JP7156553B2 - 質量分析装置 - Google Patents

Description

本発明は質量分析装置に関し、さらに詳しくは、多段差動排気系の構成を有する質量分析装置に関する。

エレクトロスプレーイオン化（ElectroSpray Ionization＝ＥＳＩ）法や大気圧化学イオン化（Atmospheric Pressure Chemical Ionization＝ＡＰＣＩ）法などの大気圧イオン化法によるイオン源を搭載した質量分析装置では、四重極マスフィルター等の質量分離器が配置された高真空室内の真空度を高く保つために、多段差動排気系の構成が採用されている。多段差動排気系の質量分析装置では、イオン源で生成された試料成分由来のイオンは１又は複数の中間真空室を経て高真空室まで輸送される。そのイオンの輸送経路には、電場の作用によりイオンを収束させたり、イオンを捕捉しつつ輸送したり、場合によってはイオンを加速したりするためのイオン光学素子が配置される。ここでいうイオン光学素子は、イオンガイド、イオンレンズ、スキマー（スキマーコーン）、デフレクターなどを含む。

こうした質量分析装置では、分析時に、試料由来の中性粒子やイオンなどがイオン光学素子に付着する。装置の使用時間が長くなると、それらイオン光学素子の汚染のために、検出感度や質量精度が低下する等の性能の低下が生じるおそれがある。そのため、ユーザー（作業者）又はサービス担当者が、イオン光学素子を装置本体から取り出してそれらを洗浄する、等のメンテナンス作業が、定期的に又は非定期的に実施される。従来の一般的な質量分析装置では例えば、こうしたメンテナンス作業が容易に行えるように、真空チャンバーの上部に開閉可能な蓋が設けられ、蓋を開けた状態でイオン光学素子を上方向に取り外したり上方向から装着したりすることが可能な構造が採られている（特許文献１等参照）。

ところで、上述したような質量分析装置を液体クロマトグラフ（ＬＣ）の検出器として用いた液体クロマトグラフ質量分析（ＬＣ－ＭＳ）システムは、一般に、検出器ユニットのほかに、移動相を送給するポンプなどを含む送液ユニット、送給された移動相中に試料を注入するインジェクションユニット、カラムを内装するカラムオーブンユニットなどの複数のユニットから構成される。一般的な四重極型質量分析装置は、検出器ユニット以外の上述したようなユニットに比べてかなりサイズが大きい。そのため、四重極型質量分析装置である検出器ユニットは、それ以外のユニットとは別に設置されており、その結果、ＬＣ－ＭＳシステムは比較的大きな設置スペースを必要とする。

ＬＣ－ＭＳシステムの使用分野が広がるのに伴って、システムの設置スペースの縮小化が強く求められるようになってきており、近年、従来の一般的な四重極型質量分析装置に比べてかなり小形化された装置が開発されている。例えば非特許文献１に開示されているＬＣ－ＭＳシステムでは、質量分析装置である検出器ユニットが他のユニットと同程度のサイズに抑えられており、検出器ユニットを含めてユニットを積み重ねたシステム構成が可能となっている。

国際公開第２０１９／１５５５４３号 特開２０１５－５００８５号公報

「ACQUITY QDa検出器－質量分析（MS）検出器」、［online］、日本ウォーターズ株式会社、［2019年10月29日検索］、インターネット＜URL: http://www.waters.com/waters/ja_JP/ACQUITY-QDa-Mass-Detector-for-Chromatographic-Analysis/nav.htm?locale=ja_JP&cid=134761404＞

しかしながら、上記従来の質量分析装置では次のような問題がある。
多段差動排気系の構成を有する質量分析装置では、イオン化室と高真空室との間に複数の中間真空室が配置され、各中間真空室内にイオンガイドやイオンレンズ等のイオン光学素子が配置されるほか、各室を隔てる隔壁にもスキマーコーン、レンズ電極等のイオン光学素子が配置される。イオン光学素子をメンテナンスする際には、そうしたイオン光学素子を一つ一つ装置から取り外したり装置に取り付けたりする必要があり、その作業はかなり面倒で手間が掛かる。

また、質量分析装置である検出器ユニットは、ステンレス等から成る真空チャンバーや真空ポンプなどを備えるため、ＬＣ－ＭＳシステムを構成する他のユニットに比べて重量が大きい。そのため、複数のユニットを積み重ねる際に、検出器ユニットは最下部に設置されるのが一般的である。そうした構成のＬＣ－ＭＳシステムにおいてイオン光学素子のメンテナンスを行おうとすると、検出器ユニットの上部に載置されている他のユニットを移動させる必要があり、そうして点においても、メンテナンス作業が非常に煩雑で時間が掛かる。

本発明は上記課題の少なくとも一部を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、多段差動排気系の構成を有する質量分析装置において、イオン光学素子のメンテナンスに掛かる手間や時間を軽減することができる質量分析装置を提供することにある。

上記課題を解決するために成された本発明に係る質量分析装置の一態様は、大気圧下で試料成分をイオン化するイオン化室と、該イオン化室で生成されたイオンを質量分析する高真空室との間に、段階的に真空度が高くなる複数の中間真空室を有する質量分析装置であって、
前記イオン化室の次段の第１中間真空室内に配設され、電場を利用してイオンを輸送する第１イオンガイドと、
前記第１中間真空室とその次段の第２中間真空室とを隔てる隔壁の少なくとも一部を構成するものであり、イオン通過孔を有する第１隔壁部と、
前記第２中間真空室内に配設され、電場を利用してイオンを輸送する第２イオンガイドと、
前記第２中間真空室とその次段の真空室とを隔てる隔壁の少なくとも一部を構成するものであり、イオン通過孔を有する第２隔壁部と、
前記第１イオンガイドと前記第１隔壁部とを一体に保持する第１保持部と、
前記第２イオンガイドを保持する第２保持部と、
前記第１保持部と前記第２保持部とを着脱自在に連結する連結部と、
前記第１イオンガイド及び前記第１隔壁部を保持した状態の前記第１保持部と前記第２イオンガイドを保持した状態の前記第２保持部とが前記連結部で連結されてなるイオン輸送ユニットが、着脱自在に装着される真空チャンバー本体部と、
を備えるものである。

