DE112017000366T5

DE112017000366T5 - Mit Ionenmobilitätstrennungsteil ausgestattete Analysevorrichtung

Info

Publication number: DE112017000366T5
Application number: DE112017000366.0T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Satake; Kazushige NISHIMURA; Hideki Hasegawa; Masuyuki Sugiyama
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-10-04
Also published as: US10684256B2; GB2562934B; CN108603860B; US20190079051A1; WO2017150505A1; GB2562934A; JP2017156318A; CN108603860A; JP6456863B2; GB201812101D0

Abstract

Um einen Analysator mit einem Ionenmobilitätstrennungsteil zu einer hohen Haltbarkeit und Robustheit zu verhelfen, umfasst der Analysator eine Ionenquelle, einen Ionenmobilitätstrennungsteil, der ein Paar einander zugewandter Elektroden enthält, an die eine Hochfrequenzspannung und eine Gleichspannung angelegt werden, und eine Abschirmelektrode, die zwischen der Ionenquelle und dem Ionenmobilitätstrennungsteil bereitgestellt ist und an die eine Gleichspannung angelegt wird, wobei die Abschirmelektrode einen Ionenströmungsweg aufweist, der einen Einlass, aus dem Ionen von der Ionenquelle eingeleitet werden, und einen Auslass, aus dem die Ionen innen abgegeben werden, verbindet, und der Ionenströmungsweg so gebogen ist, dass der Auslass von dem Einlass aus nicht gesehen werden kann.

Description

Technisches Gebiet
Das vorliegende Dokument bezieht sich auf einen Analysator mit einem Ionenmobilitätstrennungsteil.
Stand der Technik
Ein Ionenmobilitätsseparator (oder eine Ionenmobilitätsvorrichtung), der Ionen nach Ionenmobilität trennt und detektiert, wird wegen der Eigenschaft, dass er sogar unter Atmosphärendruck arbeiten kann, ohne dass eine Unterdruckpumpe erforderlich ist, als eine Vor-Ort-Messvorrichtung für die Umweltanalyse, Sprengstoffdetektion, Detektion illegaler Drogen, Detektion chemischer Mittel und dergleichen in großem Umfang verwendet. Der Ionenmobilitätsseparator trennt Ionen in einer Gasphase unter Atmosphärendruck, indem er die Tatsache nutzt, dass die Bewegungsgeschwindigkeit der Ionen in der Gasphase in Abhängigkeit von der dreidimensionalen Struktur eines Molekülions unterschiedlich ist. Daher unterscheidet sich ein Trennverfahren stark von einem Massenspektrometer, das Molekülionen im elektrischen Feld oder im magnetischen Feld bei Unterdruck trennt. Als Ergebnis wird erwartet, dass unter Verwendung eines Ionenmobilitätsseparators isomere Ionen mit dem gleichen Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z) getrennt werden, die mit einem Massenspektrometer schwierig zu trennen sind. Als eines der Verfahren, das in den letzten Jahren häufig für einen Ionenmobilitätsseparator verwendet wird, sind ein feldasymmetrischer Ionenmobilitätsseparator (FAIMS) oder ein differenzielles Ionenmobilitätsspektrometer (DMS) bereitgestellt.
Ein Massenspektrometer (MS) weist eine hohe Selektivität auf, da Ionen nach einem Masse-zu-Ladungs-Verhältnis (m/z) von Molekülionen bei Unterdruck getrennt werden können und Ionen mit hoher Empfindlichkeit und hoher Genauigkeit getrennt und detektiert werden können. Ein Massenspektrometer wird üblicherweise als ein Detektor für Flüssigchromatographen (LC) und Gaschromatographen (GC) verwendet und analytische Verfahren, die als Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie (LC/MS) und Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC/MS) bezeichnet werden, werden häufig verwendet. Hohe Empfindlichkeit und hohe Auflösung werden durch zeitliches Trennen von Proben, Verunreinigungen und anderen Proben durch LC und GC verwirklicht.
Zusätzlich wird in einem Massenspektrometer eine Tandem-Massenspektrometrie verwendet, die Messzielionen zerlegt und zerlegte Ionen (Fragmentionen) misst, um eine Trennung von anderen Verunreinigungsionen zu ermöglichen. Dies führt zu einer hohen Massenauflösung. Weiterhin ist die Technologie für ein Massenspektrometer, das zu einer hochempfindlichen Messung in der Lage ist, wie etwa ein Massenspektrometers mit hoher Auflösung wie ein Flugzeit-Massenspektrometer (TOF/MS), ein Fouriertransformations-Massenspektrometer (FT/MS), ein Fouriertransformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometer (FTICR/MS) und ein Orbitrap-Massenspektrometer oder ein Dreifach-Quadrupol-Massenspektrometer und ein Quadrupol-Massenspektrometer, fortgeschritten und das Massenspektrometer verbreitet sich vor allem in den Bereichen der Biologie und Medizin.
Wie oben beschrieben weist ein Ionenmobilitätsseparator eine von einem Massenanalysator verschiedene Trennleistung auf und daher wurde auch von einem Messverfahren berichtet, das einen Massenanalysator und einen Ionenmobilitätsseparator kombiniert. PTL 1 und 2 offenbaren Beispiele einer Vorrichtung, in der eine lonenquelle, ein FAIMS und ein Massenspektrometer kombiniert sind. Das FAIMS befindet sich in einer der Ionenquelle nachfolgenden Stufe und in einer dem Massenspektrometer vorhergehenden Stufe. PTL 3 offenbart ein Beispiel eines Massenspektrometers. Ionenströmungswege sind in der nachfolgenden Stufe der Ionenquelle und in der vorhergehenden Stufe des MS gebogen.
Entgegenhaltungsliste
Patentdokumente

PTL 1: US 2009/0294650 A1
PTL 2: WO 2015/111311 A1
PTL 3: US 5756994

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In einem Ionenmobilitätsseparator ist die Technologie zum Detektieren von Ionen mit hoher Empfindlichkeit und hohem Durchsatz nach dem Trennen von Ionen, die von einer Ionenquelle erzeugt werden, für eine weitere Verbreiterung der Anwendung und eine Verringerung von Fehldetektionen wichtig. Der Ionenmobilitätsseparator (FAIMS oder DMS), der Ionen nach Ionenmobilität trennt und detektiert, hat jedoch gegenwärtig die folgenden Probleme.
In PTL 1 ist eine Vorrichtung in der Reihenfolge einer Ionenquelle, einer Vorhangplatte, eines FAIMS und eines Massenspektrometers ausgebildet und Rauschkomponenten werden unter Verwendung eines Vorhanggases entfernt. Ein Gasstrom wird von der MS-Seite in Richtung der Seite der Ionenquelle erzeugt, indem ein Vorhanggas zu einem Vorhangplattenabschnitt geleitet wird, und das Gas verringert den Eintritt von Rauschkomponenten (oder Verunreinigungskomponenten) wie geladenen Tröpfchen, neutralen Molekülen, Clustern und dergleichen, die von der Ionenquelle erzeugt werden, in das Massenspektrometer. Als Ergebnis wird eine Verringerung der Kontamination des FAIMS und des Massenspektrometers bewirkt. Die Rauschkomponente kann jedoch nur mit dem Vorhanggas nicht vollständig beseitigt werden. Dies liegt daran, dass das FAIMS, das sich unmittelbar hinter der Ionenquelle befindet, wahrscheinlich stark kontaminiert wird, da Proben und vorbehandeltes Blut ständig von der Ionenquelle versprüht werden. Wenn das FAIMS kontaminiert ist, gibt es insofern Probleme, als eine Empfindlichkeitsverringerung und eine Verschlechterung der Trennfähigkeit aufgrund einer Störung des elektrischen Feldes auftreten und die isolierte Spannung des FAIMS tendenziell entladen wird, wenn das FAIMS mit Ionen und leitenden Substanzen kontaminiert ist. Da das FAIMS unmittelbar hinter der Ionenquelle angeordnet ist, wird es wie oben beschrieben leicht durch Tröpfchen und neutrale Moleküle kontaminiert, die durch die Ionenquelle versprüht werden. Daher sind die Haltbarkeit und Robustheit des FAIMS ein großes Problem.
