CN107407658B - 平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置 - Google Patents

Abstract

本发明在平板电极(11、12)之间的离子分离空间(15)内配置与该电极平行且相互平行的杆电极(16、17)。对平板电极(11、12)施加非对称脉冲电压，在离子分离空间(15)内交替形成有高电场和低电场。对杆电极(16、17)施加对利用电阻将非对称脉冲电压分割而成的电压加上适当的直流电压而得的电压。在某一时间点，杆电极(16、17)的外缘会变为规定电位，因此，就在该电极之间的空间内形成具有朝Y轴方向膨出的曲面状的等电位面的电场。该电场使得随缓冲气流移动的离子一方面呈Z字形行进，另一方面还受到沿X轴方向及Y轴方向汇聚的力。由此，迁移率比不同的离子按照每一迁移率比而呈层状分离，成为各自汇聚而成的离子流而从离子分离空间(15)内出射。结果，离子的透过率及分离性能均有提高。

Description

平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置

技术领域

本发明涉及一种通过迁移率来分离离子的离子迁移率分光装置，更详细而言，涉及如下平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置：使用平行平板电极，在两电极间形成不均匀电场，并使离子在该电场中移动，由此来分离该离子。

背景技术

在通过电场的作用使生成自试样分子的分子离子在介质气体(或液体)中移动时，该离子以与由电场的强度、该分子的大小等决定的迁移率成比例的速度移动。离子迁移率分光测定法(Ion Mobility Spectrometry＝IMS)是一种为了分析试样分子而利用该迁移率的测定方法，已知有将根据迁移率而分离后的离子导入至检测器进行检测的装置、将根据迁移率而分离后的离子进一步导入至质谱仪等而根据质荷比加以分离之后进行检测的装置等。

作为这种离子迁移率分光测定的一种方法，以往有称为DMS(＝DifferentialMobility Spectrometry差分迁移率谱)的方法(参考专利文献1、非专利文献1)。离子的迁移率在强电场下不再与电场的强度成比例，而且其迁移率的变动率因离子种类的不同而不同。DMS就是利用该原理来分离各种离子。

图10及图11为以往的平行平板电极型DMS中的离子分离部1的概略构成图，图10、图11中观察离子分离部1的方向不一样。

该离子分离部1中，被均与X-Z平面平行的上侧平板电极11及下侧平板电极12夹住的空间为用以分离离子的离子分离空间15。从脉冲电压发生部21对通过隔板13、14而保持为在Y轴方向上相隔规定间隔的状态的平板电极11、12之间施加图12所示那样的非对称脉冲电压，该非对称脉冲电压的电压值为高电平(V1：与离子相反的极性)的期间T_H与电压值为低电平(V2：与离子相同的极性)的期间T_L的长度存在较大差异。此外，在离子分离空间15内沿Z轴方向以一定流速形成大气等适当的缓冲气体的流动。

在外加电压为高电平的期间T_H内，在离子分离空间15内形成相对较强的、电场强度为E_H的高电场，在外加电压为低电平的期间T_L内，在离子分离空间15内形成相对较弱的、电场强度为E_L的低电场。现在，考虑像图10所示那样迁移率不同的3种离子以规定速度沿Z轴方向入射至离子分离空间15的情况。

随着离子行进，离子分离空间15内的电场的强度交替切换为E_H和E_L。因此，在离子分离空间15内行进的离子交替受到电场强度为E_H的高电场的力和电场强度为E_L的低电场的力。由此，对于在离子分离空间15内行进的离子而言，如图10中所示，可视为在Z轴方向上交替存在电场强度为E_H的高电场区域100和电场强度为E_L的低电场区域101。高电场区域100与低电场区域101的Z轴方向的长度之比由电压高电平期间T_H与电压低电平期间T_L之比决定。

在离子通过高电场区域100时，从该电场受到的力使得3种离子均以去往上侧平板电极11的方式行进。此时，高电场区域100中的迁移率为μ_H1、μ_H2、μ_H3的离子分别保持E_H·μ_H1、E_H·μ_H2、E_H·μ_H3的速度。另一方面，在离子通过低电场区域101时，从该电场受到的力使得3种离子均以去往下侧平板电极12的方式行进。此时，高电场区域100中的迁移率为μ_L1、μ_L2、μ_L3的离子分别保持E_L·μ_L1、E_L·μ_L2、E_L·μ_L3的速度。由此，3种离子均在离子分离空间15中呈Z字形行进。

