JP2000149865A - Mass spectrometer - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高周波誘導結合プ
ラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）、エレクトロスプ
レイ質量分析装置（ＥＳＰ−ＭＳ）、大気圧化学イオン
化質量分析装置（ＡＰＣＩ−ＭＳ）等の比較的大気圧に
近い圧力下で試料をイオン化する質量分析装置に関す
る。The present invention relates to a comparison between a high frequency inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS), an electrospray mass spectrometer (ESP-MS), an atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometer (APCI-MS) and the like. The present invention relates to a mass spectrometer for ionizing a sample under a pressure close to the atmospheric pressure.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図７は、従来のＥＳＰ−ＭＳの一例を示
す概略構成図である。このＭＳは、例えば液体クロマト
グラフ装置のカラムの出口端に接続されたノズル１１が
配設されて成るイオン化室１０と、四重極フィルタ１９
及びイオン検出器２０が内設された分析室１８との間
に、それぞれ隔壁で隔てられた第１中間室１２及び第２
中間室１５が設けられている。イオン化室１０と第１中
間室１２との間は細径の脱溶媒パイプ１３を介して、第
１中間室１２と第２中間室１５との間は極小径の通過孔
（オリフィス）を有するスキマー１６を介してのみ連通
している。2. Description of the Related Art FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a conventional ESP-MS. The MS comprises, for example, an ionization chamber 10 having a nozzle 11 connected to an outlet end of a column of a liquid chromatograph, and a quadrupole filter 19.
The first intermediate chamber 12 and the second intermediate chamber 12 are separated from each other by a partition wall between the first intermediate chamber 12 and the analysis chamber 18 in which the ion detector 20 is provided.
An intermediate chamber 15 is provided. A skimmer having a very small diameter through-hole (orifice) between the first intermediate chamber 12 and the second intermediate chamber 15 through a small-diameter desolvation pipe 13 between the ionization chamber 10 and the first intermediate chamber 12. It communicates only through 16.
【０００３】イオン化室１０内はノズル１１から連続的
に供給される試料液の気化分子によりほぼ大気圧になっ
ており、第１中間室１２内はロータリポンプ（ＲＰ）に
より約１０２Paの低真空状態まで真空排気される。ま
た、第２中間室１５内はターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）に
より約１０−１〜１０−２Paの中真空状態まで真空排気
され、分析室１８内はターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）によ
り約１０−３〜１０−４Paの高真空状態まで真空排気さ
れる。即ち、イオン化室１０から分析室１８に向かって
各室毎に真空度を高くすることにより、分析室１８内が
高真空状態に維持されるようにしている。The inside of the ionization chamber 10 is almost at atmospheric pressure due to the vaporized molecules of the sample liquid continuously supplied from the nozzle 11, and the inside of the first intermediate chamber 12 is reduced to about 10 2 Pa by a rotary pump (RP). It is evacuated to a vacuum state. Further, the inside of the second intermediate chamber 15 is evacuated to a medium vacuum state of about 10 −1 to 10 −2 Pa by a turbo molecular pump (TMP), and the inside of the analysis chamber 18 is about 10 −3 by a turbo molecular pump (TMP). The chamber is evacuated to a high vacuum of -10-4 Pa. That is, by increasing the degree of vacuum for each chamber from the ionization chamber 10 toward the analysis chamber 18, the inside of the analysis chamber 18 is maintained in a high vacuum state.
【０００４】試料液はノズル１１からイオン化室１０内
に噴霧（エレクトロスプレイ）され、液滴中の溶媒が蒸
発する過程で試料分子はイオン化される。イオンが入り
混じった液滴はイオン化室１０と第１中間室１２との圧
力差により脱溶媒パイプ１３中に引き込まれ、脱溶媒パ
イプ１３を通過する過程で更にイオン化が進む。第１中
間室１２内にはリング状電極１４が設けられており、リ
ング状電極１４は電界により脱溶媒パイプ１３を介して
のイオンの引き込みを助けるとともに、イオンをスキマ
ー１６のオリフィス近傍に収束させる。The sample liquid is sprayed (electrosprayed) into the ionization chamber 10 from the nozzle 11, and the sample molecules are ionized while the solvent in the droplets evaporates. The droplets mixed with the ions are drawn into the desolvation pipe 13 by the pressure difference between the ionization chamber 10 and the first intermediate chamber 12, and the ionization further proceeds while passing through the desolvation pipe 13. A ring-shaped electrode 14 is provided in the first intermediate chamber 12. The ring-shaped electrode 14 assists in drawing ions through the desolvation pipe 13 by an electric field and converges the ions near the orifice of the skimmer 16. .
【０００５】スキマー１６のオリフィスを通って第２中
間室１５に導入されたイオンは、イオンレンズ１７によ
り収束及び加速された後に分析室１８へと送られる。分
析室１８では、特定の質量数（質量ｍ／電荷ｚ）を有す
るイオンのみが四重極フィルタ１９中央の長手方向の空
間を通り抜け、イオン検出器２０に到達して検出され
る。[0005] The ions introduced into the second intermediate chamber 15 through the orifice of the skimmer 16 are converged and accelerated by the ion lens 17 and then sent to the analysis chamber 18. In the analysis room 18, only ions having a specific mass number (mass m / charge z) pass through the space in the longitudinal direction at the center of the quadrupole filter 19, reach the ion detector 20 and are detected.
