JP2019046815A - 多重極イオンガイド - Google Patents

Abstract

【課題】気流とイオンを分離することができ、かつイオン透過効率が高いイオンガイドを提供する。【解決手段】本開示の多重極イオンガイドは、多重極電極を有する多重極イオンガイドであって、前記多重極電極は、前記多重極イオンガイドの中心軸に垂直な平面において、前記多重極電極で囲まれた領域に単一の極小点を持つ擬ポテンシャルと、静電ポテンシャルとを形成し、前記擬ポテンシャルと前記静電ポテンシャルの合成ポテンシャルが前記擬ポテンシャルの極小点と異なる位置に極小点を持つことを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、イオンガイド及びそれを用いた質量分析装置に関する。

イオンガイドは質量分析装置内でイオンを輸送するのに広く用いられている。特許文献１には、多重極（四重極、六重極、八重極など）の平行なロッド電極で構成される多重極イオンガイドが開示されている。特許文献２には、イオンが２つのイオンガイド間の擬ポテンシャル障壁をＤＣポテンシャルにより乗り越えることでイオンガイド間移動するイオンガイドが開示されている。特許文献３には、２つの独立した多重極イオンガイドを組み合わせて、１つの多重極イオンガイドを形成するイオンガイドが開示されている。

US 7,256,395 B2 US 8,581,182 B2 US 2010/0176295 A1

特許文献１に記載のイオンガイドでは、気流とイオンガイドの擬ポテンシャルの中心がほぼ同軸となるように入射されるため、イオンと気流を分離できないという問題があった。

特許文献２のイオンガイドでは２つのイオンガイドの軸の間に擬ポテンシャル障壁が存在する。このため、イオンを一方のイオンガイドから他方のイオンガイドに移動するには、擬ポテンシャル障壁よりも十分高いＤＣ電界を印加する必要がある。しかし、高いＤＣ電界を印加すると擬ポテンシャル障壁を乗り越えた後のイオンの運動エネルギーが高くなり、イオンガイド外にイオンが排出される。このため、イオンガイドの透過効率が低いという問題があった。また、特許文献２の方式は高次の多重極イオンガイドやリングスタック型のイオンガイドには適用可能であるが、四重極などの次数の低い多重極に適用するのは困難である。そのため四重極イオンガイドなど次数の低い多重極イオンガイドと比較するとイオンを収束する性能が低いという問題もあった。

特許文献３には気流が存在する条件下での動作に関する記述はない。また、特許文献３には、イオンガイドを構成するロッド電極の一部のロッドに他のロッド電極と異なるＤＣ電圧を印加する記述はなく、イオンは擬ポテンシャルの極小点付近に分布するという問題があった。

本発明は、気流とイオンを分離することができ、かつイオン透過効率が高いイオンガイドを実現するものである。

本発明によるイオンガイドは、第１の中心軸を有しイオンと気流が導入される第１のロッド電極セットと、第１の中心軸から離間した第２の中心軸を有しイオンが排出される第２のロッド電極セットと、第１のロッド電極セットと第２のロッド電極セットに電圧を印加する電源とを有し、第１のロッド電極セットと第２のロッド電極セットは長手方向に重なり合う領域を有し、当該重なり合う領域において組み合わされて単一の多重極イオンガイドを形成し、第１のロッド電極セットと第２のロッド電極セットは電源からそれぞれ異なるオフセットＤＣ電圧が印加され、オフセットＤＣ電圧は、第１のロッド電極セットによってガイドされてきたイオンを重なり合う領域において第２のロッド電極セットに移動させるＤＣポテンシャルを形成するものである。

