JP2000513873A

JP2000513873A - 質量分析計のためのイオン源および分析のためにイオン源を供する方法

Info

Publication number: JP2000513873A
Application number: JP10546740A
Authority: JP
Inventors: ステバンバジック
Original assignee: マスラボリミテッド
Priority date: 1997-04-29
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 2000-10-17
Also published as: EP0912988A1; CA2259352A1; GB2324906B; GB2324906A; CA2259352C; WO1998049710A1; US6462336B1; GB9708715D0

Abstract

(57)【要約】低圧で動作する質量分析計のためのイオン源は、必要なサンプルイオンを含むサンプルの流れを供給する大気圧サンプルイオン化装置を有する。これらのイオンは、通常、望ましくないガスおよび滴と共存している。インターフェースチャンバは、大気圧と質量分析計の作動圧力との間の圧力に真空ポンプにより保持される。共存ガスを有するサンプルイオンは、入口オリフィスを通して集められ、インターフェースチャンバ内にガスの流れを形成する。サンプルイオンは、出口オリフィスを通してインターフェースチャンバから質量分析計に向けて放出させる。インターフェースチャンバは、その中に入るガスの流れを分裂させて、実質的にガスの流れ方向のないデッド領域を形成すると共に、出口オリフィスは、このデッド領域内に位置する。出口オリフィスは、入口オリフィスに対して見通し経路の線を有するべきではないか、または入口オリフィスを通ってインターフェースチャンバに入る流れの流れ軸から少なくとも３０度外れるべきである。流れ分裂ピンはインターフェースチャンバ内に配置されて、入口オリフィスを通って入るガスの流れを分裂させる。

Description

【発明の詳細な説明】質量分析計のためのイオン源および分析のためにイオン源を供する方法本発明は、質量分析計のためのイオン源および分析のためにイオン源を供する方法に関する。質量分析計は、通常、低圧で作動するものであり、本発明は、特に大気圧で作動するイオン源に関する。こうしたイオン源には、エレクトロスプレーイオン源および大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）イオン源が挙げられる。質量分析計は、薬剤化合物、環境化合物および生体分子の様な有機物質を含む広範な物質を分析するために用いられてきた。質量分析においては、こうしたサンプル化合物および生体分子を構成するイオンを発生させることが必要である。サンプル化合物のイオンを発生させるための大気圧で作動するイオン源を有する質量分析計は、生物学的物質の研究において特に有用である。こうした１つのイオン源は、代表的には、サンプル液を流す微小チューブまたはキャピラリからなるエレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）源である。サンプル液は、溶媒に含まれた分析対象のサンプル化合物および分子からなる。キャピラリは、隣接面に対して高電位差で維持される。液体はチューブから出ると共に、キャピラリの先端が高電場であるために、分散して微小イオン化滴になる。イオン化滴は、その後、加熱して溶媒を気化させることにより脱溶媒される。最終的に、イオン化滴は極めて微小になるので不安定であり、それと同時に気化してガス状のサンプルイオンを形成する。大気圧イオン源の別の形態は、加熱された噴霧器を用いてイオン化前にサンプル溶液滴をガス相に転化させる大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）イオン源である。コロナ放電電極は噴霧器出口の近くに配置され、周囲のガスおよび噴霧された溶媒分子をイオン化する。サンプル分子が、一般に、溶媒分子より大きなプロトン親和性を有するので、両者間の衝突は、サンプル分子の選択的なイオン化をもたらす。こうして、ガス状のサンプルイオンが生成される。ＥＳＩが帯電または極性化合物に限定されるのに対して、ＡＰＣＩが極性の小さい化合物のために用いられることが可能なため、ＥＳＩとＡＰＣＩは補完的な手法である。サンプル溶液滴が関与するいかなる手法にも関連する１つの問題は、脱溶媒操作を行ったにもかかわらず、脱溶媒されなかった液滴、ダストおよびイオン化されなかった中性物が質量分析計に入りうるため、検出器でノイズ信号を生じることである。こうした粒子は、例えば、乾燥ガス（例えば、窒素）の対向流を用いることにより、質量分析計の真空系に入れないようにすることができる。しかし、この解決法は厄介であり複雑であると共に、ガス流システムの設置および高価な純粋ガスの供給を必要とする。別のアプローチは、米国特許第５，１７１，９９０号に記載されている。それは、スプレーを軸から離して放出させて、脱溶媒されなかったイオンが真空系に入らないようにしたエレクトロスプレーイオン源である。