質(zhì)量分析裝置制造方法
【專利摘要】在多級差動排氣系統(tǒng)的質(zhì)量分析裝置中，以離子透鏡（13）的開口的周緣部位于以最短距離將前級的第2離子導向器（12）的后緣端的內(nèi)切圓和后級的第3離子導向器（14）的前緣端的內(nèi)切圓連接起來的虛擬的筒狀體的周面的外側的方式，確定各離子導向器（12、14）的內(nèi)切圓半徑與離子透鏡（13）的開口的尺寸的關系，該離子透鏡（13）設置于用于將第2中間真空室（3）和第3中間真空室（4）分隔開的隔壁。由此，雖然離子透鏡（13）配置于第2中間真空室（3）和第3中間真空室（4）之間，但是由第2離子導向器（12）產(chǎn)生的高頻電場和由第3離子導向器（14）產(chǎn)生的高頻電場通過離子透鏡（13）的開口而實質(zhì)上相連，自第2離子導向器（12）向第3離子導向器（14）更有效地、即損失較小地輸送離子，從而能向質(zhì)量分析提供更多的離子。其結果，能夠提高檢測靈敏度。
【專利說明】質(zhì)量分析裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種質(zhì)量分析裝置，進一步詳細而言，涉及一種在質(zhì)量分析裝置中將離子向后級輸送的離子輸送光學系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在質(zhì)量分析裝置中，為了將自前級輸送來的離子聚束并送到后級的、例如四極質(zhì)量過濾器等質(zhì)量分析器中，而采用被稱為離子導向器的離子光學元件。離子導向器的一般的結構是將4根、6根或者8根圓柱(或者圓筒)狀桿電極以包圍離子光軸的方式彼此平行地配置的多極型的結構。通常，在這些多極型的離子導向器中，對隔著離子光軸而相對的一對桿電極施加相同的高頻電壓，并對與這一對桿電極沿周向鄰接的其他桿電極施加與上述的高頻電壓振幅相同且反相位的高頻電壓。通過施加這樣的高頻電壓，在由桿電極圍成的大致圓柱狀的空間內(nèi)形成多極的高頻電場，在該高頻電場中離子邊振動邊被輸送。
[0003]在專利文獻I所記載的離子導向器中，替代桿電極而采用由沿著離子光軸方向排列的多張電極板構成的虛擬桿電極。在該結構中，通過在離子光軸方向形成具有電位梯度的直流電場，在發(fā)揮離子的聚束性優(yōu)良這樣的多極型離子導向器的優(yōu)點的同時，也能對離子進行加速、反之使離子減速。本說明書中的多極型的離子導向器也包含使用這樣的虛擬桿電極的虛擬多極型離子導向器。
[0004]但是，像液體色譜質(zhì)量分析裝置(LC / MS)這樣，在利用電噴射離子源等大氣壓離子源的質(zhì)量分析裝置中，為了將配設有質(zhì)量分析器、離子檢測器的分析室內(nèi)的真空度維持在較高狀態(tài)，通常采用多級差動排氣系統(tǒng)的結構。
[0005]例如，在專利文獻2所記載的質(zhì)量分析裝置中，在作為大致大氣壓環(huán)境的電離室和作為高真空環(huán)境的分析室之間設置3級中間真空室，自電離室向分析室每個室的真空度逐漸增高。在這樣的多級差動排氣系統(tǒng)的結構中，為了有效地輸送離子，在第2級、第3級的中間真空室內(nèi)分別配置多極型的離子導向器。此外，在將第2級中間真空室和第3級中間真空室分隔開的隔壁上設置離子透鏡，該離子透鏡具有供被聚束的離子通過的小徑的開口。
[0006]雖然該離子透鏡具有利用由直流電場產(chǎn)生的透鏡效果對離子進行聚束的作用，但在由前級的離子導向器產(chǎn)生的高頻電場和由離子透鏡產(chǎn)生的直流電場的交界附近、以及在由該離子透鏡產(chǎn)生的直流電場與由前級的離子導向器產(chǎn)生的高頻電場的交界附近將分別產(chǎn)生離子的損失，從而導致離子的透射率下降。這被認為是由于在直流電場與高頻電場的交界附近產(chǎn)生電場紊亂。