现在，若针对高电场区域100中的迁移率与低电场区域101中的迁移率之比(以下，简称为“迁移率比”)为α₁＝μ_H1/μ_L1的1种离子以T_H·E_H·μ_H1＝T_L·E_L·μ_L1的方式决定分离条件，则这种离子在高电场区域100中的Y轴方向的移动量与低电场区域101中的Y轴方向(不过是负方向)的移动量就相等。因此，这种离子随缓冲气流一边沿中心轴C一边呈Z字形移动，到达至离子分离空间15的出口。图10中是以a来示意性地表示这种离子的轨道。

另一方面，迁移率比不同于α₁的α₂＝μ_H2/μ_L2的一种离子以及α₃＝μ_H3/μ_L3的一种离子在高电场区域100中的Y轴方向的移动量与低电场区域101中的Y轴方向的移动量都不相等。因此，随着在离子分离空间15中行进，这些离子逐渐离开中心轴C(参考图10中的轨道b、c)。于是，当离子距中心轴C的的隔开量变得足够大时，离子就会最终与平板电极11、12接触而消失。由此，该DMS只能分离取出具有特定迁移率比的一种离子。

然而，在上述平行平板电极型DMS中，通过离子分离空间15的离子仅仅因电场而受到Y轴方向(正或负)的力，因此，在离子分离空间15的入口端面(与X-Y平面平行的端面)于远离中心轴C的位置入射的迁移率比为α₁的离子在离子分离空间15的出口端面也是从远离中心轴C的位置出射。也就是说，以具有空间性扩散的方式导入至离子分离空间15的相同迁移率比的离子会在保持空间性扩散的状态下从离子分离空间15内出来。此外，即便是迁移率比相同、且在离子分离空间15的入口端面于相同位置入射的离子，由于存在初始能量、入射角度的偏差等，因此也未必会在沿中心轴C的轨道a上移动。因此，具有某一迁移率比的离子在到达离子分离空间15的出口端面的时间点会扩散至例如图11中以A表示的较宽范围。

如此，若具有相同迁移率比的离子在空间上发生了扩散，则在例如想要通过配置在离子分离空间15的出口外侧的孔口、锥孔体等来取出到达特定位置的离子时，离子的透过率会降低。结果，难以提高测定灵敏度。此外，即便想要将迁移率比不同的多种离子分离而分别取出，也很可能混入其他种类的离子，从而导致测定精度降低。

作为改良型DMS，也已知有图13所示那样的使用圆筒形状电极的装置(参考非专利文献2)。在该DMS中，与上述例子一样，对同心圆状的圆筒形状电极110、120施加非对称脉冲电压，在该圆筒形状电极110、120之间的离子分离空间15内形成与上述例子同样的电场。其中，在该装置中，由一对圆筒形状电极110、120之间所形成的电场形成的等电位面越靠近内周侧也就是圆筒形状电极120，曲率半径就越小。因此，对在离子分离空间15中移动的离子作用使其空间性扩散汇聚的力，从而使得离子汇聚在特定的圆弧状的中心线B附近。

然而，即便是这种DMS，在离子流的宽度方向上汇聚该离子的作用也不大，因此离子透过率的改善效果不能说充分。此外，若要以高机械精度制作圆筒形状电极，则与平行平板电极相比，成本相当高。因此，图13所示那样的构成在装置成本方面较为不利。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第6774360号说明书

非专利文献

非专利文献1：“1-8-4-1质谱分析相关设备/联用技术/离子迁移率测定/离子迁移率计(IMS)，1-8-4-1-2高场非对称波形离子迁移谱(FAIMS-MS)”，日本专利局，[2014年7月1日检索]，网址＜URL：http://www.jpo.go.jp/shiryou/s_sonota/hyoujun_gijutsu/mass/1-8-4.pdf＞(「1－8－4－1質量分析関連機器/ハイフネーテッド技術/离子迁移率測定/离子迁移率計(IMS)、1－8－4－1－2High-Field Asymmetric Waveform Ion MobilitySpectrometry-Mass Spectrometry(FAIMS-MS)」、特許庁、[平成26年7月1日検索]、インターネット＜URL:http://www.jpo.go.jp/shiryou/s_sonota/hyoujun_gijutsu/mass/1-8-4.pdf＞)

