CN117650039A - 质量分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及质量分析装置，其所具有的离子输送光学系统包括：整体配置为在离子的输送方向延伸的6以上的偶数根的N根杆电极(21)；对N根杆电极分别施加规定电压的电压生成部(13)，为使N根杆电极在离子入口端为N极配置，在离子出口端为四极配置，将4根杆电极中的至少2根以随着在离子的输送方向行进而接近N极配置或四极配置的中心轴的方式相对于该中心轴倾斜配设，且N根杆电极中至少4根是离子出口端中的朝向中心轴的部分的圆弧状截面的直径比离子入口端中的该直径小的形状，电压生成部对N根杆电极中的、在中心轴的周围相邻的杆电极彼此施加相位相互反转的RF电压，并对所述4根杆电极施加第1DC电压、对其余(N‑4)根杆电极施加第2DC电压。

Description

质量分析装置

技术领域

本发明涉及质量分析装置，更具体地说，涉及质量分析装置中的离子输送光学系统。

背景技术

在质量分析装置中，为了将由离子源生成的离子输送至质量分析部，可使用离子导向器或离子透镜等离子输送光学系统。离子输送光学系统的性能大大影响检测灵敏度、信号的稳定性等装置的性能。例如在使用了电喷雾离子源等大气压离子源的质量分析装置中，一般采用在大致大气压的离子化室与配设有质量分析部并被保持为高真空气氛的高真空室之间，设置有由分隔壁隔开的真空度不同的多个房间的多级差动排气系统的构成。通常，在该多个房间分别配设有离子输送光学系统。离子输送光学系统主要具有接收从前级送来的离子，约束离子并向后级传递的功能。

在多数情况下，作为配设于离子化室的下一级的中间真空室等真空度比较低的区域的离子输送光学系统，可使用利用了离子与残留气体的碰撞所引起的离子的冷却作用的RF(Radio Frequency：射频)离子导向器。RF离子导向器主要利用由RF电场产生的赝势(pseudopotential)将离子约束在规定的空间并输送。

在将离子化室中所生成的离子引入下一级的低真空的中间真空室的情况下，通过小径的大气压分隔壁孔(或毛细管)输送的离子或各种中性粒子随着形成在该分隔壁孔的出口的超音速气流而被导入中间真空室。若为了增加离子的引入量而增大分隔壁孔的孔径，则产生的超音速气流的扩散也变大。因此，配置于中间真空室内的RF离子导向器需要高效地捕集随着气流而大幅扩散或试图扩散的离子。

这样，作为在离子入口侧高效地捕集在空间上扩散的离子，另一方面在离子出口侧使离子良好地收敛的RF离子导向器，已知有专利文献1所公开的极数变换离子导向器。极数变换离子导向器是如下的多极RF离子导向器：将6根以上的偶数根的杆电极中的一部分随着从离子入口朝向离子出口而倾斜配置，从而在离子入口侧形成六极以上的多极场、在离子出口侧形成四极场。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第2020/129199号

发明内容

发明要解决的技术问题

与以往相比，为了进一步提高检测灵敏度，需要增加从离子化室向中间真空室的离子的引入量。为此，若扩大大气压分隔壁孔的孔径，则在中间真空室内产生的超音速气流的扩散也变大。为了由极数变换离子导向器收集由于这样的气流而扩散的离子，需要增大离子入口侧中的杆电极的内接圆半径。但是，若扩大极数变换离子导向器的内接圆半径，则离子入射区域中的多极RF电场的强度降低，因此离子的捕集能力降低。因此，即使通过扩大大气压分隔壁孔的孔径而增加向中间真空室的离子的导入量，也由于离子导向器的离子入射区域中的离子捕集能力不足，其结果是存在被送到后级的离子量的增加受到制约的问题。

另一方面，为了通过细径的离子通过孔而高效地将离子从低真空的中间真空室向下一级的中间真空室输送，期望在极数变换离子导向器的离子射出区域中提高四极场引起的离子的收敛作用。为此，优选使在离子出口端中在周向上相邻的杆电极的间隔变窄，但若该间隔过窄，则无法形成具有适当的电位分布的四极RF电场，离子的行为容易变得不稳定。此外，若使杆电极过于接近，则有时在电极间产生放电等、在离子射出区域中杆电极彼此的干扰成为问题。

