JPWO2012124041A1 - Ion guide and mass spectrometer - Google Patents

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Abstract

コリジョンセル(4)のセル室(43)内に設置される湾曲型のイオンガイド(40)は、湾曲状中心軸Oを囲んで配置された4本の湾曲状ロッド電極(412、414)と、湾曲状ロッド電極を囲む湾曲円筒状の抵抗体(42)とを含む。4本の湾曲状ロッド電極には高周波電圧が印加され、抵抗体の入口側端部と出口側端部とにはそれぞれ異なる直流電圧が印加される。それにより、湾曲状ロッド電極で囲まれる空間にはイオン収束用の高周波電場に重畳して、イオンを湾曲内方に誘引する偏向用の直流電場が形成され、さらにこの直流電場の強さは入口側から出口側に向かうに従い弱くなる。コリジョンセル内に導入されたイオンはCIDガスと接触して解離するためイオンがもつ運動エネルギはイオンが進むに従い小さくなるが、イオンが湾曲内方に誘引される力も弱くなるため、曲がり不足や曲がりすぎを回避してイオンガイド出口までイオンを効率良く導くことができる。The curved ion guide (40) installed in the cell chamber (43) of the collision cell (4) includes four curved rod electrodes (412, 414) disposed around the curved central axis O. And a curved cylindrical resistor (42) surrounding the curved rod electrode. A high frequency voltage is applied to the four curved rod electrodes, and different DC voltages are applied to the inlet side end and the outlet side end of the resistor. As a result, a DC electric field for deflection is formed in the space surrounded by the curved rod electrode, which is superimposed on the high frequency electric field for ion focusing and attracts ions to the inside of the curve. It becomes weaker from the side toward the exit side. The ions introduced into the collision cell are dissociated by contact with the CID gas, so the kinetic energy of the ions decreases as the ions progress. It is possible to efficiently guide ions to the ion guide outlet while avoiding the excess.

Description

本発明は、イオンを収束させつつ輸送するためのイオンガイド、さらに詳しくは、イオンを開裂させるコリジョンセルの内部に配設されるのに好適なイオンガイドと、該イオンガイドを用いた質量分析装置に関する。  The present invention relates to an ion guide for transporting ions while converging them, and more specifically, an ion guide suitable for being disposed inside a collision cell for cleaving ions, and a mass spectrometer using the ion guide About.

三連四重極型質量分析装置は、イオンを質量電荷比m/zに応じて分離する機能をもつ前段四重極マスフィルタ(いわゆるQ1)と後段四重極マスフィルタ(いわゆるQ3)との間に、イオンを開裂させるコリジョンセルを備えており、前段四重極マスフィルタにおいて選択された特定の質量電荷比をもつイオン(プリカーサイオン)をコリジョンセルにおいて開裂させ、それにより生成された各種のプロダクトイオンの中で特定の質量電荷比をもつイオンを後段四重極マスフィルタで選択して検出することが可能である。一般的に、三連四重極型質量分析装置では、前段四重極マスフィルタ、コリジョンセル、後段四重極マスフィルタが直列的に配置されるため、通常の四重極型質量分析装置と比べると装置全体のサイズがかなり大きくなる。  The triple quadrupole mass spectrometer includes a front quadrupole mass filter (so-called Q1) and a post-quadrupole mass filter (so-called Q3) having a function of separating ions according to the mass-to-charge ratio m / z. In the meantime, a collision cell for cleaving ions is provided, and ions (precursor ions) having a specific mass-to-charge ratio selected in the preceding quadrupole mass filter are cleaved in the collision cell, and various kinds of ions generated thereby Among the product ions, ions having a specific mass-to-charge ratio can be selected and detected by the subsequent quadrupole mass filter. Generally, in a triple quadrupole mass spectrometer, a front quadrupole mass filter, a collision cell, and a rear quadrupole mass filter are arranged in series. In comparison, the overall size of the device is considerably increased.

三連四重極型質量分析装置において装置サイズを小さくするために、特許文献1に記載の装置では、コリジョンセルが略180°湾曲された形状(円環を直径で半分に切断したような形状)となっている。これにより、コリジョンセルへのイオンの導入方向とコリジョンセルからのイオンの導出方向とが反対方向になるため、前段四重極マスフィルタと後段四重極マスフィルタとを近接して配置することが可能となり、装置全体をコンパクトに収めることができる。この装置では、コリジョンセル内に配設された湾曲形状のイオンガイド(いわゆるq2)には、一般的な直線状のイオンガイドと同様に高周波電圧が印加されており、湾曲形状となる高周波電場の作用によりイオンを収束させつつ、その電場の軸に沿ってイオンを湾曲させながら輸送するようにしている。  In order to reduce the apparatus size in a triple quadrupole mass spectrometer, the apparatus described in Patent Document 1 has a shape in which a collision cell is curved by approximately 180 ° (a shape in which an annulus is cut in half by a diameter). ). As a result, the ion introduction direction to the collision cell and the ion derivation direction from the collision cell are opposite to each other, so that the front quadrupole mass filter and the rear quadrupole mass filter can be arranged close to each other. It becomes possible, and the whole apparatus can be stored compactly. In this apparatus, a high-frequency voltage is applied to a curved ion guide (so-called q2) disposed in the collision cell in the same manner as a general linear ion guide. While the ions are converged by the action, the ions are transported while being curved along the electric field axis.

ただし、コリジョンセルに導入されるイオンは数十eVという大きなコリジョンエネルギ(運動エネルギ)を与えられているため、高周波電場による拘束作用だけでイオン軌道を湾曲させるのは困難である。そのため、特許文献1に開示された装置では、コリジョンセル入口付近では或る程度の長さ、直線的にイオンを飛行させるようにし、その部分で衝突誘起解離(CID)を実施してイオンの運動エネルギを減衰させ、CIDにより生成された比較的エネルギの低いプロダクトイオンの軌道を高周波電場の作用により曲げるようにしている。しかしながら、イオンの運動エネルギを或る程度下げたとしても、高周波電場のみの作用でイオン軌道を大きく曲げることは容易ではなく、イオンの収束効率、輸送効率はあまり高くない。そのため、検出感度は低い。また、コリジョンセルの入口部分に或る程度の長さの直線部を設ける必要があるため、コリジョンセル自体が大きくなり、装置サイズを小さくする効果も減じてしまう。  However, since ions introduced into the collision cell are given a large collision energy (kinetic energy) of several tens of eV, it is difficult to curve the ion trajectory only by the restraining action by the high-frequency electric field. Therefore, in the apparatus disclosed in Patent Document 1, ions are caused to fly linearly for a certain length in the vicinity of the collision cell entrance, and collision induced dissociation (CID) is performed in that portion to move the ions. The energy is attenuated, and the trajectory of the relatively low energy product ions generated by the CID is bent by the action of the high frequency electric field. However, even if the kinetic energy of ions is lowered to some extent, it is not easy to bend the ion trajectory greatly by the action of only the high-frequency electric field, and the ion convergence efficiency and transport efficiency are not so high. Therefore, the detection sensitivity is low. In addition, since it is necessary to provide a linear portion having a certain length at the entrance portion of the collision cell, the collision cell itself becomes large, and the effect of reducing the apparatus size is also reduced.

ところで、高周波電場を利用してイオンを後段へと輸送する一般的なイオンガイドとして、特に中性粒子を除去することを目的とした、湾曲状のロッド電極を用いた湾曲型イオンガイドが知られている(特許文献2など参照)。  By the way, as a general ion guide for transporting ions to a subsequent stage using a high-frequency electric field, a curved ion guide using a curved rod electrode, which is particularly intended to remove neutral particles, is known. (Refer to patent document 2 etc.).

図10は湾曲型イオンガイドの一例の概略斜視図である。図示するように、このイオンガイド40は4本の湾曲状ロッド電極401、402、403、404を備え、試料由来のイオンは高周波電場の影響によりイオンガイド40の形状に沿って曲がりながら進む一方、電荷を持たない中性粒子は高周波電場の影響を受けないためイオンガイド40内部を直進し、途中でイオンガイド40の外側に排出されてしまったり湾曲状ロッド電極401〜404に接触してしまったりして除去される。  FIG. 10 is a schematic perspective view of an example of a curved ion guide. As shown in the figure, the ion guide 40 includes four curved rod electrodes 401, 402, 403, and 404, and ions derived from the sample travel while bending along the shape of the ion guide 40 due to the influence of the high-frequency electric field, Since neutral particles having no electric charge are not affected by the high-frequency electric field, they travel straight through the ion guide 40 and are discharged to the outside of the ion guide 40 or come into contact with the curved rod electrodes 401 to 404. To be removed.

イオンガイド40に導入されるイオンは或る程度大きな運動エネルギを有しているため、高周波電場のみによってイオンを収束させつつ湾曲状経路に沿って曲げることは実際には難しい。そこで、特許文献2に記載の湾曲型イオンガイドでは、ロッド電極自体を湾曲形状とするだけでなく、湾曲状ロッド電極、又は湾曲状ロッド電極とは別に補助的に設けた電極に偏向用の直流電圧を印加することにより、イオンを湾曲状経路の内方(図10中の矢印Rの方向)に曲げるような力を作用させる直流電場を湾曲状ロッド電極で囲まれる空間に形成している。  Since the ions introduced into the ion guide 40 have a certain amount of kinetic energy, it is actually difficult to bend along the curved path while focusing the ions only by the high-frequency electric field. Therefore, in the curved ion guide described in Patent Document 2, not only the rod electrode itself has a curved shape, but also the curved rod electrode or a direct current for deflection on an electrode provided separately from the curved rod electrode. By applying a voltage, a DC electric field that applies a force that bends ions inwardly in the curved path (in the direction of arrow R in FIG. 10) is formed in a space surrounded by the curved rod electrode.

図11及び図12は、特許文献2における湾曲状ロッド電極及び補助電極とそれら電極に電圧を印加する回路ブロックの構成図である。図11は補助電極を設けない構成であり、図中の白抜矢印はこの湾曲型イオンガイド40の湾曲状経路の内方(円弧の一部である湾曲状中心軸の半径方向且つ内周方向)を示している。電圧源601〜604は、4本の湾曲状ロッド電極401〜404のうちの対向する2本の湾曲状ロッド電極402、404には高周波電圧VRFを印加し、他の2本の湾曲状ロッド電極401、403には振幅が同一で極性が逆である高周波電圧−VRFを印加する。これにより、湾曲状ロッド電極401〜404で囲まれる空間には、上述したようにイオンを振動させつつ収束させる高周波電場が形成される。これに加えて、電圧源601〜604は、湾曲状経路内方側に位置する2本の湾曲状ロッド電極401、402には分析対象であるイオン(この例では正イオン)と逆極性である直流電圧−VDEFを印加し、湾曲状経路外方側に位置する2本の湾曲状ロッド電極403、404には分析対象であるイオンと同極性である直流電圧VDEFを印加している。これにより、湾曲状ロッド電極401〜404で囲まれる空間にはイオンを湾曲状経路の内方、つまり図中の白抜き矢印の方向へと誘引する直流電場が形成される。11 and 12 are configuration diagrams of a curved rod electrode and auxiliary electrode and a circuit block that applies a voltage to these electrodes in Patent Document 2. FIG. FIG. 11 shows a configuration in which an auxiliary electrode is not provided, and a white arrow in the drawing indicates the inside of the curved path of the curved ion guide 40 (in the radial direction and the inner circumferential direction of the curved central axis that is a part of the arc). ). The voltage sources 601 to 604 apply a high-frequency voltage V RF to the two curved rod electrodes 402 and 404 facing each other among the four curved rod electrodes 401 to 404, and the other two curved rods. A high frequency voltage −V RF having the same amplitude and the opposite polarity is applied to the electrodes 401 and 403. Thereby, in the space surrounded by the curved rod electrodes 401 to 404, a high-frequency electric field that converges ions while vibrating is formed as described above. In addition, the voltage sources 601 to 604 are opposite in polarity to the ions to be analyzed (positive ions in this example) on the two curved rod electrodes 401 and 402 located on the inner side of the curved path. A DC voltage −V DEF is applied, and a DC voltage V DEF having the same polarity as the ions to be analyzed is applied to the two curved rod electrodes 403 and 404 positioned on the outer side of the curved path. As a result, a DC electric field that attracts ions inward of the curved path, that is, in the direction of the white arrow in the figure, is formed in the space surrounded by the curved rod electrodes 401 to 404.

