JPH0785834A - 質量分析計および静電レンズ - Google Patents
質量分析計および静電レンズInfo
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- JPH0785834A JPH0785834A JP5232833A JP23283393A JPH0785834A JP H0785834 A JPH0785834 A JP H0785834A JP 5232833 A JP5232833 A JP 5232833A JP 23283393 A JP23283393 A JP 23283393A JP H0785834 A JPH0785834 A JP H0785834A
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ノイズが少なく高感度でかつ長時間安定した
動作が可能な生体試料等を分析する液体クロマトグラフ
・質量分析計を提供する。 【構成】 イオンを質量分析部に取り込むイオン取り込
み口１９を、イオンを真空中に導入するためのイオン導
入細孔１５の中心軸からずらして配置し、イオンだけを
静電レンズ２１により偏向させて質量分析部６へ取り込
むことにより、帯電液滴が質量分析部６に流入するのを
妨げる。 【効果】 ノイズの源となり質量分析計の感度低下の原
因となる帯電液滴を除去できる。
動作が可能な生体試料等を分析する液体クロマトグラフ
・質量分析計を提供する。 【構成】 イオンを質量分析部に取り込むイオン取り込
み口１９を、イオンを真空中に導入するためのイオン導
入細孔１５の中心軸からずらして配置し、イオンだけを
静電レンズ２１により偏向させて質量分析部６へ取り込
むことにより、帯電液滴が質量分析部６に流入するのを
妨げる。 【効果】 ノイズの源となり質量分析計の感度低下の原
因となる帯電液滴を除去できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、糖、ペプチド、蛋白質
等の生体関連の混合試料の分離分析に重要である、混合
物の分離手段と質量分析計とを結合した装置、とくに液
体クロマトグラフ・質量分析計、キャピラリー電気泳動
・質量分析計に関する。
等の生体関連の混合試料の分離分析に重要である、混合
物の分離手段と質量分析計とを結合した装置、とくに液
体クロマトグラフ・質量分析計、キャピラリー電気泳動
・質量分析計に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、分析の分野では生体関連物質の質
量分析法の開発が重要視されている。生体関連物質は通
常混合物として溶液中に溶け込んでいるため、混合物を
分離する手段と質量分析計とを結合する装置の開発が進
められている。この方法の代表的な装置として、液体ク
ロマトグラフ・質量分析計がある。液体クロマトグラフ
は混合物の分離に優れるが物質の同定ができず、一方質
量分析計は感度も高く物質の同定能力に優れるが混合物
の分析は困難である。そこで、液体クロマトグラフの検
出器として質量分析計を用いる液体クロマトグラフ・質
量分析計は、混合物の分析に対して大変有効である。参
考のため、従来の液体クロマトグラフ・質量分析計の全
体の構成を示すブロック図を図２０に示す。液体クロマ
トグラフ１から溶出してくる試料溶液は配管２によりイ
オン源３に導入される。イオン源３はイオン源用電源４
により信号ライン５ａを通して制御されている。イオン
源３で生成した試料分子に関するイオンは質量分析部６
へと導入されて質量分析される。この質量分析部６は排
気系７により真空に排気されている。質量分析されたイ
オンはイオン検出器８で検出され、検出信号は信号ライ
ン５ｂを介してデータ処理装置９に送られる。
量分析法の開発が重要視されている。生体関連物質は通
常混合物として溶液中に溶け込んでいるため、混合物を
分離する手段と質量分析計とを結合する装置の開発が進
められている。この方法の代表的な装置として、液体ク
ロマトグラフ・質量分析計がある。液体クロマトグラフ
は混合物の分離に優れるが物質の同定ができず、一方質
量分析計は感度も高く物質の同定能力に優れるが混合物
の分析は困難である。そこで、液体クロマトグラフの検
出器として質量分析計を用いる液体クロマトグラフ・質
量分析計は、混合物の分析に対して大変有効である。参
考のため、従来の液体クロマトグラフ・質量分析計の全
体の構成を示すブロック図を図２０に示す。液体クロマ
トグラフ１から溶出してくる試料溶液は配管２によりイ
オン源３に導入される。イオン源３はイオン源用電源４
により信号ライン５ａを通して制御されている。イオン
源３で生成した試料分子に関するイオンは質量分析部６
へと導入されて質量分析される。この質量分析部６は排
気系７により真空に排気されている。質量分析されたイ
オンはイオン検出器８で検出され、検出信号は信号ライ
ン５ｂを介してデータ処理装置９に送られる。
【０００３】このように液体クロマトグラフ・質量分析
計の原理は簡単であるが、液体クロマトグラフは溶液中
の試料を扱うのに対し、質量分析計は真空中のイオンを
扱うという相性の悪さのため、この装置、方法の開発は
非常に困難なものとなっている。この問題を解決するた
めにいくつかの方法が開発されている。なかでも有力視
されているのは、液体クロマトグラフからの溶出液を噴
霧し、生成した液滴中に含まれる試料分子をイオン化し
て質量分析部へと取り込む噴霧イオン化法である。噴霧
イオン化法の例として、アナリティカル ケミストリー
１９８７年、５９巻、２６４２頁（ Analytical Chem
istry, 59, 2642 (1987) ）に記載されている静電噴霧
法について説明する。図２１に静電噴霧イオン源を備え
た液体クロマトグラフ・質量分析計の構造を示す断面図
を示す。液体クロマトグラフ１から溶出してくる試料溶
液を、配管２、コネクタ１０を介して噴霧細管１１に導
入する。この噴霧細管１１と対向電極１２との間に数キ
ロボルトの電圧を印加すると、噴霧細管１１の先端で試
料溶液がコーン状になりその先端から微小液滴が生成す
る、いわゆる静電噴霧現象が起こる。静電噴霧法では、
噴霧用ガス噴出口１３を設け、噴霧細管１１のまわりか
ら窒素などのガスを流し、微小液滴の気化を促進させ
る。さらに、生成した微小液滴に向けて、窒素などのガ
スを対向電極１２側に設けられた気化用ガス噴出口１４
から吹き付け、微小液滴の気化を促進させる。以上のよ
うな経過を経て生成したイオンは、イオン導入細孔１５
から直接真空中６に導入され、高真空下の質量分析部で
質量分析される。また、質量分析計におけるＳ／Ｎ比を
向上させるため、イオン検出器として図２２に示した構
成が用いられていた。高周波電場により質量分離する質
量分析部６の後部にイオン偏向電極１６を設け、質量分
離されたイオンを偏向させる。偏向を受けたイオンは数
キロボルトの電位で加速され、二次電子を放出する二次
電子放出電極１７を衝撃する。この様にして得られた二
次電子をセラトロン等の電子検出器１８で検出する。こ
の構成により、電荷を持たない中性分子や液滴がイオン
検出器８において信号として検出されるのを防ぎ、Ｓ／
Ｎ比をある程度向上させている。
計の原理は簡単であるが、液体クロマトグラフは溶液中
の試料を扱うのに対し、質量分析計は真空中のイオンを
扱うという相性の悪さのため、この装置、方法の開発は
非常に困難なものとなっている。この問題を解決するた
めにいくつかの方法が開発されている。なかでも有力視
されているのは、液体クロマトグラフからの溶出液を噴
霧し、生成した液滴中に含まれる試料分子をイオン化し
て質量分析部へと取り込む噴霧イオン化法である。噴霧
イオン化法の例として、アナリティカル ケミストリー
１９８７年、５９巻、２６４２頁（ Analytical Chem
istry, 59, 2642 (1987) ）に記載されている静電噴霧
法について説明する。図２１に静電噴霧イオン源を備え
た液体クロマトグラフ・質量分析計の構造を示す断面図
を示す。液体クロマトグラフ１から溶出してくる試料溶
液を、配管２、コネクタ１０を介して噴霧細管１１に導
入する。この噴霧細管１１と対向電極１２との間に数キ
ロボルトの電圧を印加すると、噴霧細管１１の先端で試
料溶液がコーン状になりその先端から微小液滴が生成す
