JP7368945B2 - 誘導結合プラズマ質量分析(icp-ms)のためのタンデムのコリジョン/リアクションセル - Google Patents
誘導結合プラズマ質量分析(icp-ms)のためのタンデムのコリジョン/リアクションセル Download PDFInfo
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Description
本明細書で説明されたようなタンデムのコリジョン/リアクションセルの性能が、標準的な(従来の)コリジョン/リアクションセル、即ち単一の多極イオンガイドのみを含むセルの性能と比べられた。いずれの場合にも、2%の塩酸(HCl)を有する多元素溶液がICP-MSシステムを通過した。以下の表1は、標準的なセルとタンデムセルの実験条件を示す。以下の表2は、干渉する4個の被検物質に対する信号対バックグラウンド(S/B)比を示し、タンデムセルが従来のセルよりも著しく良く機能した(即ち、多原子干渉の改善された低減)ことを実証する。表3は、同じ4個の被検物質の信号強度を示し、やはりタンデムセルが標準的なセルよりも著しく良く機能したことを実証する。
従来のコリジョン/リアクションセルに対する本明細書で開示されたようなタンデムのコリジョン/リアクションセルの動作原理の比較が、更に後述される。
2つのイオン種A(原子検査対象イオン)及びB(Aに干渉する多原子イオン)を考察する。Bイオンは、Aイオンと同じ質量、又はm/z比を有するが、Aイオンより大きい。Bイオンのより大きいサイズ(より大きな衝突横断面)に起因して、Bイオンは、Aイオンより2倍以上頻繁にガス分子と衝突すると仮定される。コリジョンセルの入口において、A及びBイオンは、機器の動作状態により与えられた同じ初期の運動エネルギーEiを有する。初期の運動エネルギーEiは一般に約20eVである。コリジョンセルにおいて、A及びBイオンの双方は、それらが衝突ガス分子と衝突するたびに段階的に減速する。鋼体球衝突モデルにおいて、最後の運動エネルギー、イオンがコリジョンセルの出口において有する運動エネルギーは、以下により概算的に与えられる。
EfA=0.235Ei
EfB=0.055Ei
Ei=20eVの場合、EfA=4.7eV、EfB=1.1eV。
しかしながら、Nは、衝突プロセスが統計的であるので、同じイオン種間でもイオン毎に変化する。従って、Aイオン及びBイオンは、それら自体の衝突回数の分布を有する。N回衝突するイオンの確率は、ポアソン分布により与えられる。
衝突回数の分布のより小さい部分的な重なりは、最終の運動エネルギー分布のより小さい部分的な重なりという結果になる。しかし、これは、Aイオンが十分な運動エネルギーを維持する場合のみ当てはまる。言い換えれば、多すぎる衝突を受けることは、イオンの運動の停止につながる。セル出口に到達する前にAイオン並びにBイオンが失速する(最初の運動エネルギーの全てを失う)場合、AとBとの間に生じる最終の運動エネルギーの差はない。係る状況は、KEDの実施を不可能にする。例えば、概算の最終エネルギーEfA及びEfBはそれぞれ、A=Heガス(mg=4u)と25回衝突するV+イオン(mi=51u)及びB=Heガス(mg=4u)と50回衝突するClO+イオン(mi=51u)の場合に式(1)から以下のように計算される。即ち
EfA=0.027Ei
EfB=0.0007Ei。
最終の運動エネルギーEfが最初の運動エネルギーEiに比例する場合、Eiの増加は、増加した衝突回数の後でのAイオンの停止を防止し、AとBとの間の最終の運動エネルギーの差を増大する。最初の運動エネルギーEiは、セルのイオンガイドのバイアス電位を減少させることにより増加させることができ、その理由は、(正の)イオンがセル(イオンガイド)の入口において、下げられた電位により加速されるからである。しかしながら、イオンガイドのバイアスを-90Vのような高度に負の電位に下げることの2つの欠点が存在し、即ち(i)イオンガイド中のイオン伝達が妥協される必要がある、及び(ii)イオンの運動エネルギー分布がより高いエネルギーの方へ広げられ、質量スペクトルのピーク形状の悪化につながる。
これら欠点は、タンデムの構成により克服され、この場合、イオンガイドの第1の部分は、標準的な電位(例えば、-20V)でバイアスされ、第2の部分は、より負にバイアスされ(例えば、-70V)、それによりイオンは、2つの部分間で加速され、70-20=50eVの追加の運動エネルギーを獲得する。