In PTL 2 ist eine Konfiguration offenbart, bei der durch eine Ionenquelle erzeugte Ionen in einer einem MS vorhergehenden Stufe durch eine Gegenelektrode hindurchtreten, zwischen einer Elektrode der vorhergehenden Stufe und einer Elektrode der nachfolgenden Stufe eintreten und dann einen Bogen von 90 Grad beschreiben, um auf das MS einzufallen. Gemäß dieser Konfiguration ist beschrieben, dass Tröpfchen und neutrale Moleküle an der Elektrode der vorhergehenden Stufe und der Elektrode der nachfolgenden Stufe reduziert werden, um die Kontamination des MS zu reduzieren. In PTL 3 ist eine Konfiguration beschrieben, bei der Ionen, die von einer Ionenquelle emittiert werden, in das MS eintreten und andere Gase und Rauschen zu einer Entsorgungsöffnung strömen. Obwohl PTL 2 und 3 die Kontamination eines Massenanalysators verhindern und die Haltbarkeit verbessern können, gibt es keine Beschreibung zu einem Ionenmobilitätsseparator. Daher besteht das Problem, die Konfiguration auf den Ionenmobilitätsseparator anzuwenden, der ein Gegenstand der Erfindung ist.
Angesichts eines solchen Umstandes wird durch die Erfindung ein Ionenmobilitätsseparator geschaffen, der durch Verbessern der Haltbarkeit und Robustheit des Ionenmobilitätsspektrometers über eine lange Zeit stabil arbeiten kann.
Lösung des Problems
Gemäß der Erfindung wird ein Analysator geschaffen, der eine Ionenquelle, einen Ionenmobilitätstrennungsteil, der ein Paar sich gegenüberliegender Elektroden, an die eine Hochfrequenzspannung und eine Gleichspannung angelegt werden, aufweist, und eine Abschirmelektrode, die zwischen der Ionenquelle und dem Ionenmobilitätstrennungsteil vorgesehen ist und an die eine Gleichspannung angelegt wird, umfasst, wobei die Abschirmelektrode einen Ionenströmungsweg aufweist, der einen Einlass, aus dem Ionen aus der Ionenquelle eingeleitet werden, mit einem Auslass, aus dem die Ionen innen abgegeben werden, verbindet, und der Ionenströmungsweg so gebogen ist, dass der Auslass von dem Einlass aus nicht gesehen werden kann.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der Erfindung werden Haltbarkeit und Robustheit eines Ionenmobilitätsseparators verbessert.
Weitere Merkmale, die sich auf die Erfindung beziehen, werden aus der Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen dieser Schrift ersichtlich. Ferner werden die Probleme, Konfigurationen und Effekte, die sich von den oben beschriebenen unterscheiden, durch die Beschreibung der folgenden Ausführungsformen verdeutlicht.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung, die eine allgemeine Konfiguration eines FAIMS zeigt.
2 ist eine Darstellung, die eine Wellenform einer Trennspannung in dem FAIMS zeigt.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Analysators zeigt, in dem ein Ionenmobilitätstrennungsteil und ein Detektor kombiniert sind.
4 ist eine schematische Darstellung, die Einzelheiten einer Elektrospray-Ionenquelle zeigt.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Form eines Ionenströmungswegs einer Abschirmelektrode zeigt.
6 ist eine schematische perspektive Ansicht eines Anordnungsbeispiels der Abschirmelektrode und des FAIMS.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht des FAIMS.
8 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel des FAIMS zeigt, das aus zylindrischen Elektroden besteht.
9 ist eine Darstellung, die ein Anordnungsbeispieleines Analysators zeigt, der das FAIMS verwendet.
10 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Analysator zeigt, in dem ein Ionenmobilitätstrennungsteil und ein Massenspektrometer kombiniert sind.
11 ist eine Ansicht zur Beschreibung eines Anordnungsbeispiels eines Analysators, der ein FAIMS und ein Massenspektrometer verwendet.
12 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Analysators.
13 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Analysators.
14 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Analysators.
15 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Analysators.
16 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Analysators.
17 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein weiteres Anordnungsbeispiel einer Abschirmelektrode zeigt.
18 ist eine schematische Ansicht eines Teils eines Analysators.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Die begleitenden Zeichnungen zeigen spezifische Ausführungsformen gemäß den Prinzipien der Erfindung; sie dienen aber dem Verständnis der Erfindung und werden nicht zur Interpretation der Erfindung in einer begrenzten Weise verwendet.
1 ist eine schematische Darstellung, die eine allgemeine Konfiguration eines FAIMS zeigt. Ein FAIMS 50 umfasst zwei Flachplattenelektroden 51 und 52, die aus einem Leiter wie beispielsweise Metall hergestellt sind. Der Abstand zwischen diesen zwei Flachplattenelektroden beträgt in etwa 0,1 mm bis mehrere mm und Ionen fliegen durch einen Ionendurchlassbereich dazwischen. Sowohl die Breite als auch die Länge der Flachplattenelektroden betragen entsprechend der Breite und dem Abstand fliegender Ionen etwa mehrere mm bis mehrere Dutzend mm. Zusätzlich ist in den letzten Jahren auch FAIMS mit einer weiter verkleinerten Struktur vorhanden und es gibt Strukturen, in denen ein Abstand zwischen den Elektroden etwa auf mehrere Dutzend Mikrometer verringert ist.
Das FAIMS umfasst eine Wechselspannungs-Leistungsversorgung 53, eine Gleichspannungs-Leistungsversorgung 54 und eine Gleichspannungs-Leistungsversorgung 57. In dem FAIMS wird eine Trennspannung (oder eine Dispersionsspannung), die durch Überlagern einer Hochfrequenzspannung erhalten wird, mit der Wechselspannungs-Leistungsversorgung 53 an die Flachplattenelektroden 51 derart angelegt, dass ein elektrisches Hochfrequenzfeld zwischen der Flachplattenelektrode 51 und der Flachplattenelektrode 52 angelegt wird. Wie in dem Beispiel der Trennspannung, die in 2 gezeigt ist, beschrieben wird die Trennspannung so angelegt, dass eine hohe Spannung (Plusspannung) und eine niedrige Spannung (Minusspannung) wiederholt für eine bestimmte Dauer angelegt werden und so angelegt werden, dass sie im Zeitdurchschnitt 0 sind. Die Spannungsamplitude, die die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Trennspannung ist, beträgt höchstens etwa 5 kV. Zusätzlich wird durch Anlegen einer Kompensationsspannung (oder einer Korrekturspannung), die durch die Gleichspannungs-Leistungsversorgung 54 erzeugt wird, an die Flachplattenelektrode 52 eine Ionenbewegungsbahn 56 eines spezifischen Ions 55 so korrigiert, dass nur das spezifische Ion 55 durchgelassen werden kann und andere Ionen ausgeschlossen werden. Diese Ausgleichsspannung beträgt in etwa -100 V bis +100 V und die Ausgleichsspannung wird nach den Ionen, die durchgelassen werden sollen, verändert.
