(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
試料溶液を前記チャンバ内に噴霧してイオン化する第１のイオン源と、
前記第１のイオン源から噴霧された液滴やガス成分を前記チャンバから導入してイオン化する第２のイオン源と、
前記第１のイオン源により生成された第１のイオンと前記第２のイオン源により生成された第２のイオンを前記チャンバ内から導入する第１の電極と、
前記第１のイオンが生成される前記チャンバ内の第１の空間領域から前記第２のイオンが生成される前記第２のイオン源内の第２の空間領域の方向に気流を発生する排気手段と
を有するハイブリッドイオン源。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッドイオン源において、
前記第１のイオン源は、前記試料溶液を噴霧するキャピラリー電極を有し、
前記第２のイオン源は、針電極と、前記針電極と対向した位置にある対向電極とを有し、
前記対向電極と前記キャピラリー電極との間の電界強度が、前記第１の電極と前記キャピラリー電極との間の電界強度よりも小さい
ことを特徴とするハイブリッドイオン源。 
【請求項３】
請求項１に記載のハイブリッドイオン源において、
前記第１の空間領域を加熱する加熱部を有する
ことを特徴とするハイブリッドイオン源。
【請求項４】
請求項１に記載のハイブリッドイオン源において、
前記第２の空間領域を加熱する加熱部を有する
ことを特徴とするハイブリッドイオン源。
【請求項５】
請求項１に記載のハイブリッドイオン源において、
前記第２のイオン源は、針電極と、前記針電極と対向した位置にある対向電極と、前記針電極を加熱する加熱部とを有する
ことを特徴とするハイブリッドイオン源。
【請求項６】
請求項１に記載のハイブリッドイオン源において、
前記第１のイオン源は、前記試料溶液を噴霧するキャピラリー電極を有し、
前記キャピラリー電極と対向する位置に配置され、少なくとも前記キャピラリー電極から噴霧された液滴を加熱する加熱部を有する
ことを特徴とするハイブリッドイオン源。
【請求項７】
請求項１に記載のハイブリッドイオン源において、
前記チャンバに接続され、チャンバ内を排気する第２の排気手段を有する
ことを特徴とするハイブリッドイオン源。
【請求項８】
請求項５に記載のハイブリッドイオン源において、
前記対向電極は、複数の開口部を有する
ことを特徴とするハイブリッドイオン源。
【請求項９】
請求項１に記載のハイブリッドイオン源において、
前記第２のイオン源を複数有する
ことを特徴とするハイブリッドイオン源。
【請求項１０】
請求項１に記載のハイブリッドイオン源において、
前記第１のイオン源は、前記試料溶液を噴霧するキャピラリー電極を有し、さらに、
前記キャピラリー電極に電圧を印加する第１の電源及び／又は前記第２のイオン源内の針電極に電圧を印加する第２の電源と、
前記第１及び第２の電源のうち少なくとも一方における印加電圧を切り替えるタイミングに同期して、前記排気手段の排気流量値を切り替え制御する制御部とを有する
ことを特徴とするハイブリッドイオン源。
【請求項１１】
請求項１に記載のハイブリッドイオン源において、
前記第２の空間領域に溶媒を導入する配管を有する
ことを特徴とするハイブリッドイオン源。
【請求項１２】
請求項１に記載のハイブリッドイオン源において、
前記第１のイオン源はＥＳＩイオン源であり、
前記第２のイオン源はＡＰＣＩイオン源である
ことを特徴とするハイブリッドイオン源。
【請求項１３】
請求項１に記載のハイブリッドイオン源と、
前記第１の電極よりイオンを導入する質量分析／検出部と
を有する質量分析装置。
【請求項１４】
請求項１に記載のハイブリッドイオン源と、
前記第１の電極よりイオンを導入するイオンモビリティ部と
を有するイオンモビリティ装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン化方式を異にする複数種類のイオン源を搭載するハイブリッドイオン源と、当該イオン源を搭載する質量分析計及びイオンモビリティ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大気圧イオン化質量分析計は、大気圧下で生成したイオンを真空系に導入してイオンの質量を分析する。大気圧イオン化法には、エレクトロスプレー法（以下「ＥＳＩ法」という。）、大気圧化学イオン化法（以下「ＡＰＣＩ法」という。）等がある。【０００３】
ＥＳＩ法は、高電圧を印加したキャピラリーに試料溶液を流して噴霧することにより帯電液滴を生成し、この帯電液滴が蒸発と分裂を繰り返すことによりイオンを生成する方式である。ＥＳＩ法は、高分子量試料や高極性試料などに対応可能なイオン化法である。なお、ＥＳＩ法では、一般に、加熱したガスなどを大量に噴霧して液滴の蒸発・気化を促進させる方式が併用される。【０００４】
ＡＰＣＩ法は、試料溶液を加熱気化した溶媒分子をコロナ放電によりイオン化する方式である。この方式の場合、コロナ放電により生成された一次イオンと試料分子の間で電荷の移動が生じ、試料分子がイオン化される。ＡＰＣＩ法は、ＥＳＩ法に比べて分子量の小さい低分子量試料や極性が小さい低極性試料にも適用できる。【０００５】
ＡＰＣＩ法の性能向上を図る技術として、特許文献１や特許文献２に記載の技術がある。この技術では、試料溶液を気化した試料ガスをコロナ放電領域に導入する方向と生成されたイオンの進行方向とが逆向きとなる。このため、コロナ放電で生成した一次イオンと雰囲気中に存在する阻害因子の反応効率が低下する。その結果、ノイズイオンの発生を抑制することができる。さらに、一次イオンと試料分子の反応効率が向上するため、生成イオンの検出強度も増加する。【０００６】
このように試料や原理を異にするイオン化方式（例えばＥＳＩ法とＡＰＣＩ法）を１つのイオン源において実現できれば、測定対象とする物質の範囲やイオン源の応用範囲を拡大することが可能となる。本明細書では、複数種類のイオン化方式に対応するイオン源をハイブリッドイオン源と呼ぶ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第６６８６５９２号明細書
【特許文献２】米国特許第６６３９２１５号明細書
【特許文献３】特許第４５５３０１１号明細書
【特許文献４】米国特許第７４８８９５３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１は、ＡＰＣＩ法のイオン源を開示する。しかし、特許文献１には、ＡＰＣＩ法とＥＳＩ法の併用についての記載は認められない。【０００９】
特許文献２も特許文献１と同様、ＡＰＣＩ法によるイオン源を開示する。しかし、ＡＰＣＩ法とＥＳＩ法との併用についての記載はない。特許文献２には、試料導入管の上流部において試料溶液を加熱気化し、イオン化部分に導入する技術が開示されている。なお、ＥＳＩ法は、溶液からイオンを生成する方式であり、試料ガスを供給してもイオンを生成することはできない。このため、試料溶液の供給を前提とするＥＳＩ法とＡＰＣＩ法の組み合わせは不可能である。【００１０】
特許文献３には、ＥＳＩ法によるイオン化とＡＰＣＩ法によるイオン化を１つのイオン源で実行するための方式が提案されている。特許文献３では、ＥＳＩ法による静電噴霧部とＡＰＣＩ法による針電極とが同じ空間内に配置され、ＥＳＩ法によるイオン化とＡＰＣＩ法によるイオン化が同時に実行される。しかし、この手法では、静電噴霧部に印加する高電圧と針電極に印加する高電圧が互いの電界に悪影響を与え、互いのイオン強度を低下させる問題がある。【００１１】
