イオントラップ装置
【課題】 装置構成を複雑化することなく、イオンの捕獲時に矩形パルス電圧を印加するようにして、イオンの捕獲効率を向上させる。また、トラップ可能なイオンの運動エネルギーとこのイオンがある地点に到達したとき（または発生したとき）のトラップ用交流電圧位相との間に相関関係があることを考慮し、イオンの捕獲効率を向上させる。
【解決手段】 多重極イオントラップでのイオン捕獲時に、多重極イオントラップを構成する電極に、イオンの捕獲効率を向上させるための矩形パルス電圧を印加する。また、多重極イオントラップでのイオン捕獲時に、トラップ用交流電圧位相と捕獲するイオンの運動エネルギーとを同期させる。
【解決手段】 多重極イオントラップでのイオン捕獲時に、多重極イオントラップを構成する電極に、イオンの捕獲効率を向上させるための矩形パルス電圧を印加する。また、多重極イオントラップでのイオン捕獲時に、トラップ用交流電圧位相と捕獲するイオンの運動エネルギーとを同期させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析装置等の分析技術、すなわち、有機物、無機物の同定及び定量において使用されるイオントラップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、質量分析装置として、四重極イオントラップ装置を応用したものが提案されている。
【０００３】
四重極イオントラップ装置は、特許文献１乃至特許文献６に示すように、リング電極を２枚の対をなすエンドキャップ電極で挟み込んだ構成を有している。
【０００４】
図８は、双曲面型四重極イオントラップ装置の構成を示す断面図である。
【０００５】
図９は、円筒型四重極イオントラップ装置の構成を示す断面図である。
【０００６】
双曲面型四重極イオントラップ装置及び円筒型四重極イオントラップ装置のいずれも、リング電極１０１を２枚のエンドキャップ電極１０２，１０３で挟み込んだ構成を有しており、リング電極１０１の中心軸であるｚ軸に対する回転対称である構成を有している。双曲面型四重極イオントラップ装置においては、リング電極１０１及び各エンドキャップ電極１０２，１０３の内方側に向かう面が、回転双曲面の形状となっている。また、円筒型四重極イオントラップ装置においては、リング電極１０１及び各エンドキャップ電極１０２，１０３の内方側に向かう面が、円筒面及び平面となっている。
【０００７】
これら各四重極イオントラップ装置においては、リング電極１０１及び各エンドキャップ電極１０２，１０３によって囲まれた空間が、トラップ空間となる。これらイオントラップ装置は、外部及び内部で生成されたイオンをトラップ空間内に捕獲することを目的とした装置である。
【０００８】
そして、これら四重極イオントラップ装置においては、リング電極１０１及び各エンドキャップ電極１０２，１０３には、それぞれトラップ用高周波（交流）電源が供給される。
【０００９】
これら各四重極イオントラップ装置は、イオントラップとしての有効な空間の大きさが違うものの、略々同様の機能を有している。以下に示すシミュレーションは、すべて円筒型四重極イオントラップ装置において行ったものである。
【００１０】
ところで、このような四重極イオントラップ装置においては、リング電極１０１及び各エンドキャップ電極１０２，１０３にトラップ用高周波電圧を印加し続けたままでは、トラップ効率が上がらないという問題がある。
【００１１】
そこで、従来、このような四重極イオントラップ装置においては、イオンを捕獲するときに、一時的にトラップ用高周波電圧の電圧振幅を下げて、イオントラップの有効ポテンシャルを下げて、イオントラップ内に進入できるようにすることが行われている。
【００１２】
また、従来、イオントラップ内に緩衝ガスを導入し、イオントラップ内に進入したイオンをこの緩衝ガスに衝突させ、イオンの運動エネルギーを減少させることにより、イオンをトラップすることが行われている。
【００１３】
さらに、イオンを捕獲するときに一時的にトラップ用高周波電圧の電圧振幅を下げることと、イオントラップ内に緩衝ガスを導入することを併用した四重極イオントラップ装置も提案されている。
【特許文献１】特開昭６４−９７３５０号公報
【特許文献２】特開平２−１０３８５６号公報
【特許文献３】特開平８−３２９８８２号公報
【特許文献４】特開平９−２７４８８５号公報
【特許文献５】特開平１０−２０８６９２号公報
【特許文献６】特表平１１−５１３１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前述のようなイオントラップ装置において、円筒型イオントラップ内に緩衝ガスを導入し、イオントラップの中心方向に進入したイオンと緩衝ガスとを衝突させ、イオンの運動エネルギーを減少させることにより、イオンをトラップするようにした場合のシミュレーション結果を示す。このときのシミュレーション条件を〔表１〕に示す。
【表１】
【００１５】
イオンは、円筒型四重極トラップのリング電極１０１の内周面（図９中Ａ点）から、イオン初期エネルギーとイオン発生時交流電圧位相の２次元的な範囲（表１参照）の中で、ランダムに所定の発生個数（２００万個）だけ発生させた。
【００１６】
このイオンは、生成後、トラップ空間の中心に向かってイオン初期運動エネルギーで飛行する。このシミュレーションでは、トラップ空間内で１回衝突が起こるようにし、衝突後のイオンの運動エネルギー変化は、モンテカルロ法を用いて計算した。
【００１７】
図１０は、捕獲することができたイオンの初期運動エネルギーとトラップ用交流電圧位相との関係を示すグラフである。
【００１８】
この図１０に示す結果から、トラップ用交流電圧がある位相のときに発生されたイオンは、ある特定の運動エネルギーを持つイオンのみしかトラップされていないことが分かる。
【００１９】
すなわち、このような従来のイオントラップ装置においては、イオントラップ交流電圧の位相とトラップ空間内へ進入するイオンの運動エネルギーとの関係を考慮していないため、捕獲効率が悪いのである。
【００２０】
さらに、従来のイオントラップ装置において、イオン捕獲時にパルス的な交流電圧をかける方法を採用した場合には、電気回路が複雑となり、装置が高価なのもとなってしまう。
【００２１】
そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであり、本発明の目的は、装置構成を複雑化することなく、イオンの捕獲時に矩形パルス電圧を印加するようにして、イオンの捕獲効率を向上させたイオントラップ装置を提供することにある。
【００２２】
また、本発明の目的は、トラップ可能なイオンの運動エネルギーと、このイオンがある地点に到達したとき（または発生したとき）のトラップ用交流電圧位相との間に相関関係があることを考慮して、イオンの捕獲効率を向上させたイオントラップ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述の課題を解決するため、本発明に係るイオントラップ装置は、外部からのイオンビーム、または、多重極イオントラップ内部でパルス的に発生するイオンビームを該多重極イオントラップ内に閉じ込めることを目的としたイオントラップ装置であって、多重極イオントラップでのイオン捕獲時に、多重極イオントラップを構成する電極に、イオンの捕獲効率を向上させるための矩形パルス電圧を印加することを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明は、前述のイオントラップ装置において、多重極イオントラップは、リング電極及び一対のエンドキャップ電極からなる四重極イオントラップであることを特徴とするものである。
【００２５】
さらに、本発明は、前述のイオントラップ装置において、多重極イオントラップでのイオン捕獲時に、トラップ用交流電圧位相と捕獲するイオンの運動エネルギーとを同期させることを特徴とするものである。
【００２６】
そして、本発明は、前述のイオントラップ装置において、イオンビームの極性が正であり、かつ、四重極イオントラップをなすリング電極側から入射する場合において、リング電極に印加する矩形パルス電圧を、エンドキャップ電極の電圧よりも低電圧にすることを特徴とするものである。