本発明の一態様によると、第１のロッド電極セット及び第２のロッド電極セットは四重極であり、前記単一の多重極イオンガイドは六重極である。

また、本発明の別の態様によると、第１のロッド電極セット及び第２のロッド電極セットは四重極であり、前記単一の多重極イオンガイドは八重極である。

本発明によれば、気流とイオンを分離することができ、かつイオン透過効率が高いイオンガイドを実現できる。

上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明のイオンガイドを用いた質量分析装置の構成例を示す断面模式図。 細孔を通して導入される気流の模式図。 細管を通して導入される気流の模式図。 イオンガイド全体を示す斜視模式図。 イオンガイドをＹ軸方向から見た概略図。 イオンガイドの径方向（ＹＺ平面）断面模式図。 ロッド電極の断面模式図。 イオンガイド電源の一例を示す模式図。 イオンガイドによって生成されるポテンシャルを示す図。 イオンガイドによって生成されるポテンシャルを示す図。 イオンガイドによって生成されるポテンシャルを示す図。 合成ポテンシャルを示す図。 気流の影響を考慮したイオン軌道シミュレーションの結果を示す図。 気流の影響を考慮したイオン軌道シミュレーションの結果を示す図。 イオンの質量スペクトル及びオフセットＤＣ電圧とイオン信号強度の関係を示す図。 イオンガイド全体を示す斜視模式図。 イオンガイドをＹ軸方向から見た概略図。 セグメントＤＣ電圧の一例を示す図。 セグメントＤＣ電圧とオフセットＤＣ電圧の和を示す図。 イオンガイド全体を示す斜視模式図。 イオンガイドをＹ軸方向から見た概略図。 イオンガイドの径方向（ＹＺ平面）断面模式図。 イオンガイド全体を示す斜視模式図。 イオンガイドをＹ軸方向から見た概略図。 イオンガイドの径方向（ＹＺ平面）断面模式図。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
［実施例１］
図１は、本発明のイオンガイドを用いた質量分析装置の構成例を示す断面模式図である。

エレクトロスプレーイオン源、大気圧化学イオン源、大気圧光イオン源、大気圧マトリックス支援レーザー脱離イオン源などのイオン源１４で生成されたイオンは、気流とともに細孔１８を通過して質量分析装置の真空室に導入される。細孔１８から直接差動排気部１２に導入してもよいし、図１のように中間真空室１７を経て細孔１０から差動排気部１２に導入してもよい。差動排気部１２にはイオンを輸送するためのイオンガイド４が設置されていて、真空ポンプ１５で排気される。イオンガイド４にはイオンガイド電源３００から電圧が印加されている。後述するようにイオンガイド４で気流１０１と分離されたイオン１００は、細孔１１を通過して質量分析部１３へと導入される。質量分析部１３は真空ポンプ１６で排気されている。本実施例のイオンガイドが動作する圧力は１００００Ｐａ〜１０^-3Ｐａ程度である。特に１００００Ｐａ〜１０Ｐａでは中性気体分子との衝突でイオンの運動エネルギーが冷却されるためにイオンを効率よく収束することができる。

図２は、穴径ｄに対して厚さが十分小さい細孔の場合に、細孔２０３を通して圧力ｐ₀のチャンバー２０８から圧力ｐ₁のチャンバー２０９に導入される気流の模式図である。図中に矢印で示したように気流の入射方向２０２は細孔２０３が設けられた平面に対して垂直方向である。細孔２０３の前後の圧力差に応じてバレルショック２００やマッハディスク２０１が形成され、マッハディスク以降はマッハディスクとほぼ同じ直径で気流が直進する。マッハディスク２０１の直径Ｄ_jetは以下の式で与えられる。
［式１］

図３は、穴径ｄに対して厚さが十分大きい細管の場合に、細管２０４を通して圧力ｐ₀のチャンバー２０８から圧力ｐ₁のチャンバー２０９に導入される気流の模式図である。細管の場合も、細孔の場合と同様にマッハディスク２０１が形成され、マッハディスク以降はマッハディスクとほぼ同じ直径で気流が直進する。細管の場合、気流の方向２０２は細管２０４の中心軸方向である。

図４から図７は、本実施例のイオンガイドの構成例を示す模式図である。図４はイオンガイド全体を示す斜視模式図、図５はイオンガイドをＹ軸方向から見た概略図、図６は図４中に(i)、(ii)、(iii)で示した位置の径方向（ＹＺ平面）断面模式図、図７は一部のロッド電極２１ａ，２１ｄ、及びロッド電極２２ｂ，２２ｃのＸＹ平面の断面模式図である。