る、いわゆる静電噴霧現象が起こる。静電噴霧法では、
噴霧用ガス噴出口１３を設け、噴霧細管１１のまわりか
ら窒素などのガスを流し、微小液滴の気化を促進させ
る。さらに、生成した微小液滴に向けて、窒素などのガ
スを対向電極１２側に設けられた気化用ガス噴出口１４
から吹き付け、微小液滴の気化を促進させる。以上のよ
うな経過を経て生成したイオンは、イオン導入細孔１５
から直接真空中６に導入され、高真空下の質量分析部で
質量分析される。また、質量分析計におけるＳ／Ｎ比を
向上させるため、イオン検出器として図２２に示した構
成が用いられていた。高周波電場により質量分離する質
量分析部６の後部にイオン偏向電極１６を設け、質量分
離されたイオンを偏向させる。偏向を受けたイオンは数
キロボルトの電位で加速され、二次電子を放出する二次
電子放出電極１７を衝撃する。この様にして得られた二
次電子をセラトロン等の電子検出器１８で検出する。こ
の構成により、電荷を持たない中性分子や液滴がイオン
検出器８において信号として検出されるのを防ぎ、Ｓ／
Ｎ比をある程度向上させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の方法には次のよ
うな課題があった。イオン取り込むイオン導入細孔は、
イオンのみならず、気化が不十分な帯電液滴も取り込ん
でしまう。この帯電液滴は大き過ぎ、高周波電場により
質量分離する質量分析部では完全には除去できない。こ
の帯電液滴は、質量分析部を汚染し質量分析部の長時間
にわたる安定した動作を妨げるとともに、イオン検出部
においてノイズとなって検出され、シグナルとノイズの
比率（Ｓ／Ｎ比）を悪くする原因となり、質量分析計の
感度を低下させていた。質量分析計におけるＳ／Ｎ比を
向上させる図２２に示す従来技術での構成では、電荷を
有する帯電液滴の多くが二次電子放出電極１７まで引出
されてしまい、ノイズの原因となっていた。また、質量
分析部６の汚染の軽減も課題となっていた。このノイズ
の源となる帯電液滴を除去するには、イオン源において
液滴の気化効率を上げ液滴を完全に消滅させればよい。
しかしながら、液滴が完全に気化し得る程度に熱などの
エネルギーを与えると、解離しやすい生体関連物質が変
性してしまう恐れがあり、イオンと帯電液滴とを分離し
イオンだけを選択的に質量分析部へ導入する手法の開発
が望まれていた。本発明の目的は、長時間にわたり安定
した分析が可能な質量分析計を提供することにある。本
発明の他の目的は、ノイズの少ない高感度な質量分析計
を提供することにある。
うな課題があった。イオン取り込むイオン導入細孔は、
イオンのみならず、気化が不十分な帯電液滴も取り込ん
でしまう。この帯電液滴は大き過ぎ、高周波電場により
質量分離する質量分析部では完全には除去できない。こ
の帯電液滴は、質量分析部を汚染し質量分析部の長時間
にわたる安定した動作を妨げるとともに、イオン検出部
においてノイズとなって検出され、シグナルとノイズの
比率（Ｓ／Ｎ比）を悪くする原因となり、質量分析計の
感度を低下させていた。質量分析計におけるＳ／Ｎ比を
向上させる図２２に示す従来技術での構成では、電荷を
有する帯電液滴の多くが二次電子放出電極１７まで引出
されてしまい、ノイズの原因となっていた。また、質量
分析部６の汚染の軽減も課題となっていた。このノイズ
の源となる帯電液滴を除去するには、イオン源において
液滴の気化効率を上げ液滴を完全に消滅させればよい。
しかしながら、液滴が完全に気化し得る程度に熱などの
エネルギーを与えると、解離しやすい生体関連物質が変
性してしまう恐れがあり、イオンと帯電液滴とを分離し
イオンだけを選択的に質量分析部へ導入する手法の開発
が望まれていた。本発明の目的は、長時間にわたり安定
した分析が可能な質量分析計を提供することにある。本
発明の他の目的は、ノイズの少ない高感度な質量分析計
を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】イオンと帯電液滴とを分
離しイオンだけを選択的に質量分析計へ導入し、長時間
に安定した分析ができ、かつノイズの少ない質量分析計
を可能とするため、多成分の試料や不純物より成る混合
物を成分別に分離する手段と、大気圧下で試料分子のイ
オンを生成するイオン化部と、この生成したイオンを真
空中へ導入するイオン導入細孔と、及びこの導入された
イオンを高周波電界により質量分析するための質量分析
部とを有する質量分析計において、質量分析部へイオン
を取り込むイオン取り込み口をイオン導入細孔の中心軸
からずらして配置することにより帯電液滴の質量分析部
への流入を防ぐ。より詳細には、イオンをイオン導入細
孔の中心軸から偏向させる静電レンズを設け、イオンと
帯電液滴の軌道を分離し、イオンだけを質量分析部へ導
入する。このイオンを偏向させる静電レンズの一例とし
て、円筒状の内側電極とその外部に配置された外側電極
により構成され、少なくとも内側電極に複数の開口部が
開口する静電レンズを設ける。
離しイオンだけを選択的に質量分析計へ導入し、長時間
に安定した分析ができ、かつノイズの少ない質量分析計
を可能とするため、多成分の試料や不純物より成る混合
物を成分別に分離する手段と、大気圧下で試料分子のイ
オンを生成するイオン化部と、この生成したイオンを真
空中へ導入するイオン導入細孔と、及びこの導入された
イオンを高周波電界により質量分析するための質量分析
部とを有する質量分析計において、質量分析部へイオン
を取り込むイオン取り込み口をイオン導入細孔の中心軸
からずらして配置することにより帯電液滴の質量分析部
への流入を防ぐ。より詳細には、イオンをイオン導入細
孔の中心軸から偏向させる静電レンズを設け、イオンと
帯電液滴の軌道を分離し、イオンだけを質量分析部へ導
入する。このイオンを偏向させる静電レンズの一例とし
て、円筒状の内側電極とその外部に配置された外側電極
により構成され、少なくとも内側電極に複数の開口部が
開口する静電レンズを設ける。
【０００６】
【作用】イオン導入細孔の中心軸と質量分析部のイオン
取り込み口とをずらして配置するので、電界の影響を受
けにくい巨大な帯電液滴は質量分析部へ流入しない。一
方、イオンを偏向させる静電レンズを設けるため、イオ
ンだけを質量分析部へと効率良く導入することができ
る。従って、質量分析部での液滴による汚染やノイズが
低減される。ノイズの低減により高感度の質量分析計が
可能となる。
取り込み口とをずらして配置するので、電界の影響を受
けにくい巨大な帯電液滴は質量分析部へ流入しない。一
方、イオンを偏向させる静電レンズを設けるため、イオ
ンだけを質量分析部へと効率良く導入することができ
る。従って、質量分析部での液滴による汚染やノイズが
低減される。ノイズの低減により高感度の質量分析計が
可能となる。
【０００７】
【実施例】本発明の実施例を図１から図１９により説明
する。図１は本発明の第一の実施例における装置の構成
を示す。液体クロマトグラフなどの溶液中の混合物を分
離する手段から送られて来る溶出液はイオン源３へと導
入される。イオン源３で生成された試料分子に関するイ
オンは、イオン導入細孔１５ａ、排気系７ａにより排気
された中間圧力部３３、イオン導入細孔１５ｂを通して
真空中へ導入される。大気やイオンが真空中に導入され
る際に段熱膨張により冷却されることによりイオンに水
分子が付着する、いわゆるクラスタリングを防止するた
め、イオン導入細孔１５ａ、１５ｂの開口する電極はヒ
ーターにより１００℃程度に加熱されている。質量分析
部６のイオン取り込み口１９はイオン導入細孔１５ａ、
１５ｂの中心軸からずれた位置に配置される。真空中へ
取り込まれたイオンは、単一あるいは複数の電極で構成
される引出し電極２０で加速され静電レンズ２１で収束
された後、四重極型の質量分析部６へと導入される。四
重極型質量分析部は、外場の影響を避けるため、通常は
金属円筒３５内に収められており、この金属円筒３５内
は排気系７ｂにより排気された高真空部３４に配置され
ている。この時、静電レンズ２１にイオンの方向を偏向
させる効果を持たせ、帯電液滴とは分離してイオンだけ
を質量分析部６へと導入する。図１の静電レンズ２１内
で、実線はイオンの軌道、点線は帯電液滴の軌道を表
す。質量分析部６で高周波電界により質量分離されたイ
オンはイオン検出器８で検出される。図１に示した構成
