DE112015002415B4 - Massenspektrometer - Google Patents

Abstract

Massenspektrometer (11), welches Folgendes umfasst:einen Massenspektrometrieteil (4), der nur lonentypen mit einem spezifischen Masse-/Ladungsverhältnis m/z durchlässt und wenigstens vier erste stabförmige Elektroden (13a, 13b) aufweist,einen Steuerteil (8), der die an die ersten stabförmigen Elektroden (13a, 13b) angelegte Spannung einstellt und steuert, undeinen Detektionsteil (5), der Ionen detektiert, die von den ersten stabförmigen Elektroden (13a, 13b) durchgelassen wurden,wobei die Größe des eingeschriebenen Kreises eines Eingangsendteils der ersten stabförmigen Elektroden (13a, 13b) höher ist als die Größe des eingeschriebenen Kreises eines anderen Abschnitts der ersten stabförmigen Elektroden (13a, 13b),dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsendteil der ersten stabförmigen Elektroden (13a, 13b) eine geneigte Form aufweist, worin einander gegenüberstehende Abschnitte ausgeschnitten sind, oder eine Form aufweist, die zu einer Außenseite umgefaltet ist, und die Länge leines Abschnitts mit der geneigten Form l/3 oder kleiner ist, wenn die Gesamtlänge der ersten stabförmigen Elektroden (13a, 13b) jeweils list.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Massenspektrometer, wobei ein Quadrupol-Massenspektrometer verwendet wird, und insbesondere ein Massenspektrometer, bei dem eine hohe Empfindlichkeit erforderlich ist, wie es bei einer Anwendung einer Analyse eines Teststücks innerhalb eines biologischen Körpers der Fall ist.
• Technischer Hintergrund
• Im Stand der Technik gibt es bei einem Massenspektrometer, wobei ein Quadrupol-Massenspektrometer verwendet wird, welches aus wenigstens vier stabförmigen Elektroden besteht und wobei eine Gleichspannung U und eine Hochfrequenzspannung Vqcos (Ω_qt + ϕ₀) an die stabförmigen Elektroden angelegt werden, viele Fälle, in denen ein Ionentransportteil (ein Ionenführungsteil), der aus wenigstens vier stabförmigen oder plattenförmigen Elektroden besteht und woran nur eine Hochfrequenzspannung Vicos (Ω_it + ϕ₀) angelegt ist, in einer Stufe vor dem Massenspektrometrieteil getrennt von einem Massenspektrometrieteil installiert ist, der eine Massenauswahl von Ionentypen mit einem spezifischen Masse-/Ladungsverhältnis m/z ausführt und diese trennt, um den Ionenverlust zu verringern, wenn ein Ionenstrahl von einem Teststück auf den Massenspektrometrieteil einfallen gelassen wird.
• Dabei werden in einem Fall, in dem der Radius des eingeschriebenen Kreises, wobei der kürzeste Abstand zwischen entgegengesetzten Elektroden von den Elektroden des Ionentransportteils als Durchmesser festgelegt ist, als r_i festgelegt ist, und der Radius des eingeschriebenen Kreises, wobei der kürzeste Abstand zwischen entgegengesetzten Elektroden von den Elektroden des Massenspektrometrieteils als Durchmesser festgelegt ist, als r_q festgelegt ist, der Ionentransportteil und der Massenspektrometrieteil so angeordnet, dass r_i = r_q gilt, und werden zusätzlich die Spannungen so angelegt, dass V_i = V_q und Ω_i = Ω_q gelten. Von nun an wird der eingeschriebene Kreis, wobei der kürzeste Abstand zwischen entgegengesetzten Elektroden als Durchmesser festgelegt ist, als eingeschriebener Kreis stabförmiger Elektroden bezeichnet.
• Zusätzlich wird in PTL 1 in Bezug auf die Elektroden des Ionentransportteils offenbart, dass die Elektroden des Ionentransportteils so angeordnet sind, dass eine Beziehung r_i1 > r_i2 in einem Fall gilt, in dem der Radius des eingeschriebenen Kreises stabförmiger Elektroden an einer Position, wo Ionen auf den Ionentransportteil fallen, als r_i1 festgelegt ist, und der Radius des eingeschriebenen Kreises stabförmiger Elektroden an einer Position, wo Ionen vom Ionentransportteil emittiert werden, als r_i2 festgelegt ist.
• Zitatliste
• Patentliteratur
• PTL 1: JP-A-2011-238616
• Kurzfassung der Erfindung
• Technisches Problem
• Bei einer Vorrichtung, welche eine Massenspektrometrie durch Abtasten des Masse-/Ladungsverhältnisses m/z eines Massenauswahl- oder -trennziels ausführt und die detektierte Ionenanzahl (ein Massenspektrum) für jedes Masse-/Ladungsverhältnis m/z ausgibt, und insbesondere bei der Ausführung einer Massenspektrometrie einer Nebenkomponente oder dergleichen, die im Teststück enthalten ist, ist eine Technik erforderlich, wobei der Verlust der Ionenanzahl dadurch, dass die Ionenflugbahn bis zur schließlichen zählenden Detektion der Ionen instabil ist, gering ist. Wie in 3 dargestellt ist, werden im Stand der Technik spitzenförmige elektrische Potentialbarrieren am Eingang in einen Ionenführungsteil und an einem Eingang in einen Massenspektrometrieteil gebildet, wird durch die Verteilungen des elektrischen Potentials eine Verzerrung des elektrischen Felds erzeugt, werden die Ionenflugbahnen instabil und wird dadurch ein Ionenverlust erzeugt.
• Anhand der Simulationsergebnisse ist ersichtlich, dass der Ionenverlust hauptsächlich aus den folgenden Gründen auftritt:
