JP7195284B2 - ロバストなイオン源、質量分析計システム、イオン生成方法 - Google Patents
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Description
なお、本発明は、実施の態様として以下の内容を含む。
[態様1]
マスフィルターを具備した質量分析計に用いられるイオン源であって、
真空排気されたイオン化空間にガスを供給し、前記真空排気されたイオン化空間の圧力よりも大幅に高い圧力であるガス源と、
前記ガス源と前記イオン化空間との間のノズルであって、ガスが当該ノズルを通過して前記イオン化空間のイオン化領域で自由膨張する、ノズルと、
電子を放出するように構成された電子源であって、前記電子が、前記イオン化領域で膨張する前記ガス中を前記ノズル近傍で通過することで、前記膨張するガスの少なくとも一部をイオン化する、電子源と、
前記イオン化領域から前記マスフィルターへのイオン流のための電場を生成するように構成された電極であって、当該電極が、前記ガスに当該電極が直接曝されるのを制限するように、前記ノズルから距離を空け、方向づけて配置されている、電極と、
を備えた、イオン源。
[態様2]
態様1に記載のイオン源において、前記ノズルが小径の筒体である、イオン源。
[態様3]
態様1に記載のイオン源において、前記ノズルからの前記ガス分子の20%以上が、前記イオン化領域を通過する、イオン源。
[態様4]
態様1に記載のイオン源において、前記電子源が加熱フィラメントである、イオン源。
[態様5]
態様1に記載のイオン源において、
前記電子源が、第1の電極を挟んで前記イオン化領域の反対側に配置されており、
前記電子源により生成された電子が、前記第1の電極の開口部を通って前記イオン化領域へ移動することにより、前記イオン化領域の前記膨張するガス中を通過する電子ビームとなる、イオン源。
[態様6]
態様5に記載のイオン源において、さらに、前記第1の電極に対向して配置され、開口部を有する第2の電極を備え、
前記電子源により生成された前記電子が、前記第2の電極の前記開口部を通って移動する、イオン源。
[態様7]
態様5に記載のイオン源において、さらに、前記イオン化領域からみて前記第1の電極の反対側に配置されたトラップ電極を備えた、イオン源。
[態様8]
態様1に記載のイオン源において、前記電極が、前記イオン化領域を挟んで対向して配置された第1および第2の電極を含み、その第1および第2の電極の表面が、前記ノズルから出て前記イオン化領域を通過するガス流の主方向と略平行である、イオン源。
[態様9]
態様8に記載のイオン源において、さらに、前記イオン化領域からのイオンを反発して前記マスフィルターに向かわせるように構成された反発電極を備えた、イオン源。
[態様10]
態様8に記載のイオン源において、さらに、前記イオン化領域からの前記イオン流を前記マスフィルターへ導くための開口部を有するイオン出口電極を備えた、イオン源。
[態様11]
態様1に記載のイオン源において、
前記電極が、
前記イオン化領域を挟んで対向して配置された第1および第2の電極であって、当該第1および第2の電極の表面が、前記ノズルから出て前記イオン化領域を通過するガス流の主方向と略平行である、第1および第2の電極と、
前記イオン化領域からみて前記第1の電極の反対側でかつ前記第2の電極の外側に配置された、トラップ電極と、
前記イオン化領域からのイオンを反発して前記マスフィルターに向かわせるように構成された、反発電極と、
前記イオン化領域からの前記イオン流を前記マスフィルターへ導くための開口部を有する、イオン出口電極と、
を含み、
前記電子源が、前記第1の電極を挟んで前記イオン化領域の反対側に配置されたフィラメントを含み、
そのフィラメントにより生成された電子が、前記第1の電極の開口部を通って前記イオン化領域に向かい、前記第2の電極の開口部を通って移動することにより、前記第1および第2の電極間で前記イオン化領域の前記膨張するガス中を通過する電子ビームとなる、イオン源。
[態様12]
