JP2012114096A - イオン移送装置及びその方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量分析計の圧力の高い領域と低い領域との間でイオンを輸送するためのイオン移送装置は、イオン移送導管60を含んでいる。導管60は、相対的に圧力の高いチャンバ40に向いて開いている吸込口と、相対的に圧力の低いチャンバに向いて開いている排出口70とを備えている。導管60はまた、イオン移送チャネル115を取り囲む、少なくとも1つの側壁も備えている。側壁は、イオン移送チャネル115内から、導管60の側壁の外側の、圧力の低い領域へガスが流れるよう、側壁の長手方向に形成した複数の開口部140を含んでいる。
【選択図】図1
Description
式中、dは、導管の直径であり、Rは、その点から入口オリフィス30までの距離であり、Cは定数であり、ΔPは圧力低下である。イオン速度は、Vion=Vgas+KEであって、式中、Kはイオン移動度であり、Eは電界強度である。Kを、約10−4m2/s、Eを、約5×105V/mとすると、電界によって生じる速度は、約50m/sとなる。内径0.5mmの導管中でのガス流速はほぼ同じ値であるが、入口オリフィス30から5mmの距離では、ガスと共に移動するイオンは、電界中での移動より約10倍も遅くなる。このため、この領域でのイオン滞留時間は、10−4sの範囲であり、上記の式(2)による空間電荷斥力のため、イオン損失は約50%となる。
1.液滴を蒸発させるために必要な時間
2.ガス流が層流から乱流に変わる臨界速度
3.ガス流が音速まで加速された際の衝撃波の出現。これは特に、領域5から領域1にかけて大きな圧力低下(およそ1000mbar(1000hPa)から1mbar(1hPa)へ)が起こる場合である。
Claims (26)
- 相対的に圧力の高い領域と相対的に圧力の低い領域との間でイオンを輸送するためのイオン移送装置であって、
前記装置は、
相対的に圧力の高いチャンバに向いて開いている吸込口と、相対的に圧力の低いチャンバに向いている排出口と、イオン移送チャネルを取り囲み、前記吸込端と前記排出端との間の中心軸に沿って延びている、少なくとも1つの側壁と、を備えたイオン移送導管と、
前記イオン移送チャネル内から、前記導管の前記側壁の外側の、圧力の低い領域へガスが流れるよう、前記側壁の長手方向に形成した複数の開口部と
を含むことを特徴とするイオン移送装置。 - 請求項1に記載のイオン移送装置であって、前記イオン移送チャネル内へ熱を伝導、対流、および/または、放射するため、前記導管の付近にヒーターを更に含むことを特徴とするイオン移送装置。
- 請求項1または2に記載のイオン移送装置であって、前記導管を少なくとも部分的に取り囲む筐体を更に含むことを特徴とするイオン移送装置。
- 請求項3に記載のイオン移送装置であって、前記筐体は、気密性で、前記導管を完全に取り囲んでいることを特徴とするイオン移送装置。
- 請求項4に記載のイオン移送装置であって、使用時に、前記イオン移送チャネル内のガスが流れ込むような相対的に圧力の低い領域ができるよう、前記筐体を排気するためのポンピング手段を更に含むことを特徴とするイオン移送装置。
- 請求項1から5のいずれかに記載のイオン移送装置であって、前記側壁は、金属フリット、金属スポンジ、浸透性セラミック、および浸透性ポリマーの少なくとも1つを含む材料からできており、前記側壁中の前記開口部は、前記材料中の細孔または間隙によって構成されていることを特徴とするイオン移送装置。
- 請求項1から6のいずれかに記載のイオン移送装置であって、
前記イオン移送装置は、
前記イオン移送導管の長手方向に第1の幅D1を持つ第1組の電極と、前記第1組電極と交互に並んだ、前記長手方向に第2の幅D2(≧D1)を持つ第2組の電極と、を備えた電極集合体と、
前記第1組電極に大きさV1で第1の極性のDC電圧を、前記第2組電極に、大きさV2(|V2|≦|V1|)で、前記電極集合体の長手方向の平均電圧分布に対して反対の、第2の極性のDC電圧を、印加するためのDC電圧供給手段と、
を更に含み、
前記電極集合体は、前記イオン移送導管の前記側壁中に少なくとも部分的に形成されており、前記イオン移送チャネルを構成している
ことを特徴とするイオン移送装置。 - 請求項7に記載のイオン移送装置であって、D2>D1および|V2|<|V1|であることを特徴とするイオン移送装置。
- 請求項7または8に記載のイオン移送装置であって、前記第1組電極中の各電極は、間隙または絶縁層により、前後にある前記第2組電極の電極と隔てられていることを特徴とするイオン移送装置。
- 請求項7、8、または9に記載のイオン移送装置であって、前記第1組および第2組の電極へRF電圧を印加するための手段を更に含むことを特徴とするイオン移送装置。