により、イオン導入細孔と質量分析部との間でイオンと
液滴とを分離するため、帯電液滴の質量分析部への流入
がさけられ、質量分析部の汚染やイオン検出器で検出さ
れるノイズを軽減できる。以下に、帯電液滴とイオンと
を分離する原理について説明する。イオンや帯電液滴は
イオン導入細孔から真空中へと取り込まれる際に流れに
より超音速まで加速される。イオンに比べ質量が大きな
帯電液滴は、この時に得る運動エネルギーのために電界
による偏向を受けにくく、イオン導入細孔の中心軸に沿
った軌道となる。一方、軽いイオンは流入の際の運動エ
ネルギーが引出し電極の電界により与えられる加速エネ
ルギーに比べて無視でき、電界により容易に軌道を曲げ
られる。この、イオン導入細孔より導入される際の運動
エネルギーの差異により、重い帯電液滴と軽いイオンと
の軌道を分離し、イオンだけを選択的に質量分析部へと
導入することが可能となる。また、図１から図７、図１
０から図１６に記載した実施例において、静電レンズ２
１が電界によりイオンを静電レンズ内に引き込む効果を
有する場合には引出し電極２０は特に設けなくともよ
い。
する。図１は本発明の第一の実施例における装置の構成
を示す。液体クロマトグラフなどの溶液中の混合物を分
離する手段から送られて来る溶出液はイオン源３へと導
入される。イオン源３で生成された試料分子に関するイ
オンは、イオン導入細孔１５ａ、排気系７ａにより排気
された中間圧力部３３、イオン導入細孔１５ｂを通して
真空中へ導入される。大気やイオンが真空中に導入され
る際に段熱膨張により冷却されることによりイオンに水
分子が付着する、いわゆるクラスタリングを防止するた
め、イオン導入細孔１５ａ、１５ｂの開口する電極はヒ
ーターにより１００℃程度に加熱されている。質量分析
部６のイオン取り込み口１９はイオン導入細孔１５ａ、
１５ｂの中心軸からずれた位置に配置される。真空中へ
取り込まれたイオンは、単一あるいは複数の電極で構成
される引出し電極２０で加速され静電レンズ２１で収束
された後、四重極型の質量分析部６へと導入される。四
重極型質量分析部は、外場の影響を避けるため、通常は
金属円筒３５内に収められており、この金属円筒３５内
は排気系７ｂにより排気された高真空部３４に配置され
ている。この時、静電レンズ２１にイオンの方向を偏向
させる効果を持たせ、帯電液滴とは分離してイオンだけ
を質量分析部６へと導入する。図１の静電レンズ２１内
で、実線はイオンの軌道、点線は帯電液滴の軌道を表
す。質量分析部６で高周波電界により質量分離されたイ
オンはイオン検出器８で検出される。図１に示した構成
により、イオン導入細孔と質量分析部との間でイオンと
液滴とを分離するため、帯電液滴の質量分析部への流入
がさけられ、質量分析部の汚染やイオン検出器で検出さ
れるノイズを軽減できる。以下に、帯電液滴とイオンと
を分離する原理について説明する。イオンや帯電液滴は
イオン導入細孔から真空中へと取り込まれる際に流れに
より超音速まで加速される。イオンに比べ質量が大きな
帯電液滴は、この時に得る運動エネルギーのために電界
による偏向を受けにくく、イオン導入細孔の中心軸に沿
った軌道となる。一方、軽いイオンは流入の際の運動エ
ネルギーが引出し電極の電界により与えられる加速エネ
ルギーに比べて無視でき、電界により容易に軌道を曲げ
られる。この、イオン導入細孔より導入される際の運動
エネルギーの差異により、重い帯電液滴と軽いイオンと
の軌道を分離し、イオンだけを選択的に質量分析部へと
導入することが可能となる。また、図１から図７、図１
０から図１６に記載した実施例において、静電レンズ２
１が電界によりイオンを静電レンズ内に引き込む効果を
有する場合には引出し電極２０は特に設けなくともよ
い。
【０００８】図１に示したイオンを偏向させる静電レン
ズを実現するには様々な構成が考えられるが、一例とし
て特開平２−７８１４３号公報に記載されている同軸上
に多重に組み込んだ円筒電極によりなる静電レンズを用
いてイオンを偏向させる構成を図２示す。内側電極２２
には複数の開口部２３が設けられ、この開口部２３を通
して外側電極２４の電界が内側電極２２の内部へと浸透
する。この浸透した電界により、イオンを収束させる電
位分布が形成される。この同軸円筒状の静電レンズの中
心軸とイオン導入細孔の中心軸とをずらして配置する
と、イオンは偏向を受け、図２に静電レンズ２１内で、
実線で示した軌道を描く。静電レンズ２１の終端のイオ
ン軌道上にイオン取り込み口１９が開口する質量分析部
６を配置しておけば、帯電液滴はイオン取り込み口１９
の開口する電極２５の開口部以外の部分に当たるため質
量分析部６への進入が妨げられ、イオンだけがイオン取
り込み口１９より質量分析部６へと取り込まれる。この
時、帯電液滴によるイオン取り込み口１９の開口する電
極２５の汚れを軽減するため、電極２５はヒーターなど
により加熱しておくことが望ましい。
ズを実現するには様々な構成が考えられるが、一例とし
て特開平２−７８１４３号公報に記載されている同軸上
に多重に組み込んだ円筒電極によりなる静電レンズを用
いてイオンを偏向させる構成を図２示す。内側電極２２
には複数の開口部２３が設けられ、この開口部２３を通
して外側電極２４の電界が内側電極２２の内部へと浸透
する。この浸透した電界により、イオンを収束させる電
位分布が形成される。この同軸円筒状の静電レンズの中
心軸とイオン導入細孔の中心軸とをずらして配置する
と、イオンは偏向を受け、図２に静電レンズ２１内で、
実線で示した軌道を描く。静電レンズ２１の終端のイオ
ン軌道上にイオン取り込み口１９が開口する質量分析部
６を配置しておけば、帯電液滴はイオン取り込み口１９
の開口する電極２５の開口部以外の部分に当たるため質
量分析部６への進入が妨げられ、イオンだけがイオン取
り込み口１９より質量分析部６へと取り込まれる。この
時、帯電液滴によるイオン取り込み口１９の開口する電
極２５の汚れを軽減するため、電極２５はヒーターなど
により加熱しておくことが望ましい。
【０００９】図２に示した静電レンズの特長は、２つの
円筒電極から構成された単一の静電レンズにおいてイオ
ンの偏向と収束が同時に達成できることである。一般
に、静電レンズ部を作成する場合、静電レンズを構成す
る各電極の加工精度はもとより、各電極を所定の位置に
組み込む、組立て精度に細心の注意が払われる。各電極
の配置のわずかなずれが、イオンの軌道を大きく変化さ
せてしまうためである。従って、静電レンズを構成する
電極の枚数は、少ないほど望ましい。イオンを偏向させ
かつ収束させるためには、静電レンズ部において複雑な
電位分布を形成しなければならない。従って電極の数も
多くなりがちで、構造が複雑かつ組立て作業性も悪くな
りがちである。しかしながら、図２に示した様に、同軸
上に２重に組み込んだ円筒電極によりなる静電レンズを
用い、イオン導入細孔の中心軸と静電レンズの中心軸と
を偏心して配置する構成を用いると、静電レンズを構成
する電極が２個であるため、組立て作業性が良く、かつ
構造の単純な装置が可能となる。参考のため、図２に示
した静電レンズの寸法の一例を示す。内側電極２２の内
径を２０ミリメートル、外側電極２４の内径を３０ミリ
メートル、電極の軸方向の長さを１５センチメートルと
し、イオン導入細孔１５ａ、１５ｂの中心軸とイオン取
り込み口１９の中心軸との偏心度を４ミリメートルとす
ると、Ｓ／Ｎ比が約１０倍上がり、従って質量分析計に
おける感度が一桁向上する。内側電極の内径は３ミリメ
ートルから１０センチメートル程度が良く、また、電極
の軸方向の長さは内側電極内径以上の寸法を有している
ことが望ましい。
円筒電極から構成された単一の静電レンズにおいてイオ
ンの偏向と収束が同時に達成できることである。一般
に、静電レンズ部を作成する場合、静電レンズを構成す
る各電極の加工精度はもとより、各電極を所定の位置に
組み込む、組立て精度に細心の注意が払われる。各電極
の配置のわずかなずれが、イオンの軌道を大きく変化さ
せてしまうためである。従って、静電レンズを構成する
電極の枚数は、少ないほど望ましい。イオンを偏向させ
かつ収束させるためには、静電レンズ部において複雑な
電位分布を形成しなければならない。従って電極の数も
多くなりがちで、構造が複雑かつ組立て作業性も悪くな
りがちである。しかしながら、図２に示した様に、同軸