[0007]另一方面，在專利文獻3所記載的質(zhì)量分析裝置中，以在多級差動排氣系統(tǒng)的結構中跨鄰接的多個中間真空室的方式配設有相連續(xù)的離子導向器。在該結構中，因為在多個中間真空室中高頻電場連續(xù)起來，不會產(chǎn)生像上述專利文獻2所記載的結構那樣的離子損失，從而能提高離子透射率。但是，在像這樣跨多個中間真空室、即、以貫穿將鄰接的中間真空室彼此分隔開的隔壁的方式配設離子導向器的情況下，存在清潔或者更換離子導向器時難以將離子導向器拆卸下來、從而維護性差的問題。
[0008]專利文獻1:日本特開2000-149865號公報
[0009]專利文獻2:美國再發(fā)行專利第040632號
[0010]專利文獻3:美國專利第7189967號

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明要解決的問題
[0012]本發(fā)明是為了解決上述課題而做成的，其主要目的在于:在多級差動排氣系統(tǒng)的質(zhì)量分析裝置中，在確保高維護性的同時，使鄰接的真空室之間的離子透射率提高，進而使檢測靈敏度提聞。
[0013]用于解決問題的方案
[0014]為了解決上述課題而做成的本發(fā)明提供一種質(zhì)量分析裝置，其具有離子輸送光學系統(tǒng)，該離子輸送光學系統(tǒng)構成為隔著具有供離子通過的開口的離子透鏡或者開口板而在離子透鏡或者開口板的前級和后級分別配置有多極型的離子導向器，其特征在于，
[0015]以上述離子透鏡的開口的周緣部或者開口板的開口的周緣部與以最短距離將上述前級的離子導向器的后緣端的內(nèi)切圓和上述后級的離子導向器的前緣端的內(nèi)切圓連接起來的虛擬的筒狀體的周面相接觸或者位于該周面的外側的方式，確定上述各離子導向器的內(nèi)切圓半徑與上述離子透鏡的開口的尺寸或者開口板的開口的尺寸的關系。
[0016]在本發(fā)明的質(zhì)量分析裝置中，離子透鏡具有由直流電場產(chǎn)生的離子的聚束作用，開口板并不具有離子的聚束作用而只具有能單純地供離子通過的開口。此外，離子導向器典型地由四極或者八極的桿狀電極構成，對隔著離子光軸而相對的一對電極施加相同的高頻電壓，并對與這一對電極沿繞離子光軸的周向鄰接的電極施加與上述高頻電壓振幅相同且反相位的高頻電壓,從而形成多極的高頻電場。
[0017]在本發(fā)明的質(zhì)量分析裝置中，因為離子透鏡的開口的周緣部或者開口板的開口的周緣部不向以最短距離將前級的離子導向器的后緣端的內(nèi)切圓和后級的離子導向器的前緣端的內(nèi)切圓連接起來的虛擬的筒狀體的周面內(nèi)側突出，所以在前級離子導向器和后級離子導向器中分別形成的高頻電場容易進入離子透鏡的開口之中或者開口板的開口之中，且兩個高頻電場實質(zhì)上是連續(xù)的。因此，在由前級離子導向器形成的高頻電場的作用下被封住且一邊振動一邊前進的離子順利地轉移到由后級離子導向器形成的高頻電場中。由此，能夠抑制在經(jīng)過離子透鏡或者開口板時的離子損失，從而能提高離子透射率。
[0018]作為本發(fā)明的質(zhì)量分析裝置的一個技術方案能夠設置為如下結構，上述前級的離子導向器和上述后級的離子導向器分別由沿著位于同一直線上的直線狀的離子光軸配置的、與該離子光軸平行的多個桿狀電極構成，且該2個離子導向器的內(nèi)切圓半徑相等。對于該結構來說，因為能使前級離子導向器和后級離子導向器的結構.構造相同，因此對于抑制成本是有益的。
[0019]此外，在該情況下，離子透鏡或者開口板能構成為前級和后級的離子導向器的離子光軸在同一直線上，該離子透鏡的呈圓形狀的開口或者開口板的圓形狀的開口的半徑與2個離子導向器的內(nèi)切圓半徑相等。在該結構中，因為離子透鏡或者開口板的開口尺寸是在不降低離子的透射率的范圍內(nèi)的最小值，所以以通過了該開口的氣體(例如大氣)的流通量變少的方式完成上述操作，從而容易維持配置有后級離子導向器的室內(nèi)的真空度。
[0020]此外，作為本發(fā)明的質(zhì)量分析裝置的另一個技術方案能夠設置為如下結構，前級的離子導向器和后級的離子導向器分別由沿著位于同一直線上的直線狀的離子光軸配置的、與該離子光軸平行的多個桿狀電極構成，一方的離子導向器的內(nèi)切圓半徑比另一方的離子導向器的內(nèi)切圓半徑小。例如，通過設為后級離子導向器的內(nèi)切圓半徑比前級離子導向器的內(nèi)切圓半徑小，而能夠以使離子更向離子光軸附近集中的狀態(tài)將離子向后級輸送。