Anders als im in den Zeichnungen gezeigten Beispiel ist es selbst dann, wenn eine durch die Wechselspannungs-Leistungsversorgung 53 erzeugte Trennspannung an die Flachplattenelektrode 52 angelegt wird, möglich, Ionen zu trennen. In diesem Fall kann die Gleichspannungs-Leistungsversorgung 54 an die Flachplattenelektrode 52 angelegt werden, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, oder an die Flachplattenelektrode 51 angelegt werden. Allerdings werden in Abhängigkeit von der Flachplattenelektrode, an die die Spannung angelegt wird, das positive und negative Vorzeichen der Kompensationsspannung umgekehrt. Zusätzlich wird dann, wenn ein Messziel positive Ionen sind, die gleiche positive Gleichspannung durch die Gleichspannungs-Leistungsversorgung 57 an die Flachplattenelektrode 51 und die Flachplattenelektrode 52 angelegt und die positive Spannung, die kleiner oder gleich der einer Elektrode ist, die sich in einer vorhergehenden Stufe des FAIMS 50 befindet, und größer oder gleich der einer Elektrode in einer nachfolgenden Stufe des FAIMS 50 ist, auf solche Weise angelegt, dass Ionen, die aus der vorhergehenden Stufe kommen, effizient in das FAIMS eingeleitet werden und effizient in die nachfolgende Stufe ausgegeben werden.
In der Erfindung wird eine Abschirmelektrode zum Blockieren von Tröpfchen und neutralen Molekülen als kontaminierte Materialien zwischen einer Ionenquelle und dem FAIMS als Ionenmobilitätsseparator bereitgestellt. Durch die Abschirmelektrode wird eine Kontamination des FAIMS stark reduziert und die Haltbarkeit des FAIMS wird verbessert und ferner ist eine stabile Datenerfassung über eine lange Zeit möglich.
[Erste Ausführungsform]
Eine erste Ausführungsform wird beschrieben. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Analysators zeigt, in dem ein Ionenmobilitätstrennungsteil der Ausführungsform und ein Detektor kombiniert sind. 4 ist eine schematische Darstellung, die Einzelheiten einer Elektrospray-Ionenquelle als beispielhafte Ionenquelle 1 zeigt.
In dieser Ausführungsform ist eine Abschirmelektrode 2, die einen L-förmigen Ionenströmungsweg umfasst, der fast im rechten Winkel gebogen ist, zwischen der lonenquelle 1 und einem FAIMS 7 als lonenmobilitätstrennungsteil eingefügt. Komponenten des Analysators sind die Ionenquelle 1, die Abschirmelektrode 2, das FAIMS 7, das aus den Flachplattenelektroden 3 und 4 besteht, und ein Detektor 32. Durch die Ionenquelle 1 erzeugte Ionen 25 werden von elektrischen Feldern und Gasströmen angezogen, von einer Elektrode 29 entlang eines Ionenstroms 18 auf dem Analysator einzufallen. Dann durchlaufen die Ionen einen Ionenströmungsweg 8 der Abschirmelektrode 2 entlang eines Ionenstroms 19 und treten in einen Ionendurchlassbereich ein, der ein Raum zwischen den Flachplattenelektroden 3 und 4 ist, die das FAIMS 7 bilden. Nachdem die Ionen durch das FAIMS 7 getrennt worden sind, werden nur Ionen, die den Ionendurchlassbereich durchlaufen haben, von dem Detektor 32 detektiert.
Das FAIMS 7 besteht aus den Flachplattenelektroden 3 und 4 als Trennelektroden und eine Wechselspannung und eine Gleichspannung werden durch eine Wechselspannungs-Leistungsversorgung 13 und eine Gleichspannungs-Leistungsversorgung 14 an die Flachplattenelektrode 3 angelegt. Die gleiche Gleichspannung wie die der Flachplattenelektrode 3 wird durch die Gleichspannungs-Leistungsversorgung 14 an die Flachplattenelektrode 4 angelegt. Ferner wird eine Kompensationsspannung durch eine Gleichspannungs-Leistungsversorgung 15 getrennt an die Flachplattenelektrode 4 angelegt. Es ist durch ein Ändern dieser Kompensationsspannung möglich, Ionen auszuwählen, die durchgelassen werden sollen, und ein differenzielles Mobilitätsspektrum kann durch Abtasten der Kompensationsspannung erreicht werden.
Die Elektrode 29 umfasst eine Gassteuereinheit 17 und erzeugt einen Gasstrom 30, der Gas, das aus der Gassteuereinheit 17 geliefert wird, zu der Seite der Ionenquelle 1 bläst, so dass Rauschkomponenten wie etwa Tröpfchen und neutrale Moleküle, die von der Ionenquelle erzeugt werden, beseitigt werden. Daher gibt es den Effekt, dass es für Rauschkomponenten schwierig wird, in das FAIMS 7 einzudringen. Wie oben beschrieben verringert dieser Gasstrom 30 die Kontamination des FAIMS und des Detektors, doch er ist nicht ausreichend. Daher wird in dieser Ausführungsform die Abschirmelektrode 2 ferner dazu verwendet, Rauschkomponenten wie etwa Tröpfchen zu entfernen und zu verringern.
Wie in 4 gezeigt wandert in einer Elektrospray-Ionenquelle, die die Ionenquelle 1 ist, eine Flüssigkeitsprobe durch den inneren Abschnitt eines Rohrs 27 und wird versprüht. Eine Hochspannung von etwa 1 kV bis 5 kV wird durch eine Gleichspannungs-Leistungsversorgung 11 an das Rohr 27 angelegt und es wird ein elektrisches Feld zwischen dem Rohr 27 und der Elektrode 29 erzeugt. Eine Spannung von etwa mehreren Hundert Volt wird an die Elektrode 29 angelegt. Ein Spray wird durch elektrostatisches Sprühen durch das elektrische Feld erzeugt und die Flüssigkeitsprobe wird zerstäubt, um die Ionen 25 durch Ladungsabstoßung zu erzeugen. Beim Sprühen wird bewirkt, dass ein Gas 26 wie beispielsweise ein Zerstäubergas oder ein Wärmegas zwischen einem Rohr 28 und dem Rohr 27 strömt, um eine Desolvatisierung und ein Trimmen der Flüssigkeit zu fördern. Wasserstoffgas und Luft werden oft als Gase 26 und 30 verwendet. Für das Rohr 27 werden ein Glasrohr, eine Glaskapillare, eine Metallkapillare und dergleichen verwendet.
Die Abschirmelektrode 2 der Ausführungsform ist aus einem Leiter wie beispielsweise Metall hergestellt und der Ionenströmungsweg 8 davon umfasst einen Abschnitt, der im Wesentlichen im rechten Winkel gebogen ist, d. h. einen Abschnitt, der um 90 Grad ± 10 Grad gebogen ist. In dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel gibt es einen Ioneneinlass und einen Ionenauslass. Das heißt, in dem inneren Abschnitt der Abschirmelektrode der Ausführungsform wird ein Ionenströmungsweg bereitgestellt, der einen Einlass, aus dem Ionen aus der Ionenquelle eingeleitet werden, und einen Auslass, aus dem Ionen abgegeben werden, verbindet, und der Ionenströmungsweg ist so gebogen, dass der Auslass nicht von dem Einlass aus gesehen werden kann. Durch Biegen des lonenströmungswegs um 90 Grad stoßen Rauschkomponenten wie schwere Tröpfchen und neutrale Moleküle mit einem Kollisionsabschnitt 9 in dem Strömungsweg auf solche Weise zusammen, dass es möglich ist, eine Kontamination der Flachplattenelektroden 3 und 4 aufgrund von Rauschen zu verringern, wobei die Flachplattenelektroden das FAIMS 7 in einer nachfolgenden Stufe bilden.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Form eines Ionenströmungswegs der Abschirmelektrode 2 zeigt. Die Form des Ionenströmungswegs der Abschirmelektrode 2 ist zylindrisch und die Querschnittsform davon ist typischerweise kreisförmig mit einem Durchmesser von etwa 0,01 mm bis 10 mm. Die Form des Ionenströmungswegs kann eine rechteckige Rohrform sein und der Querschnitt davon kann ein Quadrat oder ein Rechteck mit einer Seite von etwa 0,01 mm bis 10 mm sein. Darüber hinaus kann die Querschnittsform des Ionenströmungswegs elliptisch, polygonförmig oder eine ähnliche Form sein.