【０００６】上記構成において、イオンレンズ１７は飛
行するイオンを電界によって収束しつつ加速するもので
あって、従来より種々の形状のものが提案されている。
図８は図７に図示したイオンレンズ１７として利用され
ている、いわゆる静電レンズの構成を示す斜視図であ
る。このイオンレンズ２１は、複数のドーナツ形状の金
属板から成るレンズ電極から構成されており、各電極に
は同一の直流電圧が印加される。この直流電圧を適宜に
調整することにより、イオン光軸Ｃ近傍を通過するイオ
ンを加速することができる。しかしながら、このような
構造のイオンレンズでは特に圧力が高い場合（１０ー１
Pa以上）のイオンの収束効果が必ずしも高くなく、例え
ばコーン状に広がりつつ通過しようとするイオンの一部
のみしか後段へ送ることができない。In the above configuration, the ion lens 17 accelerates flying ions while converging the ions by an electric field, and various shapes have conventionally been proposed.
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a so-called electrostatic lens used as the ion lens 17 shown in FIG. The ion lens 21 is composed of lens electrodes formed of a plurality of donut-shaped metal plates, and the same DC voltage is applied to each electrode. By appropriately adjusting the DC voltage, ions passing near the ion optical axis C can be accelerated. However, in the ion lens having such a structure, particularly when the pressure is high ( 10-1).
The convergence effect of ions (Pa or more) is not always high, and for example, only a part of the ions that are to be passed while spreading in a cone shape can be sent to the subsequent stage.
【０００７】これに対し、図９に示すようなマルチポー
ル型（この例では４本だが６、８本など偶数であればよ
い）のイオンレンズ２２も実用化されている。隣接する
電極（例えば符号２２１と２２３が付された電極）に
は、同一の直流電圧にそれぞれ位相が反転した高周波電
圧が重畳された電圧が印加される。この高周波電場によ
り、イオン光軸Ｃの延伸方向に導入されたイオンは所定
の周期で振動しながら進む。このため、イオンの収束効
果が高く、より多くのイオンを後段へ送ることができ
る。On the other hand, an ion lens 22 of a multipole type (four in this example, but an even number such as six or eight) as shown in FIG. 9 has also been put to practical use. To adjacent electrodes (for example, electrodes denoted by reference numerals 221 and 223), a voltage obtained by superimposing a high-frequency voltage whose phase is inverted on the same DC voltage is applied. Due to this high-frequency electric field, ions introduced in the extending direction of the ion optical axis C travel while vibrating at a predetermined cycle. For this reason, the ion convergence effect is high, and more ions can be sent to the subsequent stage.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなロッド形のイオンレンズ２２では収束は良好である
が、ロッド内空間で長軸方向に電圧勾配が一定であるた
め、ロッド内空間での加速が行われない。このため、第
１中間室１２内の圧力程度の比較的高い圧力条件下で使
用しようとすると、イオンが残留ガス分子との衝突によ
って運動エネルギが奪われ、イオンレンズを透過するイ
オンが極めて少なくなる。However, such a rod-type ion lens 22 has good convergence, but has a constant voltage gradient in the long axis direction in the space inside the rod, so that acceleration in the space inside the rod is not possible. Is not done. For this reason, if it is attempted to use the device under a relatively high pressure condition, such as the pressure in the first intermediate chamber 12, the kinetic energy is deprived by the collision of the ions with the residual gas molecules, and the amount of the ions transmitted through the ion lens becomes extremely small. .
【０００９】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その主たる目的は、高い圧力条件
下においても効率的にイオンを収束及び加速することが
できるイオンレンズを備えた質量分析装置を提供するこ
とにある。The present invention has been made to solve such problems, and a main object of the present invention is to provide an ion lens capable of efficiently focusing and accelerating ions even under high pressure conditions. It is to provide a mass spectrometer.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段、及び発明の実施の形態】
上記課題を解決するために成された本発明は、イオンを
収束するためのイオンレンズを備えた質量分析装置にお
いて、該イオンレンズは、イオン光軸方向に延伸し、該
イオン光軸の周囲に互いに分離して配設された偶数個の
仮想的ポール状電極から成り、該仮想的ポール状電極
は、イオン光軸方向に互いに分離された複数の金属電極
板を含んで成ることを特徴としている。Means for Solving the Problems and Embodiments of the Invention
The present invention has been made to solve the above-described problems.In a mass spectrometer provided with an ion lens for converging ions, the ion lens extends in the ion optical axis direction and is provided around the ion optical axis. It is characterized by comprising an even number of virtual pole-shaped electrodes arranged separately from each other, wherein the virtual pole-shaped electrodes include a plurality of metal electrode plates separated from each other in the direction of the ion optical axis. .
