JP2014112570A - 質量分析におけるバックグラウンドノイズ低減用の多重極イオンガイドインタフェース - Google Patents
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Abstract
【解決手段】RF多重極イオンガイドは、多真空ポンピングステージ真空系において、気体圧力のより高い上流領域(質量分析計の検出器からより遠い)と気体圧力のより低い下流領域との間を1つ以上の真空隔壁を通じて連続的に延びている。このイオンガイドはイオンビームの方向に対して湾曲した軸を有するとともに、上流のイオン源領域や、イオンとバックグラウンド気体分子との間の衝突が起こる圧力のより高い任意のまたは全ての領域と、質量分析計の検出器との間に見通し線が存在することを妨げるべく構成されている。
【選択図】図7
Description
イオンガイドにおけるRF場によって良好な効率でイオンを再び方向付けるには、バックグラウンド気体分子イオンとの衝突によってイオンが速やかに衝突冷却されることが必要である。これは、イオンの質量が、したがってイオンのエネルギーが大きくなるほど、次第に重要となる。したがって、モルデハイらは、この目的で余分な「バッファ」(または衝突)気体を導入するため、別の気体入口を提供している。イオンガイドが完全に単一の真空ステージ内に配置されているので、この気体の圧力はイオンガイドの一端から他端まで実質的に変わらない。したがって、イオンがイオンガイドを出るときにイオンとバックグラウンド気体分子との間に衝突が起きる確率は、モルデハイらの装置においては有意であり、この領域における輸送効率は低下する。そのような散乱が、この領域のRFフリンジ場において散乱したイオンが加速することや、そのような加速したイオンが電荷を交換して中性化してエネルギー中性粒子を生成することにより、検出器におけるバックグラウンドノイズを増加させることも知られている(後述)。
成されたものであり、反射ミラーであるにもかかわらず、従来の構成におけるように、有意なバックグラウンドノイズが残存していたものと示唆される。
は、イオンガイドを出て、真空隔壁に設けられるアパーチャを通じて移動し、そのような従来の真空ステージ構成では、より低い気体圧力を有する次の真空ステージへと移動する。イオンは、イオンガイドを出ると、バックグラウンド気体分子との衝突による散乱のために失われる。また、イオンは、アパーチャと上流の真空ステージのイオンガイド出口との間、またはアパーチャと下流の真空ステージのイオンガイド入口との間のフリンジ場による散乱のためにも失われる。次の真空ステージの気体圧力が十分に低い場合でも、平均的にはイオンと気体分子との間のそのような衝突はまれであるが、それにもかかわらず、イオンは、インタフェースアパーチャの近傍において、バックグラウンド気体圧力のより高い上流の真空ステージから圧力のより低い下流の真空ステージへと流れる気体分子との衝突を頻繁に経験する場合がある。
ノイズの潜在源として残っている。
ら放出されるバックグラウンド粒子との両方から生じ、質量分析計の検出器へ到達するバックグラウンド粒子の数を減少させつつ、質量分析計に対するイオンの伝達効率を改良することである。
の真空隔壁を越えて下流の低圧真空領域へ移ることを妨げる。
イオンガイド内に存在するので、先に記載した実施形態のように、イオンが質量分析計入口の軸に再配向される前に多重極イオンガイドを出る必要はない。この代替の構成は、先に記載した傾斜した直線的なイオンガイドの構成に比べ、質量分析計入口へのイオン輸送効率は良好であり、複雑さおよび費用も減少される。
析計および/または検出器の空間内の圧力をさらに低くするには、イオンガイド出口と質量分析計入口との間に1つ以上の追加の真空隔壁を提供すること、すなわち、多重極イオンガイドの出口端が配置されているまたは位置する真空ポンピングステージの下流の真空ポンピングステージに質量分析計および検出器を配置することが有利な場合がある。そのような場合、そのような追加の真空隔壁を通じて多重極イオンガイドが連続的に延ばされ、隔壁を通じてイオン輸送を行ってもよく、代わりに、追加の真空隔壁を通じて連続的に延びる別個のイオンガイドが用いられてもよい。