特許文献４も、ＥＳＩ法による静電噴霧部とＡＰＣＩ法による針電極を同じ空間内に配置し、ＥＳＩ法によるイオン化とＡＰＣＩ法によるイオン化を同時に実行する技術を開示する。ただし、特許文献４は、静電噴霧部と針電極の間にシールド電極を配置し、他方の電界からの影響を抑制する技術を開示する。シールド電極により、チャンバ内の空間は物理的に２つの領域（ＥＳＩ領域とＡＰＣＩ領域）に分離される。このため、静電噴霧部からの噴霧によりＥＳＩ領域に供給された試料ガスは、シールド電極を越えてＡＰＣＩ領域に導入され難くい。このため、特許文献４に記載の技術では、ＡＰＣＩ法により生成されるイオン強度の低下が懸念される。【００１２】
このように、ＥＳＩ法とＡＰＣＩ法の両方に対応するイオン源が提案されてはいるものの、これら従来の手法では、ＥＳＩ法とＡＰＣＩ法を同時に実行しても低いイオン強度しか得ることができない。このため、高い感度を必要とする分析用途では、単独のイオン化モードの使用が一般的である。【００１３】
そこで、本発明は、複数のイオン化方式を同時に実行しても高感度かつ高ロバスト性が実現されるハイブリッドイオン源を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明に係るハイブリッドイオン源は、チャンバと、試料溶液を噴霧してイオン化する第１のイオン源と、第１のイオン源から噴霧された液滴及び／又はガス成分をイオン化する第２のイオン源と、第１のイオン源により生成された第１のイオンと第２のイオン源により生成された第２のイオンを導入する第１の電極と、第１のイオンが生成される第１の空間領域から第２のイオンが生成される第２のイオン源内の第２の空間領域の方向に気流を発生する排気手段を有する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、複数種類のイオン化方式を同時に実行して試料をイオン化しても、各イオン化方式に対応するイオンの分析感度とロバスト性が共に高いハイブリッドイオン源を実現できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１に係るハイブリッドイオン源の構成を示す図。
【図２】実施例２に係るハイブリッドイオン源に適用する電圧条件を説明する図。
【図３】実施例３に係るハイブリッドイオン源の構成を示す図。
【図４】実施例４に係るハイブリッドイオン源の構成を示す図。
【図５】実施例５に係るハイブリッドイオン源の構成を示す図。
【図６】実施例６に係るハイブリッドイオン源の構成を示す図。
【図７】実施例７に係るハイブリッドイオン源の構成を示す図。
【図８】実施例８に係るハイブリッドイオン源の構成を示す図。
【図９】実施例９に係るハイブリッドイオン源の構成を示す図。
【図１０】実施例１〜９に係るハイブリッドイオン源を構成するＡＰＣＩイオン源内におけるガス流速とイオン発生強度の関係を説明する図。
【図１１】実施例１０に係るハイブリッドイオン源の構成を示す図。
【図１２】実施例１２に係るハイブリッドイオン源の構成を示す図。
【図１３Ａ】実施例１２で使用する対向電極の中心断面構造を説明する図
【図１３Ｂ】実施例１２で使用する対向電極の正面構造を説明する図。
【図１４】実施例１３に係るハイブリッドイオン源の構成を示す図。
【図１５Ａ】実施例１３で使用する対向電極の中心断面構造を説明する図。
【図１５Ｂ】実施例１３で使用する対向電極の正面構造を説明する図。
【図１６】実施例１４に係るハイブリッドイオン源の構成を示す図。
【図１７】実施例１５に係るハイブリッドイオン源の構成を示す図。
【図１８】実施例１５に係るハイブリッドイオン源の制御系を説明する図。
【図１９】実施例１６に係るハイブリッドイオン源の構成を示す図。
【図２０】実施例１７に係る質量分析計の構成を示す図。
【図２１】実施例１８に係るイオンモビリティ装置の構成を示す図。
【図２２】実施例１９に係るハイブリッドイオン源の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の実施の態様は、後述する実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。
【００１８】
（実施例１）
本実施例では、ＥＳＩイオン源とＡＰＣＩイオン源を搭載するハイブリッドイオン源について説明する。本実施例では、以下に示す（ａ）〜（ｃ）を特徴とするハイブリッドイオン源について説明する
（ａ）ＥＳＩイオン源とＡＰＣＩイオン源が互いに直交する位置関係に配置される。
（ｂ）ＡＰＣＩイオン源とイオンの取り出し口となる第１細孔電極が互いに対向する位置関係に配置される。
（ｃ）ＥＳＩイオン化領域からコロナ放電領域の方向へ気流を発生させる排気ポンプがＡＰＣＩイオン源に配置される。
【００１９】
図１に、本実施例に係るハイブリッドイオン源１の構成例を示す。本実施例に係るハイブリッドイオン源１は、ＥＳＩイオン源２とＡＰＣＩイオン源３を有している。
【００２０】
本実施例の場合、ＥＳＩイオン源２は、ＥＳＩイオン化室２４（チャンバ）の天井面に、その吹き出し方向が鉛直下方を向くように配置される。ＡＰＣＩイオン源３は、ＥＳＩイオン化室２４（チャンバ）の側壁に対して垂直方向に配置される。すなわち、ＥＳＩイオン源２のイオン吹き出し方向とＡＰＣＩイオン源３のイオン吹き出し方向とが互いに直交するように配置される。
【００２１】
ＡＰＣＩイオン源３の吹き出し口と、イオンの取り出し口（質量分析／検出部などへのイオンを導入口）となる第１細孔電極１１の開口部１２は、互いに対向する位置に配置される。第１細孔電極１１の先端である開口部１２は、ＡＰＣＩイオン源３の開口部から円錐状に放出されるイオン軌道の見込み角内又はその近傍範囲に配置される。この配置により、ＡＰＣＩイオンを効率よく開口部１２から第１細孔電極１１内に導入することができる。
【００２２】
ＥＳＩイオン源２のキャピラリー４には、試料溶液５を流した状態で、電源６から高電圧が印加されている。このため、キャピラリー４の先端からは試料溶液５が静電噴霧される。静電噴霧された試料溶液５の一部は蒸発と分裂を繰り返し、ＥＳＩイオン７となる。キャピラリー４に印加する高電圧の値は、数ｋＶ程度（絶対値）が一般的である。なお、正イオンを生成する場合、キャピラリー４には、＋数ｋＶの電圧が印加される。負イオンを生成する場合、キャピラリー４には、−数ｋＶの電圧が印加される。
【００２３】
一般に、キャピラリー４の内径は１ｍｍ以下に設定される。試料溶液５の流量は、キャピラリー４の内径に依存する。一般には、試料溶液５の流量は、ｎＬ／分オーダーからｍＬ／分オーダー程度の範囲に設定される。
【００２４】
本実施例の場合、キャピラリー４の外周を囲むように噴霧管８が配置され、キャピラリー４と噴霧管８の間に噴霧ガス９が導入される。噴霧ガス９の導入により、キャピラリー４から噴霧された試料溶液５の気化が促進される。噴霧ガス９には、一般に窒素などの不活性ガスが使用される。一般には、噴霧ガス９の流量は、０．１Ｌ／分から１０Ｌ／分程度の範囲に設定される。ただし、キャピラリー４の内径が非常に小さい場合や試料溶液５の流量が非常に小さい場合には、噴霧管８の設置や噴霧ガス９の導入は必ずしも必要でない。
【００２５】
ＥＳＩイオン源２により生成したＥＳＩイオン７（黒丸マーク）は、例えば矢印１０の軌道を通り、第１細孔電極１１の開口部１２に導入される。なお、第１細孔電極１１には、電源１３から最大数百Ｖ程度（絶対値）の電圧が印加される。正イオンが生成される場合、第１細孔電極１１にはプラスの電圧が印加され、負イオンが生成される場合、第１細孔電極１１にはマイナスの電圧が印加される。なお、生成されたイオンを第１細孔電極１１の側に引き付けられるように電源６と電源１３の電圧が設定される。
【００２６】
前述したように、キャピラリー４の先端から試料溶液５が噴霧されることによりＥＳＩイオン７が生成されるが、試料溶液５の一部はイオン化せず、液滴１４（黒三角マーク）の状態に留まる。液滴１４の中には、帯電しているものもあるが、イオンなどに比べ粒径が大きいため、キャピラリー４と第１細孔電極１１間の電界の影響を受けにくく、排気ポンプ２７により形成された気流２６の影響を受けやすい。例えば液滴１４は、矢印１５の軌道を通る。液滴１４の一部は移動の過程で気化し、試料ガス１６（白三角マーク）となる。
