WO2017104053A1 - イオン分析装置 - Google Patents

イオン分析装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2017104053A1
WO2017104053A1 PCT/JP2015/085409 JP2015085409W WO2017104053A1 WO 2017104053 A1 WO2017104053 A1 WO 2017104053A1 JP 2015085409 W JP2015085409 W JP 2015085409W WO 2017104053 A1 WO2017104053 A1 WO 2017104053A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
chamber
capillary
vacuum
conductance
analysis
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/085409
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
航 福井
Original Assignee
株式会社島津製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社島津製作所 filed Critical 株式会社島津製作所
Priority to CN201580085406.7A priority Critical patent/CN108475615A/zh
Priority to US16/062,891 priority patent/US10991565B2/en
Priority to JP2017556280A priority patent/JP6547843B2/ja
Priority to PCT/JP2015/085409 priority patent/WO2017104053A1/ja
Priority to EP15910743.2A priority patent/EP3392902A4/en
Publication of WO2017104053A1 publication Critical patent/WO2017104053A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/10—Ion sources; Ion guns
    • H01J49/16—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission
    • H01J49/165—Electrospray ionisation
    • H01J49/167—Capillaries and nozzles specially adapted therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/24—Vacuum systems, e.g. maintaining desired pressures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/04—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components
    • H01J49/0404—Capillaries used for transferring samples or ions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/04—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components
    • H01J49/0431—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components for liquid samples
    • H01J49/044—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components for liquid samples with means for preventing droplets from entering the analyzer; Desolvation of droplets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/04—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components
    • H01J49/0495—Vacuum locks; Valves
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/10—Ion sources; Ion guns
    • H01J49/14—Ion sources; Ion guns using particle bombardment, e.g. ionisation chambers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/04—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components
    • H01J49/0468—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components with means for heating or cooling the sample
    • H01J49/049—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components with means for heating or cooling the sample with means for applying heat to desorb the sample; Evaporation
    • 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
    • H01J49/062—Ion guides
    • H01J49/063—Multipole ion guides, e.g. quadrupoles, hexapoles

