JPH1154085A - 多重極質量分析計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多重極電極を容易に高精度で組立てることが
できる多重極質量分析計を提供する。 【解決手段】 多重極電極を構成する複数の電極を、一
体形成した基体上に形成することによって、電極間の高
精度で容易な組立および位置決めを可能とする。多重極
質量分析計１は、多重極電極４に高周波電圧と直流流電
圧の重畳電圧を印加し、イオン源２からのイオン電流を
多重極電極４を通過させて検出器５で検出する質量分析
計であり、断面形状が双曲線または双曲線に近似する曲
線の突出部を、所定間隔で複数個配列する絶縁材からな
る少なくとも一つの基体と、基体の双曲線または双曲線
に近似する曲線の形状面のイオン電流軸側に、基体の軸
方向に沿って形成される電極を備え、各イオン電流軸を
囲んで所定間隔で配置される電極で複数個の四重極を形
成し、各四重極を形成する電極の内で四重極を通過する
イオン電流軸を挟んで対向する電極対の電位を同一電位
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、質量スペクトル等
の部に用いる多重極質量分析計に関する。

【０００２】

【従来の技術】多重極質量分析計は、電界を用いて質量
−電荷比によってイオン化粒子を分離して物質の化学組
成を分析する装置であり、質量スペクトルのピーク位置
から試料の定性分析を行い、ピーク強度から定量分析を
行うことができる。多重極質量分析計は、イオン化した
試料を質量／電荷数の比に応じた分離を行う手段として
複数本の電極を備え、各電極によって複数個の四重極電
極を組み合わせた構成としている。各四重極電極は、イ
オン源と検出器との間に設けた４本の電極の内、対向す
る電極を一対として各々に正および負の直流電圧Ｕ（＋
Ｕ，−Ｕ）と高周波電圧Ｖｃｏｓωｔを重畳した電圧±
（Ｕ＋Ｖｃｏｓωｔ）を印加する。イオン源で生成した
イオン電流を加速して電極間隙に導き、測定対象外の質
量のイオン粒子を電極に引きつけて除き、電極間を通過
したイオン粒子のみをイオン検出器で検出する。この四
重極の電極を通過するイオンは、Ｕ／Ｖを一定に保って
おけば、電荷数ｚと質量ｍの比ｍ／ｚが直流電圧と比例
関係にあるため、Ｕ／Ｖを一定に保持しながらＶを変化
させることによって、各質量に対するイオン粒子の検出
を行うことができる。

【０００３】図１０は従来の多重極質量分析計の多重極
電極の電極構成を説明するための概略図である。図１０
に示す多重極電極は９本の電極により４つのイオン電流
ビームが通過する空間を形成し、これによって、イオン
電流ビームが１つのものと比較して検出感度を向上させ
ている。従来、この電極は９本の円柱状のロッド電極８
ａ〜８ｉを所定の間隔を開けて並列に配列することによ
って形成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の多重極質量分析
計では、多数の円柱状のロッド電極を数μｍ程度の精度
で組み合わせる必要があり、組立や位置合わせに手間が
かかり、大量生産に不向きであるという問題点がある。

【０００５】また、ロッド電極の形状を双曲線形状に精
度良き切削加工する場合には、手間がかかると共に、高
価となるという問題点もある。

【０００６】そこで、本発明は前記した従来の多重極質
量分析計の問題点を解決し、多重極電極を容易に高精度
で組立てることができる多重極質量分析計を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の多重極質量分析
計は、多重極電極を構成する複数の電極を、一体成形し
た基体上に形成することによって、電極間の高精度で容
易な組立および位置決めを可能とする。

【０００８】本発明の多重極質量分析計は、多重極電極
に高周波電圧と直流流電圧の重畳電圧を印加し、イオン
源からのイオン電流を該多重極電極を通過させて検出器
で検出する質量分析計において、断面形状が双曲線また
は双曲線に近似する曲線の突出部を、所定間隔で複数個
配列する絶縁材からなる少なくとも一つの基体と、基体
の双曲線または双曲線に近似する曲線の形状面のイオン
電流軸側に、基体の軸方向に沿って形成される電極を備
え、各イオン電流軸を囲んで所定間隔で配置される電極
で複数個の四重極電極を形成し、各四重極電極を形成す
る電極の内で四重極電極を通過するイオン電流軸を挟ん
で対向する電極対の電位を同一電位とする。