【００２７】
そして、本発明は、前述のイオントラップ装置において、イオンビームの極性が負であり、かつ、四重極イオントラップをなすリング電極側から入射する場合において、リング電極に印加する矩形パルス電圧を、エンドキャップ電極の電圧よりも高電圧にすることを特徴とするものである。
【００２８】
そして、本発明は、前述のイオントラップ装置において、イオンビームの極性が正であり、かつ、四重極イオントラップをなすエンドキャップ電極側から入射する場合において、エンドキャップ電極に印加する矩形パルス電圧を、リング電極の電圧よりも低電圧にすることを特徴とするものである。
【００２９】
そして、本発明は、前述のイオントラップ装置において、イオンビームの極性が負であり、かつ、四重極イオントラップをなすエンドキャップ電極側から入射する場合において、エンドキャップ電極に印加する矩形パルス電圧を、リング電極の電圧よりも高電圧にすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係るイオントラップ装置においては、トラップ用交流電圧の切り替えをすることなく、矩形パルス電圧を印加することにより、イオン捕獲効率の向上を実現している。
【００３１】
また、交流電圧の位相と、イオンの運動エネルギーを同期させることにより、イオン捕獲効率を飛躍的に向上させることができる。
【００３２】
すなわち、本発明は、装置構成を複雑化することなく、イオンの捕獲時に矩形パルス電圧を印加するようにして、イオンの捕獲効率を向上させたイオントラップ装置を提供することができるものである。
【００３３】
また、本発明は、トラップ可能なイオンの運動エネルギーと、このイオンがある地点に到達したとき（または発生したとき）のトラップ用交流電圧位相との間に相関関係があることを考慮して、イオンの捕獲効率を向上させたイオントラップ装置を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照しながら本発明の最良の実施の形態について説明する。
【００３５】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係るイオントラップ装置の第１の実施の形態における構成を示す断面図である。
【００３６】
このイオントラップ装置は、図１に示すように、円筒型四重極イオントラップ装置であり、リング電極１を２枚の対をなすエンドキャップ電極２，３で挟み込んだ構成を有している。このイオントラップ装置は、リング電極１の中心軸であるｚ軸に対する回転対称な構成を有している。リング電極１及び各エンドキャップ電極２，３の内方側に向かう面は、円筒面及び平面となっている。
【００３７】
なお、本発明に係るイオントラップ装置は、後述する各実施の形態において、双曲面型四重極イオントラップ装置として構成してもよい。
【００３８】
このイオントラップ装置においては、リング電極１及び各エンドキャップ電極２，３によって囲まれた空間が、トラップ空間となる。このイオントラップ装置は、外部及び内部で生成されたイオンをトラップ空間内に捕獲する装置である。
【００３９】
そして、このイオントラップ装置においては、リング電極１には、トラップ用高周波（交流）電源４からトラップ用高周波が供給されるとともに、直流パルス電源５から、矩形パルス電圧がトラップ用高周波に重畳して供給される。また、このイオントラップ装置においては、各エンドキャップ電極２，３には、トラップ用高周波（交流）電源６からトラップ用高周波が供給されるとともに、直流パルス電源７から、矩形パルス電圧がトラップ用高周波に重畳して供給される。
【００４０】
この実施の形態におけるイオントラップ装置においては、エンドキャップ電極２，３及びリング電極１には、トラップ用交流電圧が常に印加される。
【００４１】
このイオントラップ装置において、イオンは、イオントラップ内部（図１中のＡ点：トラップ空間の中心から１０ｍｍ）において、パルス的に生成する。このイオンは、初期エネルギーをもち、トラップ空間の中心に向かって飛行する。
【００４２】
図２は、本発明に係るイオントラップ装置の第１の実施の形態において、リング電極及びエンドキャップ電極に印加される電圧を示す波形図である。
【００４３】
そして、このイオントラップ装置においては、図２に示すように、イオンビーム生成時には、リング電極１に、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性とは逆極性の矩形パルス電圧を印加し、エンドキャップ電極２，３には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性と同極性の矩形パルス電圧を同時に印加する。
【００４４】
そして、このイオントラップ装置の第１の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算によりシミュレーションした。
【００４５】
シミュレーションの条件は、〔表２〕のとおりである。
【表２】
【００４６】
図３は、本発明に係るイオントラップ装置の第１の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算したシミュレーションの結果を示すグラフである。
【００４７】
このイオントラップ装置においては、図３に示すように、緩衝ガスの導入を想定していないにもかかわらず、図１０により示した従来のイオントラップ装置と比較して、トラップできるイオンの数がかなり多くなっていることが分かる。
【００４８】
さらに、イオンの初期エネルギーとイオン生成時の交流電圧位相を最適化すれば、イオン捕獲効率を向上させることができる。
【００４９】
なお、イオンビームの極性が正であり、かつ、四重極イオントラップをなすリング電極１側から入射する場合においては、リング電極１に印加する矩形パルス電圧は、エンドキャップ電極２，３の電圧よりも低電圧にすることが望ましい。
【００５０】
また、イオンビームの極性が負であり、かつ、四重極イオントラップをなすリング電極１側から入射する場合においては、リング電極１に印加する矩形パルス電圧は、エンドキャップ電極２，３の電圧よりも高電圧にすることが望ましい。
【００５１】
これらは、後述する第２及び第３の実施の形態においても同様である。
【００５２】
〔第２の実施の形態〕
この実施の形態においては、前述の第１の実施の形態におけると同様の構成のイオントラップ装置を用いて、図１に示すように、イオンが、リング電極１にある進入孔８を介して、外部からの連続イオンビームとしてイオントラップ内に入射する場合について考えるものである。
【００５３】
このイオントラップ装置においても、リング電極１には、トラップ用高周波（交流）電源４からトラップ用高周波が供給されるとともに、直流パルス電源５から、矩形パルス電圧がトラップ用高周波に重畳して供給される。また、このイオントラップ装置においては、各エンドキャップ電極２，３には、トラップ用高周波（交流）電源６からトラップ用高周波が供給されるとともに、直流パルス電源７から、矩形パルス電圧がトラップ用高周波に重畳して供給される。エンドキャップ電極２，３及びリング電極１には、トラップ用交流電圧が常に印加される。
【００５４】
そして、このイオントラップ装置においては、イオンを捕獲するため、リング電極１には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性とは逆極性の矩形パルス電圧を印加し、エンドキャップ電極２，３には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性と同極性の矩形パルス電圧を、交流電圧位相に同期させて同時に印加する。
【００５５】
そして、矩形パルス電圧印加開始時に、図１中のＢ点（トラップ空間の中心から３０ｍｍ）に存在するイオンのうち、トラップ可能なイオンの運動エネルギーと矩形パルス電圧印加開始時の交流電圧位相の関係をシミュレーションで調べた。
【００５６】
シミュレーションの条件は、〔表３〕に示す。
【表３】
【００５７】
図４は、本発明に係るイオントラップ装置の第２の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算したシミュレーションの結果を示すグラフである。
