JP6759321B2 - Multiple pole ion guide - Google Patents
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Description
本発明は、イオンガイド及びそれを用いた質量分析装置に関する。 The present invention relates to an ion guide and a mass spectrometer using the ion guide.
イオンガイドは質量分析装置内でイオンを輸送するのに広く用いられている。特許文献1には、多重極(四重極、六重極、八重極など)の平行なロッド電極で構成される多重極イオンガイドが開示されている。特許文献2には、イオンが2つのイオンガイド間の擬ポテンシャル障壁をDCポテンシャルにより乗り越えることでイオンガイド間移動するイオンガイドが開示されている。特許文献3には、2つの独立した多重極イオンガイドを組み合わせて、1つの多重極イオンガイドを形成するイオンガイドが開示されている。 Ion guides are widely used to transport ions within mass spectrometers. Patent Document 1 discloses a multiple pole ion guide composed of parallel rod electrodes of multiple poles (quadrupole, hexapole, octupole, etc.). Patent Document 2 discloses an ion guide in which ions move between ion guides by overcoming a pseudopotential barrier between two ion guides by a DC potential. Patent Document 3 discloses an ion guide that combines two independent multi-pole ion guides to form one multi-pole ion guide.
特許文献1に記載のイオンガイドでは、気流とイオンガイドの擬ポテンシャルの中心がほぼ同軸となるように入射されるため、イオンと気流を分離できないという問題があった。 In the ion guide described in Patent Document 1, since the airflow and the center of the pseudopotential of the ion guide are incident so as to be substantially coaxial, there is a problem that the ion and the airflow cannot be separated.
特許文献2のイオンガイドでは2つのイオンガイドの軸の間に擬ポテンシャル障壁が存在する。このため、イオンを一方のイオンガイドから他方のイオンガイドに移動するには、擬ポテンシャル障壁よりも十分高いDC電界を印加する必要がある。しかし、高いDC電界を印加すると擬ポテンシャル障壁を乗り越えた後のイオンの運動エネルギーが高くなり、イオンガイド外にイオンが排出される。このため、イオンガイドの透過効率が低いという問題があった。また、特許文献2の方式は高次の多重極イオンガイドやリングスタック型のイオンガイドには適用可能であるが、四重極などの次数の低い多重極に適用するのは困難である。そのため四重極イオンガイドなど次数の低い多重極イオンガイドと比較するとイオンを収束する性能が低いという問題もあった。 In the ion guide of Patent Document 2, a pseudopotential barrier exists between the axes of the two ion guides. Therefore, in order to move ions from one ion guide to the other ion guide, it is necessary to apply a DC electric field sufficiently higher than the pseudopotential barrier. However, when a high DC electric field is applied, the kinetic energy of the ions after overcoming the pseudopotential barrier increases, and the ions are discharged out of the ion guide. Therefore, there is a problem that the permeation efficiency of the ion guide is low. Further, although the method of Patent Document 2 can be applied to a high-order multi-pole ion guide or a ring stack type ion guide, it is difficult to apply it to a low-order multiple pole such as a quadrupole. Therefore, there is also a problem that the performance of converging ions is low as compared with a multi-pole ion guide having a low order such as a quadrupole ion guide.
特許文献3には気流が存在する条件下での動作に関する記述はない。また、特許文献3には、イオンガイドを構成するロッド電極の一部のロッドに他のロッド電極と異なるDC電圧を印加する記述はなく、イオンは擬ポテンシャルの極小点付近に分布するという問題があった。 Patent Document 3 does not describe the operation in the presence of airflow. Further, Patent Document 3 does not describe applying a DC voltage different from that of other rod electrodes to some rods of the rod electrodes constituting the ion guide, and there is a problem that ions are distributed near the minimum point of the pseudopotential. there were.
本発明は、気流とイオンを分離することができ、かつイオン透過効率が高いイオンガイドを実現するものである。 The present invention realizes an ion guide capable of separating airflow and ions and having high ion permeation efficiency.
本発明によるイオンガイドは、第1の中心軸を有しイオンと気流が導入される第1のロッド電極セットと、第1の中心軸から離間した第2の中心軸を有しイオンが排出される第2のロッド電極セットと、第1のロッド電極セットと第2のロッド電極セットに電圧を印加する電源とを有し、第1のロッド電極セットと第2のロッド電極セットは長手方向に重なり合う領域を有し、当該重なり合う領域において組み合わされて単一の多重極イオンガイドを形成し、第1のロッド電極セットと第2のロッド電極セットは電源からそれぞれ異なるオフセットDC電圧が印加され、オフセットDC電圧は、第1のロッド電極セットによってガイドされてきたイオンを重なり合う領域において第2のロッド電極セットに移動させるDCポテンシャルを形成するものである。 The ion guide according to the present invention has a first rod electrode set having a first central axis into which ions and airflow are introduced, and a second central axis separated from the first central axis, and ions are discharged. It has a second rod electrode set, a power source for applying a voltage to the first rod electrode set and the second rod electrode set, and the first rod electrode set and the second rod electrode set are in the longitudinal direction. It has overlapping regions and is combined in the overlapping regions to form a single multi-pole ion guide, and the first rod electrode set and the second rod electrode set are offset by applying different offset DC voltages from the power supply. The DC voltage forms a DC potential that moves the ions guided by the first rod electrode set to the second rod electrode set in the overlapping region.
本発明の一態様によると、第1のロッド電極セット及び第2のロッド電極セットは四重極であり、前記単一の多重極イオンガイドは六重極である。 According to one aspect of the present invention, the first rod electrode set and the second rod electrode set are quadrupole, and the single multipole ion guide is hex pole.
また、本発明の別の態様によると、第1のロッド電極セット及び第2のロッド電極セットは四重極であり、前記単一の多重極イオンガイドは八重極である。 Further, according to another aspect of the present invention, the first rod electrode set and the second rod electrode set are quadrupole, and the single multi-pole ion guide is octupole.
本発明によれば、気流とイオンを分離することができ、かつイオン透過効率が高いイオンガイドを実現できる。 According to the present invention, an ion guide capable of separating airflow and ions and having high ion permeation efficiency can be realized.
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
[実施例1]
図1は、本発明のイオンガイドを用いた質量分析装置の構成例を示す断面模式図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Example 1]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of a mass spectrometer using the ion guide of the present invention.
エレクトロスプレーイオン源、大気圧化学イオン源、大気圧光イオン源、大気圧マトリックス支援レーザー脱離イオン源などのイオン源14で生成されたイオンは、気流とともに細孔18を通過して質量分析装置の真空室に導入される。細孔18から直接差動排気部12に導入してもよいし、図1のように中間真空室17を経て細孔10から差動排気部12に導入してもよい。差動排気部12にはイオンを輸送するためのイオンガイド4が設置されていて、真空ポンプ15で排気される。イオンガイド4にはイオンガイド電源300から電圧が印加されている。後述するようにイオンガイド4で気流101と分離されたイオン100は、細孔11を通過して質量分析部13へと導入される。質量分析部13は真空ポンプ16で排気されている。本実施例のイオンガイドが動作する圧力は10000Pa〜10-3Pa程度である。特に10000Pa〜10Paでは中性気体分子との衝突でイオンの運動エネルギーが冷却されるためにイオンを効率よく収束することができる。 The ions generated by the ion source 14 such as the electrospray ion source, the atmospheric pressure chemical ion source, the atmospheric pressure photo ion source, and the atmospheric pressure matrix-assisted laser desorption ion source pass through the pores 18 together with the air flow and are mass spectrometers. Introduced into the vacuum chamber of. It may be introduced directly from the pores 18 into the differential exhaust section 12, or may be introduced from the pores 10 into the differential exhaust section 12 via the intermediate vacuum chamber 17 as shown in FIG. An ion guide 4 for transporting ions is installed in the differential exhaust unit 12, and is exhausted by the vacuum pump 15. A voltage is applied to the ion guide 4 from the ion guide power supply 300. As will be described later, the ions 100 separated from the air flow 101 by the ion guide 4 pass through the pores 11 and are introduced into the mass spectrometer 13. The mass spectrometer 13 is exhausted by the vacuum pump 16. The operating pressure of the ion guide of this embodiment is about 10,000 Pa to -3 Pa. In particular, at 10000 Pa to 10 Pa, the kinetic energy of the ions is cooled by the collision with the neutral gas molecules, so that the ions can be efficiently converged.
