DE112018002258T5

DE112018002258T5 - Massenspektrometer und düsenelement

Info

Publication number: DE112018002258T5
Application number: DE112018002258.7T
Authority: DE
Inventors: Kiyomi Yoshinari; Yasushi Terui
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2017-06-08
Filing date: 2018-05-01
Publication date: 2020-01-23
Anticipated expiration: 2038-05-02
Also published as: JP6811682B2; GB2576850A; US11049706B2; GB2576850B; US20210159063A1; CN110462784A; GB201917169D0; CN110462784B; JP2018206705A; DE112018002258B4; WO2018225423A1

Abstract

Das Massenspektrometer weist Folgendes auf: eine Ionisationseinheit, die eine Probe ionisiert, eine Düseneinheit mit einer Einströmungsöffnung 3a, die durch eine Strömungsleitung mit der Ionisationseinheit verbunden ist, wodurch die ionisierte Probe strömt, und einer Ausströmungsöffnung 3b, aus der die eingeströmte Probe ausströmt, eine Vakuumkammer, die durch Vakuumevakuierungsmittel evakuiert wird und in welche die Probe aus der Düseneinheit einströmt, eine Massenanalyseeinheit, die sich stromabwärts einer Strömung der Probe in Bezug auf die Vakuumkammer befindet und Ionen aus der Probe auswählt, und eine Ionendetektionseinheit, welche die von der Massenanalyseeinheit ausgewählten Ionen detektiert, wobei ein Teilungsabschnitt 3c, der eine Strömung der Probe teilt, innerhalb der Düseneinheit bereitgestellt ist und der Teilungsabschnitt 3c einen zulaufenden Vorsprung 3f aufweist, dessen Durchmesser zur Ausströmungsöffnung 3b hin abnimmt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Massenspektrometer und ein dafür verwendetes Düsenelement.
Technischer Hintergrund
Im Stand der Technik ist ein Massenspektrometer mit einer mehrstufigen differenziellen Evakuierungssystem versehen, wobei eine oder mehrere Zwischenvakuumkammern zwischen einer Ionisationskammer, die eine Probe beim Atmosphärendruck ionisiert, und einer Analysekammer, die Ionen unter einer Hochvakuumatmosphäre auswählt, bereitgestellt sind. Die Zwischenvakuumkammer ist mit einer als Strömungsdurchgang für das Probengas dienenden Öffnung versehen. Weil zwischen der Ionisationskammer und der Zwischenvakuumkammer eine hohe Druckdifferenz auftritt, wird das Probengas, wenn es durch die Öffnung hindurchtritt und in die Niederdruck-Zwischenvakuumkammer strömt, zu einem freien Überschallstrahl, so dass eine Mach-Scheibe (Schockwelle) und ein Rohr-Schock auftreten.
1 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines erweiterten Strahls zeigt. Das Probengas erzeugt eine Ausdehnungswelle, wenn es sich zwischen Kammern mit einer hohen Druckdifferenz bewegt. Die Mach-Scheibe wird erzeugt, wenn die Ausdehnungswelle an der Grenze des Strahls reflektiert wird und die reflektierte Welle interferiert und verstärkt. Das heißt, dass die Mach-Scheibe eine Position angibt, an der der Druck oder die Dichte des Strahls hoch ist. Es wird angenommen, dass die Detektionsempfindlichkeit des Massenspektrometers abnimmt, wenn die Mach-Scheibe wiederholt erzeugt wird.
PTL 1 offenbart eine Ionentransportvorrichtung, in der eine die Strömung begradigende Düse mit einem konischen Durchgang außerhalb eines Auslasslochs einer Heizleitung bereitgestellt ist, die Ionen aus der Ionisationskammer in die erste Zwischenvakuumkammer einleitet. Die Ionentransportvorrichtung unterdrückt die Erzeugung der Mach-Scheibe, indem der Durchmesser der kreisförmigen Öffnung der Düse auf einen kleineren Wert gelegt wird als der Durchmesser der durch den freien Überschallstrahl gebildeten Mach-Scheibe, wenn angenommen wird, dass keine Düse vorhanden ist.
Zitatliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2010-157499 A
Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die Form der Grenze des freien Überschallstrahls hängt vom Verhältnis zwischen dem Druck in der Ionisationskammer und dem Druck in der Zwischenvakuumkammer ab. Daher wird der Durchmesser der kreisförmigen Öffnung der Düse bei der in PTL 1 beschriebenen Ionentransportvorrichtung auf der Grundlage des Druckverhältnisses ausgelegt. Daher ergibt sich bei der in PTL 1 beschriebenen Erfindung die Möglichkeit, dass die Erzeugung der Mach-Scheibe nicht ausreichend unterdrückt werden kann, falls sich der Druck in der Ionisationskammer und der ersten Zwischenvakuumkammer ändert, nachdem die Vorrichtung fertig gestellt wurde.
Andererseits muss, wenn das Massenspektrometer eine Massenspektrometrie ausführt, die eine hohe Empfindlichkeit erfordert, wie eine Analyse von In-vivo-Proben, die Erzeugung der Mach-Scheibe ausreichend unterdrückt werden.
Die vorliegende Offenbarung beruht auf den vorstehenden Punkten und sieht eine Technik vor, wodurch die Erzeugung der Mach-Scheibe über einen breiten Bereich von Betriebsbedingungen eines Massenspektrometers unterdrückt werden kann.
Lösung des Problems
Eine der repräsentativen Erfindungen zur Lösung des vorstehenden Problems ist durch ein Massenspektrometer gegeben, das Folgendes aufweist: eine Ionisationseinheit, die eine Probe ionisiert, eine Düseneinheit mit einer Einströmungsöffnung, die durch eine Strömungsleitung mit der Ionisationseinheit verbunden ist, wodurch die ionisierte Probe strömt, und einer Ausströmungsöffnung, aus der die eingeströmte Probe ausströmt, eine Vakuumkammer, die durch Vakuumevakuierungsmittel evakuiert wird und in welche die Probe aus der Düseneinheit einströmt, eine Massenanalyseeinheit, die sich stromabwärts einer Strömung der Probe in Bezug auf die Vakuumkammer befindet und Ionen aus der Probe auswählt, und eine lonendetektionseinheit, welche die von der Massenanalyseeinheit ausgewählten Ionen detektiert, wobei ein Teilungsabschnitt, der eine Strömung der Probe teilt, innerhalb der Düseneinheit bereitgestellt ist und der Teilungsabschnitt einen zulaufenden Vorsprung aufweist, dessen Durchmesser zur Ausströmungsöffnung hin abnimmt.
Eine andere repräsentative Erfindung ist durch ein Düsenelement gegeben, das in einem Massenspektrometer verwendet wird, wobei das Düsenelement eine Einströmungsöffnung, in die eine ionisierte Probe strömt, und eine Ausströmungsöffnung, aus der die eingeströmte Probe ausströmt, aufweist und ein Teilungsabschnitt, der eine Strömung der Probe teilt, innerhalb der Düseneinheit bereitgestellt ist und der Teilungsabschnitt einen zulaufenden Vorsprung aufweist, dessen Durchmesser zur Ausströmungsöffnung hin abnimmt.
