JP6141861B2 - イオン化装置 - Google Patents

Description

背景
本出願は、２０１１年１１月３０日に出願され、「Ionization Device」と題する米国特許出願第１３／３０７，６４１号の優先権を主張しており、その開示は、参照により本出願に完全に組み込まれる。

光イオン化（Photoionization：ＰＩ）は、所望の波長の光を未知のガス試料に送ってイオン化を引き起こすことを含む。ソフトイオン化および光フラグメンテーションのような光化学の応用形態を介して未知のガス試料の組成を調査（検査）することを容易にするために、ＰＩが使用され得る。例えば、電磁スペクトルの真空紫外（ＶＵＶ）域からの光は特に、ＰＩの応用形態に有用であり、その理由はＶＵＶ光子のエネルギー（一般に６ｅＶ〜１２４ｅＶ）が大部分の化学種の電子励起およびイオン化エネルギーに対応するからである。

電子衝撃イオン化（ＥＩ）は、所望の運動エネルギーを有する電子を未知のガス試料に向かわせて、試料ガスの分子のイオン化およびフラグメンテーション（解離反応）を引き起こすことを含む。

ＥＩによるフラグメンテーションは、「ハード」なイオン化と呼ばれることが多い。一方、ＰＩ源は、ＥＩ源が使用される場合に比べて試料分子がフラグメント化されるのが少ないので、「ソフト」なイオン化源として機能する。ＰＩ源により提供される分子のより少ないフラグメンテーションは、既知のＥＩ源よりも大きい範囲まで分子イオン信号を生成することができる。

ＰＩ源により提供されるフラグメンテーションの比較的より少ない範囲は、未知の化合物の識別のような特定の応用形態に有用であるが、ＥＩ源によりもたらされるフラグメンテーションのパターンは、有用であることが多いけれどもＰＩ源を用いた光フラグメンテーションにより実現されることができない情報を提供する。

従って、必要とされていることは、ＥＩ及びＰＩによる選択的なイオン化を可能にするイオン化装置および使用方法である。

代表的な実施形態は、添付図面と共に読まれる場合に、以下の詳細な説明から最も良く理解される。様々な特徴要素が必ずしも一律の縮尺に従わずに描かれていることが強調される。実際には、寸法は、考察の明瞭化のために任意に増減され得る。適用可能であり且つ実用的であるときはいつでも、同様の参照符号は同様の要素を指す。

代表的な実施形態による質量分析計の簡易略図である。 代表的な実施形態によるイオン化装置の簡易略図である。 代表的な実施形態によるイオン化装置の断面図である。 代表的な実施形態に従って、試料ガスを励起光に曝露する方法の流れ図である。

定義された用語
理解されるべきは、本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためだけであり、制限することは意図されていない。定義された用語は、本教示の技術分野で一般に理解され且つ許容されるものとして、定義された用語の技術的および科学的意味に加える。

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される限り、用語「１つの（a）」、「１つの（an）」及び「前記（the）」は、文脈で特に明示しない限り、単一の対象、及び複数の対象の双方を含む。このため、例えば、「１つのデバイス（a device）」は、１つのデバイス及び複数のデバイスを含む。

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される限り、及びそれらの通常の意味に加えて、用語「実質的な」又は「実質的に」は、許容可能な限界または又は程度を有すること意味する。例えば、「実質的にキャンセルされた」ということは、当業者が本教示の文脈においてキャンセルを許容できると考えられることを意味する。

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される限り、及びその通常の意味に加えて、用語「約（ほぼ）」は、当業者にとって許容可能な限界内または量内を意味する。例えば、「ほぼ同じ」は、当業者が比較されている要素を同じであると考えることを意味する。

詳細な説明
以下の詳細な説明において、説明および制限しないために、特定の細部を開示する代表的な実施形態が、本教示の完全な理解を提供するために記載される。既知の装置（デバイス）、既知の材料、及び既知の製造方法の説明は、例示的な実施形態の説明を不明瞭にすることを避けるように省略され得る。それにも関わらず、当業者の理解範囲内にあるそのような装置、材料および方法が、後述される代表的な実施形態に従って使用され得る。更に、理解されるように、図面に示された電気コンポーネント及び電気接続の様々な構成は例示であり、従って、本教示の範囲から逸脱せずに変更できる。