同様に、米国特許第４，８６１，９８８号は、噴霧キャピラリの軸をサンプリングオリフィスの軸から外して置き、大きなクラスタイオンのサンプリングを防止するエレクトロスプレーイオン源を開示している。米国特許第５，４９５，１０８号は、真空系内の蒸気および結果としてのノイズを減少させるために直交サンプリングを用いるエレクトロスプレー／ＡＰＣＩ質量分析計を示している。スプレーは、サンプリングオリフィスを横切って横方向に当てられ、脱溶媒されたイオンは静電気的に質量分析計に引付けられる一方で、溶媒蒸気および脱溶媒されなかったイオンは質量分析計領域に入らない。Ｊ．Ｃｈｒｏｍａｔｏｇ．Ａ、７１２巻（１９９５）ｐｐ．２１１−２１８において、ファン・デル・ヘブン（ＶａｎｄｅｒＨｏｅｖｅｎ）らは、サーモスプレー源を改良したエレクトロスプレー・インターフェースを論じている。この場合、エレクトロスプレー・ニードルアセンブリの縦軸、エレクトロスプレー・インターフェースへの入口、およびインターフェースを排気する真空ポンプへの出口は、一般に、第一の軸に沿って配置され、質量分析計の縦軸は、第一の軸に直角に配置される第二の軸を形成し、静電リペラ電極も第二の軸に沿って配置されると共に、質量分析計への入口に直接向合う。従って、中性物および脱溶媒されなかったイオンは、ポンプにより直接排気される傾向になるはずであり、所期通り脱溶媒されたイオンのみが反発されて質量分析計内に入るようになる。噴霧されたサンプルが一般に質量分析計入口に向けられると共に、イオン発生の位置と入口との間に一本の見通し路の（直線）ラインが存在するあらゆるイオン源システム（米国特許第５，１７１，９９０号および米国特許第４，８６１，９８８号の様な）の欠点は、望ましくない多少の粒子が質量分析計にやはり入りうることである。見通し線を有するイオン源に付随する更なる問題は、ストリーミングの問題である。これは、システムの流体力学の結果である。ガスが高圧領域から開口を通って低圧領域内に流れる場合、いわゆる「サイレンスゾーン」が、開口の周囲および下流に生じる。このゾーン内で、ガス分子が高速を獲得し、最高の強度で一直線の流線をたどる分子は開口軸に沿うことになる。見通し線が形成されるイオン源における様に、質量分析計入口がこの軸に近ければ近いほど、多くのガスが質量分析計内に直接流れ込むので、質量分析計内の真空系にかかる負荷は増加する。他方、サンプルイオンが質量分析計入口に直接的に概ね直角に入るシステム（例えば、ファン・デル・ヘブン（ＶａｎｄｅｒＨｏｅｖｅｎ）ら）では、静電リペラは、脱溶媒されたイオンを偏向させて質量分析計内に向かせることが要求される。１つの側面において、本発明は、望ましくないガスおよび液滴が混在して必要なサンプルイオンが含まれるサンプルに流れを形成させる大気圧で動作する大気圧サンプルイオン化装置を含み、低圧で動作する質量分析計のためのイオン源であって、インターフェースチャンバは、排気ポート、大気圧と質量分析計の作動圧力との中間の圧力でインターフェースチャンバを保持するために排気ポートに連結された真空ポンプ、前記サンプルイオン化装置の前記サンプルの流れからインターフェースチャンバ内に混在するガスおよび液滴が混在する必要なサンプルイオンを集めるために配置された入口オリフィス（但し、前記入口オリフィスは、流れ軸を有すると共に、前記流れ軸に沿って前記インターフェースチャンバ内へのガスの流入を形成する）およびサンプルイオンが質量分析計に向けインターフェースチャンバを出るための出口オリフィスを有して構成され、インターフェースチャンバが、ガスの前記流れを分裂（分岐）させるように配置されて、前記チャンバ内に実質的にガスの流れ方向のないデッド領域を形成し、前記出口オリフィスが、前記デッド領域に配置されるイオン源を提供する。好ましくは、インターフェースチャンバは、入口オリフィスの流れ軸を二分させる流れ分裂面を有する。こうして、インターフェースチャンネルは、入口オリフィスと排気ポートとの間に流れチャンネルを形成することが可能であると共に、前記流れ分裂面は、前記流れチャンネル内で流れ分裂部材により形成される。本発明は、望ましくないガスおよび滴と共に共存する必要なサンプルイオンを含むサンプルの流れを形成するための大気圧で動作する大気圧サンプルイオン化装置を含む低圧で動作する質量分析計のためのイオン源であって、インターフェースチャンバは、排気ポート、大気圧と質量分析計の作動圧力との中間の圧力でインターフェースチャンバを保持するために排気ポートに連結された真空ポンプ、前記サンプルイオン化装置の前記サンプルの流れからインターフェースチャンバ内に共存ガスおよび滴と共に必要なサンプルイオンを集めるために配置された入口オリフィスおよびサンプルイオンが質量分析計に向けインターフェースチャンバを出るための出口オリフィスを有して構成され、入口オリフィスと出口オリフィスとの間でインターフェースチャンバ内に見通し路の線が存在しないイオン源も提供する。変形例において、出口オリフィスは、前記入口オリフィスと見通し線で存在してもよく、この場合、見通し線は、入口開口の前記流れ軸に対して少なくとも３０度である。