【００５８】
このイオントラップ装置においても、図４に示すように、緩衝ガスの導入を想定していないにもかかわらず、図１０により示した従来のイオントラップ装置と比較して、トラップできるイオンの数がかなり多くなっていることが分かる。
【００５９】
さらに、このイオントラップ装置においては、図１中のＢ点でのイオンビームの運動エネルギーと矩形パルス電圧印加時の交流電圧位相を最適化すれば、イオン捕獲効率を向上させることができる。
【００６０】
〔第３の実施の形態〕
この実施の形態においては、前述の第２の実施の形態におけると同様の構成のイオントラップ装置を用いて、図１に示すように、イオンが、リング電極１にある進入孔８を介して、外部からの連続イオンビームとしてイオントラップ内に入射する場合について考えたものである。
【００６１】
このイオントラップ装置においても、リング電極１には、トラップ用高周波（交流）電源４からトラップ用高周波が供給されるとともに、直流パルス電源５から、矩形パルス電圧がトラップ用高周波に重畳して供給される。また、このイオントラップ装置においては、各エンドキャップ電極２，３には、トラップ用高周波（交流）電源６からトラップ用高周波が供給されるとともに、直流パルス電源７から、矩形パルス電圧がトラップ用高周波に重畳して供給される。エンドキャップ電極２，３及びリング電極１には、トラップ用交流電圧が常に印加される。
【００６２】
そして、このイオントラップ装置においては、イオンが図１中のＢ点に到達したときに、リング電極１には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性とは逆極性の矩形パルス電圧を印加し、エンドキャップ電極２，３には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性と同極性の矩形パルス電圧を、交流電圧位相に同期させて同時に印加する。
【００６３】
そして、矩形パルス電圧印加開始時に、図１中のＢ点（トラップ空間の中心から３０ｍｍ）に存在するイオンのうち、トラップ可能なイオンの運動エネルギーと矩形パルス電圧印加開始時の交流電圧位相の関係をシミュレーションで調べた。
【００６４】
このイオントラップ装置において、捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係は、前述した第２の実施の形態におけると同様に、図４に示すように、緩衝ガスの導入を想定していないにもかかわらず、図１０により示した従来のイオントラップ装置と比較して、トラップできるイオンの数がかなり多くなっている。
【００６５】
さらに、このイオントラップ装置においては、図１中のＢ点でのイオンビームの運動エネルギーと矩形パルス電圧印加時の交流電圧位相を最適化すれば、イオン捕獲効率を向上させることができる。
【００６６】
〔第４の実施の形態〕
この実施の形態においては、前述の第１乃至第３の実施の形態においてはリング電極１側でイオンを生成したのに対し、エンドキャップ電極２，３側で生成したパルスイオンビームの捕獲について考える。
【００６７】
図５は、本発明に係るイオントラップ装置の第４の実施の形態における構成を示す断面図である。
【００６８】
この実施の形態におけるイオントラップ装置は、図５に示すように、円筒型四重極イオントラップ装置であり、リング電極１を２枚の対をなすエンドキャップ電極２，３で挟み込んだ構成を有している。このイオントラップ装置は、リング電極１の中心軸であるｚ軸に対する回転対称な構成を有している。リング電極１及び各エンドキャップ電極２，３の内方側に向かう面は、円筒面及び平面となっている。このイオントラップ装置においては、リング電極１及び各エンドキャップ電極２，３によって囲まれた空間が、トラップ空間となる。
【００６９】
そして、このイオントラップ装置においては、リング電極１には、直流パルス電源５から、矩形パルス電圧が供給される。また、このイオントラップ装置においては、各エンドキャップ電極２，３には、トラップ用高周波（交流）電源６からトラップ用高周波が供給されるとともに、直流パルス電源７から、矩形パルス電圧がトラップ用高周波に重畳して供給される。この実施の形態におけるイオントラップ装置においては、エンドキャップ電極２，３には、トラップ用交流電圧が常に印加される。
【００７０】
シミュレーションでは、リング電極１を接地し、エンドキャップ電極２，３にのみトラップ用交流電圧を印加するものとした。イオンは、イオントラップ内部においてパルス的に生成するものとした。このイオンは、初期エネルギーをもち、トラップ空間の中心に向かって飛行する。
【００７１】
このイオントラップ装置において、イオンは、イオントラップ内部（図５中のＣ点：トラップ空間の中心から１０ｍｍ）において、パルス的に生成する。このイオンは、初期エネルギーをもち、トラップ空間の中心に向かって飛行する。
【００７２】
そして、このイオントラップ装置においては、イオンビーム生成時には、エンドキャップ電極２，３にイオントラップの中心電圧に対してイオンの極性とは逆極性の矩形パルス電圧を印加し、リング電極１には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性と同極性の矩形パルス電圧を同時に印加する。
【００７３】
そして、このイオントラップ装置の第１の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算によりシミュレーションした。
【００７４】
シミュレーションの条件は、〔表４〕に示す。
【表４】
【００７５】
図６は、本発明に係るイオントラップ装置の第４の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算したシミュレーションの結果を示すグラフである。
【００７６】
このイオントラップ装置においては、図６に示すように、緩衝ガスの導入を想定していないにもかかわらず、図１０により示した従来のイオントラップ装置と比較して、トラップできるイオンの数がかなり多くなっていることが分かる。
【００７７】
さらに、この実施の形態においても、イオンの初期エネルギーとイオン生成時の交流電圧位相を最適化すれば、イオン捕獲効率を向上させることができる。
【００７８】
なお、イオンビームの極性が正であり、かつ、四重極イオントラップをなすエンドキャップ電極２，３側から入射する場合においては、エンドキャップ電極２，３に印加する矩形パルス電圧は、リング電極１の電圧よりも低電圧にすることが望ましい。
【００７９】
また、イオンビームの極性が負であり、かつ、四重極イオントラップをなすエンドキャップ電極２，３側から入射する場合においては、エンドキャップ電極２，３に印加する矩形パルス電圧は、リング電極１の電圧よりも高電圧にすることが望ましい。
【００８０】
これらは、後述する第５及び第６の実施の形態においても同様である。
【００８１】
〔第５の実施の形態〕
この実施の形態においては、前述の第４の実施の形態におけると同様の構成のイオントラップ装置を用いて、図５に示すように、イオンが、エンドキャップ電極２にある進入孔９を介して、外部からの連続イオンビームとしてイオントラップ内に入射する場合について考えたものである。
【００８２】
このイオントラップ装置においても、リング電極１には、直流パルス電源５から、矩形パルス電圧が供給される。また、このイオントラップ装置においては、各エンドキャップ電極２，３には、トラップ用高周波（交流）電源６からトラップ用高周波が供給されるとともに、直流パルス電源７から、矩形パルス電圧がトラップ用高周波に重畳して供給される。エンドキャップ電極２，３には、トラップ用交流電圧が常に印加される。
【００８３】
そして、このイオントラップ装置においては、イオンを捕獲するため、エンドキャップ電極２，３には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性とは逆極性の矩形パルス電圧を印加し、リング電極１には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性と同極性の矩形パルス電圧を、交流電圧位相に同期させて同時に印加する。
