JP3571546B2 - 大気圧イオン化質量分析装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気圧又はその近傍の圧力雰囲気中で試料をイオン化し、真空中に配置された質量分析部へ導入口を介して導入し質量分析する大気圧イオン化質量分析装置に関し、特に、導入口を介して導入されたイオンを前記質量分析部へ導くイオンガイドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大気圧イオン化法は、取り扱いが容易であること、ソフトなイオン化であることなどから広く普及してきている。大気圧イオン化法の代表的なものには、ＡＰＣＩ（ 大気圧化学イオン化） 法やＥＳＩ（ エレクトロスプレイイオン化） 法などがある。これらのイオン化法で生成されたイオンを、高真空に維持される質量分析部へ導入するために、差動排気系が用いられる。
【０００３】
図１は、このような差動排気系を備えた質量分析装置のイオン導入部を示す図である。図１において、大気圧イオン源１で生成されたイオン２は、スキマー３を介して第１中間排気室４へ導入され、更にスキマー５を介して第２中間排気室６へ導入される。第２中間排気室６には、イオンの収束性を改善するためのマルチポールレンズ７及び収束レンズ８が配置されており、これらのレンズにより収束性の改善されたイオンは、導入口９を介して高真空（ １０−６Ｔｏｒｒ程度の圧力） に維持された質量分析部１０へ導入されて質量分析される。
【０００４】
前記第１中間排気室４は、ロータリーポンプＲＰにより１〜数Ｔｏｒｒ程度の圧力に排気され、第２中間排気室６は、ターボ分子ポンプＴＭＰにより１×１０−３Ｔｏｒｒ程度の圧力に排気され、大気圧のイオン源１と高真空の質量分析部１０との間の圧力差が維持されるような差動排気系を構成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記マルチポールレンズ７は、第２中間排気室６におけるイオンの拡散を防ぐために設けられており、例えば４本の棒状電極をイオン通路の周りに９０°の等間隔に配置したＱポールレンズに高周波電圧のみが印加される。６本あるいは８本の棒状電極を用いる場合もある。
【０００６】
しかしながら、マルチポールレンズはフィルタ作用があり、質量電荷比の異なるイオンを広い範囲にわたって一度に通過させることができない。広い範囲に対応するためには、高周波電圧の振幅あるいは周波数を掃引することが必要で、これは構造が複雑となって不利となるし、感度の面でも不利である。
【０００７】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、大気圧イオン源で生成され導入口を介して中間排気室に導入されたイオンを、広い質量範囲にわたり、高い通過効率で質量分析部へ導くことのできる大気圧イオン化質量分析装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明の大気圧イオン化質量分析装置は、大気圧又はその近傍の圧力雰囲気中で試料をイオン化し、真空中に配置された質量分析部へ導入口を介して導入し質量分析する大気圧イオン化質量分析装置において、導入口を介して導入されたイオンを前記質量分析部へ導くイオンガイドであって、イオン通過口を有する板状電極を多数通過口を合わせて一列に配置し各電極に交互に極性の異なる電圧を印加したイオンガイドを設け、該イオンガイドの途中の電極と電極の間に質量分析部が配置される部屋と導入口を介してイオンが導入される部屋とを仕切る隔壁を設けたことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳説する。図２は本発明の一実施例の構造を示す図である。図２において、大気圧イオン源１で生成されたイオン２は、スキマー３を介して第１中間排気室４へ導入され、更にスキマー５を介して第２中間排気室６へ、更に第３中間排気室１１へと導入される。この第２中間排気室６及び第３中間排気室１１には、両者にまたがる形でリングレンズ２１から構成されるイオンガイドが配置されており、このイオンガイドにより導かれたイオンは、収束レンズ８により導入口９へ向けて収束されて導入口９を通過し、高真空（ １０−６Ｔｏｒｒ程度の圧力） に維持された質量分析部１０へ導入されて質量分析される。
【００１０】
上記リングレンズ２１は、図３に示すように、円形のイオン通過口を有するリング電極Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，・・・を、通過口を合わせて一定間隔で一列に並べた構造を有している。各電極には、１枚おきに正電圧（＋Ｖ）及び負電圧（−Ｖ）が交互に印加されている。前記第２中間排気室６と第３中間排気室７を仕切る仕切板３１（アース電位）は、リング電極と同心のイオン通過口を有し、かつ隣り合うリング電極の中間の電位ゼロの等電位面に沿うように配置される。
【００１１】
図４は、仕切板３１とその付近のリング電極の周囲に形成される電位分布を示しており、仕切板３１が隣り合うリング電極の中間の電位ゼロの等電位面に沿うように配置されていることが分かる。リングレンズ２１に入射したイオンは、リング電極内に形成される電界により中心軌道に沿って単振動を行い、リングレンズにガイドされる形でリングレンズを通過する。
【００１２】
前記仕切板３１に設けられるイオン通過口の径は、第２中間排気室６と第３中間排気室７の間の圧力差を維持するために必要な大きさに選定されるが、リング電極のイオン通過口よりも小さい。そこで、仕切板３１は、図２に示されているように、スキマー５を介して第２中間排気室６へ導かれたイオン軌道の振幅が最小又はそれに近い位置に配置されている。
