JP5686566B2 - 質量分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、低コストで高スループット分析が可能な質量分析装置に関する。

質量分析装置では、イオン源で生成したイオンの中から特定の質量のイオンを選択し、そのイオンを分解し、分解したイオンの質量を分析することで、試料の詳細な構造を同定するという手順のMS/MS分析が行われる場合が多い。例えば、イオン輸送部（Q0）、第１のイオン分離部（Q1）、イオン解離部（Q2）、第２のイオン分離部（Q3）の全てが多重極ロッド電極（代表的には四重極ロッド電極）で構成される質量分析装置の場合、イオン源で生成したイオンは、Q0の多重極ロッド電極への高周波（RF）電圧印加により、効率良くQ0を透過し、Q1に導入される。Q1は、多重極ロッド電極にRF電圧と直流（DC）電圧を印加することで、導入されたイオンの中から特定の質量を持つイオンのみを透過することができるため、四重極質量フィルター（QMF）と呼ばれる。Q1で選択、分離された特定イオンはQ2に導入される。Q2は、多重極ロッド電極にRF電圧を印加することでイオンを透過させながら、イオンをQ2雰囲気中の中性ガス（窒素、ヘリウム、アルゴンなど）と衝突させることで分解（CID）する機能を有するため、コリジョンセルと呼ばれる。Q2で分解したイオンはQ3に導入される。Q3は、Q1と同様に多重極ロッド電極にRF電圧とDC電圧を印加することで、導入されたイオンを質量に応じて分離しながら透過させることができるため、Q3もまたQMFとよばれる。Q3で分離されたイオンは、質量に応じて出口から排出され検出器で検出される。

通常のQ2でのイオン解離は中性ガスとの衝突により行われるため、Q2に導入されたイオンは衝突を繰り返すことで、移動速度が遅くなり、Q2の透過時間が長くなる。Q2の長さやイオンの質量などにもよるが、Q2を透過するのに通常数ms以上要する。このため、分析のスループットを向上させるのが困難である。

特許文献１では、Q2でのイオン透過時間の短縮のため、様々な方式を提案している。以下に、詳細を示す。
（１）多重極ロッド電極を軸方向に分割し、分割した電極に異なるDCオフセット電圧を印加することで軸上電場を形成し、その電場によりイオンを軸方向に加速させ透過する。
（２）多重極ロッド電極をテーパ形状のロッド電極で構成することで軸上電場を形成し、その電場によりイオンを軸方向に加速させ透過する。
（３）多重極ロッド電極のロッド電極を斜めに配置することにより軸上電場を形成し、その電場によりイオンを軸方向に加速させ透過する。
（４）多重極ロッド電極のロッド電極の間隙位置に軸上電場を形成する電極を配置し、その電場によりイオンを軸方向に加速させ透過する。
（５）抵抗体被膜を有するロッド電極で多重極ロッド電極を構成し、ロッド電極の両端に電位差をかけることで軸上電場を形成し、その電場によりイオンを軸方向に加速させ透過する。

米国特許5,847,386

特許文献１に記載された各々の装置構成（１）〜（５）では、以下のような問題点がある。
（１）イオンを加速させるための効果的な軸上電場を得るためには、より連続的な電場を形成する必要がある。そのためには、ロッド電極をより短い長さに分割する必要があるが、電極数を多くする必要があるため、配線が煩雑なり、組立ても複雑になり、コスト増加を招く。
（２）テーパ形状のロッド電極は、電極自体の製法が複雑になる他、電極を保持する部品の形状も複雑になり、組立て精度を維持することが容易ではなくなる。
（３）テーパロッドとは異なり電極自体の製法は比較的単純であるが、電極を保持する部品の形状が複雑になり、組立て精度を維持することが容易ではなくなる。
（４）ロッド電極の間隙位置に電極を配置するため、部品数が多くなることに加え、組立ても複雑になり、コスト増加を招く。
（５）抵抗体被膜を有するロッド電極は、製作時に均一な膜厚を得る必要があるため、製法コストが高くなる。またRF電圧を印加するロッド電極を抵抗体で構成し、その両端に電位差をかけるため、電源の構成が複雑になる。

本発明の代表的な構成として、多重極ロッド電極を有するイオン透過部を備えた質量分析装置であって、多重極ロッド電極は、互いに軸方向の異なる位置で複数のセグメントロッドに分割されたロッド電極を有することを特徴とする。

さらに、多重極ロッドで形成されるセグメントロッド群ごとに電源を設けることにより、セグメントロッド群の数ではなく、ロッド電極の分割位置により異なる電位状態の領域を形成する。

本発明により、低コスト化が可能な構成でイオン透過時間を短縮できるイオン透過部を実現でき、高スループット分析が可能となる。

実施例１の装置構成図 実施例１のロッド電極の分割位置の説明図 実施例１のシミュレーションモデルの説明図 実施例１の中心電位のシミュレーション結果の説明図 実施例１のイオン透過時間のシミュレーション結果の説明図 実施例１のＬＭＣＯ下限のシミュレーション結果の説明図 実施例２の装置構成図 実施例２のロッド電極の分割位置の説明図 実施例３の装置構成図 実施例３のロッド電極の分割位置の説明図 実施例４の装置構成図 実施例４のロッド電極の分割位置の説明図 実施例５の装置構成図 実施例５のロッド電極の分割位置の説明図 実施例６のロッド電極の分割位置の説明図 実施例７のロッド電極の分割位置の説明図 実施例８の装置構成図 実施例９の装置構成図 実施例１０の装置構成図 実施例１１の装置構成図 実施例１２のロッド電極の分割位置の説明図 実施例１３の装置構成図

実施例１では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が４本のロッド電極からなる四重極ロッド電極において、全ての各ロッド電極を異なる軸方向位置で２分割している構成について説明する。

図１および図２に本方式を用いた四重極ロッド電極の構成の説明図を示す。図１は各ロッド電極の配置や電圧印加方法に関する説明図であり、図２は各ロッド電極の分割位置の説明図である。

多重極ロッド電極１は、４本のロッド電極２Ａ-２Ｄで構成されている。４本のロッド電極２Ａ-２Ｄは、各々セグメントロッド２Ａ−１、２Ａ−２、２Ｂ−１、２Ｂ−２、２Ｃ−１、２Ｃ−２、２Ｄ−１、２Ｄ−２に分割されている。多重極ロッド電極１をイオン透過部３７として使用する場合、多重極ロッド電極１の片端からイオン３が導入され、多重極ロッド電極１を透過し、反対側からイオン４が排出される。

次に、電源および回路５により多重極ロッド電極１に電圧を印加する方法について以下説明する。ロッド電極２Ａ、２Ｂとロッド電極２Ｃ、２Ｄに逆位相の高周波電圧６が印加され、さらに、多重極ロッド（２Ａ−１、２Ｂ−１、２Ｃ−１、２Ｄ−１）から成るセグメントロッド群と多重極ロッド（２Ａ−２、２Ｂ−２、２Ｃ−２、２Ｄ−２）から成るセグメントロッド群には各々異なる直流電圧Ｖ１、Ｖ２が印加される。セグメントロッド２Ａ−１、２Ｂ−１には、コンデンサＣ１を介して高周波電圧６が印加され、抵抗Ｒ１を介して直流電圧Ｖ１が印加される。セグメントロッド２Ｃ−１、２Ｄ−１には、コンデンサＣ２を介して高周波電圧６が印加され、抵抗Ｒ２を介して直流電圧Ｖ１が印加される。セグメントロッド２Ａ−２、２Ｂ−２には、コンデンサＣ３を介して高周波電圧６が印加され、抵抗Ｒ３を介して直流電圧Ｖ２が印加される。セグメントロッド２Ｃ−２、２Ｄ−２には、コンデンサＣ４を介して高周波電圧６が印加され、抵抗Ｒ４を介して直流電圧Ｖ２が印加される。