Eine Gleichspannung wird durch eine Gleichspannungs-Stromquelle 12 an die Abschirmelektrode 2 angelegt. Zusätzlich wird eine Gleichspannung an jede Elektrode der Elektrode 29, der Flachplattenelektrode 3 und der Flachplattenelektrode 4 so angelegt, dass die durch die Ionenquelle 1 erzeugten Ionen problemlos in Richtung des Detektors 32 strömen. Um unterschiedliche Spannungen an mehrere Elektroden anzulegen, sind Isolatoren 21, 22 und 23 als Abstandhalter zwischen die Elektroden eingefügt. Typischerweise wird die Spannung, wenn die zu detektierenden Elektroden positive Elektroden sind, so eingestellt, dass sie in der Reihenfolge der Elektrode 29, der Abschirmelektrode 2, der Flachplattenelektrode 3 und der Flachplattenelektrode 4 abnimmt und eine Spannung zwischen 0 V und 1000 V wird an jede Elektrode angelegt. Die Abschirmelektrode 2 dieser Ausführungsform ist ein Leiter und nur eine Gleichspannung wird von der Gleichspannungs-Stromquelle 12 angelegt und somit ist die Gesamtheit der Abschirmelektrode 2 bei demselben Potential und ein elektrisches Feld wird in dem Ionenströmungsweg 8 nicht erzeugt. Wenn sich allerdings Schmutz in dem Kollisionsabschnitt 9 ansammelt, wird ein Potential, das in einem gewissen Ausmaß (etwa mehrere V) schwankt, wegen des angesammelten Schmutzes, der Probenionen und kontaminierten Ionen an den Kollisionsabschnitt 9 angelegt. Allerdings wird, da der Strom der Ionen innerhalb der Abschirmelektrode 2 durch den Gasstrom geführt wird, das Potential des Kollisionsabschnitts 9 selten erzeugt und somit können die Ionen die Abschirmelektrode 2 ohne Verluste durchlaufen.
Als Nächstes wird ein Verfahren zum Entfernen von Rauschkomponenten wie beispielsweise Tröpfchen, Clustern und neutralen Moleküle durch die Abschirmelektrode 2 beschrieben. Eine Gasflussrate des lonenströmungswegs 8 innerhalb der Abschirmelektrode beträgt beispielsweise etwa 0,1 L/min bis 10 L/min. Der Querschnittsbereich der Abschirmelektrode 2 beträgt beispielsweise etwa 0,1 mm² bis 100 mm². Eine Masse des Ions beträgt etwa 10 Da bis 1000 Da, eine Masse des Tröpfchens beträgt etwa 1 Million Da bis 10 Millionen Da und das Verhältnis der Masse des Tröpfchens zur Masse des Ions beträgt 10 zu 1 Million. Die Ionen-Stoßquerschnittsfläche beträgt etwa 10^-18 m², die Tröpfchen-Stoßquerschnittsfläche beträgt etwa 10^-16 m² und das Verhältnis der Querschnittsfläche des Tröpfchens zu der Querschnittsfläche des Ions beträgt 100.
Eine Widerstandskraft F, die eine Substanz von einem Luftstrom, der durch einen Gasstrom verursacht wird, erhält, kann wie folgt unter Verwendung einer Konstante A, einer Masse m der Substanz und einer Querschnittsfläche S der Substanz ausgedrückt werden.
$F = A \times S/m$
Eine Widerstandskraft F₂ des Ions relativ zu der Widerstandskraft F₁ des Tröpfchens wird durch die folgende Gleichung unter Verwendung einer Masse m₁ des Tröpfchens, einer Querschnittsfläche S₁, einer Masse m₂ des Ions und einer Querschnittsfläche S₂ ausgedrückt. $F_{2} {/F}_{1} = (S_{2} * m_{1}) / (S_{1} * m_{2}) = 10 \sim 10000$
Dieses Ergebnis zeigt, dass Ionen pro Masseneinheit eine ungefähr 10- bis 10000-fache Widerstandskraft verglichen mit den Tröpfchen erhalten.
Das heißt, die Ionen neigen dazu, entlang eines Luftstroms des Gases um 90 Grad gebogen zu werden, um in das FAIMS und den Detektor ohne Kollidieren mit einer Innenwand des Strömungswegs der Abschirmelektrode 2 eingeführt zu werden. Im Gegensatz dazu ist es tendenziell unwahrscheinlich, dass die Rauschkomponenten wie etwa die Tröpfchen gebogen werden, so dass die Wahrscheinlichkeit des Kollidierens mit der Innenwand des Ionenströmungswegs der Abschirmelektrode in der Nähe des Kollisionsabschnitt 9 hoch ist und somit die Rauschkomponenten nicht in das FAIMS oder den Detektor eingeleitet werden. Daher werden das FAIMS und der Detektor weniger wahrscheinlich kontaminiert und somit werden Haltbarkeit und Robustheit verbessert.
Die Abschirmelektrode 2 wird auf etwa 100°C bis 200°C erhitzt und somit verdunstet das Lösungsmittel einer Flüssigkeitsprobe, die mit dem Kollisionsabschnitt 9 der Abschirmelektrode 2 kollidierte, schnell. Verunreinigungen haften an dem Kollisionsabschnitt 9 der Abschirmelektrode 2 als Schmutz an und verdunsten allmählich, wenn die Abschirmelektrode 2 erhitzt wird. Selbst dann, wenn verdunstete Verunreinigungen in das FAIMS oder den Detektor eingeleitet werden, gibt es einen Unterschied in der Einleitungszeit verglichen mit den Ionen, so dass dies die Analyse der Ionen nicht behindert.