次に、入口オリフィスは、流れ軸を有することが可能であると共に、前記流れ軸に沿って前記インターフェースチャンバ内へのガスの流れを形成し、インターフェースチャンバは、ガスの前記流れを分裂させるために流れ分裂手段を備えて、前記チャンバ内に実質的にガスの流れ方向のないデッド領域を形成してもよい。前記出口オリフィスは、前記デッド領域内に位置する。また、前記インターフェースチャンバは、入口オリフィスと排気ポートとの間に流れチャンネルを形成してもよい。更なる側面において、本発明は、望ましくないガスおよび滴と共に共存する必要なサンプルイオンを含むサンプルの流れを形成させるための大気圧で動作する大気圧サンプルイオン化装置を含み、低圧で動作する質量分析計のためのイオン源であって、インターフェースチャンバは、排気ポート、大気圧と質量分析計の作動圧力との中間の圧力でインターフェースチャンバを保持するために排気ポートに連結された真空ポンプ、前記サンプルイオン化装置の前記サンプルの流れからインターフェースチャンバ内に共存ガスおよび滴と共に必要なサンプルイオンを集めるために配置された入口オリフィスおよびおよびサンプルイオンが質量分析計に向けインターフェースチャンバを出るための出口オリフィスを有すると共に、入口オリフィスと排気ポートとの間で流れチャンネルを形成して構成され、出口オリフィスが前記流れチャンネルを外れで位置するイオン源を提供する。好ましくは、インターフェースチャンバは、前記流れチャンネルの片側に側方チャンバを更に形成する。前記チャンバは、実質的にガスの流れ方向のないデッド領域を含むと共に、前記出口オリフィスは、前記側方チャンバ内に位置して、前記領域からサンプルイオンを集める。なお更なる側面において、本発明は、望ましくないガスおよび滴と共に共存する必要なサンプルイオンを含むサンプルの流れを形成させるための大気圧で動作する大気圧サンプルイオン化装置を含む低圧で動作する質量分析計のためのイオン源であって、インターフェースチャンバは、排気ポート、大気圧と質量分析計の作動圧力との中間の圧力でインターフェースチャンバを保持するために排気ポートに連結された真空ポンプ、前記サンプルイオン化装置の前記サンプルの流れからインターフェースチャンバ内に共存ガスおよび滴と共に必要なサンプルイオンを集めるために配置された入口オリフィス、サンプルイオンが質量分析計に向けインターフェースチャンバから放出させるための出口オリフィスおよび前記出口オリフィスによりインターフェースチャンバからサンプルイオンを集めるのに都合よく配置された流れ分割手段を有して構成され、前記流れ分割手段が前記インターフェースチャンネル内に実質的にガスの流れ方向のないデッド領域を形成する手段からなり、前記出口オリフィスが前記デッド領域内に位置するイオン源も提供する。好ましくは、インターフェースチャンバは、出口オリフィスと排気ポートとの間に流れチャンネルを形成すると共に、前記流れ分割手段は、前記インターフェースチャンバ内の側方チャンバからなり、前記側方チャンバは、前記流れチャンネルの片側に位置すると共に、前記デッド領域を含む。好ましい実施形態において、イオン源は、前記流れチャンネル内に流れ分裂部材を備える。また更なる側面において、本発明は、望ましくないガスおよび滴と共に共存される必要なサンプルイオンを含むサンプルの流れを形成するための大気圧で動作する大気圧サンプルイオン化装置を含む低圧で動作する質量分析計のためのイオン源であって、インターフェースチャンバは、排気ポートと、大気圧と質量分析計の作動圧力との中間の圧力でインターフェースチャンバを保持するために排気ポートに連結された真空ポンプと、前記サンプルイオン化装置の前記サンプルの流れからインターフェースチャンバ内に共存ガスおよび滴と共に必要なサンプルイオンを集めるために配置された入口オリフィス（但し、前記入口オリフィスは流れ軸を有する）およびサンプルイオンが質量分析計に向けてインターフェースチャンバから放出するための出口オリフィスとを有すると共に、入口オリフィスと排気ポートとの間で流れチャンネルを形成して構成され、イオン源は前記流れチャンネル内に流れ分裂手段を備えて、インターフェースチャンバ内に実質的にガスの流れ方向のないデッド領域を形成し、出口オリフィスは、入口オリフィスの前記流れ軸から離れて位置し、前記デッド領域からサンプルイオンを集めるイオン源を提供する。好ましくは、、前記インターフェースチャンバは、前記流れチャンネルの片側に側方チャンバを更に形成し、前記デッド領域は、前記側方チャンバ内に延び、前記出口オリフィスは、前記側方チャンバ内に位置する。サンプルイオンが生じる大気圧領域と質量分析計自体の低圧チャンバとの間にインターフェースチャンバを設けることは通常の実施技術である。インターフェースチャンバは、その圧力を比較的低く（但し、質量分析計の圧力より高く）維持すると共に、質量分析計の排気システムにかかる負荷を軽減するために強力にポンプを作動させる。大気圧領域とインターフェースチャンバの内部との間の実質的な圧力差のために、チャンバに入るサンプルイオンを有するガスは、入口インターフェース内で直ちに高速ジェットを形成する。これは、引続いて、入口オリフィスの流れ軸に実質的に沿ってインターフェースチャンバ内にガスの細流または流れを形成する。