JP2017500718A - 電気的に接地された電気スプレーための大気インターフェース - Google Patents

Abstract

質量分析計システムのためのインターフェースが提供される。インターフェースは、第１のセラミック材料から作製される内側セラミック管と、内側セラミック管を包囲する第２のセラミック材料から作製される外側管とを含むことができる。内側セラミック管は、高い電気抵抗率および高い熱伝導率を有することができ、中間セラミック管は、第１のセラミック材料の電気抵抗率よりも少なくとも１桁高い電気抵抗率、および、第１のセラミック材料の熱伝導率よりも少なくとも１桁高い熱伝導率を有することができる。

Description

本出願は、２０１３年１２月２４日に出願された米国仮特許出願第６１／９２０，６２６号に対する優先権およびその利益を主張し、同出願の内容および教示は、引用によりその全体が本明細書に明確に組み込まれている。

本発明の実施形態は、概して、質量分析計内にイオンを導入するためのインターフェースに関し、特に、電気スプレー噴霧器とその関連付けられている質量分析計の両方が、電気的な接地にあるかまたはほぼ接地にあることを可能にするインターフェースに関する。

質量分析計は、イオンの質量電荷比を測定する機器である。たとえば、飛行時間型質量分析計、四重極質量分析計、磁場偏向型質量分析計、セクタ四重極質量分析計、イオントラップ質量分析計、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析計、Ｏｒｂｉｔｒａｐ質量分析計として市販されているキングドントラップ式質量分析計、およびタンデム質量分析計を含む、多くの異なるタイプの質量分析計が存在する。「質量分析計」という用語は、本明細書においては、これらの質量分析計のいずれか、および、イオンの質量電荷比を測定する他の質量分析計を示すために使用される。

質量分析計は、材料を分析するために、高性能液体クロマトグラフを含む液体クロマトグラフに結合されることが多い。たとえば、材料の試料は最初に、液体クロマトグラフによってその成分に分離され得る。結果もたらされる液体排出物がその後、電気スプレーインターフェースを介して質量分析計に結合され得る。電気スプレーインターフェースは、試料内の分子がそれらの質量電荷比に従って分離され得るように、荷電イオンの形態で質量分析計内に試料を導入するために使用される。液体クロマトグラフに加えて、質量分析計はまた、電気スプレー噴霧器を使用して、キャピラリー電気泳動、超臨界流体クロマトグラフィおよびイオンクロマトグラフィソースのような他のソースにも結合され得る。

電気スプレーイオン源から質量分析計の入口へのインターフェースを開示しているＦｅｎｎらに対する米国特許第４，５４２，２９３号、分析のために電気スプレーを脱溶媒流に変換するためのハウジングを開示しているＴｏｍａｎｙらに対する米国特許第５，３０４，７９８号、電位差に逆らって毛細管を通じてイオンを輸送するためのデバイスを開示しているＦｒａｎｚｅｎに対する米国特許第５，７３６，７４０号、液相分離装置からの出力を質量分析計に結合するための装置を開示しているＪａｒｒｅｌｌらに対する米国特許第６，３９６，０５７号を含むいくつかの交付済み米国特許は、質量分析計に対するイオン源のインターフェースの問題に対処している。米国特許第４，０１３，８８７号は、中程度から高い抵抗の均質材料を使用してＡＣおよびＤＣ電界を分離するための方法を開示している。これらの特許の各々は、引用によりその全体が本明細書に組み込まれている。

米国特許第４，５４２，２９３号明細書 米国特許第５，３０４，７９８号明細書 米国特許第５，７３６，７４０号明細書 米国特許第６，３９６，０５７号明細書 米国特許第４，０１３，８８７号明細書 米国特許第５，５８１，０８０号明細書

本明細書において開示されている大気インターフェースの実施形態は、電気スプレーインターフェース自体の部分を除き、電気スプレーと質量分析計の外部の両方が、接地にあるかまたはほぼ接地にあることを可能にし、したがって、高電圧構成要素との不慮の接触に起因する破損の可能性を最小限に抑える。

一実施形態において、質量分析計システムのためのインターフェースは、前部片および端部片と、前部片から端部片へと延在している内孔を有する内側セラミック管と、内側セラミック管を包囲しており、内側セラミック管と熱的に接触している中間セラミック管と、第１の極性において前部片に電気的に接続されており、第２の極性において端部片に電気的に接続されている高電圧ＤＣ電源とを含む。内側セラミック管の内孔は、入口オリフィスおよび出口オリフィスを含む。内側セラミック管は、高い電気抵抗率および高い熱伝導率を有する第１のセラミック材料から作製され、中間セラミック管は、室温において、第１のセラミック材料の電気抵抗率よりも少なくとも１桁高い電気抵抗率、および、一般的に少なくとも第１のセラミック材料の熱伝導率と同程度の、通常好ましくはそれよりも高い熱伝導率を有するセラミック材料から作製される。

別の実施形態において、質量分析計システムのためのインターフェースは、前部片にある入口オリフィスと、前部片から端部片へと延在している第１のセラミック材料から作製される第１のセラミック管と、入口オリフィスから端部片内の出口オリフィスへと延在している第１のセラミック管内の内孔とを有する。インターフェースは、第１のセラミック管をその中心において包囲および保持している第２のセラミック材料から作製される第２のセラミック管と、第２のセラミック管と熱的に接触しているヒータとを有する。第１のセラミック材料は、第１の電気抵抗率および第１の熱伝導率によって特徴付けられる。第２のセラミック材料は、第２の電気抵抗率および第２の熱伝導率によって特徴付けられる。室温において、第２の電気抵抗率は、第１の電気抵抗率よりも少なくとも２桁高く、および、熱伝導率は、一般的に少なくとも第１のセラミック材料の熱伝導率と同程度の、通常好ましくはそれよりも高い。

さらなる実施形態において、質量分析計のためのインターフェースは、第２のセラミック材料から作製される第２のセラミック管内に、第１のセラミック材料から作製される第１のセラミック管を含む。入口オリフィスから出口オリフィスへと延在している第１のセラミック管内の内孔、および、第２のセラミック管を加熱するための任意選択のヒータが存在する。第２のセラミック材料の電気抵抗率は、室温から２２５℃までにおいて、第１のセラミック材料の電気抵抗率よりも少なくとも２桁高い。また、第２のセラミック材料の熱伝導率は、室温から２２５℃までにおいて、一般的に少なくとも第１のセラミック材料の熱伝導率と同程度の高さで、通常好ましくはそれよりも高い。

別の実施形態は、第１の段に取り付けられているイオンガイドを有する第２の段、および、第２の段に取り付けられている質量分析器を有する第３の段を有する質量分析計の第１の段に、入口において取り付けられているインターフェースを備える質量分析計システムである。インターフェースは、入口オリフィスを有する前部片と、出口オリフィスを有する端部片とを有する。インターフェースは、前部片から端部片へと延在している第１のセラミック材料から作製される第１のセラミック管と、入口オリフィスから端部片内の出口オリフィスへと延在している第１のセラミック管の内側にある内孔とを有する。インターフェースはまた、第１のセラミック管を取り囲む第２のセラミック材料から作製される第２のセラミック管をも有する。室温において、第２のセラミック材料の電気抵抗率は、第１のセラミック材料の電気抵抗率よりも少なくとも２桁高く、第２のセラミック材料の熱伝導率は、一般的に少なくとも第１のセラミック材料の熱伝導率と同程度の、通常好ましくはそれよりも高い。

別の実施形態は、質量分析計のためのインターフェースである。インターフェースは、入口オリフィスを有する前部コーンと、出口オリフィスを有する端部片とを有する。インターフェースは、入口オリフィスから出口オリフィスへと延在している内孔を形成する、入口オリフィスから出口オリフィスへと延在している、交互になったセラミックワッシャおよび金属ワッシャから成る管を有する。インターフェースはまた、約２−５ｋＶの絶対値を有する、前部コーンの電位と端部片の電位との間の電位差を維持する高電圧電源をも有する。高電圧電源は、抵抗器のネットワークを介して、前部コーンにおける２−５ｋＶまたはほぼ−５ｋＶから、端部片における接地またはほぼ接地にまで及ぶカスケード電位電圧を、金属ワッシャの各々に分配する。インターフェースはまた、金属ワッシャの各々にＲＦ信号を与えるＲＦ電源をも有する。各金属ワッシャに印加されるＲＦ信号は、その近接するワッシャに印加されるＲＦ信号と、１８０°位相がずれている。セラミックワッシャは、約１０^７Ω−ｃｍを上回る電気抵抗率および約１Ｗ／ｍ−Ｋを上回る熱伝導率を有するセラミック材料から作成される。

別の実施形態は、入口オリフィスを有する前部片と、出口オリフィスを有する端部片とを有する、質量分析計のためのインターフェースである。インターフェースはまた、内孔を有する内側セラミック管をも有する。内孔は、前部コーンにある入口オリフィスから端部片にある出口オリフィスへと延在している。内側セラミック管は、高い電気抵抗率および高い熱伝導率を有する第１のセラミック材料から作製される。リング電極が、その長さにそって内側セラミック管を取り巻いている。高電圧ＤＣ電源が、リング電極の各々にカスケードＤＣ電圧を印加する。インターフェースはまた、内側セラミック管を包囲しており、内側セラミック管と熱的に接触している、第２のセラミック材料から作成される中間セラミック管をも有する。中間セラミック管は、埋め込みヒータを有する。第２のセラミック材料の室温抵抗率は、第１のセラミック材料の室温電気抵抗率よりも少なくとも１桁高い。また、第２のセラミック材料の室温熱伝導率は、一般的に少なくとも第１のセラミックの熱伝導率と同程度の高さで、通常好ましくはそれよりも高い。

別の実施形態は、入口オリフィスを有する前部コーンと、出口オリフィスを有する端部片とを有する、質量分析計のためのインターフェースである。インターフェースはまた、内孔を有する内側セラミック管をも有する。内側セラミック管は、前部コーンにある入口オリフィスから端部片にある出口オリフィスへと延在している。内側セラミック管は、高い電気抵抗率および高い熱伝導率を有する第１のセラミック材料から作製される。リング電極が、その長さにそって内側セラミック管を取り巻いている。高電圧ＤＣ電源が、リング電極の各々にカスケードＤＣ電圧を印加する。第２のセラミック材料から作成される第１の中間セラミック管は、内側セラミック管の第１の部分を包囲しており、内側セラミック管の第１の部分と熱的に接触している。第２のセラミック材料から作成される第２の中間セラミック管は、内側セラミック管の第２の部分を包囲しており、内側セラミック管の第２の部分と熱的に接触している。第１の中間セラミック管は、第１の埋め込みヒータを組み込んでおり、第２の中間セラミック管は、第２の埋め込みヒータを組み込んでいる。第１の埋め込みヒータおよび第２の埋め込みヒータは、互いに独立して制御される。室温において、第２のセラミック材料は、第２の電気抵抗率は、第１のセラミック材料の電気抵抗率よりも少なくとも１桁高い電気抵抗率、および、一般的に少なくとも第１のセラミック材料の熱伝導率と同程度の、通常好ましくはそれよりも高い熱伝導率を有する。

別の実施形態は、前部コーンおよび端部片を有するインターフェースである。インターフェースは、前部コーンから端部片へと延在している内孔を有する内側セラミック管を有する。内孔は、入口オリフィスおよび出口オリフィスを有する。内側セラミック管は、高い電気抵抗率および高い熱伝導率を有する第１のセラミック材料から作製される。インターフェースは、第１の極性において前部コーン、ならびに、前部コーンと電気的および熱的に接触している前部電極に電気的に接続されており、第１の極性と反対の第２の極性において、端部片に電気的に接続されている高電圧ＤＣ電源を有する。インターフェースはまた、内側セラミック管を包囲しており、内側セラミック管と熱的に接触している、第２のセラミック材料から作成される中間セラミック管をも有する。室温において、第２のセラミック材料は、第１のセラミック材料の電気抵抗率よりも少なくとも１桁高い電気抵抗率、および、一般的に少なくとも第１のセラミック材料の熱伝導率と同程度の、通常好ましくはそれよりも高い熱伝導率を有する。

