(57)【要約】  差動排気系を構成する第１中間真空室（９）と第２中間真空室（１４）とを仕切る隔壁（１１）に設けたイオン通過用のアパーチャ（１２）を開閉する開閉機構（１３）を設け、大気圧ＭＡＬＤＩによるイオン化を行うためのレーザ光のパルス状の照射のタイミングに同期して開閉機構（１３）を動作させる。試料（３）から発生したイオンがアパーチャ（１２）付近に到達する期間だけアパーチャ（１２）を開いてイオンを通過させ、それ以外の期間にはアパーチャ（１２）を閉鎖することで第１中間真空室（９）から第２中間真空室（１４）へのガス流を遮断する。これにより分析室（１７）の真空度を低下させることなく、アパーチャ（１２）の開口面積を大きくしてイオンの通過効率を向上させることができる。
2009031179.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状にイオンを生成するイオン源と、差動排気により少なくとも前記イオン源よりも低いガス圧雰囲気に維持される分析室内に配設された質量分析器及び検出器と、を具備する質量分析装置において、
a)前記イオン源と前記分析室との間に設けられる異なるガス圧を仕切る少なくとも１つの隔壁にあって、イオンが通過し得る部位に設けられたイオン通過開口と、
b)前記イオン通過開口におけるガスコンダクタンスを調整するガスコンダクタンス調整手段と、
c)前記イオン源でのパルス状のイオン生成のタイミングに同期させて前記ガスコンダクタンス調整手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
パルス状にイオンを生成するイオン源と、差動排気により少なくとも前記イオン源よりも低いガス圧雰囲気に維持される分析室内に配設された質量分析器及び検出器と、を具備する質量分析装置において、
a)前記イオン源と前記分析室との間に設けられる異なるガス圧を仕切る少なくとも１つの隔壁にあって、イオンが通過し得る部位に設けられたイオン通過開口と、
b)前記イオン通過開口の開口面積を変化させる開口面積調整手段と、
c)前記イオン源でのパルス状のイオン生成のタイミングに同期させて前記開口面積調整手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする質量分析装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の質量分析装置であって、前記イオン源はレーザイオン化を行うものである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であって、前記イオン源は大気圧雰囲気又は低真空雰囲気の下に配置され、前記イオン通過開口は、該イオン源から次にガス圧の低い空間へとイオンを導入するための開口であることを特徴とする質量分析装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の質量分析装置であって、前記イオン源は大気圧雰囲気又は低真空雰囲気の下に配置され、該イオン源と前記分析室との間には内部にイオンを輸送するイオンガイドが設置された少なくとも２つ以上の中間真空室が配設され、前記イオン通過開口は、隣接する２つの中間真空室を仕切る隔壁に設けられたものであることを特徴とする質量分析装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の質量分析装置であって、前記質量分析器はイオンを蓄積するためのイオントラップを含むことを特徴とする質量分析装置。
【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し、さらに詳しくは、大気圧雰囲気下又は低真空雰囲気下で試料をパルス状にイオン化するイオン源を備え、差動排気系により高真空雰囲気中にイオンを輸送して質量分析する質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析のためのレーザイオン化法の１つとして、マトリックス支援レーザ脱離イオン源（Matrix Assisted Laser Desorption Ionization：ＭＡＬＤＩ）が従来よりよく知られている。一般的にＭＡＬＤＩは真空雰囲気の下で行われるが、近年、大気圧雰囲気の下でＭＡＬＤＩを行うＡＰ−ＭＡＬＤＩも知られている（特許文献１など参照）。【０００３】