イオンと気流が導入される側のロッド電極の組２１をロッド電極セット１、イオンが排出される側のロッド電極の組２２をロッド電極セット２と定義する。本実施例では、ロッド電極セット１は、４本のロッド電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄによって構成され、ロッド電極セット２は４本のロッド電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄによって構成される。また、ロッド電極セット１のイオンと気流２６が導入される側の端をイオンガイド入口２４、ロッド電極セット２のイオンが排出される側の端をイオンガイド出口２５とする。ロッド電極の形状は、図４に示したような円柱に近い形状でも、角柱や多角形でもよい。ロッド電極２１ｄ，２２ｃ，２１ａ，２２ｂは、ロッド電極２１ｄ，２２ｃの組、及びロッド電極２１ａ，２２ｂの組で一つの円柱や角柱を近似するように半円柱などの形状をとる。隣接するロッド電極２１ｄとロッド電極２２ｃ、及びロッド電極２１ａとロッド電極２２ｂの間隔は、０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度である。

ロッド電極セット１の中心軸とロッド電極セット２の中心軸は互いに平行であるが、Ｚ軸方向に一定距離だけずれている。また、ロッド電極セット１とロッド電極セット２は長手方向の一部領域で重なり合い、当該重なり合った領域において図６に示すようにロッド電極セット１とロッド電極セット２のロッド電極同士が組み合わされて単一の多重極イオンガイドを形成している。

図６中の符号“＋”、“−”は、イオンガイド電源３００からロッド電極に印加されるＲＦ電圧の位相を示す。同じ符号が付されたロッド電極には同位相、同振幅、同周波数のＲＦ電圧が印加される。同じロッド電極セットでは対向するロッド電極が同位相、隣接するロッド電極が逆位相となるようにＲＦ電圧が印加される。また、また異なるロッド電極セットで隣接するロッド電極２１ｄ，２２ｃ及びロッド電極２１ａ，２２ｂには同位相、同振幅、同周波数のＲＦ電圧を印加する。このように電圧を印加することで電極間の間隔が狭いロッド電極２１ｄ，２２ｃ及びロッド電極２１ａ，２２ｂ間にＲＦ電圧の電位差が発生せず、放電を防ぐことができる。

また、ロッド電極セットにはＲＦ電圧に加えてＤＣのオフセット電圧が印加される。同じロッド電極セットに含まれるロッド電極には同じオフセットＤＣ電圧が印加される。オフセットＤＣ電圧は測定する試料のイオンをロッド電極セット１からロッド電極セット２の方向に動かす電界が形成されるよう印加する。すなわち正イオンを測定する場合には、ロッド電極セット１にロッド電極セット２よりも高い電位になるオフセットＤＣ電圧を印加し、負イオンを測定する場合にはロッド電極セット１にロッド電極セット２よりも低いオフセット電圧を印加する。ロッド電極セット１とロッド電極セット２のＤＣオフセットの差を、０．１Ｖ以上１００Ｖ以下に設定すると、イオンを効率よくロッド電極セット１側からロッド電極セット２側に移動することができる。

図５に示すように、ロッド電極セット２のイオンガイド入口側の末端にインキャップ電極２３を配置して、ここにイオンをイオンガイド出口２５の方向に押し込むＤＣ電圧を印加するとイオンのロスを低減することもできる。インキャップ電極２３に印加される電圧は正イオンを測定する場合にはロッド電極セット２に印加されるオフセットＤＣ電圧よりも高く、負イオンを測定する場合にはロッド電極セット２に印加されるオフセットＤＣ電圧よりも低く設定する。

図８は、イオンガイド電源の一例を示す模式図である。イオンガイド電源３００は、ロッド電極セット１のオフセット電圧を生成するＤＣ電源３０１、ロッド電極セット２のオフセット電圧を生成するＤＣ電源３０２、及び１８０度位相が異なる２相のＲＦ電圧を生成するＲＦ電源３０３からなり、各ロッド電極にそれぞれオフセット電圧とＲＦ電圧を印加する。