次に、各ロッド電極の分割位置について説明する。図２のように、４本のロッド電極２Ａ-２Ｄを各々異なる軸方向位置で２分割することで、見かけ上５個のセグメントＳ１―Ｓ５に分割できる。このように、分割位置が径方向で重ならないように分割されたロッド電極を有することで、電位状態の異なる軸方向の領域を、セグメントロッドの数分だけではなく、それよりも多い軸方向の分割位置により区切られた領域の数だけ形成することができる。つまり図１のようにセグメントロッド２Ａ−１、２Ｂ−１、２Ｃ−１、２Ｄ−１とセグメントロッド２Ａ−２、２Ｂ−２、２Ｃ−２、２Ｄ−２に各々異なる直流電圧Ｖ１、Ｖ２を印加した場合、各々のセグメントＳ１−Ｓ５での平均電位が、セグメントＳ１では（４×Ｖ１）／４、セグメントＳ２では（３×Ｖ１＋Ｖ２）／４、セグメントＳ３では（２×Ｖ１＋２×Ｖ２）／４、セグメントＳ４では（Ｖ１＋３×Ｖ２）／４、セグメントＳ５では（４×Ｖ２）／４となり、５種類の異なる平均電位を持つセグメントＳ１−Ｓ５に分割することができる。このときの分割された各々のセグメントＳ１−Ｓ５は、セグメントの長さＬ１−Ｌ５で表すこともできる。

尚、互いに分割位置が径方向で重ならないように分割されたロッド電極が多重極ロッド電極の中に含まれていればよく、多重極ロッド電極の中には分割されていないロッド電極が含まれていてもよい。

次に、図１、図２で説明した多重極ロッド電極１の中心電位などをシミュレーションするためのモデルについて図３を用いて説明する。多重極ロッド電極１の詳細な構造や電圧印加方法は図１および図２と同様である。図３では、Ａ−Ａ断面図を図３（Ａ）、Ｂ−Ｂ断面図を図３（Ｂ）、Ｃ−Ｃ断面図を図３（Ｃ）とする。

多重極ロッド電極１の片端から間隙距離Ｇ１だけ離れた位置に入口電極７を配置し、反対の端から間隙距離Ｇ２だけ離れた位置に出口電極８を配置しており、入口電極７と出口電極８は各々開口部９―１０を有し、各々に直流電圧Ｖｉｎ、Ｖｏｕｔが印加される。

セグメントロッド２Ａ−１〜２Ｄ−１に印加する直流電圧Ｖ１＝５Ｖ、セグメントロッド２Ａ−２〜２Ｄ−２に印加する直流電圧Ｖ２＝０Ｖ、直流電圧Ｖｉｎ＝５Ｖ、Ｖｏｕｔ＝−１０Ｖ、間隙距離Ｇ１＝４ｍｍ、Ｇ２＝２ｍｍとしたときの中心電位のシミュレーション結果を図４に示す。図４の中心電位のシミュレーション結果１１では、４本のロッド電極２Ａ−２Ｄを異なる軸方向位置で２分割した本方式の結果１２と、全てのロッド電極を同じ軸方向位置で３分割した結果１３を示す。

本方式の結果１２は、多重極ロッド電極１のセグメントの長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５を各々２０ｍｍ、１０ｍｍ、１０ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ（合計７０ｍｍ）とした時の結果である。これに対し、３分割した結果１３は、全てのロッドを２０ｍｍ、３０ｍｍ、２０ｍｍ（合計７０ｍｍ）の３分割にした時の結果である。図４の本方式の結果１２から、異なる軸方向位置で４本のロッド電極２Ａ−２Ｄを分割することで、少ない分割数でも見かけ上の分割数が増えるため、３分割した結果１３のような階段状の電界にならずに、軸方向に対して連続した滑らかな傾斜電位が得られることが分かる。なお、図４の横軸の０ｍｍの位置が入口電極７の位置、７６ｍｍの位置が出口電極８の位置である。また、多重極ロッド電極１の内接円半径r0＝４．３５ｍｍ、４本ロッド電極２Ａ−２Ｄのロッド直径Ｄ＝１０ｍｍとしている。

次に図３のモデルを使用し、イオンが多重極ロッド電極１の雰囲気中のバッファーガスと衝突しながら透過する時間をシミュレーションした結果を図５に示す。図５のイオン透過時間のシミュレーション結果１４には、セグメントロッド２Ａ−１〜２Ｄ−１に印加する直流電圧Ｖ１とセグメントロッド２Ａ−２〜２Ｄ−２に印加する直流電圧Ｖ２との電位差Ｖ１−Ｖ２が１０Ｖ、５Ｖ、２Ｖ、１Ｖ、０．５Ｖ、０．２Ｖ、０．１Ｖ、０Ｖの結果１５−２２をそれぞれ示している。図５の横軸は透過時間（ＴＯＦ）を示しており、横軸に示したＴＯＦの範囲に透過しカウントされたイオンの個数を縦軸に示している。図５より０．５Ｖ以上の電位差の条件でイオン透過の時定数が１００μｓ以内となり、短時間での多重極ロッド電極１のイオン透過が可能となる。なお、シミュレーションの条件は、イオンの質量電荷比（ｍ／ｚ）＝６００（正イオン）、衝突断面積＝２．８ｅ−１８ｍ^２、イオン個数＝１０００個、バッファーガス＝窒素１０ｍＴｏｒｒ（１．３Ｐａ）、イオンの入射エネルギー＝１０ｅＶで行った。

次に図３のモデルを使用し、多重極ロッド電極１を透過可能なイオンのｍ／ｚに対して、そのときの低質量カットオフ（ＬＭＣＯ）の下限をシミュレーションにより求めた結果を図６に示す。図６のＬＭＣＯ下限のシミュレーション結果２３には、セグメントロッド２Ａ−１〜２Ｄ−１に印加する直流電圧Ｖ１とセグメントロッド２Ａ−２〜２Ｄ−２に印加する直流電圧Ｖ２との電位差Ｖ１−Ｖ２が５Ｖ、２Ｖ、１Ｖ、０．５Ｖの結果２４−２７をそれぞれ示している。

ＬＭＣＯ下限とはその条件時に透過可能なｍ／ｚ下限であり、透過イオンのｍ／ｚに対しＬＭＣＯ下限のｍ／ｚが小さいほど、透過可能なｍ／ｚ範囲（マスウインドウ）が広いと言える。特に、多重極ロッド電極１で構成されたイオン透過部３７をイオン解離手段として用いる場合、透過イオンがバッファーガスと衝突し分解しフラグメントイオンが生成するため、特に低質量側に広いマスウインドウを要求される。

本方式では、図１および図２に示したセグメントＳ２−Ｓ４では、異なる直流電圧Ｖ１またはＶ２が印加されるセグメントロッドが混在するため、径方向に対して電位勾配が生じる。ＬＭＣＯが低い条件では、多重極ロッド電極内の擬ポテンシャルが低くなるため、セグメントロッドの電位差による径方向の電位勾配によりイオンが径方向に排除されてしまう可能性が高いが、図６から電位差１Ｖ程度では、例えばｍ／ｚ＝４００の透過イオンに対してＬＭＣＯ下限がｍ／ｚ＝３０程度であり、１０倍以上のマスウインドウが確保できるため、本方式が実用上問題ないことが分かる。