大気圧雰囲気下でイオン化を行うことで、対象物質をソフトにイオン化できるという利点がある。例えば、生体試料を分析する場合、レーザを照射したときに試料中の分析対象分子（アナライトという）は高いエネルギーを受け取るが、大気中では周囲に比較的低い温度の大気ガスが存在するため、この大気ガスによってイオンがクーリングされ、アナライトの分解が起こりにくい。また、大気圧雰囲気と高真空雰囲気の中間圧力の下でイオン化を行う方法もよく知られているが、この場合でも、周囲にある残留ガスによるクーリングが起こり易く、アナライトの分解が起こりにくくソフトなイオン化が行えることが知られている。【０００４】
これに対し、高真空雰囲気の下では周囲にクーリングに寄与するガス分子がきわめて少ないためにクーリングが起こりにくい。このため、レーザ照射によって生成したアナライトは分解され、フラグメントイオンが発生し易い。このような理由から、大気圧雰囲気下や低ガス圧下でのイオン化がよく利用されている。【０００５】
また、そのほかに大気圧雰囲気下でのイオン化には幾つかの利点がある。即ち、大気圧雰囲気の下ではサンプルの交換が容易で迅速に行えるので、分析のスループットの向上を図り易い。また、真空雰囲気下でのイオン化では予めサンプルを乾燥させる必要があるが、大気圧雰囲気の下では水分を含んだ試料も扱えるため、生きた状態の或いは採取してすぐの生体試料を測定することが可能である。【０００６】
上述のように大気圧雰囲気や低真空雰囲気下でのイオン化には多くの利点があるものの、質量分析部のガス圧はイオン化室のガス圧よりも遙かに低い（真空度が高い）ため、質量分析部の低いガス圧を維持するためには差動排気系システムを用いる必要がある。差動排気系を実現するには、異なるガス圧を仕切る隔壁に設けたイオン通過開口の開口面積を小さくしなければならず、イオンの通過効率が低くなることが避けられない。このため、ＡＰ−ＭＡＬＤＩを始めとする大気圧イオン化質量分析装置では、検出感度を高くするのが難しいという問題があった。【０００７】
また大気圧雰囲気下でイオン化を行った場合には、イオンは圧力差により生じるガス流に乗ってイオン取込口に入り込み、後段の中間真空室や質量分析部へと送られる。この場合でも、イオン化室とその後段の部屋との間の十分な差圧を確保するにはイオン取込口におけるガスコンダクタンスを小さくしておく必要があるが、そうするとガスの流れが弱くなり、イオンの取込み効率が低下して上記と同様に検出感度が低下するという問題があった。【０００８】
【特許文献１】特表２００２−５１７８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、差動排気のための隔壁に設けられたイオン通過開口やイオン取込口におけるイオンの通過効率や取込み効率を改善することにより、検出感度を向上させることができる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】
【００１０】
上記課題を解決するために成された第１発明は、パルス状にイオンを生成するイオン源と、差動排気により少なくとも前記イオン源よりも低いガス圧雰囲気に維持される分析室内に配設された質量分析器及び検出器と、を具備する質量分析装置において、
a)前記イオン源と前記分析室との間に設けられる異なるガス圧を仕切る少なくとも１つの隔壁にあって、イオンが通過し得る部位に設けられたイオン通過開口と、
b)前記イオン通過開口におけるガスコンダクタンスを調整するガスコンダクタンス調整手段と、
c)前記イオン源でのパルス状のイオン生成のタイミングに同期させて前記ガスコンダクタンス調整手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。【００１１】
上記課題を解決するために成された第２発明は、パルス状にイオンを生成するイオン源と、差動排気により少なくとも前記イオン源よりも低いガス圧雰囲気に維持される分析室内に配設された質量分析器及び検出器と、を具備する質量分析装置において、
a)前記イオン源と前記分析室との間に設けられる異なるガス圧を仕切る少なくとも１つの隔壁にあって、イオンが通過し得る部位に設けられたイオン通過開口と、
b)前記イオン通過開口の開口面積を変化させる開口面積調整手段と、
c)前記イオン源でのパルス状のイオン生成のタイミングに同期させて前記開口面積調整手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