図４及び図５に示すように、本実施例のイオンガイドは領域１〜３の３つの領域に分けられる。各領域でロッド電極の組２１，２２の径方向（ＹＺ平面）における位置関係が異なり、結果として形成される擬ポテンシャルも異なる。
領域１ではロッド電極セット１の四本のロッド電極がほぼ正方形の頂点付近の位置に配置され、四重極イオンガイドが形成される。ロッド電極セット１の四本のロッド電極に印加されるＲＦ電圧により径方向（ＹＺ平面）の擬ポテンシャルが形成される。

擬ポテンシャルは、イオンの運動が追随できない速度で変動する電界が印加された場合にイオンに時間平均として作用する力を与えるポテンシャルで以下の式で与えられる。
［式２］

ここでｍはイオンの質量、Ｚはイオンの価数、ｅは電気素量、ΩはＲＦ電圧の周波数、Ｅは電界である。

図９はイオンガイドによって生成されるポテンシャルを示す図であり、図９（Ａ）は、領域１の径方向（ＹＺ平面）の擬ポテンシャルを示す図である。また図９（Ｂ）は、図９（Ａ）中に波線で示した軸におけるポテンシャルの高さをＺ方向位置に対してプロットした図である。四重極の擬ポテンシャルは、ＲＦ電圧によって形成される電界が最小となる点を極小点とした二次関数となる。イオンガイドの中心軸は径方向（ＹＺ平面）の擬ポテンシャルの極小点５０を連結した線で定義する。領域１ではロッド電極セット１とロッド電極セット２の間には擬ポテンシャル障壁が存在するため、イオンはロッド電極セット間を移動することはできない。

領域２では、ロッド電極セット１とロッド電極セット２が重なり合っている。また、図７に示すように、領域１及び領域３の位置からロッド電極２１ａ，２２ｂの組とロッド電極２１ｄ，２２ｃの組の間隔が広がり、図６のように、ロッド電極２１ａ，２２ｂの組、ロッド電極２１ｂ、ロッド電極２１ｃ、ロッド電極２１ｄ，２２ｃの組、ロッド電極２２ｄ、及びロッド電極２２ａがほぼ正六角形の頂点の位置に配置された六重極イオンガイドが形成される。ロッド電極２１ｄ，２２ｃの組、ロッド電極２１ａ，２２ｂの組にはそれぞれ同位相、同振幅、同周波数のＲＦ電圧が印加されるため、擬ポテンシャルを考える際にはロッド電極２１ａ，２２ｂの組、及びロッド電極２１ｄ，２２ｃの組を、それぞれひとつの極とみなすことができる。

図１０はイオンガイドによって生成されるポテンシャルを示す図であり、図１０（Ａ）は、領域２の径方向（ＹＺ平面）の擬ポテンシャルを示す図である。また図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）中に波線で示した軸におけるポテンシャルの高さをＺ座標に対してプロットした図である。ロッド電極セット１、ロッド電極セット２が組み合わさり六重極を形成することで、ロッドに囲まれた領域の中心付近に極小点をもつ単一の擬ポテンシャルが形成される。図１０（Ｂ）から明らかなように、ロッド電極セット１とロッド電極セット２の間には擬ポテンシャル障壁が存在せず、イオンが自由に行き来することができる。

一方、ロッド電極セット１とロッド電極セット２に印加したオフセットＤＣ電圧の差により、径方向（ＹＺ平面）にＤＣポテンシャルが形成される。図１１はイオンガイドによって生成されるポテンシャルを示す図であり、図１１（Ａ）は、領域２の径方向（ＹＺ平面）のＤＣポテンシャルを示す図である。また図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）中に波線で示した軸におけるポテンシャルの高さをＺ方向の位置に対してプロットした図である。このＤＣポテンシャルにより、イオンをＺ方向（ロッド電極セット１からロッド電極セット２の方向）に動かす力が働く。本実施例のイオンガイドでは、ロッド電極セット１とロッド電極セット２そのものに異なるオフセットＤＣ電圧を印加することで効果的にＤＣポテンシャルを形成することができる。一方、特許文献３のようにロッド電極以外の電極、例えばロッド電極に間隙挿入した電極などで形成されるＤＣポテンシャルは、ロッド電極によって遮蔽されるためイオンガイド内部に与える影響が小さく、また特にロッド電極の近傍においてポテンシャルが乱れるため、イオンのロスの要因にもなる。

