WO2022270469A1 - Mass spectroscope, mass spectrometry system, and mass spectrometry method - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to techniques for mass spectrometers, mass spectrometry systems, and mass spectrometry methods.
- a portable analyzer is desired.
- mass spectrometry is performed by converting a substance into gaseous ions in an ion source and introducing the ions into a vacuum section of the mass spectrometer. At this time, the mass spectrometer requires a vacuum pump in order to keep the inside of the vacuum section in a vacuum state.
- the size of the vacuum pump correlates with its suction amount, and if the vacuum pump is made smaller, the suction amount will decrease.
- smaller pore sizes reduce the sensitivity of the mass spectrometer. Therefore, there is generally a trade-off relationship between the size and sensitivity of a mass spectrometer.
- Patent Literature 1 discloses a technique in which a pulse valve is installed in the partition wall and ions generated under atmospheric pressure are intermittently introduced into the mass spectrometer via the pulse valve. ing.
- Non-Patent Document 1 in order to improve the analysis accuracy, a valve is set between the ion trap and the ion funnel, ions are introduced into the ion trap, and then the valve is closed to reduce the pressure inside the ion trap. is disclosed.
- a valve is installed on a partition wall that separates atmospheric pressure from vacuum (about 0.1 Pa).
- vacuum about 0.1 Pa
- electrospray is used as the ion source
- the sample droplets pass through the valve.
- a discharge ion source is used, a high concentration of sample gas passes through the valve. In either case, there is a risk of contamination of the valve. Heating the contaminated valve may vaporize the contaminant and remove the contaminant from the valve. However, heating the valve is not trivial, and in the event of heavy contamination, previous measurements can affect subsequent measurements as contaminants carry over.
- ions can be stored in the ion trap only while the valve is open. Therefore, even if you want to improve the analytical sensitivity by accumulating a large amount of ions, the pressure in the ion trap increases while the valve is open. It is not preferable to keep the valve open for a long time. Also, if the pores of the partition wall are made small enough to withstand the pump even if the valve is open for a long time, the ion transmittance is lowered and the sensitivity is lowered.
- the present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to realize miniaturization of a mass spectrometer.
- the present invention includes an ion source that continuously generates ions, a first mass spectrometer that can trap the ions, and is provided after the first mass spectrometer, A second mass analysis unit capable of introducing the ions from the first mass analysis unit and capable of trapping the ions is separated from the first mass analysis unit and the second mass analysis unit.
- a partition wall hole provided in a partition wall, an opening/closing portion capable of opening and closing the partition wall hole, a first vacuum pump section for evacuating the inside of the first mass analysis section, and the second mass analysis section.
- miniaturization of the mass spectrometer can be realized.
- FIG. 1 is a configuration diagram (part 1) showing an example of a mass spectrometer according to a first embodiment
- FIG. FIG. 2 is a configuration diagram (part 2) showing an example of the mass spectrometer according to the first embodiment
- BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the structural example of the mass spectrometry system which concerns on 1st Embodiment. It is a figure which shows the operation sequence of the mass spectrometry system which concerns on 1st Embodiment.
- FIG. 10 is a diagram showing an operation sequence in parallel processing of a plurality of mass spectrometry processes; It is a figure which shows the example of the internal pressure change of an ion trap chamber.
- FIG. 1 is a diagram (1) showing an example of the structure of a slider valve
- FIG. FIG. 2 is a diagram (part 2) showing an example of the structure of a slider valve
- FIG. 10 is a diagram showing an example of an operation sequence of a mass spectrometer according to a second embodiment
- FIG. 11 is a configuration diagram showing an example of a mass spectrometer according to a third embodiment
- FIG. 5 is a diagram showing another configuration example of the slider valve
- It is a lineblock diagram showing an example of a mass spectrometer concerning a 4th embodiment.
- FIGS. 1 and 2 are configuration diagrams showing an example of a mass spectrometer 1 according to the first embodiment.
- 1 shows a view in which the slider valve 101 closes the third hole 141
- FIG. 2 shows a view in which the slider valve 101 opens the third hole 141.
- FIG. 1 The slider valve 101 and the third aperture 141 (partition wall aperture) will be described later.
- the mass spectrometer 1 is mainly composed of an ion source 200 and a mass spectrometer 100 .
- an atmospheric pressure chemical ionization ion source is used as the ion source 200, and the sample gas is ionized by applying a high voltage to the needle electrode 21 to generate the discharge plasma 22.
- the ion source 200 is not necessarily an atmospheric pressure chemical ionization ion source, and may be other discharge ion sources, an electrospray ion source, or the like. In this embodiment, positive ions are generated in the ion source 200, but negative ions may be generated.
- the mass spectrometer 100 is divided into a differential evacuation chamber 120, a pre-trap chamber 130, and an ion trap chamber 140.
- the differential exhaust chamber 120 is connected to the atmosphere through the first aperture 121 .
- the first aperture 121 is provided in a first partition wall 123 that separates the atmosphere from the differential exhaust chamber 120 . Ions 23 generated by the ion source 200 are introduced into the differential pumping chamber 120 through the first apertures 121 .
- the differential pumping chamber 120 and the pre-trapping chamber 130 are connected via a second hole 131 .
- a second aperture 131 is provided in a second partition wall 135 that separates the differential pumping chamber 120 and the pre-trap chamber 130 .
- the pre-trapping chamber 130 and the ion trapping chamber 140 are connected through the third aperture 141 .
- the third aperture 141 is provided in a third partition 147 that separates the pre-trap chamber 130 and the ion trap chamber 140 .
- a pre-trap electrode 133 that is a quadrupole electrode is provided in the pre-trap chamber 130 .
- the ion trapping chamber 140 is provided with an ion trapping electrode 143 which is a quadrupole electrode.
- the ion trap chamber 140 is provided with a slider valve 101 , an in-cap electrode 144 , an end-cap electrode 145 and a detector 146 .
- Each of the in-cap electrode 144 and the end-cap electrode 145 has a disk-like shape, and has an opening in the center for the ions 23 to pass through.
- a valve driving device 110 for driving the slider valve 101 is provided outside the ion trap chamber 140 .
- the pressure in the differential evacuation chamber 120 is reduced by a differential evacuation vacuum pump 122 .
- the pressure in the pre-trap chamber 130 is reduced by a pre-trap vacuum pump 132 .
- the ion trap chamber 140 is depressurized by an ion trap vacuum pump 142 . Note that three pumps are not necessarily required, and one pump may be used to depressurize two or more locations. Also, either pump may be utilized to reduce the back pressure of the other pump.
- the pre-trapping chamber 130 and the ion trapping chamber 140 are provided with quadrupole electrodes as the pre-trapping electrode 133 and the ion trapping electrode 143, respectively.
- each of the pre-trapping electrodes 133 and the ion trapping electrodes 143 shows two out of four electrodes.
- Both the pre-trapping chamber 130 and the ion trapping chamber 140 function as linear ion traps due to the pre-trapping electrode 133 and the ion trapping electrode 143, respectively. That is, both the pre-trapping chamber 130 and the ion trapping chamber 140 trap the ions 23 generated by the ion source 200 .
- the linear ion trap in the pre-trapping chamber 130 will be referred to as a pre-trap
- the linear ion trap in the ion trapping chamber 140 will be referred to as an analytical ion trap.
- ions 23 of either positive or negative polarity can be trapped under the voltage condition of the voltage applied to the pre-trapping electrode 133 .
- ions 23 of either positive or negative polarity can be trapped under voltage conditions applied to the ion trap electrode 143, the incap electrode 144, and the end cap electrode 145.
- the low mass cutoff is set by the voltage applied to the pre-trap electrode 133 and the ion trap electrode 143 . Therefore, voltage conditions for the pre-trap and analytical ion trap are determined in consideration of the polarity and molecular weight of the ions 23 to be detected.
- the pre-trap and analytical ion trap need not necessarily be quadrupole linear ion traps as long as they can trap ions 23 .
- a quadrupole linear ion trap is a linear ion trap using quadrupole electrodes.
- the pre-trap may be an octapole trap or an ion funnel trap.
- the pre-trap chamber 130 is generally about 10 Pa, and the ion trap chamber 140 is generally about 0.1 to 1 Pa, but these values are not necessarily required. However, the internal pressure of each ion trap chamber 140 is set to be lower than that of the pre-trap chamber 130 .
- Ions 23 generated by the ion source 200 pass through the first aperture 121 and are introduced into the differential pumping chamber 120 . Subsequently, the ions 23 pass through the second aperture 131 and are introduced into the pre-trap chamber 130 . After that, the ions 23 pass through the third aperture 141 and are introduced into the ion trap chamber 140 .
- a slider valve 101 is provided in the third hole 141 arranged between the pre-trap chamber 130 and the ion trap chamber 140 .
- the slider valve 101 is connected to a valve driving device 110 via a push rod 111 . Then, the valve driving device 110 moves the slider valve 101 in the up-down direction of the drawing through the push rod 111 .
- the valve driving device 110 will be described later.
- the slider valve 101 is provided with an opening 102, and when the slider valve 101 slides in the vertical direction of the drawing, the opening 102 and the third hole 141 are aligned as shown in FIG. 130 and the ion trap chamber 140 are brought into a conducting state. That is, the third pores 141 are opened.
- the third aperture 141 is opened by the slider valve 101, the ions 23 pretrapped in the pretrapping chamber 130 flow into the ion trapping chamber 140 (see FIG. 2). This increases the internal pressure of the ion trap chamber 140 .
- the third aperture 141 is closed by the slider valve 101, the flow of the ions 23 flowing into the ion trap chamber 140 is stopped.
- the inside of the ion trap chamber 140 is evacuated by the ion trap vacuum pump 142 provided in the ion trap chamber 140 while the pre-trap chamber 130 and the ion trap chamber 140 are in a non-conducting state. As a result, the internal pressure in the ion trap chamber 140 is lowered (see FIG. 1). A change in internal pressure in the ion trap chamber 140 will be described later.
- intermittence means that something occurs or stops after a certain (predetermined) period of time.
- an incap electrode 144 is provided in front of the ion trap electrode 143, and an end cap electrode 145 is provided in the rear.
- the in-cap electrode 144 and the end-cap electrode 145 function as a linear ion trap together with the ion trap electrode 143 to trap the ions 23 (analytical ion trap).
- a detector 146 is arranged in the ion trap chamber 140 to detect the ions 23 ejected from the ion trap for analysis. The ion trap for analysis and ejection of ions 23 will be described later.
- the detector 146 is generally composed of a conversion dynode, a scintillator, a photomultiplier tube, and the like.
- the ions 23 are converted into electrons by the conversion dynode, further converted into light by the scintillator, and detected by doubling the light by the photomultiplier tube.
- FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the mass spectrometry system Z according to the first embodiment.
- the control device 3 can independently control the voltages applied to the first partition 123, the second partition 135, and the third partition 147 of the mass spectrometry unit 100, respectively.
- the voltage applied to the first partition 123, the second partition 135, and the third partition 147 By controlling the voltage applied to the first partition 123, the second partition 135, and the third partition 147, the voltage applied to the first pore 121, the second pore 131, and the third pore 141 is controlled. be.
- control device 3 can independently control the voltages applied to the pre-trap electrode 133, the ion trap electrode 143, the in-cap electrode 144, and the end-cap electrode 145, respectively.
- control device 3 controls the differential pumping vacuum pump 122, the pre-trap vacuum pump 132, and the ion trap vacuum pump 142, respectively.
- control device 3 acquires the detection signal of the ions 23 from the detector 146 .
- control device 3 controls the movement of the slider valve 101 by controlling the valve driving device 110 .
- the controller 3 controls generation of the ions 23 by controlling the needle electrode 2121 .
- FIG. 4 is a diagram showing the operation sequence of the mass spectrometry system Z according to the first embodiment. Reference will be made to FIGS. 1 to 3 as appropriate.
- the voltage of the needle electrode 21, the offset voltage (pre-trap offset voltage) applied to the pre-trap electrode 133, the voltage of the third aperture 141, the opening and closing of the third aperture 141, and the ion ejection AC vibrations, ion trap RF amplitudes are shown.
- a pre-trap offset voltage is a voltage applied to the pre-trap electrode 133 to pre-trap the ions 23 .
- the voltage applied to the third aperture 141 is the voltage applied to the third aperture 141 (the third partition wall 147), and the opening and closing of the third aperture 141 is the opening and closing of the third aperture 141 by the slider valve 101. be.
- the ion ejection AC amplitude is the amplitude of the AC voltage (ion ejection AC voltage) applied to the ion trap electrode 143 when ejecting the ions 23 from the analysis ion trap in order to detect the ions 23 with the detector 146.
- the ion trap RF amplitude is the amplitude of the high frequency voltage (ion trap RF voltage) applied to the ion trap electrode 143 to trap the ions 23 for analysis. As will be described later, in order to detect the ions 23 with the detector 146, the ion trap RF amplitude is varied when the ions 23 are ejected from the analysis ion trap.
- the operation sequence of the mass spectrometry system Z consists of a pre-trapping period T1, an ion movement period T2, a cooling period T3, an ion detection period T4, and a cleaning period T5.
- the outline of each voltage and the opening and closing of the third aperture 141 in each of the pre-trapping period T1, the ion moving period T2, the cooling period T3, the ion detecting period T4, and the cleaning period T5 is as follows.
- the voltage applied to the needle electrode 21 (the voltage of the needle electrode 21) is a constant voltage (4 kV in the example of FIG. 4) from the pretrapping period T1 to the cleaning period T5.
- a constant voltage (4 kV in the example of FIG. 4) is applied from the pre-trapping period T1 to the cleaning period T5.
- the voltage applied to the third aperture 141 (the voltage of the third aperture 141) is constant (10 V in the example of FIG. 4) during periods other than the ion migration period T2.
- a voltage lower than the voltage applied during the other periods is applied (1 V in the example of FIG. 4).
- the third aperture 141 is opened (“open”) only during the ion migration period T2, and is closed (“closed”) during other periods.
- the AC amplitude for ion discharge is set to 1 V only during the ion detection period T4, and is set to 0 V during other periods.
- the ion trap RF amplitude is set to 200 V during the pre-trapping period T1 to the cooling period T3. Also, after the ion trap RF amplitude rises from 200 V to 1 kV during the ion detection period T4, it is set to 0 V during the cleaning period T5.
- the needle electrode 21 of the ion source 200 to which a predetermined voltage (4 kV in the example of FIG. 4) is applied generates ions 23 from the sample gas.
- a predetermined voltage (4 kV in the example of FIG. 4
- positively charged ions 23 positive ions
- 4 kV continues to be applied to the needle electrode 21 during the pre-trapping period T1 to the cleaning period T5. That is, the ion source 200 continues to generate positive ions.
- Pre-trap period T1 The generated ions 23 are continuously introduced into the differential pumping chamber 120 through the first aperture 121 by being attracted by the voltage applied to the first aperture 121 . Furthermore, the ions 23 are continuously introduced into the pretrapping chamber 130 through the second aperture 131 by being attracted by the voltage applied to the second aperture 131 introduced into the differential pumping chamber 120 . The ions 23 introduced into the pre-trap chamber 130 are trapped (pre-trapped) by the pre-trap electrode 133 to which a pre-trap offset voltage is applied.
- the polarity and mass range of the ions 23 that can be pre-trapped are determined by the voltage conditions of the pre-trap offset voltage applied to the pre-trap electrode 133 .
- 3V is applied to the pretrapping electrode 133 as the pretrapping offset voltage.
- Pre-trapped ions 23 and non-pre-trapped ions 23 are separated by the voltage condition of the pre-trap offset voltage.
- Ions 23 that are not pre-trapped are discharged out of the system of the pre-trap electrode 133 .
- the ions 23 are mass-separated in the pre-trapping stage, in other words, the ions 23 are coarsely separated in the pre-trapping.
- the pre-trapping chamber 130 can be considered a first mass analysis section.
- the ion trap chamber 140 can be considered as a second mass spectrometer.
- the voltage of the third aperture 141 is set higher than the pretrapping offset voltage so that the third aperture 141 serves as a barrier for the ions 23 (positive ions).
- the pretrapping offset voltage in the pretrapping period T1 is set to 3V
- the voltage of the third pore 141 is set to 10V.
- the controller 3 opens the third aperture 141 and sets the voltage of the third aperture 141 lower than the pre-trapping offset voltage (in the example of FIG. 4, 1 V) (time t1). As a result, the voltage applied to the third aperture 141 becomes lower than the pre-trap offset voltage. Therefore, positively charged ions 23 are attracted to the voltage of the third aperture 141 and introduced into the ion trap chamber 140 (ion migration period T2).
- an electrode may be additionally arranged between the third aperture 141 and the pre-trapping electrode 133 .
- the ions 23 are trapped in the ion trap chamber 140 by the ion trap electrode 143, the incap electrode 144, and the end cap electrode 145 (analytical ion trap).
- an ion trap RF voltage having an ion trap RF amplitude of 200 V is applied to the ion trap electrode 143 .
- an in-phase RF voltage is applied to the facing electrodes of the ion trapping electrodes 143, which are quadrupole electrodes, and an opposite-phase RF voltage is applied to the adjacent electrodes.
- the in-cap electrode 144 and the end-cap electrode 145 are grounded. It's becoming
- a typical opening time of the third aperture 141 by the slider valve 101 is about 50 ms.
- the ion trap chamber 140 has a lower pressure than the pre-trap chamber 130 . Therefore, when the slider valve 101 opens the third aperture 141 , the gas flows in together with the ions 23 from the pre-trap chamber 130 . As a result, the internal pressure of the ion trap chamber 140 rises. The internal pressure of the ion trap chamber 140 typically rises to about 10 Pa.
- the control device 3 closes the third aperture 141 by the slider valve 101 (time t2). Closing the third aperture 141 by the slider valve 101 limits the amount of gas that flows from the pre-trapping chamber 130 into the ion trapping chamber 140 together with the ions 23 . Specifically, the inflow of gas into the ion trap chamber 140 is stopped. Then, the internal pressure of the ion trap chamber 140 is lowered again by the ion trap vacuum pump 142 . Thus, the cooling period T3 is the time during which the internal pressure of the ion trap chamber 140, which has risen due to the opening of the third aperture 141 by the slider valve 101, is reduced. A change in the internal pressure of the ion trap chamber 140 will be described later.
- Ion detection period T4 When the internal pressure of the ion trap chamber 140 is lowered to about 0.1 to 1 Pa, the ions 23 are mass-selectively ejected from the analytical ion trap to the detector 146 . As a result, the ions 23 are detected for each mass-to-charge ratio (ion detection period T4).
- the ion trap RF amplitude is gradually amplified as shown in FIG. In the example shown in FIG. 4, it is amplified to 1 kV.
- the ion trap RF amplitude reaches a predetermined amplitude, the ions 23 trapped for analytical ions become unstable.
- an ion ejection AC voltage having a constant ion ejection AC amplitude (1 V in the example of FIG. 4) is applied to the ion trap electrode 143 .
- the ion ejection AC voltage having the ion ejection AC amplitude is applied to the ion trap electrode 143 .
- a rectangular wave voltage having a predetermined voltage is applied to the in-cap electrode 144 and the end-cap electrode 145 during the ion detection period T4.
- ions 23 having a predetermined mass-to-charge ratio are selectively ejected from the ions 23 trapped for analysis to the detector 146 and detected by the detector 146 .
- the control device 3 sets the ion trap RF amplitude and the ion ejection AC amplitude to zero, thereby exhausting the remaining ions 23 .
- the ions 23 are ejected from the opening of the endcap electrode 145 by applying a voltage lower than at least the ion trap electrode 143 and the incap electrode 144 to the endcap electrode 145 . Further, the ions 23 are ejected to the outside from an ejection port (not shown) provided in the ion trap chamber 140 .
- a sequence from the pre-trapping period T1 to the cleaning period T5 is defined as one sequence, and the mass spectrometer 1 performs measurement while repeating the pre-trapping period T1 to the cleaning period T5.
- the ion trapping RF amplitude is changed during the ion detection period T4 shown in FIG. 4, and an ion ejection AC voltage having a predetermined ion ejection AC amplitude is applied.
- the ions 23 are ejected to the detector 146 and the ions 23 are detected.
- the pre-trap electrode 133 and the ion trap electrode 143 may be interlocked and controlled. In such a case, when the ion trapping RF amplitude changes, the amplitude of the RF voltage applied to the pretrapping electrode 133 also changes, which may affect the pretrapping efficiency.
- the ions 23 can be ejected toward the detector 146. good.
- FIG. 5 is a diagram showing an operation sequence in parallel processing of a plurality of mass spectrometry processes.
- Pre-traps S1, S1A and S1B shown in FIG. 5 correspond to the pre-trap period T1 of FIG.
- Ion migration S2, S2A, and S2B correspond to the ion migration period T2 in FIG.
- the cooling periods S3 and S3A correspond to the cooling period T3 in FIG.
- the ion detections S4 and S4A correspond to the ion detection period T4 in FIG.
- Cleanings S5 and S5A correspond to the cleaning period T5 in FIG.
- a pre-trap offset voltage is always applied to the pre-trap electrode 133 . That is, the pre-trapping electrode 133 is always in a state capable of pre-trapping the ions 23 . In other words, the pre-trapping electrode 133 is in a state capable of trapping the ions 23 during the cooling S3. Then, as shown in FIG. 4, the ion source 200 continuously generates ions 23 . The ions 23 are continuously introduced into the pre-trap chamber 130 . Therefore, as an actual operation, as shown in FIG. 5, pre-trapping S1A of another ion 23 by the pre-trapping electrode 133 is possible in parallel with cooling S3 to cleaning S5.
- the control device 3 opens the third orifice 141 by the slider valve 101 .
- the pretrapped ions 23 are introduced from the pretrapping chamber 130 to the ion trapping chamber 140 (ion transfer S2A).
- pre-trapping S1B of yet another ion 23 by the pre-trapping electrode 133 is performed in parallel.
- the third aperture 141 is opened by the slider valve 101, and the pre-trapped ions 23 move to the ion trap chamber 140 (ion movement S2B).
- new ions 23 can be pre-trapped in the pre-trapping chamber 130 while the ion trapping chamber 140 is undergoing cooling S3, S3A to cleaning S5, S5A.
- the mass spectrometry system Z of this embodiment can perform cooling S3, S3A to cleaning S5, S5A and pre-trapping S1, S1A, S1B in parallel. Thereby, mass spectrometry with high throughput can be realized.
- FIG. 6 is a diagram showing an example of internal pressure changes in the ion trap chamber 140.
- the pre-trapping period T1 to the ion detection period T4 in FIG. 6 are the same as those shown in FIG. 6, the vertical axis indicates the internal pressure of the ion trap chamber 140.
- the third aperture 141 is closed by the slider valve 101 during the pre-trap period T1. Therefore, the internal pressure of the ion trap chamber 140 is maintained at a low internal pressure of about 0.1 Pa during the pre-trapping period T1.
- the gas flows together with the ions 23 from the pre-trap chamber 130 whose internal pressure is higher than that of the ion trap chamber 140. This increases the internal pressure of the ion trap chamber 140 .
- the third orifice 141 is closed by the slider valve 101, and the internal pressure of the ion trap chamber 140 is lowered by the evacuation by the ion trap vacuum pump 142 (cooling period T3). Then, when the internal pressure of the ion trap chamber 140 reaches a predetermined value, for example, about 0.1 Pa, the ion detection period T4 begins. In this manner, ion detection is performed when the internal pressure of the ion trap chamber 140 has decreased to a predetermined value, whereby highly accurate ion detection can be performed.
