WO2017046849A1 - 質量分析装置 - Google Patents

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WO2017046849A1
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channel
mass spectrometer
ions
ion
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益之 杉山
宏之 佐竹
英樹 長谷川
和茂 西村
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/06—Electron- or ion-optical arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/622—Ion mobility spectrometry
    • G01N27/623—Ion mobility spectrometry combined with mass spectrometry

Definitions

  • the present invention relates to a mass spectrometer.
  • a mass spectrometer can separate ions based on the mass-to-charge ratio (m / z) of molecular ions in vacuum, and can separate and detect ions with high sensitivity and high accuracy. In mass spectrometry, ions are separated for each mass-to-charge ratio (m / z).
  • Mass spectrometers are commonly used as detectors for liquid chromatographs (LC) and gas chromatographs (GC), and include liquid chromatography mass spectrometry (LC / MS) and gas chromatography mass spectrometry (GC / MS). The analysis method called is often used.
  • the ionization methods include electrospray ionization (ESI), atmospheric pressure chemical ionization (APCI), atmospheric pressure matrix-assisted laser desorption ionization (AP-MALDI), desorption electrospray ionization (DESI), and atmospheric pressure photoionization (APPI). ) Etc. are known. Since the polarity and molecular weight of the sample that can be efficiently ionized differ depending on the ionization method, it is necessary to use different ionization methods depending on the sample in order to obtain high sensitivity.
  • ESI electrospray ionization
  • APCI atmospheric pressure chemical ionization
  • AP-MALDI atmospheric pressure matrix-assisted laser desorption ionization
  • DESI desorption electrospray ionization
  • APPI atmospheric pressure photoionization
  • Patent Document 1 by switching the voltage applied to the electrode, only ions of the ion source used for measurement among a plurality of ion sources are introduced into the mass spectrometer, and ions from other ion sources are introduced into the mass spectrometer. A method of controlling to prevent this is disclosed.
  • Patent Document 2 by moving a shielding plate installed under atmospheric pressure, only ions of an ion source used for measurement among a plurality of ion sources are introduced into a mass spectrometer, and ions from other ion sources are introduced. A method for controlling the mass spectrometer so as not to be introduced is disclosed.
  • a method of measuring by incorporating an apparatus having a separation performance different from mass spectrometry such as an ion mobility separation apparatus (or ion mobility apparatus) between the ion source and the mass spectrometer has been reported.
  • the ion mobility separation device separates ions in the gas phase under atmospheric pressure by utilizing the fact that the ion migration speed differs in the gas phase depending on the three-dimensional structure of molecular ions. Therefore, it is possible to separate ions of structural isomers having the same mass-to-charge ratio (m / z), which is difficult to separate by mass spectrometry.
  • FIMS asymmetric electric field application type ion mobility separation device
  • DMS Different Mobility Spectrometer
  • Patent Document 3 shows an example of an apparatus in which a FAIMS and a mass spectrometer are combined.
  • the FAIMS is attached to the front stage of the mass spectrometer, and is configured such that the user can attach or remove the FAIMS.
  • Patent Document 4 shows another example of FAIMS and a mass spectrometer.
  • the internal electrode of the FAIMS has a cylindrical shape and can be rotated. In this configuration, it is shown that a mode in which mass analysis is performed after ion separation (hereinafter, ion separation mode) and an MS mode in which ions are not separated in FAIMS can be switched by rotation of the internal electrode of FAIMS. In the MS mode, a cylindrical flow path vacated inside the internal electrode can also pass through.
  • an apparatus combining an ion mobility separator and a mass spectrometer has the following problems.
  • the ion mobility separation device will be described using FAIMS as an example.
  • the present invention provides a mass spectrometer capable of switching measurement conditions at high speed and having high sensitivity.
  • the mass spectrometer of the present invention includes an ion source, a mass analyzer disposed in the vacuum chamber, a first flow path and a second flow for introducing ions generated in the ion source into the mass analyzer in the vacuum chamber. And a blocking mechanism for selectively blocking ions and neutral gas introduced into the mass spectrometer through the first channel or ions and neutral gas introduced into the mass analyzer through the second channel.
  • the distance between the flow path outlet on the mass analysis unit side of the first flow path and the flow path outlet on the mass analysis section side of the second flow path is the flow path on the ion source side of the first flow path The distance was set shorter than the distance between the inlet and the channel inlet on the ion source side of the second channel.
  • an ion mobility separation device is provided in the second channel.
  • high-efficiency, high-throughput, high-sensitivity analysis is realized in a mass spectrometer equipped with a plurality of ion sources or a mass spectrometer equipped with an ion mobility separator.
  • the schematic block diagram which shows the Example of a mass spectrometer The schematic diagram of a 1st pore. Explanatory drawing which shows operation
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a mass spectrometer according to the present invention.
  • the mass spectrometer of the present embodiment selectively takes ions generated by the two ion sources into the mass analyzer and performs mass analysis.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the first pores provided in the mass spectrometer.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the first pore shown in FIG.
  • Sample solution supplied by a liquid feeding system such as liquid chromatography (LC) 61 is supplied to two ion sources 1 and 2.
  • the sample solution may be split by the switching mechanism 63 and flow to the two ion sources 1 and 2 at the same time, or only the ion source at the channel inlet on the side opened by the blocking mechanism 30 using the switching mechanism 63.
  • the channel may be washed by flowing only the solvent not containing the sample into the other ion source.
  • the switching mechanism 63 is controlled by the flow path control system 62.
  • the ion source 1 is disposed in the vicinity of the first channel inlet 110 of the first pore, and the ion source 2 is disposed in the vicinity of the second channel inlet 111 of the first pore. Ions generated by the ion source 1 or the ion source 2 are introduced into the vacuum chamber 5 exhausted by the vacuum pump 7 through the first channel 100 or the second channel 101 of the first pore. .
  • Ionization methods performed in the ion source include, for example, electrospray ionization (ESI), atmospheric pressure chemical ionization (APCI), atmospheric pressure matrix-assisted laser desorption ionization (AP-MALDI), desorption electrospray ionization (DESI), large It is an ionization method commonly used in mass spectrometers such as barometric pressure photoionization (APPI).
  • ESI electrospray ionization
  • APCI atmospheric pressure chemical ionization
  • AP-MALDI atmospheric pressure matrix-assisted laser desorption ionization
  • DESI desorption electrospray ionization
  • APPI barometric pressure photoionization
  • the ion source 1 and the ion source 2 may be different types of ion sources, or may be ion sources having different ionization polarities.
  • the first pore has a first channel 100 and a second channel 101 as shown in FIG.
  • the first channel 100 is a channel connecting the first channel inlet 110 opened to the atmosphere side and the first channel outlet 112 opened to the vacuum chamber 5.
  • the second channel 101 connects the second channel inlet 111 that opens to the atmosphere side and the second channel outlet 113 that opens to the vacuum chamber 5.
  • the first pore constitutes a vacuum partition between the ion source and the vacuum chamber at approximately atmospheric pressure, and the conductance is determined by the geometric structure of the first channel 100 and the second channel 101.
  • the first channel 100 and the second channel 101 may have a cylindrical shape or other shapes such as a slit. When the flow path shape is a cylinder, a typical inner diameter is about 0.1 mm to 1 mm.