26および軸36は互いに対し、ある角度37で配向されている。しかしながら、本発明の他の実施形態では、直線的な多重極イオンガイド軸26は、キャピラリ10のボア17およびスキマー21のアパーチャ20の軸36と共軸であってもよい。
ラウンド気体圧力はより低く、イオンとバックグラウンド気体分子との間の衝突がほぼ起こらないので、イオンは、バックグラウンド気体分子と有意な衝突を起こさずに、真空隔壁28の近傍からイオンガイド24の出口端29まで移動する。したがって、図1に示す装置においてイオンとバックグラウンド気体分子との間の衝突によってバックグラウンド粒子が生成され得る最後の位置は、真空隔壁28の下流およびその近くのイオンガイド24内の位置40である。
ラウンド気体分子との間の衝突により発生するバックグラウンド粒子や、イオン源から発生するバックグラウンド粒子によって生じるバックグラウンド粒子ノイズを減少させる。
成点から検出器35にまたは検出器35を包囲する領域に至るまでの見通し線飛跡経路を存在させないことにより妨げられる。この結果、バックグラウンド粒子が検出器35もしくは変換ダイノード36または検出器35および変換ダイノード36の領域の周囲の表面に衝突することが妨げられることによって、本発明のこの実施形態では、バックグラウンド粒子ノイズの生成が妨げられる。
48はキャピラリ10の軸36と共軸に配向され、真空隔壁42を通じて第1の真空ポンピングステージ2と第2の真空ポンピングステージ3との間にしか延びていないが、追加(図3の実施形態との比較)の真空隔壁56を通じても延びている。この追加の真空隔壁56は、図3の真空ポンピングステージ3を、図4に真空ポンピングステージ55として示す追加の真空ポンピングステージへと分割する。イオンガイドセグメント58の出口端59は、図4の第3の真空ポンピングステージ55に配置されている。第2のイオンガイドセグメント52は、軸36に対して一定の角度38で配向されており、この実施形態の構成は図3の間隙51の下流と同じである。
よって、本発明のこの実施形態では、バックグラウンド粒子ノイズの生成が妨げられる。
ガイド24の入口23にてキャピラリ10の軸36と共軸となるように構成されている。真空ステージ2のバックグラウンド気体圧力は、イオンがこの真空ステージ内でイオンガイドを横断するときに、イオンとバックグラウンド気体分子との間の衝突が起こるのに十分なほど高い。しかしながら、真空ステージ4内のバックグラウンド気体圧力は、少なくとも位置40の下流において、イオンが真空ステージ4内でイオンガイド24を横断するときに、イオンとバックグラウンド気体分子との間の衝突がほぼ起こらないのに十分なほど低い。図7の構成では、位置40の上流において生じるバックグラウンド粒子には、絶縁体69とともに真空隔壁68の部分を形成するレンズ70のアパーチャ30を通過することを可能とする見通し線の軌跡は存在しない。この結果、バックグラウンド粒子が検出器35もしくは変換ダイノード36または検出器35および変換ダイノード36の領域の周囲の表面に衝突することが妨げられることによって、この本発明の実施形態では、バックグラウンド粒子ノイズの生成が妨げられる。
オンは、四重極マスフィルタ81によって得られるフラグメントイオン質量スペクトルに現れ、分析が複雑となる。
い。衝突セル73においてセグメント90、91、92へのイオンガイドを構成することによって、図9の実施形態に対する追加の機能が可能となる。例えば、四重極マスフィルタ33からイオンガイドセグメント90へ親イオンを加速することによって、CIDによりフラグメントイオンを発生させることもできる。同時に、RF電圧がイオンガイドセグメント90のロッドに対し印加されることによって、選択したm/z値を有するフラグメントイオン以外の全てのイオンの共鳴周波数励起ラジアル放出を起こすことも可能である。これらのm/zの選択されたフラグメントイオンは、次いで、イオンガイドセグメント90、91の間のDCオフセット電圧差によって軸方向に加速され、選択されたフラグメントイオンのCIDを生じてもよい。得られた二次生成フラグメントイオンは、次いで、イオンガイドセグメント92を通じて、質量分析計81および検出器35へ配向されることによって、m/zが分析されてもよい。
