JP6126111B2 - 質量分析計においてカーテンガス流動を適用するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

（関連出願）
本願は、米国仮出願第６１／５６１，９７７号（２０１１年１１月２１日出願）を基礎とする優先権を主張する。該出願は、その全体が参照により本明細書に援用される。

（技術分野）
本出願人の教示は、質量分析のシステムおよび方法に関する。より具体的には、本出願人の教示は、質量分析計におけるカーテンガス流動に関する。

液体クロマトグラフィ（ＬＣ）において使用される最も一般的溶媒は、メタノール、アセトニトリル、および水である。同溶媒は、液体クロマトグラフィ／質量分析（ＬＣ／ＭＳ）とともに使用される。典型的エレクトロスプレーイオン源では、溶媒は、高電荷の小液滴の形態でスプレーまたは噴霧される。これらの液滴は、液滴中の検体イオンをガス相に放出するように蒸発されなければならない。典型的には、液滴の一部は、蒸発されない、または液滴の一部が、部分的にのみ、蒸発され、イオン源中にイオン、液滴、およびクラスタの混合物を残す。クラスタは、本質的に、微細液滴である。

水は、特に、メタノールまたはアセトニトリルほど揮発性ではないため、蒸発が困難である。したがって、ＬＣ溶媒が、水およびメタノールまたはアセトニトリルの混合物を含有する場合、いかなる残留液滴およびクラスタも、大部分は、水から成るであろう。

当技術分野において公知であるように、ガスカーテンは、ガス、典型的には、窒素の流動カーテンから成り、オリフィスを被覆し、イオン源を質量分析計の第１の真空チャンバから分離する。カーテンガスの流動方向は、概して、オリフィスからイオン源内へであり、ガス流動の一部は、真空チャンバ内に引き込まれる。ガスの逆流は、カーテンまたは膜として作用し、ガスおよび汚染物質ならびに粒子、液滴、およびクラスタが、真空チャンバに流入することを排除する一方、より高い移動度のイオンが集束され、真空システム内に伝送されることを可能にする。しかしながら、高液体流速では、ガスカーテンは、液滴を排除する際に、あまり効率的ではない可能性がある。イオン源領域内の乱流ガス流動は、液滴がカーテンガスを通りぬけ、吸引力によって、真空チャンバ内に搬送されるようにし得る。したがって、粒子、液滴、およびクラスタを排除する際により効率的である一方、より多くのイオンが、真空チャンバ内に伝送されることを可能にする、カーテンガスを適用するためのシステムおよび装置を提供する必要性が、存在する。

本出願人の教示のある側面によると、実質的に大気圧でイオンを発生させるためのイオン源と、オリフィスを有するサンプリング部材であって、質量分析計を伴う真空チャンバを形成する、サンプリング部材と、イオン源とサンプリング部材との間のカーテンプレートであって、開口を有し、開口は、断面を有し、サンプリング部材から離間され、カーテンプレートとサンプリング部材との間に流路を画定し、かつオリフィスと開口との間に環状間隙を画定し、環状間隙の面積は、開口の断面積より小さい、カーテンプレートと、電圧をカーテンプレートに印加し、イオン源からカーテンプレートの開口にイオンを向けるための電力供給源と、カーテンガスを流路および環状間隙内に向けるためのカーテンガス流動機構とを備えている質量分析計システムが、提供される。

本出願人の教示の別の側面によると、実質的に大気圧でイオンを発生させるためのイオン源と、少なくとも２つのカーテンプレートであって、少なくとも２つのカーテンプレートの各カーテンプレートは、開口を有し、各カーテンプレートは、その間に複数の流路を形成するように離間される、カーテンプレートと、オリフィスを有するサンプリング部材であって、サンプリング部材は、質量分析計を伴う真空チャンバを形成し、少なくとも２つのカーテンプレートから離間され、その間に流路を形成する、サンプリング部材と、独立電圧を各カーテンプレートに印加し、各カーテンプレートの開口の各々を通るようにイオンを向けるための電力供給源電圧と、カーテンガスを複数の流路の各々内に向けるための少なくとも１つのガス流動機構とを備えている質量分析計システムが、提供される。種々の実施形態では、カーテンガスは、異なる組成を有する。

本出願人の発明の別の側面によると、実質的に大気圧でイオンを発生させるためのイオン源と、第１の開口を有する第１のカーテンプレートと、第１のカーテンプレートから離間され、その間に第１のカーテンチャンバを画定する、第２の開口を有する、第２のカーテンプレートと、オリフィスを有するサンプリング部材であって、サンプリング部材は、質量分析計を伴う真空チャンバを形成し、第２のカーテンプレートから離間され、その間に第２のカーテンチャンバを画定する、サンプリング部材と、第１のカーテンガスを第１のカーテンチャンバ内に向けるための第１のカーテンガス流動機構と、第１の電圧を第１のカーテンプレートに印加し、イオンをイオン源から第１の開口に向け、第２の電圧を第２のカーテンプレートに印加し、イオンを第１の開口から第２の開口に指向させるための電力供給源と、第２のカーテンガスを第２のカーテンチャンバ内に向けるための第２のカーテンガス流動機構を備えている質量分析計システムが、提供される。種々の実施形態では、第１および第２のカーテンガスは、異なる組成を有する。