Definitions

  • the present invention relates to an ionization chamber or the like having an ionization chamber used at atmospheric pressure and an analysis chamber that communicates with the ionization chamber via a capillary and analyzes ions generated in the ionization chamber under vacuum.
  • the present invention relates to an analyzer.
  • An ion source used in a mass spectrometer is roughly classified into an ion source that ionizes a sample under atmospheric pressure (atmospheric pressure ion source) and an ion source that ionizes a sample under vacuum.
  • Atmospheric pressure ion sources are widely used because they do not require the effort of evacuating the ionization chamber and are easy to handle.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a mass spectrometer having an atmospheric pressure ion source 501.
  • This mass spectrometer has an ionization chamber 50 that is at atmospheric pressure, and an analysis chamber 51 that communicates with the ionization chamber 50 via a capillary 502 and is maintained in a vacuum.
  • the analysis chamber 51 includes a first intermediate vacuum chamber 52 that is maintained at a low vacuum by a rotary pump, and a second intermediate vacuum chamber 53 and a mass analysis chamber 54 that are maintained at a high vacuum by a turbo molecular pump. It has the structure of the multistage differential exhaust system in which the degree of vacuum is increased stepwise (for example, Patent Document 1).
  • the analysis chamber 51 When the mass spectrometer is started, the analysis chamber 51 is open to the atmosphere. Therefore, in order to shift from this state to a state where mass analysis is possible, it is necessary to evacuate the analysis chamber 51 with a vacuum pump until the inside of the analysis chamber 51 reaches a desired degree of vacuum.
  • the load on the vacuum pump is larger during the operation of exhausting the analysis chamber 51 in the atmospheric pressure state than during the operation of maintaining the degree of vacuum of the analysis chamber 51 that has reached the desired degree of vacuum. And as the exhausting operation time becomes longer, the life of the vacuum pump becomes shorter and the cost for replacement and repair increases.
  • the mass spectrometer has been described as a specific example, but as in the mass spectrometer, the ionization chamber having the atmospheric pressure ion source and the ionization chamber communicated with each other through the capillary, and generated in the ionization chamber.
  • ion analyzers such as an ion mobility analyzer equipped with an analysis chamber that analyzes the generated ions under vacuum
  • the longer the exhaust operation time with a large load the shorter the life of the vacuum pump, which can be replaced or repaired.
  • Such costs increase.
  • the problem to be solved by the present invention is an ion having an ionization chamber used at atmospheric pressure, an analysis chamber that communicates with the ionization chamber via a capillary and analyzes ions generated in the ionization chamber under vacuum
  • the load of a vacuum pump used for exhausting the analysis chamber is reduced.
  • An ion analyzer which has been made to solve the above problems, a) an ionization chamber maintained at atmospheric pressure; b) an analysis chamber for analyzing ions generated in the ionization chamber; c) a vacuum pump for exhausting the inside of the analysis chamber; d) a capillary communicating the ionization chamber and the analysis chamber; e) conductance changing means for changing the conductance of the capillary; and f) a controller for operating the conductance changing means to reduce the conductance of the capillary when the degree of vacuum in the analysis chamber is lower than a predetermined degree of vacuum.
  • the ion analyzer includes a conductance changing means for changing the conductance of the capillary and a controller for operating the conductance changing means when the vacuum degree in the analysis chamber is lower than a predetermined vacuum degree. Therefore, for example, when the ion analyzer is started up, the conductance changing means reduces the conductance of the capillary (increases the resistance) to reduce the amount of air flowing from the ionization chamber into the analysis chamber, thereby shortening the time for exhausting the vacuum pump. The load can be reduced.
  • the conductance changing means can be embodied based on the following concept. If the capillary inner diameter is D (m), the length is L (m), and the pressure difference between the inlet and outlet ends is P (Pa), the conductance of the capillary (the ease of gas flow with viscosity coefficient ⁇ ) C (m 3 / s) is expressed by the following Knudsen approximation.
  • the conductance C decreases as the viscosity coefficient ⁇ of the gas increases.
  • the viscosity coefficient ⁇ can be increased 1.6 times and the conductance can be reduced by about 40%.
  • a heating mechanism for heating the capillary can be used as the conductance changing means.
  • the conductance can be reduced by heating the air flowing through the capillary.
  • heating of the capillaries can be stopped to increase conductance, thereby increasing the sample introduction efficiency.
  • the ion analyzer when the ion analyzer includes an atmospheric pressure ion source (such as an ESI probe or an APCI probe) that ionizes a liquid sample, from the charged droplet derived from the liquid sample that the atmospheric pressure ion source generally has.
  • a heating gas supply mechanism that supplies a heating gas for desorbing solvent molecules into the ionization chamber can also be used as the conductance changing means. Normally, a heated gas is sprayed onto charged droplets only when ionizing a target sample. However, in one aspect of the ion analyzer according to the present invention, this is used at startup.
  • a heated gas of 400 ° C is supplied into the ionization chamber, it will be cooled somewhat in the ionization chamber (eg, cooled to 300 ° C), but a gas having a higher viscosity than normal temperature gas will flow from the ionization chamber into the capillary to reduce the conductance. be able to. In this way, the conductance can be changed using existing components.
  • the ion analyzer By using the ion analyzer according to the present invention, it is possible to reduce the load of the vacuum pump that exhausts the analysis chamber of the ion analyzer.
  • the principal part block diagram of a mass spectrometer The principal part block diagram of the interface part of one Example of the mass spectrometer which concerns on this invention.
  • FIG. 2 shows an enlarged view of the front part of the analysis chamber 11 and the operation thereof will be described.
  • the mass spectrometer of the present embodiment has an ionization chamber 10 that is substantially atmospheric pressure and an analysis chamber 11 that is evacuated by a vacuum pump.
  • the analysis chamber 11 includes a first intermediate vacuum chamber 12, a second intermediate vacuum chamber 13, and a mass analysis chamber (not shown) in order from the side closer to the ionization chamber 10, and the degree of vacuum is gradually increased in this order. It has an enhanced multi-stage differential exhaust system configuration.
  • the first intermediate vacuum chamber 12 is evacuated by a rotary pump (RP) 15 and maintained at a low vacuum.
  • the ionization chamber 10 is provided with an ESI (electrospray ionization) probe 101 that is an atmospheric pressure ion source for ionizing a liquid sample, and a heated gas supply tube 103.
  • the ionization chamber 10 and the first intermediate vacuum chamber 12 communicate with each other through a small diameter capillary 102.