Ferner ist eine andere repräsentative Erfindung durch ein Massenspektrometer gegeben, das Folgendes aufweist: eine Ionisationseinheit, die eine Probe ionisiert, eine Düseneinheit mit einer Einströmungsöffnung, die durch eine Strömungsleitung mit der Ionisationseinheit verbunden ist, wodurch die ionisierte Probe strömt, und einer Ausströmungsöffnung, aus der die eingeströmte Probe ausströmt, eine Vakuumkammer, die durch Vakuumevakuierungsmittel evakuiert wird und in welche die Probe aus der Düseneinheit einströmt, eine Massenanalyseeinheit, die sich stromabwärts einer Strömung der Probe in Bezug auf die Vakuumkammer befindet und Ionen aus der Probe auswählt, und eine lonendetektionseinheit, welche die von der Massenanalyseeinheit ausgewählten Ionen detektiert, wobei sich im Inneren der Düseneinheit ein Teilungsabschnitt befindet, der die Strömung der Probe teilt, und wobei der Teilungsabschnitt bewirkt, dass die geteilten Strömungen der Probe einander kreuzen und in die Vakuumkammer einströmen.
Diese Patentschrift weist die Offenbarung der japanischen Patentanmeldung 2017-113622 auf, welche die Grundlage der Priorität der vorliegenden Anmeldung ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Erzeugung der Mach-Scheibe in Bezug auf einen breiten Bereich von Betriebsbedingungen des Massenspektrometers unterdrückt werden. Andere Probleme, Konfigurationen und Wirkungen als die vorstehend beschriebenen werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen verständlich werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 ein Diagramm, das den Aufbau eines erweiterten Strahls zeigt,
2 ein schematisches Diagramm einer Konfiguration eines Massenspektrometers gemäß einer Ausführungsform,
3 ein Diagramm eines stabilen Ionenübertragungsgebiets in einem elektrischen Quadrupolfeld,
4 ein Diagramm, das eine a-q-Ebene zeigt,
5 spektrale Daten, welche die Anzahl der Detektionen für die jeweiligen Ionenspezies zeigen,
6 eine Schnittansicht einer Düseneinheit und einer Vakuumkammer,
7 eine Schnittansicht einer Düseneinheit,
8 ein Diagramm, in dem die Strömungen von Proben verglichen sind,
9 ein Diagramm, welches das Ergebnis der numerischen Analyse der Probenströmung zeigt,
10 eine Schnittansicht einer Düseneinheit nach Modifikation 1,
11 ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem der Vorsprung des Teilungsabschnitts aus der Einströmungsöffnung vorsteht,
12 eine Schnittansicht einer Düseneinheit nach Modifikation 2,
13 eine Schnittansicht einer Düseneinheit nach Modifikation 3,
14 eine Schnittansicht einer Düseneinheit nach Modifikation 4,
15 eine Schnittansicht einer Düseneinheit nach Modifikation 5,
16 eine Schnittansicht einer Düseneinheit nach Modifikation 6 und
17 eine Schnittansicht einer Düseneinheit nach Modifikation 7.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf der Grundlage der Zeichnungen beschrieben. Zusätzlich sind Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf die später erwähnten Ausführungsformen beschränkt, und es sind im Bereich des technischen Gedankens verschiedene Modifikationen möglich. Entsprechende Abschnitte in den jeweiligen nachstehend zur Beschreibung der jeweiligen Ausführungsformen verwendeten Zeichnungen sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und es wird auf eine redundante Beschreibung verzichtet.
<Ausführungsformen>
[Konfiguration des Massenspektrometers]
2 ist ein schematisches Diagramm einer Konfiguration eines Massenspektrometers S gemäß einer Ausführungsform. In dieser Patentschrift wird das Massenspektrometer S gemäß der Ausführungsform anhand eines Dreifach-Quadrupol-Massenspektrometers als Beispiel beschrieben. Das Massenspektrometer S weist eine Vorbehandlungseinheit 1, eine Ionisationseinheit 2, eine Düseneinheit 3, eine Vakuumkammer 4, eine Kollisionskammer 5, eine Massenanalyseeinheit 6, eine Ionendetektionseinheit 7, eine Datenverarbeitungseinheit 8, eine Anzeigeeinheit 9 und eine Benutzereingabeeinheit 10 auf. Ferner sind die Vakuumkammer 4, die Kollisionskammer 5 und die Massenanalyseeinheit 6 jeweils mit einer Pumpe P verbunden, wobei es sich um ein Abpumpmittel handelt, und sie weisen im Raum jeweilige Quadrupolelektroden 11, 12 und 13 auf. Das Massenspektrometer S weist eine Spannungsquelle 14, die eine Spannung an die Elektroden 11, 12 und 13 anlegt, und eine Steuereinrichtung 15, welche die Spannung steuert, auf.
Die Vorbehandlungseinheit 1 ist beispielsweise ein Gaschromatograph (GC) oder ein Flüssigchromatograph (LC), der die Probe für die Massenspektrometrie zeitlich trennt oder fraktioniert. Die Ionisationseinheit 2 ionisiert die von der Vorbehandlungseinheit 1 strömende Probe sequenziell. Es sei bemerkt, dass sich die ionisierte Probe in einer gasförmigen oder Gasphase befindet.
Die Düseneinheit 3 ist durch eine Strömungsleitung (nicht dargestellt) mit der Ionisationseinheit 2 verbunden und hat eine Einströmungsöffnung, in welche die ionisierte Probe einströmt, und eine Ausströmungsöffnung, aus der die eingeströmte Probe ausströmt. Die Ausströmungsöffnung fällt mit einer der in der Vakuumkammer 4 bereitgestellten Öffnungen zusammen. Ferner ist ein Teilungsabschnitt, der sich von einer Einströmungsöffnung 3a zu einer Ausströmungsöffnung 3b erstreckt und die Strömung der Probe teilt, innerhalb der Düseneinheit 3 bereitgestellt. Durch den vorhandenen Teilungsabschnitt wird die Strömung der Probe in der Düseneinheit 3 in mehrere Strömungen unterteilt. Die Düseneinheit 3 besteht aus einem Metallmaterial, beispielsweise aus SUS.
Die Vakuumkammer 4 wird durch die Pumpe P evakuiert und weist die vorstehend beschriebene Quadrupolelektrode 11 auf. Als Pumpe P wird beispielsweise eine Kreiselpumpe oder eine Turbomolekularpumpe verwendet. Eine Wechselspannung wird an die Elektrode 11 angelegt, und Ionen (Vorläuferionen) mit einem spezifischen Bereich des Masse-/Ladungsverhältnisses (M/Z-Verhältnis) der aus der Düseneinheit 3 in die Vakuumkammer 4 einströmenden Probe durchlaufen die Vakuumkammer 4. Hier ist m die Ionenmasse und ist Z die Ladungszahl des Ions. Die Vakuumkammer 4 wirkt beispielsweise als Ionenführung.
Hier gleicht der Druck stromaufwärts der mit der Einströmungsöffnung der Düseneinheit 3 verbundenen Strömungsleitung in etwa dem Atmosphärendruck und beträgt der Druck in der Vakuumkammer 4 einige Pascal. Insbesondere beträgt das Verhältnis P1/P2 zwischen dem Druck P1 in der Strömungsleitung und dem Druck P2 in der Vakuumkammer 4 beispielsweise 50 oder mehr. Wenn sich die Probe zwischen den Kammern mit der erwähnten Druckdifferenz bewegt, wird eine Ausdehnungswelle erzeugt.
