質量分析装置及びイオン輸送光学系の組立方法
【課題】組立や調整の容易性を維持しつつ、イオン透過率を改善する。
【解決手段】イオン光軸Ｃに向く縁端を円弧状とした電極素板２１ａ〜２１ｄとスペーサ２６とを交互に積層した構造体を１本の仮想ロッド電極とし、４本の仮想ロッド電極をねじ２７とナット２８とで絶縁体であるベースプレート２５に固定することでユニット化する。電極素板２１ａ〜２４ｄで囲まれる空間から径方向に外側を見たときの隙間が広いため、イオンとともに気化溶媒などの不所望のガスが導入されたときにも、そうしたガスは上記隙間を通って速やかにイオン収束空間から除去される。したがって、イオンがそうしたガスに接触しにくくなり、イオン透過率が向上する。
【解決手段】イオン光軸Ｃに向く縁端を円弧状とした電極素板２１ａ〜２１ｄとスペーサ２６とを交互に積層した構造体を１本の仮想ロッド電極とし、４本の仮想ロッド電極をねじ２７とナット２８とで絶縁体であるベースプレート２５に固定することでユニット化する。電極素板２１ａ〜２４ｄで囲まれる空間から径方向に外側を見たときの隙間が広いため、イオンとともに気化溶媒などの不所望のガスが導入されたときにも、そうしたガスは上記隙間を通って速やかにイオン収束空間から除去される。したがって、イオンがそうしたガスに接触しにくくなり、イオン透過率が向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は質量分析装置に関し、さらに詳しくは、質量分析装置においてイオンを収束させつつ後段に輸送するためのイオン輸送光学系及びその組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析装置では、前段から送られて来るイオンを収束し、場合によっては加速して後段の例えば四重極質量フィルタ等の質量分析器に送り込むために、イオンレンズやイオンガイドと呼ばれるイオン輸送光学系が用いられる。こうしたイオン輸送光学系の１つとして、従来より、四重極、八重極などの多重極型のものが利用されている。図９（ａ）は一般的な四重極型のイオンガイドの概略斜視図である。
【０００３】
このイオンガイド７０は、円柱（又は円筒）形状の４本のロッド電極７１、７２、７３、７４がイオン光軸Ｃを取り囲むように互いに平行に配置された構造を有している。一般的には、イオン光軸Ｃを挟んで対向する２本のロッド電極７１と７３には同一の高周波電圧が印加され、これと周方向に隣接する２本のロッド電極７２、７４には先の高周波電圧と振幅が同一で位相が反転された高周波電圧が印加される。このように印加される高周波電圧により４本のロッド電極７１、７２、７３、７４で囲まれる空間には四重極高周波電場が形成され、この高周波電場中でイオンを振動させつつイオン光軸Ｃ付近に収束させながら後段に輸送することができる。
【０００４】
本願出願人は、イオンの収束性が良好であるという上記多重極型イオンガイドの利点を生かしつつ、イオンを加速することもできるイオン輸送光学系として、図９（ｂ）の斜視図に示すような仮想ロッド電極を用いるイオン輸送光学系を提案している（例えば特許文献１など参照）。この構成では、図９（ａ）に示した各ロッド電極７１、７２、７３、７４をそれぞれ、イオン光軸Ｃの方向に沿って並べられた複数（この図の例では４枚）の板状の電極素板７９で構成した仮想ロッド電極７５、７６、７７、７８で置き換えている。
【０００５】
この仮想ロッド多重極型のイオン輸送光学系では、１本の仮想ロッド電極７５、７６、７７、７８を構成する４枚の電極素板７９にそれぞれ異なる電圧を印加することが可能である。そこで例えば、イオンが進行する方向に段階的に増加する直流電圧を高周波電圧に重畳するように印加することにより、仮想ロッド電極７５、７６、７７、７８で囲まれる空間を通過するイオンを加速したり逆に減速させたりすることができる。さらにまた、図９（ｃ）に示すように、仮想ロッド電極を構成する電極素板７９をイオンの進行方向に段階的にイオン光軸Ｃに近づくように配置することにより、イオン流を収束させつつ徐々に絞ることもできる。
【０００６】
上述のように仮想ロッド電極を用いるイオン輸送光学系は優れた特性を持つものの、もともと１本のロッド電極で構成され得る電極が複数の電極素板に分割されていることから必然的に部品点数が増加し、組立作業や調整作業が煩雑になることが避けられない。こうした問題に対し、本願出願人は、特許文献２において、仮想ロッド電極を用いた多重極型イオンガイドの具体的な構成を提案している。
【０００７】
図８（ａ）はこの文献に開示された多重極型イオンガイドの正面図、（ｂ）は側面図である。この多重極型イオンガイドでは、１枚の電極素板８１ａ〜８４ｄは、組立完成時にイオン光軸Ｃに向く側の一縁端が円弧状とされたやや長い形状とされ、イオン光軸Ｃに直交する面内でイオン光軸Ｃを取り囲むように配置される４枚の電極素板（例えば８１ａ〜８４ａ）を１組として、４本の仮想ロッド電極を構成するべくイオン光軸Ｃ方向に並ぶ４組の電極素板、即ち、全部で１６枚の電極素板８１ａ〜８４ｄが絶縁体である合成樹脂製のホルダ８５にねじで取り付けられる。また、イオン光軸Ｃに直交する面内でイオン光軸Ｃを挟んで対向配置された、同一の電圧が印加される電極素板同士（例えば８１ａと８３ａ、８１ｂと８１ｄ）は導電線で接続される。このようにして、電極素板を含む主要な構成要素はユニット化されるため、取扱いが容易であって組立や調整の手間も軽減することができるという利点がある。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１４９８６５号公報
【特許文献２】特開２００１−３５１５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、例えば液体クロマトグラフから供給される試料液中の試料成分をイオン化する大気圧イオン化部の次段の中間真空室内などに上記従来構造のイオンガイドを配設した場合、イオン透過率を高めるのが困難であるという問題がある。これは次のような理由による。即ち、通常、大気圧イオン化部から次段の中間真空室へは、サンプリングコーンや加熱パイプなどのイオン導入部を通して、目的イオンのほかに多量の大気や気化溶媒などが流入する。上記構造のイオンガイドはイオン光軸の周りを絶縁性のホルダが取り囲んだ構造であるため、電極素板で囲まれる空間に導入された大気や気化溶媒はその空間から排出されにくい。つまり、中間真空室自体は真空ポンプにより真空排気されていても、電極素板で囲まれる、イオン光軸を中心とする空間内のガス圧はホルダ外側の中間真空室内のガス圧よりも高くなる。その結果、イオンは残留分子に接触する機会が多くなり、円滑な通過が阻まれることになる。
【００１０】
実際、本願発明者らの検討によっても、電極素板で囲まれる空間からその外周方向を見回した際の隙間の割合（開口率）が高いほど、イオンの透過率が高くなることが確認できている。そこで、図８（ｃ）、（ｄ）に示すように、上記構造でホルダ８５に溝８６を形成することで、ホルダ８５の一部に、その内周側と外周側とを連通する開口部を設ける試みが行われている。しかしながら、こうした対策によって開口率を上げるには限界があり、イオン透過率を大幅に改善することは難しい。
【００１１】