【０００９】本発明の多重極質量分析計によれば、基体
上に形成された複数の電極の内、イオン電流ビームが通
過するイオン電流軸を囲む位置にある４つの電極によっ
て四重極電極を構成する。この四重極電極の対角線位置
にある各電極対に、正および負の直流電圧Ｕ（＋Ｕ，−
Ｕ）と高周波電圧Ｖｃｏｓωｔを重畳した電圧±（Ｕ＋
Ｖｃｏｓωｔ）を印加することによって、従来と同様の
四重極質量分析計を構成する。 基体上に形成された複
数の電極において、対角線位置にある２つの電極対の印
加電圧が±（Ｕ＋Ｖｃｏｓωｔ）となる４つの電極の組
み合わせを構成することによって、複数個の四重極電極
を備えた多重極電極を構成することができ、各四重極電
極に対してイオン電流を通し、それぞれ検出器で検出す
ることによって多重極電極による質量分析を行うことが
できる。このとき、隣接する四重極電極の一部に電極は
共通して使用されることになる。

【００１０】本発明の実施態様は、基体上への電極の形
成を金属薄膜蒸着で行うものであり、これによって、複
数の電極の形成を同時に行うことができ、工程数を低減
することができる。また、本発明の実施態様は、基体上
への電極の形成と同時に配線を金属薄膜蒸着によって行
うものであり、これによって、配線量や配線工程を軽減
することができる。

【００１１】本発明の実施態様は、複数の電極を形成す
る基体を構成モジュールとし、この基体を複数個配列し
て多重極電極を構成するものであり、これによって、基
体および基体上の電極の形成を容易とすることができ
る。また、モジュールを構成する基体を同一形状とする
ことにより、多数の基体の形成を容易とすることができ
る。

【００１２】本発明の実施態様は、複数の電極を形成す
る基体を、大きさの異なる相似形状で形成し、基体間で
隣接する電極間の距離が等間隔となるよう配置するもの
である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照しながら詳細に説明する。本発明の実施の形態の構
成例について、図１の本発明の多重極質量分析計を説明
するための概略構成図を用いて説明する。図１は、本発
明の多重極質量分析計の要部を示し、制御回路部分につ
いては省略している。多重極質量分析計１は、イオン源
２と、レンズ３と、多重極電極４およびファラデー検出
器等のイオン検出器５を順に配列して構成され、多重極
電極４は両端に配した電極支持部７ａ，７ｂによって位
置決めおよび支持を行っている。

【００１４】図１に示す多重極電極４は、従来９本のロ
ッド電極を３列×３行に配列して形成される多重極電極
を構成する例を示している。この多重極電極４は、４つ
の四重極電極の構成を並行配置した構成であり、共通の
イオン源２から放出されたイオン電流ビームはレンズ３
で４つのイオン電流ビームに分けられ、各イオン電流ビ
ームはそれぞれの各四重極電極内を通過し、各四重極電
極に対応する４個のイオン検出器５で検出される。した
がって、電極支持部７ａ，７ｂには、各イオン電流ビー
ムが通過する開口部が形成されている。なお、各四重極
電極内を通過するイオン電流ビームは同一種のものであ
るので、４個のイオン検出器５は、複数のイオン電流ビ
ームを検出する大型の検出器数個（＜４）で代用するこ
ともできる。

【００１５】以下、多重極電極の構成例について、図２
の斜視図および図３の断面図を用いて説明する。なお、
この構成例は４つの四重極電極の構成を並行配置した場
合を示している。図２の斜視図および図３の断面図にお
いて、多重極電極４はセラミックやガラス等の絶縁体で
成形される基体４０と、該基体４０の内面に形成される
電極面５１，５２、および中央に配置される電極４３を
備える。基体４０は、中央が貫通した筒状体であり、基
体に軸方向に沿って突出部４１，４２が形成される。突
出部４１，４２および中央の電極４３の断面形状は、双
曲線または双曲線に近似する曲線とする。この断面形状
は、基体４本体の成形時に形成することができる。

【００１６】突出部４１，４２は、四重極電極の各電極
部分を構成し、内面部分に金属薄膜を蒸着等で形成され
た電極面が設けられる。なお、図２，３では、基体４０
の角部分の内側に突出した突出部を４１で示し、基体４
０の平面部分の内側に突出した突出部を４２で示してい
る。また、基体４０の中央部分に配置される電極４３
は、金属製ロッドにより形成することも、また、基体４
０と一体に成形したロッド状の絶縁体に金属薄膜蒸着を
施して形成することもできる。