- a predetermined value for example, about 0.1 Pa
- the permeability of ions 23 is improved by enlarging the pores provided in the partition wall.
- increasing the size of the pores also increases the introduction amount of gases other than the ions 23 .
- a vacuum pump with a large displacement is generally installed.
- gases other than the ions 23 flow from the pre-trap chamber 130 to the ion trap chamber 140 only at the timing when the slider valve 101 opens the third aperture 141 . Thereafter, the third aperture 141 is closed by the slider valve 101, so that the internal pressure of the ion trap chamber 140 is lowered to 0.1 Pa while the inflow of gas is restricted. Therefore, according to the mass spectrometer 1 of the present embodiment, a compact vacuum pump with a suction flow rate of about 10 L/s can be used as the ion trap vacuum pump 142 .
- the pre-trapping chamber 130 and the differential evacuation chamber 120 may be omitted, and the slider valve 101 may be installed between the ion source 200 and the ion trapping chamber 140. be done.
- the pressure difference between the atmospheric pressure (0.1 MPa) where the ion source 200 exists and the internal pressure (0.1 Pa) of the ion trap chamber 140 increases. Therefore, the sealing performance of the slider valve 101 becomes a problem in order to prevent air leakage.
- the slider valve 101 since the slider valve 101 is installed at a position close to the ion source 200 , a sample gas with a high concentration other than the ions 23 and sample droplets pass through the slider valve 101 together with the ions 23 . This causes a problem of contamination of the slider valve 101 .
- the pressure difference on both sides of the third partition 147 provided with the slider valve 101 is the internal pressure of the pre-trap chamber 130 (10 Pa) and the internal pressure of the ion trap chamber 140 (0.1 Pa). difference.
- This pressure difference is much smaller than the pressure difference between the atmospheric pressure (0.1 MPa) and the internal pressure (0.1 Pa) of the ion trap chamber 140 . Therefore, in the mass spectrometer 1 according to the present embodiment, it is possible to reduce the degree of demand for sealing performance of the slider valve 101 .
- the ions 23 are diluted in the pre-trapping chamber 130 . That is, the sample gas other than the ions 23 introduced into the pretrapping chamber 130 and the sample droplets are diffused and diluted by the low internal pressure of the pretrapping chamber 130 . Due to such a dilution effect, in the mass spectrometer 1 according to the present embodiment, the amount of sample gas and sample droplets passing through the slider valve 101 is reduced compared to the case where the slider valve 101 is arranged near the ion source 200 . Less is. Therefore, contamination of the slider valve 101 can be reduced.
- the pre-trapping time may be lengthened. That is, by lengthening the pre-trapping time, many ions 23 are trapped in the pre-trapping chamber 130 . After that, a large number of ions 23 can be introduced into the ion trap chamber 140 by opening the third aperture 141 with the slider valve 101 . In this case, the amount of ions 23 introduced into the ion trap chamber 140 has nothing to do with the opening time of the third aperture 141 by the slider valve 101 .
- the introduction amount of gas other than the ions 23 can be reduced.
- the pre-trapping time By lengthening the pre-trapping time, a large number of ions 23 can be introduced into the ion trapping chamber 140 even if the opening time of the third aperture 141 by the slider valve 101 is short.
- FIGS. 7A and 7B are diagrams showing an example of the structure of the slider valve 101.
- FIG. 7A shows a view in which the slider valve 101 opens the third hole 141
- FIG. 7B shows a view in which the slider valve 101 closes the third hole 141.
- FIG. 7A and 7B the same components as in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
- 7A and 7B are views extracting the third hole 141, the slider valve 101 and the in-cap electrode 144 in FIGS. 1 and 2, and the other parts are omitted.
- the material thereof is preferably made of resin rather than metal.
- a heater (not shown) may be connected to the slider valve 101 so that the slider valve 101 is heated to vaporize the contaminants.
- the contaminants adhering to the slider valve 101 are vaporized by heating, so that the contaminants adhering to the slider valve 101 can be removed.
- the slider valve 101 is preferably made of a material having good thermal conductivity, that is, made of metal rather than resin.
- the slider valve 101 moves vertically to open and close the third orifice 141 to restrict (stop) the inflow of the ions 23 from the pre-trap chamber 130 to the ion trap chamber 140 . That is, if the inner diameter of the opening 102 of the slider valve 101 is smaller than the inner diameter of the third aperture 141 , some of the ions 23 passing through the third aperture 141 collide with the slider valve 101 . Thus, if the inner diameter of the opening 102 of the slider valve 101 is smaller than the inner diameter of the third aperture 141, the efficiency of introduction of the ions 23 into the ion trap chamber 140 is reduced. In this way, it is preferable that there is no resin plate on the flight path of the ions 23 passing through the third aperture 141, so the inner diameter of the opening 102 of the slider valve 101 is preferably larger than the inner diameter of the third aperture 141. .
- the inner diameter of the opening 102 of the slider valve 101 expands toward the in-cap electrode 144 .
- the inner diameter of the opening 102 is wider on the ion trapping chamber 140 side than on the pretrapping chamber 130 side. Since the ions 23 that have passed through the third aperture 141 diffuse, this structure can prevent the opening 102 from hindering the flight of the ions 23 .
- an Einzel lens may be formed by three disc electrodes and arranged between the incap electrode 144 and the slider valve 101 .
- a quadrupole electrode separate from the ion trap electrode 143 may be placed in front of the incap electrode 144 to focus the ions 23 .
- FIG. 8 is a diagram showing an example of a valve driving device 110 for driving the slider valve 101.
- Valve drive device 110 has push rod 111 , plunger 112 , bobbin 114 and coil 115 .
- the push rod 111 is connected to the slider valve 101 and is also connected to the plunger 112 via the support 117 .
- the plunger 112 is composed of a hollow conductor, and is moved in the vertical direction of the drawing by the magnetic force generated by the current flowing through the coil 115 .
- the push rod 111 and the slider valve 101 move vertically in the plane of the paper (white arrows in FIG. 8).
- the example shown in FIG. 8 shows a state in which the plunger 112, push rod 111 and slider valve 101 are pulled up to the highest position.
- the coil 115 is wound around the bobbin 114 and the plunger 112 is inserted into the tubular portion of the bobbin 114 .
- the plunger 112 has upper and lower flange portions 112A and 112B.
- a spring 116 connects the upper portion of the bobbin 114 and the lower surface of the flange portion 112A of the plunger 112 .
- the push rod 111 and plunger 112 connected to the slider valve 101 exist inside the ion trap chamber 140 with a low internal pressure.
- the valve driving device 110 is installed outside the mass spectrometer 100, that is, under atmospheric pressure. Therefore, outside air may flow into the ion trap chamber 140 from around the bobbin 114 . Therefore, in FIG. 8, O-rings 113 are provided above and below the bobbin 114 to maintain the airtightness of the ion trap chamber 140 and prevent external air from entering from around the bobbin 114 .
- a change in the magnetic field generated by the coil 115 drives the plunger 112 to move the push rod 111 and the slider valve 101 .
- the valve driving device 110 is installed outside the mass spectrometer 1 in this embodiment, it may be installed inside the mass spectrometer 1 such as inside the ion trap chamber 140 .
- the valve driving device 110 (specifically, the coil 115) is installed outside the mass spectrometry unit 100, that is, in atmospheric pressure, so that the valve driving device 110 (the coil 115 ) into the mass spectrometry unit 100 . That is, the airtightness of the mass spectrometer 100 can be improved.
- the slider valve 101 is installed between the pre-trap chamber 130 and the ion trap chamber 140 in this embodiment.
- the ions 23 are continuously introduced from the ion source 200 into the pretrapping chamber 130, whereby the ions 23 are mass-selectively generated in the pretrapping chamber 130. Trapped. Ions 23 move from the pre-trap chamber 130 to the ion trap chamber 140 when the slider valve 101 intermittently opens the third aperture 141 . Then, the ions 23 are mass-separated in the ion trap chamber 140 and detected by the detector 146 .
- the ion trap vacuum pump 142 connected to the ion trap chamber 140 can be miniaturized while maintaining sensitivity.
- opening and closing of the third hole 141 can be controlled with a simple structure.
- FIG. 9 is a diagram showing an example of the operation sequence of the mass spectrometer 1 according to the second embodiment.
- the first embodiment shows an example in which only one polarity of the positive and negative ions 23 (positive ions in the example shown in the first embodiment) is repeatedly measured.
- the second embodiment shows an example in which positive ion measurement and negative ion measurement are alternately performed.
- the configuration of the mass spectrometer 1 is the same as in the first embodiment, so illustration of the configuration is omitted.
- the second embodiment shows an example in which an atmospheric pressure chemical ionization ion source is used as the ion source 200 .
- the potential of the needle electrode 21 is reversed in order to change the polarity of the ions 23 to be detected.
- FIG. 9 is a diagram showing the operation sequence of the mass spectrometry system Z according to this embodiment. Please refer to FIG. 1 accordingly. Further, description of the same configuration as that of FIG. 4 will be omitted as appropriate.
- the pre-trapping period T1, the ion moving period T2, the cooling period T3, the ion detecting period T4, and the cleaning period T5 play the same roles as in FIG. Further, as described with reference to FIG. 5, pre-trapping for the next ion measurement is performed in parallel with the cooling period T3 to cleaning period T5 (pre-trapping period T1a). Then, when the cleaning period T5 ends, the third aperture 141 is opened by the slider valve 101, and the pre-trapped ions 23 move to the ion trap chamber 140 (ion movement period T2a).
- the voltage applied to the needle electrode 21 (the voltage of the needle electrode 21) is reversed when the ion migration period T2 is completed.
- it is set from (+) 4 kV to -4 kV.
- the pre-trap offset voltage is then reversed upon completion of the ion transfer period T2.
- it is set from (+)3V to -3V.
- the voltage applied to the third aperture 141 (the voltage of the third aperture 141) is set to 0 V in the ion migration period T2 and then set to a voltage having a polarity opposite to that in the pre-trapping period T1. be.
- FIG. 9 the voltage applied to the needle electrode 21
- the opening and closing of the third aperture 141, the AC amplitude for ion discharge, and the ion trap RF amplitude are generally the same as in FIG. However, during the second ion movement period T2a, the third aperture 141 is opened ("open") and the ion trap RF amplitude is set to 200V.
- positive ions are generated by applying a positive voltage ((+) 4 kV in the example of FIG. 9) to the needle electrode 21 .
- the generated positive ions are attracted by the voltage applied to the first aperture 121 and are continuously introduced from the first aperture 121 into the differential pumping chamber 120 .
- positive ions are continuously introduced from the second aperture 131 into the pre-trapping chamber 130 by being attracted by the voltage applied to the second aperture 131 introduced into the differential pumping chamber 120 .
- Positive ions introduced into the pre-trap chamber 130 are trapped (pre-trapped) by the pre-trap electrode 133 to which a pre-trap offset voltage ((+) 3 V in the example of FIG. 9) is applied (pre-trap period T1).
- the controller 3 opens the third aperture 141 by the slider valve 101 and changes the voltage of the third aperture 141 from 10V to 0V. (time t1a).
- the control device 3 also sets the voltages of the incap electrode 144 and the endcap electrode 145 according to the polarity of the positive ions. This makes the voltage of the third aperture 141 lower than the pre-trap offset voltage. Therefore, positively charged ions 23 are attracted to the voltage of the third aperture 141 and introduced into the ion trap chamber 140 (ion migration period T2).
- the slider valve 101 closes the third aperture 141 . Further, when the movement of the positive ions is completed, the voltage applied to the needle electrode 21 (the voltage of the needle electrode 21) is set to -4 kV in order to generate negative ions. Also, when the positive ion movement is completed, the controller 3 adjusts the pre-trapping offset voltage and the voltage of the third aperture 141 to the polarity for the next generated and pre-trapped ions 23 (time t2a). In the example of FIG. 9, ions 23 to be generated next are assumed to be negative ions. Therefore, the controller 3 sets the pre-trap offset voltage to -3V and sets the voltage of the third pore 141 to -10V.
- the ions 23 here, negative ions
- pre-trap period T1a the third hole 141 is closed by the slider valve 101 .
- the voltage of the third aperture 141 is set to a negative voltage ( ⁇ 10 V in the example of FIG. 9), as described above.
- the cooling (cooling period T3) to cleaning (cleaning period T5) for the positive ions generated first are the same as in FIG.
- the control device 3 opens the third aperture 141 by the slider valve 101 and changes the voltage of the third aperture 141 to 0V. .
- the control device 3 also sets the voltages of the incap electrode 144 and the end cap electrode 145 according to the polarity of the negative ions.
- negative ions having a potential lower than 0 V which is the voltage of the third aperture 141 , are attracted to the third aperture 141 and introduced into the ion trap chamber 140 .
- the pre-trapped ions 23 are moved to the ion trap chamber 140 (ion movement period T2a).
- the controller 3 sets the ion trap RF amplitude to 200V. This sets the ion trap RF amplitude to correspond to the negative ions to be subsequently trapped for analytical ions.
- the changes in the ion ejection AC amplitude and the ion trap RF amplitude for negative ions are the same as those for positive ions (from the pre-trapping period T1 to the cleaning period T5).
- the pre-trap offset voltage in the pre-trap period T1 and the pre-trap offset voltage in the pre-trap period T1a are reversed. That is, the absolute value of the pre-trap offset voltage in the pre-trap period T1 is the same as the absolute value of the pre-trap offset voltage in the pre-trap period T1a. However, the absolute value of the pre-trapping offset voltage in the pre-trapping period T1 and the absolute value of the pre-trapping offset voltage in the pre-trapping period T1a do not necessarily have to be the same. may
- the voltage of the third hole 141 during the pre-trapping period T1 and the voltage of the third hole 141 during the pre-trapping period T1a are reversed. That is, the absolute value of the voltage of the third pore 141 during the pre-trapping period T1 is the same as the absolute value of the voltage of the third pore 141 during the pre-trapping period T1a. However, the absolute value of the voltage of the third hole 141 in the pre-trapping period T1 and the absolute value of the voltage of the third hole 141 in the pre-trapping period T1a do not necessarily have to be the same. may have different absolute values.
- an ion movement period T2a for the second ions 23 (here, negative ions) is provided immediately after the cleaning period T5 for the first ions 23 (here, positive ions).
- an ion trap RF stabilization period which is a period for stabilizing the ion trap RF voltage, may be provided between the cleaning period T5 and the ion movement period T2a. That is, after the ion trap RF voltage is stabilized, the slider valve 101 may open the third aperture 141 to move the ions 23 .
- FIG. 9 shows an operation sequence when positive ion detection is followed by negative ion detection. Contrary to the operation sequence shown in FIG. 9, when positive ions are detected after negative ions are detected, the positive and negative of each voltage should be opposite to those shown in FIG.
- positive ions and negative ions can be analyzed with high throughput.
- the method of alternately detecting positive ions and negative ions was described, but the order is not limited.
- the sequence may be such that positive ions are detected continuously multiple times and then negative ions are detected continuously multiple times.
- the operation sequence as shown in FIG. 9 may be applied at the timing when the polarity of the ions 23 to be detected changes.
- the ion trapping RF amplitude may be kept constant during the ion detection period T4, and the frequency of the ion ejection AC voltage may vary. By doing so, the ions 23 may be ejected toward the detector 146 .
- FIG. 10 is a configuration diagram showing an example of a mass spectrometer 1a according to the third embodiment.
- the same components as in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
- FIG. 10 shows a state in which the slider valve 101 closes the third hole 141 .
- the slider valve 101 is arranged on the side of the ion trap chamber 140 with respect to the third aperture 141 .
- the slider valve 101 is arranged on the side of the pre-trap chamber 130a of the mass spectrometer 100a. In this case, as shown in FIG.
- a pre-trap end cap electrode 134 for confining the ions 23 is arranged on the ion source 200 side of the slider valve 101 .
- the pre-trap end cap electrode 134 is provided with an opening through which the ions 23 pass. Further, as the slider valve 101 is arranged on the side of the pre-trap chamber 130a, the valve driving device 110 is also provided above the pre-trap chamber 130a.
- the voltage of the pre-trapping end cap electrode 134 is set higher than the pre-trapping offset voltage (see FIG. 4) during the pre-trapping period T1 (see FIG. 4). 23 are pre-trapped. Then, during the ion movement period T2 (see FIG. 4), the controller 3 lowers the voltage of the pre-trapping end cap electrode 134 so that the ions 23 can move toward the ion trapping chamber 140 . In this case, the voltage of the third aperture 141 does not have to be changed.
- the internal pressure of the pre-trapping chamber 130a is higher than the internal pressure of the ion trapping chamber 140. Therefore, as shown in FIG. 10, installing the slider valve 101 on the side of the pre-trapping chamber 130a can prevent gas from leaking from the pre-trapping chamber 130a to the ion trapping chamber 140.
- the slider valve 101 shown in FIG. 10 is either entirely made of metal or entirely made of resin, as in the first embodiment.
- the material 101A on the pre-trap electrode 133 side may be made of metal (conductor), and the material 101B on the third pore 141 side may be made of resin.
- the portion of the material 101A made of metal functions as the pre-trapping end cap electrode 134, so the pre-trapping end cap electrode 134 can be omitted.
- the slider valve 101 is composed of two layers (materials 101A and 101B), but may be composed of three or more layers. Even if the slider valve 101 is composed of three or more layers, the layer closest to the pre-trap chamber 130 may be composed of a metal (conductor). By doing so, the layer made of metal may serve as the pre-trapping endcap electrode 134 .
- FIG. 12 is a configuration diagram showing an example of a mass spectrometer 1b according to the fourth embodiment.
- a state in which the slider valve 101 opens the third aperture 141 is shown.
- the same reference numerals are assigned to the same configurations as in FIGS. 1 and 2, and the description thereof is omitted.
- an ion source 200 capable of generating both positive and negative ions 23 under the same voltage conditions is used as the ion source 200 .
- FIG. 12 shows an example in which a low vacuum barrier discharge ion source 200b is used as an example of an ion source 200 capable of generating both positive and negative ions 23 under the same voltage conditions.
- the low-vacuum barrier discharge ion source 200b two annular electrodes 202 are provided around an insulator (a glass tube 201 in the example shown in FIG. 12), and an AC power supply 203 is connected to the annular electrodes 202. There is Electric power is supplied from the AC power source 203 to the annular electrode 202 to generate discharge plasma 22 inside the glass tube 201 .
- positive and negative ions 23 are generated simultaneously as shown in FIG.
- the pressure inside the low vacuum barrier discharge ion source 200b is lower than the atmospheric pressure.
- a sample gas (not shown) passes through the capillary 204 and is introduced into the low vacuum barrier discharge ion source 200 b and ionized by the discharge plasma 22 .
- ions 23 are generated (positive and negative ions are generated in the example of FIG. 12).
- the low vacuum barrier discharge ion source 200b can introduce both positive and negative ions 23 into the mass spectrometer 100 without changing the voltage. Therefore, in the second embodiment (FIG. 9), the potential of the needle electrode 21 is reversed in order to change the polarity of the ions 23 to be analyzed. If so, no such changes are required.
- the operation of each voltage of the needle electrode 21 is the same as that shown in FIG.
- FIG. 13 is a diagram showing a hardware configuration example of the control device 3.
- the control device 3 is composed of a PC (Personal Computer) or the like, and has a memory 301, a CPU (Central Processing Unit) 302, and a storage device 303 such as an HD (Hard Disk) or an SSD (Solid State Drive). Further, the control device 3 has an input device 304 such as a keyboard and a mouse, an output device 305 such as a display, and a communication device 306 for acquiring information from the mass spectrometer 1 and transmitting instructions. A program stored in the storage device 303 is loaded into the memory 301 . Each function performed by the control device 3 is realized by the CPU 302 executing the loaded program.
- the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
- the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
- 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.
- each configuration, function, control device 3, storage device 303, etc. provided in the control device 3 described above may be realized by hardware by designing a part or all of them, for example, with an integrated circuit. .
- each configuration, function, etc. described above may be realized by software by a processor such as the CPU 302 interpreting and executing a program for realizing each function.
- Information such as programs, tables, files, etc. that realize each function is stored in the HD, and is stored in the memory 301, a recording device such as an SSD, an IC (Integrated Circuit) card, an SD (Secure Digital) card, It can be stored in a recording medium such as a DVD (Digital Versatile Disc).
- control lines and information lines are considered to be necessary for explanation, and not all control lines and information lines are necessarily shown on the product. In fact, it can be considered that almost all configurations are interconnected.
- Reference Signs List 1 1, 1a mass spectrometer 3 control device 21 needle electrode 23 ion 100, 100a mass spectrometer 101 slider valve (opening/closing part, slider part) 101A Material (a layer made of a conductor among the layers that make up the slider valve) 101B Material (Layer Constituting Slider Valve) 102 opening (valve hole) 110 Valve Drive Device 120 Differential Evacuation Chamber 121 First Orifice 122 Vacuum Pump for Differential Evacuation 123 First Partition 130 Pretrap Chamber (First Mass Spectrometer, Linear Ion Trap) 130a pre-trap chamber 131 second pore 132 pre-trap vacuum pump (first vacuum pump) 133 pre-trap electrode 134 pre-trap end cap electrode 135 second partition wall 140 ion trap chamber (second mass spectrometer, linear ion trap) 141 third pore (partition wall pore) 142 ion trap vacuum pump 142 (second vacuum pump) 143 ion trap electrode 146 detector (detection unit)
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Abstract
In order to achieve reduction in size, this mass spectroscope is characterized by comprising: an ion source (200) for continuously generating ions (23); a pre-trap chamber (130) capable of trapping the ions (23); an ion trap chamber (140) provided after the pre-trap chamber (130) and capable of having the ions (23) introduced thereinto from the pre-trap chamber (130) and capable of trapping the ions (23); a third small hole (141) provided in a third isolating wall (147) partitioning the pre-trap chamber (130) and the ion trap chamber (140); and a slider valve (101) capable of opening and closing the third small hole (141), the pre-trap chamber (130) having an inner pressure adjusted to be higher than an internal pressure of the ion trap chamber (140), wherein the opening and closing of the third small hole (141) is performed intermittently by the slider valve (101).
Description
本発明は、質量分析装置、質量分析システム及び質量分析方法の技術に関する。
The present invention relates to techniques for mass spectrometers, mass spectrometry systems, and mass spectrometry methods.
土壌や大気の汚染の測定、食品の農薬検査、血中代謝物による診断、尿中薬物検査、爆発物探知等、混合試料中の微量物質をその場で簡便に、かつ、高感度に測定する可搬型の分析装置が求められている。このような質量分析装置では、イオン源において物質を気相のイオンとし、このイオンを質量分析装置の真空部に導入することで質量分析が行われる。この際、真空部内を真空状態に保つため、質量分析計は真空ポンプを必要とする。
Simple, on-the-spot and high-sensitivity measurement of trace substances in mixed samples, such as soil and air pollution measurement, food pesticide testing, blood metabolite diagnosis, urine drug testing, and explosives detection. A portable analyzer is desired. In such a mass spectrometer, mass spectrometry is performed by converting a substance into gaseous ions in an ion source and introducing the ions into a vacuum section of the mass spectrometer. At this time, the mass spectrometer requires a vacuum pump in order to keep the inside of the vacuum section in a vacuum state.