• Ionenverlust am Eingang in den Ionentransportteil (Ionenführung)
• Ionenverlust am Eingang in den Massenspektrometrieteil (Quadrupol-Massenspektrometrieteil)
• Der Ionenverlust bezieht sich darauf, dass die Ionenanzahl (die Detektionsempfindlichkeit), die schließlich detektiert wird, dadurch verringert wird, dass die Ionenflugbahn, von der erwartet wird, dass sie durch die Innenseite des Ionentransportteils oder des Massenspektrometrieteils verläuft, instabil wird, und dass die Ionen aus dem Ionentransportteil oder dem Massenspektrometrieteil ausgestoßen werden. Es wird angenommen, dass die Ursache dieser Art eines Ionenverlusts darin besteht, dass, wie in 5 dargestellt ist, spitzenförmige Potentialbarrieren in der Verteilung des elektrischen Potentials auftreten und die Ionenflugbahn daher instabil wird. Zum Lösen des vorstehend erwähnten technischen Problems muss die Verzerrung des elektrischen Felds durch spitzenförmige elektrische Potentialbarrieren, die am Eingang in den Ionentransportteil (Ionenführungsteil) und den Eingang in den Massenspektrometrieteil erzeugt werden, verringert werden.
• DE 603 09 700 T2 beschreibt ein Massenspektrometer gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1. Weitere herkömmliche Massenspektrometer sind in US 6 417 511 B1 , WO 2013/057822 A1 und EP 1 057 209 B1 offenbart.
• Lösung des Problems
• Ein Massenspektrometer gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Anspruch 1 definiert. Es ist mit Folgendem versehen: einem Massenspektrometrieteil, der nur Ionentypen mit einem spezifischen Masse-/Ladungsverhältnis m/z durchlässt und wenigstens vier erste stabförmige Elektroden aufweist, einem Steuerteil, der die an die ersten stabförmigen Elektroden angelegte Spannung einstellt und steuert, und einem Detektionsteil, der Ionen detektiert, die von den ersten stabförmigen Elektroden durchgelassen wurden, wobei die Größe des eingeschriebenen Kreises wenigstens eines Endteils der ersten stabförmigen Elektroden höher ist als die Größe des eingeschriebenen Kreises eines anderen Abschnitts der ersten stabförmigen Elektroden.
• Beispielsweise ist bei einem Quadrupol-Massen spektrometer die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, welche die Anzahl der detektierten Ionen (die Detektionsempfindlichkeit) durch Verringern der Potentialverteilung (der spitzenförmigen Verteilung), welche scharf in Bezug auf die in der Nähe des Eingangs des Ionentransportteils und des Eingangs des Massenspektrometrieteils erzeugte Potentialverteilung schwankt, in erster Linie unter Verwendung der Mittel (1) und (2) und dergleichen, wie nachstehend erwähnt, verbessert, um das vorstehend erwähnte technische Problem zu lösen.
1. (1) Die Elektroden der Ionenführung und des Quadrupol-Massenspektrometrieteils sind so angeordnet, dass die Beziehung r_i > r_q in einem Fall gilt, in dem der Radius des eingeschriebenen Kreises mehrerer stabförmiger Elektroden des Ionentransportteils (der Ionenführung) als r_i festgelegt ist und der Radius des eingeschriebenen Kreises mehrerer stabförmiger Elektroden des Massenspektrometrieteils (des Quadrupol-Massenspektrometrieteils) als r_q festgelegt ist.
2. (2) Die Elektrodenformen in der Nähe der Eingänge, worauf Ionen einfallen, sind so ausgebildet, dass sie eine geneigte (sich verengende) Form aufweisen, wobei der Durchmesser des eingeschriebenen Kreises in der Richtung allmählich zunimmt, welche der Richtung entgegengesetzt ist, in der Ionen auf die mehreren stabförmigen Elektroden des Massenspektrometrieteils (des Quadrupol-Massenspektrometrieteils) einfallen.
• Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung verringert die scharf schwankende (spitzenförmige) Verteilung des in der Nähe des Eingangs des Massenspektrometrieteils erzeugten elektrischen Potentials, d.h. die an den Endteilen der Elektroden auftretende Verzerrung des elektrischen Felds, so dass das Ionenpermeabilitätsverhältnis in der Nähe des Eingangs des Massenspektrometrieteils stark verbessert ist und eine Massenspektrometrie hoher Empfindlichkeit möglich ist.
• Figurenliste
• Es zeigen:
• 1 eine schematische Ansicht der Anordnung und der Struktur jeder Elektrode eines Ionentransportteils und eines Massenspektrometrieteils gemäß der vorliegenden Erfindung,
• 2 eine schematische Gesamtansicht eines Massenspektrometers gemäß der vorliegenden Erfindung, wodurch Massenspektrometriedaten gemessen werden,
• 3 eine Ansicht eines stabilen Ionenübertragungsgebiets innerhalb eines elektrischen Quadrupolfelds,
• 4 eine Ansicht, welche Ergebnisse der Ableitung der erzeugten Verteilung des elektrischen Potentials und der kumulativen Gesamtzahl des Ionendestabilisierungsverlusts einer Ionenführung und des Massenspektrometrieteils im Fall einer Elektrodenanordnung und -form aus dem Stand der Technik unter Verwendung einer Simulation zusammenfasst,
• 5 eine Konzeptansicht, wenn Ionen stabil durchlaufen oder instabil emittiert werden, wenn sie zwischen vier oder mehr stabförmigen Elektroden des Ionentransportteils einfallen,