本发明的目的之一在于提供一种使用多极RF离子导向器的质量分析装置，该多极RF离子导向器即使在从前级送来的离子的扩散较大的情况下，也能够高效地捕集离子并向下一级输送。此外，本发明的其他目的在于提供一种使用多极RF离子导向器的质量分析装置，该多极RF离子导向器能够避免相邻的杆电极的干扰等，同时将捕集到的离子缩小为细径并高效地向后级输送。

用于解决上述技术问题的方案

为了解决上述技术问题而完成的本发明的质量分析装置的一方案，是具有输送作为分析对象的离子的离子输送光学系统的质量分析装置，

所述离子输送光学系统包含：N根杆电极，N根为6以上的偶数根，作为整体被配置为在离子的输送方向上延伸；电压生成部，对所述N根杆电极分别施加规定的电压，

为使所述N根杆电极在离子的入口端为所述N根杆电极全部与直径为A1的圆外接的N极的配置，在离子的出口端成为所述N根杆电极中的4根杆电极与直径为A2(其中A2＜A1)的圆外接的四极的配置，将该4根杆电极中的至少2根杆电极以随着在离子的输送方向行进而接近所述N极的配置或所述四极的配置的中心轴的方式相对于该中心轴倾斜地配设，且所述N根杆电极中的至少所述4根杆电极是离子出口端中的朝向中心轴的部分的圆弧状截面的直径比离子入口端中的朝向中心轴的部分的圆弧状截面的直径小的形状，

所述电压生成部对所述N根杆电极中的、在中心轴的周围相邻的杆电极彼此施加相位相互反转的RF电压，并且对所述4根杆电极施加第1直流电压、对所述N根杆电极中的所述4根杆电极以外的(N-4)根杆电极施加与所述第1直流电压不同的第2直流电压。

发明效果

根据本发明的质量分析装置的上述方案，在离子输送光学系统中，在离子入射区域，能够高效地捕集一边大幅扩散一边入射来的离子，在沿着离子光轴向后方输送的期间逐渐缩小离子的空间扩散，在离子射出区域，能够通过较高的离子收敛作用，将离子缩小为细径而送出。由此，与以往的极数变换离子导向器相比，能够实现更高的离子输送效率，能够增加供质量分析的离子的量、提高分析灵敏度。此外，与以往的极数变换离子导向器相比，在离子射出区域中杆电极的直径(朝向中心轴的圆弧状截面的直径)较小，因此能够不易产生在周向上相邻的杆电极的干扰。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的质量分析装置的概略构成图。

图2是从离子入射侧观察本实施方式的质量分析装置中的第1离子导向器的俯视图。

图3是从包含离子光轴的X-Z平面向Y轴的负方向观察本实施方式的质量分析装置中的第1离子导向器的俯视图。

图4是从离子入射侧观察第1离子导向器的一变形例的俯视图。

图5是示出本发明的一例的极数变换离子导向器相对于以往的极数变换离子导向器的离子强度增强效果的实测例。

图6是本发明的一变形例的质量分析装置的概略构成图。

图7是从离子入射侧观察一变形例的质量分析装置中的第1离子导向器的俯视图。

具体实施方式

参照附图对本发明的质量分析装置的实施方式进行说明。

另外，以下的说明中使用的各附图是示意性的，各构成部件的尺寸的比率等并不反映实际的装置。此外，当然也适当省略了说明中所不需要的构成元件。

[一实施方式的装置的整体构成]

图1是本实施方式的质量分析装置的概略构成图。本实施方式的质量分析装置是大气压离子化四极型质量分析装置，具有多级差动排气系统的构成。

在腔室1内配设有大致大气压的离子化室2、高真空气氛的分析室5、在这两个房间之间真空度阶段性变高的第1中间真空室3及第2中间真空室4。虽然在图中省略了，但第1中间真空室3内由旋转泵抽真空，第2中间真空室4及分析室5内由涡轮分子泵和作为粗抽泵的旋转泵的组合抽真空。

在离子化室2设置有用于进行电喷雾离子化的ESI探针6。离子化室2与第1中间真空室3之间通过细径的脱溶剂管7连通。在第1中间真空室3内配设有第1离子导向器20，从第1离子导向器电压产生部13对该第1离子导向器20施加规定的电压。第1中间真空室3与第2中间真空室4之间通过形成于锥孔体8的顶部的小径的离子通过孔9连通。

