JP6237896B2 - 質量分析装置 - Google Patents
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Description
また、特許文献1には、イオン進行方向に円形状の開口面積が徐々に小さくなるアパーチャ電極をイオン光軸に沿って多数並べた構造のイオンファンネルと呼ばれるイオン輸送光学系が開示されている。イオンファンネルでは、イオン光軸方向に隣接するアパーチャ電極同士に位相が互いに180°反転した高周波電圧を印加することでイオンを収束させる高周波電場を形成する。
さらにまた、特許文献2には、プリント基板上に多数のリング状電極を略同心円状に形成した高周波カーペットと呼ばれるイオン輸送光学系が開示されている。高周波カーペットでは、同心円の径方向に隣接するリング状電極同士に位相が互いに180°反転した高周波電圧を印加することでイオンを収束させる高周波電場を形成する。
即ち、これらはいずれも、高周波電場の作用を利用したイオン輸送光学系である。
また、本発明の他の目的は、メンテナンス性が高く、除去すべき中性粒子による電極の汚染が少ないオフアクシス構造のイオン輸送装置を利用した質量分析装置を提供することにある。
前記イオン源の次の第1中間真空室の内部に、第1のイオン光軸に沿って入射して来たイオンを該第1のイオン光軸と同じ直線上に位置しない第2のイオン光軸に沿って出射させるオフアクシス構造のイオン輸送装置が配置され、該イオン輸送装置は、
a)高周波電場の作用により、前記第1のイオン光軸に沿ってイオンを収束させつつ輸送する前段イオン輸送部と、
b)高周波電場の作用により、前記第2のイオン光軸に沿ってイオンを収束させつつ輸送する後段イオン輸送部と、
c)前記前段イオン輸送部と前記後段イオン輸送部との間に配置され、該前段イオン輸送部から出射するイオンが前記後段イオン輸送部のイオン受け容れ範囲に達するように、そのイオンの進行方向を直流電場の作用により偏向させるイオン偏向部と、
を備えることを特徴としている。
したがって、本発明に係る質量分析装置では、電極の形状や構造が特殊であったり、或いは、印加する電圧の条件が複雑であったりするイオン輸送光学系を用いることなく、簡素な構造・構成でありながら高いイオン透過率を達成し、不所望の中性粒子は確実に除去することができる。また、イオン偏向部で直進した中性粒子が、後段イオン輸送部の各電極において少なくとも輸送されるイオンに向いた部分に当たらないような配置としておくことで、中性粒子による後段イオン輸送部の実質的な汚染(つまりイオンの収束や輸送に悪影響を与えるような汚染)を避けることができる。
即ち、本発明に係る第2の態様による質量分析装置は、試料成分由来のイオンを解離させるコリジョンセルを備えた質量分析装置であって、
前記コリジョンセルの内部に、第1のイオン光軸に沿って入射して来たイオンを該第1のイオン光軸と同じ直線上に位置しない第2のイオン光軸に沿って出射させるオフアクシス構造のイオン輸送装置が配置され、該イオン輸送装置は、
a)高周波電場の作用により、前記第1のイオン光軸に沿ってイオンを収束させつつ輸送する前段イオン輸送部と、
b)高周波電場の作用により、前記第2のイオン光軸に沿ってイオンを収束させつつ輸送する後段イオン輸送部と、
c)前記前段イオン輸送部と前記後段イオン輸送部との間に配置され、該前段イオン輸送部から出射するイオンが前記後段イオン輸送部のイオン受け容れ範囲に達するように、そのイオンの進行方向を直流電場の作用により偏向させるイオン偏向部と、
を備えることを特徴としている。
この第2の態様による質量分析装置では、試料成分由来のイオンの中で特定の質量電荷比を有するイオンを選択して前記コリジョンセルに導入する第1の質量分離部と、前記コリジョンセルでの解離により生成されたイオンを質量電荷比に応じて分離する第2の質量分離部と、をさらに備える構成とすることができる。
本発明に係る質量分析装置に用いられるイオン輸送装置の一実施例(第1実施例)及びこれを用いた質量分析装置である大気圧イオン化質量分析装置について説明する。図1は第1実施例のイオン輸送光学系の概略構成図、図2は第1実施例のイオン輸送光学系の電極部の概略斜視図、図3は第1実施例のイオン輸送光学系を用いた大気圧イオン化質量分析装置の概略構成図である。
このオフアクシス−イオン輸送光学系20は、直線状である第1イオン光軸C1を中心とし、その周りに回転対称に4本の円柱状のロッド電極211、212、213、214が配置された前段四重極イオンガイド21と、第1イオン光軸C1の延長線上でなく、該イオン光軸C1に平行な直線状である第2イオン光軸C2を中心とし、その周りに回転対称に4本の円柱状のロッド電極221、222、223、224が配置された後段四重極イオンガイド22と、を含む。前段四重極イオンガイド21は加熱キャピラリ6の出口端の直後に配置され、加熱キャピラリ6の出口の中心軸と第1イオン光軸C1とは一直線状である。一方、後段四重極イオンガイド22はスキマー7の手前に配置され、オリフィス71の中心軸と第2イオン光軸C2とは一直線状である。