【００１１】例えば、同一仮想的ポール状電極を構成す
る複数の電極板には、イオン光軸延伸方向に階段状に相
違する直流電圧と共通の高周波電圧とが重畳された電圧
が印加される。また、イオン光軸の周囲に隣接する仮想
的ポール状電極では、共通の高周波電圧の位相は互いに
反転したものとされる。前段のイオン化室でイオン化さ
れたイオンが上記イオンレンズに導入されると、高周波
電圧によって形成される電界によりイオンは振動しなが
ら進み、後方焦点位置に収束する。また、イオン光軸方
向の所定の直流電位勾配によってイオンには運動エネル
ギが付与され加速される。そのため、飛行途中で残留ガ
ス分子などに衝突しても収束軌道を大きく外れることな
く進む。従って、例えば後段へ連通する通過孔を有する
スキマーを後方焦点位置近傍に設置しておくと、該通過
孔を介して後段へ多くのイオンを送ることができる。For example, to a plurality of electrode plates constituting the same virtual pole-shaped electrode, a voltage in which a DC voltage different in a stepwise manner in the ion optical axis extending direction and a common high-frequency voltage are superimposed is applied. In the virtual pole-shaped electrode adjacent to the periphery of the ion optical axis, the phases of the common high-frequency voltages are mutually inverted. When ions ionized in the former ionization chamber are introduced into the ion lens, the ions move while vibrating due to the electric field formed by the high-frequency voltage, and converge to the rear focal position. Also, kinetic energy is applied to the ions by a predetermined DC potential gradient in the direction of the ion optical axis, and the ions are accelerated. Therefore, even if it collides with a residual gas molecule or the like during the flight, the trajectory proceeds without largely deviating from the convergent trajectory. Therefore, for example, if a skimmer having a passage hole communicating with the subsequent stage is installed near the rear focal position, a large amount of ions can be sent to the subsequent stage through the passage hole.
【００１２】大気圧イオン化法などにおいては、イオン
は略一定の噴射速度を有するネブライズガスの助けを受
けて加速されるため、イオンの質量数が大きいほど大き
な初期運動エネルギを付与される。上記イオンレンズで
は、イオンが大きな運動エネルギを有しているほど収束
が行われにくく、その結果、イオンの通過効率が相対的
に劣化する。つまり、質量数によってイオンの通過効率
が相違し、これが質量分析の際の誤差要因となり得る。In an atmospheric pressure ionization method or the like, ions are accelerated with the aid of a nebulizing gas having a substantially constant injection velocity, so that a larger initial kinetic energy is given to a larger mass number of the ions. In the above-mentioned ion lens, convergence is difficult to be performed as the ion has a large kinetic energy, and as a result, the passage efficiency of the ion is relatively deteriorated. That is, the passage efficiency of ions differs depending on the mass number, and this may be an error factor in mass analysis.
【００１３】そこで、本発明の質量分析装置では、前記
仮想的ポール状電極を構成する複数の金属電極板に、高
周波電圧と直流電圧とを重畳した電圧を印加し、該複数
の金属電極板のうち、最後尾又は最後尾近傍の少数枚の
電極板への印加電圧の直流電圧成分を、そのイオンレン
ズを通過させるイオンの質量数に応じて変化させる構成
とすることが好ましい。Therefore, in the mass spectrometer of the present invention, a voltage obtained by superimposing a high-frequency voltage and a DC voltage is applied to the plurality of metal electrode plates constituting the virtual pole electrode, and the plurality of metal electrode plates are Among them, it is preferable that the DC voltage component of the voltage applied to the last or a few electrode plates near the last is changed according to the mass number of ions passing through the ion lens.
【００１４】最後尾又は最後尾近傍の少数枚の電極板へ
の印加電圧の直流電圧成分を変えることにより、その電
極板の近傍を通過するイオンの加速度合又は減速度合を
変えることができる。イオンレンズの後段の質量分離器
として四重極フィルタを用いる場合、四重極フィルタに
印加する電圧の走査と同期してイオンレンズを構成する
上記電極板に印加する直流電圧を走査すれば、大きな運
動エネルギを有する、質量数の大きなイオンの通過速度
を相対的に抑制し、収束を良好に行ってスキマーの通過
孔から後段へと送ることができる。By changing the DC voltage component of the voltage applied to the last or a few electrode plates near the tail, it is possible to change the degree of acceleration or deceleration of ions passing near the electrode plate. When a quadrupole filter is used as a mass separator at the subsequent stage of the ion lens, if a DC voltage applied to the electrode plate constituting the ion lens is scanned in synchronization with the scanning of the voltage applied to the quadrupole filter, a large amount can be obtained. The passing speed of ions having a large mass number having kinetic energy is relatively suppressed, and the ions can be converged satisfactorily and sent to the subsequent stage from the passage hole of the skimmer.
【００１５】[0015]
【発明の効果】このように本発明の質量分析装置によれ
ば、比較的高い圧力条件下にイオンレンズを配設してイ
オンの収束及び加速を行うことができる。このため、よ
り多くのイオンを後段の質量分離器へ導入することがで
きるので、質量分析の感度や精度の向上に寄与する。ま
た、この質量分析装置によれば、従来のようなポール状
のロッド電極では実現が困難であった種々の形状の仮想
的なロッド電極を実現することができる。As described above, according to the mass spectrometer of the present invention, the ion lens can be disposed under relatively high pressure conditions to converge and accelerate ions. For this reason, more ions can be introduced into the subsequent mass separator, which contributes to improvement in the sensitivity and accuracy of mass analysis. Further, according to this mass spectrometer, it is possible to realize virtual rod electrodes of various shapes which are difficult to realize with a conventional pole-shaped rod electrode.