【００２７】
試料ガス１６は、対向電極１８に形成された開口部２８を通じ、ＡＰＣＩイオン源３の内部に導入される。ＡＰＣＩイオン源３は中空の筐体を有し、第１の端部側に対向電極１８が取り付けられている。前記筐体の第２の端部側（第１の端部側とは反対側）には排気用の開口が形成されている。
【００２８】
ＡＰＣＩイオン源３の筐体内部には、針電極１７が取り付けられている。対向電極１８は、この針電極１７と一対の電極である。筐体内のうち針電極１７の先端と対向電極１８の間の空間にコロナ放電領域１９が形成される。
【００２９】
針電極１７は、金属製で先端が鋭利に尖っているものが望ましい。例えばタングステン等の放電や摩耗に強い材質を利用することが望ましい。この種の材質の利用により、針電極１７の高寿命化や耐久性の向上を実現することができる。
【００３０】
コロナ放電領域１９では、コロナ放電により試料ガス１６内の溶媒分子がイオン化される。すなわち、一次イオンが生成される。溶媒分子は、試料溶液５に使用した溶媒に依存する。溶媒には、有機溶媒、水、これらの混合物などが用いられる。なお、酸などの添加物が混合した溶媒を用いることもある。
【００３１】
コロナ放電を発生させるため、針電極１７には電源２０より数ｋＶ程度（絶対値）の高電圧が印加される。一方、対向電極１８には電源２１より最大数ｋＶ程度（絶対値）の電圧が印加される。正イオンを生成する場合、針電極１７には＋数ｋＶの電圧が印加され、負イオンを生成する場合、針電極１７には−数ｋＶの電圧が印加される。
【００３２】
対向電極１８にも、針電極１７と同様の電圧が印加される。すなわち、正イオンを生成する場合、対向電極１８にはプラスの電圧が印加され、負イオンを生成する場合、マイナスの電圧が印加される。
【００３３】
コロナ放電により一次イオンが生成すると、生成された一次イオンと試料ガス１６内の試料分子との間で電荷の移動が発生し、試料イオン（ＡＰＣＩイオン）が生成される。生成されたＡＰＣＩイオンは、例えば矢印２２に示す軌道を通り、第１細孔電極１１の開口部１２に導入される。このＡＰＣＩイオンの移動は、気流２６に逆らった移動となる。
【００３４】
ＥＳＩイオン化領域２３を形成するＥＳＩイオン化室２４からコロナ放電領域１９を形成するコロナ放電室２５の方向への気流２６は、排気ポンプ２７により発生される。なお、排気ポンプ２７の吸気口は、配管２９及び３０を通じ、ＡＰＣＩイオン源３の筐体の第２の端部側に形成された開口部に接続されている。
【００３５】
排気ポンプ２７の排気量は、最大数十Ｌ／分程度であり、配管２９及び３０の途中に配置した流量調節機構３１により調節される。流量調節機構３１には、フローコントローラ、バルブなどを使用する。もっとも、排気ポンプ２７に流量調節機能がある場合、排気ポンプ２７の排気量自体が最適流量である場合などでは、流量調節機構３１は必須でない。
【００３６】
本実施例の場合、ＥＳＩイオン化領域２３とコロナ放電領域１９とは、対向電極１８により２つの領域に区切られている。ここで、対向電極１８の電位は電源２１から印加される電位に設定されている。よって、ＥＳＩイオン源２のキャピラリー４に印加される電圧とＡＰＣＩイオン源３の針電極１７に印加される電圧が他方の電界から受ける影響を互いに軽減することができる。
【００３７】
この結果、ＥＳＩイオン源２とＡＰＣＩイオン源３のそれぞれにおいて生成されるイオンの強度低下を防ぐことができる。また、ＥＳＩイオン化領域２３からコロナ放電領域１９の方向に気流２６が発生しているので、コロナ放電領域１９への試料ガス１６の導入効率を高めることができる。また、コロナ放電領域１９に導入される試料ガス１６の量が増加することにより、ＡＰＣIイオンの発生強度の向上も期待できる。
【００３８】
さらに、本実施例の場合、試料溶液５から気化した試料ガス１６の導入方向とＡＰＣIイオンの進行方向（矢印２２）とが逆向きとなる。よって、コロナ放電で生成した一次イオンと雰囲気中に存在する阻害因子との反応効率を低下させることができ、ノイズイオンの発生を抑止し、かつ、一次イオンと試料分子の反応効率を向上させることができる。この結果、ＡＰＣＩイオンの検出強度をさらに向上することができる。
【００３９】
また、本実施例では、気流２６によりコロナ放電領域１９の不純物を除去できるため、長時間安定したイオン化を実現できる。すなわち、ロバスト性を向上させることができる。
【００４０】
また、本実施例の場合、ＥＳＩイオン源２とＡＰＣＩイオン源３が直交位置に配置されるため、気化が不充分な液滴１４などの直進成分がコロナ放電領域１９に導入される事態を効果的に抑制することができる。
【００４１】
また、ＡＰＣＩイオン源３の対向位置に第１細孔電極１１が配置されるため、ＡＰＣＩイオンの第１細孔電極１１に対する導入効率を高めることができる。
【００４２】
（実施例２）
本実施例では、実施例１に記載の装置構成を前提とし、ＥＳＩイオンの第１細孔電極１１への導入効率を向上させるための電圧条件を提供する。
【００４３】
図２に、本実施例に係るハイブリッドイオン源１の概略構成を示す。図２には図１との対応部分に同一符号を付して示す。本実施例におけるハイブリッドイオン源１の基本的な構造は実施例１と同じである。ただし、図２においては、ＡＰＣＩイオン源３に接続する排気ポンプ２７等の表記を省略している。以下では、実施例１との相違点についてのみ説明する。
【００４４】
以下の説明では、ＥＳＩイオン源２のキャピラリー４に対して印加する電圧値をＶ１とし、第１細孔電極１１に印加する電圧値をＶ２とし、対向電極１８に印加する電圧値をＶ３とし、針電極１７に印加する電圧値をＶ４とする。また、キャピラリー４と第１細孔電極１１の距離をＬ１とし、キャピラリー４と対向電極１８の距離をＬ２とする。
【００４５】
このとき、キャピラリー４と第１細孔電極１１との間に発生される電界の強度（電界強度）Ｅ１と、キャピラリー４と対向電極１８との間に形成される電界の強度（電界強度）Ｅ２の概算値は、それぞれ式１と式２により算出することができる。
Ｅ１＝｜Ｖ１−Ｖ２｜／Ｌ１      …（式１）
Ｅ２＝｜Ｖ１−Ｖ３｜／Ｌ２      …（式２）
【００４６】
本実施例では、電界強度Ｅ１及びＥ２が式３の関係を満たすように設定する。すなわち、キャピラリー４と第１細孔電極１１の間の電界強度Ｅ１が、キャピラリー４と対向電極１８の電界強度Ｅ２よりも強くなるように設定する。
Ｅ１＞Ｅ２      …（式３）
【００４７】
式３の条件を満たすことにより、ＥＳＩイオン源２によって生成されたＥＳＩイオン７は、電界強度がより強い第１細孔電極１１の方向に、例えば矢印１０で示す軌道を通って進み易くなる。すなわち、対向電極１８の方向よりも第１細孔電極１１の方向に進み易くなる。このため、ＥＳＩイオンの検出強度が増加する。
【００４８】
また、ＡＰＣＩイオン源３の対向電極１８に印加する電圧値Ｖ３を、ＥＳＩイオン７の電荷と反発する電圧に設定しても良い。例えばＥＳＩイオン７が正イオンならば、対向電極１８にプラスの電圧値を印加し、ＥＳＩイオン７が負イオンならば対向電極１８にマイナスの電圧値を印加しても良い。この場合、ＥＳＩイオン７と対向電極１８との間には反発力が生じ、ＥＳＩイオン７は第１細孔電極１１の方向に偏向され易くなる。結果的に、第一細孔電極１１に対するＥＳＩイオン７の導入効率をさらに向上させることができる。
【００４９】
以上説明したように、本実施例によれば、実施例１とほぼ同様の構成のハイブリッドイオン源で発生されるＥＳＩイオン７の発生強度を効率的に高めることができる。
【００５０】
（実施例３）
本実施例では、ＥＳＩイオン源２とＡＰＣＩイオン源３が互いに対向する位置に配置され、ＡＰＣＩイオン源３と第１細孔電極１１とが互いに直交する位置に配置されるハイブリッドイオン源について説明する。この実施例は、ＥＳＩイオン化領域２３からコロナ放電領域１９の方向への気流を増やし、ＡＰＣＩイオンの発生強度を増加させることを目的とする。