【００８４】
そして、矩形パルス電圧印加開始時に、図５中のＤ点（トラップ空間の中心から３０ｍｍ）に存在するイオンのうち、トラップ可能なイオンの運動エネルギーと矩形パルス電圧印加開始時の交流電圧位相の関係をシミュレーションで調べた。
【００８５】
シミュレーションでは、リング電極１を接地し、エンドキャップ電極２，３にのみトラップ用交流電圧を印加するものとした。
【００８６】
シミュレーションの条件は、〔表５〕に示す。
【表５】
【００８７】
図７は、本発明に係るイオントラップ装置の第５の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算したシミュレーションの結果を示すグラフである。
【００８８】
このイオントラップ装置においても、図７に示すように、緩衝ガスの導入を想定していないにもかかわらず、図１０により示した従来のイオントラップ装置と比較して、トラップできるイオンの数がかなり多くなっていることが分かる。
【００８９】
さらに、このイオントラップ装置においては、図５中のＤ点でのイオンビームの運動エネルギーと矩形パルス電圧印加時の交流電圧位相を最適化すれば、イオン捕獲効率を向上させることができる。
【００９０】
〔第６の実施の形態〕
この実施の形態においては、前述の第５の実施の形態におけると同様の構成のイオントラップ装置を用いて、図１に示すように、イオンが、エンドキャップ電極２にある進入孔９を介して、外部からの連続イオンビームとしてイオントラップ内に入射する場合について考えたものである。
【００９１】
このイオントラップ装置においても、リング電極１には、直流パルス電源５から、矩形パルス電圧が供給される。また、このイオントラップ装置においては、各エンドキャップ電極２，３には、トラップ用高周波（交流）電源６からトラップ用高周波が供給されるとともに、直流パルス電源７から、矩形パルス電圧がトラップ用高周波に重畳して供給される。エンドキャップ電極２，３には、トラップ用交流電圧が常に印加される。
【００９２】
そして、このイオントラップ装置においては、イオンが図５中のＤ点（トラップ空間の中心から３０ｍｍ）に到達したときに、エンドキャップ電極２，３には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性とは逆極性の矩形パルス電圧を印加し、リング電極１には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性と同極性の矩形パルス電圧を、交流電圧位相に同期させて同時に印加する。
【００９３】
そして、矩形パルス電圧印加開始時に、図５中のＤ点に存在するイオンのうち、トラップ可能なイオンの運動エネルギーと矩形パルス電圧印加開始時の交流電圧位相の関係をシミュレーションで調べた。
【００９４】
シミュレーションでは、リング電極１を接地し、エンドキャップ電極２，３にのみトラップ用交流電圧を印加するものとした。
【００９５】
このイオントラップ装置において、捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係は、前述した第５の実施の形態におけると同様に、図７に示すように、緩衝ガスの導入を想定していないにもかかわらず、図１０により示した従来のイオントラップ装置と比較して、トラップできるイオンの数がかなり多くなっている。
【００９６】
さらに、このイオントラップ装置においては、図５中のＤ点でのイオンビームの運動エネルギーと矩形パルス電圧印加時の交流電圧位相を最適化すれば、イオン捕獲効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係るイオントラップ装置の第１の実施の形態における構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係るイオントラップ装置の第１の実施の形態においてリング電極及びエンドキャップ電極に印加される電圧を示す波形図である。
【図３】本発明に係るイオントラップ装置の第１の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算したシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図４】本発明に係るイオントラップ装置の第２の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算したシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図５】本発明に係るイオントラップ装置の第４の実施の形態における構成を示す断面図である。
【図６】本発明に係るイオントラップ装置の第４の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算したシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図７】本発明に係るイオントラップ装置の第５の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算したシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図８】従来の双曲面型四重極イオントラップ装置の構成を示す断面図である。
【図９】従来の円筒型四重極イオントラップ装置の構成を示す断面図である。
【図１０】従来のイオントラップ装置において捕獲することができたイオンの初期運動エネルギーとトラップ用交流電圧位相との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９８】
１ リング電極
２，３ エンドキャップ電極
４，６ トラップ用高周波（交流）電源
５，７ 直流パルス電源
８，９ 進入孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析装置等の分析技術、すなわち、有機物、無機物の同定及び定量において使用されるイオントラップ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、質量分析装置として、四重極イオントラップ装置を応用したものが提案されている。
【０００３】
四重極イオントラップ装置は、特許文献１乃至特許文献６に示すように、リング電極を２枚の対をなすエンドキャップ電極で挟み込んだ構成を有している。
【０００４】
図８は、双曲面型四重極イオントラップ装置の構成を示す断面図である。
【０００５】
図９は、円筒型四重極イオントラップ装置の構成を示す断面図である。
【０００６】
双曲面型四重極イオントラップ装置及び円筒型四重極イオントラップ装置のいずれも、リング電極１０１を２枚のエンドキャップ電極１０２，１０３で挟み込んだ構成を有しており、リング電極１０１の中心軸であるｚ軸に対する回転対称である構成を有している。双曲面型四重極イオントラップ装置においては、リング電極１０１及び各エンドキャップ電極１０２，１０３の内方側に向かう面が、回転双曲面の形状となっている。また、円筒型四重極イオントラップ装置においては、リング電極１０１及び各エンドキャップ電極１０２，１０３の内方側に向かう面が、円筒面及び平面となっている。
【０００７】
これら各四重極イオントラップ装置においては、リング電極１０１及び各エンドキャップ電極１０２，１０３によって囲まれた空間が、トラップ空間となる。これらイオントラップ装置は、外部及び内部で生成されたイオンをトラップ空間内に捕獲することを目的とした装置である。
【０００８】
そして、これら四重極イオントラップ装置においては、リング電極１０１及び各エンドキャップ電極１０２，１０３には、それぞれトラップ用高周波（交流）電源が供給される。
【０００９】
これら各四重極イオントラップ装置は、イオントラップとしての有効な空間の大きさが違うものの、略々同様の機能を有している。以下に示すシミュレーションは、すべて円筒型四重極イオントラップ装置において行ったものである。
【００１０】