非专利文献2：G.A.Eiceman，另有两人，“离子迁移谱(Ion MobilitySpectrometry)”，CRC Press，2013年(エイスマン(G.A.Eiceman)、ほか2名、「イオン·モビリティ·スペクトロスコピー(Ion Mobility Spectrometry)」、CRC Press、2013年)

发明内容

发明要解决的问题

本发明是为了解决上述问题而成，其主要目的在于提供一种一方面利用平行平板电极以形成不均匀电场、另一方面能够实现高离子透过率及高离子分离性能的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置。

解决问题的技术手段

为了解决上述问题而成的本发明为一种平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置，其具备：一对平行的平板电极；以及主电压发生部，其对该平板电极施加非对称脉冲电压，以在该平板电极之间的离子分离空间内形成不均匀电场，该平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置在使缓冲气体于所述离子分离空间内沿与离子导入方向相同的方向以一定流速流通的状态下将来源于试样成分的离子导入至该离子分离空间，一方面通过缓冲气体的流动来传输该离子，另一方面通过所述不均匀电场的作用来控制离子的移动，由此，根据迁移率将离子分离，该平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置的特征在于，具备：

a)至少2根电场修正用电极，它们处于被所述平板电极夹住的离子分离空间内，为沿与离子的通过方向相同的方向延伸的棒状，且隔着该离子通过区域而配置；以及

b)电场修正用电压发生部，其对所述电场修正用电极施加将与所述非对称脉冲电压同步的脉冲电压和规定的直流电压相加而得的电压。

此处所说的所谓非对称脉冲电压，是指电压值为高电平的期间与电压值为低电平的期间不相等、也就是占空比不是0.5(50％)的脉冲电压。

在本发明的离子迁移率分光装置中，在被一对平板电极夹住的离子分离空间内，在对平板电极施加非对称脉冲电压的高电平电压的期间和施加低电平电压的期间内形成不同电场。在离子分离空间内不存在电场修正用电极的情况下，离子分离空间内所形成的电场中的等电位面与平板电极大致平行。在电场中移动的离子在与该等电位面大致正交的方向上受力。因此，在像上述那样等电位面与平板电极大致平行的情况下，不会作用使离子汇聚这样的力。

相对于此，在本发明的离子迁移率分光装置中，离子分离空间内配置有电场修正用电极的位置(空间位置)的电位是由从电场修正用电压发生部施加至该电场修正用电极的电压决定的。并且，电场修正用电极与夹住它的平板电极之间的空间内所形成的电场中的等电位面的间隔、形状取决于电场修正用电极的形状、大小或者位置和外加电压。因此，通过酌情决定电场修正用电极的形状、大小等，并酌情决定外加电压，使得处于离子分离空间内且被电场修正用电极夹住的空间内所形成的电场中的等电位面的形状发生变形也就是成为曲面状，由此，就对在电场中移动的离子作用使该离子汇聚的力。在作用这种力的情况下，非对称脉冲电压使得各离子根据迁移率比而呈Z字形移动。因而，在离子分离空间的出口，获得按照每一迁移率比而在一定程度上汇聚之后的离子流。由此，例如只要在表现出目标迁移率比的离子流到达的位置配置锥孔体等，即可高效率地取出该目标离子。

在本发明的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置中，电场修正用电压发生部必须将与施加至平板电极的非对称脉冲电压同步、且直流电压电平经酌情调整后的脉冲电压施加至电场修正用电极。

因此，本发明的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置宜设为如下构成：电场修正用电压发生部将非对称脉冲电压经电阻分割而生成的脉冲电压与规定的直流电压相加。

根据该构成，只须调整电阻分割用的电阻值，即可决定施加至电场修正用电极的脉冲电压的振幅。

此外，在本发明的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置中，电场修正用电极的剖面外缘形状无特别限定，该剖面外缘形状例如能设为圆形、椭圆形、多边形、正方形或矩形中的任一种。此外，无须整个剖面外缘都是上述形状，只要至少朝向中心轴那一侧也就是离子通过那一侧的剖面外缘形状为圆形、椭圆形或者这以外的上述形状即可。