  • the first pores When the first pores are heated to about 100 ° C. to 300 ° C., contamination of the inner wall of the flow channel by contaminants and carry over of the sample can be reduced. In particular, in the measurement using the ESI ion source, heating the first pore promotes desolvation and improves ionization efficiency.
  • the shut-off mechanism 30 is driven by the drive unit 200 that is controlled by the control unit 201.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing the operation of the blocking mechanism.
  • the blocking mechanism 30 blocks the second channel outlet 113 and releases the first channel outlet 112. Since the vacuum chamber 5 of the mass spectrometer is evacuated by the vacuum pump 7 and maintained under reduced pressure, the first flow path inlet 110 under almost atmospheric pressure and the first flow path outlet 112 under reduced pressure. There is a pressure difference between the two. Due to this pressure difference, a neutral gas such as air near the inlet of the first channel 100 is introduced into the vacuum chamber 5 through the first channel 100, and at the same time, ions generated from the ion source 1 are also neutralized. The gas flow is introduced into the vacuum chamber 5 through the first flow path 100.
  • Ions ejected from the first channel outlet 112 or the second channel outlet 113 of the first pore into the vacuum chamber 5 are ion optical systems such as the ion guide 9 and the second pore 4 shown in FIG. And is introduced into the mass analysis unit 11 in the subsequent stage.
  • the mass analyzer 11 is disposed in the vacuum chamber 6 that is evacuated by the vacuum pump 8.
  • the mass analyzer 11 may be a known mass analyzer.
  • ion trap mass analyzers such as three-dimensional ion traps and linear ion traps, quadrupole filter mass analyzers (Q filter), triple quadrupole mass analyzers, time-of-flight mass analyzers (TOF / MS) , A Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer (FTICR), an orbitrap mass analyzer, a magnetic field type mass analyzer, and the like.
  • a plurality of channels that is, the first channel 100 and the second channel, in which the distance d1 between the channel inlets on the atmosphere side is wider than the distance d2 between the channel outlets on the vacuum chamber side.
  • the ion source requires a high voltage (100 to 10 kV) and a high temperature gas (100 to 700 degrees). For this reason, in order to prevent discharge and heat conduction between the ion sources, the interval between the ion sources needs to be several tens mm, typically about 5 cm to 10 cm. In addition, the concentration of charged particles such as ions generated in the ion source decreases as the distance from the region where ionization occurs (spray in the case of ESI, and corona discharge region in APCI). Therefore, in order to efficiently incorporate ions generated by the ion source into the mass spectrometer, it is necessary to provide the flow path inlets (110, 111) near the ion source, typically about 1 to 2 cm from the ion source.
  • the flow channel inlets close to the respective ion sources disposed at intervals of about several tens of millimeters.
  • the distance d1 between the first channel inlet 110 and the second channel inlet 111 is about several tens mm, typically about 1 cm to 3 cm.
  • ions ejected from the outlet of the channel into the vacuum chamber 5 are converged by an ion optical system such as an electrostatic ion lens and a second pore in addition to the ion guide 9 shown in FIG. Part 11 is introduced.
  • an ion optical system such as an electrostatic ion lens and a second pore in addition to the ion guide 9 shown in FIG. Part 11 is introduced.
  • the ion incidence range (acceptance) in which ions can be efficiently focused by the ion optical system is limited.
  • the acceptance of ions in the ion optical system varies depending on the configuration of the ion optical system, but is approximately 1 mm to 10 mm in diameter.
  • the distance between the outlets of the first channel 100 and the second channel 101 is far from the acceptance of the ion optical system, the ions introduced from the first channel 100 and the second channel Both of the ions introduced from 101 cannot be efficiently introduced into the ion optical system.
  • the distance d2 between the first channel outlet 112 and the second channel outlet 113 typically needs to be 10 mm or less so as to be within the acceptance of the ion optical system.
  • the first flow path 100 and the second flow path 101 may be straight lines as shown in the example of FIG. 2, or may be curved as shown in the example of FIG. Shape may be sufficient.
  • the crank shape is complicated to process, but the portion where the flow path bends operates as an impactor, so that droplets can be removed. Moreover, the effect of solvent removal is great.
  • the blocking mechanism 30 may have a shutter shape in which the blocking body moves as shown in FIG. 1, a shape in which the plate 34 having the holes 33a and 33b rotates as shown in FIG. 6, or a shape as shown in FIG.
  • the shape in which the plate 36 having the holes 33a and 33b is slid may be used.
  • the plate is driven so that a hole is formed in the plate at the position of the inlet or outlet of the flow path to be opened. At this time, the position and the size of the hole opened in the plate are adjusted in advance so that the hole does not come to the position of the inlet or outlet of the blocked flow path.
  • the number of holes in the plate may be one, but if the number of holes is two or more and holes are arranged in the vicinity of each flow path, the distance that the blocking mechanism 30 moves when switching the flow path can be shortened. it can.
  • the distance in the driving direction of the two holes 33 a and 33 b provided in the plate 34 is set to the two flow path outlets 112.
  • 113 is set to be larger or smaller than the distance d2 of at least the flow path outlets 112, 113.
  • one of the first flow channel 100 and the second flow channel 101 can be selected as a flow channel for flowing ions and neutral gas.
  • the distance d3 in the driving direction between the two holes 33a and 33b provided in the plate 36 is between the two flow path outlets 112 and 113.
  • the distance is set to be larger or smaller than the distance d2 by at least the dimension of the channel outlets 112 and 113.
  • the blocking mechanism is sealed so that ions and neutral gas can pass through open channels, and ions and neutral gas cannot pass through other channels that are open, even in other shapes. Any structure can be used.
  • the blocking mechanism 30 may be installed at the outlet of the first channel 100 and the second channel 101 as shown in FIG. 1, or the first channel 100 and the second channel 101 as shown in FIG. You may install in the flow-path entrance side of the flow path 101.
  • FIG. In the configuration in which the blocking mechanism 30 is installed on the flow path inlet side as shown in FIG. 8, the blocking mechanism 30 can be installed in the atmosphere. Therefore, the blocking mechanism is driven as compared with the configuration in which the blocking mechanism 30 is installed on the flow path outlet side. There is an advantage that maintenance is easy.
  • the flow path opened until the space in the flow path that is blocked when the flow path is switched becomes the same pressure as the flow path outlet. Pressure is not stable. For this reason, especially when the volume of the flow path is large, it takes time to switch the flow path.
  • the configuration in which the blocking mechanism 30 is installed at the outlet of the channel as shown in FIG. 1 the switching time of the channel can be switched at high speed only by the time when the blocking mechanism 30 moves mechanically.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing another configuration example of the blocking mechanism, and shows an example of a slider-shaped blocking mechanism 30.
  • FIG. 9A is a schematic diagram showing a cross section of the first pore and the blocking mechanism
  • FIG. 9B is a schematic diagram of the blocking mechanism 30 viewed from the first pore side.
  • the slider 38 constituting the blocking mechanism 30 has a flow path connected to the first flow path 100 and two flow paths connected to the second flow path 101 inside. However, the connection with the first flow path 100 or the connection with the second flow path 101 is made alternatively, and the first flow path 100 and the second flow path 101 are simultaneously connected to the internal flow path of the slider 38. Is never connected.
  • the distance between the openings 39 and 40 of the two flow paths of the slider 38 connected to the first flow path 100 and the second flow path 101 is the opening of the first flow path 100 connected to the openings 39 and 40.