ところで、このような四重極イオントラップ装置においては、リング電極１０１及び各エンドキャップ電極１０２，１０３にトラップ用高周波電圧を印加し続けたままでは、トラップ効率が上がらないという問題がある。
【００１１】
そこで、従来、このような四重極イオントラップ装置においては、イオンを捕獲するときに、一時的にトラップ用高周波電圧の電圧振幅を下げて、イオントラップの有効ポテンシャルを下げて、イオントラップ内に進入できるようにすることが行われている。
【００１２】
また、従来、イオントラップ内に緩衝ガスを導入し、イオントラップ内に進入したイオンをこの緩衝ガスに衝突させ、イオンの運動エネルギーを減少させることにより、イオンをトラップすることが行われている。
【００１３】
さらに、イオンを捕獲するときに一時的にトラップ用高周波電圧の電圧振幅を下げることと、イオントラップ内に緩衝ガスを導入することを併用した四重極イオントラップ装置も提案されている。
【特許文献１】特開昭６４−９７３５０号公報
【特許文献２】特開平２−１０３８５６号公報
【特許文献３】特開平８−３２９８８２号公報
【特許文献４】特開平９−２７４８８５号公報
【特許文献５】特開平１０−２０８６９２号公報
【特許文献６】特表平１１−５１３１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前述のようなイオントラップ装置において、円筒型イオントラップ内に緩衝ガスを導入し、イオントラップの中心方向に進入したイオンと緩衝ガスとを衝突させ、イオンの運動エネルギーを減少させることにより、イオンをトラップするようにした場合のシミュレーション結果を示す。このときのシミュレーション条件を〔表１〕に示す。
【表１】
【００１５】
イオンは、円筒型四重極トラップのリング電極１０１の内周面（図９中Ａ点）から、イオン初期エネルギーとイオン発生時交流電圧位相の２次元的な範囲（表１参照）の中で、ランダムに所定の発生個数（２００万個）だけ発生させた。
【００１６】
このイオンは、生成後、トラップ空間の中心に向かってイオン初期運動エネルギーで飛行する。このシミュレーションでは、トラップ空間内で１回衝突が起こるようにし、衝突後のイオンの運動エネルギー変化は、モンテカルロ法を用いて計算した。
【００１７】
図１０は、捕獲することができたイオンの初期運動エネルギーとトラップ用交流電圧位相との関係を示すグラフである。
【００１８】
この図１０に示す結果から、トラップ用交流電圧がある位相のときに発生されたイオンは、ある特定の運動エネルギーを持つイオンのみしかトラップされていないことが分かる。
【００１９】
すなわち、このような従来のイオントラップ装置においては、イオントラップ交流電圧の位相とトラップ空間内へ進入するイオンの運動エネルギーとの関係を考慮していないため、捕獲効率が悪いのである。
【００２０】
さらに、従来のイオントラップ装置において、イオン捕獲時にパルス的な交流電圧をかける方法を採用した場合には、電気回路が複雑となり、装置が高価なのもとなってしまう。
【００２１】
そこで、本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであり、本発明の目的は、装置構成を複雑化することなく、イオンの捕獲時に矩形パルス電圧を印加するようにして、イオンの捕獲効率を向上させたイオントラップ装置を提供することにある。
【００２２】
また、本発明の目的は、トラップ可能なイオンの運動エネルギーと、このイオンがある地点に到達したとき（または発生したとき）のトラップ用交流電圧位相との間に相関関係があることを考慮して、イオンの捕獲効率を向上させたイオントラップ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述の課題を解決するため、本発明に係るイオントラップ装置は、外部からのイオンビーム、または、多重極イオントラップ内部でパルス的に発生するイオンビームを該多重極イオントラップ内に閉じ込めることを目的としたイオントラップ装置であって、多重極イオントラップでのイオン捕獲時に、多重極イオントラップを構成する電極に、イオンの捕獲効率を向上させるための矩形パルス電圧を印加することを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明は、前述のイオントラップ装置において、多重極イオントラップは、リング電極及び一対のエンドキャップ電極からなる四重極イオントラップであることを特徴とするものである。
【００２５】
さらに、本発明は、前述のイオントラップ装置において、多重極イオントラップでのイオン捕獲時に、トラップ用交流電圧位相と捕獲するイオンの運動エネルギーとを同期させることを特徴とするものである。
【００２６】
そして、本発明は、前述のイオントラップ装置において、イオンビームの極性が正であり、かつ、四重極イオントラップをなすリング電極側から入射する場合において、リング電極に印加する矩形パルス電圧を、エンドキャップ電極の電圧よりも低電圧にすることを特徴とするものである。
【００２７】
そして、本発明は、前述のイオントラップ装置において、イオンビームの極性が負であり、かつ、四重極イオントラップをなすリング電極側から入射する場合において、リング電極に印加する矩形パルス電圧を、エンドキャップ電極の電圧よりも高電圧にすることを特徴とするものである。
【００２８】
そして、本発明は、前述のイオントラップ装置において、イオンビームの極性が正であり、かつ、四重極イオントラップをなすエンドキャップ電極側から入射する場合において、エンドキャップ電極に印加する矩形パルス電圧を、リング電極の電圧よりも低電圧にすることを特徴とするものである。
【００２９】
そして、本発明は、前述のイオントラップ装置において、イオンビームの極性が負であり、かつ、四重極イオントラップをなすエンドキャップ電極側から入射する場合において、エンドキャップ電極に印加する矩形パルス電圧を、リング電極の電圧よりも高電圧にすることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係るイオントラップ装置においては、トラップ用交流電圧の切り替えをすることなく、矩形パルス電圧を印加することにより、イオン捕獲効率の向上を実現している。
【００３１】
また、交流電圧の位相と、イオンの運動エネルギーを同期させることにより、イオン捕獲効率を飛躍的に向上させることができる。
【００３２】
すなわち、本発明は、装置構成を複雑化することなく、イオンの捕獲時に矩形パルス電圧を印加するようにして、イオンの捕獲効率を向上させたイオントラップ装置を提供することができるものである。
【００３３】
また、本発明は、トラップ可能なイオンの運動エネルギーと、このイオンがある地点に到達したとき（または発生したとき）のトラップ用交流電圧位相との間に相関関係があることを考慮して、イオンの捕獲効率を向上させたイオントラップ装置を提供することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、図面を参照しながら本発明の最良の実施の形態について説明する。
【００３５】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係るイオントラップ装置の第１の実施の形態における構成を示す断面図である。
【００３６】
このイオントラップ装置は、図１に示すように、円筒型四重極イオントラップ装置であり、リング電極１を２枚の対をなすエンドキャップ電極２，３で挟み込んだ構成を有している。このイオントラップ装置は、リング電極１の中心軸であるｚ軸に対する回転対称な構成を有している。リング電極１及び各エンドキャップ電極２，３の内方側に向かう面は、円筒面及び平面となっている。
【００３７】
なお、本発明に係るイオントラップ装置は、後述する各実施の形態において、双曲面型四重極イオントラップ装置として構成してもよい。
【００３８】
このイオントラップ装置においては、リング電極１及び各エンドキャップ電極２，３によって囲まれた空間が、トラップ空間となる。このイオントラップ装置は、外部及び内部で生成されたイオンをトラップ空間内に捕獲する装置である。
【００３９】