Die Kollisionskammer 5 wird durch die Pumpe P evakuiert und dann mit einem Inertgas in der Art von Helium oder Argon gefüllt. Vorläuferionen, die durch die Vakuumkammer 4 gelaufen sind, kollidieren mit Helium und Argon, und ihre chemischen Bindungen werden aufgebrochen, und sie werden in Fragmentionen zerlegt. Wie vorstehend beschrieben, ist die Kollisionskammer 5 mit den Elektroden 12 versehen, und die Fragmentionen werden durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden 12 beschleunigt und zur Massenanalyseeinheit 6 transportiert.
Die Massenanalyseeinheit 6 wird durch die Pumpe P evakuiert und befindet sich in einem Hochvakuumzustand. Die Massenanalyseeinheit 6 befindet sich in einem Vakuumzustand beispielsweise in der Größenordnung von mPa. Die Massenanalyseeinheit 6 weist die Quadrupolelektroden 13 auf. Fragmentionen, deren m/Z-Verhältnis in einem spezifischen Bereich liegt, werden durch Anlegen einer Gleichspannung U und einer Wechselspannung V_HFCOS (Ω_HFt + HF) an die Elektroden 13 ausgewählt.
Die lonendetektionseinheit 7 erfasst das Zusammensetzungsverhältnis, die Masse und andere Eigenschaften der von der Massenanalyseeinheit 6 ausgewählten Ionen. Die lonendetektionseinheit 7 überträgt die erfassten Daten zur Datenverarbeitungseinheit 8. Die Datenverarbeitungseinheit 8 analysiert die von der lonendetektionseinheit 7 erfassten Daten. Die Datenverarbeitungseinheit 8 identifiziert Ionen, bevor die Fragmentation geschieht, beispielsweise durch Abgleich mit einer zuvor erstellten Datenbank. Die Datenverarbeitungseinheit 8 zeigt das Analyseergebnis auf der Anzeigeeinheit 9 an.
Die Anzeigeeinheit 9 zeigt die von der Datenverarbeitungseinheit 8 erfassten Massenspektrometriedaten an. Beispielsweise werden die Namen in der Probe enthaltener Substanzen und ihre Massenverhältnisse als Massenspektrometriedaten auf der Anzeigeeinheit 9 angezeigt. Ferner zeigt die Anzeigeeinheit 9 verschiedene vom Benutzer über die Benutzereingabeeinheit 10 eingegebene Einstellungen des Massenspektrometers S an. Die Benutzereingabeeinheit 10 empfängt eine Eingabe vom Benutzer. Der Benutzer gibt beispielsweise Spannungen, die an die Quadrupolelektroden 11 bis 13 anzulegen sind, die in der Vakuumkammer 4, der Kollisionskammer 5 und der Massenanalyseeinheit 6 enthalten sind, in die Benutzereingabeeinheit 10 ein. Die Spannungsquelle 14 legt eine Spannung mit einem vom Benutzer festgelegten Wert an die Elektroden 11 bis 13 an. Zusätzlich empfängt die Benutzereingabeeinheit 10 eine Eingabe in Bezug auf die Kammerdrücke der Vakuumkammer 4, der Kollisionskammer 5 und der Massenanalyseeinheit 6. Das Massenspektrometer S gemäß der Ausführungsform ist in der Lage, den Druck in jeder Kammer zu ändern.
Eine Steuereinrichtung 8 steuert die Ionisation der Probe, den Transport oder den Einfall des Probenionenstrahls in die Massenanalyseeinheit 6, die Massentrennung, die lonendetektion, die Datenverarbeitung, die Verarbeitung der von der Benutzereingabeeinheit 10 empfangenen Eingabe und dergleichen.
[Verfahren zur Ionenauswahl]
Als nächstes wird ein Verfahren zur Auswahl spezifischer Ionen aus der ionisierten Probe durch das Massenspektrometer S beschrieben.
3 ist ein Diagramm, das die im Massenspektrometer S bereitgestellten Elektroden 11, 12 und 13 in Einzelheiten zeigt. In 3 ist beispielsweise ein Quadrupol-Massenspektrometer (QMS) dargestellt, bei dem jede der Elektroden 11, 12 und 13 aus vier stabförmigen Elektroden zusammengesetzt ist. Zusätzlich zum QMS kann die Elektrodenkonfiguration ein Multipol-Massenspektrometer mit vier oder mehr stabförmigen Elektroden sein. Ferner können die vier stabförmigen Elektroden zylindrische Elektroden sein oder Elektroden sein, bei denen die entgegengesetzten Flächen eines Elektrodensatzes eine bipolare Oberflächenform aufweisen.
Wie in 3 beispielhaft dargestellt ist, wird nur eine Wechselspannung an die in der Vakuumkammer 4 und der Kollisionskammer 5 bereitgestellten Elektroden angelegt. Insbesondere wird die Wechselspannung +Φ_HF = VCOSWt an einen der beiden Elektrodensätze angelegt und wird die Wechselspannung -Φ_HF = -VCOSWt, welche die entgegengesetzte Phase aufweist, an den anderen Elektrodensatz angelegt. Hier stehen die beiden Elektroden in einem Paar einander gegenüber, wie in 3 dargestellt ist. Das durch das Anlegen der Spannung erzeugte elektrische Feld bringt geladene Ionen zum Schwingen, wirkt jedoch nicht auf neutrale Teilchen. Dementsprechend laufen die geladenen Ionen durch die Vakuumkammer 4 und die Kollisionskammer 5, während die neutralen Teilchen kaum durch die Kammer laufen.
Andererseits werden beispielsweise sowohl eine Gleichspannung als auch eine Wechselspannung an die in der Massenanalyseeinheit 6 enthaltenen Elektroden angelegt. Insbesondere wird die Summe aus der Gleichspannung und der Wechselspannung +Φ_DC ₊ _HF = U + V_qCOSW_qt an einen der beiden Elektrodensätze angelegt, und wird die Spannung mit der entgegengesetzten Phase -Φ_DC ₊ _HF = -U - V_qCOSW_qt an den anderen Elektrodensatz angelegt. Hier stehen die beiden Elektroden in einem Paar einander gegenüber, wie in 3 dargestellt ist. Das durch Anlegen der Spannung erzeugte elektrische Feld ermöglicht das Durchlaufen von Ionen, deren m/Z-Verhältnis in einem spezifischen Bereich liegt oder einen spezifischen Wert aufweist, jedoch nicht das Durchlaufen anderer Ionen.
Der Mechanismus, durch den die Massenanalyseeinheit 6 Ionen auswählt, wird mit Bezug auf die 4 und 5 detaillierter beschrieben. Das elektrische Hochfrequenzfeld Ex und Ey, das durch die folgenden Gleichungen repräsentiert ist, wird zwischen den vier stabförmigen Elektroden erzeugt, an welche die Spannung angelegt wird.
