(57)【要約】      （修正有）【課題】真空容器内部で、圧力の影響を受けにくい効率的なイオン化を実現する質量分析装置を提供する。【解決手段】真空容器２１と、真空容器２１の内部に配置された、平板状電極２３３、２３４、２３５、２３６により構成され、一部を面放出型の電子放出素子３００とした、イオントラップ２３に於いて、面状電子放出素子３００から放出された電子により試料をイオン化し、真空容器２１内部の圧力を０．１Ｐａ以上となる様に排気可能とする。【選択図】図２
2020136033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、
前記真空容器の内部に配置された、イオントラップおよび面放出型の電子放出素子と、
を備える質量分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の質量分析装置において、
前記真空容器の内部に導入された試料に、前記電子放出素子から出射された電子を照射することにより、前記試料をイオン化する質量分析装置。
【請求項３】
請求項２に記載の質量分析装置において、
前記電子放出素子は、前記イオントラップの外部に配置され、
前記イオントラップの外部において、前記試料に前記電子放出素子から出射された電子が照射される質量分析装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の質量分析装置において、
前記電子放出素子は、前記イオントラップの電極の少なくとも一部を構成する質量分析装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の質量分析装置において、
前記イオントラップは、平板状の電極により構成されている質量分析装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項に記載の質量分析装置において、
前記真空容器の内部の圧力が０．１Ｐａ以上となる質量分析装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一項に記載の質量分析装置において、
前記真空容器と排気可能に接続されるロータリーポンプ、スクロールポンプまたはダイヤフラムポンプを備える質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高い分析精度を誇る高額な質量分析装置では、イオントラップはミクロンオーダーの高い機械精度で製作された双曲面形状の電極群から構成される。試料分子は、装置外部の大気圧下もしくは装置内部の真空中でもイオントラップの外部でイオン化され、イオン化された試料分子がイオントラップに導入されて捕捉、分析される。また、残留ガスによる悪影響を防ぐため、高価で高性能なターボ分子ポンプが使われる。
【０００３】
一方、低価格で可搬性を有する小型質量分析装置では、イオントラップは、電極も平板や円筒で簡略されており、排気系もスクロールポンプなど比較的廉価なモノが使われている。このため、真空度も低い（装置内部の圧力が高い）。非特許文献１では、このような条件下で、イオントラップの外部に配置された電子銃から出射された電子を、イオントラップ内の試料に照射することにより、試料をイオン化する構成が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Gao L, Song Q, Noll RJ, Duncan J, Cooks RG, Ouyang Z. "Glow discharge electron impact ionization source for miniature mass spectrometers" Journal of mass spectrometry,（英国）, Wiley, 2007年5月、Volume 42, Issue 5, pp.675-680