実質的にガスの流れ方向のないチャンバのデッド領域内にまたはインターフェースチャンバの入口オリフィスと排気ポートとの間の流れチャンネルから少なくとも十分外れて、インターフェースチャンバの出口オリフィスを配置することにより、流入ガスに共存している大きな滴および他の粒子が、出口オリフィスを直接通過し、続いて質量分析計を通過してイオン検出器に達することは、完全になくならないとしても大幅に減少する。インターフェースチャンバ内へ入る際のガスの流れを分裂させる手段を存在させると、デッド領域内のサンプルイオンの存在を高めることが可能となるため、機器の感度を改善する。流れ分裂部材は、前記流れチャンネル内に突き出ているピンから構成することが可能である。ピンは、入口オリフィスの開口サイズより大きい、流れチャンネルに垂直の横寸法を有してもよい。イオン源は、流れチャンネル内において入口オリフィスと分裂部材との間に配置された流れ制限器を備えてもよい。インターフェースチャンバから排気ポートまでの流れの速度を制御するための流れ制御手段も備えてよい。流れ分裂部材は、インターフェースチャンバの入口開口からのガスの流線流（安定した流れ）を分裂させると共に、インターフェースチャンバに入るイオンのチャンバの体積全体にわたる配分、特に、出口オリフィスを通して質量分析計内にサンプルイオンを吸込むインターフェースチャンバ内のデッド領域内への配分を確実にするために設けられる。重要なことは、入口および出口オリフィスの他に、流れ分裂部材を含むインターフェースチャンバ全体は、好ましくは同じ電位に保持されるため、インターフェースチャンバ内にはイオンの加速が存在しないことである。イオンは、インターフェースチャンバと低圧の質量分析計チャンバとの間の差圧に起因して、インターフェースチャンバから質量分析計内に流れる。出口開口が、ガスの組織的な流れがないインターフェースチャンバの部分に位置するため、イオン、中性分子および粒子は、熱エネルギーでインターフェースチャンバの出口開口を通って質量分析計領域に入る。インターフェースチャンバおよび分裂部材の仕組は、出口開口を通してサンプルイオンを吸込むインターフェースチャンバの領域内で脱溶媒されなかった滴イオンおよび望ましくないクラスタイオンの割合を最小にするような仕組であってもよい。しかし、出口オリフィスを通って質量分析計に入る中性物または脱溶媒されなかった滴は、実質的な正味速度を伴わずに入るため、こうした中性物または滴が質量分析計を経てイオン検出器に進む確率は大幅に減少される。更に、出口オリフィスを通って質量分析計に入る望ましくないクラスタイオンは、加速電場にさらされる。質量分析計領域内の減圧および増加した平均自由行程のため、加速されたクラスタイオンは、この領域内において、クラスタを崩壊させるのに十分な高エネルギ衝突にさらされる。好ましくは、前記入口オリフィスは第一の流れ軸を有し、前記出口オリフィスは第二の流れ軸を有し、前記第一および第二の流れ軸が離れていると共に、インターフェースチャンバ内でずれて配置される。この配置は、インターフェースチャンバの入口オリフィスから出口オリフィスへの直接的な飛行経路の可能性を最小にする。好ましくは、前記第一および第二の流れ軸は平行である。好ましい実施形態において、インターフェースチャンバ内において入口オリフィスと出口オリフィスとの間に見通し路のラインは存在しない。本発明は、低い質量分析圧力における必要なサンプルイオンの質量分析のためにイオン源を供する方法であって、望ましくないガスおよび滴と共に共存する必要なサンプルイオンを含む大気圧におけるサンプルの流れを形成するステップと、大気圧より下と質量分析圧力より上の中間圧力に排気されたインターフェースチャンバ内に前記サンプルの流れから共存されたガスおよび滴を伴う必要なサンプルイオンを集めるステップと、停滞しているかまたは混乱したガス流の領域を前記インターフェースチャンバ内に形成するステップと、質量分析のために前記領域から必要なサンプルイオンを集めるステップとからなる方法も提供する。以下に、本発明の特定の好ましい実施形態を、単なる例示とし、図を用いて詳細に説明する。図１は、本発明を具現化すると共にエレクトロスプレープローブを用いるイオン源および質量分析計を示す概略図である。図２は、本発明を具現化すると共にＡＰＣＩプローブを用いるイオン源および質量分析計を示す概略図である。図３は、本発明の好ましい実施形態において用いられるイオン源インターフェースを示す断面図である。図１のイオン源は、大気圧におけるイオン化領域１を含み、イオン化領域１は、イオン化されたサンプル滴を生じるように配置されたエレクトロスプレープローブ２を含む。ハウジング３は、入口オリフィス５を介してイオン化領域１と連通するイオン源インターフェース領域４を形成する。インターフェース領域は、ポート１９を介して従来の真空ポンプ３０（代表的には、２８ｍ³／ｈｒの回転ポンプ）により代表的には１５ｍＢａｒの圧力に排気される。ガス状のサンプルイオンを含むと共に、ガス状の溶媒分子および中性物も含むことが可能なサンプルの流れは、入口オリフィス５を通って進むと共に、インターフェース領域４に入る。インターフェースハウジングに入ったサンプルの流動は、その後、入口流入制限器６を通って前進する。図１に示したインターフェース領域は、一般にＴ型であるため、Ｔの「足部」を上昇したサンプルの流れは分岐する。