第１発明に係る質量分析装置では、イオン源で生成されたイオン（例えば雲状のイオンの集合）がイオン通過開口の直前に到達したタイミングでガスコンダクタンス調整手段によりガスコンダクタンスを大きくする。ガスコンダクタンスを大きくするとイオン通過開口を経て低ガス圧側へと流れるガス流が増加し、このガス流に乗ってイオンが効率良くイオン通過開口を通り抜け、分析室又は分析室の手前に設けられた中間真空室に輸送される。一方、イオンが上記イオン通過開口の直前に存在しないときには、ガスコンダクタンス調整手段によりガスコンダクタンスを相対的に小さくする。それによって、低いガス圧側（高い真空度側）へと流れ込むガスの量を抑えることができるので、差動排気系において低ガス圧側の低ガス圧雰囲気を容易に確保することができる。【００１３】
第２発明に係る質量分析装置では、イオン源で生成されたイオン（例えば雲状のイオンの集合）がイオン通過開口の直前に到達したタイミングで開口面積調整手段によりイオン通過開口の開口面積を大きくする。開口面積を大きくすると、例えばイオンガイドによる設計上の焦点からずれたイオンも排除することなくイオン通過開口を通り抜け、分析室又は分析室の手前に設けられた中間真空室に輸送される。一方、イオンが上記イオン通過開口の直前に存在しないときには開口面積調整手段によりイオン通過開口の開口面積を相対的に小さくする。それによって、低いガス圧側へ漏れ込むガスの量を抑えることができるので、差動排気系において低ガス圧側の低ガス圧雰囲気を容易に確保することができる。【００１４】
第１及び第２発明に係る質量分析装置によれば、質量分析器や検出器が配設された分析室内を低いガス圧雰囲気、つまりは高真空雰囲気に維持しながら、従来よりも質量分析に供するイオンの量を増加させ、検出感度を向上させることができる。また、分析室内を高真空雰囲気に維持し易くなるため、真空排気能力が高い反面、高価である高性能の真空ポンプを使用する必要がなく、検出感度を向上させる場合でもコストの増加を抑えることができる。【００１５】
第１及び第２発明に係る質量分析装置において、イオン源は試料由来のイオンをパルス状に、つまりイオンが或る時間幅の間に集中している状態となるように生成可能なものであればよいが、典型的には、例えばＭＡＬＤＩ、ＬＤＩなどのレーザイオン化を行うものとすることができる。レーザイオン化の場合、照射するレーザ光の時間を短くすることでイオン生成の時間幅自体をかなり短くすることができる。そのため、イオン通過開口におけるガスコンダクタンスや開口面積を大きくする時間を短くすることができるので、イオン通過時のガスコンダクタンスや開口面積を従来より大きくしても差動排気系における低ガス圧雰囲気を容易に確保することができる。【００１６】
第１及び第２発明に係る質量分析装置の一態様として、前記イオン源は大気圧雰囲気又は低真空雰囲気の下に配置され、前記イオン通過開口は、該イオン源から次にガス圧の低い空間へとイオンを導入するための開口である構成とすることができる。【００１７】
この構成では、通常、試料から発生したイオンをイオン通過開口を通して流れるガス流に乗せてイオン源から次にガス圧の低い空間（通常、中間真空室）に導入するから、パルス状のイオンの生成に同期してイオン通過開口のガスコンダクタンスを大きくすることにより、効率良くイオンを輸送することができる。【００１８】
また第１及び第２発明に係る質量分析装置の別の態様として、前記イオン源は大気圧雰囲気又は低真空雰囲気の下に配置され、該イオン源と前記分析室との間には内部にイオンを輸送するイオンガイドが設置された少なくとも２つ以上の中間真空室が配設され、前記イオン通過開口は、隣接する２つの中間真空室を仕切る隔壁に設けられたものである構成としてもよい。【００１９】
この構成では、通常、イオンガイドによりイオンをイオン通過開口付近に収束させるから、パルス状のイオンの生成に同期してイオン通過開口の開口面積を大きくすることにより、効率良くイオンを輸送することができる。【００２０】
また第１及び第２発明に係る質量分析装置において、前記質量分析器はイオンを蓄積するためのイオントラップを含む構成とするとよい。【００２１】
この構成によれば、イオントラップで一旦イオンを蓄積してイオントラップ自体で質量分析を行ったり、或いはイオントラップから一斉にイオンを出射して飛行時間型質量分析器などで質量分析したりすることができる。このため、例えばパルス状のイオン生成を複数回繰り返すことで取得したイオンをまとめて質量分析に供することができ、１回のパルス状のイオン生成においてイオン生成量が少ない場合でも高い検出感度を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例である大気圧ＭＡＬＤＩイオントラップ飛行時間型質量分析装置の全体構成図。