図１２は、ＲＦ電圧による擬ポテンシャルとＤＣポテンシャルを足し合わせた合成ポテンシャルを示す図である。図１２（Ａ）はＹＺ面内の合成ポテンシャルを示し、図１２（Ｂ）はＺ軸に沿った合成ポテンシャルを示す。合成ポテンシャルの極小点５１は、擬ポテンシャルの極小点よりロッド電極セット２側に位置する。また、合成ポテンシャルの極小点５１は、イオンガイド領域２へのイオンの入射位置５２よりロッド電極セット２の側に位置し、領域１においてロッド電極セット１によってガイドされてきたイオンを領域２においてロッド電極セット２側に移動させるように作用する。

領域２と領域１、領域３の間の接続部分は、ほぼ９０度に折れ曲がる構成でもゆるい角度で折れ曲がる構成でもよい。ゆるい角度で折れ曲がる場合、接続部分の径方向のポテンシャルは接続元のポテンシャルから接続先のポテンシャルに連続的に変化する。また、図４、図５に示すようにロッド電極セット１のロッド電極が領域３の入口まで存在していると、イオンを領域２から領域３の方向に移動させる電界が生じるため、イオンを領域２から領域３に効率よく輸送することができる。

領域３では領域２の位置から、ロッド電極２１ａ，２２ｂの組とロッド電極２１ｄ，２２ｃの組の間隔が狭まり、ロッド電極セット２の四本のロッド電極がほぼ正方形の頂点付近の位置に配置される。領域１と同様に、ロッド電極セット２の４本のロッド電極により擬ポテンシャルが形成され、領域３におけるロッド電極セット２の中心軸にイオンを収束させる。四重極によって形成される擬ポテンシャルは、図９（Ｂ）のように極小点付近でのポテンシャルの傾きが高次の多重極やリングスタック型のイオンガイドより大きいため、イオンを軸上に収束させる効果が高い。イオンを収束する効果が高いほど、イオンがイオンガイドの後段の細孔１１を透過する効率が高くなり、高感度な測定が可能になる。

図１３及び図１４は、本実施例のイオンガイド内のイオンの流れについて、気流の影響を考慮したイオン軌道シミュレーションの結果を示す図である。図１３（Ａ）にＹ軸方向から見たイオンの軌道３０を、図１３（Ｂ）にＹ軸方向からみた気流に含まれる中性粒子の流れ３１を示す。また、図１４（Ａ）にＸ軸方向から見たイオンの軌道を、図１４（Ｂ）にイオンガイドの出口におけるイオンと中性粒子の分布範囲を示す。

イオンは、細孔や細管を通してイオンガイド４が設置されている差動排気部１２に導入される。細孔や細管の出口では、図２や図３に示すような気流が発生する。イオンはこの気流にそってイオンガイド４に導入される。気流は領域１におけるロッド電極セット１の中心軸とほぼ同軸に入射する。領域１におけるロッド電極セット１の中心軸と同軸にイオンを入射することで、イオンが図９（Ａ）の擬ポテンシャルの中心軸５０付近を流れることになり、イオンを効率よくイオンガイド４に導入することができる。また、図４のロッド電極セット１の擬ポテンシャルの内側に図２のマッハディスクが生成されるようにすると、イオンをイオンガイドの中心軸上に収束させる力により、マッハディスク付近での拡散による損失が抑えられ、イオンガイドの透過効率が向上する。イオンはロッド電極セット１で構成される四重極イオンガイドの中心軸上に収束される。