此外，电场修正用电极的长度通常为与一对平板电极中的离子通过方向的长度相同的程度即可，但也可设为电场修正用电极具有延伸部的构成，所述延伸部较平板电极的离子出口侧端部而言进一步朝外侧延伸。离子分离空间内所配置的电场修正用电极通常是沿与离子传输用缓冲气体的流动相同的方向延伸，因此，该电场修正用电极还具有以缓冲气体呈直线流动的方式引导其流动的作用。因此，当像上述构成那样在电场修正用电极上设置延伸部时，即便在较平板电极的离子出口侧端部而言靠外侧，缓冲气体的流动也不易紊乱，能够避免根据迁移率比而分离后的离子混在一起。

此外，本发明的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置宜设为如下构成：所述主电压发生部对一对平板电极中的一方施加比另一方的电位高的一定的附加直流电压，而且所述电场修正用电压发生部对隔着离子流的一对电场修正用电极中的一方施加比另一方的电位高的一定的附加直流电压。

这些附加直流电压与施加至各电极的电压本身相比都很小。通过施加这种附加直流电压，使得电场变得些许不平衡，因此，能够略微错开根据迁移率比而受到引导的离子流的到达位置。

此外，本发明的第1形态的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置宜设为如下构成：

在借助通过所述离子分离空间而根据迁移率比加以分离而形成的多个离子流中的、具有特定迁移率比的离子流到达的位置，配置能够选择性地仅检测该离子流的大小的唯一的检测器。

根据该第1形态的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置，能够选择性地检测具有特定迁移率比的离子。

此外，本发明的第2形态的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置也可设为如下构成：

在借助通过所述离子分离空间而根据迁移率比加以分离而形成的多个离子流中的、具有互不相同的多种特定迁移率比的离子流分别到达的位置，配置能够选择性地分别检测这多个离子流的大小的多个检测器。

根据该第2形态的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置，能够同时检测具有互不相同的多种特定迁移率比的离子。

此外，本发明的第3形态的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置也可设为如下构成：

在借助通过所述离子分离空间而根据迁移率比加以分离而形成的多个离子流中的、具有互不相同的多种特定迁移率比的离子流到达的位置，配置唯一的位置敏感型检测器，通过该位置敏感型检测器来分别分离并检测所述多个离子流。

此处，作为位置敏感型检测器，例如能够使用以二维方式排列大量微小检测元件而成的二维检测器等。该第3形态的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置也能同时检测具有互不相同的多种特定迁移率比的离子。

此外，在本发明的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置中，电场修正用电极最少有2根即可，但是，通过大致平行地配置3根以上的电场修正用电极、并使离子流通过相邻的2根电场修正用电极之间的空间，例如能够根据迁移率来分离更多的量的离子。

即，本发明的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置也可设为如下构成：

所述电场修正用电极在所述一对平板电极之间以在该电极的扩展方向上隔开的方式平行地设置有3根以上，相邻的2根电场修正用电极之间的空间分别成为离子分离空间。

再有，本发明的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置也可设为如下构成：

所述电场修正用电极是将隔着离子通过区域而配置的多根电极设为1组，并以在与所述平板电极正交的方向上相互隔开的方式设置2组以上，

所述电场修正用电压发生部能够对所述2组以上的电场修正用电极中的每一组施加不同电压。

根据该构成，能够细微地调整一对平板电极之间的与该电极正交的方向的电场分布而更准确地分离离子。

再者，在像这样使用3根以上的电场修正用电极的情况下，与使用一对(2根)电场修正用电极的情况一样，也能采用上述各种构成。

发明的效果

根据本发明的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置，通过平行平板电极与杆电极等简单形状的电极的组合，能够使根据迁移率比而分离后的离子于分别在空间上汇聚的情况下从离子分离空间内取出。由此，在检测具有特定迁移率比的离子、或者导入至下一级的例如质谱分析部等的时候，能够将更多的量提供给检测或测定，因此能够提高检测灵敏度、测定灵敏度。

此外，根据本发明的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置，由于与迁移率比相应的离子的分离性能提高，因此能够减轻具有不同迁移率比的离子的混入，从而还能提高检测精度、测定精度。再有，由于能够避免装置的结构变得复杂，因此在装置成本方面也较为有利。