本出願人の発明のさらなる側面によると、イオンをイオン源から受け取るためのイオンサンプリング界面であって、イオンをイオン源から受け取るための第１の開口を有する第１のカーテンプレートと、第２の開口を有する第２のカーテンプレートであって、第１のカーテンプレートから離間され、その間にカーテンチャンバを形成する、第２のカーテンプレートと、オリフィスを有するサンプリング部材であって、サンプリング部材は、質量分析計を伴う真空チャンバを形成し、第２のカーテンプレートから離間され、その間にカーテン流動チャネルを形成し、オリフィスと第２の開口との間に環状間隙を画定し、環状間隙の面積は、開口の断面積より小さい、サンプリング部材と、電圧をカーテンプレートに印加し、イオンをイオン源から第１のカーテンプレートの第１の開口内に向けるための第１の電力供給源と、電圧を第２のカーテンプレートに印加し、イオンをオリフィスに向けるための第２の電力供給源と、カーテンガスを流路および環状間隙内に向けるためのカーテンガス流動機構であって、カーテンガスは、カーテンガス流動が環状間隙を通過する場合、オリフィスを横断するガスの高速噴流を発生させる、カーテンガス流動機構とを備えているイオンサンプリング界面が、提供される。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
質量分析計システムであって、
実質的に大気圧でイオンを発生させるためのイオン源と、
オリフィスを有するサンプリング部材であって、前記サンプリング部材は、質量分析計を伴う真空チャンバを形成する、サンプリング部材と、
前記イオン源と前記サンプリング部材との間のカーテンプレートであって、前記カーテンプレートは、開口を有し、前記開口は、断面を有し、前記サンプリング部材から離間され、前記カーテンプレートと前記サンプリング部材との間に流路を画定し、かつ前記オリフィスと前記開口との間に環状間隙を画定し、前記環状間隙の面積は、前記開口の断面積より小さい、カーテンプレートと、
電圧を前記カーテンプレートに印加し、前記イオン源からのイオンを前記カーテンプレートの前記開口に向けるための電力供給源と、
カーテンガスを前記流路および前記環状間隙内に向けるためのカーテンガス流動機構と
を備えている、質量分析計システム。
（項目２）
前記環状間隙の面積は、前記開口の面積の５０％より小さい、項目１に記載の質量分析計。
（項目３）
前記環状間隙は、０．５ｍｍより小さい、項目１に記載の質量分析計。
（項目４）
前記環状間隙は、０．３ｍｍより小さい、項目１に記載の質量分析計。
（項目５）
前記カーテンガスは、前記オリフィスの正面で高速噴流を形成する、項目１に記載の質量分析計。
（項目６）
質量分析計システムであって、
実質的に大気圧でイオンを発生させるためのイオン源と、
少なくとも２つのカーテンプレートであって、前記少なくとも２つのカーテンプレートの各カーテンプレートは、開口を有し、各カーテンプレートは、離間され、その間に複数の流路を形成する、カーテンプレートと、
オリフィスを有するサンプリング部材であって、前記サンプリング部材は、質量分析計を伴う真空チャンバを形成し、前記サンプリング部材は、前記少なくとも２つのカーテンプレートから離間され、前記カーテンプレートとの間に流路を形成する、サンプリング部材と、
独立電圧を各カーテンプレートに印加することにより、各カーテンプレートの開口の各々を通るようにイオンを向けるための電力供給源電圧と、
カーテンガスを前記複数の流路の各々内に向けるための少なくとも１つのガス流動機構と
を備えている、質量分析計システム。
（項目７）
前記カーテンガスは、異なる組成を有する、項目６に記載の質量分析計。
（項目８）
イオンをイオン源から受け取るためのイオンサンプリング界面であって、イオンサンプリング界面は、
前記イオンを前記イオン源から受け取るための第１の開口を有する第１のカーテンプレートと、
第２の開口を有する第２のカーテンプレートであって、前記第２のカーテンプレートは、前記第１のカーテンプレートから離間され、その間にカーテンチャンバを形成する、第２のカーテンプレートと、
オリフィスを有するサンプリング部材であって、前記サンプリング部材は、質量分析計を伴う真空チャンバを形成し、前記サンプリング部材は、前記第２のカーテンプレートから離間され、前記第２のカーテンプレートとの間にカーテン流動チャネルを形成し、前記サンプリング部材は、前記オリフィスと前記第２の開口との間に環状間隙を画定し、前記環状間隙の面積は、前記開口の断面積より小さい、サンプリング部材と、
電圧を前記カーテンプレートに印加し、前記イオン源からのイオンを前記第１のカーテンプレートの前記第１の開口内に向けるための第１の電力供給源と、
電圧を前記第２のカーテンプレートに印加し、イオンを前記オリフィスに向けるための第２の電力供給源と、
カーテンガスを前記流路および前記環状間隙内に向けるためのカーテンガス流動機構であって、前記カーテンガスは、前記カーテンガス流動が前記環状間隙を通過する場合、前記オリフィスを横断するガスの高速噴流を発生させる、カーテンガス流動機構と
を備えている、イオンサンプリング界面。

本出願人の教示のこれらおよび他の特徴は、本明細書に記載される。

当業者は、以下に説明される図面が、例証目的にすぎないことを理解するであろう。図面は、本出願人の教示の範囲をいかようにも限定することを意図するものではない。

図１は、ガスカーテンを有する、質量分析計のための従来技術のイオンサンプリング界面の略図である。 図２は、ガスカーテンを有する、質量分析計のためのイオンサンプリング界面の従来技術の代替構成の略図である。 図３は、本出願人の教示による、例示的修正されたイオンサンプリング界面構成を図式的に図示する。 図４Ａは、本出願人の教示による、代替イオンサンプリング界面構成の例示的概略図である。 図４Ｂは、図４Ａの拡大断面図である。 図４Ｃは、本出願人の教示による、代替イオンサンプリング界面構成のさらなる例示的概略図である。 図５Ａは、図２の従来技術のサンプリング界面構成を使用した、真空チャンバ内の水蒸気濃度のプロットを示す、残留ガス分析器からの例示的データである。 図５Ｂは、図４Ｃのサンプリング界面構成を使用した、真空チャンバ内の水蒸気濃度のプロットを示す、残留ガス分析器からの例示的データである。 図６Ａおよび６Ｂは、本出願人の教示による、代替イオンサンプリング構成の概略図である。 図６Ａおよび６Ｂは、本出願人の教示による、代替イオンサンプリング構成の概略図である。 図７は、本出願人の教示による、二重カーテンプレート構成を伴う、例示的イオンサンプリング界面を図式的に図示する。 図８は、図７における例示的構成の代替配列を図式的に図示する。 図９ＡおよびＢは、図７における例示的構成の代替配列の異なる図を図示する、概略図である。 図９ＡおよびＢは、図７における例示的構成の代替配列の異なる図を図示する、概略図である。

