JP2001060447A - 質量分析装置 - Google Patents

質量分析装置

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JP2001060447A
JP2001060447A JP11234615A JP23461599A JP2001060447A JP 2001060447 A JP2001060447 A JP 2001060447A JP 11234615 A JP11234615 A JP 11234615A JP 23461599 A JP23461599 A JP 23461599A JP 2001060447 A JP2001060447 A JP 2001060447A
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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/06Electron- or ion-optical arrangements
    • H01J49/062Ion guides
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  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高いイオン通過効率を維持しつつイオンガイ
ドの構造を簡単にする。 【解決手段】 円柱形状のロッド電極171、172か
ら成るイオンガイド17の一端面をスキマー16の平坦
部16cに近接して配置すると共に、スキマー16の円
錐部16bの底面の直径d2をロッド電極の内接円の直
径d1とほぼ同一又はそれよりも小さくする。これによ
り、差圧によってスキマー16のオリフィス16aを通
過したあと広がりつつ進むイオンは、確実にロッド電極
171、172で囲まれる空間に導入され、次段の分析
室に送り込まれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【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(ESI−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。
【0002】
【従来の技術】図4は従来のESI−MSの一例を示す
概略構成図、図5は図4中のスキマー周辺の拡大図であ
る。この質量分析装置は、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が配設されたイオ
ン化室10と、四重極フィルタ19及びイオン検出器2
0が配設された分析室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(ヒーテッドキャピラリ)13を介し
て、第1中間室12と第2中間室15との間は、頂点に
小径の通過孔(オリフィス)16aを有する円錐形状の
スキマー16を介してのみ連通している。
【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10Pa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。
【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
混じった微細液滴はイオン化室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を通過する過程で溶媒が蒸発して更にイオ
ン化が進む。第1中間室12内には対向する平板板状又
はリング状の電極14が設けられており、この電極14
により形成される電場によって脱溶媒パイプ13を介し
てのイオンの引き込みを助けると共に、イオンをスキマ
ー16のオリフィス16a近傍(後方焦点位置F)に収
束させる。
【0005】収束されたイオンは、第1及び第2中間室
12、15の間の差圧によってスキマー16のオリフィ
ス16aを通過し、イオンガイド(「イオンレンズ」又
は「イオン輸送レンズ」とも言う)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。
【0006】上記構成においてイオンガイド17は、飛
行するイオンを電場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。
そのようなイオンガイドの一つとして、マルチポール型
のイオンガイドが知られている。このイオンガイド17
は、複数の略円柱形状のロッド電極が直径d1なる円に
外接するように離間して配設された構成を有しており、
隣接するロッド電極には、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。このような高周波電場により、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
オンを後段の分析室18へ送ることができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記第1及び第2中間
室12、15において、できる限りイオンの通過効率を
向上させるには、オリフィス16aからイオンガイド1
7のロッド電極で囲まれる空間までの距離が短いことが
好ましい。そのため、上記イオンガイド17は、スキマ
ー16に対向する端面を、スキマー16の傾斜面に合わ
せて斜めに切り落とした形状を有しており、その斜め端
面部がスキマー16の円錐部の中に突出するように配置
されている。このため、ロッド電極の加工に手間を要
し、コストが高いものとなる。
【0008】また、スキマー16のオリフィス16a周
囲は試料分子などの付着により汚れてくるため、清掃の
ためにスキマー16を着脱可能な構造としておく必要が
ある。しかしながら、上記構成では、スキマー16又は
イオンガイド17をイオン光軸C方向にスライド移動可
能な構造としておくか、或いは、スキマー16をヒンジ
により回動自在に取り付ける構造としておく必要があっ
た。このため、スキマー16やイオンガイド17の取付
構造が複雑になるという問題もあった。
【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、高いイオン通
過効率を維持しつつ、イオンガイドの構造やスキマーの
取付構造を簡単にすることができる質量分析装置を提供
することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、高圧側のイオン化室で試料をイオ
ン化し、頂部に小径の孔を設けた円錐形状のスキマーを
通して差圧により低圧側の分析室にイオンを引き込む質