AイオンとBイオンとの間の平均の最終エネルギーの差は、タンデムの構成とともに増大するが、2つの最終エネルギー分布の部分的な重なりも増大し、それは式(1)及び式(2)を用いる計算により確認される(図示せず)。理由は、タンデムの構成において、2つのイオンが同じ回数の衝突を受けた場合でさえも、それらの最終のエネルギーは、衝突がセル内で発生する場所に依存して異なることができるからである。例えば、衝突の総数が同じであるけれども、第1のイオンガイドにおいて7回の衝突を受け且つ第2のイオンガイドにおいて3回の衝突を受けたイオンの運動エネルギーは、第1のイオンガイドにおいて3回の衝突を受け且つ第2のイオンガイドにおいて7回の衝突を受けたイオンの運動エネルギーと異なることができる(留意されるべきは、標準的なセルにおいて、最終の運動エネルギーは、均一なバイアス電位がセル内に確立されている場合、セルのどの部分においてイオンが衝突を受けるかに依存しない)。従って、効率的なKEDは、たとえ衝突の回数が増加しても、タンデムセルから期待されない。
タンデム構成に関する問題は、第1の部分の端部にポテンシャル障壁を追加することにより解決される(セル内障壁、図4の障壁1)。セル後障壁(図4の障壁2)を乗り越える干渉Bイオンの確率は、障壁1により低減され、かくして後述されるようにS/B比が改善される。
要約すれば、コリジョンセルの性能を改善するために、セルにおける衝突回数(又は衝突ガスの密度)を増加させる必要がある。しかしながら、衝突回数の増加は、検査対象イオンの運動エネルギーの大きな喪失をもたらし、それは検査対象イオンと多原子干渉イオンとの間の運動エネルギーの小さい差につながり、その結果として効率的なKED又はコリジョンセルの性能の改善を不可能にする。検査対象イオンと多原子干渉イオンとの間の運動エネルギーの十分な差を維持するために、本明細書で説明されたようなタンデムのコリジョンセルが利用される。しかしながら、タンデム構成は、検査対象イオンの運動エネルギー分布と多原子干渉イオンの運動エネルギー分布との間のより大きな部分的な重なりをもたらし、KEDの実施を劣化させる。タンデムセルの第1のイオンガイドの端部における追加のポテンシャル障壁を用いて、効率的なKEDがタンデム構成において回復される。セル内障壁を有するタンデムセルは、増大した衝突回数の条件下で効率的なKEDを可能にし、コリジョンセルの性能を改善する(即ち、S/B比を改善する)。非特許文献2を参照されたい。
本開示された主題に従って提供される例示的な実施形態は、以下に限定されないが、以下のことを含む。
1.タンデムのコリジョン/リアクションセルであって:ハウジングであって、セル入口、前記コリジョン/リアクションセルの長手方向軸に沿って前記セル入口から間隔を置いて配置されたセル出口、及び前記ハウジングの内部と連絡するガス供給ポートを含むハウジングと;前記ハウジング内に配置され、第1のイオンガイド入口および第1のイオンガイド出口を含み、前記長手方向軸に直交する半径方向にイオンを閉じ込めるのに有効な第1のRF閉じ込め場を生成するように構成された第1のイオンガイドと;前記ハウジング内に配置され、第2のイオンガイド入口および第2のイオンガイド出口を含み、前記長手方向軸に直交する半径方向にイオンを閉じ込めるのに有効な第2のRF閉じ込め場を生成するように構成された第2のイオンガイドと;前記第1のイオンガイド出口の近傍に軸上DCポテンシャル障壁を生成するように構成された中間電極とを含み、前記軸上DCポテンシャル障壁は、少なくとも幾つかの干渉イオンが前記第1のイオンガイドを出ることを防止することに有効であり且つ前記干渉イオンより小さい横断面の検査対象イオンが前記第1のイオンガイドを出ることを可能にするのに十分に低い、タンデムのコリジョン/リアクションセル。
2.前記軸上DCポテンシャル障壁が、0.1Vから10Vの範囲の大きさを有する、実施形態1に記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。
3.前記第1のイオンガイド及び前記第2のイオンガイドが多極イオンガイドである、実施形態1又は2に記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。