• 6 eine Ansicht, welche Ergebnisse der Ableitung der erzeugten Verteilung des elektrischen Potentials und der kumulativen Gesamtzahl des Ionendestabilisierungsverlusts bei einer Elektrodenanordnung und einer Form einer Ionenführung und eines Massenspektrometrieteils gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer Simulation zusammenfasst,
• 7 eine Konzeptansicht, welche eine Elektrodenform zeigt, die von der Elektrodeneingangsform des Massenspektrometrieteils gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verschieden ist,
• 8 eine Konzeptansicht, welche eine Eingangsendteilform jeder Elektrode eines Ionentransportteils gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
• 9 eine Konzeptansicht, welche Endteilformen eines Eingangs und eines Ausgangs jeder Elektrode des Ionentransportteils gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
• 10 eine schematische Ansicht eines Spannungssteuerverfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Steuern der Spannung, die an jede Elektrode eines Ionentransportteils und eines Massenspektrometrieteils angelegt wird,
• 11 eine Konzeptansicht eines Verfahrens zur Bewegung eines Elektrodeneingangsendteils eines Massenspektrometrieteils gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
• 12 eine Konzeptansicht eines Verfahrens zur Bewegung eines Elektrodeneingangsendteils des Massenspektrometrieteils gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
• Beschreibung von Ausführungsformen
• Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
• Ausführungsform 1
• Zuerst wird eine erste Ausführungsform unter Verwendung der 1 bis 7 beschrieben. 1 zeigt einen Ionentransportteil (eine Ionenführung) und einen Massenspektrometrieteil (einen Quadrupol-Massenspektrometrieteil), die Merkmale der ersten Ausführungsform sind, und 2 ist eine Gesamtkonfigurationsansicht eines Massenspektrometers gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Zuerst wird ein Analyseablauf eines Massenspektrometers 11 gezeigt.
• Ein Teststück eines Massenspektrometriegegenstands wird in einem Vorbehandlungssystem 1 in der Art eines Gaschromatographie(GC)-Systems oder eines Flüssigchromatographie(LC)-Systems zeitlich getrennt und fraktioniert, und Teststückionen, die in einem Ionisationsteil 2 sequenziell ionisiert werden, werden durch Hindurchlaufen durch einen Ionentransportteil 3 und Einfallen auf einen Massenspektrometrieteil 4 nach der Masse getrennt. In diesem Fall ist m die Masse eines Ions und ist z die Ladungsvalenz eines Ions. Die Spannung des Massenspektrometrieteils 4 wird von einer Gleichspannungsquelle 9 angelegt, während sie von einem Steuerteil 8 gesteuert wird. Getrennte Ionen werden durch einen Ionendetektionsteil 5 detektiert, durch einen Datenverarbeitungsteil 6 einer Datenreduktion und Verarbeitung unterzogen, und Massenspektrometriedaten, die ein Spektrometrieergebnis sind, werden auf einem Anzeigeteil 7 angezeigt. Die Gesamtsteuerung dieser Reihe von Massenspektrometrieprozessen, nämlich der Ionisation eines Teststücks, des Transports und des Einfalls eines Teststück-Ionenstrahls auf den Massenspektrometrieteil 4, eines Massentrennungsprozesses, der Ionendetektion, der Datenverarbeitung und der Befehlsverarbeitung eines Benutzereingabeteils 10, geschieht unter Verwendung des Steuerteils 8.
• In diesem Fall sind der Ionentransportteil 3 und der Massenspektrometrieteil 4 als Quadrupol-Massenspektrometer konfiguriert, die aus vier stabförmigen Elektroden bestehen, sie können jedoch auch als Multipol-Massenspektrometer konfiguriert sein, die aus vier oder mehr stabförmigen Elektroden bestehen. Zusätzlich können, wie in 1 dargestellt ist, wenn die Längsrichtung der stabförmigen Elektroden als z-Richtung festgelegt ist und die Querschnittsrichtung als eine x,y-Ebene festgelegt ist, wie in der x, y-Schnittansicht der stabförmigen Elektroden gezeigt ist, die vier stabförmigen Elektroden säulenförmige Elektroden sein oder stabförmige Elektroden sein, wobei eine bipolare Oberflächenform in der Art der durch die gepunktete Linie dargestellten ausgebildet ist.
• Bei den vier Elektroden im Massenspektrometrieteil 4 sind gegenüberstehende Elektroden als ein Satz konfiguriert, werden Spannungen entgegengesetzter Spannungsphasen, wobei eine Hochfrequenzspannung einer Gleichspannung überlagert ist, nämlich +(U + VcosΩt) und -(U + VcosΩt), an zwei Sätze von Elektroden 13a und 13b angelegt und werden elektrische Hochfrequenzfelder Ex und Ey, die in Formel (1) dargestellt sind, zwischen den vier stabförmigen Elektroden erzeugt.
• $${\text{E}}_{\text{x}}=-\frac{\partial \mathrm{\Phi }}{\partial \text{x}}=-\frac{2\left(\text{U}+\text{V cos }\mathrm{\Omega }\text{t}\right)}{{\text{r}}_0{}^2}\cdot \text{x},{\text{ E}}_{\text{y}}=-\frac{\partial \mathrm{\Phi }}{\partial \text{x}}=+\frac{2\left(\text{U}+\text{V cos }\mathrm{\Omega }\text{t}\right)}{{\text{r}}_0{}^2}\cdot \text{y}$$