理解されるように、「〜より上に」、「〜より下に」、「上部」、「底部」、「上側」、「下側」、「左」、「右」、「垂直」、及び「水平」のような、本明細書で使用され得る相対的な用語は、添付図面に示されたような様々な要素の相互の関係を説明するために使用される。理解されるように、これらの相対的な用語は、図面に示された向きに加えて、デバイス及び／又は要素の異なる向きを包含することが意図されている。例えば、デバイスが図面の表示に対して反転された場合、例えば、別の要素の「上に」と説明された要素は、その要素の「下に」あることになる。同様に、デバイスが図面の表示に対して９０度回転した場合、例えば、「垂直」として説明された要素は、「水平」であることになる。

一般に、及び代表的な実施形態に関連してより詳細に説明されるように、本教示は、イオン化の少なくとも２つのモードを有するイオン化装置に関し、比較的短い持続時間（例えば、１ミリ秒から９ミリ秒以下）でこれら２つのモードを切り替えることができる。例えば、本発明は、光イオン化（ＰＩ）モードと、電子イオン化（ＥＩ）とＰＩの組合せモード（ＥＩ／ＰＩモード）との間で迅速に切り替えることができるイオン化装置を提供する。例示的に、本教示のイオン化装置は、本開示の利益を有する当業者に明らかである応用形態の中で特に質量分析計に使用するために企図されている。

代表的な実施形態において、イオン化装置は、プラズマを生成するように構成されたプラズマ源を含む。プラズマは、光、プラズマイオン及びプラズマ電子を含む。イオン化装置は更に、プラズマ源とイオン化領域との間に配置されたプラズマ偏向装置と、プラズマ源とイオン化領域との間に配置された電子加速装置とを含む。プラズマ偏向装置及び電子加速装置は、第１の時間間隔中に第１の電界を確立し、第２の時間間隔中に第２の電界を確立するように構成される。第１の電界は実質的に、光がイオン化領域に到達することを可能にすると同時に、プラズマ電子およびプラズマイオンがイオン化領域に入ることを阻止する。第２の電界は実質的に、光がイオン化領域に到達することを可能にすると同時に、プラズマイオンがイオン化領域に入ることを阻止する。

別の代表的な実施形態において、試料ガスをイオン化領域のイオン源に曝露する方法が開示される。方法は、試料ガスを選択的にＥＩイオン化またはＥＩ／ＰＩイオン化に曝露することを可能にする。方法は、光、プラズマイオン、及びプラズマ電子を含むプラズマを生成し、プラズマ電子およびプラズマイオンがイオン化領域に入ることを実質的に阻止するための第１の電界を第１の時間間隔中に確立し、プラズマ電子をイオン化領域の方へ加速し、且つプラズマイオンがイオン化領域に入ることを実質的に阻止するための第２の電界を第２の時間間隔中に確立することを含む。

図１は、代表的な実施形態による質量分析計１００の簡易略図を示す。ブロック図は、本教示が様々な異なるタイプの質量分析計に適用され得るので、より一般的な形式で描かれている。理解されるべきは、本説明を続ける際、代表的な実施形態の装置（デバイス）及び方法は質量分析計１００に関連して使用され得る。そういうものだから、質量分析計１００は、代表的な実施形態の装置および方法の機能および応用形態の包括的ないっそうの理解を得ることに有用であるが、これらの機能および応用形態を制限することは意図されていない。

質量分析計１００は、イオン源１０１、質量分析器１０２及び検出器１０３を含む。イオン源１０１はイオン化装置１０４を含み、イオン化装置１０４は、ガス試料（図１には示されない）をイオン化してイオンを質量分析器１０２に供給するように構成される。イオン化装置１０４の詳細は、代表的な実施形態に従って後述される。質量分析計１００の他の構成要素は、当業者に知られた装置を含み、代表的な実施形態の説明を不明瞭にすることを避けるために詳細に説明されない。例えば、質量分析器１０２は、質量分析器のタイプの中でも特に、四重極質量分析器、イオントラップ質量分析器、又は飛行時間型（ＴＯＦ）質量分析器とすることができ、検出器１０３は、質量分析計で使用される多数の知られた検出器の１つとすることができる。