在第2中间真空室4内配设有第2离子导向器10，从第2离子导向器电压产生部14对该第2离子导向器10施加规定的电压。在分析室5内配设有四极滤质器11与离子检测器12。从滤质器电压产生部15对四极滤质器11施加规定的电压。在第1离子导向器电压产生部13、第2离子导向器电压产生部14及滤质器电压产生部15中各自生成的电压由控制部16控制。

在此，为了容易理解配置于腔室1内的各元件的配置和相互的位置关系，如图1中所示，确定X、Y、Z这相互正交的3轴。Z轴为几乎整个离子路径中的离子光轴201的方向的轴，X轴、Y轴为相互正交且与Z轴正交的方向的轴。X轴、Y轴、Z轴不一定必须示出装置的上、下、右、左等方向，但为了便于说明，将Y轴方向设为示出装置的上下方向。从而，在该实施方案的质量分析装置中，ESI探针6成为朝下方将试样液喷雾的构成，但这只是一例，可适当进行变更。

[质量分析动作]

本实施方式的质量分析装置中的典型的分析动作如下。

包含目标成分的试样液被供给至ESI探针6。试样液在ESI探针6的前端被赋予偏向的电荷并在大致大气压气氛中被喷雾。被喷雾的带电液滴与大气碰撞而细微化，在液滴中的溶剂蒸发的过程中，生成源自试样成分的离子。所生成的各种离子与大气等一起被吸入脱溶剂管7，并被送向第1中间真空室3。被导入第1中间真空室3的离子的大多数通过由从第1离子导向器电压产生部13对第1离子导向器20施加的电压形成的RF电场而被捕捉并收敛。收敛至细径的离子流通过离子通过孔9而被送向第2中间真空室4。

被导入第2中间真空室4的离子通过由从第2离子导向器电压产生部14对第2离子导向器10施加的电压形成的RF电场而被捕捉并收敛，并被送向分析室5。进入分析室5内的源自试样的各种离子被导入四极滤质器11的内部空间。该各种离子中，仅具有与从滤质器电压产生部15对四极滤质器11施加的电压对应的特定的质荷比(m/z)的离子选择性地穿过该四极滤质器11，到达离子检测器12。

离子检测器12生成并输出与到达的离子的量对应的离子强度信号。例如滤质器电压产生部15将与作为观测对象的试样成分的离子的m/z相对应的电压施加至四极滤质器11。由此，能够将源自试样中所包含的夹杂物的离子的影响排除在外，得到作为目标的试样成分的离子的强度信号。

[第1离子导向器20的详细的构成及动作]

在上述质量分析装置中，第1离子导向器20将通过脱溶剂管7送到第1中间真空室3内的离子引导至离子通过孔9。对该第1离子导向器20的构成与动作进行详细说明。

图2是从离子入射侧(用图1来说的话是左方)观察第1离子导向器20的俯视图。图3是从包含离子光轴201的X-Z平面向Y轴的负方向观察第1离子导向器20的俯视图。

离子导向器20包含细长的大致圆柱形状的8根杆电极211～218。1根杆电极21(在不是指特定的杆电极而是指任意的杆电极的情况下使用附图标记21，在指特定的1根杆电极的情况下使用附图标记211～218)呈截头圆锥形状，在离子入口端直径最大，随着朝向Z轴方向直径逐渐减小，在离子出口端直径成为最小。在本例中，8根杆电极211～218大致为相同的形状，但如后所述，在本发明中这并非必须的事项。

如图2及图3所示，在离子入口端，8根杆电极211～218外接于以离子光轴201为中心的圆202，在该圆202的周围以大致等角度(45°)间隔配置。另一方面，该8根杆电极211～218中的4根杆电极211、214、215、218在离子出口端外接于以离子光轴201为中心、直径比圆202小的圆203，在该圆203的周围以大致等角度(90°)间隔配置。即，4根杆电极211、214、215、218以不平行于Z轴即离子光轴201而倾斜地延伸的方式倾斜配置。

另一方面，8根杆电极211～218中的其他的4根杆电极212、213、216、217相对于Z轴大致平行，或者虽然不平行，但以相对于Z轴即离子光轴201以比上述4根杆电极211、214、215、218小的角度倾斜地延伸的方式倾斜配置。

