四重極質量分析装置

質量分析法において、四重極質量分析器（または四重極質量フィルター）は、もともとノーベル賞受賞者のヴォルフガング・パウルと彼の弟子ヘルムート・シュタインヴェーデルによって考案された質量分析器の一種です。名前が示すように、これは互いに平行に配置された4本の円筒形のロッドで構成されています。^[2 ]^四重極質量分析計（QMS）では、四重極が質量分析器であり、質量電荷比（m/z ）に基づいてサンプルイオンを選択する役割を果たす機器のコンポーネントです。イオンは、ロッドに適用される振動電場内の軌道の安定性に基づいて四重極で分離されます。 ^[2]

動作原理

四重極は 4 本の平行な金属棒から構成されています。各対向する棒のペアは電気的に接続されており、 DC オフセット電圧付きの無線周波数(RF) 電圧が 1 対の棒ともう 1 対の棒の間に印加されます。イオンは四重極の棒の間を伝わります。特定の質量電荷比のイオンのみが、与えられた電圧比で検出器に到達します。他のイオンは軌道が不安定で、棒に衝突します。これにより、特定のm/zのイオンを選択したり、印加電圧を連続的に変化させることで、オペレーターがm/z値の範囲をスキャンしたりすることができます。 ^{[2]数学的には、これは}マシュー微分方程式を使用してモデル化できます。^[3]

理想的には、ロッドは双曲面ですが、ロッドの直径と間隔の特定の比率を持つ円筒形のロッドは、製造が容易で、双曲面に近い形状を提供します。比率の小さな変化は、分解能とピーク形状に大きな影響を及ぼします。メーカーによって、予想されるアプリケーション要件に応じて動作特性を微調整するために、わずかに異なる比率が選択されます。1980年代以降、MAT社とその後のFinnigan Instrument Corporationは、機械的許容誤差0.001 mmで製造された双曲面ロッドを使用していましたが、その正確な製造プロセスは社内で厳重に守られた秘密でした。^[4]

複数の四重極、ハイブリッド、バリエーション

3 つの四重極が直線的に連なったものは、三重四重極質量分析計として知られています。最初の (Q ₁ ) 四重極と 3 番目の (Q ₃ ) 四重極は質量フィルターとして機能し、中央の (q ₂ ) 四重極は衝突セルとして使用されます。この衝突セルは、 Q _{1から選択された親イオンの衝突誘起解離に Ar、He、または N}₂ガス (~10 ⁻³ Torr、~30 eV) を使用する RF のみの四重極(非質量フィルター) です。後続のフラグメントは Q ₃に渡され、そこでフィルター処理されるか、完全にスキャンされます。

このプロセスにより、タンデム質量分析による構造解明に役立つフラグメントの研究が可能になります。たとえば、Q _1は、q₂でフラグメント化された既知の質量の薬物イオンを「フィルター」するように設定できます。次に、3 番目の四重極 (Q ₃ ) を設定して、m/z範囲全体をスキャンし、フラグメントの強度に関する情報を得ることができます。このようにして、元のイオンの構造を推測できます。

3つの四重極の配置は、オーストラリアのラ・トローブ大学のジム・モリソンが気相イオンの光解離を研究する目的で初めて開発しました。 ^[5]最初の三重四重極質量分析計は、1970年代後半にミシガン州立大学のクリスティ・エンケと大学院生のリチャード・ヨストによって開発されました。 ^[6]

四重極はハイブリッド質量分析計に使用できます。例えば、セクター型装置を衝突四重極型および四重極型質量分析計と組み合わせてハイブリッド装置を形成できます。^[7]

質量選択四重極と衝突四重極に第2の質量選択段階として飛行時間装置を組み合わせたものは、四重極飛行時間型質量分析計（QTOF MS）と呼ばれるハイブリッドです。 ^[8]^[9]四重極-四重極-飛行時間型（QqTOF）構成も可能であり、特にペプチドやその他の大きな生物学的ポリマーの質量分析に使用されます。^[10]^[11]

フォン・ザーンが四重極質量分析計の変種であるモノポールを発明しました。これは2つの電極で動作し、四重極場の4分の1を生成します。^[12]これには円形電極が1つとV字型電極が1つあります。ただし、性能は四重極質量分析計よりも低くなります。

四重極質量分析計に磁場を印加すると、その性能が向上することが実証されている。四重極質量分析計にさまざまな方向から磁場を印加すると、分解能と感度が大幅に向上することが報告されている。^[13]^[14]

アプリケーション

これらの質量分析計は、長時間にわたって単一のイオンに焦点を合わせることができるため、特定のイオンを研究する用途に最適です。これが役立つ場所の 1 つは、液体クロマトグラフィー質量分析法またはガスクロマトグラフィー質量分析法で、これらの分野では、非常に高い特異性を持つ検出器として機能します。四重極計器は、多くの場合、手頃な価格で、多目的に使用できます。電子衝撃イオン化装置を備えた単一の四重極質量分析計は、残留ガス分析装置、リアルタイムガス分析装置、プラズマ診断、およびSIMS 表面分析システムでスタンドアロン分析装置として使用されます。^{[引用が必要]}

参照

参考文献

^ ab US 2939952、ポール、ヴォルフガング＆シュタインヴェーデル、ヘルムート、「異なる特定の電荷の荷電粒子を分離するための装置」、1960-06-07発行、ヴォルフガング・ポールに譲渡
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