上に２重に組み込んだ円筒電極によりなる静電レンズを
用い、イオン導入細孔の中心軸と静電レンズの中心軸と
を偏心して配置する構成を用いると、静電レンズを構成
する電極が２個であるため、組立て作業性が良く、かつ
構造の単純な装置が可能となる。参考のため、図２に示
した静電レンズの寸法の一例を示す。内側電極２２の内
径を２０ミリメートル、外側電極２４の内径を３０ミリ
メートル、電極の軸方向の長さを１５センチメートルと
し、イオン導入細孔１５ａ、１５ｂの中心軸とイオン取
り込み口１９の中心軸との偏心度を４ミリメートルとす
ると、Ｓ／Ｎ比が約１０倍上がり、従って質量分析計に
おける感度が一桁向上する。内側電極の内径は３ミリメ
ートルから１０センチメートル程度が良く、また、電極
の軸方向の長さは内側電極内径以上の寸法を有している
ことが望ましい。
【００１０】イオンを偏向させかつ収束させる静電レン
ズを簡便にかつ精度良く構成するには、図２に示した様
に同軸上に円筒状電極を組み込むことが望ましいが、外
側電極２４は必ずしも単一の電極で構成されなくてもよ
く、図３に示したように円筒状の内側電極２２の開口部
２３の外側に対向して独立した板状の外側電極２４を配
置してもよい。また、静電レンズ部の排気コンダクタン
スを高めることにより、円筒内の真空度を更に良くした
い場合には、図４に示したように外側電極２４に排気用
の開口部２３を設けてもよい。また、さらに排気の効率
を高めたい場合には、外側電極２４を金属性のメッシュ
により構成してもよい。イオンのエネルギーに分散があ
り、このエネルギーの分散が収差となって静電レンズ部
の収束の効果が失われる場合には、図５に示すように、
複数の静電レンズ２１ａ、２１ｂを配置し、一段目の静
電レンズ２１ａの後部に内径のより細い静電レンズ２１
ｂを設け、イオンの収束性を高めてもよい。図６は本発
明の第２の実施例を示す図である。イオン導入細孔１５
ａ、１５ｂの中心軸と円筒型の静電レンズ２１の中心軸
とを傾けて配置すると、イオンは静電レンズ２１の内の
実線で示すように静電レンズ２１の軸方向に偏向を受
け、質量分析部６へと到達するが、帯電液滴は、静電レ
ンズ２１の内の点線で示すように静電レンズ２１の内壁
面に衝突するため、質量分析部６への進入が妨げられ
る。また、図７に示すように、静電レンズ２１を構成す
る円筒状電極の中心軸に曲率を設けてもよい。この場
合、図６に示した構成と同様に、帯電液滴は直進して電
極に衝突し、イオンだけが質量分析部６へと到達する。
レンズを構成する電極を簡単に作成するには、絶縁管の
内壁面あるいは外壁面に導電性の薄膜のパターンを形成
し作成してもよい。また、絶縁管の内壁面および外壁面
の両面に導電性の薄膜のパターンを形成し、それぞれを
内側電極、外側電極としてもよい。また、図７に示した
ような複雑な形状を有するレンズは、導電性を持ちかつ
変形の容易な導電性樹脂を用いて作成してもよい。
ズを簡便にかつ精度良く構成するには、図２に示した様
に同軸上に円筒状電極を組み込むことが望ましいが、外
側電極２４は必ずしも単一の電極で構成されなくてもよ
く、図３に示したように円筒状の内側電極２２の開口部
２３の外側に対向して独立した板状の外側電極２４を配
置してもよい。また、静電レンズ部の排気コンダクタン
スを高めることにより、円筒内の真空度を更に良くした
い場合には、図４に示したように外側電極２４に排気用
の開口部２３を設けてもよい。また、さらに排気の効率
を高めたい場合には、外側電極２４を金属性のメッシュ
により構成してもよい。イオンのエネルギーに分散があ
り、このエネルギーの分散が収差となって静電レンズ部
の収束の効果が失われる場合には、図５に示すように、
複数の静電レンズ２１ａ、２１ｂを配置し、一段目の静
電レンズ２１ａの後部に内径のより細い静電レンズ２１
ｂを設け、イオンの収束性を高めてもよい。図６は本発
明の第２の実施例を示す図である。イオン導入細孔１５
ａ、１５ｂの中心軸と円筒型の静電レンズ２１の中心軸
とを傾けて配置すると、イオンは静電レンズ２１の内の
実線で示すように静電レンズ２１の軸方向に偏向を受
け、質量分析部６へと到達するが、帯電液滴は、静電レ
ンズ２１の内の点線で示すように静電レンズ２１の内壁
面に衝突するため、質量分析部６への進入が妨げられ
る。また、図７に示すように、静電レンズ２１を構成す
る円筒状電極の中心軸に曲率を設けてもよい。この場
合、図６に示した構成と同様に、帯電液滴は直進して電
極に衝突し、イオンだけが質量分析部６へと到達する。
レンズを構成する電極を簡単に作成するには、絶縁管の
内壁面あるいは外壁面に導電性の薄膜のパターンを形成
し作成してもよい。また、絶縁管の内壁面および外壁面
の両面に導電性の薄膜のパターンを形成し、それぞれを
内側電極、外側電極としてもよい。また、図７に示した
ような複雑な形状を有するレンズは、導電性を持ちかつ
変形の容易な導電性樹脂を用いて作成してもよい。
【００１１】内側電極から円筒内に浸透する電界強度を
軸方向に変化させ、イオンを加速または減速させたり、
円筒内での収束の効果を変化させたい場合には、外側電
極に設けられた排気用の開口部を軸方向に変化させれば
よい。図８はイオンを軸方向に減速する構成を示す。外
側電極２４に開口する開口部２３の開口面積を軸方向に
徐々に小さくしていくと、内側電極２２の円筒内に浸透
する電界強度が軸方向に変化し、イオンは減速される。
また、外側電極あるいは内側電極の両端に異なる電位を
印加し、外側電極あるいは内側電極部での電位降下を利
用して円筒内に浸透する電界強度を軸方向に変化させて
もよい。図９は外側電極２４の両端に電源４ａ、４ｂに
より電圧を印加し、電極部における電位降下により内側
電極２２の円筒内に浸透する電界の軸方向の強度勾配を
任意に変化させる構成を示す。このとき、両端に電源４
ａ、４ｂにより異なる電圧を印加される外側電極２４
は、過度の発熱を防ぐため、金属ではなく抵抗を有する
材料であることが望ましい。以上に述べた構成におい
て、静電レンズの汚れを軽減するため、静電レンズ部は
ヒーターなどにより加熱しておくことが望ましい。従っ
て、円筒状の内側電極とその外側に配置された外側電極
より構成され、少なくとも内側電極に複数の開口部を有
する静電レンズでも、内側電極あるいは外側電極の少な
くとも一方はヒーターなどにより加熱しておくことが望
ましい。また、イオンを質量分析部へと取り込むイオン
取り込み口の開口する電極も加熱されていることが望ま
しい。
軸方向に変化させ、イオンを加速または減速させたり、
円筒内での収束の効果を変化させたい場合には、外側電
極に設けられた排気用の開口部を軸方向に変化させれば
よい。図８はイオンを軸方向に減速する構成を示す。外
側電極２４に開口する開口部２３の開口面積を軸方向に
徐々に小さくしていくと、内側電極２２の円筒内に浸透
する電界強度が軸方向に変化し、イオンは減速される。
また、外側電極あるいは内側電極の両端に異なる電位を
印加し、外側電極あるいは内側電極部での電位降下を利
用して円筒内に浸透する電界強度を軸方向に変化させて
もよい。図９は外側電極２４の両端に電源４ａ、４ｂに
より電圧を印加し、電極部における電位降下により内側
電極２２の円筒内に浸透する電界の軸方向の強度勾配を
任意に変化させる構成を示す。このとき、両端に電源４
ａ、４ｂにより異なる電圧を印加される外側電極２４
は、過度の発熱を防ぐため、金属ではなく抵抗を有する
材料であることが望ましい。以上に述べた構成におい
て、静電レンズの汚れを軽減するため、静電レンズ部は
ヒーターなどにより加熱しておくことが望ましい。従っ
て、円筒状の内側電極とその外側に配置された外側電極
より構成され、少なくとも内側電極に複数の開口部を有
する静電レンズでも、内側電極あるいは外側電極の少な
くとも一方はヒーターなどにより加熱しておくことが望
ましい。また、イオンを質量分析部へと取り込むイオン
取り込み口の開口する電極も加熱されていることが望ま
しい。
【００１２】図１０は本発明を、試料溶液を減圧下へ加
熱噴霧する、いわゆるサーモスプレー法に応用した例を
示す。液体クロマトグラフからの溶出液は、先端が数百
パスカルに排気された減圧下に配置されかつ２００℃程
度に加熱された噴霧細管１１に導入され加熱噴霧され
る。噴霧により統計的に帯電した試料分子に関するイオ
ンは噴霧方向とは垂直方向に配置されたイオン導入細孔