また、図１および図２のように、片端（例えば図の左側）から見て最も短いセグメントロッド２Ａ−１と、その次に短いセグメントロッド２Ｂ−１を、対向位置に配置させることで、径方向の電位勾配の影響を最小限に抑えることができる。詳しくは、セグメントＳ１の領域ではセグメントロッド２Ａ−１〜２Ｄ−１の全てに同じ直流電圧Ｖ１が印加されているので、径方向において対象であるため径方向の電位勾配は生じない。セグメントＳ２の領域ではセグメントロッド２Ｂ−１〜２Ｄ−１には直流電圧Ｖ１が印加され、セグメントロッド２Ａ−２には直流電圧Ｖ２が印加されるので、径方向において非対象になるため径方向の電位勾配が生じる。セグメントＳ３の領域ではセグメントロッド２Ｃ−１〜２Ｄ−１には直流電圧Ｖ１が印加され、セグメントロッド２Ａ−２〜２Ｂ−２には直流電圧Ｖ２が印加されるので、対向位置のセグメントロッド同士には同じ直流電圧が印加されているため、多重極ロッド電極１の中心軸付近では径方向の電位勾配がほとんど生じない。つまり、イオンがセグメントＳ１からＳ３を通る際、セグメントロッド２Ａ−１の次に短いセグメントロッド２Ｂ−１を対向位置に配置させることで、セグメントＳ２での径方向の電位勾配により軌道が不安定になっても、セグメントＳ３により再び中心軸付近にイオンを収束することができる。これに対し、セグメントロッド２Ｃ−１または２Ｄ−１をセグメントロッド２Ａ−１の次に短い長さにすると、セグメントＳ３においても中心軸上で径方向の電位勾配が生じ、連続して電位勾配の影響を受ける領域が長くなることでイオン軌道の不安定状態も連続してしまうため、高周波電圧６の影響によりイオンが径方向に排除されてしまうことがある。

本方式では、イオンが正イオンの場合として、セグメントロッド２Ａ−１〜２Ｄ−１に印加する直流電圧Ｖ１とセグメントロッド２Ａ−２〜２Ｄ−２に印加する直流電圧Ｖ２の関係がＶ１＞Ｖ２の場合の説明をしたが、Ｖ１＜Ｖ２の条件にすることで、図４とは逆の勾配の電位（出口電極８の方向が高い）が得られ、負イオンの加速に効果的な条件にすることも可能である。直流電圧の大きさは、イオン導入側のセグメントロッド群に印加する電圧値の絶対値が、イオン排出側のセグメントロッド群に印加する電圧値の絶対値よりも大きいようにすればよい。

本方式では、このように、軸方向に異なる電位状態の領域を形成するのに、当該異なる電位状態の領域の数だけの直流電源が必要になるのではない。分割されたセグメントロッド群の数の直流電源があれば、ロッドの分割位置に応じて、セグメントロッド群の数よりも多くの異なる電位状態の領域を形成することができる。したがって、電源や配線が簡便な構成で、イオン透過時間を短縮させ、そして高スループットな分析を行うことができる。

以上、実施例１では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が４本のロッド電極からなる四重極ロッド電極において、全ての各ロッド電極を異なる軸方向位置で２分割している構成での、原理および効果について説明した。

実施例２では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が４本のロッド電極からなる四重極ロッド電極において、全ての各ロッド電極を異なる軸方向位置で３分割している構成について説明する。

図７および図８に本方式を用いた四重極ロッド電極の構成の説明図を示す。図７は各ロッド電極の配置や電圧印加方法に関する説明図であり、図８は各ロッド電極の分割位置の説明図である。

多重極ロッド電極１は、４本のロッド電極２Ａ-２Ｄで構成されている。４本のロッド電極２Ａ-２Ｄは、各々セグメントロッド２Ａ−１、２Ａ−２、２Ａ−３、２Ｂ−１、２Ｂ−２、２Ｂ−３、２Ｃ−１、２Ｃ−２、２Ｃ−３、２Ｄ−１、２Ｄ−２、２Ｄ−３に分割されている。多重極ロッド電極１をイオン透過部３７として使用する場合、多重極ロッド電極１の片端からイオン３が導入され、多重極ロッド電極１を透過し、反対側からイオン４が排出される。

次に、電源および回路５により多重極ロッド電極１に電圧を印加する方法について以下説明する。ロッド電極２Ａ、２Ｂとロッド電極２Ｃ、２Ｄに逆位相の高周波電圧６が印加され、さらに、セグメントロッド２Ａ−１、２Ｂ−１、２Ｃ−１、２Ｄ−１とセグメントロッド２Ａ−２、２Ｂ−２、２Ｃ−２、２Ｄ−２とセグメントロッド２Ａ−３、２Ｂ−３、２Ｃ−３、２Ｄ−３には各々異なる直流電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が印加される。セグメントロッド２Ａ−１、２Ｂ−１には、コンデンサＣ１を介して高周波電圧６が印加され、抵抗Ｒ１を介して直流電圧Ｖ１が印加される。セグメントロッド２Ｃ−１、２Ｄ−１には、コンデンサＣ２を介して高周波電圧６が印加され、抵抗Ｒ２を介して直流電圧Ｖ１が印加される。セグメントロッド２Ａ−２、２Ｂ−２には、コンデンサＣ３を介して高周波電圧６が印加され、抵抗Ｒ３を介して直流電圧Ｖ２が印加される。セグメントロッド２Ｃ−２、２Ｄ−２には、コンデンサＣ４を介して高周波電圧６が印加され、抵抗Ｒ４を介して直流電圧Ｖ２が印加される。セグメントロッド２Ａ−３、２Ｂ−３には、コンデンサＣ５を介して高周波電圧６が印加され、抵抗Ｒ５を介して直流電圧Ｖ３が印加される。セグメントロッド２Ｃ−３、２Ｄ−３には、コンデンサＣ６を介して高周波電圧６が印加され、抵抗Ｒ６を介して直流電圧Ｖ３が印加される。

次に、各ロッド電極の分割位置について説明する。図８のように、４本のロッド電極２Ａ-２Ｄを各々異なる軸方向位置で３分割することで、見かけ上９個のセグメントＳ１―Ｓ９に分割できる。つまり実施例１と同様に９種類の異なる平均電位を持つセグメントＳ１−Ｓ９に分割することができる。このときの分割された各々のセグメントＳ１−Ｓ９は、セグメントの長さＬ１−Ｌ９で表すこともできる。

実施例２においても実施例１と同様の効果が得られるが、実施例１よりも分割数が多いので、より連続的で滑らかな軸方向の傾斜電位が得られる。

また、図７および図８のように、片端（例えば図の左側）から見て最も短いセグメントロッド２Ａ−１と、その次に短いセグメントロッド２Ｂ−１を、対向位置に配置させることで、径方向の電位勾配の影響を最小限に抑えことができる。

以上、実施例２では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が４本のロッド電極からなる四重極ロッド電極において、全ての各ロッド電極を異なる軸方向位置で３分割している構成での、原理および効果について説明した。

実施例３では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が４本のロッド電極からなる四重極ロッド電極において、対向位置にある２本のロッド電極のペア同士は同じ軸方向位置で３分割し、異なるペア間では異なる軸方向位置で３分割する構成について説明する。

図９および図１０に本方式を用いた四重極ロッド電極の構成の説明図を示す。図９は各ロッド電極の配置や電圧印加方法に関する説明図であり、図１０は各ロッド電極の分割位置の説明図である。

多重極ロッド電極１は、４本のロッド電極２Ａ-２Ｄで構成されている。４本のロッド電極２Ａ-２Ｄは、各々セグメントロッド２Ａ−１、２Ａ−２、２Ａ−３、２Ｂ−１、２Ｂ−２、２Ｂ−３、２Ｃ−１、２Ｃ−２、２Ｃ−３、２Ｄ−１、２Ｄ−２、２Ｄ−３に分割されている。多重極ロッド電極１をイオン透過部３７として使用する場合、多重極ロッド電極１の片端からイオン３が導入され、多重極ロッド電極１を透過し、反対側からイオン４が排出される。