態様11に記載のイオン源において、前記電極の電圧が、それぞれ独立して制御可能である、イオン源。
[態様13]
態様1に記載のイオン源において、前記ノズルの出口開口の面積が5平方ミリメートル未満であり、前記イオン化領域に放出された前記電子の断面積が前記ノズルの前記出口開口の前記面積の5倍未満であり、前記電極が前記ノズルの中心から5ミリメートル以上のところに位置している、イオン源。
[態様14]
態様1に記載のイオン源において、前記電子が、前記ノズルから5ミリメートル以内を通過する、イオン源。
[態様15]
質量分析計システムであって、
真空ポンプと、
マスフィルターと、
検出部と、
イオン源と、
を備え、
前記イオン源が、
真空排気されたイオン化空間にガスを供給し、前記真空排気されたイオン化空間の圧力よりも大幅に高い圧力であるガス源と、
前記ガス源と前記イオン化空間との間のノズルであって、ガスが当該ノズルを通過して前記イオン化空間のイオン化領域で自由膨張する、ノズルと、
電子を放出するように構成された電子源であって、前記電子が、前記イオン化領域で膨張する前記ガス中を前記ノズル近傍で通過することで、前記膨張するガスの少なくとも一部をイオン化する、電子源と、
前記イオン化領域から前記マスフィルターへのイオン流のための電場を生成するように構成された電極であって、当該電極が、前記ガスに当該電極が直接曝されるのを制限するように、前記ノズルから距離を空け、方向づけて配置されている、電極と、
を含む、質量分析計システム。
[態様16]
態様15に記載の質量分析計システムにおいて、前記ノズルが、前記ガスを前記真空ポンプへ導くように構成されている、質量分析計システム。
[態様17]
態様15に記載の質量分析計システムにおいて、前記電子源が加熱フィラメントである、質量分析計システム。
[態様18]
態様15に記載の質量分析計システムにおいて、
前記電子源が、第1の電極を挟んで前記イオン化領域の反対側に配置されており、
前記電子源により生成された電子が、前記第1の電極の開口部を通って前記イオン化領域へ移動することにより、前記イオン化領域の前記膨張するガス中を通過する電子ビームとなり、
第2の電極が、前記第1の電極に対向して配置され、開口部を有し、前記電子が、前記イオン化領域および前記第2の電極の前記開口部を通って移動する、質量分析計システム。
[態様19]
態様15に記載の質量分析計システムにおいて、前記電極が、前記イオン化領域を挟んで対向して配置された第1および第2の電極を含み、その第1および第2の電極の表面が、前記ノズルから出て前記イオン化領域を通過するガス流の主方向と略平行である、質量分析計システム。
[態様20]
態様19に記載の質量分析計システムにおいて、さらに、前記イオン化領域からのイオンを反発して前記マスフィルターに向かわせるように構成された反発電極を備えた、質量分析計システム。
[態様21]
態様19に記載の質量分析計システムにおいて、さらに、前記イオン化領域からの前記イオン流を前記マスフィルターへ導くための開口部を有するイオン出口電極を備えた、質量分析計システム。
[態様22]
態様15に記載の質量分析計システムにおいて、
前記電極が、
前記イオン化領域を挟んで対向して配置された第1および第2の電極であって、当該第1および第2の電極の表面が、前記ノズルから出て前記イオン化領域を通過するガス流の主方向と略平行である、第1および第2の電極と、
前記イオン化領域からみて前記第1の電極の反対側でかつ前記第2の電極の外側に配置された、トラップ電極と、
前記イオン化領域からのイオンを反発して前記マスフィルターに向かわせるように構成された、反発電極と、
前記イオン化領域からの前記イオン流を前記マスフィルターへ導くための開口部を有する、イオン出口電極と、
を含み、
前記電子源が、前記第1の電極を挟んで前記イオン化領域の反対側に配置されたフィラメントを含み、
そのフィラメントにより生成された電子が、前記第1の電極の開口部を通って前記イオン化領域に向かい、前記第2の電極の開口部を通って移動することにより、前記第1および第2の電極間で前記イオン化領域の前記膨張するガス中を通過する電子ビームとなる、質量分析計システム。