由于8根杆电极211～218如上所述地配置，因此这些杆电极211～218在离子入口端为八极配置，在离子出口端为四极配置。此外，和在离子入口端与作为八极配置的杆电极211～218内接的圆202的直径相比，在离子出口端与作为四极配置的杆电极211、214、215、218内接的圆203的直径较小，因此由杆电极211～218包围的空间、换句话说，由于RF电场的作用而使离子被约束的空间在离子的行进方向上逐渐变窄。

从第1离子导向器电压产生部13施加至各杆电极211～218的电压如图2中所记载，对在离子光轴201的周围相邻的2根杆电极施加相位相互反转的相同振幅的RF电压+Vcosωt或-Vcosωt。除了该RF电压，还对在离子出口端作为四极配置的4根杆电极211、214、215、218施加用于在第1离子导向器20的内部空间高效地输送离子的直流电压U1。另一方面，对于除此之外的、即脱离四极配置的4根杆电极212、213、216、217，在作为分析对象的离子的极性为正的情况下施加比直流电压U1更高的直流电压U2，在作为分析对象的离子的极性为负的情况下施加比直流电压U1更低的直流电压U2。

另外，一般而言，被施加至4根杆电极211、214、215、216的直流电压U1相同，但不一定需要完全相同。关于直流电压U2也同样如此。

通过上述的RF电压，在第1离子导向器20的离子入射区域形成有离子的约束作用较强的八极RF电场。在该区域，由于各杆电极211～218的直径较大，因此尽管圆202的直径、即离子接收开口的面积较大，但是较强的八极RF电场起作用。在为了增加从离子化室2向第1中间真空室3输送的离子的量而增大了脱溶剂管7的开口直径的情况下，从脱溶剂管7的出口向第1中间真空室3内放出的离子流的扩散也变大。与此相对，在第1离子导向器20中，能够通过较强的八极RF电场高效地捕集像这样扩散的离子，并引入内部空间。

被引入的离子被RF电场捕捉，并且主要通过由被施加至4根杆电极212、213、216、217的直流电压而形成的直流电场，从而被推入由其他的4根杆电极211、214、215、218包围的空间。即，由被施加至各杆电极21的直流电压而形成的直流电场具有防止离子逸散的作用。随着离子的行进离子的约束空间变窄，随着接近出口，通过在由4根杆电极211、214、215、218包围的空间形成的四极RF电场而使离子在离子光轴201附近被收敛。这样，被缩小至细径的离子流从第1离子导向器20放出，经由离子通过孔9进入第2中间真空室4。

这样，在该第1离子导向器20中，能够抑制从前级送来的离子的损耗并向后级输送，能够与其前后的部件(脱溶剂管7及锥孔体8)一起达成较高的离子输送效率。

在图2的例子中，各杆电极21为截面大致圆形状，但为了在由这些杆电极21包围的空间形成RF电场或直流电场，朝向离子光轴201的部分的截面形状为大致圆弧状即可，朝向外侧的部分的截面形状则不重要。因此，各杆电极的截面形状例如为图4所示的大致半圆形状等，能够适当变更。

[杆电极的配置及尺寸的变形例]

如上所述，在第1离子导向器20中，与离子入口端中的8根杆电极21的内接圆202的直径相比，离子出口端中的4根杆电极211、214、215、218的内接圆203的直径较小。此外，对于各杆电极21的直径，与离子入口端相比离子出口端的直径较小。这些尺寸均对离子强度造成影响。因此，本发明人试制了杆电极自身和与其配置相关的尺寸不同的2种离子导向器A、B，实验性地研究了相对于杆电极的直径从离子入口端到出口端相同的以往的极数变换离子导向器的离子强度的增加效果。

离子入口端中的八极配置的内接圆的直径A1与离子入口端中的杆电极的直径B1在离子导向器A、B中相同。另一方面，对于离子入口端中的八极配置的内接圆的直径A1与离子出口端中的四极配置的内接圆的直径A2之比(内接圆比)A1/A2，在离子导向器A为5，在离子导向器B为4.44。此外，对于各杆电极21的离子入口端中的直径B1与离子出口端中的直径B2之比(电极直径比)B1/B2，在离子导向器A为2.25，在离子导向器B为1.91。即，与离子导向器B相比，离子导向器A在离子的行进方向上的离子约束空间的变窄程度较急，随之，各杆电极的直径的缩小程度也较急。