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、イオントラップはイオンを保持する必要があるため、電子の導入口を狭くする必要があり、また、可搬性を有する質量分析装置では圧力が高く強電界またはフィラメントを用いることができない等、設計上の制約により効率よく試料をイオン化できない場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様は、真空容器と、前記真空容器の内部に配置された、イオントラップおよび面放出型の電子放出素子と、を備える質量分析装置に関する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、真空容器に導入された試料に対し、圧力の影響を受けにくく効率のよいイオン化を行う等、質量分析において電子放出素子の特性を生かした制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１（Ａ）は、一実施形態の質量分析装置の構成を示す概念図であり、図１（Ｂ）は、イオントラップを示す概念図である。
【図２】図２は、電子放出素子によるイオン化を模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、電子放出素子を示す断面図である。
【図４】図４は、一実施形態の質量分析方法の流れを示すフローチャートである。
【図５】図５は、変形例におけるイオントラップを模式的に示す断面図である。
【図６】図６は、変形例の質量分析装置を模式的に示す断面図である。
【図７】図７は、変形例の質量分析方法の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
【００１０】
−第１実施形態−
図１（Ａ）は、本実施形態の質量分析装置の構成を示す概念図である。質量分析装置１は、測定部１００と、情報処理部４０とを備える。測定部１００は、試料Ｓを質量分析装置１に導入する試料導入部１０と、真空容器２１と、排気口２２と、試料Ｓのイオン化により生成された試料イオンＳｉを保持するイオントラップ２３と、検出部２４と、真空ポンプ３０とを備える。
【００１１】
試料導入部１０は、試料Ｓが格納される不図示の試料室と、試料導入口１１とを備える。試料Ｓは、気相、液相、固相のいずれでもよい。質量分析装置１のユーザー（以下、単にユーザーと呼ぶ）は試料Ｓを試料室に導入する。試料導入部１０は、試料室に導入された試料Ｓが液相または固相の場合には、不図示のヒーターによる加熱等により必要に応じて試料Ｓを気化させ、試料導入口１１に導入する。ユーザーによる試料導入部１０への試料Ｓの導入を矢印Ａ１で模式的に示した。
【００１２】
試料導入口１１は、その第１端が試料導入部１０に、その第２端が真空容器２１の内部に、試料Ｓが移動可能に接続されている管である。試料導入口１１への試料Ｓの導入は、不図示の弁の開閉等により制御され、試料導入部１０と真空容器２１の内部との圧力差により試料Ｓは真空容器２１の内部へと移動し、イオントラップ２３の内部に導入される（矢印Ａ２）。
【００１３】
真空容器２１は、内部にイオントラップ２３および検出部２４を備え、真空容器２１の内部の気体が排気可能な態様で排気口２２と接続されている。排気口２２は、真空ポンプ３０と排気可能に接続されている。真空ポンプ３０は、ロータリーポンプ、スクロールポンプ、またはダイヤフラムポンプ等の真空ポンプである。質量分析装置１が、ユーザーにより持ち運び可能な可搬性を有する場合、これらの真空ポンプは質量分析装置１をコンパクトに構成できるため好適である。図１（Ａ）では、真空容器２１の内部の気体が排出される点を矢印Ａ３で模式的に示した。
【００１４】
質量分析装置１は、真空容器２１の内部の圧力が０．１Ｐａ以上または、１Ｐａ以上となる状態で分析が行われる。従来の質量分析装置をこのような圧力で動作させる場合、効率のよいイオン化が難しかった。しかし、本実施形態では、後述の電子放出素子を用いたイオン化は圧力の影響を受けにくいため、上記圧力でも好適に行うことができる。あまり圧力が高いと、電子または試料イオンＳｉ等の平均自由行程が短くなり分析が難しくなるため、真空容器２１の内部の圧力は１００Ｐａ以下で分析が行われることが好ましい。