実施形態の他のシステム、方法、特徴および利点は、以下の図面および詳細な説明を考察することによって、当業者に明らかであるか、または明らかとなろう。すべてのこのような追加のシステム、方法、特徴および利点が本説明および本要約内に含まれ、本実施形態内に含まれるとともに、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図されている。

実施形態は以下の図面および説明を参照すると、よりよく理解されることができる。図面内の構成要素は、必ずしも縮尺しておらず、むしろ本実施形態の原理を説明していることが強調されるものである。その上、図面において、同様の参照符号は、異なる複数の図全体を通じて対応する部分を指定している。

電気スプレー噴霧器を介して質量分析計に結合されている液体クロマトグラフを示すブロック図である。 質量分析計システム上に取り付けられている電気スプレーインターフェースの一実施形態の平面拡大図を示す概略図である。 電気スプレーインターフェースの一実施形態の断面図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の断面図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の断面図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の断面図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の断面図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の断面図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の断面図である。 図３Ａに示されている電気スプレーインターフェースの実施形態の構成要素を示す概略図である。 図３Ｂに示されている電気スプレーインターフェースの実施形態の構成要素を示す概略図である。 図３Ｃに示されている電気スプレーインターフェースの実施形態の構成要素を示す概略図である。 図３Ｄに示されている電気スプレーインターフェースの実施形態の構成要素を示す概略図である。 電気スプレーインターフェースの代替的な実施形態の図である。 ヒータコイルを有する、図５Ａに示されている電気スプレーインターフェースと同様の電気スプレーインターフェースの図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。 外部シールドおよび中間セラミック管を通じて金属電極に電源を電気的に接続するために使用される電気コネクタを示す分解図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。 電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。

電気的に接地されている電気スプレーのためのインターフェースの実施形態の本明細書における開示は、本明細書に記載されている特定の実施形態に限定されるべきではない。むしろ、本開示は、質量分析計に対する任意のインターフェース、または、本明細書に記載されており、特許請求の範囲において列挙されている特徴のいくつかを含む他の機器に適用されてもよい。

図１は、電気的に接地されている電気スプレーを利用する質量分析計システムの概略図である。図１は、電気スプレー噴霧器１０１を流れ出て、噴霧器１０１からの出力と電気的に接地されている電気スプレーインターフェース２００の一実施形態との間の大気領域へと入る帯電液滴、クラスタおよびイオン１３０を示す。電気スプレーインターフェース２００は、質量分析計システム１００への入口に取り付けられている。噴霧器１０１の先端は接地またはほぼ接地にある。図１において、噴霧器１０１は、電気スプレーインターフェース２００の中心軸に対して軸方向に向けられているが、他のシステムにおいて、噴霧器１０１は、電気スプレーインターフェースの軸に対して別の角度に向けられてもよい。電気スプレー内で正電荷を帯びた液滴およびイオンを生成するために、電気スプレーインターフェース２００の前部コーン２０１は、たとえば、−２ｋＶから−５ｋＶの範囲内の高い負電位に保持され得る。噴霧器１０１の出力と前部コーン２０１との間の電位差によって生成される電界によって課されるストレスが、噴霧器１０１を流れ出る液体を、強く正電荷を帯びた液滴、クラスタおよびイオンの電気スプレーに分解する。

システムはまた、正電荷を帯びた液滴、クラスタおよびイオンを生成する代わりに、負電荷を帯びた液滴、クラスタおよびイオンを生成するためにも使用されてもよい。負電荷を帯びた液滴、クラスタおよびイオンを生成するために、前部コーン２０１は、たとえば、＋２ｋＶから＋５ｋＶの範囲内で、接地に対して高い正電位に保持され得る。その事例において、電界によって課されるストレスは、噴霧器１０１を流れ出る液体を、強く負電荷を帯びた液滴、クラスタおよびイオンの電気スプレーに分解する。利便性および一貫性のために、質量分析計システムは本明細書においては正電荷を帯びた液滴、クラスタおよびイオンを生成および操作するように記載されているが、この記載は、噴霧器と電気スプレーインターフェースの前部コーンとの間に印加される電圧の極性を逆転させることによって、負電荷を帯びた液滴、クラスタおよびイオンを生成および操作するためのシステムに適用されてもよい。一般的に、質量分析計１００の要素に印加される様々な他の電圧の極性は、同時に逆転される必要がある。

質量分析計の第１の段１０６内のチャンバは低圧、たとえば、５０トルを下回る圧力、好ましくは１から１０トルの範囲内に維持されるため、噴霧器１０１の出力における大気圧領域と、質量分析計の第１の段内のチャンバ内の低圧との間の圧力差が、大気圧領域内のガスが、インターフェース２００内の内部通路または孔２１１（下記に説明される）を通じてインターフェース２００の前部コーン２０１内へ、および、質量分析計システム１００の第１のチャンバ１０６内へと流れこむようにする。このガスの流れは、液滴、クラスタおよびイオン１３０の少なくともいくらかが前部コーン２０１内のオリフィスを通過して、質量分析計システム１００の第１の低圧チャンバ１０６へと導く電気スプレーインターフェース２０１の内孔２１１へと入るように、電気スプレーされた液滴、クラスタおよびイオンを運ぶ。

イオンがチャンバ１０６に入った後、それらのイオンは、スキマ１０７およびイオンガイド１０４を通過して、分析のために質量分析器１１５に入るように、質量分析計システム内の電界およびガス流によって方向付けられる。ポンプ１０８、１０９および１１０が、チャンバ１０６、１１２および１１３内で所望される圧力を維持するように使用される。電気絶縁リング１１１が、チャンバ１０６および１１２の壁からスキマ１０７を絶縁し、チャンバ１１２からチャンバ１０６を絶縁するように使用される。

液滴脱溶媒和を補助し、イオン採取オリフィスを清浄に保持するのを助けるために、大気イオンインターフェース内で逆流ガス流が使用されることが多い。たとえば、引用により本明細書に組み込まれている米国特許第５，５８１，０８０号の図１は、そのようなそのような乾燥ガスの使用を示している。

図２は、質量分析計システム上に取り付けられている電気スプレーインターフェースの平面拡大図を示す概略図である。噴霧器１０１は接地（図示されているように）またはほぼ接地に保持される。この例において、噴霧器１０１は、電気スプレーインターフェースの中心軸に対して一定の角度に向けられている。上記で説明されたように、前部コーン２０１が噴霧器に対して−２ｋＶから−５ｋＶのような高い負電位に保持されるとき、液滴、クラスタおよびイオン１３０は、一般的に正電荷を帯びる。前部コーン２０１が、前部コーン２０１に対して＋２ｋＶから＋５ｋＶのような高い正電位に保持されるとき、負電荷を帯びた液滴、クラスタおよびイオン１３０が生成される。質量分析計システム１００のチャンバ１０６、１０４、および１１３は接地またはほぼ接地に保持されるため、電気スプレーインターフェース２００の前部コーン２０１と端部片２０５との間には約２ｋＶから約５ｋＶの電位差がある。下記に説明されるように、この電位差が、帯電液滴、クラスタおよびイオンの質量分析計システム１００のチャンバ１０６内への流れに対抗する、それらの帯電液滴、クラスタおよびイオンに対する力を生成する電界を発生する。したがって、中性ガス分子の流れは、この対抗力を克服し、液滴、クラスタおよびイオンがチャンバ１０６に入ることを可能にするのに十分でなければならない。したがって、チャンバ１０６内の圧力は、中性ガス分子の流れが、電気スプレーインターフェース２００にわたる電界を克服し、孔２１１を通じてチャンバ１０６内へと帯電液滴、クラスタおよびイオンを取り込むことを可能にするのに十分に低くなければならない。

基本的にイオンおよび中性粒子のみが電気スプレーインターフェースの対向端から現れ、チャンバ１０６内へと入るように、孔２１１に入る液滴およびクラスタを脱溶媒和するように、ヒータコイル２０４およびヒータ電源２２０が、電気スプレーインターフェース２００内の孔２１１を加熱する。上記引用により組み込まれている、Ｔｏｍａｎｙらに対する米国特許第５，３０４，７９８号において、液滴およびクラスタの脱溶媒和が記載されている。ポンプ１０８が、中性粒子のほぼすべてを排出する。

図３Ａは、質量分析計に対する電気スプレーインターフェースの一実施形態の断面図である。図３Ａに示されている実施形態において、電気スプレーインターフェース２００は、電気スプレー噴霧器１０１から流れる帯電粒子を受け入れるように配置されている入口オリフィス２１０を有する前部コーン２０１を有する。第１のセラミック管２０３は、オリフィス２１０から端部片２０５へ、また、端部片２０５を通じて端部片２０５内の出口オリフィス２１２へと延在している内孔２１１を有する。前部コーン２０１および端部片２０５は、ステンレス鋼、または、同様に導電性かつ熱伝導性で耐食性の他の材料から作製されてもよい。

図３Ａに示されているように、第１のセラミック管２０３は、前部コーン２０１と端部片２０５との間に延在している。第１のセラミック管２０３は、第１のセラミック材料から作製される。第１のセラミック管は、同じく図３Ａに示されているように、第２のセラミック材料から作製される第２のセラミック管２０２の中心に保持される。いくつかの実施形態において、ヒータコイル２０４が、第２のセラミック管２０２の周囲に巻装されている。ヒータコイル２０４は、質量分析計による分析のために出口オリフィス２１２を通じて端部片２０５を出る個々のイオンが生成されるように、前部コーン２０１に入る液滴およびクラスタを脱溶媒和するのに十分な温度に、内孔２１１を維持するために使用され得る。内孔は、６５℃から２２５℃の範囲内、たとえば、１００℃から１８０℃の範囲内の温度に保持され得る。

図３Ａに示されている例において、第２のセラミック管２０２は、その端部に直径の大きいディスクを有し、それによって、第２のセラミック管２０２とその端部にあるディスク２１３および２１４はともに、その周囲にヒータコイル２０４が巻装され得るボビンを形成する。しかしながら、図３Ｂに示されているように、ヒータコイル２０４は、ディスク２１３および２１４なしで第２のセラミック管２０２の周囲に巻装されてもよい。代替的に、ヒータコイル２０４は、図３Ｃに示されているように、セラミック管２０２内の溝の周囲に巻装されてもよい。

第２のセラミック管２０２はまた、第２のセラミック管２０２の周囲に巻装された別個のヒータコイルを有する代わりに、埋め込みヒータ要素２４０で作製されてもよい。この実施形態の例が、図３Ｄに概略的に示されている。たとえば、Ｗａｔｌｏｗ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙは、第２のセラミック管と加熱要素との組み合わせとして使用され得る、熱的に整合された埋め込み加熱要素を有するＡｌＮセラミックヒータを製造している。

任意選択的に、上記で説明された実施形態にいずれかにおいて、ヒータコイル２０４または加熱要素２４０は、図３Ａ−図３Ｄおよび図４Ａ−図４Ｄに示されているような、電気的かつ熱的に絶縁性を有する円筒保護カバー２５０によって纏着されてもよい。たとえば、円筒カバー２５０は、ヒータコイル２０４または加熱要素２４０を取り囲むような寸法にされている磁器外殻であってもよい。他の実施形態において、電気的かつ熱的に絶縁性を有する円筒保護カバー２５０は、たとえば、図３Ｅおよび図３Ｆに示されているように、省かれてもよい。図３Ｆに示されているように、第２のセラミック管２０２は、その長さに沿って前部コーン２０１と実質的に同じ外周を有することができる。

ヒータコイル２０４および／または加熱要素２４０は、本明細書において記載されている実施形態のいずれかにおいて任意選択である。図３Ｅ、図３Ｆおよび図３Ｇに示されているように、たとえば、インターフェース２００は、ヒータコイルまたは加熱要素を備えず、前部コーン２０１と、第１のセラミック管２０３と、第２のセラミック管２０２と、端部片２０５と、任意選択的に円筒カバー２５０（図３Ｇに示されている）とを含むことができる。そのような実施形態において、カバー２５０はまた、たとえば、図３Ｅおよび図３Ｆに示されているように、任意選択である。これらの実施形態、および、加熱コイルまたは加熱管を含まない他の実施形態において、熱は、端部片から直に、かつ／または、第２のセラミック管を通じて第１のセラミック管に伝達され得る。