【００１３】
そのため、イオンは、差動排気のための仕切板３１が設けられていても、仕切板３１のイオン通過口をロス少なく通過できる。
【００１４】
仕切板３１は、軌道計算結果に従い、流入するイオンの平均自由行程とイオン通過効率（イオン軌道の振幅が最小又はそれに近い位置が高い）を考慮した最適位置に設定することが望ましい。
なお、収束レンズ８としては、アインツェルレンズをはじめ、各種静電レンズを使用することができる。
【００１５】
【発明の効果】
以上詳述したごとく、本発明では、イオン通過口を有する板状電極を多数通過口を合わせて一列に配置し各電極に交互に極性の異なる電圧を印加したイオンガイドを設け、該イオンガイドの途中の電極と電極の間に質量分析部が配置される部屋と導入口を介してイオンが導入される部屋とを仕切る隔壁を設けたため、大気圧イオン源で生成され導入口を介して中間排気室に導入されたイオンを、広い質量範囲にわたり、高い通過効率で質量分析部へ導くことのできる大気圧イオン化質量分析装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】差動排気系を備えた質量分析装置のイオン導入部を示す図である。
【図２】本発明の一実施例の構造を示す図である。
【図３】リングレンズの構造を示す図である。
【図４】仕切板とその付近のリング電極の周囲に形成される電位分布を示す図である。
【符号の説明】
１：大気圧イオン源
２：イオン
３，５：スキマー
４：第１中間排気室
６：第２中間排気室
１１：第３中間排気室
２１：リングレンズ２１
３１：仕切板
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気圧又はその近傍の圧力雰囲気中で試料をイオン化し、真空中に配置された質量分析部へ導入口を介して導入し質量分析する大気圧イオン化質量分析装置に関し、特に、導入口を介して導入されたイオンを前記質量分析部へ導くイオンガイドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大気圧イオン化法は、取り扱いが容易であること、ソフトなイオン化であることなどから広く普及してきている。大気圧イオン化法の代表的なものには、ＡＰＣＩ（ 大気圧化学イオン化） 法やＥＳＩ（ エレクトロスプレイイオン化） 法などがある。これらのイオン化法で生成されたイオンを、高真空に維持される質量分析部へ導入するために、差動排気系が用いられる。
【０００３】
図１は、このような差動排気系を備えた質量分析装置のイオン導入部を示す図である。図１において、大気圧イオン源１で生成されたイオン２は、スキマー３を介して第１中間排気室４へ導入され、更にスキマー５を介して第２中間排気室６へ導入される。第２中間排気室６には、イオンの収束性を改善するためのマルチポールレンズ７及び収束レンズ８が配置されており、これらのレンズにより収束性の改善されたイオンは、導入口９を介して高真空（ １０−６Ｔｏｒｒ程度の圧力） に維持された質量分析部１０へ導入されて質量分析される。
【０００４】
前記第１中間排気室４は、ロータリーポンプＲＰにより１〜数Ｔｏｒｒ程度の圧力に排気され、第２中間排気室６は、ターボ分子ポンプＴＭＰにより１×１０−３Ｔｏｒｒ程度の圧力に排気され、大気圧のイオン源１と高真空の質量分析部１０との間の圧力差が維持されるような差動排気系を構成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記マルチポールレンズ７は、第２中間排気室６におけるイオンの拡散を防ぐために設けられており、例えば４本の棒状電極をイオン通路の周りに９０°の等間隔に配置したＱポールレンズに高周波電圧のみが印加される。６本あるいは８本の棒状電極を用いる場合もある。
【０００６】
しかしながら、マルチポールレンズはフィルタ作用があり、質量電荷比の異なるイオンを広い範囲にわたって一度に通過させることができない。広い範囲に対応するためには、高周波電圧の振幅あるいは周波数を掃引することが必要で、これは構造が複雑となって不利となるし、感度の面でも不利である。
【０００７】
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、大気圧イオン源で生成され導入口を介して中間排気室に導入されたイオンを、広い質量範囲にわたり、高い通過効率で質量分析部へ導くことのできる大気圧イオン化質量分析装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明の大気圧イオン化質量分析装置は、大気圧又はその近傍の圧力雰囲気中で試料をイオン化し、真空中に配置された質量分析部へ導入口を介して導入し質量分析する大気圧イオン化質量分析装置において、導入口を介して導入されたイオンを前記質量分析部へ導くイオンガイドであって、イオン通過口を有する板状電極を多数通過口を合わせて一列に配置し各電極に交互に極性の異なる電圧を印加したイオンガイドを設け、該イオンガイドの途中の電極と電極の間に質量分析部が配置される部屋と導入口を介してイオンが導入される部屋とを仕切る隔壁を設けたことを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳説する。図２は本発明の一実施例の構造を示す図である。図２において、大気圧イオン源１で生成されたイオン２は、スキマー３を介して第１中間排気室４へ導入され、更にスキマー５を介して第２中間排気室６へ、更に第３中間排気室１１へと導入される。この第２中間排気室６及び第３中間排気室１１には、両者にまたがる形でリングレンズ２１から構成されるイオンガイドが配置されており、このイオンガイドにより導かれたイオンは、収束レンズ８により導入口９へ向けて収束されて導入口９を通過し、高真空（ １０−６Ｔｏｒｒ程度の圧力） に維持された質量分析部１０へ導入されて質量分析される。