  
• Ionisierte Teststückionen werden entlang der Mittelachse (z-Richtung) zwischen den stabförmigen Elektroden geleitet und laufen durch das Zentrum der elektrischen Hochfrequenzfelder nach Formel (1) . Die Stabilität der Ionenbahnen in x- und y-Richtung zu dieser Zeit wird durch die folgenden dimensionslosen Parameter a und q bestimmt, die anhand der Bewegungsgleichungen (Mathieu-Funktionen) von Ionen zwischen stabförmigen Elektroden abgeleitet werden.
• $$\text{a}=\frac{8\text{eU}}{{\mathrm{\Omega }}^2{\text{mr}}_0{}^2}$$

  
• $$\text{q}=\frac{4\text{eV}}{{\mathrm{\Omega }}^2{\text{mr}}_0{}^2}$$

  
• In diesem Fall ist die Valenz z auf 1 gelegt. Fälle, in denen z ≠ 1 ist, sind in den Formeln (2) und (3) dargestellt. r₀ ist die Hälfte des Werts des Abstands zwischen entgegengesetzten Stabelektroden, e ist die Elementarladung, m ist die Ionenmasse, U ist die an die Stabelektroden angelegte Gleichspannung, und V und Ω sind die Amplitude und die Winkelfrequenz der Hochfrequenzspannung. Sobald die Werte von r₀ , U, V und Ω festgelegt wurden, entspricht jeder Ionentyp abhängig von seiner Atommassenzahl m verschiedenen (a, q)-Punkten auf einer a-q-Ebene in 3. Zu dieser Zeit liegen infolge der Formeln (2) und (3) die verschiedenen (a, q) -Punkte jedes Ionentyps alle auf einer geraden Linie von Formel (4).
• $$\text{a}=\frac{2\text{U}}{\text{V}}\text{q}$$