次に、電源および回路５により多重極ロッド電極１に電圧を印加する方法について以下説明する。ロッド電極２Ａ、２Ｂとロッド電極２Ｃ、２Ｄに逆位相の高周波電圧６が印加され、さらに、セグメントロッド２Ａ−１、２Ｂ−１、２Ｃ−１、２Ｄ−１とセグメントロッド２Ａ−２、２Ｂ−２、２Ｃ−２、２Ｄ−２とセグメントロッド２Ａ−３、２Ｂ−３、２Ｃ−３、２Ｄ−３には各々異なる直流電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が印加される。セグメントロッド２Ａ−１、２Ｂ−１には、コンデンサＣ１を介して高周波電圧６が印加され、抵抗Ｒ１を介して直流電圧Ｖ１が印加される。セグメントロッド２Ｃ−１、２Ｄ−１には、コンデンサＣ２を介して高周波電圧６が印加され、抵抗Ｒ２を介して直流電圧Ｖ１が印加される。セグメントロッド２Ａ−２、２Ｂ−２には、コンデンサＣ３を介して高周波電圧６が印加され、抵抗Ｒ３を介して直流電圧Ｖ２が印加される。セグメントロッド２Ｃ−２、２Ｄ−２には、コンデンサＣ４を介して高周波電圧６が印加され、抵抗Ｒ４を介して直流電圧Ｖ２が印加される。セグメントロッド２Ａ−３、２Ｂ−３には、コンデンサＣ５を介して高周波電圧６が印加され、抵抗Ｒ５を介して直流電圧Ｖ３が印加される。セグメントロッド２Ｃ−３、２Ｄ−３には、コンデンサＣ６を介して高周波電圧６が印加され、抵抗Ｒ６を介して直流電圧Ｖ３が印加される。

次に、各ロッド電極の分割位置について説明する。図１０のように、４本のロッド電極２Ａ-２Ｄの中で、対向位置にある２本のロッド電極２Ａ、２Ｂおよび２Ｃ、２Ｄを同じ軸方向位置で３分割し、異なるペア間では異なる軸方向位置で３分割することで、見かけ上５個のセグメントＳ１―Ｓ５に分割できる。つまり実施例１と同様に５種類の異なる平均電位を持つセグメントＳ１−Ｓ５に分割することができる。このときの分割された各々のセグメントＳ１−Ｓ５は、セグメントの長さＬ１−Ｌ５で表すこともできる。

実施例３においても実施例１または実施例２と同様の効果が得られるが、同じ３分割ロッド電極を用いた実施例２よりも見かけ上の分割数が少ないので軸方向の傾斜電位の連続状態は劣るが、対向位置のロッド電極の分割位置が軸方向で一致しているので、セグメントＳ１〜Ｓ５の全ての領域において対向位置のセグメントロッド同士に同じ直流電圧を印加される。従って、全領域において多重極ロッド電極１の中心軸付近での径方向の電位勾配の影響が低減することが可能である。

以上、実施例３では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が４本のロッド電極からなる四重極ロッド電極において、対向位置にある２本のロッド電極のペア同士は同じ軸方向位置で３分割し、異なるペア間では異なる軸方向位置で３分割する構成での、原理および効果について説明した。

実施例４では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が６本のロッド電極からなる六重極ロッド電極において、全ての各ロッド電極を異なる軸方向位置で２分割している構成について説明する。

図１１および図１２に本方式を用いた六重極ロッド電極の構成の説明図を示す。図１１は各ロッド電極の配置に関する説明図であり、図１２は各ロッド電極の分割位置の説明図である。

多重極ロッド電極１は、６本のロッド電極２Ａ-２Ｆで構成されている。６本のロッド電極２Ａ-２Ｆは、各々セグメントロッド２Ａ−１、２Ａ−２、２Ｂ−１、２Ｂ−２、２Ｃ−１、２Ｃ−２、２Ｄ−１、２Ｄ−２、２Ｅ−１、２Ｅ−２、２Ｆ−１、２Ｆ−２に分割されている。多重極ロッド電極１をイオン透過部３７として使用する場合、多重極ロッド電極１の片端からイオン３が導入され、多重極ロッド電極１を透過し、反対側からイオン４が排出される。

電源および回路５による多重極ロッド電極１に電圧を印加する方法についての図による詳細な説明は省略するが、実施例１とほぼ同様で、ロッド電極２Ａ、２Ｄ、２Ｅとロッド電極２Ｂ、２Ｃ、２Ｆに逆位相の高周波電圧６が印加され、さらに、セグメントロッド２Ａ−１、２Ｂ−１、２Ｃ−１、２Ｄ−１、２Ｅ−１、２Ｆ−１とセグメントロッド２Ａ−２、２Ｂ−２、２Ｃ−２、２Ｄ−２、２Ｅ−２、２Ｆ−２には各々異なる直流電圧Ｖ１、Ｖ２が印加される。

次に、各ロッド電極の分割位置について説明する。図１２のように、６本のロッド電極２Ａ-２Ｆを各々異なる軸方向位置で２分割することで、見かけ上７個のセグメントＳ１―Ｓ７に分割できる。つまり７種類の異なる平均電位を持つセグメントＳ１−Ｓ７に分割することができる。このときの分割された各々のセグメントＳ１−Ｓ７は、セグメントの長さＬ１−Ｌ７で表すこともできる。

本実施例においても、実施例１と同様の効果が得られるが、実施例１と同じ２分割であっても、ロッド電極の本数が多いため見かけ上の分割数が多くなり、より連続的で滑らかな軸方向の傾斜電位が得られる。

また、六重極の多重極ロッド電極は、四重極に比べ一般的にマスウインドウが広いため、径方向の電位勾配の影響がある場合でも四重極よりも広いマスウインドウを確保することができる。

また、図１１および図１２のように、片端（例えば図の左側）から見て最も短いセグメントロッド２Ａ−１と、その次に短いセグメントロッド２Ｂ−１を対向位置に配置させ、さらに、３番目と５番目に短いセグメントロッド２Ｃ−１、２Ｅ−１の各々の次に短いセグメントロッド２Ｄ−１、２Ｆ−１を各々の対向位置に配置させることで、径方向の電位勾配の影響を最小限に抑えことができる。つまり、片端からみて奇数番目に短いセグメントロッドの対向位置に、その次に短いセグメントロッドを配置することが重要となる。

以上、実施例４では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が６本のロッド電極からなる六重極ロッド電極において、全ての各ロッド電極を異なる軸方向位置で２分割している構成での、原理および効果について説明した。

実施例５では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が８本のロッド電極からなる八重極ロッド電極において、全ての各ロッド電極を異なる軸方向位置で２分割している構成について説明する。

図１３および図１４に本方式を用いた八重極ロッド電極の構成の説明図を示す。図１３は各ロッド電極の配置に関する説明図であり、図１４は各ロッド電極の分割位置の説明図である。

多重極ロッド電極１は、８本のロッド電極２Ａ-２Ｈで構成されている。８本のロッド電極２Ａ-２Ｈは、各々セグメントロッド２Ａ−１、２Ａ−２、２Ｂ−１、２Ｂ−２、２Ｃ−１、２Ｃ−２、２Ｄ−１、２Ｄ−２、２Ｅ−１、２Ｅ−２、２Ｆ−１、２Ｆ−２、２Ｇ−１、２Ｇ−２、２Ｈ−１、２Ｈ−２に分割されている。多重極ロッド電極１をイオン透過部３７として使用する場合、多重極ロッド電極１の片端からイオン３が導入され、多重極ロッド電極１を透過し、反対側からイオン４が排出される。

電源および回路５による多重極ロッド電極１に電圧を印加する方法についての図による詳細な説明は省略するが、実施例１とほぼ同様で、ロッド電極２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄとロッド電極２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ、２Ｈに逆位相の高周波電圧６が印加され、さらに、セグメントロッド２Ａ−１、２Ｂ−１、２Ｃ−１、２Ｄ−１、２Ｅ−１、２Ｆ−１、２Ｇ−１、２Ｈ−１とセグメントロッド２Ａ−２、２Ｂ−２、２Ｃ−２、２Ｄ−２、２Ｅ−２、２Ｆ−２、２Ｇ−２、２Ｈ−２には各々異なる直流電圧Ｖ１、Ｖ２が印加される。