  • the distance between the openings of the second channel 101 is set to be at least a distance that is larger or smaller than the opening dimension of the first channel 100 or the second channel 101.
  • the channel outlet 112 of the first channel 100 and the channel outlet 113 of the second channel 101 are set on the vacuum chamber 5 side of the slider 38 as shown in the figure.
  • the ions and neutral gas that have passed through the first pore are bent in the flow path in the slider 38 shown in FIG. 9 and introduced into the vacuum chamber 5 from the first flow path outlet 112 or the second flow path outlet 113.
  • the moving distance for switching the flow path by the slider 38 is matched with the distance d2 between the first flow path outlet 112 and the second flow path outlet 113, the second flow path even when the first flow path 100 is selected. Even when 101 is selected, since ions are introduced into the vacuum chamber 5 from the same position, the ions can be introduced into the ion optical system including the ion guide 9 with high efficiency.
  • the entire flow path of the first flow path 100 and the second flow path 101 functions as a first pore that separates the vacuum chamber from the atmospheric pressure.
  • the conductance of the first channel and the second channel changes discontinuously in the middle of the channel, for example, a channel with a large inner diameter is connected in series with a first pore with a small inner diameter.
  • ions can be introduced into the vacuum with higher efficiency. This is because in the configuration where the conductance changes discontinuously in the middle of the flow path, the gas flow becomes turbulent at the position where the conductance changes, and ions collide with the wall surface and disappear. This is because, in the configuration having one pore, the conductance changes constantly or continuously regardless of the position, so that the loss of ions due to turbulent flow does not occur.
  • the blocking mechanism 30 is used, except for the flow path for introducing ions from the ion source being measured.
  • the ions and neutral gas passing through the flow path are blocked.
  • the time required for the blocking mechanism 30 to move mechanically and block the flow path is about several tens of ms to several seconds, and the ion source can be switched at high speed by using the blocking mechanism 30.
  • the two ion sources are an APCI ion source and an ESI ion source, they are switched by the blocking mechanism 30 according to the elution time of the LC, and are generated by the ESI ion source when measuring samples that are easily ionized by ESI.
  • any sample can be measured with high sensitivity by introducing the ion generated by the APCI ion source into the vacuum chamber. it can.
  • the efficiency of introducing ions from the ion source into the mass spectrometer increases as the conductance of the first pore increases.
  • the exhaust speed of the vacuum pump is limited, if the flow rate of the introduced gas is large, the pressure in the vacuum chamber increases and the ion transmission efficiency of the ion optical system in the mass spectrometer decreases. For this reason, in order to maximize the sensitivity, it is necessary to increase the conductance and increase the flow rate of introduction as long as the ion transmission efficiency is not impaired.
  • the blocking mechanism 30 opens any one of the plurality of flow paths (the first flow path 100 and the second flow path 101), ions introduced from other flow paths and Blocks neutral gas (air etc.) introduced with ions. For this reason, the conductance of each channel can be maximized within a range in which the ion transmission efficiency of the ion optical system does not decrease, and high-sensitivity measurement becomes possible.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the mass spectrometer according to the present invention.
  • the mass spectrometer of the present embodiment has a first channel 100 and a second channel 101 as first pores. Further, the vacuum chamber 5 is provided with a blocking mechanism 30 that selectively shields the channel outlet 112 of the first channel 100 and the channel outlet 113 of the second channel.
  • the second channel 101 is a channel through which ions and neutral gas generated in the ion source 1 are introduced into the mass spectrometer through the FAIMS 50 as an ion mobility separator, and the first channel 100 is an ion source.
  • 1 is a flow path through which the ions and neutral gas generated in 1 are introduced into the mass spectrometer without passing through the FAIMS 50.
  • the FAIMS 50 performs each ion mobility. Ion separation is performed, and mass spectrometry is performed.
  • the measurement conditions for introducing ions and neutral gas from the first channel 100 are MS mode
  • the measurement conditions for introducing ions and neutral gas from the second channel 101 are ion separation mode.
  • the MS mode since all ions can be passed through the mass spectrometer without selectivity, it is possible to search for target molecules and perform highly sensitive detection.
  • the ion separation mode by passing only certain target ions through the FAIMS, the ions can be detected with high sensitivity and high S / N.
  • Switching between the MS mode and the ion separation mode is performed by a blocking mechanism 30 that is disposed in the vacuum chamber 5 and selectively shields the first channel outlet 112 and the second channel outlet 113. Since the structure and operation of the blocking mechanism 30 are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
  • the ion source 1 is arranged at a position where the distance from both the channel inlets 110 and 111 is close to efficiently introduce ions from the channel inlet to the vacuum chamber 5. It is desirable that the plurality of flow path inlets be arranged at the same distance from the ion source 1.
  • the equivalent distance is a distance at which the amount of ions introduced from the ion source 1 to each channel inlet can be regarded as equivalent.
  • a plurality of flow path inlets 110 and 111 are preferably arranged on a concentric circle 60 centered on the ion source 1.
  • the same amount of ions can be introduced from the ion source 1 to any channel inlet.
  • ion introduction is possible regardless of the direction of the concentric circle 60 in which the flow path entrance is located.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a general configuration of FAIMS.
  • the FAIMS 50 includes a first electrode 51 and a second electrode 52 that are two flat plate electrodes made of metal. The distance between these two electrodes is about 0.1 mm to several mm, and the electrode length corresponding to the distance over which ions fly is about several tens mm.
  • the FAIMS 50 includes an AC voltage power supply 53, a DC voltage power supply 54, and a bias voltage power supply 57.
  • the first electrode 51 and the second electrode 52 are applied by using an alternating voltage power supply 53 and applying a separation voltage or a dispersion voltage (separation voltage: SV) obtained by superimposing high-frequency voltages to the first electrode 51.
  • a separation voltage or a dispersion voltage (separation voltage: SV) obtained by superimposing high-frequency voltages to the first electrode 51.
  • SV separation voltage
  • the separation voltage has a voltage amplitude of several hundred volts to several kilovolts.
  • CV compensation voltage
  • This compensation voltage is about ⁇ 100V to + 100V.
  • a DC voltage from the DC voltage power supply 54 can be applied to the first electrode 51.
  • a separation voltage can be applied to the second electrode 52.
  • ions are efficiently introduced from the electrode in the previous stage of the FAIMS 50, and the efficiency is applied to the electrode in the subsequent stage of the FAIMS 50. Ions are often discharged.
  • the length of the FAIMS electrodes 51 and 52 of the FAIMS 50 is shortened, the time for ions to fly in the electric field of the FAIMS is shortened, so that the ion separation performance of the FAIMS is deteriorated. Therefore, the length of the FAIMS electrodes 51 and 52 is about several tens of millimeters. Since the second channel inlet 111 is separated from the first channel inlet 110 by the length of the FAIMS electrode, the distance d1 between the first channel inlet 110 and the second channel inlet 111 is Naturally it is necessary to take long. On the other hand, the distance d2 between the channel outlets 112 and 113 needs to be shorter than the acceptance of the ion optical system. In the configuration of the present embodiment, a highly sensitive measurement can be performed by setting the distance d1 between the channel inlets to be longer than the distance d2 between the channel outlets.
