电压的电压值增加时，最佳电压步宽也逐渐变宽，因此实际上在施加电压之前，事先参照电压步级信息存储部32中存储的如上所述的关系式来计算出在规定的电压范围内阶段性地施加的所有电压值即可。
[0051]具体地说，在图6所示的关系式中，针对电压值V1求出最佳电压步宽Λ V1，针对使电压增加了该步宽而得到的电压值VJAV1，求出比AV1宽的AV/来作为最佳电压步宽。通过反复进行该处理，能够在期望的电压范围内求出要对第一离子导向器8施加的所有电压值。
[0052]此外，与上述实施例相同的是:每当使对第一离子导向器8施加的电压值变化时检测离子强度，找出离子强度为最大的电压值，将所求出的电压值作为最佳电压值保存到最佳电压信息存储部33。
[0053]图7是表示某个质量电荷比下的电压自动调整时的电压变化与离子强度的关系的图。由图7可知，在上述实施例中，在针对某个质量电荷比搜索最佳电压值时，电压步宽是固定的(参照图4)，但在该实施例中，当针对某个质量电荷比搜索最佳电压值时电压步宽逐渐扩大。在该实施例中，与上述实施例同样地，也能够不会看漏提供最大离子强度的最佳电压值地缩短电压自动调整所需的时间。
[0054]在该实施例中，还能够进行与上述实施例相同的各种变形。例如，可以代替在图6中用直线P’表示的关系式，而将如该图中用折线Q’表示的阶梯状的关系数据化，按照该数据，根据电压值来求出最佳电压步宽。
[0055]另外，上述实施例都只不过是本发明的一例，因此对于除上述说明以外的点，显然即使在本发明的宗旨的范围内进行适当地变形、修改、追加也包括于本申请权利要求书。
[0056]附图标记说明
[0057]1:离子化室；2:第一中间真空室；3:第二中间真空室；4:分析室；5 =ESI离子化探头；6:喷嘴；7:脱溶剂管；8:第一离子导向器；9:分离器；10:第二离子导向器；11:入口透镜电极；12:预过滤器；13:四极滤质器；14:离子检测器；15:数据处理部；20?25:电源部；30:控制部；31:最佳电压调整控制部；32:电压步级信息存储部；33:最佳电压信息存储部；C:尚子光轴。
【权利要求】
1.一种质量分析装置，在离子源与检测器之间具备离子输送光学元件，具有基于对试样中的规定成分进行质量分析而得到的结果将对上述离子输送光学元件施加的电压最优化的调整功能，该质量分析装置的特征在于，还具备: a)电压施加单元，其是使对上述离子输送光学元件的施加电压的电压值以规定步宽阶段性地变化的单元，与该电压值相应地变更上述步宽；以及 b)最佳电压搜索单元，其每当利用上述电压施加单元改变施加电压时，获取与源自规定成分的离子对应的离子强度信息，基于该离子强度信息求出提供最大的离子强度的电压值。
2.根据权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于， 上述电压施加单元以使步宽随着施加电压的电压值的绝对值变大而变宽的方式连续地或者阶段性地变更该步宽。
3.一种质量分析装置，在离子源与检测器之间具备离子输送光学元件，具有基于对试样中的规定成分进行质量分析而得到的结果将对上述离子输送光学元件施加的电压最优化的调整功能，该质量分析装置的特征在于，还具备: a)电压施加单元，其是使对上述离子输送光学元件的施加电压的电压值以规定步宽阶段性地变化的单元，与作为分析对象的离子的质量电荷比相应地变更上述步宽；以及 b)最佳电压搜索单元，其每当利用上述电压施加单元改变施加电压时，获取与源自规定成分的离子对应的离子强度信息，基于该离子强度信息求出提供最大的离子强度的电压值。
4.根据权利要求3所述的质量分析装置，其特征在于， 上述电压施加单元以使步宽随着作为分析对象的离子的质量电荷比变大而变宽的方式连续地或者阶段性地变更该步宽。
【文档编号】G01N27/62GK104204791SQ201280071666
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2012年3月22日 优先权日:2012年3月22日
【发明者】向畑和男 申请人:株式会社岛津制作所