図2は、穴径dに対して厚さが十分小さい細孔の場合に、細孔203を通して圧力p0のチャンバー208から圧力p1のチャンバー209に導入される気流の模式図である。図中に矢印で示したように気流の入射方向202は細孔203が設けられた平面に対して垂直方向である。細孔203の前後の圧力差に応じてバレルショック200やマッハディスク201が形成され、マッハディスク以降はマッハディスクとほぼ同じ直径で気流が直進する。マッハディスク201の直径Djetは以下の式で与えられる。
[式1]
FIG. 2 is a schematic view of an air flow introduced from the chamber 208 at pressure p 0 to the chamber 209 at pressure p 1 through the pore 203 in the case of pores having a thickness sufficiently smaller than the hole diameter d. As shown by the arrows in the figure, the incident direction 202 of the airflow is the direction perpendicular to the plane provided with the pores 203. A barrel shock 200 and a Mach disk 201 are formed according to the pressure difference before and after the pores 203, and after the Mach disk, the airflow travels straight with a diameter substantially the same as that of the Mach disk. The diameter D jet of the Mach disk 201 is given by the following equation.
[Equation 1]
図3は、穴径dに対して厚さが十分大きい細管の場合に、細管204を通して圧力p0のチャンバー208から圧力p1のチャンバー209に導入される気流の模式図である。細管の場合も、細孔の場合と同様にマッハディスク201が形成され、マッハディスク以降はマッハディスクとほぼ同じ直径で気流が直進する。細管の場合、気流の方向202は細管204の中心軸方向である。 FIG. 3 is a schematic view of an air flow introduced from the chamber 208 at pressure p 0 to the chamber 209 at pressure p 1 through the thin tube 204 in the case of a thin tube having a thickness sufficiently larger than the hole diameter d. In the case of the thin tube, the Mach disk 201 is formed as in the case of the pores, and after the Mach disk, the airflow travels straight with a diameter substantially the same as that of the Mach disk. In the case of a thin tube, the direction 202 of the air flow is the central axis direction of the thin tube 204.
図4から図7は、本実施例のイオンガイドの構成例を示す模式図である。図4はイオンガイド全体を示す斜視模式図、図5はイオンガイドをY軸方向から見た概略図、図6は図4中に(i)、(ii)、(iii)で示した位置の径方向(YZ平面)断面模式図、図7は一部のロッド電極21a,21d、及びロッド電極22b,22cのXY平面の断面模式図である。 4 to 7 are schematic views showing a configuration example of the ion guide of this embodiment. FIG. 4 is a schematic perspective view showing the entire ion guide, FIG. 5 is a schematic view of the ion guide viewed from the Y-axis direction, and FIG. 6 is a schematic view of the positions shown by (i), (ii), and (iii) in FIG. A schematic cross-sectional view in the radial direction (YZ plane), FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a part of the rod electrodes 21a and 21d and the rod electrodes 22b and 22c in the XY plane.
イオンと気流が導入される側のロッド電極の組21をロッド電極セット1、イオンが排出される側のロッド電極の組22をロッド電極セット2と定義する。本実施例では、ロッド電極セット1は、4本のロッド電極21a,21b,21c,21dによって構成され、ロッド電極セット2は4本のロッド電極22a,22b,22c,22dによって構成される。また、ロッド電極セット1のイオンと気流26が導入される側の端をイオンガイド入口24、ロッド電極セット2のイオンが排出される側の端をイオンガイド出口25とする。ロッド電極の形状は、図4に示したような円柱に近い形状でも、角柱や多角形でもよい。ロッド電極21d,22c,21a,22bは、ロッド電極21d,22cの組、及びロッド電極21a,22bの組で一つの円柱や角柱を近似するように半円柱などの形状をとる。隣接するロッド電極21dとロッド電極22c、及びロッド電極21aとロッド電極22bの間隔は、0.1mm〜2mm程度である。 The rod electrode set 21 on the side where ions and airflow are introduced is defined as the rod electrode set 1, and the rod electrode set 22 on the side where ions are discharged is defined as the rod electrode set 2. In this embodiment, the rod electrode set 1 is composed of four rod electrodes 21a, 21b, 21c, 21d, and the rod electrode set 2 is composed of four rod electrodes 22a, 22b, 22c, 22d. Further, the end on the side where the ions and the air flow 26 of the rod electrode set 1 are introduced is the ion guide inlet 24, and the end on the side where the ions of the rod electrode set 2 are discharged is the ion guide outlet 25. The shape of the rod electrode may be a shape close to a cylinder as shown in FIG. 4, a prism or a polygon. The rod electrodes 21d, 22c, 21a, 22b have a shape such as a semi-cylinder or a prism with a set of rod electrodes 21d, 22c and a set of rod electrodes 21a, 22b so as to approximate one cylinder or prism. The distance between the adjacent rod electrode 21d and the rod electrode 22c, and the distance between the rod electrode 21a and the rod electrode 22b is about 0.1 mm to 2 mm.
ロッド電極セット1の中心軸とロッド電極セット2の中心軸は互いに平行であるが、Z軸方向に一定距離だけずれている。また、ロッド電極セット1とロッド電極セット2は長手方向の一部領域で重なり合い、当該重なり合った領域において図6に示すようにロッド電極セット1とロッド電極セット2のロッド電極同士が組み合わされて単一の多重極イオンガイドを形成している。 The central axis of the rod electrode set 1 and the central axis of the rod electrode set 2 are parallel to each other, but are deviated by a certain distance in the Z-axis direction. Further, the rod electrode set 1 and the rod electrode set 2 overlap in a part of the longitudinal direction, and in the overlapping region, the rod electrodes of the rod electrode set 1 and the rod electrode set 2 are combined as shown in FIG. It forms one multi-pole ion guide.
図6中の符号“+”、“−”は、イオンガイド電源300からロッド電極に印加されるRF電圧の位相を示す。同じ符号が付されたロッド電極には同位相、同振幅、同周波数のRF電圧が印加される。同じロッド電極セットでは対向するロッド電極が同位相、隣接するロッド電極が逆位相となるようにRF電圧が印加される。また、また異なるロッド電極セットで隣接するロッド電極21d,22c及びロッド電極21a,22bには同位相、同振幅、同周波数のRF電圧を印加する。このように電圧を印加することで電極間の間隔が狭いロッド電極21d,22c及びロッド電極21a,22b間にRF電圧の電位差が発生せず、放電を防ぐことができる。 Reference numerals “+” and “−” in FIG. 6 indicate the phase of the RF voltage applied to the rod electrode from the ion guide power supply 300. RF voltages of the same phase, the same amplitude, and the same frequency are applied to the rod electrodes with the same reference numerals. In the same rod electrode set, RF voltage is applied so that the opposing rod electrodes are in phase and the adjacent rod electrodes are in opposite phase. Further, RF voltages having the same phase, the same amplitude, and the same frequency are applied to the adjacent rod electrodes 21d and 22c and the rod electrodes 21a and 22b with different rod electrode sets. By applying the voltage in this way, a potential difference in RF voltage is not generated between the rod electrodes 21d and 22c and the rod electrodes 21a and 22b in which the distance between the electrodes is narrow, and discharge can be prevented.