【００１７】各突出部４１，４２の間隔、および突出部
４１，４２と電極４３との間隔は、所望とする四重極電
極の電界に応じて所定の間隔を設定する。図３におい
て、基体４０の各四隅には内側に突出した突出部４１ａ
〜４１ｄが形成され、基体４０の各四辺には内側に突出
した突出部４２ａ〜４２ｄが形成され、それぞれ内面に
電極面５１ａ〜５１ｄと電極面５２ａ〜５２ｄが形成さ
れ、中央の電極４３には電極面５３が形成されている。

【００１８】上記電極の内、４つの電極面５１ａ，５２
ａ，５２ｄ，および５３によって１つの四重極電極４４
ａが構成され、イオン電流ビームは４つの電極面で囲ま
れた四重極電極の空間を軸方向に進んでイオン検出器で
検出される。同様に、四重極電極４４ｂは４つの電極面
５１ｂ，５２ａ，５２ｂ，および５３によって構成さ
れ、四重極電極４４ｃは４つの電極面５１ｃ，５２ｂ，
５２ｃ，および５３によって構成され、四重極電極４４
ｄは４つの電極面５１ｄ，５２ｃ，５２ｄ，および５３
によって構成される。

【００１９】図２，３に示す構成の多重極電極４におい
て、各電極面への電圧印加は、例えば、中央の電極面５
３を含んで対角線上に並ぶ５つの電極面に正の直流電圧
に数ＭＨｚの高周波を重畳した電圧＋（Ｕ＋Ｖｃｏｓω
ｔ）を印加し、残りの対角線上に並ぶ４つの電極面に負
の直流電圧に数ＭＨｚの高周波を重畳した電圧−（Ｕ＋
Ｖｃｏｓωｔ）を印加する。なお、印加する電圧の正、
負は逆とすることもできる。

【００２０】イオン源２からイオン電流ビームを数ｅＶ
程度のエネルギーで４個所の電極間に導入する。４個所
の電極間には四重極電場が構成されているため、Ｕ／Ｖ
を一定とすると共にＶを変化させることによって、導入
したイオン電流ビームから（質量／電荷数）の比に応じ
て四重極電極を通過できるイオンを選択分離する。分離
されたイオン電流は、ファラデー検出器等のイオン検出
器で検出される。

【００２１】以下、多重極電極に電圧を印加するための
配線構成について、図４，５の斜視図および図６の展開
図を用いて説明する。図４は、図２の多重極電極４の一
方側から見た配線構成を示している。基体４０の外周面
には配線７１が形成され、基体４０の端面において電極
面５２ａ〜５２ｄと連続して形成される。この構成によ
って、配線７１を通して電極面５２ａ〜５２ｄに同一の
電圧を印加することができる。また、図５は、図２の多
重極電極４の他方側から見た配線構成を示している。基
体４０の外周面には配線７２が形成され、基体４０の端
面において電極面５１ａ〜５１ｄと連続して形成され
る。この構成によって、配線７２を通して電極面５１ａ
〜５１ｄに同一の電圧を印加することができる。

【００２２】図６は展開図であり、基体４０の外周面に
は配線７１と７２が形成され、基体４０の内周面には、
電極面５１ａ〜５１ｄと５２ａ〜５２ｄが交互に非蒸着
部分を挟んで形成される。なお、配線７１，７２は電極
面５１ａ〜５１ｄ，５２ａ〜５２ｄの金属薄膜蒸着と同
時に形成することができる。

【００２３】次に、多重極電極の他の構成例について、
図７、８を用いて説明する。図７に示す構成例は、図２
に示す構成の多重極電極を１つのモジュールとし、これ
らの多重極電極を複数個組み合わせた構成であり、４つ
のモジュール４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを軸方向に並列に
配置して構成している。なお、多重極電極のモジュール
の配置数は、任意に設定することができる。この構成に
よれば、１モジュールの多重極電極では、各電極間の組
立の容易さおよび組立精度は基体４０の成形で定まり、
各モジュール間の組立精度に影響されることがない。

【００２４】図８に示す構成例は、複数の電極を形成す
る基体を環状に形成すると共に、相似形状の大きさの異
なる複数個の基体によって構成するものであり。図８に
示し構成例では、２つの基体４０Ａ，４０Ｂ，および中
央の電極４０Ｃにより構成した例を示している。基体４
０Ａは図２で示した基体と同様の構成であって、突出部
の個数を増加させ、内面に電極面を形成している。ま
た、基体４０Ｂは基体４０Ａの内側に配置され、内面と
共に外面にも電極面を形成する。さらに、基体４０Ｂの
内側には電極４０Ｃが配置される。