  • two analysis methods of the MS mode that does not pass through the FAIMS 50 and the ion separation mode that uses the FAIMS 50 are possible by switching the two analysis modes at high speed using the blocking mechanism 30. There is no need to manually install / remove FAIMS, and automatic control allows mode switching at high speed within a few seconds.
  • MS mode since ions do not pass through FAIMS, there is no problem that the amount of ions has been reduced due to the passage through FAIMS in the past, and mass analysis can be performed with a high amount of ions.
  • high S / N analysis can be performed by performing ion separation with FAIMS.
  • FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing another embodiment of the mass spectrometer according to the present invention.
  • the mass spectrometer of the present embodiment has a first channel 100 and a second channel 101 as first pores.
  • the ion source 1 is arranged near the channel inlet 110 of the first channel 100
  • the ion source 2 is arranged near the channel inlet 111 of the second channel 101.
  • a blocking mechanism that selectively shields the channel inlet 110 of the first channel 100 and the channel inlet 111 of the second channel 101 is provided.
  • the first flow path 100 and the second flow path 101 as the first pores are separated from each other by the distance d1 between the flow path inlets 110 and 111.
  • the first channel 100 and the second channel 101 share one channel outlet 114.
  • the ions introduced from the ion sources 1 and 2 are discharged from the single flow channel outlet 114, there is an advantage that the ion spatial distribution is small and ions can be introduced into the ion optical system with high efficiency. .
  • the conductance changes discontinuously at the position where the flow paths merge and turbulence is likely to occur, the sensitivity is lower than that of the configuration of the first embodiment. Further, the position where the blocking mechanism 30 can be installed is limited to the middle of the flow path or the flow path inlet side.
  • this invention is not limited to the above-mentioned Example, Various modifications are included.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.

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Abstract

イオン源（１，２）と、真空室（６）内に配置された質量分析部（１１）と、イオン源で生成されたイオンを真空室内の質量分析部に導入する第一の流路（１１０）及び第二の流路（１０１）と、第一の流路を通して質量分析部に導入されるイオン及び中性ガスあるいは第二の流路を通して質量分析部に導入されるイオン及び中性ガスを選択的に遮断する遮断機構（３０）とを有し、第一の流路の質量分析部側の流路出口（１１２）と第二の流路の質量分析部側の流路出口（１１３）の間の距離（ｄ２）は、第一の流路のイオン源側の流路入口（１１０）と第二の流路のイオン源側の流路入口（１１１）の間の距離（ｄ１）より短く設定されている。

Description

質量分析装置
　本発明は、質量分析装置に関する。
　質量分析装置は、真空中で分子イオンの質量電荷比（ｍ／ｚ）によりイオンを分離することが可能であり、イオンを高感度かつ高精度に分離・検出することが可能である。質量分析ではイオンは、質量電荷比（ｍ／ｚ）毎に分離される。質量分析装置は、液体クロマトグラフ（ＬＣ）やガスクロマトグラフ（ＧＣ）の検出器として一般的に用いられており、液体クロマトグラフィー質量分析（ＬＣ／ＭＳ）やガスクロマトグラフィー質量分析（ＧＣ／ＭＳ）と呼ばれる分析手法がよく用いられている。
　質量分析装置で分析を行うためには、試料をイオン化する必要がある。イオン化の方式としては、エレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、大気圧マトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＡＰ－ＭＡＬＤＩ）、脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ）、大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）など知られている。イオン化の方式によって効率よくイオン化できる試料の極性や分子量が異なるため、高感度を得るには試料に応じてイオン化の方式を使い分ける必要がある。
　特許文献１には、電極に印加する電圧を切り替えることで複数のイオン源のうち測定に用いるイオン源のイオンのみが質量分析装置に導入され、他のイオン源からのイオンが質量分析装置に導入されないように制御する方法が開示されている。特許文献２には、大気圧下に設置された遮蔽板を動かすことで、複数のイオン源のうち測定に用いるイオン源のイオンのみが質量分析装置に導入され、他のイオン源からのイオンが質量分析装置に導入されないように制御する方法が開示されている。