本発明はこうした点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、製造時の組立の容易性などを損なうことなくイオン透過率を改善し、検出感度の向上を図ることができる仮想ロッド多重極型イオン輸送光学系を備えた質量分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために成された本発明は、イオンを収束させつつ後段へ輸送するイオン輸送光学系として、イオン光軸方向に互いに分離されたｍ（ｍは２以上の整数）枚の電極素板からなる仮想ロッド電極を、イオン光軸を取り囲むように２ｎ（ｎは２以上の整数）本配置した仮想ロッド多重極型イオン輸送光学系を具備する質量分析装置であって、
各仮想ロッド電極を構成する各電極素板の少なくともイオン光軸に向いた縁端を所定の形状に形成し、
各電極素板にあってイオン光軸から離れた部位において導電体、絶縁体又はそれらの複合体からなるスペーサを介してイオン光軸方向に隣接する電極素板同士をそれぞれ連結させることで各仮想ロッド電極を構成し、
さらに２ｎ本の仮想ロッド電極を絶縁体からなるベースに固定することで前記仮想ロッド多重極型イオン輸送光学系をユニット化したことを特徴としている。
【００１３】
イオンはイオン光軸の近傍を進むため、その挙動を制御するにはイオン光軸の近傍の電場を適切に設定すればよい。このため、電極素板はイオン光軸に向いた縁端が所定の形状に形成されていさえすれば十分である。この「所定の形状」とは、理論的に若しくは実験的に定まる形状、又は、それに近似した加工容易な形状である。一般的には、その形状は円弧状又は双曲線状である。但し、例えば電極素板縁部の形状が、先尖形状など直線を組み合わせたり角があったりする形状であっても、その縁部とイオン光軸との距離が大きければイオン光軸近傍で電場が十分に適切に設定されることもある。
【００１４】
１本の仮想ロッド電極を構成するｍ枚の電極素板に同一の電圧を印加する場合には、それらｍ枚の電極素板を互いに連結するスペーサを導電体からなるものとすればよい。これにより、その中の或る１枚の電極素板又はそれに電気的に接続された部材に電圧を印加しさえすれば、１本の仮想ロッド電極を構成するｍ枚の電極素板は同電位になる。一方、イオンを加速又は減速するために、１本の仮想ロッド電極を構成するｍ枚の電極素板の全て又は一部の電圧を異なるものとしたい場合には、それらｍ枚の電極素板を互いに連結するスペーサを絶縁体からなるものとすればよい。
【００１５】
また、２ｎ本の仮想ロッド電極はベースに固定されるが、２ｎ本の仮想ロッド電極の一方の端部でのみベースに固定される片持ち支持構造としてもよいし、２ｎ本の仮想ロッド電極の両方の端部でそれぞれ別のベースに固定される両持ち支持構造のいずれでもよい。前者であれば部品点数が少なくて済み、コストを下げることができる。一方、後者であれば、スペーサと電極素板とで構成された仮想ロッド電極の変形などが生じにくく、各電極素板の位置の精度の確保が容易である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る質量分析装置によれば、１本の仮想ロッド電極は、電極素板とスペーサとを交互に重ねることで構成され、その一方又は両方の端部でベースに固定されて一体化される。したがって、電極素板を適切な位置に保持するために電極素板の周りを被覆するように取り囲むホルダは不要になり、周方向に隣接する電極素板の間は、イオン光軸方向に広く空いた状態となる。即ち、電極素板で囲まれる空間からその外周方向を見回した際の開口率は非常に高くなり、例えばイオンとともに電極素板で囲まれる空間に導入された大気や気化溶媒などのガスは速やかに電極素板で囲まれる空間から排除される。その結果、目的イオンが不所望のガスに接触する機会が減少し、仮想ロッド電極により形成される電場の作用により、良好に収束されつつ効率良く通過して後段へと送出される。そして、イオン透過率が高まることで、検出感度の向上が期待できる。
【００１７】
また本発明に係る質量分析装置によれば、イオン光軸方向に隣接する電極素板の間隔を、安価で入手容易なスペーサの厚さにより自在に設定することができる。したがって、イオン輸送光学系の設計や製造の際に掛かる手間や時間、コストなどを節約することができる。また、イオンを輸送するために適切な電場を形成するために、電極素板はイオン光軸に向いた縁端を精度よく所定の形状にしさえすればよく、スペーサはその厚さを精度よく所定の厚さにしさえすればよい。こうした部材は比較的低コストで容易に入手することができ、イオン輸送光学系のコストの引き下げに寄与する。
【００１８】
なお、上記開口率をできるだけ高めるには、スペーサの大きさ（特にイオン光軸周りの周方向の大きさ）が小さいほうが望ましい。１つの目安として、電極素板のイオン光軸周りの周方向の幅よりもスペーサを小さくしておくとよい。
【００１９】
本発明に係る質量分析装置において、スペーサを介した電極素板の連結の方法は特に問わず、例えば接着剤などを用いて固着してもよいが、組立性や位置調整の容易性などを考慮すると、ねじやナットなどを用いた締結が好ましい。
【００２０】
そこで、本発明の一実施態様に係る質量分析装置において、各電極素板はイオン光軸から離れた部位に開口部を有し、前記スペーサは前記開口部と略同一大きさの開口部を有し、各電極素板の開口部及び各スペーサの開口部に挿通される棒状部を含む締結部材により２ｎ本の仮想ロッド電極をベースに固定する構成とするとよい。
【００２１】
さらにまた、前記締結部材は、前記棒状部を軸体とするねじと、該ねじの軸体に形成されたねじ溝に螺合するナットとを含む構成とするとよい。
【００２２】
こうした構成によれば、棒状部又はこれを軸体とするねじに電極素板やスペーサを入れることでそれらの位置の粗調整が行われるので、組立や位置の微調整が容易になる。また、分解も容易になるので、汚れた電極素板の洗浄作業などが容易になるほか、こうした部材をリサイクル、リユースするのも容易になる。
【００２３】
なお、上述したように１本の仮想ロッド電極を構成するｍ枚の電極素板を同電位にしたい場合には、棒状部（又はねじ）を導電体からなるものとすればよい。他方、１本の仮想ロッド電極を構成するｍ枚の電極素板の全て又は一部を異なる電位としたい場合には、棒状部（又はねじ）を絶縁体からなるものとするか、或いは、棒状部自体は導電体とし、異なる電位としたい電極素板に接触する箇所を絶縁体で被覆する構成とするとよい。
【００２４】
また、上記本発明に係る質量分析装置が具備する仮想ロッド多重極型イオン輸送光学系の組立方法は、
ユニット化された状態の２ｎ本の仮想ロッド電極が挿入可能であって、且つ、その挿入状態で、イオン光軸の周りに配設される２ｎ枚の電極素板の周方向の位置をそれぞれ規制するとともにそれら電極素板のイオン光軸を中心とする内接円半径をそれぞれ規制する、イオン光軸方向に延伸する所定形状の孔、が形成されたブロックである組立治具を用い、該組立治具の孔に電極素板とスペーサとを交互に入れてゆくことで各仮想ロッド電極を形成することを特徴としている。
【００２５】