また、ロッド電極セットにはRF電圧に加えてDCのオフセット電圧が印加される。同じロッド電極セットに含まれるロッド電極には同じオフセットDC電圧が印加される。オフセットDC電圧は測定する試料のイオンをロッド電極セット1からロッド電極セット2の方向に動かす電界が形成されるよう印加する。すなわち正イオンを測定する場合には、ロッド電極セット1にロッド電極セット2よりも高い電位になるオフセットDC電圧を印加し、負イオンを測定する場合にはロッド電極セット1にロッド電極セット2よりも低いオフセット電圧を印加する。ロッド電極セット1とロッド電極セット2のDCオフセットの差を、0.1V以上100V以下に設定すると、イオンを効率よくロッド電極セット1側からロッド電極セット2側に移動することができる。 Further, a DC offset voltage is applied to the rod electrode set in addition to the RF voltage. The same offset DC voltage is applied to the rod electrodes included in the same rod electrode set. The offset DC voltage is applied so as to form an electric field that moves the ions of the sample to be measured in the direction from the rod electrode set 1 to the rod electrode set 2. That is, when measuring positive ions, an offset DC voltage having a higher potential than that of the rod electrode set 2 is applied to the rod electrode set 1, and when measuring negative ions, the rod electrode set 1 is applied to the rod electrode set 2 from the rod electrode set 2. Also apply a low offset voltage. When the difference in DC offset between the rod electrode set 1 and the rod electrode set 2 is set to 0.1 V or more and 100 V or less, ions can be efficiently moved from the rod electrode set 1 side to the rod electrode set 2 side.
図5に示すように、ロッド電極セット2のイオンガイド入口側の末端にインキャップ電極23を配置して、ここにイオンをイオンガイド出口25の方向に押し込むDC電圧を印加するとイオンのロスを低減することもできる。インキャップ電極23に印加される電圧は正イオンを測定する場合にはロッド電極セット2に印加されるオフセットDC電圧よりも高く、負イオンを測定する場合にはロッド電極セット2に印加されるオフセットDC電圧よりも低く設定する。 As shown in FIG. 5, when an in-cap electrode 23 is arranged at the end of the rod electrode set 2 on the ion guide inlet side and a DC voltage for pushing ions in the direction of the ion guide outlet 25 is applied, ion loss is reduced. You can also do it. The voltage applied to the incap electrode 23 is higher than the offset DC voltage applied to the rod electrode set 2 when measuring positive ions, and the offset applied to the rod electrode set 2 when measuring negative ions. Set lower than the DC voltage.
図8は、イオンガイド電源の一例を示す模式図である。イオンガイド電源300は、ロッド電極セット1のオフセット電圧を生成するDC電源301、ロッド電極セット2のオフセット電圧を生成するDC電源302、及び180度位相が異なる2相のRF電圧を生成するRF電源303からなり、各ロッド電極にそれぞれオフセット電圧とRF電圧を印加する。 FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of an ion guide power supply. The ion guide power supply 300 includes a DC power supply 301 that generates the offset voltage of the rod electrode set 1, a DC power supply 302 that generates the offset voltage of the rod electrode set 2, and an RF power supply that generates a two-phase RF voltage that is 180 degrees out of phase. It is composed of 303, and an offset voltage and an RF voltage are applied to each rod electrode, respectively.
図4及び図5に示すように、本実施例のイオンガイドは領域1〜3の3つの領域に分けられる。各領域でロッド電極の組21,22の径方向(YZ平面)における位置関係が異なり、結果として形成される擬ポテンシャルも異なる。
領域1ではロッド電極セット1の四本のロッド電極がほぼ正方形の頂点付近の位置に配置され、四重極イオンガイドが形成される。ロッド電極セット1の四本のロッド電極に印加されるRF電圧により径方向(YZ平面)の擬ポテンシャルが形成される。
As shown in FIGS. 4 and 5, the ion guide of this embodiment is divided into three regions, regions 1 to 3. The positional relationship of the rod electrode sets 21 and 22 in the radial direction (YZ plane) is different in each region, and the resulting pseudopotential is also different.
In the region 1, the four rod electrodes of the rod electrode set 1 are arranged at positions near the vertices of a substantially square shape, and a quadrupole ion guide is formed. A radial (YZ plane) pseudopotential is formed by the RF voltage applied to the four rod electrodes of the rod electrode set 1.
擬ポテンシャルは、イオンの運動が追随できない速度で変動する電界が印加された場合にイオンに時間平均として作用する力を与えるポテンシャルで以下の式で与えられる。
[式2]
Pseudopotential is the potential that gives the ions a force that acts as a time average when an electric field that fluctuates at a speed that the movement of the ions cannot follow is applied, and is given by the following equation.
[Equation 2]
ここでmはイオンの質量、Zはイオンの価数、eは電気素量、ΩはRF電圧の周波数、Eは電界である。 Here, m is the mass of the ion, Z is the valence of the ion, e is the elementary charge, Ω is the frequency of the RF voltage, and E is the electric field.
図9はイオンガイドによって生成されるポテンシャルを示す図であり、図9(A)は、領域1の径方向(YZ平面)の擬ポテンシャルを示す図である。また図9(B)は、図9(A)中に波線で示した軸におけるポテンシャルの高さをZ方向位置に対してプロットした図である。四重極の擬ポテンシャルは、RF電圧によって形成される電界が最小となる点を極小点とした二次関数となる。イオンガイドの中心軸は径方向(YZ平面)の擬ポテンシャルの極小点50を連結した線で定義する。領域1ではロッド電極セット1とロッド電極セット2の間には擬ポテンシャル障壁が存在するため、イオンはロッド電極セット間を移動することはできない。 FIG. 9 is a diagram showing the potential generated by the ion guide, and FIG. 9 (A) is a diagram showing a pseudo potential in the radial direction (YZ plane) of the region 1. Further, FIG. 9B is a diagram in which the height of the potential on the axis shown by the wavy line in FIG. 9A is plotted with respect to the position in the Z direction. The quadrupole pseudopotential is a quadratic function with the minimum point of the electric field formed by the RF voltage as the minimum point. The central axis of the ion guide is defined by a line connecting the minimum points 50 of the pseudopotential in the radial direction (YZ plane). In the region 1, a pseudopotential barrier exists between the rod electrode set 1 and the rod electrode set 2, so that ions cannot move between the rod electrode sets.