上記第１イオンガイド及び上記第２イオンガイドは、高周波電場、直流電場、又はそれらの両方を含む電場の作用によってイオンを後段へ輸送するものであれば、その形態を問わない。具体的には例えば、イオン光軸の周りに配置された複数のロッド電極や平板状電極を含むもの、イオン光軸の延伸方向に並べられた複数の平板状電極を含むもの、などとすることができる。また、第１隔壁部及び第２隔壁部は、典型的には、頂部に小径のイオン通過孔を有するスキマーコーンや、中央に小径のイオン通過孔を有する円盤状のレンズ電極などとすることができる。

本発明の上記態様による質量分析装置では、第１中間真空室に導入されたイオンを輸送するための第１イオンガイドから、第２中間真空室に導入されたイオンを輸送するための第２イオンガイドまでの複数のイオン光学素子が、イオン輸送ユニットとして実質的に一体化されている。そして、このイオン輸送ユニットが真空チャンバー本体部に取り付けられることで、各中間真空室が形成されるとともに、各中間真空室内の適切な位置に第１及び第２イオンガイドがそれぞれ配置される。

したがって、本発明の上記態様による質量分析装置によれば、中間真空室内に配設されている各種のイオン光学素子を洗浄する等のメンテナンスを実施する際に、各イオン光学素子を一つずつ装置から取り外すのではなく、ユニットとして一体に装置から取り外すことができる。また、メンテナンス終了後に各イオン光学素子を装置に取り付ける際にも、複数のイオン光学素子をユニットとして一体に装置に装着することができる。これにより、イオン光学素子のメンテナンスを行う際の作業が非常に簡便になり、作業の効率化を図ることができる。また、第１イオンガイド及び第１隔壁部を保持する第１保持部と、第２イオンガイドを保持する第２保持部とを容易に分離することができるので、それらを含むユニットを装置から取り外したあとに各イオン光学素子を洗浄する作業も簡便であり、その作業効率の向上が図れる。

本発明に係る質量分析装置の一実施形態の外観斜視図。 本実施形態の質量分析装置の概略断面構成図。 本実施形態の質量分析装置においてイオン輸送ユニットを真空チャンバーに取り付けた状態を示す概略断面図。 本実施形態の質量分析装置においてイオン輸送ユニットを真空チャンバーに着脱する際の状態を示す概略断面図。 本実施形態の質量分析装置において第１中間真空室内に配置される第１ユニットの外観斜視図。 本実施形態の質量分析装置において第２中間真空室内に配置される第２ユニットの外観斜視図。 本実施形態の質量分析装置において真空チャンバーに設けられる電気配線部の概略断面図。 本実施形態の質量分析装置においてイオン輸送ユニットを真空チャンバーに取り付けた状態での電気配線部の概略断面図。

本発明の一実施形態である質量分析装置について、添付図面を参照して説明する。
この質量分析装置は、ＥＳＩイオン源を搭載したシングルタイプの四重極型質量分析装置である。

［本実施形態の質量分析装置の全体構成］
図１は、本実施形態の質量分析装置の外観斜視図である。
図２は、本実施形態の質量分析装置の要部の概略断面構成図である。
なお、説明の便宜上、図１中に示すように、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を空間内に定めている。Ｚ軸方向は装置の高さ方向であり、Ｙ軸方向は装置の奥行方向であり、Ｘ軸方向は装置の幅方向である。

図１に示すように、本実施形態の質量分析装置はその外形が略矩形状であり、イオン化室が内部に形成されるイオン化チャンバー２０が前方に、つまり作業者側に突出している。イオン化チャンバー２０の後方には、奥行き方向に細長い形状の真空チャンバー１が配置されている。また、真空チャンバー１の下方には、真空チャンバー１内を真空排気するための真空ポンプユニット５０が配置され、真空チャンバー１の上方と左方には、様々な電気回路が収容されている回路ユニット６０が配置されている。

図２に示すように、真空チャンバー１は、前方が開口した真空チャンバー本体部１０と、該開口を閉塞する真空フランジ１０ａと、から成る。真空チャンバー１の内部は奥行き方向（Ｙ軸方向）に、第１中間真空室１１、第２中間真空室１２、及び高真空室１３の三室に区画されている。また、真空チャンバー１の前方には、内部にイオン化室２２を画成するイオン化チャンバー２０、及び、脱溶媒管（Desolvation Line）２４が取り付けられたＤＬフランジ２１、が設けられている。第１中間真空室１１、第２中間真空室１２、及び高真空室１３の三室は、それぞれ上記真空ポンプユニット５０内の又は本装置の外側に設置された真空ポンプにより真空排気され、第１中間真空室１１、第２中間真空室１２、高真空室１３と段階的にその真空度は高くなる。一方、イオン化室２２は外部に連通しており、その内部は略大気圧である。一例として、第１中間真空室１１内の真空度は約３００Pa、第２中間真空室１２内の真空度は約３Pa、高真空室１３内の真空度は約６．０×１０^-3Paと、段階的にその真空度は高くなる。