インターフェースは、たとえば、質量分析計の第１のチャンバ１０６に端部片２０５をボルト締めまたは他の様態で取り付けることによって、質量分析計のソースブロック上に取り付けられ得る。端部片２０５および質量分析計は、接地またはほぼ接地に維持される。上記で述べられたように、インターフェース２００の前部コーン２０１は高電圧に保持される。

前部コーン２０１と端部片２０５との間の電位差が、第１のセラミック管２０３の内孔２１１を通る帯電粒子の動きを阻止する電界を生成する。その理由から、内孔２１１の内径および長さは、内孔２１１を通るガスの流れが帯電粒子に対して、それらの帯電粒子が阻止する電界を克服しなければならないにもかかわらず内孔２１１を通過して質量分析計の第１の段内の低圧チャンバ１０６内に入るように、十分な力を発揮するように選択されるべきである。一般的に、内孔２１１の長さは、１ｃｍから４ｃｍの範囲内、たとえば、約２ｃｍであり、内孔２１１の内径は約０．２ｍｍと約１ｍｍとの間であり、これらの数値を含む。

第２のセラミック管２０２の長さは、第１のセラミック管２０３の長さに実質的に一致する。第１のセラミック管２０３の長さは、内孔２１１の長さに一致する。第１のセラミック管２０３の外径は一般的に、１．０ｍｍから３ｍｍに及び得る。第２のセラミック管２０２の外径は、たとえば、３ｍｍから１５ｍｍに及び得る。

前部コーン２０１と管２０３との間、および、管２０３と端部片２０５との間の電気的接触および非漏出性を保証するには多くの方法がある。これらの方法は、限定されないが、導電性エポキシ、圧入、および、管２０３の端部の金属化の利用を含む。

図４Ａは、組み立てられる前の、図３Ａに示されている電気スプレーインターフェース２００の主要構成要素のいくつかを示す概略図である：ヒータコイル２０４、第２のセラミック管２０２（この例においては、端部ディスク２１３および２１４とともにボビンを形成している）、端部片２０５、第１のセラミック管２０３および前部コーン２０１。

第１のセラミック管２０３に沿った前部コーン２０１から端部片２０５までの電位勾配は、不均一な電位勾配からもたらされることになる、局所的に急峻な勾配が生成されてしまうことを回避するように、可能な限り一定であるべきである。第２のセラミック管の高い抵抗率は、第１のセラミック管から金属ヒータを絶縁し、したがって、金属ヒータコイル自体がこの電位勾配の均一性を乱すことを防止する。

第２のセラミック管の電気抵抗率は、第１のセラミック管の電気抵抗率よりも２桁または３桁高いため、第１のセラミック管から第２のセラミック管へと流れることができる電流は、第１のセラミック管に沿って流れる電流よりもはるかに小さい。一般的に、第１のセラミック管に沿って流れる電流は非常に小さく、たとえば、０．０１ミリアンペア程度であり、概して０．１ミリアンペアを下回る。

また、第１のセラミック管の抵抗率は温度に大きく依存するため、第１のセラミック管の温度は、第１のセラミック管がその長さに沿って相対的に均一な抵抗率を有するように、第１のセラミック管の長さに沿って可能な限り均一に維持されるべきである。そのように第１のセラミック管の抵抗率がその長さに沿って相対的に均一であることは、前部コーン２０１から端部片２０５への電位勾配が可能な限り均一であることを保証する役割を果たす。第１のセラミック管に沿った温度の均一性は、第１のセラミック管および第２のセラミック管に使用される材料の熱伝導率を制御することによって維持される。

第１のセラミック管を作製するために使用される第１のセラミック材料および第２のセラミック管を作製するために使用される第２のセラミック材料は、室温において両方共良好な電気絶縁体であるべきである。一方で、第２のセラミック材料の室温における電気抵抗率は、第１のセラミック材料の室温における電気抵抗率よりも少なくとも２桁高くあるべきであり、３桁またはそれよりも高くてもよい。これによって、ヒータコイルが、第１のセラミック管および前部コーンから十分に電気的に絶縁されることが保証される。たとえば、第１のセラミック材料の室温における電気抵抗率は、１０^６から１０^１２Ω−ｃｍの範囲内であってもよく、室温における第２のセラミック材料の電気抵抗率は、１０^１２から１０^１５Ω−ｃｍの範囲内であってもよい。室温における第２のセラミック材料の電気抵抗率は、第１のセラミック材料の室温における電気抵抗率よりも少なくとも１桁、さらには２桁高くあるべきであり、この差は、インターフェースの意図される動作温度範囲全体にわたって継続すべきである。

セラミック材料の電気抵抗率は一般的に温度の増大に応じて低減するため、下記に説明される材料のような、相対的に高い熱伝導率を有するセラミック材料を使用することによって、第１のセラミック管の抵抗率が内孔の長さに沿ってほぼ一定であることが保証される。第１のセラミック管に沿って抵抗率をほぼ一定にすることによって、管に沿った電位勾配が、第１のセラミック管の前端（２−５ｋＶ）から第１のセラミック管の後端（接地またはほぼ接地）までほぼ一定であることが保証される。これによって、結果として、第１のセラミック管の内孔に沿ったイオンの流れを減速、停止または逆転させることができるような十分に強く阻止する局所電界を生じさせる、不均一な勾配を持つことが回避される。

第１のセラミック材料の熱伝導率は、相対的に高くあるべきであり、たとえば、１Ｗ／ｍ−Ｋを上回るべきである。たとえば、第１のセラミック材料の熱伝導率は、約２−２．５Ｗ／ｍ−Ｋ以上であり得る。第２のセラミック材料の熱伝導率は、一般的に少なくとも第１のセラミック材料の熱伝導率と同程度の高さで、通常好ましくはそれよりも高くあるべきであり、１桁高くてもよく、たとえば、２０Ｗ／ｍ−Ｋを上回ってもよい。第２のセラミック材料の熱伝導率は、たとえば、７０−１００Ｗ／ｍ−Ｋ以上であり得る。第１のセラミック材料および第２のセラミック材料の熱伝導率が高いことによって、内孔２１１を通じて流れる液滴、クラスタおよびイオンが、入口オリフィス２１０から内孔２１１を通じて出口オリフィス２１２へと流れるときに受ける温度が相対的に均一になることが保証される。また、ヒータコイル２０４が第２のセラミック管２０２の周囲に巻装されるため、第１のセラミック材料の熱伝導率と比較して第２のセラミック材料の熱伝導率がより高くなることによって、第１のセラミック管の温度がほぼ均一になることが保証される。この結果として、第１のセラミック管の長さに沿った抵抗率がほぼ均一になり、翻って、第１のセラミック管に沿った前部コーンから端部片までの電位勾配が相対的に均一であることが保証される。

第１のセラミック材料として使用され得る材料の好例は、ジルコニアである。純粋なジルコニアは、１０^１２Ω−ｃｍほどの高さに及び得る電気抵抗率を有する。１０^８から１０^１２Ω−ｃｍの範囲内の電気抵抗率を有し得るイットリア混合ジルコニアもまた、第１のセラミック材料に使用されてもよい。他のジルコニア混合物も使用されてもよい。ジルコニアの様々な混合物の報告されている熱伝導率は、２から２．５Ｗ／ｍ−Ｋに及ぶ。特定のニッケル亜鉛フェライトも、適切な候補であり得る。例は、ニューヨーク州ワールキル所在のＦａｉｒ−Ｒｉｔｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって製造されている、それらのタイプ６８．６７．６１、５２、５１、４４、４６、および４３のような、フェライト材である。特定の特殊ガラスも適切な電気的特性を保持するが、それらは所望される機械的特性および熱的特性を欠く場合がある。例は、カリフォルニア州サンタパウラ所在のＡｂｒｉｓａ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって製造されているもののような、ソーダ石灰ガラスおよびアルミノケイ酸ガラスである。日本国東京所在のＡｒｉａｋｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｃｏｍｐａｎｙによって販売されているもののようなフッ素金雲母ベースのセラミックも使用可能である。炭化ケイ素も、ジルコニアほど抵抗率は高くない（１０^５から１０^８Ω−ｃｍ）が、より高い熱伝導率（６０から２００Ｗ／ｍ−Ｋ）を有し、使用され得る。コロラド州ゴールデン所在のＣｏｏｒｓｔｅｋによって販売されている、アルミナベースのものを含む、ＥＳＤ−ｓａｆｅセラミックの系統もあり、それらのほとんどは適切な特性を有する。

窒化アルミニウムは、第２のセラミック材料として使用され得る材料の好例である。窒化アルミニウムは、１０^１２から１０^１５Ω−ｃｍに及び得る電気抵抗率および７０Ｗ／ｍ−Ｋを上回って及び得る熱伝導率を有する。別の例として、Ｓｈａｐａｌ Ｈｉ−Ｍ ｓｏｆｔが、第２のセラミック材料として使用されてもよい。Ｓｈａｐａｌ Ｈｉ−Ｍ ｓｏｆｔは、窒化アルミニウムおよび窒化ホウ素から成る複合焼結体であり、１０^１５Ω−ｃｍの電気抵抗率を有することが報告されており、９２Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有することが報告されている。Ｓｈａｐａｌ Ｈｉ−Ｍ ｓｏｆｔは、Ｇｏｏｄｆｅｌｌｏｗ ＵＳＡ（ペンシルバニア州コラポリス）またはＰｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｃｅｒａｍｉｃｓ ＵＳ（フロリダ州タンパ）から入手可能である。約２５−３５Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率および１０^１５Ω−ｃｍを上回る電気抵抗率を有し得るサファイアが、第２のセラミック材料として使用されてもよい別の材料である。約３０Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率および１０^１４Ω−ｃｍを上回る電気抵抗率を有し得る窒化ケイ素が、第２のセラミック材料として使用されてもよい別の材料である。

日本国のＮＧＫ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ， Ｌｔｄによって開発された中抵抗率窒化アルミニウムとして知られている組成のような、窒化アルミニウムの特定の組成も、第１の材料として使用され得る。

図５Ａは、電気スプレーインターフェースの代替的な実施形態の概略図である。電気スプレーインターフェース５００のこの実施形態は、セラミック管を使用する代わりに、内孔５１１を形成するために、交互になった金属ワッシャ５０２およびセラミックワッシャ５０３から構成されている管５０４を使用する。この電気スプレーインターフェースは、電気スプレーインターフェースの入口オリフィス５１０を有する前部コーン５０１と、端部片５０５とを含む。前部コーン５１０および端部片５０５は、ステンレス鋼、または、同様に導電性かつ熱伝導性で耐食性の別の材料から作製されてもよい。

図１−図４の実施形態におけるように、この実施形態の前部コーン５０１は、２ｋＶから５ｋＶの範囲内の高い電圧に保持される。この電位電圧は、正電荷を帯びたイオンを生成するためには負であり、負電荷を帯びたイオンを生成するためには正である。端部片５０５は質量分析計１１０の第１のチャンバに取り付けられ、それゆえ、接地またはほぼ接地にある。図５Ａに示されているように、抵抗器５２３がそれらのそれぞれの金属ワッシャに接続されており、したがって、前端における２−５ｋＶから後端における接地またはほぼ接地まで及ぶカスケード電位電圧を、金属ワッシャ５０２の各々に分配する。したがって、前部コーンに隣接している金属ワッシャは２−５ｋＶの電位にあり、端部片５０５に隣接している金属ワッシャは接地またはほぼ接地にあり、中間のワッシャは中間電位にある。この抵抗器のネットワークは、各金属ワッシャに印加される電位電圧を制御する。たとえば、抵抗器５２３の各々が同じ値を有する場合、電位電圧は、前端にある電源５２０によって与えられる２−５ｋＶから対向端における接地またはほぼ接地まで概ね一定の勾配で降下することになる。第１の実施形態におけるように、図５Ａに示されている電気スプレーインターフェースの実施形態は、管５０４の孔５１１を通るイオンの流れを遅延または逆転させ得る電位のいかなる急峻な勾配も有しない。