【００５１】
図３に、本実施例に係るハイブリッドイオン源１の概略構成例を示す。図３には図１との対応部分に同一符号を付して示す。図３に示すように、本実施例に係るハイブリッドイオン源１の基本的な構造は実施例１と同じである。以下では、実施例１との相違点についてのみ説明する。
【００５２】
図３に示すように、本実施例に係るハイブリッドイオン源１では、ＡＰＣＩイオン源３がＥＳＩイオン源２のほぼ鉛直直下に配置される。第１細孔電極１１は、図１の場合と同様、水平方向に延設するように配置される。このため、第１細孔電極１１は、ＥＳＩイオン源２とＡＰＣＩイオン源３の両方に直交する位置関係になる。
【００５３】
なお、第１細孔電極１１の先端に位置する開口部１２は、ＡＰＣＩイオン源３の開口部から円錐状に放出されるイオン軌道の見込み角内又はその近傍範囲に配置される。
【００５４】
本実施例の場合、ＥＳＩイオン源２から噴霧された試料溶液５のうちイオン化しなかった液滴１４に作用する重力と気流の方向とが一致する。このため、ＡＰＣＩイオン源３のコロナ放電領域１９に対する試料ガス１６の導入効率を高めることができる。結果的に、ＡＰＣＩイオンの発生強度を増やすことができる。
【００５５】
なお、本実施例の場合、ＡＰＣＩイオンの出力方向と第１細孔電極１１の開口部１２とが対向しないため、開口部１２に対してＡＰＣＩイオンが効率的に導入されるように配置や印加電圧を最適化することが望ましい。例えばＡＰＣＩイオン源３と開口部１２の距離を近づけることが望ましい。
【００５６】
本実施例の場合にも、実施例２で説明した電界強度条件を満たすように、各電源の電圧を設定することにより、ＥＳＩイオンの検出強度を向上させることができる。
【００５７】
（実施例４）
本実施例では、ＥＳＩイオン源、ＡＰＣＩイオン源及び第１細孔電極のいずれもが、互いに直交する位置関係に配置されるハイブリッドイオン源について説明する。
【００５８】
図４に、本実施例に係るハイブリッドイオン源１の概略構成例を示す。図４には図１との対応部分に同一符号を付して示す。図４に示すように、本実施例に係るハイブリッドイオン源１の基本的な構造は実施例１と同じである。以下では、実施例１との相違点についてのみ説明する。
【００５９】
図４では、第１細孔電極１１が紙面に対して垂直方向に取り付けられている点で異なっている。図４では、第１細孔電極１１の先端部のみが表されている。この構造の場合、気化が不充分な液滴１４などの直進成分がコロナ放電領域１９に導入される可能性を抑制することができる。この場合も、試料ガス１６を気流と共にＡＰＣＩイオン源３に効率的に導入できるため、ＡＰＣＩイオンの発生強度を向上させることができる。また、本実施例の場合にも、実施例２で説明した電界強度条件を満たすように、各電源の電圧を設定することにより、ＥＳＩイオンの検出強度を向上させることができる。
【００６０】
（実施例５）
本実施例では、ＡＰＣＩイオン源がＥＳＩイオン化室（チャンバ）の側面に対して斜め下方から取り付けられている構造のハイブリッドイオン源について説明する。
【００６１】
図５に、本実施例に係るハイブリッドイオン源１の概略構成例を示す。図５には図１との対応部分に同一符号を付して示す。図５に示すように、本実施例に係るハイブリッドイオン源１の基本的な構造は実施例１と同じである。以下では、実施例１との相違点についてのみ説明する。
【００６２】
ＡＰＣＩイオン源３は、第１細孔電極１１が取り付けられた側面とは反対側の側壁に、その軸線が図中斜め下方に傾斜するように取り付けられている。すなわち、ＡＰＣＩイオン源３は、針電極１７の先端方向が斜め上方を向くように取り付けられている。このため、ＡＰＣＩイオン源３の軸線方向とＥＳＩイオン源２の軸線方向のなす角は鈍角を形成する。
【００６３】
前述したように、ＥＳＩイオン源２から噴霧された試料溶液５の一部は、気化が不十分なまま液滴１４として残る。この液滴１４は主に直進する。このため、実施例３（図３）の取付構造よりも、液滴１４の直進成分がコロナ放電領域１９に導入される可能性を低くできる。
【００６４】
また、試料ガス１６は、鉛直方向下向きに噴霧された試料溶液５が気化することで生成される。このため、ＡＰＣＩイオン源３の導入口が斜め上方に向く取り付け構造は、試料ガス１６のコロナ放電領域１９への導入に効率的である。また、ＡＰＣＩイオン源３の軸線方向と第１細孔電極１１の軸線方向がなす角は、実施例３（図３）の場合よりも大きくなる（９０°よりも大きくなる）。このため、実施例３の場合よりも、第１細孔電極１１に対するＡＰＣＩイオンの導入効率を高めることができる。
【００６５】
この場合にも、実施例１と基本的に同様の効果を得ることができる。また、本実施例の場合にも、実施例２で説明した電界強度条件を満たすように、各電源の電圧を設定することにより、ＥＳＩイオンの検出強度を向上させることができる。
【００６６】
（実施例６）
本実施例では、実施例１とほぼ同様の装置構成を有するハイブリッドイオン源に対し、ＡＰＣＩイオン源の筺体と針電極の両方に加熱機構を追加したハイブリッドイオン源について説明する。
【００６７】
図６に、本実施例に係るハイブリッドイオン源１の概略構成を示す。図６には図１との対応部分に同一符号を付して示す。本実施例におけるハイブリッドイオン源１の基本的な構造は実施例１と同じである。以下では、実施例１との相違点についてのみ説明する。
【００６８】
図６では、ＡＰＣＩイオン源３の筺体部を加熱する加熱部３２と針電極１７を加熱する加熱部３３が追加されている。
【００６９】
本実施例の構造は、試料溶液５に酸などの腐食性の高い成分が混合している場合などに特に有効である。試料溶液５から気化した試料ガス１６は、気流２６に乗ってＡＰＣＩイオン源３に導入され、その一部が筺体内部や針電極１７の表面に付着する。しかし、本実施例では、筺体や針電極１７が加熱されているので、試料ガス１６は仮に付着したとしても再び気化され、気流と共にＡＰＣＩイオン源３の後端側から外部に排気される。このため、ＡＰＣＩイオン源３の筺体内側や針電極１７の表面を清浄な状態に保つことができる。結果的に、針電極１７などの寿命を延ばし耐久性や安定性を向上することができる。
【００７０】
なお、本実施例では、加熱部３２及び３３の両方を用いているが、どちらか一方の加熱部だけを用いても良い。加熱部３２及び３３には、ヒートブロックやヒータ線のように筺体や針電極１７に直接接触した状態で加熱する方式、ランプや赤外線による加熱のように筺体や針電極１７を非接触な状態で加熱する方式等、様々な加熱方式を用いることができる。
【００７１】
勿論、本実施例も、実施例１の基本的な効果を得ることができる。また、本実施例の加熱方式は、実施例１〜５で説明したハイブリッドイオン源１と組み合わせて使用しても良い。
【００７２】
（実施例７）
本実施例では、実施例１とほぼ同様の装置構成を有するハイブリッドイオン源に対し、ＥＳＩイオン化領域を加熱する加熱機構を追加したハイブリッドイオン源について説明する。
【００７３】
図７に、本実施例に係るハイブリッドイオン源１の概略構成を示す。図７には図１との対応部分に同一符号を付して示す。本実施例におけるハイブリッドイオン源１の基本的な構造は実施例１と同じである。以下では、実施例１との相違点についてのみ説明する。
【００７４】
図７では、ＥＳＩイオン化領域２３を加熱するための加熱部３４が、ＥＳＩイオン源２の先端部付近に取り付けられている。図７は、特にキャピラリー４の出口付近を中心に加熱するための構造例を示している。本実施例の加熱部３４は筒型の形状を有している。
【００７５】
本実施例の場合、加熱部３４によりＥＳＩイオン化領域２３を加熱できるので、試料溶液５の気化が促進され、ＥＳＩイオンの発生強度が向上する。また、ＥＳＩイオン化領域２３を加熱することで液滴１４の気化も促進される。その結果、試料ガス１６の生成効率が向上し、ＡＰＣＩイオンの発生強度も向上する。