附图说明

图1为作为本发明的一实施例的离子迁移率分光装置中的离子分离部的概略构成图。

图2为本实施例的离子迁移率分光装置中的离子分离部的概略立体图。

图3为表示由本实施例的离子迁移率分光装置中的离子分离空间内所形成的电场形成的等电位面的模拟结果的图。

图4为表示本实施例的离子迁移率分光装置中的离子分离空间内的离子轨道的模拟结果的图。

图5为作为本发明的另一实施例的离子迁移率分光装置中的离子分离部的概略构成图。

图6为作为本发明的又一实施例的离子迁移率分光装置中的离子分离部的概略立体图。

图7为本发明的离子迁移率分光装置的一形态的概略构成图。

图8为本发明的离子迁移率分光装置的另一形态的概略构成图。

图9为本发明的离子迁移率分光装置的另一形态的概略构成图。

图10为以往的DMS中的离子分离的原理说明图。

图11为以往的DMS中的离子分离部的概略构成图。

图12为表示以往的DMS中施加至平板电极的非对称脉冲电压的一例的波形图。

图13为以往的另一DMS中的离子分离部的概略构成图。

具体实施方式

下面，参考附图，对作为本发明的一实施例的离子迁移率分光装置进行说明。

图1为本实施例的离子迁移率分光装置中的离子分离部的概略构成图，图2为本实施例的离子迁移率分光装置中的离子分离部的概略立体图。

对与使用图10～图13而说明过的以往的离子迁移率分光装置相同或相当的构成要素标注有相同符号。

在本实施例的离子迁移率分光装置中，与现有装置一样，在通过隔板13、14而以在Y轴方向上相隔规定间隔的方式得到保持的一对平板电极11、12之间形成离子分离空间15，但在该离子分离空间15内以隔着中心轴C在X轴方向上隔开的方式配置有2根杆电极16、17。这些杆电极16、17是沿Z轴方向延伸的圆柱状导电体，这2根杆电极16、17相互平行，而且也与平板电极11、12平行。

电压发生部2除了设置有也在现有装置中设置的作为主电压发生部的脉冲电压发生部21以外，还设置有2个电阻器24、25、直流电压发生部22及电压加算部23作为对杆电极16、17施加电压的电场修正用电压发生部。从脉冲电压发生部21对上侧平板电极11与下侧平板电极12之间施加与现有装置相同的、也就是图12所示那样的非对称脉冲电压。

通过利用串联在一起的电阻器24、25对该非对称脉冲电压进行电压分割而生成的脉冲电压与由直流电压发生部22生成的规定电压值V0的直流电压在电压加算部23中相加，从而共同施加至2根杆电极16、17。该外加电压也可视为如下电压，即，对于非对称脉冲电压的振幅(脉冲波高值V1－V2)根据电阻器24、25的电阻比被缩小后而得的脉冲电压，以规定电压值V0酌情进行了直流电压电平的漂移(赋予了偏移电压)后的电压。当然，施加至杆电极16、17的脉冲电压的上升及下降与非对称脉冲电压是同步的，在非对称脉冲电压的电压值为高电平(V1)的期间T_H和为低电平(V2)的期间T_L内，施加至杆电极16、17的电压值交替切换。

在离子分离空间15内不存在杆电极16、17的情况下，也就是说为图11所示的构成的情况下，在某一时间点，离子分离空间15内所形成的电场中的等电位面变得与平板电极11、12大致平行。相对于此，在本实施例的离子迁移率分光装置中，杆电极16、17的圆筒形状的外周面的电位在某一时间点成为与施加至平板电极11、12的电压相应的规定电位。因此，通过杆电极16、17的该电位，使得上侧平板电极11与杆电极16、17之间的空间的等电位面、下侧平板电极12与杆电极16、17之间的空间的等电位面、以及两杆电极16、17之间的空间内的等电位面各自的形状、等电位面的密集程度(也就是电位梯度)等确定下来。

图3为对某一时间点(对平板电极11、12间施加有高电平的电压值V1的时间点)下由离子分离空间15内所形成的电场形成的等电位面(实际上是通过使X-Y平面上的等电位线沿Z轴方向移动而描绘出的面)进行模拟而得的结果的一例。如上所述，杆电极16、17的外周面为同一规定电位，因此，该例中，下侧平板电极12与杆电极16、17之间的空间内所形成的等电位面较密，此外，在杆电极16、17的极近处，等电位面成为沿杆电极16、17的外周面的曲面形状。因此，被杆电极16、17夹住的空间内的等电位面就成为像图3所示那样朝上方膨出的曲面状。可知，该形状与图13所示的使用圆筒形状电极的离子分离部中所形成的等电位面的形状相近。当然，该等电位面的形状在非对称脉冲电压为高电平的期间T_H和为低电平的期间T_L内是不一样的。