図面中、類似参照番号は、類似部品を示す。

最初に、当技術分野において公知であり、概して、数字１００によって参照される、典型的イオンサンプリング界面構成を図式的に図示する、図１を参照する。イオン源１０２は、実質的に、大気圧において、イオン１０３を発生させる。利用され得るイオン源１０２のタイプは、限定ではないが、エレクトロスプレー、ナノエレクトロスプレー、加熱噴霧器、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、フォトスプレー等の大気圧イオン源、または、化学イオン化等のガス相イオン源であり得る。

イオン１０３は、カーテンプレート１０４内に位置する、カーテンプレート開口１０６を含む質量分析計サンプル入口構造に向かう方向１０１に送流される。これらのイオンは、開口１０６を通り、カーテン流動ガス１０７を通り、質量分析計（図示せず）の真空段階内に通じるサンプリング部材１０８内に位置するオリフィス１１２に向かって、引き込まれる。当技術分野において公知のように、サンプリング部材１０８は、限定ではないが、プレートまたは吸入管であり得る。カーテンプレート１０４およびサンプリング部材１０８は、離間され、カーテンチャンバ１０９を形成し、それを通して、カーテンガス１０７が、放出される。カーテンチャンバ１０９は、典型的には、流動カーテンガス１０７の少なくとも一部が、イオン源内に流出する一方、流動カーテンガス１０７の一部が、真空チャンバ内に流動するように、大気圧近傍または若干それより高い圧力にある。本実施例では、開口１０６およびオリフィス１１２は両方とも、開口１０６およびオリフィス１１２が両方とも、「同軸に整列される」（本用語が、本明細書で使用される場合）ように、共通軸１０１に沿って整列される。

電源（図示せず）によって、カーテンプレート１０４およびサンプリングプレート１０８に印加される典型的電圧は、それぞれ、１０００Ｖおよび１００Ｖである。これらの電圧は、陽イオンが、イオン源１０２からサンプリングプレート開口１０８に向けられることを確実にし、それに応じて、大気ガス流動が、陽イオンを質量分析計の第１の段階の低圧力領域内へ搬送する。陰イオン検出の場合、これらの典型的電圧の極性は、それぞれ、−１０００Ｖおよび−１００Ｖである。カーテンプレート開口１０６とサンプリングプレートオリフィス１１２との間の間隔は、イオンが、最小限の損失を伴って、空間を通して、サンプリングプレートに向かって、効率的に集束され得るように十分に小さくあるように選択される。しかしながら、間隔はまた、液滴およびクラスタがサンプリングオリフィスに到達しないように、そうでなければ、液滴およびクラスタがカーテンガス領域内に十分な滞留時間を有し、完全またはほぼ完全に蒸発するように、液滴およびクラスタのいずれもが空間から排除されるよう十分に大きくあるように選択される。これらの２つの設計配慮は、矛盾するので、妥協点が、模索される。

既存の従来技術カーテンガス構成は、十分なイオン集束、したがって、高感度のために十分に小さい、間隔を有し得る。しかしながら、これは、一部の液滴が浸透し、サンプリングオリフィスに到達し、真空チャンバ内に搬送されることを可能にする。例えば、ＬＣからの溶媒流動が、高速、例えば、０．５ｍＬ／分以上であり、高濃度、例えば、５０％超の水を含有するとき、脱溶媒和は、不十分であり得、イオン源１０２からの液滴が、質量分析計内にサンプリングされ得る。したがって、汚染粒子が、質量分析計に流入し、安定性、耐久性、および使用の容易性を低下させ得る。

図２は、図１に示されるサンプリング界面の従来技術の代替幾何学形状２００を示す。本構成では、カーテン開口２０４は、カーテンプレート２０２から円錐形に突出する。サンプルオリフィス２０８も、同様に、サンプリング部材２０６から円錐形に突出する。図１におけるように、開口２０４およびオリフィス２０８は、軸２１０に沿って、同軸に整列される。カーテンプレート２０２およびサンプル部材２０６は、離間され、カーテンチャンバ２０７を形成し、それを通して、カーテン流動ガス２０５が、放出される。

種々の実施形態では、実質的に大気圧でイオンを発生させるためのイオン源を備えている質量分析計システムが、提供され得る。種々の側面では、サンプリング部材は、その中にオリフィスを有するように提供されることができ、サンプリング部材は、質量分析計を伴う真空チャンバを形成する。種々の側面では、カーテンプレートは、イオン源とサンプリング部材との間に提供されることができ、カーテンプレートは、その中に開口を有し、開口は、断面を有し、サンプリング部材から離間され、カーテンプレートとサンプリング部材との間に流路を画定し、かつオリフィスと開口との間に環状間隙を画定する。種々の実施形態では、環状間隙の面積は、開口の断面積未満であり得、電圧をカーテンプレートに印加し、イオン源からカーテンプレートの開口にイオンを向けるための電力供給源と、カーテンガス流動機構とが、カーテンガスを流路および環状間隙内に向けるために提供されることができる。