[Math 1] $\begin{array}{l} E_{x} = - \frac{\partial Φ_{haupt}}{\partial x} = - \frac{2 (U + V_{HF} cos (Ω_{HF} t + φ_{HF}))}{r_{0}^{2}} \cdot x \\ E_{y} = - \frac{\partial Φ_{haupt}}{\partial y} = - \frac{2 (U + V_{HF} cos (Ω_{HF} t + φ_{HF}))}{r_{0}^{2}} \cdot y \end{array}$
Die ionisierte Probe wird entlang der Mittelachse (der z-Achsenrichtung in der Figur) zwischen den in der Massenanalyseeinheit 6 enthaltenen Elektroden eingeleitet und durchläuft das durch Gleichung (1) repräsentierte elektrische Hochfrequenzfeld. Die Stabilität der Bahn der Ionen im elektrischen Hochfrequenzfeld in x-Achsenrichtung und y-Achsenrichtung wird durch die folgenden von der Ionenbewegungsgleichung (Mathieu-Gleichung) abgeleiteten dimensionslosen Parameter a und q festgelegt.
[Math 2] $a = \frac{8 eZU}{Ω_{HF}^{2} {mr}_{0}^{2}}$
$q = \frac{{4eZV}_{HF}}{Ω_{HF}^{2} {mr}_{0}^{2}}$
wobei die dimensionslosen Parameter a und q Stabilitätsparameter im QMS sind. In den Gleichungen (2) und (3) ist r₀ die Hälfte des Abstands zwischen den entgegengesetzten Elektroden, ist e die Elementarladung, ist m/Z das Masse-/Ladungsverhältnis der Ionen, ist U die an die Elektroden 13 angelegte Gleichspannung, ist VHF die Amplitude der Hochfrequenzspannung und ist Ω_HF die Vibrations-Winkelfrequenz. Sobald die Werte von ro, U, V_HF und Ω_HF festgelegt wurden, entspricht jede Ionenspezies einem anderen (a, q)-Punkt in der a-q-Ebene, abhängig von ihrem Masse-/Ladungsverhältnis m/Z. Eine Gruppe von Gleich- und Wechselspannungswerten, bei denen die Ionenspezies durch die Massenanalyseeinheit 6 laufen und von der lonendetektionseinheit 7 detektiert werden, bildet ein Gebiet in der a-q-Ebene. Das Gebiet wird als stabiles Gebiet bezeichnet.
4 ist ein Diagramm, das die a-q-Ebene zeigt. 4(a) ist ein Diagramm, das die gesamte a-q-Ebene zeigt, und 4(b) ist eine vergrößerte Ansicht der Umgebung der Begrenzungspunkte der vier Gebiete in der a-q-Ebene. In 4(a) und 4(b) ist der schraffierte Abschnitt das stabile Gebiet. Die in 4(a) dargestellte Gerade wird durch die folgende von den Gleichungen (2) und (3) abgeleitete Gleichung 4 angegeben.
[Math 3] $a = \frac{2 U}{V_{HF}} \cdot q$
Wie aus Gleichung (4) ersichtlich ist, ändert sich die Steigung der Geraden beim Ändern der Gleichspannung U und der Amplitude VHF der Wechselspannung. Bei einer Erhöhung des Gleichspannungswerts U erhöht sich die Steigung der Geraden, welche das stabile Gebiet nicht schneidet. Das heißt, dass Ionen bei sich erhöhender Gleichspannung U nicht durch die Massenanalyseeinheit 6 laufen können. Ferner ist die Steigung der Geraden umso kleiner, je größer die Wechselspannungsamplitude VHF ist, wobei sie das stabile Gebiet schneidet. Das heißt, dass Ionen umso leichter durch die Massenanalyseeinheit 6 laufen, je größer die Amplitude VHF der Wechselspannung ist.
Wie die Gleichungen (2) und (3) zeigen, weisen die Punkte (a, q) eine Eins-eins-Entsprechung mit den Masse-/Ladungsverhältnissen auf, wenn die angelegte Spannung fest ist. Daher laufen weniger lonenspezies durch die Massenanalyseeinheit 6, falls der Teil der Geraden, der das stabile Gebiet schneidet, kurz ist. Insbesondere kann nur ein Ionentyp durch die Massenanalyseeinheit 6 laufen, wenn die Spannungen U und VHF so festgelegt werden, dass die Gerade durch den Begrenzungspunkt zwischen dem stabilen Gebiet und dem instabilen Gebiet läuft.
Insbesondere laufen einige Ionen durch die Massenanalyseeinheit 6, während sie zwischen den Elektroden 13a, 13b, 13c und 13d oszillieren, während einige andere Ionen eine divergierende Oszillation aufweisen und in x- oder in y-Achsenrichtung, wie in 3 dargestellt, emittiert werden. Demgemäß können beim Massenspektrometer S die zu detektierenden Ionen durch Einstellen der angelegten Spannung geändert werden.
5 zeigt spektrale Daten, welche die Anzahl der Detektionen für die jeweiligen Ionenspezies angeben. Die in 5 dargestellten Ionenspezies M-1, M und M+1 entsprechen M-1, M bzw. M+1 auf der Geraden in 4(b). Wie in 5 dargestellt ist, werden Ionen M, die Punkte im stabilen Gebiet sind, mit größerer Anzahl detektiert als Ionen M-1 und M+1 im instabilen Gebiet.
[Form der Düseneinheit]
Nachstehend wird die Form der im Massenspektrometer S gemäß der Ausführungsform bereitgestellten Düseneinheit 3 beschrieben.
6 ist eine Schnittansicht der Düseneinheit 3 und der Vakuumkammer 4. In 6 sind die Düseneinheit 3 und die Vakuumkammer 4 integral ausgebildet, die Düseneinheit 3 kann jedoch von der Vakuumkammer 4 abnehmbar sein.
7 ist eine Schnittansicht der Düseneinheit 3. 7(a) ist eine Schnittansicht der Düseneinheit 3 entlang der in 3 dargestellten yz-Ebene. 7(b) ist eine Schnittansicht der Düseneinheit 3 entlang der xy-Ebene an der in 7(a) dargestellten Position z1. 7(c) ist eine Schnittansicht der Düseneinheit 3 entlang der xy-Ebene an der in 7(a) dargestellten Position z2. Die in den 7(a) und 7(b) dargestellten Pfeile geben an, wie sich die Probe in Richtung der xy-Ebene aufweitet, wenn sie in die Vakuumkammer 4 strömt.
Wie in 7(a) dargestellt ist, ist das Innere der Düseneinheit 3 so ausgelegt, dass die Mittelachsen der Einströmungsöffnung 3a, der Ausströmungsöffnung 3b und eines Teilungsabschnitts 3c entlang derselben Geraden 3d verlaufen. Ferner wird der Teilungsabschnitt 3c durch mit der Innenwand der Düseneinheit 3 verbundene Tragabschnitte 3e getragen.
Der Teilungsabschnitt 3c weist einen zulaufenden Vorsprung 3f auf, dessen Durchmesser in Stromabwärtsrichtung der Probe abnimmt. Mit anderen Worten weist der Teilungsabschnitt 3c den Vorsprung 3f auf, dessen Durchmesser von der Einströmungsöffnung 3a zur Ausströmungsöffnung 3b abnimmt. 7(a) zeigt als Beispiel, dass der Vorsprung 3f eine konische Form aufweist. Daher hat der Teilungsabschnitt 3c einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt.