  
• Ein quantitativer Bereich (ein Stabilitätsdurchlassbereich) von a und q, der eine stabile Lösung ergibt, ist in 3 für Ionenbahnen sowohl in x- als auch in y-Richtung dargestellt. Nur Ionentypen mit einer gegebenen spezifischen Atommassenzahl M werden zwischen den stabförmigen Elektroden übertragen, und zur Ausführung einer Massentrennung bei einem instabilen Emittieren anderer Ionentypen vom QMS müssen die U- und V-Verhältnisse so eingestellt werden, dass die Umgebung des Scheitelpunkts des Gebiets stabiler Transmission in 3 (3) geschnitten wird. Während stabil übertragene Ionen vibrieren und zwischen den stabförmigen Elektroden in z-Richtung übertragen werden, breiten sich die Vibrationen destabilisierter Ionen aus und werden in x- und y-Richtung übertragen. Die gerade Linie aus Formel (4) wird als Massenabtastlinie bezeichnet, und die Atommassenzahl M der Ionentypen, die zwischen den stabförmigen Elektroden stabil übertragen werden und nach der Masse getrennt werden, werden durch sequenzielles Abtasten der U- und V-Werte abgetastet, während die Steigung (U/V-Verhältnis) der Massenabtastlinie beibehalten wird.
• $$\text{U}=\frac{{\text{mr}}_0{}^2{\mathrm{\Omega }}^2}{8\text{e}}\text{a}$$

  
• $$\text{V}=\frac{{\text{mr}}_0{}^2{\mathrm{\Omega }}^2}{4\text{e}}\text{q}$$

  
• Zu dieser Zeit wird infolge der Formeln (5) und (6), in welche die Formeln (2) und (3) umgeformt werden, normalerweise die Atommassenzahl M von Ionentypen durch Vergrößern der U- und V-Werte proportional zur Ionenmasse m abgetastet.
• Dagegen sind im Ionentransportteil 3 (in der Ionenführung) in den vier Elektroden gegenüberstehende Elektroden als ein Satz konfiguriert, werden nur Hochfrequenzspannungen jeweiliger entgegengesetzter Phasen +VcosΩt und -VcosΩt an zwei Sätze von Elektroden 14a und 14b angelegt und werden elektrische Hochfrequenzfelder Ex und Ey, die in Formel (7) dargestellt sind, zwischen den vier stabförmigen Elektroden erzeugt.
• $${\text{E}}_{\text{x}}=-\frac{\partial \mathrm{\Phi }}{\partial \text{x}}=-\frac{2\left(\text{U}+\text{V cos }\mathrm{\Omega }\text{t}\right)}{{\text{r}}_0{}^2}\cdot \text{x},{\text{ E}}_{\text{y}}=-\frac{\partial \mathrm{\Phi }}{\partial \text{x}}=+\frac{2\left(\text{U}+\text{V cos }\mathrm{\Omega }\text{t}\right)}{{\text{r}}_0{}^2}\cdot \text{y}$$

  
• Weil die Gleichspannung nicht an den Ionentransportteil angelegt wird, gilt U = 0, und infolge von Formel (4) entspricht die Massenabtastlinie bei einem Fall des Ionentransportteils Formel (8).
• $$\text{a}=0$$