コントローラ１０５は、検出器１０３と電源１０６との間に接続され、電源１０６はイオン化装置１０４に接続される。より詳細に後述されるように、機能の中でも特に、コントローラ１０５は、イオン化装置１０４の電極（図１には示されない）に電源１０６により印加される電圧の大きさ（振幅）及び持続時間を制御し、且つイオン源１０１が所望のスペクトルデータに依存してＰＩ源となるか又はＥＩ／ＰＩ源となるかの選択を可能にするように構成される。

代表的な実施形態に従って、コントローラ１０５からの制御信号に基づいて、電源１０６は、イオン化装置１０４の電極（図１には示されない）に直流（ＤＣ）電圧または時間依存性（ＡＣ）電圧を選択的に又は双方を印加するように構成される。１つの代表的な実施形態において、コントローラ１０５からの信号に基づいて、電源１０６は、イオン化装置１０４の電極にＤＣ電圧、又はＤＣオフセット値を有する時間依存性方形波電圧を選択的に印加するように構成される。

より詳細に後述されるように、イオン化装置１０４の電極に電圧を選択的に印加することは、プラズマ電子およびプラズマイオンがイオン化装置１０４のイオン化領域に入ることを実質的に阻止する第１の時間間隔中に第１の電界を確立し、及びプラズマ電子をイオン化領域の方へ加速し且つプラズマイオンがイオン化領域に入ることを実質的に阻止する第２の時間間隔中に第２の電界を確立するという結果になる。従って、第１の時間間隔中、プラズマ光子だけがイオン化装置１０４のイオン化領域に到達する一方で、第２の時間間隔中、電子が第２の電界により加速されている状態で、プラズマ光子およびプラズマ電子の双方がイオン化領域に到達することを可能にする。従って、第１の時間間隔において、イオン化装置１０４は、ＰＩ装置として機能し、第２の時間間隔において、イオン化装置１０４は、ＰＩ装置として且つＥＩ装置として機能する。

より具体的には、及び有利には、ユーザは、イオン化装置１０４が特定の時間間隔の間に試料のＰＩのみを可能にするＰＩ装置（場合によっては、本明細書においてＰＩモードと呼ばれる）として機能するように、電源１０６に信号を提供するためにコントローラ１０５をプログラムすることができる。別の時間間隔において、ユーザは、イオン化装置１０４が特定の時間間隔の間に試料のＰＩ及びＥＩの双方を可能にするＰＩ装置及びＥＩ装置（場合によっては、本明細書においてＥＩ／ＰＩモードと呼ばれる）として機能するように、電源１０６に信号を提供するためにコントローラ１０５をプログラムすることができる。そういうものだから、ユーザは、第１の時間間隔中にＰＩデータを収集し、第２の時間間隔中にＰＩデータ及びＥＩイオン化データの双方を収集することを連係することができる。更に、本教示に従って、ユーザは、イオン化装置１０４が比較的短い持続時間（例えば、１ミリ秒から９ミリ秒以下）でＥＩモードとＥＩ／ＰＩモードを切り替えることができるように、電源１０６に信号を提供するためにコントローラ１０５をプログラムすることができる。

コントローラ１０５は、ソフトウェア、ファームウェア、配線論理回路またはそれらの組合せを用いて、プロセッサ又は中央処理装置（ＣＰＵ）のような処理デバイス、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）又はそれらの組合せにより、全体的に又は部分的に実現され得る。コントローラ１０５の機能に関する特定の態様の詳細が、代表的な実施形態に関連して以下に提供される。幾つかの実施形態において、コントローラ１０５は、質量分析計１００において使用される又は独立型装置として使用されるリアルタイム（実時間）オペレーティングシステム（ＯＳ）で実現される。プロセッサ又はＣＰＵを用いる場合、コントローラ１０５からイオン化装置１０４への信号を制御する実行可能なソフトウェア／ファームウェア及び／又は実行可能なコードを格納するためのメモリ（図示せず）が含められる。メモリは、不揮発性読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）及び揮発性ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）の任意の数、タイプ及び組合せとすることができ、プロセッサ又はＣＰＵにより実行可能なコンピュータプログラム及びソフトウェアアルゴリズムのような様々なタイプの情報を格納することができる。メモリは、ディスクドライブ、電気的プログラム可能ＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、ＣＤ、ＤＶＤ、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ドライブなどのような、有形のコンピュータ可読記憶媒体の任意の数、タイプ及び組合せを含むことができる。