流れの大部分は、真空出口１９に向けＴの一方のアーム内に進む。Ｔの他方のアームは、代表的には直径１ｍｍの出口オリフィス７を含む。Ｔのこのセグメント２０は、ガス流が実質的に停滞しているかまたは混乱した「デッドボリューム」を形成するため、このセグメント内のサンプルイオンおよびその他のいずれの分子または粒子の速度も小さく、実質的な方向をもたない。これにより、サンプルイオンの質量分析計に入る確率は増加し、望ましくない分子および粒子が質量分析計を通ってイオン検出信号に影響を及ぼす可能性を減少させる。更に、分裂ピン８は、Ｔの「足部」を有し、サンプルの流路内に突出している。これは、前記サンプルの流動を分裂し、インターフェースチャンバのセグメント２０によりサンプルの流れがバイパスされる傾向になることを防止する共に、出口オリフィス７を通って吸込まれることが可能なセグメント２０内のサンプルイオンの数を増加させる。入口オリフィス５と出口オリフィス７の軸は、実質的に平行であるが、代表的には約１０ｍｍの距離だけずれている。また、インターフェースチャンバ３は、入口オリフィス５と出口オリフィス７との間で見通し路のラインを生じさせない。そのため、前記構成では、イオンおよびその他のガス分子または粒子は、入口オリフィス５から出口オリフィス７に直接流れることはできない。サンプルイオンは、比較的遅い流速で出口オリフィス７を通って進む。出口流出制限器９も、排気ポートに隣接して、インターフェース領域の出口セグメント内に配置される。出口オリフィス７は、インターフェース領域４と質量分析計領域１０（代表的には、従来の四重極または磁気セクタ質量分析計）との間を連通させる役割を有する。質量分析計領域は、代表的には約６×１０^-3ｍＢａｒに排気されたＲＦレンズ領域１２を形成するハウジング（１１の破線で示した）、代表的には約８× １０^-5ｍＢａｒに排気された質量分析計領域１３およびイオン検出器等の様な図示していない従来のその他の要素を含むことが可能である。イオンの平均自由行程は、出口オリフィスを出てインターフェース領域から低圧領域に進むと同時に増加し、低圧領域では、イオンは、インターフェースハウジング３に印加された電位（代表的には０−１００ボルト）によって加速されることが可能である。例えば、４０Ｖより大きい高電圧において、構造解明のために必要であれば、相当なイオン分裂を発生させることが可能である。出口オリフィス７を通過するクラスタイオンも、その領域内でクラスタを崩壊させる。しかし、領域２０内におけるガスの速度低下およびランダムな流動のために、望ましくない中性物が領域２０から出口オリフィス７を通過し、イオン検出器に到達する確率は大幅に減少する。この例において、入口オリフィスコーン５および出口オリフィスコーン７だけでなく分裂ピン８も含め、インターフェースチャンバのすべての要素が同じ電位にあることに留意すべきである。ピン８は、チャンバ３に入るガス流に空力学的に作用して、ガスおよび必要なサンプルイオンの「無秩序な」流れを促進して、サンプルイオンが出口開口７を通って流出可能な領域２０を満たす。図１のイオン源は、インターフェースハウジングに対して高電位（代表的には約３ｋＶ）で保持されるキャピラリチューブ１４と、サンプル滴を脱溶媒するために必要な噴霧器ヒータ１５とからなるエレクトロスプレーイオン源である。図２は、ＡＰＣＩイオン源を示している以外は図１と同様である。ＡＰＣＩ噴霧器キャピラリ１６（例えば、空気式噴霧器型であってもよい）、ヒータ１７およびコロナ放電電極１８を図２に示した。全体のブロックまたはハウジング３は、図示していない手段により加熱されて、サンプル滴の脱溶媒を補助すると共に、溶媒がハウジングの表面を覆ったり、入口および出口オリフィスを塞ぐのを防止することが可能である。図３は、本発明の好ましい実施形態において用いられるインターフェース領域４の１つの形態の断面図である。前述した通り、ブロックまたはハウジング３（代表的にはステンレススチール製）は、イオン源インターフェースを形成する。入口オリフィス５は、代表的にはやはりステンレススチール製の開口中空コーンから形成される。入口流入制限器６は、入口オリフィスの下流のサンプルの流路内に定置される。出口流出制限器９は、排ガス経路内に形成されると共に、選択された内径の一定の長さの連結チューブから構成することが可能である。入口オリフィスにおける開口のサイズおよび入口流入制限器の寸法（孔および長さ）の双方が装置の感度およびイオンエネルギの広がりにも著しい効果を有することが見出された。これらの種々の寸法の選択には、感度とイオンエネルギの広がりとの関係で妥協しなければならない場合がある。長さ１２ｍｍおよび内径２ｍｍの入口制限器が、高感度および１ボルト未満の望ましいイオンエネルギの広がりを生じさせることが見出された。対照的に、出口流出制限器が、イオンエネルギの広がりに大した影響がないことが見出された。しかし、この制限器は、装置の感度には影響を及ぼす。この制限器は、代表的には長さ８０ｍｍおよび内径４ｍｍの円筒形の孔である。図３に示すように、流動分裂器８は、流動制限器から下流のサンプルの流路内に突き出しているが、一般的なＴ形状のインターフェース領域の「足部」内に設置される。