Die Isolatoren 21, 22 und 23 sind zwischen den Elektroden, wie beispielsweise der Elektrode 29, der Abschirmelektrode 2 und den Flachplattenelektroden 3 und 4, an die Spannungen angelegt werden, und zwischen dem Detektor 32 und den Elektroden eingefügt. Dies geschieht deswegen, weil unterschiedliche Spannungen an die jeweiligen Elektroden angelegt werden. Insbesondere legt die Wechselspannungs-Leistungsversorgung 13 eine Wechselspannung an die Flachplattenelektrode 3 des FAIMS 7 an. Allerdings wird eine hohe Spannung von etwa 1 kVpp bis 5 kVpp an diese Wechselspannung angelegt und daher ist es notwendig, ein Entladen an die umgebenden Elektroden zu verhindern. Zum Beispiel kann ein Abstand zwischen den zu entladenden Elektroden aus der Spannung, die nach der Beziehung (Paschen-Gesetz) zwischen einem Druck, einem Abstand und der Spannung, die angelegt werden kann, identifiziert werden. Wenn es beispielsweise erwünscht ist, eine Spannung von etwa 3 kV bis 5 kV bei 1 atm anzulegen, wird verstanden, dass der Abstand zwischen den Elektroden auf etwa 1 mm eingestellt werden kann. Im Fall eines Anlegens einer Wechselspannung wie bei dem FAIMS tritt eine Entladung noch leichter auf und deshalb ist es notwendig, den Abstand zwischen den Elektroden auf 1,5 mm oder dergleichen einzustellen, um sicherer zu gehen. Das heißt, es ist notwendig, einen Abstand von etwa 1,5 mm zwischen der Abschirmelektrode 2 und der Flachplattenelektrode 3 bereitzustellen. Wenn der Abstand zwischen den Elektroden steigt, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass die Ionen orbital diffundieren und mit den Elektroden und dergleichen kollidieren, so dass die Ionen kollabieren und verschwinden, und steigt die Wahrscheinlichkeit, dass die Empfindlichkeit sinkt. Daher ist es wünschenswert, den Abstand zwischen den Elektroden so weit wie möglich zu verkürzen. Daher ist es bevorzugt, dass der Abstand zwischen der Abschirmelektrode 2 und der Flachplattenelektrode 3 größer ist als ein Entladegrenzabstand und so kurz wie möglich ist, und die Dicke des Isolators 22 beträgt bevorzugt etwa 1,5 mm, was der Abstand zwischen den Elektroden ist, die nicht entladen werden. Der Abstand zwischen der Flachplattenelektrode 3 und dem Detektor 32 in der nachfolgenden Stufe kann ebenso berücksichtigt werden und die Dicke des Isolators 23 beträgt bevorzugt etwa 1,5 mm.
Als Nächstes wird die Positionsbeziehung zwischen einem Auslass der Abschirmelektrode 2 und den Flachplattenelektroden 3 und 4 beschrieben. 6 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Anordnungsbeispiel der Abschirmelektrode 2 und des FAIMS 7 darstellt, und 7 ist eine schematische Querschnittsansicht des FAIMS in einer in 6 dargestellten Ebene 38. Wie in den Zeichnungen dargestellt muss ein Auslass 36 der Abschirmelektrode 2 innerhalb eines Querschnitts 37 angeordnet sein, der zwischen den Flachplattenelektroden 3 und 4 ausgebildet ist. Das heißt, der Auslass des Ionenströmungswegs, der innerhalb der Abschirmelektrode vorgesehen ist, muss in dem Ionendurchlassbereich zwischen einem Paar einander zugewandter Elektroden des FAIMS (Ionenmobilitätstrennungsteils) angeordnet sein. Dies liegt daran, dass der Raum zum Trennen von Ionen in dem FAIMS 7 der Bereich des Querschnitts 37 ist, so dass der Auslass 36 der Abschirmelektrode 2 innerhalb des Querschnitts 37 angeordnet ist und somit Ionen effizient von der Abschirmelektrode 2 ohne Verluste in das FAIMS 7 eingeleitet werden.
Es ist bevorzugt, dass das Material der Abschirmelektrode 2 ein Leiter wie etwa ein Metall ist. Dies liegt daran, dass dann, wenn die Abschirmelektrode 2 ein Isolator ist, der Isolator aufgrund von Ionen, geladenen Tröpfchen oder dergleichen aufgeladen wird und die Ionentransmission aufgrund der Ladungsabstoßung schwierig wird. Das Material der Abschirmelektrode 2 kann ein Metall wie etwa rostfreier Stahl, Eisen, Gold, Kupfer, Aluminium oder ein beliebiger anderer Leiter sein. Zudem besteht die Abschirmelektrode 2 möglicherweise nicht vollständig aus Metall und der Hauptkörper kann aus einem Isolator wie etwa Kunststoff, Keramik und Vespel oder einem Material mit geringer elektrischer Leitfähigkeit hergestellt sein und ferner kann die Innenfläche des Ionenströmungswegs 8 in der Abschirmelektrode 2 mit einem Leiter wie etwa einem Metall beschichtet oder plattiert sein, um Leitfähigkeit aufweisen. Auf diese Weise genügt es für die Abschirmelektrode 2, wenn zumindest die Innenfläche des Ionenflusswegs 8, den Ionen durchlaufen, aus einem Leiter besteht.
Obwohl das FAIMS anhand des Beispiels beschrieben ist, in dem es aus zwei Flachplattenelektroden besteht, die so angeordnet sind, dass sie einander zugewandt sind, ist es auch möglich, Ionen in einem Abschnitt zwischen zwei einander zugewandten zylindrischen Elektroden zu trennen. 8 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel des aus zylindrischen Elektroden bestehenden FAIMS darstellt. Das FAIMS umfasst eine Elektrode 39 und eine koaxial innerhalb der Elektrode 39 angeordnete Elektrode 40 und umfasst eine Wechselspannungs-Leistungsversorgung 13, eine Gleichspannungs-Leistungsversorgung 14 und eine Gleichspannungs-Leistungsversorgung 15. Das Spannungsanlegeverfahren und der Betrieb gleichen denjenigen in dem Beispiel von 3.
In dem dargestellten Beispiel besteht die Elektrode 39 aus einer hohlen zylindrischen Elektrode und die Elektrode 40 besteht aus einer massiven zylindrischen Elektrode 21, aber die Elektrode 40 kann auch aus einer hohlen zylindrischen Elektrode bestehen. Diese Ausführungsform kann ebenso auf ein FAIMS, das eine solche zylindrische Elektrode enthält, oder andere bekannte FAIMS angewendet werden.
Das in der Ionenquelle 1 implementierte lonisierungsverfahren ist ein Ionisierungsverfahren, das üblicherweise in einem Massenspektrometer verwendet wird, wie etwa Elektrospray-Ionisierung (ESI), chemische Ionisierung bei Atmosphärendruck (APCI), matrixunterstützte Laserdesorptionsionisierung (MALDI), Desorptions-Elektrospray Ionisierung (DESI) und Photoionisierung bei Atmosphärendruck (APPI).
9 ist eine Darstellung, die ein Anordnungsbeispiel eines Analysators darstellt, der das FAIMS 7 als Ionenmobilitätstrennungsteil verwendet. Ionen, die von der Ionenquelle 1 erzeugt werden, werden in dem FAIMS 7 als Ionenmobilitätstrennungsteil ionen-getrennt, und dann werden die Ionen durch einen Detektor ionen-detektiert. Eine Steuereinheit 35 steuert jeden Bestandteil des FAIMS 7 und besteht aus einer Informationsverarbeitungsvorrichtung wie etwa einem PC. Die Steuereinheit 35 enthält eine Zentralverarbeitungseinheit, eine Hauptspeichereinheit und eine Hilfsspeichereinheit und ist mit einer Eingabeeinheit 34 und einer Anzeigeeinheit 33 verbunden. Die Zentralverarbeitungseinheit besteht aus einem Prozessor (der auch als Recheneinheit bezeichnet wird) wie beispielsweise einer CPU. Die Hilfsspeichervorrichtung ist beispielsweise eine Festplatte und die Hauptspeichervorrichtung ist ein Speicher. Die Anzeigeeinheit 33 ist eine Anzeige oder dergleichen und Analysespektren, Ergebnisse und Analysebedingungen werden angezeigt. Die Eingabeeinheit 34 ist eine Tastatur, eine Zeigevorrichtung (Maus oder dergleichen) oder dergleichen und kann Analysebedingungen und dergleichen eingeben.