イオンは気流に沿って領域１から領域２に移動する。図１２中に示したように、イオンが領域２に入射される位置５２は、領域１においてロッド電極セット１で構成される四重極イオンガイドの中心軸の延長線付近である。イオンはロッド電極セット１とロッド電極セット２のオフセットＤＣ電圧の差により、図１３（Ａ）及び図１４（Ａ）に示されるように図１２に示した合成ポテンシャルの極小点５１があるロッド電極セット２側に移動する。ＤＣポテンシャルと擬ポテンシャルの［式２］を比較すると、同じ印加電圧ではＤＣポテンシャルのほうがイオンに与える力が大きい。このため、ＤＣポテンシャルを用いることで、低い印加電圧でも効果的にイオンを気流から引き剥がすことができる。一方、気流に含まれる中性粒子や液滴は電界の影響を受けにくいため、図１３（Ｂ）のようにＸ軸方向にそのまま直進する。このように、ロッド電極セット１とロッド電極セット２のオフセットＤＣ電圧の差によって形成されるＤＣポテンシャルを用いることで、イオンと気流に含まれる中性粒子の分布を分離することができる。

領域２においてロッド電極セット２側に移動したイオンは、領域３のロッド電極セット２で構成される四重極イオンガイドに導入される。領域３では気流とイオンが分離されているため、気流によるイオンの拡散、気流中の密度が高いことによる収束への影響がない。そのため、イオンをイオンガイドの中心軸上に収束させやすい。イオンガイドの出口でイオンが狭い範囲に収束されていると、細孔１１の透過率が高くなり高感度が得られる。

図１４（Ｂ）は、イオンガイドの出口２５における気流に含まれる中性粒子の分布３４とイオンの分布３３を示す図である。気流はロッド電極セット１の領域１における中心軸とほぼ同軸に入射するため、気流に含まれる中性粒子はロッド電極セット１の中心軸の延長線上に分布する。一方、イオンはロッド電極セット２の中心軸付近に分布する。このため、本実施例のイオンガイドを用いることで、イオンガイドの出口２５で気流に含まれる中性粒子の分布３４とイオンの分布３３がお互いに重なりあわないように分離できる。

図１５（Ａ）は、本実施例のイオンガイドを用いて測定したレセルピン（ｍ／ｚ＝６０９）の質量スペクトルを示す。また、図１５（Ｂ）は、レセルピンのイオン信号強度をロッド電極セット１とロッド電極セット２のオフセットＤＣ電圧の差に対してプロットした図である。ロッド電極セット１とロッド電極セット２のオフセットＤＣ電圧の差が０Ｖの場合には、イオンはほとんど観測されなかった。これはイオンが図１３（Ｂ）に示した気流の流れ３１に沿って直進するためであると考えられる。ロッド電極セット１とロッド電極セット２のオフセットＤＣ電圧の差が大きくなるとイオン信号強度は徐々に増加し、４Ｖ以上ではほぼ一定の値になった。これはオフセットＤＣ電圧４Ｖ以上ではほぼすべてのイオンがロッド電極セット２に移動し、ロッド電極セット２の中心軸から排出されていることを示している。

本実施例のイオンガイドにより気流とイオンの分布を分離し、イオンの分布範囲の成分のみを切り出して質量分析部側に導入することで、イオンガイドより質量分析部側に導入される気体の流量が減り、真空ポンプの負荷が低下する。これにより排気速度が小さい、小型で安価な真空ポンプを使うことができるようになる。また、質量分析部のイオンのパスに気流に含まれる中性分子、気流に含まれる液滴が進入するのを防ぎ、装置のロバスト性も向上する。特に液滴はノイズの原因ともなるため、液滴の進入を防ぐことでＳ／Ｎも向上する。

［実施例２］
図１６及び図１７は、本発明のイオンガイドの他の実施例を示す構成図である。図１６はイオンガイド全体を示す斜視模式図、図１７はイオンガイドをＹ軸方向から見た概略図である。

本実施例のイオンガイドは、ロッド電極の組２１、ロッド電極の組２２がイオンガイドの長手方向（Ｘ軸方向）に複数のセグメントに分割されている点が実施例１と異なる。第１のロッド電極セット及び第２のロッド電極セットの各ロッド電極は長手方向の同一位置を分割点として複数のセグメントに分割され、各セグメントは互いに電気絶縁されている。電気絶縁の方法は、隣接するセグメント同士を離間させて間に隙間を設ける方法でもよいし、隣接するセグメントの間にセラミックなどの絶縁材料を介在させる方法でもよい。図にはロッド電極の組２１，２２をそれぞれ４つのセグメントに分割する例を示したが、セグメントの数は２個以上であればよい。