  • the liquid sample introduced into the ESI probe 101 is charged and atomized by the nebulizer gas to form fine charged droplets that are sprayed into the ionization chamber 10.
  • the charged droplet sprayed in the ionization chamber 10 is drawn into the first intermediate vacuum chamber 12 due to a pressure difference between the ionization chamber 10 that is atmospheric pressure and the first intermediate vacuum chamber 12 that is low vacuum.
  • the heated gas supply pipe 103 supplies the heated gas supplied from the heated gas source 104 into the ionization chamber 10, whereby the solvent molecules are desorbed from the charged droplets directed from the ESI probe 101 to the inlet of the capillary 102. Release.
  • the first intermediate vacuum chamber 12 and the second intermediate vacuum chamber 13 are separated by a skimmer 22 having a small hole at the top.
  • the first intermediate vacuum chamber 12 and the second intermediate vacuum chamber 13 are provided with ion guides 121 and 131 for transporting ions to the subsequent stage while converging ions.
  • the second intermediate vacuum chamber 13 and the mass spectrometry chamber (not shown) are maintained at a high vacuum by a turbo molecular pump (TMP) 16.
  • TMP turbo molecular pump
  • each unit is controlled by the control unit 20.
  • the control unit 20 the characteristic control at the time of activation in the present embodiment will be described.
  • the ionization chamber 10 and the analysis chamber 11 are open to the atmosphere. Therefore, the inside of the analysis chamber 11 is first evacuated in order to make the mass analysis possible.
  • the analysis chamber 11 is exhausted by evacuating the analysis chamber 11 to a low vacuum by a rotary pump 15 connected to the first intermediate vacuum chamber 12, and subsequently the second intermediate vacuum chamber 13 and the mass analysis chamber by a turbo molecular pump 16. This is done by evacuating to a high vacuum.
  • the control unit 20 of the mass spectrometer of the present embodiment supplies an inert gas (for example, nitrogen gas) heated to about 400 ° C. from the heated gas source 104 to supply the heated gas.
  • the heated gas supplied into the ionization chamber 10 is somewhat cooled in the ionization chamber 10 (for example, cooled to 300 ° C.), but a gas having a viscosity higher than that at room temperature flows into the capillary 102 from the ionization chamber 10. This reduces the conductance.
  • the activation of the rotary pump 15 and the start of heating of the capillary 102 do not have to be strictly the same, and there may be a slight time difference.
  • the capillary 102 is heated in parallel with the activation of the rotary pump 15, the air near the capillary 102 and the air passing through the capillary 102 are also heated.
  • the viscosity coefficient ⁇ increases 1.6 times. From the above equation (1), it can be seen that the conductance decreases by about 0.63 times, and the amount of air flowing from the ionization chamber 10 to the first intermediate vacuum chamber 12 through the capillary 102 decreases.
  • the amount of air flowing into the first intermediate vacuum chamber 12 is reduced in this way, and the time for exhausting the analysis chamber 11 is shortened, so the load on the rotary pump 15 is reduced. .
  • the second intermediate vacuum chamber 13 and the mass analysis chamber are exhausted by the turbo molecular pump 16. Since the amount of air flowing into the second intermediate vacuum chamber 13 through the chamber 12 is reduced, the time required for the turbo molecular pump 16 to exhaust the second intermediate vacuum chamber 13 and the mass spectrometry chamber to a predetermined degree of vacuum (high vacuum). And the load on the turbo molecular pump 16 is reduced.
  • the mass spectrometer of the present embodiment includes the heated gas supply pipe 103 and the heated gas source 104 that are conventionally used when ionizing a liquid sample (that is, used only when analyzing an actual sample). Since the heated gas supply mechanism is used as a conductance changing unit when the mass spectrometer is started, it can be configured at low cost without adding a new special component.
  • the mass spectrometer provided with the ESI probe 101 that ionizes a liquid sample at atmospheric pressure is taken as an example, but a mass spectrometer equipped with an APCI probe can also be configured in the same manner as described above.
  • the ESI probe 101 and the heating gas supply mechanism are separately provided.
  • the heating gas supply pipe is arranged on the outer periphery of the ESI probe 101 and integrally configured. It may be a thing (for example, patent document 2).
  • the heated gas supply pipe 103 may not be provided. In such a case, the same effect as described above can be obtained by providing a heating mechanism for heating the capillary 102.
  • the heating mechanism may be introduced into a mass spectrometer having a configuration having the heated gas supply tube 103.
  • the heating mechanism can be constituted by, for example, a heater 106 wound around the outer periphery of the capillary 102 and a power source 105 that supplies current to the heater 106 as shown in FIG.
  • the capillary can be heated using the configuration described in Patent Document 3. In these configurations, it is preferable that the temperature of the capillary 102 can be measured using a temperature sensor.
  • FIG. 4 shows the result of measuring the correlation between the temperature of the capillary 102 and the degree of vacuum of the first intermediate vacuum chamber 12 in order to verify the effect obtained by the configuration of the above embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing the relative pressure in the first intermediate vacuum chamber 12 at each temperature when the pressure when the temperature of the capillary 102 is 20 ° C. is 100 (%).
  • FIG. 4 shows that the pressure in the first vacuum chamber decreases (the degree of vacuum increases) as the temperature of the capillary 102 increases.
  • the above embodiment is an example, and can be appropriately changed in accordance with the gist of the present invention.
  • the mass spectrometer has been described in the above embodiment, the same configuration as described above can be used in an analyzer such as an ion mobility analyzer that is used by communicating an atmospheric pressure ionization chamber and a vacuum analysis chamber.
  • the example in which the capillary 102 is heated at the time of starting the mass spectrometer (an example in which the temperature of the capillary 102 is increased by inflow of heated gas and an example in which the capillary 102 is directly heated) has been described.
  • the capillary 102 is heated when a malfunction occurs in the rotary pump 15 or the turbo molecular pump 16 during the analysis and the exhaust capacity is reduced (that is, when the degree of vacuum in the analysis chamber 11 is lower than a predetermined degree of vacuum).
  • the amount of air flowing from the ionization chamber 10 into the analysis chamber 11 may be reduced.
  • the vacuum degree of the analysis chamber 11 can be prevented from rapidly deteriorating, and a certain degree of vacuum degree can be maintained until the analysis being performed is completed.
  • the conductance of the capillary 102 is reduced by heating the capillary 102 and reducing the viscosity coefficient ⁇ of air, but the conductance of the capillary 102 can be reduced by other methods.
  • the length L of the capillary 102 is set. The conductance can be reduced by increasing the length.
  • the capillary 102 configured to change the inner diameter can be used, and when the degree of vacuum in the analysis chamber 11 is lower than a predetermined degree of vacuum, the inner diameter of the capillary 102 can be reduced to reduce the conductance.