Wie oben beschrieben ist eine Abschirmelektrode, die einen Ionenströmungsweg aufweist, der darin bereitgestellt ist und so gebogen ist, dass der Auslass von dem Einlass aus nicht gesehen werden kann, vor dem FAIMS installiert und somit können Rauschkomponenten wie Tröpfchen, Cluster und neutrale Moleküle, die für die Analyse nicht verwendet werden, entfernt und reduziert werden und die Kontamination eines Ionenmobilitätstrennungsteils wie etwa eines FAIMS und eines Detektors in einer nachfolgenden Stufe wird stark reduziert, und ferner werden Haltbarkeit und Robustheit des FAIMS verbessert. Als Ergebnis werden Probleme der Empfindlichkeitsverringerung, der Verringerung des Auflösungsvermögens des lonenmobilitätstrennungsteils und der Entladung des Ionenmobilitätsseparators gelöst, und es besteht der Vorteil, dass die Wartung über eine lange Zeit unnötig wird.
[Zweite Ausführungsform]
Eine zweite Ausführungsform wird beschrieben. 10 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Analysator darstellt, in dem ein Ionenmobilitätstrennungsteil und ein Massenspektrometer der Ausführungsform kombiniert sind.
Der Unterschied zu der ersten Ausführungsform besteht darin, dass das Ion 25 das FAIMS 7 durchläuft und das Ion 25 dann eine erste Porenelektrode 5, die eine Unterdrucktrennwand ist, um das Innere des Massenspektrometers 10 auf Unterdruck zu halten, entlang des Ionenstroms 20 durchläuft und in einen Massenspektrometrieabschnitt 6 eintritt. In dem Massenspektrometrieabschnitt 6 werden Ionen durch eine Ionentrennungsanalyseeinheit 31 getrennt und durch den Detektor 32 detektiert. Eine Gleichspannung wird von einer Gleichspannungs-Leistungsquelle 16 an die erste Porenelektrode 5 angelegt. Isolatoren 23 und 24 sind zwischen den Flachplattenelektroden 3 und 4 des FAIMS 7 und der ersten Porenelektrode 5 und zwischen der ersten Porenelektrode 5 und dem Massenspektrometrieabschnitt 6 angeordnet.
Ein Ionenmobilitätstrennungsteil, der ein FAIMS und ein DMS umfasst, kann unter Atmosphärendruck oder Subatmosphärendruck arbeiten. Teile der Abschirmelektrode 2 und des FAIMS 7 sind unter dem Gesichtspunkt des Beibehaltens einer hohen Empfindlichkeit sehr empfindlich gegenüber Gas, und somit wird der Luftdruck des Teils des FAIMS 7 durch die Leitfähigkeit eines Ionenströmungswegs der Abschirmelektrode 2, der Leitfähigkeit eines Ionenströmungswegs der ersten Porenelektrode 5 und der Pumpgeschwindigkeit einer Unterdruckpumpe des Massenspektrometrieabschnitts 6 bestimmt. Um beispielsweise den Ionenmobilitätstrennungsteil unter Atmosphärendruck oder Subatmosphärendruck zu betreiben, ist es bevorzugt, dass die Leitfähigkeit des lonenströmungswegs 8 der Abschirmelektrode 2 etwa das Fünffache oder mehr der Leitfähigkeit des Ionenströmungswegs der ersten Porenelektrode 5 beträgt.
Das Massenspektrometer 10 kann ein beliebiges bekanntes Massenspektrometer sein. Zum Beispiel ist es ein Ionenfallen-Massenspektrometer wie etwa eine dreidimensionale Ionenfalle oder eine lineare Ionenfalle, ein Quadrupolfilter, ein Dreifach-Quadrupol-Massenspektrometer, ein Flugzeit-Massenspektrometer, eine Fouriertransformations-Ionenzyklotronresonanz-Massenspektrometer, ein Orbitrap-Massenspektrometer, ein Magnetfeld-Massenspektrometer oder dergleichen. Ferner kann ein anderes bekanntes Massenspektrometer als das oben beschriebene Massenspektrometer verwendet werden.
11 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Anordnungsbeispiels eines Analysators, der das FAIMS 7 als lonenmobilitätstrennungsteil und das Massenspektrometer 10 verwendet. Die von der Ionenquelle 1 erzeugten Ionen werden durch das FAIMS 7 als Ionenmobilitätstrennungsteil ionengetrennt und dann werden die Ionen in dem Massenspektrometer 10 getrennt und analysiert und die Ionen werden ionendetektiert. Die Steuereinheit 35 steuert jeden Bestandteil des FAIMS 7 und des Massenspektrometers und besteht aus einer Informationsverarbeitungsvorrichtung wie etwa einem PC. Die Konfigurationen der Steuereinheit 35, der Anzeigeeinheit 33 und der Eingabeeinheit 34 gleichen denjenigen der ersten Ausführungsform und ihre genaue Beschreibung wird nicht wiederholt..
[Dritte Ausführungsform]
Eine dritte Ausführungsform wird beschrieben. 12 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Analysators der Ausführungsform. Eine Ionenquelle in einer vorhergehenden Stufe und ein FAIMS, ein Detektor oder ein Massenspektrometer in einer nachfolgenden Stufe können die gleiche Konfiguration und den gleichen Betrieb wie diejenigen der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform aufweisen, so dass die Darstellung und Beschreibung davon nicht wiederholt werden.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Form einer Abschirmelektrode 42. Die Abschirmelektrode 42 der Ausführungsform ist eine rohrförmige Elektrode, die in einer L-Form gebogen ist, wie es in der Zeichnung dargestellt ist. Die Abschirmelektrode 42 ist zwischen der lonenquelle 1 und dem FAIMS 7 angeordnet, das aus den Flachplattenelektroden 3 und 4 besteht. Der Einlass, der Auslass und der Ionenströmungsweg der Abschirmelektrode 42 sind dieselben wie jene der Abschirmelektrode 2, die in der ersten Ausführungsform beschrieben sind, und der lonenströmungsweg ist so gebogen, dass der Auslass, aus dem die Ionen abgegeben werden, nicht von dem Einlass, aus dem die Ionen eingeführt werden, gesehen werden kann. In dem Fall der Ausführungsform umfasst der lonenströmungsweg einen Abschnitt 26, der in der Mitte im Wesentlichen rechtwinklig gebogen ist. Die Abschirmelektrode 42 der Ausführungsform besteht beispielsweise aus einem Metallrohr oder einem Keramikrohr, dessen innere Oberfläche mit Metall beschichtet ist.
Die Konfiguration der Abschirmelektrode der Ausführungsform ist jedoch nicht auf diejenige beschränkt, die in den Zeichnungen dargestellt ist, und andere bekannte Konfigurationen und Formen können verwendet werden, solange die innere Oberfläche des Ionenströmungswegs mit einem Leiter beschichtet ist.
Die Strömungswegform, die Querschnittsform, die Größe und dergleichen der anderen lonenströmungswege als der obigen gleichen denjenigen der vorhergehenden Ausführungsformen.