上記組立治具を用いれば、組立作業者は組立治具の孔に電極素板とスペーサとを交互に入れてゆき、例えば最終的にそれらからなる仮想ロッド電極をベースに固定することで、容易に仮想ロッド多重極型イオン輸送光学系を組み上げることができる。こうした作業には特殊な知識、技能を必要とせず、作業に未熟練であっても組立・調整ミスをなくすことができる。したがって、製造コストの引き下げに有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明に係る質量分析装置の一実施例である大気圧イオン化質量分析装置を、図面を参照して説明する。図１は本実施例の大気圧イオン化質量分析装置の全体構成図である。
【００２７】
この質量分析装置の前段には液体クロマトグラフ（ＬＣ）が接続され、ＬＣのカラムからの溶出液が試料液として所定流量でもって供給される。この質量分析装置は、イオン化室１と、質量分析室４と、その両者の間にそれぞれ隔壁で隔てられた第１中間真空室２、第２中間真空室３と、を備える。質量分析室４には四重極質量フィルタ１１及びイオン検出器１２が配設され、第１中間真空室２及び第２中間真空室３にはそれぞれ第１イオンガイド７と第２イオンガイド９とが設けられている。イオン化室１と第１中間真空室２との間は細径の脱溶媒管６を介して、第１中間真空室２と第２中間真空室３との間は極小径の通過孔を有するスキマー８を介してのみ連通している。
【００２８】
イオン化室１内は、ＥＳＩノズル５から連続的に供給される試料液の気化分子によりほぼ大気圧になっている。一方、質量分析室４内は、質量分析のためにターボ分子ポンプ１５により約１０−３〜１０−４Ｐａ程度の高真空状態まで真空排気される。このように真空度の差の大きいイオン化室１と質量分析室４との間に、イオンを通過させるための開口部を設けなければならないことから、それらの間に２つの中間真空室２、３を設け、段階的に真空度を上げるようにしている。具体的には、第１中間真空室２内はロータリポンプ１３により約１０２Ｐａ程度まで、第２中間真空室３内はターボ分子ポンプ１４により約１０−１〜１０−２Ｐａ程度まで真空排気される。
【００２９】
試料液はＥＳＩノズル５の先端から電荷を付与されつつイオン化室１内に噴霧され、その帯電液滴が周囲の大気に衝突して微細化される過程で試料分子はイオン化される。発生したイオンは微小液滴とともに、イオン化室１と第１中間真空室２との圧力差により脱溶媒管６中に引き込まれる。第１イオンガイド７は、その電場により脱溶媒管６を介してのイオンの引き込みを助けるとともに、イオンをスキマー８の通過孔近傍に収束させる。スキマー８の通過孔を通って第２中間真空室３に導入されたイオンは、第２イオンガイド９により収束及び加速された後、小孔１０を通って質量分析室４へと送られる。質量分析室４では、特定の質量（厳密には質量電荷比m/z）を有するイオンのみが四重極質量フィルタ１１の中央の長手方向の空間を通り抜け、イオン検出器１２に到達し検出される。
【００３０】
脱溶媒管６を通して第１中間真空室２内には、イオンとともに大気や気化溶媒が盛んに流れ込む。本実施例の大気圧イオン化質量分析装置では、こうした大気や気化溶媒などの不所望のガスをイオン経路から適切に除去しつつイオンを効率良く後段へと輸送するために、第１イオンガイド７として特徴的な構成の仮想ロッド四重極型イオンガイド２０を用いている。
【００３１】
次に、この仮想ロッド四重極型イオンガイド２０の詳細な構造を図２〜図６により説明する。図２はこの仮想ロッド四重極型イオンガイド２０の外観斜視図、図３はイオン光軸Ｃを含む面での仮想ロッド四重極型イオンガイド２０の一部断面図、図４は図３中のＡ−Ａ’線断面図である。この仮想ロッド四重極型イオンガイド２０は、イオン光軸Ｃ方向に互いに分離された４枚の電極素板（例えば２１ａ〜２１ｄ）から１本の仮想ロッド電極を構成し、これをイオン光軸Ｃの周りに、９０°の回転角度離して４本配設したものである。即ち、本発明において、ｍを４、ｎを２とした場合の一例である。もちろん、ｍ、ｎはこれらの値に限定されるものでないことは当然である。
【００３２】
この仮想ロッド四重極型イオンガイド２０の構成部材は、同一形状である１６枚の電極素板２１ａ〜２４ｄのほか、１２個の円筒形状のスペーサ２６、４本のねじ２７、各ねじ２７のねじ溝に螺合する４個のナット２８、１個の略円盤状のベースプレート２５、である。１枚の電極素板２１ａ〜２４ｄは、組立時にイオン光軸Ｃに向く縁端が円弧状である、略短冊形状の金属製の板状部材である。全ての電極素板２１ａ〜２４ｄには、組立時にイオン光軸Ｃから離れた部位（つまり円弧状に形成された端部とは反対側の端部に近い部位）に、後述するねじ２７の軸体の外径より若干大きな径の挿通孔が穿設されている。
【００３３】
スペーサ２６の外径は電極素板２１ａ〜２４ｄの幅よりも少し小さく、挿通孔の内径はねじ２７の軸体の外径より若干大きな径であり、厚さ（高さ）はイオン光軸Ｃ方向に隣接する電極素板の間隔に応じた適宜のサイズである。ここでは、１本の仮想ロッド電極を構成する４枚の電極素板に同一の電位を印加するものとする。そこで、スペーサ２６及びねじ２７は金属製とする。但し、例えば、イオン光軸Ｃ方向に勾配を有する直流電場を形成したい場合など、同一の仮想ロッド電極に属する異なる電極素板に異なる電圧を印加したい場合には、スペーサ２６をセラミック、合成樹脂などの絶縁体からなるものとし、ねじ２７も少なくとも電極素板と接触する部位が絶縁体で被覆された構造のものを使用すればよい。このように、スペーサ２６やねじ２７の構成材料は目的に応じて適宜に変更すればよい。一方、ベースプレート２５は例えばテフロン（登録商標）樹脂などの絶縁体からなり、所定の箇所にねじ２７の軸体が挿通されるねじ孔が穿設されている。
【００３４】
図５、図６は上記仮想ロッド四重極型イオンガイド２０の組立時に用いられる組立治具を示す図であり、図５（ａ）、（ｂ）は組み合わせて使用される第１及び第２治具の平面図、図６は第１及び第２治具を組み合わせた状態の縦断面図である。
【００３５】
組立治具は、外形が円柱形状である第１治具４０と、略円盤形状であってその円盤の中央に円柱形状の棒体５２が立設された第２治具５０と、からなる。第１治具４０は、円柱形状の中央孔４１と、中央孔４１から放射状に設けられた、イオン光軸Ｃを取り囲んで配設される４枚の電極素板の幅方向の位置を規制する角孔４２、４３、４４、４５とを、有する金属等のブロックである。一方、第２治具５０は、第１治具４０の外周に嵌合するフランジ５１を有し、中央の棒体５２の外径は電極素板の内接円の直径に設定されている。つまり、電極素板の内接円半径が相違する仮想ロッド四重極型イオンガイドを作製したい場合には、棒体５２の径が相違する第２治具５０を用いればよい。
【００３６】
上記組立治具を用いて仮想ロッド四重極型イオンガイド２０は次のような手順で組み立てられる。組立作業時には、第１治具４０と第２治具５０とは図６に示すように組み合わせて使用される。組み合わせた状態では、第２治具５０の棒体５２の周囲に、それぞれ電極素板２１とスペーサ２６とを収容するための、イオン光軸Ｃ方向に延伸する４つの空隙が形成される。第１治具４０と第２治具５０との間に、４本のねじ２７をねじ孔に挿入したベースプレート２５を挟持し、各ねじ２７の軸体がそれぞれに形成されている挿通孔に挿通するように電極素板２１とスペーサ２６とを交互に入れる。電極素板２１の幅方向（周方向）の位置は第１治具４０に設けられている角孔４２〜４５で規制され、電極素板２１の径方向の位置は第２治具５０に設けられている棒体５２に当接することで規制される。これにより、各電極素板２１はイオン光軸Ｃの周りの適切な位置に収まる。