【００１５】
同様の観点から、真空ポンプ３０の排気速度は、１００Ｌ／ｍｉｎ以下、または６０Ｌ／ｍｉｎ以下とすることができる。従来、このような真空ポンプでは真空容器２１の圧力が高くなってしまい効率の良いイオン化が難しかったが、本実施形態では、好適にイオン化を行うことができる。あまり圧力が高いと、上記平均自由行程が短くなり分析が難しくなるため、真空ポンプ３０の排気速度は、１０Ｌ／ｍｉｎ以上が好ましく、２０Ｌ／ｍｉｎ以上がより好ましい。
なお、質量分析装置１は、０．１Ｐａ未満の圧力で動作するものとしてもよい。あるいは、真空ポンプ３０の排気速度は１００Ｌ／ｍｉｎを超えてもよい。真空ポンプ３０が構成する真空排気系の態様は特に限定されず、例えば、ターボ分子ポンプ等の１０−２Ｐａ以下の高真空が実現可能なポンプとその補助ポンプとによりこの真空排気系を構成してもよい。
【００１６】
イオントラップ２３は、イオントラップ２３の内部に導入された試料Ｓをイオン化して試料イオンＳｉを生成する。イオントラップ２３は、生成された試料イオンＳｉを保持し、イオントラップ２３の外部へと試料イオンＳｉを出射する。イオントラップ２３に印加される電圧により制御された異なるｍ／ｚを有する複数の試料イオンＳｉを異なる時間に出射することにより質量分離が行われる。イオントラップ２３については、後に詳述する。イオントラップ２３から出射された試料イオンＳｉは、検出部２４に導入される（矢印Ａ４）。
なお、質量分析装置１は、イオントラップ２３の他にも、１または複数の任意の種類の質量分析器を備えることができる。また、イオントラップ２３を利用した質量分離の方法は特に限定されず、例えば、イオントラップ２３から質量分離せずに試料イオンＳｉを出射した後、飛行時間型質量分析器により質量分離して検出してもよい。
【００１７】
検出部２４は、ファラデーカップ等のイオン検出器を備え、質量分離された試料イオンＳｉを検出する。各時刻において得られた検出信号の大きさについてのデータ（以下、測定データと呼ぶ）は、不図示のＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換された後、情報処理部４０へ出力される（矢印Ａ５）。例えば、ファラデーカップにより試料イオンＳｉが検出された場合、得られた各時刻の電流値が不図示の電流／電圧変換器により電圧値に変換され、その後Ａ／Ｄ変換によりデジタル信号となって出力される。
【００１８】
情報処理部４０は、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと呼ぶ）等の情報処理装置を備える。情報処理部４０は、ＣＰＵ等を含む処理装置により、測定部１００の制御、測定データの解析等の処理を行う。測定データの解析の方法は特に限定されず、情報処理部４０は、マススペクトルに対応するデータを作成したり、特定のｍ／ｚに対応する検出信号の大きさに基づいて試料Ｓにおける当該ｍ／ｚを有する分子の量等を算出することができる。また、情報処理部４０は、マウス、キーボードおよびタッチパネル等の入力装置を備え、上記処理装置は、当該入力装置を介しユーザーからの入力を受け付ける。さらに、情報処理部４０は、液晶モニタ等の表示装置を備え、上記処理装置は、当該表示装置に解析で得られた情報等を表示する。
なお、情報処理部４０は、測定部１００と一体になった一つの装置として構成してもよい。
【００１９】
（イオントラップ２３の構成）
図１（Ｂ）は、イオントラップ２３を模式的に示す斜視図である。試料イオンＳｉの入射方向に沿ってｘ軸をとり、当該入射方向に垂直な試料イオンＳｉの出射方向に沿ってｚ軸をとり、ｘ軸とｚ軸に垂直な方向に沿ってｙ軸を設定した（座標軸８参照）。
【００２０】
イオントラップ２３は、それぞれ平板状の形状を有する第１電極２３１、第２電極２３２、第３電極２３３、第４電極２３４、第５電極２３５および第６電極２３６を備える。第１電極２３１と第２電極２３２とはｙｚ平面に略平行に、互いに向かい合って配置されている。第３電極２３３と第４電極２３４とはｚｘ平面に略平行に、互いに向かい合って配置されている。第５電極２３５と第６電極２３６とはｘｙ平面に略平行に、互いに向かい合って配置されている。