  
• Dementsprechend wird, wie in 3 dargestellt ist, theoretisch erwartet, dass alle Ionentypen übertragen werden können, welche dem Gebiet entsprechen, wo das Gebiet stabiler Übertragung und die Abtastlinie a = 0 einander schneiden. In der Praxis wird jedoch, wie in 4 dargestellt ist, am Eingang des Ionentransportteils 3 (der Ionenführung) eine Verteilung mit scharfen Schwankungen (einer Spitzenform) des Potentials erzeugt, weshalb eine Anzahl von Ionen verloren geht, was zu einer Verringerung der Detektionsempfindlichkeit führt, weil ein Teil der Ionen am Eingang der Ionenführung destabilisiert wird und diese Ionen nicht durch die Ionenführung laufen. Eine Konzeptansicht eines Zustands, wobei ein Teil der Ionen in der Nähe der Elektrodeneingänge des Ionenführungsteils oder des Massenspektrometrieteils destabilisiert wird, ist in 5 dargestellt.
• Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in 1 dargestellt ist, sind die jeweiligen Elektroden so angeordnet, dass der Radius r_i des eingeschriebenen Kreises der vier oder mehr Elektroden des Ionenführungsteils größer ist als der Radius r_q des eingeschriebenen Kreises der vier oder mehr stabförmigen Elektroden des Massenspektrometrieteils.
• $${\text{r}}_{\text{i}}>{\text{r}}_{\text{q}}$$

  
• Ferner ist, wie in 1 dargestellt ist, die Form des Eingangsendteils jeder stabförmigen Elektrode des Massenspektrometrieteils dadurch gekennzeichnet, dass sie sich verengt. Wie in der y-z-Ebenenansicht aus 1 dargestellt ist, ist der sich verengende Teil dadurch gekennzeichnet, dass er eine geneigte (sich verengende) Form aufweist, wobei der Durchmesser des eingeschriebenen Kreises in der zur Ioneneinfallsrichtung entgegengesetzten Richtung allmählich zunimmt. Dadurch wird, wie in 6 dargestellt ist, die Verteilung mit einem scharf schwankenden (spitzenförmigen) elektrischen Potential, das in der Nähe der Eingänge der Ionenführung und des Massenspektrometrieteils erzeugt wird, verkleinert, und es werden dementsprechend die Ionenverlustraten in der Nähe der Eingänge der Ionenführung und des Massenspektrometrieteils stark verringert, so dass unter Verwendung einer Simulation ferner bestätigt werden kann, dass sich das Ionenpermeabilitätsverhältnis stark verbessert. Dementsprechend wird die Verteilung mit einem scharf schwankenden (spitzenförmigen) elektrischen Potential, das in der Nähe der Eingänge der Ionenführung und des Massenspektrometrieteils erzeugt wird, verkleinert, weshalb angenommen wird, dass eine Verbesserung der Ionenempfindlichkeit erwartet werden kann. In diesem Fall kann an Stelle einer sich verengenden Form, wie in 7 dargestellt ist, jede Elektrodenform am Eingang des Massenspektrometrieteils eine Elektrodenform sein, die zur Außenseite gebogen ist, so dass sich die Eingangsseite vergrößert. Zusätzlich ist es im Fall von 1 oder in einem Fall in der Art jenes aus 7, wenn die Gesamtlänge einer Elektrode als l₀ festgelegt ist, erwünscht, dass die Länge la eines Abschnitts mit einer sich verengenden Form und die Länge la (Länge in z-Richtung) eines Abschnitts, der eine Krümmung aufweist, l₀/3 oder kleiner sind, um die Genauigkeit der Massenspektrometrie beizubehalten.
• $$1_{\text{a}}\le {\text{l}}_0\text{/}3$$

  
• Ausführungsform 2
• Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform unter Verwendung der 8 und 9 beschrieben. In diesem Fall ist, wie in 8 dargestellt ist, der Ionentransportteil (der Ionenführungsteil) auch durch eine Form gekennzeichnet, wobei die Elektrodenquerschnittsform des Eingangsendteils eine geneigte Form hat. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ähnlich dem Fall in der Nähe des Elektrodeneingangs des Massenspektrometrieteils gemäß der ersten Ausführungsform die Verteilung mit einem scharf schwankenden (spitzenförmigen) elektrischen Potential in der Nähe des Eingangs des Ionentransportteils verringert, wodurch eine Destabilisierung der Ionenflugbahn verhindert wird und die Wirkung einer stabilen Transmission erwartet werden kann. Es wird angenommen, dass durch Konfigurieren der Ausgangsendteile, so dass sie eine sich verengende Form aufweisen, zusätzlich lediglich zu den Eingangsendteilen der Elektroden im Ionentransportteil und im Massenspektrometrieteil, wie in 9 dargestellt ist, die Verzerrung des elektrischen Felds durch scharfe Schwankungen der Potentialverteilung in den Ausgangsabschnitten verringert ist und dass sich dadurch auch das Ionenpermeabilitätsverhältnis in den Ausgangsabschnitten verbessert.
• Ausführungsform 3
• Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform unter Verwendung von 10 beschrieben. In diesem Fall werden, wie in 10 dargestellt ist, Spannungen angelegt, so dass die folgende Beziehung zwischen dem Amplitudenwert V_i der an die Elektroden des Ionentransportteils (Ionenführungsteils) 3 angelegten Hochfrequenzspannung und dem Amplitudenwert V_q der an die Elektroden des Massenspektrometrieteils angelegten Hochfrequenzspannung V_qcos (Ω_qt + ϕ₀) in Bezug auf die an die Elektroden des Ionentransportteils (Ionenführungsteils) angelegte Hochfrequenzspannung ±V_icos (Ω_it + ϕ₀) und die an die Elektroden des Massenspektrometrieteils angelegte überlagerte Spannung ±(U + V_qcos (Ω_qt + ϕ₀) der Gleichspannung U und der Hochfrequenzspannung V_qcos (Ω_qt + ϕ₀) gilt.
• $${\text{V}}_{\text{i}}<{\text{V}}_{\text{q}}$$