【図２】本実施例におけるアパーチャ開閉機構の構造を示す概略斜視図。
【図３】本実施例の動作の一例を示すタイミング図。
【図４】本実施例の動作の別の例を示すタイミング図。
【図５】本実施例におけるアパーチャ開閉機構の他の例を示す概略図。
【図６】本発明の他の実施例である大気圧ＭＡＬＤＩイオントラップ飛行時間型質量分析装置の全体構成図。
【図７】他の実施例の動作の一例を示すタイミング図。
【符号の説明】
【００２３】
１…イオン化室
２…サンプルプレート
３…試料
４…レーザ光源
５…反射鏡
６…集光レンズ
７…レーザ光
８…加熱キャピラリ
８ａ…イオン導入口
９…第１中間真空室
１０…第１イオンガイド
１１、１６…隔壁
１２…アパーチャ
１３…アパーチャ開閉機構
１３１…基板
１３２…シャッタガイド
１３３…シャッタ
１３４…駆動源
１３５…フレーム
１３６…ブレード
１４…第２中間真空室
１５…第２イオンガイド
１７…分析室
１８…イオントラップ
１９…飛行時間型質量分析器
２０…イオン検出器
２５…ロータリーポンプ
２６、２７…ターボ分子ポンプ
３０、４０…制御部
３１、４１…開閉駆動部
４０…制御部
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の一実施例である大気圧ＭＡＬＤＩイオントラップ飛行時間型質量分析装置（ＡＰ−ＭＡＬＤＩ−ＩＴ−ＴＯＦＭＳ）について、図面を参照しつつ構成と動作とを詳細に説明する。図１は本実施例による質量分析装置の全体構成図である。【００２５】
この質量分析装置は、略大気圧雰囲気であるイオン化室１と、質量分析部としてのイオントラップ１８並びに飛行時間型質量分析器１９、及びイオン検出器２０が設置された分析室１７との間に、それぞれ隔壁で隔てられた第１中間真空室９と第２中間真空室１４とを備える。イオン化室１と第１中間真空室９との間は細径の加熱キャピラリ８を介して連通しており、第１中間真空室９と第２中間真空室１４との間は、隔壁１１に設けられたアパーチャ１２を介して連通している。このアパーチャ１２は付設されたアパーチャ開閉機構１３により開閉される、つまりはその開口面積が変化するようになっている。【００２６】
イオン源であるイオン化室１の内部はほぼ大気圧雰囲気（約１０5［Ｐａ］）になっており、次段の第１中間真空室９の内部はロータリーポンプ２５により数十〜１００［Ｐａ］程度の低真空状態まで真空排気される。その次段の第２中間真空室１４の内部はターボ分子ポンプ２６により約１０-1〜１０-2［Ｐａ］の中真空状態まで真空排気され、最終段の分析室１７内は別のターボ分子ポンプ２６により約１０-3〜１０-５［Ｐａ］の高真空状態まで真空排気される。即ち、この質量分析装置では、イオン化室１から分析室１７に向かって各室毎に真空度を段階的に高くした（ガス圧を段階的に低くした）多段差動排気系の構成とすることによって、最終段の分析室１７内を高真空状態に維持するようにしている。【００２７】
イオン化室１内には金属製のサンプルプレート２が配置され、サンプルプレート２上には分析対象のアナライトとマトリックスとが混合されることで調製された試料３が塗布されている。例えば窒素レーザ或いはＮｄ：ＹＡＧレーザであるレーザ光源４からパルス状に出射されたレーザ光７が反射鏡５、集光レンズ６を通して試料３に照射されると、試料３中のマトリックスは急速に加熱され、目的とするアナライトを伴って気化する。この際にアナライトはイオン化される。イオン化室１と第１中間真空室９との差圧により、加熱キャピラリ８を通してイオン化室１内の空気は第１中間真空室９に流れ込むから、上述のようにイオン化室１内で生成されたイオンもこの空気流に乗って加熱キャピラリ８中に引き込まれ、第１中間真空室９まで輸送される。【００２８】
第１中間真空室９内には、イオン光軸Ｃの方向に沿って複数配列された電極板により構成される第１イオンガイド１０が設けられており、この第１イオンガイド１０により発生する電場は加熱キャピラリ８を介してのイオンの引き込みを助けるとともに、イオンをアパーチャ１２付近に収束させるレンズ作用を有する。アパーチャ開閉機構１３により開放状態にあるアパーチャ１２を通過して第２中間真空室１４に導入されたイオンは、八本の円柱形状のロッド電極により構成されるオクタポール型の第２イオンガイド１５により収束され、隔壁１６に穿設された開口を通して分析室１７へと送られる。なお、第１及び第２イオンガイド１０、１５はここで記載したような構成に限るものではない。【００２９】