Abstract

大気圧に維持されるイオン化室（１０）と、前記イオン化室（１０）において生成したイオンを分析する分析室（１１）と、前記分析室（１１）の内部を排気する真空ポンプ（１５、１６）と、前記イオン化室（１０）と前記分析室（１１）を連通するキャピラリ（１０２）と、前記キャピラリ（１０２）のコンダクタンスを変更するコンダクタンス変更手段（１０３、１０４）と、前記分析室（１１）の真空度が予め決められた真空度よりも低いときに、前記キャピラリ（１０２）のコンダクタンスを小さくするように前記コンダクタンス変更手段（１０３、１０４）を動作させる制御部（２０）とを備えることを特徴とするイオン分析装置。

Description

イオン分析装置
　本発明は、大気圧で用いられるイオン化室と、該イオン化室とキャピラリを介して連通し、該イオン化室において生成されたイオンを真空下で分析する分析室を備えた、質量分析装置等のイオン分析装置に関する。
　　質量分析装置において用いられるイオン源は、大気圧下で試料をイオン化するイオン源（大気圧イオン源）と、真空下で試料をイオン化するイオン源の２つに大別される。大気圧イオン源は、イオン化室を真空排気する手間が不要であり取り扱いが容易であることから広く用いられている。
　図１に、大気圧イオン源５０１を有する質量分析装置の概略構成を示す。この質量分析装置は、大気圧であるイオン化室５０と、該イオン化室５０とキャピラリ５０２を介して連通し真空に維持される分析室５１を有している。分析室５１は、ロータリーポンプで低真空に維持される第１中間真空室５２と、ターボ分子ポンプで高真空に維持される第２中間真空室５３及び質量分析室５４とを備え、後段側に向かって段階的に真空度が高められた多段差動排気系の構成を有している（例えば特許文献１）。
特開2015-198014号公報 特開2015-49077号公報 特許第4816426号
　質量分析装置の起動時には、分析室５１は大気開放されている。そのため、この状態から質量分析が可能な状態に移行するためには、分析室５１内が所期の真空度に達するまで真空ポンプにより該分析室５１内を排気する必要がある。所期の真空度に達した分析室５１の真空度を維持する動作時よりも、大気圧状態の分析室５１内を排気する動作時の方が真空ポンプへの負荷が大きい。そして、排気動作の時間が長くなるほど真空ポンプの寿命が短くなり交換や修繕に係るコストが増加する。
　ここでは質量分析装置を具体的な例に挙げて説明したが、質量分析装置と同様に、大気圧イオン源を有するイオン化室と、キャピラリを介して該イオン化室と連通し、該イオン化室において生成されたイオンを真空下で分析する分析室を備えたイオン移動度分析装置等のイオン分析装置においても同様に、負荷が大きい排気動作の時間が長くなるほど真空ポンプの寿命が短くなり交換や修繕に係るコストが増加する。
　本発明が解決しようとする課題は、大気圧で用いられるイオン化室と、該イオン化室とキャピラリを介して連通し、該イオン化室において生成されたイオンを真空下で分析する分析室を備えたイオン分析装置において、前記分析室を排気するために用いられる真空ポンプの負荷を軽減することである。
　上記課題を解決するために成された本発明に係るイオン分析装置は、
　a) 大気圧に維持されるイオン化室と、
　b) 前記イオン化室において生成したイオンを分析する分析室と、
　c) 前記分析室の内部を排気する真空ポンプと、
　d) 前記イオン化室と前記分析室を連通するキャピラリと、
　e) 前記キャピラリのコンダクタンスを変更するコンダクタンス変更手段と、
　f) 前記分析室の真空度が予め決められた真空度よりも低いときに、前記キャピラリのコンダクタンスを小さくするように前記コンダクタンス変更手段を動作させる制御部と
　を備えることを特徴とする。
　本発明に係るイオン分析装置は、キャピラリのコンダクタンスを変更するコンダクタンス変更手段と、分析室の真空度が予め決められた真空度よりも低いときにコンダクタンス変更手段を動作させる制御部を備えている。従って、例えばイオン分析装置の起動時に該コンダクタンス変更手段によりキャピラリのコンダクタンスを小さく（抵抗を大きく）してイオン化室から分析室に流れ込む空気量を減少し、真空ポンプの排気動作の時間を短縮して負荷を軽減することができる。
　前記コンダクタンス変更手段は、以下の考え方に基づいて具現化することができる。
　キャピラリの内径をD(m)、長さをL(m)とし、その入口端と出口端の圧力差をP(Pa)とすると、該キャピラリのコンダクタンス（粘性係数ηの気体の流れやすさ）C(m3/s)は以下のKnudsenの近似式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　上式(1)から、気体の粘性係数ηを大きくすればコンダクタンスCが小さくなることが分かる。空気の場合、20℃から300℃に加熱することにより粘性係数ηを1.6倍に増大してコンダクタンスを約40%小さくすることができる。
　そこで、前記コンダクタンス変更手段には、例えば前記キャピラリを加熱する加熱機構を用いることができる。これにより、キャピラリ内を流通する空気を加熱してコンダクタンスを小さくすることができる。