Claims (16)
- 試料物質の分析用の装置であって、
a.試料物質からイオンを発生させるためのイオン源と、
b.隔壁によって互いから分離されるとともに、前記イオンが前記隔壁を通じて移動することが可能であるように互いに連通している、2つ以上の真空領域と、
c.前記真空領域のうちの1つ以上に配置された質量分析計と、前記イオンは前記質量分析計へ進入する進入軸を有することと、
d.検出器領域に配置された質量分析計検出器と、
e.入口端と出口端とを備える1つ以上の多重極イオンガイドと、前記多重極イオンガイドは、前記1つ以上の多重極イオンガイドの少なくとも第1の部分に沿って延びる第1の軸と、前記多重極イオンガイドの少なくとも第2の部分に沿って延びる第2の軸とを有することと、前記第2の部分は前記イオンガイドの出口端を含むことと、前記イオンガイドは1つの真空領域から1つ以上の続く真空領域へ連続的に延びていることと、前記イオンは前記1つ以上の多重極イオンガイドを通じて前記1つの真空領域から前記1つ以上の続く真空領域へ、さらに前記出口端まで運ばれることと、
f.前記イオン源から前記多重極イオンガイドの入口端へ前記イオンを移動させるための手段と、
g.バックグラウンド粒子が前記検出器に到達するのを妨げるための手段と、を備える装置。 - バックグラウンド粒子が前記検出器に到達するのを妨げるための前記手段は、前記イオンガイドの第1の軸と前記質量分析計の進入軸との間の傾斜部または屈曲部を含み、前記傾斜部または屈曲部の位置の上流において生成したバックグラウンド粒子は前記検出器または検出器領域に対する見通し線をほぼ有しない請求項1に記載の装置。
- 前記イオンガイドの第1の軸は前記イオンガイドの出口軸と共軸であり、前記傾斜部または屈曲部は前記イオンガイドの出口軸と前記質量分析計の進入軸との間に配置されている、請求項2に記載の装置。
- 前記質量分析計の進入軸は前記イオンガイドの出口軸と共軸であり、前記傾斜部または屈曲部は前記多重極イオンガイド内に配置されている、請求項2に記載の装置。
- バックグラウンド粒子が前記検出器に到達するのを妨げるための前記手段は、前記第1の軸の湾曲部を含み、前記湾曲部は同湾曲部の開始部および同湾曲部の終了部を含み、前記湾曲部の終了部の上流において生成したバックグラウンド粒子は前記検出器または検出器領域に対する見通し線をほぼ有しない請求項1に記載の装置。
- 前記多重極イオンガイドは2つ以上の多重極イオンガイドセグメントを備える請求項1乃至5のいずれか一項に記載の装置。
- 前記2つ以上の真空領域は3つ以上の真空領域である請求項1乃至5のいずれか一項に記載の装置。
- 前記2つ以上の真空領域は3つ以上の真空領域である請求項6に記載の装置。
- 前記イオン源は、ほぼ大気圧で動作する請求項1に記載の装置。
- 前記イオン源は、エレクトロスプレーイオン源、大気圧マトリックス支援レーザ脱離イオン源、またはレーザアブレーションイオン源である請求項9に記載の装置。
- 前記イオン源は大気圧未満で動作する請求項1に記載の装置。
- 前記イオン源は、グロー放電イオン源、中間圧力マトリックス支援レーザ脱離イオン源、レーザアブレーションイオン源、電子イオン化イオン源、または化学イオン化イオン源である請求項11に記載の装置。
- 前記質量分析計は、四重極マスフィルタ、三次元イオントラップ、扇形磁場型質量分析計、軸方向パルスを伴う飛行時間型質量分析計、直交方向パルスを伴う飛行時間型質量分析計、または軸共鳴放出を伴う二次元イオントラップである請求項1に記載の装置。
- 前記多重極イオンガイドは、4つの極、6つの極、8つの極、または8より多くの極を備える請求項1に記載の装置。
- 前記極は丸棒または平板である請求項14に記載の装置。
- 前記多重極イオンガイドは、積み重ねられた環イオンガイドを含む複数の環を備える請求項1に記載の装置。
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