イオン化室２２には液体試料を帯電させつつ噴霧するイオン化プローブ２３が設けられ、イオン化室２２と第１中間真空室１１との間は細径の脱溶媒管２４を通して連通している。脱溶媒管２４の周囲にはヒーター２５が設けられ、このヒーター２５によって脱溶媒管２４は所定温度に加熱される。

第１中間真空室１１の内部には第１イオンガイド１４が配置され、第１中間真空室１１と第２中間真空室１２とはスキマー（スキマーコーン）１５の頂部に形成された小孔を通して連通している。第２中間真空室１２の内部には第２イオンガイド１６が配置され、第２中間真空室１２と高真空室１３とはレンズ電極１７の中心に形成された小孔を通して連通している。高真空室１３の内部には、プリロッド電極とメインロッド電極とを含む四重極マスフィルター１８と、イオン検出器１９と、が配置されている。

図２に示すように、脱溶媒管２４、第１イオンガイド１４、スキマー１５、第２イオンガイド１６、レンズ電極１７、四重極マスフィルター１８、及びイオン検出器１９は、概ね直線状のイオン光軸Ｃに沿って配置されている。

［本実施形態の質量分析装置の分析動作］
本実施形態の質量分析装置における分析動作を簡単に説明する。
イオン化プローブ２３には、図示しない液体クロマトグラフ（ＬＣ）のカラムで分離された成分を含む溶出液が供給される。イオン化プローブ２３の先端には直流高電圧が印加され、その電圧により形成される電場によって、溶出液は片寄った電荷を付与されつつ略大気圧であるイオン化室２２内に噴霧される。噴霧された帯電液滴中の溶媒が気化する過程で、試料成分はイオン化される。なお、ＥＳＩ法以外のＡＰＣＩ法、ＡＰＰＩ（Atomospheric Pressure PhotoIonization) 法等のイオン化法により試料成分をイオン化してもよい。

イオン化室２２内で生成された試料成分由来のイオンは、脱溶媒管２４の両端の圧力差によって生じるガス流に乗って、イオン導入口２４ａから脱溶媒管２４中に吸い込まれる。また、溶媒が十分に気化していない帯電液滴も脱溶媒管２４中に吸い込まれるが、その場合でも、高温になっている脱溶媒管２４中で脱溶媒が進行しイオン化が促進される。

こうして脱溶媒管２４を通して第１中間真空室１１内へと送られたイオンは、第１イオンガイド１４に印加されている高周波電場によって、スキマー１５の頂部に形成されているオリフィス１５ａ付近に収束される。そしてオリフィス１５ａを通り抜けて第２中間真空室１２内へと入る。試料成分由来のイオンは、第２中間真空室１２内において第２イオンガイド１６に印加されている高周波電場によって捕捉されつつ輸送され、所定の直流電圧が印加されているレンズ電極１７により収束されてその中心の小孔１７ａを経て高真空室１３に導入される。そのあと、四重極マスフィルター１８のロッド電極に印加されている電圧（直流電圧と高周波電圧とを合成した電圧）に対応する特定の質量電荷比を有するイオンのみが四重極マスフィルター１８を通り抜け、それ以外のイオンは途中で発散する。イオン検出器１９は、四重極マスフィルター１８を通り抜けて入射して来たイオンを検出し、そのイオンの量に応じた検出信号を出力する。

このようにして本実施形態の質量分析装置では、作業者から見て最も手前側に位置するイオン化室２２において生成された試料成分由来のイオンが、その後方にある真空チャンバー１内に導入され、全体として前方側から後方側へと向かって送られる。高真空室１３まで送られたイオンは、四重極マスフィルター１８で質量電荷比に応じて分離されたあと、最終段のイオン検出器１９により検出される。

［中間真空室内に配置されるイオン光学素子の詳細な構成］
上述したような分析時に、第１中間真空室１１内には未だ溶媒が完全には気化していない液滴が飛び込む。また、イオン化していない試料成分分子やイオンが再結合して生じた試料成分分子或いは溶媒分子などの中性粒子も、第１中間真空室１１及び第２中間真空室１２内に入り込む。こうした液滴や中性粒子、或いはイオンなどがイオンガイド１４、１６等に付着して汚れると、生成される電場に乱れが生じ、イオンの挙動が不安定になったり理想的でなくなったりする。これを回避するには、イオンガイド１４、１６などを装置から取り出して洗浄する必要があり、本実施形態の質量分析装置では、以下に述べるように、イオンガイド１４、１６などのイオン光学素子を装置から取り出し易い構造が採られている。

図１に示すように、前方に突出したイオン化チャンバー２０は、垂直方向（Ｚ軸方向）に延伸する図示しないヒンジを中心に手前右方に開放可能である。これは例えば、特許文献２に記載のような構造とすることができる。イオン化チャンバー２０を開放した状態では、その内部に配置されているＤＬフランジ２１を手前側に取り外すことが可能である。脱溶媒管２４やヒーター２５はＤＬフランジ２１に固定されており、これらもＤＬフランジ２１と同時に前方に取り外すことができる。

ＤＬフランジ２１を取り外すと、その内側には、真空チャンバー１の前壁を形成する真空フランジ１０ａの前面が露出する。真空フランジ１０ａは真空チャンバー本体部１０に対し前方からネジで固定されており、ネジを弛めると、真空フランジ１０ａを前方に取り外すことができる。さらに、真空フランジ１０ａを取り外すことで形成された真空チャンバー本体部１０の前面開口を通して、第１中間真空室１１及び第２中間真空室１２内のイオン光学素子を含むイオン輸送ユニットを前方に引き出すことで、そのイオン輸送ユニットを取り出すことができる。