図12は補助電極405、406を設けた構成であり、電圧源605、606は、4本の湾曲状ロッド電極401〜404のうちの対向する2本の湾曲状ロッド電極402、404に高周波電圧VRFを印加し、他の2本の湾曲状ロッド電極401、403に振幅が同一で極性が逆である高周波電圧−VRFを印加する。また、電圧源607は湾曲状経路内方側に位置する補助電極405に分析対象であるイオンと逆極性の直流電圧−VDEFを印加し、電圧源608は湾曲状経路外方側に位置する補助電極406に分析対象であるイオンと同極性の直流電圧VDEFを印加する。これにより、図11の構成と同様に、湾曲状ロッド電極401〜404で囲まれる空間に、イオンを収束させる高周波電場に重畳した状態で、イオンを湾曲状経路の内方へと誘引する直流電場が形成されることになる。FIG. 12 shows a configuration in which auxiliary electrodes 405 and 406 are provided, and voltage sources 605 and 606 are high-frequency voltages applied to two curved rod electrodes 402 and 404 facing each other among the four curved rod electrodes 401 to 404. V RF is applied, and a high frequency voltage −V RF having the same amplitude and opposite polarity is applied to the other two curved rod electrodes 401 and 403. The voltage source 607 applies a DC voltage −V DEF having a polarity opposite to that of the ion to be analyzed to the auxiliary electrode 405 positioned on the inner side of the curved path, and the voltage source 608 is positioned on the outer side of the curved path. A DC voltage V DEF having the same polarity as the ions to be analyzed is applied to the auxiliary electrode 406. Thus, as in the configuration of FIG. 11, a DC electric field that attracts ions to the inside of the curved path in a state of being superimposed on a high-frequency electric field that focuses the ions in a space surrounded by the curved rod electrodes 401 to 404. Will be formed.

上述のように湾曲状ロッド電極又は補助電極に適当な偏向用直流電圧を印加することにより、イオンガイド40の湾曲状経路に沿ってイオンを曲げながら出口端まで導き、イオン通過効率を向上させることができる。したがって、上述したコリジョンセル内に配置されるイオンガイドにおいても偏向用直流電圧を利用してイオンを曲げることが考えられる。しかしながら、その場合、次のような問題がある。即ち、コリジョンセル内ではイオンの解離やCIDガスとの接触によってイオンが持つ運動エネルギは変化する。イオンが解離する際には質量分配によってエネルギは離散的に変化するし、イオンがCIDガスと接触する場合にはエネルギの変化は概ね連続的である。いずれにしてもコリジョンセル全体としてみると、コリジョンセル入口付近ではイオンが持つエネルギは大きく、コリジョンセル出口付近ではイオンが持つエネルギは小さくなる。従来の湾曲型イオンガイドでは、このような軸方向に沿ってエネルギが大きく相違するイオンの軌道を適切に曲げることができず、曲がりすぎたり逆に曲がりが不足したりするためにイオンの輸送効率を上げることが困難である。  As described above, by applying an appropriate deflection direct current voltage to the curved rod electrode or auxiliary electrode, the ion is bent along the curved path of the ion guide 40 and guided to the exit end, thereby improving the ion passing efficiency. Can do. Therefore, it is conceivable that the ion guides arranged in the above-described collision cell also bend the ions using the deflection DC voltage. However, in this case, there are the following problems. That is, in the collision cell, the kinetic energy of the ions changes due to the dissociation of the ions and the contact with the CID gas. When ions dissociate, the energy changes discretely due to mass distribution, and when the ions come into contact with the CID gas, the energy change is generally continuous. In any case, when the entire collision cell is viewed, ions have a large energy near the collision cell entrance, and ions have a small energy near the collision cell exit. Conventional curved ion guides cannot properly bend the trajectories of ions whose energies are significantly different along the axial direction, resulting in excessive bending or conversely insufficient bending. Is difficult to raise.

また、上記問題は、コリジョンセル内に配設されたイオンガイドだけでなく、例えば、液体クロマトグラフ質量分析計などにおいてESIやAPCI等の大気圧イオン源からガスとともにイオンが送給されてくる低真空室内に配設されるイオンガイドでも同じである。  Further, the above problem is not limited to the ion guide disposed in the collision cell. For example, in a liquid chromatograph mass spectrometer or the like, ions are supplied together with gas from an atmospheric pressure ion source such as ESI or APCI. The same applies to an ion guide disposed in a vacuum chamber.

米国特許出願公開2009/0095898号明細書US Patent Application Publication No. 2009/0095898 米国特許出願公開2009/0294663号明細書US Patent Application Publication No. 2009/0294663

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、コリジョンセル内や低真空室内などに配設される湾曲型イオンガイドにおいて、導入されるイオンの運動エネルギがその輸送方向に沿って変化する場合であっても、高いイオン輸送効率を達成することを目的としている。また、本発明に係る質量分析装置の目的は、イオン輸送効率を改善した湾曲型イオンガイドを用いることで、検出感度の向上を図ることである。  The present invention has been made to solve the above-described problems. In a curved ion guide disposed in a collision cell, a low vacuum chamber, or the like, the kinetic energy of ions to be introduced is along the transport direction. The purpose is to achieve high ion transport efficiency even when changing. The purpose of the mass spectrometer according to the present invention is to improve detection sensitivity by using a curved ion guide with improved ion transport efficiency.

上記課題を解決するために成された第1発明は、イオンを収束させつつ湾曲状経路に沿って輸送するイオンガイドにおいて、
a)湾曲状中心軸を取り囲むように配置された2n(nは2以上の整数)本の湾曲状ロッド電極と、
b)前記2n本の湾曲状ロッド電極にそれぞれ電圧を印加する電圧印加手段であって、該2n本の湾曲状ロッド電極の中で前記湾曲状中心軸を中心とする周方向に隣接する任意の2本の湾曲状ロッド電極に互いに極性が逆である高周波電圧を印加する高周波電圧印加手段と、
c)前記2n本の湾曲状ロッド電極で囲まれる空間に形成される高周波電場に重畳して、該空間内のイオンを前記湾曲中心軸に直交する面内で該湾曲状中心軸の曲がりの内側方向に誘引し且つ湾曲状中心軸に沿って電場の強さが相違する直流電場を形成する偏向電場形成手段と、
を備えることを特徴としている。
The first invention made to solve the above problems is an ion guide for transporting ions along a curved path while converging ions.
a) 2n (n is an integer of 2 or more) curved rod electrodes arranged so as to surround the curved central axis;
b) Voltage applying means for applying a voltage to each of the 2n curved rod electrodes, and any of the 2n curved rod electrodes adjacent to the circumferential direction centering on the curved central axis. High frequency voltage applying means for applying high frequency voltages having opposite polarities to the two curved rod electrodes;
c) Superimposes a high-frequency electric field formed in a space surrounded by the 2n curved rod electrodes, and causes ions in the space to be inside the curved central axis in a plane perpendicular to the curved central axis. A deflecting electric field forming means for generating a DC electric field attracting in a direction and having different electric field strengths along a curved central axis;
It is characterized by having.

第1発明において2以上の整数であるnには原理的な上限はないが、実用的にはnは2〜4程度の範囲、つまり湾曲状ロッド電極は四重極、六重極又は八重極の構成であることが好ましい。これは以下の発明でも同様である。  In the first invention, n which is an integer of 2 or more has no theoretical upper limit, but practically n is in the range of about 2 to 4, that is, the curved rod electrode is a quadrupole, hexapole or octupole. It is preferable that it is the structure of these. The same applies to the following inventions.

第1発明に係る一態様によるイオンガイドでは、上記偏向電場形成手段は、前記2n本の湾曲状ロッド電極のうち、湾曲内方に位置する又は外方に位置する1本の湾曲状ロッド電極に沿って延伸するように配置された1本の抵抗体と、該抵抗体のイオン入口側端部と出口側端部とにそれぞれ異なる電位の直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、を含む構成とすることができる。上記抵抗体は例えば湾曲内方に位置する又は外方に位置する1本の湾曲状ロッド電極を囲むように配置された湾曲状の抵抗体とすることができる。  In the ion guide according to the first aspect of the present invention, the deflection electric field forming means may be configured such that, of the 2n curved rod electrodes, one curved rod electrode located inside or outside the curved shape is provided. And a DC voltage applying unit that applies DC voltages having different potentials to the ion inlet side end and the outlet side end of the resistor. It can be. The resistor can be, for example, a curved resistor disposed so as to surround one curved rod electrode positioned inwardly or outwardly.

上記態様の構成では、直流電圧印加手段により抵抗体のイオン入口側端部と出口側端部とにそれぞれ異なる電位の直流電圧が印加されると、該抵抗体の長手方向に沿った各部位にその両直流電圧の間の分圧が生じ、その周囲の空間には該分圧による直流電場が形成される。例えば抵抗体の抵抗率が均一であれば、抵抗体の長手方向に沿った電位勾配を有する電場が形成される。2n本の湾曲状ロッド電極で囲まれる空間を通過するイオンを曲がりの内側方向に誘引する力は直流電場の電位に依存する。そこで、イオンガイドの入口側は直流電場を強くし、出口側では直流電場を弱くするように、印加する直流電圧を決めておくことにより、イオンガイドの入口側ではイオンが高い運動エネルギを有していても十分に曲げることができ、イオンガイドの出口側では低い運動エネルギしかもたないイオンの曲がりすぎを抑えて適切に曲げることができる。即ち、イオンが持つ運動エネルギがイオンの進行方向で変化する場合でも、それぞれの位置における運動エネルギに合わせた電場の作用により、イオンを適切に曲げて出口まで導くことができる。  In the configuration of the above aspect, when DC voltages having different potentials are applied to the ion inlet side end portion and the outlet side end portion of the resistor by the DC voltage applying means, each portion along the longitudinal direction of the resistor is applied. A partial voltage is generated between the two DC voltages, and a DC electric field is generated in the surrounding space by the divided voltage. For example, if the resistivity of the resistor is uniform, an electric field having a potential gradient along the longitudinal direction of the resistor is formed. The force that attracts ions passing through the space surrounded by the 2n curved rod electrodes in the inner direction of the bending depends on the potential of the DC electric field. Therefore, by determining the DC voltage to be applied so that the DC electric field is strengthened on the inlet side of the ion guide and the DC electric field is weakened on the outlet side, the ions have high kinetic energy on the inlet side of the ion guide. Can be bent sufficiently, and on the outlet side of the ion guide, it is possible to bend appropriately by suppressing excessive bending of ions having low kinetic energy. That is, even when the kinetic energy of ions changes in the direction of ion travel, the ions can be appropriately bent and guided to the exit by the action of the electric field in accordance with the kinetic energy at each position.