4.前記第1のイオンガイドは、前記長手方向軸に直交する半径距離に配置され且つ前記長手方向軸の回りに互いから円周方向に間隔を置いて配置され、前記第1のイオンガイド入口および前記第1のイオンガイド出口を画定する複数の細長い第1のイオンガイド電極を含み、前記第2のイオンガイドは、前記長手方向軸に直交する半径距離に配置され且つ前記長手方向軸の回りに互いから円周方向に間隔を置いて配置され、前記第2のイオンガイド入口および前記第2のイオンガイド出口を画定する複数の細長い第2のイオンガイド電極を含み、前記第2のイオンガイド入口が、軸方向ギャップだけ前記第1のイオンガイド出口から離隔されている、実施形態3に記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。
5.前記第1のRF閉じ込め場を生成するために前記第1のイオンガイドの電極に第1のDCバイアス電位に重畳された第1のRF電位を印加し、前記第2のRF閉じ込め場を生成するために前記第2のイオンガイドの電極に第2のDCバイアス電位に重畳された第2のRF電位を印加し、前記軸上DCポテンシャル障壁を生成するために前記中間電極に第3のDC電位を印加するように構成された電圧源を含む、実施形態1~4のいずれかに記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。
6.前記電圧源は、前記電圧源が-50Vから-10Vの範囲の第1のDCバイアス電位を印加するように構成されている;前記電圧源が-100Vから-20Vの範囲の第2のDCバイアス電位を印加するように構成されている;前記電圧源が-50Vから+500Vの範囲の第3のDC電位を印加するように構成されている;及び上記の2つ又はそれより多い組み合わせからなるグループから選択された構成を有する、実施形態5に記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。
7.前記第2のイオンガイド出口から下流にイオン光学構成要素を含み、前記電圧源が、第4のDC電位を前記イオン光学構成要素に印加するように構成され、前記第4のDC電位が、前記第2のDCバイアス電位より大きい正数の軸上電位を生じさせる大きさを有する、実施形態5又は6に記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。
8.前記第4のDC電位が-90Vから0Vの範囲内にある、実施形態7に記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。
9.前記中間電極は、前記第1のイオンガイド出口において前記第1のイオンガイドを包囲するアパーチャ有するプレートである、実施形態1~8のいずれかに記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。
10.前記中間電極は、前記第1のイオンガイド出口において前記第1のイオンガイドを包囲するアパーチャを画定する内面を含むプレートであり、前記第1のイオンガイドは、多極構成で配列された複数の第1のイオンガイド電極を含み、前記内面が前記第1のイオンガイド電極間に突出する、実施形態1~8のいずれかに記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。
11.前記中間電極は、前記第1のイオンガイド出口と前記第2のイオンガイド入口との間にアパーチャを有するプレートである、実施形態1~8のいずれかに記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。
12.前記中間電極は、前記第1のイオンガイド出口と前記第2のイオンガイド入口との間に配置されたイオンガイドであり、第3のRF閉じ込め場を生成するように構成されている、実施形態1~8のいずれかに記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。
13.前記中間電極は、前記第1のイオンガイド出口と前記第2のイオンガイド入口との間に配置された多極イオンガイドであり、第3のRF閉じ込め場を生成するように構成されている、実施形態1~8のいずれかに記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。