ロッド電極の組２１及びロッド電極の組２２は同一のＸ座標のＹＺ平面によって分割され、任意のＸ座標のＹＺ平面には同一のセグメントに含まれるロッド電極のみが存在する。ロッド電極の組２１、ロッド電極の組２２にはＲＦ電圧、オフセットＤＣ電圧に加えて、セグメント毎に独立にセグメントＤＣ電圧が印加される。図１８は、セグメントＤＣ電圧の一例を示す図である。同一のセグメントに含まれるロッド電極には同一のセグメントＤＣ電圧が印加される。正イオン測定時にイオンガイド入口からイオンガイド出口に向かってセグメントＤＣ電圧が徐々に低くなるように設定すると、イオンをＸ軸方向に加速する電界が生じ、圧力が高い条件でもイオンガイド内部にイオンが停留するのを防ぐことができる。

一方、ＲＦ電圧とオフセットＤＣ電圧は実施例１と同じように印加する。すなわち図６に同じ符号を付して示したロッド電極にはすべてのセグメントにおいて同一の位相、同一の振幅、同一の周波数のＲＦ電圧を印加する。また、同じロッド電極セットに含まれるロッド電極の組には同じオフセットＤＣ電圧を印加する。図１９は、セグメントＤＣ電圧とオフセットＤＣ電圧の和を示す図である。図１９において、６１はロッド電極セット１の各セグメントに印加されるＤＣ電圧を、６２はロッド電極セット２の各セグメントに印加されるＤＣ電圧を示し、６０はオフセットＤＣ電圧の差を示している。

このとき各領域のＹＺ平面において擬ポテンシャルの極小点から見た相対的なポテンシャルは実施例１と同じになる。したがって、実施例１と同様に、領域１においてイオンをロッド電極セット１の中心軸に収束させ、領域２においてイオンを気流から分離してロッド電極セット１側からロッド電極セット２側に移動させ、領域３においてロッド電極セット２の中心軸上にイオンを収束させることが可能である。このように、ロッド電極をセグメントに分割した場合でも、実質的に実施例１と同じ機能を得ることができる。このことから、本実施例のようにイオンガイドの長手方向（Ｘ軸方向）でロッド電極をセグメントに分割した構成でも、長手方向に連続するセグメントの電極をまとめて一つのロッド電極として定義できる。

［実施例３］
図２０から図２２は、本発明のイオンガイドの他の実施例を示す構成図である。図２０はイオンガイド全体を示す斜視模式図、図２１はイオンガイドをＹ軸方向から見た概略図、図２２は図２０中に(i)、(ii)、(iii)で示した位置の径方向（ＹＺ平面）断面図である。ロッド電極の形状は、図２０に示したような円柱に近い形状でも、角柱や多角形でもよい。

イオンと気流が導入される側のロッド電極の組２１をロッド電極セット１、イオンが排出される側のロッド電極の組２２をロッド電極セット２とする。同じロッド電極セットに含まれるロッド電極には同じオフセットＤＣ電圧を印加する。図２２中の符号“＋”、“−”はＲＦ電圧の位相を示し、同じ符号が記入されたロッド電極には同位相、同振幅、同周波数のＲＦ電圧を印加する。