【００１６】また、イオンレンズを構成する電極板への
印加電圧の直流電圧成分を質量数に応じて変える構成と
すれば、イオンレンズでのイオンの収束が質量数に応じ
て適切に行われるため、通過するイオンの質量数に拘わ
らず、後段へ多くのイオンを送ることができ、分析精度
や再現性の向上に寄与する。Further, if the DC voltage component of the voltage applied to the electrode plate constituting the ion lens is changed in accordance with the mass number, the convergence of ions in the ion lens is appropriately performed in accordance with the mass number. Regardless of the mass number of passing ions, many ions can be sent to the subsequent stage, which contributes to improvement in analysis accuracy and reproducibility.
【００１７】[0017]
【実施例】〔実施例１〕以下、本発明に係る質量分析装
置の第１実施例（以下「実施例１」という）を図面を参
照して詳細に説明する。図１はこの質量分析装置の特徴
であるイオンレンズ３０の構造を示す斜視図、図２はこ
の質量分析装置におけるイオンレンズ３０周辺の構成図
である。本実施例では、イオンレンズ３０は、図７に示
したような質量分析装置の第１中間室１２内（つまりリ
ング状電極１４の代わり）に配設されている。[Embodiment 1] Hereinafter, a first embodiment (hereinafter, referred to as "embodiment 1") of a mass spectrometer according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a structure of an ion lens 30 which is a feature of the mass spectrometer, and FIG. 2 is a configuration diagram around the ion lens 30 in the mass spectrometer. In the present embodiment, the ion lens 30 is provided in the first intermediate chamber 12 of the mass spectrometer as shown in FIG. 7 (that is, instead of the ring-shaped electrode 14).
【００１８】このイオンレンズ３０は、図１に示したよ
うに、図９に示した従来のイオンレンズ２２において１
本のポール状のロッド電極であった部分（符号２２１、
２２２、２２３、２２４が付されている部分）が、同一
径を有する多数枚（この例では５枚）の円盤形状金属板
から成るレンズ電極を所定間隔を隔てて立設した構造と
なっている。各レンズ電極群の包絡線３１、３２、３
３、３４は上記ロッド電極に対応する仮想的なロッド電
極を構成している。As shown in FIG. 1, this ion lens 30 is the same as the conventional ion lens 22 shown in FIG.
A portion that was a pole-shaped rod electrode (reference numeral 221,
222, 223, and 224) have a structure in which a large number (five in this example) of disk-shaped metal plates having the same diameter are provided upright at predetermined intervals. . Envelopes 31, 32, 3 of each lens electrode group
Reference numerals 3 and 34 constitute virtual rod electrodes corresponding to the rod electrodes.
【００１９】図２では、簡略化のために、イオン光軸Ｃ
を挟んで対向する１組のレンズ電極のみを示している。
イオン光軸Ｃの延伸方向に並んで設けられた各レンズ電
極３２１〜３２５には、直流電圧源Ｖd1、高周波電圧源
Ｖa、抵抗Ｒ1〜Ｒ4、コンデンサＣ1〜Ｃ5から構成され
る電圧供給部によって、イオンの進行方向（図２では右
方向）に進むに伴いそれぞれ電位が階段状に下がる直流
電圧と共通の高周波電圧とが重畳された電圧が印加され
ている。また図２では結線を省略しているが、イオン光
軸Ｃを挟んで対向する各レンズ電極３１１〜３１５にも
それぞれ上記レンズ電極３２１〜３２５と同一の電圧が
印加されている。更に、図２に記載されていない他の１
組のレンズ電極（図１の包絡線３３、３４に対応する電
極）には、同一平面内に存在するレンズ電極と同一の直
流電圧に位相が反転した高周波電圧が重畳された電圧が
それぞれ印加されている。In FIG. 2, for simplification, the ion optical axis C
Only one set of lens electrodes that face each other with is shown.
Each of the lens electrodes 321 to 325 provided side by side in the extending direction of the ion optical axis C has a voltage supply unit including a DC voltage source Vd1, a high-frequency voltage source Va, resistors R1 to R4, and capacitors C1 to C5. A voltage is applied in which a DC voltage and a common high-frequency voltage whose potential decreases stepwise as the ions travel in the traveling direction (rightward in FIG. 2) are superimposed. Although the connection is omitted in FIG. 2, the same voltage as that of the lens electrodes 321 to 325 is applied to the lens electrodes 311 to 315 facing each other with the ion optical axis C interposed therebetween. Further, another one not shown in FIG.
To the pair of lens electrodes (electrodes corresponding to the envelopes 33 and 34 in FIG. 1), a voltage obtained by superimposing a high-frequency voltage whose phase is inverted to the same DC voltage as the lens electrodes existing in the same plane is applied. ing.