14.前記中間電極、前記第1のイオンガイド、及び前記第2のイオンガイドは、多極イオンガイドであり、前記中間電極が、前記第1のイオンガイド出口と前記第2のイオンガイド入口との間に配置され、前記中間電極が前記第1のイオンガイド及び前記第2のイオンガイドより短い軸長を有する、実施形態1~8のいずれかに記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。
15.前記中間電極の軸長は、前記第1のイオンガイドの軸長および前記第2のイオンガイドの軸長の10%から60%の範囲内である、実施形態14のタンデムのコリジョン/リアクションセル。
16.前記第2のイオンガイド出口から下流に配置され、少なくとも幾つかの干渉イオンが前記セル出口から下流の質量分析器を通過することを防止するのに有効であり且つ検査対象イオンが前記質量分析器を通過するのを可能にするのに十分低い第2のDCポテンシャル障壁を生成するように構成されている、イオン光学構成要素を含む、実施形態1~15のいずれかに記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。
17.前記イオン光学構成要素は、前記イオン光学構成要素が前記セル出口に配置されていること;前記イオン光学構成要素が前記ハウジングの外側に配置されていること;前記イオン光学構成要素が前記セル出口と質量分析器との間に配置されていること;前記イオン光学構成要素が前記質量分析器の入口に配置されていること;及び前記イオン光学構成要素が質量分析であることからなるグループから選択された位置を有する、実施形態1~16のいずれかに記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。
18.前記ガス供給ポートを介して衝突/反応ガスをハウジング内へ流すように構成された衝突/反応ガス源を含む、実施形態1~17のいずれかに記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。
19.実施形態1~18のいずれかに記載のタンデムのコリジョン/リアクションセルと、前記セル出口と連絡する質量分析器とを含む、誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)システム。
20.前記セル入口と連絡するイオン源を含み、前記イオン源がプラズマトーチを含む、実施形態19に記載のICP-MSシステム。
21.誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)システムにおいてタンデムのコリジョン/リアクションセルを動作させるための方法であって、衝突/反応ガスを前記タンデムのコリジョン/リアクションセル内へ流し、前記タンデムのコリジョン/リアクションセルは、セル入口と、前記タンデムのコリジョン/リアクションセルの長手方向軸に沿って前記セル入口から間隔を置いて配置されたセル出口と、前記セル入口と第2のイオンガイドとの間の第1のイオンガイドと、前記第1のイオンガイドと前記セル出口との間の前記第2のイオンガイドとを含み;前記長手方向軸に直交する半径方向にイオンを閉じ込めるために前記第1のイオンガイド内に第1のRF閉じ込め場を生成し;前記長手方向軸に直交する半径方向にイオンを閉じ込めるために前記第2のイオンガイド内に第2のRF閉じ込め場を生成し;前記第1のイオンガイドの第1のイオンガイド出口の近傍に第1のDCポテンシャル障壁を生成し;前記第2のイオンガイドの第2のイオンガイド出口から下流に第2のDCポテンシャル障壁を生成し;検査対象イオン及び干渉イオンを、前記セル入口を介して前記第1のイオンガイドへ送り込み、前記検査対象イオン及び前記干渉イオンは、分析中に試料をイオン化することから生成されており、前記検査対象イオン及び前記干渉イオンは、前記衝突/反応ガスと衝突して運動エネルギーを失い、前記第1のDCポテンシャル障壁は、少なくとも幾つかの干渉イオンが前記第1のイオンガイドを出ることを防止するのに十分に高く且つ前記検査対象イオンが前記第1のイオンガイドを出ることを可能にするのに十分に低く;前記検査対象イオンを前記第1のイオンガイドから前記第2のイオンガイドへ送り込むことを含み、前記第2のイオンガイド内の前記検査対象イオン及び何らかの干渉イオンが前記衝突/反応ガスと衝突して運動エネルギーを失い、前記第2のDCポテンシャル障壁は、前記干渉イオンの少なくとも幾つかが前記セル出口から下流の質量分析器を通過することを防止するのに十分に高く且つ前記検査対象イオンが前記質量分析器を通過することを可能にするのに十分に低い、方法。