[0021]此外，作為本發(fā)明的質(zhì)量分析裝置的另一個技術方案也可以設置為如下結構，前級的離子導向器和后級的離子導向器分別由沿著位于同一直線上的直線狀的離子光軸配置的多個桿狀電極構成，至少任意一方的離子導向器的桿狀電極以隨著自與上述離子透鏡或者開口板較近一側向逐漸遠離上述離子透鏡或者開口板的方向去而內(nèi)切圓半徑變大的方式配置。例如，由于前級離子導向器的桿狀電極以隨著自與離子透鏡或者開口板較近一側向逐漸遠離離子透鏡或者開口板的方向去而內(nèi)切圓半徑變大的方式配置，在前級離子導向器中將向較廣范圍擴散著的離子會聚起來而逐漸向離子光軸附近聚束進而聚成小徑并送入后級離子導向器。
[0022]需要說明的是，離子透鏡或者開口板構成為2個離子導向器的離子光軸在同一直線上，在前級離子導向器的后緣端的內(nèi)切圓半徑與后級離子導向器的前緣端的內(nèi)切圓半徑不同情況下，離子透鏡的呈圓形狀的開口的或者開口板的呈圓形狀的開口的半徑可以比前級離子導向器的后緣端的內(nèi)切圓半徑和后級離子導向器的前緣端的內(nèi)切圓半徑中的較小的一方的半徑大，比另一方的內(nèi)切圓半徑小。由此，離子透鏡的開口尺寸或者開口板的開口尺寸能夠在不降低離子的透射率的范圍內(nèi)縮小，能減少通過了該開口的氣體的流通量。
[0023]此外，在本發(fā)明的質(zhì)量分析裝置中，前級離子導向器與后級離子導向器的離子光軸無需位于同一直線上，也可以構成為將離子光軸錯開了的、所謂的偏軸離子光學系統(tǒng)的結構。S卩，作為本發(fā)明的質(zhì)量分析裝置的其他實施方式，也可以構成為:前級離子導向器和后級離子導向器分別由沿著直線狀的離子光軸配置的多個桿狀電極構成，這2個離子導向器的離子光軸彼此平行且不位于同一直線上。
[0024]此外，在本發(fā)明的質(zhì)量分析裝置中，前級的離子導向器的后緣端與離子透鏡或者開口板之間的距離和后級的離子導向器的前緣端與離子透鏡或者開口板之間的距離優(yōu)選由各離子導向器形成的高頻電場滲透到離子透鏡或者開口板的開口中那樣的距離。具體而言，該間隔距離可以是離子導向器的內(nèi)切圓半徑和開口半徑的I倍以內(nèi)。由此，提高了由前級離子導向器產(chǎn)生的高頻電場和由后級離子導向器產(chǎn)生的高頻電場的連續(xù)性，從而對于抑制離子的損失是有效的。
[0025]需要說明的是，離子透鏡或者開口板兼做用于將例如多級差動排氣系統(tǒng)的結構等中不同的真空環(huán)境的2個空間分隔開的隔壁或者設置于該隔壁，但并不限于此。此外，不限于沿著離子的通過方向具有I個離子透鏡或者開口板的結構，也可以將多個離子透鏡或者開口板組合起來。
[0026]此外，后級的離子導向器不只限于以只將離子向后級輸送為目的的狹義的離子導向器，也可以作為根據(jù)質(zhì)量電荷比將離子分開的四極質(zhì)量過濾器發(fā)揮作用或者配置于主四極質(zhì)量過濾器的前級的前置過濾器發(fā)揮作用。
[0027]發(fā)明的效果[0028]采用本發(fā)明的質(zhì)量分析裝置，在前級離子導向器和后級離子導向器中分別形成的高頻電場的離子封住作用即使利用離子透鏡、開口板的開口也未將其中斷，提高了離子的透射率。由此，能夠為質(zhì)量分析提供比以往多的離子，從而能夠?qū)崿F(xiàn)檢測靈敏度的提高。此夕卜，因為離子導向器自身是物理性地隔著離子透鏡、開口板而保持獨立的，所以離子導向器的清潔、更換等維護性也良好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明的第I實施例的質(zhì)量分析裝置的概略結構圖。
[0030]圖2是第I實施例的離子輸送光學系統(tǒng)的結構圖。
[0031]圖3是第2實施例的離子輸送光學系統(tǒng)的結構圖。
[0032]圖4是第3實施例的離子輸送光學系統(tǒng)的結構圖。
[0033]圖5是第4實施例的離子輸送光學系統(tǒng)的結構圖。
[0034]圖6是第5實施例的離子輸送光學系統(tǒng)的結構圖。