　一方、分析室内が所期の真空度に達し、イオンの分析を行う際には、キャピラリの加熱を停止しコンダクタンスを大きくして試料の導入効率を高めることができる。
　また、前記イオン分析装置が、液体試料をイオン化する大気圧イオン源（ＥＳＩプローブやＡＰＣＩプローブなど）を備えている場合には、該大気圧イオン源が一般に有する、液体試料由来の帯電液滴から溶媒分子を脱離させるための加熱ガスをイオン化室内に供給する加熱ガス供給機構をコンダクタンス変更手段として用いることもできる。通常は、目的試料をイオン化する際にのみ、帯電液滴に加熱ガスを吹き付けるが、本発明に係るイオン分析装置の一態様では、これを起動時に使用する。例えば、400℃の加熱ガスをイオン化室内に供給するとイオン化室内で多少冷却（例えば300℃まで冷却）されるものの、常温のガスよりも粘性の大きいガスをイオン化室からキャピラリに流入させコンダクタンスを小さくすることができる。このように、既存の構成要素を活用してコンダクタンスを変更することができる。
　本発明に係るイオン分析装置を用いることにより、該イオン分析装置の分析室内を排気する真空ポンプの負荷を軽減することができる。
質量分析装置の要部構成図。 本発明に係る質量分析装置の一実施例のインターフェース部の要部構成図。 本発明に係る質量分析装置の別の実施例のインターフェース部の要部構成図。 キャピラリの温度と第１中間真空室の真空度の相関を示すグラフ。
　本発明に係るイオン分析装置の一実施例である質量分析装置について、以下、図面を参照して説明する。図１を参照して説明した従来の質量分析装置と同様の構成である、分析室１１の後段部については図示を省略し、本実施例の特徴的な部分であるインターフェース部（イオン化室１０と分析室１１の前段部）の拡大図を図２に示すとともに、その動作を説明する。
　本実施例の質量分析装置は、略大気圧であるイオン化室１０と、真空ポンプにより真空排気された分析室１１を有している。分析室１１は、イオン化室１０に近い方から順に、第１中間真空室１２、第２中間真空室１３、及び質量分析室（図示なし）で構成されており、この順に段階的に真空度が高められた多段差動排気系の構成を有している。
　第１中間真空室１２はロータリーポンプ（ＲＰ）１５により排気され低真空に維持される。イオン化室１０には、液体試料をイオン化する大気圧イオン源であるＥＳＩ（エレクトロスプレーイオン化）プローブ１０１と、加熱ガス送給管１０３が設けられている。イオン化室１０と第１中間真空室１２は小径のキャピラリ１０２で連通している。ＥＳＩプローブ１０１に導入された液体試料は、電荷を付与されるとともにネブライザガスによって霧化され微細な帯電液滴となってイオン化室１０に噴霧される。イオン化室１０に噴霧された帯電液滴は、大気圧であるイオン化室１０と低真空である第１中間真空室１２の圧力差によって第１中間真空室１２に引き込まれる。加熱ガス送給管１０３は加熱ガス源１０４から送給される加熱ガスをイオン化室１０内に供給するものであり、これによってＥＳＩプローブ１０１からキャピラリ１０２の入口に向かう帯電液滴から溶媒分子が脱離する。
　第１中間真空室１２と第２中間真空室１３との間は頂部に小孔を有するスキマー２２で隔てられている。第１中間真空室１２と第２中間真空室１３にはそれぞれ、イオンを収束させつつ後段へ輸送するためのイオンガイド１２１、１３１が設置されている。第２中間真空室１３及び質量分析室（図示なし）はターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１６により高真空に維持される。
　上記各部の動作は、制御部２０により制御される。以下、制御部２０による制御のうち、本実施例において特徴的な起動時の制御について説明する。
　質量分析装置の起動時には、イオン化室１０及び分析室１１は大気開放されている。従って、質量分析が可能な状態にするために、まず分析室１１内が排気される。分析室１１の排気は、第１中間真空室１２に接続されたロータリーポンプ１５により分析室１１内を低真空まで排気し、続いて第２中間真空室１３及び質量分析室をターボ分子ポンプ１６により高真空まで排気することにより行われる。
　本実施例の質量分析装置の制御部２０は、ロータリーポンプ１５の起動と並行して、加熱ガス源１０４から約400℃に加熱した不活性ガス（例えば窒素ガス）を送給し、加熱ガス送給管１０３からイオン化室１０内に供給する。イオン化室１０内に供給された加熱ガスは、イオン化室１０内で多少冷却される（例えば300℃まで冷却される）ものの、常温のガスよりも粘性の大きいガスがイオン化室１０からキャピラリ１０２に流れ込むことでコンダクタンスが小さくなる。なお、ロータリーポンプ１５の起動とキャピラリ１０２の加熱開始が厳密に同時である必要はなく、多少の時間差があってもよい。
　分析室１１の排気を開始すると、大気圧であるイオン化室１０との間に圧力差が生じ、キャピラリ１０２を通じてイオン化室１０から第１中間真空室１２に空気が流れ込む。キャピラリ１０２のコンダクタンスは、以下の式(1)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　本実施例の質量分析装置では、ロータリーポンプ１５の起動と並行してキャピラリ１０２を加熱しているため、該キャピラリ１０２近傍の空気や該キャピラリ１０２を通過する空気も加熱される。例えば、空気が20℃から300℃に加熱されると粘性係数ηは1.6倍に増加する。上式(1)より、コンダクタンスは約0.63倍に減少し、キャピラリ１０２を通じてイオン化室１０から第１中間真空室１２に流れ込む空気の量が減少することが分かる。本実施例の質量分析装置では、このように第１中間真空室１２に流れ込む空気の量が減少し、分析室１１を排気する時間が短縮されるため、ロータリーポンプ１５にかかる負荷が軽減される。