図３は、本実施形態の質量分析装置において、イオン輸送ユニットを真空チャンバー１内に取り付けた状態を示す概略断面図である。図４は、本実施形態の質量分析装置において、イオン輸送ユニットを真空チャンバー１に着脱する際の状態を示す概略断面図である。図５は、本実施形態の質量分析装置において、第１中間真空室１１内に配置される第１ユニット３０の外観斜視図である。図６は、本実施形態の質量分析装置において、第２中間真空室１２内に配置される第２ユニット４０の外観斜視図である。

イオン輸送ユニットは、図５に示した第１ユニット３０と図６に示した第２ユニット４０の二つから成り、それらユニット３０、４０を一体化したものである。

第１ユニット３０は、略円環状である第１ホルダー３１と、第１ホルダー３１に後端が固定されている４本のロッド電極１４ａと、第１ホルダー３１に後端が固定され、その長手方向の一部が弾性体である複数本の弾性ロッド３３と、弾性ロッド３３の前端が固定されている円環状の押圧リング３２と、第１ホルダー３１に取り付けられているスキマー板３４と、第１ホルダー３１に固定されている回路基板３６と、を含む。

４本のロッド電極１４ａは第１イオンガイド１４を構成するものである。また、金属から成るスキマー板３４には、スキマー１５が形成されている。弾性ロッド３３の弾性体は典型的にはバネであるが、これに限らない。弾性ロッド３３はその長手方向にのみ伸縮するものであり、イオン光軸Ｃに平行に取り付けられている。

第２ユニット４０は、略円環状である第２ホルダー４１と、第２ホルダー４１に後端が固定されている４本の断面台形状のロッド電極１６ａと、第２ホルダー４１に後端が固定され、その長手方向の一部が弾性体である複数本の弾性ロッド４２と、第２ホルダー４１に取り付けられている金属から成るレンズ電極１７と、第２ホルダー４１に一端が固定されている連結金具４６と、連結金具４６の他端及び弾性ロッド（厳密には、弾性ロッドにおいて弾性による伸縮のない部分）４２に固定されている回路基板４５と、回路基板４５に接続されている電気配線接続部４７と、を含む。４本のロッド電極１６ａは第２イオンガイド１６を構成するものである。弾性ロッド４２は弾性ロッド３３と同様に、その長手方向にのみ伸縮するものであり、イオン光軸Ｃに平行に取り付けられている。

弾性ロッド４２と弾性ロッド３３はともに、剛性を有するロッド部と伸縮する弾性部とを有する。後述する理由により、第１ユニット３０における弾性ロッド３３の弾性部は、第２ユニット４０における弾性ロッド４２の弾性部に比べて弾性力が大きくなっている。

また、弾性ロッド４２の前端部には、弾性ロッド４２の長手方向に突出する複数本の円柱状のピン４３が設けられている。一方、第１ユニット３０の第１ホルダー３１の後面（第２中間真空室１２側に向く面）には、上記ピン４３に対応する位置に該ピン４３が挿入されるピン孔３１ａが設けられている。このピン孔３１ａの内側には、挿入されたピン４３を押さえ付ける板バネが配設されており、この板バネの作用によって、ピン孔３１ａに挿入されたピン４３はピン孔３１ａから抜けにくくなっている。

即ち、第２ユニット４０の各ピン４３を第１ユニット３０のピン孔３１ａにそれぞれ十分に挿入することで、第１ユニット３０と第２ユニット４０とが連結されてイオン輸送ユニットとなる。第１ユニット３０と第２ユニット４０との連結には、ネジなどの、着脱に際して別の工具が必要である部材は使用されておらず、単にピン４３とピン孔３１ａとの嵌合によって第１ユニット３０と第２ユニット４０とは連結されている。したがって、第１ユニット３０と第２ユニット４０とは比較的容易に分離可能である。

真空チャンバー１内にイオン輸送ユニットを取り付ける際に、作業者は、図４に示すように、真空フランジ１０ａを取り外した状態で、装置の前方から水平に、第２ユニット４０側からイオン輸送ユニットを真空チャンバー本体部１０内に挿入してゆく。この例では、第２ユニット４０において中心軸を中心として最も大きな径の部材は第２ホルダー４１であり、その第２ホルダー４１の外径は、真空チャンバー１の内部で第１中間真空室１１と第２中間真空室１２を隔てる隔壁の一部であり、その略中央に円形状の開口部１０ｃを有する第１隔壁部１０ｂのその開口部１０ｃの内径よりも小さい。そのため、第２ユニット４０は、第１隔壁部１０ｂに接触することなく開口部１０ｃ中に挿入され得る。

上述したように、そのままイオン輸送ユニットを真空チャンバー本体部１０内に挿入してゆくと、第２ユニット４０の第２ホルダー４１は、真空チャンバー１の内部で第２中間真空室１２と高真空室１３を隔てる隔壁の一部となり、その略中央に円形状の開口部１０ｅを有する第２隔壁部１０ｄに当接する。より詳しくは、第２ホルダー４１にはＯリング等のシール部材４４が設けられており、シール部材４４が第２ホルダー４１と第２隔壁部１０ｄとの間に挟まれ、第２ホルダー４１が押されるとシール部材４４が潰れて第２ホルダー４１と第２隔壁部１０ｄとの隙間が密封される。

第２ホルダー４１が第２隔壁部１０ｄに当接した時点では、第１ホルダー３１はまだ第１隔壁部１０ｂに当接していないが、作業者がさらにイオン輸送ユニットを押し入れると、その力によって第２弾性ロッド４２の弾性部が縮む。上述したように、第１弾性ロッド３３の弾性部のほうが第２弾性ロッド４２の弾性部に比べて弾性力が大きいため、イオン輸送ユニットの端部（図４での左端部）が押されると、第１弾性ロッド３３の弾性部は縮まずに第２弾性ロッド４２の弾性部が先行して縮む。この第２弾性ロッド４２の弾性部の付勢力によってシール部材４４に力が加わって十分に潰れ、高い気密性が発揮される。