また上記課題を解決するために成された第2発明は、イオンを収束させつつ湾曲状経路に沿って輸送するイオンガイドにおいて、
a)湾曲状中心軸を取り囲むように配置された2n(nは2以上の整数)本の湾曲状ロッド電極であって、その中で湾曲内方に位置する又は外方に位置する1本の湾曲状ロッド電極はイオン入口側端部から出口側端部に向かって前記湾曲状中心軸との離間距離が変化するように配置されてなる2n本の湾曲状ロッド電極と、
b)前記2n本の湾曲状ロッド電極にそれぞれ電圧を印加する電圧印加手段であって、該2n本の湾曲状ロッド電極の中で前記湾曲状中心軸を中心とする周方向に隣接する任意の2本の湾曲状ロッド電極に互いに極性が逆である高周波電圧を印加する高周波電圧印加手段と、
c)前記2n本の湾曲状ロッド電極で囲まれる空間に形成される高周波電場に重畳して、該空間内のイオンを前記湾曲中心軸に直交する面内で該湾曲状中心軸の曲がりの内側方向に誘引し且つ湾曲状中心軸に沿って電場の強さが相違する直流電場を形成するように、前記2本の湾曲状ロッド電極の中で湾曲内方に位置する又は外方に位置する1本の湾曲状ロッド電極に直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、
を備えることを特徴としている。
Further, the second invention made to solve the above problems is an ion guide for transporting ions along a curved path while converging ions.
a) 2n (n is an integer of 2 or more) curved rod electrodes arranged so as to surround the curved central axis, and one of them is located inside the curve or located outside The curved rod electrodes are arranged so that the distance from the curved central axis changes from the ion inlet side end toward the outlet side end; and
b) Voltage applying means for applying a voltage to each of the 2n curved rod electrodes, and any of the 2n curved rod electrodes adjacent to the circumferential direction centering on the curved central axis. High frequency voltage applying means for applying high frequency voltages having opposite polarities to the two curved rod electrodes;
c) Superimposes a high-frequency electric field formed in a space surrounded by the 2n curved rod electrodes, and causes ions in the space to be inside the curved central axis in a plane perpendicular to the curved central axis. The two curved rod electrodes are positioned inwardly or outwardly so as to form a DC electric field that is attracted in the direction and has different electric field strengths along the curved central axis. DC voltage application means for applying a DC voltage to one curved rod electrode;
It is characterized by having.

この第2発明に係るイオンガイドでは、直流電圧印加手段から直流電圧が印加される1本の湾曲状ロッド電極の長手方向の各部位での電位は同一であるが、該ロッド電極と湾曲状中心軸との離間距離は各部位で異なるため、湾曲状中心軸上での直流電位は該軸の方向に沿って変化する。イオンガイド入口側端部で湾曲状中心軸から上記ロッド電極までの離間距離を最小とし、イオンガイド出口側端部で湾曲状中心軸から該ロッド電極までの離間距離を最大とすることにより、イオンガイドの入口側ではイオンが高い運動エネルギを有していても十分に曲げることができ、イオンガイドの出口側では低い運動エネルギしかもたないイオンの曲がりすぎを抑えて適切に曲げることができる。即ち、イオンが持つ運動エネルギがイオンの進行方向で変化する場合でも、それぞれの位置における運動エネルギに合わせた電場の作用によりイオンを適切に曲げて出口まで導くことができる。  In the ion guide according to the second aspect of the present invention, the potential at each portion in the longitudinal direction of one curved rod electrode to which a DC voltage is applied from the DC voltage applying means is the same, but the rod electrode and the curved center Since the distance from the axis is different in each part, the direct current potential on the curved central axis changes along the direction of the axis. By minimizing the separation distance from the curved central axis to the rod electrode at the ion guide inlet end, and maximizing the separation distance from the curved central axis to the rod electrode at the ion guide outlet end Even if ions have high kinetic energy on the entrance side of the guide, they can be bent sufficiently, and on the exit side of the ion guide, ions having only low kinetic energy can be appropriately bent without being bent. That is, even when the kinetic energy of the ions changes in the direction of ion travel, the ions can be appropriately bent and guided to the exit by the action of the electric field in accordance with the kinetic energy at each position.

また上記課題を解決するために成された第3発明は、イオンを収束させつつ湾曲状経路に沿って輸送するイオンガイドにおいて、
a)湾曲状中心軸を取り囲むように配置された2n(nは2以上の整数)本の湾曲状ロッド電極であって、その中で湾曲内方に位置する又は外方に位置する1本がその長手方向に分割された複数の電極により構成される仮想的ロッド電極である2n本の湾曲状ロッド電極と、
b)前記2n本の湾曲状ロッド電極にそれぞれ電圧を印加する電圧印加手段であって、該2n本の湾曲状ロッド電極の中で前記湾曲状中心軸を中心とする周方向に隣接する任意の2本の湾曲状ロッド電極に互いに極性が逆である高周波電圧を印加する高周波電圧印加手段と、
c)前記2n本の湾曲状ロッド電極で囲まれる空間に形成される高周波電場に重畳して、該空間内のイオンを前記湾曲中心軸に直交する面内で該湾曲状中心軸の曲がりの内側方向に誘引し且つ湾曲状中心軸に沿って電場の強さが相違する直流電場を形成するように、前記仮想的湾曲状ロッド電極を構成する複数の電極にイオン入口側端部から出口側端部に向かって異なる直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、
を備えることを特徴としている。
The third invention made to solve the above problems is an ion guide for transporting ions along a curved path while converging ions.
a) 2n (n is an integer of 2 or more) curved rod electrodes arranged so as to surround the curved central axis, one of which is located inside the curve or located outside 2n curved rod electrodes which are virtual rod electrodes composed of a plurality of electrodes divided in the longitudinal direction;
b) Voltage applying means for applying a voltage to each of the 2n curved rod electrodes, and any of the 2n curved rod electrodes adjacent to the circumferential direction centering on the curved central axis. High frequency voltage applying means for applying high frequency voltages having opposite polarities to the two curved rod electrodes;
c) Superimposes a high-frequency electric field formed in a space surrounded by the 2n curved rod electrodes, and causes ions in the space to be inside the curved central axis in a plane perpendicular to the curved central axis. A plurality of electrodes constituting the virtual curved rod electrode from the ion inlet side end to the outlet side end so as to form a DC electric field attracting in the direction and having different electric field strengths along the curved central axis DC voltage application means for applying different DC voltages toward the part,
It is characterized by having.

この第3発明に係るイオンガイドでは、直流電圧印加手段から仮想的湾曲状ロッド電極を構成する複数の電極にイオン入口側端部から出口側端部に向かって段階的に変化する直流電圧を印加すると、第1及び第2発明と同様に、湾曲状中心軸上での直流電位は該軸の方向に沿って変化する。これにより、イオンガイドの入口側ではイオンが高い運動エネルギを有していても十分に曲げることができ、イオンガイドの出口側では低い運動エネルギしかもたないイオンの曲がりすぎを抑えて適切に曲げることができる。即ち、イオンが持つ運動エネルギがイオンの進行方向で変化する場合でも、それぞれの位置における運動エネルギに合わせた電場の作用によりイオンを適切に曲げて出口まで導くことができる。  In the ion guide according to the third aspect of the invention, a DC voltage that changes stepwise from the ion inlet side end to the outlet side end is applied from the DC voltage applying means to the plurality of electrodes constituting the virtual curved rod electrode. Then, as in the first and second inventions, the DC potential on the curved central axis changes along the direction of the axis. As a result, even if ions have high kinetic energy at the inlet side of the ion guide, they can be bent sufficiently, and at the outlet side of the ion guide, they can be bent appropriately by suppressing excessive bending of ions having only low kinetic energy. Can do. That is, even when the kinetic energy of the ions changes in the direction of ion travel, the ions can be appropriately bent and guided to the exit by the action of the electric field in accordance with the kinetic energy at each position.

なお、第1乃至第3発明に係るイオンガイドは、nが2である四重極型の構成であり、湾曲状中心軸を挟んで対向する2本の湾曲状ロッド電極の中心は前記湾曲状中心軸が載る平面上に位置し、他の2本の湾曲状ロッド電極の中心は前記平面に直交し且つ前記湾曲状中心軸を含む湾曲状曲面上に位置するように、4本の湾曲状ロッド電極が配置され、
前記直流電圧印加手段は、中心が前記平面上に位置する2本の湾曲状ロッド電極のうちの1本若しくはそれらロッド電極に沿って設けられた抵抗体に直流電圧を印加し、さらに、他の2本の湾曲状ロッド電極には分析対象のイオンと同極性である収束用直流電圧を印加する構成とすることができる。
The ion guide according to the first to third inventions has a quadrupole configuration in which n is 2, and the center of the two curved rod electrodes facing each other across the curved central axis is the curved shape. Four curved shapes are positioned such that the center axis is located on a plane on which the central axis is placed, and the centers of the other two curved rod electrodes are located on a curved curved surface that is orthogonal to the plane and includes the curved central axis. A rod electrode is placed,
The DC voltage applying means applies a DC voltage to one of the two curved rod electrodes whose center is located on the plane or a resistor provided along the rod electrodes, A focusing DC voltage having the same polarity as the ions to be analyzed can be applied to the two curved rod electrodes.

上記構成によれば、2n本の湾曲状ロッド電極で囲まれる空間に導入されたイオンには高周波電場による収束作用に加えて、収束用直流電圧が印加された湾曲状ロッド電極により形成される直流電場により、イオンが徐々に曲がる半径方向と直交又は斜交する方向について該イオンを湾曲状中心軸付近に圧縮するような力が作用する。このため、或る程度大きな運動エネルギを有して導入されたイオンが偏向用の直流電場の作用で湾曲状に進む場合でも、イオンの拡がりが抑えられ、高い効率でイオンガイド出口端に到達する。これにより、高いイオン通過効率を実現することができる。  According to the above configuration, in addition to the focusing action by the high-frequency electric field, ions introduced into the space surrounded by the 2n curved rod electrodes, in addition to the DC voltage formed by the curved rod electrodes to which the focusing DC voltage is applied. Depending on the field, a force acts to compress the ions in the vicinity of the curved central axis in a direction orthogonal or oblique to the radial direction in which the ions gradually bend. For this reason, even when ions introduced with a certain degree of kinetic energy travel in a curved shape due to the action of a direct current electric field for deflection, the spread of ions is suppressed and the ions reach the exit end of the ion guide with high efficiency. . Thereby, high ion passage efficiency is realizable.