　また、ロータリーポンプ１５により分析室１１が所定の真空度に達した後、第２中間真空室１３及び質量分析室がターボ分子ポンプ１６により排気されるが、この間もイオン化室１０から第１中間真空室１２を経由して第２中間真空室１３に流れ込む空気の量が減少するため、ターボ分子ポンプ１６により第２中間真空室１３及び質量分析室を所定の真空度（高真空）まで排気する時間が短縮され、ターボ分子ポンプ１６の負荷も軽減される。
　このように、本実施例の質量分析装置では、分析室１１の排気に係るロータリーポンプ１５とターボ分子ポンプ１６の負荷が軽減されるため、これらを長寿命化することができ、これによりランニングコストを低減することができる。また、本実施例の質量分析装置では、従来、液体試料をイオン化する際に用いられていた（即ち実試料の分析時にのみ用いられていた）加熱ガス送給管１０３及び加熱ガス源１０４を有する加熱ガス供給機構を、質量分析装置の起動時にコンダクタンス変更手段として使用するため、新たに特別な構成要素を追加することなく安価に構成することができる。
　上記実施例では、液体試料を大気圧でイオン化するＥＳＩプローブ１０１を備えた質量分析装置を例に挙げたが、ＡＰＣＩプローブを備えた質量分析装置でも上記同様に構成することができる。また、上記実施例では、ＥＳＩプローブ１０１と加熱ガス供給機構が別体で構成されたものを例に挙げたが、加熱ガス送給管がＥＳＩプローブ１０１の外周に配置され一体的に構成されたものであってもよい（例えば特許文献２）。
　ところで、イオン源の種類によっては加熱ガス送給管１０３を有しない場合もある。こうした場合には、キャピラリ１０２を加熱する加熱機構を設けることにより上記同様の効果を得ることができる。もちろん、加熱ガス送給管１０３を有する構成の質量分析装置に上記加熱機構を導入してもよい。
　加熱機構は、例えば、図３に示すように、キャピラリ１０２の外周に巻回したヒータ１０６と、該ヒータ１０６に電流を供給する電源１０５により構成することができる。あるいは特許文献３に記載の構成を用いてキャピラリを加熱することもできる。これらの構成では、温度センサを用いてキャピラリ１０２の温度を測定可能に構成することが好ましい。
　上記実施例の構成により得られる効果を検証するために、キャピラリ１０２の温度と第１中間真空室１２の真空度の相関を測定した結果を図４に示す。図４は、キャピラリ１０２の温度が20℃の場合の圧力を100(%)としたときの、各温度における第１中間真空室１２の相対圧力をグラフ化したものである。図４からキャピラリ１０２の温度が高くなるほど第１真空室の圧力が低くなる（真空度が高くなる）ことが分かる。
　上記実施例は一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜に変更することができる。上記実施例では質量分析装置について説明したが、大気圧のイオン化室と真空の分析室を連通させて用いるイオン移動度分析装置等の分析装置でも上記同様の構成を用いることができる。
　また、上記実施例では、質量分析装置の起動時にキャピラリ１０２を加熱する例（加熱ガスの流入によりキャピラリ１０２の温度を上昇させる例、及びキャピラリ１０２を直接加熱する例）を説明したが、実試料の分析中にロータリーポンプ１５あるいはターボ分子ポンプ１６に不具合が生じて排気能力が低下した場合（即ち分析室１１内の真空度が所定の真空度よりも低くなった場合）にキャピラリ１０２を加熱してイオン化室１０から分析室１１に流れ込む空気の量を減少させるようにしてもよい。これにより、分析室１１の真空度が急速に悪化するのを防止し、実行中の分析が完了するまである程度の真空度を維持することができる。
　また、上記実施例では、キャピラリ１０２を加熱し空気の粘性係数ηを小さくすることによってキャピラリ１０２のコンダクタンスを小さくしたが、他の方法によりキャピラリ１０２のコンダクタンスを小さくすることもできる。具体的には、例えば伸縮可能に構成したキャピラリを使用して、分析室１１内の真空度が所定の真空度よりも低い場合（例えば質量分析装置の起動時）にキャピラリ１０２の長さLを長くしてコンダクタンスを小さくすることができる。あるいは、内径を変更可能に構成したキャピラリ１０２を使用し、分析室１１内の真空度が所定の真空度よりも低い場合にキャピラリ１０２の内径を小さくしてコンダクタンスを小さくすることもできる。
１０…イオン化室
１０１…ＥＳＩプローブ
１０２…キャピラリ
１０３…加熱ガス送給管
１０４…加熱ガス源
１０５…電源
１０６…ヒータ
１０７…温度センサ
１１…分析室
　１２…第１中間真空室
　　１２１…イオインガイド
　１３…第２中間真空室
　　１３１…イオンガイド
　１５…ロータリーポンプ
　１６…ターボ分子ポンプ
２０…制御部