[0035]圖7是表示在采用不同的內(nèi)切圓半徑的離子導向器的情況下的高頻電壓與離子強度之間的關系的實測結果的圖。
[0036]圖8是表示質(zhì)量電荷比為m / z = 168的贗勢的計算結果的圖。
[0037]圖9是表示在采用不同的內(nèi)切圓半徑的離子導向器的情況下的離子強度的實測值(相對值)的圖。
[0038]圖10是表示在離子透鏡的開口直徑不同的情況下與離子光軸正交的開口面上的電位分布的計算結果的圖。
【具體實施方式】
[0039]下面，參照【專利附圖】

【附圖說明】作為本發(fā)明的一實施例的質(zhì)量分析裝置。
[0040](第I實施例)
[0041]圖1是第I實施例的質(zhì)量分析裝置的概略結構圖，圖2是第I實施例的質(zhì)量分析裝置中的包含有特點的離子導向器和離子透鏡在內(nèi)的離子輸送光學系統(tǒng)的概略結構圖。
[0042]本實施例的大氣壓電離質(zhì)量分析裝置具有:電離室1，其維持在大致大氣壓環(huán)境下；分析室5，其通過利用未圖示的渦輪分子泵等真空泵進行的真空排氣來維持高真空環(huán)境;第I中間真空室2、第2中間真空室3、第3中間真空室4，它們分別通過利用真空泵進行的真空排氣來維持在電離室I內(nèi)的氣壓與分析室5內(nèi)的氣壓之間的中間的氣壓。即，在該大氣壓電離質(zhì)量分析裝置中采用以下的多級差動排氣系統(tǒng)的結構:自電離室I向分析室5每個室的氣壓逐漸降低(提高真空度)。
[0043]在電離室I中配設有與未圖示的LC的柱出口端連接的電離探測器6，在分析室5中配設有四極質(zhì)量過濾器15和離子檢測器16。此外，在第I中間真空室2、第2中間真空室3、第3中間真空室4中配設有用于將離子向后級輸送的第I離子導向器10、第2離子導向器12、第3離子導向器14。電離室I與第I中間真空室2之間利用細徑的脫溶劑管9來連通，此外第I中間真空室2和第2中間真空室3之間經(jīng)由形成于分離器11的頂部的極小口徑的開口來連通，第2中間真空室3和第3中間真空室4之間經(jīng)由設置于隔壁的離子透鏡13的圓形狀開口 13a來連通。[0044]在電離探測器6的噴嘴7的頂端利用未圖示的直流高壓電源施加數(shù)十kV程度的高電壓。當導入到了電離探測器6的液體試樣到達噴嘴7的頂端時，被賦予偏置電荷并向電離室I內(nèi)噴霧。噴霧流中的微小液滴與大氣氣體接觸而被細微化，而且通過流動相、溶劑的揮發(fā)而進一步促進細微化。在該過程中，包含于液滴的試樣成分(分子或者原子)帶電荷地自液滴脫離，成為氣體離子。所產(chǎn)生的離子因電離室I內(nèi)和第I中間真空室2內(nèi)的壓差而被吸入脫溶劑管9，并向第I中間真空室2內(nèi)輸送。
[0045]自第I離子導向器10到第3離子導向器14之間的離子輸送光學系統(tǒng)具有將離子以盡量低損失的方式輸送到分析室5內(nèi)的四極質(zhì)量過濾器15的功能。在圖1中，還記載有用于向這些離子輸送光學系統(tǒng)的各離子光學元件施加電壓的控制系統(tǒng)組件。即，第I直流交流電壓源21、第2直流交流電壓源23、第3直流交流電壓源25分別在控制部20的控制下向第I離子導向器10、第2離子導向器12、第3離子導向器14施加將直流電壓(DC)和交流電壓(高頻電壓RF)重疊而成的電壓。此外，第I直流電壓源22、第2直流電壓源24分別在相同的控制部20的控制下向分離器11和離子透鏡13施加直流電壓。需要說明的是，向第I離子導向器10、第2離子導向器12、第3離子導向器14施加的直流電壓是決定離子光軸C方向上的直流電位的偏壓。
[0046]利用上述離子輸送光學系統(tǒng)將離子送入四極質(zhì)量過濾器15。自未圖示的電壓源向構成四極質(zhì)量過濾器15的桿電極施加將與作為分析對象的離子的質(zhì)量電荷比相對應的直流電壓和高頻電壓重疊而成的電壓，只有具有與該電壓相對應的質(zhì)量電荷比的離子穿過該過濾器15的長軸方向的空間。離子檢測器16用于輸出與已到達的離子的量相對應的檢測信號，未圖示的數(shù)據(jù)處理部基于該檢測信號做成例如質(zhì)譜。