また上記課題を解決するために成された第4発明は、イオンを収束させつつ輸送するイオンガイドにおいて、
a)直線状の中心軸を取り囲むように互いに平行に配置された2n(nは2以上の整数)本のロッド電極と、
b)前記2n本のロッド電極にそれぞれ電圧を印加する電圧印加手段であって、該2n本のロッド電極の中で周方向に隣接する任意の2本のロッド電極に互いに極性が逆である高周波電圧を印加する高周波電圧印加手段と、
c)前記2n本のロッド電極で囲まれる空間に形成される高周波電場に重畳して、該空間内のイオンを前記中心軸に直交する一方向に誘引し且つ該中心軸に沿って電場の強さが相違する直流電場を形成する偏向電場を形成する偏向電場形成手段と、
を備えることを特徴としている。
Moreover, the 4th invention made in order to solve the said subject WHEREIN: In the ion guide which conveys an ion while making it converge,
a) 2n (n is an integer of 2 or more) rod electrodes arranged in parallel to each other so as to surround the linear central axis;
b) Voltage applying means for applying a voltage to each of the 2n rod electrodes, wherein the two high frequency electrodes are opposite in polarity to any two rod electrodes adjacent in the circumferential direction. High-frequency voltage applying means for applying a voltage;
c) Superposed on the high-frequency electric field formed in the space surrounded by the 2n rod electrodes, attracts ions in the space in one direction perpendicular to the central axis, and strengthens the electric field along the central axis. A deflection electric field forming means for forming a deflection electric field for forming a DC electric field of different
It is characterized by having.

第4発明に係る一態様によるイオンガイドでは、前記偏向電場形成手段は、前記2n本のロッド電極のうち、所定の1本のロッド電極に沿って延伸するように配置された1本の抵抗体と、該抵抗体にあってイオンの入口側と出口側とにそれぞれ異なる電位の直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、を含む構成とすることができる。上記抵抗体は例えば上記所定の1本のロッド電極を囲むように配置された抵抗体とすることができる。  In the ion guide according to the aspect of the fourth invention, the deflection electric field forming means is one resistor arranged so as to extend along a predetermined one of the 2n rod electrodes. And DC voltage applying means for applying DC voltages having different potentials to the inlet side and the outlet side of the ions in the resistor, respectively. The resistor can be, for example, a resistor arranged so as to surround the predetermined one rod electrode.

上記態様の構成では、直流電圧印加手段により抵抗体のイオン入口側端部と出口側端部とにそれぞれ異なる電位の直流電圧が印加されると、該抵抗体の長手方向に沿った各部位にその両直流電圧の間の分圧が生じ、その周囲の空間には該分圧による直流電場が形成される。例えば抵抗体の抵抗率が均一であれば、抵抗体の長手方向に一定勾配の電位となる電場が形成される。この直流電場がなければ導入されたイオンの中心軌道は中心軸に一致するが、直流電場があるためにイオンは進行するに従い中央軸からずれる。2n本のロッド電極で囲まれる空間を通過するイオンを一方向に誘引する力は直流電場の電位に依存する。そこで、イオンガイドの入口側は直流電場を強くし、出口側では直流電場を弱くするように、印加する直流電圧を決めておくことにより、イオンガイドの入口側ではイオンが高い運動エネルギを有していても曲げることができ、イオンガイドの出口側では低い運動エネルギしかもたないイオンの曲がりすぎを抑えることができる。即ち、イオンが持つ運動エネルギがイオンの進行方向で変化する場合でも、それぞれの位置における運動エネルギに合わせた電場の作用により、イオンを適切に曲げて出口まで導くことができる。  In the configuration of the above aspect, when DC voltages having different potentials are applied to the ion inlet side end portion and the outlet side end portion of the resistor by the DC voltage applying means, each portion along the longitudinal direction of the resistor is applied. A partial voltage is generated between the two DC voltages, and a DC electric field is generated in the surrounding space by the divided voltage. For example, if the resistivity of the resistor is uniform, an electric field having a constant gradient potential is formed in the longitudinal direction of the resistor. Without this DC electric field, the central trajectory of the introduced ions coincides with the central axis, but because of the DC electric field, the ions deviate from the central axis as they travel. The force that attracts ions passing through the space surrounded by the 2n rod electrodes in one direction depends on the potential of the DC electric field. Therefore, by determining the DC voltage to be applied so that the DC electric field is strengthened on the inlet side of the ion guide and the DC electric field is weakened on the outlet side, the ions have high kinetic energy on the inlet side of the ion guide. Can be bent, and it is possible to suppress excessive bending of ions having low kinetic energy on the exit side of the ion guide. That is, even when the kinetic energy of ions changes in the direction of ion travel, the ions can be appropriately bent and guided to the exit by the action of the electric field in accordance with the kinetic energy at each position.

第1乃至第4発明に係るイオンガイドは、イオンが持つ運動エネルギがその進行方向に相違する、典型的には、イオンが進行するに伴い周囲に存在するガスとの接触等により運動エネルギが減衰するような環境の下で利用されるのに好適である。即ち、第1乃至第4発明に係るイオンガイドは、イオンの解離を促進するために内部にCIDガスが導入されるコリジョンセルの内部にあってイオンの収束及び輸送に利用されるイオンガイドに好適である。また、試料成分を大気圧雰囲気の下でイオン化するイオン化室と質量分析器が配設された分析室との間に1乃至複数の中間真空室を備えた構成の質量分析装置において、イオン化室の次段の中間真空室の内部に配設されるのにも適している。  In the ion guides according to the first to fourth inventions, the kinetic energy of ions differs in the direction of travel. Typically, as the ions travel, the kinetic energy attenuates due to contact with surrounding gas. It is suitable for being used in such an environment. That is, the ion guide according to the first to fourth inventions is suitable for an ion guide that is used for the convergence and transport of ions inside a collision cell in which CID gas is introduced to promote dissociation of ions. It is. Further, in a mass spectrometer having one or more intermediate vacuum chambers between an ionization chamber for ionizing sample components under an atmospheric pressure atmosphere and an analysis chamber provided with a mass analyzer, It is also suitable to be disposed inside the intermediate vacuum chamber at the next stage.

第1乃至第4発明に係るイオンガイドによれば、導入されるイオンが持つ運動エネルギがイオンの進行方向で変化する場合でも、それぞれの位置における運動エネルギに合わせた電場の作用によりイオンを適切に曲げて出口まで導くことができる。これにより、例えばイオン軌道を曲げる必要があるようなコリジョンセル等においても高いイオン輸送効率を達成することができる。それによって、分析感度や分析精度を向上させることができる。  According to the ion guide according to the first to fourth inventions, even when the kinetic energy of the introduced ion changes in the traveling direction of the ion, the ion is appropriately controlled by the action of the electric field according to the kinetic energy at each position. It can be bent and led to the exit. Thereby, high ion transport efficiency can be achieved even in a collision cell or the like that needs to bend the ion trajectory. Thereby, analysis sensitivity and analysis accuracy can be improved.

本発明の一実施例(第1実施例)であるイオンガイドの概略構成図。The schematic block diagram of the ion guide which is one Example (1st Example) of this invention. 第1実施例であるイオンガイドの湾曲状ロッド電極の斜視図。The perspective view of the curved rod electrode of the ion guide which is 1st Example. 第1実施例であるイオンガイドを用いた質量分析装置の概略構成図。The schematic block diagram of the mass spectrometer which used the ion guide which is 1st Example. 第1実施例のイオンガイドの変形例を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the modification of the ion guide of 1st Example. 本発明の別の実施例(第2実施例)であるイオンガイドを用いた質量分析装置の概略構成図。The schematic block diagram of the mass spectrometer using the ion guide which is another Example (2nd Example) of this invention. 第2実施例であるイオンガイドを用いた質量分析装置の概略構成図。The schematic block diagram of the mass spectrometer using the ion guide which is 2nd Example. 本発明の別の実施例(第3実施例)であるイオンガイドを用いた質量分析装置の概略構成図。The schematic block diagram of the mass spectrometer using the ion guide which is another Example (3rd Example) of this invention. 本発明の別の実施例(第4実施例)であるイオンガイドのロッド電極の斜視図。The perspective view of the rod electrode of the ion guide which is another Example (4th Example) of this invention. 第4実施例であるイオンガイドのロッド電極の平面図。The top view of the rod electrode of the ion guide which is a 4th Example. 従来の湾曲型イオンガイドの湾曲状ロッド電極の斜視図。The perspective view of the curved rod electrode of the conventional curved ion guide. 従来の湾曲型イオンガイドにおける電極構成と電圧源の回路構成とを示す図。The figure which shows the electrode structure in the conventional curved ion guide, and the circuit structure of a voltage source. 従来の湾曲型イオンガイドにおける電極構成と電圧源の回路構成とを示す図。The figure which shows the electrode structure in the conventional curved ion guide, and the circuit structure of a voltage source.

以下、本発明に係るイオンガイドと該イオンガイドを備えた質量分析装置とについて、実施例を挙げて説明する。  Hereinafter, an ion guide according to the present invention and a mass spectrometer equipped with the ion guide will be described with reference to examples.

[第1実施例]
図1は第1実施例による湾曲型イオンガイドの概略構成図、図2は第1実施例による湾曲型イオンガイドの湾曲状ロッド電極の概略斜視図、図3はこの湾曲型イオンガイドを備える質量分析装置の概略構成図である。
[First embodiment]
1 is a schematic configuration diagram of a curved ion guide according to the first embodiment, FIG. 2 is a schematic perspective view of a curved rod electrode of the curved ion guide according to the first embodiment, and FIG. 3 is a mass provided with the curved ion guide. It is a schematic block diagram of an analyzer.

この質量分析装置は三連四重極型質量分析装置であって、図3に示すように、前段四重極マスフィルタ2と後段四重極マスフィルタ3との間にイオンを解離させるためのコリジョンセル4が配置されている。前段四重極マスフィルタ2の中心軸と後段四重極マスフィルタ3の中心軸とは略直交しており、コリジョンセル4のセル室43内部に設置されているイオンガイドはイオンの軌道を略90°曲げる湾曲型イオンガイド40である。イオン化部(イオン源)1から出射された試料由来のイオンはまず前段四重極マスフィルタ2に導入され、ここで所定の質量電荷比を有するイオンが選別されてコリジョンセル4のセル室43に送り込まれる。セル室43内にはCIDガスが供給されており、セル室43内でイオンはCIDガスに接触して解離し、それによって種々のプロダクトイオンが生成される。  This mass spectrometer is a triple quadrupole mass spectrometer for dissociating ions between a front quadrupole mass filter 2 and a rear quadrupole mass filter 3 as shown in FIG. A collision cell 4 is arranged. The central axis of the front-stage quadrupole mass filter 2 and the central axis of the rear-stage quadrupole mass filter 3 are substantially orthogonal, and the ion guide installed in the cell chamber 43 of the collision cell 4 substantially follows the trajectory of ions. This is a curved ion guide 40 that bends by 90 °. The sample-derived ions emitted from the ionization unit (ion source) 1 are first introduced into the front quadrupole mass filter 2, where ions having a predetermined mass-to-charge ratio are selected to enter the cell chamber 43 of the collision cell 4. It is sent. The cell chamber 43 is supplied with CID gas. In the cell chamber 43, the ions come into contact with the CID gas and dissociate, whereby various product ions are generated.