領域１ではロッド電極セット１の４本のロッド電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄにより四重極イオンガイドが形成される。領域２では領域１の位置からロッド電極セット１のロッド電極２１ａ，２１ｄとロッド電極セット２のロッド電極２２ｂ，２２ｃの間隔が広がり、図２２のように各ロッド電極がほぼ正八角形の頂点の位置にくる。ロッド電極セット１とロッド電極セット２が組み合わさり八重極を形成することで、ロッドに囲まれた領域の中心付近に極小点をもつ単一の擬ポテンシャルが形成される。ロッド電極セット１とロッド電極セット２の間には擬ポテンシャル障壁が存在せず、イオンが自由に行き来することができる。オフセットＤＣ電圧を、測定する試料のイオンをロッド電極セット１からロッド電極セット２の方向に動かす電界が形成されるよう印加すると、領域２でイオンを気流から引き剥がしてロッド電極セット１側からロッド電極セット２側に移動させることができる。ロッド電極セット２側に移動したイオンは領域３に導入される。領域３ではロッド電極セット２の４本のロッド電極２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄにより４重極イオンガイドが形成され、イオンは４重極イオンガイドの中心軸上に収束する。本実施例では八重極を例に説明したが、１０、１２、１６、２０重極など八重極以上の多重極でもよい。

本実施例の構成では、ロッド電極２１ａ，２１ｄ，２２ｂ，２２ｃにも加工が容易で安価な円柱状のロッド電極を用いることができるため、実施例１に比べて安価である。一方、八重極など高次の多重極では擬ポテンシャルの中心付近の勾配がゆるいため、イオンが径方向の広い範囲に分布し、多重極から四重極への変形箇所でイオンの損失が発生しやすい。

［実施例４］
図２３から図２５は、本発明のイオンガイドの他の実施例を示す構成図である。図２３はイオンガイド全体を示す斜視模式図、図２４はイオンガイドをＹ軸方向から見た概略図、図２５は図２３中に(ii)、(iii)で示した位置の径方向（ＹＺ平面）断面図である。

本実施例のイオンガイドでは実施例１の領域１に相当する部分がなく、図２５に示したようにイオンを含む気流２６は領域２のロッド電極セット１のロッド電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄで囲まれた範囲に、イオンガイドの領域２の中心軸と平行に入射する。領域２、領域３における構成、印加電圧、及びイオンと気流の挙動は実施例１と同様である。

本実施例の構成では、実施例１の構成に比べて構造が単純で安価であるという利点がある。一方、イオンを収束させる領域１の部分がないため、イオンガイドの透過効率自体は実施例１の構成よりも低くなる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

４ イオンガイド
１０，１１ 細孔
１２ 差動排気部
１３ 質量分析部
１４ イオン源
１７ 中間真空室
１８ 細孔
２１−２２ ロッド電極セット
２３ インキャップ電極
２４ イオンガイド入口
２５ イオンガイド出口
２７ イオンの排出位置
３０ イオン軌道
３３ イオンの分布範囲
５０ 四重極イオンガイド中心軸
５１ 合成ポテンシャル極小点
９１ イオンの分布
１００ イオン
１０１ 気流
２００ バレルショック
２０１ マッハディスク
２０３ 気流の入射方向
２０４ 細管
３００ イオンガイド電源

Claims (3)

1. 多重極電極を有する多重極イオンガイドであって、
   前記多重極電極は、前記多重極イオンガイドの中心軸に垂直な平面において、前記多重極電極で囲まれた領域に単一の極小点を持つ擬ポテンシャルと、静電ポテンシャルとを形成し、
   前記擬ポテンシャルと前記静電ポテンシャルの合成ポテンシャルが前記擬ポテンシャルの極小点と異なる位置に極小点を持つ
   ことを特徴とする多重極イオンガイド。
2. 請求項１に記載の多重極イオンガイドであって、
   単一の極小点を持つ第１の擬ポテンシャルのみが形成される第１の領域と、
   単一の極小点を持つ第２の擬ポテンシャルと、静電ポテンシャルとが形成される第２の領域と、
   第３の擬ポテンシャルが形成され、前記第１の領域と前記第２の領域を接続する第３の領域と、を備える
   ことを特徴とする多重極イオンガイド。
3. 請求項２に記載の多重極イオンガイドであって、
   前記第１の領域中の前記中心軸に垂直な平面における前記第１の擬ポテンシャルの前記極小点の位置は、前記第２の領域中の前記中心軸に垂直な平面における前記第２の擬ポテンシャルの前記極小点の位置と異なる
   ことを特徴とする多重極イオンガイド。