电场对在电场中移动的离子作用的力的方向与等电位面大致正交。在离子分离空间15内所形成的电场中的等电位面与平板电极11、12大致平行的情况下，因非对称脉冲电压的施加而每切换一次高电场与低电场时，离子只会受到朝上下(图1～图3中为Y轴方向)摆动的力，不会产生使离子汇聚至任一位置、区域的力。因此，朝离子分离空间15入射时的离子的空间性扩散经过离子分离空间15后也不会缩小，能量、入射角度有偏差的具有同迁移率比的离子在通过离子分离空间15期间其轨道反而会发生扩散。

相对于此，在被平板电极11、12、杆电极16、17围住的空间内的等电位面的形状为图3所示那样的曲面状的情况下，朝穿过中心轴C的Y-Z平面靠拢这样的力会作用于位于杆电极16、17附近的离子，越靠近杆电极16、17，该力越大。在离子分离空间15内形成不同于图3所示的状态(也就是对应于低电场区域)的电场的情况下也一样，虽然Y轴方向的离子的移动方向的正负颠倒，但朝穿过中心轴C的Y-Z平面靠拢这样的力仍然会作用于位于杆电极16、17附近的离子。由此，随着缓冲气体的流动而在离子分离空间15内传输的离子在宽度方向(X轴方向)及纵向(Y轴方向)上的扩散均得到抑制，从而按照每一迁移率比而汇聚在穿过中心轴C的Y-Z平面附近。

图4为表示离子分离空间15内的离子轨道的模拟结果的图。在该轨道模拟中，设定的是对平板电极11、12间的大致整个离子分离空间15入射具有3种迁移率比的离子这样的条件。此外，以离子分离达到大致最佳的方式设定对平板电极11、12及杆电极16、17的外加电压。根据图4所知，在通过缓冲气流使离子在离子分离空间15内传输的途中，迁移率比不同的3种离子一方面汇聚在中央附近、另一方面在Y轴方向上呈层状分离。于是，按照每一种离子而分离为具有轨道a1、a2、a3的离子流并从离子分离空间15内出射。此外，虽然图4中不明确，但各离子流是在X轴方向上也充分得到汇聚的状态。

再者，在图4所示的例子中，在离子分离空间15的出口端面的外侧以将3层离子轨道隔开的方式配置有2张极薄的电极板18、19。对这些电极板18、19施加有与离子同极性的规定电压。由此，在电极板18的上方通过的轨道a1的离子流朝上方略微偏转、在电极板19的下方通过的轨道a3的离子流朝下方略微偏转，因此，轨道a1、a2、a3的三个离子流的间隔进一步扩大。结果，通过迁移率比加以分离后的离子的检测、离子的收取就变得容易。

图7～图9为使用上述构成的离子分离部1的离子迁移率分光装置的几种形态的概略构成图。

在图7所示的形态的离子迁移率分光装置中，由离子源30生成的离子(或带电气悬体等)被导入至离子分离部1的离子分离空间15，具有不同迁移率比的离子像上述那样呈层状分离。在离子分离空间15的出口端面外侧的规定位置设置有具有极小尺寸的检测面或者仅采集并检测到达极微小区域的离子的检测器31。只有呈层状分离且包含具有某一迁移率比的离子的离子流会被导入至该检测器31，包含具有这以外的迁移率比的离子的离子流不会入射至检测器31。由此，在该离子迁移率分光装置中，能够选择性地仅检测具有特定迁移率比的离子。