図２は、代表的な実施形態によるイオン化装置２００の簡易略図を示す。イオン化装置２００は、イオン化装置１０４としてイオン源１０１に実装され得る。イオン化装置２００は、プラズマ源２０１及びイオン化領域２０２を含む。代表的な実施形態に従って、プラズマ源２０１はＶＵＶ源であり、この場合、ＶＵＶ光は一般に、１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の波長を有する光として定義される。例示的に、プラズマ源２０１は、James E. Cooley他による、「Microplasma Device with Cavity for Vacuum Ultraviolet Irradiation of Gases and Methods of Making and Using the Same」と題する共同所有された米国特許出願第１２／６１３，６４３号に記載されたようなプラズマ源とすることができる。米国特許出願公開第２０１１／０１０９２２６号として発行されたこの特許出願の開示は特に、参照により本明細書に組み込まれる。

プラズマ偏向装置２０３及び電子加速装置２０４が、プラズマ源２０１とイオン化領域２０２との間に直列に（縦に並んで）設けられる。図２に示された実施形態において、プラズマ偏向装置２０３はプラズマ源２０１のすぐ隣に配置され、電子加速装置２０４はイオン化領域２０２のすぐ隣に配置される。留意すべきは、プラズマ偏向装置２０３及び電子加速装置２０４の順序は、「入れ換え」られ得る。この代替の構成において、プラズマ偏向装置２０３は、イオン化領域２０２のすぐ隣に配置され、電子加速装置２０４はプラズマ源２０１のすぐ隣に配置される。この代替の構成が選択される場合、時間依存性電圧源（後述される）及び静的電圧源（後述される）に対する接続が、図２に示された構成とは異なるであろう。

より詳細に後述されるように、動作の１つのモードにおいて、プラズマ偏向装置２０３及び電子加速装置２０４は、プラズマ電子２０５及びプラズマイオン２０６がイオン化領域２０２に到達することを実質的に防止し、且つプラズマ光子２０７のみがイオン化領域２０２に到達することを可能にするために、プラズマ電子２０５及びプラズマイオン２０６を選択的に偏向させるように協力して動作するように構成される。動作の別のモードにおいて、プラズマ偏向装置２０３及び電子加速装置２０４は、プラズマ光子２０７がイオン化領域２０２に到達することを可能にすると同時に、プラズマイオン２０６を選択的に偏向させ且つプラズマ電子２０５をイオン化領域２０２の方へ加速するために協力して動作するように構成される。当該動作の前者のモードにおいて、プラズマ光子２０７のみがイオン化領域２０２に到達し、イオン化装置２００はＰＩ装置として機能する。当該動作の後者のモードにおいて、プラズマ電子２０５及びプラズマ光子２０７の双方がイオン化領域２０２に到達し、イオン化装置２００はＰＩ装置として及びＥＩ装置として機能する（ＥＩ／ＰＩ装置）。

プラズマ偏向装置２０３は、第１の偏向電極２０８及び第２の偏向電極２０９を含む。同様に、電子加速装置２０４は、第１の加速電極２１０及び第２の加速電極２１１を含む。プラズマ偏向装置２０３は、時間依存性電圧源２１２に接続され、その時間依存性電圧源２１２は、最大電圧＋Ｖ及び最小電圧０Ｖを有する時間依存性電圧を印加するように構成されている。電子加速装置２０４は、電圧（負）−Ｖを供給する静的（ＤＣ）電圧源２１３に接続される。コントローラ１０５からの制御信号に基づいて、電源１０６は、時間依存性電圧源２１２として及び静的電圧源２１３として交互に機能するように構成され得る。そういうものだから、上述した様々な電位差、及びそれらの結果として生じる電界は、コントローラ１０５により時間依存性であるように及び静的であるように選択的に印加され得る。

時間依存性電圧源２１２から出力された電圧の時間変動は、時間依存性であるようにＥＩ装置として、及びＥＩ／ＰＩ装置として機能するイオン化装置２００という結果になる。

特に、図２に示されたように互いに接続され及び接地に接続された、プラズマ偏向装置２０３及び電子加速装置２０４の個々の電極の図示された電気接続により、第１の偏向電極２０８及び第２の偏向電極２０９が、第１の加速電極２１０及び第２の加速電極２１１に対して負にバイアスされる。