そして、このイオントラップ装置においては、リング電極１には、トラップ用高周波（交流）電源４からトラップ用高周波が供給されるとともに、直流パルス電源５から、矩形パルス電圧がトラップ用高周波に重畳して供給される。また、このイオントラップ装置においては、各エンドキャップ電極２，３には、トラップ用高周波（交流）電源６からトラップ用高周波が供給されるとともに、直流パルス電源７から、矩形パルス電圧がトラップ用高周波に重畳して供給される。
【００４０】
この実施の形態におけるイオントラップ装置においては、エンドキャップ電極２，３及びリング電極１には、トラップ用交流電圧が常に印加される。
【００４１】
このイオントラップ装置において、イオンは、イオントラップ内部（図１中のＡ点：トラップ空間の中心から１０ｍｍ）において、パルス的に生成する。このイオンは、初期エネルギーをもち、トラップ空間の中心に向かって飛行する。
【００４２】
図２は、本発明に係るイオントラップ装置の第１の実施の形態において、リング電極及びエンドキャップ電極に印加される電圧を示す波形図である。
【００４３】
そして、このイオントラップ装置においては、図２に示すように、イオンビーム生成時には、リング電極１に、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性とは逆極性の矩形パルス電圧を印加し、エンドキャップ電極２，３には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性と同極性の矩形パルス電圧を同時に印加する。
【００４４】
そして、このイオントラップ装置の第１の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算によりシミュレーションした。
【００４５】
シミュレーションの条件は、〔表２〕のとおりである。
【表２】
【００４６】
図３は、本発明に係るイオントラップ装置の第１の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算したシミュレーションの結果を示すグラフである。
【００４７】
このイオントラップ装置においては、図３に示すように、緩衝ガスの導入を想定していないにもかかわらず、図１０により示した従来のイオントラップ装置と比較して、トラップできるイオンの数がかなり多くなっていることが分かる。
【００４８】
さらに、イオンの初期エネルギーとイオン生成時の交流電圧位相を最適化すれば、イオン捕獲効率を向上させることができる。
【００４９】
なお、イオンビームの極性が正であり、かつ、四重極イオントラップをなすリング電極１側から入射する場合においては、リング電極１に印加する矩形パルス電圧は、エンドキャップ電極２，３の電圧よりも低電圧にすることが望ましい。
【００５０】
また、イオンビームの極性が負であり、かつ、四重極イオントラップをなすリング電極１側から入射する場合においては、リング電極１に印加する矩形パルス電圧は、エンドキャップ電極２，３の電圧よりも高電圧にすることが望ましい。
【００５１】
これらは、後述する第２及び第３の実施の形態においても同様である。
【００５２】
〔第２の実施の形態〕
この実施の形態においては、前述の第１の実施の形態におけると同様の構成のイオントラップ装置を用いて、図１に示すように、イオンが、リング電極１にある進入孔８を介して、外部からの連続イオンビームとしてイオントラップ内に入射する場合について考えるものである。
【００５３】
このイオントラップ装置においても、リング電極１には、トラップ用高周波（交流）電源４からトラップ用高周波が供給されるとともに、直流パルス電源５から、矩形パルス電圧がトラップ用高周波に重畳して供給される。また、このイオントラップ装置においては、各エンドキャップ電極２，３には、トラップ用高周波（交流）電源６からトラップ用高周波が供給されるとともに、直流パルス電源７から、矩形パルス電圧がトラップ用高周波に重畳して供給される。エンドキャップ電極２，３及びリング電極１には、トラップ用交流電圧が常に印加される。
【００５４】
そして、このイオントラップ装置においては、イオンを捕獲するため、リング電極１には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性とは逆極性の矩形パルス電圧を印加し、エンドキャップ電極２，３には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性と同極性の矩形パルス電圧を、交流電圧位相に同期させて同時に印加する。
【００５５】
そして、矩形パルス電圧印加開始時に、図１中のＢ点（トラップ空間の中心から３０ｍｍ）に存在するイオンのうち、トラップ可能なイオンの運動エネルギーと矩形パルス電圧印加開始時の交流電圧位相の関係をシミュレーションで調べた。
【００５６】
シミュレーションの条件は、〔表３〕に示す。
【表３】
【００５７】
図４は、本発明に係るイオントラップ装置の第２の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算したシミュレーションの結果を示すグラフである。
【００５８】
このイオントラップ装置においても、図４に示すように、緩衝ガスの導入を想定していないにもかかわらず、図１０により示した従来のイオントラップ装置と比較して、トラップできるイオンの数がかなり多くなっていることが分かる。
【００５９】
さらに、このイオントラップ装置においては、図１中のＢ点でのイオンビームの運動エネルギーと矩形パルス電圧印加時の交流電圧位相を最適化すれば、イオン捕獲効率を向上させることができる。
【００６０】
〔第３の実施の形態〕
この実施の形態においては、前述の第２の実施の形態におけると同様の構成のイオントラップ装置を用いて、図１に示すように、イオンが、リング電極１にある進入孔８を介して、外部からの連続イオンビームとしてイオントラップ内に入射する場合について考えたものである。
【００６１】
このイオントラップ装置においても、リング電極１には、トラップ用高周波（交流）電源４からトラップ用高周波が供給されるとともに、直流パルス電源５から、矩形パルス電圧がトラップ用高周波に重畳して供給される。また、このイオントラップ装置においては、各エンドキャップ電極２，３には、トラップ用高周波（交流）電源６からトラップ用高周波が供給されるとともに、直流パルス電源７から、矩形パルス電圧がトラップ用高周波に重畳して供給される。エンドキャップ電極２，３及びリング電極１には、トラップ用交流電圧が常に印加される。
【００６２】
そして、このイオントラップ装置においては、イオンが図１中のＢ点に到達したときに、リング電極１には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性とは逆極性の矩形パルス電圧を印加し、エンドキャップ電極２，３には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性と同極性の矩形パルス電圧を、交流電圧位相に同期させて同時に印加する。
【００６３】
そして、矩形パルス電圧印加開始時に、図１中のＢ点（トラップ空間の中心から３０ｍｍ）に存在するイオンのうち、トラップ可能なイオンの運動エネルギーと矩形パルス電圧印加開始時の交流電圧位相の関係をシミュレーションで調べた。
【００６４】
このイオントラップ装置において、捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係は、前述した第２の実施の形態におけると同様に、図４に示すように、緩衝ガスの導入を想定していないにもかかわらず、図１０により示した従来のイオントラップ装置と比較して、トラップできるイオンの数がかなり多くなっている。
【００６５】
さらに、このイオントラップ装置においては、図１中のＢ点でのイオンビームの運動エネルギーと矩形パルス電圧印加時の交流電圧位相を最適化すれば、イオン捕獲効率を向上させることができる。
【００６６】
〔第４の実施の形態〕
この実施の形態においては、前述の第１乃至第３の実施の形態においてはリング電極１側でイオンを生成したのに対し、エンドキャップ電極２，３側で生成したパルスイオンビームの捕獲について考える。
【００６７】