作業者がイオン輸送ユニットをさらに押し入れると、第１ホルダー３１が第１隔壁部１０ｂに当接する。第１ホルダー３１にもＯリング等のシール部材３５が設けられており、シール部材３５が第１ホルダー３１と第１隔壁部１０ｂとの間に挟まれ、第１ホルダー３１が押されるとシール部材３５が潰れて第１ホルダー３１と第１隔壁部１０ｂとの隙間が密封される。そして、作業者がさらにイオン輸送ユニットを押し入れると、その力によって第１弾性ロッド３３の弾性部が縮み、押圧リング３２が真空チャンバー本体部１０内に収容される。

その状態で、作業者が真空フランジ１０ａを真空チャンバー本体部１０にネジで固定すると、図３に示すように、押圧リング３２は真空フランジ１０ａを押圧した状態となり、縮んだ状態である第１弾性ロッド３３の弾性部の付勢力によってシール部材３５に力が加わって十分に潰れ、高い気密性が発揮される。また、真空フランジ１０ａと真空チャンバー本体部１０との間の隙間は、Ｏリング等のシール部材１０ｆによって密封される。

イオン輸送ユニットでは、レンズ電極１７の小孔１７ａの中心、第２イオンガイド１６の中心軸、スキマー１５のオリフィス１５ａの中心、及び、第１イオンガイド１４の中心軸が、一直線上に位置している。また、第２隔壁部１０ｄの開口部１０ｅの周縁部に形成されている段差は第２ホルダー４１に嵌合し、第１隔壁部１０ｂの開口部１０ｃの周縁部に形成されている段差は第１ホルダー３１に嵌合する形状になっている。そのため、イオン輸送ユニットを真空チャンバー本体部１０内に適切に設置し、真空フランジ１０ａを真空チャンバー本体部１０に適切に取り付けると、図３に示すように、脱溶媒管２４の中心軸もイオン輸送ユニットの中心軸と一直線上になり、さらに、高真空室１３内に設置されている四重極マスフィルター１８の中心軸も同じ直線上に配置される。このようにして、各真空室内の気密性を確保するように真空チャンバー１内を仕切りつつ、各イオン光学素子を適切な位置に設置することができる。

イオン輸送ユニットを真空チャンバー本体部１０内から外部に取り出すためには、上記と逆の手順で装置の前方にイオン輸送ユニットを引き出せばよい。

本実施形態の質量分析装置において、分析時には通常、第１イオンガイド１４を構成する４本のロッド電極１４ａのうち、イオン光軸Ｃを挟んで対向する２本のロッド電極１４ａに同じ高周波電圧＋ＲＦ1が印加され、他の２本のロッド電極１４ａに高周波電圧＋ＲＦ1と振幅が同じで極性が逆である高周波電圧－ＲＦ1が印加される。また、第２イオンガイド１６を構成する４本のロッド電極１６ａのうち、イオン光軸Ｃを挟んで対向する２本のロッド電極１６ａに同じ高周波電圧＋ＲＦ2が印加され、他の２本のロッド電極１６ａに高周波電圧＋ＲＦ2と振幅が同じで極性が逆である高周波電圧－ＲＦ2が印加される。また、スキマー板３４及びレンズ電極１７にはそれぞれ、所定の直流電圧が印加される。

真空チャンバー１は基準電位である接地電位（０Ｖ）になっており、スキマー板３４も真空チャンバー１と同電位とされる。そのために、図３に示すようにイオン輸送ユニットが適切に装着された状態で、スキマー板３４と真空チャンバー１とが電気的に接続されるようになっている。それ以外の、第１イオンガイド１４を構成するロッド電極１４ａ、第２イオンガイド１６を構成するロッド電極１６ａ、及びレンズ電極１７にはそれぞれ外部から所定の電圧を印加する必要があり、従来はそのための電気配線が必要であった。これに対し、本実施形態の質量分析装置では、イオン輸送ユニットを真空チャンバー本体部１０内に装着すると、電気配線を別途行うことなく、イオン輸送ユニットに含まれる各イオン光学素子にそれぞれ給電が行えるようになっている。

図７は、真空チャンバー本体部１０に設けられる電気配線部の概略断面図である。図８は、イオン輸送ユニットを真空チャンバー本体部１０に取り付けた状態での電気配線部の概略断面図である。図７及び図８に例示しているのは、第２ホルダー４１に保持されているレンズ電極１７に直流電圧を印加するための電気配線の経路である。

図７に示すように、真空チャンバー本体部１０にあって第１中間真空室１１の壁面となる部分には、外部から真空チャンバー１の内部に給電を行うための給電ターミナル１２０が設けられている。給電ターミナル１２０は、真空チャンバー１の外側と内側とを接続する複数の電極を備える。また、第１隔壁部１０ｂの第１中間真空室１１側の面には、絶縁部材１１０を挟んで給電基板１１１が取り付けられている。給電基板１１１は電気配線パターンが形成されたプリント基板であり、給電基板１１１には金属から成る接続ポスト１１２が立設されている。給電ターミナル１２０の電極とそれに対応する給電基板１１１上の電極とは、ケーブル線１２１を介して接続されている。

第１ユニット３０の第１ホルダー３１に取り付けられた回路基板３６には、所定の電気配線パターン３６２が形成されており、その一部を図８に示している。第１ホルダー３１には、イオン輸送ユニットが適切に装着されたときに上記給電基板１１１上の接続ポスト１１２が挿入される孔が形成されている。その孔に挿入された接続ポスト１１２は、回路基板３６上のポスト受け部３６１に接触し、両者の間の電気的接続が確保される。さらに、回路基板３６から第１ホルダー３１を貫通して後方側には、金属から成る通電ピン３８が突出している。