【００２１】
第１電極２３１、第２電極２３２、第３電極２３３、第４電極２３４、第５電極２３５および第６電極２３６で囲まれた内部の空間Ｖ１に試料イオンＳｉが保持される。第１電極２３１および第２電極２３２には、不図示の直流電源から直流電圧が印加される。この直流電圧は、検出する試料イオンＳｉが陽イオンの場合、第３電極２３３，第４電極２３４，第５電極２３５および第６電極２３６の電圧の平均的な電圧よりも数十Ｖ等高い電圧に設定される。この直流電圧は、検出する試料イオンＳｉが陰イオンの場合、上記平均的な電圧よりも数十Ｖ等低い電圧に設定される。これにより、第１電極２３１および第２電極２３２は、試料イオンＳｉを空間Ｖ１に保持されやすくする押し戻し電極として機能する。
【００２２】
第３電極２３３、第４電極２３４、第５電極２３５および第６電極２３６には、不図示の交流電源から交流電圧が印加される。この交流電圧により試料イオンＳｉが空間Ｖにおいて周期的に移動することで試料イオンＳｉが空間Ｖ１に保持されるよう、各電極に印加される電圧の振幅および位相が調整される。例えば、互いに向かい合う第３電極２３３および第４電極２３４との間の距離、ならびに、互いに向かい合う第５電極２３５および第６電極２３６の間の距離を６〜１２ｍｍ等とし、印加される交流電圧の周波数を０．５〜１０ＭＨｚとし、この交流電圧の振幅を５００Ｖ〜２ｋＶ等と設定することができる。
【００２３】
第３電極２３３は、電子を出射する平板状の電子放出素子３００を含んで構成されている。電子放出素子３００の構成は後に詳述する。試料導入部１０から真空容器２１の内部に導入された試料Ｓは、第１電極２３１に形成された開口部２３１ｉを通ってイオントラップ２３の内部に導入される（矢印Ａ２）。イオントラップ２３に導入された試料Ｓは電子放出素子３００から出射された電子が照射されて試料イオンＳｉとなる。試料イオンＳｉは、試料イオンＳｉと反対の極性の電圧が第６電極２３６に印加される等により、第６電極２３６に形成されたスリット２３６ｏから出射される（矢印Ａ４）。
なお、試料イオンＳｉをイオントラップ２３に導入、またはイオントラップ２３から出射するための開口部の態様および位置は特に限定されない。例えば、スリット２３６ｏは、第２電極２３２、第４電極２３４または第５電極２３５等に配置することができる。
【００２４】
図２は、電子放出素子３００によるイオン化を模式的に示す真空容器２１の断面図である。図２では、イオントラップ２３を構成する電極のうち、第３電極２３３、第４電極２３４、第５電極２３５および第６電極２３６を示し、第１電極２３１および第２電極２３２は図示を省略した。真空容器２１のイオントラップ２３に導入された試料Ｓに、イオントラップ２３の第３電極２３３を構成する電子放出素子３００からの電子が照射される。後述の電子加速層３２０で加速された電子と試料Ｓに含まれる分子との衝突により、当該分子はイオン化される。イオントラップの外部から導入口を通ってイオントラップの内部に電子が導入される従来の方法では、導入口の大きさ等によりイオン化の効率が制約を受ける場合があったが、本実施形態のイオン化の方法では、そのような制約を受けない。
【００２５】
（電子放出素子の構成）
電子放出素子３００は、電子放出素子３００の内部で加速された電子を表面から放出する面放出型の電子放出素子である。
【００２６】
図３は、電子放出素子３００の構成を模式的に示す断面図である。電子放出素子３００は、基板電極３１０と、電子加速層３２０と、放出面側電極３３０とを備える。電子放出素子３００は、電子放出面３３１を主面とし、電子放出面３３１の側から順に、放出面側電極３３０の層、電子加速層３２０および基板電極３１０の層が形成されている平板状の形状を有する。
【００２７】