Claims (4)

  1. 　a) 大気圧に維持されるイオン化室と、
    　b) 前記イオン化室において生成したイオンを分析する分析室と、
    　c) 前記分析室の内部を排気する真空ポンプと、
    　d) 前記イオン化室と前記分析室を連通するキャピラリと、
    　e) 前記キャピラリのコンダクタンスを変更するコンダクタンス変更手段と、
    　f) 前記分析室の真空度が予め決められた真空度よりも低いときに、前記キャピラリのコンダクタンスを小さくするように前記コンダクタンス変更手段を動作させる制御部と
    　を備えることを特徴とするイオン分析装置。
  2. 　前記制御部が、前記分析室を大気圧から所定の真空度まで排気する間、前記キャピラリのコンダクタンスを小さくするように前記コンダクタンス変更手段を動作させることを備えることを特徴とする請求項１に記載のイオン分析装置。
  3. 　前記コンダクタンス変更手段が、前記キャピラリを加熱する加熱機構であることを特徴とする請求項１に記載のイオン分析装置。
  4. 　前記コンダクタンス変更手段が、イオン化室内に加熱ガスを供給する加熱ガス供給機構であることを特徴とする請求項１に記載のイオン分析装置。
PCT/JP2015/085409 2015-12-17 2015-12-17 イオン分析装置 WO2017104053A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201580085406.7A CN108475615A (zh) 2015-12-17 2015-12-17 离子分析装置
US16/062,891 US10991565B2 (en) 2015-12-17 2015-12-17 Ion analyzer
JP2017556280A JP6547843B2 (ja) 2015-12-17 2015-12-17 イオン分析装置
PCT/JP2015/085409 WO2017104053A1 (ja) 2015-12-17 2015-12-17 イオン分析装置
EP15910743.2A EP3392902A4 (en) 2015-12-17 2015-12-17 Ion analyzing apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2015/085409 WO2017104053A1 (ja) 2015-12-17 2015-12-17 イオン分析装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017104053A1 true WO2017104053A1 (ja) 2017-06-22

Family

ID=59056225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/085409 WO2017104053A1 (ja) 2015-12-17 2015-12-17 イオン分析装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10991565B2 (ja)
EP (1) EP3392902A4 (ja)
JP (1) JP6547843B2 (ja)
CN (1) CN108475615A (ja)
WO (1) WO2017104053A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023026355A1 (ja) * 2021-08-24 2023-03-02 株式会社島津製作所 イオン化装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3392902A4 (en) * 2015-12-17 2018-12-26 Shimadzu Corporation Ion analyzing apparatus
GB201808949D0 (en) * 2018-05-31 2018-07-18 Micromass Ltd Bench-top time of flight mass spectrometer

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4816426B1 (ja) 1968-07-13 1973-05-22
JPH02110859U (ja) * 1989-02-20 1990-09-05
JPH08166500A (ja) * 1994-12-15 1996-06-25 Nikon Corp 真空保護装置
JP2006208334A (ja) * 2005-01-31 2006-08-10 Gl Sciences Inc 微小流量の流体制御方法及び抵抗体
JP2008233073A (ja) * 2007-02-19 2008-10-02 Yamatake Corp 流量計および流量制御装置
WO2009031179A1 (ja) * 2007-09-04 2009-03-12 Shimadzu Corporation 質量分析装置
US20100301209A1 (en) * 2007-06-01 2010-12-02 Purdue Research Foundation Discontinuous atmospheric pressure interface
JP2013105737A (ja) * 2011-11-14 2013-05-30 Laser-Spectra Kk 顕微レーザー質量分析装置
JP2015049077A (ja) 2013-08-30 2015-03-16 株式会社島津製作所 イオン化プローブ
JP2015198014A (ja) 2014-04-01 2015-11-09 株式会社島津製作所 イオン輸送装置及び該装置を用いた質量分析装置

