JPH0656752B2 - 四重極質量分析装置 - Google Patents

四重極質量分析装置

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JPH0656752B2
JPH0656752B2 JP3093175A JP9317591A JPH0656752B2 JP H0656752 B2 JPH0656752 B2 JP H0656752B2 JP 3093175 A JP3093175 A JP 3093175A JP 9317591 A JP9317591 A JP 9317591A JP H0656752 B2 JPH0656752 B2 JP H0656752B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34Dynamic spectrometers
    • H01J49/42Stability-of-path spectrometers, e.g. monopole, quadrupole, multipole, farvitrons
    • H01J49/4205Device types
    • H01J49/421Mass filters, i.e. deviating unwanted ions without trapping

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は四重極質量分析装置の分
解能向上に関する。
【0002】
【従来の技術】四重極質量分析装置は中心対照的に配置
された四本の電極棒で構成され、x軸方向に配置された
一対の電極棒とy軸方向に配置された一対の電極棒との
間に直流電圧Uと高周波電圧V cosωtを印加し、z軸
方向即ち電極棒と平行の方向にイオンを通すと、電圧U
とVとで決まる特定質量のイオンだけが安定に電極間を
通過し、他の質量のイオンは発散してしまうので、Uと
Vを適当な関係を保って変化させることにより質量走査
を行うことができる。四重極質量分析装置が完全に作動
し得るためには四本の電極棒はその直径,相互位置関係
に非常な高精度を要求される。しかし実際上、工作誤差
や組立誤差は避けられないので、完全な四重極電界が形
成されず、四重極質量分析装置で得られる質量スペクト
ルのピークには裾を引いたり、裾の上に突出部が出来た
りする異常が現れると云う問題があった。このような問
題に対し従来は組立部品を選択して用いると云うような
方法で対処していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は四重極質量分
析装置の上述した質量スペクトルのピークの形に現れる
異常を部品の加工精度の向上とか、良い部品の選択と云
うような機械構造的な方法ではなく、電気的手段によっ
て解消しようとするものである。
【0004】また、広い質量範囲の分析では上記電気的
手段によって新たなピーク形状の異常が生じる範囲が現
れるので、そのような異常が現れないように上記した電
気的手段に対する制御方法をも提供しようとするもので
ある。
【0005】
【課題を解決するための手段】四重極電極に直流電圧U
と高周波電圧V cosωtの他に直流電圧に重ねて、上記
高周波電圧とは異なる周波数の小振幅の交流電圧Va c
osω'tを印加するようにした。そしてこの交流電圧を直
流電圧Uに対してしきい値Utを設定し、UがUtを超
えたとき、印加するようにし、Vaの値を Va=c(U−Ut) cは定数 であるようにした。
【0006】
【作用】図2は電圧U,Vを座標軸に取って四重極質量
分析装置の動作を説明するものである。一つの三角状の
カーブの下の領域が或る質量のイオンの安定領域で、各
質量のイオン毎に夫々の安定領域があって、質量の順に
図のように並んでおり、UとVを各安定領域の頂点付近
を切るような図示lの軌跡に沿って変化させると、図の
下に示したような質量スペクトルが検出されることにな
る。こゝで本発明はU,Vの他にVa cosω'tと云う交
流を重畳するものである。以下の説明の便宜上、U,V
cosωtを合わせて四重極電圧或は質量走査電圧と云
い、Va cosω'tを微小交流と云うことにする。図3は
図2の一つの質量mのイオンの安定領域を示す三角状領
域の頂点付近例えばPを拡大して示す。この図は縦軸,
横軸を四重極電圧U,Vおよび質量に関係したパラメー
タで表すことにより、図2の各質量ピークを共通に一つ
の図で表している。上述したように四重極電極にV cos
ωtなる周波数の交流電圧の他にωとは異なる周波数