質量分析装置１は、ターボ分子ポンプ等の高真空で動作する質量分析装置と比較し、それほど高い分析の精度は要求されない。従って、イオントラップ２３を平板状で構成しても弊害は少ない。従って、平板状の電子放出素子３００は、この観点からも質量分析装置１に好適である。
【００２８】
基板電極３１０は、金属等の導電性を有する物質を含む平板状の層である。基板電極３１０は、例えばステンレス基板からなる。
【００２９】
電子加速層３２０は、絶縁体およびこの絶縁体の内部に分散された導電体を含む平板状の層である。電子加速層３２０の厚さは、基板電極３１０と放出面側電極３３０との間に印加される電圧や電子加速層３２０の抵抗により適宜調整される。電子加速層３２０の抵抗は、絶縁体中の導電体の割合等により調整することができる。
【００３０】
電子加速層３２０の一例としては、絶縁体としてケイ素の化合物のうち、ケイ素にヒドロキシ基が直接結びついたもの（Ｒ３Ｓｉ−ＯＨ）（ここでのＳｉはケイ素）を縮合重合したシリコーン樹脂が用いられ、導電体として金、銀、白金またはパラジウム等の金属微粒子が用いられる。金属微粒子の平均径は５ｎｍ〜１０ｎｍ等とすることができる。電子加速層の厚さは、０．３〜２．０μｍ等とすることができる。
【００３１】
放出面側電極３３０は、導電性を有する材質を含む平板状の層であり、電子を加速するための電圧が印加可能であればその材質は特に限定されない。放出面側電極３３０は、電子を効率よく透過させるため、上記電圧が印加可能な条件下でより薄いことが好ましい。放出面側電極３３０の厚さは、例えば、数十ｎｍ等にすることができる。
【００３２】
電子放出素子３００では、素子内部の電子加速層３２０において加速された電子が放出されるため、熱電子生成のためにフィラメントを高温にしたり、電界電子放出のように素子外部に強電界を形成する必要がない。従って、フィラメントが酸化により焼き切れたり、強電界により生成される陽イオンやオゾンによる素子の損傷が起きず、０．１Ｐａ以上の圧力下で好適にイオン化を行うことができる。
【００３３】
電子放出素子３００の好適な例としては、日本国特開２０１４−７１２８号またはＩｗａｍａｔｓｕらの論文（Iwamatsu T, Hirakawa H, Yamamoto H. "Novel Charging System by Electron Emission Device in the Atmosphere" NIHON GAZO GAKKAISHI （Journal of the Imaging Society of Japan,（日本）, 日本画像学会, 2017年1月、Volume 56, Issue 1, pp.16-23）に記載のものが含まれる。
【００３４】
電子放出素子３００には、上述のイオントラップ２３内部のイオンの制御のための電圧が放出面側電極３３０に印加される他、基板電極３１０と放出面側電極３３０との間に、電圧電源からなる電圧印加部５０から電子放出のための電圧が印加される。この電圧は直流電圧でも交流電圧でもよい。電圧印加部５０は、例えば、基板電極３１０に対して放出面側電極３３０の電圧が＋数Ｖ〜＋数十Ｖ等になるように電圧を印加する。これにより電子放出素子３００から電子を放出することができ、放出された電子と試料Ｓとの衝突により試料Ｓをイオン化することができる。
【００３５】
（電子放出素子の製造方法）
電子放出素子３００は、例えば電子加速層３２０の絶縁体をシリコーン樹脂、導電体を銀微粒子とする場合、以下のような方法で製造することができる。平均径が５ｎｍ等の銀微粒子が分散されたトルエン溶媒をシリコーン樹脂に分散させ分散液が得られる。この分散液をスピンコート法、ドクターブレード法、スプレー法、ディッピング法等により基板電極３１０の上に１μｍ等の厚さで塗布し成膜させ電子加速層３２０が形成される。形成された電子加速層３２０の上に、２０〜４０ｎｍ等の厚さの金電極の薄膜がスパッタ法により形成される。
【００３６】
（質量分析方法）
図４は、本実施形態に係る質量分析方法の流れを示すフローチャートである。この質量分析方法は、情報処理部４０の処理装置が主体となって実行される。ステップＳ１００１において、試料導入部１０は、真空容器２１およびイオントラップ２３の内部に試料Ｓを導入する。ステップＳ１００１が終了したら、ステップＳ１００３が開始される。