【００７６】
なお、加熱部３４には、ヒートブロックによる加熱方式、ランプや赤外線による加熱方式等、様々な加熱方式を用いることができる。本実施例も、実施例１の基本的な効果を得ることができる。また、本実施例の加熱方式は、実施例１〜６で説明したハイブリッドイオン源１と組み合わせて使用しても良い。
【００７７】
（実施例８）
本実施例では、実施例１とほぼ同様の装置構成を有するハイブリッドイオン源に対し、ＥＳＩイオン源の対向位置に加熱機構を配置したハイブリッドイオン源について説明する。
【００７８】
図８に、本実施例に係るハイブリッドイオン源１の概略構成を示す。図８には図１との対応部分に同一符号を付して示す。本実施例におけるハイブリッドイオン源１の基本的な構造は実施例１と同じである。以下では、実施例１との相違点についてのみ説明する。
【００７９】
図８では、ＥＳＩイオン化領域２３を加熱するための加熱部３５が、ＥＳＩイオン源２の直下であって、ＡＰＣＩイオン源３と第１細孔電極１１の取り付け位置よりも下の位置に配置されている。加熱部３５は例えば加熱プレートで構成される。加熱部３５は、液滴１４の広がり範囲やＥＳＩイオン化領域２３の広がり範囲を想定して十分な面積を有している。
【００８０】
この配置構成により、ＥＳＩイオン化領域２３は下方側から全体的に加熱され、試料溶液５の気化の促進によりＥＳＩイオンの発生強度を向上させることができる。また、液滴１４の気化も促進され、試料ガス１６の生成を促進することができる。
【００８１】
なお、キャピラリー４から噴霧された液滴１４などの一部は、例えば矢印１５に示す軌道を通り、そのまま加熱部３５に衝突する。この衝突により液滴１４などは小さく分裂すると共に、加熱部３５により効率的に加熱されるため、気化が一段と促進される。結果的に、ＥＳＩイオン化室２４内における試料ガス１６の発生量を増加させることができる。
【００８２】
発生された試料ガス１６は、ＥＳＩイオン化室２４内に形成された気流に沿って流れ（例えば矢印３６に示す軌道を通り）、ＡＰＣＩイオン源３に導入される。このように、本実施例の場合には、試料溶液５のイオン化や液滴１４のガス化を促進することができる。また、液滴１４のまま加熱部３５に衝突した液滴もガス化できるため、ＡＰＣＩイオンの発生強度を高めることができる。
【００８３】
また、液滴１４のガス化により、液滴１４の付着によるＥＳＩイオン化室２４内の汚染を低減でき、質量分析等への影響を低減することができる。
【００８４】
なお、加熱部３５には、ヒートブロックによる加熱方式、ランプや赤外線による加熱方式等、様々な加熱方式を用いることができる。勿論、本実施例の場合も、実施例１の基本的な効果を得ることができる。また、本実施例の加熱方式は、実施例１〜７で説明したハイブリッドイオン源１と組み合わせて使用しても良い。
【００８５】
（実施例９）
本実施例では、実施例１とほぼ同様の装置構成を有するハイブリッドイオン源に対し、ＥＳＩイオン化領域に加熱ガスを導入してイオン化やガス化を促進する加熱ガス管を配置するハイブリッドイオン源について説明する。
【００８６】
図９に、本実施例に係るハイブリッドイオン源１の概略構成を示す。図９には図１との対応部分に同一符号を付して示す。本実施例におけるハイブリッドイオン源１の基本的な構造は実施例１と同じである。以下では、実施例１との相違点についてのみ説明する。
【００８７】
図９では、ＥＳＩイオン化領域２３を加熱するための加熱ガス管３７が、ＥＳＩイオン源２の外周を囲むように配置されている。なお、図９のように、加熱ガス管３７とキャピラリー４の先端との間にＥＳＩイオン化領域２３の一部を含んでいる場合もある。加熱ガス管３７には、不図示の加熱ガス源より導入された加熱ガス３８が流れている。
【００８８】
加熱ガス３８によりＥＳＩイオン化領域２３が加熱されるので、キャピラリー４から噴霧された試料溶液５の気化が一段と促進され、ＥＳＩイオンの発生強度が向上する。また、気化の促進により試料ガス１６の生成効率も向上される。これにより、ＡＰＣＩイオンの発生強度も向上する。
【００８９】
加熱ガス３８は、窒素などの不活性ガスを使用するのが一般的であり、温度は最大８００℃程度まで加熱する場合もある。加熱ガス３８は、最大数十Ｌ／分程度の流量で使用する。
【００９０】
また、本実施例では、第１細孔電極１１の外側に電極３９を配置し、電極３９と第１細孔電極１１の隙間にガス４０を流す。ガス４０は、第１細孔電極１１の入口付近から噴き出し、イオン導入方向とは逆向きの気流を生成する。この気流により、イオン以外が第１細孔電極１１に導入されないようにする。すなわち、ノイズが低減される。
【００９１】
ガス４０も、一般的には、窒素などの不活性ガスを使用する。なお、ガス４０は、最大数Ｌ／分程度の流量で使用する。なお、加熱ガス３８とガス４０に関しては、どちらか一方の使用だけでも良い。
【００９２】
電極３９には、一般に、最大１ｋＶ程度（絶対値）の電圧を印加する。なお、ＥＳＩイオンとして正イオンを生成する場合、プラスの電圧を電極３９に印加する。また、ＥＳＩイオンとして負イオンを生成する場合、マイナスの電圧を電極３９に印加する。
【００９３】
本実施例も、実施例１の基本的な効果を得ることができる。また、本実施例の加熱方式は、実施例１〜８で説明したハイブリッドイオン源１と組み合わせて使用しても良い。
【００９４】
（実施例１０）
本実施例では、実施例９とほぼ同様の構成のハイブリッドイオン源に対し、ＥＳＩイオン化室を直接排気する排気ポンプを配置する。
【００９５】
まず、実施例１〜実施例９で説明したハイブリッドイオン源１を使用して、７塩化ダイオキシン（ＨｐＣＤＤ）をＡＰＣＩイオン化した結果を図１０に示す。図１０の横軸はガス流速を示し、縦軸は相対信号強度を示す。図１０は、ＡＰＣＩイオン源３の中の気流２６による対向電極１８の開口部２８付近のガス流速を変化させた時のＨｐＣＤＤイオン（ｍ／ｚ４０６）の強度変化を表している。図１０では、ガス流速が２〜１０ｍ／ｓ程度の条件が最適であることが分かる。
【００９６】
一方、ＥＳＩイオン源２は、前述した通り、最大数十Ｌ／分程度にも及ぶ様々なガスを導入することにより、イオン強度の向上を図るのが一般的である。前述したように、実施例１〜９に係るハイブリッドイオン源１には、ＡＰＣＩイオン源３の奥位置に排気口が形成され、排気ポンプ２７に接続されている。このため、ＥＳＩイオン化室２４が密閉に近い構造の場合、排気ポンプ２７により形成された気流２６の影響により、ＥＳＩイオン化室２４に導入されたガスは全てＡＰＣＩイオン源３の方向に流れる。
【００９７】
図１０は、対向電極１８の開口部２８が直径２ｍｍの場合に得られる結果である。図１０の場合、最適値は、流量に換算すると、０．５〜２Ｌ／分程度であり、ＥＳＩイオン源２の最大ガス流量（数十Ｌ／分）とは一桁あまり異なっている。このため、ＥＳＩイオン源２におけるガス流量をそのままに、ＡＰＣＩイオン源３を併用すると、ＡＰＣＩイオンの発生強度が低下してしまう。
【００９８】
この課題を解決するため、本実施例では、図１１に示す構造のハイブリッドイオン源１を提供する。
図１１の基本的な構造は図９と同様である。従って、図１１には図９との対応部分に同一符号を付して示している。以下では、実施例１０では実施例９との相違点のみを説明する。本実施例における新規な構成は、ＥＳＩイオン化室２４を直接排気する排気ポンプ４１である。
【００９９】
排気ポンプ４１の排気量は、最大数十Ｌ／分程度である。ＥＳＩイオン化室２４から排気するガスの流量は、ＥＳＩイオン化室２４と排気ポンプ４１を接続する配管４２及び４３の間に配置した流量調節機構４４により調節する。流量調節機構４４には、フローコントローラやバルブなどを用いることができる。なお、排気ポンプ４１に流量調節機能がある場合や排気ポンプ４１の排気量自体が最適流量である場合には、流量調節機構４４は必須ではない。