　また、イオン源と質量分析装置の間に、イオン移動度分離装置（又はイオンモビリティー装置）などの質量分析と異なる分離性能をもつ装置を組み込んで計測する方法も報告されてきている。イオン移動度分離装置は、大気圧下の気相中において、分子イオンの立体構造に依存して気相中でのイオンの移動速度が異なることを利用してイオンを分離するものである。そのため、質量分析では分離が困難な質量電荷比（ｍ／ｚ）が同じ構造異性体のイオンを分離することが可能となる。イオンモビリティーの一つの方法として、非対称電界印加型イオン移動度分離装置（ＦＡＩＭＳ又はＤＭＳ（Differential mobility spectrometry））がある。
　特許文献３には、ＦＡＩＭＳと質量分析装置が結合した装置の例が示されている。ＦＡＩＭＳは質量分析装置の前段に取り付けられており、ユーザーによるＦＡＩＭＳの取り付けや取り外しが可能な構成となっている。特許文献４にはＦＡＩＭＳと質量分析装置の別の例が示されている。ＦＡＩＭＳの内部電極は円筒形状をしており、回転することが可能である。この構成では、イオン分離した後に質量分析するモード（以下、イオン分離モード）と、ＦＡＩＭＳにおいてイオン分離しないＭＳモードが、ＦＡＩＭＳの内部電極の回転により切り替え可能であることが示されている。ＭＳモードでは、内部電極の内部に空けられた円筒状の流路も通過可能となる。
US 2003/0106996 A1 US 6,841,774 B1 特表2012-521072号公報 US 2011/0253890 A1
　試料によって効率的にイオン化できるイオン化方法が異なるため、様々な試料を高感度に測定するためには複数種類のイオン源を試料に応じて選択して測定する必要がある。しかし、公知の方法では試料に応じてイオン源の種類を変えるには数分程度掛けてイオン源を手動で組み替える必要があるため測定に時間がかかるという課題があった。
　一般に、ほぼ大気圧下に置かれたイオン源から質量分析部がある真空室にイオンを導入する効率は、イオン源から真空室に導入されるガス（空気など）の流量が多いほど高くなり、高感度が得られる。しかし、特許文献１，２に記載された方法では、測定に用いていないイオン源から真空中に導入されるガスの流れを遮断することができない。このため、特許文献１，２の方法では、測定に用いていないイオン源から導入されるガスの流量の分だけ、測定に用いているイオン源から導入されるガスの流量が減少し、イオン源が１つしかない構成と比較して感度が低下するという問題があった。
　一方、イオン移動度分離装置と質量分析装置を組み合わせた装置には、以下の課題がある。以下の説明では、イオン移動度分離装置はＦＡＩＭＳを例として説明する。
　特許文献３の方法は、ＦＡＩＭＳを装着している構成では、ＦＡＩＭＳによるイオン分離が可能となるため、システム全体の分離性能が向上する。一方、狭い平板電極を持つＦＡＩＭＳをイオンが通過することになるため、イオンの損失が発生し、検出器に到達するイオン量は低下する。このイオンの損失は、ＦＡＩＭＳのイオン分離機能のＯＮ／ＯＦＦにかかわらず、ＦＡＩＭＳを装着しただけで発生する。このため、ＦＡＩＭＳの分離不要な測定試料であれば、ＦＡＩＭＳを取り外した方が高いイオン量が得られる。ＦＡＩＭＳによる分離性能の向上と高感度を両立するためには、ＦＡＩＭＳでの分離が有効な試料を測定する際にはＦＡＩＭＳを使用して測定し、ＦＡＭＩＳでの分離が不要な試料についてＦＡＩＭＳがない装置構成で測定する必要がある。しかし、特許文献３のように、ユーザーが手作業でＦＡＩＭＳを取り外す場合には、通常であれば数分から数１０分の時間を要する。このように、測定試料毎に取り付け・取り外しをしていては手間がかかり、さらに言えば測定のスループットが低下する。
　特許文献４の方法では、流路切り替えのために電極を回転させるため、切り替えに時間を要する。駆動系が自動制御されていても切り替には数秒から数十秒程度、手動であれば数分の時間は必要である。また回転の駆動系も必要である。
　以上のように一般にイオン源や、ＦＡＩＭＳの有無などイオン源と質量分析部の間の流路の装置構成を、試料に応じて装置構成を短い切り替え時間で切り替え、高い感度を実現する方法はこれまで知られていない。
　本発明は、このような状況に鑑み、高速に測定条件を切り替えることができ、かつ高感度な質量分析装置を提供するものである。
　本発明の質量分析装置は、イオン源と、真空室内に配置された質量分析部と、イオン源で生成されたイオンを真空室内の質量分析部に導入する第一の流路及び第二の流路と、第一の流路を通して質量分析部に導入されるイオン及び中性ガスあるいは第二の流路を通して質量分析部に導入されるイオン及び中性ガスを選択的に遮断する遮断機構とを有し、第一の流路の質量分析部側の流路出口と第二の流路の質量分析部側の流路出口の間の距離は、第一の流路のイオン源側の流路入口と第二の流路のイオン源側の流路入口の間の距離より短く設定した。
　一例として、第二の流路にイオン移動度分離装置が設けられている。
　また、一例として、イオン源は複数である。
　本発明によれば、複数のイオン源を備える質量分析装置あるいはイオン移動度分離装置を備える質量分析装置において、高効率、高スループット、高感度な分析が実現する。
　本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
質量分析装置の実施例を示す概略構成図。 第一細孔の模式図。 遮断機構の動作を示す説明図。 第一細孔の第一の流路と第二の流路の形状の例を示す模式図。 第一細孔の第一の流路と第二の流路の形状の例を示す模式図。 遮断機構の他の例を説明する模式図。 遮断機構の他の例を説明する模式図。 流路入口に遮断機構を設置した例を示す模式図。 遮断機構の別の構成例を示す模式図。 質量分析装置の他の実施例を示す概略構成図。 ＦＡＩＭＳの一般的な構成を示す模式図。 分離電圧の例を示す図。 質量分析装置の他の実施例を示す概略構成図。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
［実施例１］
　図１は、本発明による質量分析装置の実施例を示す概略構成図である。本実施例の質量分析装置は、２つのイオン源で生成されたイオンを選択的に質量分析部に取り込んで質量分析する。図２は、質量分析装置が備える第一細孔の模式図である。図１には、図２に示した第一細孔を断面模式図で示した。
　液体クロマトグラフィー（ＬＣ）６１などの送液システムで供給されるサンプル溶液は２つのイオン源１，２に供給される。サンプル溶液は、切り替え機構６３でスプリットして２つのイオン源１，２に同時に流してもよいし、切り替え機構６３を使って遮断機構３０で開放されている側の流路入口にあるイオン源のみに流し、他方のイオン源にはサンプルを含まない溶媒のみを流して流路を洗浄してもよい。切り替え機構６３は流路制御系６２で制御される。
　イオン源１は第一細孔の第一の流路入口１１０に近接して配置され、イオン源２は第一細孔の第二の流路入口１１１に近接して配置されている。イオン源１又はイオン源２で生成されたイオンは、第一細孔の第一の流路１００又は第二の流路１０１を通って、真空ポンプ７で排気された真空室５に導入される。イオン源で実施されるイオン化方法は、例えばエレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）、大気圧マトリックス支援レーザー脱離イオン化（ＡＰ－ＭＡＬＤＩ）、脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ）、大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）など、質量分析装置で通常用いられるイオン化法である。イオン源１とイオン源２は異なる種類のイオン化法のイオン源でもよいし、イオン化の極性が異なるイオン源でもよい。