【００２５】上記構成において、基体４０Ａの内面の電
極面と基体４０Ｂの外面の電極面とによって、４４ａ〜
４４ｌで示される四重極電極が形成される。また、基体
４０Ｂの内面の電極面と電極４０Ｃとによって、４４ｍ
〜４４ｐで示される四重極電極が形成される。これによ
って、図８の構成によれば、基体４０Ａと基体４０Ｂに
よって１２個の四重極電極を構成することができ、基体
４０Ｂと電極４０Ｃによって４個の四重極電極を構成す
ることができる。したがって、３つの構成部分によって
合計１６個の四重極電極を構成することができる。

【００２６】以下、本発明の多重極質量分析計を駆動す
る制御回路の構成について、図９を用いて説明する。図
９において、制御回路６は、イオン源２を制御するイオ
ン源制御回路６１と、レンズ３に電圧を印加するための
レンズ電源を備え、さらに高周波電源６５と直流電源６
６とを備える。多重極電極４には、高周波電源６５と直
流電源６６とを接続した重畳回路６３が接続され、高周
波電圧と直流電圧とを重畳した電圧が印加される。ま
た、イオン検出器には検出器用高圧電源６４が接続され
る。高周波電源６５と直流電源６６は、電源制御回路６
７によって印加電圧の調整が行われる。

【００２７】電源制御回路６７および検出器用高圧電源
６４の制御は、インターフェース回路６０からの制御信
号により行われる。インターフェース回路６０は、イオ
ン検出器５からの検出信号を信号増幅器６８，Ａ／Ｄ変
換器６９を介して入力し、検出信号の信号処理および制
御信号の生成を行う。なお、インターフェース回路６０
は通信ポートを介して図示しない外部の制御装置と接続
し、データおよび制御信号の送受信を行うこともでき
る。

【００２８】上記実施形態によれば、多重極信号分析計
を構成する構成部分の点数を減少させ、組立が容易とな
る。また、高精度の配置間隔を要する電極配置を、一体
形成の基体上に金属薄膜蒸着等の形成手法で形成するこ
とにより、電極配置の位置精度を高めることができる。

【００２９】上記実施形態によれば、多重極電極を絶縁
体で一体成形するため、双曲線状の断面形状も容易に形
成することができる。

【００３０】上記実施形態によれば、小型で高感度の多
重極信号分析計を、安価に提供することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の多重極質
量分析計によれば、多重極電極を容易に高精度で組立て
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多重極質量分析計を説明するための概
略構成図である。

【図２】本発明の多重極電極の構成例を説明するための
斜視図である。

【図３】本発明の多重極電極の構成例を説明するための
断面図である。

【図４】本発明の多重極電極に電圧を印加するための配
線構成を説明するための斜視図である。

【図５】本発明の多重極電極に電圧を印加するための配
線構成を説明するための斜視図である。

【図６】本発明の多重極電極に電圧を印加するための配
線構成を説明するための展開図である。

【図７】本発明の多重極電極の他の構成例を説明するた
めの斜視図である。

【図８】本発明の多重極電極の他の構成例を説明するた
めの断面図である。

【図９】本発明の多重極質量分析計を駆動する制御回路
の構成を説明するための概略図である。

【図１０】従来の多重極質量分析計の多重極電極の電極
構成を説明するための概略図である。

【符号の説明】

１…多重極質量分析計、２…イオン源、３…レンズ、
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ…多重極電極、５…イオン
検出器、６…制御回路、７ａ，７ｂ…電極支持部、４０
…基体、４１，４２…突出部、４３…電極、４４…四重
極電極、５１，５２，５３…電極面、６０…インターフ
ェース回路、６１…イオン源制御回路、６２…レンズ電
源回路、６３…重畳回路、６４…高圧電源、６５…高周
波電源、６６…直流電源、６７…電源制御回路、６８…
信号増幅器、６９…Ａ／Ｄ変換器、７１，７２…配線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多重極電極に高周波電圧と直流電圧の重
   畳電圧を印加し、イオン源からのイオン電流を多重極電
   極を通過させて検出器で検出する質量分析計において、
   断面形状が双曲線または双曲線に近似する曲線の突出部
   を、所定間隔で複数個配列する絶縁材からなる少なくと
   も一つの基体と、基体の双曲線または双曲線に近似する
   曲線の形状面のイオン電流軸側に、基体の軸方向に沿っ
   て形成される電極を備え、各イオン電流軸を囲んで前記
   所定間隔で配置される電極によって複数個の四重極電極
   を形成し、各四重極電極を形成する電極の内で該四重極
   電極を通過するイオン電流軸を挟んで対向する電極対は
   同一電位であることを特徴とする多重極質量分析計。