[態様23]
態様22に記載の質量分析計システムにおいて、前記電極の電圧が、それぞれ独立して制御可能である、質量分析計システム。
[態様24]
マスフィルターを具備した質量分析計に用いられる、イオンを生成する方法であって、
ガス源からのガスを、ノズルを介して、真空排気されたイオン化空間に供給する過程であって、前記ガス源が、前記真空排気されたイオン化空間の圧力よりも大幅に高い圧力であり、ガスが前記ノズルを通過して前記イオン化空間のイオン化領域で自由膨張する、過程と、
電子を放出する過程であって、前記電子が、前記イオン化領域で膨張する前記ガス中を前記ノズル近傍で通過することで、前記膨張するガスの少なくとも一部をイオン化する、過程と、
前記イオン化領域で形成されたイオンを前記マスフィルターへ導く過程と、
を備えた、方法。
[態様25]
態様24に記載の方法において、前記イオンを導く過程が、電極により生成された電場を用いて前記イオンを導くことを含み、前記ガスを前記真空排気されたイオン化空間に供給する過程が、前記電極が前記ガスに直接曝されるのを制限するように、前記ガスを前記電極から距離を空けて供給することを含む、方法。
[態様26]
態様24に記載の方法において、電子を放出する過程が、加熱フィラメントから電子を放出することを含む、方法。
[態様27]
態様24に記載の方法において、電子を放出する過程が、電子を、第1の電極の開口部を通って前記イオン化領域の前記膨張するガス中を通過するように放出することを含む、方法。
[態様28]
態様27に記載の方法において、電子を放出する過程が、電子を、前記イオン化領域の向こう側にある第2の電極の開口部を通過するように放出することを含む、方法。
[態様29]
態様24に記載の方法において、前記イオンを導く過程が、前記イオン化領域からの前記イオンを反発して前記マスフィルターに向かわせることを含む、方法。
[態様30]
態様24に記載の方法において、前記イオンを導く過程が、前記イオン化領域からの前記イオンを、開口部を通して前記マスフィルターへ集束させることを含む、方法。
Claims (30)
- マスフィルターを具備した質量分析計に用いられるイオン源であって、
真空排気されたイオン化空間にガスを供給し、前記真空排気されたイオン化空間の圧力よりも高い圧力であるガス源と、
前記ガス源と前記イオン化空間との間のノズルであって、前記イオン源が、前記ガスを高圧に保持するための、コンダクタンスが制限されたイオン化チャンバを持たないところ、前記ガスが当該ノズルを通過して前記イオン化空間のイオン化領域で自由膨張する、ノズルと、
電子を放出するように構成された電子源であって、前記電子が、前記イオン化領域で膨張する前記ガス中で前記ノズルを通り過ぎることで、前記膨張するガスの少なくとも一部をイオン化する、電子源と、
前記イオン化領域から前記マスフィルターへのイオン流のための電場を生成するように構成された電極であって、当該電極が、前記ガスに当該電極が直接曝されるのを制限するように、前記ノズルから距離を空け、方向づけて配置されている、電極と、
を備えた、イオン源。 - 請求項1に記載のイオン源において、前記ノズルが筒体である、イオン源。
- 請求項1に記載のイオン源において、前記ノズルからの前記ガスのガス分子の20%以上が、前記イオン化領域を通過する、イオン源。
- 請求項1に記載のイオン源において、前記電子源が加熱フィラメントである、イオン源。
- 請求項1に記載のイオン源において、
前記電子源により生成された電子が、第1の電極の開口部を通って前記イオン化領域へ移動することにより、前記イオン化領域の前記膨張するガス中を通過する電子ビームとなる、イオン源。 - 請求項5に記載のイオン源において、さらに、前記第1の電極に対向して配置され、開口部を有する第2の電極を備え、
前記電子源により生成された前記電子が、前記第2の電極の前記開口部を通って移動する、イオン源。 - 請求項5に記載のイオン源において、さらに、前記イオン化領域からみて前記第1の電極の反対側に配置されたトラップ電極を備えた、イオン源。