【００３７】
所定の枚数（この例では４枚）の電極素板２１と所定個数（この例では３個）のスペーサ２６とを交互に各ねじ２７の軸体に挿入したならば、上方に突出しているねじ２７の軸体末端にナット２８を螺入して強く締め付ける。電極素板２１の周方向の位置は規制されているため、ナット２８を締め付けることで交互に積み重ねた電極素板２１とスペーサ２６とをベースプレート２５に対し固定する際にも、電極素板２１は周方向に移動しない。それによって、図２に示したような、各電極素板２１ａ〜２４ｄの円弧状縁端が正確にイオン光軸Ｃに向き、各電極素板２１ａ〜２４ｄの内接円半径が適切に、つまり設計通りに設定された状態の仮想ロッド四重極型イオンガイド２０を組み上げることができる。
【００３８】
なお、イオン光軸Ｃを挟んで対向する２本の仮想ロッド電極同士を電気的に接続するためには、例えば導電線や細い導電板を電極素板２１にハンダ付けすればよい。
【００３９】
上記のような組立治具を用いさえすれば、組立作業は容易であって、特段の知識、技能、経験などを殆ど必要としない。したがって、未熟練の作業者でも高い寸法精度で、設計通りの仮想ロッド四重極型イオンガイドを効率よく組み立てることができる。
【００４０】
仮想ロッド四重極型イオンガイド２０は、各仮想ロッド電極が電極素板２１とスペーサ２６との積み重ねにより構成され、その４本の仮想ロッド電極は該電極の一方の端部でベースプレート２５により片持ち支持される。しかもスペーサ２６の外径は電極素板２１の幅よりも小さくなっている。そのため、電極素板２１ａ〜２４ｄで囲まれる空間から径方向に外周側を見たときの開口率は非常に大きく、第１中間真空室２内で脱溶媒管６を通してイオンとともに導入された気化溶媒や大気などの不所望のガスは、電極素板２１ａ〜２４ｄで囲まれる空間から速やかに除去される。それによって、こうしたガスがイオンの透過の妨げになりにくく、イオン透過率を向上させることができる。
【００４１】
図７は上記仮想ロッド四重極型イオンガイドの効果を検証するための実験結果を示す図である。この実験は、図１に示したような構成の大気圧イオン化質量分析装置を用い、図２に示した仮想ロッド四重極型イオンガイドと図８（ｃ）、（ｄ）に示した溝有りホルダを用いた従来の仮想ロッド四重極型イオンガイドとのイオン強度の比較を行ったものである。サンプルは標準試料のＰＥＧ（ポリエチレングリコール）であり、測定対象イオンはm/z＝１６８．１の正イオンである。図７で明らかなように、本実施例で採用した仮想ロッド四重極型イオンガイド は従来構造に比べて約２倍強のイオン強度を達成できていることが分かる。
【００４２】
なお、上記実施例の大気圧イオン化質量分析装置で使用した仮想ロッド四重極型イオンガイドは、仮想ロッド電極の一端側にのみ設けたベースプレートにより仮想ロッド電極を保持する片持ち支持構造であるが、仮想ロッド電極の両端にそれぞれベースプレートを設けた両持ち支持構造としてもよいことは当然である。両持ち支持構造ではベースプレートが２枚必要でコストが掛かるものの、何らかの外力が加わったような場合でも仮想ロッド電極の曲がりや歪みが生じにくく、電場の安定性を保つことが容易である。
【００４３】
また、上記実施例の質量分析装置では、本発明の特徴である仮想ロッド多重極型イオンガイドを略大気圧であるイオン化室１の次段の中間真空室２内に配設していたが、この仮想ロッド多重極型イオンガイドは、それ以外の、イオンを収束させつつ後段に輸送する部位で利用することもできる。例えば、三連四重極型質量分析装置において、コリジョンセル内に配設される多重極イオンガイドとして上記仮想ロッド多重極型イオンガイドを用いることもできる。
【００４４】
また、それ以外にも、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加を行っても、本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施例である大気圧イオン化質量分析装置の全体構成図。
【図２】本実施例の大気圧イオン化質量分析装置で用いられる仮想ロッド四重極型イオンガイドの外観斜視図。
【図３】イオン光軸を含む面での仮想ロッド四重極型イオンガイドの一部断面図。
【図４】図３中のＡ−Ａ’線断面図。
【図５】図２の仮想ロッド四重極型イオンガイドの組立時に用いられる組立治具の平面図。
【図６】図５の組立治具を使用する状態での縦断面図。
【図７】図２の仮想ロッド四重極型イオンガイドの効果を検証するための実験結果を示す図。
【図８】従来の仮想ロッド多重極型イオンガイドの正面図（ａ）、側面図（ｂ）と、これの改良型の正面図（ｃ）、側面図（ｄ）。
【図９】従来の四重極型のイオンガイドの概略斜視図。
【符号の説明】
【００４６】
１…イオン化室
２…第１中間真空室
３…第２中間真空室
４…質量分析室
５…ＥＳＩノズル
６…脱溶媒管
７…第１イオンガイド
８…スキマー
９…第２イオンガイド
１０…小孔
１１…四重極質量フィルタ
１２…イオン検出器
１３…ロータリポンプ
１４、１５…ターボ分子ポンプ
２０…仮想ロッド四重極型イオンガイド
２１、２１ａ〜２４ｄ…電極素板
２５…ベースプレート
２７…ねじ
２６…スペーサ
２８…ナット
４０…第１治具
４１…中央孔
４２…角孔
５０…第２治具
５１…フランジ
５２…棒体
Ｃ…イオン光軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は質量分析装置に関し、さらに詳しくは、質量分析装置においてイオンを収束させつつ後段に輸送するためのイオン輸送光学系及びその組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析装置では、前段から送られて来るイオンを収束し、場合によっては加速して後段の例えば四重極質量フィルタ等の質量分析器に送り込むために、イオンレンズやイオンガイドと呼ばれるイオン輸送光学系が用いられる。こうしたイオン輸送光学系の１つとして、従来より、四重極、八重極などの多重極型のものが利用されている。図９（ａ）は一般的な四重極型のイオンガイドの概略斜視図である。
【０００３】
このイオンガイド７０は、円柱（又は円筒）形状の４本のロッド電極７１、７２、７３、７４がイオン光軸Ｃを取り囲むように互いに平行に配置された構造を有している。一般的には、イオン光軸Ｃを挟んで対向する２本のロッド電極７１と７３には同一の高周波電圧が印加され、これと周方向に隣接する２本のロッド電極７２、７４には先の高周波電圧と振幅が同一で位相が反転された高周波電圧が印加される。このように印加される高周波電圧により４本のロッド電極７１、７２、７３、７４で囲まれる空間には四重極高周波電場が形成され、この高周波電場中でイオンを振動させつつイオン光軸Ｃ付近に収束させながら後段に輸送することができる。
【０００４】
本願出願人は、イオンの収束性が良好であるという上記多重極型イオンガイドの利点を生かしつつ、イオンを加速することもできるイオン輸送光学系として、図９（ｂ）の斜視図に示すような仮想ロッド電極を用いるイオン輸送光学系を提案している（例えば特許文献１など参照）。この構成では、図９（ａ）に示した各ロッド電極７１、７２、７３、７４をそれぞれ、イオン光軸Ｃの方向に沿って並べられた複数（この図の例では４枚）の板状の電極素板７９で構成した仮想ロッド電極７５、７６、７７、７８で置き換えている。