【００１０】
上記リングレンズ２１は、図３に示すように、円形のイオン通過口を有するリング電極Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，・・・を、通過口を合わせて一定間隔で一列に並べた構造を有している。各電極には、１枚おきに正電圧（＋Ｖ）及び負電圧（−Ｖ）が交互に印加されている。前記第２中間排気室６と第３中間排気室７を仕切る仕切板３１（アース電位）は、リング電極と同心のイオン通過口を有し、かつ隣り合うリング電極の中間の電位ゼロの等電位面に沿うように配置される。
【００１１】
図４は、仕切板３１とその付近のリング電極の周囲に形成される電位分布を示しており、仕切板３１が隣り合うリング電極の中間の電位ゼロの等電位面に沿うように配置されていることが分かる。リングレンズ２１に入射したイオンは、リング電極内に形成される電界により中心軌道に沿って単振動を行い、リングレンズにガイドされる形でリングレンズを通過する。
【００１２】
前記仕切板３１に設けられるイオン通過口の径は、第２中間排気室６と第３中間排気室７の間の圧力差を維持するために必要な大きさに選定されるが、リング電極のイオン通過口よりも小さい。そこで、仕切板３１は、図２に示されているように、スキマー５を介して第２中間排気室６へ導かれたイオン軌道の振幅が最小又はそれに近い位置に配置されている。
【００１３】
そのため、イオンは、差動排気のための仕切板３１が設けられていても、仕切板３１のイオン通過口をロス少なく通過できる。
【００１４】
仕切板３１は、軌道計算結果に従い、流入するイオンの平均自由行程とイオン通過効率（イオン軌道の振幅が最小又はそれに近い位置が高い）を考慮した最適位置に設定することが望ましい。
なお、収束レンズ８としては、アインツェルレンズをはじめ、各種静電レンズを使用することができる。
【００１５】
【発明の効果】
以上詳述したごとく、本発明では、イオン通過口を有する板状電極を多数通過口を合わせて一列に配置し各電極に交互に極性の異なる電圧を印加したイオンガイドを設け、該イオンガイドの途中の電極と電極の間に質量分析部が配置される部屋と導入口を介してイオンが導入される部屋とを仕切る隔壁を設けたため、大気圧イオン源で生成され導入口を介して中間排気室に導入されたイオンを、広い質量範囲にわたり、高い通過効率で質量分析部へ導くことのできる大気圧イオン化質量分析装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】差動排気系を備えた質量分析装置のイオン導入部を示す図である。
【図２】本発明の一実施例の構造を示す図である。
【図３】リングレンズの構造を示す図である。
【図４】仕切板とその付近のリング電極の周囲に形成される電位分布を示す図である。
【符号の説明】
１：大気圧イオン源
２：イオン
３，５：スキマー
４：第１中間排気室
６：第２中間排気室
１１：第３中間排気室
２１：リングレンズ２１
３１：仕切板
Claims (2)
- 大気圧又はその近傍の圧力雰囲気中で試料をイオン化し、真空中に配置された質量分析部へ導入口を介して導入し質量分析する大気圧イオン化質量分析装置において、導入口を介して導入されたイオンを前記質量分析部へ導くイオンガイドであって、イオン通過口を有する板状電極を多数通過口を合わせて一列に配置し各電極に交互に極性の異なる電圧を印加したイオンガイドを設け、該イオンガイドの途中の電極と電極の間に質量分析部が配置される部屋と導入口を介してイオンが導入される部屋とを仕切る隔壁を設けたことを特徴とする大気圧イオン化質量分析装置。
- 前記隔壁は、イオンガイド内におけるイオン軌道の振幅が最少又はそれに近い位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の大気圧イオン化質量分析装置。
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|---|---|---|---|
| JP28512498A JP3571546B2 (ja) | 1998-10-07 | 1998-10-07 | 大気圧イオン化質量分析装置 |
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| JP28512498A JP3571546B2 (ja) | 1998-10-07 | 1998-10-07 | 大気圧イオン化質量分析装置 |
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|---|---|
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| JP28512498A Expired - Fee Related JP3571546B2 (ja) | 1998-10-07 | 1998-10-07 | 大気圧イオン化質量分析装置 |
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- 1998-10-07 JP JP28512498A patent/JP3571546B2/ja not_active Expired - Fee Related
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