　第一細孔は、図２に示すように、第一の流路１００と第二の流路１０１を持つ。第一の流路１００は大気側に開口している第一の流路入口１１０と真空室５に開口している第一の流路出口１１２の間を結ぶ流路である。また、第二の流路１０１は大気側に開口している第二の流路入口１１１と真空室５に開口している第二の流路出口１１３の間を結んでいる。第一細孔はほぼ大気圧下にあるイオン源と真空室の間の真空隔壁を構成し、コンダクタンスは第一の流路１００及び第二の流路１０１の幾何構造で決まる。第一の流路１００及び第二の流路１０１の形状は円筒でもよいし、スリットなど他の形状でもよい。流路形状が円筒の場合、典型的な内径は０．１ｍｍ～１ｍｍ程度である。第一細孔を１００℃～３００℃程度に加熱すると、流路内壁への夾雑物による汚染や、サンプルのキャリーオーバーを低減することができる。また、特にＥＳＩイオン源を用いた測定では、第一細孔を加熱することで脱溶媒が促進されイオン化効率も向上する。イオン及びイオンと共に取り込まれる中性ガスが第一の流路１００あるいは第二の流路１０１のいずれを通過するかは、遮断機構３０を駆動することで選択される。遮断機構３０は、制御部２０１によって制御される駆動部２００により駆動される。
　図３は、遮断機構の動作を示す説明図である。図３（Ａ）に示した遮断機構３０の配置では、遮断機構３０によって第二の流路出口１１３が遮蔽され、第一の流路出口１１２が解放される。質量分析装置の真空室５は、真空ポンプ７により排気され減圧下に維持されているため、ほぼ大気圧下にある第一の流路入口１１０と、減圧下にある第一の流路出口１１２の間に圧力差が存在する。この圧力差により第一の流路１００の入口付近の空気などの中性ガスは第一の流路１００を通って真空室５に導入され、同時にイオン源１から発生されたイオンもこの中性ガスの流れに乗って第一の流路１００を通り真空室５に導入される。一方、第二の流路１０１は第二の流路出口１１３が遮断されているため、イオンもガスも第二の流路１０１からは真空室５に導入されない。このとき第二の流路１０１では中性ガスの流れが存在しないため、遮断機構３０のイオン源２側はほぼ大気圧、真空室５側は真空となり、遮断機構３０を挟んで圧力差が形成される。逆に、図３（Ｂ）に示す遮断機構３０の配置では、第二の流路出口１１３が開放され、第一の流路出口１１２が遮蔽される。これにより、イオン源２から発生されたイオンと中性ガスは第二の流路入口１１１から第二の流路１０１を通り、第二の流路出口１１３から質量分析装置の真空室５へ導入される。
　第一細孔の第一の流路出口１１２あるいは第二の流路出口１１３から真空室５中に噴射されたイオンは、図１に示すイオンガイド９、第二細孔４などのイオン光学系で収束され、後段の質量分析部１１に導入される。質量分析部１１は、真空ポンプ８で真空排気される真空室６に配置されている。質量分析部１１は、公知の質量分析部であればよい。例えば、３次元イオントラップやリニアイオントラップなどのイオントラップ質量分析部、四重極フィルター質量分析部（Q filter）、３連四重極質量分析部、飛行時間型質量分析部（ＴＯＦ／ＭＳ）、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析部（ＦＴＩＣＲ）、オービトラップ質量分析部、磁場型質量分析部などである。
　本実施例では、大気側の流路入口間の距離ｄ１が真空室側の流路出口間の距離ｄ２よりも広くなっている複数の流路、すなわち第一の流路１００と第二の流路１０１を、遮断機構３０で切り替えることで、使用するイオン源や流路を高速に切り替え、かつ高感度に測定することが可能になる。以下にこの原理について説明する。
　イオン源には高電圧（１００～１０ｋＶ）や、高温のガス（１００度～７００度）が必要とされる。このため、イオン源の間の放電や熱伝導を防ぐため、イオン源同士の間隔は数十ｍｍ、典型的には５ｃｍ～１０ｃｍ程度、あける必要がある。また、イオン源で生成されたイオンなどの荷電粒子の濃度はイオン化が起こる領域（ＥＳＩの場合はスプレー、ＡＰＣＩはコロナ放電領域）から離れるほど低下する。そのため、イオン源で生成されたイオンを効率的に質量分析装置に取り込むためには、流路入口（１１０，１１１）はイオン源付近、典型的はイオン源から１～２ｃｍ程度、に設ける必要がある。以上のように、イオンを効率的に質量分析装置に取り込むためには、流路入口を数十ｍｍ程度の間隔をあけて配置されるそれぞれのイオン源の近くに配置する必要があり、必然的に第一の流路入口１１０と第二の流路入口１１１の間の距離ｄ１は数十ｍｍ程度、典型的には１ｃｍ～３ｃｍ程度、となる。
　一方、流路出口から真空室５中に噴射されたイオンは、図１に示したイオンガイド９のほか、静電イオンレンズ、第二細孔などのイオン光学系で収束され、後段の質量分析部１１に導入される。しかし、イオン光学系で効率よくイオンを収束できるイオンの入射範囲（アクセプタンス）は限られている。イオン光学系のイオンのアクセプタンスは、イオン光学系の構成によって異なるが、おおよそ直径１ｍｍ～１０ｍｍ程度である。第一の流路１００と第二の流路１０１の出口間の距離が、イオン光学系のアクセプタンスより離れている場合には、第一の流路１００から導入されたイオンと第二の流路１０１から導入されたイオンの両方を効率よくイオン光学系に導入することができない。このため、第一の流路出口１１２と第二の流路出口１１３の距離ｄ２は、イオン光学系のアクセプタンスに収まるように、典型的には１０ｍｍ以下にする必要がある。
　本実施例の構成では、大気側の流路入口１１０，１１１の間の距離ｄ１が、真空室５側の流路出口１１２，１１３の間の距離ｄ２よりも広くなっている複数の流路、すなわち第一の流路１００と第二の流路１０１を使うことで、複数のイオン源１，２から効率よくイオンを取り込み、かつ効率よく質量分析装置のイオン光学系に導入することが可能となる。
　図４、図５は、第一細孔の第一の流路と第二の流路の形状の例を示す模式図である。第一の流路１００と第二の流路１０１は、図２の例に示すように直線でもよいし、図４の例に示すようなクランク形状や、図５の例に示すような湾曲した形状でもよい。クランク形状は加工が複雑であるが、流路が曲がる部分がインパクターとして動作し、液滴を除去することができる。また、脱溶媒の効果が大きい。
　図６及び図７は、遮断機構の他の例を説明する模式図である。遮断機構３０は、図１に示したように遮断体が移動するシャッター形状でもよいし、図６に示すように穴３３ａ，３３ｂの開いた板３４が回転する形状や、図７に示すように穴３３ａ，３３ｂの開いた板３６がスライドする形状でもよい。図６、図７に示した遮断機構３０では開放すべき流路の入口又は出口の位置に板に空けた穴が来るように板を駆動する。このとき、遮断されている流路の入口又は出口の位置には穴が来ないように、予め板に空ける穴の位置や大きさを調整する。板に空ける穴の数は１つでもよいが、穴の数を２つ以上にしてそれぞれ流路付近に穴を配置すると、流路を切り替えるときに遮断機構３０が移動する距離を短くすることができる。
　図６のように回転する板３４によって遮断機構３０を構成する場合、板３４に設ける２つの穴３３ａ，３３ｂの駆動方向の距離、すなわち回転方向に沿った距離ｄ３を、２つの流路出口１１２，１１３の距離ｄ２に比べて少なくとも流路出口１１２，１１３の寸法だけ大きい距離あるいは小さい距離となるように設定する。そうすることにより、例えば板３４を回転して一方の穴３３ａを第一の流路１００の流路出口１１２に合致させたとき、他方の穴３３ｂは第二の流路１０１の流路出口１１３から外れ、板３４の平面によって流路出口１１３が塞がれる。逆に、穴３３ｂが第二の流路１０１の流路出口１１３に重なるように板３４を回転させると、他方の穴３３ａは第一の流路１００の流路出口１１２から外れ、流路出口１１２は板３４の平面によって遮蔽される。こうして、イオン及び中性ガスを流す流路として、第一の流路１００と第二の流路１０１のうちの一方を選択することができる。