一方、第２ユニット４０の電気配線接続部４７には、第１ユニット３０と第２ユニット４０とが適切に連結されたときに、通電ピン３８が挿入される孔４７ａが穿設されている。この孔４７ａに挿入された通電ピン３８は、ピン受け部４７１を介して回路基板４５上の電気配線パターンに接続される。図８に示した例では、回路基板４５上の電気配線パターンは連結金具４６に接続されている。いま、図８において、給電ターミナル１２０からケーブル線１２１を通して給電が行われると、その電力は、ケーブル線１２１、給電基板１１１、１１２、接続ポスト１１２、ポスト受け部３６１、回路基板３６上の電気配線パターン３６２、通電ピン３８、ピン受け部４７１、及び連結金具４６を経て第２ホルダー４１に送られ、第２ホルダー４１に固定されているレンズ電極１７に供給される。

また、別の通電経路により、給電ターミナル１２０から回路基板３６にまで送られた高周波電圧＋ＲＦ1、－ＲＦ1は、回路基板３６上の電気配線パターンを経て４本のロッド電極１４ａにそれぞれ印加される。また、さらに別の通電経路により、給電ターミナル１２０から回路基板４５にまで送られた高周波電圧＋ＲＦ2、－ＲＦ2を、４本のロッド電極１６ａにそれぞれ印加するようにしてもよい。もちろん、イオン輸送ユニットにおける全ての給電を上記のような構成で行うのではなく、その一部のみを上記のような構成で行ってもよい。

上述したように、イオン輸送ユニットを真空チャンバー本体部１０内の所定位置に装着したときに、真空チャンバー本体部１０側に設けた給電部とイオン輸送ユニット側に設けた受電部との接触により給電を行うことで、煩雑な電気配線やコネクターなどの使用を減らすことができ、また、イオン輸送ユニットを着脱する際のコネクターの挿抜の手間を軽減することができる。

［変形例］
なお、上記実施形態は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲でさらに適宜、変形、追加、修正を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。

例えば上記実施形態の装置では、第２イオンガイド１６のロッド電極１６ａを保持する第２ホルダー４１にレンズ電極１７が取り付けられ、このレンズ電極１７及び第２ホルダー４１自体が第２中間真空室１２と高真空室１３とを区画する隔壁の一部を形成しているが、この隔壁は真空チャンバー本体部１０に予め形成されていてもよい。即ち、第２中間真空室１２と高真空室１３とを区画する隔壁に設けられるイオン光学素子（本例の場合にはレンズ電極１７）は、装置の前方に引き出し自在の構成でなくてもよい。

また、各中間真空室内に配置される、或いは、隣接する真空室を隔てる隔壁に設けられるイオン光学素子の形態は、上記記載のものに限らず、一般的に使用されている様々なイオン光学素子を利用できることは当然である。

また、上記実施形態の質量分析装置では、脱溶媒管２４から四重極マスフィルター１８までのイオン光軸が一直線状であるが、これに限らず、軸ずらし、軸外し等と呼ばれるイオン光学系にも本発明を適用することができる。

また、上記実施形態は本発明をシングルタイプの四重極型質量分析装置に適用した例であるが、本発明は大気圧イオン源を用いた、他のタイプの質量分析装置、具体的には、トリプル四重極型質量分析装置などにも適用することができる。

［種々の態様］
上述した例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。

（第１項）本発明に係る質量分析装置の一態様は、大気圧下で試料成分をイオン化するイオン化室と、該イオン化室で生成されたイオンを質量分析する高真空室との間に、段階的に真空度が高くなる複数の中間真空室を有する質量分析装置であって、
前記イオン化室の次段の第１中間真空室内に配設され、電場を利用してイオンを輸送する第１イオンガイドと、
前記第１中間真空室とその次段の第２中間真空室とを隔てる隔壁の少なくとも一部を構成するものであり、イオン通過孔を有する第１隔壁部と、
前記第２中間真空室内に配設され、電場を利用してイオンを輸送する第２イオンガイドと、
前記第２中間真空室とその次段の真空室とを隔てる隔壁の少なくとも一部を構成するものであり、イオン通過孔を有する第２隔壁部と、
前記第１イオンガイドと前記第１隔壁部とを一体に保持する第１保持部と、
前記第２イオンガイドを保持する第２保持部と、
前記第１保持部と前記第２保持部とを着脱自在に連結する連結部と、
前記第１イオンガイド及び前記第１隔壁部を保持した状態の前記第１保持部と前記第２イオンガイドを保持した状態の前記第２保持部とが前記連結部で連結されてなるイオン輸送ユニットが、着脱自在に装着される真空チャンバー本体部と、
を備えるものである。

第１項に記載の質量分析装置によれば、第１、第２中間真空室内に配設される各種のイオン光学素子を洗浄する等のメンテナンスを実施する際に、各イオン光学素子を一つずつ装置から取り外すのではなく、ユニットとして一体に装置から取り外すことができる。また、メンテナンス終了後に各イオン光学素子を装置に取り付ける際にも、複数のイオン光学素子をユニットとして一体に装置に装着することができる。これにより、イオン光学素子のメンテナンスを行う際の作業が非常に簡便になり、作業の効率化を図ることができる。また、第１イオンガイド及び第１隔壁部を保持する第１保持部と、第２イオンガイドを保持する第２保持部とを容易に分離することができるので、ユニットを装置から取り外したあとに各イオンガイドを洗浄する作業も簡便であり、作業効率の向上が図れる。