  
• Verglichen mit der ersten Ausführungsform, wobei der Radius r_i des eingeschriebenen Kreises jeder Elektrode des Ionentransportteils größer ist als der Radius r_q des eingeschriebenen Kreises jeder Elektrode des Massenspektrometrieteils, um die scharfen Schwankungen der Potentialverteilung des Ionentransportteils zu verringern, können gemäß der vorliegenden Ausführungsform die scharfen Schwankungen der Potentialverteilung des Ionentransportteils verringert werden, indem lediglich die angelegte Spannung so eingestellt wird, dass der Radius des eingeschriebenen Kreises jeder Elektrode des Ionentransportteils r_i = r_q ist. Zu dieser Zeit ist in einem Fall, in dem sich das Ionenpermeabilitätsverhältnis für jeden Ionentyp oder dergleichen unterscheidet, eine Einstellung jedes Ionentyps möglich, weil eine Feineinstellung unter Verwendung der angelegten Spannung vorgenommen werden kann, so dass angenommen wird, dass eine Verbesserung der Ionenempfindlichkeit über einen breiten Bereich (Massenbereich) der Masse-/Ladungsverhältnisse von Analysegegenständen erwartet werden kann.
• Ausführungsform 4
• Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform unter Verwendung der 11 und 12 beschrieben. In diesem Fall sind, wie in den 11 und 12 dargestellt ist, die Abschnitte der sich verengenden Form oder der umgefalteten Form am Eingangsendteil jeder Elektrode des Massenspektrometrieteils beweglich. Mit anderen Worten kann, weil es möglich ist, den Winkel der Abschnitte der sich verengenden Form oder der umgefalteten Form am Eingangsendteil jeder Elektrode fein einzustellen, in einem Fall, in dem sich das Ionenpermeabilitätsverhältnis oder dergleichen für jeden Ionentyp unterscheidet, eine Einstellung für jeden Ionentyp vorgenommen werden, und es wird daher angenommen, dass eine Verbesserung der Ionenempfindlichkeit über einen breiten Bereich (Massenbereich) von Masse-/Ladungsverhältnissen von Analysegegenständen möglich ist. Zusätzlich wird, weil es auch möglich ist, eine Näherungsmetrik mit dem Ionentransportteil (Ionenführungsteil) einzustellen, angenommen, dass die Möglichkeit besteht, dass der Ionenverlust zwischen dem Ionentransportteil und dem Massenspektrometrieteil weiter verringert wird.
• Bezugszeichenliste

1

VORBEHANDLUNGSSYSTEM

2

IONISATIONSTEIL

3

IONENTRANSPORTTEIL

4

MASSENSPEKTROMETRIETEIL

5

IONENDETEKTIONSTEIL

6

DATENVERARBEITUNGSTEIL

7

ANZEIGETEIL

8

STEUERTEIL

9

GLEICHSPANNUNGSQUELLE

10

BENUTZEREINGABETEIL

11

MASSENSPEKTROMETER

12

WECHSELSPANNUNGSQUELLE

13a, b, c und d

ELEKTRODE

14a, b, c und d

ELEKTRODE

Claims (15)