分裂ピンは、代表的にはステンレススチールから製造され、突き出る度合は固定される。分裂ピンがサンプルの流路内の中心点を越えて突出ている場合、装置の性能が改善することが見出された。分裂ピン（代表的には直径約１．６ｍｍ）は、代表的な直径０．４ｍｍの入口オリフィスを「覆う」（但し、横方向に離れている）ように突出させることが望ましい。流れの回避を含めた本発明の利点により、こうしたイオン源で通常考慮されるものより相当に大きいオリフィスを用いることが可能であることを理解することが必要である。これにより、装置の感度および頑健さが増大する。大きなオリフィスは、例えば、不揮発性緩衝剤により塞がれる可能性が少ない。分析対象のサンプルは、一般的にはＬＣカラムの溶離液であることが可能である。「Ｔ」の上部で、サンプルの流れ経路は分岐する。一方のアームは、排気ポート１９に向けて延び、他方のアームは、これもまたステンレススチールコーンとして形成される出口オリフィス７をその中に有し、出口オリフィス７は質量分析計領域に連通する。好ましくは、質量分析計は、ＲＦレンズシステムの後に配置した四重極質量分析計であることが可能である。システムの質量分析計部分は従来のものであり、ここで詳細には説明しない。流動制限器６は、入口オリフィスコーン５を支持するフランジ２１により定置に配置され締着され、フランジは、引き続き、２つの固定ねじ（図示せず）によりハウジングブロック３に固定される。ハウジングの内部とフランジ２１との間の良好なシールは、フランジ２１の環状窪みの内に変形可能なＯ−リング２２を配置することにより確実に行われる。分裂ピン８は、ハウジングブロック３の壁を通る孔２３を通過して延びるように配置される。ピン８は、孔２３の皿穴部分内に液合する拡大されたヘッド２４を有する。Ｏ−リング２５は、ピンのヘッド２４の内面と孔２３の皿穴部分の基部における対向肩部２６との間で良好なシールを形成する。ピン８は、出口流出制限器９を形成する連結チューブ上に形成された連結フランジ２８の拡大された部分２７の背後の一定位置に締着される。フランジ２８は、２個以上のボルト（図示していない）によりハウジングブロック３に固定される。Ｏ−リング２９は、フランジ２８とブロック３との間で良好なシールを形成する。図１で示した通り、エレクトロスプレープローブ２は、一般に入口オリフィス５の流れ軸に対して直角に向いたイオン化分子および粒子の初期スプレーを生じさせる。このスプレーは、キャピラリ１４から発散するコーンを形成し、インターフェースチャンバ３の入口オリフィス５は、スプレーが広がる領域の比較的イオン密度が高いコーンの先端からイオン（およびその他の粒子）を吸込むように配置される。類似の仕組は、図２のＡＰＣＩイオン発生器のために用いられる。分裂ピンをインターフェースハウジングと同じ電位に保持することに注意することが重要である。従って、ピンは、サンプルイオンに対する静電反発効果をもたず、代わりに、サンプルの流れを分裂させるような機械的効果を有する。分裂ピンを含むすべてのイオン源構成部材が金属であると共に、インターフェースブロックまたはハウジングと同じ電位で保持されるため、分裂ピンのために別個の電圧源または回路を設けることは不要であることから構造および保守が簡単になる。説明したイオン源は、頑健であり、高感度であり、高流速および低流速の双方に対応可能であり、信頼性があり、製造において経済的であり、また、調整が容易であり、使いやすく、順応性があるため更に多くの利点を有する。図面に示した仕組において、インターフェースチャンバの入口オリフィスを通る流入ガスの流動内に延びる分裂ピンが用いられる。このピンは、実質的なガスの流れ方向がなく、ガス流速が低下され、イオンが熱エネルギにある実質的な領域をインターフェースチャンバ内に確実に形成する。出口オリフィスは、この領域内に設けられる。その他の形状および仕組を同じ効果を奏するように用いることが可能である。例えば、インターフェースチャンバは、流入ガスの流れがチャンバの壁に当たるように形成されることが可能である。一般に、出口開口が入口チャンバの流れ軸から十分に離れるか（少なくとも３０度）、またはインターフェースチャンバ内で見通し線から完全に外れることが重要である。開示したＥＳＩおよびＡＰＣＩ装置に加えで、大気圧サンプルイオン化装置の別の形態を本発明の実施形態と組合せて用いることが可能であることも留意されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】分裂させる。

Claims