１５より高真空に排気された質量分析部６へと導入され
る。イオン導入細孔より導入されたイオンは静電レンズ
により偏向を受け、四重極型質量分析部に取り込まれて
質量分析される。この時、イオンと共にイオン導入細孔
１５より導入される液滴は、イオン取り込み口１９の開
口する電極２５に衝突するため、質量分析部６への流入
が避けられる。図１１は、本発明を、質量分析部を多段
設けた質量分析計へと応用した例を示す。イオン導入細
孔１５ａ、１５ｂより真空中に導入されたイオンは、静
電レンズ２１により帯電液滴と分離された後に第一段目
の質量分析部６ａへと導入されて質量分離され、分析対
象とするイオンだけが衝突室２６へと送りこまれる。衝
突室２６ではイオンと中性ガスが衝突し、元のイオンが
解裂して生成される、いわゆるフラグメントイオンが得
られる。このフラグメントイオンはさらに次の質量分析
部６ｂへと導入され質量分析される。この様な複数の質
量分析部を有する質量分析計においても、イオン導入細
孔と第一段目の質量分析部との間にイオンを偏向させる
静電レンズを設ける構成は有効である。
熱噴霧する、いわゆるサーモスプレー法に応用した例を
示す。液体クロマトグラフからの溶出液は、先端が数百
パスカルに排気された減圧下に配置されかつ２００℃程
度に加熱された噴霧細管１１に導入され加熱噴霧され
る。噴霧により統計的に帯電した試料分子に関するイオ
ンは噴霧方向とは垂直方向に配置されたイオン導入細孔
１５より高真空に排気された質量分析部６へと導入され
る。イオン導入細孔より導入されたイオンは静電レンズ
により偏向を受け、四重極型質量分析部に取り込まれて
質量分析される。この時、イオンと共にイオン導入細孔
１５より導入される液滴は、イオン取り込み口１９の開
口する電極２５に衝突するため、質量分析部６への流入
が避けられる。図１１は、本発明を、質量分析部を多段
設けた質量分析計へと応用した例を示す。イオン導入細
孔１５ａ、１５ｂより真空中に導入されたイオンは、静
電レンズ２１により帯電液滴と分離された後に第一段目
の質量分析部６ａへと導入されて質量分離され、分析対
象とするイオンだけが衝突室２６へと送りこまれる。衝
突室２６ではイオンと中性ガスが衝突し、元のイオンが
解裂して生成される、いわゆるフラグメントイオンが得
られる。このフラグメントイオンはさらに次の質量分析
部６ｂへと導入され質量分析される。この様な複数の質
量分析部を有する質量分析計においても、イオン導入細
孔と第一段目の質量分析部との間にイオンを偏向させる
静電レンズを設ける構成は有効である。
【００１３】混合物を分離する手段は、液体クロマトグ
ラフィーに限らず、キャピラリー電気泳動法や超臨界流
体クロマトグラフィーなどを用いてもよい。図１２は分
離手段としてキャピラリー電気泳動装置を用いた構成を
示す。キャピラリー２７の一端から試料を導入し、キャ
ピラリー２７の両末端の間に電気泳動用電源２８により
高電圧を印加し、キャピラリー２７中を電気泳動させ
る。キャピラリー２７の終端に到達した試料はイオン源
３へと導入されイオン化される。イオンはイオン導入細
孔１５ａ、１５ｂを通して真空中へ導入され、静電レン
ズ２１による偏向を受けた後（静電レンズ２１内に示す
実線）、質量分析部６により質量分離される。このと
き、緩衝溶液等に由来する帯電液滴は静電レンズ２１の
電界による偏向を受けず（静電レンズ２１内に示す点
線）、質量分析部６へは到達しない。キャピラリー電気
泳動法には、キャピラリー中に自由溶媒を用いるキャピ
ラリーゾーン電気泳動法、キャピラリー中にゲルを充填
するキャピラリーゲル電気泳動法、ミセルへの試料の分
配の差を利用するミセル動電クロマトグラフィー、易動
度の異なるイオンを含む溶媒の界面に試料を導入し、試
料の易動度の順に配列させる等速−等電点電気泳動法等
の、様々なモードが提案されているが、本発明はキャピ
ラリー電気泳動法のモードによらずに有効であることは
言うまでもない。溶液中の混合物を分析する質量分析計
とは異なるが、本発明は誘導結合型プラズマイオン源、
あるいはマイクロ波プラズマイオン源を有する質量分析
計にも有効である。図１３に構成を示す。発振部２９か
ら得られるマイクロ波などの高周波電磁波は電送路３０
によりイオン源３に送られる。イオン源３内には共振器
が設けられ、共振器内で放電が起き、プラズマ状態が生
成される。試料はプラズマ中に導入され、イオン化され
た後、イオン導入細孔１５ａ、１５ｂを通して真空中に
導入される。この時、放電により得られる紫外線等の光
子がイオン検出部まで到達するとノイズとして検出され
るが、静電レンズ２１によりイオンだけが偏向し（静電
レンズ２１内に示す実線）質量分析部６まで到達でき、
光子は直進して（静電レンズ２１内に示す点線）イオン
取り込み口１９の開口する電極２５に衝突して消滅す
る。従って、本発明により誘導結合型プラズマイオン
源、あるいはマイクロ波プラズマイオン源を有する質量
分析計の感度を向上させることができる。
ラフィーに限らず、キャピラリー電気泳動法や超臨界流
体クロマトグラフィーなどを用いてもよい。図１２は分
離手段としてキャピラリー電気泳動装置を用いた構成を
示す。キャピラリー２７の一端から試料を導入し、キャ
ピラリー２７の両末端の間に電気泳動用電源２８により
高電圧を印加し、キャピラリー２７中を電気泳動させ
る。キャピラリー２７の終端に到達した試料はイオン源
３へと導入されイオン化される。イオンはイオン導入細
孔１５ａ、１５ｂを通して真空中へ導入され、静電レン
ズ２１による偏向を受けた後（静電レンズ２１内に示す
実線）、質量分析部６により質量分離される。このと
き、緩衝溶液等に由来する帯電液滴は静電レンズ２１の
電界による偏向を受けず（静電レンズ２１内に示す点
線）、質量分析部６へは到達しない。キャピラリー電気
泳動法には、キャピラリー中に自由溶媒を用いるキャピ
ラリーゾーン電気泳動法、キャピラリー中にゲルを充填
するキャピラリーゲル電気泳動法、ミセルへの試料の分
配の差を利用するミセル動電クロマトグラフィー、易動
度の異なるイオンを含む溶媒の界面に試料を導入し、試
料の易動度の順に配列させる等速−等電点電気泳動法等
の、様々なモードが提案されているが、本発明はキャピ
ラリー電気泳動法のモードによらずに有効であることは
言うまでもない。溶液中の混合物を分析する質量分析計
とは異なるが、本発明は誘導結合型プラズマイオン源、
あるいはマイクロ波プラズマイオン源を有する質量分析
計にも有効である。図１３に構成を示す。発振部２９か
ら得られるマイクロ波などの高周波電磁波は電送路３０
によりイオン源３に送られる。イオン源３内には共振器
が設けられ、共振器内で放電が起き、プラズマ状態が生
成される。試料はプラズマ中に導入され、イオン化され
た後、イオン導入細孔１５ａ、１５ｂを通して真空中に
導入される。この時、放電により得られる紫外線等の光
子がイオン検出部まで到達するとノイズとして検出され
るが、静電レンズ２１によりイオンだけが偏向し（静電
レンズ２１内に示す実線）質量分析部６まで到達でき、
光子は直進して（静電レンズ２１内に示す点線）イオン
取り込み口１９の開口する電極２５に衝突して消滅す
る。従って、本発明により誘導結合型プラズマイオン
源、あるいはマイクロ波プラズマイオン源を有する質量
分析計の感度を向上させることができる。
【００１４】本発明は、四重極型以外の他の質量分析部
を用いた質量分析計でも同様に有効である。図１４は本
発明をイオントラップ型質量分析部を有する質量分析計
に用いた構成を示す。イオントラップ型は高周波電界に
よりイオンを狭い空間に閉じ込めて分析を行なう方法で
ある。イオントラップ部は、図１４に示したように、エ
ンドキャップと呼ばれる２枚の電極３１ａ、３１ｂとエ
ンドキャップの周囲を囲むように配置されたリング電極
３２の、３枚の電極により構成される。イオン導入細孔
から真空中に取り込まれたイオンは静電レンズ２１によ
り偏向を受け、イオン取り込み口１９の開口するエンド
キャップ３１ａよりイオントラップ内へ導かれる。イオ
ントラップ内では、イオンはエンドキャップ３１ａ、３
１ｂ、及びリング電極３２より与えられる直流、交流電
界によりイオントラップ内での軌道が制御され、特定の
質量を持つイオンだけが閉じ込められる。閉じ込められ
たイオンは両端のエンドキャップ３１ａ、３１ｂにパル
ス状に与えられる電位によってエンドキャップ３１ｂよ