Ferner wird der Teilungsabschnitt 3c, wie in den 7(a) und 7(b) gezeigt, von mehreren Tragabschnitten 3e getragen, wobei die Tragabschnitte 3e an einer Position an der Innenwand der Düseneinheit 3 bereitgestellt sind, die der Einströmungsöffnung 3a näher liegt als der Ausströmungsöffnung 3b. Der Teilungsabschnitt 3c kann von einem Tragabschnitt 3e getragen werden. Zusätzlich fällt die Mittelachse des Vorsprungs 3f im Wesentlichen mit der Mittelachse der Ausströmungsöffnung 3b zusammen, weil sie mit der Mittelachse des Teilungsabschnitts 3c zusammenfällt.
Wie in 7(b) dargestellt ist, wird die Strömung der Probe, die durch die Einströmungsöffnung 3a gelaufen ist, nachdem sie einen Strömungsdurchgang 3g auf der Mittelachse durchlaufen hat, durch den Teilungsabschnitt 3c und die Tragabschnitte 3e in mehrere Strömungen aufgeteilt. Wie in 7(c) dargestellt ist, hat die Umgebung der Ausströmungsöffnung 3b infolge des Vorhandenseins des Teilungsabschnitts 3c eine Ringform. Daher wird das Fluid der Probe in einem räumlich getrennten und nicht konvergierenden Zustand in die Vakuumkammer 4 eingelassen. Das räumlich getrennte Fluid strömt leicht zur Mittelachse 3d und kreuzt sich durch das Vorhandensein des in den Teilungsabschnitten 3c enthaltenen konischen Vorsprungs 3f.
Ferner heben die Ausdehnungswelle und die reflektierte Welle des geteilten Fluids einander vorzugsweise auf, weil der Querschnitt des Teilungsabschnitts 3c im Wesentlichen kreisförmig ist und die geteilte Probe die Ausströmungsöffnung durch den Durchgang, der fast den gleichen Druck aufweist, erreicht. Um die Ausdehnungswelle und die reflektierte Welle gut aufzuheben, läuft das geteilte Probenfluid vorzugsweise durch den Durchgang mit dem gleichen Druck und der gleichen Länge, um die Ausströmungsöffnung zu erreichen. Daher wird der Entwurf beispielsweise zur ausgelegt, dass die Mittelachsen der Einströmungsöffnung 3a, der Ausströmungsöffnung 3b und des Teilungsabschnitts 3c zusammenfallen.
8 ist ein Diagramm, in dem die Strömungen der Probe verglichen sind. 8(a) ist ein Diagramm, das die Strömung der Probe bei Verwendung einer herkömmlichen Düseneinheit zeigt. 8(b) ist ein Diagramm, das die Strömung der Probe zeigt, wenn die Düseneinheit 3 gemäß der Ausführungsform verwendet wird.
In einer herkömmlichen Düseneinheit 16 ist kein Teilungsabschnitt bereitgestellt. Daher strömt die Probe als einzelnes konvergiertes Fluid aus einer Ausströmungsöffnung 16b der Düseneinheit 16, und es wird eine Ausdehnungswelle in der Vakuumkammer gebildet. Andererseits strömt die Probe, die durch die Düseneinheit 3 gemäß der Ausführungsform geströmt ist, aus der Ausströmungsöffnung 3b aus, nachdem die Strömung durch den Teilungsabschnitt 3c geteilt wurde, und es werden mehrere Ausdehnungswellen in der Vakuumkammer 4 gebildet. Die mehreren Ausdehnungswellen und/oder ihre reflektierten Wellen interferieren miteinander und heben Komponenten in y-Achsenrichtung auf. Dadurch werden die an der Grenze des Strahls reflektierten Ausdehnungswellen verringert.
9 ist ein Diagramm, welches das Ergebnis einer numerischen Analyse der Probenströmung zeigt. 9(a) ist ein Diagramm, das die Strömung der Probe bei Verwendung der herkömmlichen Düseneinheit 16 zeigt. 9(b) ist ein Diagramm, das die Strömung der Probe zeigt, wenn die Düseneinheit 3 gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird. Hier wird die Druckverteilung in Schattierungen ausgedrückt, und der Druck ist umso höher, je dunkler die Schattierung ist.
Bei Verwendung der herkömmlichen Düseneinheit 16 zeigt der in die Vakuumkammer 17 strömende Probenstrahl das Gebiet, in dem der Druck periodisch hoch und niedrig ist. Im Gebiet, in dem der Druck hoch ist, wird eine Mach-Scheibe gebildet. Die Bildung einer solchen Mach-Scheibe verschlechtert die Empfindlichkeit der Massenspektrometrie.
Andererseits erscheint die periodische Verteilung des Drucks im Strahl der in die Vakuumkammer 4 strömenden Probe kaum, wenn die Düseneinheit 3 gemäß der Ausführungsform verwendet wird. Das heißt, dass ersichtlich ist, dass, wenn die Düseneinheit 3 gemäß der Ausführungsform verwendet wird, die Erzeugung der Mach-Scheibe erheblich unterdrückt wird.
Wie mit Bezug auf 8(b) erklärt, wird angenommen, dass der Grund dafür, dass die Erzeugung der Mach-Scheibe unterdrückt wird, darin besteht, dass das Fluid der Probe innerhalb der Düseneinheit 3 geteilt wird und in kreuzender Richtung aus der Ausströmungsöffnung 3b ausströmt. Der Mechanismus der Unterdrückung der Mach-Scheibe hängt nicht von der Form des Strahls ab. Daher kann das Massenspektrometer S gemäß der Ausführungsform die Erzeugung der Mach-Scheibe selbst dann unterdrücken, wenn der Druck stromaufwärts der Düseneinheit 3 und der Druck in der Vakuumkammer 4 geändert werden. Das heißt, dass das Massenspektrometer S gemäß der Ausführungsform die Erzeugung der Mach-Scheibe über einen breiten Bereich von Betriebsbedingungen unterdrücken kann. Die Unterdrückung der Bildung der Mach-Scheibe führt zu einer verbesserten Empfindlichkeit und Stabilisierung der Massenspektrometrie.
<Modifikation 1>
10 ist eine Schnittansicht einer Düseneinheit 18 nach Modifikation 1. 10(a) ist eine Schnittansicht der Düseneinheit 18 entlang der in 3 dargestellten yz-Ebene. 10(b) ist eine Schnittansicht der Düseneinheit 18 entlang der xy-Ebene an der in 10(a) dargestellten Position z1. 10(c) ist eine Schnittansicht der Düseneinheit 18 entlang der xy-Ebene an der in 10(a) dargestellten Position z2.
Bei der Düseneinheit 3 gemäß der Ausführungsform erreicht die Probe, nachdem sie aus der Einströmungsöffnung 3a in die Düseneinheit 3 geströmt ist, den Teilungsabschnitt 3c durch den trapezförmigen Raum und wird geteilt. Andererseits ist die Düseneinheit 18 nach Modifikation 1 so ausgelegt, dass die Probe geteilt wird, unmittelbar nachdem sie in eine Einströmungsöffnung 18a geströmt ist. Insbesondere weist die Düseneinheit 18 einen Teilungsabschnitt 18c mit einem Vorsprung 18d auf, dessen Spitze sich zu einer Einströmungsöffnung 18a hin befindet.