次に、各ロッド電極の分割位置について説明する。図１４のように、８本のロッド電極２Ａ-２Ｈを各々異なる軸方向位置で２分割することで、見かけ上９個のセグメントＳ１―Ｓ９に分割できる。つまり９種類の異なる平均電位を持つセグメントＳ１−Ｓ９に分割することができる。このときの分割された各々のセグメントＳ１−Ｓ９は、セグメントの長さＬ１−Ｌ９で表すこともできる。

本実施例においても、実施例１や実施例４と同様の効果が得られるが、実施例１や実施例４と同じ２分割であっても、ロッド電極の本数が多いため見かけ上の分割数が多くなり、より連続的で滑らかな軸方向の傾斜電位が得られる。

また、八重極の多重極ロッド電極は、四重極や六重極に比べ一般的にマスウインドウが広いため、径方向の電位勾配の影響がある場合でも四重極や六重極よりも広いマスウインドウを確保することができる。

また、図１３および図１４のように、片端（例えば図の左側）から見て最も短いセグメントロッド２Ａ−１と、その次に短いセグメントロッド２Ｂ−１を対向位置に配置させ、さらに、３番目と５番目と７番目に短いセグメントロッド２Ｃ−１、２Ｅ−１、２Ｇ−１の各々の次に短いセグメントロッド２Ｄ−１、２Ｆ−１、２Ｈ−１を各々の対向位置に配置させることで、径方向の電位勾配の影響を最小限に抑えことができる。つまり、片端からみて奇数番目に短いセグメントロッドの対向位置に、その次に短いセグメントロッドを配置することが重要となる。

以上、実施例５では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が８本のロッド電極からなる八重極ロッド電極において、全ての各ロッド電極を異なる軸方向位置で２分割している構成での、原理および効果について説明した。

実施例１と実施例２と実施例４と実施例５から、全ての各ロッド電極を異なる軸方向位置で分割した多重極ロッド電極では、ロッド電極数をＰ、分割数をｎとした場合、セグメント数が式１で定義でき、この値は説明した実施例以外のロッド電極数や分割数においても同様となる。また、ロッド電極数が偶数の場合、説明した実施例と同様に、片端からみて奇数番目に短いセグメントロッドの対向位置に、その次に短いセグメントロッドを配置することが重要となる。

セグメント数＝Ｐ×ｎ−（Ｐ−１） （式１）

実施例６では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が６本のロッド電極からなる六重極ロッド電極において、対向位置にある２本のロッド電極のペア同士は同じ軸方向位置で３分割し、異なるペア間では異なる軸方向位置で３分割する構成について説明する。

図１５に本方式を用いた六重極ロッド電極の各ロッド電極の分割位置の説明図を示す。なお、各ロッド電極の配置に関しては、図１１に示したロッド電極の記号（２Ａ〜２Ｆ）と同様とし、本実施例での図による詳細な説明は省略する。

６本のロッド電極２Ａ-２Ｆの中で、対向位置にある２本のロッド電極２Ａ、２Ｂおよび２Ｃ、２Ｄおよび２Ｅ、２Ｆを同じ軸方向位置で３分割し、異なるペア間では異なる軸方向位置で３分割しセグメントロッド２Ａ−１〜２Ｆ−３に分割することで、見かけ上７個のセグメントＳ１―Ｓ７に分割できる。つまり実施例４と同様に７種類の異なる平均電位を持つセグメントＳ１−Ｓ７に分割することができる。このときの分割された各々のセグメントＳ１−Ｓ７は、セグメントの長さＬ１−Ｌ７で表すこともできる。

実施例６においても実施例４と同様の効果が得られるが、対向位置のロッド電極の分割位置が軸方向で一致しているので、径方向の電位勾配の影響が低減することが可能である。

以上、実施例６では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が６本のロッド電極からなる六重極ロッド電極において、対向位置にある２本のロッド電極のペア同士は同じ軸方向位置で３分割し、異なるペア間では異なる軸方向位置で３分割する構成での、原理および効果について説明した。

実施例７では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が８本のロッド電極からなる八重極ロッド電極において、対向位置にある２本のロッド電極のペア同士は同じ軸方向位置で３分割し、異なるペア間では異なる軸方向位置で３分割する構成について説明する。

図１６に本方式を用いた八重極ロッド電極の各ロッド電極の分割位置の説明図を示す。なお、各ロッド電極の配置に関しては、図１３に示したロッド電極の記号（２Ａ〜２Ｈ）と同様とし、本実施例での図による詳細な説明は省略する。

８本のロッド電極２Ａ-２Ｈの中で、対向位置にある２本のロッド電極２Ａ、２Ｂおよび２Ｃ、２Ｄおよび２Ｅ、２Ｆおよび２Ｇ、２Ｈを同じ軸方向位置で３分割し、異なるペア間では異なる軸方向位置で３分割しセグメントロッド２Ａ−１〜２Ｈ−３に分割することで、見かけ上９個のセグメントＳ１―Ｓ９に分割できる。つまり実施例５と同様に９種類の異なる平均電位を持つセグメントＳ１−Ｓ９に分割することができる。このときの分割された各々のセグメントＳ１−Ｓ９は、セグメントの長さＬ１−Ｌ９で表すこともできる。

実施例７においても実施例５と同様の効果が得られるが、対向位置のロッド電極の分割位置が軸方向で一致しているので、径方向の電位勾配の影響が低減することが可能である。

以上、実施例７では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が８本のロッド電極からなる八重極ロッド電極において、対向位置にある２本のロッド電極のペア同士は同じ軸方向位置で３分割し、異なるペア間では異なる軸方向位置で３分割する構成での、原理および効果について説明した。

実施例３と実施例６と実施例７から、多重極ロッド電極の対向位置にある２本のロッド電極のペア同士は同じ軸方向位置で分割し、異なるペア間では異なる軸方向位置で分割する構成の多重極ロッド電極では、ロッド電極数をＰ、分割数をｎとした場合、セグメント数が式２で定義でき、この値は説明した実施例以外のロッド電極数や分割数においても同様となる。
セグメント数＝（Ｐ／２）×ｎ−（（Ｐ／２）−１） （式２）

実施例８では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が、直角にＬ字型に曲がった４本のロッド電極からなる四重極ロッド電極で、全ての各ロッド電極を異なる軸方向位置で３分割している構成について説明する。

図１７に本方式を用いた四重極ロッド電極の各ロッド電極の配置に関する説明図を示す。

多重極ロッド電極１は、４本のロッド電極２Ａ-２Ｄで構成されている。４本のロッド電極２Ａ-２Ｄは、各々セグメントロッド２Ａ−１、２Ａ−２、２Ａ−３、２Ｂ−１、２Ｂ−２、２Ｂ−３、２Ｃ−１、２Ｃ−２、２Ｃ−３、２Ｄ−１、２Ｄ−２、２Ｄ−３に分割されている。多重極ロッド電極１をイオン透過部３７として使用する場合、多重極ロッド電極１の片端からイオン３が導入され、多重極ロッド電極１を透過し、反対側からイオン４が排出される。

電源および回路５による多重極ロッド電極１に電圧を印加する方法についての図による詳細な説明は省略するが、実施例２とほぼ同様で、ロッド電極２Ａ、２Ｂとロッド電極２Ｃ、２Ｄに逆位相の高周波電圧６が印加され、さらに、セグメントロッド２Ａ−１、２Ｂ−１、２Ｃ−１、２Ｄ−１とセグメントロッド２Ａ−２、２Ｂ−２、２Ｃ−２、２Ｄ−２とセグメントロッド２Ａ−３、２Ｂ−３、２Ｃ−３、２Ｄ−３には各々異なる直流電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３が印加される。

４本のロッド電極２Ａ-２Ｄを各々異なる軸方向位置で３分割することで、図による詳細な説明は省略するが、式１から見かけ上９個のセグメントに分割できる。

本実施例の効果は、実施例２とほぼ同様であるが、多重極ロッド電極をＬ字型に曲げることで、直進するノイズ成分を除去する事が可能である。ノイズ成分には、ランダム的なノイズや帯電液滴などがあるが、前者は電荷を帯びていないために直進し、後者は多重極ロッド電極１を透過する質量範囲外となるためＬ字型に多重極電極１に沿って透過することができない。一方、イオンに関しては多重極ロッド電極１の高周波電圧６により中心軸上に収束されるためにＬ字型に沿って多重極ロッド電極１を透過することができる。