分析室１７内には、リング電極と一対のエンドキャップ電極から成る三次元四重極型のイオントラップ１８が前段に配置され、それら電極に印加される電圧により形成される四重極電場によってイオントラップ１８の内部にイオンを捕捉し蓄積することが可能である。また、図示しないが、イオントラップ１８内には衝突誘起解離（ＣＩＤ）ガスが導入されるようになっており、必要に応じて、ＣＩＤガスを導入して蓄積したイオンを開裂させ、それにより生起されたプロダクトイオン（フラグメントイオン）を質量分析することもできるようになっている。【００３０】
分析室１７内にあってイオントラップ１８の後段には、リフレクトロン型の飛行時間型質量分析器１９が設置されている。飛行時間型質量分析器１９は、イオントラップ１８からほぼ一斉に吐き出された各種のイオンを質量（厳密には質量電荷比ｍ／ｚ）に応じて時間方向に分離する。分離されたイオンはイオン検出器２０に到達し、イオン検出器２０では到達したイオン量に応じたイオン強度信号を検出信号として出力する。図示しないデータ処理部において、イオン検出器２０で得られる検出信号に対し所定のデータ処理を行うことで所定の質量範囲のマススペクトルを作成し、このマススペクトルに基づいてアナライトの定性や定量を行う。【００３１】
この質量分析装置において特徴的な構成であるアパーチャ開閉機構１３を駆動するために、制御部３０から開閉駆動部３１にレーザ光源４によるパルス状のレーザ発光に同期したアパーチャ開閉駆動信号が送られ、開閉駆動部３１はこの信号に応じた駆動信号をアパーチャ開閉機構１３に与える。【００３２】
図２はアパーチャ開閉機構１３の構造を示す概略斜視図である。隔壁１１に取り付けられる基板１３１には例えば５ｍｍ程度の内径のアパーチャ１２が穿設されている。基板１３１の前面にはシャッタガイド１３２が形成され、例えばモータ、ソレノイド、圧電素子、或いはそのほかの各種のアクチュエータなどである駆動源１３４による駆動力により、シャッタ１３３はシャッタガイド１３２に沿って往復動する。このアパーチャ開閉機構１３は、相対的にガス圧の高い第１中間真空室９からガス圧の低い第２中間真空室１４へと流れるガスのコンダクタンスを調整するという点では本発明におけるガスコンダクタンス調整手段に相当し、第１中間真空室９から第２中間真空室１４へイオンを送るイオン通過開口（アパーチャ）の面積を二段階に変化させるという点では本発明における開口面積調整手段に相当する。【００３３】
次に図３により本実施例の質量分析装置における動作の一例を説明する。この動作例はレーザ光の照射１回毎に質量分析を実行するものである。【００３４】
制御部３０は図３（ａ）に示すようにレーザ光源４に対し駆動パルスを与え、これに応じてレーザ光源４は短時間（通常１０ｎ秒以下）だけレーザ光７を出射して試料３に照射する。これにより試料３からアナライトイオンが発生し、該イオンは上述したような空気流に乗って加熱キャピラリ８に吸い込まれ、第１イオンガイド１０によりアパーチャ１２付近に収束される。装置の幾何学形状に依存するが、一般的に大気圧ＭＡＬＤＩでは、レーザ光照射からイオンがアパーチャ１２付近に到達するまでの時間は０．５〜５ｍ秒である。また、レーザ光７の照射時間は短くてもイオンの発生時間幅は広がり、さらにイオンがアパーチャ１２に到達するまでの間の飛行中にもそのばらつきが大きくなる。従って、イオンのアパーチャ１２への到達時間幅も同程度（０．５〜５ｍ秒）の時間幅を持つ。【００３５】
上記時間遅れと時間幅（及びアパーチャ開閉機構１３の開閉作動時間）を考慮して、アパーチャ１２付近に到達したイオンがアパーチャ１２を通過し得るように、図３中に示した遅延時間ｔ１及びパルス時間幅ｔ２を決めておき、制御部３０はこれに基づくアパーチャ開閉駆動信号を開閉駆動部３１に与える。これに応じて開閉駆動部３１は駆動源１３４を駆動する。その結果、大気圧ＭＡＬＤＩで生成されたイオンがアパーチャ１２に到達するまではシャッタ１３３によりアパーチャ１２は閉鎖されており、イオンが到達するとシャッタ１３３が開いてアパーチャ１２は開放され、或る程度まとまったイオンがアパーチャ１２を通り抜け終えるとシャッタ１３３によりアパーチャ１２は再び閉鎖される。【００３６】