ω’の微小交流電圧を重畳すると、図3に斜線を入れて
示した帯状領域で質量mのイオンの運動が不安定にな
り、四重極電極のz軸方向に通過できなくなることが見
出された。従って走査線lに沿って四重極電圧のU,V
を変化させたとき、本来質量mのイオンのピークプロフ
ァイルが図2aの形になる所が裾が切れて同bの形とな
る。このためaのプロファイルで裾を引いたり、裾の上
に凸部が現れるような場合、その部分が除去されるので
ある。
【0007】上述した所を更に詳細に説明する。図3の
縦横各軸は夫々U,Vに比例するスケールであるが、夫
々のスケールを 横軸(4e/mr2 ω2 )V=q 縦軸(8e/mr2 ω2 )U=a 但し m 質量 r 四重極に内接する円の半径 とすると、図3の不安定帯の存在域は安定領域を示す三
角形の頂点からの距離に対応するパラメータβx,βy
を用いて、(βxは図中矢印の方向に1から小さくな
り、βyは0から大きくなる)、(0≦βx≦1,0≦
βy≦1) −ε+(ω’/ω)2 〈βy2 〈ε+(ω’/ω)2 −ε+(ω’/ω)2 〈(1−βx)2 〈ε+(ω’/ω)2 但し ε=4eVa/mr2 ω2 で表され、εは不安定帯の幅の1/2を与え、不安定帯
の幅の中心位置は(ω’/ω)2 で決まる。二つの不安
定帯の位置はω’/ωによって互いに連動的に変わり、
各々を独立して動かすことはできない。図3で四重極電
圧U,Vを走査軌跡lに沿って変化させるとき、不安定
帯が図のように生ずるようにすると、Vaを大きくする
に従って不安定帯の幅が広がり、安定域の幅Bがせまく
なり、ピークプロファイルの裾が切れて分解能が向上す
る。しかし走査軌跡lと不安定帯の位置および幅の関係
をうまく設定しないと、不安定帯がピークプロファイル
の中に入込んで図5に示すようなピークプロファイルに
なる。
【0008】こゝで不安定帯の位置はω’/ωで決まり
幅が微小交流の電圧Vaで決まるが、微小交流の周波数
ω’を変えるより、Vaを変える方が容易である。そこ
で走査線lと不安定帯との関係を制御するのにVaを可
変とし、Vaを次のように決める。一般的に質量分析で
は分解能が質量に比例するように走査lの傾きとか高さ
を決めている。ピークプロファイルの形が問題になるの
は低質量低分解能領域ではなく、高質量高分解能域であ
る。図3でピークプロファイルの頂点は安定領域三角形
の頂点直下の位置で、その点のqの値は走査線を上下し
ても動かない。従ってそのq点は質量を表す。qの値は
0.706であり、また4eV/mr2 ω2 であるから
質量mに対して四重極電圧のうち高周波電圧Vが一つに
決まり、そのVが質量を表すことになる。走査線lの安
定領域三角形の頂点直下の高さをaとし、同じく三角形
頂点直下で基準高さをatとする。このatに対するU
の値がUtでat=8eUt/mr2 ω2 によりしきい
値Utが質量mに比例して決まる。このUtが第2図に
直線Utで示されている。走査線lは安定領域三角形の
頂点に近い所を通る程分解能は大になるから、atに対
してaが高い位置に来る程分解能が大となる。図3から
明らかなようにaがatより高くなる程不安定帯の幅を
広くしなければならない。走査線lはU=kV−hの形
で与えられており、図2でlは或る質量の所で、Utの
直線を切ってUtの上に出る。本発明は走査線l1がU
tの直線を切る質量以上の所で不安定帯の幅をU−Ut
に比例するように広げていくのである。このようにすれ
ば図3でaが大になる程つまり高分解能が要求される所
で不安定帯の幅が大となり、質量スペクトルピークの裾
がカットされ、ピークプロファイルの形の異常の影響か
防がれることになる。
【0009】不安定帯の幅εはε=4eVa/mr2 ω
2で与えられるので、Vaを(a−at)に比例させる
と、パラメータaの定義から、Utは質量に比例させて
おり、質量はVによって決められるのでq=0.706
=4eV/mr2 ω2 からm=4eV/ 0.706r2 ω2
=bVと書ける。そこでVaはVa=c(U−Ut)=
c(U−gV)このようにVaを決めると、不安定帯の
幅εはε=4eVa/mr2 ω2 =4ec(U−gV)
/mr2 ω2こゝでU=kV−hであるからε=c’
(k’V−h)・4e/mr2 ω2 となる。所がm=b
VであるからV=m/bであり、ε=4c’k’e/b
2 ω2 −2c’ke/mr2 ω2となり、上式の右辺
第1項は定数であり、第2項はmが大になる程小さくな
るので、εが大きくなる程大となる。即ち質量の大きな
所で不安定帯の幅が広がるのである。
【0010】