図５Ａに示されているように、ＲＦ源５２１が、キャパシタ５２２および電気接続５２４を介して隣接する金属ワッシャに反対の極性の電位電圧を印加する。ＲＦ源５２１は、１００−５００ボルトの範囲内の振幅で、０．１ＭＨｚから３ＭＨｚの範囲内、たとえば、１ＭＨｚ−２ＭＨｚの周波数を有し得る。たとえば、電気接続５２４を介して４番目の金属ワッシャ（左から数えて）に印加されるＲＦ信号は、電気接続５２５を介して５番目の金属ワッシャに印加されるＲＦ信号に対して、１８０°位相がずれている。このＲＦ信号は、内側管の壁に衝突するイオンまたは他の粒子の数を低減する役割を果たす。イオンの、内側管の壁との衝突は、衝突が、それらのイオンが質量分析計システム内の質量分析器に達するのを阻害し、したがって、質量分析計システムの感度を低減するため、望ましくない。インターフェース５００はまた、ＲＦ電位を印加することなく（および関連付けられるキャパシタなしで）動作することもできる。しかしながら、その事例においては、壁衝突に起因してより多くのイオンが失われる場合がある。

ワッシャ５０２は、ステンレス鋼のような導電性かつ熱伝導性の材料から作成される金属電極である。ワッシャ５０３は、ジルコニア、サファイア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、Ｓｈａｐａｌ Ｈｉ−Ｍ ｓｏｆｔもしくは窒化アルミニウム、または、電気絶縁体（もしくは少なくとも抵抗が高い）であるとともに、熱伝導性でもある他の材料のようなセラミック材料から作成されるセラミック絶縁体である。セラミックワッシャは熱伝導性であるため、内孔５１１を通じて進行するイオンは、それらが内孔５１１を通過するときに、相対的に均一な温度を受ける。セラミック材料の電気抵抗率は、少なくとも約１０^７Ω−ｃｍであるべきであり、このセラミック材料の熱伝導率は少なくとも１Ｗ／ｍ−Ｋ、好ましくは２−２．５Ｗ／ｍ−Ｋまたはそれ以上であるべきである。

ワッシャ５０２および５０３の中心にある穴は、電気スプレーインターフェース５００を貫通する孔５１１があるように、互いと、および、前部コーン５０１内のオリフィス５１０と整列する。ワッシャは、それらの中心に内径０．２から１ｍｍの穴を有し、３−１０ｍｍの範囲内の外径を有してもよい。金属ワッシャ５０２の厚さは一般的に０．２−０．３ｍｍの範囲内、たとえば、０．２５ｍｍである。セラミックワッシャ５０３の厚さは一般的に０．５−１．０ｍｍの範囲内、たとえば、０．７５ｍｍである。図５Ａは、金属ワッシャの０．２５ｍｍおよびセラミックワッシャの０．７５ｍｍに基づいて、約１２．２５ｍｍの合計長さについて、金属−セラミック−金属ワッシャの合計１２個の「サンドイッチ」を示している。しかしながら、そのような「サンドイッチ」の総数は、８から２０またはそれ以上に及んでもよく、インターフェース５００の全長は、約８ｍｍから約３０ｍｍまたはそれ以上に及び得る。図５Ａに示されているように、組み立てられた一連の金属ワッシャおよびセラミックワッシャは、それを通じて液滴、クラスタおよびイオンが流れることができる内孔５１１を有する管５０４を形成する。

前部コーン５０１、金属ワッシャ５０２、セラミックワッシャ５０３および端部片５０５は、整列および機械的耐久性を保証するための適切な手段によってともに接合され得る。また、孔２１１および５１１は図面においては円筒形であるとして図示されているが、それらは他の形状を有してもよい。たとえば、孔２１１および５１１は概ね矩形のスリットとして作製されてもよい。それらはまた、複数の孔に置き換えられてもよい。さらに、管２０３および５０４は図面においては円筒形であるとして図示されているが、それらの外面は異なる形状を有してもよい。

図５Ａに示されている実施形態と同様の実施形態は、液滴およびクラスタが内側管５０４を通じて流れるときに、それらの脱溶媒和を補助するためのヒータを組み込むことができる。ヒータは、図５Ｂに示されているように、内側管５０４の周囲に巻装された電気的に絶縁されたヒータコイル５６５であってもよい。円筒外部シールド５５０が、ヒータコイル５６５を保護するために使用されてもよい。金属ワッシャ５０２への電気接続に対応する適切な手段を用いて、Ｓｈａｐａｌ Ｈｉ Ｍ ｓｏｆｔのような高熱伝導性セラミックから作成される管または外殻５５１が、コイル５６５からの熱のさらなる分配を促進するために、ヒータコイル５６５と管５０４との間に置かれてもよい。熱伝導性セラミックワッシャ５０４を、熱伝導性金属電極ととともに使用することによって、内孔５１１に沿った温度が相対的に均一であることも保証される。

図６は、電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。この実施形態において、電気スプレーインターフェース６００は、マイナス２−５ｋＶ電源からの電圧を、セラミック内側管６５０を取り巻くリング電極６０４に分配する抵抗器６２３のネットワークを有する。セラミック内側管６５０は、上記で説明された第１のセラミック材料から作製されてもよい。たとえば、セラミック内側管６５０は、ジルコニア、イットリア／ジルコニア混合物、別のジルコニア混合セラミック、または、高い電気抵抗率と高い熱伝導率の両方を有する別のセラミック材料から作製されてもよい。内側管６５０は、前部コーン６０１にあるオリフィス６１０付近から、端部片６０５にある出口オリフィス６１１付近まで延在している。電気スプレーインターフェース６００に入るイオンおよび帯電粒子は、内孔６１２を通るガス流によって取り込まれ、入口オリフィス６１０から進行して、イオンとして出口オリフィス６１１から出る。リング電極６０４の数および間隔、および個々の抵抗器６２３の値は、電気スプレーインターフェースの前部コーン端から電気スプレーインターフェースの端部片端までの内側管６５０にわたる電圧降下に適合するように選択され得る。

中間セラミック管６５２は、上記で説明された第２のセラミック材料から作成されてもよい。たとえば、中間セラミック管は、ＡｌＮまたはＳｈａｐａｌ Ｈｉ−Ｍ ｓｏｆｔから作製されてもよい。中間セラミック管は、埋め込みヒータ要素６３０を含んでもよい。ガラスまたは磁器のような良好な熱的かつ電気的絶縁体から作成される外側セラミック管６５１は、電気スプレーアセンブリにわたる保護シールドを提供する。

リング電極６０４には、金属フィルム、セラミック管に対して圧入される２つの半円から作成される別個の金属リング、周縁金属リング、または、セラミック管の周縁に高電位を印加するための任意の他の適切な手段を置かれ得る。

図７は、概して図６に示されている実施形態と同様であるが、図６の実施形態にあるような周縁電極の代わりに埋め込みリング電極７０４を使用する電気スプレーインターフェースの一実施形態を示す。入口オリフィス７１０に入るイオンおよび他の帯電粒子は、内孔７１２を通るガス流によって取り込まれ、セラミック管７５０を通って進行して、オリフィス７１１を出る。マイナス２−５ｋＶ電源７２０からの電圧が、抵抗器ネットワーク７２３を介して、内側セラミック管７５０内に埋め込まれているリング電極７０４に分配される。内側セラミック管７５０は、ジルコニア、ジルコニア／イットリア混合物のような第１のセラミック材料、または、高い電気抵抗率と高い熱伝導率の両方を有する別のセラミック材料から作成される。内側セラミック管は、高い電気抵抗率と高い熱伝導率の両方を有する、ＡｌＮおよびＳｈａｐａｌ Ｈｉ−Ｍ ｓｏｆｔのような第２のセラミック材料から作成される中間セラミック管と良好に熱的に接触している。中間セラミック管７５２は、上記で説明された第２のセラミック材料から作成されてもよい。中間セラミック管７５２は、埋め込みヒータ要素７３０を含んでもよい。たとえば、中間セラミック管は、ＡｌＮまたはＳｈａｐａｌ Ｈｉ−Ｍ ｓｏｆｔから作製されてもよく、図３Ｄを参照して上記で説明されたヒータ要素のような埋め込みヒータ要素を含んでもよい。ガラスまたは磁器のような良好な熱的かつ電気的絶縁体から作成される任意選択の外側セラミック管７５１は、電気スプレーアセンブリにわたる保護シールドを提供することができる。

図８は、電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。この実施形態において、電気スプレーインターフェース８００は、内側セラミック管８５０を取り巻くリング電極８０４を有する。内側セラミック管８５０は、上記で説明された電気的および熱的特性を有する、ジルコニアまたはイットリア混合ジルコニアまたは別のジルコニア混合物のような材料から作製される。外側セラミック管８５１は、ＡｌＮまたはＳｈａｐａｌ Ｈｉ−Ｍ ｓｏｆｔから作成されてもよく、内孔８１２の内部の温度を６５℃から２２５℃までの範囲内、たとえば、約１００℃から１８０℃までに維持する埋め込みヒータ（図６および図７に概略的に示されている埋め込みヒータなど）を組み込んでいる。帯電粒子が前部コーン８０１内の入口オリフィス８１０に入り、内孔８１２を通じて進行して、端部片８０５内の出口オリフィス８１１を介して出る。帯電粒子が内孔８１２を通じて進行するとき、内孔８１２に入る任意のクラスタおよび液滴は、内孔８１２を出る帯電粒子のほぼすべてがイオンとして出るように、内孔８１２を通じて進行するときに脱溶媒和され得る。

前部コーン８０１におけるほぼマイナス２−５ｋＶ電位から端部片８０５におけるほぼ接地に及ぶＤＣ電位を分配するために、電源８２０が抵抗回路網８２３および抵抗器８２６に適用される。ＲＦ源８２１が、キャパシタ８２２ならびに電気接続８２４および８２５を介して、内側セラミック管８５０を取り巻く電極８０４にＲＦ信号を印加する。この実施形態において、印加されるＲＦ電界の周波数および第１のセラミック材料の抵抗率は、ＲＦ電界の相当部分が内側セラミック管に透過するように選択される。

米国特許第４，０１３，８８７号の式４によれば、材料は、量４πσ／ωε＜１であるとき、材料を通じたＲＦ電界の伝送に関して誘電体のように振る舞い、式中、σは問題の材料の導電率であり、ωはＲＦ電界の角振動数であり、εは材料の誘電率である。混合セラミックについて、異なる供給元からのεおよびσは変化するが、イットリア安定化ジルコニアに関する一般的な値は、ε＝２９およびσ＝１０^８Ω−ｃｍである。ｃｇｓ単位において、この抵抗率は、約１０^−４ｓｅｃ^−１の導電性と等価である。したがって、１０^６ＨｚのＲＦ周波数について、量４πσ／ωεは、実質的に１未満である約６×１０^−４である。したがって、この周波数について、ＲＦ電界は、そのような材料を通じて実質的に伝送されることになる。１０^６Ω−ｃｍの抵抗率について、量４πσ／ωεは、なお実質的に１未満である約６×１０^−２である。したがって、１０^６Ｈｚ以上の周波数は、その抵抗率が１０^６Ω−ｃｍ以上に及ぶ材料を通じて首尾よく伝送され得る。１０^５Ｈｚ以上の周波数は、その抵抗率が１０^７Ω−ｃｍ以上に及ぶ材料を通じて首尾よく伝送され得る。

図９に示されている電気スプレーインターフェース９００は、概して、図８に示されている電気スプレーインターフェース８００と同様であるが、前部コーン９０１と端部片９０５との間にのみ、マイナス２−５ｋＶ電位を印加する。したがって、内側セラミック管９５０の電気抵抗は、前部コーン９０１においてほぼマイナス２−５ｋＶの電位を有し、端部片９０５においてはほぼ接地であり、電位の絶対値は、前部コーン９０１から端部片９０５へと単調に低減する。