Auf diese Weise wird die Gasströmung der Probe unmittelbar nach dem Durchlaufen der Einströmungsöffnung 18a durch den Teilungsabschnitt 18c geteilt. Dementsprechend wird die Gasströmung um den Teilungsabschnitt 18c leicht gleichmäßig dispergiert. Dadurch werden die Komponenten der Ausdehnungswelle und der reflektierten Welle in xy-Richtung unmittelbar nach dem Einströmen der Probe in die Vakuumkammer 4 gut aufgehoben. Das heißt, dass die Erzeugung der Mach-Scheibe unterdrückt wird.
Ferner kann bei der mit dem Teilungsabschnitt 18c versehenen Düseneinheit 18 ein Tragabschnitt 18e zur Befestigung des Teilungsabschnitts 18c in z-Achsenrichtung lang gemacht werden, so dass der Teilungsabschnitt 18c verglichen mit der Düseneinheit 3 gemäß der Ausführungsform sicherer gehalten werden kann. Ein Vorsprung 18d des Teilungsabschnitts 18c kann von der Düseneinheit 18 in Bezug auf die Einströmungsöffnung 18a nach außen vorstehen.
11 ist ein Diagramm, das einen Zustand zeigt, in dem der Vorsprung 18d des Teilungsabschnitts 18 in Bezug auf die Einströmungsöffnung 18a vorsteht. Weil das Probenfluid mit dem Vorsprung 18d des Teilungsabschnitts 18c kollidiert, haftet leicht Schmutz daran. Der Schmutz verringert die Empfindlichkeit der Massenspektrometrie, weil er aus dem Teilungsabschnitt 18c entfernt wird, so dass die Düseneinheit 18 periodisch gereinigt werden muss. Beim in 11 dargestellten Beispiel lässt sich der Vorsprung 18d leicht reinigen und ist die Wartbarkeit verbessert. Daher ist es weniger wahrscheinlich, dass Fehler in den Analysedaten der Massenspektrometrie auftreten.
<Modifikation 2>
12 ist eine Schnittansicht einer Düseneinheit 19 nach Modifikation 2. 12(a) ist eine Schnittansicht der Düseneinheit 19 entlang der in 3 dargestellten yz-Ebene. 12(b) ist eine Schnittansicht der Düseneinheit 19 entlang der xy-Ebene an der in 12(a) dargestellten Position z1. 12(c) ist eine Schnittansicht der Düseneinheit 19 entlang der xy-Ebene an der in 12(a) dargestellten Position z2.
Bei der Düseneinheit 3 gemäß der Ausführungsform wird der Teilungsabschnitt 3c an einer Position in z-Achsenrichtung gehalten. Andererseits hält die Düseneinheit 19 nach Modifikation 2 einen Teilungsabschnitt 19a in Probenströmungsrichtung an zwei Positionen. In 12(a) wird der Teilungsabschnitt 19a durch bei z1 und z2 bereitgestellte Tragabschnitte 19b und 19c gehalten. Auf diese Weise kann der Teilungsabschnitt 19a fester angebracht werden als jener der Düseneinheit 3 gemäß der Ausführungsform.
Wie in den 12(b) und (c) dargestellt ist, wird der Teilungsabschnitt 19a vorzugsweise bei z1 und z2 von mehreren Richtungen gehalten. Demgemäß kann der Teilungsabschnitt 19a sicherer befestigt werden als wenn er aus einer Richtung gehalten wird.
<Modifikation 3>
13 ist eine Schnittansicht einer Düseneinheit 20 nach Modifikation 3. 13(a) ist eine Schnittansicht der Düseneinheit 20 entlang der in 3 dargestellten yz-Ebene. 13(b) ist eine Schnittansicht der Düseneinheit 20 entlang der xy-Ebene an der in 13(a) dargestellten Position z1. 13(c) ist eine Schnittansicht der Düseneinheit 20 entlang der xy-Ebene an der in 13(a) dargestellten Position z2.
Wie in 13 dargestellt ist, hält die Düseneinheit 20 nach Modifikation 3 einen Teilungsabschnitt 20a an zwei Positionen in Probenströmungsrichtung aus verschiedenen Richtungen. Wie in den 13(b) und (c) dargestellt ist, wird der Teilungsabschnitt 20a durch einen Tragabschnitt 20b aus der zur y-Achsenrichtung parallelen Richtung an der Position z1 gehalten und durch einen Tragabschnitt 20c aus der zur x-Achsenrichtung parallelen Richtung an der Position z2 gehalten. Auf diese Weise wird das Fluid der Probe mehrfach zerlegt, wobei, wenn die Probe in die Vakuumkammer 4 strömt, die Ausdehnungswelle und die reflektierte Welle leicht miteinander interferieren.
<Modifikation 4>
14 ist eine Schnittansicht einer Düseneinheit 21 nach Modifikation 4. Wie in 14 eingestellt ist, wird ein Teilungsabschnitt 21a der Düseneinheit 21 von einem spiralförmigen Tragabschnitt 21b gehalten. Weil die Probe in diesem Fall in die Vakuumkammer 4 strömt, während sie sich in der xy-Ebene dreht, kreuzen die Ausdehnungswellen einander leicht und wird die Mach-Scheibe ausreichend unterdrückt. Ferner wird der Teilungsabschnitt 21a sicher gehalten, weil die Kontaktfläche zwischen dem Teilungsabschnitt 21a, dem Tragabschnitt 21b und der Innenwand der Düse vergrößert ist.
<Modifikation 5>
15 ist eine Schnittansicht einer Düseneinheit 22 nach Modifikation 5. 15(a) ist eine Schnittansicht der Düseneinheit 22 entlang der in 3 dargestellten yz-Ebene. 15(b) ist eine Schnittansicht der Düseneinheit 22 entlang der xy-Ebene an der in 15(a) dargestellten Position z1.
In Modifikation 5 wird ein Teilungsabschnitt 22a durch einen ringförmigen Tragabschnitt 22b gehalten, der eine Grenze mit der äußeren Peripherie des Teilungsabschnitts 22a und der äußeren Peripherie der Innenwand der Düseneinheit 22 aufweist, wobei der ringförmige Tragabschnitt 22b mit mehreren Löchern 22c versehen ist. Wenn der Tragabschnitt 22b verwendet wird, läuft die Probe durch die mehreren Löcher 22c. Daher kreuzen die mehreren Fluide einander, so dass sich die Mach-Scheibe leicht unterdrücken lässt. Ferner wird der Teilungsabschnitt 22a sicher gehalten, weil die Kontaktfläche zwischen dem Teilungsabschnitt 22a, dem Tragabschnitt 22b und der Innenwand der Düse vergrößert ist.
<Modifikation 6>
16 ist eine Schnittansicht einer Düseneinheit 23 nach Modifikation 6. 16(a) ist eine Schnittansicht der Düseneinheit 23 entlang der in 3 dargestellten yz-Ebene. 16(b) ist eine Schnittansicht der Düseneinheit 23 entlang der xy-Ebene an der in 16(a) dargestellten Position z1. 16(c) ist eine Schnittansicht der Düseneinheit 23 entlang der xy-Ebene an der in 16(a) dargestellten Position z2.
Die Düseneinheit 23 nach Modifikation 6 weist einen zulaufenden Teilungsabschnitt 23a auf, dessen Durchmesser von der Einströmungsöffnung zur Ausströmungsöffnung in der Nähe der Ausströmungsöffnung abnimmt. Auch ist in der Nähe der Ausströmungsöffnung ein äußerer Abschnitt 23b, der eine den Teilungsabschnitt 23a umgebende Öffnung aufweist, deren Durchmesser von der Einströmungsöffnung zur Ausströmungsöffnung hin abnimmt, an der gleichen Position wie der Teilungsabschnitt 23a bereitgestellt. Der Teilungsabschnitt 23a und der äußere Abschnitt 23b sind durch einen Tragabschnitt 23c miteinander verbunden.