真空ポンプの大きさは、その吸引量と相関しており、真空ポンプを小型化すると吸引量が低下する。この場合、質量分析計において、大気と真空チャンバとを隔てる隔壁の細孔径を小さくする必要がある。しかし、細孔径が小さくなると質量分析計の感度が低下する。従って、一般的に質量分析装置の大きさと感度はトレードオフの関係になる。
The size of the vacuum pump correlates with its suction amount, and if the vacuum pump is made smaller, the suction amount will decrease. In this case, in the mass spectrometer, it is necessary to reduce the pore size of the partition separating the atmosphere and the vacuum chamber. However, smaller pore sizes reduce the sensitivity of the mass spectrometer. Therefore, there is generally a trade-off relationship between the size and sensitivity of a mass spectrometer.
このようなトレードオフを解消するため、特許文献1では、隔壁にパルスバルブを設置し、パルスバルブを介して大気圧中で生成したイオンを断続的に質量分析部へと導入する技術が開示されている。
In order to eliminate such a trade-off, Patent Literature 1 discloses a technique in which a pulse valve is installed in the partition wall and ions generated under atmospheric pressure are intermittently introduced into the mass spectrometer via the pulse valve. ing.
また、非特許文献1では、分析精度を向上させるため、イオントラップとイオンファネルの間にバルブを設定し、イオントラップにイオンを導入してからバルブを閉じてイオントラップ内の圧力を低下させる技術が開示されている。
In addition, in Non-Patent Document 1, in order to improve the analysis accuracy, a valve is set between the ion trap and the ion funnel, ions are introduced into the ion trap, and then the valve is closed to reduce the pressure inside the ion trap. is disclosed.
特許文献1に記載の方法では、大気圧と、真空(0.1Pa程度)とを隔てる隔壁にバルブが設置されている。しかし、隔壁の両側における圧力差が大きいため、密閉度が高いバルブを使用する必要がある。また、イオン源にエレクトロスプレーが用いられた場合、試料液滴がバルブを通過する。また、放電イオン源が用いられている場合、高濃度の試料ガスがバルブを通過する。いずれの場合でも、バルブの汚染リスクが生じる。汚染されたバルブを加熱することで、汚染物質を気化させ、バルブから汚染物質を除去することが考えらえる。しかし、バルブを加熱することは簡単ではなく、強い汚染が発生した場合、汚染物質がキャリーオーバして前の測定が次の測定に影響する可能性がある。
In the method described in Patent Document 1, a valve is installed on a partition wall that separates atmospheric pressure from vacuum (about 0.1 Pa). However, due to the large pressure difference across the septum, it is necessary to use valves with a tight seal. Also, if electrospray is used as the ion source, the sample droplets pass through the valve. Also, if a discharge ion source is used, a high concentration of sample gas passes through the valve. In either case, there is a risk of contamination of the valve. Heating the contaminated valve may vaporize the contaminant and remove the contaminant from the valve. However, heating the valve is not trivial, and in the event of heavy contamination, previous measurements can affect subsequent measurements as contaminants carry over.
特許文献1及び非特許文献1に記載の方法では、バルブを開けている時間のみイオントラップにイオンを溜めこむことができる。そこで、イオンを大量に溜めこむことによって分析感度を向上させたいと考えても、バルブが開いている間はイオントラップの圧力が上昇してしまうため、ポンプの耐久性やイオントラップ効率の観点から長時間、バルブを開けていることは好ましくない。また、バルブを長時間開けてもポンプが耐えられる程度に隔壁の細孔を小さくするとイオンの透過率が低下して感度が低下する。
In the methods described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, ions can be stored in the ion trap only while the valve is open. Therefore, even if you want to improve the analytical sensitivity by accumulating a large amount of ions, the pressure in the ion trap increases while the valve is open. It is not preferable to keep the valve open for a long time. Also, if the pores of the partition wall are made small enough to withstand the pump even if the valve is open for a long time, the ion transmittance is lowered and the sensitivity is lowered.
このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、質量分析装置の小型化を実現することを課題とする。
The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to realize miniaturization of a mass spectrometer.
前記した課題を解決するため、本発明は、連続的にイオンを生成させるイオン源と、前記イオンをトラップ可能な第1の質量分析部と、前記第1の質量分析部の後段に設けられ、前記第1の質量分析部から前記イオンが導入可能であるとともに、前記イオンをトラップ可能である第2の質量分析部と、前記第1の質量分析部と、前記第2の質量分析部と隔てる隔壁に設けられている隔壁孔部と、前記隔壁孔部を開閉可能な開閉部と、前記第1の質量分析部の内部を排気する第1の真空ポンプ部と、前記第2の質量分析部の内部を排気する第2の真空ポンプ部と、を有し、前記第1の真空ポンプ部及び前記第2の真空ポンプ部によって、前記第1の質量分析部の内部圧力は、前記第2の質量分析部の内部圧力よりも高くなるよう調整されており、前記開閉部によって、前記隔壁孔部の開閉が間欠的に行われることを特徴とする。
その他の解決手段は実施形態中において適宜記載する。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes an ion source that continuously generates ions, a first mass spectrometer that can trap the ions, and is provided after the first mass spectrometer, A second mass analysis unit capable of introducing the ions from the first mass analysis unit and capable of trapping the ions is separated from the first mass analysis unit and the second mass analysis unit. a partition wall hole provided in a partition wall, an opening/closing portion capable of opening and closing the partition wall hole, a first vacuum pump section for evacuating the inside of the first mass analysis section, and the second mass analysis section. and a second vacuum pump section for evacuating the inside of the mass analysis section, and the internal pressure of the first mass analysis section is reduced to the second The internal pressure is adjusted to be higher than the internal pressure of the mass spectrometry unit, and the opening and closing of the partition hole is intermittently performed by the opening and closing section.
Other solutions will be described as appropriate in the embodiments.
その他の解決手段は実施形態中において適宜記載する。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes an ion source that continuously generates ions, a first mass spectrometer that can trap the ions, and is provided after the first mass spectrometer, A second mass analysis unit capable of introducing the ions from the first mass analysis unit and capable of trapping the ions is separated from the first mass analysis unit and the second mass analysis unit. a partition wall hole provided in a partition wall, an opening/closing portion capable of opening and closing the partition wall hole, a first vacuum pump section for evacuating the inside of the first mass analysis section, and the second mass analysis section. and a second vacuum pump section for evacuating the inside of the mass analysis section, and the internal pressure of the first mass analysis section is reduced to the second The internal pressure is adjusted to be higher than the internal pressure of the mass spectrometry unit, and the opening and closing of the partition hole is intermittently performed by the opening and closing section.
Other solutions will be described as appropriate in the embodiments.
本発明によれば、質量分析装置の小型化を実現することができる。
According to the present invention, miniaturization of the mass spectrometer can be realized.
次に、本発明を実施するための形態(「実施形態」という)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
Next, a form for carrying out the present invention (referred to as "embodiment") will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
[第1実施形態]
図1及び図2は、第1実施形態に係る質量分析装置1の一例を示す構成図である。図1はスライダバルブ101によって第3細孔141が閉じられている図を示し、図2はスライダバルブ101によって第3細孔141が開放している図を示す。スライダバルブ101及び第3細孔141(隔壁孔部)については後記する。
図1に示すように、質量分析装置1は主にイオン源200と質量分析部100とで構成される。図1及び図2に示す例では、イオン源200として大気圧化学イオン化イオン源が用いられており、針電極21に高電圧を印加して放電プラズマ22を生成させることで試料ガスがイオン化する。ただし、イオン源200は、必ずしも大気圧化学イオン化イオン源である必要はなく、その他の放電イオン源でもよいし、エレクトロスプレーイオン源等でイオン源200が構成されてもよい。なお、本実施形態では、イオン源200において正イオンが生成しているものとしているが、負イオンが生成されてもよい。 [First embodiment]
1 and 2 are configuration diagrams showing an example of amass spectrometer 1 according to the first embodiment. 1 shows a view in which the slider valve 101 closes the third hole 141, and FIG. 2 shows a view in which the slider valve 101 opens the third hole 141. FIG. The slider valve 101 and the third aperture 141 (partition wall aperture) will be described later.
As shown in FIG. 1, themass spectrometer 1 is mainly composed of an ion source 200 and a mass spectrometer 100 . In the example shown in FIGS. 1 and 2, an atmospheric pressure chemical ionization ion source is used as the ion source 200, and the sample gas is ionized by applying a high voltage to the needle electrode 21 to generate the discharge plasma 22. However, the ion source 200 is not necessarily an atmospheric pressure chemical ionization ion source, and may be other discharge ion sources, an electrospray ion source, or the like. In this embodiment, positive ions are generated in the ion source 200, but negative ions may be generated.
図1及び図2は、第1実施形態に係る質量分析装置1の一例を示す構成図である。図1はスライダバルブ101によって第3細孔141が閉じられている図を示し、図2はスライダバルブ101によって第3細孔141が開放している図を示す。スライダバルブ101及び第3細孔141(隔壁孔部)については後記する。
図1に示すように、質量分析装置1は主にイオン源200と質量分析部100とで構成される。図1及び図2に示す例では、イオン源200として大気圧化学イオン化イオン源が用いられており、針電極21に高電圧を印加して放電プラズマ22を生成させることで試料ガスがイオン化する。ただし、イオン源200は、必ずしも大気圧化学イオン化イオン源である必要はなく、その他の放電イオン源でもよいし、エレクトロスプレーイオン源等でイオン源200が構成されてもよい。なお、本実施形態では、イオン源200において正イオンが生成しているものとしているが、負イオンが生成されてもよい。 [First embodiment]
1 and 2 are configuration diagrams showing an example of a
As shown in FIG. 1, the
そして、質量分析部100は差動排気室120、プレトラップ室130、イオントラップ室140に分かれている。差動排気室120は、第1細孔121を介して大気と接続している。第1細孔121は大気と差動排気室120とを隔てる第1隔壁123に設けられている。また、差動排気室120には、第1細孔121を介して、イオン源200で生成したイオン23が導入される。
The mass spectrometer 100 is divided into a differential evacuation chamber 120, a pre-trap chamber 130, and an ion trap chamber 140. The differential exhaust chamber 120 is connected to the atmosphere through the first aperture 121 . The first aperture 121 is provided in a first partition wall 123 that separates the atmosphere from the differential exhaust chamber 120 . Ions 23 generated by the ion source 200 are introduced into the differential pumping chamber 120 through the first apertures 121 .
差動排気室120と、プレトラップ室130とは、第2細孔131を介して接続している。第2細孔131は差動排気室120と、プレトラップ室130とを隔てる第2隔壁135に設けられている。
そして、プレトラップ室130と、イオントラップ室140とは、第3細孔141を介して接続している。第3細孔141は、プレトラップ室130と、イオントラップ室140とを隔てる第3隔壁147に設けられている。 Thedifferential pumping chamber 120 and the pre-trapping chamber 130 are connected via a second hole 131 . A second aperture 131 is provided in a second partition wall 135 that separates the differential pumping chamber 120 and the pre-trap chamber 130 .
Thepre-trapping chamber 130 and the ion trapping chamber 140 are connected through the third aperture 141 . The third aperture 141 is provided in a third partition 147 that separates the pre-trap chamber 130 and the ion trap chamber 140 .
そして、プレトラップ室130と、イオントラップ室140とは、第3細孔141を介して接続している。第3細孔141は、プレトラップ室130と、イオントラップ室140とを隔てる第3隔壁147に設けられている。 The
The
プレトラップ室130には、四重極電極であるプレトラップ電極133が設けられている。また、イオントラップ室140には、四重極電極であるイオントラップ電極143が設けられている。さらに、イオントラップ室140にはスライダバルブ101、インキャップ電極144、エンドキャップ電極145、検出器146が設けられている。なお、インキャップ電極144及びエンドキャップ電極145のそれぞれは、円盤状を有しており、中央にイオン23が通過するための開口部が備えられている。また、イオントラップ室140の外部には、スライダバルブ101を駆動するためのバルブ駆動装置110が備えられている。
A pre-trap electrode 133 that is a quadrupole electrode is provided in the pre-trap chamber 130 . Further, the ion trapping chamber 140 is provided with an ion trapping electrode 143 which is a quadrupole electrode. Furthermore, the ion trap chamber 140 is provided with a slider valve 101 , an in-cap electrode 144 , an end-cap electrode 145 and a detector 146 . Each of the in-cap electrode 144 and the end-cap electrode 145 has a disk-like shape, and has an opening in the center for the ions 23 to pass through. A valve driving device 110 for driving the slider valve 101 is provided outside the ion trap chamber 140 .
さらに、差動排気室120は、差動排気用真空ポンプ122によって減圧されている。そして、プレトラップ室130はプレトラップ用真空ポンプ132によって減圧されている。さらに、イオントラップ室140はイオントラップ用真空ポンプ142によって減圧されている。なお、必ずしも3個のポンプが必要なわけではなく、一つのポンプで2箇所以上を減圧してもよい。また、いずれかのポンプを、その他のポンプの背圧を下げるために利用してもよい。
Furthermore, the pressure in the differential evacuation chamber 120 is reduced by a differential evacuation vacuum pump 122 . The pressure in the pre-trap chamber 130 is reduced by a pre-trap vacuum pump 132 . Further, the ion trap chamber 140 is depressurized by an ion trap vacuum pump 142 . Note that three pumps are not necessarily required, and one pump may be used to depressurize two or more locations. Also, either pump may be utilized to reduce the back pressure of the other pump.
前記したように、プレトラップ室130及びイオントラップ室140のそれぞれにはプレトラップ電極133及びイオントラップ電極143として四重極電極が設けられている。ただし、図1及び図2では、プレトラップ電極133及びイオントラップ電極143それぞれにおいて、計4本存在する電極のうち、2本ずつが示されている。
As described above, the pre-trapping chamber 130 and the ion trapping chamber 140 are provided with quadrupole electrodes as the pre-trapping electrode 133 and the ion trapping electrode 143, respectively. However, in FIGS. 1 and 2, each of the pre-trapping electrodes 133 and the ion trapping electrodes 143 shows two out of four electrodes.
プレトラップ室130及びイオントラップ室140それぞれは、プレトラップ電極133、イオントラップ電極143によって、どちらもリニアイオントラップとして機能する。すなわち、プレトラップ室130及びイオントラップ室140のどちらもイオン源200で生成されたイオン23をトラップする。
Both the pre-trapping chamber 130 and the ion trapping chamber 140 function as linear ion traps due to the pre-trapping electrode 133 and the ion trapping electrode 143, respectively. That is, both the pre-trapping chamber 130 and the ion trapping chamber 140 trap the ions 23 generated by the ion source 200 .
以降、説明のためにプレトラップ室130におけるリニアイオントラップをプレトラップ、イオントラップ室140におけるリニアイオントラップを分析用イオントラップと適宜称する。なお、プレトラップ室130では、プレトラップ電極133に印加される電圧の電圧条件で正負どちらか一方の極性のイオン23をトラップ可能である。また、イオントラップ室140では、イオントラップ電極143、インキャップ電極144、エンドキャップ電極145に印加される電圧の電圧条件で正負どちらか一方の極性のイオン23をトラップ可能である。さらに、プレトラップ電極133及びイオントラップ電極143に印加する電圧によってLow mass cut offが設定される。従って、検出したいイオン23の極性と分子量を考慮してプレトラップ及び分析用イオントラップの電圧条件が決定される。
Hereinafter, for the sake of explanation, the linear ion trap in the pre-trapping chamber 130 will be referred to as a pre-trap, and the linear ion trap in the ion trapping chamber 140 will be referred to as an analytical ion trap. In the pre-trapping chamber 130 , ions 23 of either positive or negative polarity can be trapped under the voltage condition of the voltage applied to the pre-trapping electrode 133 . Also, in the ion trapping chamber 140, ions 23 of either positive or negative polarity can be trapped under voltage conditions applied to the ion trap electrode 143, the incap electrode 144, and the end cap electrode 145. FIG. Furthermore, the low mass cutoff is set by the voltage applied to the pre-trap electrode 133 and the ion trap electrode 143 . Therefore, voltage conditions for the pre-trap and analytical ion trap are determined in consideration of the polarity and molecular weight of the ions 23 to be detected.
プレトラップ及び分析用イオントラップは、イオン23をトラップできれば、必ずしも四重極リニアイオントラップである必要はない。四重極リニアイオントラップとは、四重極電極を用いたリニアイオントラップである。例えば、プレトラップはオクタポール型のトラップでもよいし、イオンファネル型のトラップでもよい。プレトラップ室130は一般的に10Pa程度であり、イオントラップ室140は一般的に0.1~1Pa程度であるが、必ずしもそれらの値でなくてもよい。ただし、イオントラップ室140はプレトラップ室130よりも低圧となるようそれぞれの内部圧力が設定される。
The pre-trap and analytical ion trap need not necessarily be quadrupole linear ion traps as long as they can trap ions 23 . A quadrupole linear ion trap is a linear ion trap using quadrupole electrodes. For example, the pre-trap may be an octapole trap or an ion funnel trap. The pre-trap chamber 130 is generally about 10 Pa, and the ion trap chamber 140 is generally about 0.1 to 1 Pa, but these values are not necessarily required. However, the internal pressure of each ion trap chamber 140 is set to be lower than that of the pre-trap chamber 130 .
イオン源200で生成されたイオン23は第1細孔121を通過し、差動排気室120に導入される。続いて、イオン23は第2細孔131を通過してプレトラップ室130へと導入される。その後、イオン23は、第3細孔141を通過してイオントラップ室140へと導入される。
Ions 23 generated by the ion source 200 pass through the first aperture 121 and are introduced into the differential pumping chamber 120 . Subsequently, the ions 23 pass through the second aperture 131 and are introduced into the pre-trap chamber 130 . After that, the ions 23 pass through the third aperture 141 and are introduced into the ion trap chamber 140 .
プレトラップ室130とイオントラップ室140との間に配置されている第3細孔141にはスライダバルブ101が設けられている。スライダバルブ101はプッシュロッド111を介して、バルブ駆動装置110と接続している。そして、バルブ駆動装置110はプッシュロッド111を介して、スライダバルブ101を紙面上下方向へ移動させる。なお、バルブ駆動装置110については後記する。
A slider valve 101 is provided in the third hole 141 arranged between the pre-trap chamber 130 and the ion trap chamber 140 . The slider valve 101 is connected to a valve driving device 110 via a push rod 111 . Then, the valve driving device 110 moves the slider valve 101 in the up-down direction of the drawing through the push rod 111 . The valve driving device 110 will be described later.
スライダバルブ101には開口部102が設けられており、スライダバルブ101が紙面上下方向にスライドすることで、図2に示すように開口部102と第3細孔141とが一致すると、プレトラップ室130とイオントラップ室140とが導通状態となる。即ち、第3細孔141が開口状態となる。
The slider valve 101 is provided with an opening 102, and when the slider valve 101 slides in the vertical direction of the drawing, the opening 102 and the third hole 141 are aligned as shown in FIG. 130 and the ion trap chamber 140 are brought into a conducting state. That is, the third pores 141 are opened.
また、スライダバルブ101がスライドすることで、図1に示すように開口部102と第3細孔141とが不一致になると、プレトラップ室130とイオントラップ室140とが非導通状態となる。即ち、第3細孔141が閉じられる。
Further, when the slider valve 101 slides and the opening 102 and the third hole 141 do not match as shown in FIG. That is, the third pore 141 is closed.
そして、スライダバルブ101によって第3細孔141が開口すると、プレトラップ室130でプレトラップされているイオン23がイオントラップ室140へと流入する(図2参照)。これにより、イオントラップ室140の内部圧力が上昇する。また、スライダバルブ101によって第3細孔141が閉じられると、イオントラップ室140へ流入するイオン23の流れが停止する。そして、プレトラップ室130とイオントラップ室140が非導通状態となっている状態で、イオントラップ室140に備えられているイオントラップ用真空ポンプ142によってイオントラップ室140の内部が排気される。この結果、イオントラップ室140内の内部圧力が低下する(図1参照)。なお、イオントラップ室140における内部圧力の変化については後記する。
Then, when the third aperture 141 is opened by the slider valve 101, the ions 23 pretrapped in the pretrapping chamber 130 flow into the ion trapping chamber 140 (see FIG. 2). This increases the internal pressure of the ion trap chamber 140 . Also, when the third aperture 141 is closed by the slider valve 101, the flow of the ions 23 flowing into the ion trap chamber 140 is stopped. Then, the inside of the ion trap chamber 140 is evacuated by the ion trap vacuum pump 142 provided in the ion trap chamber 140 while the pre-trap chamber 130 and the ion trap chamber 140 are in a non-conducting state. As a result, the internal pressure in the ion trap chamber 140 is lowered (see FIG. 1). A change in internal pressure in the ion trap chamber 140 will be described later.
このように、スライダバルブ101によって間欠的に第3細孔141が開閉することによって、プレトラップ室130でプレトラップされたイオン23を間欠的にイオントラップ室140へと導入することが可能である。なお、間欠とは、一定の(所定の)時間をおいて、物事が起こったり止んだりすることである。
In this way, by intermittently opening and closing the third aperture 141 by the slider valve 101, it is possible to intermittently introduce the ions 23 pre-trapped in the pre-trapping chamber 130 into the ion trapping chamber 140. . It should be noted that intermittence means that something occurs or stops after a certain (predetermined) period of time.
イオントラップ室140において、イオントラップ電極143の前段にはインキャップ電極144が設けられ、後段にはエンドキャップ電極145が設けられている。インキャップ電極144及びエンドキャップ電極145は、イオントラップ電極143とともにリニアイオントラップとして機能し、イオン23をトラップ(分析用イオントラップ)する。また、イオントラップ室140には検出器146が配置されており、分析用イオントラップから排出されたイオン23を検出する。なお、分析用イオントラップ及びイオン23の排出については後記する。
In the ion trap chamber 140, an incap electrode 144 is provided in front of the ion trap electrode 143, and an end cap electrode 145 is provided in the rear. The in-cap electrode 144 and the end-cap electrode 145 function as a linear ion trap together with the ion trap electrode 143 to trap the ions 23 (analytical ion trap). A detector 146 is arranged in the ion trap chamber 140 to detect the ions 23 ejected from the ion trap for analysis. The ion trap for analysis and ejection of ions 23 will be described later.
検出器146は一般にコンバージョンダイノード、シンチレータ、光電子増倍管等で構成されている。検出器146では、イオン23がコンバージョンダイノードで電子に変換され、シンチレータでさらに光へと変換され、その光が光電子増倍管で倍増されることで検出される。
The detector 146 is generally composed of a conversion dynode, a scintillator, a photomultiplier tube, and the like. In the detector 146, the ions 23 are converted into electrons by the conversion dynode, further converted into light by the scintillator, and detected by doubling the light by the photomultiplier tube.
図3は第1実施形態に係る質量分析システムZの構成例を示す図である。
制御装置3は質量分析部100の第1隔壁123、第2隔壁135、第3隔壁147に印加する電圧を、それぞれ独立に制御可能である。第1隔壁123、第2隔壁135、第3隔壁147に印加する電圧が制御されることにより、第1細孔121、第2細孔131、第3細孔141に印加される電圧が制御される。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the mass spectrometry system Z according to the first embodiment.
Thecontrol device 3 can independently control the voltages applied to the first partition 123, the second partition 135, and the third partition 147 of the mass spectrometry unit 100, respectively. By controlling the voltage applied to the first partition 123, the second partition 135, and the third partition 147, the voltage applied to the first pore 121, the second pore 131, and the third pore 141 is controlled. be.