22.前記第1のDCポテンシャル障壁および前記第2のDCポテンシャル障壁の大きさは、前記第1のDCポテンシャル障壁の大きさが0.1Vから10Vの範囲内にあること、前記第2のDCポテンシャル障壁の大きさが0.1Vから10Vの範囲内にあること、及び上記の双方からなるグループから選択される、実施形態21に記載の方法。
23.前記タンデムのコリジョン/リアクションセルは、前記第1のイオンガイド出口の近傍に中間電極を含み、前記第1のDCポテンシャル障壁を生成することは、前記中間電極にDC電位を印加することを含む、実施形態21又は22に記載の方法。
24.前記第1のRF閉じ込め場を生成するために、第1のDCバイアス電位に重畳された第1のRF電位を前記第1のイオンガイドに印加し、前記第2のRF閉じ込め場を生成するために、第2のDCバイアス電位に重畳された第2のRF電位を前記第2のイオンガイドに印加することを含む、実施形態21~23のいずれかに記載の方法。
25.前記第1のDCバイアス電位および前記第2のDCバイアス電位は、前記第1のDCバイアス電位および前記第2のDCバイアス電位が負の大きさを有すること;前記第1のDCバイアス電位が-50Vから-10Vの範囲内であること;前記第2の第DCバイアス電位が-100Vから-20Vの範囲内であること;及び前記第2のDCバイアス電位が前記第1のDCバイアス電位よりも大きい負数であることからなるグループから選択された大きさを有する、実施形態24に記載の方法。
26.前記第1のDCバイアス電位または前記第2のDCバイアス電位の少なくとも一方は、前記第1のイオンガイド又は前記第2のイオンガイドの長さに沿って一定である、実施形態24又は25に記載の方法。
27.前記第1のDCバイアス電位または前記第2のDCバイアス電位の少なくとも一方は、前記第1のイオンガイド又は前記第2のイオンガイドの長さに沿った軸方向DC電位勾配である、実施形態24又は25に記載の方法。
28.前記第2のDCポテンシャル障壁を生成することは、DC電位をイオン光学構成要素に印加することを含み、前記イオン光学構成要素は、前記イオン光学構成要素が前記セル出口に配置されること;前記イオン光学構成要素がハウジングの外側に配置されること;前記イオン光学構成要素が前記セル出口と質量分析器との間に配置されること;前記イオン光学構成要素が質量分析器の入口に配置されること;及び前記イオン光学構成要素が質量分析器であることからなるグループから選択された位置を有する、実施形態21~27のいずれかに記載の方法。
29.前記衝突/反応ガスが、ヘリウム、ネオン又はアルゴンである、実施形態21~28に記載の方法。
30.前記検査対象イオンが、金属、又は希ガスを除いた他の元素の正の単原子イオンを含む、実施形態21~29に記載の方法。
31.前記干渉イオンは、アルゴンを含む多原子イオン、及び試料の成分を含む多原子イオンからなるグループから選択される、実施形態21~30に記載の方法。
32.前記検査対象イオンを、前記入口を介して前記コリジョン/リアクションセルへ送り込む前に、前記試料を誘導結合プラズマにさらすことにより前記検査対象イオンを生成することを含む、実施形態21~31のいずれかに記載の方法。
33.前記試料をさらすことは、プラズマトーチを動作させることを含む、実施形態32に記載の方法。
34.前記試料を、ネブライザ又はスプレーチャンバから前記プラズマトーチへ流すことを含む、実施形態33に記載の方法。
35.試料を分析するための方法であって、前記試料から検査対象イオンを生成し;前記検査対象イオンを実施形態21~34のいずれかに記載された前記タンデムのコリジョン/リアクションセルへ送り込み;実施形態21~34のいずれかに記載された方法に従って前記タンデムのコリジョン/リアクションセルを動作させ;前記検査対象イオンを質量分析器へ送り込むことを含む、方法。
36.誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)システムであって、プラズマを生成し且つ前記プラズマ中に検査対象イオンを生じさせるように構成されたイオン源と、実施形態21~35のいずれかに記載された前記タンデムのコリジョン/リアクションセルと、電子プロセッサ及びメモリを含むコントローラとを含み、前記コントローラは、実施形態21~35のいずれかに従って、前記第1のDC電場に重畳された前記第1のRF電場を生成するステップ、前記第2のDC電場に重畳された前記第2のRF電場を生成するステップ、前記第1のDCポテンシャル障壁を生成するステップ、及び前記第2のDCポテンシャル障壁を生成するステップを制御するように構成されている、誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)システム。