Wenn die mit dem Teilungsabschnitt 23a und dem äußeren Abschnitt 23b versehene Düseneinheit 23 verwendet wird, wird die Probe, wenn sie in die Vakuumkammer 4 strömt, durch den Tragabschnitt 23c in mehrere Strömungen unterteilt und strömt durch eine geneigte Rinne zwischen dem Teilungsabschnitt 23a und dem äußeren Abschnitt 23b. Daher kreuzen und interferieren mehrere Ausdehnungswellen miteinander in der Vakuumkammer 4 und kann die Erzeugung der Mach-Scheibe unterdrückt werden.
Wie vorstehend erwähnt wurde, kann, weil die Düseneinheit nach Modifikation 6 so aufgebaut ist, dass die beim Hindurchlaufen durch die geneigte Rinne geteilte Probe gekreuzt wird, die Wirkung der Unterdrückung der Erzeugung der Mach-Scheibe selbst dann ausreichend erhalten werden, wenn sie keine Konfiguration aufweist, bei der die Gasströmung geteilt wird, indem dafür gesorgt wird, dass die Mittelachse des Teilungsabschnitts 23a mit der Mittelachse der Einströmungsöffnung übereinstimmt. Weil die Düseneinheit 23 nach Modifikation 6 eine einfache Konfiguration aufweist, bei der der Teilungsabschnitt 23a und der äußere Abschnitt 23b, die durch den Tragabschnitt 23c verbunden sind, in der Nähe der Ausströmungsöffnung angeordnet sind, wird der Vorteil erzielt, dass das System stromaufwärts der Ausströmungsöffnung nicht berücksichtigt zu werden braucht.
<Modifikation 7>
17 ist eine Schnittansicht einer Düseneinheit 24 nach Modifikation 7. Bei der Düseneinheit 3 gemäß der Ausführungsform liegt die Spitze des im Teilungsabschnitt 3c enthaltenen Vorsprungs 3f an der gleichen Position wie das Öffnungsende der Ausströmungsöffnung 3b. Andererseits liegt bei der Düseneinheit 24 nach Modifikation 7 die Spitze eines in einem Teilungsabschnitt 24a vorhandenen Vorsprungs 24b näher bei der Einströmungsöffnung als zum Öffnungsende einer Ausströmungsöffnung 24c. Das heißt, dass es einen Abstand zwischen der Spitze des Vorsprungs 24b und der Ausströmungsöffnung 24c gibt. Die vorstehende Konfiguration wird beispielsweise dadurch verwirklicht, dass ein Tragabschnitt 24d näher an der Einströmungsöffnung als zur Ausströmungsöffnung der Innenwand angeordnet wird.
Die Teile der geteilten Probe strömen jeweils entlang der geneigten Fläche des Vorsprungs 24b und kreuzen einander hinter der Spitze des Vorsprungs 24b und vor der Vakuumkammer 4. Deshalb hebt die Probenströmung die Komponenten in y-Achsenrichtung auf, bevor sie in die Vakuumkammer 4 strömt, so dass die Ausdehnung der Ausdehnungswelle unterdrückt werden kann. Das heißt, dass die Düseneinheit 24 nach Modifikation 7 die Mach-Scheibe unterdrücken kann.
<Modifikation 8>
Beim Massenspektrometer S gemäß der Ausführungsform ist zwischen der Düseneinheit 3 und der Kollisionskammer 5 nur eine Vakuumkammer 4 bereitgestellt. Es können auch mehrere Vakuumkammern 4 bereitgestellt werden, so dass der Vakuumgrad schrittweise verbessert wird. In diesem Fall kann eine Hochfrequenzspannung durch Bereitstellen einer Ionenführungselektrode in jeder der mehreren Vakuumkammern angelegt werden.
<Modifikation 9>
Beim Massenspektrometer S gemäß der Ausführungsform weist die Massenanalyseeinheit 6 vier Elektroden auf. Die Anzahl der Elektroden der Massenanalyseeinheit 6 ist nicht auf vier beschränkt. Die Massenanalyseeinheit 6 kann n (n ist eine natürliche Zahl von 2 oder größer) Sätze stabförmiger Elektroden aufweisen, an welche eine Gleichspannung Un und eine Wechselspannung Vn_HFCOS (Ω_HF + HF) angelegt werden. Auf diese Weise wird die Wirksamkeit der Ionenauswahl verbessert.
[Kurzfassung]
Ein Teilungsabschnitt 3c zur Teilung der Probenströmung ist innerhalb der Düseneinheit 3 bereitgestellt, welche im Massenspektrometer S bereitgestellt ist, und der Teilungsabschnitt 3c weist den zulaufenden Vorsprung 3f auf, dessen Durchmesser zur Ausströmungsöffnung 3b hin abnimmt. Das Massenspektrometer S mit der vorstehenden Konfiguration bewirkt ein Kreuzen der Strömung der geteilten Probe und das Einströmen von ihr in die Vakuumkammer 4. Die Strömung der einander kreuzenden Probenteile hebt die reflektierte Welle der Ausdehnungswelle auf und unterdrückt die Erzeugung der Mach-Scheibe.
Ferner kann der Vorsprung 3f eine konische Form aufweisen. Weil die Probe bei dieser Konfiguration am Ende des Teilungsabschnitts 3c gleichmäßig zur Mittelachse strömt, werden die reflektierten Wellen von Ausdehnungswellen zufrieden stellend aufgehoben, wodurch die Erzeugung der Mach-Scheibe unterdrückt wird.
Beispielsweise fallen die Mittelachse des Vorsprungs 3f und die Mittelachse der Ausströmungsöffnung 3b im Wesentlichen zusammen. Bei dieser Konfiguration werden, weil die Form der Ausströmungsöffnung 3b um die Mittelachse symmetrisch ist, die reflektierten Wellen der Ausdehnungswellen zufrieden stellend aufgehoben, wodurch die Erzeugung der Mach-Scheibe unterdrückt wird.
Die Tragabschnitte 3e, welche den Teilungsabschnitt 3c halten, können an der Innenwand der Düseneinheit 3 an einer Position bereitgestellt sein, die der Einströmungsöffnung 3a näher liegt als der Ausströmungsöffnung 3b. Weil die Probe bei dieser Konfiguration das Ende des Teilungsabschnitts 3c mit einer geringen Strömungsturbulenz erreicht, werden die reflektierten Wellen der Ausdehnungswellen zufrieden stellend aufgehoben, wodurch die Erzeugung der Mach-Scheibe unterdrückt wird.