图5是离子导向器A、B的离子的m/z与相对于以往的极数变换离子导向器的离子强度增加比的关系的实测结果。

由图5可知，在低m/z范围内离子导向器B的离子强度增加的效果较大，但在m/z700左右以上的m/z范围内，离子导向器A的离子强度增加的效果较大，其差异显著。此外，能够确认离子导向器A、B中的任一种相对于以往的极数变换离子导向器均具有明确的离子强度增加的效果。

若离子出口端的内接圆的直径相同，则内接圆比越大，在离子入口端中在周向上相邻的杆电极的间隔越宽。这意味着RF电场减弱，因此，为了充分捕集离子，需要与杆电极的间隔扩大相对应地增大离子入口端中的杆电极的直径。即，需要增大电极直径比。因此，可认为，为了高效地捕集一边扩散一边行进的离子，需要将内接圆比/电极直径比控制在一定程度的范围内。例如，在上述的离子导向器A中，内接圆比/电极直径比＝5/2.25＝2.22，在离子导向器B中，内接圆比/电极直径比＝4.44/1.91＝2.32。若从该结果考虑，虽然不是确定的数值，但能够大致推定为优选将内接圆比/电极直径比控制在2～2.5左右。

[变形例的质量分析装置的整体构成]

在上述实施方式的质量分析装置中，脱溶剂管7的出口端的中心轴和离子通过孔9的中心轴位于一条直线上。与此相对，如专利文献1所示例的那样，也能够采用使脱溶剂管7的出口端的中心轴与离子通过孔9的中心轴偏移的偏轴的构成。这是为了将与离子一起被送来第1中间真空室3的、未离子化的试样成分分子和活性中性粒子在第1中间真空室3内排除而使其不被送向第2中间真空室4。

图6是采用了偏轴的构成的一变形例的质量分析装置的概略构成图。对与图1所示的质量分析装置相同或相当的构成元件标注相同的附图标记，省略详细说明。在该例中，脱溶剂管7的出口端的中心轴331与离子通过孔9的中心轴332在Y轴方向上偏移。第1离子导向器30同时具有捕集通过脱溶剂管7送来的离子并将其缩小为细径的功能、和随着离子的行进而使离子在Y轴方向上偏移并引导至离子通过孔9的功能。

图7是从离子入射侧(用图6来说的话是左方)观察第1离子导向器30的俯视图。

第1离子导向器30中的6根杆电极341～346在离子入口端为六极配置，在离子出口端为四极配置。在离子入口端6根杆电极341～346外接于圆333，该6根杆电极341～346中的4根杆电极341、344、345、346在离子出口端外接于圆334。六极配置的中心轴331与四极配置的中心轴332虽然相互平行，但不位于一条直线上。

从第1离子导向器电压产生部13对各杆电极34施加的电压如图7中所述。即，对在中心轴331的周围相邻的任意2根杆电极施加相位相互反转的相同振幅的RF电压+Vcosωt或-Vcosωt。从而，在中心轴331的周围的环绕方向上交替地施加有+Vcosωt与-Vcosωt。此外，除了上述RF电压，还对4根杆电极341、344、345、346施加用于在第1离子导向器30的内部高效地输送离子的直流电压U1。另一方面，对于其他的2根杆电极342、343，在作为分析对象的离子的极性为正的情况下施加比直流电压U1更高(在正极性侧较大)的直流电压U2，在作为分析对象的离子的极性为负的情况下施加比直流电压U1更低(在负极性侧较大)的直流电压U2。

通过被施加至各杆电极34的RF电压+Vcosωt或-Vcosωt，在由该6根杆电极34包围的空间中形成具有约束离子的作用的多极RF电场。该多极RF电场在离子入射区域为以中心轴331为中心的六极RF电场，在离子射出区域为以中心轴332为中心的四极RF电场，在离子的入口端与出口端之间电场的状态从六极RF电场逐渐变化为四极RF电场。

另一方面，通过被施加至6根杆电极34的直流电压U1与直流电压U2的电压差，最初形成以使中心轴331为中心而分布的离子靠近中心轴332的方式进行挤压、即以使离子的轨道偏转的方式发挥作用的直流电场。即，由被施加至6根杆电极34的直流电压而形成的直流电场的作用之一为，使输送中的离子偏转的作用。