37.前記セル出口と連絡する質量分析器を含む、実施形態36に記載のICP-MSシステム。
104 試料導入部
108 イオン源
110、410 タンデムのコリジョン/リアクションセル
112 インターフェース部
114 イオン光学部
116 イオンガイド部
118 質量分析部
120 システム・コントローラ
122、222 セル入口レンズ
124、224 セル出口レンズ
158、458 質量分析器
174、274 第1のイオンガイド
178、278 第2のイオンガイド
182、282、382 中間電極
187、487 ハウジング
203 第1のイオンガイド電極
205 第2のイオンガイド電極
219、319 アパーチャ
Claims (11)
- タンデムのコリジョン/リアクションセルであって、
ハウジングであって、セル入口、前記コリジョン/リアクションセルの長手方向軸に沿って前記セル入口から間隔を置いて配置されたセル出口、及び前記ハウジングの内部と連絡するガス供給ポートを含む、ハウジングと、
前記ハウジング内に配置され、第1のイオンガイド入口および第1のイオンガイド出口を含み、前記長手方向軸に直交する半径方向にイオンを閉じ込めるのに有効な第1のRF閉じ込め場を生成するように構成された第1のイオンガイドと、
前記ハウジング内に配置され、第2のイオンガイド入口および第2のイオンガイド出口を含み、前記長手方向軸に直交する半径方向にイオンを閉じ込めるのに有効な第2のRF閉じ込め場を生成するように構成された第2のイオンガイドと、
前記第1のイオンガイド出口の近傍に第1のDCポテンシャル障壁を生成するように構成された中間電極であって、前記第1のDCポテンシャル障壁は、少なくとも幾つかの干渉イオンが前記第1のイオンガイドを出ることを防止することに有効であり且つ前記干渉イオンより小さい横断面の検査対象イオンが前記第1のイオンガイドを出ることを可能にするのに十分に低い、中間電極と、
前記第2のイオンガイド出口から下流に配置され、少なくとも幾つかの干渉イオンが前記セル出口から下流の質量分析器を通過することを防止するのに有効であり且つ検査対象イオンが前記質量分析器を通過するのを可能にするのに十分低い第2のDCポテンシャル障壁を生成するように構成されている、イオン光学構成要素とを含む、タンデムのコリジョン/リアクションセル。 - 電圧源を更に含み、
前記電圧源は、前記第1のRF閉じ込め場を生成するために前記第1のイオンガイドの電極に第1のDCバイアス電位に重畳された第1のRF電位を印加し、前記第2のRF閉じ込め場を生成するために前記第2のイオンガイドの電極に第2のDCバイアス電位に重畳された第2のRF電位を印加し、前記第1のDCポテンシャル障壁を生成するために前記中間電極に第3のDC電位を印加し、及び前記第2のDCポテンシャル障壁を生成するために前記イオン光学構成要素に第4のDC電圧を印加するように構成され、前記第2のDCバイアス電位は前記第1のDCバイアス電位より負である、請求項1に記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。 - 前記第1のイオンガイド及び前記第2のイオンガイドは、
前記第1のイオンガイド及び前記第2のイオンガイドが多極イオンガイドであること、
前記第1のイオンガイドは、前記長手方向軸に直交する半径方向の距離に配置され且つ前記長手方向軸の回りに互いから円周方向に間隔を置いて配置され、前記第1のイオンガイド入口および前記第1のイオンガイド出口を画定する複数の細長い第1のイオンガイド電極を含むこと、及び
前記第2のイオンガイドは、前記長手方向軸に直交する半径方向の距離に配置され且つ前記長手方向軸の回りに互いから円周方向に間隔を置いて配置され、前記第2のイオンガイド入口および前記第2のイオンガイド出口を画定する複数の細長い第2のイオンガイド電極を含み、前記第2のイオンガイド入口が、軸方向ギャップだけ前記第1のイオンガイド出口から離隔されていることからなるグループから選択された構成を有する、請求項1又は2に記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。 - 前記第1のDCバイアス電位が-50Vから-10Vの範囲内であり、前記第2のDCバイアス電位が-100Vから-20Vの範囲内であり、前記第3のDC電位が-50Vから+500Vの範囲内である、請求項2又は請求項2に従属する請求項3に記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。