【００２０】なお、直流電圧源Ｖd1、高周波電圧源Ｖa
の電圧値や、脱溶媒パイプ１３に電圧を印加する直流電
圧源Ｖd2の電圧値は適当な値に調整される。The DC voltage source Vd1 and the high-frequency voltage source Va
And the voltage value of the DC voltage source Vd2 for applying a voltage to the desolvation pipe 13 are adjusted to appropriate values.
【００２１】このような印加電圧によって、イオン光軸
Ｃを含むイオン通過空間内には、入口側レンズ電極３１
１、３２１から出口側レンズ電極３１５、３２５の方向
に向かって電位が下がる電位勾配を有する電界が形成さ
れるとともに、所定の高周波電界が形成される。脱溶媒
パイプ１３を介して前段のイオン化室１０から第１中間
室１２内に吸引されたイオンは、上記高周波電界によっ
て所定の周期で振動しながら進む。また、上記直流電位
勾配によってイオンは運動エネルギを付与され徐々に加
速される。このため、イオンは充分に大きな運動エネル
ギを有しているので、途中で残留ガス分子に衝突しても
軌道を大きく外れることがなく後方焦点位置Ｆ近傍に収
束される。スキマー１６はオリフィスがその後方焦点位
置Ｆ付近になるように配設されているため、収束された
イオンはオリフィスを通過して第２中間室１５へと送り
込まれる。With such an applied voltage, the entrance-side lens electrode 31 is placed in the ion passage space including the ion optical axis C.
An electric field having a potential gradient in which the potential decreases from 1, 321 toward the exit-side lens electrodes 315, 325 is formed, and a predetermined high-frequency electric field is formed. The ions sucked into the first intermediate chamber 12 from the preceding ionization chamber 10 via the desolvation pipe 13 advance while vibrating at a predetermined cycle by the high-frequency electric field. In addition, ions are given kinetic energy by the DC potential gradient and are gradually accelerated. For this reason, since the ions have a sufficiently large kinetic energy, even if they collide with the residual gas molecules on the way, they are converged to the vicinity of the rear focal position F without largely deviating from the orbit. Since the skimmer 16 is disposed so that the orifice is near the rear focal position F, the focused ions are sent to the second intermediate chamber 15 through the orifice.
【００２２】このように実施例１の質量分析装置では、
残留ガス分子が多い雰囲気であっても、イオンレンズ３
０で効率的にイオンを収束及び加速して次段へイオンを
送ることができる。As described above, in the mass spectrometer of the first embodiment,
Even in an atmosphere with many residual gas molecules, the ion lens 3
At 0, the ions can be efficiently converged and accelerated, and the ions can be sent to the next stage.
【００２３】〔実施例２〕次に、本発明に係る第２実施
例（以下「実施例２」という）による質量分析装置を説
明する。この実施例２の質量分析装置では、イオンレン
ズの構成が上記実施例１と異なる。図３（ａ）は図２に
相当するイオンレンズ４０周辺の構成図、図３（ｂ）は
このイオンレンズ４０をイオン入射側から見た平面図で
ある。Embodiment 2 Next, a mass spectrometer according to a second embodiment (hereinafter, referred to as “embodiment 2”) according to the present invention will be described. In the mass spectrometer of the second embodiment, the configuration of the ion lens is different from that of the first embodiment. FIG. 3A is a configuration diagram around the ion lens 40 corresponding to FIG. 2, and FIG. 3B is a plan view of the ion lens 40 viewed from the ion incident side.
【００２４】実施例２におけるイオンレンズ４０は、イ
オンが進むに従ってレンズ電極４１１〜４１５、４２１
〜４２５がイオン光軸Ｃに近接するようになっており、
レンズ電極で囲まれるイオン通過空間が狭くなってい
る。レンズ電極の径はイオン光軸Ｃからの離間距離に依
存して所定の計算式を基に決まっているため、イオンの
進行方向に伴いその径は小さくなっている。この構成で
は、図２に示した構成よりも後方焦点位置Ｆにおけるイ
オン収束性がより向上するので、更に高い効率でイオン
はスキマー１６のオリフィスを通過して第２中間室１５
へと送り込まれる。このような構造のイオンレンズは、
ポール状のロッド電極で実現しようとすると加工が大変
難しいが、本発明のような電極板を多層化する構造では
比較的容易に実現できる。The ion lens 40 according to the second embodiment has lens electrodes 411 to 415 and 421 as the ions progress.
To 425 are close to the ion optical axis C,
The ion passage space surrounded by the lens electrode is narrowed. Since the diameter of the lens electrode is determined based on a predetermined calculation formula depending on the distance from the ion optical axis C, the diameter decreases with the traveling direction of the ions. In this configuration, the ion convergence at the rear focal position F is further improved as compared with the configuration shown in FIG. 2, so that the ions pass through the orifice of the skimmer 16 with higher efficiency.
Is sent to An ion lens with such a structure
It is very difficult to work with a pole-shaped rod electrode, but it can be realized relatively easily with a multi-layered electrode plate as in the present invention.