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2610300A (en) * 1951-08-07 1952-09-09 Wilson W Walton Flow control
US2775707A (en) * 1955-05-09 1956-12-25 Cons Electrodynamics Corp Heat compensating device
GB1092803A (en) * 1964-06-03 1967-11-29 Ass Elect Ind Improvements in or relating to mass spectrometers
US4018241A (en) * 1974-09-23 1977-04-19 The Regents Of The University Of Colorado Method and inlet control system for controlling a gas flow sample to an evacuated chamber
US4201913A (en) * 1978-10-06 1980-05-06 Honeywell Inc. Sampling system for mass spectrometer
DK1217643T3 (da) * 2000-12-15 2009-01-19 V & F Analyse & Messtechnik Fremgangsmåde og indretning til vurdering af tilstanden i organismer og naturprodukter samt til analyse af en gasformig blanding med hoved- og bikomponenter
US6622746B2 (en) * 2001-12-12 2003-09-23 Eastman Kodak Company Microfluidic system for controlled fluid mixing and delivery
US6568799B1 (en) * 2002-01-23 2003-05-27 Eastman Kodak Company Drop-on-demand ink jet printer with controlled fluid flow to effect drop ejection
FR2856046B1 (fr) * 2003-06-16 2005-07-29 Biomerieux Sa Microvanne fluidique a ouverture par commande electrique
JP4816426B2 (ja) 2006-11-22 2011-11-16 株式会社島津製作所 質量分析計
US7564029B2 (en) * 2007-08-15 2009-07-21 Varian, Inc. Sample ionization at above-vacuum pressures
WO2010039512A1 (en) * 2008-09-30 2010-04-08 Advion Biosciences, Inc. Atmospheric pressure ionization (api) interface structures for a mass spectrometer
US7915580B2 (en) * 2008-10-15 2011-03-29 Thermo Finnigan Llc Electro-dynamic or electro-static lens coupled to a stacked ring ion guide
WO2010124019A1 (en) * 2009-04-21 2010-10-28 Excellims Corporation Intelligently controlled spectrometer methods and apparatus
US8859957B2 (en) * 2010-02-26 2014-10-14 Purdue Research Foundation Systems and methods for sample analysis
JP5604165B2 (ja) * 2010-04-19 2014-10-08 株式会社日立ハイテクノロジーズ 質量分析装置
JP5497615B2 (ja) * 2010-11-08 2014-05-21 株式会社日立ハイテクノロジーズ 質量分析装置
EP2631930B1 (en) * 2012-02-21 2017-03-29 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Device for transferring ions from high to low pressure atmosphere, system and use
JP6025406B2 (ja) * 2012-06-04 2016-11-16 株式会社日立ハイテクノロジーズ 質量分析装置
WO2015195607A1 (en) * 2014-06-16 2015-12-23 Purdue Research Foundation Systems and methods for analyzing a sample from a surface
FR3024436B1 (fr) * 2014-07-30 2018-01-05 Safran Aircraft Engines Systeme et procede de propulsion spatiale
EP3392902A4 (en) * 2015-12-17 2018-12-26 Shimadzu Corporation Ion analyzing apparatus

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4816426B1 (ja) 1968-07-13 1973-05-22
JPH02110859U (ja) * 1989-02-20 1990-09-05
JPH08166500A (ja) * 1994-12-15 1996-06-25 Nikon Corp 真空保護装置
JP2006208334A (ja) * 2005-01-31 2006-08-10 Gl Sciences Inc 微小流量の流体制御方法及び抵抗体
JP2008233073A (ja) * 2007-02-19 2008-10-02 Yamatake Corp 流量計および流量制御装置
US20100301209A1 (en) * 2007-06-01 2010-12-02 Purdue Research Foundation Discontinuous atmospheric pressure interface
WO2009031179A1 (ja) * 2007-09-04 2009-03-12 Shimadzu Corporation 質量分析装置
JP2013105737A (ja) * 2011-11-14 2013-05-30 Laser-Spectra Kk 顕微レーザー質量分析装置
JP2015049077A (ja) 2013-08-30 2015-03-16 株式会社島津製作所 イオン化プローブ
JP2015198014A (ja) 2014-04-01 2015-11-09 株式会社島津製作所 イオン輸送装置及び該装置を用いた質量分析装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3392902A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023026355A1 (ja) * 2021-08-24 2023-03-02 株式会社島津製作所 イオン化装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP6547843B2 (ja) 2019-07-24
EP3392902A1 (en) 2018-10-24
US20180374694A1 (en) 2018-12-27
JPWO2017104053A1 (ja) 2018-08-02
EP3392902A4 (en) 2018-12-26
CN108475615A (zh) 2018-08-31
US10991565B2 (en) 2021-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2769119C2 (ru) Способ переноса ионов, интерфейс, выполненный с возможностью переноса ионов, и система, содержащая источник газообразных ионов
WO2017104053A1 (ja) イオン分析装置
US10229825B2 (en) Ion transfer tube flow and pumping system load
JP2005127931A (ja) 昇温脱離ガス分析装置
JP4752676B2 (ja) 質量分析装置
JP2018040794A (ja) 質量分析のためのイオン輸送装置
JP5452839B2 (ja) 分析装置
WO2003046543A1 (fr) Spectrometre de masse a ionisation a la pression atmospherique
US11099161B2 (en) Ionizer and mass spectrometer
JP7047936B2 (ja) 質量分析装置
WO2008146333A1 (ja) 質量分析装置
EP4322201A1 (en) Mass spectrometer and method for controlling same
WO2019220552A1 (ja) ガスクロマトグラフ質量分析装置
CN113711025A (zh) 质量分析装置以及质量分析方法
CN116868306A (zh) 质谱仪的真空腔室中的压强控制
WO2017002176A1 (ja) 真空装置、及び、これを備えた分析装置
JP2004226353A (ja) ガスクロマトグラフ質量分析装置
JP2008241533A (ja) 試料導入装置および試料導入方法
JP3978184B2 (ja) 大気圧イオン化質量分析装置
CN112088420A (zh) 飞行时间质谱分析装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15910743

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017556280

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2015910743

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015910743

Country of ref document: EP

Effective date: 20180717