第１の偏向電極２０８及び第２の偏向電極２０９との間の電位差が大きい（即ち、＋Ｖ）場合、第１の電界２１４は、プラズマ源２０１とイオン化領域２０２との間の軸２１６に直交する方向（図示された座標系においてｙ方向）に確立される。この第１の電界２１４の結果として、プラズマ電子２０５が第１の偏向電極２０８へ偏向され、プラズマイオン２０６が第２の偏向電極２０９へ偏向される。そういうものだから、この構成において、プラズマ光子２０７のみがイオン化領域２０２に到達し、イオン化装置２００はＰＩ装置としてのみ機能する。

一方、第１の偏向電極２０８及び第２の偏向電極２０９が同じ電位（即ち、０Ｖ）である場合、プラズマ偏向装置２０３と電子加速装置２０４との間の相対バイアス（−Ｖ）は、軸２１６に平行である（図示された座標系においてｘ方向）第２の電界２１５を確立する。この第２の電界２１５の結果として、プラズマ電子２０５が、図示された座標系のｘ方向に加速され、プラズマイオン２０６が−ｘ方向に反発される。そういうものだから、この構成において、プラズマ電子２０５及びプラズマ光子２０７の双方がイオン化領域２０２に到達し、イオン化装置２００はＥＩ／ＰＩ装置として機能する。

特に、イオン化装置２００がＥＩ／ＰＩ装置として機能するように構成されている場合、プラズマ電子２０５は、第２の電界２１５により加速され、電子加速装置２０４から出射する際に｜Ｖ｜ｅＶのエネルギーを獲得する。特定の応用形態において、試料に７０ｅＶの電子を供給することが有用であり、そのため｜Ｖ｜＝７０Ｖである。｜Ｖ｜＝７０Ｖの選択、及びプラズマ電子２０５のエネルギーがプラズマ偏向装置２０３と電子加速装置２０４との間の相対バイアス（即ち、−Ｖ）の選択により単に選択され得ることが強調される。

図２の精査およびその付随する上記の説明から認識され得るように、バイアスされた第１及び第２の加速電極２１０、２１１は、第１及び第２の偏向電極２０８、２０９の電位、プラズマの電位、及びプラズマ偏向装置２０３の任意の空間電荷からイオン化領域２０２を分離（絶縁）するように構成される。有益には、第１及び第２の偏向電極２０８、２０９により確立された電位からのイオン化領域２０２のこの分離は、試料ビームを抽出して当該試料ビームを質量分析器１０２へ送るための最適化された電位プロファイルを可能にする。特に、イオン化領域２０２の分離は、比較的低いエネルギーのイオンビームの形成を可能にする。

特定の実施形態において、時間依存性電圧源２１２により提供される時間依存性電圧は、最小電圧（０Ｖ）と最大電圧（＋Ｖ）を備える方形波（矩形波）を近似する。当業者によって理解されるべきであるように、最小電圧（０Ｖ）と最大電圧（＋Ｖ）との間の時間依存性電圧の遷移中に収集されたデータは、ほとんど価値がない。そういうものだから、時間依存性電圧源２１２により提供される時間依存性電圧の立ち上がり時間および立ち下がり時間が、時間依存性電圧源２１２により提供される時間依存性電圧の周期（期間）に比べて小さいことは有益である。

時間依存性電圧源２１２により印加される例示的な方形波電圧は、周期的または非周期的となるように選択され得る。周期的な方形波電圧の信号がプラズマ偏向装置２０３に供給される場合、イオン化装置２００は、等しい時間間隔にわたってＥＩ源として及びＥＩ／ＰＩ源として交互に機能する。同様に、非周期的な方形波電圧の信号がプラズマ偏向装置２０３に供給される場合、イオン化装置２００は、等しくない時間間隔にわたってＥＩ源として及びＥＩ／ＰＩ源として交互に機能する。

