(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧下におけるプラズマイオン源と、該プラズマイオン源により生成したイオンを偏向器へ導入するための第１差動排気室と、前記第１差動排気室の出口側に隣接した第２排気室と、前記第２排気室に隣接して設けられた前記偏向器を収納した第３差動排気室と、前記第３差動排気室でイオンが偏向され前記第３差動排気室に隣接して設けられた第４室とを有し前記第４室にイオントラップ型質量分析計を具備し、前記第３差動排気室に検出器を設けたことを特徴とするイオントラップ質量分析計を用いた分析装置。
【請求項２】
大気圧下におけるプラズマイオン源と、該プラズマイオン源により生成したイオンを偏向器へ導入するための第１差動排気室と、第２排気室と、前記第２排気室に隣接して設けられた前記偏向器を収納した第３差動排気室と、前記第３差動排気室でイオンが偏向され前記前記第３差動排気室に隣接したイオントラップ型質量分析計を有する第４室を有し、前記第３差動排気室の圧力が第４室の圧力より低いことを特徴とするイオントラップ質量分析計を用いた分析装置。
【請求項３】
前記第３差動排気室の圧力が１．３３×１０−３Ｐａ以下であることを特徴とする請求項２記載のイオントラップ質量分析計を用いた分析装置。
【請求項４】
大気圧下におけるプラズマイオン源と、該プラズマイオン源により生成したイオンを偏向器へ導入するための第１差動排気室と、第２排気室と、前記第２排気室に隣接して設けられた前記偏向器を収納した第３差動排気室と、前記第３差動排気室でイオンが偏向され前記前記第３差動排気室に隣接したイオントラップ型質量分析計を有する第４室を有し、前記第１差動排気室の圧力が前記第２排気室の圧力より高く、前記第２排気室の圧力が前記第３差動排気室の圧力より高く、前記第３差動排気室の圧力が第４室の圧力より低いことを特徴とするイオントラップ質量分析計を用いた分析装置。
【請求項５】
大気圧下におけるプラズマイオン源と、該プラズマイオン源により生成したイオンを偏向器へ導入するための第１差動排気室と、前記第１差動排気室の出口側に隣接した第２排気室と、前記第２排気室に隣接して設けられた前記偏向器を収納した第３差動排気室と、前記第３差動排気室でイオンが偏向され前記第３差動排気室に隣接して設けられた第４室とを有し、前記第４室にイオントラップ型質量分析計を具備し、前記第３差動排気室に検出器が設けられ、前記イオントラップ分析計で質量分離されたイオンを前記第３差動排気室に引き出して前記検出器により検出することを特徴とするイオントラップ質量分析計を用いた分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、元素イオン種や分子イオン種の分離分析に有効なイオントラップ質量分析計を用いた分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、質量分析装置に用いられているイオントラップ質量分析計は、お椀状の対向する一対のエンドキャップ電極とド−ナツ状のリング電極とから構成される。また、各電極を一定の間隔に保持するため、電極間にはスペーサーとして石英リング等が用いられている。このスペーサーには小さな複数個の孔(直径3mm程度)が設けられており、外部からのバッファ−ガスの導入やイオントラップ質量分析計内部の排気をその孔を通して行うている。バッファーガスとは、イオントラップ質量分析計に入射させたイオンの軌道を収束させるためにイオントラップ質量分析計内部に導入する必要不可欠なガスである。イオントラップ質量分析計内部のバッファーガスの圧力は、イオンの収束効率が最適となる１．３３×１０−１−１０−２Pa（10-3−10-4Torr）程度に保たれている。これはイオントラップ質量分析計を含む高真空部を排気するポンプの排気量とスペーサーの孔の大きさから調整される。
【０００３】
イオントラップ質量分析計を含む高真空部には検出器やイオンレンズなども同時に存在する。検出器には高電圧を印加するため、高真空部の圧力は検出器で放電が起きないように、およそ１．３３×１０−３から１０−４Pa（ 10-5から10-6Torr）程度に保たれている。
【０００４】
このような構造のイオントラップ質量分析計では、点検保守や汚染除去を行うために高真空部をいったん大気圧にさらした場合には、測定を再開するまでに10−12時間と長い時間を要するという大きな欠点がある。これは、スペーサーの小さい孔を通してイオントラップ質量分析計内部を排気しまければならないためだが、イオントラップ質量分析計内部のバッファーガスの圧力をイオンの収束効率が最適となる１．３３×１０−１−１０−２Ｐａ（10-3−10-4Torr）程度に保つには、スペーサーの孔を必要以上に大きくすることは出来ない。
【０００５】