り排出され、イオン検出器８により検出される。このイ
オントラップ型の質量分析部ではトラップ内の真空度を
高く保つ必要がある。トラップ内の真空度が悪くなると
イオンと中性ガスとの衝突が起き、イオンの軌道が変化
してイオンの閉じ込めが悪くなるためである。帯電液滴
がトラップ内に入ると電極に当たって気化し、中性ガス
を発生させ、トラップ内の真空度を悪化させる。従っ
て、イオンだけを偏向しイオントラップ部に導入する構
成が有効である。図１５は、イオントラップ型質量分析
計において、イオン取り込み口１９をリング電極３２に
設けた構成を示しているが、本発明はイオン取り込み口
の位置によらずに有効であることは言うまでもない。ま
た、イオントラップ型質量分析部においても、帯電液滴
による汚れを軽減するため、イオン取り込み口１９の開
口するエンドキャップあるいはリング電極はヒーターな
どにより加熱されていることが望ましい。
を用いた質量分析計でも同様に有効である。図１４は本
発明をイオントラップ型質量分析部を有する質量分析計
に用いた構成を示す。イオントラップ型は高周波電界に
よりイオンを狭い空間に閉じ込めて分析を行なう方法で
ある。イオントラップ部は、図１４に示したように、エ
ンドキャップと呼ばれる２枚の電極３１ａ、３１ｂとエ
ンドキャップの周囲を囲むように配置されたリング電極
３２の、３枚の電極により構成される。イオン導入細孔
から真空中に取り込まれたイオンは静電レンズ２１によ
り偏向を受け、イオン取り込み口１９の開口するエンド
キャップ３１ａよりイオントラップ内へ導かれる。イオ
ントラップ内では、イオンはエンドキャップ３１ａ、３
１ｂ、及びリング電極３２より与えられる直流、交流電
界によりイオントラップ内での軌道が制御され、特定の
質量を持つイオンだけが閉じ込められる。閉じ込められ
たイオンは両端のエンドキャップ３１ａ、３１ｂにパル
ス状に与えられる電位によってエンドキャップ３１ｂよ
り排出され、イオン検出器８により検出される。このイ
オントラップ型の質量分析部ではトラップ内の真空度を
高く保つ必要がある。トラップ内の真空度が悪くなると
イオンと中性ガスとの衝突が起き、イオンの軌道が変化
してイオンの閉じ込めが悪くなるためである。帯電液滴
がトラップ内に入ると電極に当たって気化し、中性ガス
を発生させ、トラップ内の真空度を悪化させる。従っ
て、イオンだけを偏向しイオントラップ部に導入する構
成が有効である。図１５は、イオントラップ型質量分析
計において、イオン取り込み口１９をリング電極３２に
設けた構成を示しているが、本発明はイオン取り込み口
の位置によらずに有効であることは言うまでもない。ま
た、イオントラップ型質量分析部においても、帯電液滴
による汚れを軽減するため、イオン取り込み口１９の開
口するエンドキャップあるいはリング電極はヒーターな
どにより加熱されていることが望ましい。
【００１５】図１６は本発明を、質量分析部としてフー
リエ変換イオンサイクロトロン共鳴型を有する質量分析
計に用いた構成を示す。フーリエ変換イオンサイクロト
ロン共鳴型は高真空強磁場下でイオンをサイクロトロン
運動させ、その回転周波数を真空容器外に設けた電極２
５’により検出し、その周波数スペクトルをフーリエ変
換することによりイオンの質量を決定する方法である。
この方法は極めて高い分解能を有する反面、質量分析部
では１０-6パスカルから１０-7パスカルという、高い真
空度を必要とする。このため、イオンを大気中から導入
する場合には、多数のイオン導入細孔１５ａ、１５ｂ、
１５ｃ、１５ｄを設け、かつイオン導入細孔１５ａと１
５ｂとの間の部分、イオン導入細孔１５ｂと１５ｃとの
間の部分、イオン導入細孔１５ｃと１５ｄとの間の部分
をそれぞれを排気するための排気系として排気速度の速
い大型の真空ポンプを用いなければならなかった。図１
６に記載した、イオンだけを偏向させ液滴と分離して次
のイオン導入細孔へと導く方法は、帯電液滴の流入によ
る質量分析部の真空度の悪化を防止できるため有効であ
る。また、上述のフーリエ変換イオンサイクロトロン型
質量分析計に限らず、超高真空部へイオン、電子等の荷
電粒子を効率良く輸送するには、図１７に示したよう
に、内側電極に開口部を有する円筒型の静電レンズを複
数の異なる減圧部３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄにま
たがり配置する構成が有効である。本発明における、イ
オン導入細孔の中心軸の定義を念のため記載しておく。
イオン導入細孔１５は図１８のようにテーパー形状を有
していることが好ましいが、この様な形状は加工が困難
であるため、通常は図１９に示したように先端部の平面
上に所定の形状、例えば円形、方形の穴が開けられる。
本願発明では、イオン導入細孔の中心軸とは上記の穴の
中心を通り、先端平面の法線方向の軸を表すものであ
る。
リエ変換イオンサイクロトロン共鳴型を有する質量分析
計に用いた構成を示す。フーリエ変換イオンサイクロト
ロン共鳴型は高真空強磁場下でイオンをサイクロトロン
運動させ、その回転周波数を真空容器外に設けた電極２
５’により検出し、その周波数スペクトルをフーリエ変
換することによりイオンの質量を決定する方法である。
この方法は極めて高い分解能を有する反面、質量分析部
では１０-6パスカルから１０-7パスカルという、高い真
空度を必要とする。このため、イオンを大気中から導入
する場合には、多数のイオン導入細孔１５ａ、１５ｂ、
１５ｃ、１５ｄを設け、かつイオン導入細孔１５ａと１
５ｂとの間の部分、イオン導入細孔１５ｂと１５ｃとの
間の部分、イオン導入細孔１５ｃと１５ｄとの間の部分
をそれぞれを排気するための排気系として排気速度の速
い大型の真空ポンプを用いなければならなかった。図１
６に記載した、イオンだけを偏向させ液滴と分離して次
のイオン導入細孔へと導く方法は、帯電液滴の流入によ
る質量分析部の真空度の悪化を防止できるため有効であ
る。また、上述のフーリエ変換イオンサイクロトロン型
質量分析計に限らず、超高真空部へイオン、電子等の荷
電粒子を効率良く輸送するには、図１７に示したよう
に、内側電極に開口部を有する円筒型の静電レンズを複
数の異なる減圧部３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄにま
たがり配置する構成が有効である。本発明における、イ
オン導入細孔の中心軸の定義を念のため記載しておく。
イオン導入細孔１５は図１８のようにテーパー形状を有
していることが好ましいが、この様な形状は加工が困難
であるため、通常は図１９に示したように先端部の平面
上に所定の形状、例えば円形、方形の穴が開けられる。
本願発明では、イオン導入細孔の中心軸とは上記の穴の
中心を通り、先端平面の法線方向の軸を表すものであ
る。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、質量分析部を汚染し、
かつノイズの源となる帯電液滴が質量分析部に流入する
ことを防ぎ、イオンだけを効率良く分析できる。従っ
て、質量分析計の長時間にわたる安定した動作が可能と
なるので、ノイズが少なく高感度な質量分析計が実現で
きる。すなわち、Ｓ／Ｎ比が約１０倍上がり、質量分析
計における感度が一桁向上する。
かつノイズの源となる帯電液滴が質量分析部に流入する
ことを防ぎ、イオンだけを効率良く分析できる。従っ
て、質量分析計の長時間にわたる安定した動作が可能と
なるので、ノイズが少なく高感度な質量分析計が実現で
きる。すなわち、Ｓ／Ｎ比が約１０倍上がり、質量分析
計における感度が一桁向上する。
【図１】本発明の第一の実施例であるイオンを偏向させ
る静電レンズを用いた構成を示す図。
る静電レンズを用いた構成を示す図。
【図２】本発明の第一の実施例を実現する静電レンズの
一例を示す断面図。
一例を示す断面図。
【図３】本発明の第一の実施例を実現する静電レンズの
一例を示す断面図。
一例を示す断面図。
【図４】本発明の第一の実施例を実現する静電レンズの
一例を示す断面図。
一例を示す断面図。
【図５】本発明の第一の実施例を実現する静電レンズの
一例を示す断面図。
一例を示す断面図。
【図６】本発明の第二の実施例を実現する静電レンズの
一例を示す断面図。
一例を示す断面図。
【図７】本発明の第二の実施例を実現する静電レンズの