イオン化装置２００がＰＩ装置としてのみ、又はＥＩ／ＰＩ装置として機能する時間間隔の選択は、コントローラ１０５のプログラミングにより設定されることができ、次いでコントローラ１０５は電源１０６の出力電圧を制御する。より具体的には、コントローラ１０５は、第１及び第２の偏向電極２０８、２０９、並びに第１及び第２の加速電極２１０、２１１に印加される電圧の大きさ（振幅）と持続時間を選択するようにプログラミングされ得る。

第１及び第２の偏向電極２０８、２０９、並びに第１及び第２の加速電極２１０、２１１に印加される電圧の大きさと持続時間の双方を選択する能力は、イオン化装置２００によるユーザの多くのオプションを可能にする。時間依存性電圧源２１２により印加される電圧の時間依存性を選択する能力は、既知のイオン化装置より優れた更なる利点を提供する。例えば、ＥＩ／ＰＩモードがＥＩモード単独よりも効率的なイオン化モードであるので、特定の実施形態に従って、時間間隔は、２つのイオン化モード間でのイオン化の効率の差を実質的に均衡させるために、等しくないように選択され得る。

ＥＩ源を含む質量分析計へ試料を直接的に導入することは知られている。しかしながら、一般に溶媒蒸気の導入中である高圧環境において、既知のＥＩ源で使用されるフィラメントが本質的に壊れやすいので、固体試料または乾燥試料のみが一般に、このように分析される。更に、ＥＩを生成する極めて複雑なフラグメンテーションのスペクトルは、化学的混合物における個々の成分の識別を困難にする可能性があり、そのため試料は通常、イオン化の前に、最初に（例えば、ガスクロマトグラフィーにより）分離される必要がある。

イオン化装置２００は、プラズマ源２０１のガスがその周囲環境よりも高い圧力で動作する制限された流れの方式を使用する。プラズマガス及び他のエネルギープラズマ生成物（紫外線光を含む）は、イオン化反応が起こるイオン化領域２０２の真空環境へ放出される。このように、プラズマ自体は、イオン化領域２０２から分離され、そこでの圧力または組成の変化に実質的に影響を受けない。そういうものだから、及びイオン化装置２００のいくつかある利点の中で特に、試料はイオン化領域２０２へ直接的に導入されることができ、直接的に試料を導入する間の気化した共通溶媒に起因した圧力の増加により、プラズマは影響を受けない。

更に、プラズマ又は他のエネルギー生成物のＵＶ光により生じたソフトなイオン化反応は、多くの化合物に対して、分子イオンのピーク及び／又は大きく低減されたフラグメンテーションを生じる。これは、特に高分解能質量分析計と結合された場合に、既知のＥＩ源単独で実現されるものに比べて、分離されない化学的混合物での重なるスペクトルの分析をはるかに容易にする。

図３は、代表的な実施形態によるイオン化装置３００の断面図を示す。イオン化装置３００は、イオン化装置１０４としてイオン源１０１の中に実装され得る。イオン化装置３００は、対称軸３０１の周りに配置される。入口３０２が設けられ、被分析物の分子を含む試料ガス（図示せず）を受け取るように構成される。試料ガスは、入口３０２において対称軸３０１に平行な方向に向けられる。イオン化装置３００の多くの細部がイオン化装置２００に共通であり、現時点で説明された実施形態の教示を不明瞭にすることを避けるために繰り返されない。

有用に導電性であるイオン化装置３００の様々な構成要素は、ステンレス鋼のような適切な導電性材料から作成される。電気絶縁される必要があるイオン化装置３００の様々な構成要素は、高温プラスチック（例えば、Vespel（登録商標））又は適切な機械加工可能なセラミック材料（例えば、Macor（登録商標）、アルミナ又は窒化ホウ素）のような適切な電気絶縁体から作成される。

イオン化装置３００は、第１のプラズマ源３０３、及びオプションとして第２のプラズマ源３０４を含む。第１及び第２のプラズマ源３０３、３０４は、米国特許出願第２０１１／０１０９２２６号に説明されたように例示的であり、参照により上記に組み込まれる。特に、第２のプラズマ源３０４は第１のプラズマ源３０３に冗長な機能を提供し、その機能は更に詳細に説明されない。