種々の実施形態では、環状間隙の面積は、開口の面積の５０％未満であり得る。種々の側面では、環状間隙は、０．５ｍｍ未満であり得る。種々の側面では、環状間隙は、０．３ｍｍ未満であり得る。種々の側面では、カーテンガスは、オリフィスの正面に、高速噴流を形成することができる。

種々の実施形態では、実質的に大気圧でイオンを発生させるためのイオン源を備えている、質量分析計システムが、提供され得る。種々の側面では、少なくとも２つのカーテンプレートが、提供されることができ、少なくとも２つのカーテンプレートの各カーテンプレートは、開口を有することができる。種々の側面では、各カーテンプレートは、離間され、その間に複数の流路を形成することができる。種々の実施形態では、サンプリング部材が、提供されることができる。種々の側面では、サンプリング部材は、その中にオリフィスを有することができる。種々の側面では、サンプリング部材は、質量分析計を伴う真空チャンバを形成することができる。種々の側面では、サンプリング部材は、少なくとも２つのカーテンプレートから離間され、その間に流路を形成することができる。種々の実施形態では、電力供給源電圧が、独立電圧を各カーテンプレートに印加し、各カーテンプレートの開口の各々を通して、イオンを方向づけるために提供されることができる。種々の側面では、少なくとも１つのガス流動機構が、カーテンガスを複数の流路の各々内に向けるために提供されることができる。種々の実施形態では、カーテンガスは、異なる組成を有する。

種々の実施形態では、実質的に大気圧でイオンを発生させるためのイオン源を備えている、質量分析計システムが、提供され得る。種々の側面では、第１のカーテンプレートは、第１の開口を有するように提供されることができる。種々の実施形態では、第２のカーテンプレートは、第１のカーテンプレートから離間され、その間に第１のカーテンチャンバを画定する、第２の開口を有するように提供されることができる。種々の側面では、サンプリング部材は、その中にオリフィスを有するように提供されることができる。種々の実施形態では、サンプリング部材は、質量分析計を伴う真空チャンバを形成することができる。種々の側面では、サンプリング部材は、第２のカーテンプレートから離間され、その間に第２のカーテンチャンバを画定することができる。種々の実施形態では、第１のカーテンガス流動機構が、第１のカーテンガスを第１のカーテンチャンバ内に向けるために提供されることができる。種々の側面では、電力供給源が、第１の電圧を第１のカーテンプレートに印加し、イオンをイオン源から第１の開口に向け、第２の電圧を第２のカーテンプレートに印加し、イオンを第１の開口から第２の開口に向けるために提供されることができる。種々の実施形態では、第２のカーテンガス流動は、第２のカーテンガスを第２のカーテンチャンバ内に向けるために提供されることができる。種々の実施形態では、第１および第２のカーテンガスは、異なる組成を有する。

種々の実施形態では、イオンをイオン源から受け取るためのイオンサンプリング界面が、提供され得る。種々の側面では、イオンサンプリング界面は、イオンをイオン源から受け取るための第１の開口を有する第１のカーテンプレートを備えていることができる。種々の側面では、第２のカーテンプレートは、その中に第２の開口を有するように提供されることができる。種々の実施形態では、第２のカーテンプレートは、第１のカーテンプレートから離間され、その間にカーテンチャンバを形成することができる。種々の実施形態では、サンプリング部材は、その中にオリフィスを有することができる。種々の側面では、サンプリング部材は、質量分析計を伴う真空チャンバを形成することができる。種々の側面では、サンプリング部材は、第２のカーテンプレートから離間され、その間にカーテン流動チャネルを形成することができる。種々の実施形態では、サンプリング部材は、オリフィスと第２の開口との間に環状間隙を画定することができる。種々の側面では、環状間隙の面積は、開口の断面積未満であり得る。種々の実施形態では、第１の電力供給源は、電圧をカーテンプレートに印加し、イオンをイオン源から第１のカーテンプレートの第１の開口に向けるために提供されることができる。種々の側面では、第２の電力供給源が、電圧を第２のカーテンプレートに印加し、イオンをオリフィスに向けるために提供されることができる。種々の側面では、カーテンガス流動機構が、カーテンガスを流路および環状間隙内に向けるために提供されることができる。種々の側面では、カーテンガスは、カーテンガス流動が環状間隙を通過する場合、オリフィスを横断して、ガスの高速噴流を発生させることができる。

図３は、数字３００によって示される、修正されたサンプリング界面の実施例を図示する。イオン源１０２は、実質的に、大気圧において、イオン１０３を発生させる。イオン１０３は、カーテンプレート３０２内の開口３０４へと方向１０１に送流される。これらのイオンは、開口３０４を通して、カーテンプレート３０２とサンプリング部材３０８との間に形成されるカーテン流動チャンバ３０６内に引き込まれる。カーテンチャンバ３０６は、典型的には、流動カーテンガスの少なくとも一部が、イオン源内に流出する一方、流動カーテンガスの一部が、真空チャンバ内に流動するように、大気圧近傍または若干それより高い圧力にある。イオン１０３は、カーテンチャンバ３０６内のカーテン流動ガス３０５を通して、質量分析計（図示せず）の真空段階内に通じる、サンプリング部材３０８内に位置するオリフィス３１０に向かって移動する。カーテンプレート３０２およびサンプリング部材３０８は、離間され、カーテン流動チャンバ３０６を形成し、それを通して、カーテン流動ガス３０５は、放出される。本実施例では、オリフィス３１０の中心は、開口３０４の中心と整列されない。図３の実施例では、オリフィス３１０は、開口３０４と比較して、直交軸上のより高い所に偏移される。イオン源１０２からのガス流動は、より重い液滴およびクラスタをオリフィス３１０から下方に搬送する一方、より軽いイオンは、オリフィス３１０に向かい、その中へと流動するであろう。