この実施形態において、帯電粒子が前部コーン９０１内の入口オリフィス９１０に入り、内側セラミック管９５０の内孔９１２を通じて進行して、端部片９０５内の出口オリフィス９１１を介して出る。帯電粒子は、出口オリフィス９１１を通じて出る帯電粒子のほぼすべてがイオンであるように、埋め込みヒータ（図６および図７に示されている埋め込みヒータなど）を有する外側セラミック管９５１によって加熱される。内側セラミック管９５０に使用される材料は、図８の実施形態において内側セラミック管８５０に使用される材料と同様であってもよく、外側セラミック管９５１に使用される材料は、図８の実施形態において外側セラミック管に使用される材料と同様であってもよい。

ＲＦ源９２１が、キャパシタ９２２ならびに電気接続９２４および９２５を介して、内側セラミック管９５０を取り巻く電極９０４にＲＦ信号を印加する。この実施形態において、印加されるＲＦ電界の周波数および第１のセラミック材料の抵抗率は、ＲＦ電界の相当部分が内側セラミック管に伝送するように選択される。１０^６Ｈｚ以上の周波数は、その抵抗率が１０^６Ω−ｃｍ以上に及ぶ材料を通じて首尾よく伝送され得る。１０^５Ｈｚ以上の周波数は、その抵抗率が１０^７Ω−ｃｍ以上に及ぶ材料を通じて首尾よく伝送され得る。

図１０は、概して図８の実施形態と同様であるが、内側セラミック管を質量分析計の真空システムの第１のチャンバ（図１に示されているチャンバ１０６など）内へと延在させるための円錐セラミック端部片１００６を使用する電気スプレーインターフェースの別の実施形態を示す。

この実施形態において、電気スプレーインターフェース１０００は、内側セラミック管１０６０を取り巻くリング電極１００４を有する。内側セラミック管１０６０は、上記で説明された電気的および熱的特性を有する、ジルコニアまたはイットリア混合ジルコニアまたは別のジルコニア混合物のような材料から作製される。外側セラミック管１０６１は、ＡｌＮまたはＳｈａｐａｌ Ｈｉ−Ｍ ｓｏｆｔから作成されてもよく、内孔１０１２の内部の温度を６５℃から２２５℃までの範囲内、たとえば、約１００℃から１８０℃までに維持する埋め込みヒータ（図６および図７に示されている埋め込みヒータなど）を組み込んでいる。帯電粒子は前部コーン１００１内の入口オリフィス１０１０に入り、内孔１０１２および端部片１００５を通じて進行し、それらが内孔１０１２を通過する間に脱溶媒和されて、セラミック端部コーン１００６内の出口オリフィス１０１１を介してイオンとして出る。セラミック端部コーン１００６は、外側セラミック管１０６１と同じ材料から作成され、内側セラミック管１０６０の端部分と直に熱的に接触しており、また、端部片１００５を介して外側セラミック管１０６０とも熱的に接触している。したがって、セラミック端部コーン１００６は、内側セラミック管１０６０および端部片１００５を通じた熱伝導によって、外側セラミック管１０６１内の埋め込みヒータによって加熱される。帯電粒子が内孔１０１２を通じて進行するとき、内孔１０１２に入る任意のクラスタおよび液滴は、内孔１０１２を出る帯電粒子のほぼすべてがイオンとして出るように、内孔１０１２を通じて進行するときに脱溶媒和され得る。

前部コーン１００１におけるマイナス２−５ｋＶ電位から端部片１００５におけるほぼ接地に及ぶＤＣ電位を分配するために、電源１０２０が抵抗回路網１０２３に適用される。ＲＦ源１０２１が、キャパシタ１０２２ならびに電気接続１０２４および１０２５を介して、内側セラミック管１０６０を取り巻く電極１００４にＲＦ信号を印加する。この実施形態において、印加されるＲＦ電界の周波数および第１のセラミック材料の抵抗率は、ＲＦ電界の相当部分が内側セラミック管に透過するように選択される。１０^６Ｈｚ以上の周波数は、その抵抗率が１０^６Ω−ｃｍ以上に及ぶ材料を通じて首尾よく伝送され得る。１０^５Ｈｚ以上の周波数は、その抵抗率が１０^７Ω−ｃｍ以上に及ぶ材料を通じて首尾よく伝送され得る。

端部コーン１００６は、内孔１０１２を質量分析計の第１の段内へと延在させ、したがって、質量分析計システムの後続のイオンの案内および収束デバイス内への脱溶媒和イオンの効率的な送達を容易にする。また、図１０の実施形態において、内孔１０１２からの出口１０１１内側セラミック管の端部に発生し得る任意の周縁電界からさらに引き離される。したがって、イオンの収束を乱す傾向にあり得る周縁電界からの任意の影響は、内孔１０１２の十分内部で発生し、ここで、平行になったガスの流れが任意の収束を乱す効果を打ち消すことができる。

図１１は、マイナス２−５ｋＶ電位を内側セラミック管１１６０にわたって分配するための抵抗器のネットワークを有しないことを除いて、図１０の実施形態と同様の実施形態を示す。この実施形態において、リング電極１１０４が、内側セラミック管１１６０を取り巻く。内側セラミック管１１６０は、上記で説明された電気的および熱的特性を有する、ジルコニアまたはイットリア混合ジルコニアまたは別のジルコニア混合物のような材料から作製される。外側セラミック管１１６１は、ＡｌＮまたはＳｈａｐａｌ Ｈｉ−Ｍ ｓｏｆｔから作成されてもよく、内孔１１１２の内部の温度を６５℃から２２５℃までの範囲内、たとえば、約１００℃から１８０℃までに維持する埋め込みヒータを組み込んでいる。帯電粒子は前部コーン１１０１内の入口オリフィス１１１０に入り、内孔１１１２および端部片１１０５を通じて進行し、それらが内孔１１１２を通過する間に脱溶媒和されて、セラミック端部コーン１１０６内の出口オリフィス１１１１を介してイオンとして出る。セラミック端部コーン１１０６は、外側セラミック管１１６１と同じ材料から作成され、内側セラミック管１１６０の端部分と直に熱的に接触しており、また、端部片１１０５を介して外側セラミック管１１６０とも熱的に接触している。したがって、セラミック端部コーン１１０６は、内側セラミック管１１６０および端部片１１０５を通じた熱伝導によって、外側セラミック管１１６１内の埋め込みヒータ（図６および図７に概略的に示されている埋め込みヒータなど）によって加熱される。帯電粒子が内孔１１１２を通じて進行するとき、内孔１１１２に入る任意のクラスタおよび液滴は、内孔１１１２を出る帯電粒子のすべてまたはほぼすべてがイオンとして出るように、内孔１１１２を通じて進行するときに脱溶媒和され得る。

電源１１２０が、前部コーン１１０１におけるマイナス２−５ｋＶ電位から端部片１１０５におけるほぼ接地に及ぶＤＣ電位を印加する。ＲＦ源１１２１が、キャパシタ１１２２ならびに電気接続１１２４および１１２５を介して、内側セラミック管１１６０を取り巻く電極１１０４にＲＦ信号を印加する。この実施形態において、印加されるＲＦ電界の周波数および第１のセラミック材料の抵抗率は、ＲＦ電界の相当部分が内側セラミック管に透過するように選択される。

端部コーン１１０６は内孔１１１２を延在させ、したがって、図１に示されている質量分析計システム１００のような質量分析計システム内の後続のイオンの案内および収束デバイス内への脱溶媒和イオンの効率的な送達を容易にする。また、図１０の実施形態におけるように、内孔１１１２からの出口１１１１は、内側セラミック管の端部に発生し得る任意の周縁電界からさらに引き離される。したがって、イオンの収束を乱す傾向にあり得る周縁電界からの任意の影響は、内孔１１１２の十分内部で発生し、ここで、平行になったガスの流れが任意の収束を乱す効果を打ち消すことができる。

図１２は、電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。この実施形態において、内側セラミック管１２５０の抵抗率は、前部中間セラミック管１２５２の温度と、端部中間セラミック管１２５３の温度とを独立して制御することによって、部分的に制御される。前部中間セラミック管１２５２は、埋め込みヒータ１２３０を組み込んでおり、端部中間セラミック管１２５３は、埋め込みヒータ１２３１を組み込んでいる。ヒータ１２３０およびヒータ１２３１は、内側セラミック管１２５０の前部分の温度と、内側セラミック管１２５０の端部分の温度との間に温度差が確立され得るように、互いから独立して制御される。

内側セラミック管１２５０は、第１のセラミック材料と同様の材料から製造され、第１のセラミック材料の特性と同様の電気的および熱的特性を有する。たとえば、内側セラミック管１２５０は、ジルコニア、ジルコニア／イットリア混合物または別のジルコニア混合物から製造されてもよい。上記で説明されたように、そのような材料の抵抗率は温度に強く依存する。前部中間セラミック管１２５２および端部中間セラミック管１２５３は、ＡｌＮまたはＳｈａｐａｌ Ｈｉ−Ｍ ｓｏｆｔのような、第２のセラミック材料の特性と同様の電気的および熱的特性を有する材料から製造されてもよい。外部シリンダ１２５１は、磁器またはガラスのような、良好な電気絶縁体であるとともに良好な断熱材でもある材料から作成されてもよい。

動作時、たとえば、前部中間セラミック管１２５２は、端部中間管１２５３の温度よりも高い温度に維持されてもよい。その場合、内側セラミック管１２５０の前部分にわたってマイナス２−５ｋＶＤＣ電源１２２０によって印加される電位降下は、内側セラミック管１２５０の端部分にわたる電位降下よりも小さくなる。逆に、前部中間セラミック管１２５２が、端部中間管１２５３の温度よりも低い温度に維持される場合、内側セラミック管１２５０の前部分にわたる電位降下は、内側セラミック管１２５０の端部分にわたる電位降下よりも大きくなる。

したがって、図１２の実施形態は、オペレータが、内側セラミック管の複数の異なる部分の温度を制御することによって、前部コーン１２０内の入口オリフィス１２１０から内孔１２１２を通って端部片１２０５内の出口オリフィス１２１１を介して出る帯電粒子の流れを制御することを可能にする。この実施形態は、図１２においては２つの中間セラミック管を有するものとして示されているが、これはまた、３つ、４つまたはそれ以上の中間セラミック管を用いて作成されてもよく、これによってユーザに、実験の設計におけるさらにより高い自由度が与えられる。

図１３は、電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。この実施形態において、電気スプレーインターフェース１３００は、前部コーン１３０１を越えて大気中へと突出する内側セラミック管１３５０を有する。この実施形態は、内側セラミック管１３５０の前端が、電気スプレー内で直に、液滴、クラスタおよびイオンを採取することを可能にする。内側セラミック管１３５０は、上記で説明されたように、ジルコニア、イットリア混合ジルコニア、または、高い電気抵抗率および良好な熱伝導性を有する他のジルコニア混合物のような、第１のセラミック材料と同様の材料から作製されてもよい。内孔１３１２は、内側セラミック管１３５０にある入口オリフィス１３１０から、端部片１３０５にある出口オリフィス１３１１へと延在している。前部コーン１３０１および端部片１３０５は、ステンレス鋼のような導電性材料から作成されてもよい。ステンレス鋼から作成されてもよい前部リング電極１３０２が、前部コーン１３０１と電気的および熱的に接触している。電源１３２０からの高電圧電位が前部コーン１３０１に、したがって電極１３０２に印加される。端部片１３０５は、接地またはほぼ接地に保持される。

図１３に示されている実施形態はまた、図３Ｄ、図６および図７に概略的に示されており、図３Ｄに関連して説明されている例と同様の埋め込みヒータを組み込んでいる中間セラミック管１３５１をも有する。任意選択の外側管１３５２が、磁器またはガラスのような、電気的かつ熱的に絶縁性を有する材料から作成され、図１３に示されているアセンブリに対する保護シールドを提供する。抵抗回路網１３２３が、マイナス２−５ｋＶ電源１３２０からの電位を、内側セラミック管１３５０に埋め込まれている（図１３に示されているように）か、または、内側セラミック管を取り巻く電極１３０４に分配する。ＲＦ源１３２１は、キャパシタ１３２２および電気接続１３２４を介して電極１３０４にＲＦ信号を印加する。

