[发明专利]离子阱、质量分析计、离子迁移率分析计

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过识别质量·电荷来识别包含在试料中的分子种类的质量分析技术。本方式的目的在于提供环境分析、合成化合物的分析、医用分析、不正当药物·危险物的分析等中的简便且廉价的手段。

背景技术

质量分析是指，利用通过对在电磁场内部运动的带电粒子的轨迹进行解析并对该带电粒子的质量与价数之比(电荷质量比)进行测量，从而识别该带电粒子的物理方法的物质识别手段。由于是对质量这一基本的物理量进行测定的物质识别方法，所以其应用范围极其广泛，可以说支撑现代科学·工业。从材料组成的评价、真空组成的评价、表面物质的评价等原子组成的评价，到分子生物学·生化学中的蛋白质的识别这种生物体分子的识别等的应用范围没有限制。

尽管一言以蔽之称为质量分析，但已经实现并利用了多种对于这些宽的应用范围而言最佳的质量分析手段。作为当前广泛利用的代表性方法，有将高频离子阱、高频四极质量过滤器、飞行时间型质量分析、静电磁场组合的收敛型质量分析方式、使用静电磁场或静电场的傅立叶变换型质量分析方式等。质量分辨率、质量精度、分析速度、价格、装置尺寸等分别不同，根据应用目的来选择最佳的手段。

作为现有的质量分析方法，有高频离子阱型的质量分析手段。高频离子阱质量分析在由W.Paul等于1956年提出以来(专利文献1)，得到了极大的发展，当前已成为利用最广泛的质量分析手段之一(非专利文献1、非专利文献2)。历史上最初提出的手段为所谓的Paul阱(Paul Trap)(专利文献1)。是用2个双曲面形的电极(称为端盖(end cap)电极)夹着1个环形电极(称为环形(ring)电极)的形状，通过对环形电极施加高频电压，将离子集中在其中心部的1个点上。由于空间上三维地在高频电场中集中，所以还称为三维阱。

另外，作为其他离子阱的方式，有线性离子阱。构成为将4根杆电极平行排列成四极，对相互对置的2个电极对之间施加高频电压来在4根杆电极形成的中心区域中捕捉离子。由于利用高频使2个方向集中，所以还称为二维离子阱。

两者都在由电极组形成的空间中产生四极高频电场，由此时间平均地形成调和电势。质量分析的原理是基于对离子在该调和电势内部简单振动的频率进行测量。在调和振动数和离子的电荷质量比中存在线性关系。因此，代表性地，对离子施加交流电场，利用该电场使其从离子阱共振排出。根据排出时的振动数和检测所排出的离子得到的离子量，测量该离子的电荷质量比和量。共振宽度由于基于与气体的碰撞的倾倒(dumping)效应而变宽，所以为了取得高的分辨率，需要高的真空度(典型地为10毫托(mTorr)以下)。

专利文献1：USP 2,939,952

非专利文献1：Quadrupole Storage Mass Spectrometry：R.E.March and R.J.Hughes，John Wiley and Sons ISBN 0-471-85794-7

非专利文献2：Quadrupole Ion Trap Mass Spectrometry：Raymond E.March and John F.Todd，Wiley-Interscience ISBN 0-471-488887

发明内容

上述的质量分析手段都需要比10^-3Torr(10^-1pa)高的真空。即，为了确保电磁场中的离子的正确轨迹，应避免离子和气体的碰撞，因此需要高真空，根据情况还要求超高真空。为了实现这些真空，必须利用排气量大的涡轮分子泵(历史上利用油扩散泵，但在现代置换为涡轮分子泵)，为了确保排气量，利用大型的泵。这导致质量分析装置的高价格化、大型化、频繁的维护要求，成为利用场合受限的原因。例如，在作为爆炸物等危险物探知手段通用地作为社会基础设施导入时，由于利用涡轮泵而也被敬而远之也是实情。

另外，对于质量分析装置的小型化，在将本装置更通用地广泛利用时，其被认为是一个大的课题。实现该目的的1个方针需要不使用涡轮分子泵类的、在低真空中动作的质量分布方式，并且，由于以往利用的具有离子放大功能的离子检测器(电子倍增管等)在低真空中不动作，所以需要克服该课题的手段。例如，考虑可以利用即使不使用电子倍增管也可以检测出来的试料离子。