【０００５】
この仮想ロッド多重極型のイオン輸送光学系では、１本の仮想ロッド電極７５、７６、７７、７８を構成する４枚の電極素板７９にそれぞれ異なる電圧を印加することが可能である。そこで例えば、イオンが進行する方向に段階的に増加する直流電圧を高周波電圧に重畳するように印加することにより、仮想ロッド電極７５、７６、７７、７８で囲まれる空間を通過するイオンを加速したり逆に減速させたりすることができる。さらにまた、図９（ｃ）に示すように、仮想ロッド電極を構成する電極素板７９をイオンの進行方向に段階的にイオン光軸Ｃに近づくように配置することにより、イオン流を収束させつつ徐々に絞ることもできる。
【０００６】
上述のように仮想ロッド電極を用いるイオン輸送光学系は優れた特性を持つものの、もともと１本のロッド電極で構成され得る電極が複数の電極素板に分割されていることから必然的に部品点数が増加し、組立作業や調整作業が煩雑になることが避けられない。こうした問題に対し、本願出願人は、特許文献２において、仮想ロッド電極を用いた多重極型イオンガイドの具体的な構成を提案している。
【０００７】
図８（ａ）はこの文献に開示された多重極型イオンガイドの正面図、（ｂ）は側面図である。この多重極型イオンガイドでは、１枚の電極素板８１ａ〜８４ｄは、組立完成時にイオン光軸Ｃに向く側の一縁端が円弧状とされたやや長い形状とされ、イオン光軸Ｃに直交する面内でイオン光軸Ｃを取り囲むように配置される４枚の電極素板（例えば８１ａ〜８４ａ）を１組として、４本の仮想ロッド電極を構成するべくイオン光軸Ｃ方向に並ぶ４組の電極素板、即ち、全部で１６枚の電極素板８１ａ〜８４ｄが絶縁体である合成樹脂製のホルダ８５にねじで取り付けられる。また、イオン光軸Ｃに直交する面内でイオン光軸Ｃを挟んで対向配置された、同一の電圧が印加される電極素板同士（例えば８１ａと８３ａ、８１ｂと８１ｄ）は導電線で接続される。このようにして、電極素板を含む主要な構成要素はユニット化されるため、取扱いが容易であって組立や調整の手間も軽減することができるという利点がある。
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１４９８６５号公報
【特許文献２】特開２００１−３５１５６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、例えば液体クロマトグラフから供給される試料液中の試料成分をイオン化する大気圧イオン化部の次段の中間真空室内などに上記従来構造のイオンガイドを配設した場合、イオン透過率を高めるのが困難であるという問題がある。これは次のような理由による。即ち、通常、大気圧イオン化部から次段の中間真空室へは、サンプリングコーンや加熱パイプなどのイオン導入部を通して、目的イオンのほかに多量の大気や気化溶媒などが流入する。上記構造のイオンガイドはイオン光軸の周りを絶縁性のホルダが取り囲んだ構造であるため、電極素板で囲まれる空間に導入された大気や気化溶媒はその空間から排出されにくい。つまり、中間真空室自体は真空ポンプにより真空排気されていても、電極素板で囲まれる、イオン光軸を中心とする空間内のガス圧はホルダ外側の中間真空室内のガス圧よりも高くなる。その結果、イオンは残留分子に接触する機会が多くなり、円滑な通過が阻まれることになる。
【００１０】
実際、本願発明者らの検討によっても、電極素板で囲まれる空間からその外周方向を見回した際の隙間の割合（開口率）が高いほど、イオンの透過率が高くなることが確認できている。そこで、図８（ｃ）、（ｄ）に示すように、上記構造でホルダ８５に溝８６を形成することで、ホルダ８５の一部に、その内周側と外周側とを連通する開口部を設ける試みが行われている。しかしながら、こうした対策によって開口率を上げるには限界があり、イオン透過率を大幅に改善することは難しい。
【００１１】
本発明はこうした点に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、製造時の組立の容易性などを損なうことなくイオン透過率を改善し、検出感度の向上を図ることができる仮想ロッド多重極型イオン輸送光学系を備えた質量分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために成された本発明は、イオンを収束させつつ後段へ輸送するイオン輸送光学系として、イオン光軸方向に互いに分離されたｍ（ｍは２以上の整数）枚の電極素板からなる仮想ロッド電極を、イオン光軸を取り囲むように２ｎ（ｎは２以上の整数）本配置した仮想ロッド多重極型イオン輸送光学系を具備する質量分析装置であって、
各仮想ロッド電極を構成する各電極素板の少なくともイオン光軸に向いた縁端を所定の形状に形成し、
各電極素板にあってイオン光軸から離れた部位において導電体、絶縁体又はそれらの複合体からなるスペーサを介してイオン光軸方向に隣接する電極素板同士をそれぞれ連結させることで各仮想ロッド電極を構成し、
さらに２ｎ本の仮想ロッド電極を絶縁体からなるベースに固定することで前記仮想ロッド多重極型イオン輸送光学系をユニット化したことを特徴としている。
【００１３】
イオンはイオン光軸の近傍を進むため、その挙動を制御するにはイオン光軸の近傍の電場を適切に設定すればよい。このため、電極素板はイオン光軸に向いた縁端が所定の形状に形成されていさえすれば十分である。この「所定の形状」とは、理論的に若しくは実験的に定まる形状、又は、それに近似した加工容易な形状である。一般的には、その形状は円弧状又は双曲線状である。但し、例えば電極素板縁部の形状が、先尖形状など直線を組み合わせたり角があったりする形状であっても、その縁部とイオン光軸との距離が大きければイオン光軸近傍で電場が十分に適切に設定されることもある。
【００１４】
１本の仮想ロッド電極を構成するｍ枚の電極素板に同一の電圧を印加する場合には、それらｍ枚の電極素板を互いに連結するスペーサを導電体からなるものとすればよい。これにより、その中の或る１枚の電極素板又はそれに電気的に接続された部材に電圧を印加しさえすれば、１本の仮想ロッド電極を構成するｍ枚の電極素板は同電位になる。一方、イオンを加速又は減速するために、１本の仮想ロッド電極を構成するｍ枚の電極素板の全て又は一部の電圧を異なるものとしたい場合には、それらｍ枚の電極素板を互いに連結するスペーサを絶縁体からなるものとすればよい。
【００１５】
