(57)【要約】【課題】イオンモビリティー分析装置を提供する。【解決手段】第１のイオンを生成するイオン源１と、第１のイオンを飛行ドリフト時間により分離する第１のドリフト部（Ｌ1）と、分離された第１のイオンの解離を行ない第２のイオンを生成するイオン解離部（Ｌg）と、第２のイオンを飛行ドリフト時間により分離する第２のドリフト部（Ｌ2）とを有し、第１のドリフト部、イオン解離部、第２のドリフト部は、圧力が１０ｍＴｏｒｒ以上であるチャンバー内に配置される。【効果】低コストで分解能の高いイオン分離検出ができる。【選択図】図１
2006107929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のイオンを生成するイオン源と、前記第１のイオンを飛行ドリフト時間により分離する第１のドリフト部と、前記第１のドリフト部で分離された前記第１のイオンの解離を行ない第２のイオンを生成するイオン解離部と、前記第２のイオンを飛行ドリフト時間により分離する第２のドリフト部とを有することを特徴とするイオンモビリティー分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載のイオンモビリティー分析装置において、前記チャンバーの圧力が、１０ｍＴｏｒｒから大気圧下の範囲にあることを特徴とするイオンモビリティー分析装置。
【請求項３】
請求項１に記載のイオンモビリティー分析装置において、前記イオン解離部の温度が２５０°Ｃ以上に維持されることを特徴とするイオンモビリティー分析装置。
【請求項４】
請求項１に記載のイオンモビリティー分析装置において、前記イオン解離部は、解離されたイオンを１ｍｓ以上をトラップすることを特徴とするイオンモビリティー分析装置。
【請求項５】
請求項１に記載のイオンモビリティー分析装置において、前記イオン解離部を光を照射する手段を有し、前記光の照射により前記第１のイオンが解離されることを特徴とする請求項１に記載のイオンモビリティー分析装置。
【請求項６】
請求項１に記載のイオンモビリティー分析装置において、前記イオン解離部を電子線を照射する手段を有し、前記電子線の照射により前記第１のイオンが解離されることを特徴とする請求項１に記載のイオンモビリティー分析装置。
【請求項７】
請求項１に記載のイオンモビリティー分析装置において、前記第１のドリフト部におけるイオンの加速方向と前記第２のドリフト部におけるイオンの加速方向とが、同じ方向であることを特徴とするイオンモビリティー分析装置。
【請求項８】
請求項１に記載のイオンモビリティー分析装置において、前記第１のドリフト部におけるイオンの加速方向と前記第２のドリフト部におけるイオンの加速方向とが、直交することを特徴とするイオンモビリティー分析装置。
【請求項９】
請求項８に記載のイオンモビリティー分析装置において、前記第２のドリフト部を通過した前記第２のイオンを検出するアレイ状に配列される複数の検出器を有することを特徴とするイオンモビリティー分析装置。
【請求項１０】
第１のイオンを生成するイオン源と、前記第１のイオンを飛行ドリフト時間により分離し、分離された前記第１のイオンの解離を行ない第２のイオンを生成するイオン解離部と、前記第２のイオンを飛行ドリフト時間により分離するイオンドリフト部とを有し、前記イオン解離部におけるイオンの加速方向と前記イオンドリフト部におけるイオンの加速方向とが直交し、且つ、前記イオン解離部と前記イオンドリフト部の圧力が１０ｍＴｏｒｒから大気圧の範囲にあることを特徴とするイオンモビリティー分析装置。
【請求項１１】
第１のイオンを生成する工程と、前記第１のイオンを飛行ドリフト時間により分離する第１の分離工程と、前記第１の分離工程で分離された前記第１のイオンの解離を行ない第２のイオンを生成するイオン解離工程と、前記第２のイオンを飛行ドリフト時間により分離する第２の分離工程とを有し、前記第１の分離工程と前記イオン解離工程と前記第２の分離工程とが、１０ｍＴｏｒｒ以上に維持される同じチャンバー内で実行されることを特徴とするイオンモビリティー分析方法。
【請求項１２】
請求項１１記載のイオンモビリティー分析方法において、前記第１の分離工程と前記解離工程と前記第２の分離工程とが、大気圧下にある前記チャンバーが大気圧下にある同じチャンバー内で実行されることを特徴とするイオンモビリティー分析方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載のイオンモビリティー分析方法において、前記イオン解離工程は、前記第１のイオンの解離を２５０°Ｃ以上での熱解離により行ない前記第２のイオンを生成することを特徴とするイオンモビリティー分析方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載のイオンモビリティー分析方法において、前記イオン解離工程は、解離されたイオンを１ｍｓ以上をトラップする工程を有することを特徴とするイオンモビリティー分析方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載のイオンモビリティー分析方法において、前記イオン解離工程は、を光を照射する工程を有し、前記光の照射により前記第１のイオンの解離を行なうことを特徴とするイオンモビリティー分析方法。