【特許請求の範囲】１．望ましくないガスおよび滴と共存して必要なサンプルイオンが含まれるサンプルに流れを形成するための大気圧で動作する大気圧サンプルイオン化装置を含む低圧で動作する質量分析計のためのイオン源であって、インターフェースチャンバが、排気ポートと、大気圧と質量分析計の作動圧力との中間の圧力で前記インターフェースチャンバを保持させるために前記排気ポートに連結された真空ポンプと、前記サンプルイオン化装置の前記サンプルの流れから前記インターフェースチャンバ内に共存ガスおよび滴と共に必要な前記サンプルイオンを集めるために配置された入口オリフィスであって、前記入口オリフィスは、流れ軸を有すると共に、前記流れ軸に沿って前記インターフェースチャンバ内へのガスの流れを形成させる入口オリフィスと、前記サンプルイオンが前記質量分析計に向け前記インターフェースチャンバから放出するための出口オリフィスと、を有して構成され、前記インターフェースチャンバが、ガスの前記流れを分裂させるように配置されて、前記チャンバ内に実質的にガスの流れ方向のないデッド領域を形成させ、前記出口オリフィスがこのデッド領域に配置されていることを特徴とするイオン源。２．請求の範囲１に記載の質量分析計のためのイオン源であって、前記インターフェースチャンバが入口オリフィスの流れ軸を二分させる流れ分裂面を有することを特徴とするイオン源。３．請求の範囲２に記載の質量分析計のためのイオン源であって、前記インターフェースチャンバが入口オリフィスと排気ポートとの間に流れチャンネルを形成し、前記流れ分裂面が前記流れチャンネル内で流れ分裂部材により形成されることを特徴とするイオン源。４．望ましくないガスおよび滴と共存して必要なサンプルイオンが含まれるサンプルに流れを形成させるための大気圧で動作する大気圧サンプルイオン化装置を含む低圧で動作する質量分析計のためのイオン源であって、インターフェースチャンバが、排気ポートと、大気圧と前記質量分析計の作動圧力との中間の圧力で該インターフェースチャンバを保持するために前記排気ポートに連結された真空ポンプと、前記サンプルイオン化装置の前記サンプルの流れから該インターフェースチャンバ内に共存ガスおよび滴と共に必要な前記サンプルイオンを集めるために配置された入口オリフィスと、前記サンプルイオンが前記質量分析計に向けインターフェースチャンバから放出させるための出口オリフィスと、を有して構成され、前記入口オリフィスと前記出口オリフィスとの間でインターフェースチャンバ内に見通し路の線が形成されていないことを特徴とするイオン源。５．望ましくないガスおよび滴と共存して必要なサンプルイオンが含まれるサンプルに流れを形成させるための大気圧で動作する大気圧サンプルイオン化装置を含む低圧で動作する質量分析計のためのイオン源であって、インターフェースチャンバが、排気ポートと、大気圧と前記質量分析計の作動圧力との中間の圧力で該インターフェースチャンバを保持するために前記排気ポートに連結された真空ポンプと、前記サンプルイオン化装置の前記サンプルの流れからインターフェースチャンバ内に共存ガスおよび滴と共に必要なサンプルイオンを集めるために配置された入口オリフィスであって、この入口オリフィスは流れ軸を有すると共に前記流れ軸に沿って前記インターフェースチャンバ内にガスの流れを形成させる入口オリフィスと、前記サンプルイオンを前記質量分析計に向けて前記インターフェースチャンバから放出させるために前記入口オリフィスと関係で一本の見通し線上にある出口オリフィスと、を有して構成され、前記見通し線が入口開口の前記流れ軸に対して少なくとも３０度の方向に位置することを特徴とするイオン源。６．請求の範囲４または５のいずれかに記載の質量分析計のためのイオン源であって、前記入口オリフィスが流れ軸を有すると共に、前記流れ軸に沿って前記インターフェースチャンバ内にガスの流れを形成させ、前記インターフェースチャンバには、該チャンバ内に実質的にガスの流れ方向のないデッド領域を形成させるために前記ガスの流れを分裂させる流れ分裂手段を備え、前記出口オリフィスが前記デッド領域内に位置することを特徴とするイオン源。７．請求の範囲６に記載の質量分析計のためのイオン源であって、前記インターフェースチャンバが前記入口オリフィスと前記排気ポートとの間で流れチャンネルを形成することを特徴とするイオン源。８．望ましくないガスおよび滴と共存して必要なサンプルイオンが含まれるサンプルに流れを形成するための大気圧で動作する大気圧サンプルイオン化装置を含む低圧で動作する質量分析計のためのイオン源であって、インターフェースチャンバは、排気ポートと、大気圧と質量分析計の作動圧力との中間の圧力で該インターフェースチャンバを保持するために前記排気ポートに連結された真空ポンプと、前記サンプルイオン化装置の前記サンプルの流れから該インターフェースチャンバ内に前記共存ガスおよび滴と共に必要な前記サンプルイオンを集めるために配置された入口オリフィスと、前記サンプルイオンが前記質量分析計に向け該インターフェースチャンバを出るための出口オリフィスと、を有すると共に、前記入口オリフィスと前記排気ポートとの間で流れチャンネルを形成して構成され、前記出口オリフィスが前記流れチャンネルを外れて位置するイオン源。９．請求の範囲８に記載の質量分析計のためのイオン源であって、前記インターフェースチャンバが前記流れチャンネルの片側に側方チャンバを更に形成し、前記チャンバには、実質的にガスの流れ方向のないデッド領域を含むと共に、前記出口オリフィスが前記側方チャンバ内に位置して、前記デッド領域からサンプルイオンを集めることを特徴とするイオン源。１０．