また、２ｎ本の仮想ロッド電極はベースに固定されるが、２ｎ本の仮想ロッド電極の一方の端部でのみベースに固定される片持ち支持構造としてもよいし、２ｎ本の仮想ロッド電極の両方の端部でそれぞれ別のベースに固定される両持ち支持構造のいずれでもよい。前者であれば部品点数が少なくて済み、コストを下げることができる。一方、後者であれば、スペーサと電極素板とで構成された仮想ロッド電極の変形などが生じにくく、各電極素板の位置の精度の確保が容易である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る質量分析装置によれば、１本の仮想ロッド電極は、電極素板とスペーサとを交互に重ねることで構成され、その一方又は両方の端部でベースに固定されて一体化される。したがって、電極素板を適切な位置に保持するために電極素板の周りを被覆するように取り囲むホルダは不要になり、周方向に隣接する電極素板の間は、イオン光軸方向に広く空いた状態となる。即ち、電極素板で囲まれる空間からその外周方向を見回した際の開口率は非常に高くなり、例えばイオンとともに電極素板で囲まれる空間に導入された大気や気化溶媒などのガスは速やかに電極素板で囲まれる空間から排除される。その結果、目的イオンが不所望のガスに接触する機会が減少し、仮想ロッド電極により形成される電場の作用により、良好に収束されつつ効率良く通過して後段へと送出される。そして、イオン透過率が高まることで、検出感度の向上が期待できる。
【００１７】
また本発明に係る質量分析装置によれば、イオン光軸方向に隣接する電極素板の間隔を、安価で入手容易なスペーサの厚さにより自在に設定することができる。したがって、イオン輸送光学系の設計や製造の際に掛かる手間や時間、コストなどを節約することができる。また、イオンを輸送するために適切な電場を形成するために、電極素板はイオン光軸に向いた縁端を精度よく所定の形状にしさえすればよく、スペーサはその厚さを精度よく所定の厚さにしさえすればよい。こうした部材は比較的低コストで容易に入手することができ、イオン輸送光学系のコストの引き下げに寄与する。
【００１８】
なお、上記開口率をできるだけ高めるには、スペーサの大きさ（特にイオン光軸周りの周方向の大きさ）が小さいほうが望ましい。１つの目安として、電極素板のイオン光軸周りの周方向の幅よりもスペーサを小さくしておくとよい。
【００１９】
本発明に係る質量分析装置において、スペーサを介した電極素板の連結の方法は特に問わず、例えば接着剤などを用いて固着してもよいが、組立性や位置調整の容易性などを考慮すると、ねじやナットなどを用いた締結が好ましい。
【００２０】
そこで、本発明の一実施態様に係る質量分析装置において、各電極素板はイオン光軸から離れた部位に開口部を有し、前記スペーサは前記開口部と略同一大きさの開口部を有し、各電極素板の開口部及び各スペーサの開口部に挿通される棒状部を含む締結部材により２ｎ本の仮想ロッド電極をベースに固定する構成とするとよい。
【００２１】
さらにまた、前記締結部材は、前記棒状部を軸体とするねじと、該ねじの軸体に形成されたねじ溝に螺合するナットとを含む構成とするとよい。
【００２２】
こうした構成によれば、棒状部又はこれを軸体とするねじに電極素板やスペーサを入れることでそれらの位置の粗調整が行われるので、組立や位置の微調整が容易になる。また、分解も容易になるので、汚れた電極素板の洗浄作業などが容易になるほか、こうした部材をリサイクル、リユースするのも容易になる。
【００２３】
なお、上述したように１本の仮想ロッド電極を構成するｍ枚の電極素板を同電位にしたい場合には、棒状部（又はねじ）を導電体からなるものとすればよい。他方、１本の仮想ロッド電極を構成するｍ枚の電極素板の全て又は一部を異なる電位としたい場合には、棒状部（又はねじ）を絶縁体からなるものとするか、或いは、棒状部自体は導電体とし、異なる電位としたい電極素板に接触する箇所を絶縁体で被覆する構成とするとよい。
【００２４】
また、上記本発明に係る質量分析装置が具備する仮想ロッド多重極型イオン輸送光学系の組立方法は、
ユニット化された状態の２ｎ本の仮想ロッド電極が挿入可能であって、且つ、その挿入状態で、イオン光軸の周りに配設される２ｎ枚の電極素板の周方向の位置をそれぞれ規制するとともにそれら電極素板のイオン光軸を中心とする内接円半径をそれぞれ規制する、イオン光軸方向に延伸する所定形状の孔、が形成されたブロックである組立治具を用い、該組立治具の孔に電極素板とスペーサとを交互に入れてゆくことで各仮想ロッド電極を形成することを特徴としている。
【００２５】
上記組立治具を用いれば、組立作業者は組立治具の孔に電極素板とスペーサとを交互に入れてゆき、例えば最終的にそれらからなる仮想ロッド電極をベースに固定することで、容易に仮想ロッド多重極型イオン輸送光学系を組み上げることができる。こうした作業には特殊な知識、技能を必要とせず、作業に未熟練であっても組立・調整ミスをなくすことができる。したがって、製造コストの引き下げに有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明に係る質量分析装置の一実施例である大気圧イオン化質量分析装置を、図面を参照して説明する。図１は本実施例の大気圧イオン化質量分析装置の全体構成図である。
【００２７】
この質量分析装置の前段には液体クロマトグラフ（ＬＣ）が接続され、ＬＣのカラムからの溶出液が試料液として所定流量でもって供給される。この質量分析装置は、イオン化室１と、質量分析室４と、その両者の間にそれぞれ隔壁で隔てられた第１中間真空室２、第２中間真空室３と、を備える。質量分析室４には四重極質量フィルタ１１及びイオン検出器１２が配設され、第１中間真空室２及び第２中間真空室３にはそれぞれ第１イオンガイド７と第２イオンガイド９とが設けられている。イオン化室１と第１中間真空室２との間は細径の脱溶媒管６を介して、第１中間真空室２と第２中間真空室３との間は極小径の通過孔を有するスキマー８を介してのみ連通している。
【００２８】
イオン化室１内は、ＥＳＩノズル５から連続的に供給される試料液の気化分子によりほぼ大気圧になっている。一方、質量分析室４内は、質量分析のためにターボ分子ポンプ１５により約１０−３〜１０−４Ｐａ程度の高真空状態まで真空排気される。このように真空度の差の大きいイオン化室１と質量分析室４との間に、イオンを通過させるための開口部を設けなければならないことから、それらの間に２つの中間真空室２、３を設け、段階的に真空度を上げるようにしている。具体的には、第１中間真空室２内はロータリポンプ１３により約１０２Ｐａ程度まで、第２中間真空室３内はターボ分子ポンプ１４により約１０−１〜１０−２Ｐａ程度まで真空排気される。
【００２９】
試料液はＥＳＩノズル５の先端から電荷を付与されつつイオン化室１内に噴霧され、その帯電液滴が周囲の大気に衝突して微細化される過程で試料分子はイオン化される。発生したイオンは微小液滴とともに、イオン化室１と第１中間真空室２との圧力差により脱溶媒管６中に引き込まれる。第１イオンガイド７は、その電場により脱溶媒管６を介してのイオンの引き込みを助けるとともに、イオンをスキマー８の通過孔近傍に収束させる。スキマー８の通過孔を通って第２中間真空室３に導入されたイオンは、第２イオンガイド９により収束及び加速された後、小孔１０を通って質量分析室４へと送られる。質量分析室４では、特定の質量（厳密には質量電荷比m/z）を有するイオンのみが四重極質量フィルタ１１の中央の長手方向の空間を通り抜け、イオン検出器１２に到達し検出される。
【００３０】
脱溶媒管６を通して第１中間真空室２内には、イオンとともに大気や気化溶媒が盛んに流れ込む。本実施例の大気圧イオン化質量分析装置では、こうした大気や気化溶媒などの不所望のガスをイオン経路から適切に除去しつつイオンを効率良く後段へと輸送するために、第１イオンガイド７として特徴的な構成の仮想ロッド四重極型イオンガイド２０を用いている。
【００３１】