アパーチャ１２を通り抜けたイオンは第２イオンガイド１５を経てイオントラップ１８に導入され、ここで一旦蓄積される。従って、１回のレーザ光照射により発生したイオンが到達するのに或る程度の時間幅があっても、イオントラップ１８にイオンを蓄積することで上記時間幅を吸収し、一斉に飛行時間型質量分析器１９へと送り出すことができる。そして、イオントラップ１８から吐き出された各種イオンは上述したように飛行時間型質量分析器１９において質量分離され、順に検出される。【００３７】
イオントラップ１８及び飛行時間型質量分析器１９でのイオン蓄積及び質量分析に要する時間は、イオントラップ１８で開裂操作を行うかどうかなどにも依存するが、一般的には１００〜１０００ｍ秒程度であって、上記の時間幅ｔ２に比べると格段に長い。図３に示したように分析を繰り返す場合でも、シャッタ１３３が開いてアパーチャ１２を通して第１中間真空室９と第２中間真空室１４とが連通している期間は全体の中でごく僅かであり、殆どはシャッタ１３３が閉じている。【００３８】
アパーチャ１２が開いているときには第１中間真空室９から第２中間真空室１４に残留ガスが流れ込み、さらにこの影響で分析室１７内の真空度が低下するおそれがある。そのため、従来のようにアパーチャ１２が常に開いている場合には、第１、第２中間真空室９、１４の差圧を十分に確保できるように、開口面積を小さくしなければならない。これに対し、本実施例の質量分析装置では、アパーチャ１２の開いている時間が短いので、アパーチャ１２の開口面積を大きくしても第２中間真空室１４の真空度の低下はごく短い時間で済み、分析室１７内の真空度には殆ど影響を与えず、高い真空度の下で良好な質量分析が可能である。【００３９】
一方、イオンがアパーチャ１２を通過するタイミングでは大きな開口面積のアパーチャ１２が開いているため、第１イオンガイド１０による後方焦点位置からずれたイオンもアパーチャ１２を通り抜けることができ、イオンの通過効率が向上して、質量分析に供されるイオンの量が増加する。その結果、検出感度が向上し、マススペクトル上では目的とするアナライトイオンの強度が相対的に高くなる。【００４０】
次に図４により本実施例の質量分析装置における動作の他の例を説明する。この動作例はレーザ光の照射を複数回行って生成したイオンを集約して質量分析を実行するものである。【００４１】
レーザ光源４がＮｄ：ＹＡＧレーザである場合、５〜１０ｋＨｚ程度までの高い繰り返し周波数での駆動が可能である。例えば５ｋＨｚで駆動させた場合にはレーザ光のパルス周期は０．２ｍ秒であり、レーザ光を１０回連続で照射してイオン化を行うとイオン化に要する時間は約２ｍ秒である。レーザ光照射により生成したイオンがアパーチャ１２付近に到達するまでの所要時間が２ｍ秒、イオンの拡がりによる時間幅が２ｍ秒であるとすると、アパーチャ１２の開放時間を４ｍ秒に設定しておけば上記１０回の繰り返しレーザ照射で発生したイオンの殆ど全てを通過させることができる。このように、制御部３０はレーザ光の照射の繰り返し周波数と照射回数とに応じてアパーチャ１２を開放させる適切なタイミングを決め、これに対応してアパーチャ開閉駆動信号を開閉駆動部３１に送る。これにより、複数回のレーザ光照射に応じて試料３から発生したイオンをイオントラップ１８に導入し、イオントラップ１８で蓄積した上でまとめて質量分析することができる。【００４２】
なお、アパーチャ開閉機構１３の構成は上記記載に限らず、アパーチャ１２の開口面積を少なくとも開放／閉鎖の二段階に高速で切り替え可能なものでありさえすればよい。図５はアパーチャ開閉機構１３の他の例を示す図である。これはアイリス絞り機構と呼ばれる機構を利用したものであり、円環状のフレーム１３５の内側に多数のブレード１３６が同心状に重ねて配置され、それらブレード１３６が連動して移動することで中心に形成される開口（アパーチャ１２）の面積が変化するようになっている。【００４３】
また、上記実施例では、質量分析部としてイオントラップ１８と飛行時間型質量分析器１９とを設けていたが、イオントラップ１８で質量分析を実行する構成とすることもできる、また、質量分析部はこれらに限るものではなく、例えば四重極質量フィルタなどを利用することもできる。また、イオン源についてもＭＡＬＤＩではなく、そのほかの各種のレーザイオン化によるイオン源とすることができる。また、パルス状にイオンを生成可能なイオン源であれば、レーザイオン化以外のイオン化法によるものでもよい。【００４４】