図４Ａから４Ｃは、修正されたサンプリング界面の代替構成を示す。図４Ａは、円錐形開口４０４を有する、カーテンプレート４０２を示す。サンプリング部材４０６は、オリフィス４０８を有し、実質的に、共通軸４０１に沿って、カーテンプレート４０２および開口４０４と同軸に整列される。サンプリング部材４０６は、カーテンプレート４０２に近接して位置し、カーテンプレートとサンプリング部材４０６との間に流動チャネル４１０を産生する。カーテンプレート４０２へのサンプリング部材４０６の近接はまた、図４Ｂにおける拡大断面図に示され、番号４０５によって示されるように、開口４０４とオリフィス４０８との間に環状間隙を産生する。開口４０４の円周の周囲に形成される、環状間隙４０５の面積は、開口４０４の円周を間隙ｘの幅によって乗算したものにほぼ等しい。直径Ｄの円形開口の実施例では、円周は、πＤに等しく、環状間隙４０５の面積は、πＤｘにほぼ等しい。開口の周囲の環状間隙のこの平面面積は、円周間隙面積と称され得る。距離ｘは、オリフィス４０８の近傍におけるサンプリング部材４０６とカーテンプレート４０２との間の最短直線距離である。オリフィス４０８の面積は、カーテンプレート内の開口の面積４０４より小さい。サンプリング部材４０６は、オリフィス４０８が、実質的に、開口４０４と同一の平面にあるように位置付けられることができる。

カーテンガスが、流動チャネル４１０内に導入されると、カーテンガスは、オリフィス４０８と開口４０４との間のより狭い環状間隙４０５を通らされ、オリフィス４０８を横断して、ガスの非均一高速噴流を確立する。環状間隙４０５が狭いほど、オリフィス４０８を横断するガスの噴流の速度は高速となる。オリフィス４０８を横断するガスのこの噴流は、液滴およびクラスタを撥ね飛ばす。高速噴流が、カーテンプレート４０２およびサンプリング部材４０６の幾何学形状および近接性の結果として産生されるので、標準的サンプリング界面構成において使用されるであろうものより低速のカーテンガス流動が、使用されることができる。

環状間隙４０５を横断する幅（または、ｘ）は、０．１ｍｍ〜１ｍｍに及び得、典型的には、０．５ｍｍである。開口４０４の直径（または、Ｄ）は、２ｍｍ〜１０ｍｍに及び得、典型的には、４ｍｍである。オリフィス４０８の直径は、０．３ｍｍ〜２ｍｍに及び得、典型的には、０．７５ｍｍである。

オリフィス４０８および開口４０４は、非円形形状であり得ることが、当業者によって理解されるであろう。例えば、オリフィス４０８および開口４０４は、長方形形状であり得る。カーテンプレート４０２とサンプリング部材４０６との間の狭い環状間隙４０５は、任意の選定された形状に対して、開口４０４の円周の周囲に維持され得る。

図４Ａの構成におけるカーテンガスの配置は、イオンをオリフィスに向かって集束させるために、カーテンプレート４０２とサンプリング部材４０６との間におけるより小さい電圧差の使用を可能にするであろう。例えば、わずか１００〜３００Ｖの電圧差が、一般に、既存のカーテンプレート幾何学形状において使用される、電圧５００〜１０００Ｖの代わりに、要求され得る。これは、より強力な電場Ｅ＝Ｖ／ｘを産生する、近接して離間された幾何学形状のためである（式中、Ｖは、カーテンプレート４０２とサンプリング部材４０６との間の電圧差である）。ｘは、従来技術の幾何学形状より小さいので、電場は、Ｖの同一の値に対してより大きくなり、同一の電場強度が、より小さいＶの値によって生成されることができる。加えて、この幾何学形状は、間隙ｘが非常に大きい場合に生じ得る、カーテンプレート４０２とサンプリング部材４０６との間の拡散損失を低減させる（例えば、カーテンプレート４０２とサンプリング部材４０６との間に、非常に大きな距離が存在する場合、イオンは、このような大きな間隙を通して、あまり効率的に伝送されない）。したがって、カーテンガスの噴流を産生するために使用される小環状間隙４０５とともに、カーテンプレート４０２による最小遮蔽を伴う、イオン源へのサンプリングオリフィス４０８の近接性は、より良好なイオン伝送およびより良好な感度を提供することができる。

図４Ｃは、サンプリング界面の代替構成を示す。カーテンプレート４１２は、平面であり、図４Ａおよび４Ｂにおける突出円錐形開口４０４ではなく、平面開口４１４を有する。この構成では、開口４１４は、開口４１４とオリフィス４１８との間の間隙によって画定される、環状間隙４１６の距離だけ、サンプリング部材４０６の前に位置付けられる。

図５Ａは、残留ガス分析器（ＲＧＡ）によって測定される、図２の従来技術のサンプリング界面構成を有する、質量分析計の真空チャンバ内の水蒸気濃度のプロットである。真空チャンバ内の水蒸気は、部分的には、カーテンガスを通したイオン源からの水液滴およびクラスタの浸透の結果である。水蒸気信号の部分は、当技術分野において公知のように、真空チャンバの壁から持続的に脱着される、水蒸気による。図５Ａは、約１０分の期間の間に測定された水蒸気濃度のプロットを示す。

期間Ａの開始に先立った時間の間、ＬＣポンプは、オフにされており、水液滴は、イオン源から生成されていない。期間Ａに先立った水蒸気信号は、真空チャンバの壁から脱着される水蒸気によるものである。期間Ａの開始時、ＬＣポンプが、オンにされ、エレクトロスプレーイオン源を通して、０．５ｍＬ／分で流動する。期間Ｂの開始時、流速は、１ｍＬ／分まで増加され、期間Ｃの開始時、流速は、２ｍＬ／分まで増加される。