制御装置3は質量分析部100の第1隔壁123、第2隔壁135、第3隔壁147に印加する電圧を、それぞれ独立に制御可能である。第1隔壁123、第2隔壁135、第3隔壁147に印加する電圧が制御されることにより、第1細孔121、第2細孔131、第3細孔141に印加される電圧が制御される。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the mass spectrometry system Z according to the first embodiment.
The
また、制御装置3は、プレトラップ電極133、イオントラップ電極143、インキャップ電極144、エンドキャップ電極145に印加する電圧を、それぞれ独立に制御可能である。また、制御装置3は差動排気用真空ポンプ122、プレトラップ用真空ポンプ132、イオントラップ用真空ポンプ142のそれぞれを制御している。さらに、制御装置3は、検出器146からイオン23の検出信号を取得する。また、制御装置3はバルブ駆動装置110を制御することによって、スライダバルブ101の移動を制御する。そして、制御装置3は針電極2121を制御することによってイオン23の生成を制御する。
In addition, the control device 3 can independently control the voltages applied to the pre-trap electrode 133, the ion trap electrode 143, the in-cap electrode 144, and the end-cap electrode 145, respectively. In addition, the control device 3 controls the differential pumping vacuum pump 122, the pre-trap vacuum pump 132, and the ion trap vacuum pump 142, respectively. Furthermore, the control device 3 acquires the detection signal of the ions 23 from the detector 146 . Further, the control device 3 controls the movement of the slider valve 101 by controlling the valve driving device 110 . The controller 3 controls generation of the ions 23 by controlling the needle electrode 2121 .
[動作シーケンス]
図4は第1実施形態に係る質量分析システムZの動作シーケンスを示す図である。適宜、図1~図3を参照する。
図4では、紙面上から順に針電極21の電圧、プレトラップ電極133に印加されるオフセット電圧(プレトラップオフセット電圧)、第3細孔141の電圧、第3細孔141の開閉、イオン排出用AC振、イオントラップRF振幅を示している。プレトラップオフセット電圧とは、イオン23をプレトラップするため、プレトラップ電極133に印加される電圧である。また、第3細孔141の電圧とは第3細孔141(第3隔壁147)に印加される電圧であり、第3細孔141の開閉はスライダバルブ101による第3細孔141の開閉である。 [Operation sequence]
FIG. 4 is a diagram showing the operation sequence of the mass spectrometry system Z according to the first embodiment. Reference will be made to FIGS. 1 to 3 as appropriate.
In FIG. 4, the voltage of theneedle electrode 21, the offset voltage (pre-trap offset voltage) applied to the pre-trap electrode 133, the voltage of the third aperture 141, the opening and closing of the third aperture 141, and the ion ejection AC vibrations, ion trap RF amplitudes are shown. A pre-trap offset voltage is a voltage applied to the pre-trap electrode 133 to pre-trap the ions 23 . The voltage applied to the third aperture 141 is the voltage applied to the third aperture 141 (the third partition wall 147), and the opening and closing of the third aperture 141 is the opening and closing of the third aperture 141 by the slider valve 101. be.
図4は第1実施形態に係る質量分析システムZの動作シーケンスを示す図である。適宜、図1~図3を参照する。
図4では、紙面上から順に針電極21の電圧、プレトラップ電極133に印加されるオフセット電圧(プレトラップオフセット電圧)、第3細孔141の電圧、第3細孔141の開閉、イオン排出用AC振、イオントラップRF振幅を示している。プレトラップオフセット電圧とは、イオン23をプレトラップするため、プレトラップ電極133に印加される電圧である。また、第3細孔141の電圧とは第3細孔141(第3隔壁147)に印加される電圧であり、第3細孔141の開閉はスライダバルブ101による第3細孔141の開閉である。 [Operation sequence]
FIG. 4 is a diagram showing the operation sequence of the mass spectrometry system Z according to the first embodiment. Reference will be made to FIGS. 1 to 3 as appropriate.
In FIG. 4, the voltage of the
イオン排出用AC振幅とは、検出器146でイオン23を検出するため、分析用イオントラップからイオン23を排出する際にイオントラップ電極143に印加されるAC電圧(イオン排出用AC電圧)の振幅である。
また、イオントラップRF振幅は、イオン23を分析用イオントラップするためにイオントラップ電極143に印加される高周波電圧(イオントラップRF電圧)の振幅である。なお、後記するように、検出器146でイオン23を検出するため、分析用イオントラップからイオン23を排出する際に、イオントラップRF振幅は変化させられる。 The ion ejection AC amplitude is the amplitude of the AC voltage (ion ejection AC voltage) applied to theion trap electrode 143 when ejecting the ions 23 from the analysis ion trap in order to detect the ions 23 with the detector 146. is.
The ion trap RF amplitude is the amplitude of the high frequency voltage (ion trap RF voltage) applied to theion trap electrode 143 to trap the ions 23 for analysis. As will be described later, in order to detect the ions 23 with the detector 146, the ion trap RF amplitude is varied when the ions 23 are ejected from the analysis ion trap.
また、イオントラップRF振幅は、イオン23を分析用イオントラップするためにイオントラップ電極143に印加される高周波電圧(イオントラップRF電圧)の振幅である。なお、後記するように、検出器146でイオン23を検出するため、分析用イオントラップからイオン23を排出する際に、イオントラップRF振幅は変化させられる。 The ion ejection AC amplitude is the amplitude of the AC voltage (ion ejection AC voltage) applied to the
The ion trap RF amplitude is the amplitude of the high frequency voltage (ion trap RF voltage) applied to the
また、図4に示すように、質量分析システムZの動作シーケンスはプレトラップ期間T1、イオン移動期間T2、クーリング期間T3、イオン検出期間T4、クリーニング期間T5で構成される。
Also, as shown in FIG. 4, the operation sequence of the mass spectrometry system Z consists of a pre-trapping period T1, an ion movement period T2, a cooling period T3, an ion detection period T4, and a cleaning period T5.
プレトラップ期間T1、イオン移動期間T2、クーリング期間T3、イオン検出期間T4、クリーニング期間T5それぞれにおける各電圧及び第3細孔141の開閉の概要は以下のようになる。
まず、針電極21に印加される電圧(針電極21の電圧)は、プレトラップ期間T1~クリーニング期間T5にかけて一定の電圧(図4の例では4kV)が印加される。
また、プレトラップオフセット電圧は、プレトラップ期間T1~クリーニング期間T5にかけて一定の電圧(図4の例では4kV)が印加される。
そして、第3細孔141に印加される電圧(第3細孔141の電圧)は、イオン移動期間T2以外の期間では一定(図4の例では10V)である。そして、イオン移動期間T2のみ、それ以外の期間で印加されている電圧より低い電圧が印加される(図4の例では1V)。 The outline of each voltage and the opening and closing of thethird aperture 141 in each of the pre-trapping period T1, the ion moving period T2, the cooling period T3, the ion detecting period T4, and the cleaning period T5 is as follows.
First, the voltage applied to the needle electrode 21 (the voltage of the needle electrode 21) is a constant voltage (4 kV in the example of FIG. 4) from the pretrapping period T1 to the cleaning period T5.
As the pre-trapping offset voltage, a constant voltage (4 kV in the example of FIG. 4) is applied from the pre-trapping period T1 to the cleaning period T5.
The voltage applied to the third aperture 141 (the voltage of the third aperture 141) is constant (10 V in the example of FIG. 4) during periods other than the ion migration period T2. Then, only during the ion migration period T2, a voltage lower than the voltage applied during the other periods is applied (1 V in the example of FIG. 4).
まず、針電極21に印加される電圧(針電極21の電圧)は、プレトラップ期間T1~クリーニング期間T5にかけて一定の電圧(図4の例では4kV)が印加される。
また、プレトラップオフセット電圧は、プレトラップ期間T1~クリーニング期間T5にかけて一定の電圧(図4の例では4kV)が印加される。
そして、第3細孔141に印加される電圧(第3細孔141の電圧)は、イオン移動期間T2以外の期間では一定(図4の例では10V)である。そして、イオン移動期間T2のみ、それ以外の期間で印加されている電圧より低い電圧が印加される(図4の例では1V)。 The outline of each voltage and the opening and closing of the
First, the voltage applied to the needle electrode 21 (the voltage of the needle electrode 21) is a constant voltage (4 kV in the example of FIG. 4) from the pretrapping period T1 to the cleaning period T5.
As the pre-trapping offset voltage, a constant voltage (4 kV in the example of FIG. 4) is applied from the pre-trapping period T1 to the cleaning period T5.
The voltage applied to the third aperture 141 (the voltage of the third aperture 141) is constant (10 V in the example of FIG. 4) during periods other than the ion migration period T2. Then, only during the ion migration period T2, a voltage lower than the voltage applied during the other periods is applied (1 V in the example of FIG. 4).
第3細孔141の開閉は、イオン移動期間T2のみ開口(「開」)であり、それ以外の期間では閉じられている(「閉」)。
また、イオン排出用AC振幅は、イオン検出期間T4のみ1Vであり、それ以外の期間では0Vが設定されている。
そして、イオントラップRF振幅は、プレトラップ期間T1~クーリング期間T3の間、200Vが設定されている。また、イオン検出期間T4において、イオントラップRF振幅が200V~1kVまで上昇した後、クリーニング期間T5では0Vに設定される。 Thethird aperture 141 is opened (“open”) only during the ion migration period T2, and is closed (“closed”) during other periods.
Further, the AC amplitude for ion discharge is set to 1 V only during the ion detection period T4, and is set to 0 V during other periods.
The ion trap RF amplitude is set to 200 V during the pre-trapping period T1 to the cooling period T3. Also, after the ion trap RF amplitude rises from 200 V to 1 kV during the ion detection period T4, it is set to 0 V during the cleaning period T5.
また、イオン排出用AC振幅は、イオン検出期間T4のみ1Vであり、それ以外の期間では0Vが設定されている。
そして、イオントラップRF振幅は、プレトラップ期間T1~クーリング期間T3の間、200Vが設定されている。また、イオン検出期間T4において、イオントラップRF振幅が200V~1kVまで上昇した後、クリーニング期間T5では0Vに設定される。 The
Further, the AC amplitude for ion discharge is set to 1 V only during the ion detection period T4, and is set to 0 V during other periods.
The ion trap RF amplitude is set to 200 V during the pre-trapping period T1 to the cooling period T3. Also, after the ion trap RF amplitude rises from 200 V to 1 kV during the ion detection period T4, it is set to 0 V during the cleaning period T5.
以降、プレトラップ期間T1~クリーニング期間T5の詳細な説明を行う。
まず、所定の電圧(図4の例では4kV)が印加されたイオン源200の針電極21は試料ガスからイオン23を生成する。図4の例では正の電荷を有するイオン23(正イオン)が生成されるものとする。なお、前記したように、プレトラップ期間T1~クリーニング期間T5の間、針電極21には4kVが印加され続ける。つまり、イオン源200は正イオンを生成し続ける。 Hereinafter, a detailed description of the pre-trap period T1 to the cleaning period T5 will be given.
First, theneedle electrode 21 of the ion source 200 to which a predetermined voltage (4 kV in the example of FIG. 4) is applied generates ions 23 from the sample gas. In the example of FIG. 4, it is assumed that positively charged ions 23 (positive ions) are generated. As described above, 4 kV continues to be applied to the needle electrode 21 during the pre-trapping period T1 to the cleaning period T5. That is, the ion source 200 continues to generate positive ions.
まず、所定の電圧(図4の例では4kV)が印加されたイオン源200の針電極21は試料ガスからイオン23を生成する。図4の例では正の電荷を有するイオン23(正イオン)が生成されるものとする。なお、前記したように、プレトラップ期間T1~クリーニング期間T5の間、針電極21には4kVが印加され続ける。つまり、イオン源200は正イオンを生成し続ける。 Hereinafter, a detailed description of the pre-trap period T1 to the cleaning period T5 will be given.
First, the
(プレトラップ期間T1)
生成されたイオン23は、第1細孔121に印加されている電圧によって誘引されることで、第1細孔121から差動排気室120へ連続的に導入される。さらに、差動排気室120に導入された第2細孔131に印加されている電圧によって誘引されることで、イオン23は第2細孔131からプレトラップ室130へ連続的に導入される。プレトラップ室130に導入されたイオン23はプレトラップオフセット電圧が印加されているプレトラップ電極133によってトラップ(プレトラップ)される。 (Pre-trap period T1)
The generatedions 23 are continuously introduced into the differential pumping chamber 120 through the first aperture 121 by being attracted by the voltage applied to the first aperture 121 . Furthermore, the ions 23 are continuously introduced into the pretrapping chamber 130 through the second aperture 131 by being attracted by the voltage applied to the second aperture 131 introduced into the differential pumping chamber 120 . The ions 23 introduced into the pre-trap chamber 130 are trapped (pre-trapped) by the pre-trap electrode 133 to which a pre-trap offset voltage is applied.
生成されたイオン23は、第1細孔121に印加されている電圧によって誘引されることで、第1細孔121から差動排気室120へ連続的に導入される。さらに、差動排気室120に導入された第2細孔131に印加されている電圧によって誘引されることで、イオン23は第2細孔131からプレトラップ室130へ連続的に導入される。プレトラップ室130に導入されたイオン23はプレトラップオフセット電圧が印加されているプレトラップ電極133によってトラップ(プレトラップ)される。 (Pre-trap period T1)
The generated
プレトラップできるイオン23の極性と質量範囲はプレトラップ電極133に印加されるプレトラップオフセット電圧の電圧条件により決定する。図4ではプレトラップ電極133にプレトラップオフセット電圧として3Vが印加されている。この、プレトラップオフセット電圧の電圧条件によってプレトラップされるイオン23と、プレトラップされないイオン23とが分離する。プレトラップされないイオン23はプレトラップ電極133の系外へ排出される。このように、イオン23はプレトラップされる段階で質量分離する、換言すれば、プレトラップではイオン23の粗分離が行われている。このように、プレトラップ室130は第1の質量分析部と考えることができる。これに伴い、イオントラップ室140は第2の質量分析部と考えることができる。
The polarity and mass range of the ions 23 that can be pre-trapped are determined by the voltage conditions of the pre-trap offset voltage applied to the pre-trap electrode 133 . In FIG. 4, 3V is applied to the pretrapping electrode 133 as the pretrapping offset voltage. Pre-trapped ions 23 and non-pre-trapped ions 23 are separated by the voltage condition of the pre-trap offset voltage. Ions 23 that are not pre-trapped are discharged out of the system of the pre-trap electrode 133 . In this way, the ions 23 are mass-separated in the pre-trapping stage, in other words, the ions 23 are coarsely separated in the pre-trapping. As such, the pre-trapping chamber 130 can be considered a first mass analysis section. Along with this, the ion trap chamber 140 can be considered as a second mass spectrometer.
また、プレトラップ期間T1では、第3細孔141がイオン23(正イオン)の障壁としての役割を果たすよう、第3細孔141の電圧はプレトラップオフセット電圧よりも高く設定されている。図4の例において、プレトラップ期間T1におけるプレトラップオフセット電圧は3Vに設定されており、第3細孔141の電圧は10Vに設定されている。
Also, in the pretrapping period T1, the voltage of the third aperture 141 is set higher than the pretrapping offset voltage so that the third aperture 141 serves as a barrier for the ions 23 (positive ions). In the example of FIG. 4, the pretrapping offset voltage in the pretrapping period T1 is set to 3V, and the voltage of the third pore 141 is set to 10V.
(イオン移動期間T2)
十分な量のイオン23がプレトラップされると、制御装置3は、第3細孔141を開口し、かつ、プレトラップオフセット電圧よりも第3細孔141の電圧を低く(図4の例では1V)する(時刻t1)。これにより、第3細孔141に印加される電圧がプレトラップオフセット電圧より低くなる。従って、正の電荷を有するイオン23が第3細孔141の電圧に誘引されイオントラップ室140へと導入される(イオン移動期間T2)。
なお、イオン23のプレトラップとスライダバルブ101以降への導入を制御するために、第3細孔141とプレトラップ電極133の間に電極が別途配置されてもよい。このように、第3細孔141に印加される電圧が制御されることにより、確実なプレトラップを実現するとともに、イオントラップ室140へイオン23を移動させることを確実に行うことができる。 (Ion migration period T2)
When a sufficient amount ofions 23 are pre-trapped, the controller 3 opens the third aperture 141 and sets the voltage of the third aperture 141 lower than the pre-trapping offset voltage (in the example of FIG. 4, 1 V) (time t1). As a result, the voltage applied to the third aperture 141 becomes lower than the pre-trap offset voltage. Therefore, positively charged ions 23 are attracted to the voltage of the third aperture 141 and introduced into the ion trap chamber 140 (ion migration period T2).
In addition, in order to control the pre-trapping of theions 23 and the introduction of the ions 23 after the slider valve 101 , an electrode may be additionally arranged between the third aperture 141 and the pre-trapping electrode 133 . By controlling the voltage applied to the third aperture 141 in this manner, reliable pre-trapping can be achieved and the ions 23 can be reliably moved to the ion trapping chamber 140 .
十分な量のイオン23がプレトラップされると、制御装置3は、第3細孔141を開口し、かつ、プレトラップオフセット電圧よりも第3細孔141の電圧を低く(図4の例では1V)する(時刻t1)。これにより、第3細孔141に印加される電圧がプレトラップオフセット電圧より低くなる。従って、正の電荷を有するイオン23が第3細孔141の電圧に誘引されイオントラップ室140へと導入される(イオン移動期間T2)。
なお、イオン23のプレトラップとスライダバルブ101以降への導入を制御するために、第3細孔141とプレトラップ電極133の間に電極が別途配置されてもよい。このように、第3細孔141に印加される電圧が制御されることにより、確実なプレトラップを実現するとともに、イオントラップ室140へイオン23を移動させることを確実に行うことができる。 (Ion migration period T2)
When a sufficient amount of
In addition, in order to control the pre-trapping of the
(クーリング期間T3)
イオン23がイオントラップ室140に導入されると、制御装置3はスライダバルブ101を駆動させて第3細孔141を閉じる(時刻t2)。また、制御装置3は第3細孔141の電圧を引き上げる(時刻t2)。図4の例では第3細孔141の電圧が1Vから10Vに引き上げられている。時刻t2以降、制御装置3は、第3細孔141の電圧を時刻t2で引き上げられた電圧で維持する。 (Cooling period T3)
When theions 23 are introduced into the ion trap chamber 140, the controller 3 drives the slider valve 101 to close the third aperture 141 (time t2). Also, the control device 3 raises the voltage of the third aperture 141 (time t2). In the example of FIG. 4, the voltage of the third aperture 141 is increased from 1V to 10V. After time t2, the control device 3 maintains the voltage of the third aperture 141 at the voltage increased at time t2.
イオン23がイオントラップ室140に導入されると、制御装置3はスライダバルブ101を駆動させて第3細孔141を閉じる(時刻t2)。また、制御装置3は第3細孔141の電圧を引き上げる(時刻t2)。図4の例では第3細孔141の電圧が1Vから10Vに引き上げられている。時刻t2以降、制御装置3は、第3細孔141の電圧を時刻t2で引き上げられた電圧で維持する。 (Cooling period T3)
When the
クーリング期間T3では、イオントラップ電極143、インキャップ電極144、エンドキャップ電極145によってイオン23はイオントラップ室140にトラップ(分析用イオントラップ)されている。ここで、イオントラップ電極143には、イオントラップRF振幅として200Vを有するイオントラップRF電圧が印加されている。
During the cooling period T3, the ions 23 are trapped in the ion trap chamber 140 by the ion trap electrode 143, the incap electrode 144, and the end cap electrode 145 (analytical ion trap). Here, an ion trap RF voltage having an ion trap RF amplitude of 200 V is applied to the ion trap electrode 143 .
イオントラップRF電圧は四重極電極であるイオントラップ電極143のうち向かい合う電極に対して、同相のRF電圧が印加され、隣りあう電極に対して逆相のRF電圧が印加される。また、図4では図示していないが、クーリング期間T3おいて、イオントラップ室140でイオン23がトラップ(分析用イオントラップ)されている間、インキャップ電極144及びエンドキャップ電極145は接地状態となっている。
As for the ion trapping RF voltage, an in-phase RF voltage is applied to the facing electrodes of the ion trapping electrodes 143, which are quadrupole electrodes, and an opposite-phase RF voltage is applied to the adjacent electrodes. Although not shown in FIG. 4, during the cooling period T3, while the ions 23 are trapped (analytical ion trap) in the ion trap chamber 140, the in-cap electrode 144 and the end-cap electrode 145 are grounded. It's becoming
スライダバルブ101による第3細孔141の典型的な開時間は50ms程度である。前記したように、イオントラップ室140はプレトラップ室130よりも減圧されている。そのため、スライダバルブ101による第3細孔141の開口時、プレトラップ室130からイオン23とともにガスが流入する。その結果、イオントラップ室140の内部圧力が上昇する。典型的にはイオントラップ室140の内部圧力は10Pa程度まで上昇する。
A typical opening time of the third aperture 141 by the slider valve 101 is about 50 ms. As described above, the ion trap chamber 140 has a lower pressure than the pre-trap chamber 130 . Therefore, when the slider valve 101 opens the third aperture 141 , the gas flows in together with the ions 23 from the pre-trap chamber 130 . As a result, the internal pressure of the ion trap chamber 140 rises. The internal pressure of the ion trap chamber 140 typically rises to about 10 Pa.
前記したように、プレトラップ室130からイオントラップ室140へイオン23が移動した後、制御装置3はスライダバルブ101によって第3細孔141を閉じる(時刻t2)。スライダバルブ101によって第3細孔141が閉じられることにより、プレトラップ室130からイオントラップ室140へイオン23とともに流入するガスの量が制限される。具体的には、イオントラップ室140に対するガスの流入が停止する。そして、イオントラップ用真空ポンプ142によりイオントラップ室140の内部圧力が再び低下する。このように、スライダバルブ101による第3細孔141の開口により、上昇したイオントラップ室140の内部圧力を低下させる時間がクーリング期間T3である。なお、イオントラップ室140の内部圧力の変化については後記する。
As described above, after the ions 23 move from the pre-trapping chamber 130 to the ion trapping chamber 140, the control device 3 closes the third aperture 141 by the slider valve 101 (time t2). Closing the third aperture 141 by the slider valve 101 limits the amount of gas that flows from the pre-trapping chamber 130 into the ion trapping chamber 140 together with the ions 23 . Specifically, the inflow of gas into the ion trap chamber 140 is stopped. Then, the internal pressure of the ion trap chamber 140 is lowered again by the ion trap vacuum pump 142 . Thus, the cooling period T3 is the time during which the internal pressure of the ion trap chamber 140, which has risen due to the opening of the third aperture 141 by the slider valve 101, is reduced. A change in the internal pressure of the ion trap chamber 140 will be described later.