イオン化装置３００は、プラズマからの光が伝えられるアパーチャに隣接して配置された第１のプラズマ偏向装置３０５を含む。第１のプラズマ偏向装置３０５は、第１の偏向電極３０６及び第２の偏向電極３０７を含む。また、イオン化装置３００は、第１の加速電極３０９及び第２の加速電極３１０を含む第１の電子加速装置３０８も含む。オプションの第２のプラズマ源３０４が実装される場合、図示されたように偏向電極および加速電極の個々のセットを有する第２のプラズマ偏向装置３１１及び第２の電子加速装置３１２が設けられる。

第１のプラズマ偏向装置３０５の第１及び第２の偏向電極３０６、３０７は、電源（例えば、電源１０６）のような時間依存性電圧源に選択的に接続される。同様に、第１の電子加速装置３０８の第１及び第２の加速電極３０９、３１０は、電源（例えば、電源１０６）のような静的（ＤＣ）電圧源に選択的に接続される。図２に関連して上述されたものと類似した態様で、コントローラ（例えば、コントローラ１０５）が、時間依存性電圧および静的電圧の選択的な印加を行う。そういうものだから、第１のプラズマ偏向装置３０５は、最大電圧（例えば、＋Ｖ）及び最小電圧（例えば、０Ｖ）を有する時間依存性電圧を印加するように構成された時間依存性電圧源に接続される。同様に、第１の電子加速装置３０８は、電圧（例えば、−Ｖ）を提供する静的（ＤＣ）電圧源に接続される。

代表的な実施形態において、供給される時間依存性電圧は、最小電圧（例えば、０Ｖ）と最大電圧（例えば、＋Ｖ）を備える方形波を近似する。より詳細に上述されたように、電圧は、第１の電界（図３に示された座標系のｘ方向）及び第２の電界（図３に示された座標系の−ｙ方向）を選択的に確立するために、第１及び第２の偏向電極３０６、３０７に及び第１及び第２の加速電極３０９、３１０に選択的に印加される。

第１及び第２の偏向電極３０６、３０７に及び第１及び第２の加速電極３０９、３１０に時間依存性電圧を選択的に印加することは、イオン化領域３１３から離れる電子の選択的な偏向、又はイオン化領域３１３の方への電子の加速という結果になる。そういうものだから、イオン化装置３００は、ＰＩ装置（偏向される電子）又はＥＩ／ＰＩ装置（加速される電子）として機能するように構成される。

図３に示されていないけれども、本教示は、イオン化領域３１３に電子を閉じ込めることに役立つ磁界を組み込むことを企図する。例えば、このオプションの磁界は、イオン化領域３１３に隣接して配置された稀土類永久磁石のような永久磁石の選択的な配置により確立され得る。

イオン化後、被分析物のイオンが、イオン光学系３１４により出口３１５の方へ向けられて質量分析器（図３に示されない）に送られる。

図４は、イオン化領域の試料ガスをイオン化源に曝露する方法４００の流れ図を示す。方法４００は、図１〜図３に関連して説明された代表的な実施形態に従ってイオン化装置を用いて実施され得る。４０１において、方法は、光、プラズマイオン及びプラズマ電子を含むプラズマを生成することを含む。４０２において、方法は、偏向装置と加速装置との間に第１の電界を確立することを含む。第１の電界は実質的に、プラズマ電子およびプラズマイオンがイオン化領域に入ることを阻止する。４０３において、方法は、プラズマ電子をイオン化領域の方へ加速し且つプラズマイオンがイオン化領域に入ることを実質的に阻止するための第２の時間間隔中に、偏向装置と加速装置との間に第２の電界を確立することを含む。４０４において、方法は、試料ガスをイオン化領域へ送ることを含む。

本明細書において、代表的な実施形態が開示されたが、当業者には理解されるように、本教示に従っている多くの変形形態は可能であり、添付された特許請求の範囲の範囲内にある。従って、本発明は、添付された特許請求の範囲の範囲内を除いて制限されるべきでない。

Claims (20)