図５Ａに示されるように、水蒸気信号は、ＬＣからの流速が増加されるにつれて、より大きなスパイクまたはバーストを伴って、より高くかつ雑音が多くなる。この結果は、ガスカーテン領域を通した液滴またはクラスタの浸透によるものである。これらの液滴またはクラスタは、部分的に、真空チャンバ内で蒸発し、ＲＧＡによって記録される水蒸気濃度を増加させる。信号のスパイク性質は、液滴浸透の異種および無作為性質と、異なるサイズの液滴がチャンバ内で蒸発するにつれた水蒸気のバーストとの結果である。

図５Ｂは、図４Ｂに示されるサンプリング界面構成を使用し、かつ図５Ａにおけるものと同一の流速を使用して、ＲＧＡを用いて真空チャンバ内で記録される水蒸気濃度のプロットを示す。この実験では、開口４０４とサンプリングプレート４０６との間の環状間隙４０５は、約０．４ｍｍであり、開口４０４の直径は、約３ｍｍであった。したがって、開口の面積は、７．０６ｍｍ^２であり、故に、環状間隙の面積は、３．７６ｍｍ^２であった。０、０．５、１、および２ｍＬ／分のＬＣ流動を伴う同一の実験条件が、それぞれ、期間Ａの前、期間Ａの間、期間Ｂの間、および期間Ｃの間に使用された。図５Ｂにおける水蒸気信号の増加は、各期間において、図５Ａにおける対応する期間より少ない。信号はまた、図５Ａより雑音およびスパイクが少なく、オリフィスを横断したカーテンガスの高速噴流が、真空チャンバ内への液滴およびクラスタの浸透を防止する際に効果的であることを示す。

図６Ａは、サンプリング界面のさらなる代替構成である。集束リング６０２が、イオン源１０２と図４Ａに示されるカーテンプレートおよびオリフィス構成との間に位置付けられる。電圧が、電源（図示せず）によって、集束リング６０２に印加され、イオンを開口４０４およびオリフィス４０８に向かって集束させる。集束リングは、イオンをサンプリング開口４０４に向かってさらに集束させ、感度を増加させるのに役立ち得る。

図６Ｂは、図６Ａのサンプリング界面の代替構成である。図６Ａにおけるような集束リング６０２の代わりに、集束プレート６１０が、イオン源１０２と図４Ａに示されるカーテンプレートおよびオリフィス構成との間に位置付けられる。電圧が、電源（図示せず）によって、集束リング６１０に印加され、イオンを開口４０４およびオリフィス４０８に向かって集束させる。

図７は、概して、番号７００によって示される、サンプリング界面の２段階構成であって、ここでは、２つのカーテンプレート７０２、７０４が、イオン源１０２とサンプリング部材７１４との間に位置付けられる。カーテンプレート７０２および７０４は、その中に、サンプリング部材７１４内のオリフィス７１６と同軸に整列される、開口７０６および７０８を有する。カーテンプレート７０２および７０４は、それぞれ、第１および第２のカーテンチャンバ７１０および７１２を画定するように位置付けられる。第１のカーテンチャンバ７１０は、それぞれ、第１および第２のカーテンプレート７０２と７０４との間の空間によって画定される。第２のカーテンチャンバ７１２は、第２のカーテンプレート７０４とサンプリング部材７１４との間の空間によって画定される。

第１のカーテンガス流動は、第１のカーテンガスチャンバ７１０内に向けられ、第２のカーテンガス流動は、第２のカーテンガスチャンバ７１２内に向けられる。第１および第２のカーテンガス流動は、独立して、または一緒に調節されることができる。各カーテンプレート７０２および７０４は、他方から電気的に絶縁され、独立電圧が、別個の電源（図示せず）を用いて、各プレートに印加されることを可能にする。イオン源１０２からのイオンは、オリフィス７１６を通したガス吸引によって、真空チャンバ（図示せず）内に搬送される前に、第１のカーテンガスチャンバ７１０を通して、次いで、第２のカーテンガスチャンバ７１２を通して、集束される。さらなる代替構成では、サンプリング界面は、２つのカーテンチャンバを画定する、２つのカーテンプレートに限定されず、複数のカーテンチャンバを画定する、複数のカーテンプレートを有することができる。各プレートに印加される電圧は、イオンの最適集束を提供するように調節されることができる。２つ以上のカーテンガスチャンバの使用は、液滴およびクラスタが、真空チャンバに流入することをより効率的に防止しながら、サンプリングオリフィスのより優れた保護を提供することができる。このようなより優れた保護は、カーテンガスの領域のより大きな厚さまたは深度の結果であり、したがって、液滴が蒸発するより多くの時間を提供し、液滴がサンプリングオリフィスに向かって、真空チャンバ内に搬送されることに対してより大きな抵抗を提供する。

２つの別個のカーテンガスチャンバの使用は、２つのチャンバ内において、異なる流動および異なる流速の使用を可能にすることができる。例えば、第１のカーテンチャンバ７１０内の流出速度は、より大きな液滴を排除するために、高速であり得る。第２のカーテンガスチャンバ７１２内の流動は、大きな液滴が、第１のカーテンガスチャンバ７１０内の流動によって、この領域から排除されているので、イオンを集束させることをより容易にするために、低速であることができる。加えて、異なるガス組成物が、２つのチャンバ内で使用されることができる。例えば、窒素ガスは、ヘリウムより大きな熱容量を有するので、第１のチャンバ７１０内で使用されることができ、より効果的に液滴を乾燥させることができる。ヘリウムは、第２のチャンバ７１２内で使用されることができ、窒素よりヘリウムガス中において、イオンの移動度がより高いので、イオンは、より軽いヘリウムガスを通して、容易に集束されることを可能にし、ヘリウムガスのみ、真空チャンバに流動することを可能にする。これは、イオンとより軽いヘリウムガスとの間の衝突が、より重い窒素ガスとの衝突より望ましくない分裂を少なくし得るので、第１の真空チャンバ内のイオンの分裂を最小限にするために有利であり得る。