[0047]如上所述那樣，離子輸送光學系統(tǒng)具有將電離室I內(nèi)產(chǎn)生的離子有效地輸送到四極質(zhì)量過濾器15的重要功能。因此，在本實施例的質(zhì)量分析裝置中，離子輸送光學系統(tǒng)的結構是作為如圖2所示的有特點的結構。以下，對該離子輸送光學系統(tǒng)，尤其是對離子透鏡
13、配置在由該離子透鏡13分隔開的第2中間真空室3的第2離子導向器12和第3中間真空室4的第3離子導向器14的結構和動作進行詳細說明。
[0048]在這里，第2離子導向器12和第3離子導向器14均是由在直線狀的離子光軸的四周對稱且平行地配置的4根桿電極構成的四極結構。兩個離子導向器12、13的離子光軸位于圖1和圖2的C所表示的一條直線上，夾在兩個離子導向器之間的離子透鏡13的離子光軸也位于同一直線上。第2離子導向器12和第3離子導向器14的內(nèi)切圓半徑相等，離子透鏡13的呈圓形狀的開口 13a的半徑比這些離子導向器12、14的內(nèi)切圓半徑大。S卩，離子透鏡13的開口 13a的周緣部13b位于以最短距離將第2離子導向器12的后緣端的內(nèi)切圓和第3離子導向器14的前緣端的內(nèi)切圓連接起來的虛擬的筒狀體13c的周面的外側。由此，由第2離子導向器12的桿電極圍成的大致圓柱形狀的空間與由第3離子導向器14的桿電極圍成的大致圓柱形狀的空間借助虛擬的圓筒體13c圓滑地、即在中途無任何障礙物地連接起來。
[0049]利用自第2直流交流電壓源23向第2離子導向器12的各桿電極施加的高頻電壓在由桿電極圍成的空間內(nèi)形成四極高頻電場，并利用該電場的作用將離子封住。另一方面，利用自第3直流交流電壓源25向第3離子導向器14的各桿電極施加的高頻電壓在由桿電極圍成的空間內(nèi)形成四極高頻電場，并利用該電場的作用將離子封住。由第2離子導向器12形成的高頻電場自該離子導向器12的后緣端的內(nèi)切圓還向后方擴展，另一方面，由第3離子導向器14形成的高頻電場自該離子導向器14的前緣端的內(nèi)切圓還向前方擴展。如上所述那樣，雖然兩個離子導向器12、14分別配置于不同的中間真空室3、4內(nèi)，但是因為在兩個離子導向器12、14之間的空間內(nèi)不存在阻擋高頻電場的擴展的障礙物，因此，兩個高頻電場實質(zhì)上是相連的。因此，在第2離子導向器12中被高頻電場封住的同時前進的離子在兩個離子導向器12、14之間的空間、即在通過離子透鏡13的開口 13a時不擴展地、保持幾乎被封住的狀態(tài)導入到第3離子導向器14。由此，以自第2離子導向器12向第3離子導向器14輸送時的離子的損失較少的方式完成上述操作，從而能夠?qū)崿F(xiàn)較高的離子透射率。
[0050]需要說明的是，如上述那樣，對于在兩個離子導向器12、14之間的空間內(nèi)保持高頻電場的實質(zhì)上的連續(xù)性方面，需要由第2離子導向器12形成的高頻電場與由第3離子導向器14形成的高頻電場的相位相匹配。因此，也可以進行如下設定:施加于第2離子導向器12的高頻電壓與施加于第3離子導向器14的高頻電壓的頻率相同且相位也相同，或者頻率相同而相位被控制在規(guī)定的容許偏差的范圍內(nèi)。
[0051]此外，雖然離子透鏡13的開口 13a的半徑在離子導向器12、14的內(nèi)切圓半徑以上即可，但如果開口 13a過大，則自第3中間真空室4向第2中間真空室3的氣體的流通量變大，而難以確保第3中間真空室4的真空度，或者需要提高用于對第3中間真空室4內(nèi)進行真空排氣的泵的能力。因此，預先將離子透鏡13的開口 13a的半徑設定為與離子導向器12,14的內(nèi)切圓半徑相等或者稍大一些的程度為佳。
[0052]接著，說明用于驗證上述實施例中的離子輸送光學系統(tǒng)的效果而實施的實驗內(nèi)容和其結果。
[0053]如圖2所示，在用于實驗的離子輸送光學系統(tǒng)的結構中，將前級的第2離子導向器12的內(nèi)切圓半徑與后級的第3離子導向器14的內(nèi)切圓半徑固定為相同的R，將夾在它們之間的離子透鏡13的開口 13a的直徑固定為Φ4πιπι (半徑2mm)。