【実施例】第1図は本発明の一実施例の電圧印加回路を
示す。図で1x,1yが四重極電極で、イオンはこの四
重極配置の中心部を図の紙面の垂直方向に進行し、その
間に四重極電極に印加される電圧によって決まる特定質
量以外のイオンはx,y平面内の振動の振幅が増大して
発散してしまう。x方向の一対の電極1xとy方向の一
対の電極1yとの間に直流電圧Uおよび高周波電圧V c
osωtが印加される。Dは直流電源で、直流電源Dと並
列に交流電源Aが接続されている。Hは角周波数ωの高
周波電源でトランスTを介して電極1x,1y間にV c
osωtの高周波電圧を印加する。直流電源Dおよび高周
波電源Hは出力電圧可変であり、制御装置CによってU
およびVの値を第1図に示すlの軌跡に沿って変化させ
質量分析を行う。
【0011】付加される微小交流のVa cosω'tの振幅
VaはVがkVのオーダであるのに対して数ボルトの範
囲であり、周波数ω’はωの1/20程度と小さな値で
ある。図4は微小交流のVaを前述した Va=c(U−gV) の関係で変化させる回路の一例である。IC1に走査信
号が入力される。この信号は四重極電圧の高周波分の振
幅Vに比例した信号で、IC1を通した信号が図1の高
周波電源Hに送られる。他方加算回路IC2において、
定数−h’が加算されると共にk’倍されて、U=kV
−hなる直流信号が得られて、これが図1の直流電源D
に送られる。IC3は加算回路を構成しており、IC2
の出力はU=kV−hの反転信号であり、この信号と、
Vそのまゝの符号の信号がIC3で加算され反転された
出力が出るので、IC3の出力はU−gVとなる。Uが
Ut以下では不安定帯の幅は0とするためフィードバッ
ク回路にダイオードを入れてIC3の出力が負になると
きは、出力が0になるようにしてある。このIC3の出
力が掛け算回路Qに入力され周波数ω’の発振回路Fの
出力と掛け算されて図1の交流電源Aを励振する。図5
はこの不安定帯を表した質量スペクトルのピークプロフ
ァイルの一例を示し、不安定帯の影響を見易くするた
め、第3図のU−V軌跡線をl’に下げて分解能を低
くしてあり、一つのピークが質量211から219の範
囲に拡がっており、二つの谷イ,ロが上述した不安定帯
の作用でピーク側面のカットされた部分である。ω’を
ωの1/20程度,Vaを数ボルトの程度にすると不安
定帯は図2の三角領域の頂点近くに位置して、ピークプ
ロファイルの裾をカットするようにすることができるの
である。なお上述実施例では交流電圧Va cosω'tは電
極1xと1yとの間に印加されているが、1xだけ或は
1yだけに印加するようにしてもよい。
【0012】
【発明の効果】本発明によれば、質量スペクトルのピー
ク形状の異常が改善されるため、四重極質量分析装置の
分解能が向上し、ピークの裾引きによる隣接ピークのか
さ上げがなくなるため、ピーク強度情報の信頼性が向上
する。しかもこれらの効果は部品の加工精度とか組立精
度の向上によらず、電気的手段で得られるので、実現が
容易であり、格別に高精度の四重極質量分析計でなくて
もよいのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路図、
【図2】四重極質量分析装置の作用説明図、
【図3】本発明の作用説明図、
【図4】微小交流電圧発生回路の図、
【図5】不安定帯の影響を示す図。
【符号の説明】
1x,1y 四重極電極 D 直流電源 H 高周波電源 A 交流電源 C 制御装置。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直交配置される四重極電極に直流電圧U
    と周波数ωの高周波電圧Vの他に四重極電極の互いに対
    向する一対の電極と他の一対の電極との間或は何れかの
    一対の電極に上記高周波とは異なる周波数ω’の小振幅
    の交流電圧Va・cosω’tを印加するようにしたこ
    とを特徴とする四重極質量分析装置。
  2. 【請求項2】 四重極電極に印加される直流電圧Uに対
    して質量に比例したしきい値Utを設定し、Uがこのし
    きい値を超える範囲で交流電圧Va・cosω’tを印
    加するようにし、このVaの値を Va=c(U−Ut) cは定数 であるようにした請求項1記載の四重極質量分析装置。
JP3093175A 1990-11-30 1991-03-30 四重極質量分析装置 Expired - Lifetime JPH0656752B2 (ja)

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