加えて、他のガスも、イオンと反応するために、第１または第２のチャンバに添加されることができる。いくつかの試薬ガスが、化学雑音を減少させるため、または多価イオンの電荷状態を低減させるため、またはイオンと反応し、分析をより特定的にする特定の付加物または生成イオン種を産生するために使用されることができる。多くの場合、反応性ガス種が、真空チャンバに流入することを防止することが望ましい。第２のカーテンガスチャンバ７１２には、したがって、第１のカーテンガス領域からの反応性ガスが真空チャンバに流入することを防止するために、窒素等の純ガスが供給されることができる。これは、真空チャンバを清浄に維持し、極性反応種が、真空内に膨張するガス中に存在する場合に生じ得る、自由噴流膨張におけるイオンのクラスタリングを最小限にする。したがって、複数のカーテンガスチャンバが、反応領域と真空チャンバを分離するために使用され、それによって、反応種を真空チャンバから排除することができる。ある場合には、イオン種が、イオン源からのイオンと反応するために、第１のカーテンガスチャンバ７１０に添加されることができる（例えば、特定の陰イオンが、陽イオンと反応し、特定の生成イオンを形成することができる）。ある場合には、２つ以上の異なる試薬ガスが、２つ以上の別個のカーテンガスチャンバに添加され、イオンが２つのチャンバを通過するにつれて、順次反応を生じさせることができる。

図８は、概して、番号８００によって示される、サンプリング界面の代替の２段階構成であり、ここでは、二重カーテンチャンバが、図４Ａの装置と組み合わせられる。この構成では、第１のカーテンプレート８０２が、イオン源１０２と第２のカーテンプレート８０４との間に位置付けられる。第１のカーテンプレート８０２は、平面であり、平面の第１の開口８０８を有する。第２のカーテンプレート８０４は、突出する円錐形開口８１０を有する。第２のカーテンプレートは、第１のカーテンプレート８０２に近接して位置付けられ、カーテン流動チャネル８１４、および第１と第２の開口との間に環状間隙８０７を形成する。第２のカーテンプレートは、第１のカーテンプレート８０２とサンプリング部材８０６との間に位置付けられる。サンプリング部材８０６は、突出円錐形オリフィス８１２を有する。第１の開口８０８、第２の開口８１０、およびオリフィス８１２は、共通軸に沿って、同軸に整列される。第２のカーテンプレート８０４およびサンプリング部材８０６は、カーテンチャンバ８１６を形成するように位置付けられる。

第１のカーテンガスが、流動チャネル８１４内に放出されると、カーテンガスは、第１の開口８０８と第２の開口８１０との間のより狭い環状間隙８０７を通され、第２の開口８１０を横断して、ガスの非均一高速噴流を確立する。環状間隙８０７が狭いほど、第２の開口８１０を横断するガスの噴流の速度は高速となる。第２の開口８１０を横断するこのガスの噴流は、液滴およびクラスタを撥ね飛ばす。高速噴流が、第１のカーテンプレート８０２および第２のカーテンプレート８０４の幾何学形状および近接性の結果として産生されるので、標準的サンプリング界面構成において使用されるであろうものより低速の第１のカーテンガス流動が、使用されることができる。イオンが、第２のカーテンプレート８０４とサンプリング部材８０６との間のカーテンチャンバ８１６に流入する場合、それがオリフィス８１２を通したガス吸引によって真空チャンバ（図示せず）内に搬送される前に、第２のカーテンガスがカーテンチャンバ８１６内に向けられる。

図９Ａは、図８のサンプリング界面の代替の２段階軸外構成であり、概して、９００の番号が付与される。この構成では、第１のカーテンプレート９０２内の開口９０４の中心は、共通軸９０１から軸外に位置する。共通軸９０１は、図９Ｂに見られる、第２のカーテンプレート９０６の開口９０８の中心と、図９Ｂに見られる、サンプリング部材９１０のオリフィス９１２の中心とが一列に並ぶ軸として画定される。第１のカーテンプレート開口９０４の中心は、実質的に軸９０１に直交である軸に対して、第２の開口９０８より下方に位置付けられる。イオン１０３は、電源（図示せず）によって、独立して、第１のカーテンプレート９０２、第２のカーテンプレート９０６、およびサンプリング部材９１０に印加される電圧によって、開口を通して、真空チャンバ内に集束されることができる。

イオン１０３は、第１のカーテンプレート９０２と第２のカーテンプレート９０６との間の空間によって形成される、第１のカーテンチャンバ９１４内の第１のカーテンガスを通して移動する。イオン１０３は、第２の開口９０８に向かって移動する。第２のカーテンプレート９０６およびサンプリング部材９１０は、離間され、カーテン流動チャネル９１６を形成し、第２のカーテンガスは、それを通して向けられる。本実施例では、第１の開口９０４の中心は、共通軸９０１より下方にある。第１のカーテンガスからの勢いは、より重い液滴およびクラスタを第２の開口９０６およびオリフィス９１２から下方に搬送するが、より軽いイオンは、オリフィス９１２に向き、その中に流動するであろう。