[0054](I)高頻電壓特性
[0055]為了分別確定在第2離子導向器12和第3離子導向器14的內(nèi)切圓半徑R變?yōu)?br> 2.8mm、2.0mm、l.5mm時的適當?shù)墓ぷ鞲哳l電壓,對施加于離子導向器12、14的高頻電壓(RFVoltage)—邊進行掃描一邊實測對標準試樣的離子強度。圖7是表示其測定結果的圖。需要說明的是，在R = 2.8mm的情況下,R > 2mm且相當于以往的結構，在R = 2.0mm、1.5mm的情況下，R≤ 2mm,因此，滿足本發(fā)明所規(guī)定的條件。
[0056](2)贗勢
[0057]根據(jù)圖7的結果,將R = 2.8mm、2.0mm、1.5mm所對應的適當?shù)墓ぷ鞲哳l電壓分別確定為100V、50V、27V，利用下面的(I)式計算了各工作高頻電壓時的離子導向器12、14的贗勢(表示離子的聚束力)。
[0058]V* (r) = (4qV2 / πιΩ2；Y04);y2…(I)
[0059]在這里，V是工作高頻 電壓的電壓值、(ι是離子導向器的內(nèi)切圓半徑、r是距離子導向器的中心的距離(0<r< r0)o圖8是質(zhì)量電荷比為m / z = 168的贗勢的計算結果。根據(jù)圖8的結果，在具有1.5_~2.8_程度范圍的 內(nèi)切圓半徑的離子導向器中，贗勢形狀大體相等，且能判斷出離子導向器自 身的離子聚束作用是相同的。
[0060](3)離子強度[0061]圖9是將R = 2.8mm的結果作為I時相對化地表示在R = 2.8mm、2.0mm、1.5mm的情況下的離子強度測定值的圖。根據(jù)圖9,R = 2.0mm、1.5mm的情況與R = 2.8mm的情況相t匕，離子強度變大。如上述那樣，可以認為質(zhì)量電荷比為m / Z = 168的離子導向器中的離子聚束作用在各自的離子導向器中是相等的。因此，可以說圖9所示的離子強度的差異是由離子透鏡13的開口 13a的半徑與離子導向器12、14的內(nèi)切圓半徑的關系控制的。由此，得出如下結論:離子導向器12、14的內(nèi)切圓半徑在離子透鏡13的開口半徑以下的情況下，能夠提高離子強度。
[0062]此外，為了研究離子透鏡13的開口 13a的直徑與離子導向器12、14的內(nèi)切圓半徑的關系的差異對離子透鏡13的開口 13a附近的高頻電場的影響，而進行了模擬計算。在該模擬中，將第2離子導向器12和第3離子導向器14的內(nèi)切圓半徑均固定為2.0_，并使夾在它們之間的離子透鏡13的開口 13a的直徑變?yōu)棣?πιπι、Φ4πιπι、Φ5πιπι這3種。而且，求得與離子光軸C正交的離子透鏡13的開口面A上的四極高頻電場的電位分布(等電位線)。此夕卜，還為了研究離子光軸C方向的離子透鏡13與第3離子導向器14之間的間隔距離B的影響，對B = 0.5mm、l.5mm這2種距離進行了計算。此時，可以認為施加于離子導向器12、14的高頻電壓相同，因此，在離子導向器中的離子的聚束力相同。
[0063]圖10表示根據(jù)計算求得的電位分布。得知了如下情況:發(fā)現(xiàn)因離子透鏡13的開口 13a的半徑不同，而四極高頻電場的電位分布呈現(xiàn)較大的差異。即，得知即使離子導向器自身的聚束力相同，增大離子透鏡13的開口 13a的半徑較大，也能使高頻電場充分地滲透到離子透鏡13的開口 13a的內(nèi)部。
[0064]根據(jù)以上結果，如圖9所示的那樣，能夠推測出如下情況:因由經(jīng)過離子透鏡13的開口 13a的高頻電場的彼此滲透產(chǎn)生的在該空間內(nèi)的離子的聚束力的強化，而提高離子透鏡13的開口 13a的半徑在離子導向器12、14的內(nèi)切圓半徑以上時的離子檢測靈敏度。此夕卜，理所當然的是，還能夠得知雖然當離子導向器12、14自離子透鏡13離開時高頻電場的滲透度減弱，但如果預先增大離子透鏡13的開口 13a，能充分地維持離子聚束力。
[0065](變形例)
[0066]上述第I實施例的質(zhì)量分析裝置中的離子輸送光學系統(tǒng)的結構能夠變形為各種形態(tài)。具體的變形例如圖2?圖6所示。