量分析装置において、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所定の円に外接するよう
に配設された偶数本の円柱状電極から成る多重極イオン
ガイドを前記分析室内のスキマーの後方直近に設けると
共に、該スキマーの円錐部の底面の径を前記イオンガイ
ドの内接円の径よりも小さくしたことを特徴としてい
る。
【0011】なお、上記スキマーの頂部の開き角度はイ
オンのみを効率良く採取するように定められ、一般的に
はその角度は40〜60°程度の範囲に設定される。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明に係る質量分析装置の一実
施形態を図1〜図3を参照して説明する。図1は本実施
形態による質量分析装置におけるスキマー周辺の構成
図、図2はスキマーとイオンガイドとの位置関係を示す
模式図である。
【0013】図1に示すように、この実施形態による質
量分析装置では、イオンガイド17を構成するロッド電
極171、172(図2に示したロッド電極173、1
74も同様)は、スキマー16に対向する端面が垂直に
切り落とされたほぼ完全な円柱形状を有している。この
イオンガイド17の内接円17aの直径d1はロッド電
極171の径などによって一義的に決定される。一方、
スキマー16の頂部の開き角度θは、イオンの通過効率
を考慮して決められる(通常40〜60°程度)。そし
て、スキマー16の円錐部16bの底面16dの直径d
2は、上記d1とほぼ同一か、或いはd1よりも小さくな
るように決められている。開き角度θと底面16dの直
径d2が決まることによって、円錐部16bの高さd4は
自動的に決まる。
【0014】即ち、このようにしてスキマー16とイオ
ンガイド17との関係を決定することにより、スキマー
16のオリフィス16aを通過して拡がりつつ進むイオ
ンは、ほぼ漏れなくイオンガイド17の内接円17a内
の空間に飛び込む。飛び込んだイオンは各ロッド電極1
71〜174に印加されている電圧により形成される電
場によって適当に収束され、後段の分析室内に送り込ま
れる。従って、イオンの通過効率が向上する。
【0015】ところで、上記イオンガイド17では、実
際には内接円17a内の外周側に導入されたイオンは収
束が適切に行われる確率が低く、必ずしもイオンの通過
効率が良好ではない。即ち、図2に示す、光軸Cの周囲
の直径d3の範囲が、イオンの通過効率がきわめて高い
領域、いわゆるアクセプタンス領域17bである。図3
(a)及び(b)は、スキマー16の位置と、スキマー
16の円錐部16bの底面における径方向のイオンの密
度分布とを示す図であり、更に図3(c)は、そのイオ
ンの密度分布に対するイオンガイド17の位置を示す図
である。
【0016】図3(b)に示す通り、イオン光軸C付近
でイオン密度は最大であって周辺にいくほど密度は大き
く減衰するが、スキマー16の周壁付近でも僅かながら
イオンが存在する。図1の構成では、このようにスキマ
ー16の円錐部16bの周壁近傍から飛び出たイオンは
アクセプタンス領域17bの外側に入り、イオンガイド
17を通過する可能性がきわめて小さい。そこで、イオ
ン通過効率を一段と上げるには、スキマー16の円錐部
16bの底面の直径d2をアクセプタンス領域17bの
径d3とほぼ同一か或いはそれよりも小さくすることが
好ましい。このような構成とすれば、スキマー16のオ
リフィス16aを通過したイオンはそのほぼ全てがイオ
ンガイド17のアクセプタンス領域17bに突入し、イ
オンガイド17で適切に収束されて分析室18に導入さ
れる確率がきわめて高くなる。
【0017】但し、スキマー16の円錐部16bの高さ
d4が小さ過ぎると、その頂部の開き角度θが上記条件
の範囲であったとしても、イオン光軸Cから僅かに外れ
て進行する気化溶媒などを除去する作用が十分に機能し
ない。従って、実際には、スキマー16の円錐部16b
の底面の直径d2をアクセプタンス領域17bの径d3よ
りも遙かに小さくすることは困難であり、直径d2をd3
とほぼ同一にすることが適当である。
【0018】なお、上記実施例は一例であって、本発明
の趣旨の範囲で適宜変形や修正を行えることは明らかで
ある。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る質量
分析装置によれば、差圧によってスキマーの通過孔を通
して分析室側に引き込まれたイオンが、スキマーの円錐
部の内周壁面に沿って広がりつつ進んだ場合でも、確実
にイオンガイドで囲まれる空間内に送り込まれる。従っ
て、より多くのイオンをイオンガイドで収束して質量分
離器へと導入することができるので、分析感度や精度が
向上する。
【0020】また、本発明に係る質量分析装置によれ
ば、イオンガイドの端部がスキマーの円錐部に入り込ん
でいないので、イオンガイドを移動させることなく、ス
キマーを横方向(軸に垂直な方向)に移動させることが
できる。そのため、スキマーの着脱機構が簡単になる。
更に、イオンガイドのロッド電極自体も、その端面を垂
直に切り落とせばよいので、加工が容易であって安価に
なる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態による質量分析装置にお
けるスキマー周辺の構成図。
【図2】 本実施形態におけるスキマーとイオンガイド
との位置関係を示す模式図。
【図3】 本実施形態におけるスキマー及びイオンガイ
ドと、スキマーを通過したイオンの密度分布との関係を
示す図。
【図4】 従来のESI−MSの一例を示す概略構成
図。
【図5】 図4中のスキマー周辺の拡大図。
【符号の説明】
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 16a…オリフィス 17…イオンガイド 171、172、173、174…ロッド電極 d1…イオンガイドの内接円の直径 d2…スキマーの円錐部の底面の直径 d3…イオンガイドのアクセプタンス領域の直径 d4…スキマーの円錐部の高さ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高圧側のイオン化室で試料をイオン化
    し、頂部に小径の孔を設けた円錐形状のスキマーを通し
    て差圧により低圧側の分析室にイオンを引き込む質量分
    析装置において、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所定の円に外接するように配
    設された偶数本の円柱状電極から成る多重極イオンガイ
    ドを前記分析室内のスキマーの後方直近に設けると共
    に、該スキマーの円錐部の底面の径を前記イオンガイド
    の内接円の径よりも小さくしたことを特徴とする質量分
    析装置。
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