【０１００】
本実施例の場合、ＥＳＩイオン化室２４を排気ポンプ４１により排気するため、ＡＰＣＩイオン源３に過剰な量のガスが流れるのを防ぎ、ＡＰＣＩイオン源３に流れるガスの流速を最適値に保つことができる。
【０１０１】
この結果、本実施例では、実施例９の基本的な効果に加え、ＥＳＩイオンの発生強度とＡＰＣIイオンの発生強度を両立することができるハイブリッドイオン源を得ることができる。なお、本実施例は、実施例１〜８で説明したハイブリッドイオン源１と組み合わせて使用しても良い。
【０１０２】
（実施例１１）
本実施例では、実施例９とほぼ同様の構成のハイブリッドイオン源に対し、対向電極の開口部の直径を最適化してＡＰＣＩイオン源に導入される試料ガスの流速条件を最適化したハイブリッドイオン源について説明する。
【０１０３】
本実施例におけるハイブリッドイオン源１は、基本的な構造は図９に示す構造と同じである。以下では、図９を参照し、実施例９との相違点についてのみを説明する。
【０１０４】
本実施例も実施例１０と同様、図１０で説明した最適流速条件の維持を目的とする。ただし、本実施例では、開口部２８の直径が比較的大きい対向電極１８を使用する。
【０１０５】
以下では、図１０の結果から換算した最適流量条件（０．５〜２Ｌ／分程度）を基準に、仮に、ＥＳＩイオン源２に導入する様々なガス流量の合計が最適流量条件の１０倍となった場合を例に説明する。
【０１０６】
図１０は、対向電極１８の開口部２８の直径が２ｍｍの条件の結果なので、ガス流量が１０倍になった時に同じ流速条件にするためには、流速＝流量／断面積の関係から、開口部２８の直径が６．３ｍｍ程度の対向電極１８を使用すれば良いことが分かる。
【０１０７】
本実施例は一例に過ぎないので、ＥＳＩイオン源２に導入する様々なガス流量の合計の値に、対向電極１８の開口部２８の最適直径は依存する。
【０１０８】
本実施例のように、対向電極１８に形成された開口部２８の直径を最適化することにより、実施例９の基本的な効果に加え、ＥＳＩイオンの発生強度とＡＰＣIイオンの発生強度を両立することができるハイブリッドイオン源を得ることができる。また、本実施例の対向電極１８は、実施例１〜８及び１０で説明したハイブリッドイオン源１と組み合わせて使用しても良い。
【０１０９】
（実施例１２）
本実施例では、実施例９とほぼ同様の構成のハイブリッドイオン源に対し、対向電極の開口部の数を増やすことによりＡＰＣＩイオン源に導入される試料ガスの流速条件を最適化するハイブリッドイオン源について説明する。
【０１１０】
図１２に、本実施例に係るハイブリッドイオン源１の概略構成を示す。本実施例におけるハイブリッドイオン源１は、基本的な構造は図９に示す構造と同じである。従って、図１２には図９との対応部分に同一符号を付して示す。以下では、実施例９との相違点のみを説明する。
【０１１１】
本実施例も、前述した実施例１０の場合と同様、図１０で説明した最適流速条件の維持を目的とする。ただし、本実施例では、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すような開口部２８を複数有する対向電極１８を使用する。
【０１１２】
本実施例の場合、円板形状の対向電極１８には、その中心に位置する１つの開口部２８と、同一半径上に等間隔に配列された８個の開口部２８とが形成されている。なお、本実施例の場合、開口部２８の孔径はいずれも同じであるものとする。
【０１１３】
もっとも、重要なのは開口部２８の数、孔径、配置ではなく、対向電極１８に形成された開口部２８の総断面積である。すなわち、対向電極１８に形成された総断面積は、ＡＰＣＩイオン源３への最適な流速条件を維持するように設定する。なお、総断面積が流速条件を満たせば良いので、例えば対向電極１８には孔径の異なる複数の開口部２８が形成されても良い。
【０１１４】
本実施例によれば、実施例９の基本的な効果に加え、ＥＳＩイオンの発生強度とＡＰＣIイオンの発生強度を両立することができるハイブリッドイオン源を得ることができる。また、本実施例の対向電極１８は、実施例１〜８、１０及び１１で説明したハイブリッドイオン源１と組み合わせて使用しても良い。
【０１１５】
（実施例１３）
本実施例では、実施例９とほぼ同様の構成のハイブリッドイオン源に対し、複数の開口部を網目状に配置したメッシュ構造の対向電極を適用し、ＡＰＣＩイオン源に導入される試料ガスの流速条件を最適化するハイブリッドイオン源について説明する。
【０１１６】
図１４に、本実施例に係るハイブリッドイオン源１の概略構成を示す。本実施例におけるハイブリッドイオン源１の基本的な構造は図９に示す構造と同じである。従って、図１４には図９との対応部分に同一符号を付して示す。以下では、実施例９との相違点のみを説明する。
【０１１７】
本実施例も、前述した実施例１０の場合と同様、図１０で説明した最適流速条件の維持を目的とする。ただし、本実施例では、図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、複数の開口部を網目状に配置したメッシュ構造の対向電極１８を使用する。本実施例の場合、対向電極１８のほぼ全面が開口部として使用される。形成される開口部２８の総断面積は、対向電極１８を構成する線径の太さに依存する。一般に、線径が太いほど総断面積は小さくなる。
【０１１８】
なお、対向電極１８の総断面積は、ＡＰＣＩイオン源３への最適な流速条件を維持するように設定する。本実施例によれば、実施例９の基本的な効果に加え、ＥＳＩイオンの発生強度とＡＰＣIイオンの発生強度を両立することができるハイブリッドイオン源を得ることができる。また、本実施例の対向電極１８は、実施例１〜８、１０及び１１で説明したハイブリッドイオン源１と組み合わせて使用しても良い。
【０１１９】
（実施例１４）
本実施例では、実施例１に係るハイブリッドイオン源にあって、ＡＰＣＩイオン源３を複数配置する場合について説明する。
【０１２０】
図１６に、本実施例に係るハイブリッドイオン源１の概略構成を示す。図１６には図９との対応部分に同一符号を付して示す。ただし、図１６は、ＥＳＩイオン源２と対向する底面側から上方を見上げる方向についてのハイブリッドイオン源１の断面構造を示している。なお、加熱ガス管３７は図示していない。
【０１２１】
図１６は、ＥＳＩイオン源２と対向する底面側から上方を見上げる方向の断面図であるため、キャピラリー４と噴霧管８の先端部は同心円形状として表されている。また、ＥＳＩイオン化室２４の断面形状も、キャピラー４と同心円形状として表されている。
【０１２２】
図１６の場合、３つのＡＰＣＩイオン源３がＥＳＩイオン化室２４の円周に沿って配置されている。図１６では、１つのＡＰＣＩイオン源３にだけ配管２９及び３０を介して排気ポンプ２７が接続されているが、残る２つのＡＰＣＩイオン源３も同じ構成を有している。
【０１２３】
本実施例の場合、ＥＳＩイオン化室２４に取り付けられたＡＰＣＩイオン源３の数が複数となるため、個々のＡＰＣＩイオン源３に導入される試料ガス１６の量（流速）を実施例９の場合よりも減らすことができる。この結果、個々のＡＰＣＩイオン源３における試料ガス１６の流速条件を最適な状態に維持することができる。
【０１２４】
また、各ＡＰＣＩイオン源３におけるＡＰＣＩイオンの発生強度も増加するため、他の実施例以上に多くのＡＰＣＩイオンをＥＳＩイオン化室２４内に供給することができる。
【０１２５】
なお、取り付け上の制約はあるが、各ＡＰＣＩイオン源３は、その開口部から円錐状に放出されるイオン軌道の見込み角又はその近傍範囲に第１細孔電極１１のイオン導入口が位置するように配置される。
【０１２６】
本実施例によれば、実施例９の基本的な効果に加え、ＥＳＩイオンの発生強度とＡＰＣIイオンの発生強度を両立することができるハイブリッドイオン源を得ることができる。また、本実施例の対向電極１８は、実施例１〜８、１０〜１３で説明したハイブリッドイオン源１と組み合わせて使用しても良い。