- 請求項1に記載のイオン源において、前記電極が、前記イオン化領域を挟んで対向して配置された第1および第2の電極を含み、その第1および第2の電極の表面が、前記ノズルから出て前記イオン化領域を通過するガス流の主方向と平行である、イオン源。
- 請求項8に記載のイオン源において、さらに、前記イオン化領域からのイオンを反発して前記マスフィルターに向かわせるように構成された反発電極を備えた、イオン源。
- 請求項8に記載のイオン源において、さらに、前記イオン化領域からの前記イオン流を前記マスフィルターへ導くための開口部を有するイオン出口電極を備えた、イオン源。
- 請求項1に記載のイオン源において、
前記電極が、
前記イオン化領域を挟んで対向して配置された第1および第2の電極であって、当該第1および第2の電極の表面が、前記ノズルから出て前記イオン化領域を通過するガス流の主方向と平行である、第1および第2の電極と、
前記イオン化領域からみて前記第1の電極の反対側でかつ前記第2の電極の外側に配置された、トラップ電極と、
前記イオン化領域からのイオンを反発して前記マスフィルターに向かわせるように構成された、反発電極と、
前記イオン化領域からの前記イオン流を前記マスフィルターへ導くための開口部を有する、イオン出口電極と、
を含み、
前記電子源が、前記第1の電極を挟んで前記イオン化領域の反対側に配置されたフィラメントを含み、
そのフィラメントにより生成された電子が、前記第1の電極の開口部を通って前記イオン化領域に向かい、前記第2の電極の開口部を通って移動することにより、前記第1および第2の電極間で前記イオン化領域の前記膨張するガス中を通過する電子ビームとなる、イオン源。 - 請求項11に記載のイオン源において、前記電極の電圧が、それぞれ独立して制御可能である、イオン源。
- 請求項1に記載のイオン源において、前記ノズルの出口開口の面積が5平方ミリメートル未満であり、前記イオン化領域に放出された前記電子の断面積が前記ノズルの前記出口開口の前記面積の5倍未満であり、前記電極が前記ノズルの中心から5ミリメートル以上のところに位置している、イオン源。
- 請求項1に記載のイオン源において、前記電子が、前記ノズルから5ミリメートル以内を通過する、イオン源。
- 質量分析計システムであって、
真空ポンプと、
マスフィルターと、
検出部と、
イオン源と、
を備え、
前記イオン源が、
前記真空ポンプにより真空排気されて、真空排気されたイオン化空間となる、イオン化空間と、
前記真空排気されたイオン化空間にガスを供給し、前記真空排気されたイオン化空間の圧力よりも高い圧力であるガス源と、
前記ガス源と前記イオン化空間との間のノズルであって、前記イオン源が、前記ガスを高圧に保持するための、コンダクタンスが制限されたイオン化チャンバを持たないところ、前記ガスが当該ノズルを通過して前記イオン化空間のイオン化領域で自由膨張する、ノズルと、
電子を放出するように構成された電子源であって、前記電子が、前記イオン化領域で膨張する前記ガス中で前記ノズルを通り過ぎることで、前記膨張するガスの少なくとも一部をイオン化する、電子源と、
前記イオン化領域から前記マスフィルターへのイオン流のための電場を生成するように構成された電極であって、当該電極が、前記ガスに当該電極が直接曝されるのを制限するように、前記ノズルから距離を空け、方向づけて配置されている、電極と、
を含む、質量分析計システム。 - 請求項15に記載の質量分析計システムにおいて、前記ノズルが、前記ガスを前記真空ポンプへ導くように構成されている、質量分析計システム。
- 請求項15に記載の質量分析計システムにおいて、前記電子源が加熱フィラメントである、質量分析計システム。
- 請求項15に記載の質量分析計システムにおいて、
前記電子源により生成された電子が、第1の電極の開口部を通って前記イオン化領域へ移動することにより、前記イオン化領域の前記膨張するガス中を通過する電子ビームとなり、