次に、本発明の他の実施例である大気圧ＭＡＬＤＩイオントラップ飛行時間型質量分析装置について、図面を参照しつつ構成と動作とを詳細に説明する。図６は他の実施例による質量分析装置の全体構成図、図７はその動作の一例を示すタイミング図である。【００４５】
本実施例の質量分析装置は、第１、第２中間真空室９、１４の間ではなく、イオン化室１から第１中間真空室９にイオンを送るための加熱キャピラリ８の入口（イオン導入口）８ａに上記アパーチャ開閉機構１３と同様の構成のイオン導入口開閉機構４２を設置したものであり、イオン導入口開閉機構４２の図示しない駆動源は開閉駆動部４１により駆動され、開閉駆動部４１は制御部４０により制御される。【００４６】
試料３とイオン導入口８ａとの間の距離は３〜５ｍｍ程度が一般的であり、イオンを電気的にイオン導入口８ａに誘引するためにイオン導入口８ａとサンプルプレート２との間には数ｋＶ程度の直流電圧が印加される。これにより発生する電場の作用により、試料３から生成したイオンはイオン導入口８ａに向かって進む。試料３から発生したイオンがイオン導入口８ａに到達するまでの時間は、条件や装置の形状に依存するが、典型的な値としては０．１ｍ秒程度である。また、このイオン導入口８ａにおけるイオンパケットの時間的な広がり（時間幅）も同程度であると考えられる。従って、こうした時間遅れや時間幅を考慮して、上記実施例と同様にイオン導入口開閉機構４２におけるシャッタの開放のタイミングを決め、それに応じた駆動信号を送ればよい。この場合、上記図３、図４に示したようなタイミングで駆動信号を生成してもよいが、時間遅れや時間幅が短いことから、図７に示すように、複数回のレーザ光照射の繰り返しの１回毎にイオン導入口８ａを開閉するようなタイミングとすることもできる。【００４７】
レーザ光７の照射により試料３から発生したイオンは、上述のようにサンプルプレート２とイオン導入口８ａとの間に形成される電場の作用によりイオン導入口８ａに向かって移動する。但し、イオン導入口８ａの近傍では、電気力線はイオン導入口８ａの開口内方ではなくイオン導入口８ａを形成する金属部の方向を向く。即ち、電場の作用だけではイオンはイオン導入口８ａを形成する金属部に衝突してしまうことになり、イオンを加熱キャピラリ８の中に引き込んで後方へ送るには、イオン化室１と第１中間真空室９との差圧により形成される空気流を適切に利用することが重要である。従って、この空気の流れが多いほど、つまりガスコンダクタンスが大きいほど、加熱キャピラリ８を通したイオンの通過効率が良くなる。その反面、空気の流れが多いと第１中間真空室９の真空度が低下する。【００４８】
これに対し、本実施例の質量分析装置では、試料３で発生したイオンがイオン導入口８ａ付近に到達する期間だけイオン導入口８ａを開いてイオンを加熱キャピラリ８に取り込み、それ以外の、イオンがイオン導入口８ａ付近に存在しない期間にはイオン導入口８ａをほぼ閉じることができる。従って、イオン導入口８ａ（つまりは加熱キャピラリ８）の開口面積を従来よりも大きくしておくことができ、これによってイオンの通過効率を向上させることができる。その結果、上記実施例と同様に検出感度を向上させることができる。【００４９】
なお、イオン導入口開閉機構４２のシャッタを開いてイオン導入口８ａが開放したときに多くの空気が流れ、シャッタを閉鎖したときに完全に空気流を遮断するようにすると、その切り替えの前後でのイオン化室１内での条件が大きく変化し、試料３で発生したイオンを適切にイオン導入口８ａまで誘引できない、などのおそれがある。そこで、イオンを導入しない期間でもイオン導入口８ａを完全には閉鎖せずに少し開口を設け、イオン化室１から第１中間真空室９への少量の空気の流れを生起させるようにするとよい。これにより、流量は変化するものの連続的に空気の流れが確保されるので、イオン化室１や第１中間真空室９での条件の変動を軽減することができる。このような目的には、図５に示したアイリス絞り機構が有用である。【００５０】
なお、上記実施例はいずれも本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜、変形、追加、修正を行っても本願請求の範囲に包含されることは当然である。
【図１】
2009031179.tif 000003
【図２】
2009031179.tif 000004
【図３】
2009031179.tif 000005