【０１２７】
（実施例１５）
本実施例では、実施例１とほぼ同様の構成のハイブリッドイオン源において、各電極に電圧を印加する電源として印加電圧を高速に切り替え可能な電源を使用し、電源の切り替えタイミングに合わせてＥＳＩイオン化領域からコロナ放電領域への排気流量などを変化させる機能を追加したハイブリッドイオン源について説明する。
【０１２８】
図１７に、本実施例に係るハイブリッドイオン源１の概略構成を示す。本実施例におけるハイブリッドイオン源１の基本的な構造は図１と同じである。従って、図１７には図１との対応部分に同一符号を付して示し、相違点についてのみ説明する。
【０１２９】
本実施例の場合、電源６、電源１３、電源２０、電源２１は、印加電圧を高速に切り替えることができる機能を有している。なお、電源６はキャピラリー４に電圧を印加し、電源１３は第１細孔電極１１に電圧を印加し、電源２０は針電極１７に電圧を印加し、電源２１は対向電極１８に電圧を印加する。これら電源等の電圧の切替制御は、不図示の制御部４５が実行する。
【０１３０】
図１８に、制御部４５の機能構成と、各機能部と制御対象との接続関係を示す。制御部４５は、電圧制御部４６とガス流量制御部４７とで構成される。電圧制御部４６は、電源６、電源１３、電源２０、電源２１による印加電圧を制御する。ガス流量制御部４７は、排気ポンプ２７と流量調節機構３１の動作を制御する。
【０１３１】
前述したように、ＥＳＩイオン源２とＡＰＣＩイオン源３は、いずれも正イオンと負イオンを生成することができる。ただし、各電極類に印加する電圧条件は、生成するイオンの極性に応じて異なっている。基本的に、正イオンを生成する場合にはプラスの電圧が各電極類に印加され、負イオンを生成する場合にはマイナスの電圧が各電極類に印加される。もっとも、電圧の印加条件は、これに限らない。
【０１３２】
従って、連続的に流れてくる試料溶液５を正負両方のイオン化モードでイオン化したい場合、各電源を高速に切り替える必要がある。
【０１３３】
また、前述した実施例に係るハイブリッドイオン源１では、ＥＳＩイオン化領域２３からコロナ放電領域１９の方向への気流２６が存在する状態でＡＰＣＩイオンを生成しているが、生成するイオンが正イオンか負イオンかに応じて最適流速条件が異なる場合が考えられる。つまり、正イオンと負イオンに応じ、流速を切り替える場合が考えられる。
【０１３４】
そこで、制御部４５は、各電源の切り替えタイミングに合わせて、排気ポンプ２７と流量調節機構３１の動きを制御し、最適な流速条件が満たされるようにする。この結果、正負のモード切り替えによるイオン強度の低下を防ぐことができる。
【０１３５】
なお、図９、図１１、図１２、図１４、図１６に示すような電極３９を有する場合は、この電極に印加する電圧も切り替え制御する必要がある。さらに、他の電極類を有する場合やイオンを分析する質量分析計などの内部の電極類なども当然のように、印加電圧を切り替え制御する必要がある。このため、図１８では、これらの電源類をまとめて電源４８として図示している。
【０１３６】
また、図１１に示すようにＥＳＩイオン化室２４を排気ポンプ４１で直接排気する場合や流量調節機構４４を設ける場合には、排気ポンプ４１や流量調節機構４４も同時に制御しても良い。
【０１３７】
本実施例によれば、実施例１の基本的な効果に加え、イオン化モードの切り替えに応じた印加電圧や流速条件の最適化を実現することができる。なお、本実施例の装置構成は、前述した実施例１〜１４と組み合わせて使用することが可能である。
【０１３８】
（実施例１６）
本実施例では、実施例１とほぼ同様の構成のハイブリッドイオン源に対し、ＡＰＣＩイオン源に有機溶媒を導入する配管を追加したハイブリッドイオン源について説明する。
【０１３９】
図１９に、本実施例に係るハイブリッドイオン源１の概略構成を示す。本実施例におけるハイブリッドイオン源１の基本的な構造は図１に示す構造と同じである。従って、図１９には図１との対応部分に同一符号を付して示す。以下では、実施例１との相違点のみを説明する。
【０１４０】
本実施例では、ＡＰＣＩイオン源３の内部に形成されるコロナ放電領域１９に向けて配管５１を取り付ける構成を採用する。配管５１の外周には加熱部４９が配置されており、この加熱部４９により配管５１に導入された有機溶媒５０は加熱され気化される。気化された有機溶媒５０は、ガスとしてコロナ放電領域１９に導入される。
【０１４１】
このような構造を採用する理由は、有機溶媒と水などを混合した試料溶液５をＥＳＩイオン源２に導入する場合があるためである。水を含んだ有機溶媒を使用した場合、ＡＰＣＩイオン源３における一次イオンの生成効率が低下する場合がある。そこで、本実施例では、図１９に示すように、配管５１を通じて有機溶媒５０から生成したガスをＡＰＣＩイオン源３の中に直接導入する。これにより、コロナ放電領域１９における有機溶媒の濃度を高め（水などの濃度を低下させ）、一次イオンを多量に生成できるようにする。この結果、ＡＰＣＩイオンの生成効率を向上することができる。
【０１４２】
なお、加熱部４９には、ヒートブロックのように配管５１に直接接触した状態で加熱する方式、ランプや赤外線による加熱のように配管５１に非接触な状態で加熱する方式など、様々な方式を用いることができる。
【０１４３】
本実施例によれば、前述したように試料溶液５として有機溶媒と水などの混合液を使用する場合にも、ＡＰＣＩイオンの生成効率の高いハイブリッドイオン源１を提供することができる。なお、本実施例の構成は、前述した実施例１〜１５の構成と組み合わせて使用することができる。
【０１４４】
（実施例１７）
本実施例では、実施例１に係るハイブリッドイオン源を使用した質量分析計について説明する。
【０１４５】
図２０に、本実施例に係る質量分析計の構成例を示す。図２０に示す質量分析計のうちハイブリッドイオン源１の構成は図１と同様である。従って、図２０には図１との対応部分に同一符号を付して示している。以下では、実施例１との差異点についてのみ説明する。
【０１４６】
本実施例における質量分析計は、第１細孔電極１１の一端側に質量分析／検出部５２を結合した構成を有している。このため、質量分析／検出部５２には、ハイブリッドイオン源１で生成されたＥＳＩイオン７とＡＰＣＩイオンの両方が同時に導入される。質量分析／検出部５２は、導入されたイオンの分離・解離などの工程を経て詳細な質量や構造を解析する。この結果、一度の測定により、高精度かつ短時間にて質量分析を実行することができる。なお、解析処理は不図示のデータ処理部（計算機）で実行される。
【０１４７】
因みに、質量分析には、四重極質量分析方式、イオントラップ方式、飛行型質量分析方式など様々な方式を用いることができる。なお、これらの方式を組み合わせて使用することもできる。
【０１４８】
本実施例では、実施例１に係るハイブリッドイオン源１を使用したが、実施例２〜１６に係るハイブリッドイオン源１と質量分析／検出部５２を組み合わせて質量分析計を構成しても良い。
【０１４９】
（実施例１８）
本実施例では、実施例１に係るハイブリッドイオン源を使用して構成したイオンモビリティ装置について説明する。
【０１５０】
図２１に、本実施例に係るイオンモビリティ装置の構成例を示す。図２１に示すイオンモビリティ装置のうちハイブリッドイオン源１の構成は図１と同様である。従って、図２１には図１との対応部分に同一符号を付して示している。以下では、実施例１との差異点についてのみ説明する。
【０１５１】
本実施例におけるイオンモビリティ装置は、第１細孔電極１１の一端側にイオンモビリティ部５３を結合した構成を有している。このため、イオンモビリティ部５３には、ハイブリッドイオン源１で生成されたＥＳＩイオン７とＡＰＣＩイオンの両方が同時に導入される。イオンモビリティ部５３は、導入されたイオンの構造の違いによる移動度の違いに基づいてイオンを分離し解析する。