第2の電極が、前記第1の電極に対向して配置され、開口部を有し、前記電子が、前記イオン化領域および前記第2の電極の前記開口部を通って移動する、質量分析計システム。 - 請求項15に記載の質量分析計システムにおいて、前記電極が、前記イオン化領域を挟んで対向して配置された第1および第2の電極を含み、その第1および第2の電極の表面が、前記ノズルから出て前記イオン化領域を通過するガス流の主方向と平行である、質量分析計システム。
- 請求項19に記載の質量分析計システムにおいて、さらに、前記イオン化領域からのイオンを反発して前記マスフィルターに向かわせるように構成された反発電極を備えた、質量分析計システム。
- 請求項19に記載の質量分析計システムにおいて、さらに、前記イオン化領域からの前記イオン流を前記マスフィルターへ導くための開口部を有するイオン出口電極を備えた、質量分析計システム。
- 請求項15に記載の質量分析計システムにおいて、
前記電極が、
前記イオン化領域を挟んで対向して配置された第1および第2の電極であって、当該第1および第2の電極の表面が、前記ノズルから出て前記イオン化領域を通過するガス流の主方向と平行である、第1および第2の電極と、
前記イオン化領域からみて前記第1の電極の反対側でかつ前記第2の電極の外側に配置された、トラップ電極と、
前記イオン化領域からのイオンを反発して前記マスフィルターに向かわせるように構成された、反発電極と、
前記イオン化領域からの前記イオン流を前記マスフィルターへ導くための開口部を有する、イオン出口電極と、
を含み、
前記電子源が、前記第1の電極を挟んで前記イオン化領域の反対側に配置されたフィラメントを含み、
そのフィラメントにより生成された電子が、前記第1の電極の開口部を通って前記イオン化領域に向かい、前記第2の電極の開口部を通って移動することにより、前記第1および第2の電極間で前記イオン化領域の前記膨張するガス中を通過する電子ビームとなる、質量分析計システム。 - 請求項22に記載の質量分析計システムにおいて、前記電極の電圧が、それぞれ独立して制御可能である、質量分析計システム。
- マスフィルターを具備した質量分析計に用いられ、イオン源を用いてイオンを生成する方法であって、
イオン化空間を真空排気して、真空排気されたイオン化空間とする過程と、
ガス源からの高圧のガスを、ノズルを介して、前記真空排気されたイオン化空間に供給する過程であって、前記イオン源が、前記ガスを高圧に保持するための、コンダクタンスが制限されたイオン化チャンバを持たないところ、前記ガスが前記ノズルを通過して前記イオン化空間のイオン化領域で自由膨張する、過程と、
電子を放出する過程であって、前記電子が、前記イオン化領域で膨張する前記ガス中で前記ノズルを通り過ぎることで、前記膨張するガスの少なくとも一部をイオン化する、過程と、
前記イオン化領域で形成されたイオンを前記マスフィルターへ導く過程と、
を備えた、方法。 - 請求項24に記載の方法において、前記イオンを導く過程が、電極により生成された電場を用いて前記イオンを導くことを含み、前記ガスを前記真空排気されたイオン化空間に供給する過程が、前記電極が前記ガスに直接曝されるのを制限するように、前記ガスを前記電極から距離を空けて供給することを含む、方法。
- 請求項24に記載の方法において、電子を放出する過程が、加熱フィラメントから電子を放出することを含む、方法。
- 請求項24に記載の方法において、電子を放出する過程が、電子を、第1の電極の開口部を通って前記イオン化領域の前記膨張するガス中を通過するように放出することを含む、方法。
- 請求項27に記載の方法において、電子を放出する過程が、電子を、前記イオン化領域の向こう側にある第2の電極の開口部を通過するように放出することを含む、方法。
- 請求項24に記載の方法において、前記イオンを導く過程が、前記イオン化領域からの前記イオンを反発して前記マスフィルターに向かわせることを含む、方法。
- 請求項24に記載の方法において、前記イオンを導く過程が、前記イオン化領域からの前記イオンを、開口部を通して前記マスフィルターへ集束させることを含む、方法。
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