上記の欠点を防ぐために、差動排気領域の後段で検出器だけを他のチャンバーとは別のチャンバーに配して、別個のポンプで排気するという装置構成が、ラピッド・コミュニケーション・イン・マス・スペクトロメトリィ、１９９３年、第７号などに大気圧イオン化法を用いたイオントラップ質量分析計として記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術に記載されたイオントラップ質量分析計は、 大気圧のイオン源で生成したイオンを真空中に取り込むための細孔から、イオントラップ質量分析計のイオン入射孔までが一直線上に配置されており、前記細孔から流入してくる液滴を含むイオン以外の粒子が直接イオントラップ質量分析計に入り込むため、イオントラップ質量分析計内部でのイオンの収束作用を精密に制御することができず感度調整が困難になると同時に、イオントラップ質量分析計が汚染されやすくなりノイズが増加するという問題が生じる。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、イオントラップ質量分析計をいったん大気圧にさらした後でも測定再開までに時間を要さず、液滴を含むイオン以外の粒子がイオントラップ質量分析計に直接入り込むことを防ぐ構成の質量分析計を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
例えば、イオントラップ質量分析計を用いた分析装置として、プラズマイオン源質量分析装置を考えると、従来の装置構成は、大気圧下にあるプラズマイオン源、プラズマにより生成したイオンを真空中に導入するための第1差動排気部(１．３３×１０２Ｐａ（1Torr）程度)、第2差動排気部(１．３３×１０−１−１０−２Ｐａ（10-3−10-4Torr）程度)、そしてイオンレンズや検出器の存在する高真空部(１．３３×１０−３−１０−４Ｐａ（10-5−10-6Torr）程度)に分けられ、イオンを質量分離するためのイオントラップ質量分析計は高真空部に存在する。
【０００９】
これに対して本発明では、イオントラップ質量分析計と検出器を別個のチャンバ−に配置させ、プラズマイオン源から生成したイオンを第1差動排気部、第2差動排気部、さらに検出器と偏向器の存在する高真空部である第3差動排気部を通過させた後、イオントラップ質量分析計の存在する第4室に導入するという装置構成を採用する。ここで質量分離されたイオンを再び第3差動排気部に引き出し、そこに配置する検出器で検出する。
【００１０】
このとき第4室の圧力は、イオントラップ質量分析計の動作圧力範囲である１．３３×１０−１−１０−２Ｐａ（10-3−10-4Torr）程度に維持する。必要であれば第4室にはバッファ−ガス(窒素、ヘリウムなど)を添加する。このような構造にすることによって、石英リングなどのスペーサーを除去することができ、イオントラップ質量分析計を開空間に出来る。従って、イオントラップ質量分析計内部を大気圧にさらした場合にも、容易に内部を排気することが可能になり、短時間で測定を再開できる。高電圧が印加される検出器部分は高真空に維持されている第3差動排気部にあるため、放電などの心配はない。さらに、偏向器を用いて、イオンを真空中に取り込むための細孔とイオントラップ質量分析計のイオン入射孔とをオフラインに配置することによって、液滴を含むイオン以外の粒子が直接イオントラップ質量分析計に入り込むのを防ぐことが出来る。従って、イオントラップ質量分析計内部でのイオンの収束作用を精密に制御でき、またイオントラップ質量分析計の汚染を緩和しノイズを低減することが出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は液体中の微量な試料をイオン源によって大気圧下でイオン化した後、真空領域に導き、イオントラップ質量分析計を用いて質量分析を行う質量分析装置に関する。装置の点検保守や汚染除去後の測定再開までの時間短縮及び、イオントラップ質量分析計の汚染やノイズ増加を防ぐことに特徴を有する発明であり、微量物質の化学分析装置のために十分役立つものである。
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について実施例を挙げ、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（実施例１）
第１の実施例として、まず、本発明を実施するための装置構成を図１を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本発明を実施するためのプラズマイオン源質量分析装置全体の構成を示した図である。試料を含む溶液１はイオン源２に送液され、大気圧下でイオン化される。生成されたイオンは細孔３を通してロータリーポンプ４で１．３３×１０２Ｐａ（1Torr）程度に排気されている第１差動排気部５に導入され、細孔６を通してターボ分子ポンプ７で１．３３×１０−１−１０−２Ｐａ（10-3−10-4Torr）程度に排気されている第2差動排気部２７に導入される。さらにイオンは、細孔８を通してゲート９や偏向器１０や検出器１１が配置されている高真空部１２に導入される。このとき、偏向器１０にはイオンを９０度偏向させるように電圧を印加する。イオンは高真空部１２で偏向され、第４室１３内部のイオントラップ質量分析計１４に導入される。イオン以外の粒子は電場の影響を受けないために直進し、イオントラップ質量分析計１４に入り込むことはない。高真空部１０と第４室１３はターボ分子ポンプ１５によって、それぞれ１．３３×１０−３−１０−４Ｐａ（10-5−10-6Torr）程度と１．３３×１０−１−１０−２Ｐａ（10-3−10-4Torr）程度に排気されている。この圧力差は排気口等コンダクタンスの大きさに依存する。第４室１３には外部よりヘリウムや窒素などのバッファーガス１６を導入できる。イオントラップ質量分析計１４に導入されたイオンは質量分離された後、再び、同方向の高真空部１２に取り出されて、高真空部１２内部の検出器１１によって測定される。このとき偏向器１１には、イオンが第４室１３から検出器に直進するような電圧を印加する。また、ゲート９にはイオントラップ質量分析計へのイオンの入射、取り出しのタイミングに合わせそれぞれのイオン軌道が交錯しないように電圧を印加する。