プロダクトイオンはイオンガイド40の湾曲状中心軸Oに沿って進行方向を徐々に曲げつつ進んで、イオンガイド40の出口端に達しセル室43から出射する。イオンとともにイオンガイド40に導入された試料分子などの中性粒子はイオンガイド40内部の電場の影響を受けずに直進し、イオンとは分離されて除外される。セル室43から出射されたプロダクトイオンは後段四重極マスフィルタ3に導入され、例えば特定の質量電荷比を有するプロダクトイオンのみが選別されて検出器5に到達する。  Product ions travel while gradually bending the traveling direction along the curved central axis O of the ion guide 40, reach the outlet end of the ion guide 40, and exit from the cell chamber 43. Neutral particles such as sample molecules introduced into the ion guide 40 together with ions travel straight without being affected by the electric field inside the ion guide 40 and are separated from the ions and excluded. Product ions emitted from the cell chamber 43 are introduced into the subsequent quadrupole mass filter 3, and for example, only product ions having a specific mass-to-charge ratio are selected and reach the detector 5.

イオンガイド40は図2に示すように、湾曲状中心軸Oを取り囲むように配置された4本の湾曲状ロッド電極411〜414を備える。このうちの2本の湾曲状ロッド電極412、414は、円弧の一部である湾曲状中心軸Oが載る平面(図3では紙面に相当)上にその中心が位置している。また、他の2本の湾曲状ロッド電極411、413は平面に直交し且つ湾曲状中心軸Oを含む曲面上にその中心が位置している。4本の湾曲状ロッド電極411〜414のうち、湾曲状中心軸Oが載る平面上に中心が位置し且つ湾曲内方に位置する1本の湾曲状ロッド電極412を囲繞するように湾曲円筒状の抵抗体42が設置されている。図1に示す湾曲状ロッド電極411〜414及び抵抗体42は、図2中の湾曲状ロッド電極411〜414を湾曲状中心軸Oに直交する面で切断した状態の端面である。  As shown in FIG. 2, the ion guide 40 includes four curved rod electrodes 411 to 414 arranged so as to surround the curved central axis O. Of these, the two curved rod electrodes 412 and 414 have their centers positioned on a plane (corresponding to the paper surface in FIG. 3) on which the curved central axis O, which is a part of an arc, is placed. Further, the other two curved rod electrodes 411 and 413 are positioned at the center on a curved surface which is orthogonal to the plane and includes the curved central axis O. Of the four curved rod electrodes 411 to 414, a curved cylindrical shape is formed so as to surround one curved rod electrode 412 whose center is located on the plane on which the curved central axis O is placed and which is located inwardly of the curve. The resistor 42 is installed. The curved rod electrodes 411 to 414 and the resistor 42 shown in FIG. 1 are end surfaces in a state where the curved rod electrodes 411 to 414 in FIG. 2 are cut along a plane orthogonal to the curved central axis O.

図1に示すように、電圧源612は、4本の湾曲状ロッド電極411〜414のうちの対向する2本の湾曲状ロッド電極412、414に高周波電圧VRFに所定の直流バイアス電圧VBIASを重畳した電圧を印加し、電圧源611は、他の2本の湾曲状ロッド電極411、413に高周波電圧VRFと振幅が同一で極性が逆である高周波電圧−VRFに所定の直流バイアス電圧VBIASを重畳した電圧を印加する。直流バイアス電圧VBIASは全ての湾曲状ロッド電極411〜414に共通に印加される電圧であり、この直流バイアス電圧VBI AS自体はイオンガイド40の内部に直流電場を形成しない。なお、図11、図12の例は直流バイアス電圧VBIAS=0である。上記のように、湾曲状ロッド電極411〜414に印加される高周波電圧VRF、−VRFにより、イオンガイド40の内部には、イオンを振動させつつ収束させる高周波電場が形成される。これは従来と同じである。As shown in FIG. 1, the voltage source 612 includes two curved rod electrodes 412 and 414 facing each other among the four curved rod electrodes 411 to 414, a high frequency voltage V RF and a predetermined DC bias voltage V BIAS. applying a voltage obtained by superimposing a voltage source 611, the other two predetermined DC bias RF voltage V RF and amplitude curved rod electrodes 411 and 413 to the high-frequency voltage -V RF polarity is reversed at the same A voltage superimposed with the voltage V BIAS is applied. DC bias voltage V BIAS is a voltage applied in common to all the curved rod electrodes 411 to 414, the DC bias voltage V BI AS itself does not form a direct current electric field inside the ion guide 40. In the examples of FIGS. 11 and 12, the DC bias voltage V BIAS = 0. As described above, a high-frequency electric field that converges ions while vibrating is formed inside the ion guide 40 by the high-frequency voltages V RF and −V RF applied to the curved rod electrodes 411 to 414. This is the same as before.

電圧源613は、湾曲状経路内方側に位置する1本の湾曲状ロッド電極412を囲む抵抗体42のイオン入口側端部に、分析対象であるイオン(この例では正イオン)と逆極性である第1直流電圧−VDCinを偏向用直流電圧として印加し、該抵抗体42のイオン出口側端部には第1直流電圧−VDCinと同極性で電圧値は|VDCin|よりも小さい第2直流電圧−VDCoutを印加する。これにより、イオンガイド40の内部にはイオンを湾曲状経路の内方、つまり図1中の白抜き矢印の方向へと誘引する直流電場が形成される。また、抵抗体42の両端部にそれぞれ印加される直流電圧には電圧差があるため、湾曲状中心軸O上における上記直流電場の強さはイオン入口側端部で最も大きく、出口側端部に向かうに従い徐々に小さくなる。つまり、イオンガイド40に導入されたイオンを湾曲状経路の内方に引っ張る作用は入口側端部で最も強く、出口側端部に向かうに従い徐々に弱くなる。The voltage source 613 has a polarity opposite to that of the ion to be analyzed (positive ion in this example) at the ion entrance side end of the resistor 42 surrounding the single curved rod electrode 412 located on the inner side of the curved path. The first DC voltage −V DCin is applied as a deflecting DC voltage, and the ion outlet side end of the resistor 42 has the same polarity as the first DC voltage −V DCin and the voltage value is higher than | V DCin |. A small second DC voltage −V DCout is applied. As a result, a DC electric field is formed in the ion guide 40 to attract ions inward of the curved path, that is, in the direction of the white arrow in FIG. Further, since there is a voltage difference between the DC voltages applied to both ends of the resistor 42, the intensity of the DC electric field on the curved central axis O is greatest at the ion inlet side end, and the outlet side end. It becomes small gradually as it goes to. That is, the action of pulling the ions introduced into the ion guide 40 inward of the curved path is strongest at the entrance end and gradually becomes weaker toward the exit end.

コリジョンセル4においてイオンを高い効率で解離させるために、前段四重極マスフィルタ2を通り抜けたイオンは大きなコリジョンエネルギを付与されてセル室43に入射される。そのため、イオンガイド40に導入されるイオンは大きな運動エネルギを有する。セル室43内にはCIDガスが充満しているため、イオンはCIDガスに接触し、この際の衝突エネルギの一部が内部エネルギに変換され励起することでイオンは解離する。このような解離に伴って解離前にイオンが有していた運動エネルギは、解離後の複数のイオンに分配される。また、解離が生じない場合でもイオンがCIDガスに接触すると運動エネルギの一部が奪われて低下する。イオンが進行するに従いCIDガスとの接触の機会は増すから、各イオンが持つ運動エネルギは奥に進むほど下がる。  In order to dissociate ions with high efficiency in the collision cell 4, the ions that have passed through the previous quadrupole mass filter 2 are given large collision energy and are incident on the cell chamber 43. Therefore, ions introduced into the ion guide 40 have a large kinetic energy. Since the cell chamber 43 is filled with the CID gas, the ions come into contact with the CID gas, and a part of the collision energy at this time is converted into internal energy and excited to dissociate the ions. With such dissociation, the kinetic energy that the ions had before dissociation is distributed to a plurality of ions after dissociation. Even when dissociation does not occur, when the ions come into contact with the CID gas, a part of the kinetic energy is taken and lowered. As the ions progress, the chance of contact with the CID gas increases, so the kinetic energy of each ion decreases as it travels deeper.

イオンガイド40の入口付近ではイオンが持つ運動エネルギは大きいが、上述したようにイオンを湾曲状経路の内方に引っ張る作用は入口側端部で最も強いため、大きな運動エネルギを有しているイオンも強い力で湾曲状経路の内方に引っ張られ確実に曲がる。一方、イオンガイド40の内部をイオンが進行するに従い運動エネルギは減少するが、上述したようにイオンを湾曲状経路の内方に引っ張る作用も徐々に弱くなるので、運動エネルギが減衰したイオンはその減衰に見合った適度な力で湾曲状経路の内方に引っ張られ、曲がりすぎることなく概ね湾曲状中心軸Oの曲がりに沿って曲がる。そのため、イオンガイド40を通過する際にCIDガスとの接触によりイオンが持つ運動エネルギが変化しても、イオンの曲がり不足や曲がりすぎを回避し、イオンを効率良くイオンガイド40の出口まで案内し、セル室43から出射させることができる。これにより、従来よりも後段四重極マスフィルタ3に多くのイオンを送り込むことができ、分析感度を向上させることができる。  Although the kinetic energy of ions is large in the vicinity of the entrance of the ion guide 40, as described above, the action of pulling the ions inward in the curved path is the strongest at the end on the entrance side. Even with strong force, it is pulled inward of the curved path and bends securely. On the other hand, the kinetic energy decreases as the ions travel inside the ion guide 40, but as described above, the action of pulling the ions inward of the curved path gradually weakens. It is pulled inward of the curved path with an appropriate force commensurate with the attenuation, and bends substantially along the curve of the curved central axis O without bending too much. Therefore, even if the kinetic energy of the ions changes due to contact with the CID gas when passing through the ion guide 40, the ions are efficiently guided to the exit of the ion guide 40 by avoiding insufficient or excessive bending of the ions. The light can be emitted from the cell chamber 43. As a result, more ions can be sent to the subsequent quadrupole mass filter 3 than before, and the analysis sensitivity can be improved.