領域2では、ロッド電極セット1とロッド電極セット2が重なり合っている。また、図7に示すように、領域1及び領域3の位置からロッド電極21a,22bの組とロッド電極21d,22cの組の間隔が広がり、図6のように、ロッド電極21a,22bの組、ロッド電極21b、ロッド電極21c、ロッド電極21d,22cの組、ロッド電極22d、及びロッド電極22aがほぼ正六角形の頂点の位置に配置された六重極イオンガイドが形成される。ロッド電極21d,22cの組、ロッド電極21a,22bの組にはそれぞれ同位相、同振幅、同周波数のRF電圧が印加されるため、擬ポテンシャルを考える際にはロッド電極21a,22bの組、及びロッド電極21d,22cの組を、それぞれひとつの極とみなすことができる。 In the region 2, the rod electrode set 1 and the rod electrode set 2 overlap each other. Further, as shown in FIG. 7, the distance between the set of the rod electrodes 21a and 22b and the set of the rod electrodes 21d and 22c is widened from the positions of the regions 1 and 3, and as shown in FIG. 6, the set of the rod electrodes 21a and 22b is set. , The rod electrode 21b, the rod electrode 21c, the set of the rod electrodes 21d and 22c, the rod electrode 22d, and the rod electrode 22a are arranged at the positions of the apex of a regular hexagon to form a hexapole ion guide. Since RF voltages of the same phase, the same amplitude, and the same frequency are applied to the set of the rod electrodes 21d and 22c and the set of the rod electrodes 21a and 22b, respectively, when considering the pseudopotential, the set of the rod electrodes 21a and 22b, The pair of rod electrodes 21d and 22c can be regarded as one pole, respectively.
図10はイオンガイドによって生成されるポテンシャルを示す図であり、図10(A)は、領域2の径方向(YZ平面)の擬ポテンシャルを示す図である。また図10(B)は、図10(A)中に波線で示した軸におけるポテンシャルの高さをZ座標に対してプロットした図である。ロッド電極セット1、ロッド電極セット2が組み合わさり六重極を形成することで、ロッドに囲まれた領域の中心付近に極小点をもつ単一の擬ポテンシャルが形成される。図10(B)から明らかなように、ロッド電極セット1とロッド電極セット2の間には擬ポテンシャル障壁が存在せず、イオンが自由に行き来することができる。 FIG. 10 is a diagram showing the potential generated by the ion guide, and FIG. 10 (A) is a diagram showing a pseudo potential in the radial direction (YZ plane) of the region 2. Further, FIG. 10B is a diagram in which the height of the potential on the axis shown by the wavy line in FIG. 10A is plotted against the Z coordinate. By combining the rod electrode set 1 and the rod electrode set 2 to form a hexapole, a single pseudopotential having a minimum point is formed near the center of the region surrounded by the rods. As is clear from FIG. 10B, there is no pseudopotential barrier between the rod electrode set 1 and the rod electrode set 2, and ions can freely move back and forth.
一方、ロッド電極セット1とロッド電極セット2に印加したオフセットDC電圧の差により、径方向(YZ平面)にDCポテンシャルが形成される。図11はイオンガイドによって生成されるポテンシャルを示す図であり、図11(A)は、領域2の径方向(YZ平面)のDCポテンシャルを示す図である。また図11(B)は、図11(A)中に波線で示した軸におけるポテンシャルの高さをZ方向の位置に対してプロットした図である。このDCポテンシャルにより、イオンをZ方向(ロッド電極セット1からロッド電極セット2の方向)に動かす力が働く。本実施例のイオンガイドでは、ロッド電極セット1とロッド電極セット2そのものに異なるオフセットDC電圧を印加することで効果的にDCポテンシャルを形成することができる。一方、特許文献3のようにロッド電極以外の電極、例えばロッド電極に間隙挿入した電極などで形成されるDCポテンシャルは、ロッド電極によって遮蔽されるためイオンガイド内部に与える影響が小さく、また特にロッド電極の近傍においてポテンシャルが乱れるため、イオンのロスの要因にもなる。 On the other hand, a DC potential is formed in the radial direction (YZ plane) due to the difference between the offset DC voltage applied to the rod electrode set 1 and the rod electrode set 2. FIG. 11 is a diagram showing the potential generated by the ion guide, and FIG. 11 (A) is a diagram showing the DC potential in the radial direction (YZ plane) of the region 2. Further, FIG. 11B is a diagram in which the height of the potential on the axis shown by the wavy line in FIG. 11A is plotted with respect to the position in the Z direction. Due to this DC potential, a force that moves ions in the Z direction (direction from rod electrode set 1 to rod electrode set 2) acts. In the ion guide of this embodiment, the DC potential can be effectively formed by applying different offset DC voltages to the rod electrode set 1 and the rod electrode set 2 itself. On the other hand, the DC potential formed by an electrode other than the rod electrode, for example, an electrode in which a gap is inserted in the rod electrode as in Patent Document 3, has a small influence on the inside of the ion guide because it is shielded by the rod electrode, and particularly the rod. Since the potential is disturbed in the vicinity of the electrode, it also causes ion loss.
図12は、RF電圧による擬ポテンシャルとDCポテンシャルを足し合わせた合成ポテンシャルを示す図である。図12(A)はYZ面内の合成ポテンシャルを示し、図12(B)はZ軸に沿った合成ポテンシャルを示す。合成ポテンシャルの極小点51は、擬ポテンシャルの極小点よりロッド電極セット2側に位置する。また、合成ポテンシャルの極小点51は、イオンガイド領域2へのイオンの入射位置52よりロッド電極セット2の側に位置し、領域1においてロッド電極セット1によってガイドされてきたイオンを領域2においてロッド電極セット2側に移動させるように作用する。 FIG. 12 is a diagram showing a combined potential obtained by adding the pseudopotential due to the RF voltage and the DC potential. FIG. 12A shows the synthetic potential in the YZ plane, and FIG. 12B shows the synthetic potential along the Z axis. The minimum point 51 of the combined potential is located on the rod electrode set 2 side from the minimum point of the pseudopotential. Further, the minimum point 51 of the synthetic potential is located on the side of the rod electrode set 2 from the incident position 52 of the ions on the ion guide region 2, and the ions guided by the rod electrode set 1 in the region 1 are rodged in the region 2. It acts to move to the electrode set 2 side.
領域2と領域1、領域3の間の接続部分は、ほぼ90度に折れ曲がる構成でもゆるい角度で折れ曲がる構成でもよい。ゆるい角度で折れ曲がる場合、接続部分の径方向のポテンシャルは接続元のポテンシャルから接続先のポテンシャルに連続的に変化する。また、図4、図5に示すようにロッド電極セット1のロッド電極が領域3の入口まで存在していると、イオンを領域2から領域3の方向に移動させる電界が生じるため、イオンを領域2から領域3に効率よく輸送することができる。 The connecting portion between the area 2 and the areas 1 and 3 may be bent at a substantially 90 degree or at a loose angle. When bent at a loose angle, the radial potential of the connection portion continuously changes from the potential of the connection source to the potential of the connection destination. Further, as shown in FIGS. 4 and 5, when the rod electrode of the rod electrode set 1 exists up to the inlet of the region 3, an electric field for moving the ions from the region 2 to the region 3 is generated, so that the ions are transferred to the region. It can be efficiently transported from 2 to 3 areas.