要变更检测对象离子的迁移率比，只要通过调整产生自直流电压发生部22的直流电压的值来改变呈层状分离的离子流的到达位置、或者机械性地改变检测器31的设置位置即可。

此外，在图7所示的离子迁移率分光装置中，杆电极16、17的后缘端比平板电极11、12的后缘端延伸得远。在离子分离空间15内，杆电极16、17是沿与缓冲气流相同的方向(Z轴方向)延伸，因此，像上述那样比离子分离空间15的出口端面突出的杆电极16、17的后缘端部以减轻从离子分离空间15的出口端面出去的缓冲气流的紊乱、也就是对缓冲气流进行整流的方式发挥作用。由此，能够避免如下情况，即，根据迁移率比而呈层状分离后的离子流刚刚从离子分离空间15的出口端面出去之后便因为缓冲气流的紊乱而混在一起。

图8所示的形态的离子迁移率分光装置在离子分离空间15的出口端面外侧沿Y轴方向配备具有极小尺寸的检测面或者仅采集并检测到达极微小区域的离子的多个(该例中为3个)检测器31a、31b、31c。只有呈层状分离且包含具有某一迁移率比的离子的离子流会被分别导入至各检测器31a、31b、31c。因而，在该离子迁移率分光装置中，能够同时并行检测具有互不相同的特定迁移率比的3种离子。在该离子迁移率分光装置中也一样，可设为能够分别独立变更多个检测器31a、31b、31c的位置，也可设为能够将多个检测器31a、31b、31c作为一体来变更其位置。

图9所示的形态的离子迁移率分光装置在离子分离空间15的出口端面外侧配备二维检测器32作为位置敏感型检测器。二维检测器32例如能使用将离子转换为电子的微通道板(MCP)、将电子转换为光子的荧光板以及配置大量将光转换为电信号的微小光接收元件而成的二维影像传感器的组合。在该离子迁移率分光装置中，在二维检测器32中以地址信息的形式获得根据迁移率比而呈层状分离后的离子流到达的位置，因此，能够分别独立获得对应于多个离子流的信号强度。

此外，在图7～图9所示的离子迁移率分光装置中，是利用检测器来检测在离子分离部1中根据迁移率比加以分离后的离子，但也可设为如下构成，即，设置锥孔体、孔口等离子导入部代替检测器，通过该离子导入部来取出包含具有特定的1种或多种迁移率比的离子的离子流，并将取出的离子导入至四极杆滤质器等质谱仪。由此，能够进一步根据质荷比来分离并检测根据迁移率比而分离后的离子。

此外，在上述实施例的离子迁移率分光装置中，在一对平板电极11、12之间仅设置有2根杆电极16、17，在这2根杆电极16、17之间的空间内流动缓冲气体来传输离子，但也可平行地配置更多的杆电极，并将相邻的2根杆电极之间的空间全部用于离子传输。将采用这种结构的本发明的另一实施例的离子迁移率分光装置中的离子分离部1的概略立体图示于图6。在该例中，在X轴方向上较宽的一对平板电极11A、12A之间配置有5根杆电极16A、17A、16B、17B、16C，相邻的2根杆电极之间的四个空间被用于离子传输及离子分离。对5根杆电极16A、17A、16B、17B、16C施加共通的电压，因此，四个空间的离子的分离条件都一样，在各空间内获得根据迁移率比而呈层状分离的离子流。由此，能够同时并行分离大量离子。

将采用又一结构的本发明的另一实施例的离子迁移率分光装置中的离子分离部的概略构成图示于图5。在该例中，在一对平板电极11、12之间以在Y轴方向上相互隔开的方式设置有多组(该例中为3组)杆电极对，也就是第1杆电极对16a、17a、第2杆电极对16b、17b以及第3杆电极对16c、17c。并且，为了对各杆电极对施加不同电压，电压发生部2具备：第1电场修正用电压发生部，其包括2个电阻器24a、25a、直流电压发生部22a及电压加算部23a；第2电场修正用电压发生部，其包括2个电阻器24b、25b、直流电压发生部22b及电压加算部23b；以及第3电场修正用电压发生部，其包括2个电阻器24c、25c、直流电压发生部22c及电压加算部23c。

即，在该构成中，通过酌情调整第1至第3电场修正用电压发生部中串联在一起的2根电阻器(24a和25a、24b和25b、24c和25c)的电阻比，能够酌情调整施加至杆电极的非对称脉冲电压的振幅。此外，通过酌情调整由直流电压发生部22a、22b、22c生成的直流电压的电压值，能够调整施加至杆电极的电压的偏移。由此，能细微地调整被平板电极11、12夹住的空间内的Y轴方向的电场分布而将其最佳化，从而根据迁移率比来准确地分离离子。