図4は上記第1実施例の変形例によるイオンガイドの概略構成図である。この変形例では電極構造は第1実施例と同じであるが、電極に印加される電圧が第1実施例とは若干相違する。即ち、この変形例によるイオンガイド40において電圧源614は、湾曲状中心軸Oを挟んで対向する2本の湾曲状ロッド電極411、413に対し、高周波電圧VRFと直流バイアス電圧VBIASに加えてさらに、分析対象であるイオンと同極性である直流電圧+VDCyを収束用直流電圧として印加する。この収束用直流電圧の印加により湾曲状ロッド電極411、413の近傍に形成される直流電場(収束用直流電場)は、イオンガイド40内部にあるイオンをそれぞれ湾曲状ロッド電極411、413から離すように作用する。即ち、図4中の太線矢印に示すように、イオンは2本の湾曲状ロッド電極411、413付近から湾曲状中心軸O方向に向かう力を受けるため、イオンは外周側に拡がりにくく湾曲状中心軸O付近に収束しつつ、抵抗体42による偏向用直流電場の作用により進行に伴って曲げられる。本実施例のイオンガイド40では、高周波電場に加えて収束用直流電場の作用により、イオンの拡がりを抑え、湾曲状中心軸Oに沿ってイオンを効率よく出口端まで輸送することができる。FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an ion guide according to a modification of the first embodiment. In this modification, the electrode structure is the same as that of the first embodiment, but the voltage applied to the electrode is slightly different from that of the first embodiment. In other words, in the ion guide 40 according to this modification, the voltage source 614 applies, in addition to the high frequency voltage V RF and the DC bias voltage V BIAS , to the two curved rod electrodes 411 and 413 facing each other with the curved central axis O interposed therebetween. In addition, a DC voltage + V DCy having the same polarity as the ions to be analyzed is applied as a convergence DC voltage. The direct current electric field (convergence direct current electric field) formed in the vicinity of the curved rod electrodes 411 and 413 by applying the converging direct current voltage causes ions in the ion guide 40 to be separated from the curved rod electrodes 411 and 413, respectively. Act on. That is, as indicated by the thick arrows in FIG. 4, since the ions receive a force from the vicinity of the two curved rod electrodes 411 and 413 toward the curved central axis O, the ions are difficult to spread to the outer peripheral side and have a curved center. While converging in the vicinity of the axis O, it is bent as it proceeds by the action of the direct current electric field for deflection by the resistor 42. In the ion guide 40 of the present embodiment, the spreading of ions can be suppressed and the ions can be efficiently transported to the exit end along the curved central axis O by the action of the focusing DC electric field in addition to the high-frequency electric field.

なお、第1実施例及びその変形例では、抵抗体42は1本の湾曲状ロッド電極412を覆う円筒形状であったが、必ずしも湾曲状ロッド電極412の全周面を囲む必要はなく、周面の一部が切り欠かれた形状や湾曲状中心軸Oを向く側のみを囲む半円筒状などとしても構わない。  In the first embodiment and its modification, the resistor 42 has a cylindrical shape that covers one curved rod electrode 412. However, the resistor 42 does not necessarily have to surround the entire circumferential surface of the curved rod electrode 412. A shape in which a part of the surface is notched or a semi-cylindrical shape surrounding only the side facing the curved central axis O may be used.

[第2実施例]
図5は第2実施例によるイオンガイドの概略構成図、図6は第2実施例によるイオンガイドを備える三連四重極型質量分析装置の概略構成図である。上記実施例と同一の構成要素には同一符号を付して詳しい説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of an ion guide according to the second embodiment, and FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a triple quadrupole mass spectrometer equipped with the ion guide according to the second embodiment. The same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

この第2実施例では、湾曲内方に配置された湾曲状ロッド電極を囲むように抵抗体を配する代わりに、4本の湾曲状ロッド電極411、422、413、414のうち湾曲内方に位置する1本の湾曲状ロッド電極422を、イオン入口側で湾曲状中心軸Oに近く出口側に向かうに従い湾曲状中心軸Oとの距離が徐々に大きくなるように、通常の配置からずらして設置してある。なお、図5では湾曲状ロッド電極422のイオン出口側端部が湾曲状中心軸Oから離れていることを分かり易く示すために、該端部を符号422’を付した点線で示している。  In the second embodiment, instead of arranging a resistor so as to surround the curved rod electrode arranged in the curved inward direction, the curved curved electrode is inwardly curved out of the four curved rod electrodes 411, 422, 413, 414. The single curved rod electrode 422 is shifted from the normal arrangement so that the distance from the curved central axis O gradually increases toward the outlet side near the curved central axis O on the ion inlet side. It is installed. In FIG. 5, the end of the curved rod electrode 422 is indicated by a dotted line denoted by reference numeral 422 ′ in order to easily understand that the end of the ion exit side of the curved rod electrode 422 is away from the curved central axis O.

湾曲状ロッド電極422には、電圧源623から高周波電圧VRFと直流バイアス電圧V BIASに加えてさらに、偏向用直流電圧−VDCinが印加される。この偏向用直流電圧によってイオンガイド40内部空間には高周波電場に重畳して偏向用直流電場が形成されるが、上述したように、湾曲状中心軸Oから湾曲状ロッド電極422までの径方向の距離は湾曲状中心軸O上で相違し、イオンが進むに従って大きくなる。そのため、湾曲状中心軸O上における偏向用直流電場の強さは、第1実施例と同様に、イオン入口側端部で最も大きく、出口側端部に向かうに従い徐々に小さくなる。したがって、この第2実施例の構成においても、イオンガイド40を通過する際にCIDガスとの接触によりイオンが持つ運動エネルギが変化しても、イオンの曲がり不足や曲がりすぎを回避し、イオンを効率良くイオンガイド40の出口まで案内し、セル室43から出射させることができる。  The curved rod electrode 422 is supplied with a high frequency voltage V from a voltage source 623.RFAnd DC bias voltage V BIASIn addition, the direct current voltage for deflection -VDCinIs applied. A deflection DC electric field is formed in the internal space of the ion guide 40 by superimposing a high frequency electric field by this deflection DC voltage. As described above, the radial direction from the curved central axis O to the curved rod electrode 422 is formed. The distance is different on the curved central axis O and increases as the ions travel. Therefore, the intensity of the direct current electric field for deflection on the curved central axis O is the largest at the ion inlet side end, and gradually decreases toward the outlet side end, as in the first embodiment. Therefore, even in the configuration of the second embodiment, even when the kinetic energy of the ions changes due to contact with the CID gas when passing through the ion guide 40, the ions are prevented from being insufficiently bent or excessively bent. The ion guide 40 can be efficiently guided to the exit and emitted from the cell chamber 43.

[第3実施例]
図7は第3実施例によるイオンガイドを備える三連四重極型質量分析装置の概略構成図である。上記実施例と同一の構成要素には同一符号を付して詳しい説明を省略する。
[Third embodiment]
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a triple quadrupole mass spectrometer equipped with an ion guide according to the third embodiment. The same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

この第3実施例では、第1実施例の構成において湾曲内方に配置された湾曲状ロッド電極を囲むように抵抗体を配する代わりに、4本の湾曲状ロッド電極411、432、413、414のうち湾曲内方に位置する1本の湾曲状ロッド電極432を、その長手方向に複数(図7では便宜的に7個に分割しているが、分割個数はこれに限るものではない)に分割された円柱形状(又は円筒形状)の電極片で構成するようにし、電圧源6331〜6337から各電極片に高周波電圧VRFと直流バイアス電圧VBIASに加えてさらに、それぞれ異なる偏向用直流電圧VDC1〜VDC7を印加する構成としている。複数の電極片はそれぞれ所定間隙を以て連ねて配置されており、これによって1本の仮想的な湾曲状ロッド電極を構成している。
電圧源6331〜6337から各電極片に印加する偏向用直流電圧VDC1〜VDC7を適宜に設定することにより、第1及び第2実施例と同様に、湾曲状中心軸O上における偏向用直流電場の強さがイオン入口側端部で最も大きく出口側端部に向かうに従い徐々に小さくなるような直流電場を高周波電場に重畳して形成することができる。したがって、この第3実施例の構成においても、イオンガイド40を通過する際にCIDガスとの接触によりイオンが持つ運動エネルギが変化しても、イオンの曲がり不足や曲がりすぎを回避し、イオンを効率良くイオンガイド40の出口まで案内し、セル室43から出射させることができる。
In the third embodiment, four curved rod electrodes 411, 432, 413, instead of arranging a resistor so as to surround the curved rod electrode arranged inwardly in the configuration of the first embodiment, A plurality of curved rod electrodes 432 located inward of the curved portion 414 are divided in the longitudinal direction (in FIG. 7, for convenience, they are divided into seven, but the number of divisions is not limited to this). In addition to the high frequency voltage V RF and the DC bias voltage V BIAS , each of the electrode pieces from the voltage sources 6331 to 6337 is further divided into different direct currents for deflection. The voltage V DC1 to V DC7 is applied. The plurality of electrode pieces are arranged in series with a predetermined gap, thereby constituting one virtual curved rod electrode.
By appropriately setting the deflection DC voltages V DC1 to V DC7 to be applied to the electrode pieces from the voltage sources 6331 to 6337, the deflection DC voltage on the curved central axis O is set as in the first and second embodiments. A DC electric field whose field strength is greatest at the ion entrance side end and gradually decreases toward the exit side end can be formed to be superimposed on the high frequency electric field. Therefore, even in the configuration of the third embodiment, even when the kinetic energy of the ions changes due to contact with the CID gas when passing through the ion guide 40, the ions are prevented from being insufficiently bent or excessively bent. The ion guide 40 can be efficiently guided to the exit and emitted from the cell chamber 43.

なお、第2及び第3実施例の構成においても第1実施例の変形例のように、収束用直流電場をさらに形成してイオンの収束効率を高めるようにすることができる。  In the configurations of the second and third embodiments, as in the modification of the first embodiment, a converging DC electric field can be further formed to increase the ion converging efficiency.

[第4実施例]
図8は第4実施例によるイオンガイドの概略斜視図、図9は第4実施例であるイオンガイドのロッド電極の平面図である。なお、上記実施例と同一の構成要素には同一符号を付して詳しい説明を省略する。
[Fourth embodiment]
FIG. 8 is a schematic perspective view of an ion guide according to the fourth embodiment, and FIG. 9 is a plan view of a rod electrode of the ion guide according to the fourth embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as the said Example, and detailed description is abbreviate | omitted.

第1乃至第3実施例はいずれもロッド電極自体が湾曲形状であるイオンガイドであるが、この第4実施例のイオンガイドは、ロッド電極自体は直線形状であり、それらロッド電極で囲まれる空間に形成する電場の作用により該空間においてイオン軌道を湾曲させる。即ち、図8に示すようにこのイオンガイド40では、直線状の中心軸Qを取り囲むように4本のロッド電極441、442、443、444が互いに略平行に配置される。このうちの1本のロッド電極442には該ロッド電極442を囲繞するように円筒直管状の抵抗体44が設置されている。この抵抗体44は形状は相違するが、第1実施例における抵抗体42と同じ機能を持つ。  Each of the first to third embodiments is an ion guide in which the rod electrode itself has a curved shape. However, in the ion guide of the fourth embodiment, the rod electrode itself has a linear shape and is a space surrounded by the rod electrodes. The ion trajectory is curved in the space by the action of the electric field formed on the surface. That is, as shown in FIG. 8, in this ion guide 40, four rod electrodes 441, 442, 443, 444 are arranged substantially parallel to each other so as to surround the linear center axis Q. One of the rod electrodes 442 is provided with a cylindrical straight tubular resistor 44 so as to surround the rod electrode 442. Although this resistor 44 has a different shape, it has the same function as the resistor 42 in the first embodiment.

図示しない電圧源は、4本のロッド電極441〜444のうちの対向する2本のロッド電極441、443に高周波電圧−VRFに所定の直流バイアス電圧VBIASを重畳した電圧を印加する。また、電圧源641は、他の2本のロッド電極442、444に高周波電圧−VRFと振幅が同一で極性が逆である高周波電圧VRFに所定の直流バイアス電圧VBIASを重畳した電圧を印加する。直流バイアス電圧VBIASは全てのロッド電極441〜444に共通に印加される電圧であり、この直流バイアス電圧VBIAS自体はイオンガイド40の内部に直流電場を形成しない。A voltage source (not shown) applies a voltage obtained by superimposing a predetermined DC bias voltage V BIAS on the high-frequency voltage −V RF to two opposing rod electrodes 441 and 443 of the four rod electrodes 441 to 444. In addition, the voltage source 641 generates a voltage obtained by superimposing a predetermined DC bias voltage V BIAS on the high frequency voltage V RF having the same amplitude and opposite polarity as the high frequency voltage −V RF on the other two rod electrodes 442 and 444. Apply. The DC bias voltage V BIAS is a voltage commonly applied to all the rod electrodes 441 to 444, and the DC bias voltage V BIAS itself does not form a DC electric field inside the ion guide 40.