図５は、本発明に係るイオントラップ装置の第４の実施の形態における構成を示す断面図である。
【００６８】
この実施の形態におけるイオントラップ装置は、図５に示すように、円筒型四重極イオントラップ装置であり、リング電極１を２枚の対をなすエンドキャップ電極２，３で挟み込んだ構成を有している。このイオントラップ装置は、リング電極１の中心軸であるｚ軸に対する回転対称な構成を有している。リング電極１及び各エンドキャップ電極２，３の内方側に向かう面は、円筒面及び平面となっている。このイオントラップ装置においては、リング電極１及び各エンドキャップ電極２，３によって囲まれた空間が、トラップ空間となる。
【００６９】
そして、このイオントラップ装置においては、リング電極１には、直流パルス電源５から、矩形パルス電圧が供給される。また、このイオントラップ装置においては、各エンドキャップ電極２，３には、トラップ用高周波（交流）電源６からトラップ用高周波が供給されるとともに、直流パルス電源７から、矩形パルス電圧がトラップ用高周波に重畳して供給される。この実施の形態におけるイオントラップ装置においては、エンドキャップ電極２，３には、トラップ用交流電圧が常に印加される。
【００７０】
シミュレーションでは、リング電極１を接地し、エンドキャップ電極２，３にのみトラップ用交流電圧を印加するものとした。イオンは、イオントラップ内部においてパルス的に生成するものとした。このイオンは、初期エネルギーをもち、トラップ空間の中心に向かって飛行する。
【００７１】
このイオントラップ装置において、イオンは、イオントラップ内部（図５中のＣ点：トラップ空間の中心から１０ｍｍ）において、パルス的に生成する。このイオンは、初期エネルギーをもち、トラップ空間の中心に向かって飛行する。
【００７２】
そして、このイオントラップ装置においては、イオンビーム生成時には、エンドキャップ電極２，３にイオントラップの中心電圧に対してイオンの極性とは逆極性の矩形パルス電圧を印加し、リング電極１には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性と同極性の矩形パルス電圧を同時に印加する。
【００７３】
そして、このイオントラップ装置の第１の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算によりシミュレーションした。
【００７４】
シミュレーションの条件は、〔表４〕に示す。
【表４】
【００７５】
図６は、本発明に係るイオントラップ装置の第４の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算したシミュレーションの結果を示すグラフである。
【００７６】
このイオントラップ装置においては、図６に示すように、緩衝ガスの導入を想定していないにもかかわらず、図１０により示した従来のイオントラップ装置と比較して、トラップできるイオンの数がかなり多くなっていることが分かる。
【００７７】
さらに、この実施の形態においても、イオンの初期エネルギーとイオン生成時の交流電圧位相を最適化すれば、イオン捕獲効率を向上させることができる。
【００７８】
なお、イオンビームの極性が正であり、かつ、四重極イオントラップをなすエンドキャップ電極２，３側から入射する場合においては、エンドキャップ電極２，３に印加する矩形パルス電圧は、リング電極１の電圧よりも低電圧にすることが望ましい。
【００７９】
また、イオンビームの極性が負であり、かつ、四重極イオントラップをなすエンドキャップ電極２，３側から入射する場合においては、エンドキャップ電極２，３に印加する矩形パルス電圧は、リング電極１の電圧よりも高電圧にすることが望ましい。
【００８０】
これらは、後述する第５及び第６の実施の形態においても同様である。
【００８１】
〔第５の実施の形態〕
この実施の形態においては、前述の第４の実施の形態におけると同様の構成のイオントラップ装置を用いて、図５に示すように、イオンが、エンドキャップ電極２にある進入孔９を介して、外部からの連続イオンビームとしてイオントラップ内に入射する場合について考えたものである。
【００８２】
このイオントラップ装置においても、リング電極１には、直流パルス電源５から、矩形パルス電圧が供給される。また、このイオントラップ装置においては、各エンドキャップ電極２，３には、トラップ用高周波（交流）電源６からトラップ用高周波が供給されるとともに、直流パルス電源７から、矩形パルス電圧がトラップ用高周波に重畳して供給される。エンドキャップ電極２，３には、トラップ用交流電圧が常に印加される。
【００８３】
そして、このイオントラップ装置においては、イオンを捕獲するため、エンドキャップ電極２，３には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性とは逆極性の矩形パルス電圧を印加し、リング電極１には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性と同極性の矩形パルス電圧を、交流電圧位相に同期させて同時に印加する。
【００８４】
そして、矩形パルス電圧印加開始時に、図５中のＤ点（トラップ空間の中心から３０ｍｍ）に存在するイオンのうち、トラップ可能なイオンの運動エネルギーと矩形パルス電圧印加開始時の交流電圧位相の関係をシミュレーションで調べた。
【００８５】
シミュレーションでは、リング電極１を接地し、エンドキャップ電極２，３にのみトラップ用交流電圧を印加するものとした。
【００８６】
シミュレーションの条件は、〔表５〕に示す。
【表５】
【００８７】
図７は、本発明に係るイオントラップ装置の第５の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算したシミュレーションの結果を示すグラフである。
【００８８】
このイオントラップ装置においても、図７に示すように、緩衝ガスの導入を想定していないにもかかわらず、図１０により示した従来のイオントラップ装置と比較して、トラップできるイオンの数がかなり多くなっていることが分かる。
【００８９】
さらに、このイオントラップ装置においては、図５中のＤ点でのイオンビームの運動エネルギーと矩形パルス電圧印加時の交流電圧位相を最適化すれば、イオン捕獲効率を向上させることができる。
【００９０】
〔第６の実施の形態〕
この実施の形態においては、前述の第５の実施の形態におけると同様の構成のイオントラップ装置を用いて、図１に示すように、イオンが、エンドキャップ電極２にある進入孔９を介して、外部からの連続イオンビームとしてイオントラップ内に入射する場合について考えたものである。
【００９１】
このイオントラップ装置においても、リング電極１には、直流パルス電源５から、矩形パルス電圧が供給される。また、このイオントラップ装置においては、各エンドキャップ電極２，３には、トラップ用高周波（交流）電源６からトラップ用高周波が供給されるとともに、直流パルス電源７から、矩形パルス電圧がトラップ用高周波に重畳して供給される。エンドキャップ電極２，３には、トラップ用交流電圧が常に印加される。
【００９２】
そして、このイオントラップ装置においては、イオンが図５中のＤ点（トラップ空間の中心から３０ｍｍ）に到達したときに、エンドキャップ電極２，３には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性とは逆極性の矩形パルス電圧を印加し、リング電極１には、イオントラップの中心電圧に対してイオンの極性と同極性の矩形パルス電圧を、交流電圧位相に同期させて同時に印加する。
【００９３】
そして、矩形パルス電圧印加開始時に、図５中のＤ点に存在するイオンのうち、トラップ可能なイオンの運動エネルギーと矩形パルス電圧印加開始時の交流電圧位相の関係をシミュレーションで調べた。
【００９４】
シミュレーションでは、リング電極１を接地し、エンドキャップ電極２，３にのみトラップ用交流電圧を印加するものとした。
【００９５】
このイオントラップ装置において、捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係は、前述した第５の実施の形態におけると同様に、図７に示すように、緩衝ガスの導入を想定していないにもかかわらず、図１０により示した従来のイオントラップ装置と比較して、トラップできるイオンの数がかなり多くなっている。