さらに、実施例３のように、多重極ロッド電極の対向位置にある２本のロッド電極のペア同士は同じ軸方向位置で分割し、異なるペア間では異なる軸方向位置で分割する構成の多重極ロッド電極にすることで、本実施例のようなＬ字型の多重極ロッド電極においても径方向の電位勾配の影響が低減することが可能である。

さらに、実施例４から７で示した六重極や八重極などの様々な多重極ロッド電極の構成においても、本実施例のようなＬ字型の多重極ロッド電極を用いることが可能である。

以上、実施例８では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が、直角にＬ字型に曲がった４本のロッド電極からなる四重極ロッド電極で、各ロッド電極を分割している構成について説明した。

実施例９では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が、１８０度にＵ字型に曲がった４本のロッド電極からなる四重極ロッド電極で、全ての各ロッド電極を異なる軸方向位置で４分割している構成について説明する。

図１８に本方式を用いた四重極ロッド電極の各ロッド電極の配置に関する説明図を示す。

多重極ロッド電極１は、４本のロッド電極２Ａ-２Ｄで構成されている。４本のロッド電極２Ａ-２Ｄは、各々セグメントロッド２Ａ−１、２Ａ−２、２Ａ−３、２Ａ−４、２Ｂ−１、２Ｂ−２、２Ｂ−３、２Ｂ−４、２Ｃ−１、２Ｃ−２、２Ｃ−３、２Ｃ−４、２Ｄ−１、２Ｄ−２、２Ｄ−３、２Ｄ−４に分割されている。多重極ロッド電極１をイオン透過部３７として使用する場合、多重極ロッド電極１の片端からイオン３が導入され、多重極ロッド電極１を透過し、反対側からイオン４が排出される。

電源および回路５による多重極ロッド電極１に電圧を印加する方法についての図による詳細な説明は省略するが、実施例２とほぼ同様で、ロッド電極２Ａ、２Ｂとロッド電極２Ｃ、２Ｄに逆位相の高周波電圧６が印加され、さらに、セグメントロッド２Ａ−１、２Ｂ−１、２Ｃ−１、２Ｄ−１とセグメントロッド２Ａ−２、２Ｂ−２、２Ｃ−２、２Ｄ−２とセグメントロッド２Ａ−３、２Ｂ−３、２Ｃ−３、２Ｄ−３とセグメントロッド２Ａ−４、２Ｂ−４、２Ｃ−４、２Ｄ−４には各々異なる直流電圧が印加される。

４本のロッド電極２Ａ-２Ｄを各々異なる軸方向位置で４分割することで、図による詳細な説明は省略するが、式１から見かけ上１３個のセグメントに分割できる。

本実施例の効果は、実施例８とほぼ同様であるが、多重極ロッド電極をＵ字型に曲げることで、直進するノイズ成分を除去する事が可能な多重極ロッド電極を省スペースで実装することが可能になる。

さらに、実施例３のように、多重極ロッド電極の対向位置にある２本のロッド電極のペア同士は同じ軸方向位置で分割し、異なるペア間では異なる軸方向位置で分割する構成の多重極ロッド電極にすることで、本実施例のようなＵ字型の多重極ロッド電極においても径方向の電位勾配の影響が低減することが可能である。

さらに、実施例４から７で示した六重極や八重極などの様々な多重極ロッド電極の構成においても、本実施例のようなＵ字型の多重極ロッド電極を用いることが可能である。
以上、実施例９では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が、直角にＵ字型に曲がった４本のロッド電極からなる四重極ロッド電極で、各ロッド電極を分割している構成について説明した。

実施例１０では、実施例１から実施例９で説明したような多重極ロッド電極を用いたイオン透過部をイオン解離部（Q2）として機能させる構成の質量分析装置について説明する。

図１９に、本方式によるイオン透過部３７をイオン解離部Ｑ２として機能させるときの質量分析装置２８の構成を示す。

質量分析装置２８は、主にイオン源２９と真空チャンバ３０で構成される。イオン源２９には、大気圧化学イオン化法（ＡＰＣＩ）やエレクトロスプレーイオン化法（ＥＳＩ）やその他のさまざまなイオン化法を用いたイオン源を用いることができる。真空チャンバ３０は、第１真空室３１と第２真空室３２と第３真空室３３に分かれており、それぞれ独立して真空ポンプ（図示せず）により排気されており、各々、数百Ｐａ以下、数Ｐａ以下、０．１Ｐａ以下の圧力領域に保持される。また、質量分析装置２８は、ユーザからの指示入力を受け付けたり、電圧等の制御を受けたりするための制御部４１を備える。具体的には、入出力部やメモリ等を備え、質量分析装置２８の各電圧を制御するための電源操作に必要なソフトウェア等を有している。

イオン源２９で生成したイオンは、第１細孔３４を通過し第１真空室３１に導入される。その後、イオンは第２細孔３５を通過し第２真空室３２に導入される。その後イオンはイオン輸送部Ｑ０を通過する。イオン輸送部Ｑ０には、複数のロッド電極で構成した多重極ロッド電極や、複数の円板上の電極などで構成した静電レンズなどを用いることができる。イオン輸送部Ｑ０を通過したイオンは第３細孔３６を通過し第３真空室３３に導入される。その後イオンは第１イオン分離部Ｑ１を通過する。第１イオン分離部Ｑ１には、４本のロッド電極で構成される四重極質量フィルター（ＱＭＦ）などが用いられ、第１イオン分離部Ｑ１に導入されたイオンの中から特定の質量電荷比（ｍ／ｚ）を有するイオンのみを分離し通過させる。第１イオン分離部Ｑ１を通過した特定のｍ／ｚのイオンはイオン透過部３７に導入される。本方式のイオン透過部３７はイオン解離部Ｑ２として機能するため、主に多重極ロッド電極１、入口電極７、出口電極８などから構成される。多重極ロッド電極１には、実施例１から実施例９で説明したような多重極ロッド電極１を用いることができる。入口電極７の開口部９から導入されたイオン３は、配管３８から導入された中性ガスと衝突することで分解する。その後イオン４は出口電極８の開口部１０から排出される。中性ガスには窒素、ヘリウム、アルゴンなどが用いられる。イオン解離部Ｑ２は内部を中性ガスで満たす必要があるため、ケース３９を有し内部を数Ｐａ以下に保持している。イオン透過部３７を透過したイオン４は、第２イオン分離部Ｑ３に導入される。第２イオン分離部Ｑ３には、４本のロッド電極で構成されるＱＭＦなどが用いられ、第２イオン分離部Ｑ３に導入されたイオンをｍ／ｚに応じて分離し通過させる。第２イオン分離部Ｑ３を通過したイオンは検出器４０で検出される。検出器４０には、イオンを電子に変換し増幅させてから検出する電子増倍管やマルチチャンネルプレート（ＭＣＰ）などの方式を用いるのが一般的である。

本方式により、イオン解離部Ｑ２のイオンの透過時間が短くなるため、スループットの高い分析が可能となる。

以上、実施例１０では、実施例１から実施例９で説明したようなイオン透過部をイオン解離部として機能させる構成の質量分析装置について説明した。

実施例１１では、実施例１から実施例９で説明したような多重極ロッド電極を用いたイオン透過部をイオン輸送部（Q0）として機能させる構成の質量分析装置について説明する。