1. Massenspektrometer (11), welches Folgendes umfasst: einen Massenspektrometrieteil (4), der nur lonentypen mit einem spezifischen Masse-/Ladungsverhältnis m/z durchlässt und wenigstens vier erste stabförmige Elektroden (13a, 13b) aufweist, einen Steuerteil (8), der die an die ersten stabförmigen Elektroden (13a, 13b) angelegte Spannung einstellt und steuert, und einen Detektionsteil (5), der Ionen detektiert, die von den ersten stabförmigen Elektroden (13a, 13b) durchgelassen wurden, wobei die Größe des eingeschriebenen Kreises eines Eingangsendteils der ersten stabförmigen Elektroden (13a, 13b) höher ist als die Größe des eingeschriebenen Kreises eines anderen Abschnitts der ersten stabförmigen Elektroden (13a, 13b), dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsendteil der ersten stabförmigen Elektroden (13a, 13b) eine geneigte Form aufweist, worin einander gegenüberstehende Abschnitte ausgeschnitten sind, oder eine Form aufweist, die zu einer Außenseite umgefaltet ist, und die Länge l_a eines Abschnitts mit der geneigten Form l₀/3 oder kleiner ist, wenn die Gesamtlänge der ersten stabförmigen Elektroden (13a, 13b) jeweils l₀ ist.
2. Massenspektrometer (11) nach Anspruch 1, wobei der Eingangsendteil der ersten stabförmigen Elektroden (13a, 13b) eine Rundung aufweist, worin einander gegenüberstehende Abschnitte ausgeschnitten sind.
3. Massenspektrometer (11) nach Anspruch 1, wobei der Eingangsendteil der ersten stabförmigen Elektroden (13a, 13b) beweglich ist.
4. Massenspektrometer (11) nach Anspruch 1, wobei die Größe des eingeschriebenen Kreises beider Endteile der ersten stabförmigen Elektroden (13a, 13b) höher ist als die Größe des eingeschriebenen Kreises eines anderen Abschnitts der ersten stabförmigen Elektroden (13a, 13b).
5. Massenspektrometer (11) nach Anspruch 1, welches ferner Folgendes umfasst: einen lonenführungsteil (3), der Ionen transportiert.
6. Massenspektrometer (11) nach Anspruch 5, wobei der lonenführungsteil (3) wenigstens zwei plattenförmige Elektroden aufweist.
7. Massenspektrometer (11) nach Anspruch 5, wobei der lonenführungsteil (3) wenigstens vier zweite stabförmige Elektroden (14a, 14b) aufweist.
8. Massenspektrometer (11) nach Anspruch 7, wobei die Größe des in die zweiten stabförmigen Elektroden (14a, 14b), welche den lonenführungsteil (3) bilden, eingeschriebenen Kreises höher ist als die Größe des in die ersten stabförmigen Elektroden (13a, 13b), welche den Massenspektrometrieteil (4) bilden, eingeschriebenen Kreises.
9. Massenspektrometer (11) nach Anspruch 7, wobei die Größe des eingeschriebenen Kreises wenigstens eines Endteils der zweiten stabförmigen Elektroden (14a, 14b), welche den lonenführungsteil (3) bilden, höher ist als die Größe des eingeschriebenen Kreises eines anderen Abschnitts der zweiten stabförmigen Elektroden (14a, 14b).
10. Massenspektrometer (11) nach Anspruch 9, wobei wenigstens ein Endteil der zweiten stabförmigen Elektroden (14a, 14b) eine geneigte Form aufweist, worin einander gegenüberstehende Abschnitte ausgeschnitten sind.
11. Massenspektrometer (11) nach Anspruch 9, wobei wenigstens ein Endteil der zweiten stabförmigen Elektroden (14a, 14b) eine Form aufweist, die zu einer Außenseite umgefaltet ist.
12. Massenspektrometer (11) nach Anspruch 9, wobei wenigstens ein Endteil der zweiten stabförmigen Elektroden (14a, 14b) eine Rundung aufweist, worin einander gegenüberstehende Abschnitte ausgeschnitten sind.
13. Massenspektrometer (11) nach Anspruch 9, wobei wenigstens ein Endteil der zweiten stabförmigen Elektroden (14a, 14b) beweglich ist.
14. Massenspektrometer (11) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der kürzeste Abstand zwischen den Elektroden (14a, 14b), welche den lonenführungsteil (3) bilden, größer ist als der kürzeste Abstand zwischen den Elektroden (13a, 13b), welche den Massenspektrometrieteil (4) bilden.
15. Massenspektrometer (11) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Amplitudenwert einer an die Elektroden (13a, 13b), welche den Massenspektrometrieteil (4) bilden, angelegten Hochfrequenzspannung höher ist als der Amplitudenwert der an die Elektroden (14a, 14b), welche den lonenführungsteil (3) bilden, angelegten Hochfrequenzspannung.

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