次に、この仮想ロッド四重極型イオンガイド２０の詳細な構造を図２〜図６により説明する。図２はこの仮想ロッド四重極型イオンガイド２０の外観斜視図、図３はイオン光軸Ｃを含む面での仮想ロッド四重極型イオンガイド２０の一部断面図、図４は図３中のＡ−Ａ’線断面図である。この仮想ロッド四重極型イオンガイド２０は、イオン光軸Ｃ方向に互いに分離された４枚の電極素板（例えば２１ａ〜２１ｄ）から１本の仮想ロッド電極を構成し、これをイオン光軸Ｃの周りに、９０°の回転角度離して４本配設したものである。即ち、本発明において、ｍを４、ｎを２とした場合の一例である。もちろん、ｍ、ｎはこれらの値に限定されるものでないことは当然である。
【００３２】
この仮想ロッド四重極型イオンガイド２０の構成部材は、同一形状である１６枚の電極素板２１ａ〜２４ｄのほか、１２個の円筒形状のスペーサ２６、４本のねじ２７、各ねじ２７のねじ溝に螺合する４個のナット２８、１個の略円盤状のベースプレート２５、である。１枚の電極素板２１ａ〜２４ｄは、組立時にイオン光軸Ｃに向く縁端が円弧状である、略短冊形状の金属製の板状部材である。全ての電極素板２１ａ〜２４ｄには、組立時にイオン光軸Ｃから離れた部位（つまり円弧状に形成された端部とは反対側の端部に近い部位）に、後述するねじ２７の軸体の外径より若干大きな径の挿通孔が穿設されている。
【００３３】
スペーサ２６の外径は電極素板２１ａ〜２４ｄの幅よりも少し小さく、挿通孔の内径はねじ２７の軸体の外径より若干大きな径であり、厚さ（高さ）はイオン光軸Ｃ方向に隣接する電極素板の間隔に応じた適宜のサイズである。ここでは、１本の仮想ロッド電極を構成する４枚の電極素板に同一の電位を印加するものとする。そこで、スペーサ２６及びねじ２７は金属製とする。但し、例えば、イオン光軸Ｃ方向に勾配を有する直流電場を形成したい場合など、同一の仮想ロッド電極に属する異なる電極素板に異なる電圧を印加したい場合には、スペーサ２６をセラミック、合成樹脂などの絶縁体からなるものとし、ねじ２７も少なくとも電極素板と接触する部位が絶縁体で被覆された構造のものを使用すればよい。このように、スペーサ２６やねじ２７の構成材料は目的に応じて適宜に変更すればよい。一方、ベースプレート２５は例えばテフロン（登録商標）樹脂などの絶縁体からなり、所定の箇所にねじ２７の軸体が挿通されるねじ孔が穿設されている。
【００３４】
図５、図６は上記仮想ロッド四重極型イオンガイド２０の組立時に用いられる組立治具を示す図であり、図５（ａ）、（ｂ）は組み合わせて使用される第１及び第２治具の平面図、図６は第１及び第２治具を組み合わせた状態の縦断面図である。
【００３５】
組立治具は、外形が円柱形状である第１治具４０と、略円盤形状であってその円盤の中央に円柱形状の棒体５２が立設された第２治具５０と、からなる。第１治具４０は、円柱形状の中央孔４１と、中央孔４１から放射状に設けられた、イオン光軸Ｃを取り囲んで配設される４枚の電極素板の幅方向の位置を規制する角孔４２、４３、４４、４５とを、有する金属等のブロックである。一方、第２治具５０は、第１治具４０の外周に嵌合するフランジ５１を有し、中央の棒体５２の外径は電極素板の内接円の直径に設定されている。つまり、電極素板の内接円半径が相違する仮想ロッド四重極型イオンガイドを作製したい場合には、棒体５２の径が相違する第２治具５０を用いればよい。
【００３６】
上記組立治具を用いて仮想ロッド四重極型イオンガイド２０は次のような手順で組み立てられる。組立作業時には、第１治具４０と第２治具５０とは図６に示すように組み合わせて使用される。組み合わせた状態では、第２治具５０の棒体５２の周囲に、それぞれ電極素板２１とスペーサ２６とを収容するための、イオン光軸Ｃ方向に延伸する４つの空隙が形成される。第１治具４０と第２治具５０との間に、４本のねじ２７をねじ孔に挿入したベースプレート２５を挟持し、各ねじ２７の軸体がそれぞれに形成されている挿通孔に挿通するように電極素板２１とスペーサ２６とを交互に入れる。電極素板２１の幅方向（周方向）の位置は第１治具４０に設けられている角孔４２〜４５で規制され、電極素板２１の径方向の位置は第２治具５０に設けられている棒体５２に当接することで規制される。これにより、各電極素板２１はイオン光軸Ｃの周りの適切な位置に収まる。
【００３７】
所定の枚数（この例では４枚）の電極素板２１と所定個数（この例では３個）のスペーサ２６とを交互に各ねじ２７の軸体に挿入したならば、上方に突出しているねじ２７の軸体末端にナット２８を螺入して強く締め付ける。電極素板２１の周方向の位置は規制されているため、ナット２８を締め付けることで交互に積み重ねた電極素板２１とスペーサ２６とをベースプレート２５に対し固定する際にも、電極素板２１は周方向に移動しない。それによって、図２に示したような、各電極素板２１ａ〜２４ｄの円弧状縁端が正確にイオン光軸Ｃに向き、各電極素板２１ａ〜２４ｄの内接円半径が適切に、つまり設計通りに設定された状態の仮想ロッド四重極型イオンガイド２０を組み上げることができる。
【００３８】
なお、イオン光軸Ｃを挟んで対向する２本の仮想ロッド電極同士を電気的に接続するためには、例えば導電線や細い導電板を電極素板２１にハンダ付けすればよい。
【００３９】
上記のような組立治具を用いさえすれば、組立作業は容易であって、特段の知識、技能、経験などを殆ど必要としない。したがって、未熟練の作業者でも高い寸法精度で、設計通りの仮想ロッド四重極型イオンガイドを効率よく組み立てることができる。
【００４０】
仮想ロッド四重極型イオンガイド２０は、各仮想ロッド電極が電極素板２１とスペーサ２６との積み重ねにより構成され、その４本の仮想ロッド電極は該電極の一方の端部でベースプレート２５により片持ち支持される。しかもスペーサ２６の外径は電極素板２１の幅よりも小さくなっている。そのため、電極素板２１ａ〜２４ｄで囲まれる空間から径方向に外周側を見たときの開口率は非常に大きく、第１中間真空室２内で脱溶媒管６を通してイオンとともに導入された気化溶媒や大気などの不所望のガスは、電極素板２１ａ〜２４ｄで囲まれる空間から速やかに除去される。それによって、こうしたガスがイオンの透過の妨げになりにくく、イオン透過率を向上させることができる。
【００４１】
図７は上記仮想ロッド四重極型イオンガイドの効果を検証するための実験結果を示す図である。この実験は、図１に示したような構成の大気圧イオン化質量分析装置を用い、図２に示した仮想ロッド四重極型イオンガイドと図８（ｃ）、（ｄ）に示した溝有りホルダを用いた従来の仮想ロッド四重極型イオンガイドとのイオン強度の比較を行ったものである。サンプルは標準試料のＰＥＧ（ポリエチレングリコール）であり、測定対象イオンはm/z＝１６８．１の正イオンである。図７で明らかなように、本実施例で採用した仮想ロッド四重極型イオンガイド は従来構造に比べて約２倍強のイオン強度を達成できていることが分かる。
【００４２】
なお、上記実施例の大気圧イオン化質量分析装置で使用した仮想ロッド四重極型イオンガイドは、仮想ロッド電極の一端側にのみ設けたベースプレートにより仮想ロッド電極を保持する片持ち支持構造であるが、仮想ロッド電極の両端にそれぞれベースプレートを設けた両持ち支持構造としてもよいことは当然である。両持ち支持構造ではベースプレートが２枚必要でコストが掛かるものの、何らかの外力が加わったような場合でも仮想ロッド電極の曲がりや歪みが生じにくく、電場の安定性を保つことが容易である。