[Vierte Ausführungsform]
Andere Formen der Abschirmelektrode werden in den folgenden Ausführungsformen beschrieben. 13 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Analysators einer vierten Ausführungsform. Eine lonenquelle in einer vorhergehenden Stufe und ein FAIMS, ein Detektor oder ein Massenspektrometer in einer nachfolgenden Stufe können die gleiche Konfiguration und den gleichen Betrieb wie diejenigen der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform aufweisen, so dass deren Darstellung und Beschreibung nicht wiederholt werden.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsformen darin, dass eine Form eines lonenströmungswegs 41, der innerhalb einer Abschirmelektrode 43 ausgebildet ist, keine Kombination von geraden Linien ist, sondern eine Kurve. Der Ionenströmungsweg 41 der Kurve ist so gebogen, dass es nicht möglich ist, den Auslass, aus dem Ionen abgegeben werden, von dem Einlass, aus dem die Ionen eingeleitet werden, zu sehen. Der Ionenströmungsweg ist zu einer gekrümmten Form ohne Ecken geformt, und daher wird erwartet, dass es im Gegensatz zu den vorherigen Ausführungsformen weniger wahrscheinlich ist, dass eine Turbulenz von Ionen auftritt, so dass eine Verbesserung der Ionentransmissionseffizienz erwartet werden kann.
Die Strömungswegform, die Querschnittsform, die Größe und dergleichen der anderen Ionenströmungswege als der obigen gleichen denjenigen der vorhergehenden Ausführungsformen.
[Fünfte Ausführungsform]
Eine fünfte Ausführungsform wird beschrieben. 14 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Analysators der fünften Ausführungsform. Eine Ionenquelle in einer vorhergehenden Stufe und ein FAIMS, ein Detektor oder ein Massenspektrometer in einer nachfolgenden Stufe können die gleiche Konfiguration und den gleichen Betrieb wie diejenigen der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform aufweisen, so dass deren Darstellung und Beschreibung nicht wiederholt werden.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsformen darin, dass der Kollisionsabschnitt 9 eines Tröpfchens eines Ionenströmungswegs 45, der innerhalb einer Abschirmelektrode 44 ausgebildet ist, in einer konkaven Form vertieft ist. Das heißt, der lonenströmungsweg 45 ist so gebogen, dass ein Auslass von einem Einlass aus nicht gesehen werden kann, und ferner ist der gebogene Abschnitt in einer konkaven Form vertieft. Da der Kollisionsabschnitt 9 eines Tröpfchens in einer konkaven Form vertieft ist, ist der Einfluss auf den lonenstrom und die Ladungsabstoßung mit Ionen selbst dann reduziert, wenn sich in dem Tröpfchen enthaltene Verunreinigungen in dem vertieften Abschnitt sammeln. Daher wird erwartet, dass die Haltbarkeit der Abschirmelektrode 44 verbessert wird. Die Tiefe des konkaven ausgesparten Abschnitts kann 0,1 mm oder mehr betragen.
Die Strömungswegform, die Querschnittsform, die Größe und dergleichen des Ionenströmungswegs gleichen abgesehen davon, dass der Kollisionsabschnitt 9 des Tröpfchens in einer konkaven Form ausgespart ist, denjenigen der vorherigen Ausführungsformen.
[Sechste Ausführungsform]
Eine sechste Ausführungsform wird beschrieben. 15 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Analysators der sechsten Ausführungsform. Eine lonenquelle in einer vorhergehenden Stufe und ein FAIMS, ein Detektor oder ein Massenspektrometer in einer nachfolgenden Stufe können die gleiche Konfiguration und den gleichen Betrieb wie diejenigen der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform aufweisen, so dass deren Darstellung und Beschreibung nicht wiederholt wird.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorherigen Ausführungsform darin, dass ein Ionenströmungsweg 47, der innerhalb einer Abschirmelektrode 46 ausgebildet ist, zweimal in nahezu einem rechten Winkel gebogen ist. Das heißt, der Ionenströmungsweg 47 ist zweimal gebogen, so dass der Auslass von dem Einlass nicht gesehen werden kann. Es wird erwartet, dass durch zweimaliges Biegen des lonenströmungswegs viele Tröpfchen entfernt werden können und somit wird die Haltbarkeit des FAIMS weiter verbessert wird. Die Anzahl der Male, die der lonenströmungsweg gebogen ist, kann zwei oder mehr betragen. Ferner kann die Ecke des Strömungswegs gekrümmt sein.
Die Strömungsquerschnittsform, die Querschnittsform, die Größe und dergleichen des lonenströmungswegs mit Ausnahme der Anzahl der Biegungen gleichen denjenigen der vorhergehenden Ausführungsformen.
[Siebte Ausführungsform]
Eine siebte Ausführungsform wird beschrieben. 16 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Analysators der siebten Ausführungsform. Eine lonenquelle in einer vorhergehenden Stufe und ein FAIMS, ein Detektor oder ein Massenspektrometer in einer nachfolgenden Stufe können die gleiche Konfiguration und den gleichen Betrieb wie diejenigen der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform aufweisen, so dass deren Darstellung und Beschreibung nicht wiederholt werden.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorherigen Ausführungsform darin, dass ein Ionenströmungsweg 49, der innerhalb einer Abschirmelektrode 48 ausgebildet ist, einen ersten Auslass 36 an einer Position, an der der Auslass nicht von einem Einlass 60 gesehen werden kann, und einen Auslass 62, der von dem Einlass 60 aus gerade durchsticht, aufweist; das heißt, ein zweiter Auslass 62 an einer Position, an der der Auslass von dem Einlass 60 gesehen werden kann, ist bereitgestellt. Während der Analyse ist der zweite Auslass 62 durch ein abnehmbares Plattenelement 63 blockiert. In dieser Ausführungsform laufen Tröpfchen, die aus dem Einlass des lonenströmungswegs 49 eingeleitet werden, gerade und werden durch Bewegung in einer Richtung auf den zweiten Auslass 62 zu entfernt. Das Tröpfchen, das auf den zweiten Auslass zu wandert, kollidiert mit dem Plattenelement 63, das den zweiten Auslass 62 blockiert, und verschmutzt das Plattenelement 63. Das Plattenelement 63 ist ein von der Abschirmelektrode 48 getrenntes und abnehmbares Element und kann somit regelmäßig entfernt und gereinigt werden. Auf der anderen Seite strömen die Ionen entlang der Luftströmung zu dem ersten Auslass 36 hin und es ist für die Ionen möglich, zu dem FAIMS 7 und dem Detektor oder dem Massenspektrometer zu gelangen. Das Plattenelement 63 kann aus einem Material hergestellt sein, das es leicht macht, die Oberflächenverunreinigung wegzuwaschen, wie etwa Metall, Kunststoff, Glas, Keramik oder dergleichen.
17 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein weiteres Anordnungsbeispiel der Abschirmelektrode 48 darstellt. Eine Elektrode 61 ist an einer Position, die dem ersten Auslass 36 des in der Abschirmelektrode 48 vorgesehenen lonenströmungswegs 49 zugewandt ist, neu bereitgestellt. Wenn die Ionen, die detektiert werden sollen, positive Ionen sind, ist es durch Anlegen einer Spannung von etwa einigen V plus bis einigen hundert V plus an die Elektrode 61 aus einer Gleichspannungs-Leistungsquelle 70 möglich, die aus dem Einlass 60 eintretenden Ionen in Richtung des ersten Auslasses 36 zu schieben, und somit wird es möglich, die Empfindlichkeit zu verbessern. Wenn die Ionen, die detektiert werden sollen, negative Ionen sind, wird die Polarität der von der Gleichspannungs-Leistungsquelle 70 an die Elektrode 61 angelegten Spannung umgekehrt und es wird eine Spannung von etwa einigen V minus bis einigen hundert V minus angelegt.
Die Strömungswegform, die Querschnittsform, die Größe und dergleichen der anderen lonenströmungswege als der obigen gleichen denjenigen der vorherigen Ausführungsformen.