図１４Ａおよび図１４Ｂは、電気スプレーインターフェースの他の実施形態の概略図である。これらの実施形態は概して、図１３の実施形態と同様である。たとえば、電気スプレーインターフェース１４００は、前部コーン１４０１を越えて大気中へと突出する内側セラミック管１４５０を有する。この実施形態は、内側セラミック管１４５０の前端が、電気スプレー内で直に、液滴、クラスタおよびイオンを採取することを可能にする。しかしながら、これらの実施形態は、マイナス２−５ｋＶ電源１４２０からの高電圧を内側セラミック管に印加するための抵抗器のネットワークを含まず、図１３に示されている内側セラミック管内に埋め込まれているかまたは内側セラミック管を取り巻く複数の電極を有しない。代わりに、マイナス２−５ｋＶ電圧がステンレス鋼前部コーン１４０１に印加され、および、図１４Ａに示されている実施形態においては、前部電極１４０２に印加され、一方で端部片１４０５は接地またはほぼ接地に保持される。

図１４Ａおよび図１４Ｂの実施形態において、帯電粒子は入口オリフィス１４１０に入り、内孔１４１２を通じて進行して、出口オリフィス１４１１を介して出る。内側セラミック管１４５０は、ジルコニア、ジルコニア／イットリア混合物、または、高い電気抵抗率および高い熱伝導率を有する別のジルコニア混合物のような、上記で説明された第１のセラミック材料と同様の材料から作成される。内側管１４５０は、ＡｌＮまたはＳｈａｐａｌ Ｈｉ−Ｍ ｓｏｆｔのような、上記で説明された第２のセラミック材料と同様の材料から作成される、中間セラミック管１４５３内に保持される。外側管１４５２は、磁器またはガラスのような材料から作成されてもよく、たとえば、図１４Ａに示されているように、アセンブリに対する保護カバー１４５２を含むことができる。他の実施形態において、保護カバー１４５２は、たとえば、図１４Ｂに示されているように、省かれてもよい。

図１５は、電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。この実施形態は、（１）単一の中間セラミック管１５５１と、（２）入口オリフィス１５１０と出口オリフィス１５１１との間の点において内側セラミック管１５５０を取り巻く単一のリング電極１５０４と、（３）一方の側においては有線または無線接続１５３２を介してコンピュータ１５３０と通信しており、他方の側においてはライン１５３３を介して電極１５０４と通信しているコンピュータ制御スイッチ１５３１とを有することを除いて、図１２の実施形態と概して同様である。

図１２の実施形態におけるように、電気スプレーインターフェース１５００は、ガラスまたは磁器のような、電気的かつ熱的に絶縁性を有する材料から作成されてもよい外側管１５５２を有する。内側セラミック管１５５０は、ジルコニア、ジルコニア／イットリア混合物、もしくは別のジルコニア混合物、または、上記で説明された第１のセラミック材料と同様であり、その電気的および熱的特性を有するセラミック材料から作成されてもよい。中間セラミック管１５５１は、ＡｌＮ、Ｓｈａｐａｌ Ｈｉ−Ｍ ｓｏｆｔ、または、上記で説明された第２のセラミック材料と同様であり、その電気的および熱的特性を有する別の材料から作成されてもよい。

動作時、コンピュータ制御スイッチ１５３１が開いているとき、マイナス２−５ｋＶ電源１５２０からの電圧が、前部コーン１５０１から端部片１５０５までの内側セラミック管１５５０にわたって印加される。したがって、スイッチが開いているとき、帯電粒子は、図１および図２を参照して上記で説明されたように、ガスの流れによって、大気から質量分析計の第１の段内へと、内孔１５１２を通じて取り込まれる。

スイッチ１５３１が閉じられているとき、電極１５０４と端部片１５０５との間の電位勾配が非常に急峻であるように、マイナス２−５ｋＶ電位が電極１５０４に直に印加される。この場合、電極１５０４と端部片１５０５との間の強い電界に起因する反対の力は、任意の帯電粒子が内孔１５１２を通じて進み続けることを阻害するのに十分に強くなり得る。したがって、帯電粒子は、スイッチ１５３１が開かれるまで内孔１５１２の中に貯蔵されたままである。スイッチ１５３１が開かれると、一般的に１−２０ミリ秒後に、貯蔵されていたイオンが内孔１５１２を通じて進み続けて、出口オリフィス１５１１を介して質量分析計システムの第１の段内へと出ることができる。

この実施形態は、質量分析計内のイオンの下流処理にいくらか時間がかかるときに使用され得る。これによって、第１のバッチのイオンが、第２のバッチが収集されている間に、質量分析計システムによって処理されることが可能になる。その後、第２のバッチが、スイッチ１５３１を開くことによって質量分析計システム内へと放出され得る。後続のバッチのイオンも、連続して捕捉され、その後放出され得る。

図１６は、電気スプレーインターフェースの別の実施形態の概略図である。電気スプレーインターフェース１６００は、内側セラミック管内にイオンを一時的に貯蔵するために、コンピュータ制御スイッチ１６３１を使用する。この実施形態は、概して図１５の実施形態と同様であるが、内側セラミック管１６５０を取り巻くリング電極１６０４と、キャパシタ１６２２ならびに電気接続１６２４および１６２５を介してリング電極１６０４にＲＦ信号を与えるＲＦ源１６２１とを含む。

コンピュータ制御スイッチ１６３１は、内側セラミック管１６５０を取り巻くリング電極１６０４の１つである、リング電極１６０６に接続される。コンピュータ制御スイッチが開いているとき、マイナス２−５ｋＶが、内側セラミック管１６５０に対して、前部コーン１６０１にあるその前端から、端部片１６０５における接地またはほぼ接地までにわたって印加される。コンピュータ制御スイッチが開くことによって、イオンは内孔１６１２を通じて進行し、出口オリフィス１６１１を介して質量分析計の第１の段内へと出る。コンピュータ制御スイッチ１６３１が閉じられると、マイナス２−５ｋＶ電位がリング電極１６０６に直に印加される。その場合、リング電極１６０６と端部片１６０５との間の電位勾配は非常に急峻であり、それによって、内孔１６１２の端部を通じたイオンの動きを阻止する強い電界が存在する。このように、イオンが出口オリフィス１６１１を通じて進行することを可能にするためにコンピュータ制御スイッチ１６３１が開かれるまで、イオンは内孔１６１２内に捕捉されることになる。

前部コーン１６０１、リング電極１６０４および端部片１６０５は、ステンレス鋼のような導電性の耐食性材料から作製されてもよい。内側セラミック管１６５０は、ジルコニア、イットリア／ジルコニア混合物、または、他のジルコニア混合物のような、上記で説明された第１のセラミック材料と同様の材料から作製されてもよい。外側セラミック管１６５１は、ＡｌＮまたはＳｈａｐａｌ Ｈｉ−Ｍ ｓｏｆｔのような、上記で説明された第２のセラミック材料と同様の材料から作製されてもよい。内孔１６１２の内部で生成されるＲＦ電界は、イオンおよび他の帯電粒子の、内孔１６１２の壁との衝突を低減し、したがって、出口オリフィス１６１１を介して内孔１６１２から現れるイオンの数を増大させることによって、内孔１６１２を通じたこれらのイオンおよび粒子の案内を助ける。

図１７は、外部シールド１７５２および中間セラミック管１７５１を通じてセラミック内側管１７５０内に埋め込まれているかまたはセラミック内側管を取り巻く電極に対して、図５Ｂの電気接続５２５、図６の６２５、図７の７２５、図８の８２５、図９の９２５、図１０の１０２５、図１１の１１２５、図１３の１３２５、図１５の１５３３および図１６の１６２５のような電気接続がどのように行われるかを示す概略図である。電気接続１７７０は、保護シールド１７５２内の穴１７７２を通過し、その後、中間セラミック管１７５１内の穴１７７１を通過する。中間セラミック管１７５１内で、電気接続１７７０は、図５Ｂのワッシャ５０２、図６のリング電極６０４、図７の埋め込み電極７０４、図８のリング電極８０４、図９のリング電極９０４、図１０のリング電極１００４、図１１のリング電極１１０４、図１３の埋め込み電極１３０４、図１５の埋め込み電極１５０４および図１６のリング電極１６０４のような導電性構成要素に接続される。

図１８Ａおよび図１８Ｂは、電気スプレーインターフェースの他の実施形態を示す概略図である。これらの実施形態は概して、図１３、図１４Ａおよび図１４Ｂの実施形態と同様である。たとえば、電気スプレーインターフェース１８００は、前部片１８０１を越えて大気中へと突出する内側セラミック管１８５０を有する。この実施形態は、内側セラミック管１８５０の前端が、電気スプレー内で直に、液滴、クラスタおよびイオンを採取することを可能にする。図１８Ａおよび図１８Ｂの実施形態において、電源からの電圧が前部片１８０１に印加され、一方で、端部片１８０５は接地またはほぼ接地に保持される。前部片１８０１は、円錐台形とすることができ、それによって、内側セラミック管１８５０の端面付近に平坦な端面がもたらされる。

図１８Ｂに示されている例において、第２のセラミック管１８５３は、その端部に直径の大きいディスク１８１３および１８１４を有し、それによって、第２のセラミック管１８５３とディスク１８１３および１８１４はともに、その周囲にヒータコイルが巻装され得るボビンを形成する。しかしながら、ヒータコイルは、ディスク１８１３および１８１４なしで第２のセラミック管１８５３の周囲に巻装されてもよい。

これらの実施形態において、帯電粒子は入口オリフィス１８１０に入り、内孔１８１２を通じて進行して、出口オリフィス１８１１を介して出る。内側セラミック管１８５０は、ジルコニア、ジルコニア／イットリア混合物、または、高い電気抵抗率および高い熱伝導率を有する別のジルコニア混合物のような、上記で説明された第１のセラミック材料と同様の材料から作成される。内側管１８５０は、ＡｌＮまたはＳｈａｐａｌＨｉ−Ｍ ｓｏｆｔのような、上記で説明された第２のセラミック材料と同様の材料から作成される、中間セラミック管１８５３内に保持される。たとえば、図１４Ａに示されているように、任意選択の保護外側管が、図１８Ａおよび図１８Ｂの実施形態に追加されてもよい。

図１９Ａ、図１９Ｂ、および図１９Ｃは、質量分析計に対する電気スプレーインターフェースの他の実施形態の断面図である。図１９Ａ、図１９Ｂおよび図１９Ｃに示されている実施形態において、電気スプレーインターフェース１９００は、電気スプレー噴霧器から流れる帯電粒子を受け入れるように配置されている入口オリフィス１９１０を有する前部片１９０１を含む第１のセラミック管１９０３を有する。第１のセラミック管１９０３は、オリフィス１９１０から端部片１９０５へ、また、端部片１９０５を通じて端部片１９０５内の出口オリフィス１９１２へと延在している内孔１９１１を有する。端部片１９０５は、ステンレス鋼、または、同様に導電性かつ熱伝導性で耐食性の他の材料から作製されてもよい。前部コーン１９０１は、第１のセラミック管１９０３と同じ材料から形成される。たとえば、前部コーン１９０１は、第１のセラミック管１９０３の一部分として形成されてもよく、または、第１のセラミック管１９０３に接合されてもよい。

図１９Ａに示されているように、第１のセラミック管１９０３は、前部コーン１９０１と端部片１９０５との間に延在している。第１のセラミック管１９０３および前部コーン１９０１は、第１のセラミック材料から作製される。第１のセラミック管１９０３は、同じく図１９Ａに示されているように、第２のセラミック材料から作製される第２のセラミック管１９０２の中心に保持される。いくつかの実施形態において、ヒータコイル１９０４が、たとえば、図１９Ｃに示されているように、第２のセラミック管１９０２の周囲に巻装される。ヒータコイル１９０４は、質量分析計による分析のために出口オリフィス１９１２を通じて端部片１９０５を出る個々のイオンが生成されるように、前部コーン１９０１に入る液滴およびクラスタを脱溶媒和するのに十分な温度に、内孔１９１１を維持するために使用され得る。内孔は、６５℃から２２５℃の範囲内、たとえば、１００℃から１８０℃の範囲内の温度に保持され得る。