(イオン検出期間T4)
イオントラップ室140の内部圧力が0.1~1Pa程度まで低下すれば、イオン23が、質量選択的に分析用イオントラップから検出器146へと排出される。これにより、イオン23が質量電荷比毎に検出される(イオン検出期間T4)。イオン検出期間T4において、図4に示すようにイオントラップRF振幅は図4に示すように徐々に増幅される。図4に示す例では1kVまで増幅されている。そして、イオントラップRF振幅が、所定の振幅になると、分析用イオントラップされているイオン23が不安定となる。また、イオン検出期間T4では、イオントラップ電極143に一定のイオン排出用AC振幅(図4の例では1V)を有するイオン排出用AC電圧が印加される。 (Ion detection period T4)
When the internal pressure of theion trap chamber 140 is lowered to about 0.1 to 1 Pa, the ions 23 are mass-selectively ejected from the analytical ion trap to the detector 146 . As a result, the ions 23 are detected for each mass-to-charge ratio (ion detection period T4). During the ion detection period T4, the ion trap RF amplitude is gradually amplified as shown in FIG. In the example shown in FIG. 4, it is amplified to 1 kV. When the ion trap RF amplitude reaches a predetermined amplitude, the ions 23 trapped for analytical ions become unstable. Further, in the ion detection period T4, an ion ejection AC voltage having a constant ion ejection AC amplitude (1 V in the example of FIG. 4) is applied to the ion trap electrode 143 .
イオントラップ室140の内部圧力が0.1~1Pa程度まで低下すれば、イオン23が、質量選択的に分析用イオントラップから検出器146へと排出される。これにより、イオン23が質量電荷比毎に検出される(イオン検出期間T4)。イオン検出期間T4において、図4に示すようにイオントラップRF振幅は図4に示すように徐々に増幅される。図4に示す例では1kVまで増幅されている。そして、イオントラップRF振幅が、所定の振幅になると、分析用イオントラップされているイオン23が不安定となる。また、イオン検出期間T4では、イオントラップ電極143に一定のイオン排出用AC振幅(図4の例では1V)を有するイオン排出用AC電圧が印加される。 (Ion detection period T4)
When the internal pressure of the
つまり、イオントラップRF振幅を有するイオントラップRF電圧に加えて、イオン排出用AC振幅を有するイオン排出用AC電圧がイオントラップ電極143に印加される。また、図4において図示していないが、イオン検出期間T4において、インキャップ電極144及びエンドキャップ電極145には、所定電圧を有する矩形波電圧が印加される。これによって、分析用イオントラップされているイオン23から所定の質量電荷比を有するイオン23が選択的に検出器146へと排出され、検出器146によって検出される。
That is, in addition to the ion trapping RF voltage having the ion trapping RF amplitude, the ion ejection AC voltage having the ion ejection AC amplitude is applied to the ion trap electrode 143 . Although not shown in FIG. 4, a rectangular wave voltage having a predetermined voltage is applied to the in-cap electrode 144 and the end-cap electrode 145 during the ion detection period T4. As a result, ions 23 having a predetermined mass-to-charge ratio are selectively ejected from the ions 23 trapped for analysis to the detector 146 and detected by the detector 146 .
(クリーニング期間T5)
イオン検出が終了すると、制御装置3がイオントラップRF振幅及びイオン排出用AC振幅をゼロとすることで残ったイオン23が排気される。これがクリーニング期間T5である。なお、クリーニング期間T5では、エンドキャップ電極145に少なくともイオントラップ電極143及びインキャップ電極144より低い電圧が印加されることで、イオン23はエンドキャップ電極145の開口部から排出される。さらに、イオン23はイオントラップ室140に設けられている図示しない排出口から外部へ排出される。 (Cleaning period T5)
When the ion detection ends, thecontrol device 3 sets the ion trap RF amplitude and the ion ejection AC amplitude to zero, thereby exhausting the remaining ions 23 . This is the cleaning period T5. In the cleaning period T5, the ions 23 are ejected from the opening of the endcap electrode 145 by applying a voltage lower than at least the ion trap electrode 143 and the incap electrode 144 to the endcap electrode 145 . Further, the ions 23 are ejected to the outside from an ejection port (not shown) provided in the ion trap chamber 140 .
イオン検出が終了すると、制御装置3がイオントラップRF振幅及びイオン排出用AC振幅をゼロとすることで残ったイオン23が排気される。これがクリーニング期間T5である。なお、クリーニング期間T5では、エンドキャップ電極145に少なくともイオントラップ電極143及びインキャップ電極144より低い電圧が印加されることで、イオン23はエンドキャップ電極145の開口部から排出される。さらに、イオン23はイオントラップ室140に設けられている図示しない排出口から外部へ排出される。 (Cleaning period T5)
When the ion detection ends, the
プレトラップ期間T1からクリーニング期間T5までを一つのシーケンスとし、質量分析装置1は、プレトラップ期間T1からクリーニング期間T5を繰り返しながら測定を行う。
A sequence from the pre-trapping period T1 to the cleaning period T5 is defined as one sequence, and the mass spectrometer 1 performs measurement while repeating the pre-trapping period T1 to the cleaning period T5.
本実施形態では、図4に示すイオン検出期間T4においてイオントラップRF振幅が変化し、かつ、所定のイオン排出用AC振幅を有するイオン排出用AC電圧が加えられる。これにより、イオン23が検出器146へ排出され、イオン23が検出される。
ただし、プレトラップ電極133とイオントラップ電極143とが電気的に接続されることで、プレトラップ電極133とイオントラップ電極143とが連動して制御される場合がある。このような場合、イオントラップRF振幅が変化すると、プレトラップ電極133に印加されているRF電圧の振幅も変化してしまい、プレトラップの効率に影響が生じてしまう場合がある。このため、プレトラップの効率を考えると、イオン検出期間T4においてイオントラップRF振幅が一定のまま、イオン排出用AC電圧の周波数を変化させることでイオン23を検出器146に向かって排出させてもよい。 In this embodiment, the ion trapping RF amplitude is changed during the ion detection period T4 shown in FIG. 4, and an ion ejection AC voltage having a predetermined ion ejection AC amplitude is applied. Thereby, theions 23 are ejected to the detector 146 and the ions 23 are detected.
However, by electrically connecting thepre-trap electrode 133 and the ion trap electrode 143, the pre-trap electrode 133 and the ion trap electrode 143 may be interlocked and controlled. In such a case, when the ion trapping RF amplitude changes, the amplitude of the RF voltage applied to the pretrapping electrode 133 also changes, which may affect the pretrapping efficiency. Therefore, considering the pre-trapping efficiency, even if the ion trap RF amplitude is kept constant during the ion detection period T4 and the frequency of the ion ejection AC voltage is changed, the ions 23 can be ejected toward the detector 146. good.
ただし、プレトラップ電極133とイオントラップ電極143とが電気的に接続されることで、プレトラップ電極133とイオントラップ電極143とが連動して制御される場合がある。このような場合、イオントラップRF振幅が変化すると、プレトラップ電極133に印加されているRF電圧の振幅も変化してしまい、プレトラップの効率に影響が生じてしまう場合がある。このため、プレトラップの効率を考えると、イオン検出期間T4においてイオントラップRF振幅が一定のまま、イオン排出用AC電圧の周波数を変化させることでイオン23を検出器146に向かって排出させてもよい。 In this embodiment, the ion trapping RF amplitude is changed during the ion detection period T4 shown in FIG. 4, and an ion ejection AC voltage having a predetermined ion ejection AC amplitude is applied. Thereby, the
However, by electrically connecting the
(並列動作)
図5は、複数の質量分析処理を並列処理する場合における動作シーケンスを示す図である。
図5に示されているプレトラップS1,S1A,S1Bは図4のプレトラップ期間T1に対応するものである。また、イオン移動S2,S2A,S2Bは図4のイオン移動期間T2に対応するものである。そして、クーリングS3,S3Aは図4のクーリング期間T3に対応するものである。さらに、イオン検出S4,S4Aは図4のイオン検出期間T4に対応するものである。そして、クリーニングS5,S5Aは図4のクリーニング期間T5に対応するものである。 (parallel operation)
FIG. 5 is a diagram showing an operation sequence in parallel processing of a plurality of mass spectrometry processes.
Pre-traps S1, S1A and S1B shown in FIG. 5 correspond to the pre-trap period T1 of FIG. Ion migration S2, S2A, and S2B correspond to the ion migration period T2 in FIG. The cooling periods S3 and S3A correspond to the cooling period T3 in FIG. Furthermore, the ion detections S4 and S4A correspond to the ion detection period T4 in FIG. Cleanings S5 and S5A correspond to the cleaning period T5 in FIG.
図5は、複数の質量分析処理を並列処理する場合における動作シーケンスを示す図である。
図5に示されているプレトラップS1,S1A,S1Bは図4のプレトラップ期間T1に対応するものである。また、イオン移動S2,S2A,S2Bは図4のイオン移動期間T2に対応するものである。そして、クーリングS3,S3Aは図4のクーリング期間T3に対応するものである。さらに、イオン検出S4,S4Aは図4のイオン検出期間T4に対応するものである。そして、クリーニングS5,S5Aは図4のクリーニング期間T5に対応するものである。 (parallel operation)
FIG. 5 is a diagram showing an operation sequence in parallel processing of a plurality of mass spectrometry processes.
Pre-traps S1, S1A and S1B shown in FIG. 5 correspond to the pre-trap period T1 of FIG. Ion migration S2, S2A, and S2B correspond to the ion migration period T2 in FIG. The cooling periods S3 and S3A correspond to the cooling period T3 in FIG. Furthermore, the ion detections S4 and S4A correspond to the ion detection period T4 in FIG. Cleanings S5 and S5A correspond to the cleaning period T5 in FIG.
図4に示すように、プレトラップ電極133にはプレトラップオフセット電圧が常に印加されている。つまり、プレトラップ電極133は常にイオン23をプレトラップ可能な状態となっている。換言すれば、クーリングS3の間からプレトラップ電極133はイオン23をトラップ可能な状態となっている。そして、図4に示すように、イオン源200では連続的にイオン23を生成している。そのイオン23は連続的にプレトラップ室130へと導入されている。このため、実際の運用として、図5に示すように、クーリングS3~クリーニングS5と並行して、プレトラップ電極133による別のイオン23のプレトラップS1Aが可能である。
As shown in FIG. 4, a pre-trap offset voltage is always applied to the pre-trap electrode 133 . That is, the pre-trapping electrode 133 is always in a state capable of pre-trapping the ions 23 . In other words, the pre-trapping electrode 133 is in a state capable of trapping the ions 23 during the cooling S3. Then, as shown in FIG. 4, the ion source 200 continuously generates ions 23 . The ions 23 are continuously introduced into the pre-trap chamber 130 . Therefore, as an actual operation, as shown in FIG. 5, pre-trapping S1A of another ion 23 by the pre-trapping electrode 133 is possible in parallel with cooling S3 to cleaning S5.
そして、イオントラップ室140でのクリーニングS5が終わったタイミングで、制御装置3はスライダバルブ101によって第3細孔141を開口する。これによって、プレトラップされているイオン23がプレトラップ室130からイオントラップ室140へと導入される(イオン移動S2A)。
Then, at the timing when the cleaning S5 in the ion trap chamber 140 ends, the control device 3 opens the third orifice 141 by the slider valve 101 . As a result, the pretrapped ions 23 are introduced from the pretrapping chamber 130 to the ion trapping chamber 140 (ion transfer S2A).
そして、クーリングS3A~クリーニングS5Aが行われている間に、プレトラップ電極133による、さらに別のイオン23のプレトラップS1Bが並行して行われる。そして、イオントラップ室140のクリーニングS5Aが終了すると、スライダバルブ101によって第3細孔141が開口して、プレトラップされているイオン23がイオントラップ室140へ移動する(イオン移動S2B)。
Then, while the cooling S3A to cleaning S5A are being performed, pre-trapping S1B of yet another ion 23 by the pre-trapping electrode 133 is performed in parallel. Then, when cleaning S5A of the ion trap chamber 140 is completed, the third aperture 141 is opened by the slider valve 101, and the pre-trapped ions 23 move to the ion trap chamber 140 (ion movement S2B).
このように、本実施形態によれば、イオントラップ室140でクーリングS3,S3A~クリーニングS5,S5Aが行われている間、プレトラップ室130で新しいイオン23をプレトラップすることができる。つまり、本実施形態の質量分析システムZは、クーリングS3,S3A~クリーニングS5,S5Aと、プレトラップS1,S1A,S1Bを並行処理することができる。これにより、高スループットによる質量分析を実現することができる。
Thus, according to the present embodiment, new ions 23 can be pre-trapped in the pre-trapping chamber 130 while the ion trapping chamber 140 is undergoing cooling S3, S3A to cleaning S5, S5A. In other words, the mass spectrometry system Z of this embodiment can perform cooling S3, S3A to cleaning S5, S5A and pre-trapping S1, S1A, S1B in parallel. Thereby, mass spectrometry with high throughput can be realized.
(イオントラップ室140の内部圧力変化)
図6はイオントラップ室140の内部圧力変化の例を示す図である。適宜、図1を参照する。
図6におけるプレトラップ期間T1~イオン検出期間T4は図4に示すものと同様である。また、図6において、縦軸はイオントラップ室140の内部圧力を示している。
プレトラップ期間T1ではスライダバルブ101によって第3細孔141が閉じている。そのため、プレトラップ期間T1において、イオントラップ室140の内部圧力は0.1Pa程度と低い内部圧力が保たれている。 (Internal pressure change in ion trap chamber 140)
FIG. 6 is a diagram showing an example of internal pressure changes in theion trap chamber 140. As shown in FIG. Please refer to FIG. 1 accordingly.
The pre-trapping period T1 to the ion detection period T4 in FIG. 6 are the same as those shown in FIG. 6, the vertical axis indicates the internal pressure of theion trap chamber 140. As shown in FIG.
Thethird aperture 141 is closed by the slider valve 101 during the pre-trap period T1. Therefore, the internal pressure of the ion trap chamber 140 is maintained at a low internal pressure of about 0.1 Pa during the pre-trapping period T1.
図6はイオントラップ室140の内部圧力変化の例を示す図である。適宜、図1を参照する。
図6におけるプレトラップ期間T1~イオン検出期間T4は図4に示すものと同様である。また、図6において、縦軸はイオントラップ室140の内部圧力を示している。
プレトラップ期間T1ではスライダバルブ101によって第3細孔141が閉じている。そのため、プレトラップ期間T1において、イオントラップ室140の内部圧力は0.1Pa程度と低い内部圧力が保たれている。 (Internal pressure change in ion trap chamber 140)
FIG. 6 is a diagram showing an example of internal pressure changes in the
The pre-trapping period T1 to the ion detection period T4 in FIG. 6 are the same as those shown in FIG. 6, the vertical axis indicates the internal pressure of the
The
そして、イオン移動期間T2において、スライダバルブ101により第3細孔141が開口されると、イオントラップ室140より内部圧力が高いプレトラップ室130からイオン23とともにガスが流入する。これにより、イオントラップ室140の内部圧力が上昇する。
Then, during the ion movement period T2, when the third aperture 141 is opened by the slider valve 101, the gas flows together with the ions 23 from the pre-trap chamber 130 whose internal pressure is higher than that of the ion trap chamber 140. This increases the internal pressure of the ion trap chamber 140 .
その後、スライダバルブ101によって第3細孔141が閉じられ、かつ、イオントラップ用真空ポンプ142による排気で、イオントラップ室140の内部圧力が低下する(クーリング期間T3)。そして、イオントラップ室140の内部圧力が所定の値、例えば、0.1Pa程度となった段階でイオン検出期間T4となる。このように、イオントラップ室140の内部圧力が所定の値まで下がった時点でイオン検出が行われることにより、精度の高いイオン検出を行うことができる。
After that, the third orifice 141 is closed by the slider valve 101, and the internal pressure of the ion trap chamber 140 is lowered by the evacuation by the ion trap vacuum pump 142 (cooling period T3). Then, when the internal pressure of the ion trap chamber 140 reaches a predetermined value, for example, about 0.1 Pa, the ion detection period T4 begins. In this manner, ion detection is performed when the internal pressure of the ion trap chamber 140 has decreased to a predetermined value, whereby highly accurate ion detection can be performed.
一般的に、質量分析装置では感度を向上させるため、隔壁に設けられる細孔を大きくすることでイオン23の透過率を向上させている。しかし、細孔を大きくすると、イオン23以外のガスの導入量も増加する。そして、導入されたガスを排気するため、一般的に排気量の大きい真空ポンプが設置される。
In general, in order to improve the sensitivity of a mass spectrometer, the permeability of ions 23 is improved by enlarging the pores provided in the partition wall. However, increasing the size of the pores also increases the introduction amount of gases other than the ions 23 . In order to exhaust the introduced gas, a vacuum pump with a large displacement is generally installed.
一方、質量分析装置を小型化しようとした際には小型の真空ポンプが設置される。しかし、真空ポンプを小型化すると、導入されるガスの導入を小さくするため、細孔を小さくする必要がある。これにより、イオン23の取り込み量が低下するため、感度が低下する。このように、感度維持と小型化は一般に両立しない。
On the other hand, when trying to downsize the mass spectrometer, a small vacuum pump is installed. However, if the size of the vacuum pump is reduced, it is necessary to reduce the size of the pores in order to reduce the introduction of introduced gas. As a result, the amount of captured ions 23 is reduced, and the sensitivity is reduced. Thus, sensitivity maintenance and miniaturization are generally incompatible.
仮に、図1及び図2に示す構成からスライダバルブ101が省略された場合、プレトラップ室130からイオントラップ室140へは、イオン23とともに、イオン23以外のガスが常に流れる状態となる。この状態でプレトラップ室130を10Pa、イオントラップ室140を0.1Paに維持しようとすると、イオントラップ室140に接続するイオントラップ用真空ポンプ142を排気量が大きいポンプ、例えば100L/s程度吸引できる真空ポンプにする必要がある。
If the slider valve 101 were omitted from the configuration shown in FIGS. 1 and 2, gases other than the ions 23 would always flow from the pre-trap chamber 130 to the ion trap chamber 140 together with the ions 23 . In this state, if the pre-trap chamber 130 is maintained at 10 Pa and the ion trap chamber 140 at 0.1 Pa, the ion trap vacuum pump 142 connected to the ion trap chamber 140 is used with a large displacement pump, for example, about 100 L/s. It is necessary to use a vacuum pump that can
一方で、本実施形態では、スライダバルブ101によって第3細孔141が開口したタイミングのみプレトラップ室130からイオントラップ室140へイオン23とともにイオン23以外のガスが流れる。その後、スライダバルブ101によって第3細孔141が閉じることにより、ガスの流入が制限された状態でイオントラップ室140の内部圧力が0.1Paまで下げられる。そのため、本実施形態の質量分析装置1によれば、イオントラップ用真空ポンプ142として10L/s程度の吸引流量の小型真空ポンプを利用することができる。
On the other hand, in the present embodiment, gases other than the ions 23 flow from the pre-trap chamber 130 to the ion trap chamber 140 only at the timing when the slider valve 101 opens the third aperture 141 . Thereafter, the third aperture 141 is closed by the slider valve 101, so that the internal pressure of the ion trap chamber 140 is lowered to 0.1 Pa while the inflow of gas is restricted. Therefore, according to the mass spectrometer 1 of the present embodiment, a compact vacuum pump with a suction flow rate of about 10 L/s can be used as the ion trap vacuum pump 142 .
なお、図1及び図2に示す質量分析装置1において、プレトラップ室130や差動排気室120を省略し、イオン源200とイオントラップ室140との間にスライダバルブ101を設置することも考えられる。しかし、このような場合、イオン源200が存在する大気圧(0.1MPa)とイオントラップ室140の内部圧力(0.1Pa)との圧力差が大きくなる。そのため、空気のリークを防ぐためにスライダバルブ101のシール性が問題となる。また、スライダバルブ101がイオン源200と近い位置に設置されるため、イオン23とともに、イオン23以外の濃度の高い試料ガスや、試料液滴がスライダバルブ101を通過する。これにより、スライダバルブ101が汚染される問題が生じる。さらに、イオントラップ室140に導入するイオン23の量を増加させるためにはスライダバルブ101による第3細孔141の開口時間を長くする必要がある。これはイオントラップ室140への、イオン23以外のガスの導入量増加を意味し、イオントラップ用真空ポンプ142の負荷が増加する。
1 and 2, the pre-trapping chamber 130 and the differential evacuation chamber 120 may be omitted, and the slider valve 101 may be installed between the ion source 200 and the ion trapping chamber 140. be done. However, in such a case, the pressure difference between the atmospheric pressure (0.1 MPa) where the ion source 200 exists and the internal pressure (0.1 Pa) of the ion trap chamber 140 increases. Therefore, the sealing performance of the slider valve 101 becomes a problem in order to prevent air leakage. In addition, since the slider valve 101 is installed at a position close to the ion source 200 , a sample gas with a high concentration other than the ions 23 and sample droplets pass through the slider valve 101 together with the ions 23 . This causes a problem of contamination of the slider valve 101 . Furthermore, in order to increase the amount of ions 23 introduced into the ion trap chamber 140, it is necessary to lengthen the opening time of the third aperture 141 by the slider valve 101. FIG. This means an increase in the amount of gas introduced into the ion trap chamber 140 other than the ions 23, and the load on the ion trap vacuum pump 142 increases.
一方、本実施形態の場合、スライダバルブ101が備えられる第3隔壁147の両側における圧力差は、プレトラップ室130の内部圧力(10Pa)とイオントラップ室140の内部圧力(0.1Pa)との差となる。この圧力差は、大気圧(0.1MPa)とイオントラップ室140の内部圧力(0.1Pa)との圧力差よりはるかに小さい。そのため、本実施形態における質量分析装置1では、スライダバルブ101のシール性への要求度を低くすることができる。
On the other hand, in the case of this embodiment, the pressure difference on both sides of the third partition 147 provided with the slider valve 101 is the internal pressure of the pre-trap chamber 130 (10 Pa) and the internal pressure of the ion trap chamber 140 (0.1 Pa). difference. This pressure difference is much smaller than the pressure difference between the atmospheric pressure (0.1 MPa) and the internal pressure (0.1 Pa) of the ion trap chamber 140 . Therefore, in the mass spectrometer 1 according to the present embodiment, it is possible to reduce the degree of demand for sealing performance of the slider valve 101 .
また、プレトラップ室130の内部圧力は大気圧に比べて低いため、プレトラップ室130ではイオン23が希釈される。つまり、プレトラップ室130に導入されたイオン23以外の試料ガスや、試料液滴はプレトラップ室130の低い内部圧力によって拡散し、希釈される。このような、希釈効果により、本実施形態に示す質量分析装置1では、イオン源200の近傍にスライダバルブ101を配置場合と比較して、スライダバルブ101を通過する試料ガスや試料液滴の量が少ない。このためスライダバルブ101の汚染を低減することができる。
Also, since the internal pressure of the pre-trapping chamber 130 is lower than the atmospheric pressure, the ions 23 are diluted in the pre-trapping chamber 130 . That is, the sample gas other than the ions 23 introduced into the pretrapping chamber 130 and the sample droplets are diffused and diluted by the low internal pressure of the pretrapping chamber 130 . Due to such a dilution effect, in the mass spectrometer 1 according to the present embodiment, the amount of sample gas and sample droplets passing through the slider valve 101 is reduced compared to the case where the slider valve 101 is arranged near the ion source 200 . Less is. Therefore, contamination of the slider valve 101 can be reduced.