図２０に、本方式によるイオン透過部３７をイオン輸送部Ｑ０として機能するときの質量分析装置２８の構成を示す。

質量分析装置２８は、主にイオン源２９と真空チャンバ３０で構成される。イオン源２９には、ＡＰＣＩやＥＳＩやその他のさまざまなイオン化法を用いたイオン源を用いることができる。真空チャンバ３０は、第１真空室３１と第２真空室３２と第３真空室３３に分かれており、それぞれ独立して真空ポンプ（図示せず）により排気されており、各々、数百Ｐａ以下、数Ｐａ以下、０．１Ｐａ以下の圧力領域に保持される。

イオン源２９で生成したイオンは、第１細孔３４を通過し第１真空室３１に導入される。その後、イオンは第２細孔３５を通過し第２真空室３２に導入される。その後イオンはイオン輸送部Ｑ０を通過する。イオン輸送部Ｑ０には、実施例１から実施例９で説明したような多重極ロッド電極１を用いることができ、電圧の印加方法なども基本的に同様であるが、イオン解離部Ｑ２として使用する場合と比べ高周波電圧６や直流電圧Ｖ１―Ｖ３の電圧条件が異なることが一般的である。また、イオン解離部Ｑ２で使用する入口電極７や出口電極８や配管３８やケース３９などは無くても良い。

イオン輸送部Ｑ０を通過したイオンは第３細孔３６を通過し第３真空室３３に導入される。その後イオンは第１イオン分離部Ｑ１を通過する。第１イオン分離部Ｑ１には、４本のロッド電極で構成されるＱＭＦなどが用いられ、第１イオン分離部Ｑ１に導入されたイオンの中から特定のｍ／ｚを有するイオンのみを分離し通過させる。第１イオン分離部Ｑ１を通過した特定のｍ／ｚのイオンはイオン解離部Ｑ２に導入される。イオン解離部Ｑ２を透過したイオンは、第２イオン分離部Ｑ３に導入される。第２イオン分離部Ｑ３には、４本のロッド電極で構成されるＱＭＦなどが用いられ、第２イオン分離部Ｑ３に導入されたイオンをｍ／ｚに応じて分離し通過させる。第２イオン分離部Ｑ３を通過したイオンは検出器４０で検出される。また、質量分析装置２８は、ユーザからの指示入力を受け付けたり、電圧等の制御を受けたりするための制御部４１を備える。

本方式により、イオン輸送部Ｑ０のイオンの透過時間が短くなるため、スループットの高い分析が可能となる。

また、本方式は実施例１０と併用することも可能である。つまり、イオン輸送部Ｑ０とイオン解離部Ｑ２のどちらにも、実施例１から実施例９で説明したようなイオン透過部３７を用いる構成も可能である。

以上、実施例１１では、実施例１から実施例９で説明したようなイオン透過部をイオン輸送部として機能させる構成の質量分析装置について説明した。

実施例１２では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が４本のロッド電極からなる四重極ロッド電極で、全ての各ロッド電極を異なる軸方向位置で２分割している構成で、イオンが導入される入口側の方が分割されたセグメントの長さが短い実施例について説明する。

図２１に本方式を用いた四重極ロッド電極の各ロッド電極の分割位置の説明図を示す。なお、各ロッド電極の配置に関しては、図１に示したロッド電極の記号（２Ａ〜２Ｄ）と同様とし、本実施例での図による詳細な説明は省略する。また、電源および回路５による電圧印加方法も図１とほぼ同様であるので本実施例での説明は省略する。

４本のロッド電極２Ａ-２Ｄを各々異なる軸方向位置で２分割することで、見かけ上５個のセグメントＳ１―Ｓ５に分割できる。つまり実施例１と同様に５種類の異なる平均電位を持つセグメントＳ１−Ｓ５に分割することができる。このときの分割された各々のセグメントＳ１−Ｓ５は、セグメントの長さＬ１−Ｌ５で表すこともできる。本実施例では、全てのセグメントＳ１−Ｓ５の中で、セグメントＳ１がもっとも短いセグメント長さＬ１となっている。

特に、図１９で説明したような装置構成では、第１イオン分離部Ｑ１を透過したイオン３がイオン解離部Ｑ２に導入される際、イオンの導入効率を上げるため、入口電極７に印加する直流電圧Ｖｉｎを直流電圧Ｖ１よりも低い値に設定する場合がある。Ｖｉｎ＜Ｖ１の状態で、セグメントの長さＬ１が長すぎると、図４の３分割した結果１３のように、平らな電位勾配の部分が生じ、イオンが効率的に加速されず、場合によってはイオンが停留し、さらには直流電圧Ｖｉｎと直流電圧Ｖ１の電位差によって、イオンが逆流してしまう場合もある。よって、セグメントの長さＬ１は１０ｍｍ以下程度にすることが望ましい。図２１ではセグメントの長さがＬ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４＜Ｌ５となっているが、全て同じ長さにしても良い。また、お互いのセグメント長さＬ１−Ｌ５の中で同じ長さのセグメントがあっても良い。但し、全てを１０ｍｍ以下のセグメントの長さにした場合、分割数にもよるが、全体の長さが制限されてしまう。少ない分割数で比較的長い全体の長さを確保したい場合は、図２１のように、入口電極７に近い場所のセグメントの長さＬ１を短くし、入口電極７から遠く直流電圧Ｖｉｎの影響が少ないセグメントの長さは場所に応じてＬ１よりは長く設定するなどの工夫が必要となる。

なお、本方式は各ロッド電極の分割数が２分割以外の分割数の構成にも適用できる。また、本方式は、六重極や八重極などの四重極ロッド電極以外の多重極ロッド電極にも適用できる。また、多重極ロッド電極の、対向位置にある２本のロッド電極のペア同士を同じ軸方向位置で分割し、異なるペア間では異なる軸方向位置で分割する構成にも適用できる。また、本方式はイオン解離部Ｑ２だけでなくイオン輸送部Ｑ０に適用することもできる。

以上、実施例１２では、イオン透過部を構成する多重極ロッド電極が４本のロッド電極からなる四重極ロッド電極で、全ての各ロッド電極を異なる軸方向位置で２分割している構成で、イオンが導入される入口側の方が分割されたセグメントの長さが短い実施例について説明した。

実施例１３では、実施例１から実施例９で説明したような多重極ロッド電極を用いたイオン透過部を第２イオン分離部（Q3）として機能させる構成の質量分析装置について説明する。

図２２に、本方式によるイオン透過部３７を第２イオン分離部Ｑ３として機能させるときの質量分析装置２８の構成を示す。

質量分析装置２８は、主にイオン源２９と真空チャンバ３０で構成される。イオン源２９には、ＡＰＣＩやＥＳＩやその他のさまざまなイオン化法を用いたイオン源を用いることができる。真空チャンバ３０は、第１真空室３１と第２真空室３２と第３真空室３３に分かれており、それぞれ独立して真空ポンプ（図示せず）により排気されており、各々、数百Ｐａ以下、数Ｐａ以下、０．１Ｐａ以下の圧力領域に保持される。

イオン源２９で生成したイオンは、第１細孔３４を通過し第１真空室３１に導入される。その後、イオンは第２細孔３５を通過し第２真空室３２に導入される。その後イオンはイオン輸送部Ｑ０を通過する。イオン輸送部Ｑ０には、複数のロッド電極で構成した多重極ロッド電極や、複数の円板上の電極などで構成した静電レンズなどを用いることができる。イオン輸送部Ｑ０を通過したイオンは第３細孔３６を通過し第３真空室３３に導入される。その後イオンは第１イオン分離部Ｑ１を通過する。第１イオン分離部Ｑ１には、４本のロッド電極で構成されるＱＭＦなどが用いられ、第１イオン分離部Ｑ１に導入されたイオンの中から特定のｍ／ｚを有するイオンのみを分離し通過させる。第１イオン分離部Ｑ１を通過した特定のｍ／ｚのイオンはイオン解離部Ｑ２に導入される。イオン解離部Ｑ２を透過したイオンは、第２イオン分離部Ｑ３に導入される。第２イオン分離部Ｑ３には、実施例１から実施例９および実施例１２で説明したような多重極ロッド電極１を用いることができる。本実施例の第２イオン分離部Ｑ３では、多重極ロッド電極１をイオントラップとして動作させる。イオントラップとは、導入されたイオンを一旦内部に蓄積し、その後イオンのｍ／ｚごとに排出する機能を持つ。第２イオン分離部Ｑ３から排出されたイオンは検出器４０で検出される。第２イオン分離部Ｑ３をイオントラップとして使用する場合、多重極ロッド電極１の内部を数Ｐａ以下の中性ガスで満たす必要があるため、イオン解離部Ｑ２で使用するような入口電極７や出口電極８や配管３８やケース３９などを用いる場合もあるが、必ずしも必須ではないので図２２では特に図示しない。また、質量分析装置２８は、ユーザからの指示入力を受け付けたり、電圧等の制御を受けたりするための制御部４１を備える。