- 前記中間電極は、
前記中間電極が、前記第1のイオンガイド出口において前記第1のイオンガイドを包囲するアパーチャを有するプレートであること、
前記中間電極が、前記第1のイオンガイド出口において前記第1のイオンガイドを包囲するアパーチャを画定する内面を含むプレートであり、前記第1のイオンガイドは、多極構成で配列された複数の第1のイオンガイド電極を含み、前記内面が前記第1のイオンガイド電極間に突出すること、
前記中間電極が、前記第1のイオンガイド出口と前記第2のイオンガイド入口との間にアパーチャを有するプレートであること、
前記中間電極が、前記第1のイオンガイド出口と前記第2のイオンガイド入口との間に配置されたイオンガイドであり、第3のRF閉じ込め場を生成するように構成されていること、
前記中間電極が、前記第1のイオンガイド出口と前記第2のイオンガイド入口との間に配置された多極イオンガイドであり、第3のRF閉じ込め場を生成するように構成されていること、
前記中間電極、前記第1のイオンガイド、及び前記第2のイオンガイドが、多極イオンガイドであり、前記中間電極が、前記第1のイオンガイド出口と前記第2のイオンガイド入口との間に配置され、前記中間電極が前記第1のイオンガイド及び前記第2のイオンガイドより短い軸長を有すること、及び
前記中間電極、前記第1のイオンガイド、及び前記第2のイオンガイドが、多極イオンガイドであり、前記中間電極が、前記第1のイオンガイド出口と前記第2のイオンガイド入口との間に配置され、前記中間電極は、前記第1のイオンガイドの軸長および前記第2のイオンガイドの軸長の10%から60%の範囲内にある軸長を有することからなるグループから選択された構成を有する、請求項1~4のいずれかに記載のタンデムのコリジョン/リアクションセル。 - 請求項1~5の何れか1項に記載のタンデムのコリジョン/リアクションセルを含む、誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)システム。
- 誘導結合プラズマ質量分析(ICP-MS)システムにおいてタンデムのコリジョン/リアクションセルを動作させるための方法であって、
衝突/反応ガスを前記タンデムのコリジョン/リアクションセル内へ流し、前記タンデムのコリジョン/リアクションセルは、セル入口と、前記タンデムのコリジョン/リアクションセルの長手方向軸に沿って前記セル入口から間隔を置いて配置されたセル出口と、前記セル入口と第2のイオンガイドとの間の第1のイオンガイドと、前記第1のイオンガイドと前記セル出口との間の前記第2のイオンガイドとを含み、
前記長手方向軸に直交する半径方向にイオンを閉じ込めるために前記第1のイオンガイド内に第1のRF閉じ込め場を生成し、
前記長手方向軸に直交する半径方向にイオンを閉じ込めるために前記第2のイオンガイド内に第2のRF閉じ込め場を生成し、
前記第1のイオンガイドの第1のイオンガイド出口の近傍に第1のDCポテンシャル障壁を生成し、
前記第2のイオンガイドの第2のイオンガイド出口から下流に第2のDCポテンシャル障壁を生成し、
検査対象イオン及び干渉イオンを、前記セル入口を介して前記第1のイオンガイドへ送り込み、前記検査対象イオン及び前記干渉イオンは、分析中に試料をイオン化することから生成されており、前記検査対象イオン及び前記干渉イオンは、前記衝突/反応ガスと衝突して運動エネルギーを失い、前記第1のDCポテンシャル障壁は、少なくとも幾つかの干渉イオンが前記第1のイオンガイドを出ることを防止するのに十分に高く且つ前記検査対象イオンが前記第1のイオンガイドを出ることを可能にするのに十分に低く、
前記検査対象イオンを前記第1のイオンガイドから前記第2のイオンガイドへ送り込むことを含み、前記第2のイオンガイド内の前記検査対象イオン及び何らかの干渉イオンが前記衝突/反応ガスと衝突して運動エネルギーを失い、前記第2のDCポテンシャル障壁は、前記干渉イオンの少なくとも幾つかが前記セル出口から下流の質量分析器を通過することを防止するのに十分に高く且つ前記検査対象イオンが前記質量分析器を通過することを可能にするのに十分に低い、方法。 - 前記第1のDCポテンシャル障壁および前記第2のDCポテンシャル障壁の大きさは、