（第２項）第１項に記載の質量分析装置において、
前記第２保持部は、前記第２イオンガイドと前記第２隔壁部とを一体に保持するものであり、
前記連結部は、前記第１イオンガイド及び前記第１隔壁部を保持した状態の前記第１保持部と、前記第２イオンガイド及び前記第２隔壁部を保持した状態の前記第２保持部とを連結するものとすることができる。

第２項に記載の質量分析装置によれば、第２隔壁部も第１イオンガイドや第２イオンガイドと共に一体で装置に着脱することができるので、イオン光学素子のメンテナンス作業の効率化を一層図ることができる。

（第３項）第１項に記載の質量分析装置において、前記真空チャンバーは、前方から後方に向かって順に各室の真空度が高くなるように当該装置の前後方向に延伸するように配置され、該真空チャンバーの前壁部は着脱可能であり、且つ、該真空チャンバーは、
前記第１中間真空室と前記第２中間真空室とを隔てる隔壁の一部を構成し、その中央に該第１中間真空室の側から前記第１隔壁部によって閉塞される開口部を有する第１隔壁受け部と、
前記第２中間真空室とその次段の真空室とを隔てる隔壁の一部を構成し、その中央に該第２中間真空室の側から前記第２隔壁部によって閉塞される開口部を有する第２隔壁受け部と、
を有し、前記第１隔壁受け部の開口部の内径は、前記第２イオンガイド、前記第２隔壁部、及び前記第２保持部の中の最大の内接円の径よりも大きく定められるものとすることができる。

第３項に記載の質量分析装置によれば、第１イオンガイド及び第２イオンガイドが一体化されたイオン輸送ユニットを当該装置の前方から着脱することができる。したがって、装置の上方や側方からイオンガイド等を着脱する必要がなく、本装置の上方に別の装置を積み重ねて設置することができる。また、本装置の側方の空間が狭くてもよい。さらにまた、イオン輸送ユニットを真空チャンバー内に装着し前壁部を閉じるだけで、真空チャンバーの内部に、隔壁で隔てられた複数の真空室を形成することができる。

（第４項）第３項に記載の質量分析装置では、
前記第１隔壁部と前記第１隔壁受け部との間に配設される第１シール部と、
前記第２隔壁部と前記第２隔壁受け部との間に配設される第２シール部と、
前記真空チャンバーの前壁部と該前壁部が装着される真空チャンバー本体部との間に配設される第３シール部と、をさらに備えるものとすることができる。

第４項に記載の質量分析装置によれば、真空チャンバーの内部に形成した各真空室の気密性を確保することができる。

（第５項）第３項又は第４項に記載の質量分析装置では、
前後方向に延伸するとともに前後方向に付勢力を有し、その後端部が前記第１保持部により保持される第１弾性体と、
前後方向に延伸するとともに前後方向に付勢力を有し、その後端部が前記第２保持部により保持され、その前端部が前記第１保持部に当接する第２弾性体と、
をさらに備え、前記第１弾性体の弾性力が前記第２弾性体の弾性力よりも大きく定められているものとすることができる。

第５項に記載の質量分析装置では、装置の前方からイオン輸送ユニットを真空チャンバーの内部に挿入してゆくと、まず、第２保持部に保持されている第２隔壁部が第２隔壁受け部に当接し第２保持部が位置決めされる。そこから、イオン輸送ユニットに対し後方に力を加えると、第２弾性体が縮み、第１保持部に保持されている第２隔壁部が第２隔壁受け部に当接し、第１保持部が位置決めされる。このとき、第２弾性体の付勢力によって第２隔壁部と第２隔壁受け部との密着性が確保される。イオン輸送ユニットに対しさらに後方に力を加えると第１弾性体が縮むから、前壁部を真空チャンバー本体部に装着することが可能となる。このとき、第１弾性体の付勢力によって第１隔壁部と第１隔壁受け部との密着性が確保される。

このようにして、第５項に記載の質量分析装置によれば、真空チャンバーの奥側に位置している、つまりは相対的に高い真空度である真空室の間の高い気密性を確保することができる。

（第６項）第３項～第５項のいずれか１項に記載の質量分析装置において、
前記イオン化室は、前記真空チャンバーの前記前壁部の前方の分析位置と該前壁部の前方から外れた開放位置との間で移動可能であるものとすることができる。

第６項に記載の質量分析装置によれば、イオン化室を開放位置に移動させた状態で、真空チャンバーの前壁部を取り外し、真空チャンバー本体部の前面の開口部からイオン輸送ユニットを着脱することができる。

（第７項）第３項～第６項のいずれか１項に記載の質量分析装置では、
前記第１隔壁受け部又は前記第２隔壁受け部の少なくとも一方に設けられた電力供給部と、
前記第１隔壁部又は前記第２隔壁部の少なくとも一方に設けられ、該第１隔壁部が前記第１隔壁受け部の開口部を閉塞した状態、又は、該第２隔壁部が前記第２隔壁受け部の開口部を閉塞した状態で、前記電力供給部に接続される電力受け部と、
をさらに備え、前記電力受け部から前記第１イオンガイド、前記第１隔壁部、前記第２イオンガイド、又は、前記第２隔壁部の少なくとも一つに電力が供給されるようにすることができる。

第７項に記載の質量分析装置によれば、イオン輸送ユニットを真空チャンバーの内部に装着することで、真空チャンバー側から各イオン光学素子への給電を行うことができる。それにより、コネクター等を用いた煩雑な電気配線を無くす又は減らすことができる。
また、第１保持部と第２保持部とが連結されたときに、両者の間で電気的な接続がなされるようにしておくことで、いずれか一方の側でのみ真空チャンバーの電力供給部から給電を受けて、他の側へと給電を行うことができる。