いくつかの実施形態において、第２のセラミック管１９０２は、その周囲にヒータコイル１９０４が巻装され得るボビンを形成するために、その端部に直径の大きいディスクを有することができる。しかしながら、図１９Ｂに示されているように、ヒータコイル１９０４は、そのようなディスクなしで第２のセラミック管１９０２の周囲に巻装されてもよい。代替的に、ヒータコイルは、たとえば、図３Ｃに示されているように、セラミック管内の溝の周囲に巻装されてもよい。第２のセラミック管１９０２はまた、第２のセラミック管の周囲に巻装された別個のヒータコイルを有する代わりに、埋め込みヒータ要素で作製されてもよい。そのような実施形態の例が、図３Ｄに概略的に示されている。任意選択的に、上記で説明された実施形態にいずれかにおいて、ヒータコイル１９０４または加熱要素１９４０は、図１９Ｄに示されているような、電気的かつ熱的に絶縁性を有する円筒保護カバー１９５０によって纏着されてもよい。たとえば、円筒カバー１９５０は、ヒータコイル１９０４または加熱要素１９４０を覆うような寸法にされている磁器外殻であってもよい。加熱コイルまたは加熱管を含まない実施形態において、熱は、端部片２０５から直に、かつ／または、第２のセラミック管２０２を通じて第１のセラミック管２０３に伝導され得る。

図１９Ａ、図１９Ｂおよび図１９Ｃに示されている実施形態は、リング電極１９１２を含む。いくつかの実施形態において、リング電極１９１２は、第１のセラミック管１９０３と第２のセラミック管１９０２との間に配置され得る。たとえば、リング電極１９１２は、第１のセラミック管１９０３の前部コーン１９０１の後面において、間に配置されてもよい。リング電極は、第２のセラミック管１９０２の外径よりも大きい外径、および、前部コーン１９０１の後ろにおける第１のセラミック管１９０３の外径と実質的に同じ内径を有する平ワッシャの形態とすることができる。リング電極１９１２は、導電性材料、たとえば、ステンレス鋼から作成することができる。電源からの高電圧電位が、電極１９１２に印加される。端部片１９０５は、接地またはほぼ接地に保持される。

たとえば、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１８Ａ、図１８Ｂ、図１８Ｃ、図１９Ａ、図１９Ｂ、および図１９Ｃに示されているように、インターフェースに対する電気接続が、内側セラミック管の入口から下流で行われる実施形態には、多数の利点がある。たとえば、そのような構成は、帯電液滴、クラスタおよび／またはイオンが電極または前部片によって生成される電界を受ける前に、内孔への入口の上流にある、内側管の内孔の領域内でポアズイユ流れが確立されることを可能にする。他の利点は、前部コーンと他の構成要素との間の電気アークに起因して電気スプレー先端が破壊される確率が低減することを含む。たとえば、これは、イオン信号を最適化するために、電気スプレーインターフェースと噴霧器との間の距離を調整するのに有用であり得る。電気スプレーインターフェースの端部が噴霧器に近くなりすぎた場合、噴霧器またはインターフェースを損傷または破壊する可能性があるアークが、それらの間に発生する可能性がある。内側管の内孔の入口端の下流で行われる電気接続は、内側管の端部に至る追加の電流制限抵抗を与え、したがって、アークを通じて流れ得る、可能性のある最大の放電電流、および、したがって、アークの破壊的な電位を低減する。さらなる利点は、インターフェースが誤って触れられた場合にユーザが経験し得る電気ショックの度合いが低減することを含む。

上記で説明されたような適切な電気抵抗率および非常に高い熱伝導率の第１のセラミック材料について、図１９Ａおよび図１９Ｂに示されている実施形態における第２のセラミック管１９０２は、省かれてもよく、または、一体構造として、第１のセラミック管１９０２および前部コーン１９０１の一部分として、第１のセラミック材料から形成されてもよい。第１のセラミック材料の非常に高い熱伝導率は、それが端部片１９０５からの熱の伝達によって十分に加熱され得、第１のセラミック管１９０３の長さに沿った任意の熱勾配をも低減することを保証するだろう。

図５Ａ、図５Ｂ、図６、図７、図８、図１０および図１３の実施形態の抵抗回路網内の抵抗器は、高電圧電位を内側セラミック管の長さにわたって均一に分配するために、すべて同じ値を有してもよい。しかしながら、異なる値を有する可変抵抗器または固定抵抗器が、内側管の長さにわたって電位に適合するために使用されてもよい。

図８、図９、図１０および／または図１１の実施形態はまた、図６および図７に示されているもののような、磁器またはガラスから成る外側保護および絶縁カバーをも含んでもよい。

概略図および本記載は一般的に、電気スプレーインターフェースの前端を円錐として説明している。しかしながら、インターフェースの前端は、他の凸または凹形状を有してもよい。最適な形状は、たとえば、流速、および、使用される特定の電気スプレー噴霧器に応じて決まり得る。たとえば、流速のより高い気流支援電気スプレー噴霧器には円錐形状がよく適している場合があり、一方で、流速の低い（１ｕｌ／ｍｉ以下）ナノ電気スプレー噴霧器には凸形状がより適している場合がある。

本明細書における概略図は、電気スプレーインターフェースの前端に高い負電圧を与える２−５ｋＶ電源を示している。この構成は、正電荷を帯びたイオンを電気スプレーインターフェース内へと引きつけ、したがって、質量分析器に対する正電荷を帯びたイオンの流れを供給するために使用される。電気スプレーインターフェースの前端に高い正電圧を与えることによって、負電荷を帯びたイオンを電気スプレーインターフェース内へと引きつけ、質量分析器に対する負電荷を帯びたイオンの流れを供給するために、同じ装置が使用されてもよい。

上記で示されているすべての構成について、電気スプレーの脱溶媒和を補助し、内孔の壁に対する溶媒蒸気の凝結を防止するために、第１のセラミック材料と第２のセラミック材料が、ヒータからの十分な熱を内孔に伝達するように、第１のセラミック材料と第２のセラミック材料の両方の熱伝導率が、所与の構成について十分に高いことが重要である。上記の様々な実施形態は、電気スプレー噴霧器が大気圧にある場合で説明されている。電気スプレー噴霧器を、大気圧を上回るまたは下回る圧力において作動させることが有用であることがある。

様々な実施形態が記載されてきたが、本明細書は限定ではなく例示であるように意図されており、本発明の範囲内にあるさらに多くの実施形態および実施態様が可能であることは、当業者には明らかであろう。したがって、実施形態は添付の特許請求の範囲およびその均等物を考慮する以外では限定されるべきではない。また、添付の特許請求項の範囲内で、さらなる修正および変更が行われてもよい。

Claims (74)