電圧源6431は1本のロッド電極442を囲む抵抗体44のイオン入口側端部に、分析対象であるイオン(この例では正イオン)と逆極性である第1直流電圧−VDCinを偏向用直流電圧として印加し、電圧源6432は該抵抗体44のイオン出口側端部に第1直流電圧−VDCinと同極性で電圧値は|VDCin|よりも小さい第2直流電圧−VDCoutを印加する。これにより、イオンガイド40の内部にはイオンを該抵抗体44又はロッド電極442の方向へと誘引する直流電場が形成される。したがって、図9に示すように、中心軸Qに略平行にイオンガイド40に入射して来たイオンは上記直流電場の作用により、中心軸Qから離れて抵抗体44又はロッド電極442に近づくように徐々に曲がる。また、抵抗体44の両端部にそれぞれ印加される直流電圧には電圧差があるため、中心軸Q上における上記直流電場の強さはイオン入口側端部で最も大きく、出口側端部に向かうに従い徐々に小さくなる。つまり、イオンガイド40に導入されたイオンを抵抗体44又はロッド電極442の方向に引っ張る作用は入口側端部で最も強く、出口側端部に向かうに従い徐々に弱くなる。このため、イオンガイド40を通過する際にCIDガスとの接触によりイオンが持つ運動エネルギが変化しても、イオンの曲がり不足や曲がりすぎを回避し、イオンを効率良くイオンガイド40の出口まで案内することができる。The voltage source 6431 deflects a first DC voltage −V DCin having a polarity opposite to that of an ion to be analyzed (in this example, a positive ion) at an ion entrance side end of a resistor 44 surrounding one rod electrode 442. is applied as a DC voltage, voltage source 6432 is a voltage value in the first direct-current voltage -V DCin the same polarity to the ion exit end of the resistive element antibodies 44 | smaller second DC voltage -V DCout than | V DCin Apply. As a result, a DC electric field that attracts ions toward the resistor 44 or the rod electrode 442 is formed inside the ion guide 40. Therefore, as shown in FIG. 9, ions that have entered the ion guide 40 substantially parallel to the central axis Q are separated from the central axis Q and approach the resistor 44 or the rod electrode 442 by the action of the DC electric field. Turn gradually to. In addition, since there is a voltage difference between the DC voltages applied to both ends of the resistor 44, the intensity of the DC electric field on the central axis Q is greatest at the end portion on the ion inlet side and toward the end portion on the outlet side. It becomes small gradually according to. In other words, the action of pulling ions introduced into the ion guide 40 in the direction of the resistor 44 or the rod electrode 442 is strongest at the inlet side end and gradually weakens toward the outlet side end. For this reason, even if the kinetic energy of the ions changes due to contact with the CID gas when passing through the ion guide 40, the ions are efficiently guided to the outlet of the ion guide 40 by avoiding insufficient ion bending or excessive bending. can do.

以上のように、本発明に係る第1乃至第4実施例のイオンガイドはいずれも、イオンガイド40内部空間においてCIDガスとの衝突によりイオンの運動エネルギが変化する場合でも、そのエネルギ変化に応じて偏向用直流電場の強さを調整しているので、イオンの曲がり不足や曲がりすぎを回避して高いイオン通過効率を達成することができる。  As described above, any of the ion guides of the first to fourth embodiments according to the present invention responds to the energy change even when the kinetic energy of the ions changes in the internal space of the ion guide 40 due to the collision with the CID gas. Since the intensity of the direct current electric field for deflection is adjusted, it is possible to achieve high ion passage efficiency by avoiding insufficient bending or excessive bending of ions.

なお、上記実施例では、抵抗体やロッド電極に印加する直流電圧により形成する直流電場の作用によりイオンを引っ張ることにより曲げるようにしていたが、逆に、湾曲外方に位置する抵抗体やロッド電極に印加する直流電圧によりイオンを反発させる(押し出す)作用を持つ直流電場を形成し、これによってイオン軌道を曲げるようにしてもよい。もちろん、その場合には、上記実施例とは異なり、イオンガイドの入口側端部から出口側端部に向かって偏向用直流電場の強さを徐々に大きくする必要があるのは当然である。  In the above embodiment, the bending is performed by pulling the ions by the action of the DC electric field formed by the DC voltage applied to the resistor and the rod electrode. Conversely, the resistor and the rod positioned outside the curve. A DC electric field having an action of repelling (extruding) ions by a DC voltage applied to the electrode may be formed, and thereby the ion trajectory may be bent. Of course, in that case, unlike the above-described embodiment, it is natural that the intensity of the direct current electric field for deflection needs to be gradually increased from the inlet side end portion of the ion guide toward the outlet side end portion.

また、上記実施例ではコリジョンセル内に設置されるイオンガイドに本発明を適用していたが、コリジョンセル内のみならず、残留ガスとの衝突等のためにイオンが進行するに従って該イオンがもつ運動エネルギが変化する領域に設置されるイオンガイド全般に本発明を適用することができる。例えば、液体クロマトグラフ質量分析装置などでは、ESIやAPCI等の大気圧イオン化が行われる略大気圧雰囲気であるイオン化室と四重極マスフィルタ等の質量分析器が設置される高真空の分析室との間に、複数の中間真空室が設置された多段差動排気系の構成が採られる。こうした構成の場合、イオン化室の次段の中間真空室には、イオン輸送パイプを通してイオン化室からイオンとともに大気ガスが連続的に流入するため、該中間真空室内の残留ガス濃度は比較的高い。そのため、該中間真空室内に設置されるイオンガイドの入口側ではイオンがもつ運動エネルギは比較的高いものの、イオンガイド内部を進むに従いイオンは残留ガスに衝突して運動エネルギが下がる。こうしたイオンガイドに対しても本発明に係るイオンガイドが有効であることは容易に理解できる。さらにまた、本発明に係るイオンガイドは質量分析装置のみならず、イオンを扱う様々な機器、装置において用いることができる。  In the above embodiment, the present invention is applied to the ion guide installed in the collision cell. However, not only in the collision cell but also as the ions progress due to collision with residual gas, etc. The present invention can be applied to all ion guides installed in a region where kinetic energy changes. For example, in a liquid chromatograph mass spectrometer or the like, a high-vacuum analysis chamber in which an ionization chamber that is an atmospheric pressure atmosphere in which atmospheric pressure ionization such as ESI or APCI is performed and a mass analyzer such as a quadrupole mass filter are installed. In between, a configuration of a multistage differential exhaust system in which a plurality of intermediate vacuum chambers are installed is adopted. In such a configuration, atmospheric gas continuously flows from the ionization chamber through the ion transport pipe into the intermediate vacuum chamber next to the ionization chamber, so that the residual gas concentration in the intermediate vacuum chamber is relatively high. Therefore, although the kinetic energy of ions is relatively high on the inlet side of the ion guide installed in the intermediate vacuum chamber, the ions collide with the residual gas as the ion guide proceeds and the kinetic energy decreases. It can be easily understood that the ion guide according to the present invention is effective for such an ion guide. Furthermore, the ion guide according to the present invention can be used not only in a mass spectrometer but also in various devices and apparatuses that handle ions.

また、上記実施例はいずれも一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加を行っても、本願請求の範囲に包含されることは明らかである。例えば、上記実施例に示したイオンガイドは四重極型又は八重極型であるが、六重極や十重極以上の多重極の構成としてもよい。  In addition, any of the above-described embodiments is merely an example, and it is obvious that even if appropriate modifications, corrections, and additions are made within the scope of the present invention, they are included in the scope of claims of the present application. For example, although the ion guide shown in the above embodiment is a quadrupole type or an octupole type, it may have a hexapole or a multipole configuration of ten or more.

1…イオン化部
2…前段四重極マスフィルタ
3…後段四重極マスフィルタ
4…コリジョンセル
40…イオンガイド
411〜414、422、432…湾曲状ロッド電極
42、44…抵抗体
43…セル室
441〜444…ロッド電極
5…検出器
611、612、613、614、623、6331〜6337、6431、6432…電圧源
O…湾曲状中心軸
Q…中心軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ionization part 2 ... Pre-stage quadrupole mass filter 3 ... Back-stage quadrupole mass filter 4 ... Collision cell 40 ... Ion guide 411-414, 422, 432 ... Curved rod electrodes 42, 44 ... Resistor 43 ... Cell chamber 441-444 ... Rod electrode 5 ... Detectors 611, 612, 613, 614, 623, 6331-6337, 6431, 6432 ... Voltage source O ... Curved central axis Q ... Central axis

また上記課題を解決するために成された第4発明は、イオンを収束させつつ輸送するイオンガイドにおいて、
a)直線状の中心軸を取り囲むように互いに平行に配置された2n(nは2以上の整数)本のロッド電極と、
b)前記2n本のロッド電極にそれぞれ電圧を印加する電圧印加手段であって、該2n本のロッド電極の中で周方向に隣接する任意の2本のロッド電極に互いに極性が逆である高周波電圧を印加する高周波電圧印加手段と、
c)前記2n本のロッド電極で囲まれる空間に形成される高周波電場に重畳して、該空間内のイオンを前記中心軸に直交する一方向に誘引し且つ該中心軸に沿って電場の強さが相違する偏向電場を形成する偏向電場形成手段と、
を備えることを特徴としている。
Moreover, the 4th invention made in order to solve the said subject WHEREIN: In the ion guide which conveys an ion while making it converge,
a) 2n (n is an integer of 2 or more) rod electrodes arranged in parallel to each other so as to surround the linear central axis;
b) Voltage applying means for applying a voltage to each of the 2n rod electrodes, wherein the two high frequency electrodes are opposite in polarity to any two rod electrodes adjacent in the circumferential direction. High-frequency voltage applying means for applying a voltage;
c) Superposed on the high-frequency electric field formed in the space surrounded by the 2n rod electrodes, attracts ions in the space in one direction perpendicular to the central axis, and strengthens the electric field along the central axis. a deflecting electric field forming means for forming a polarization direction electric field you difference of,
It is characterized by having.