[Achte Ausführungsform]
Eine achte Ausführungsform wird beschrieben. 18 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Teils eines Analysators dieser Ausführungsform. Eine Ionenquelle in einer vorhergehenden Stufe und ein FAIMS, ein Detektor oder ein Massenspektrometer in einer nachfolgenden Stufe können die gleiche Konfiguration und den gleichen Betrieb wie diejenigen der ersten Ausführungsform oder der zweiten Ausführungsform aufweisen, so dass deren Darstellung und Beschreibung nicht wiederholt werden.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorherigen Ausführungsform darin, dass ein innerhalb einer Abschirmelektrode 64 ausgebildeter Ionenströmungsweg zwei Einlässe, die aus einem ersten Einlass 67 und einem zweiten Einlass 68 bestehen, und einen Auslass 69 aufweist. Der Ionenströmungsweg hat eine gebogene Form und somit kann der Auslass 69 sowohl von dem ersten Einlass 67 als auch von dem zweiten Einlass 68 aus nicht gesehen werden. Zusätzlich verbinden sich ein Ionenströmungsweg, der von dem ersten Einlass 67 aus beginnt, und ein Ionenströmungsweg, der von dem zweiten Einlass 68 aus beginnt, in der Mitte zu einem einzelnen Strömungsweg, der an einem Auslass 69 endet. Der Analysator umfasst zwei Ionenquellen, eine erste Ionenquelle 65 und eine zweite lonenquelle 66, und es ist möglich, Ionen aus dem ersten Einlass 67 bzw. dem zweiten Einlass 68 einzuleiten. Andererseits treten die Ionen aus dem gemeinsamen Auslass 69 aus und bewegen sich in Richtung des FAIMS 7. Gemäß dieser Ausführungsform ist es möglich, Ionen zu messen, die von zwei verschiedenen lonenquellen 65 und 66 erzeugt werden.
Das Ionisierungsverfahren, das in der ersten Ionenquelle 65 und der zweiten Ionenquelle 66 implementiert ist, ist ein bekanntes Ionisierungsverfahren, das üblicherweise in einem Massenspektrometer verwendet wird, wie etwa Elektrospray-Ionisierung (ESI), chemische Ionisierung bei Atmosphärendruck (APCI), matrixunterstützte Laserdesorptionsionisierung (MALDI), Desorptions-Elektrospray-Ionisierung (DESI) und Photoionisierung bei Atmosphärendruck (APPI). Obwohl dies nicht dargestellt ist, ist es dann, wenn die Analyse unter Verwendung der ersten lonenquelle 65 durchgeführt wird, vorzuziehen, dass der Einlass 67 offen ist und der Einlass 68 der nicht verwendeten zweiten lonenquelle 66 geschlossen ist. Wenn die zweite lonenquelle 66 verwendet wird, ist der Einlass 68 offen und der Einlass 67 geschlossen. Das Schließen des Einlasses wird beispielsweise durch ein Ventil durchgeführt.
Die Strömungswegform, die Querschnittsform, die Größe und dergleichen der anderen Ionenströmungswege als der obigen gleichen denjenigen der vorhergehenden Ausführungsformen.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und verschiedene abgewandelte Beispiele sind darin enthalten. Zum Beispiel sind die oben beschriebenen Ausführungsformen im Einzelnen beschrieben, um die Erfindung in einer leicht verständlichen Weise zu erklären, und sind nicht notwendigerweise auf jene beschränkt, die alle beschriebenen Konfigurationen aufweisen. Ferner kann ein Teil der Konfiguration einer Ausführungsform durch die Konfiguration einer weiteren Ausführungsform ersetzt werden, und die Konfiguration einer weiteren Ausführungsform kann zu der Konfiguration einer Ausführungsform hinzugefügt werden. Zusätzlich ist es möglich, andere Konfigurationen in Bezug auf einen Teil der Konfiguration jeder Ausführungsform hinzuzufügen, zu entfernen und zu ersetzen
Bezugszeichenliste

1:: lonenquelle
2:: Abschirmelektrode
3, 4:: Flachplattenelektrode
5:: Erste Porenelektrode
6:: Massenspektrometrieabschnitt
7:: FAIMS
8:: lonenströmungsweg
9:: Kollisionsabschnitt
10:: Massenspektrometer
17:: Gassteuereinheit
21, 22, 23, 24:: Isolator
32:: Detektor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2009/0294650 A1 [0005]
WO 2015/111311 A1 [0005]
US 5756994 [0005]

Claims

Analysator, der Folgendes umfasst: eine lonenquelle; einen Ionenmobilitätstrennungsteil, der ein Paar einander zugewandter Elektroden enthält, an die eine Hochfrequenzspannung und eine Gleichspannung angelegt werden; und eine Abschirmelektrode, die zwischen der lonenquelle und dem Ionenmobilitätstrennungsteil vorgesehen ist und an die eine Gleichspannung angelegt wird, wobei die Abschirmelektrode einen lonenströmungsweg aufweist, der einen Einlass, aus dem Ionen von der lonenquelle eingeleitet werden, mit einem Auslass, aus dem die Ionen innen abgegeben werden, verbindet, und der lonenströmungsweg so gebogen ist, dass der Auslass von dem Einlass aus nicht gesehen werden kann.
Analysator nach Anspruch 1, wobei der Ionenströmungsweg einen im Wesentlichen in einem rechten Winkel gebogenen Abschnitt umfasst.
Analysator nach Anspruch 1, wobei ein Abstand zwischen dem Auslass der Abschirmelektrode und dem Paar einander zugewandter Elektroden länger als ein Entladungsgrenzabstand ist.
Analysator nach Anspruch 1, wobei der Auslass der Abschirmelektrode innerhalb eines lonendurchlassbereichs zwischen dem Paar einander zugewandter Elektroden des Ionenmobilitätstrennungsteils angeordnet ist.
Analysator nach Anspruch 1, wobei mindestens eine Innenfläche des lonenströmungswegs der Abschirmelektrode Leitfähigkeit aufweist.
Analysator nach Anspruch 1, wobei der Ionenströmungsweg so ausgebildet ist, dass der gebogene Abschnitt in einer konkaven Form vertieft ist.
Analysator nach Anspruch 1, wobei ein Massenspektrometer mit einer nachfolgenden Stufe des Ionenmobilitätstrennungsteils verbunden ist.
Analysator nach Anspruch 7, wobei das Massenspektrometer eine erste Porenelektrode aufweist, die dem Ionenmobilitätstrennungsteil zugewandt ist, um ein Inneres des Massenspektrometers in einem Unterdruckzustand zu halten, und eine Leitfähigkeit der Abschirmelektrode größer als diejenige der ersten Porenelektrode ist.
Analysator nach Anspruch 1, wobei der Ionenströmungsweg einen zweiten Auslass an einer Position, an der der zweite Auslass von dem Einlass aus gesehen werden kann, aufweist, und der Analysator ferner eine abnehmbare Platte umfasst, die den zweiten Auslass verschließt.
Analysator nach Anspruch 1, der ferner Folgendes umfasst: eine erste Ionenquelle und eine zweite lonenquelle als die Ionenquelle, wobei die Abschirmelektrode einen ersten Einlass, der der ersten Ionenquelle entspricht, und einen zweiten Einlass, der der zweiten Ionenquelle entspricht, als den Einlass aufweist und ein Ionenströmungsweg, der von dem ersten Einlass beginnt, und ein Ionenströmungsweg, der von dem zweiten Einlass beginnt, sich in der Mitte zu einem einzigen Strömungsweg verbinden, der an dem Auslass endet.
Analysator nach Anspruch 1, wobei der Ionenströmungsweg an einer Position, an der der Auslass gesehen werden kann, mit einer Elektrode versehen ist.