1. 前部片および端部片と、
   前部片から端部片へと延在する内孔を有する内側セラミック管であって、前記内孔は入口オリフィスおよび出口オリフィスを備え、内側セラミック管は、高い電気抵抗率および高い熱伝導率を有する第１のセラミック材料から作製される、内側セラミック管と、
   第１の極性において前部片に、第２の極性において端部片に電気的に接続されている高電圧ＤＣ電源と、
   第２のセラミック材料から作製される中間セラミック管であって、内側セラミック管を包囲しており、内側セラミック管と熱的に接触しており、室温において、第２のセラミック材料は、第１のセラミック材料の電気抵抗率よりも少なくとも１桁高い電気抵抗率を有する、中間セラミック管と、
   を備える、質量分析計システムのためのインターフェース。
2. 内側セラミック管が、前部片を越えて大気中へと突出している、請求項１に記載のインターフェース。
3. 前部片が前部コーンである、請求項１に記載のインターフェース。
4. 第２のセラミック材料の電気抵抗率が、室温から２２５℃に及ぶ温度において、第１のセラミック材料の電気抵抗率よりも少なくとも１桁高い、請求項１に記載のインターフェース。
5. 第２のセラミック材料の熱伝導率が、室温から２２５℃に及ぶ温度において、第１のセラミック材料の熱伝導率よりも少なくとも１桁高い、請求項１に記載のインターフェース。
6. 第２のセラミック管と熱的に接触しているヒータをさらに備える、請求項１に記載のインターフェース。
7. ヒータが、ヒータコイルおよび埋め込みヒータ要素のうちの１つである、請求項６に記載のインターフェース。
8. 第１のセラミック材料が、純粋なジルコニア、混合ジルコニア材料、およびイットリア混合ジルコニア材料のうちの１つである、請求項１に記載のインターフェース。
9. 第２のセラミック材料が、窒化アルミニウム、および、窒化アルミニウムと窒化ホウ素との複合焼結体のうちの１つである、請求項８に記載のインターフェース。
10. 第２のセラミック材料が、窒化アルミニウム、および、窒化アルミニウムと窒化ホウ素との複合焼結体のうちの１つである、請求項１に記載のインターフェース。
11. 室温において、第２のセラミック材料が、約１０^１２Ω−ｃｍを上回る電気抵抗率および約７０Ｗ／ｍ−Ｋを上回る熱伝導率を有する、請求項１に記載のインターフェース。
12. 室温において、第１のセラミック材料が、約１０^６Ω−ｃｍを上回る電気抵抗率および約２Ｗ／ｍ−Ｋを上回る熱伝導率を有する、請求項１に記載のインターフェース。
13. 第２のセラミック材料の電気抵抗率が、室温から２２５℃までで、第１のセラミック材料の電気抵抗率よりも少なくとも２桁高い、請求項１に記載のインターフェース。
14. 第２のセラミック材料から作製される第２のセラミック管内に配置される、第１のセラミック材料から作製される第１のセラミック管と、
    入口オリフィスから出口オリフィスへと延在する第１のセラミック管内の内孔と、
    を備える、質量分析計システムのためのインターフェースであって、
    第２のセラミック材料の電気抵抗率は、室温において、第１のセラミック材料の電気抵抗率よりも少なくとも１桁高い、質量分析計システムのためのインターフェース。
15. 第１のセラミック管が、入口オリフィスを有する前部コーンを含み、内孔が、前部コーンの入口から出口オリフィスを有する端部片へと延在する、請求項１４に記載のインターフェース。
16. 入口オリフィスと出口オリフィスとの間の点において第１のセラミック管を少なくとも部分的に取り巻く電極をさらに備える、請求項１４に記載のインターフェース。
17. 前部コーンから端部片までの電圧の差が少なくとも約２ｋＶである、請求項１５に記載のインターフェース。
18. 第１のセラミック材料が、純粋なジルコニアおよびイットリア／ジルコニア混合物のうちの１つである、請求項１４に記載のインターフェース。
19. 第１のセラミック材料が、ジルコニア混合物である、請求項１４に記載のインターフェース。
20. 第２のセラミック材料が、窒化アルミニウム、および、窒化アルミニウムと窒化ホウ素との複合焼結体のうちの１つである、請求項１４に記載のインターフェース。
21. 第２のセラミック材料の電気抵抗率が、室温から２２５℃に及ぶ温度において、第１のセラミック材料の電気抵抗率よりも少なくとも１桁高い、請求項１４に記載のインターフェース。
22. 第２のセラミック材料の熱伝導率が、室温から２２５℃に及ぶ温度において、第１のセラミック材料の熱伝導率よりも少なくとも１桁高い、請求項１４に記載のインターフェース。
23. 室温において、第２のセラミック材料が、約１０^１２Ω−ｃｍを上回る電気抵抗率および約７０Ｗ／ｍ−Ｋを上回る熱伝導率を有する、請求項１４に記載のインターフェース。
24. 室温において、第１のセラミック材料が、約１０^６Ω−ｃｍを上回る電気抵抗率および約２Ｗ／ｍ−Ｋを上回る熱伝導率を有する、請求項１４に記載のインターフェース。
25. 入口オリフィスを有する前部片と、
    前部片から端部片へと延在する、第１のセラミック材料から作製される第１のセラミック管と、
    入口オリフィスから端部片内の出口オリフィスへと延在する第１のセラミック管内の内孔と、
    第１のセラミック管をその中心において包囲および保持している第２のセラミック材料から作製される第２のセラミック管と、
    を備える、質量分析計システムのためのインターフェースであって、
    第１のセラミック材料は、第１の電気抵抗率および第１の熱伝導率によって特徴付けられ、第２のセラミック材料は、第２の電気抵抗率および第２の熱伝導率によって特徴付けられ、
    室温において、第２の電気抵抗率は、第１の電気抵抗率よりも少なくとも２桁高い、質量分析計システムのためのインターフェース。
26. 第２のセラミック管と熱的に接触しているヒータをさらに備える、請求項２５に記載のインターフェース。
27. ヒータが、ヒータコイルおよび埋め込みヒータ要素のうちの１つである、請求項２６に記載のインターフェース。
28. 前部片が前部コーンである、請求項２５に記載のインターフェース。
29. 第２のセラミック材料の電気抵抗率が、室温から２２５℃に及ぶ温度において、第１のセラミック材料の電気抵抗率よりも少なくとも１桁高い、請求項２５に記載のインターフェース。
30. 第２のセラミック材料の熱伝導率が、室温から２２５℃に及ぶ温度において、第１のセラミック材料の熱伝導率よりも少なくとも１桁高い、請求項２５に記載のインターフェース。
31. 第１のセラミック材料が、純粋なジルコニア、混合ジルコニア材料、およびイットリア混合ジルコニア材料のうちの１つである、請求項２５に記載のインターフェース。
32. 第２のセラミック材料が、窒化アルミニウム、および、窒化アルミニウムと窒化ホウ素との複合焼結体のうちの１つである、請求項３１に記載のインターフェース。
33. 第２のセラミック材料が、窒化アルミニウム、および、窒化アルミニウムと窒化ホウ素との複合焼結体のうちの１つである、請求項２５に記載のインターフェース。
34. 室温において、第２のセラミック材料が、約１０^１２Ω−ｃｍを上回る電気抵抗率および約７０Ｗ／ｍ−Ｋを上回る熱伝導率を有する、請求項２５に記載のインターフェース。
35. 室温において、第１のセラミック材料が、約１０^６Ω−ｃｍを上回る電気抵抗率および約２Ｗ／ｍ−Ｋを上回る熱伝導率を有する、請求項２５に記載のインターフェース。
36. 第２のセラミック材料が、サファイアである、請求項２５に記載のインターフェース。
37. 第２のセラミック材料の電気抵抗率が、室温から２２５℃までで、第１のセラミック材料の電気抵抗率よりも少なくとも２桁高い、請求項２５に記載のインターフェース。
38. 第１の段、第１の段に取り付けられている第２の段、および第３の段を備える質量分析計の第１の段に、入口において取り付けられているインターフェースを備える質量分析計システムであって、第２の段はイオンガイドを備え、第３の段は質量分析器を備え、
    インターフェースは、
    入口オリフィスを有する前部片と、
    前部片から端部片へと延在する、第１のセラミック材料から作製される第１のセラミック管と、
    入口オリフィスから端部片内の出口オリフィスへと延在する第１のセラミック管内の内孔と、
    第１のセラミック管を取り囲む第２のセラミック材料から作製される第２のセラミック管と、
    を備え、
    室温において、第２のセラミック材料の電気抵抗率は、第１のセラミック材料の電気抵抗率よりも少なくとも２桁高い、質量分析計システム。
39. 第２のセラミック管と熱的に接触しているヒータをさらに備える、請求項３８に記載の質量分析計システム。
40. 前部片が、端部片に対して少なくとも約２ｋＶの絶対的な大きさを有する電圧に維持される、請求項３８に記載の質量分析計システム。
41. 第１のセラミック管に沿った電位の絶対値が、前部片から端部片へと単調に低減する、請求項４０に記載の質量分析計システム。
42. 第１のセラミック材料が、ジルコニアおよびジルコニア混合物のうちの１つである、請求項３８に記載の質量分析計システム。
43. 第２のセラミック材料が、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムと窒化ホウ素との複合焼結体、およびサファイアのうちの１つである、請求項３６に記載の質量分析計システム。
44. 入口オリフィスを有する前部コーンおよび出口オリフィスを有する端部片と、
    入口オリフィスから出口オリフィスへと延在している、交互になったセラミックワッシャおよび金属ワッシャから構成されている管であって、交互になったセラミックワッシャおよび金属ワッシャは、入口オリフィスから出口オリフィスへと延在している内孔を形成する、管と、
    絶対値が約２−５ｋＶであり、前部コーンにおける電圧と端部片における電圧との間の電圧差を維持する高電圧電源であって、抵抗器のネットワークを介して、前部コーンにおける２−５ｋＶまたはほぼ２−５ｋＶから端部片における接地またはほぼ接地まで及ぶカスケード電圧を、金属ワッシャの各々に分配する、前記高電圧電源と、
    金属ワッシャの各々にＲＦ信号を与えるＲＦ電源であって、各金属ワッシャは、その隣接する金属ワッシャと１８０°位相がずれている、ＲＦ電源と
    を備える、質量分析計のためのインターフェースであって、
    セラミックワッシャは、約１０^７Ω−ｃｍを上回る電気抵抗率および約１Ｗ／ｍ−Ｋを上回る熱伝導率を有するセラミック材料から作成される、質量分析計のためのインターフェース。
45. セラミックワッシャおよび金属ワッシャから成る管に、管の長さに沿って近密に熱的に接触しているヒータをさらに備える、請求項４４に記載のインターフェース。
46. ヒータを包囲する円筒外部シールドをさらに備える、請求項４５に記載のインターフェース。
47. 抵抗器のネットワーク内の抵抗器の各々が、ほぼ同じ値を有する、請求項４４に記載のインターフェース。
48. 入口オリフィスを有する前部片および出口オリフィスを有する端部片と、
    内孔を有する内側セラミック管であって、内孔は、前部片にある入口オリフィスから端部片にある出口オリフィスへと延在しており、
    内側セラミック管は、高い電気抵抗率および高い熱伝導率を有する第１のセラミック材料から作製される、内側セラミック管と、
    内側セラミック管を取り巻く複数のリング電極と、
    リング電極にカスケードＤＣ電圧を印加する高電圧ＤＣ電源と、
    内側セラミック管を包囲しており、内側セラミック管と熱的に接触している、第２のセラミック材料から作成される中間セラミック管と、
    を備える、質量分析計のためのインターフェースであって、
    中間セラミック管は、埋め込みヒータを組み込んでおり、
    室温において、第２のセラミック材料は、第１のセラミック材料の電気抵抗率よりも少なくとも１桁高い電気抵抗率を有する、質量分析計のためのインターフェース。
49. 第１のセラミック材料が、ジルコニアおよびジルコニア混合物のうちの１つである、請求項４８に記載のインターフェース。
50. 第１のセラミック材料が、イットリア／ジルコニア混合物である、請求項４８に記載のインターフェース。
51. 第２のセラミック材料が、ＡｌＮ、ＡｌＮを含有する複合材料、およびサファイアのうちの１つである、請求項４８に記載のインターフェース。
52. リング電極が、第１のセラミック管内に埋め込まれている、請求項４８に記載のインターフェース。
53. リング電極に結合されているＲＦ源をさらに備える、請求項４８に記載のインターフェース。
54. 高電圧ＤＣ電源の１つの極性が、コンピュータ制御スイッチを介して複数のリング電極の１つに電気的に接続されている、請求項４８に記載のインターフェース。
55. 前部片が前部コーンであり、高電圧ＤＣ電源の第１の極性が、前部コーンに電気的に接続されており、高電圧ＤＣ電源の第２の極性が、端部片に電気的に接続されている、請求項４８に記載のインターフェース。
56. キャパシタのネットワークを介してリング電極に結合されているＲＦ源をさらに備える、請求項５５に記載のインターフェース。
57. 内側セラミック管および端部片と熱的に接触しているセラミック円錐形端部片をさらに備える、請求項４８に記載のインターフェース。
58. セラミック円錐形端部片が、円筒内孔を備え、内側セラミック管の端部分が、セラミック円錐形端部片の円筒内孔内に配置されている、請求項５７に記載のインターフェース。
59. セラミック円錐形端部片が、ＡｌＮ、ＡｌＮを含有する複合材料、およびサファイアのうちの１つから作製される、請求項５８に記載のインターフェース。
60. キャパシタのネットワークを介してリング電極に結合されているＲＦ源をさらに備える、請求項５８に記載のインターフェース。
61. 高電圧ＤＣ電源の第１の極性が、前部片に電気的に接続されており、高電圧ＤＣ電源の第２の極性が、端部片に電気的に接続されている、請求項５８に記載のインターフェース。
62. 内側セラミック管が、前部コーンを越えて大気中へと突出している、請求項４８に記載のインターフェース。
63. 内側セラミック管が、高電圧ＤＣ電源に電気的に接続されている前部電極をさらに備える、請求項６２に記載のインターフェース。
64. 入口オリフィスを有する前部コーンおよび出口オリフィスを有する端部片と、
    内孔を有する内側セラミック管であって、内孔は前部コーンにある入口オリフィスから端部片にある出口オリフィスへと延在しており、内側セラミック管は、高い電気抵抗率および高い熱伝導率を有する第１のセラミック材料から作製される、内側セラミック管と、
    内側セラミック管を取り巻くリング電極と、
    リング電極にカスケードＤＣ電圧を印加する高電圧ＤＣ電源と、
    内側セラミック管の第１の部分を包囲しており、内側セラミック管の第１の部分と熱的に接触している、第２のセラミック材料から作成される第１の中間セラミック管と、
    内側セラミック管の第２の部分を包囲しており、内側セラミック管の第２の部分と熱的に接触している、第２のセラミック材料から作成される第２の中間セラミック管と、
    を備える、質量分析計のためのインターフェースであって、
    第１の中間セラミック管は、第１の埋め込みヒータを組み込んでおり、第２の中間セラミック管は、第２の埋め込みヒータを組み込んでおり、
    第１の埋め込みヒータおよび第２の埋め込みヒータは、互いから独立して制御され、
    室温において、第２のセラミック材料は、第１のセラミック材料の電気抵抗率よりも少なくとも１桁高い電気抵抗率を有する、質量分析計のためのインターフェース。
65. 内側セラミック管の第３の部分を包囲しており、内側セラミック管の第３の部分と熱的に接触している、第２のセラミック材料から作成される第３の中間セラミック管をさらに備える、請求項６４に記載のインターフェース。
66. 室温において、第２のセラミック材料が、第１のセラミック材料の電気抵抗率よりも少なくとも１桁高い電気抵抗率を有する、請求項６４に記載のインターフェース。
67. 室温において、第２のセラミック材料が、第１のセラミック材料の熱伝導率よりも少なくとも１桁高い熱伝導率を有する、請求項６４に記載のインターフェース。
68. 第２のセラミック材料の電気抵抗率が、室温から２２５℃までで、第１のセラミック材料の電気抵抗率よりも少なくとも１桁高い、請求項６４に記載のインターフェース。
69. 前部コーンおよび端部片と、
    前部コーンから端部片へと延在する内孔を有する内側セラミック管であって、前記内孔は入口オリフィスおよび出口オリフィスを備え、内側セラミック管は、高い電気抵抗率および高い熱伝導率を有する第１のセラミック材料から作製される、内側セラミック管と、
    第１の極性において前部コーン、ならびに、前部コーンと電気的および熱的に接触している前部電極に電気的に接続されており、第２の極性において、端部片に電気的に接続されている、高電圧ＤＣ電源と、
    内側セラミック管を包囲しており、内側セラミック管と熱的に接触している、第２のセラミック材料から作成される中間セラミック管であって、室温において、第２のセラミック材料は、第１のセラミック材料の電気抵抗率よりも少なくとも１桁高い電気抵抗率を有する、中間セラミック管と、
    を備える、インターフェース。
70. 内側セラミック管が、前部コーンを越えて大気中へと突出している、請求項９８に記載のインターフェース。
71. 第１のセラミック材料が、ジルコニアおよびジルコニア混合物のうちの１つである、請求項６９に記載のインターフェース。
72. 第１のセラミック材料が、イットリア／ジルコニア混合物である、請求項６９に記載のインターフェース。
73. 第２のセラミック材料が、ＡｌＮ、および、ＡｌＮを含有する複合材料のうちの１つである、請求項６９に記載のインターフェース。
74. 前部コーンと端部片との間に配置されている中間電極をさらに備え、中間電極が、コンピュータ制御スイッチを介してＤＣ電圧の第１の極性に接続されている、請求項６９に記載のインターフェース。

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