【００４３】
また、上記実施例の質量分析装置では、本発明の特徴である仮想ロッド多重極型イオンガイドを略大気圧であるイオン化室１の次段の中間真空室２内に配設していたが、この仮想ロッド多重極型イオンガイドは、それ以外の、イオンを収束させつつ後段に輸送する部位で利用することもできる。例えば、三連四重極型質量分析装置において、コリジョンセル内に配設される多重極イオンガイドとして上記仮想ロッド多重極型イオンガイドを用いることもできる。
【００４４】
また、それ以外にも、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加を行っても、本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施例である大気圧イオン化質量分析装置の全体構成図。
【図２】本実施例の大気圧イオン化質量分析装置で用いられる仮想ロッド四重極型イオンガイドの外観斜視図。
【図３】イオン光軸を含む面での仮想ロッド四重極型イオンガイドの一部断面図。
【図４】図３中のＡ−Ａ’線断面図。
【図５】図２の仮想ロッド四重極型イオンガイドの組立時に用いられる組立治具の平面図。
【図６】図５の組立治具を使用する状態での縦断面図。
【図７】図２の仮想ロッド四重極型イオンガイドの効果を検証するための実験結果を示す図。
【図８】従来の仮想ロッド多重極型イオンガイドの正面図（ａ）、側面図（ｂ）と、これの改良型の正面図（ｃ）、側面図（ｄ）。
【図９】従来の四重極型のイオンガイドの概略斜視図。
【符号の説明】
【００４６】
１…イオン化室
２…第１中間真空室
３…第２中間真空室
４…質量分析室
５…ＥＳＩノズル
６…脱溶媒管
７…第１イオンガイド
８…スキマー
９…第２イオンガイド
１０…小孔
１１…四重極質量フィルタ
１２…イオン検出器
１３…ロータリポンプ
１４、１５…ターボ分子ポンプ
２０…仮想ロッド四重極型イオンガイド
２１、２１ａ〜２４ｄ…電極素板
２５…ベースプレート
２７…ねじ
２６…スペーサ
２８…ナット
４０…第１治具
４１…中央孔
４２…角孔
５０…第２治具
５１…フランジ
５２…棒体
Ｃ…イオン光軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンを収束させつつ後段へ輸送するイオン輸送光学系として、イオン光軸方向に互いに分離されたｍ（ｍは２以上の整数）枚の電極素板からなる仮想ロッド電極を、イオン光軸を取り囲むように２ｎ（ｎは２以上の整数）本配置した仮想ロッド多重極型イオン輸送光学系を具備する質量分析装置であって、
各仮想ロッド電極を構成する各電極素板の少なくともイオン光軸に向いた縁端を所定の形状に形成し、
各電極素板にあってイオン光軸から離れた部位において導電体、絶縁体又はそれらの複合体からなるスペーサを介してイオン光軸方向に隣接する電極素板同士をそれぞれ連結させることで各仮想ロッド電極を構成し、
さらに２ｎ本の仮想ロッド電極を絶縁体からなるベースに固定することで前記仮想ロッド多重極型イオン輸送光学系をユニット化したことを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の質量分析装置であって、
各電極素板はイオン光軸から離れた部位に開口部を有し、前記スペーサは前記開口部と略同一大きさの開口部を有し、各電極素板の開口部及び各スペーサの開口部に挿通される棒状部を含む締結部材により２ｎ本の仮想ロッド電極をベースに固定することを特徴とする質量分析装置。
【請求項３】
請求項２に記載の質量分析装置であって、
前記締結部材は、前記棒状部を軸体とするねじと、該ねじの軸体に形成されたねじ溝に螺合するナットとを含むことを特徴とする質量分析装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の質量分析装置が具備する仮想ロッド多重極型イオン輸送光学系の組立方法であって、
ユニット化された状態の２ｎ本の仮想ロッド電極が挿入可能であって、且つ、その挿入状態で、イオン光軸の周りに配設される２ｎ枚の電極素板の周方向の位置をそれぞれ規制するとともにそれら電極素板のイオン光軸を中心とする内接円半径をそれぞれ規制する、イオン光軸方向に延伸する所定形状の孔、が形成されたブロックである組立治具を用い、
該組立治具の孔に電極素板とスペーサとを交互に入れてゆくことで各仮想ロッド電極を形成することを特徴とするイオン輸送光学系の組立方法。
【請求項１】
イオンを収束させつつ後段へ輸送するイオン輸送光学系として、イオン光軸方向に互いに分離されたｍ（ｍは２以上の整数）枚の電極素板からなる仮想ロッド電極を、イオン光軸を取り囲むように２ｎ（ｎは２以上の整数）本配置した仮想ロッド多重極型イオン輸送光学系を具備する質量分析装置であって、
各仮想ロッド電極を構成する各電極素板の少なくともイオン光軸に向いた縁端を所定の形状に形成し、
各電極素板にあってイオン光軸から離れた部位において導電体、絶縁体又はそれらの複合体からなるスペーサを介してイオン光軸方向に隣接する電極素板同士をそれぞれ連結させることで各仮想ロッド電極を構成し、
さらに２ｎ本の仮想ロッド電極を絶縁体からなるベースに固定することで前記仮想ロッド多重極型イオン輸送光学系をユニット化したことを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の質量分析装置であって、
各電極素板はイオン光軸から離れた部位に開口部を有し、前記スペーサは前記開口部と略同一大きさの開口部を有し、各電極素板の開口部及び各スペーサの開口部に挿通される棒状部を含む締結部材により２ｎ本の仮想ロッド電極をベースに固定することを特徴とする質量分析装置。
【請求項３】
請求項２に記載の質量分析装置であって、
前記締結部材は、前記棒状部を軸体とするねじと、該ねじの軸体に形成されたねじ溝に螺合するナットとを含むことを特徴とする質量分析装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の質量分析装置が具備する仮想ロッド多重極型イオン輸送光学系の組立方法であって、
ユニット化された状態の２ｎ本の仮想ロッド電極が挿入可能であって、且つ、その挿入状態で、イオン光軸の周りに配設される２ｎ枚の電極素板の周方向の位置をそれぞれ規制するとともにそれら電極素板のイオン光軸を中心とする内接円半径をそれぞれ規制する、イオン光軸方向に延伸する所定形状の孔、が形成されたブロックである組立治具を用い、
該組立治具の孔に電極素板とスペーサとを交互に入れてゆくことで各仮想ロッド電極を形成することを特徴とするイオン輸送光学系の組立方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１１３９４４（Ｐ２０１０−１１３９４４Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８５３９０（Ｐ２００８−２８５３９０）
【出願日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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