Claims (11)

イオンを収束させつつ湾曲状経路に沿って輸送するイオンガイドにおいて、
a)湾曲状中心軸を取り囲むように配置された2n(nは2以上の整数)本の湾曲状ロッド電極と、
b)前記2n本の湾曲状ロッド電極にそれぞれ電圧を印加する電圧印加手段であって、該2n本の湾曲状ロッド電極の中で前記湾曲状中心軸を中心とする周方向に隣接する任意の2本の湾曲状ロッド電極に互いに極性が逆である高周波電圧を印加する高周波電圧印加手段と、
c)前記2n本の湾曲状ロッド電極で囲まれる空間に形成される高周波電場に重畳して、該空間内のイオンを前記湾曲中心軸に直交する面内で該湾曲状中心軸の曲がりの内側方向に誘引し且つ湾曲状中心軸に沿って電場の強さが相違する直流電場を形成する偏向電場形成手段と、
を備えることを特徴とするイオンガイド。
In an ion guide that transports ions along a curved path while converging ions,
a) 2n (n is an integer of 2 or more) curved rod electrodes arranged so as to surround the curved central axis;
b) Voltage applying means for applying a voltage to each of the 2n curved rod electrodes, and any of the 2n curved rod electrodes adjacent to the circumferential direction centering on the curved central axis. High frequency voltage applying means for applying high frequency voltages having opposite polarities to the two curved rod electrodes;
c) Superimposes a high-frequency electric field formed in a space surrounded by the 2n curved rod electrodes, and causes ions in the space to be inside the curved central axis in a plane perpendicular to the curved central axis. A deflecting electric field forming means for generating a DC electric field attracting in a direction and having different electric field strengths along a curved central axis;
An ion guide comprising:
請求項1に記載のイオンガイドであって、
前記偏向電場形成手段は、前記2n本の湾曲状ロッド電極のうち、湾曲内方に位置する又は外方に位置する1本の湾曲状ロッド電極に沿って延伸するように配置された1本の抵抗体と、該抵抗体のイオン入口側端部と出口側端部とにそれぞれ異なる電位の直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、を含むことを特徴とするイオンガイド。
The ion guide according to claim 1,
The deflection electric field forming means is arranged so as to extend along one curved rod electrode located inward or outward of the 2n curved rod electrodes. An ion guide comprising: a resistor; and DC voltage applying means for applying DC voltages having different potentials to an ion inlet side end and an outlet side end of the resistor, respectively.
請求項2に記載のイオンガイドであって、
前記抵抗体は湾曲内方に位置する又は外方に位置する1本の湾曲状ロッド電極を囲むように配置された湾曲状の抵抗体であることを特徴とするイオンガイド。
The ion guide according to claim 2,
The ion guide according to claim 1, wherein the resistor is a curved resistor disposed so as to surround one curved rod electrode positioned inwardly or outwardly.
イオンを収束させつつ湾曲状経路に沿って輸送するイオンガイドにおいて、
a)湾曲状中心軸を取り囲むように配置された2n(nは2以上の整数)本の湾曲状ロッド電極であって、その中で湾曲内方に位置する又は外方に位置する1本の湾曲状ロッド電極はイオン入口側端部から出口側端部に向かって前記湾曲状中心軸との離間距離が変化するように配置されてなる2n本の湾曲状ロッド電極と、
b)前記2n本の湾曲状ロッド電極にそれぞれ電圧を印加する電圧印加手段であって、該2n本の湾曲状ロッド電極の中で前記湾曲状中心軸を中心とする周方向に隣接する任意の2本の湾曲状ロッド電極に互いに極性が逆である高周波電圧を印加する高周波電圧印加手段と、
c)前記2n本の湾曲状ロッド電極で囲まれる空間に形成される高周波電場に重畳して、該空間内のイオンを前記湾曲中心軸に直交する面内で該湾曲状中心軸の曲がりの内側方向に誘引し且つ湾曲状中心軸に沿って電場の強さが相違する直流電場を形成するように、前記2本の湾曲状ロッド電極の中で湾曲内方に位置する又は外方に位置する1本の湾曲状ロッド電極に直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、
を備えることを特徴とするイオンガイド。
In an ion guide that transports ions along a curved path while converging ions,
a) 2n (n is an integer of 2 or more) curved rod electrodes arranged so as to surround the curved central axis, and one of them is located inside the curve or located outside The curved rod electrodes are arranged so that the distance from the curved central axis changes from the ion inlet side end toward the outlet side end; and
b) Voltage applying means for applying a voltage to each of the 2n curved rod electrodes, and any of the 2n curved rod electrodes adjacent to the circumferential direction centering on the curved central axis. High frequency voltage applying means for applying high frequency voltages having opposite polarities to the two curved rod electrodes;
c) Superimposes a high-frequency electric field formed in a space surrounded by the 2n curved rod electrodes, and causes ions in the space to be inside the curved central axis in a plane perpendicular to the curved central axis. The two curved rod electrodes are positioned inwardly or outwardly so as to form a DC electric field that is attracted in the direction and has different electric field strengths along the curved central axis. DC voltage application means for applying a DC voltage to one curved rod electrode;
An ion guide comprising:
イオンを収束させつつ湾曲状経路に沿って輸送するイオンガイドにおいて、
a)湾曲状中心軸を取り囲むように配置された2n(nは2以上の整数)本の湾曲状ロッド電極であって、その中で湾曲内方に位置する又は外方に位置する1本がその長手方向に分割された複数の電極により構成される仮想的ロッド電極である2n本の湾曲状ロッド電極と、
b)前記2n本の湾曲状ロッド電極にそれぞれ電圧を印加する電圧印加手段であって、該2n本の湾曲状ロッド電極の中で前記湾曲状中心軸を中心とする周方向に隣接する任意の2本の湾曲状ロッド電極に互いに極性が逆である高周波電圧を印加する高周波電圧印加手段と、
c)前記2n本の湾曲状ロッド電極で囲まれる空間に形成される高周波電場に重畳して、該空間内のイオンを前記湾曲中心軸に直交する面内で該湾曲状中心軸の曲がりの内側方向に誘引し且つ湾曲状中心軸に沿って電場の強さが相違する直流電場を形成するように、前記仮想的湾曲状ロッド電極を構成する複数の電極にイオン入口側端部から出口側端部に向かって異なる直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、
を備えることを特徴とするイオンガイド。
In an ion guide that transports ions along a curved path while converging ions,
a) 2n (n is an integer of 2 or more) curved rod electrodes arranged so as to surround the curved central axis, one of which is located inside the curve or located outside 2n curved rod electrodes which are virtual rod electrodes composed of a plurality of electrodes divided in the longitudinal direction;
b) Voltage applying means for applying a voltage to each of the 2n curved rod electrodes, and any of the 2n curved rod electrodes adjacent to the circumferential direction centering on the curved central axis. High frequency voltage applying means for applying high frequency voltages having opposite polarities to the two curved rod electrodes;
c) Superimposes a high-frequency electric field formed in a space surrounded by the 2n curved rod electrodes, and causes ions in the space to be inside the curved central axis in a plane perpendicular to the curved central axis. A plurality of electrodes constituting the virtual curved rod electrode from the ion inlet side end to the outlet side end so as to form a DC electric field attracting in the direction and having different electric field strengths along the curved central axis DC voltage application means for applying different DC voltages toward the part,
An ion guide comprising:
請求項2乃至5のいずれかに記載のイオンガイドであって、
nが2である四重極型の構成であり、湾曲状中心軸を挟んで対向する2本の湾曲状ロッド電極の中心は前記湾曲状中心軸が載る平面上に位置し、他の2本の湾曲状ロッド電極の中心は前記平面に直交し且つ前記湾曲状中心軸を含む湾曲状曲面上に位置するように、4本の湾曲状ロッド電極が配置され、
前記直流電圧印加手段は、中心が前記平面上に位置する2本の湾曲状ロッド電極のうちの1本若しくはそれらロッド電極に沿って設けられた抵抗体に直流電圧を印加し、さらに、他の2本の湾曲状ロッド電極には分析対象のイオンと同極性である収束用直流電圧を印加することを特徴とするイオンガイド。
An ion guide according to any one of claims 2 to 5,
A quadrupole configuration in which n is 2, the centers of the two curved rod electrodes facing each other across the curved central axis are located on the plane on which the curved central axis rests, and the other two Four curved rod electrodes are arranged so that the center of the curved rod electrode is positioned on a curved curved surface that is orthogonal to the plane and includes the curved central axis,
The DC voltage applying means applies a DC voltage to one of the two curved rod electrodes whose center is located on the plane or a resistor provided along the rod electrodes, An ion guide characterized in that a converging DC voltage having the same polarity as an ion to be analyzed is applied to two curved rod electrodes.
イオンを収束させつつ輸送するイオンガイドにおいて、
a)直線状の中心軸を取り囲むように互いに平行に配置された2n(nは2以上の整数)本のロッド電極と、
b)前記2n本のロッド電極にそれぞれ電圧を印加する電圧印加手段であって、該2n本のロッド電極の中で周方向に隣接する任意の2本のロッド電極に互いに極性が逆である高周波電圧を印加する高周波電圧印加手段と、
c)前記2n本のロッド電極で囲まれる空間に形成される高周波電場に重畳して、該空間内のイオンを前記中心軸に直交する一方向に誘引し且つ該中心軸に沿って電場の強さが相違する直流電場を形成する偏向電場を形成する偏向電場形成手段と、
を備えることを特徴とするイオンガイド。
In an ion guide that transports ions while converging them,
a) 2n (n is an integer of 2 or more) rod electrodes arranged in parallel to each other so as to surround the linear central axis;
b) Voltage applying means for applying a voltage to each of the 2n rod electrodes, wherein the two high frequency electrodes are opposite in polarity to any two rod electrodes adjacent in the circumferential direction. High-frequency voltage applying means for applying a voltage;
c) Superposed on the high-frequency electric field formed in the space surrounded by the 2n rod electrodes, attracts ions in the space in one direction perpendicular to the central axis, and strengthens the electric field along the central axis. A deflection electric field forming means for forming a deflection electric field for forming a DC electric field of different
An ion guide comprising:
請求項7に記載のイオンガイドであって、
前記偏向電場形成手段は、前記2n本のロッド電極のうち、所定の1本のロッド電極又に沿って延伸するように配置された1本の抵抗体と、該抵抗体にあってイオンの入口側と出口側とにそれぞれ異なる電位の直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、を含むことを特徴とするイオンガイド。
The ion guide according to claim 7,
The deflecting electric field forming means includes one resistor arranged so as to extend along a predetermined one of the 2n rod electrodes, and an entrance of ions in the resistor. An ion guide comprising: DC voltage applying means for applying DC voltages having different potentials to the side and the outlet side, respectively.
請求項8に記載のイオンガイドであって、
前記抵抗体は前記所定の1本のロッド電極又は仮想的ロッド電極を囲むように配置された抵抗体であることを特徴とするイオンガイド。
The ion guide according to claim 8,
The ion guide according to claim 1, wherein the resistor is a resistor disposed so as to surround the predetermined one rod electrode or virtual rod electrode.
請求項1〜9のいずれかに記載のイオンガイドが内部に配設されたコリジョンセルを備えることを特徴とする質量分析装置。  A mass spectrometer comprising a collision cell in which the ion guide according to claim 1 is disposed. 試料成分を大気圧雰囲気の下でイオン化するイオン化室と質量分析器が配設された分析室との間に1乃至複数の中間真空室を備えた質量分析装置であって、
請求項1〜9のいずれかに記載のイオンガイドが、前記イオン化室の次段の中間真空室の内部に配設されたことを特徴とする質量分析装置。
A mass spectrometer having one or more intermediate vacuum chambers between an ionization chamber for ionizing a sample component under an atmospheric pressure atmosphere and an analysis chamber in which a mass analyzer is disposed,
A mass spectrometer, wherein the ion guide according to any one of claims 1 to 9 is disposed in an intermediate vacuum chamber next to the ionization chamber.
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