また偏向直流電圧発生部33は、一対の平行平板電極231、232にそれぞれ所定の直流電圧を印加する。
なお、これら電圧発生部31、32、33はいずれも制御部30による制御に基づいて電圧を生成する。
このようにして、このオフアクシス−イオン輸送光学系では、単純な構造の四重極イオンガイドと平行平板電極との組み合わせによって、中性粒子を確実に排除しつつ、目的とする試料成分由来のイオンを効率良く案内して後段へと送ることができる。
また第1実施例のオフアクシス−イオン輸送光学系における前段、後段四重極イオンガイド21、22に代えて、各ロッド電極を複数の電極板からなる仮想ロッド電極に置き換えた四重極アレイ型イオンガイドや四重極以外の多重極アレイ型イオンガイドを用いることもできる。四重極アレイ型イオンガイドを用いた第2実施例のオフアクシス−イオン輸送光学系20Aの概略構成を、図4に示す。また図5は四重極アレイ型イオンガイドの電極部の概略斜視図である。図4では第1実施例のオフアクシス−イオン輸送光学系と同じ構成要素に同じ符号を付してある。
このシミュレーション結果は第2実施例のオフアクシス−イオン輸送光学系20Aに基づくものであるが、上述した理由から、第1実施例のオフアクシス−イオン輸送光学系20でもほぼ同等のイオン透過率を達成し得ることは明らかである。
図7は、第3実施例のオフアクシス−イオン輸送光学系20Bの概略構成図である。この実施例では、前段のイオン輸送部として四重極イオンガイド21を用い、後段のイオン輸送部として高周波カーペット22Bを用いている。図8はこの高周波カーペット22Bの電極部の概略斜視図である。
なお、高周波カーペット22Bとしては特許文献2に記載の構成のものを利用してもよいが、本願出願人が出願したPCT/JP2003/066564号に記載の高周波カーペットを利用するとさらに好ましい。
図9は、第4実施例のオフアクシス−イオン輸送光学系20Cの概略構成図である。この実施例では、第3実施例のオフアクシス−イオン輸送光学系20Bにおける前段四重極イオンガイド21を、第2実施例で用いたような四重極アレイ型イオンガイド21Aに置き換えている。こうした構成でも、上記実施例と同様の効果が達成されることは明らかである。
図10は、第5実施例のオフアクシス−イオン輸送光学系20Dの概略構成図である。この実施例では、前段のイオン輸送部として四重極イオンガイド21を用い、後段のイオン輸送部として特許文献1等に記載されている一般的なイオンファンネル22Cを用いている。周知のようにイオンファンネルは、導入されたイオンを効率良くその中心軸付近に絞るように収束させることができるから、こうした構成でも、上記実施例と同様の効果が達成されることは明らかである。
図11は、第6実施例のオフアクシス−イオン輸送光学系20Eの概略構成図である。この実施例では、前段のイオン輸送部として四重極アレイ型イオンガイド21Aを用い、後段のイオン輸送部として第5実施例と同様に、イオンファンネル22Cを用いている。こうした構成でも、上記実施例と同様の効果が達成されることは明らかである。
図12は、第7実施例のオフアクシス−イオン輸送光学系20Fの概略構成図である。この実施例では、前段及び後段のイオン輸送部としていずれも、イオンファンネル21B、22Cを用いている。こうした構成でも、上記実施例と同様の効果が達成されることは明らかである。
2…第1中間真空室
3…第2中間真空室
4…分析室
5…エレクトロスプレイノズル
6…加熱キャピラリ
7…スキマー
71…オリフィス
8…イオンガイド
9…四重極マスフィルタ
10…イオン検出器
20、20A、20B、20C、20D、20E、20F…オフアクシス−イオン輸送光学系
21…前段四重極イオンガイド
211、212、213、214、221、222、223、224…ロッド電極
21A…後段四重極アレイ型イオンガイド
211A、212A、213A、214A…仮想ロッド電極
21B、22C…イオンファンネル
22…後段四重極イオンガイド
22A…後段四重極アレイ型イオンガイド
22B…高周波カーペット
22B1、22B2、22B3、22B4、22B5…リング状電極
23、23A、23B…イオン偏向部
231、232…平板電極
233、235…外側電極
234…内側電極
30…制御部
31…第1高周波/直流電圧発生部
32…第2高周波/直流電圧発生部
33…偏向直流電圧発生部
40…前段四重極マスフィルタ
41…コリジョンセル
411…イオン入射口
412…イオン出射口
42…オフアクシス−イオン輸送光学系