多重極ロッド電極１への電源および回路５による電圧印加方法は、基本的に図１と同様であり、軸方向に電位勾配を生成することができる。この電位勾配により、イオンを出口方向に集めることができ、これによりイオンの排出速度を速くすることができ、スループットの高い分析が可能となる。また、高周波電圧６をコンデンサＣ１−Ｃ４を介して印加しているので、前段のセグメントロッド２Ａ−１、２Ｂ−１、２Ｃ−１、２Ｄ−１と後段のセグメントロッド２Ａ−２、２Ｂ−２、２Ｃ−２、２Ｄ−２との間で異なる電圧振幅値の高周波電圧６を印加することができる。高周波電圧６の電圧振幅値も直流電圧と同様に軸方向に対して勾配状に電圧値の変化が生じる。四重極ロッド電極内で安定して蓄積されるイオンのｍ／ｚは高周波電圧６の電圧振幅値に依存する。よって、本方式により多重極ロッド電極１の軸方向に対してイオンをｍ／ｚにより分布させることができる。その結果、多重極ロッド電極１の内部の空間電荷の影響を低減することが可能となる。

また、本方式は実施例１０や実施例１１と併用することも可能である。また、第１イオン分離部Ｑ１に本実施例の多重極ロッド電極１を適用しても良い。

以上、実施例１３では、実施例１から実施例９および実施例１２で説明したようなイオン透過部を第２イオン分離部（Q3）として機能する構成の質量分析装置について説明した。

１…多重極ロッド電極、２Ａ―２Ｈ…ロッド電極、２Ａ―１〜２Ｈ―３…セグメントロッド、３…イオン、４…イオン、５…電源および回路、６…高周波電圧、７…入口電極、８…出口電極、９…開口部、１０…開口部、１１…中心電位のシミュレーション結果、１２…本方式の結果、１３…３分割した結果、１４…イオン透過時間のシミュレーション結果、１５…電位差１０Ｖの結果、１６…電位差５Ｖの結果、１７…電位差２Ｖの結果、１８…電位差１Ｖの結果、１９…電位差０．５Ｖの結果、２０…電位差０．２Ｖの結果、２１…電位差０．１Ｖの結果、２２…電位差０Ｖの結果、２３…ＬＭＣＯ下限のシミュレーション結果、２４…電位差５Ｖの結果、２５…電位差２Ｖの結果、２６…電位差１Ｖの結果、２７…電位差０．５Ｖの結果、２８…質量分析装置、２９…イオン源、３０…真空チャンバ、３１…第１真空室、３２…第２真空室、３３…第３真空室、３４…第１細孔、３５…第２細孔、３６…第３細孔、３７…イオン透過部、３８…配管、３９…ケース、４０…検出器、４１…制御部
Ｖ１―Ｖ３…直流電圧、Ｒ１−Ｒ６…抵抗、Ｃ１−Ｃ６…コンデンサ、Ｓ１―Ｓ９…セグメント、Ｌ１―Ｌ９…セグメントの長さ、Ｇ１―Ｇ２…間隙距離、Ｖｉｎ…直流電圧、Ｖｏｕｔ…直流電圧、r0…内接円半径、Ｄ…ロッド直径、Ｑ０…イオン輸送部、Ｑ１…第１イオン分離部、Ｑ２…イオン解離部、Ｑ３…第２イオン分離部。

Claims (15)

1. 多重極ロッド電極を有するイオン透過部と、
   前記多重極ロッド電極へ電圧を印加する電源部と、
   前記電源部を制御する制御部と、を備えた質量分析装置であって、
   前記多重極ロッド電極は、互いに軸方向の異なる位置で複数のセグメントロッドに分割されたロッド電極を有することを特徴とする質量分析装置。
2. 前記多重極ロッド電極は、さらに、互いに軸方向の同じ位置で複数のセグメントロッドに分割されたロッド電極を有することを特徴とする請求項１記載の質量分析装置。
3. 前記ロッド電極は、軸方向に複数分割されていることを特徴とする請求項１記載の質量分析装置。
4. 前記電源部は、前記多重極ロッド電極に高周波電圧を印加する高周波電源と、前記多重極ロッド電極の第１のセグメントロッド群に接続された第１の直流電源と、前記第１のセグメントロッド群と軸方向に異なる第２のセグメントロッド群に接続され、前記第１の直流電源とは異なる値の直流電圧を印加する第２の直流電源とを有することを特徴とする請求項１記載の質量分析装置。
5. 前記直流電圧の大きさは、イオン導入側のセグメントロッド群に印加する電圧値の絶対値が、イオン排出側のセグメントロッド群に印加する電圧値の絶対値よりも大きいことを特徴とする請求項４記載の質量分析装置。
6. 前記多重極ロッド電極は、ロッド電極の端部から分割位置の長さが奇数番目に短いセグメントロッドの対向位置に、それぞれ次に短いセグメントロッドが配置されていることを特徴とする請求項１記載の質量分析装置。
7. 前記イオン透過部は、前記多重極ロッド電極のイオン導入側に設けられた入口電極と、イオン排出側に設けられた出口電極を有することを特徴とする請求項１記載の質量分析装置。
8. 前記多重極ロッド電極の分割位置の軸方向の間隔が、イオンの導入側よりもイオン排出側の方が大きいことを特徴とする請求項１記載の質量分析装置。
9. 前記多重極ロッド電極は、四重極、六重極、八重極のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の質量分析装置。
10. 前記多重極ロッド電極は、イオンの導入方向とイオンの排出方向とが異なるように軸方向が変化するロッド電極からなることを特徴とする請求項１記載の質量分析装置。
11. 前記多重極ロッド電極は、Ｌ字型又はＵ字型であることを特徴とする請求項１０記載の質量分析装置。
12. 前記イオン透過部は、ガスの供給配管を備え、導入されるイオンを前記ガスとの衝突により解離することを特徴とする請求項１記載の質量分析装置。
13. 前記イオン透過部は、前記高周波電源の制御によりイオンを質量毎に分離して排出することを特徴とする請求項１記載の質量分析装置。
14. 前記多重極ロッド電極は、それぞれ軸方向に異なる位置で２つのセグメントロッドに分割され、前記多重極ロッド電極から構成される、イオン導入側の第１のセグメントロッド群に第１の直流電圧を印加する第１の直流電源と、イオン排出側の第２のセグメントロッド群に対し、前記第１の直流電圧より低い第２の直流電圧を印加する第２の直流電源とを有することを特徴とする請求項１記載の質量分析装置。
15. イオンを生成するイオン源と、
    前記イオン源からのイオンを輸送するイオン輸送部と、
    前記イオン輸送部からのイオンの中で特定のｍ／ｚを有するイオンを分離する第１のイオン分離部と、
    前記イオン分離部により分離されたイオンを解離するイオン解離部と、
    前記イオン解離部により解離されたイオンを蓄積し、質量選択的に排出する第２のイオン分離部と、
    前記第２のイオン分離部から排出されたイオンを検出する検出器と、を備え、
    前記イオン輸送部、前記イオン解離部、前記第１，２のイオン分離部の少なくともいずれか１つは、請求項１に記載のイオン透過部であることを特徴とする質量分析装置。

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