【００９６】
さらに、このイオントラップ装置においては、図５中のＤ点でのイオンビームの運動エネルギーと矩形パルス電圧印加時の交流電圧位相を最適化すれば、イオン捕獲効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明に係るイオントラップ装置の第１の実施の形態における構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係るイオントラップ装置の第１の実施の形態においてリング電極及びエンドキャップ電極に印加される電圧を示す波形図である。
【図３】本発明に係るイオントラップ装置の第１の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算したシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図４】本発明に係るイオントラップ装置の第２の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算したシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図５】本発明に係るイオントラップ装置の第４の実施の形態における構成を示す断面図である。
【図６】本発明に係るイオントラップ装置の第４の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算したシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図７】本発明に係るイオントラップ装置の第５の実施の形態において捕獲可能なイオンの運動エネルギーと発生時交流電圧位相との関係を計算したシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図８】従来の双曲面型四重極イオントラップ装置の構成を示す断面図である。
【図９】従来の円筒型四重極イオントラップ装置の構成を示す断面図である。
【図１０】従来のイオントラップ装置において捕獲することができたイオンの初期運動エネルギーとトラップ用交流電圧位相との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９８】
１ リング電極
２，３ エンドキャップ電極
４，６ トラップ用高周波（交流）電源
５，７ 直流パルス電源
８，９ 進入孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からのイオンビーム、または、多重極イオントラップ内部でパルス的に発生するイオンビームを該多重極イオントラップ内に閉じ込めることを目的としたイオントラップ装置であって、
前記多重極イオントラップでのイオン捕獲時に、前記多重極イオントラップを構成する電極に、イオンの捕獲効率を向上させるための矩形パルス電圧を印加する
ことを特徴とするイオントラップ装置。
【請求項２】
前記多重極イオントラップは、リング電極及び一対のエンドキャップ電極からなる四重極イオントラップである
ことを特徴とする請求項１記載のイオントラップ装置。
【請求項３】
前記多重極イオントラップでのイオン捕獲時に、トラップ用交流電圧位相と捕獲するイオンの運動エネルギーとを同期させる
ことを特徴とする請求項１、または、請求項２記載のイオントラップ装置。
【請求項４】
イオンビームの極性が正であり、かつ、前記四重極イオントラップをなすリング電極側から入射する場合において、リング電極に印加する矩形パルス電圧を、エンドキャップ電極の電圧よりも低電圧にする
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のイオントラップ装置。
【請求項５】
イオンビームの極性が負であり、かつ、前記四重極イオントラップをなすリング電極側から入射する場合において、リング電極に印加する矩形パルス電圧を、エンドキャップ電極の電圧よりも高電圧にする
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のイオントラップ装置。
【請求項６】
イオンビームの極性が正であり、かつ、前記四重極イオントラップをなすエンドキャップ電極側から入射する場合において、エンドキャップ電極に印加する矩形パルス電圧を、リング電極の電圧よりも低電圧にする
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のイオントラップ装置。
【請求項７】
イオンビームの極性が負であり、かつ、前記四重極イオントラップをなすエンドキャップ電極側から入射する場合において、エンドキャップ電極に印加する矩形パルス電圧を、リング電極の電圧よりも高電圧にする
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のイオントラップ装置。
【請求項１】
外部からのイオンビーム、または、多重極イオントラップ内部でパルス的に発生するイオンビームを該多重極イオントラップ内に閉じ込めることを目的としたイオントラップ装置であって、
前記多重極イオントラップでのイオン捕獲時に、前記多重極イオントラップを構成する電極に、イオンの捕獲効率を向上させるための矩形パルス電圧を印加する
ことを特徴とするイオントラップ装置。
【請求項２】
前記多重極イオントラップは、リング電極及び一対のエンドキャップ電極からなる四重極イオントラップである
ことを特徴とする請求項１記載のイオントラップ装置。
【請求項３】
前記多重極イオントラップでのイオン捕獲時に、トラップ用交流電圧位相と捕獲するイオンの運動エネルギーとを同期させる
ことを特徴とする請求項１、または、請求項２記載のイオントラップ装置。
【請求項４】
イオンビームの極性が正であり、かつ、前記四重極イオントラップをなすリング電極側から入射する場合において、リング電極に印加する矩形パルス電圧を、エンドキャップ電極の電圧よりも低電圧にする
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のイオントラップ装置。
【請求項５】
イオンビームの極性が負であり、かつ、前記四重極イオントラップをなすリング電極側から入射する場合において、リング電極に印加する矩形パルス電圧を、エンドキャップ電極の電圧よりも高電圧にする
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のイオントラップ装置。
【請求項６】
イオンビームの極性が正であり、かつ、前記四重極イオントラップをなすエンドキャップ電極側から入射する場合において、エンドキャップ電極に印加する矩形パルス電圧を、リング電極の電圧よりも低電圧にする
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のイオントラップ装置。
【請求項７】
イオンビームの極性が負であり、かつ、前記四重極イオントラップをなすエンドキャップ電極側から入射する場合において、エンドキャップ電極に印加する矩形パルス電圧を、リング電極の電圧よりも高電圧にする
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のイオントラップ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−６６１７７（Ｐ２００６−６６１７７Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２４６４１９（Ｐ２００４−２４６４１９）
【出願日】平成１６年８月２６日（２００４．８．２６）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２６日（２００４．８．２６）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
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