また、イオン23を一旦プレトラップする本実施形態の方法において、イオントラップ室140に導入するイオン23の量を増加させたい場合はプレトラップする時間を長くすればよい。すなわち、プレトラップする時間を長くすることにより、プレトラップ室130で多くのイオン23がトラップされる。その後、スライダバルブ101によって第3細孔141が開口されることにより、多くのイオン23をイオントラップ室140に導入することができる。この場合、イオントラップ室140へのイオン23の導入量はスライダバルブ101による第3細孔141の開時間とは関係ない。即ち、本実施形態によれば、スライダバルブ101による第3細孔141の開時間を短くすることによって、イオン23以外のガスの導入量を低減することができる。そして、プレトラップする時間を長くすることによって、スライダバルブ101による第3細孔141の開時間が短くても、多くのイオン23をイオントラップ室140に導入することができる。
In addition, in the method of this embodiment in which the ions 23 are once pre-trapped, if it is desired to increase the amount of the ions 23 introduced into the ion trap chamber 140, the pre-trapping time may be lengthened. That is, by lengthening the pre-trapping time, many ions 23 are trapped in the pre-trapping chamber 130 . After that, a large number of ions 23 can be introduced into the ion trap chamber 140 by opening the third aperture 141 with the slider valve 101 . In this case, the amount of ions 23 introduced into the ion trap chamber 140 has nothing to do with the opening time of the third aperture 141 by the slider valve 101 . That is, according to this embodiment, by shortening the opening time of the third aperture 141 by the slider valve 101, the introduction amount of gas other than the ions 23 can be reduced. By lengthening the pre-trapping time, a large number of ions 23 can be introduced into the ion trapping chamber 140 even if the opening time of the third aperture 141 by the slider valve 101 is short.
このように、本実施形態によれば、質量分析装置1の小型化と感度維持の向上を両立させることができる。
Thus, according to the present embodiment, it is possible to achieve both miniaturization of the mass spectrometer 1 and improvement in sensitivity maintenance.
(スライダバルブ101)
図7A及び図7Bはスライダバルブ101の構造の一例を示す図である。図7Aはスライダバルブ101によって第3細孔141が開口している図を示し、図7Bはスライダバルブ101によって第3細孔141が閉じられている図を示す。なお、図7A及び図7Bにおいて、図1及び図2と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
図7A及び図7Bは、図1及び図2における第3細孔141、スライダバルブ101及びインキャップ電極144の部分を抽出した図であり、その他の部分は省略してある。スライダバルブ101は第3細孔141を閉じることができればよく、その素材は金属製よりは樹脂製が望ましい。また、スライダバルブ101に汚染物質が付着した場合、図示しないヒータをスライダバルブ101に接続し、スライダバルブ101が加熱されることによって汚染物質を気化することが考えられる。このように、スライダバルブ101に付着した汚染物質が加熱によって気化することで、スライダバルブ101に付着した汚染物質を除去することができる。このような加熱によるスライダバルブ101の汚染対策が用いられる場合、スライダバルブ101は熱伝導性のよい素材、即ち、樹脂製より金属製で構成されることが好ましい。 (Slider valve 101)
7A and 7B are diagrams showing an example of the structure of theslider valve 101. FIG. 7A shows a view in which the slider valve 101 opens the third hole 141, and FIG. 7B shows a view in which the slider valve 101 closes the third hole 141. FIG. 7A and 7B, the same components as in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
7A and 7B are views extracting thethird hole 141, the slider valve 101 and the in-cap electrode 144 in FIGS. 1 and 2, and the other parts are omitted. As long as the slider valve 101 can close the third hole 141, the material thereof is preferably made of resin rather than metal. Further, when contaminants adhere to the slider valve 101, a heater (not shown) may be connected to the slider valve 101 so that the slider valve 101 is heated to vaporize the contaminants. In this way, the contaminants adhering to the slider valve 101 are vaporized by heating, so that the contaminants adhering to the slider valve 101 can be removed. When such measures against contamination of the slider valve 101 by heating are used, the slider valve 101 is preferably made of a material having good thermal conductivity, that is, made of metal rather than resin.
図7A及び図7Bはスライダバルブ101の構造の一例を示す図である。図7Aはスライダバルブ101によって第3細孔141が開口している図を示し、図7Bはスライダバルブ101によって第3細孔141が閉じられている図を示す。なお、図7A及び図7Bにおいて、図1及び図2と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
図7A及び図7Bは、図1及び図2における第3細孔141、スライダバルブ101及びインキャップ電極144の部分を抽出した図であり、その他の部分は省略してある。スライダバルブ101は第3細孔141を閉じることができればよく、その素材は金属製よりは樹脂製が望ましい。また、スライダバルブ101に汚染物質が付着した場合、図示しないヒータをスライダバルブ101に接続し、スライダバルブ101が加熱されることによって汚染物質を気化することが考えられる。このように、スライダバルブ101に付着した汚染物質が加熱によって気化することで、スライダバルブ101に付着した汚染物質を除去することができる。このような加熱によるスライダバルブ101の汚染対策が用いられる場合、スライダバルブ101は熱伝導性のよい素材、即ち、樹脂製より金属製で構成されることが好ましい。 (Slider valve 101)
7A and 7B are diagrams showing an example of the structure of the
7A and 7B are views extracting the
前記したように、スライダバルブ101は紙面上下方向に移動することで、第3細孔141の開閉を行い、プレトラップ室130からイオントラップ室140へのイオン23の流入を制限(停止)する。即ち、第3細孔141の内径より、スライダバルブ101の開口部102の内径が小さいと、第3細孔141を通過したイオン23の一部がスライダバルブ101に衝突してしまう。このように、第3細孔141の内径より、スライダバルブ101の開口部102の内径が小さいと、イオン23がイオントラップ室140へ導入される際の導入効率が低下してしまう。このように、第3細孔141を通過するイオン23の飛行経路上に樹脂板がない方が好ましいため、スライダバルブ101の開口部102の内径は第3細孔141の内径より大きい方が望ましい。
As described above, the slider valve 101 moves vertically to open and close the third orifice 141 to restrict (stop) the inflow of the ions 23 from the pre-trap chamber 130 to the ion trap chamber 140 . That is, if the inner diameter of the opening 102 of the slider valve 101 is smaller than the inner diameter of the third aperture 141 , some of the ions 23 passing through the third aperture 141 collide with the slider valve 101 . Thus, if the inner diameter of the opening 102 of the slider valve 101 is smaller than the inner diameter of the third aperture 141, the efficiency of introduction of the ions 23 into the ion trap chamber 140 is reduced. In this way, it is preferable that there is no resin plate on the flight path of the ions 23 passing through the third aperture 141, so the inner diameter of the opening 102 of the slider valve 101 is preferably larger than the inner diameter of the third aperture 141. .
また、図7A及び図7Bに示すようにスライダバルブ101の開口部102の内径は、インキャップ電極144の方向に向かって広がっていく構造が望ましい。つまり、開口部102の内径は、プレトラップ室130の側よりイオントラップ室140の側の方が広い構造を有することが望ましい。第3細孔141を通過したイオン23は拡散するため、このように構造とすることで、開口部102がイオン23の飛行を阻害することを防止することができる。
Also, as shown in FIGS. 7A and 7B, it is desirable that the inner diameter of the opening 102 of the slider valve 101 expands toward the in-cap electrode 144 . In other words, it is desirable that the inner diameter of the opening 102 is wider on the ion trapping chamber 140 side than on the pretrapping chamber 130 side. Since the ions 23 that have passed through the third aperture 141 diffuse, this structure can prevent the opening 102 from hindering the flight of the ions 23 .
ちなみに、図1、図2において、スライダバルブ101とイオントラップ電極143の間にはインキャップ電極144のみ存在するが、必ずしもその構成である必要はない。例えば、3枚の円盤電極でアインツェルレンズを構成し、このアインツェルレンズがインキャップ電極144とスライダバルブ101との間に配置されてもよい。あるいは、イオン23を収束させるためにインキャップ電極144の前にイオントラップ電極143とは別の四重極電極が配置されてもよい。
Incidentally, in FIGS. 1 and 2, only the in-cap electrode 144 exists between the slider valve 101 and the ion trap electrode 143, but that configuration is not necessarily required. For example, an Einzel lens may be formed by three disc electrodes and arranged between the incap electrode 144 and the slider valve 101 . Alternatively, a quadrupole electrode separate from the ion trap electrode 143 may be placed in front of the incap electrode 144 to focus the ions 23 .
(バルブ駆動装置110)
図8は、スライダバルブ101を駆動するためのバルブ駆動装置110の一例を示す図である。
バルブ駆動装置110は、プッシュロッド111、プランジャ112、ボビン114、コイル115を有する。
プッシュロッド111はスライダバルブ101に接続されるとともに、支持部117を介してプランジャ112に接続している。プランジャ112は中空の導電体で構成されており、コイル115に電流が流れることによる磁力によって紙面上下方向へ移動する。プランジャ112の移動に伴い、プッシュロッド111及びスライダバルブ101が紙面上下方向へ移動する(図8の白抜き矢印)。なお、図8に示す例は、プランジャ112、プッシュロッド111及びスライダバルブ101が最上位の位置まで引き上げられている状態を示している。 (Valve drive device 110)
FIG. 8 is a diagram showing an example of avalve driving device 110 for driving the slider valve 101. As shown in FIG.
Valve drive device 110 has push rod 111 , plunger 112 , bobbin 114 and coil 115 .
Thepush rod 111 is connected to the slider valve 101 and is also connected to the plunger 112 via the support 117 . The plunger 112 is composed of a hollow conductor, and is moved in the vertical direction of the drawing by the magnetic force generated by the current flowing through the coil 115 . Along with the movement of the plunger 112, the push rod 111 and the slider valve 101 move vertically in the plane of the paper (white arrows in FIG. 8). The example shown in FIG. 8 shows a state in which the plunger 112, push rod 111 and slider valve 101 are pulled up to the highest position.
図8は、スライダバルブ101を駆動するためのバルブ駆動装置110の一例を示す図である。
バルブ駆動装置110は、プッシュロッド111、プランジャ112、ボビン114、コイル115を有する。
プッシュロッド111はスライダバルブ101に接続されるとともに、支持部117を介してプランジャ112に接続している。プランジャ112は中空の導電体で構成されており、コイル115に電流が流れることによる磁力によって紙面上下方向へ移動する。プランジャ112の移動に伴い、プッシュロッド111及びスライダバルブ101が紙面上下方向へ移動する(図8の白抜き矢印)。なお、図8に示す例は、プランジャ112、プッシュロッド111及びスライダバルブ101が最上位の位置まで引き上げられている状態を示している。 (Valve drive device 110)
FIG. 8 is a diagram showing an example of a
The
コイル115はボビン114に巻回され、ボビン114の筒状部にプランジャ112が挿入されている。プランジャ112は上下にフランジ部112A,112Bを有している。そして、ボビン114の上部と、プランジャ112におけるフランジ部112Aの下面とがバネ116によって接続されている。
The coil 115 is wound around the bobbin 114 and the plunger 112 is inserted into the tubular portion of the bobbin 114 . The plunger 112 has upper and lower flange portions 112A and 112B. A spring 116 connects the upper portion of the bobbin 114 and the lower surface of the flange portion 112A of the plunger 112 .
スライダバルブ101に接続されるプッシュロッド111やプランジャ112は内部圧力の低いイオントラップ室140の内部に存在する。図1に示すように、バルブ駆動装置110は質量分析部100の外部、即ち、大気圧中に設置されている。そのため、ボビン114の周囲からイオントラップ室140へ外部の空気が流入するおそれがある。
そこで、図8では、ボビン114の上下にOリング113を設けることで、イオントラップ室140の密閉性を維持し、ボビン114の周囲から外部の空気が流入するのを防いでいる。 Thepush rod 111 and plunger 112 connected to the slider valve 101 exist inside the ion trap chamber 140 with a low internal pressure. As shown in FIG. 1, the valve driving device 110 is installed outside the mass spectrometer 100, that is, under atmospheric pressure. Therefore, outside air may flow into the ion trap chamber 140 from around the bobbin 114 .
Therefore, in FIG. 8, O-rings 113 are provided above and below the bobbin 114 to maintain the airtightness of the ion trap chamber 140 and prevent external air from entering from around the bobbin 114 .
そこで、図8では、ボビン114の上下にOリング113を設けることで、イオントラップ室140の密閉性を維持し、ボビン114の周囲から外部の空気が流入するのを防いでいる。 The
Therefore, in FIG. 8, O-
そして、コイル115によって発生した磁界の変化によってプランジャ112が駆動し、プッシュロッド111及びスライダバルブ101を移動させる。この構造によって、ボビン114の周囲から外部の空気が流入するのを防ぎつつ、スライダバルブ101を移動させることができる。
なお、本実施形態ではバルブ駆動装置110が質量分析装置1の外部に設置されているが、イオントラップ室140の内部等、質量分析装置1の内部に設置されてもよい。ただし、図8に示す例のように、バルブ駆動装置110、具体的には、コイル115が質量分析部100の外部、即ち、大気圧中に設置されることにより、バルブ駆動装置110(コイル115)に電力を供給するための電力線を質量分析部100の内部へ引き込む必要がなくなる。つまり、質量分析部100の密閉性を高めることができる。 A change in the magnetic field generated by thecoil 115 drives the plunger 112 to move the push rod 111 and the slider valve 101 . With this structure, it is possible to move the slider valve 101 while preventing external air from entering from around the bobbin 114 .
Although thevalve driving device 110 is installed outside the mass spectrometer 1 in this embodiment, it may be installed inside the mass spectrometer 1 such as inside the ion trap chamber 140 . However, as in the example shown in FIG. 8, the valve driving device 110 (specifically, the coil 115) is installed outside the mass spectrometry unit 100, that is, in atmospheric pressure, so that the valve driving device 110 (the coil 115 ) into the mass spectrometry unit 100 . That is, the airtightness of the mass spectrometer 100 can be improved.
なお、本実施形態ではバルブ駆動装置110が質量分析装置1の外部に設置されているが、イオントラップ室140の内部等、質量分析装置1の内部に設置されてもよい。ただし、図8に示す例のように、バルブ駆動装置110、具体的には、コイル115が質量分析部100の外部、即ち、大気圧中に設置されることにより、バルブ駆動装置110(コイル115)に電力を供給するための電力線を質量分析部100の内部へ引き込む必要がなくなる。つまり、質量分析部100の密閉性を高めることができる。 A change in the magnetic field generated by the
Although the
これまで記載してきたように、本実施形態ではプレトラップ室130とイオントラップ室140との間にスライダバルブ101が設置される。そして、スライダバルブ101によって第3細孔141閉じている状態で、イオン源200から連続的にプレトラップ室130へイオン23が導入されることで、プレトラップ室130で質量選択的にイオン23がトラップされる。そして、スライダバルブ101によって第3細孔141が間欠的に開口される際にプレトラップ室130からイオントラップ室140へとイオン23が移動する。そして、イオントラップ室140でイオン23が質量分離され、検出器146で検出される。この手法によって、感度を維持したままイオントラップ室140に接続するイオントラップ用真空ポンプ142を小型化できる。
As described above, the slider valve 101 is installed between the pre-trap chamber 130 and the ion trap chamber 140 in this embodiment. With the third aperture 141 closed by the slider valve 101, the ions 23 are continuously introduced from the ion source 200 into the pretrapping chamber 130, whereby the ions 23 are mass-selectively generated in the pretrapping chamber 130. Trapped. Ions 23 move from the pre-trap chamber 130 to the ion trap chamber 140 when the slider valve 101 intermittently opens the third aperture 141 . Then, the ions 23 are mass-separated in the ion trap chamber 140 and detected by the detector 146 . By this technique, the ion trap vacuum pump 142 connected to the ion trap chamber 140 can be miniaturized while maintaining sensitivity.
また、第3細孔141がスライダバルブ101によって開閉される構成とすることで、簡易な構造で第3細孔141の開閉を制御することができる。
Further, by configuring the third hole 141 to be opened and closed by the slider valve 101, opening and closing of the third hole 141 can be controlled with a simple structure.
[第2実施形態]
図9は、第2実施形態に係る質量分析装置1の動作シーケンスの一例を示す図である。
第1実施形態では、正負のイオン23の片方の極性だけ(第1実施形態に示す例では正イオン)を繰り返し測定する例が示されている。一方、第2実施形態では正イオン測定と負イオン測定とが交互に実施される例を示している。 [Second embodiment]
FIG. 9 is a diagram showing an example of the operation sequence of themass spectrometer 1 according to the second embodiment.
The first embodiment shows an example in which only one polarity of the positive and negative ions 23 (positive ions in the example shown in the first embodiment) is repeatedly measured. On the other hand, the second embodiment shows an example in which positive ion measurement and negative ion measurement are alternately performed.
図9は、第2実施形態に係る質量分析装置1の動作シーケンスの一例を示す図である。
第1実施形態では、正負のイオン23の片方の極性だけ(第1実施形態に示す例では正イオン)を繰り返し測定する例が示されている。一方、第2実施形態では正イオン測定と負イオン測定とが交互に実施される例を示している。 [Second embodiment]
FIG. 9 is a diagram showing an example of the operation sequence of the
The first embodiment shows an example in which only one polarity of the positive and negative ions 23 (positive ions in the example shown in the first embodiment) is repeatedly measured. On the other hand, the second embodiment shows an example in which positive ion measurement and negative ion measurement are alternately performed.
第2実施形態において、質量分析装置1の構成は第1実施形態と同様であるため、構成の図示を省略する。また、第1実施形態と同様、第2実施形態ではイオン源200として大気圧化学イオン化イオン源が利用されている例を示す。この場合、検出するイオン23の極性を変更するため、針電極21の電位が反転される。
In the second embodiment, the configuration of the mass spectrometer 1 is the same as in the first embodiment, so illustration of the configuration is omitted. Also, as in the first embodiment, the second embodiment shows an example in which an atmospheric pressure chemical ionization ion source is used as the ion source 200 . In this case, the potential of the needle electrode 21 is reversed in order to change the polarity of the ions 23 to be detected.
(動作シーケンス)
図9は、本実施形態に係る質量分析システムZの動作シーケンスを示す図である。適宜、図1を参照する。また、図4と同じ構成については、適宜説明を省略する。
図9において、プレトラップ期間T1、イオン移動期間T2、クーリング期間T3、イオン検出期間T4、クリーニング期間T5が行う役割は図4と同様である。また、図5において説明したように、クーリング期間T3~クリーニング期間T5と並列して、次のイオン測定のためのプレトラップが行われている(プレトラップ期間T1a)。そして、クリーニング期間T5が終了するとともに、スライダバルブ101によって第3細孔141が開口し、プレトラップされているイオン23がイオントラップ室140へ移動する(イオン移動期間T2a)。 (operation sequence)
FIG. 9 is a diagram showing the operation sequence of the mass spectrometry system Z according to this embodiment. Please refer to FIG. 1 accordingly. Further, description of the same configuration as that of FIG. 4 will be omitted as appropriate.
In FIG. 9, the pre-trapping period T1, the ion moving period T2, the cooling period T3, the ion detecting period T4, and the cleaning period T5 play the same roles as in FIG. Further, as described with reference to FIG. 5, pre-trapping for the next ion measurement is performed in parallel with the cooling period T3 to cleaning period T5 (pre-trapping period T1a). Then, when the cleaning period T5 ends, thethird aperture 141 is opened by the slider valve 101, and the pre-trapped ions 23 move to the ion trap chamber 140 (ion movement period T2a).
図9は、本実施形態に係る質量分析システムZの動作シーケンスを示す図である。適宜、図1を参照する。また、図4と同じ構成については、適宜説明を省略する。
図9において、プレトラップ期間T1、イオン移動期間T2、クーリング期間T3、イオン検出期間T4、クリーニング期間T5が行う役割は図4と同様である。また、図5において説明したように、クーリング期間T3~クリーニング期間T5と並列して、次のイオン測定のためのプレトラップが行われている(プレトラップ期間T1a)。そして、クリーニング期間T5が終了するとともに、スライダバルブ101によって第3細孔141が開口し、プレトラップされているイオン23がイオントラップ室140へ移動する(イオン移動期間T2a)。 (operation sequence)
FIG. 9 is a diagram showing the operation sequence of the mass spectrometry system Z according to this embodiment. Please refer to FIG. 1 accordingly. Further, description of the same configuration as that of FIG. 4 will be omitted as appropriate.
In FIG. 9, the pre-trapping period T1, the ion moving period T2, the cooling period T3, the ion detecting period T4, and the cleaning period T5 play the same roles as in FIG. Further, as described with reference to FIG. 5, pre-trapping for the next ion measurement is performed in parallel with the cooling period T3 to cleaning period T5 (pre-trapping period T1a). Then, when the cleaning period T5 ends, the
ここで、図9において図4と異なる点の概要を記載する。
まず、針電極21に印加される電圧(針電極21の電圧)は、イオン移動期間T2が完了すると、反転される。図9の例では(+)4kVから-4kVに設定される。
そして、プレトラップオフセット電圧は、イオン移動期間T2が完了すると、反転される。図9の例では(+)3Vから-3Vに設定される。
第3細孔141に印加される電圧(第3細孔141の電圧)は、イオン移動期間T2において0Vに設定された後、プレトラップ期間T1における電圧とは逆の極性を有する電圧に設定される。図9の例では、プレトラップ期間T1では(+)10Vに設定され、イオン移動期間T2では0Vに設定され、クーリング期間T3~クリーニング期間T5では-10Vに設定される。そして、2回目のイオン移動期間T2aでは0Vに設定される。 Here, an outline of points in FIG. 9 that are different from those in FIG. 4 will be described.
First, the voltage applied to the needle electrode 21 (the voltage of the needle electrode 21) is reversed when the ion migration period T2 is completed. In the example of FIG. 9, it is set from (+) 4 kV to -4 kV.
The pre-trap offset voltage is then reversed upon completion of the ion transfer period T2. In the example of FIG. 9, it is set from (+)3V to -3V.
The voltage applied to the third aperture 141 (the voltage of the third aperture 141) is set to 0 V in the ion migration period T2 and then set to a voltage having a polarity opposite to that in the pre-trapping period T1. be. In the example of FIG. 9, it is set to (+) 10 V during the pretrapping period T1, 0 V during the ion transfer period T2, and -10 V during the cooling period T3 to cleaning period T5. Then, it is set to 0V in the second ion movement period T2a.
まず、針電極21に印加される電圧(針電極21の電圧)は、イオン移動期間T2が完了すると、反転される。図9の例では(+)4kVから-4kVに設定される。
そして、プレトラップオフセット電圧は、イオン移動期間T2が完了すると、反転される。図9の例では(+)3Vから-3Vに設定される。
第3細孔141に印加される電圧(第3細孔141の電圧)は、イオン移動期間T2において0Vに設定された後、プレトラップ期間T1における電圧とは逆の極性を有する電圧に設定される。図9の例では、プレトラップ期間T1では(+)10Vに設定され、イオン移動期間T2では0Vに設定され、クーリング期間T3~クリーニング期間T5では-10Vに設定される。そして、2回目のイオン移動期間T2aでは0Vに設定される。 Here, an outline of points in FIG. 9 that are different from those in FIG. 4 will be described.
First, the voltage applied to the needle electrode 21 (the voltage of the needle electrode 21) is reversed when the ion migration period T2 is completed. In the example of FIG. 9, it is set from (+) 4 kV to -4 kV.
The pre-trap offset voltage is then reversed upon completion of the ion transfer period T2. In the example of FIG. 9, it is set from (+)3V to -3V.
The voltage applied to the third aperture 141 (the voltage of the third aperture 141) is set to 0 V in the ion migration period T2 and then set to a voltage having a polarity opposite to that in the pre-trapping period T1. be. In the example of FIG. 9, it is set to (+) 10 V during the pretrapping period T1, 0 V during the ion transfer period T2, and -10 V during the cooling period T3 to cleaning period T5. Then, it is set to 0V in the second ion movement period T2a.