領域3では領域2の位置から、ロッド電極21a,22bの組とロッド電極21d,22cの組の間隔が狭まり、ロッド電極セット2の四本のロッド電極がほぼ正方形の頂点付近の位置に配置される。領域1と同様に、ロッド電極セット2の4本のロッド電極により擬ポテンシャルが形成され、領域3におけるロッド電極セット2の中心軸にイオンを収束させる。四重極によって形成される擬ポテンシャルは、図9(B)のように極小点付近でのポテンシャルの傾きが高次の多重極やリングスタック型のイオンガイドより大きいため、イオンを軸上に収束させる効果が高い。イオンを収束する効果が高いほど、イオンがイオンガイドの後段の細孔11を透過する効率が高くなり、高感度な測定が可能になる。 In region 3, the distance between the pair of rod electrodes 21a and 22b and the pair of rod electrodes 21d and 22c is narrowed from the position of region 2, and the four rod electrodes of the rod electrode set 2 are arranged at positions near the apex of a square. To. Similar to the region 1, a pseudopotential is formed by the four rod electrodes of the rod electrode set 2, and the ions are converged on the central axis of the rod electrode set 2 in the region 3. As shown in FIG. 9B, the pseudopotential formed by the quadrupole has an inclination of the potential near the minimum point larger than that of the higher-order multiple poles or ring stack type ion guide, so the ions converge on the axis. The effect of making it is high. The higher the effect of converging the ions, the higher the efficiency with which the ions permeate the pores 11 in the subsequent stage of the ion guide, and the more sensitive the measurement becomes.
図13及び図14は、本実施例のイオンガイド内のイオンの流れについて、気流の影響を考慮したイオン軌道シミュレーションの結果を示す図である。図13(A)にY軸方向から見たイオンの軌道30を、図13(B)にY軸方向からみた気流に含まれる中性粒子の流れ31を示す。また、図14(A)にX軸方向から見たイオンの軌道を、図14(B)にイオンガイドの出口におけるイオンと中性粒子の分布範囲を示す。 13 and 14 are diagrams showing the results of ion orbit simulation in consideration of the influence of air flow for the flow of ions in the ion guide of this embodiment. FIG. 13A shows the ion orbit 30 seen from the Y-axis direction, and FIG. 13B shows the flow 31 of neutral particles contained in the airflow seen from the Y-axis direction. Further, FIG. 14 (A) shows the orbits of ions viewed from the X-axis direction, and FIG. 14 (B) shows the distribution range of ions and neutral particles at the outlet of the ion guide.
イオンは、細孔や細管を通してイオンガイド4が設置されている差動排気部12に導入される。細孔や細管の出口では、図2や図3に示すような気流が発生する。イオンはこの気流にそってイオンガイド4に導入される。気流は領域1におけるロッド電極セット1の中心軸とほぼ同軸に入射する。領域1におけるロッド電極セット1の中心軸と同軸にイオンを入射することで、イオンが図9(A)の擬ポテンシャルの中心軸50付近を流れることになり、イオンを効率よくイオンガイド4に導入することができる。また、図4のロッド電極セット1の擬ポテンシャルの内側に図2のマッハディスクが生成されるようにすると、イオンをイオンガイドの中心軸上に収束させる力により、マッハディスク付近での拡散による損失が抑えられ、イオンガイドの透過効率が向上する。イオンはロッド電極セット1で構成される四重極イオンガイドの中心軸上に収束される。 Ions are introduced into the differential exhaust section 12 in which the ion guide 4 is installed through pores and thin tubes. At the outlets of the pores and thin tubes, an air flow as shown in FIGS. 2 and 3 is generated. Ions are introduced into the ion guide 4 along this air flow. The airflow is incident on the central axis of the rod electrode set 1 in the region 1 substantially coaxially. By incident the ions coaxially with the central axis of the rod electrode set 1 in the region 1, the ions flow near the central axis 50 of the pseudopotential shown in FIG. 9 (A), and the ions are efficiently introduced into the ion guide 4. can do. Further, when the Mach disk of FIG. 2 is generated inside the pseudopotential of the rod electrode set 1 of FIG. 4, the force of converging the ions on the central axis of the ion guide causes the loss due to diffusion near the Mach disk. Is suppressed, and the permeation efficiency of the ion guide is improved. The ions are converged on the central axis of the quadrupole ion guide composed of the rod electrode set 1.
イオンは気流に沿って領域1から領域2に移動する。図12中に示したように、イオンが領域2に入射される位置52は、領域1においてロッド電極セット1で構成される四重極イオンガイドの中心軸の延長線付近である。イオンはロッド電極セット1とロッド電極セット2のオフセットDC電圧の差により、図13(A)及び図14(A)に示されるように図12に示した合成ポテンシャルの極小点51があるロッド電極セット2側に移動する。DCポテンシャルと擬ポテンシャルの[式2]を比較すると、同じ印加電圧ではDCポテンシャルのほうがイオンに与える力が大きい。このため、DCポテンシャルを用いることで、低い印加電圧でも効果的にイオンを気流から引き剥がすことができる。一方、気流に含まれる中性粒子や液滴は電界の影響を受けにくいため、図13(B)のようにX軸方向にそのまま直進する。このように、ロッド電極セット1とロッド電極セット2のオフセットDC電圧の差によって形成されるDCポテンシャルを用いることで、イオンと気流に含まれる中性粒子の分布を分離することができる。 Ions move from region 1 to region 2 along the airflow. As shown in FIG. 12, the position 52 where the ions are incident on the region 2 is near the extension line of the central axis of the quadrupole ion guide composed of the rod electrode set 1 in the region 1. Ions are rod electrodes with a minimum point 51 of the combined potential shown in FIG. 12 as shown in FIGS. 13 (A) and 14 (A) due to the difference in offset DC voltage between the rod electrode set 1 and the rod electrode set 2. Move to the set 2 side. Comparing the DC potential and the pseudopotential [Equation 2], the DC potential exerts a larger force on the ions at the same applied voltage. Therefore, by using the DC potential, ions can be effectively separated from the air flow even at a low applied voltage. On the other hand, since the neutral particles and droplets contained in the airflow are not easily affected by the electric field, they go straight in the X-axis direction as shown in FIG. 13B. In this way, by using the DC potential formed by the difference between the offset DC voltages of the rod electrode set 1 and the rod electrode set 2, the distribution of the neutral particles contained in the ions and the airflow can be separated.
領域2においてロッド電極セット2側に移動したイオンは、領域3のロッド電極セット2で構成される四重極イオンガイドに導入される。領域3では気流とイオンが分離されているため、気流によるイオンの拡散、気流中の密度が高いことによる収束への影響がない。そのため、イオンをイオンガイドの中心軸上に収束させやすい。イオンガイドの出口でイオンが狭い範囲に収束されていると、細孔11の透過率が高くなり高感度が得られる。 The ions that have moved to the rod electrode set 2 side in the region 2 are introduced into the quadrupole ion guide composed of the rod electrode set 2 in the region 3. Since the airflow and the ions are separated in the region 3, there is no influence on the diffusion of the ions by the airflow and the convergence due to the high density in the airflow. Therefore, it is easy to converge the ions on the central axis of the ion guide. When the ions are converged in a narrow range at the exit of the ion guide, the transmittance of the pores 11 becomes high and high sensitivity can be obtained.
図14(B)は、イオンガイドの出口25における気流に含まれる中性粒子の分布34とイオンの分布33を示す図である。気流はロッド電極セット1の領域1における中心軸とほぼ同軸に入射するため、気流に含まれる中性粒子はロッド電極セット1の中心軸の延長線上に分布する。一方、イオンはロッド電極セット2の中心軸付近に分布する。このため、本実施例のイオンガイドを用いることで、イオンガイドの出口25で気流に含まれる中性粒子の分布34とイオンの分布33がお互いに重なりあわないように分離できる。 FIG. 14B is a diagram showing the distribution 34 of neutral particles and the distribution 33 of ions contained in the air flow at the outlet 25 of the ion guide. Since the airflow is incident substantially coaxially with the central axis in the region 1 of the rod electrode set 1, the neutral particles contained in the airflow are distributed on the extension line of the central axis of the rod electrode set 1. On the other hand, the ions are distributed near the central axis of the rod electrode set 2. Therefore, by using the ion guide of this embodiment, the distribution 34 of the neutral particles and the distribution 33 of the ions contained in the air flow can be separated from each other so as not to overlap each other at the outlet 25 of the ion guide.