【０１５２】
イオンモビリティ部５３には、ドリフトチューブ方式、平行平板方式など様々な方式を用いることができる。また、これらの方式を組み合わせて使用することもできる。なお、本実施例におけるイオンモビリティ部５３を前述した質量分析／検出部５２と組み合わせて使用することもできる。
【０１５３】
本実施例では、実施例１に係るハイブリッドイオン源１を使用したが、実施例２〜１６に係るハイブリッドイオン源１とイオンモビリティ部５３を組み合わせてイオンモビリティ装置を構成しても良い。
【０１５４】
（実施例１９）
本実施例では、ハイブリッドイオン源を構成する他の構成例を説明する。前述の実施例では、ＥＳＩイオン源２とＡＰＣＩイオン源３を有するハイブリッドイオン源について説明したが、本実施例では、主に溶液試料などをイオン化する第１のイオン源と、主に気体などのガス試料をイオン化する第２のイオン源とで構成されるハイブリッドイオン源について説明する。
【０１５５】
図２２に、本実施例に係るハイブリッドイオン源１の概略構成を示す。なお、本実施例におけるハイブリッドイオン源１の基本的な構成は図１に示す配置構造とほぼ同じである。従って、図２２には図１との対応部分に同一符号を付して示す。以下では、実施例１との相違点についてのみ説明する。
【０１５６】
本実施例では、主に溶液試料などをイオン化する第１のイオン源５４と、主に気体などのガス試料をイオン化する第２のイオン源５５とをチャンバに取り付けた構造を有している。本実施例の場合も、第１のイオン源５４はチャンバの天井面に取り付けられ、第２のイオン源５５は第１細孔電極１１と対向するようにチャンバの側壁面に取り付けられている。
【０１５７】
第１のイオン源５４には、ＥＳＩイオン源２を使用することも可能であるが、例えばサーモスプレーイオン化（ＴＳＰ）、ソニックスプレーイオン化（ＳＳＩ）、コールドスプレーイオン化（ＣＳＩ）、レーザースプレーイオン化（ＬＳＩ）、脱離エレクトロスプレーイオン化（ＤＥＳＩ）など、様々なイオン化方式を使用することができる。
【０１５８】
第２のイオン源５５には、ＡＰＣＩイオン源３を使用することも可能であるが、例えば大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）、誘電体バリア放電イオン化（ＤＢＤ）など、様々なイオン化方式を使用することができる。
【０１５９】
なお、前述した第１のイオン源５４や第２のイオン源５５に適用可能なイオン化方式はあくまでも一例であり、その他の多種多様なイオン化方式も使用することができる。
【０１６０】
本実施例では、第１のイオン源５４によってイオンが生成される第１のイオン化領域５６と、第２のイオン源５５によってイオンが生成される第２のイオン化領域５７は、開口部５８を有する電極５９により物理的に区切られている。
【０１６１】
また、本実施例の場合も、主にガス試料をイオン化する第２のイオン源５５に排気ポンプ２７を接続し、第１のイオン化領域５６から第２のイオン化領域５７の方向に気流２６を生成する構造を採用する。これにより、第１のイオン化領域５６で生成された試料ガス１６などを効率良く第２のイオン化領域５７に導入することができる。この結果、第２のイオン源５５において生成されるイオンの強度を向上させることができる。
【０１６２】
また、本実施例の場合、電極５９の電位は、電源２１から印加される電位に設定されている。このため、第１のイオン源５４に発生する電界の第２のイオン化領域５７への影響だけでなく、第２のイオン源５５に発生する電界の第１のイオン化領域５６への影響も抑制することができる。結果的に、第１のイオン源５４と第２のイオン源５５は、互いに他方のイオン源で発生されるイオンの強度低下を防ぐことができる。
【０１６３】
なお、第１のイオン源５４で生成されたイオン６０は、例えば矢印６１に示す軌道を通り、第１細孔電極１１の開口部１２に導入される。また、第２のイオン源５５で生成されたイオンは、例えば矢印６２に示す軌道を通り、第１細孔電極１１の開口部１２に導入される。
【０１６４】
本実施例に係る装置構成は、前述した実施例１〜１８における装置構成と組み合わせて使用することも可能である。
【０１６５】
（他の実施例）
本発明は上述した実施例に限定されるものでなく、様々な変形を含んでいる。例えば、上述した実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備える構成に限定されない。また、ある実施例の一部を、他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に、他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成を追加、削除又は置換することも可能である。なお、本明細書中で説明している排気手段としてのポンプについては、気流を発生させるものであればよく、ポンプの他にファン等を用いることができることは明らかである。
【０１６６】
また、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示すものであり、製品上必要な全ての制御線や情報線を表すものでない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。
【符号の説明】
【０１６７】
１…イオン源
２…ＥＳＩイオン源
３…ＡＰＣＩイオン源
４…キャピラリー
５…試料溶液
６…電源
７…ＥＳＩイオン
８…噴霧管
９…噴霧ガス
１１…第１細孔電極
１２…開口部
１３…電源
１４…液滴
１６…試料ガス
１７…針電極
１８…対向電極
１９…コロナ放電領域
２０…電源
２１…電源
２３…ＥＳＩイオン化領域
２４…ＥＳＩイオン化室
２５…コロナ放電室
２６…気流
２７…排気ポンプ
２８…開口部
２９…配管
３０…配管
３１…流量調節機構
３２…加熱部
３３…加熱部
３４…加熱部
３５…加熱部
３７…加熱ガス管
３８…加熱ガス
３９…電極
４０…ガス
４１…排気ポンプ
４２…配管
４３…配管
４４…流量調節機構
４５…制御部
４６…電圧制御部
４７…ガス流量制御部
４８…電源
４９…加熱部
５０…有機溶媒
５１…配管
５２…質量分析／検出計
５３…イオンモビリティ部
５４…第１のイオン源
５５…第２のイオン源
５６…第１のイオン化領域
５７…第２のイオン化領域
５８…開口部
５９…電極
６０…イオン
【図１】
0005893756.tif 000002
【図２】
0005893756.tif 000003
【図３】
0005893756.tif 000004
【図４】
0005893756.tif 000005
【図５】
0005893756.tif 000006
【図６】
0005893756.tif 000007
【図７】
0005893756.tif 000008
【図８】
0005893756.tif 000009
【図９】
0005893756.tif 000010
【図１０】
0005893756.tif 000011
【図１１】
0005893756.tif 000012
【図１２】
0005893756.tif 000013
【図１３Ａ】
0005893756.tif 000014
【図１３Ｂ】
0005893756.tif 000015
【図１４】
0005893756.tif 000016
【図１５Ａ】
0005893756.tif 000017
【図１５Ｂ】
0005893756.tif 000018
【図１６】
0005893756.tif 000019
【図１７】
0005893756.tif 000020
【図１８】
0005893756.tif 000021
【図１９】
0005893756.tif 000022
【図２０】
0005893756.tif 000023
【図２１】
0005893756.tif 000024
【図２２】
0005893756.tif 000025