一例を示す断面図。
一例を示す断面図。
【図８】軸方向にイオンを加速または減速する静電レン
ズの一例を示す図。
ズの一例を示す図。
【図９】軸方向にイオンを加速または減速する静電レン
ズの一例を示す図。
ズの一例を示す図。
【図１０】本発明をサーモスプレー型質量分析計に用い
た構成を示す図。
た構成を示す図。
【図１１】本発明を質量分析部を多数結合した質量分析
計に用いた構成を示す図。
計に用いた構成を示す図。
【図１２】本発明をキャピラリー電気泳動・質量分析計
に用いた構成を示す図。
に用いた構成を示す図。
【図１３】本発明をプラズマを発生させこのプラズマ中
でイオンを生成する質量分析計に用いた構成を示す図。
でイオンを生成する質量分析計に用いた構成を示す図。
【図１４】本発明をイオントラップ型質量分析部を有す
る質量分析計に用いた構成を示す図。
る質量分析計に用いた構成を示す図。
【図１５】本発明をイオントラップ型質量分析部を有す
る質量分析計に用いた構成を示す図。
る質量分析計に用いた構成を示す図。
【図１６】本発明をフーリエ変換イオンサイクロトロン
共鳴型質量分析部を有する質量分析計に用いた構成を示
す図。
共鳴型質量分析部を有する質量分析計に用いた構成を示
す図。
【図１７】本発明をフーリエ変換イオンサイクロトロン
共鳴型質量分析部を有する質量分析計に用いた構成を示
す図。
共鳴型質量分析部を有する質量分析計に用いた構成を示
す図。
【図１８】イオン導入細孔の拡大図。
【図１９】イオン導入細孔の拡大図。
【図２０】従来の液体クロマトグラフ・質量分析計の構
成を示す図。
成を示す図。
【図２１】従来の静電噴霧法を用いた液体クロマトグラ
フ・質量分析計の構成を示す断面図。
フ・質量分析計の構成を示す断面図。
【図２２】従来の液体クロマトグラフ・質量分析計に用
いられるイオン検出部の構成を示す図。
いられるイオン検出部の構成を示す図。
１…液体クロマトグラフ、２…配管、３…イオン源、
４、４ａ、４ｂ…電源、５ａ、５ｂ…信号ライン、６…
質量分析部、７、７ａ、７ｂ…排気系、８…イオン検出
器、９…データ処理装置、１０…コネクタ、１１…噴霧
細管、１２…対向電極、１３…噴霧用ガス噴出口、１４
…気化用ガス噴出口、１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、
１５ｄ…イオン導入細孔、１６…イオン偏向電極、１７
…二次電子放出電極、１８…電子検出器、１９…イオン
取り込み口、２０…引き出し電極、２１、２１ａ、２１
ｂ…静電レンズ、２２…内側電極、２３…開口部、２４
…外側電極、２５、２５’…電極、２６…衝突室、２７
…キャピラリー、２８…電気泳動用電源、２９…発振
部、３０…電送路、３１…エンドキャップ、３２…リン
グ電極、３３…中間圧力部、３４…高真空部、３５…金
属円筒、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…減圧部。
４、４ａ、４ｂ…電源、５ａ、５ｂ…信号ライン、６…
質量分析部、７、７ａ、７ｂ…排気系、８…イオン検出
器、９…データ処理装置、１０…コネクタ、１１…噴霧
細管、１２…対向電極、１３…噴霧用ガス噴出口、１４
…気化用ガス噴出口、１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、
１５ｄ…イオン導入細孔、１６…イオン偏向電極、１７
…二次電子放出電極、１８…電子検出器、１９…イオン
取り込み口、２０…引き出し電極、２１、２１ａ、２１
ｂ…静電レンズ、２２…内側電極、２３…開口部、２４
…外側電極、２５、２５’…電極、２６…衝突室、２７
…キャピラリー、２８…電気泳動用電源、２９…発振
部、３０…電送路、３１…エンドキャップ、３２…リン
グ電極、３３…中間圧力部、３４…高真空部、３５…金
属円筒、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ…減圧部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小瀬 洋一 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所エネルギー研究所内
Claims (38)
- 【請求項１】試料を分離するための試料分離手段と、大
気圧下で試料分子のイオンを生成するイオン化部と、該
イオン化部で生成したイオンを真空中へ導入するイオン
導入細孔と、及びこの導入されたイオンを高周波電界に
より質量分析するための質量分析部とを有する質量分析
計において、前記イオンを前記質量分析部へ取り込むイ
オン取り込み口が前記イオン導入細孔の中心軸上からず
らして配置されたことを特徴とする質量分析計。 - 【請求項２】前記イオンを前記イオン導入細孔の中心軸
から偏向させる静電レンズを有することを特徴とする請
求項１に記載の質量分析計。 - 【請求項３】前記静電レンズが、円筒状の内側電極とそ
の外部に配置された外側電極により構成され、少なくと
も前記内側電極に開口部を複数個有することを特徴とす
る請求項２に記載の質量分析計。 - 【請求項４】前記外側電極に複数の開口部を有すること
を特徴とする請求項３に記載の質量分析計。 - 【請求項５】前記外側電極の前記開口部の開口面積を変
化させ、前記内側電極の開口部から前記内側電極を形成
する円筒内に浸透する電界の強度を変化させることを特
徴とする請求項４に記載の質量分析計。 - 【請求項６】前記内側電極及び／又は前記外側電極の電
極の両端部に異なる電位を印加し、前記両端部の電極の
間に電位降下を付与し前記内側電極を形成する円筒内に
浸透する電界強度を前記円筒の軸方向に変化させること
を特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載の
質量分析計。 - 【請求項７】前記イオン導入細孔の中心軸と前記静電レ
ンズを構成する円筒状電極の中心軸とが平行でかつ偏心
していることを特徴とする請求項３から請求項６のいず
れかに記載の質量分析計。 - 【請求項８】前記イオン導入細孔の中心軸と前記静電レ
ンズを構成する円筒状電極の中心軸とが角度を有してい
ることを特徴とする請求項３から請求項６のいずれかに
記載の質量分析計。 - 【請求項９】前記静電レンズを構成する円筒状電極の中
心軸が曲率を有することを特徴とする請求項３から請求
項６のいずれかに記載の質量分析計。 - 【請求項１０】前記静電レンズを加熱する手段を有する
ことを特徴とする請求項２から請求項９のいずれかに記
載の質量分析計。 - 【請求項１１】前記静電レンズを少なくとも２個有する
請求項３から請求項１０のいずれかに記載の質量分析
計。 - 【請求項１２】少なくとも一つの前記静電レンズの内径
がその他の前記静電レンズの内径と異なるを特徴とする
請求項３から請求項１１のいずれかに記載の質量分析
計。 - 【請求項１３】前記イオン導入細孔の中心軸と少なくと
も一つの前記静電レンズを構成する円筒状電極の軸を偏
心させることを特徴とする請求項１１あるいは請求項１
２に記載の質量分析計。 - 【請求項１４】前記イオン導入細孔の中心軸と少なくと
も一つの前記静電レンズを構成する円筒状電極の軸とが
角度を有していることを特徴とする請求項１１から請求
項１３のいずれかに記載の質量分析計。 - 【請求項１５】少なくとも一つの前記静電レンズを構成
する円筒状電極の中心軸が曲率を有することを特徴とす
る請求項１１から請求項１４のいずれかに記載の質量分
析計。 - 【請求項１６】前記内側電極あるいは前記外側電極の少
なくともいずれか一方を導電性樹脂により作成すること
を特徴とする請求項３から請求項１５のいずれかに記載
の質量分析計。 - 【請求項１７】前記内側電極あるいは前記外側電極の少
なくともいずれか一方を絶縁材表面に導電性の膜を形成
して構成することを特徴とする請求項３から請求項１６
のいずれかに記載の質量分析計。 - 【請求項１８】前記外側電極を金属性のメッシュにより
形成することを特徴とする請求項３から請求項１７のい
ずれかに記載の質量分析計。 - 【請求項１９】前記質量分析部を四重極型とすることを
特徴とする請求項１から請求項１８のいずれかに記載の
質量分析計 - 【請求項２０】前記質量分析部をイオントラップ型とす
ることを特徴とする請求項１から請求項１８のいずれか