[0067]圖3所示的第2實施例的結構是第3離子導向器14的內(nèi)切圓半徑小于第2離子導向器12的內(nèi)切圓半徑的例子。在該情況下，以最短距離將第2離子導向器12的后緣端的內(nèi)切圓與第3離子導向器14的前緣端的內(nèi)切圓連接起來的虛擬筒狀體13c是截頭圓錐形狀，即使此時，只要離子透鏡13的開口 13a的周緣部與筒狀體13c的周面相接觸或者位于其外側，高頻電場也就圓滑地相連。需要說明的是，與圖3的例子相反，即使在第2離子導向器12的內(nèi)切圓半徑小于第3離子導向器14的內(nèi)切圓半徑時也相同。
[0068]圖4所示的第3實施例的結構是如下結構的例子，在上述第2實施例的結構中，第3離子導向器14的桿電極不與離子光軸C平行配置，而是其內(nèi)切圓半徑朝向離子的前進方向去而逐漸變大。即使在該情況下，以最短距離將第2離子導向器12的后緣端的內(nèi)切圓與第3離子導向器14的前緣端的內(nèi)切圓連接起來的虛擬筒狀體13c成為截頭圓錐形狀，只要離子透鏡13的開口 13a的周緣部與筒狀體13c的周面相接觸或者位于其外側即可，該情況與第2實施例相同。需要說明的是，與圖4的例子相反，即使是第2離子導向器12的內(nèi)切圓半徑朝向與離子的前進方向相反的方向去而逐漸變大的結構，也是相同的。
[0069]雖然圖2~圖4所示的結構均是由I張板狀構件構成離子透鏡13的結構，但圖5所示的第4實施例的結構是由沿離子光軸C方向排列的多個板狀構件構成離子透鏡13的例子。這樣的情況也只要構成離子透鏡13的所有構件的開口的周緣部與筒狀體13c的周面相接觸或者位于其外側即可。
[0070]雖然圖2~圖5所示的結構均是離子導向器12、14與離子透鏡13的離子光軸全部位于同一直線上，但也可以是第2離子導向器12的離子光軸與第3離子導向器14的離子光軸不在同一直線上，即所謂的偏軸光學系統(tǒng)。圖6是第2離子導向器12的離子光軸Cl與第3離子導向器14的離子光軸C2平行且不在同一直線上的情況的結構例。在該情況下也只要離子透鏡13的開口 13a的周緣部與以最短距離將第2離子導向器12的后緣端的內(nèi)切圓和第3離子導向器14的前緣端的內(nèi)切圓連接起來的虛擬筒狀體13c的周面相接觸或者位于其外側，就能確保高頻電場的實質(zhì)上的連續(xù)性，該情況與上述各實施例相同。
[0071]此外，上述實施例都只不過是例子，即使在本發(fā)明的主旨范圍內(nèi)進行適當變形、修正、追加，也包含在本申請的權利要求中是顯而易見的。
[0072]例如，雖然上述實施例所示的離子導向器是四極型的，但也可以是八極等其他的多級結構。此外，不需要夾著離子透鏡的前級的離子導向器和后級的離子導向器的極數(shù)相同。此外，上述實施例中，雖然第3離子導向器是單純地利用高頻電場來輸送離子的離子光學元件，但也可以是第3離子導向器自身為利用質(zhì)量電荷比將離子分開的四極質(zhì)量過濾器或者設置于主四極質(zhì)量過濾器的前級的前置過濾器。
[0073]附圖標記說明
[0074]L...電離室
[0075]2…第I中間真空室
[0076]3…第2中間真空室
[0077]4…第3中間真空室
[0078]5…分析室
[0079]6…電離探測器
[0080]7…噴嘴
[0081]9…脫溶劑管
[0082]10…第I離子導向器
[0083]11…分離器
[0084]12…第2離子導向器
[0085]13…離子透鏡
[0086]13a …開口
[0087]13b…開口周緣部
[0088]13c…筒狀體
[0089]14…第3離子導向器
[0090]15…四極質(zhì)量過濾器
[0091]16…離子檢測器
[0092]20…控制部[0093]21…第I直流交流電壓源
[0094]22…第I直流電壓源
[0095]23…第2直流交流電壓源
[0096]24…第2直流電壓源
[0097]25…第3直流交流電壓源
[0098]C、Cl、C2…離子光軸。`
【權利要求】