前記第1のDCポテンシャル障壁の大きさが0.1Vから10Vの範囲内にあること、
前記第2のDCポテンシャル障壁の大きさが0.1Vから10Vの範囲内にあること、及び、
上記の双方からなるグループから選択される、請求項7に記載の方法。 - 前記タンデムのコリジョン/リアクションセルは、前記第1のイオンガイド出口の近傍に中間電極を含み、前記第1のDCポテンシャル障壁を生成することは、前記中間電極にDC電位を印加することを含む、請求項7又は8に記載の方法。
- 前記第1のRF閉じ込め場を生成するために、第1のDCバイアス電位に重畳された第1のRF電位を前記第1のイオンガイドに印加し、前記第2のRF閉じ込め場を生成するために、第2のDCバイアス電位に重畳された第2のRF電位を前記第2のイオンガイドに印加すること、
前記第1のRF閉じ込め場を生成するために、第1のDCバイアス電位に重畳された第1のRF電位を前記第1のイオンガイドに印加し、前記第2のRF閉じ込め場を生成するために、第2のDCバイアス電位に重畳された第2のRF電位を前記第2のイオンガイドに印加し、前記第1のDCバイアス電位および前記第2のDCバイアス電位が負であること、
前記第1のRF閉じ込め場を生成するために、第1のDCバイアス電位に重畳された第1のRF電位を前記第1のイオンガイドに印加し、前記第2のRF閉じ込め場を生成するために、第2のDCバイアス電位に重畳された第2のRF電位を前記第2のイオンガイドに印加し、前記第1のDCバイアス電位が-50Vから-10Vの範囲内であること、
前記第1のRF閉じ込め場を生成するために、第1のDCバイアス電位に重畳された第1のRF電位を前記第1のイオンガイドに印加し、前記第2のRF閉じ込め場を生成するために、第2のDCバイアス電位に重畳された第2のRF電位を前記第2のイオンガイドに印加し、前記第2のDCバイアス電位が-100Vから-20Vの範囲内であること、
前記第1のRF閉じ込め場を生成するために、第1のDCバイアス電位に重畳された第1のRF電位を前記第1のイオンガイドに印加し、前記第2のRF閉じ込め場を生成するために、第2のDCバイアス電位に重畳された第2のRF電位を前記第2のイオンガイドに印加し、前記第2のDCバイアス電位が前記第1のDCバイアス電位より負であること、
前記第1のRF閉じ込め場を生成するために、第1のDCバイアス電位に重畳された第1のRF電位を前記第1のイオンガイドに印加し、前記第2のRF閉じ込め場を生成するために、第2のDCバイアス電位に重畳された第2のRF電位を前記第2のイオンガイドに印加し、前記第1のDCバイアス電位または前記第2のDCバイアス電位の少なくとも一方が、前記第1のイオンガイド又は前記第2のイオンガイドの長さに沿って一定であること、
前記第1のRF閉じ込め場を生成するために、第1のDCバイアス電位に重畳された第1のRF電位を前記第1のイオンガイドに印加し、前記第2のRF閉じ込め場を生成するために、第2のDCバイアス電位に重畳された第2のRF電位を前記第2のイオンガイドに印加し、前記第1のDCバイアス電位または前記第2のDCバイアス電位の少なくとも一方が、前記第1のイオンガイド又は前記第2のイオンガイドの長さに沿った軸方向DC電位勾配であること、及び
上記の2つ又は3つ以上の組み合わせからなるグループから選択されたステップを含む、請求項7~9のいずれかに記載の方法。 - 前記検査対象イオンを、前記セル入口を介して前記コリジョン/リアクションセルへ送り込む前に、
前記試料を誘導結合プラズマにさらすことにより前記検査対象イオンを生成すること、
プラズマトーチを動作させることにより生成された誘導結合プラズマに前記試料をさらすことにより前記検査対象イオンを生成すること、
ネブライザ又はスプレーチャンバから前記試料をプラズマトーチへ流し、前記プラズマトーチを動作させることにより生成された誘導結合プラズマに前記試料をさらすことにより前記検査対象イオンを生成することからなるグループから選択された動作を実行することを含む、請求項7~10のいずれかに記載の方法。
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