此外，由6根杆电极34包围的空间的入射区域中的中心轴331上的直流的电位依赖于直流电压U1与直流电压U2，与此相对，离子射出区域中的中心轴332上的直流的电位主要仅依赖于直流电压U1。在作为分析对象的离子的极性为正的情况下，由于直流电压U2比U1高，因此直流电压U2的影响表现得相对较强的、入射区域中的中心轴331上的直流的电位变得比离子射出区域中的中心轴332上的直流的电位高。因此，若考虑到在由6根杆电极34包围的空间内输送的离子的光轴上的电势分布，则随着从入口端朝向出口端而大致呈下行梯度的分布。换言之，这是使正极性的离子加速的加速电场，因此进入上述空间内的离子被赋予朝向出口端的动能。即，由被施加至6根杆电极34的直流电压而形成的直流电场的另一作用为，对输送中的离子进行加速的作用。

由此，在由6根杆电极34包围的空间中，大致沿Z轴方向入射的离子被六极RF电场捕集，随着沿Z轴方向行进，整体向靠近杆电极345、346的方向偏转。此外，由于离子在行进时被赋予动能，因此即使是例如在中途因与残留气体接触而导致损失了能量的情况下，也不滞留地朝向出口顺利地行进。并且，随着离子靠近第1离子导向器30的出口，被成为四极配置的4根杆电极341、344、345、346所形成的四极RF电场捕捉，并在中心轴332附近收敛，成为细径的离子流而射出。另一方面，即使在未离子化的试样分子或活性中性粒子等中性粒子与离子一起入射而来的情况下，由于这样的中性粒子不会偏转因而难以到达离子通过孔9。这样，在该质量分析装置中，一方面能够高效地将离子向后级输送，另一方面，能够在中途去除中性粒子。

[其他的变形例]

上述实施方式中的第1离子导向器20包含8根杆电极，并在离子入口端为八极配置。此外，上述变形例中的离子导向器30包含6根杆电极，并在离子入口端为六极配置。本发明使用的离子导向器中的杆电极的数量不限于此，只要是6以上的偶数即可。一般而言，虽然越增加杆电极的数量，在离子入射区域的离子的约束能力变得越高，但即使将杆电极的数量增加到某种程度以上，约束能力的提高程度也很小。此外，杆电极的数量越多，离子导向器的构成变得越复杂，安装性或维护性降低。若从这样的情况考虑，就实用性而言，杆电极的数量优选为6根、8根、10根或12根左右。

此外，在上述例子中，使施加在杆电极的直流电压U2比直流电压U1高，但在无需在输送途中使离子偏转的情况下，直流电压U2也可以不高于直流电压U1(离子为正极性的情况)。在分析对象的离子为正极性且直流电压U2比直流电压U1低的情况下，由上述说明显而易见地，在离子导向器的入口附近处的中心轴上的直流的电位变得比出口附近处的中心轴上的直流的电位低。即，若考虑到在由多根杆电极包围的空间内输送的离子的光轴上的电势分布，则随着从入口朝向出口而大致呈上行梯度的分布。由于这是使正极性的离子减速的减速电场，因此进入上述空间内的离子随着朝向出口而逐渐失去动能。即，由被施加至多根杆电极的直流电压而形成的直流电场的作用为，对输送中的离子进行减速的作用。

例如在图1所示的质量分析装置的构成中，因脱溶剂管7的两端的压力差、脱溶剂管7的开口直径等的关系，在从离子化室2流入第1中间真空室3内的大气的流速较大的情况下，有时被导入第1中间真空室3内的离子所具有的初始动能过大而难以被RF电场捕捉。在这样的情况下，可以在离子导向器的内部空间不形成朝向出口的加速电场，而是事先形成减速电场，通过该减速电场的作用积极地减少离子具有的动能。由此，能够通过RF电场将离子良好地捕捉，对其收敛并引导至出口。

如此，能够根据希望如何控制向离子导向器入射而来的离子的行为而适当变更直流电压U1与直流电压U2的大小关系。

此外，在上述实施方式和变形例的说明中，将分析对象的离子的极性设为正，但在分析对象的离子的极性为负的情况下，显而易见地，只要将对离子导向器所包含的各杆电极施加的直流电压和对除此之外的各部施加的直流电压适当变更就可应对。

此外，在上述实施方式的质量分析装置中，将第1离子导向器20、30配置在第1中间真空室3内，但也可以构成为将第1离子导向器20、30配置在与第1中间真空室3相比气压较低但与分析室5相比气压较高的第2中间真空室4内。