【００１５】
イオントラップ質量分析計１４は開空間になっているため、いったん大気圧にさらしても、再度排気して測定を開始するまでは短時間で済む。また、偏向器を用いているのでイオン以外の粒子はイオントラップ質量分析計１３には導入されず、測定に影響を及ぼすことはない。
【００１６】
図２は、図１の開空間になっているイオントラップ質量分析計１４と、スペーサー１７を用いて閉空間になっているイオントラップ質量分析計とを比較している。スペーサー１７には外部からのバッファ−ガスの導入やイオントラップ質量分析計内部の排気を行う孔１８があいている。それぞれのイオントラップ質量分析計の電極はガイシ１９によって整列される。各電極間の間隔は、 閉空間になっているイオントラップ質量分析計の場合、電極に直接スペーサー１７を挟むことよって固定するが、開空間になっているイオントラップ質量分析計１４の場合、ガイシ１９にスペーサー２０を挿入することによって固定する。
【００１７】
図３は、図１の偏向器１０に印加する電圧の変化によるイオンの軌道変化を示している。偏向器１０はＱディフレクターと呼ばれるタイプのもので、４つの電極２０、２１、２２、２３から構成されている。電極２０、２１、２２、２３に印加する電圧を調整すると、イオンは軌道２４を通って第２差動排気部から第４室内部のイオントラップ質量分析計へと９０度偏向する場合と、軌道２５を通って直進し第４室内部のイオントラップ質量分析計から高真空部の検出器へと直進する場合を切り分けることができる。
【００１８】
図４は、図１のゲートに印加する電圧のタイムチャートを示している。大気圧で生成されたイオンが、第１差動排気部、第２差動排気部を通り、高真空部で９０度偏向されて第４室のイオントラップ質量分析計に導入されているときには、ゲートには第２差動排気部からのイオンを引き込む電圧が印加されONの状態になっている。また、イオンをイオントラップ質量分析計内部に閉じ込めてからスキャンし、質量分離して取り出すときには、ゲートには第２差動排気部のイオンを反射する電圧が印加されOFFの状態になっている。
【００１９】
（実施例２）
第２の実施例として、本発明を実施するための装置構成を図５を用いて説明する。
【００２０】
図５は、本発明を実施するためのプラズマイオン源質量分析装置全体の構成を示した図である。試料を含む溶液１はイオン源２に送液され、大気圧下でイオン化される。生成されたイオンは細孔３を通してロータリーポンプ４で１．３３×１０２Ｐａ（1Torr）程度に排気されている第１差動排気部５に導入され、細孔６を通してターボ分子ポンプ７で１．３３×１０−１−１０−２Ｐａ（10-3−10-4Torr）程度に排気されている第2差動排気部８に導入される。さらにイオンは、細孔８を通してゲート９や偏向器１０や検出器１１が配置されている高真空部１２に導入される。このとき、偏向器１０にはイオンを９０度偏向させるように電圧を印加する。イオンは高真空部１２で偏向され、第４室１３内部のイオントラップ質量分析計１４に導入される。イオン以外の粒子は電場の影響を受けないために直進し、イオントラップ質量分析計１４に入り込むことはない。高真空部１０と第４室１３はターボ分子ポンプ１５によって、それぞれ１．３３×１０−３−１０−４Ｐａ（10-5−10-6Torr）程度と１．３３×１０−１−１０−２Ｐａ（10-3−10-4Torr）程度に排気されている。この圧力差は排気口等コンダクタンスの大きさに依存する。第４室１３には外部よりヘリウムや窒素などのバッファーガス１６を導入できる。イオントラップ質量分析計１４に導入されたイオンは質量分離された後、導入された方向と反対方向引き出される。再び、高真空部１２に取り出されて、高真空部１２内部の検出器１１によって測定される。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、イオントラップ質量分析計内部を大気圧にさらした場合にも、容易に内部を排気することが可能になり、短時間で測定を再開できる。さらに、液滴を含むイオン以外の粒子が直接イオントラップ質量分析計に入り込むのを防ぎ、イオントラップ質量分析計内部でのイオンの収束作用を精密に制御出来ると同時に、イオントラップ質量分析計の汚染を緩和しノイズを低減することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための装置構成図。
【図２】本発明を実施するための装置構成図。
【図３】本発明を実施するための装置構成図。
【図４】本発明を実施するための装置構成図。
【図５】本発明を説明するための構成図。
【符号の説明】
１…試料を含む溶液、２…イオン源、３、６、８…細孔、４…ロータリーポンプ、５…第１差動排気部、７、１５…ターボ分子ポンプ、９…ゲート、１０…偏向器、１１…検出器、１２…高真空部、１３…第４室、１４…イオントラップ質量分析計、１６…バッファーガス、１７…スペーサー、１８…バッファ−ガス導入及び内部排気孔、１９…ガイシ、２０、２１、２２、２３…Ｑディフレクター電極、２４、２５…イオン軌道、２７…第2差動排気部。
【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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