【００３７】
ステップＳ１００３において、イオントラップ２３の内部にある試料Ｓに向けて、電子放出素子３００が電子を出射し、試料イオンＳｉを生成する。ステップＳ１００３が終了したら、ステップＳ１００５が開始される。ステップＳ１００５において、イオントラップ２３は、生成された試料イオンＳｉを質量分離する。ステップＳ１００５が終了したら、ステップＳ１００７が開始される。
【００３８】
ステップＳ１００７において、検出部２４は、質量分離された試料イオンＳｉの検出を行う。ステップＳ１００７が終了したら、ステップＳ１００９が開始される。ステップＳ１００９において、情報処理部４０は、試料イオンＳｉの検出により得られた測定データを解析する。ステップＳ１００９が終了したら、ステップＳ１０１１が開始される。
【００３９】
ステップＳ１０１１において、情報処理部４０は、測定データの解析により得られた情報を不図示の表示装置に表示する。ステップＳ１０１１が終了したら、処理が終了される。
【００４０】
次のような変形も本発明の範囲内であり、上述の実施形態と組み合わせることが可能である。以下の変形例において、上述の実施形態と同様の構造、機能を示す部位等に関しては、同一の符号で参照し、適宜説明を省略する。
（変形例１）
上述の実施形態では、試料導入部１０から真空容器２１およびイオントラップ２３に試料Ｓが導入される構成とした。しかし、質量分析装置１は、ガスクロマトグラフ等のクロマトグラフから溶出した試料がイオントラップ２３に導入される構成としてもよい。この場合、質量分析装置１は、ガスクロマトグラフ−質量分析計（ＧＣ−ＭＳ）等のクロマトグラフを備える質量分析装置とすることができる。これにより、クロマトグラフによる分離と質量分離とによりさらに精密に試料を分離し、より正確な分析を行うことができる。
【００４１】
（変形例２）
上述の実施形態において、面放出型の電子放出素子として、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型またはＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）型の素子を用いてもよい。これらの素子でも、素子内部の電子加速層において加速された電子が放出される。従って、０．１Ｐａ以上の圧力の下でも、熱電子生成のための高温のフィラメントが焼き切れること、および、電界電子放出のための強電界により生成される陽イオンやオゾンにより素子が損傷されることを防ぐことができる。従って、０．１Ｐａ以上の圧力の下でも好適にイオン化を行うことができる。
【００４２】
（変形例３）
上述の実施形態では、イオントラップ２３を構成する電極のうち、第３電極２３３を電子放出素子３００により構成した。しかし、電子放出素子３００は、イオントラップ２３の内部の空間Ｖに面していれば、その配置の態様および個数は特に限定されない。例えば、第１電極２３１，第２電極２３２，第３電極２３３，第４電極２３４，第５電極２３５および第６電極２３６の少なくとも一つを電子放出素子３００により構成することができる。
【００４３】
（変形例４）
上述の実施形態では、イオントラップ２３が平板状の電極により構成されることとした。しかし、イオントラップ２３は、三次元イオントラップでもよい。
【００４４】
図５は、本変形例のイオントラップ２３ａを示す概念図である。イオントラップ２３ａは、上側電極２３７ａ、下側電極２３７ｂおよび円筒電極２３７ｃを備え、これらの電極に囲まれた内部の空間Ｖ２に試料イオンＳｉが保持される。イオントラップ２３ａは、軸Ａｘの周りに回転対称となっている。
【００４５】
上側電極２３７ａは、空間Ｖ２の上側に配置され、中央に開口部２３４ａを備える円板状の形状を有し、電子放出素子３００ａにより構成されている。電子放出素子３００ａは、電子放出素子３００と同様の三層構造を有し、開口部２３４ａを備える円板状に形成されている。下側電極２３７ｂは、空間Ｖ２の下側に配置され、中央に開口部２３４ｂを備える円板状の形状を有する。円筒電極２３７ｃは、回転軸Ａｘに略平行に配置され、中空の円筒形状を備える。