１…真空チャンバー
１０…真空チャンバー本体部
１０ａ…真空フランジ
１０ｂ…第１隔壁部
１０ｃ、１０ｅ…開口部
１０ｄ…第２隔壁部
１０ｆ…シール部材
１１…第１中間真空室
１２…第２中間真空室
１３…高真空室
１４…第１イオンガイド
１４ａ…ロッド電極
１５…スキマー
１５ａ…オリフィス
１６…第２イオンガイド
１６ａ…ロッド電極
１７…レンズ電極
１７ａ…小孔
１８…四重極マスフィルター
１９…イオン検出器
２０…イオン化チャンバー
２１…ＤＬフランジ
２２…イオン化室
２３…イオン化プローブ
２４…脱溶媒管
２４ａ…イオン導入口
２５…ヒーター
３０…第１ユニット
３１…第１ホルダー
３１ａ…ピン孔
３２…押圧リング
３３…第１弾性ロッド
３４…スキマー板
３５…シール部材
３６…回路基板
３６１…ポスト受け部
３６２…電気配線パターン
３８…通電ピン
４０…第２ユニット
４１…第２ホルダー
４２…第２弾性ロッド
４３…ピン
４４…シール部材
４５…回路基板
４６…連結金具
４７…電気配線接続部
４７１…ピン受け部
４７ａ…孔
Ｃ…イオン光軸
１１０…絶縁部材
１１１…給電基板
１１２…接続ポスト
１２０…給電ターミナル
１２１…ケーブル線

Claims (7)

1. 大気圧下で試料成分をイオン化するイオン化室と、該イオン化室で生成されたイオンを質量分析する高真空室との間に、段階的に真空度が高くなる複数の中間真空室を有する質量分析装置であって、
   前記イオン化室の次段の第１中間真空室内に配設され、電場を利用してイオンを輸送する第１イオンガイドと、
   前記第１中間真空室とその次段の第２中間真空室とを隔てる隔壁の一部を構成するものであり、イオン通過孔を有する第１隔壁部と、
   前記第２中間真空室内に配設され、電場を利用してイオンを輸送する第２イオンガイドと、
   前記第２中間真空室とその次段の真空室とを隔てる隔壁の一部を構成するものであり、イオン通過孔を有する第２隔壁部と、
   前記第１イオンガイドと前記第１隔壁部とを一体に保持する第１保持部と、
   前記第２イオンガイドを保持する第２保持部と、
   前記第１保持部と前記第２保持部とを着脱自在に連結する連結部と、
   前記第１イオンガイド及び前記第１隔壁部を保持した状態の前記第１保持部と前記第２イオンガイドを保持した状態の前記第２保持部とが前記連結部で連結されてなるイオン輸送ユニットが、着脱自在に装着される真空チャンバーと、
   を備える質量分析装置。
2. 前記第２保持部は、前記第２イオンガイドと前記第２隔壁部とを一体に保持するものであり、
   前記連結部は、前記第１イオンガイド及び前記第１隔壁部を保持した状態の前記第１保持部と、前記第２イオンガイド及び前記第２隔壁部を保持した状態の前記第２保持部とを連結するものである、請求項１に記載の質量分析装置。
3. 前記真空チャンバーは、前方から後方に向かって順に各室の真空度が高くなるように当該装置の前後方向に延伸するように配置され、該真空チャンバーの前壁部は着脱可能であり、且つ、該真空チャンバーは、
   前記第１中間真空室と前記第２中間真空室とを隔てる隔壁の一部を構成し、その中央に該第１中間真空室の側から前記第１隔壁部によって閉塞される開口部を有する第１隔壁受け部と、
   前記第２中間真空室とその次段の真空室とを隔てる隔壁の一部を構成し、その中央に該第２中間真空室の側から前記第２隔壁部によって閉塞される開口部を有する第２隔壁受け部と、
   を有し、前記第１隔壁受け部の開口部の内径は、前記第２イオンガイド、前記第２隔壁部、及び前記第２保持部の中の最大の内接円の径よりも大きく定められている、請求項１に記載の質量分析装置。
4. 前記第１隔壁部と前記第１隔壁受け部との間に配設される第１シール部と、
   前記第２隔壁部と前記第２隔壁受け部との間に配設される第２シール部と、
   前記真空チャンバーの前壁部と該前壁部が装着される真空チャンバー本体部との間に配設される第３シール部と、
   をさらに備える請求項３に記載の質量分析装置。
5. 前後方向に延伸するとともに前後方向に付勢力を有し、その後端部が前記第１保持部により保持される第１弾性体と、
   前後方向に延伸するとともに前後方向に付勢力を有し、その後端部が前記第２保持部により保持され、その前端部が前記第１保持部に当接する第２弾性体と、
   をさらに備え、前記第１弾性体の弾性力が前記第２弾性体の弾性力よりも大きく定められている、請求項３に記載の質量分析装置。
6. 前記イオン化室は、前記真空チャンバーの前記前壁部の前方の分析位置と該前壁部の前方から外れた開放位置との間で移動可能である、請求項３に記載の質量分析装置。
7. 前記第１隔壁受け部又は前記第２隔壁受け部の少なくとも一方に設けられた電力供給部と、
   前記第１隔壁部又は前記第２隔壁部の少なくとも一方に設けられ、該第１隔壁部が前記第１隔壁受け部の開口部を閉塞した状態、又は、該第２隔壁部が前記第２隔壁受け部の開口部を閉塞した状態で、前記電力供給部に接続される電力受け部と、
   をさらに備え、前記電力受け部から、前記第１イオンガイド、前記第１隔壁部、前記第２イオンガイド、又は、前記第２隔壁部の少なくとも一つに電力が供給されるようにした、請求項３に記載の質量分析装置。

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