1.一種質(zhì)量分析裝置，其具有離子輸送光學系統(tǒng)，該離子輸送光學系統(tǒng)構成為隔著具有供離子通過的開口的離子透鏡或者開口板而在離子透鏡或者開口板的前級和后級分別配置有多極型的離子導向器，其特征在于， 以上述離子透鏡的開口的周緣部或者開口板的開口的周緣部與以最短距離將上述前級的離子導向器的后緣端的內(nèi)切圓和上述后級的離子導向器的前緣端的內(nèi)切圓連接起來的虛擬的筒狀體的周面相接觸或者位于該周面的外側的方式，確定上述各離子導向器的內(nèi)切圓半徑與上述離子透鏡的開口的尺寸或者開口板的開口的尺寸的關系。
2.根據(jù)權利要求1所述的質(zhì)量分析裝置，其特征在于， 上述前級的離子導向器和上述后級的離子導向器分別由沿著位于同一直線上的直線狀的離子光軸配置的、與該離子光軸平行的多個桿狀電極構成，且該2個離子導向器的內(nèi)切圓半徑相等。
3.根據(jù)權利要求2所述的質(zhì)量分析裝置，其特征在于， 上述離子透鏡的離子光軸或者開口板的離子光軸與上述前級和后級的離子導向器的離子光軸在同一直線上，該離子透鏡的呈圓形狀的開口的半徑或者開口板的呈圓形狀的開口的半徑與上述2個離子導向器的內(nèi)切圓半徑相等。
4.根據(jù)權利要求1所述的質(zhì)量分析裝置，其特征在于， 上述前級的離子導向器和上述后級的離子導向器分別由沿著位于同一直線上的直線狀的離子光軸配置的、與該離子光軸平行的多個桿狀電極構成，一方的離子導向器的內(nèi)切圓半徑比另一方的離子導向器的內(nèi)切圓半徑小。
5.根據(jù)權利要求1所 述的質(zhì)量分析裝置，其特征在于， 上述前級的離子導向器和上述后級的離子導向器分別由沿著位于同一直線上的直線狀的離子光軸配置的多個桿狀電極構成，至少任意一方的離子導向器的桿狀電極以隨著自與上述離子透鏡或者開口板較近一側向逐漸遠離上述離子透鏡或者開口板的方向去而內(nèi)切圓半徑變大的方式配置。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的質(zhì)量分析裝置，其特征在于， 上述離子透鏡的離子光軸或者開口板的離子光軸與上述2個離子導向器的離子光軸在同一直線上，該離子透鏡的呈圓形狀的開口的半徑或者開口板的呈圓形狀的開口的半徑比在上述前級離子導向器的后緣端的內(nèi)切圓半徑與上述后級離子導向器的前緣端的內(nèi)切圓半徑中的較小的一方的半徑大，比另一方的內(nèi)切圓半徑小。
7.根據(jù)權利要求1所述的質(zhì)量分析裝置，其特征在于， 上述前級的離子導向器和上述后級的離子導向器分別由沿著直線狀的離子光軸配置的多個桿狀電極構成，這2個離子導向器的離子光軸彼此平行且不位于同一直線上。
8.根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的質(zhì)量分析裝置，其特征在于， 上述前級的離子導向器的后緣端與上述離子透鏡或者開口板之間的距離和上述后級的離子導向器的前緣端與上述離子透鏡或者開口板之間的距離是由各離子導向器形成的高頻電場滲透到上述離子透鏡 的開口中或者開口板的開口中那樣的距離。
9.根據(jù)權利要求8所述的質(zhì)量分析裝置，其特征在于， 上述距離是離子導向器的內(nèi)切圓半徑和上述開口的半徑的I倍以內(nèi)。
10.根據(jù)權利要求1至9中任一項所述的質(zhì)量分析裝置，其特征在于，上述離子透鏡或者開口板兼做用于將作為不同的真空環(huán)境的2個空間分隔開的隔壁或者設置于用于將作為不同的真空環(huán)境的2個空間分隔開的隔壁。
11.根據(jù)權利要求1至10中任一項所述的質(zhì)量分析裝置，其特征在于， 上述后級的離子導向器作為根據(jù)質(zhì)量電荷比將離子分開的四極質(zhì)量過濾器發(fā)揮作用或者作為配置于主四極質(zhì)量 過濾器的前級的前置過濾器發(fā)揮作用。
【文檔編號】G01N27/62GK103890902SQ201180074291
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2011年10月20日 優(yōu)先權日:2011年10月20日
【發(fā)明者】奧村大輔, 上田學 申請人:株式會社島津制作所