に記載の質量分析計 - 【請求項２１】前記試料分離手段が液体クロマトグラフ
ィであることを特徴とする請求項１から請求項２０のい
ずれかに記載の質量分析計。 - 【請求項２２】前記試料分離手段がキャピラリー電気泳
動装置であることを特徴とする請求項１から請求項２０
のいずれかに記載の質量分析計。 - 【請求項２３】前記試料分離手段が超臨界流体クロマト
グラフィであることを特徴とする請求項１から請求項２
０のいずれかに記載の質量分析計。 - 【請求項２４】液体クロマトグラフからの溶出液を細管
の一端に導入し前記細管の他の端から前記溶出液を噴霧
しイオンを生成する噴霧イオン源と、この生成したイオ
ンを真空中に導入するイオン導入細孔と、この導入され
たイオンを質量分析部へと取り込むイオン取り込み口
と、この取り込まれたイオンを高周波電界により質量分
析する四重極型質量分析部とを有する質量分析計におい
て、前記イオンを前記イオン導入細孔の中心軸から偏向
させる静電レンズを有し、前記静電レンズが円筒状の内
側電極とその外側に配置された外側電極より構成され、
少なくとも前記内側電極に開口部を複数個有し、かつ前
記イオン取り込み口が前記イオン導入細孔の中心軸上か
らずらして配置されたことを特徴とする質量分析計。 - 【請求項２５】試料分子のイオンを生成するイオン化部
と、この生成したイオンを真空中に導入するイオン導入
細孔と、この導入されたイオンを質量分析部へと取り込
むイオン取り込み口と、この取り込まれたイオンを質量
分析する質量分析部を複数個有し、少なくとも第一段目
の質量分析部が高周波電界により質量分析する質量分析
計において、前記イオンを前記イオン導入細孔の中心軸
から偏向させる静電レンズが前記イオン導入細孔と第一
段目の前記質量分析部の間に配置され、前記静電レンズ
が円筒状の内側電極とその外側に配置された外側電極よ
り構成され、少なくとも前記内側電極に開口部を複数個
有し、かつ前記イオン取り込み口が前記イオン導入細孔
の中心軸上からずらして配置されたことを特徴とする質
量分析計。 - 【請求項２６】液体クロマトグラフからの溶出液を細管
の一端に導入し細管の他の端から溶液を噴霧しイオンを
生成する噴霧イオン源と、この生成したイオンを真空中
に導入するイオン導入細孔と、及びこの導入されたイオ
ンを質量分析部へと取り込むイオン取り込み口と、この
取り込まれたイオンを高周波電界により閉じ込めるイオ
ントラップ型質量分析部とを有する質量分析計におい
て、前記イオンを前記イオン導入細孔の中心軸から偏向
させる静電レンズを有し、前記静電レンズが円筒状の内
側電極とその外側に配置された外側電極より構成され、
少なくとも前記内側電極に開口部を複数個有し、かつ前
記イオン取り込み口が前記イオン導入細孔の中心軸上か
らずらして配置されたことを特徴とする質量分析計。 - 【請求項２７】プラズマを発生させそのプラズマ中に試
料を導入することによりイオンを生成するイオン源と、
この生成したイオンを真空中へ導入するイオン導入細孔
と、この導入されたイオンを質量分析部へと取り込むイ
オン取り込み口と、この取り込まれたイオンを高周波電
界により質量分析するための質量分析部とを有する質量
分析計において、前記イオンを前記イオン導入細孔の中
心軸から偏向させる静電レンズを有し、前記静電レンズ
が、円筒状の内側電極とその外部に配置された外側電極
により構成され、少なくとも前記内側電極に開口部を複
数個有し、かつ前記イオン取り込み口が前記イオン導入
細孔の中心軸上からずらして配置されたことを特徴とす
る質量分析計。 - 【請求項２８】試料分子のイオンを生成するイオン化部
と、この生成したイオンを真空中に導入するイオン導入
細孔と、及びこの導入されたイオンを質量分析部へと取
り込むイオン取り込み口、この取り込まれたイオンを高
磁場中で回転運動させその回転周波数により質量分析す
るフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴型質量分析部
とを有する質量分析計において、前記イオン取り込み口
が前記イオン導入細孔の中心軸上からずらして配置され
たことを特徴とする質量分析計。 - 【請求項２９】前記イオンを前記イオン導入細孔の中心
軸から偏向させる静電レンズを有することを特徴とする
請求項２８に記載の質量分析計。 - 【請求項３０】前記静電レンズが、円筒状の内側電極と
その外部に配置された外側電極により構成され、少なく
とも前記内側電極に開口部を複数個有することを特徴と
する請求項２９に記載の質量分析計。 - 【請求項３１】前記内側電極の円筒の軸方向の両端部が
圧力の異なる減圧部に配置されたことを特徴とする静電
レンズ。 - 【請求項３２】円筒状の内側電極とその外部に配置され
た外側電極により構成され、少なくとも前記内側電極に
開口部を複数個有する静電レンズにおいて、前記外側電
極に、前記静電レンズの排気コンダクタンスを高め、前
記内側電極の円筒内の真空度を保つための開口部を設け
ることを特徴とする静電レンズ。 - 【請求項３３】前記外側電極の前記開口部のそれぞれの
開口面積を変化させ、前記内側電極の前記開口部から前
記内側電極の円筒内に浸透する電界の強度を変化させる
ことを特徴とする請求項３２に記載の静電レンズ。 - 【請求項３４】円筒状の内側電極とその外部に配置され
た外側電極により構成され、少なくとも前記内側電極に
開口部を複数個設けた静電レンズにおいて、前記内側電
極あるいは前記外側電極の少なくとも一方の電極の両端
部に異なる電位を印加し、前記両端部の間の電位降下に
より前記内側電極の円筒内に浸透する電界強度を前記円
筒の軸方向に変化させることを特徴とする静電レンズ。 - 【請求項３５】円筒状の内側電極とその外部に配置され
た外側電極により構成され、少なくとも前記内側電極に
開口部を複数個設けた静電レンズにおいて、前記内側電
極あるいは前記外側電極の少なくともいずれか一方を導
電性樹脂により形成することを特徴とする静電レンズ。 - 【請求項３６】円筒状の内側電極とその外部に配置され
た外側電極により構成され、少なくとも前記内側電極に
開口部を複数個設けた静電レンズにおいて、前記内側電
極あるいは前記外側電極の少なくともいずれか一方を絶
縁材表面に導電性の膜を形成して構成することを特徴と
する静電レンズ。 - 【請求項３７】円筒状の内側電極とその外部に配置され
た外側電極により構成され、少なくとも前記内側電極に
開口部を複数個設けた静電レンズにおいて、前記外側電
極を金属メッシュにより構成することを特徴とする静電
レンズ。 - 【請求項３８】円筒状の内側電極とその外部に配置され
た外側電極により構成され、少なくとも前記内側電極に
開口部を複数個設けた静電レンズにおいて、前記内側電
極と前記外側電極の少なくともいずれか一方を加熱する
手段を有することを特徴とする静電レンズ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23283393A JP3367719B2 (ja) | 1993-09-20 | 1993-09-20 | 質量分析計および静電レンズ |
| US08/302,555 US5481107A (en) | 1993-09-20 | 1994-09-08 | Mass spectrometer |
| US08/555,192 US5663560A (en) | 1993-09-20 | 1995-11-08 | Method and apparatus for mass analysis of solution sample |
| US08/919,785 US6005245A (en) | 1993-09-20 | 1997-08-29 | Method and apparatus for ionizing a sample under atmospheric pressure and selectively introducing ions into a mass analysis region |
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JPH0785834A true JPH0785834A (ja) | 1995-03-31 |
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