43…前段四重極イオンガイド
44…後段四重極イオンガイド
45…イオン偏向部
46…後段四重極マスフィルタ
C1、C3…第1イオン光軸
C2、C4…第2イオン光軸
Claims (11)
- 略大気圧雰囲気の下で試料成分をイオン化するイオン源と、イオンを質量電荷比に応じて分離する質量分離部が配置された高真空雰囲気に維持される分析室と、の間に、その真空度が順番に高くなるn個(ただし、nは1以上の整数)の中間真空室を備えた質量分析装置であって、
前記イオン源の次の第1中間真空室の内部に、第1のイオン光軸に沿って入射して来たイオンを該第1のイオン光軸と同じ直線上に位置しない第2のイオン光軸に沿って出射させるオフアクシス構造のイオン輸送装置が配置され、該イオン輸送装置は、
a)高周波電場の作用により、前記第1のイオン光軸に沿ってイオンを収束させつつ輸送する前段イオン輸送部と、
b)高周波電場の作用により、前記第2のイオン光軸に沿ってイオンを収束させつつ輸送する後段イオン輸送部と、
c)前記前段イオン輸送部と前記後段イオン輸送部との間に配置され、該前段イオン輸送部から出射するイオンが前記後段イオン輸送部のイオン受け容れ範囲に達するように、そのイオンの進行方向を直流電場の作用により偏向させるイオン偏向部と、
を備えることを特徴とする質量分析装置。 - 請求項1に記載の質量分析装置であって、
前記イオン源から前記第1中間真空室へイオンを送るイオン導入部の中心軸が前記第1のイオン光軸の直線上に位置し、前記第1中間真空室から次の第2中間真空室又は分析室へとイオンを送るイオン通過開口部の中心軸が前記第2のイオン光軸の直線上に位置することを特徴とする質量分析装置。 - 試料成分由来のイオンを解離させるコリジョンセルを備えた質量分析装置であって、
前記コリジョンセルの内部に、第1のイオン光軸に沿って入射して来たイオンを該第1のイオン光軸と同じ直線上に位置しない第2のイオン光軸に沿って出射させるオフアクシス構造のイオン輸送装置が配置され、該イオン輸送装置は、
a)高周波電場の作用により、前記第1のイオン光軸に沿ってイオンを収束させつつ輸送する前段イオン輸送部と、
b)高周波電場の作用により、前記第2のイオン光軸に沿ってイオンを収束させつつ輸送する後段イオン輸送部と、
c)前記前段イオン輸送部と前記後段イオン輸送部との間に配置され、該前段イオン輸送部から出射するイオンが前記後段イオン輸送部のイオン受け容れ範囲に達するように、そのイオンの進行方向を直流電場の作用により偏向させるイオン偏向部と、
を備えることを特徴とする質量分析装置。 - 請求項3に記載の質量分析装置であって、
試料成分由来のイオンの中で特定の質量電荷比を有するイオンを選択して前記コリジョンセルに導入する第1の質量分離部と、前記コリジョンセルでの解離により生成されたイオンを質量電荷比に応じて分離する第2の質量分離部と、をさらに備え、前記イオン輸送装置における前記第1のイオン光軸と前記第2のイオン光軸とは交差した状態であり、前記コリジョンセルを挟んで前記第1の質量分離部と前記第2の質量分離部とを非一直線状に配置してなることを特徴とする質量分析装置。 - 請求項1又は3に記載の質量分析装置であって、
前記イオン輸送装置において、前記前段イオン輸送部と前記後段イオン輸送部の少なくともいずれか一方が、多重極ロッド型のイオンガイドであることを特徴とする質量分析装置。 - 請求項1又は3に記載の質量分析装置であって、
前記イオン輸送装置において、前記前段イオン輸送部と前記後段イオン輸送部の少なくともいずれか一方が、略平行に並べられた複数の電極板からなる仮想的なロッド電極を複数用いた多重極アレイ型のイオンガイドであることを特徴とする質量分析装置。 - 請求項1又は3に記載の質量分析装置であって、
前記イオン輸送装置において、前記前段イオン輸送部と前記後段イオン輸送部の少なくともいずれか一方が、イオンファンネルであることを特徴とする質量分析装置。 - 請求項1又は3に記載の質量分析装置であって、
前記イオン輸送装置において、前記後段イオン輸送部が高周波カーペットであることを特徴とする質量分析装置。 - 請求項1、3、5〜8のいずれか1項に記載の質量分析装置であって、
前記第1のイオン光軸と前記第2のイオン光軸とは平行であることを特徴とする質量分析装置。 - 請求項9に記載の質量分析装置であって、
前記イオン偏向部は、第1のイオン光軸及び第2のイオン光軸を含む面に直交するように設けられた平行平板電極を含むことを特徴とする質量分析装置。 - 請求項1、3、5〜10のいずれか1項に記載の質量分析装置であって、
前記後段イオン輸送部は、前記第1のイオン光軸の延長線上を外れて配置されていることを特徴とするイオン輸送装置。
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