- 請求項1から10のいずれかに記載のイオン移送装置であって、大気圧のイオン源から前記イオン移送チャネルの長手方向軸へ向けてイオンを収束するための、空力、および/または、電気レンズを、前記周期的電極集合体の上流に更に含むことを特徴とするイオン移送装置。
- 請求項11に記載のイオン移送装置であって、前記レンズは、湾曲した筐体を備えていることを特徴とするイオン移送装置。
- 請求項11または12に記載のイオン移送装置であって、前記イオンファンネルは、複数の独立した環形レンズ電極から成り、前記周期的電極集合体に近いレンズ電極は、前記周期的電極集合体から遠いレンズ電極より小さい開口部を備えていることを特徴とするイオン移送装置。
- 請求項13に記載のイオン移送装置であって、前記周期的電極集合体に近い前記レンズ電極の開口部の半径は、前記周期的電極集合体によって構成されている前記イオン移送チャネルの半径よりも小さいことを特徴とするイオン移送装置。
- 請求項11から14のいずれかに記載のイオン移送装置であって、前記空力、および/または、電気レンズは、第1真空チャンバ内に設置されており、前記周期的電極集合体は、第2の、別の真空チャンバ内に設置されていることを特徴とするイオン移送装置。
- 第1の、相対的に圧力の高い領域と、第2の、相対的に圧力の低い領域との間でイオンを輸送する方法であって、
前記方法は、
相対的に圧力の高い領域から、イオンとガスとの混合物を、イオン移送チャネルを備えている、または構成している、イオン移送導管の吸込口へ吸入する工程と、
前記イオン移送チャネル内のガスの一部を、前記イオン移送導管の前記吸込口と排出口との間に設置されている、導管壁中の複数の通路を通して除く工程と、
前記イオンと前記残留ガスとを、前記排出口を通して前記イオン移送導管から相対的に圧力の低い領域へ排出する工程と
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項16に記載の方法であって、前記イオン移送チャネル内に残留する液状溶媒の蒸発を促進するよう、前記イオン移送チャネルを加熱する工程を更に含むことを特徴とする方法。
- 請求項16または17に記載の方法であって、排気可能なチャンバ内に、前記イオン移送導管を少なくとも部分的に設置する工程を更に含むことを特徴とする方法。
- 請求項18に記載の方法であって、前記イオン移送導管の全体を、排気可能なチャンバ内に設置し、前記導管が設置されている前記排気チャンバを、大気圧より低い圧力まで排気する工程を更に含むことを特徴とする方法。
- 請求項19に記載の方法であって、前記導管が設置されている前記排気チャンバを大気圧より低い圧力まで排気する工程は、前記導管の前記イオン移送チャネル内のイオンとガスとが粘性流でなくなる圧力以下までは、前記チャンバを排気しない工程を含むことを特徴とする方法。
- 請求項20に記載の方法であって、前記導管が設置されている前記排気チャンバを、大気圧より低い圧力まで排気する工程は、前記チャンバを、約600mbar(約600hPa)と1mbar(1hPa)との間の圧力に排気する工程を含むことを特徴とする方法。
- 請求項16から21のいずれかに記載の方法であって、空力、および/または、電気レンズを用いて、相対的に圧力の高い領域から前記イオン移送導管へイオンを収束する工程を更に含むことを特徴とする方法。
- 請求項19、20、または21のいずれかに記載の方法であって、埋め戻し(back filling)ガスを用いて、前記排気チャンバを少なくとも部分的に埋め戻す工程を更に含むことを特徴とする方法。
- 請求項18から23のいずれかに記載の方法であって、前記イオン移送導管を気密性筐体内に封入する工程と、前記気密性筐体内の圧力が低下し、前記イオン移送チャネル内のガスが前記通路を通って前記気密性筐体内へ吸引されるよう、前記気密性筐体をポンピングする工程を更に含むことを特徴とする方法。
- 請求項16から24のいずれかに記載の方法であって、
前記方法は、
前記導管側壁の内側に、前記イオン移送チャネルを構成し、前記イオン移送導管の長手方向に第1の幅D1を持つ第1組の電極と、前記第1組電極と交互に並んだ、前記長手方向に第2の幅D2(≧D1)を持つ第2組の電極と、を備えた電極集合体を設ける工程と、
前記第1組電極に、大きさV1で第1の極性のDC電圧を、前記第2組電極に、大きさV2(|V2|≦|V1|)で、前記周期的電極集合体の長手方向の平均電圧分布に対して反対の、第2の極性のDC電圧を、印加する工程と
を更に含むことを特徴とする方法。 - 請求項25に記載の方法であって、前記第1および第2組電極にRF電圧を印加する工程を更に含むことを特徴とする方法。
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