Beispielsweise befindet sich der Scheitelpunkt des konischen Vorsprungs 3f näher zur Einströmungsöffnung 3a als zum Öffnungsende der Ausströmungsöffnung 3b. Nachdem die jeweiligen geteilten Probenströmungen einander vollständig gekreuzt haben, strömen sie bei dieser Konfiguration in die Vakuumkammer 4. Daher wird angenommen, dass die reflektierte Welle der Ausdehnungswelle gut aufgehoben wird und dass die Erzeugung der Mach-Scheibe unterdrückt wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern schließt verschiedene Modifikationen ein. Beispielsweise wurden die vorstehenden Ausführungsformen zum einfachen Verständnis der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben, und die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise auf Ausführungsformen beschränkt, die alle beschriebenen Konfigurationen aufweisen. Überdies kann ein Teil der Konfiguration einer Ausführungsform durch die Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden und kann auch die Konfiguration einer anderen Ausführungsform zur Konfiguration einer Ausführungsform hinzugefügt werden. Ferner kann eine andere Konfiguration einen Teil der Konfiguration jeder Ausführungsform ergänzen, daraus entfernt werden und diesen ersetzen.
In der vorliegenden Patentschrift wurde die Verwendung der Düseneinheit 3 anhand des Massenspektrometers S als Beispiel beschrieben. Die Verwendung der Düseneinheit 3 ist jedoch nicht auf das Massenspektrometer beschränkt. Die Düseneinheit 3 kann auf alle Vorrichtungen angewendet werden, die ein Fluid zwischen Kammern mit einem Druckverhältnis von 50 oder mehr bewegen.
Alle in dieser Patentschrift zitierten Veröffentlichungen und Patentdokumente sind hier durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen.
Bezugszeichenliste

S: Massenspektrometer
1: Vorbehandlungseinheit
2: Ionisationseinheit
3: Düseneinheit
3a: Einströmungsöffnung
3b: Ausströmungsöffnung
3c: Teilungsabschnitt
3d: Mittelachse
3e: Tragabschnitt
3f: Vorsprung
3g: Strömungsdurchgang
4: Vakuumkammer
5: Kollisionskammer
6: Massenanalyseeinheit
7: lonendetektionseinheit
8: Datenverarbeitungseinheit
9: Anzeigeeinheit
10: Benutzereingabeeinheit
11a, 11b, 11c, 11d: Elektrode
12a, 12b, 12c, 12d: Elektrode
13a, 13b, 13c, 13d: Elektrode
14: Spannungsquelle
15: Steuereinrichtung
16: Düseneinheit
17: Vakuumkammer
18 bis 24: Düseneinheit

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

JP 2010157499 A [0005]
JP 2017113622 [0012]

Claims

Massenspektrometer, welches Folgendes aufweist: eine Ionisationseinheit, die eine Probe ionisiert, eine Düseneinheit mit einer Einströmungsöffnung, die durch eine Strömungsleitung mit der Ionisationseinheit verbunden ist, wodurch die ionisierte Probe strömt, und einer Ausströmungsöffnung, aus der die eingeströmte Probe ausströmt, eine Vakuumkammer, die durch Vakuumevakuierungsmittel evakuiert wird und in welche die Probe aus der Düseneinheit einströmt, eine Massenanalyseeinheit, die sich stromabwärts einer Strömung der Probe in Bezug auf die Vakuumkammer befindet und Ionen aus der Probe auswählt, und eine lonendetektionseinheit, welche die von der Massenanalyseeinheit ausgewählten Ionen detektiert, wobei ein Teilungsabschnitt, der eine Strömung der Probe teilt, innerhalb der Düseneinheit bereitgestellt ist und der Teilungsabschnitt einen zulaufenden Vorsprung aufweist, dessen Durchmesser zur Ausströmungsöffnung hin abnimmt.
Massenspektrometer nach Anspruch 1, wobei der Vorsprung eine konische Form aufweist.
Massenspektrometer nach Anspruch 2, wobei die Mittelachse des Vorsprungs und die Mittelachse der Ausströmungsöffnung im Wesentlichen zusammenfallen.
Massenspektrometer nach Anspruch 1, wobei der Teilungsabschnitt einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
Massenspektrometer nach Anspruch 1, wobei ein Tragabschnitt, der den Teilungsabschnitt hält, an einer Innenwand der Düseneinheit an einer Position, die der Einströmungsöffnung näher liegt als der Ausströmungsöffnung, bereitgestellt ist.
Massenspektrometer nach Anspruch 1, wobei der Teilungsabschnitt von mehreren Tragabschnitten gehalten wird.
Massenspektrometer nach Anspruch 4, wobei der Teilungsabschnitt von einem ringförmigen Tragabschnitt gehalten wird, der eine Grenze mit einer äußeren Peripherie des Teilungsabschnitts und einer äußeren Peripherie einer Innenwand der Düseneinheit aufweist, wobei der ringförmige Tragabschnitt mit mehreren Löchern versehen ist.
Massenspektrometer nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis P1/P2 zwischen einem Druck P1 in der Strömungsleitung und einem Druck P2 in der Vakuumkammer wenigstens 50 beträgt.
Massenspektrometer nach Anspruch 1, wobei die Massenanalyseeinheit n Sätze stabförmiger Elektroden aufweist, an die eine Gleichspannung Un und eine Wechselspannung Vn_HFCOS (Ω_HF + HF) angelegt werden, wobei n eine natürliche Zahl von 2 oder größer ist.
Massenspektrometer nach Anspruch 2, wobei ein Scheitelpunkt des Vorsprungs der Einströmungsöffnung näher liegt als einem Öffnungsende der Ausströmungsöffnung.
Massenspektrometer nach Anspruch 1, welches ferner Folgendes aufweist: einen äußeren Abschnitt mit einer den Teilungsabschnitt umgebenden Öffnung, wobei der Durchmesser der Öffnung von der Einströmungsöffnung zur Ausströmungsöffnung mit einer sich verengenden Form abnimmt.
Massenspektrometer nach Anspruch 1, wobei der Teilungsabschnitt ein der Einströmungsöffnung näher liegendes Ende aufweist, wobei das Ende in Bezug auf die Einströmungsöffnung vorsteht.
Düsenelement, das in einem Massenspektrometer verwendet wird, wobei das Düsenelement eine Einströmungsöffnung, in die eine ionisierte Probe strömt, und eine Ausströmungsöffnung, aus der die eingeströmte Probe ausströmt, aufweist und ein Teilungsabschnitt, der die Strömung der Probe teilt, innerhalb des Düsenelements bereitgestellt ist, und der Teilungsabschnitt einen sich verengenden Vorsprung aufweist, dessen Durchmesser zur Ausströmungsöffnung hin abnimmt.
Massenspektrometer, welches Folgendes umfasst: eine Ionisationseinheit, die eine Probe ionisiert, eine Düseneinheit mit einer Einströmungsöffnung, die durch eine Strömungsleitung mit der Ionisationseinheit verbunden ist, wodurch die ionisierte Probe strömt, und einer Ausströmungsöffnung, aus der die eingeströmte Probe ausströmt, eine Vakuumkammer, die durch Vakuumevakuierungsmittel evakuiert wird und in welche die Probe aus der Düseneinheit einströmt, eine Massenanalyseeinheit, die sich stromabwärts einer Strömung der Probe in Bezug auf die Vakuumkammer befindet und Ionen aus der Probe auswählt, und eine lonendetektionseinheit, welche die von der Massenanalyseeinheit ausgewählten Ionen detektiert, wobei ein Teilungsabschnitt, der eine Strömung der Probe teilt, innerhalb der Düseneinheit bereitgestellt ist und der Teilungsabschnitt bewirkt, dass die geteilten Strömungen der Probe einander kreuzen und in die Vakuumkammer einströmen.