第２のカーテンガスが、流動チャネル９１６内で放出されると、第２のカーテンガスは、第２の開口９０８とオリフィス９１２との間のより狭い環状間隙９１８を通され、オリフィス９１２を横断するガス（矢印によって示される）の非均一高速噴流を確立する。環状間隙９１８が狭いほど、オリフィス９１２を横断するガスの噴流の速度は高速となる。オリフィス９１２を横断するこのガスの噴流は、液滴およびクラスタを撥ね飛ばす。高速噴流が、第２のカーテンプレート９０６およびサンプリング部材９１０の幾何学形状および近接性の結果として産生されるので、標準的サンプリング界面構成において使用されるであろうものより低速の第２のカーテンガス流動が、使用されることができる。イオン１０３は、次いで、オリフィス９１８を通したガス吸引によって、真空チャンバ（図示せず）内に搬送される。

本出願人の教示は、特に、具体的な例証的実施形態を参照して、図示および説明されたが、形態および詳細における種々の変更が、本教示の精神および範囲から逸脱することなく、行なわれてもよいことを理解されたい。したがって、本教示の範囲および精神内に入る全ての実施形態およびその均等物が、請求される。本出願人の教示の方法の説明および略図は、そのように記載されない限り、説明される要素の順序に限定されるように読み取られるべきではない。

本出願人の教示は、種々の実施形態および実施例と併せて説明されたが、本出願人の教示は、そのような実施形態または実施例に限定されることを意図するものではない。対照的に、本出願人の教示は、当業者によって理解されるように、種々の代替、修正、および均等物を包含し、そのような修正または変形例は全て、本発明の領域および範囲内にあると考えられる。

Claims (8)

1. 質量分析計システムであって、
   実質的に大気圧でイオンを発生させるためのイオン源と、
   オリフィスを有するサンプリング部材であって、前記サンプリング部材は、質量分析計を伴う真空チャンバを形成する、サンプリング部材と、
   前記イオン源と前記サンプリング部材との間のカーテンプレートであって、前記カーテンプレートは、開口を有し、前記開口は、断面を有し、前記サンプリング部材から離間され、前記カーテンプレートと前記サンプリング部材との間に流路を画定し、かつ前記オリフィスと前記開口との間に環状間隙を画定し、前記環状間隙の面積は、前記開口の断面積より小さい、カーテンプレートと、
   電圧を前記カーテンプレートに印加し、前記イオン源からのイオンを前記カーテンプレートの前記開口に向けるための電力供給源と、
   カーテンガスを前記流路および前記環状間隙内に向けるためのカーテンガス流動機構と
   を備えている、質量分析計システム。
2. 前記環状間隙の面積は、前記開口の面積の５０％より小さい、請求項１に記載の質量分析計システム。
3. 前記環状間隙は、０．５ｍｍより小さい、請求項１に記載の質量分析計システム。
4. 前記環状間隙は、０．３ｍｍより小さい、請求項１に記載の質量分析計システム。
5. 前記カーテンガスは、前記オリフィスの正面で高速噴流を形成する、請求項１に記載の質量分析計システム。
6. 質量分析計システムであって、
   実質的に大気圧でイオンを発生させるためのイオン源と、
   少なくとも２つのカーテンプレートであって、前記少なくとも２つのカーテンプレートの各カーテンプレートは、開口を有し、各カーテンプレートは、離間され、その間に複数の流路を形成する、カーテンプレートと、
   オリフィスを有するサンプリング部材であって、前記サンプリング部材は、質量分析計を伴う真空チャンバを形成し、前記サンプリング部材は、前記少なくとも２つのカーテンプレートから離間され、前記カーテンプレートとの間に流路を形成し、かつ前記オリフィスと前記サンプリング部材に最も近いカーテンプレートの前記開口との間に環状間隙を画定し、前記環状間隙の面積は、前記サンプリング部材に最も近いカーテンプレートの前記開口の断面積より小さい、サンプリング部材と、
   独立電圧を各カーテンプレートに印加することにより、各カーテンプレートの開口の各々を通るようにイオンを向けるための電力供給源電圧と、
   カーテンガスを前記複数の流路の各々および前記環状間隙内に向けるための少なくとも１つのガス流動機構と
   を備えている、質量分析計システム。
7. 前記カーテンガスは、異なる組成を有する、請求項６に記載の質量分析計システム。
8. イオンをイオン源から受け取るためのイオンサンプリング界面であって、前記イオンサンプリング界面は、
   前記イオンを前記イオン源から受け取るための第１の開口を有する第１のカーテンプレートと、
   第２の開口を有する第２のカーテンプレートであって、前記第２のカーテンプレートは、前記第１のカーテンプレートから離間され、その間にカーテンチャンバを形成する、第２のカーテンプレートと、
   オリフィスを有するサンプリング部材であって、前記サンプリング部材は、質量分析計を伴う真空チャンバを形成し、前記サンプリング部材は、前記第２のカーテンプレートから離間され、前記第２のカーテンプレートとの間にカーテン流動チャネルを形成し、前記サンプリング部材は、前記オリフィスと前記第２の開口との間に環状間隙を画定し、前記環状間隙の面積は、前記第２の開口の断面積より小さい、サンプリング部材と、
   電圧を前記カーテンプレートに印加し、前記イオン源からのイオンを前記第１のカーテンプレートの前記第１の開口に向けるための第１の電力供給源と、
   電圧を前記第２のカーテンプレートに印加し、イオンを前記オリフィスに向けるための第２の電力供給源と、
   カーテンガスを前記カーテン流動チャネルおよび前記環状間隙内に向けるためのカーテンガス流動機構であって、前記カーテンガスは、前記カーテンガスが前記環状間隙を通過する場合、前記オリフィスを横断するガスの高速噴流を発生させる、カーテンガス流動機構と
   を備えている、イオンサンプリング界面。