此外，也可以构成为不在单一型的四极型质量分析装置中，而是在三重四极型质量分析装置或四极-飞行时间型质量分析装置、傅里叶变换离子回旋共振质量分析装置等在大气压或接近大气压的气压下进行离子化并经由1个或多个中间真空室而将离子输送到配设于高真空气氛中的质量分离器的质量分析装置中，将第1离子导向器20、30配置在这些中间真空室的内部。此外，离子源不限于ESI离子源，而是能够替换为基于大气压化学离子化(APCI)法、大气压光离子化(APPI)法、探针电喷雾离子化(PESI)法、实时直接分析(DART)法等各种离子化法的离子源。即，离子源和质量分离器不限于上述所记载的，而是能够使用各种种类或方式。

此外，也可以构成为不将第1离子导向器20、30配置在中间真空室的内部，而是将上述第1离子导向器20、30配置在从外部导入碰撞气体或反应气体等各种气体从而利用该气体对离子进行各种操作的池的内部。

具体地，例如三重四极型质量分析装置和四极-飞行时间型质量分析装置具备使离子通过碰撞诱导解离(Collision Induced Dissociation：CID)而解离的碰撞池，也可以构成为将第1离子导向器20、30配置在该碰撞池的内部。此外，电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma：ICP)质量分析装置一般具备碰撞池或反应池以排除干扰离子和分子，也可以构成为将第1离子导向器20、30配置在该碰撞池或反应池的内部。

此外，上述实施方式和变形例仅为本发明的一例，在本发明的主旨的范围内适当施加变形、追加、修正也理所当然地包含在本发明权利要求书的范围内。

(第1项)本发明的质量分析装置的一方案，是具有输送作为分析对象的离子的离子输送光学系统的质量分析装置，

所述离子输送光学系统包含：N根杆电极，N根为6以上的偶数根，作为整体被配置为在离子的输送方向上延伸；电压生成部，对所述N根杆电极分别施加规定的电压，

为使所述N根杆电极在离子的入口端为所述N根杆电极全部与直径为A1的圆外接的N极的配置，在离子的出口端成为所述N根杆电极中的4根杆电极与直径为A2(其中A2＜A1)的圆外接的四极的配置，将该4根杆电极中的至少2根杆电极以随着在离子的输送方向行进而接近所述N极的配置或所述四极的配置的中心轴的方式相对于该中心轴倾斜地配设，且所述N根杆电极中的至少所述4根杆电极是离子出口端中的朝向中心轴的部分的圆弧状截面的直径比离子入口端中的朝向中心轴的部分的圆弧状截面的直径小的形状，

所述电压生成部对所述N根杆电极中的、在中心轴的周围相邻的杆电极彼此施加相位相互反转的RF电压，并且对所述4根杆电极施加第1直流电压、对所述N根杆电极中的所述4根杆电极以外的(N-4)根杆电极施加与所述第1直流电压不同的第2直流电压。

根据第1项记载的质量分析装置，在离子输送光学系统中，在离子入射区域，能够高效地捕集一边大幅扩散一边入射来的离子，在沿着离子光轴向后方输送的期间逐渐缩小离子的空间扩散，在离子射出区域，能够通过较高的离子收敛作用，将离子缩小为细径而送出。由此，与以往的极数变换离子导向器相比，能够实现更高的离子输送效率，能够增加供质量分析的离子的量、提高分析灵敏度。此外，与以往的极数变换离子导向器相比，能够在离子射出区域减小杆电极的直径(朝向中心轴的圆弧状截面的直径)，因此能够不易产生在周向上相邻的杆电极的干扰。

(第2项)在第1项记载的质量分析装置中，能够设为，D1/D2与A1/A2之比(A1/A2)/(D1/D2)为2～2.5的范围，所述D1/D2为所述N根杆电极的离子入口端中的朝向中心轴的部分的圆弧状截面的直径D1与离子出口端中的朝向中心轴的部分的圆弧状截面的直径D2之比，所述A1/A2为外接有该N根杆电极的圆的直径之比。

根据第2项记载的质量分析装置，能够在该离子输送光学系统的离子入射区域中良好地捕集从离子输送光学系统的前级扩散而到来的离子，并且在该离子输送光学系统的离子约束空间内输送离子的期间，使离子良好地收敛于中心轴附近。由此，能够实现较高的离子输送效率。

(第3项)在第1项或第2项记载的质量分析装置中，能够设为，在将试样成分于大气压气氛中离子化的离子化室与配设有质量分离部并被保持为高真空气氛的高真空室之间，具有1个以上的中间真空室，