第3細孔141の開閉、イオン排出用AC振幅、イオントラップRF振幅については概ね図4と同様である。ただし、2回目のイオン移動期間T2aにおいて、第3細孔141が開口し(「開」)、イオントラップRF振幅が200Vに設定される。
The opening and closing of the third aperture 141, the AC amplitude for ion discharge, and the ion trap RF amplitude are generally the same as in FIG. However, during the second ion movement period T2a, the third aperture 141 is opened ("open") and the ion trap RF amplitude is set to 200V.
以下において、それぞれの期間について、図4との差異を中心に詳細な説明を行う。
まず、針電極21に正の電圧(図9の例では(+)4kV)が印加されることで正イオンが生成される。生成された正イオンは第1細孔121に印加されている電圧によって誘引されることで、第1細孔121から差動排気室120へ連続的に導入される。さらに、差動排気室120に導入された第2細孔131に印加されている電圧によって誘引されることで、正イオンは第2細孔131からプレトラップ室130へ連続的に導入される。プレトラップ室130に導入された正イオンはプレトラップオフセット電圧(図9の例では(+)3V)が印加されているプレトラップ電極133によってトラップ(プレトラップ)される(プレトラップ期間T1)。 In the following, each period will be described in detail, focusing on differences from FIG.
First, positive ions are generated by applying a positive voltage ((+) 4 kV in the example of FIG. 9) to theneedle electrode 21 . The generated positive ions are attracted by the voltage applied to the first aperture 121 and are continuously introduced from the first aperture 121 into the differential pumping chamber 120 . Furthermore, positive ions are continuously introduced from the second aperture 131 into the pre-trapping chamber 130 by being attracted by the voltage applied to the second aperture 131 introduced into the differential pumping chamber 120 . Positive ions introduced into the pre-trap chamber 130 are trapped (pre-trapped) by the pre-trap electrode 133 to which a pre-trap offset voltage ((+) 3 V in the example of FIG. 9) is applied (pre-trap period T1).
まず、針電極21に正の電圧(図9の例では(+)4kV)が印加されることで正イオンが生成される。生成された正イオンは第1細孔121に印加されている電圧によって誘引されることで、第1細孔121から差動排気室120へ連続的に導入される。さらに、差動排気室120に導入された第2細孔131に印加されている電圧によって誘引されることで、正イオンは第2細孔131からプレトラップ室130へ連続的に導入される。プレトラップ室130に導入された正イオンはプレトラップオフセット電圧(図9の例では(+)3V)が印加されているプレトラップ電極133によってトラップ(プレトラップ)される(プレトラップ期間T1)。 In the following, each period will be described in detail, focusing on differences from FIG.
First, positive ions are generated by applying a positive voltage ((+) 4 kV in the example of FIG. 9) to the
十分な量のイオン23(正イオン)がプレトラップされると、制御装置3は、スライダバルブ101によって第3細孔141を開口し、かつ第3細孔141の電圧を10Vから0Vへ変化させる(時刻t1a)。また、図9において、図示していないが、時刻t1aの段階で、制御装置3は、インキャップ電極144及びエンドキャップ電極145の電圧も正イオンの極性に合わせて設定する。これにより、第3細孔141の電圧がプレトラップオフセット電圧より低くなる。従って、正の電荷を有するイオン23が第3細孔141の電圧に誘引されイオントラップ室140へと導入される(イオン移動期間T2)。
When a sufficient amount of ions 23 (positive ions) are pre-trapped, the controller 3 opens the third aperture 141 by the slider valve 101 and changes the voltage of the third aperture 141 from 10V to 0V. (time t1a). Although not shown in FIG. 9, at time t1a, the control device 3 also sets the voltages of the incap electrode 144 and the endcap electrode 145 according to the polarity of the positive ions. This makes the voltage of the third aperture 141 lower than the pre-trap offset voltage. Therefore, positively charged ions 23 are attracted to the voltage of the third aperture 141 and introduced into the ion trap chamber 140 (ion migration period T2).
正イオンの移動が完了すると(時刻t2a)、スライダバルブ101によって第3細孔141が閉じる。また、正イオンの移動が完了した時点で、負イオンを生成するため、針電極21に印加される電圧(針電極21の電圧)を-4kVに設定する。
また、正イオンの移動が完了した時点で、制御装置3は、プレトラップオフセット電圧及び第3細孔141の電圧を、次に生成され、プレトラップされるイオン23のための極性に合わせる(時刻t2a)。図9の例では、次に生成されるイオン23は負イオンとする。従って、制御装置3は、プレトラップオフセット電圧を-3Vに設定し、第3細孔141の電圧を-10Vに設定する。 When the movement of positive ions is completed (time t2a), theslider valve 101 closes the third aperture 141 . Further, when the movement of the positive ions is completed, the voltage applied to the needle electrode 21 (the voltage of the needle electrode 21) is set to -4 kV in order to generate negative ions.
Also, when the positive ion movement is completed, thecontroller 3 adjusts the pre-trapping offset voltage and the voltage of the third aperture 141 to the polarity for the next generated and pre-trapped ions 23 (time t2a). In the example of FIG. 9, ions 23 to be generated next are assumed to be negative ions. Therefore, the controller 3 sets the pre-trap offset voltage to -3V and sets the voltage of the third pore 141 to -10V.
また、正イオンの移動が完了した時点で、制御装置3は、プレトラップオフセット電圧及び第3細孔141の電圧を、次に生成され、プレトラップされるイオン23のための極性に合わせる(時刻t2a)。図9の例では、次に生成されるイオン23は負イオンとする。従って、制御装置3は、プレトラップオフセット電圧を-3Vに設定し、第3細孔141の電圧を-10Vに設定する。 When the movement of positive ions is completed (time t2a), the
Also, when the positive ion movement is completed, the
そうすることで、最初に生成された正イオンについてクーリング(クーリング期間T3)~クリーニング(クリーニング期間T5)が行われている間に、次に生成されたイオン23(ここでは負イオン)をプレトラップすることができる(プレトラップ期間T1a)。この間、スライダバルブ101によって第3細孔141は閉じている状態である。また、負イオンが処理の対象となるため、前記したように、第3細孔141の電圧は負の電圧(図9の例では-10V)に設定されている。なお、最初に生成された正イオンに対するクーリング(クーリング期間T3)~クリーニング(クリーニング期間T5)については図4と同様であるので、ここでの説明を省略する。
By doing so, while cooling (cooling period T3) and cleaning (cleaning period T5) are performed for the positive ions that are generated first, the ions 23 (here, negative ions) that are generated next are pre-trapped. (pre-trap period T1a). During this time, the third hole 141 is closed by the slider valve 101 . In addition, since negative ions are to be processed, the voltage of the third aperture 141 is set to a negative voltage (−10 V in the example of FIG. 9), as described above. The cooling (cooling period T3) to cleaning (cleaning period T5) for the positive ions generated first are the same as in FIG.
最初に生成された正イオンについてクリーニング期間T5が終わった段階で(時刻t5a)、制御装置3はスライダバルブ101によって第3細孔141を開口し、第3細孔141の電圧を0Vに変化させる。また、図9において、図示していないが、時刻t5aの段階で、制御装置3は、インキャップ電極144及びエンドキャップ電極145の電圧も負イオンの極性に合わせて設定する。この結果、第3細孔141の電圧である0Vより低い電位を有する負イオンは第3細孔141に誘引され、イオントラップ室140に導入される。これにより、プレトラップされているイオン23がイオントラップ室140へ移動される(イオン移動期間T2a)。
When the cleaning period T5 ends for the positive ions generated first (time t5a), the control device 3 opens the third aperture 141 by the slider valve 101 and changes the voltage of the third aperture 141 to 0V. . Although not shown in FIG. 9, at time t5a, the control device 3 also sets the voltages of the incap electrode 144 and the end cap electrode 145 according to the polarity of the negative ions. As a result, negative ions having a potential lower than 0 V, which is the voltage of the third aperture 141 , are attracted to the third aperture 141 and introduced into the ion trap chamber 140 . As a result, the pre-trapped ions 23 are moved to the ion trap chamber 140 (ion movement period T2a).
最初に生成された正イオンについてクリーニング期間T5が終わった段階で(時刻t5a)、制御装置3はイオントラップRF振幅を200Vに設定する。これにより、イオントラップRF振幅が、次に分析用イオントラップされる負イオンに対応するよう設定される。なお、負イオンに対するイオン排出用AC振幅及びイオントラップRF振幅の変化は、正イオンに対する変化(プレトラップ期間T1~クリーニング期間T5)と同様である。
At the end of the cleaning period T5 for the initially generated positive ions (time t5a), the controller 3 sets the ion trap RF amplitude to 200V. This sets the ion trap RF amplitude to correspond to the negative ions to be subsequently trapped for analytical ions. The changes in the ion ejection AC amplitude and the ion trap RF amplitude for negative ions are the same as those for positive ions (from the pre-trapping period T1 to the cleaning period T5).
なお、図9において、第1細孔121や第2細孔131等の電圧が示されていないが、第1細孔121及び第2細孔131の電位が針電極21と同様に正負を反転される。これにより、プレトラップ室130に誘引されるイオン23の極性がコントロールされる。
Although the voltages of the first pore 121, the second pore 131, etc. are not shown in FIG. be done. Thereby, the polarity of the ions 23 attracted to the pre-trapping chamber 130 is controlled.
また、図9において、プレトラップ期間T1におけるプレトラップオフセット電圧と、プレトラップ期間T1aにおけるプレトラップオフセット電圧とは反転している。すなわち、プレトラップ期間T1におけるプレトラップオフセット電圧の絶対値と、プレトラップ期間T1aにおけるプレトラップオフセット電圧の絶対値は同じである。しかし、必ずしも、プレトラップ期間T1におけるプレトラップオフセット電圧の絶対値と、プレトラップ期間T1aにおけるプレトラップオフセット電圧の絶対値とが同じである必要はなく、極性があっていれば絶対値が異なっていてもよい。
Also, in FIG. 9, the pre-trap offset voltage in the pre-trap period T1 and the pre-trap offset voltage in the pre-trap period T1a are reversed. That is, the absolute value of the pre-trap offset voltage in the pre-trap period T1 is the same as the absolute value of the pre-trap offset voltage in the pre-trap period T1a. However, the absolute value of the pre-trapping offset voltage in the pre-trapping period T1 and the absolute value of the pre-trapping offset voltage in the pre-trapping period T1a do not necessarily have to be the same. may
同様に、図9において、プレトラップ期間T1における第3細孔141の電圧と、プレトラップ期間T1aにおける第3細孔141の電圧とは反転している。すなわち、プレトラップ期間T1における第3細孔141の電圧の絶対値と、プレトラップ期間T1aにおける第3細孔141の電圧の絶対値は同じである。しかし、必ずしも、プレトラップ期間T1における第3細孔141の電圧の絶対値と、プレトラップ期間T1aにおける第3細孔141の電圧の絶対値とが同じである必要はなく、極性があっていれば絶対値が異なっていてもよい。
Similarly, in FIG. 9, the voltage of the third hole 141 during the pre-trapping period T1 and the voltage of the third hole 141 during the pre-trapping period T1a are reversed. That is, the absolute value of the voltage of the third pore 141 during the pre-trapping period T1 is the same as the absolute value of the voltage of the third pore 141 during the pre-trapping period T1a. However, the absolute value of the voltage of the third hole 141 in the pre-trapping period T1 and the absolute value of the voltage of the third hole 141 in the pre-trapping period T1a do not necessarily have to be the same. may have different absolute values.
図9に示す例では、1つめのイオン23(ここでは正イオン)に対するクリーニング期間T5の直後に2つめのイオン23(ここでは負イオン)のイオン移動期間T2aが設けられている。しかし、一般的に、イオントラップRF振幅を有するイオントラップRF電圧が設定値まで上昇する時間が、ある程度必要である。そのため、クリーニング期間T5とイオン移動期間T2aとの間にイオントラップRF電圧を安定させるための期間であるイオントラップRF安定化期間が設けられてもよい。即ち、イオントラップRF電圧が安定化してからスライダバルブ101によって第3細孔141が開口され、イオン23の移動が行われてもよい。
In the example shown in FIG. 9, an ion movement period T2a for the second ions 23 (here, negative ions) is provided immediately after the cleaning period T5 for the first ions 23 (here, positive ions). However, in general, some time is required for the ion trap RF voltage with the ion trap RF amplitude to rise to the set value. Therefore, an ion trap RF stabilization period, which is a period for stabilizing the ion trap RF voltage, may be provided between the cleaning period T5 and the ion movement period T2a. That is, after the ion trap RF voltage is stabilized, the slider valve 101 may open the third aperture 141 to move the ions 23 .
また、図9に示す例では正イオン検出の次に負イオン検出が実施される場合の動作シーケンスが示されている。図9に示す動作シーケンスとは逆に、負イオン検出の次に正イオン検出を行う場合、各電圧の正負が図9に示す各電圧と逆になればよい。
Also, the example shown in FIG. 9 shows an operation sequence when positive ion detection is followed by negative ion detection. Contrary to the operation sequence shown in FIG. 9, when positive ions are detected after negative ions are detected, the positive and negative of each voltage should be opposite to those shown in FIG.
第2実施形態の方法が用いられることで、正イオン及び負イオンの分析が高スループプットで可能となる。なお、第2実施形態では正イオンと負イオンとが交互に検出される方法について記載したが、その順番に限定されるものではない。例えば、正イオンが複数回連続で検出されてから、負イオンが複数回連続で検出されるシーケンスでもよい。この際も、検出するイオン23の極性が変化するタイミングで図9のような動作シーケンスが適用されればよい。第1実施形態と同様、プレトラップの効率を考えると、イオン検出期間T4においてイオントラップRF振幅が一定のまま維持され、イオン排出用AC電圧の周波数が変化してもよい。このようにすることでイオン23が検出器146に向かって排出されるようにしてもよい。
By using the method of the second embodiment, positive ions and negative ions can be analyzed with high throughput. In the second embodiment, the method of alternately detecting positive ions and negative ions was described, but the order is not limited. For example, the sequence may be such that positive ions are detected continuously multiple times and then negative ions are detected continuously multiple times. Also in this case, the operation sequence as shown in FIG. 9 may be applied at the timing when the polarity of the ions 23 to be detected changes. As in the first embodiment, considering the efficiency of pre-trapping, the ion trapping RF amplitude may be kept constant during the ion detection period T4, and the frequency of the ion ejection AC voltage may vary. By doing so, the ions 23 may be ejected toward the detector 146 .
[第3実施形態]
図10は、第3実施形態に係る質量分析装置1aの一例を示す構成図である。図10において、図1及び図2と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
図10では、スライダバルブ101によって第3細孔141が閉じられている状態が示されている。
第1実施形態では図1及び図2に示すように第3細孔141に対し、イオントラップ室140の側にスライダバルブ101が配置されている。これに対し、第3実施形態では図10に示すように質量分析部100aのプレトラップ室130aの側にスライダバルブ101が配置されている。この場合、図10に示すように、スライダバルブ101よりもイオン源200の側にイオン23を閉じ込めるためのプレトラップ用エンドキャップ電極134が配置される。なお、プレトラップ用エンドキャップ電極134には、イオン23が通過するための開口部が設けられている。また、プレトラップ室130aの側にスライダバルブ101が配置されることに伴い、バルブ駆動装置110もプレトラップ室130aの上部に備えられている。 [Third embodiment]
FIG. 10 is a configuration diagram showing an example of amass spectrometer 1a according to the third embodiment. In FIG. 10, the same components as in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
FIG. 10 shows a state in which theslider valve 101 closes the third hole 141 .
In the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, theslider valve 101 is arranged on the side of the ion trap chamber 140 with respect to the third aperture 141 . On the other hand, in the third embodiment, as shown in FIG. 10, the slider valve 101 is arranged on the side of the pre-trap chamber 130a of the mass spectrometer 100a. In this case, as shown in FIG. 10, a pre-trap end cap electrode 134 for confining the ions 23 is arranged on the ion source 200 side of the slider valve 101 . The pre-trap end cap electrode 134 is provided with an opening through which the ions 23 pass. Further, as the slider valve 101 is arranged on the side of the pre-trap chamber 130a, the valve driving device 110 is also provided above the pre-trap chamber 130a.
図10は、第3実施形態に係る質量分析装置1aの一例を示す構成図である。図10において、図1及び図2と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
図10では、スライダバルブ101によって第3細孔141が閉じられている状態が示されている。
第1実施形態では図1及び図2に示すように第3細孔141に対し、イオントラップ室140の側にスライダバルブ101が配置されている。これに対し、第3実施形態では図10に示すように質量分析部100aのプレトラップ室130aの側にスライダバルブ101が配置されている。この場合、図10に示すように、スライダバルブ101よりもイオン源200の側にイオン23を閉じ込めるためのプレトラップ用エンドキャップ電極134が配置される。なお、プレトラップ用エンドキャップ電極134には、イオン23が通過するための開口部が設けられている。また、プレトラップ室130aの側にスライダバルブ101が配置されることに伴い、バルブ駆動装置110もプレトラップ室130aの上部に備えられている。 [Third embodiment]
FIG. 10 is a configuration diagram showing an example of a
FIG. 10 shows a state in which the
In the first embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the
また、図10に示す質量分析装置1aにおいて、プレトラップ期間T1(図4参照)ではプレトラップオフセット電圧(図4参照)よりもプレトラップ用エンドキャップ電極134の電圧が高く設定されることでイオン23がプレトラップされる。そして、イオン移動期間T2(図4参照)では、制御装置3がプレトラップ用エンドキャップ電極134の電圧を下げることでイオン23がイオントラップ室140の方向へ移動できるようにする。この場合、第3細孔141の電圧は変化させなくてもよい。
In addition, in the mass spectrometer 1a shown in FIG. 10, the voltage of the pre-trapping end cap electrode 134 is set higher than the pre-trapping offset voltage (see FIG. 4) during the pre-trapping period T1 (see FIG. 4). 23 are pre-trapped. Then, during the ion movement period T2 (see FIG. 4), the controller 3 lowers the voltage of the pre-trapping end cap electrode 134 so that the ions 23 can move toward the ion trapping chamber 140 . In this case, the voltage of the third aperture 141 does not have to be changed.
前記したように、プレトラップ室130aの内部圧力の方がイオントラップ室140の内部圧力よりも高い。そのため、図10に示すように、プレトラップ室130aの側にスライダバルブ101を設置した方が、ガスがプレトラップ室130aからイオントラップ室140へリークすることを防止できる。つまり、プレトラップ室130aの内部圧力の方がイオントラップ室140の内部圧力よりも高いため、プレトラップ室130aの側にスライダバルブ101が設置されることにより、スライダバルブ101が第3隔壁147に押し付けられる状態となる。これにより、スライダバルブ101のシール性を向上させることができる。
As described above, the internal pressure of the pre-trapping chamber 130a is higher than the internal pressure of the ion trapping chamber 140. Therefore, as shown in FIG. 10, installing the slider valve 101 on the side of the pre-trapping chamber 130a can prevent gas from leaking from the pre-trapping chamber 130a to the ion trapping chamber 140. FIG. That is, since the internal pressure of the pre-trapping chamber 130a is higher than the internal pressure of the ion trapping chamber 140, the slider valve 101 is installed on the side of the pre-trapping chamber 130a, so that the slider valve 101 is attached to the third partition wall 147. It will be pushed. Thereby, the sealing performance of the slider valve 101 can be improved.
なお、図10に示す質量分析装置1aでは、第3細孔141が開口される際、スライダバルブ101のみが移動することが想定されているが、これに限らない。例えば、スライダバルブ101とプレトラップ用エンドキャップ電極134とが一体となって移動してもよい。
In addition, in the mass spectrometer 1a shown in FIG. 10, it is assumed that only the slider valve 101 moves when the third aperture 141 is opened, but this is not the only option. For example, the slider valve 101 and the pre-trap end cap electrode 134 may move together.
また、図10に示すスライダバルブ101は、第1実施形態と同様、すべて金属製か、すべて樹脂製かのいずれかである。しかし、図11に示すように、スライダバルブ101においてプレトラップ電極133の側の素材101Aを金属(導電体)とし、第3細孔141の側の素材101Bを樹脂とすることも可能である。このような構成とすることで、金属で構成されている素材101Aの部分がプレトラップ用エンドキャップ電極134の役割を有するため、プレトラップ用エンドキャップ電極134を省略することが可能である。なお、図11に示す例では、スライダバルブ101が2層(素材101A,101B)で構成されているものとしているが、3層以上でもよい。スライダバルブ101が3層以上で構成されていても、最もプレトラップ室130側に配置されている層が金属(導電体)で構成されてもよい。このようにすることで、金属で構成されている層がプレトラップ用エンドキャップ電極134の役割を有するようにしてもよい。
Also, the slider valve 101 shown in FIG. 10 is either entirely made of metal or entirely made of resin, as in the first embodiment. However, as shown in FIG. 11, in the slider valve 101, the material 101A on the pre-trap electrode 133 side may be made of metal (conductor), and the material 101B on the third pore 141 side may be made of resin. With such a configuration, the portion of the material 101A made of metal functions as the pre-trapping end cap electrode 134, so the pre-trapping end cap electrode 134 can be omitted. In the example shown in FIG. 11, the slider valve 101 is composed of two layers ( materials 101A and 101B), but may be composed of three or more layers. Even if the slider valve 101 is composed of three or more layers, the layer closest to the pre-trap chamber 130 may be composed of a metal (conductor). By doing so, the layer made of metal may serve as the pre-trapping endcap electrode 134 .
[第4実施形態]
図12は、第4実施形態に係る質量分析装置1bの一例を示す構成図である。
図12に示す質量分析装置1bでは、スライダバルブ101によって第3細孔141が開口されている状態が示されている。なお、図12において、図1及び図2と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
第4実施形態では、イオン源200として正負両方のイオン23を同一の電圧条件で生成可能なイオン源200を利用している。図12では、正負両方のイオン23を同一の電圧条件で生成可能なイオン源200の一例として低真空バリア放電イオン源200bが使用されている例を示す。低真空バリア放電イオン源200bでは、絶縁体(図12に示す例ではガラス管201)の周りに円環電極202が2つ周設され、それらの円環電極202にAC電源203が接続されている。そして、円環電極202にAC電源203から電力が供給されることでガラス管201の内部で放電プラズマ22が発生する。低真空バリア放電イオン源200bでは、図12に示すように正負のイオン23が同時に発生する。 [Fourth embodiment]
FIG. 12 is a configuration diagram showing an example of amass spectrometer 1b according to the fourth embodiment.
In themass spectrometer 1b shown in FIG. 12, a state in which the slider valve 101 opens the third aperture 141 is shown. In addition, in FIG. 12, the same reference numerals are assigned to the same configurations as in FIGS. 1 and 2, and the description thereof is omitted.
In the fourth embodiment, anion source 200 capable of generating both positive and negative ions 23 under the same voltage conditions is used as the ion source 200 . FIG. 12 shows an example in which a low vacuum barrier discharge ion source 200b is used as an example of an ion source 200 capable of generating both positive and negative ions 23 under the same voltage conditions. In the low-vacuum barrier discharge ion source 200b, two annular electrodes 202 are provided around an insulator (a glass tube 201 in the example shown in FIG. 12), and an AC power supply 203 is connected to the annular electrodes 202. there is Electric power is supplied from the AC power source 203 to the annular electrode 202 to generate discharge plasma 22 inside the glass tube 201 . In the low vacuum barrier discharge ion source 200b, positive and negative ions 23 are generated simultaneously as shown in FIG.