1. イオン化装置であって、
   光、プラズマイオン、及びプラズマ電子を含むプラズマを生成するように構成されたプラズマ源と、
   前記プラズマ源とイオン化領域との間に配置されたプラズマ偏向装置と、
   前記プラズマ源と前記イオン化領域との間に配置された電子加速装置とを含み、前記プラズマ偏向装置および前記電子加速装置が、第１の時間間隔中に第１の電界を確立し、第２の時間間隔中に第２の電界を確立するように構成されており、前記第１の電界は実質的に、前記光が前記イオン化領域に到達することを可能にすると同時に、プラズマ電子およびプラズマイオンが前記イオン化領域に入ることを阻止し、前記第２の電界は実質的に、前記光が前記イオン化領域に到達することを可能にすると同時に、プラズマイオンが前記イオン化領域に入ることを阻止する、イオン化装置。
2. 前記第１の電界が、前記プラズマ源と前記イオン化領域との間の軸に実質的に直交している、請求項１に記載のイオン化装置。
3. 前記第２の電界が、前記プラズマ源と前記イオン化領域との間の軸に実質的に平行である、請求項１に記載のイオン化装置。
4. 前記プラズマ偏向装置に時間依存性電圧を印加するための手段と、前記電子加速装置に直流（ＤＣ）電圧を印加するための手段とを更に含む、請求項１に記載のイオン化装置。
5. 前記時間依存性電圧がほぼ、前記第１の時間間隔と前記第２の時間間隔の合計に実質的に等しい周期を有する方形波電圧である、請求項４に記載のイオン化装置。
6. 前記第１の時間間隔の持続時間が、前記第２の時間間隔の持続時間とほぼ同じである、請求項５に記載のイオン化装置。
7. 前記イオン化装置が前記第１の時間間隔中にＰＩモードで動作し、前記第２の時間間隔中にＥＩ／ＰＩモードで動作する、請求項５に記載のイオン化装置。
8. 前記プラズマ偏向装置が、前記プラズマ源と前記イオン化領域との間に配置され、前記電子加速装置が、前記プラズマ偏向装置と前記イオン化領域との間に配置される、請求項１に記載のイオン化装置。
9. 前記電子加速装置が、前記プラズマ源と前記イオン化領域との間に配置され、前記プラズマ偏向装置が、前記電子加速装置と前記イオン化領域との間に配置される、請求項１に記載のイオン化装置。
10. 質量分析器、検出器およびイオン源を含む質量分析計であって、前記イオン源が請求項１に記載のイオン化装置を含む、質量分析計。
11. 前記第１の時間間隔中の光イオン化データの収集、並びに前記第２の時間間隔中の光イオン化データ及び電子衝撃イオン化データの収集を調整するように構成されたコントローラを更に含む、請求項１０に記載の質量分析計。
12. 前記コントローラと、前記プラズマ偏向装置および前記電子加速装置との間に選択的に接続される電源を更に含み、前記電源が、前記第１の電界および前記第２の電界を生成するために前記プラズマ偏向装置および前記電子加速装置に電圧を印加するように構成されている、請求項１１に記載の質量分析計。
13. 前記電源が、前記プラズマ偏向装置に時間依存性電圧を印加し、前記電子加速装置に直流（ＤＣ）電圧を印加するように構成されている、請求項１２に記載の質量分析計。
14. イオン化領域の試料ガスをイオン化源に曝露する方法であって、
    光、プラズマイオン、及びプラズマ電子を含むプラズマを生成し、
    前記光が前記イオン化領域に到達することを可能にすると同時に、プラズマ電子およびプラズマイオンが前記イオン化領域に入ることを実質的に阻止するための第１の電界を第１の時間間隔中に確立し、
    前記プラズマ電子を前記イオン化領域の方へ加速し、且つ前記光が前記イオン化領域に到達することを可能にすると同時に、プラズマイオンが前記イオン化領域に入ることを実質的に阻止するための第２の電界を第２の時間間隔中に確立し、
    前記試料ガスを前記イオン化領域に送ることを含む、方法。
15. 前記第１の電界が、対称軸に実質的に直交している、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第２の電界が、対称軸に実質的に平行である、請求項１４に記載の方法。
17. 前記第１の電界を確立することが、時間依存性電圧を印加することを含む、請求項１４に記載の方法。
18. 前記第２の電界を確立することが、直流（ＤＣ）電圧を印加することを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記方法が、
    前記第１の時間間隔中での光イオン化データの収集を調整することを更に含む、請求項１４に記載の方法。
20. 前記方法が、
    前記第２の時間間隔中での光イオン化データ及び電子衝撃イオン化データの収集を調整することを更に含む、請求項１９に記載の方法。

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