【００４６】
試料Ｓは、上側電極２３７ａと円筒電極２３７ｃとの間の間隙６１、または、下側電極２３７ａと円筒電極２３７ｃとの間の間隙６２からイオントラップ２３ａの内部に導入される。導入された試料Ｓは、上側電極２３７ａを構成する電子放出素子３００ａから出射された電子によりイオン化され、試料イオンＳｉが生成される。試料イオンＳｉは、上側電極２３７ａおよび下側電極２３７ｂに印加される直流電圧と、円筒電極２３７ｃに印加される交流電圧により空間Ｖ２に保持される。試料イオンＳｉは、試料イオンＳｉと反対の極性の電圧が下側電極２３７ｂに印加される等により、開口部２３４ｂから出射される（矢印Ａ４）。
なお、電子放出素子３００ａは下側電極２３７ｂに配置されてもよい。また、試料イオンＳｉの導入口または排出口の位置も特に限定されず、例えば、開口部２３４ａまたは、円筒電極２３７ｃに形成された不図示の開口部を当該排出口とすることができる。
【００４７】
（変形例５）
上述の実施形態では、イオントラップ２３の内部で試料Ｓをイオン化する構成とした。しかし、試料導入部１０からイオントラップへの経路において、試料Ｓに電子放出素子から出射された電子が照射される構成としてもよい。
【００４８】
図６は、本変形例の質量分析装置２を模式的に示す断面図である。質量分析装置２は、測定部１００ａと情報処理部４０とを備える。測定部１００ａは、試料導入部１０と、イオントラップ２３０と、真空容器２１の内部で、かつ、イオントラップ２３０の外部に配置された電子放出素子３００ｂおよび対向電極４００と、検出部２４とを備える。
【００４９】
イオントラップ２３０は、イオン導入口２３１を備える。イオントラップ２３０の構成は、イオンの導入、保持、質量分離および排出を制御することができれば特に限定されない。イオントラップ２３０は、電子放出素子を含まなくてよいが、含んでもよい。
【００５０】
電子放出素子３００ｂは、イオンの制御のための電圧が印加されない他は電子放出素子３００と同様の構成を備え、試料導入部１０とイオントラップ２３０との経路（矢印Ａ２０）と向かい合って配置されている。対向電極４００は、電子放出素子３００ｂと、上記経路（矢印Ａ２０）を挟んで対向して配置され、不図示の電圧電源から所定の電圧が印加される。この所定の電圧は、電子放出素子３００ｂから放出された電子を加速するために、電子放出素子３００ｂの放出面側電極３３０（図３）よりも数Ｖ〜数十Ｖ等高い電位に設定される。
【００５１】
試料導入部１０から導入された試料Ｓは、上記経路（矢印Ａ２０）の途中で電子放出素子３００ｂから出射された電子の照射を受け（矢印Ａｅ）、イオン化されて試料イオンＳｉが生成される。生成された試料イオンＳｉは、イオン導入口２３１からイオントラップ２３０に導入され、質量分離されて排出され（矢印Ａ４）、検出部２４で検出される。この検出で得られた測定データが情報処理部４０に入力される（矢印Ａ５）。
【００５２】
図７は、本変形例に係る質量分析方法の流れを示すフローチャートである。この質量分析方法は、情報処理部４０の処理装置が主体となって実行される。ステップＳ２００１において、試料導入部１０は、真空容器２１の内部に試料Ｓを導入する。ステップＳ２００１が終了したら、ステップＳ２００３が開始される。
【００５３】
ステップＳ２００３において、イオントラップ２３０の外部にある試料Ｓに向けて、電子放出素子３００ｂが電子を出射し、試料イオンＳｉを生成する。ステップＳ２００３が終了したら、ステップＳ２００５が開始される。ステップＳ２００５において、イオン導入口２３１は、イオントラップ２３０に生成された試料イオンＳｉを導入する。ステップＳ２００５が終了したら、ステップＳ２００７が開始される。
【００５４】
ステップＳ２００７において、イオントラップ２３０は、質量分離された試料イオンＳｉの検出を行う。ステップＳ２００７が終了したら、ステップＳ２００９が開始される。ステップＳ２００９〜Ｓ２０１３は、図４のフローチャートのステップＳ１００７〜１０１１と同様であるため説明を省略する。ステップＳ２０１３が終了したら、処理が終了される。