　図７のように矢印方向にスライドする板３６によって遮断機構３０を構成する場合、板３６に設ける２つの穴３３ａ，３３ｂの駆動方向の距離ｄ３は、２つの流路出口１１２，１１３の間の距離ｄ２に比べて少なくとも流路出口１１２，１１３の寸法分大きい距離あるいは小さい距離となるように設定する。そうすることで、板３６をスライドして２つの穴３３ａ，３３ｂの一方を２つの流路出口１１２，１１３の一方に合わせたとき、他方の穴は流路出口から外れ、その流路出口は板３６の平面によって塞がれる。
　遮断機構は、これら以外の形状でも、開放されている流路をイオンと中性ガスが通過することができ、他の遮断されている流路はイオンも中性ガスも通過できないように封止することができる構造であればよい。
　遮断機構３０は、図１に示すように第一の流路１００と第二の流路１０１の出口に設置してもよいし、図８に示すように第一の流路１００と第二の流路１０１の流路入口側に設置してもよい。図８のように流路入口側に遮断機構３０を設置する構成では、遮断機構３０を大気中に設置できるので、流路出口側に遮断機構３０を設置する構成と比較して遮断機構の駆動やメンテナンスが容易であるという利点がある。一方、図１のように流路出口側に遮断機構３０を設置する構成では、流路入口に遮断機構３０を設置する構成と比較して、遮断機構３０と流路入口の部品とが接する面積が小さくそれに応じて摩擦も小さいため、遮断機構３０を駆動するために必要な力が少なくてすむという利点がある。また、図８のように流路入口に遮断機構３０を設置する構成では、流路の切り替え時に遮断される流路内の空間が流路出口と同じ圧力になるまで、開放される流路の圧力が安定しない。このため、特に流路の体積が大きい場合には流路の切り替えに時間がかかる。一方、図１のように流路出口に遮断機構３０を設置する構成では、流路の切り替え時間は遮断機構３０が機械的に移動する時間のみで高速な切り替えが可能である。
　図９は、遮断機構の別の構成例を示す模式図であり、スライダー形状の遮断機構３０の例を示している。図９（Ａ）は第一細孔と遮断機構の断面を示す模式図であり、図９（Ｂ）は第一細孔側から見た遮断機構３０の模式図である。この遮断機構３０を構成するスライダー３８は内部に、第一の流路１００と接続される流路及び第二の流路１０１と接続される２つの流路を有する。ただし、第一の流路１００との接続あるいは第二の流路１０１との接続は択一的に行われ、第一の流路１００と第二の流路１０１が同時にスライダー３８の内部流路に接続されることはない。第一の流路１００及び第二の流路１０１と接続されるスライダー３８の２つの流路の開口３９，４０間の距離は、開口３９，４０に接続される第一の流路１００の開口と第二の流路１０１の開口の間の距離に比較して少なくとも第一の流路１００あるいは第二の流路１０１の開口寸法分大きい距離あるいは小さい距離となるように設定されている。
　この場合、図のように第一の流路１００の流路出口１１２及び第二の流路１０１の流路出口１１３はスライダー３８の真空室５側に設定される。第一細孔を通過したイオン及び中性ガスは、図９に示すスライダー３８内の流路で曲げられ、第一の流路出口１１２又は第二の流路出口１１３から真空室５に導入される。スライダー３８による流路切り替えのための移動距離を第一の流路出口１１２と第二の流路出口１１３の距離ｄ２に合わせると、第一の流路１００を選択した場合でも第二の流路１０１を選択した場合でも同じ位置からイオンが真空室５に導入されるため、イオンを高い効率でイオンガイド９を含むイオン光学系に導入することができる。
　本実施例の図１、図８に示した構成では、第一の流路１００と第二の流路１０１の流路全体が、大気圧下と真空室を隔てる第一細孔として機能している。この構成は、第一の流路と第二の流路のコンダクタンスが流路の途中で不連続に変化する構成、例えば、内径の大きい流路が内径の小さい第一細孔と直列に接続される構成、と比較して、高効率でイオンを真空中に導入できる。これは、流路の途中でコンダクタンスが不連続に変化する構成では、コンダクタンスが変化する位置でガスの流れが乱流になりイオンが壁面に衝突して消失するのに対し、流路全体が第一細孔となっている構成ではコンダクタンスが位置によらず一定もしくは連続に変化するため乱流によるイオンのロスが起こらないためである。
　イオン源１で生成したイオンとイオン源２で生成したイオンを切り替えて測定するために、本実施例では遮断機構３０を使って、測定中のイオン源からのイオンを導入している流路以外の流路を通るイオン及び中性ガスを遮断する。遮断機構３０が機械的に移動して流路を遮断するのに必要な時間は数十ｍｓ～数ｓ程度であり、遮断機構３０を使うことで高速にイオン源を切り替えることが可能である。例えば、２つのイオン源をＡＰＣＩイオン源とＥＳＩイオン源とした場合、ＬＣの溶出時間に合わせて遮断機構３０による切り替えを行い、ＥＳＩでイオン化しやすい試料を測定する際にはＥＳＩイオン源で生成されたイオンを真空室に導入し、ＡＰＣＩでイオン化しやすい試料を測定する際にはＡＰＣＩイオン源で生成されたイオンを真空室に導入することで、いずれの試料も高感度で測定することができる。
　また、イオン源から質量分析装置内部へのイオンの導入効率は、第一細孔のコンダクタンスが大きいほど高くなる。一方で真空ポンプの排気速度には限界があるため、導入される気体の流量が多いと真空室の圧力が高くなり、質量分析装置内のイオン光学系のイオン透過効率が低下する。このため、感度を最大化するためには、イオン透過効率を損なわない範囲でコンダクタンスを大きくとり導入流量を増やす必要がある。
　本実施例では遮断機構３０により、複数の流路（第一の流路１００と第二の流路１０１）のいずれか１つを開放している間、他の流路から導入されるイオン及びイオンと共に導入される中性ガス（空気など）を遮断する。このため、それぞれの流路のコンダクタンスをイオン光学系のイオン透過効率が低下しない範囲で最大にすることでき、高感度の測定が可能になる。
［実施例２］
　図１０は、本発明による質量分析装置の他の実施例を示す概略構成図である。本実施例の質量分析装置は、第一細孔として第一の流路１００と第二の流路１０１を有する。また、真空室５に、第一の流路１００の流路出口１１２と第二の流路の流路出口１１３を選択的に遮蔽する遮断機構３０を備える。
　第二の流路１０１はイオン源１で発生されたイオン及び中性ガスがイオン移動度分離装置としてのＦＡＩＭＳ５０を通って質量分析部に導入される流路、第一の流路１００はイオン源１で発生されたイオン及び中性ガスがＦＡＩＭＳ５０を通過せずに質量分析部に導入される流路になっている。第一の流路１００からイオンと中性ガスを導入するモードでは質量分析のみを行うのに対し、第二の流路１０１からイオンと中性ガスを導入するモードではＦＡＩＭＳ５０でイオン移動度ごとにイオン分離し、さらに質量分析を行う。以下、第一の流路１００からイオンと中性ガスを導入する測定条件をＭＳモード、第二の流路１０１からイオンと中性ガスを導入する測定条件をイオン分離モードとする。
　ＭＳモードは、すべてのイオンを選択性無く質量分析装置に通過させることが可能であるため、ターゲット分子の探索が可能で、かつ高感度検出ができる。一方、イオン分離モードでは、あるターゲットイオンのみをＦＡＩＭＳを通過させることにより、そのイオンを高感度・高Ｓ／Ｎで検出することが可能である。ＭＳモードとイオン分離モードの切り替えは、真空室５に配置されて、第一の流路出口１１２と第二の流路出口１１３を選択的に遮蔽する遮断機構３０によって行う。遮断機構３０の構造、作用は実施例１の場合と同様であるので詳細な説明を省略する。
　イオン源１は、流路入口から真空室５にイオンを効率よく導入するためにどちらの流路入口１１０，１１１からも距離が近くなる位置に配置する。複数の流路入口は、イオン源１から同等の距離に配置されているのが望ましい。同等の距離とは、イオン源１から各流路入口に導入されるイオンの量が同等とみなせるような距離のことである。例えば図示するようにイオン源１を中心とする同心円６０の上に複数の流路入口１１０，１１１が配置されているのが好ましい。イオン源１から同等の距離にあることで同じ量のイオンをイオン源１からどの流路入口にも導入することができる。また、この同心円６０のどの方向に流路入口があっても、イオン導入が可能である。また、実施例１のように複数のイオン源を、各流路入口との距離が近くなる位置に配置してもよい。