図15(A)は、本実施例のイオンガイドを用いて測定したレセルピン(m/z=609)の質量スペクトルを示す。また、図15(B)は、レセルピンのイオン信号強度をロッド電極セット1とロッド電極セット2のオフセットDC電圧の差に対してプロットした図である。ロッド電極セット1とロッド電極セット2のオフセットDC電圧の差が0Vの場合には、イオンはほとんど観測されなかった。これはイオンが図13(B)に示した気流の流れ31に沿って直進するためであると考えられる。ロッド電極セット1とロッド電極セット2のオフセットDC電圧の差が大きくなるとイオン信号強度は徐々に増加し、4V以上ではほぼ一定の値になった。これはオフセットDC電圧4V以上ではほぼすべてのイオンがロッド電極セット2に移動し、ロッド電極セット2の中心軸から排出されていることを示している。 FIG. 15A shows the mass spectrum of reserpine (m / z = 609) measured using the ion guide of this example. Further, FIG. 15B is a diagram in which the ion signal intensity of the reserpine is plotted against the difference between the offset DC voltages of the rod electrode set 1 and the rod electrode set 2. When the difference between the offset DC voltages of the rod electrode set 1 and the rod electrode set 2 was 0 V, almost no ions were observed. It is considered that this is because the ions travel straight along the air flow 31 shown in FIG. 13 (B). When the difference between the offset DC voltage of the rod electrode set 1 and the rod electrode set 2 became large, the ion signal intensity gradually increased and became a substantially constant value at 4 V or higher. This indicates that when the offset DC voltage is 4 V or more, almost all the ions move to the rod electrode set 2 and are discharged from the central axis of the rod electrode set 2.
本実施例のイオンガイドにより気流とイオンの分布を分離し、イオンの分布範囲の成分のみを切り出して質量分析部側に導入することで、イオンガイドより質量分析部側に導入される気体の流量が減り、真空ポンプの負荷が低下する。これにより排気速度が小さい、小型で安価な真空ポンプを使うことができるようになる。また、質量分析部のイオンのパスに気流に含まれる中性分子、気流に含まれる液滴が進入するのを防ぎ、装置のロバスト性も向上する。特に液滴はノイズの原因ともなるため、液滴の進入を防ぐことでS/Nも向上する。 By separating the airflow and the ion distribution by the ion guide of this embodiment, cutting out only the components in the ion distribution range and introducing them into the mass spectrometer side, the flow rate of the gas introduced into the mass spectrometer side from the ion guide. Is reduced, and the load on the vacuum pump is reduced. This makes it possible to use a small and inexpensive vacuum pump with a low exhaust speed. In addition, it prevents neutral molecules contained in the airflow and droplets contained in the airflow from entering the ion path of the mass spectrometer, and improves the robustness of the device. In particular, since the droplets cause noise, the S / N ratio is improved by preventing the droplets from entering.
[実施例2]
図16及び図17は、本発明のイオンガイドの他の実施例を示す構成図である。図16はイオンガイド全体を示す斜視模式図、図17はイオンガイドをY軸方向から見た概略図である。
[Example 2]
16 and 17 are block diagrams showing another embodiment of the ion guide of the present invention. FIG. 16 is a schematic perspective view showing the entire ion guide, and FIG. 17 is a schematic view of the ion guide viewed from the Y-axis direction.
本実施例のイオンガイドは、ロッド電極の組21、ロッド電極の組22がイオンガイドの長手方向(X軸方向)に複数のセグメントに分割されている点が実施例1と異なる。第1のロッド電極セット及び第2のロッド電極セットの各ロッド電極は長手方向の同一位置を分割点として複数のセグメントに分割され、各セグメントは互いに電気絶縁されている。電気絶縁の方法は、隣接するセグメント同士を離間させて間に隙間を設ける方法でもよいし、隣接するセグメントの間にセラミックなどの絶縁材料を介在させる方法でもよい。図にはロッド電極の組21,22をそれぞれ4つのセグメントに分割する例を示したが、セグメントの数は2個以上であればよい。 The ion guide of this embodiment is different from that of the first embodiment in that the rod electrode set 21 and the rod electrode set 22 are divided into a plurality of segments in the longitudinal direction (X-axis direction) of the ion guide. Each rod electrode of the first rod electrode set and the second rod electrode set is divided into a plurality of segments with the same position in the longitudinal direction as a dividing point, and each segment is electrically insulated from each other. The method of electrical insulation may be a method of separating adjacent segments and providing a gap between them, or a method of interposing an insulating material such as ceramic between adjacent segments. The figure shows an example in which the rod electrode sets 21 and 22 are each divided into four segments, but the number of segments may be two or more.
ロッド電極の組21及びロッド電極の組22は同一のX座標のYZ平面によって分割され、任意のX座標のYZ平面には同一のセグメントに含まれるロッド電極のみが存在する。ロッド電極の組21、ロッド電極の組22にはRF電圧、オフセットDC電圧に加えて、セグメント毎に独立にセグメントDC電圧が印加される。図18は、セグメントDC電圧の一例を示す図である。同一のセグメントに含まれるロッド電極には同一のセグメントDC電圧が印加される。正イオン測定時にイオンガイド入口からイオンガイド出口に向かってセグメントDC電圧が徐々に低くなるように設定すると、イオンをX軸方向に加速する電界が生じ、圧力が高い条件でもイオンガイド内部にイオンが停留するのを防ぐことができる。 The rod electrode set 21 and the rod electrode set 22 are divided by a YZ plane having the same X coordinate, and only rod electrodes included in the same segment are present in the YZ plane having an arbitrary X coordinate. In addition to the RF voltage and the offset DC voltage, the segment DC voltage is independently applied to the rod electrode group 21 and the rod electrode group 22 for each segment. FIG. 18 is a diagram showing an example of the segment DC voltage. The same segment DC voltage is applied to the rod electrodes included in the same segment. If the segment DC voltage is set to gradually decrease from the ion guide inlet to the ion guide outlet during positive ion measurement, an electric field that accelerates the ions in the X-axis direction is generated, and ions are generated inside the ion guide even under high pressure conditions. You can prevent it from staying.
一方、RF電圧とオフセットDC電圧は実施例1と同じように印加する。すなわち図6に同じ符号を付して示したロッド電極にはすべてのセグメントにおいて同一の位相、同一の振幅、同一の周波数のRF電圧を印加する。また、同じロッド電極セットに含まれるロッド電極の組には同じオフセットDC電圧を印加する。図19は、セグメントDC電圧とオフセットDC電圧の和を示す図である。図19において、61はロッド電極セット1の各セグメントに印加されるDC電圧を、62はロッド電極セット2の各セグメントに印加されるDC電圧を示し、60はオフセットDC電圧の差を示している。 On the other hand, the RF voltage and the offset DC voltage are applied in the same manner as in the first embodiment. That is, RF voltages having the same phase, the same amplitude, and the same frequency are applied to the rod electrodes shown with the same reference numerals in FIG. 6 in all segments. Further, the same offset DC voltage is applied to the set of rod electrodes included in the same rod electrode set. FIG. 19 is a diagram showing the sum of the segment DC voltage and the offset DC voltage. In FIG. 19, 61 indicates a DC voltage applied to each segment of the rod electrode set 1, 62 indicates a DC voltage applied to each segment of the rod electrode set 2, and 60 indicates a difference in offset DC voltage. ..