在所述离子化室的下一级的中间真空室内配设有所述N根杆电极。

(第4项)在第1项或第2项记载的质量分析装置中，能够设为，在将试样成分于大气压气氛中离子化的离子化室与配设有质量分离部并被保持为高真空气氛的高真空室之间，具有2个以上的中间真空室，

在所述离子化室的下下级的中间真空室内配设有所述N根杆电极。

第3项及第4项记载的质量分析装置典型地均具有多级差动排气系统的构成。根据这些质量分析装置，能够在极力抑制在大气压气氛中生成的源自试样成分的离子的损耗的同时，向质量分离部导入大量的离子。由此，能够实现较高的分析灵敏度。

(第5项)在第1项或第2项记载的质量分析装置中，能够设为，在离子源与质量分离部之间，具有通过向内部导入规定的气体，使该气体与离子接触而进行对该离子的操作的池，

在所述池的内部配设有所述N根杆电极。

这里所说的池是通过与惰性气体的接触而使离子解离或使离子所具有的动能衰减的碰撞池，或者是通过与反应性气体的接触而向离子附加特定的物质的反应池。根据第5项记载的质量分析装置，能够在良好地捕集操作对象的离子的同时，使该离子解离或反应而取出所期望的离子。

附图标记说明

1 腔室

2 离子化室

3 第1中间真空室

4 第2中间真空室

5 分析室

6 ESI探针

7 脱溶剂管

8 锥孔体

9 离子通过孔

10 第2离子导向器

11 四极滤质器

12 离子检测器

13 第1离子导向器电压产生部

14 第2离子导向器电压产生部

15 滤质器电压产生部

16 控制部

20、30 第1离子导向器

201 离子光轴

202、333 (离子入口端的)内接圆

203、334 (离子出口端的)内接圆

21、211～218、34、341～346 杆电极

331、332 中心轴。

Claims (5)

1.一种质量分析装置，具有输送作为分析对象的离子的离子输送光学系统，其特征在于，

所述离子输送光学系统包含：N根杆电极，N根为6以上的偶数根，作为整体被配置为在离子的输送方向上延伸；电压生成部，对所述N根杆电极分别施加规定的电压，

为使所述N根杆电极在离子的入口端为所述N根杆电极全部与直径为A1的圆外接的N极的配置，在离子的出口端成为所述N根杆电极中的4根杆电极与直径为A2的圆外接的四极的配置，将该4根杆电极中的至少2根杆电极以随着在离子的输送方向行进而接近所述N极的配置或所述四极的配置的中心轴的方式相对于该中心轴倾斜地配设，且所述N根杆电极中的至少所述4根杆电极是离子出口端中的朝向中心轴的部分的圆弧状截面的直径比离子入口端中的朝向中心轴的部分的圆弧状截面的直径小的形状，其中，A2＜A1，

所述电压生成部对所述N根杆电极中的、在中心轴的周围相邻的杆电极彼此施加相位相互反转的RF电压，并且对所述4根杆电极施加第1直流电压、对所述N根杆电极中的所述4根杆电极以外的(N-4)根杆电极施加与所述第1直流电压不同的第2直流电压。

2.如权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于，

D1/D2与A1/A2之比(A1/A2)/(D1/D2)为2～2.5的范围，所述D1/D2为所述N根杆电极的离子入口端中的朝向中心轴的部分的圆弧状截面的直径D1与离子出口端中的朝向中心轴的部分的圆弧状截面的直径D2之比，所述A1/A2为外接有该N根杆电极的圆的直径之比。

3.如权利要求1或2所述的质量分析装置，其特征在于，

在将试样成分于大气压气氛中离子化的离子化室与配设有质量分离部并被保持为高真空气氛的高真空室之间，具有1个以上的中间真空室，

在所述离子化室的下一级的中间真空室内配设有所述N根杆电极。

4.如权利要求1或2所述的质量分析装置，其特征在于，

在将试样成分于大气压气氛中离子化的离子化室与配设有质量分离部并被保持为高真空气氛的高真空室之间，具有2个以上的中间真空室，

在所述离子化室的下下级的中间真空室内配设有所述N根杆电极。

5.如权利要求1或2所述的质量分析装置，其特征在于，

在离子源与质量分离部之间，具有通过向内部导入规定的气体，使该气体与离子接触而进行对该离子的操作的池，

在所述池的内部配设有所述N根杆电极。