【００２５】〔実施例３〕次いで、本発明の第３実施例
（以下「実施例３」という）による質量分析装置を説明
する。この実施例３の質量分析装置では、イオンレンズ
５０の構成が実施例１及び２の何れとも異なる。図４
は、実施例３の質量分析装置におけるイオンレンズ５０
周辺の構成図である。この実施例の質量分析装置では、
脱溶媒パイプ１３のイオン出射軸と、スキマー１６のイ
オン入射軸とを意図的にずらしており、イオン光軸Ｃが
該出射軸及び入射軸をつなぐようにレンズ電極５１１〜
５１５、５２１〜５２５がずらして設けられている。Third Embodiment Next, a mass spectrometer according to a third embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as “third embodiment”) will be described. In the mass spectrometer of the third embodiment, the configuration of the ion lens 50 is different from those of the first and second embodiments. FIG.
Is the ion lens 50 in the mass spectrometer of Example 3.
It is a peripheral block diagram. In the mass spectrometer of this embodiment,
The ion emission axis of the desolvation pipe 13 and the ion incidence axis of the skimmer 16 are intentionally shifted, and the lens electrodes 511 to 511 are connected so that the ion optical axis C connects the emission axis and the incidence axis.
515, 521-525 are provided shifted.
【００２６】脱溶媒パイプ１３を介して第１中間室１２
内へ吸引されたイオンは、上述のイオンレンズ５０で形
成される電界の影響を受けて後方焦点位置Ｆに収束し、
スキマー１６のオリフィスを通過する。一方、イオン化
室１０や脱溶媒パイプ１３内でイオン化されずに第１中
間室１２に入った中性分子や原子は上記電界の影響を受
けないため、脱溶媒パイプ１３を出たあとにほぼ直進
し、スキマー１６に遮られて第２中間室１５へは進まな
い。このため、中性分子や原子に起因するバックグラウ
ンドノイズを除去することができる。The first intermediate chamber 12 is connected via a solvent removal pipe 13.
The ions attracted inside converge on the rear focal position F under the influence of the electric field formed by the ion lens 50 described above,
It passes through the orifice of skimmer 16. On the other hand, neutral molecules and atoms that have not entered the first intermediate chamber 12 without being ionized in the ionization chamber 10 and the desolvation pipe 13 are not affected by the electric field. However, it does not proceed to the second intermediate chamber 15 because it is blocked by the skimmer 16. Therefore, background noise caused by neutral molecules and atoms can be removed.
【００２７】〔実施例４〕更に、本発明の第４実施例
（以下「実施例４」という）による質量分析装置を説明
する。図７に示したようにイオン化室１０内にイオンが
噴霧される場合、一般にイオンの噴霧方向と同一方向に
噴出するネブライズガスがイオン噴霧を助けるために利
用される。このネブライズガスの噴出速度は一定に維持
される。イオンに付与される初期運動エネルギはそのガ
ス噴出速度とイオンの質量とに依存しているから、大き
な質量数を有するイオンほど、大きな運動エネルギをも
ってイオンレンズに導入される。イオンがイオンレンズ
を通過する際には、その運動エネルギが大きいほど周囲
の電界の影響を受けにくく、結果として後方焦点位置Ｆ
に収束しにくい。そのため、上記実施例１〜３のように
レンズ電極に印加する電圧が一定であると、質量数が小
さいイオンは収束が良好であってスキマーを通過する確
率が高いのに対し、質量数が相対的に大きなイオンは収
束があまり良好でなくスキマーを通過する確率が低くな
る。[Embodiment 4] A mass spectrometer according to a fourth embodiment (hereinafter, referred to as "embodiment 4") of the present invention will be described. When the ions are sprayed into the ionization chamber 10 as shown in FIG. 7, a nebulizing gas ejected in the same direction as the ion spraying direction is generally used to assist the ion spraying. The jet speed of the nebulizing gas is kept constant. Since the initial kinetic energy imparted to an ion depends on the gas ejection velocity and the mass of the ion, the ion having a larger mass number is introduced into the ion lens with a larger kinetic energy. When the ions pass through the ion lens, the larger the kinetic energy, the less the influence of the surrounding electric field, and as a result, the rear focal position F
Difficult to converge on. For this reason, when the voltage applied to the lens electrode is constant as in Examples 1 to 3, ions having a small mass number have good convergence and a high probability of passing through the skimmer, while Larger ions are less well focused and have a lower probability of passing through the skimmer.
【００２８】実施例４の質量分析装置は、上述したよう
な質量数に依るイオンの収束効率のばらつきを改善する
ものである。この質量分析装置では、イオンレンズ６０
の構成は上記実施例２と同じであって、レンズ電極６１
１〜６１５、６２１〜６２５の内接円がイオンの進行方
向に向かって小さくなるように構成されている。その特
徴は各レンズ電極６１１〜６１５、６２１〜６２５に印
加される電圧にある。The mass spectrometer of the fourth embodiment is to improve the variation of the ion convergence efficiency due to the mass number as described above. In this mass spectrometer, the ion lens 60
Is the same as that of the second embodiment, and the lens electrode 61
The inscribed circles 1 to 615 and 621 to 625 are configured to become smaller in the traveling direction of the ions. The feature lies in the voltage applied to each lens electrode 611-615, 621-625.