【図４】
2009031179.tif 000006
【図５】
2009031179.tif 000007
【図６】
2009031179.tif 000008
【図７】
2009031179.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月10日(2010.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状にイオンを生成するイオン源と、差動排気により少なくとも前記イオン源よりも低いガス圧雰囲気に維持される分析室内に配設された質量分析器及び検出器と、を具備する質量分析装置において、
a)前記イオン源と前記分析室との間に設けられる異なるガス圧を仕切る少なくとも１つの隔壁にあって、イオンが通過し得る部位に設けられたイオン通過開口と、
b)前記イオン通過開口におけるガスコンダクタンスを調整するガスコンダクタンス調整手段と、
c)前記イオン源でのパルス状のイオン生成のタイミングに同期させて前記ガスコンダクタンス調整手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
パルス状にイオンを生成するイオン源と、差動排気により少なくとも前記イオン源よりも低いガス圧雰囲気に維持される分析室内に配設された質量分析器及び検出器と、を具備する質量分析装置において、
a)前記イオン源と前記分析室との間に設けられる異なるガス圧を仕切る少なくとも１つの隔壁にあって、イオンが通過し得る部位に設けられたイオン通過開口と、
b)前記イオン通過開口の開口面積を変化させる開口面積調整手段と、
c)前記イオン源でのパルス状のイオン生成のタイミングに同期させて前記開口面積調整手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする質量分析装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の質量分析装置であって、前記イオン源と前記イオン通過開口との間にイオンを該イオン通過開口に誘引する電場を形成するための手段をさらに備える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であって、前記イオン源はレーザイオン化を行うものであることを特徴とする質量分析装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の質量分析装置であって、前記イオン源は大気圧雰囲気又は低真空雰囲気の下に配置され、前記イオン通過開口は、該イオン源から次にガス圧の低い空間へとイオンを導入するための開口であることを特徴とする質量分析装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の質量分析装置であって、前記イオン源は大気圧雰囲気又は低真空雰囲気の下に配置され、該イオン源と前記分析室との間には内部にイオンを輸送するイオンガイドが設置された少なくとも２つ以上の中間真空室が配設され、前記イオン通過開口は、隣接する２つの中間真空室を仕切る隔壁に設けられたものであることを特徴とする質量分析装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の質量分析装置であって、前記質量分析器はイオンを蓄積するためのイオントラップを含むことを特徴とする質量分析装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
１…イオン化室
２…サンプルプレート
３…試料
４…レーザ光源
５…反射鏡
６…集光レンズ
７…レーザ光
８…加熱キャピラリ
８ａ…イオン導入口
９…第１中間真空室
１０…第１イオンガイド
１１、１６…隔壁
１２…アパーチャ
１３…アパーチャ開閉機構
１３１…基板
１３２…シャッタガイド
１３３…シャッタ
１３４…駆動源
１３５…フレーム
１３６…ブレード
１４…第２中間真空室
１５…第２イオンガイド
１７…分析室
１８…イオントラップ
１９…飛行時間型質量分析器
２０…イオン検出器
２５…ロータリーポンプ
２６、２７…ターボ分子ポンプ
３０、４０…制御部
３１、４１…開閉駆動部
【国際調査報告】
2009031179.tif 000010
2009031179.tif 000011
2009031179.tif 000012
2009031179.tif 000013