図12は、第4実施形態に係る質量分析装置1bの一例を示す構成図である。
図12に示す質量分析装置1bでは、スライダバルブ101によって第3細孔141が開口されている状態が示されている。なお、図12において、図1及び図2と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
第4実施形態では、イオン源200として正負両方のイオン23を同一の電圧条件で生成可能なイオン源200を利用している。図12では、正負両方のイオン23を同一の電圧条件で生成可能なイオン源200の一例として低真空バリア放電イオン源200bが使用されている例を示す。低真空バリア放電イオン源200bでは、絶縁体(図12に示す例ではガラス管201)の周りに円環電極202が2つ周設され、それらの円環電極202にAC電源203が接続されている。そして、円環電極202にAC電源203から電力が供給されることでガラス管201の内部で放電プラズマ22が発生する。低真空バリア放電イオン源200bでは、図12に示すように正負のイオン23が同時に発生する。 [Fourth embodiment]
FIG. 12 is a configuration diagram showing an example of a
In the
In the fourth embodiment, an
また、低真空バリア放電イオン源200bの内部は大気圧よりも低圧となっている。試料ガス(不図示)はキャピラリ204を通過して低真空バリア放電イオン源200bの内部に導入され、放電プラズマ22によってイオン化される。これによって、イオン23が生成される(図12の例では正負のイオンが生成されている)。図1等に示す大気圧化学イオン化イオン源と異なり、低真空バリア放電イオン源200bでは電圧を変更しなくても、正負両方のイオン23を質量分析部100の内部に導入可能である。従って、第2実施形態(図9)では分析するイオン23の極性を変更するために針電極21の電位を反転させていたが、第4実施形態のように低真空バリア放電イオン源200bが用いられる場合、そのような変更は不要となる。針電極21の各電圧の動作は図4に示すものと同様である。
Also, the pressure inside the low vacuum barrier discharge ion source 200b is lower than the atmospheric pressure. A sample gas (not shown) passes through the capillary 204 and is introduced into the low vacuum barrier discharge ion source 200 b and ionized by the discharge plasma 22 . As a result, ions 23 are generated (positive and negative ions are generated in the example of FIG. 12). Unlike the atmospheric pressure chemical ionization ion source shown in FIG. 1 and the like, the low vacuum barrier discharge ion source 200b can introduce both positive and negative ions 23 into the mass spectrometer 100 without changing the voltage. Therefore, in the second embodiment (FIG. 9), the potential of the needle electrode 21 is reversed in order to change the polarity of the ions 23 to be analyzed. If so, no such changes are required. The operation of each voltage of the needle electrode 21 is the same as that shown in FIG.
[制御装置3のハードウェア構成]
図13は、制御装置3のハードウェア構成例を示す図である。
制御装置3はPC(Personal Computer)等で構成され、メモリ301、CPU(Central Processing Unit)302、HD(Hard Disk)や、SSD(Solid State Drive)等の記憶装置303を有する。さらに、制御装置3は、キーボードや、マウス等の入力装置304、ディスプレイ等の出力装置305、質量分析装置1から情報を取得したり、指示を送信したりする通信装置306を有する。
そして、記憶装置303に格納されているプログラムがメモリ301にロードされる。そして、ロードされたプログラムがCPU302に実行されることにより、制御装置3が行う各機能が具現化する。 [Hardware configuration of control device 3]
FIG. 13 is a diagram showing a hardware configuration example of thecontrol device 3. As shown in FIG.
Thecontrol device 3 is composed of a PC (Personal Computer) or the like, and has a memory 301, a CPU (Central Processing Unit) 302, and a storage device 303 such as an HD (Hard Disk) or an SSD (Solid State Drive). Further, the control device 3 has an input device 304 such as a keyboard and a mouse, an output device 305 such as a display, and a communication device 306 for acquiring information from the mass spectrometer 1 and transmitting instructions.
A program stored in thestorage device 303 is loaded into the memory 301 . Each function performed by the control device 3 is realized by the CPU 302 executing the loaded program.
図13は、制御装置3のハードウェア構成例を示す図である。
制御装置3はPC(Personal Computer)等で構成され、メモリ301、CPU(Central Processing Unit)302、HD(Hard Disk)や、SSD(Solid State Drive)等の記憶装置303を有する。さらに、制御装置3は、キーボードや、マウス等の入力装置304、ディスプレイ等の出力装置305、質量分析装置1から情報を取得したり、指示を送信したりする通信装置306を有する。
そして、記憶装置303に格納されているプログラムがメモリ301にロードされる。そして、ロードされたプログラムがCPU302に実行されることにより、制御装置3が行う各機能が具現化する。 [Hardware configuration of control device 3]
FIG. 13 is a diagram showing a hardware configuration example of the
The
A program stored in the
本発明は前記した実施形態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、前記した実施形態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、必ずしも説明したすべての構成を有するものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態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。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Also, 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. Moreover, it is possible to add, delete, or replace part of the configuration of each embodiment with another configuration.
また、前記した各構成、機能、制御装置3、制御装置3に備えられる記憶装置303等は、それらの一部又はすべてを、例えば集積回路で設計すること等によりハードウェアで実現してもよい。また、図13に示すように、前記した各構成、機能等は、CPU302等のプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、HDに格納すること以外に、メモリ301や、SSD等の記録装置、又は、IC(Integrated Circuit)カードや、SD(Secure Digital)カード、DVD(Digital Versatile Disc)等の記録媒体に格納することができる。
In addition, each configuration, function, control device 3, storage device 303, etc. provided in the control device 3 described above may be realized by hardware by designing a part or all of them, for example, with an integrated circuit. . Further, as shown in FIG. 13, each configuration, function, etc. described above may be realized by software by a processor such as the CPU 302 interpreting and executing a program for realizing each function. Information such as programs, tables, files, etc. that realize each function is stored in the HD, and is stored in the memory 301, a recording device such as an SSD, an IC (Integrated Circuit) card, an SD (Secure Digital) card, It can be stored in a recording medium such as a DVD (Digital Versatile Disc).
また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。
In addition, in each embodiment, the control lines and information lines are considered to be necessary for explanation, and not all control lines and information lines are necessarily shown on the product. In fact, it can be considered that almost all configurations are interconnected.
1,1,1a 質量分析装置
3 制御装置
21 針電極
23 イオン
100,100a 質量分析部
101 スライダバルブ(開閉部、スライダ部)
101A 素材(スライダバルブを構成する層のうち、導電体で構成される層)
101B 素材(スライダバルブを構成する層)
102 開口部(バルブ孔部)
110 バルブ駆動装置
120 差動排気室
121 第1細孔
122 差動排気用真空ポンプ
123 第1隔壁
130 プレトラップ室(第1の質量分析部、リニアイオントラップ)
130a プレトラップ室
131 第2細孔
132 プレトラップ用真空ポンプ(第1の真空ポンプ)
133 プレトラップ電極
134 プレトラップ用エンドキャップ電極
135 第2隔壁
140 イオントラップ室(第2の質量分析部、リニアイオントラップ)
141 第3細孔(隔壁孔部)
142 イオントラップ用真空ポンプ142(第2の真空ポンプ)
143 イオントラップ電極
146 検出器(検出部)
147 第3隔壁(隔壁)
200 イオン源
200b 低真空バリア放電イオン源
S1,S1A,S1B プレトラップ
S2,S2A,S2B イオン移動
S3,S3A クーリング
S4,S4A イオン検出
S5,S5A クリーニング
T1,T1a プレトラップ期間
T2,T2a イオン移動期間
T3 クーリング期間
T4 イオン検出期間
T5 クリーニング期間
Z 質量分析システム Reference Signs List 1, 1, 1a mass spectrometer 3 control device 21 needle electrode 23 ion 100, 100a mass spectrometer 101 slider valve (opening/closing part, slider part)
101A Material (a layer made of a conductor among the layers that make up the slider valve)
101B Material (Layer Constituting Slider Valve)
102 opening (valve hole)
110Valve Drive Device 120 Differential Evacuation Chamber 121 First Orifice 122 Vacuum Pump for Differential Evacuation 123 First Partition 130 Pretrap Chamber (First Mass Spectrometer, Linear Ion Trap)
130apre-trap chamber 131 second pore 132 pre-trap vacuum pump (first vacuum pump)
133 pre-trap electrode 134 pre-trapend cap electrode 135 second partition wall 140 ion trap chamber (second mass spectrometer, linear ion trap)
141 third pore (partition wall pore)
142 ion trap vacuum pump 142 (second vacuum pump)
143ion trap electrode 146 detector (detection unit)
147 third partition (partition)
200ion source 200b low vacuum barrier discharge ion source S1, S1A, S1B pre-trap S2, S2A, S2B ion transfer S3, S3A cooling S4, S4A ion detection S5, S5A cleaning T1, T1a pre-trap period T2, T2a ion transfer period T3 Cooling period T4 Ion detection period T5 Cleaning period Z Mass spectrometry system
3 制御装置
21 針電極
23 イオン
100,100a 質量分析部
101 スライダバルブ(開閉部、スライダ部)
101A 素材(スライダバルブを構成する層のうち、導電体で構成される層)
101B 素材(スライダバルブを構成する層)
102 開口部(バルブ孔部)
110 バルブ駆動装置
120 差動排気室
121 第1細孔
122 差動排気用真空ポンプ
123 第1隔壁
130 プレトラップ室(第1の質量分析部、リニアイオントラップ)
130a プレトラップ室
131 第2細孔
132 プレトラップ用真空ポンプ(第1の真空ポンプ)
133 プレトラップ電極
134 プレトラップ用エンドキャップ電極
135 第2隔壁
140 イオントラップ室(第2の質量分析部、リニアイオントラップ)
141 第3細孔(隔壁孔部)
142 イオントラップ用真空ポンプ142(第2の真空ポンプ)
143 イオントラップ電極
146 検出器(検出部)
147 第3隔壁(隔壁)
200 イオン源
200b 低真空バリア放電イオン源
S1,S1A,S1B プレトラップ
S2,S2A,S2B イオン移動
S3,S3A クーリング
S4,S4A イオン検出
S5,S5A クリーニング
T1,T1a プレトラップ期間
T2,T2a イオン移動期間
T3 クーリング期間
T4 イオン検出期間
T5 クリーニング期間
Z 質量分析システム
101A Material (a layer made of a conductor among the layers that make up the slider valve)
101B Material (Layer Constituting Slider Valve)
102 opening (valve hole)
110
130a
133 pre-trap electrode 134 pre-trap
141 third pore (partition wall pore)
142 ion trap vacuum pump 142 (second vacuum pump)
143
147 third partition (partition)
200
Claims (19)
- 連続的にイオンを生成させるイオン源と、
前記イオンをトラップ可能な第1の質量分析部と、
前記第1の質量分析部の後段に設けられ、前記第1の質量分析部から前記イオンが導入可能であるとともに、前記イオンをトラップ可能である第2の質量分析部と、
前記第1の質量分析部と、前記第2の質量分析部と隔てる隔壁に設けられている隔壁孔部と、
前記隔壁孔部を開閉可能な開閉部と、
前記第1の質量分析部の内部を排気する第1の真空ポンプ部と、
前記第2の質量分析部の内部を排気する第2の真空ポンプ部と、
を有し、
前記第1の真空ポンプ部及び前記第2の真空ポンプ部によって、前記第1の質量分析部の内部圧力は、前記第2の質量分析部の内部圧力よりも高くなるよう調整されており、
前記開閉部によって、前記隔壁孔部の開閉が間欠的に行われる
ことを特徴とする質量分析装置。 an ion source that continuously generates ions;
a first mass spectrometer capable of trapping the ions;
a second mass analysis unit provided downstream of the first mass analysis unit, capable of introducing the ions from the first mass analysis unit and capable of trapping the ions;
a partition hole provided in a partition separating the first mass analysis unit and the second mass analysis unit;
an opening/closing part capable of opening/closing the partition wall hole;
a first vacuum pump unit for evacuating the inside of the first mass analysis unit;
a second vacuum pump unit for evacuating the inside of the second mass analysis unit;
has
The internal pressure of the first mass analysis unit is adjusted to be higher than the internal pressure of the second mass analysis unit by the first vacuum pump unit and the second vacuum pump unit,
A mass spectrometer, wherein the opening/closing section intermittently opens and closes the partition hole. - 前記開閉部は、上下にスライダ部が移動することで前記隔壁孔部を開閉可能なスライダバルブである
ことを特徴とする請求項1に記載の質量分析装置。 The mass spectrometer according to claim 1, wherein the opening/closing section is a slider valve capable of opening and closing the partition wall hole by vertically moving a slider section. - 前記スライダバルブは、前記第2の質量分析部に備えられている
ことを特徴とする請求項2に記載の質量分析装置。 The mass spectrometer according to claim 2, wherein the slider valve is provided in the second mass spectrometer. - 前記スライダバルブは、前記第1の質量分析部に備えられている
ことを特徴とする請求項2に記載の質量分析装置。 The mass spectrometer according to claim 2, wherein the slider valve is provided in the first mass spectrometer. - 前記スライダバルブは複数の層によって構成されており、
前記層のうち、最も前記第1の質量分析部の側に設けられている層が導電体で構成される
ことを特徴とする請求項4に記載の質量分析装置。 The slider valve is composed of a plurality of layers,
5. The mass spectrometer according to claim 4, wherein, among the layers, a layer provided closest to the first mass spectrometric section is made of a conductor. - 前記スライダバルブは、
前記スライダバルブが前記隔壁孔部を開状態にしている際に、前記隔壁孔部を通過した前記イオンを通過させるバルブ孔部を有し、
前記バルブ孔部の内径は、前記第1の質量分析部の側から前記第2の質量分析部の側に向かって広がっていく
ことを特徴とする請求項2に記載の質量分析装置。 The slider valve is
a valve hole through which the ions that have passed through the partition hole pass when the slider valve is in the open state of the partition hole;
3. The mass spectrometer according to claim 2, wherein the inner diameter of the valve hole portion widens from the side of the first mass spectrometer toward the side of the second mass spectrometer. - 前記スライダバルブは、コイルによって動作し、
前記コイルは前記第1の質量分析部及び前記第2の質量分析部の外部に設置されている
ことを特徴とする請求項2に記載の質量分析装置。 The slider valve is operated by a coil,
3. The mass spectrometer according to claim 2, wherein said coil is installed outside said first mass spectrometer and said second mass spectrometer. - 前記イオン源が正負両方の極性のイオンを生成可能である
ことを特徴とする請求項1に記載の質量分析装置。 2. A mass spectrometer according to claim 1, wherein said ion source is capable of generating ions of both positive and negative polarities. - 前記イオン源は、針電極によって前記イオンを生成する
ことを特徴とする請求項1に記載の質量分析装置。 2. The mass spectrometer according to claim 1, wherein said ion source generates said ions by a needle electrode. - 前記イオン源は、低真空バリア放電イオン源である
ことを特徴とする請求項1に記載の質量分析装置。 The mass spectrometer according to claim 1, wherein the ion source is a low vacuum barrier discharge ion source. - 前記第1の質量分析部が
質量選択的に前記イオンをトラップするリニアイオントラップである
ことを特徴とする請求項1に記載の質量分析装置。 The mass spectrometer according to claim 1, wherein the first mass analysis unit is a linear ion trap that mass-selectively traps the ions. - 前記第2の質量分析部がリニアイオントラップである
ことを特徴とする請求項1に記載の質量分析装置。 The mass spectrometer according to claim 1, wherein the second mass spectrometer is a linear ion trap. - 質量分析装置と、前記質量分析装置を制御する制御装置と、を有する質量分析システムであって、
前記質量分析装置は、
連続的にイオンを生成させるイオン源と、
前記イオンをトラップ可能な第1の質量分析部と、
前記第1の質量分析部の後段に設けられ、前記第1の質量分析部から前記イオンが導入可能であるとともに、前記イオンをトラップ可能である第2の質量分析部と、
前記第1の質量分析部と、前記第2の質量分析部と隔てる隔壁に設けられている隔壁孔部と、
前記隔壁孔部を開閉可能な開閉部と、
前記第1の質量分析部の内部を排気する第1の真空ポンプ部と、
前記第2の質量分析部の内部を排気する第2の真空ポンプ部と、
を有し、
前記制御装置は
前記第1の真空ポンプ部及び前記第2の真空ポンプ部を制御することで、前記第1の質量分析部の内部圧力が、前記第2の質量分析部の内部圧力よりも高くなるよう調整し、
前記開閉部を制御することで、前記隔壁孔部の開閉を間欠的に行う
ことを特徴とする質量分析システム。 A mass spectrometry system having a mass spectrometer and a controller for controlling the mass spectrometer,
The mass spectrometer is
an ion source that continuously generates ions;
a first mass spectrometer capable of trapping the ions;
a second mass analysis unit provided downstream of the first mass analysis unit, capable of introducing the ions from the first mass analysis unit and capable of trapping the ions;
a partition hole provided in a partition separating the first mass analysis unit and the second mass analysis unit;
an opening/closing part capable of opening/closing the partition wall hole;
a first vacuum pump unit for evacuating the inside of the first mass analysis unit;
a second vacuum pump unit for evacuating the inside of the second mass analysis unit;
has
The control device controls the first vacuum pump section and the second vacuum pump section so that the internal pressure of the first mass analysis section is higher than the internal pressure of the second mass analysis section. adjusted to be
A mass spectrometry system characterized by intermittently opening and closing the partition hole by controlling the opening and closing part. - 質量分析装置と、前記質量分析装置を制御する制御装置と、を有する質量分析システムにおいて、
前記質量分析装置は、
連続的にイオンを生成させるイオン源と、
前記イオンをトラップ可能な第1の質量分析部と、
前記第1の質量分析部の後段に設けられ、前記第1の質量分析部から前記イオンが導入可能であるとともに、前記イオンをトラップ可能である第2の質量分析部と、
前記第1の質量分析部と、前記第2の質量分析部と隔てる隔壁に設けられている隔壁孔部と、
前記隔壁孔部を開閉可能な開閉部と、
前記第1の質量分析部の内部を排気する第1の真空ポンプ部と、
前記第2の質量分析部の内部を排気する第2の真空ポンプ部と、
を有し、
前記制御装置が、
前記第1の真空ポンプ部及び前記第2の真空ポンプ部を制御することで、前記第1の質量分析部の内部圧力が、前記第2の質量分析部の内部圧力よりも高くなるよう調整し、
前記開閉部を制御することで、前記隔壁孔部の開閉を間欠的に行う
ことを特徴とする質量分析方法。 In a mass spectrometry system having a mass spectrometer and a controller for controlling the mass spectrometer,
The mass spectrometer is
an ion source that continuously generates ions;
a first mass spectrometer capable of trapping the ions;
a second mass analysis unit provided downstream of the first mass analysis unit, capable of introducing the ions from the first mass analysis unit and capable of trapping the ions;
a partition hole provided in a partition separating the first mass analysis unit and the second mass analysis unit;
an opening/closing part capable of opening/closing the partition wall hole;
a first vacuum pump unit for evacuating the inside of the first mass analysis unit;
a second vacuum pump unit for evacuating the inside of the second mass analysis unit;
has
The control device
By controlling the first vacuum pump section and the second vacuum pump section, the internal pressure of the first mass analysis section is adjusted to be higher than the internal pressure of the second mass analysis section. ,
A mass spectrometry method, wherein the partition hole is intermittently opened/closed by controlling the opening/closing portion. - 前記制御装置が、前記開閉部によって前記隔壁孔部が閉じることで、前記第1の質量分析部に連続的にイオンを導入し、
前記第1の質量分析部内にイオンが保持され、
前記制御装置が、前記開閉部によって前記隔壁孔部を開くことで、前記イオンが前記第2の質量分析部へと導入され、
前記制御装置が、前記開閉部によって前記隔壁孔部を閉じ、
前記イオンが検出部によって検出される
ことを特徴とする請求項14に記載の質量分析方法。 The control device continuously introduces ions into the first mass spectrometry unit by closing the partition hole by the opening/closing unit,
ions are retained in the first mass analysis unit;
The control device opens the partition hole by the opening/closing unit, thereby introducing the ions into the second mass analysis unit,
The control device closes the partition hole by the opening and closing part,
The mass spectrometry method according to claim 14, wherein the ions are detected by a detector. - 前記イオンが前記第2の質量分析部に導入され、前記開閉部によって前記隔壁孔部が閉じた後、前記第2の質量分析部の内部圧力が所定の値まで低下した後、前記検出部による前記イオンの検出が行われる
ことを特徴とする請求項15に記載の質量分析方法。 After the ions are introduced into the second mass spectrometry unit and the partition hole is closed by the opening/closing unit, the internal pressure of the second mass spectrometry unit is lowered to a predetermined value, and the ions are detected by the detection unit. 16. The mass spectrometry method according to claim 15, wherein the ions are detected. - 前記制御装置は、
前記第1の質量分析部に前記イオンが保持されている間、前記隔壁孔部と、前記イオンとが反発するよう、前記隔壁孔部に電圧を印加させ、
前記開閉部によって前記隔壁孔部が開く際、前記隔壁孔部に印加されている電圧が、前記イオンを誘引するよう、前記隔壁孔部に印加されている電圧を変化させる
ことを特徴とする請求項15に記載の質量分析方法。 The control device is
applying a voltage to the partition hole so that the partition hole repels the ions while the ions are held in the first mass analysis unit;
The voltage applied to the partition wall hole is changed so that the voltage applied to the partition wall hole attracts the ions when the partition wall hole is opened by the opening/closing unit. Item 16. The mass spectrometry method according to Item 15. - 前記イオンが前記検出部によって検出されている間、前記第1の質量分析部の内部に、前記検出部によって検出されている前記イオンとは別のイオンが導入され、保持される
ことを特徴とする請求項15に記載の質量分析方法。 While the ions are being detected by the detection unit, ions different from the ions being detected by the detection unit are introduced into and held inside the first mass analysis unit. The mass spectrometry method according to claim 15. - 前記別のイオンは、前記検出部によって検出されている前記イオンとは逆の極性を有するイオンである
ことを特徴とする請求項18に記載の質量分析方法。 19. The mass spectrometry method according to claim 18, wherein the other ions are ions having a polarity opposite to that of the ions detected by the detector.
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---|---|---|---|
JP2021105029A JP2023003761A (en) | 2021-06-24 | 2021-06-24 | Mass spectrometer, mass spectrometry system and mass spectrometry method |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2022270469A1 true WO2022270469A1 (en) | 2022-12-29 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2022/024554 WO2022270469A1 (en) | 2021-06-24 | 2022-06-20 | Mass spectroscope, mass spectrometry system, and mass spectrometry method |
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---|---|
JP (1) | JP2023003761A (en) |
WO (1) | WO2022270469A1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012104247A (en) * | 2010-11-08 | 2012-05-31 | Hitachi High-Technologies Corp | Mass spectroscope |
CN112420479A (en) * | 2020-11-16 | 2021-02-26 | 宁波大学 | Miniature mass spectrometer |
-
2021
- 2021-06-24 JP JP2021105029A patent/JP2023003761A/en active Pending
-
2022
- 2022-06-20 WO PCT/JP2022/024554 patent/WO2022270469A1/en active Application Filing
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012104247A (en) * | 2010-11-08 | 2012-05-31 | Hitachi High-Technologies Corp | Mass spectroscope |
CN112420479A (en) * | 2020-11-16 | 2021-02-26 | 宁波大学 | Miniature mass spectrometer |
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|
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