【００２９】即ち、実施例４の質量分析装置では、１組
の（つまり１本のロッド電極に相当する）５枚のレンズ
電極６２１〜６２５のうち、入口側の３枚のレンズ電極
６２１〜６２３には、共通の直流電圧源７１による直流
電圧と高周波電圧源７４による高周波電圧とが重畳され
た電圧が印加される。また、最後尾の手前のレンズ電極
６２４には、直流電圧源７２による直流電圧と高周波電
圧源７４による高周波電圧とが重畳された電圧が印加さ
れる。更に、最後尾のレンズ電極６２５には、直流電圧
源７３による直流電圧と高周波電圧源７４による高周波
電圧とが重畳された電圧が印加される。That is, in the mass spectrometer of the fourth embodiment, of the set of five lens electrodes 621 to 625 (that is, corresponding to one rod electrode), three lens electrodes 621 to 623 on the entrance side. Is applied with a voltage obtained by superimposing a DC voltage from the common DC voltage source 71 and a high-frequency voltage from the high-frequency voltage source 74. Further, a voltage obtained by superimposing a DC voltage from the DC voltage source 72 and a high-frequency voltage from the high-frequency voltage source 74 is applied to the last lens electrode 624. Further, a voltage obtained by superimposing a DC voltage from the DC voltage source 73 and a high-frequency voltage from the high-frequency voltage source 74 is applied to the last lens electrode 625.
【００３０】なお、図５では結線を省略しているが、イ
オン光軸Ｃを挟んで対向する各レンズ電極６１１〜６１
５にもそれぞれ上記レンズ電極６２１〜６２５と同一電
圧が印加される。また、図５に記載されていない他の１
組のレンズ電極には、同一平面内に存在するレンズ電極
と同一の直流電圧に位相が反転した高周波電圧が重畳さ
れた電圧がそれぞれ印加される。直流電圧源７２、７
３、高周波電圧源７４は制御部７０により制御される。Although the connection is omitted in FIG. 5, the lens electrodes 611 to 61 opposing each other with the ion optical axis C interposed therebetween.
5, the same voltage as that of the lens electrodes 621 to 625 is applied. In addition, another one not described in FIG.
A voltage in which a high-frequency voltage whose phase is inverted is superimposed on the same DC voltage as that of a lens electrode existing in the same plane is applied to each set of lens electrodes. DC voltage sources 72, 7
3. The high frequency voltage source 74 is controlled by the control unit 70.
【００３１】図６は、実施例４の質量分析装置の動作を
説明するための図である。質量走査による分析を行う場
合には、制御部７０は、四重極フィルタ１９への印加電
圧が図６（ａ）に示すようにスロープ状（又は細かい階
段状）に変化するように電圧発生部７５を制御する。こ
のような電圧に応じて、四重極フィルタ１９の長軸方向
の空間に導入されたイオンのうち、まず質量数の最も小
さなイオンが四重極フィルタ１９を通過して検出器に到
達し、電圧走査に応じて四重極フィルタ１９を通過する
イオンの質量数は徐々に大きなものとなる（図６（ｂ）
参照）。FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the mass spectrometer according to the fourth embodiment. When performing the analysis by mass scanning, the control unit 70 controls the voltage generation unit so that the voltage applied to the quadrupole filter 19 changes in a slope shape (or a fine step shape) as shown in FIG. 75 is controlled. According to such a voltage, among the ions introduced into the space in the long axis direction of the quadrupole filter 19, first the ion having the smallest mass number passes through the quadrupole filter 19 and reaches the detector, The mass number of ions passing through the quadrupole filter 19 gradually increases in accordance with the voltage scanning (FIG. 6B).
reference).
【００３２】制御部７０は、四重極フィルタ１９への印
加電圧の走査と同期して、直流電圧源７２、７３、高周
波電圧源７４の電圧が図６（ｃ）、（ｄ）に示すように
変化すべく制御する。即ち、四重極フィルタ１９を通過
させるべき質量数が大きくなるほど、レンズ電極６２
４、６２５への直流印加電圧を高くする。正イオンがイ
オンレンズ６０を通過しようとする場合、上述のような
電圧変化はイオンの速度を減速させるように作用するか
ら、質量数が大きくなるほど減速効果が顕著になる。従
って、大きな初期運動エネルギを付与されて相対的に速
く進むイオンの速度は、イオンレンズ６０の後半部へ進
むと急に減速されて、周囲の電界の影響を受け易くな
り、良好に後方焦点位置Ｆに収束する。これにより、実
施例４の質量分析装置では、通過させるイオンの質量数
に依る通過効率の差が少なくなる。The control unit 70 adjusts the voltages of the DC voltage sources 72 and 73 and the high-frequency voltage source 74 in synchronization with the scanning of the voltage applied to the quadrupole filter 19 as shown in FIGS. Control to change to That is, as the mass number to be passed through the quadrupole filter 19 increases, the lens electrode 62
4, The DC applied voltage to 625 is increased. When positive ions are going to pass through the ion lens 60, the above-described voltage change acts to reduce the speed of the ions. Therefore, the deceleration effect becomes more significant as the mass number increases. Therefore, the velocity of the ions, which are given a relatively high initial kinetic energy and travel relatively fast, are rapidly decelerated in the latter half of the ion lens 60, and are easily affected by the surrounding electric field. It converges to F. As a result, in the mass spectrometer according to the fourth embodiment, the difference in passage efficiency depending on the mass number of ions to be passed is reduced.