此外，上述实施例中，杆电极都是圆柱状，但剖面外缘形状并非必须为圆形状，例如也可为椭圆形、多边形状、正方形状、长方形状(矩形状)等。

此外，上述实施例中，对2根或多根杆电极施加的是共通的电压，但也可故意对一杆电极施加比另一杆电极高一些的直流电压，由此在X轴方向上也将电场设为非对称，从而将离子汇聚的位置在X轴方向上错开。

再有，在本发明的宗旨的范围内对上述以外的内容酌情进行变形、修正、追加当然也是包含在本申请的申请专利范围内的。

符号说明

1 离子分离部

11 上侧平板电极

12 下侧平板电极

13、14 隔板

15 离子分离空间

16、17 杆电极

18、19 电极板

2 电压发生部

21 脉冲电压发生部

22、22a、22b、22c 直流电压发生部

23、23a、23b、23c 电压加算部

24、25、24a、24b、24c、25a、25b、25c 电阻器

C 中心轴。

Claims (10)

1.一种平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置，其具备：一对平行的平板电极；以及主电压发生部，其对该平板电极施加非对称脉冲电压，以在该平板电极之间的离子分离空间内形成不均匀电场，该平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置在使缓冲气体于所述离子分离空间内沿与离子导入方向相同的方向以一定流速流通的状态下将来源于试样成分的离子导入至该离子分离空间，一方面通过缓冲气体的流动来传输该离子，另一方面通过所述不均匀电场的作用来控制离子的移动，由此，根据迁移率将离子分离，该平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置的特征在于，具备：

a)至少2根电场修正用电极，它们处于被所述平板电极夹住的离子分离空间内，为沿与离子的通过方向相同的方向延伸的棒状，且隔着该离子通过区域而配置；以及

b)电场修正用电压发生部，其对所述电场修正用电极施加将与所述非对称脉冲电压同步的脉冲电压和规定的直流电压相加而得的电压。

2.根据权利要求1所述的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置，其特征在于，

所述电场修正用电压发生部将非对称脉冲电压经电阻分割而生成的脉冲电压与规定的直流电压相加。

3.根据权利要求1所述的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置，其特征在于，

所述电场修正用电极的剖面外缘形状为圆形、椭圆形、多边形中的任一种。

4.根据权利要求1所述的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置，其特征在于，

所述电场修正用电极具有延伸部，所述延伸部较所述平板电极的离子出口侧端部而言进一步朝外侧延伸。

5.根据权利要求1所述的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置，其特征在于，

所述主电压发生部对一对平板电极中的一方施加比另一方的电位高的一定的附加直流电压，而且所述电场修正用电压发生部对隔着离子流的一对电场修正用电极中的一方施加比另一方的电位高的一定的附加直流电压。

6.根据权利要求1所述的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置，其特征在于，

在借助通过所述离子分离空间而根据迁移率比加以分离而形成的多个离子流中的、具有特定迁移率比的离子流到达的位置，配备有能够选择性地仅检测该离子流的大小的唯一的检测器。

7.根据权利要求1所述的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置，其特征在于，

在借助通过所述离子分离空间而根据迁移率比加以分离而形成的多个离子流中的、具有互不相同的多种特定迁移率比的离子流分别到达的位置，配备有能够选择性地分别检测这多个离子流的大小的多个检测器。

8.根据权利要求1所述的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置，其特征在于，

在借助通过所述离子分离空间而根据迁移率比加以分离而形成的多个离子流中的、具有互不相同的多种特定迁移率比的离子流到达的位置，配备有唯一的位置敏感型检测器，通过该位置敏感型检测器来分别检测所述多个离子流。

9.根据权利要求1所述的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置，其特征在于，

所述电场修正用电极在所述一对平板电极之间以在该电极的扩展方向上隔开的方式平行地设置有3根以上，相邻的2根电场修正用电极之间的空间分别为离子分离空间。

10.根据权利要求1所述的平行平板型不均匀电场离子迁移率分光装置，其特征在于，

所述电场修正用电极是将隔着离子通过区域而配置的多根电极设为1组，并以在与所述平板电极正交的方向上相互隔开的方式设置2组以上，

所述电场修正用电压发生部能够对所述2组以上的电场修正用电极中的每一组施加不同电压。

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