望ましくないガスおよび滴と共存して必要なサンプルイオンが含まれるサンプルに流れを形成するための大気圧で動作する大気圧サンプルイオン化装置を含む低圧で動作する質量分析計のためのイオン源であって、インターフェースチャンバが、排気ポートと、大気圧と前記質量分析計の作動圧力との中間の圧力で該インターフェースチャンバを保持するために前記排気ポートに連結された真空ポンプと、前記サンプルイオン化装置の前記サンプルの流れから該インターフェースチャンバ内に共存ガスおよび滴と共に必要なサンプルイオンを集めるために配置された入口オリフィスと、前記サンプルイオンを前記質量分析計に向けて該インターフェースチャンバから放出させるための出口オリフィスと、前記出口オリフィスにより該インターフェースチャンバから前記サンプルイオンを集めるために適切に配置された流れ分割手段と、を有して構成され、前記流れ分割手段が、前記インターフェースチャンネル内に実質的にガスの流れ方向のないデッド領域を形成する手段からなり、前記出口オリフィスが前記デッド領域内に位置することを特徴とするイオン源。１１．請求の範囲１０に記載の質量分析計のためのイオン源であって、前記インターフェースチャンバが前記出口オリフィスと前記排気ポートとの間に流れチャンネルを形成すると共に、前記流れ分割手段が前記インターフェースチャンバ内の側方チャンバを成り立たせ、前記側方チャンバが前記流れチャンネルの片側に位置すると共に、前記デッド領域を含むことを特徴とするイオン源。１２．請求の範囲８、９または１１のいずれかに記載の質量分析計のためのイオン源であって、前記流れチャンネル内に流れ分裂部材を備えることを特徴とするイオン源。１３．望ましくないガスおよび滴と共存して必要なサンプルイオンが含まれるサンプルに流れを形成させるための大気圧で動作する大気圧サンプルイオン化装置を含む低圧で動作する質量分析計のためのイオン源であって、インターフェースチャンバが、排気ポートと、大気圧と前記質量分析計の作動圧力との中間の圧力で該インターフェースチャンバを保持するために前記排気ポートに連結された真空ポンプと、前記サンプルイオン化装置の前記サンプルの流れからインターフェースチャンバ内に共存ガスおよび滴と共に必要なサンプルイオンを集めるために配置された流れ軸を有する入口オリフィスと、前記サンプルイオンを前記質量分析計に向け該インターフェースチャンバから放出させるための出口オリフィスと、を有すると共に、前記入口オリフィスと前記排気ポートとの間で流れチャンネルを形成して構成され、前記イオン源には前記流れチャンネル内に流れ分裂手段が備えられ、前記インターフェースチャンバ内に実質的にガスの流れ方向のないデッド領域を形成させ、前記出口オリフィスは、前記入口オリフィスの前記流れ軸から離れて位置し、前記デッド領域から前記サンプルイオンを集めることを特徴とするイオン源。１４．請求の範囲３、７又は１３のいずれかに記載の質量分析計のためのイオン源であって、前記インターフェースチャンバが前記流れチャンネルの片側に側方チャンバを更に形成し、前記デッド領域が前記側方チャンバ内に延び、前記出口オリフィスが前記側方チャンバ内に位置することを特徴とするイオン源。１５．請求の範囲３、７、１２、１３又は１４のいずれかに記載の質量分析計のためのイオン源であって、前記流れ分裂部材が前記流れチャンネル内に突き出ているピンからなることを特徴とするイオン源。１６．請求の範囲１５に記載の質量分析計のためのイオン源であって、ピンが前記入口オリフィスの開口サイズより大きな、流れチャンネルに垂直の横寸法を有することを特徴とするイオン源。１７．請求の範囲３、７から９又は１１から１６のいずれかに記載の質量分析計のためのイオン源であって、前記流れチャンネル内に前記入口オリフィスと前記分裂部材との間に配置された流れ制限器を含むことを特徴とするイオン源。１８．請求の範囲１から１７のいずれかに記載の質量分析計のためのイオン源であって、前記インターフェースチャンバから前記排気ポートを通る速度を制御する流れ制御手段を含むことを特徴とするイオン源。１９．請求の範囲１から１８のいずれかに記載の質量分析計のためのイオン源であって、前記入口オリフィスが第一の流れ軸を有し、前記出口オリフィスが第二の流れ軸を有し、前記第一および第二の流れ軸が離れていると共に、インターフェースチャンバ内でずれて配置されていることを特徴とするイオン源。２０．請求の範囲１９に記載の質量分析計のためのイオン源であって、前記第一および第二の流れ軸が平行であることを特徴とするイオン源。２１．請求の範囲１から２０のいずれかに記載の質量分析計のためのイオン源であって、前記入口オリフィスと前記出口オリフィスとの間で前記インターフェースチャンバ内に見通し路の線が形成されていないことを特徴とするイオン源。２２．低い質量分析圧力における必要なサンプルイオンの質量分析のためにイオン源を供する方法であって、望ましくないガスおよび滴と共存して必要なサンプルイオンが含まれる大気圧におけるサンプルに流れを形成するステップと、大気圧よりも低く、かつ質量分析圧力よりも高い中間圧力において排気されたインターフェースチャンバ内に前記サンプルの流れから共存するガスおよび滴を伴う必要な前記サンプルイオンを集めるステップと、前記インターフェースチャンバ内にガスの流れを形成するステップと、前記インターフェースチャンバ内でガスの前記流れを分裂させて、前記チャンバ内に実質的にガスの流れ方向がないデッド領域を形成させるステップと、質量分析のために前記デッド領域から必要な前記サンプルイオンを集めるステップと、を含むことを特徴とする方法。