　図１１は、ＦＡＩＭＳの一般的な構成を示す模式図である。ＦＡＩＭＳ５０は、金属からなる２枚の平板電極である第１の電極５１及び第２の電極５２を備える。これら２つの電極間距離はおよそ０．１ｍｍ～数ｍｍ程度であり、またイオンが飛行する距離にあたる電極長さはおよそ数１０ｍｍ程度である。
　ＦＡＩＭＳ５０は、交流電圧電源５３、直流電圧電源５４、バイアス電圧電源５７を備える。ＦＡＩＭＳでは、交流電圧電源５３を用い、高周波電圧を重ね合わせた分離電圧又は分散電圧（separation voltage：ＳＶ）を第１の電極５１に印加することにより、第１の電極５１と第２の電極５２の間に高周波電場を印加する。図１２に示す分離電圧の例のように、分離電圧（ＳＶ）は、高電圧（プラス電圧）と低電圧（マイナス電圧）を一定期間ずつ繰り返し印加し、時間平均すれば０になるように印加される。分離電圧は数１００Ｖから数ｋＶの電圧振幅である。また、直流電圧電源５４により生成される直流電圧である補償電圧（compensation voltage：ＣＶ）を第２の電極５２に印加することで、ある特定のイオン５５のイオン軌道５６が修正されて、特定のイオン５５のみを透過させ、それ以外のイオンを排除することが可能となる。この補償電圧は－１００Ｖから＋１００Ｖ程度である。なお、この直流電圧電源５４による直流電圧は第１の電極５１に印加することも可能である。同様に、分離電圧を第２の電極５２に印加することも可能である。また、バイアス電圧電源５７により、第１の電極５１と第２の電極５２にバイアス電圧を印加することで、ＦＡＩＭＳ５０の前段にある電極からイオンが効率よく導入され、またＦＡＩＭＳ５０の後段の電極へ効率よくイオンが排出される。
　ＦＡＩＭＳ５０の電極５１，５２の長さを短くすると、イオンがＦＡＩＭＳの電界内を飛行する時間が短くなるため、ＦＡＩＭＳのイオン分離性能が低下する。そのため、ＦＡＩＭＳの電極５１，５２の長さはおよそ数１０ｍｍ程度である。このＦＡＩＭＳの電極の長さの分、第二の流路入口１１１は第一の流路入口１１０から離れるため、第一の流路入口１１０と第二の流路入口１１１の間の距離ｄ１は必然的に長くとる必要がある。一方、流路出口１１２，１１３の間の距離ｄ２は、イオン光学系のアクセプタンスよりも短い必要がある。本実施例の構成では、流路入口の間の距離ｄ１が、流路出口の間の距離ｄ２より長くなる構成とすることで、高感度な測定を行うことができる。
　本実施例では、遮断機構３０を使って２つの分析モードを高速に切り替えることにより、ＦＡＩＭＳ５０を通過しないＭＳモードと、ＦＡＩＭＳ５０を用いたイオン分離モードの２つの分析法が可能となる。手動でＦＡＩＭＳを取り付け・取り外しする必要は無く、自動制御すれば数秒以内に高速にモード切り替えが可能となる。ＭＳモードでは、イオンがＦＡＩＭＳを通過しないために、従来ＦＡＩＭＳ通過によりイオン量が低下していた問題は無くなり、高いイオン量のまま質量分析が可能となる。一方、イオン分離モードでは、ＦＡＩＭＳでイオン分離することで、高いＳ／Ｎの分析が可能となる。これらの２つの分析モードを切り替えることで、試料に適した高効率なデータ取得が可能となる。
［実施例３］
　図１３は、本発明による質量分析装置の他の実施例を示す概略構成図である。本実施例の質量分析装置は、第一細孔として第一の流路１００と第二の流路１０１を有する。第一の流路１００の流路入口１１０の近くにはイオン源１が配置され、第二の流路１０１の流路入口１１１の近くにはイオン源２が配置されている。また、第一の流路１００の流路入口１１０と第二の流路１０１の流路入口１１１を選択的に遮蔽する遮断機構を備える。
　本実施例の質量分析装置では、第一細孔として第一の流路１００と第二の流路１０１は、互いの流路入口１１０，１１１が距離ｄ１だけ離れているが、２つの流路は途中で合流し、１つの流路出口１１４となって真空室５に開口している。すなわち、イオンガイド９のほか、静電イオンレンズ、第二細孔などのイオン光学系よりもイオン源側で第一の流路と第二の流路が一つの流路に合流している。換言すると、第一の流路１００と第二の流路１０１は、１つの流路出口１１４を共有している形態である。イオン源１，２から導入されたイオンは合流した１つの流路出口１１４から排出されるため、イオンの空間分布が小さく、イオン光学系に高効率でイオンを導入することができるという利点がある。一方、流路が合流する位置でコンダクタンスが不連続に変化して乱流が発生しやすくなるため、実施例１の構成と比較して感度は低くなる。また、遮断機構３０を設置できる位置が、流路の途中もしくは流路入口側に限定される。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
１，２　イオン源
４　第二細孔
５，６　真空室
７，８　真空ポンプ
９　イオンガイド
１１　質量分析部
３０　遮断機構
３８　スライダー
５０　ＦＡＩＭＳ
５６　イオン軌道
１００　第一の流路
１０１　第二の流路　　
１１０　第一の流路入口
１１１　第二の流路入口
１１２　第一の流路出口
１１３　第二の流路出口
２００　駆動部
２０１　制御部

Claims (10)

  1. 　イオン源と、
    　真空室内に配置された質量分析部と、
    　前記イオン源で生成されたイオンを前記真空室内の質量分析部に導入する第一の流路及び第二の流路と、
    　前記第一の流路を通して前記質量分析部に導入される前記イオン及び中性ガスあるいは前記第二の流路を通して前記質量分析部に導入される前記イオン及び中性ガスを選択的に遮断する遮断機構とを有し、
    　前記第一の流路の前記真空室側の流路出口と前記第二の流路の前記真空室側の流路出口の間の距離は、前記第一の流路の前記イオン源側の流路入口と前記第二の流路の前記イオン源側の流路入口の間の距離より短い、質量分析装置。
  2. 　前記第二の流路にイオン移動度分離装置が設けられている、請求項１に記載の質量分析装置。
  3. 　前記第一の流路の流路入口に最も近いイオン源と、前記第二の流路の流路入口に最も近いイオン源は異なるイオン源である、請求項１に記載の質量分析装置。
  4. 　前記第一の流路の流路入口及び前記第二の流路の流路入口は大気側に開口している、請求項１に記載の質量分析装置。
  5. 　前記イオン及び中性ガスが通過している前記第一の流路又は前記第二の流路は、流路入口と流路出口の間に圧力差が存在する、請求項１に記載の質量分析装置。
  6. 　前記第一の流路及び前記第二の流路は、コンダクタンスが流路入口と流路出口の間で位置によらず一定もしくは連続に変化している、請求項５に記載の質量分析装置。
  7. 　前記第一の流路と前記第二の流路は１つの流路出口を共有している、請求項１に記載の質量分析装置。
  8. 　前記遮断機構は、前記第一の流路及び前記第二の流路の流路出口側に設置されている、請求項１に記載の質量分析装置。
  9. 　前記遮断機構は２つの穴を有する板と前記板を駆動する駆動部とを備え、前記２つの穴の前記駆動部による駆動方向の距離は、前記第一の流路の出口と前記第二の流路の出口の間の距離に比べて少なくとも前記流路出口の寸法だけ大きく、あるいは小さく設定されている、請求項１に記載の質量分析装置。
  10. 　前記遮断機構は内部に２つの流路を有するスライダーと前記スライダーを駆動する駆動部とを備え、
    　前記スライダーの前記２つの流路の前記第一の流路及び前記第二の流路と接続される２つの開口の間の距離は、当該開口に接続される前記第一の流路の開口と前記第二の流路の開口の間の距離に比較して少なくとも前記開口の寸法分大きく、あるいは小さく設定されており、前記駆動部による前記スライダーの移動距離は前記２つの流路の流路出口間の距離に等しい、請求項１に記載の質量分析装置。
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