このとき各領域のYZ平面において擬ポテンシャルの極小点から見た相対的なポテンシャルは実施例1と同じになる。したがって、実施例1と同様に、領域1においてイオンをロッド電極セット1の中心軸に収束させ、領域2においてイオンを気流から分離してロッド電極セット1側からロッド電極セット2側に移動させ、領域3においてロッド電極セット2の中心軸上にイオンを収束させることが可能である。このように、ロッド電極をセグメントに分割した場合でも、実質的に実施例1と同じ機能を得ることができる。このことから、本実施例のようにイオンガイドの長手方向(X軸方向)でロッド電極をセグメントに分割した構成でも、長手方向に連続するセグメントの電極をまとめて一つのロッド電極として定義できる。 At this time, the relative potential seen from the minimum point of the pseudopotential on the YZ plane of each region is the same as that of the first embodiment. Therefore, similarly to the first embodiment, the ions are converged on the central axis of the rod electrode set 1 in the region 1, and the ions are separated from the air flow in the region 2 and moved from the rod electrode set 1 side to the rod electrode set 2 side. It is possible to converge the ions on the central axis of the rod electrode set 2 in the region 3. In this way, even when the rod electrode is divided into segments, substantially the same function as in the first embodiment can be obtained. From this, even in the configuration in which the rod electrode is divided into segments in the longitudinal direction (X-axis direction) of the ion guide as in the present embodiment, the electrodes of the segments continuous in the longitudinal direction can be collectively defined as one rod electrode.
[実施例3]
図20から図22は、本発明のイオンガイドの他の実施例を示す構成図である。図20はイオンガイド全体を示す斜視模式図、図21はイオンガイドをY軸方向から見た概略図、図22は図20中に(i)、(ii)、(iii)で示した位置の径方向(YZ平面)断面図である。ロッド電極の形状は、図20に示したような円柱に近い形状でも、角柱や多角形でもよい。
[Example 3]
20 to 22 are block diagrams showing another embodiment of the ion guide of the present invention. FIG. 20 is a schematic perspective view showing the entire ion guide, FIG. 21 is a schematic view of the ion guide viewed from the Y-axis direction, and FIG. 22 is the position shown by (i), (ii), and (iii) in FIG. It is a radial direction (YZ plane) sectional view. The shape of the rod electrode may be a shape close to a cylinder as shown in FIG. 20, a prism or a polygon.
イオンと気流が導入される側のロッド電極の組21をロッド電極セット1、イオンが排出される側のロッド電極の組22をロッド電極セット2とする。同じロッド電極セットに含まれるロッド電極には同じオフセットDC電圧を印加する。図22中の符号“+”、“−”はRF電圧の位相を示し、同じ符号が記入されたロッド電極には同位相、同振幅、同周波数のRF電圧を印加する。 The rod electrode set 21 on the side where ions and airflow are introduced is referred to as a rod electrode set 1, and the rod electrode set 22 on the side where ions are discharged is referred to as a rod electrode set 2. The same offset DC voltage is applied to the rod electrodes included in the same rod electrode set. Reference numerals “+” and “−” in FIG. 22 indicate the phase of the RF voltage, and RF voltages having the same phase, the same amplitude, and the same frequency are applied to the rod electrodes having the same reference numerals.
領域1ではロッド電極セット1の4本のロッド電極21a,21b,21c,21dにより四重極イオンガイドが形成される。領域2では領域1の位置からロッド電極セット1のロッド電極21a,21dとロッド電極セット2のロッド電極22b,22cの間隔が広がり、図22のように各ロッド電極がほぼ正八角形の頂点の位置にくる。ロッド電極セット1とロッド電極セット2が組み合わさり八重極を形成することで、ロッドに囲まれた領域の中心付近に極小点をもつ単一の擬ポテンシャルが形成される。ロッド電極セット1とロッド電極セット2の間には擬ポテンシャル障壁が存在せず、イオンが自由に行き来することができる。オフセットDC電圧を、測定する試料のイオンをロッド電極セット1からロッド電極セット2の方向に動かす電界が形成されるよう印加すると、領域2でイオンを気流から引き剥がしてロッド電極セット1側からロッド電極セット2側に移動させることができる。ロッド電極セット2側に移動したイオンは領域3に導入される。領域3ではロッド電極セット2の4本のロッド電極22a,22b,22c,22dにより4重極イオンガイドが形成され、イオンは4重極イオンガイドの中心軸上に収束する。本実施例では八重極を例に説明したが、10、12、16、20重極など八重極以上の多重極でもよい。 In region 1, a quadrupole ion guide is formed by the four rod electrodes 21a, 21b, 21c, and 21d of the rod electrode set 1. In the region 2, the distance between the rod electrodes 21a and 21d of the rod electrode set 1 and the rod electrodes 22b and 22c of the rod electrode set 2 is widened from the position of the region 1, and each rod electrode is located at the apex of a substantially octagon as shown in FIG. Come to By combining the rod electrode set 1 and the rod electrode set 2 to form an octupole, a single pseudopotential having a minimum point is formed near the center of the region surrounded by the rods. There is no pseudopotential barrier between the rod electrode set 1 and the rod electrode set 2, and ions can freely move back and forth. When the offset DC voltage is applied so as to form an electric field that moves the ions of the sample to be measured in the direction from the rod electrode set 1 to the rod electrode set 2, the ions are separated from the airflow in the region 2 and the rod is removed from the rod electrode set 1 side. It can be moved to the electrode set 2 side. The ions that have moved to the rod electrode set 2 side are introduced into the region 3. In region 3, the four rod electrodes 22a, 22b, 22c, and 22d of the rod electrode set 2 form a quadrupole ion guide, and the ions converge on the central axis of the quadrupole ion guide. In this embodiment, the octupole has been described as an example, but multiple poles of octupole or more such as 10, 12, 16, and 20 multiple poles may be used.
本実施例の構成では、ロッド電極21a,21d,22b,22cにも加工が容易で安価な円柱状のロッド電極を用いることができるため、実施例1に比べて安価である。一方、八重極など高次の多重極では擬ポテンシャルの中心付近の勾配がゆるいため、イオンが径方向の広い範囲に分布し、多重極から四重極への変形箇所でイオンの損失が発生しやすい。 In the configuration of this embodiment, since the rod electrodes 21a, 21d, 22b, and 22c can also use columnar rod electrodes that are easy to process and inexpensive, they are cheaper than those of the first embodiment. On the other hand, in higher-order multiple poles such as octupoles, the gradient near the center of the pseudopotential is gentle, so the ions are distributed over a wide range in the radial direction, and ion loss occurs at the deformation point from the multiple poles to the quadruple poles. Cheap.
[実施例4]
図23から図25は、本発明のイオンガイドの他の実施例を示す構成図である。図23はイオンガイド全体を示す斜視模式図、図24はイオンガイドをY軸方向から見た概略図、図25は図23中に(ii)、(iii)で示した位置の径方向(YZ平面)断面図である。
[Example 4]
23 to 25 are block diagrams showing another embodiment of the ion guide of the present invention. FIG. 23 is a schematic perspective view showing the entire ion guide, FIG. 24 is a schematic view of the ion guide viewed from the Y-axis direction, and FIG. 25 is a radial direction (YZ) of the positions indicated by (ii) and (iii) in FIG. Plane) Cross-sectional view.