【００５５】
（態様）
上述した複数の例示的な実施形態は、以下の態様の具体例であることが当業者により理解される。
【００５６】
（第１項目）一態様に係る質量分析装置は、真空容器と、前記真空容器の内部に配置された、イオントラップおよび面放出型の電子放出素子と、を備えることができる。これにより、真空容器２１に導入された試料Ｓの、圧力の影響を受けにくく効率のよいイオン化等、電子放出素子の特性を生かした制御を行うことができる。
【００５７】
（第２項目）他の一態様に係る質量分析装置では、第１項目に記載された質量分析装置において、前記真空容器の内部に導入された前記試料に、前記電子放出素子から出射された電子を照射することにより、試料をイオン化することができる。これにより、真空容器２１に導入された試料Ｓに対し、圧力の影響を受けにくく、効率のよいイオン化を行うことができる。
【００５８】
（第３項目）他の一態様に係る質量分析装置では、第２項目に記載された質量分析装置において、前記電子放出素子は、前記イオントラップの外部に配置され、前記イオントラップの外部において、前記試料に前記電子放出素子から出射された電子が照射されてもよい。これにより、イオントラップの設計上の制約を受けることなく、効率的に試料Ｓのイオン化を行うことができる。
【００５９】
（第４項目）他の一態様に係る質量分析装置では、第１項目または第２項目に記載された質量分析装置において、前記電子放出素子は、前記イオントラップの電極の少なくとも一部を構成することができる。これにより、イオントラップに電子の導入口を設ける必要が無く、当該導入口の大きさ等によるイオン化の制約を受けることがなく、効率よくイオン化を行うことができる。また、製造のための部品の数を低減することができる。
【００６０】
（第５項目）他の一態様に係る質量分析装置では、第１項目から第４項目までのいずれかに記載された質量分析装置において、前記イオントラップは、平板状の電極により構成されていていもよい。これにより、製造が容易になり、電子放出素子を電極として組み込みやすくなる。
【００６１】
（第６項目）他の一態様に係る質量分析装置では、第１項目から第５項目までのいずれかに記載された質量分析装置において、前記真空容器の内部の圧力が０．１Ｐａ以上とすることができる。このような質量分析装置では、強電界またはフィラメントを用いるとイオン源が損傷しやすく、効率の良いイオン化が容易でないが、上記実施形態の方法だと効率の良いイオン化を実現することができる。
【００６２】
（第７項目）他の一態様に係る質量分析装置では、第１項目から第６項目までのいずれかに記載された質量分析装置において、前記真空容器と排気可能に接続されるロータリーポンプ、スクロールポンプまたはダイヤフラムポンプを備えることができる。これにより、コンパクトな、または可搬性を有する質量分析装置を実現することができる。
【００６３】
本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００６４】
１，２…質量分析装置、１０…試料導入部、１１…試料導入口、２１…真空容器、２２…排気口、２３，２３ａ，２３０…イオントラップ、２４…検出部、３０…真空ポンプ、４０…情報処理部、５０…電圧印加部、１００，１００ａ…測定部、２３１…第１電極、２３１ａ，２３４ａ，２３４ｂ…開口部、２３２…第２電極、２３３…第３電極、２３４…第４電極、２３５…第５電極、２３６…第６電極、２３６ｏ…スリット、３００，３００ａ，３００ｂ…電子放出素子、３１０…基板電極、３２０…電子加速層、３３０…放出面側電極、３３１…電子放出面、４００…対向電極、Ｓ…試料、Ｓｉ…試料イオン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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