【００３３】なお、実施例４のような電圧制御を実施例
１に示したようなレンズ電極の構成に適用することも可
能であるが、レンズ電極の内接円が小さな領域において
電圧制御を行うほうが、より大きな効果が得られる。Although the voltage control as in the fourth embodiment can be applied to the configuration of the lens electrode as in the first embodiment, the voltage control is performed in a region where the inscribed circle of the lens electrode is small. A greater effect can be obtained.
【００３４】また、上記実施例１〜４は一例であって、
本発明の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行えることは明
らかである。The first to fourth embodiments are merely examples.
Obviously, changes and modifications can be made within the spirit of the present invention.
【図１】 本発明の第１実施例による質量分析装置にお
けるイオンレンズの斜視図。FIG. 1 is a perspective view of an ion lens in a mass spectrometer according to a first embodiment of the present invention.
【図２】 第１実施例の質量分析装置におけるイオンレ
ンズ周辺の構成図。FIG. 2 is a configuration diagram around an ion lens in the mass spectrometer of the first embodiment.
【図３】 本発明の第２実施例による質量分析装置にお
けるイオンレンズ周辺の構成図（ａ）、及びこのイオン
レンズを入射側からを見た平面図（ｂ）。FIG. 3A is a configuration diagram around an ion lens in a mass spectrometer according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a plan view of the ion lens viewed from an incident side.
【図４】 本発明の第３実施例による質量分析装置にお
けるイオンレンズ周辺の構成図。FIG. 4 is a configuration diagram around an ion lens in a mass spectrometer according to a third embodiment of the present invention.
【図５】 本発明の第４実施例による質量分析装置にお
けるイオンレンズ周辺の構成図。FIG. 5 is a configuration diagram around an ion lens in a mass spectrometer according to a fourth embodiment of the present invention.
【図６】 第４実施例の質量分析装置の動作を説明する
ための波形図。FIG. 6 is a waveform chart for explaining the operation of the mass spectrometer of the fourth embodiment.
【図７】 従来のＥＳＰ−ＭＳの一例を示す概略構成
図。FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional ESP-MS.
【図８】 従来のイオンレンズの一例を示す斜視図。FIG. 8 is a perspective view showing an example of a conventional ion lens.
【図９】 従来のイオンレンズの一例を示す斜視図。FIG. 9 is a perspective view showing an example of a conventional ion lens.
１０…イオン化室 １２…第１中間室 １３…脱溶媒パイプ １５…第２中間室 １６…スキマー ３０、４０、５０、６０…イオンレンズ ３１１〜３１５、３２１〜３２５、４１１〜４１５、４
２１〜４２５、５１１〜５１５、５２１〜５２５、６１
１〜６１５、６２１〜６２５…レンズ電極 Ｖd1、Ｖd2、７１、７２、７３…直流電圧源 Ｖa、７４…高周波電圧源 Ｒ…抵抗 Ｃ…コンデンサDESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Ionization room 12 ... 1st intermediate room 13 ... Desolvation pipe 15 ... 2nd intermediate room 16 ... Skimmer 30, 40, 50, 60 ... Ion lens 311-315, 321-325, 411-415,4
21 to 425, 511 to 515, 521 to 525, 61
1 to 615, 621 to 625: Lens electrodes Vd1, Vd2, 71, 72, 73: DC voltage source Va, 74: High frequency voltage source R: Resistor C: Capacitor
Claims (2)
備えた質量分析装置において、該イオンレンズは、イオ
ン光軸方向に延伸し、該イオン光軸の周囲に互いに分離
して配設された偶数個の仮想的ポール状電極から成り、
該仮想的ポール状電極は、イオン光軸方向に互いに分離
された複数の金属板電極を含んで成ることを特徴とする
質量分析装置。1. A mass spectrometer provided with an ion lens for converging ions, wherein the ion lens extends in the direction of an ion optical axis, and is evenly spaced around the ion optical axis. Virtual pole-shaped electrodes,
The mass spectrometer, wherein the virtual pole-shaped electrode includes a plurality of metal plate electrodes separated from each other in an ion optical axis direction.
て、前記仮想的ポール状電極を構成する複数の金属電極
板に、高周波電圧と直流電圧とを重畳した電圧を印加
し、該複数の金属電極板のうち、最後尾又は最後尾近傍
の少数枚の電極板への印加電圧の直流電圧成分を、その
イオンレンズを通過させるイオンの質量数に応じて変化
させることを特徴とする質量分析装置。2. The mass spectrometer according to claim 1, wherein a voltage obtained by superimposing a high-frequency voltage and a DC voltage is applied to the plurality of metal electrode plates constituting the virtual pole-shaped electrode, and A mass spectrometer characterized by changing the DC voltage component of the voltage applied to the last or a few electrode plates near the last of the electrode plates according to the mass number of ions passing through the ion lens. .
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