本実施例のイオンガイドでは実施例1の領域1に相当する部分がなく、図25に示したようにイオンを含む気流26は領域2のロッド電極セット1のロッド電極21a,21b,21c,21dで囲まれた範囲に、イオンガイドの領域2の中心軸と平行に入射する。領域2、領域3における構成、印加電圧、及びイオンと気流の挙動は実施例1と同様である。 In the ion guide of this embodiment, there is no portion corresponding to the region 1 of the first embodiment, and as shown in FIG. 25, the airflow 26 containing ions is the rod electrodes 21a, 21b, 21c, 21d of the rod electrode set 1 of the region 2. The area surrounded by the ion guide is incident parallel to the central axis of the region 2. The configuration, applied voltage, and behavior of ions and airflow in the regions 2 and 3 are the same as those in the first embodiment.
本実施例の構成では、実施例1の構成に比べて構造が単純で安価であるという利点がある。一方、イオンを収束させる領域1の部分がないため、イオンガイドの透過効率自体は実施例1の構成よりも低くなる。 The configuration of the present embodiment has an advantage that the structure is simple and inexpensive as compared with the configuration of the first embodiment. On the other hand, since there is no region 1 for converging the ions, the permeation efficiency of the ion guide itself is lower than that of the first embodiment.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-described examples, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to those having all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.
4 イオンガイド
10,11 細孔
12 差動排気部
13 質量分析部
14 イオン源
17 中間真空室
18 細孔
21−22 ロッド電極セット
23 インキャップ電極
24 イオンガイド入口
25 イオンガイド出口
27 イオンの排出位置
30 イオン軌道
33 イオンの分布範囲
50 四重極イオンガイド中心軸
51 合成ポテンシャル極小点
91 イオンの分布
100 イオン
101 気流
200 バレルショック
201 マッハディスク
203 気流の入射方向
204 細管
300 イオンガイド電源
4 Ion guides 10, 11 Pore 12 Differential exhaust unit 13 Mass analysis unit 14 Ion source 17 Intermediate vacuum chamber 18 Pore 21-22 Rod electrode set 23 Incap electrode 24 Ion guide inlet 25 Ion guide outlet 27 Ion discharge position 30 Ion orbit 33 Ion distribution range 50 Quadrupole ion guide Central axis 51 Combined potential minimum point 91 Ion distribution 100 Ion 101 Airflow 200 Barrel shock 201 Mach disk 203 Airflow incident direction 204 Thin tube 300 Ion guide power supply
Claims (5)
第1のグループ及び第2のグループにグループ化され、擬ポテンシャル及び静電ポテンシャルを形成する複数の多重極電極と、
前記複数の多重極電極のそれぞれにRF電圧を印加するRF電源と、
前記第1のグループの多重極電極及び前記第2のグループの多重極電極にそれぞれ異なるオフセットDC電圧を印加するDC電源と、を備え、
前記多重極イオンガイドの中心軸に垂直な第1の平面に前記第1のグループの多重極電極のみが配置され、
第1の平面に平行であり、前記第1のグループの多重極電極及び前記第2のグループの多重極電極の両方が配置される第2の平面において前記擬ポテンシャルが極小点を持つように、前記RF電圧及び前記オフセットDC電圧が前記複数の多重極電極に印加され、前記第1のグループの多重極電極と前記第2のグループの多重極電極が形成する擬ポテンシャルの極小点が同一であり、
前記第2の平面において、前記擬ポテンシャルと前記静電ポテンシャルの合成ポテンシャルが前記擬ポテンシャルの前記極小点と異なる位置に極小点を持つ
ことを特徴とする多重極イオンガイド。 It is a multiple pole ion guide
Multiple multi-pole electrodes grouped into a first group and a second group to form pseudopotentials and electrostatic potentials,
An RF power supply that applies an RF voltage to each of the plurality of multiple electrode electrodes,
A DC power supply that applies different offset DC voltages to the first group of multiple electrode electrodes and the second group of multiple electrode electrodes is provided.
Only the multiple pole electrodes of the first group are arranged on the first plane perpendicular to the central axis of the multiple pole ion guide.
So that the pseudopotential has a minimum point in a second plane that is parallel to the first plane and in which both the first group of multi-pole electrodes and the second group of multi-pole electrodes are located. The RF voltage and the offset DC voltage are applied to the plurality of multi-pole electrodes, and the minimum points of the pseudopotential formed by the multi-pole electrodes of the first group and the multi-pole electrodes of the second group are the same. ,
A multi-pole ion guide characterized in that, in the second plane, the combined potential of the pseudopotential and the electrostatic potential has a minimum point at a position different from the minimum point of the pseudopotential.
前記第2の平面において、前記極小点を持つ前記擬ポテンシャルと、静電ポテンシャルとが形成されるように、前記RF電圧及び前記オフセットDC電圧が前記複数の多重極電極に印加される
ことを特徴とする多重極イオンガイド。 The multiple pole ion guide according to claim 1.
The RF voltage and the offset DC voltage are applied to the plurality of multiple electrode electrodes so that the pseudopotential having the minimum point and the electrostatic potential are formed in the second plane. Multiple pole ion guide.
前記第1のグループの前記多重極電極のうち少なくとも2つは、断面形状が円形であり、
前記第1のグループの前記多重極電極のうち少なくとも2つは、断面形状が半円形であり、
前記第2のグループの前記多重極電極のうち少なくとも2つは、断面形状が円形であり、
前記第2のグループの前記多重極電極のうち少なくとも2つは、断面形状が半円形である
ことを特徴とする多重極イオンガイド。 The multiple pole ion guide according to claim 1.
At least two of the multiple electrode electrodes of the first group have a circular cross-sectional shape.
At least two of the multiple electrode electrodes of the first group have a semicircular cross-sectional shape.
At least two of the multiple electrode electrodes of the second group have a circular cross-sectional shape.
At least two of the multiple pole electrodes of the second group are multiple pole ion guides characterized by a semicircular cross-sectional shape.
前記断面形状が半円形である前記第1のグループの前記多重極電極のうちの少なくとも1つは、その一部が、前記断面形状が半円形である前記第2のグループの前記多重極電極のうちの少なくとも1つの一部と対向する
ことを特徴とする多重極イオンガイド。 The multiple pole ion guide according to claim 3.
At least one of the multiple electrode electrodes of the first group having a semicircular cross section is a part of the multiple electrode electrodes of the second group having a semicircular cross section. A multi-pole ion guide characterized in facing at least one part of it.
前記第1の平面に平行であり、前記第1のグループの多重極電極及び前記第2のグループの多重極電極の両方が配置される第3の平面において前記擬ポテンシャルが極小点を持つように、前記RF電圧が前記複数の多重極電極に印加され、
前記第3の平面における前記擬ポテンシャルの前記極小点の位置は、前記第2の平面における前記擬ポテンシャルの前記極小点の位置と異なっている
ことを特徴とする多重極イオンガイド。 The multiple pole ion guide according to claim 1.
So that the pseudopotential has a minimum point in a third plane that is parallel to the first plane and in which both the first group of multi-pole electrodes and the second group of multi-pole electrodes are located. , The RF voltage is applied to the plurality of multiple electrode electrodes,
A multi-pole ion guide characterized in that the position of the minimum point of the pseudopotential in the third plane is different from the position of the minimum point of the pseudopotential in the second plane.
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