【請求項１６】
請求項１１に記載のイオンモビリティー分析方法において、前記イオン解離工程は、電子線を照射する工程を有し、前記電子線の照射により前記第１のイオンの解離を行なうことを特徴とするイオンモビリティー分析方法。
【請求項１７】
請求項１１に記載のイオンモビリティー分析方法において、前記第１の分離工程におけるイオンの加速方向と前記第２の分離工程におけるイオンの加速方向とが、同じ方向であることを特徴とするイオンモビリティー分析方法。
【請求項１８】
請求項１１に記載のイオンモビリティー分析方法において、前記第１の分離工程におけるイオンの加速方向と前記第２の分離工程におけるイオンの加速方向とが、直交することを特徴とするイオンモビリティー分析方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載のイオンモビリティー分析方法において、前記第２のイオンをアレイ状に配列される複数の検出器により検出する工程を有することを特徴とするイオンモビリティー分析方法。
【請求項２０】
第１のイオンを生成する工程と、前記第１のイオンを飛行ドリフト時間により第１の方向で分離し、分離された前記第１のイオンの解離を行ない第２のイオンを生成するイオン解離工程と、前記第２のイオンを飛行ドリフト時間により前記第１の方向と直交する第２の方向で分離するイオンドリフト工程とを有し、前記イオン解離工程と前記イオンドリフト工程とが、１０ｍＴｏｒｒ以上に維持される同じチャンバー内で実行されることを特徴とするイオンモビリティー分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン源でイオン化されたイオンを分析するイオンモビリティー分析装置及びイオンモビリティー分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンモビリティーはガス検知器等に広く用いられている。イオンモビリティー法によるイオン検出の他に、質量分析法がある。イオンモビリティー法ではイオン移動度により分離が行われ、質量分析法ではイオンの質量電荷比により分離が行われ、２つの方法は基本的に異なる。イオンモビリティー法では、１０ｍＴｏｒｒ以上の圧力下で行われ、イオン分離時におけるイオンとガスとの衝突が大きく、イオンとガスとの効果を積極的に利用している。質量分析法では、１ｍＴｏｒｒ以下の圧力下で行われ、イオン分離時におけるイオンとガスとの衝突回数が少ない。
【０００３】
イオンモビリティー法について特許文献１に詳細に記載されている。特許文献１の記載によれば、電場が一様と仮定すると、イオンの移動度をＫ、電圧をＶ、移動距離をＬとする時、検出器までの到達時間Ｔは（数１）で表される。
【０００４】
Ｔ＝Ｌ２／（ＫＶ）                            …（数１）
イオン種によりイオンの移動度Ｋの値は異なるため、検出器までの到達時間によりイオン種を分離することが可能である。このようなイオン移動度の違いを利用したイオンモビリティーは、空港等の爆発物探知装置等に広く利用されている。
【０００５】
イオンモビリティーを用いてイオンを分離した後、イオン解離を行い、解離後のイオンを真空中の質量分析部で検出する方法が、特許文献１に記載されている。特許文献１の記載によれば、一度イオンモビリティーで分離を行った後、順次反応室へ分離されたイオンを導入する。反応室へ導入されたイオンは衝突解離等を経て、順次飛行時間型質量分析計等の質量分析部に導入され、質量分離検出が行われる。２次元的なデータ（１次元目：解離前のイオンのイオンモビリティーによる分析データ、２次元目：解離後のイオンの質量分析データ）が取得できるため、分解能が格段に向上する。イオンモビリティーのイオン排出時間が（数〜数１０）ｍｓ（ピーク幅：数１００μｓ〜数ｍｓ）であるのに対し、ＴＯＦにより質量スペクトルを取得するに要する時間は１００μｓ以下であるため、質量スペクトルはイオンモビリティーの分離時間との対応をつけることが可能となる。
【０００６】
飛行時間型質量分析で分離した後、特定イオンのみを電圧スイッチングにより分離した後、衝突解離室へ導入して衝突解離を行ない、生成した解離後のイオンを再度飛行時間型質量分析を行う方法が、特許文献２に記載されている。特許文献２の記載によれば解離前の１段目の質量分析データと、解離後の２段目の質量分析データから極めて高い選択性と豊富なデータが取得可能である。
【０００７】
【特許文献１】特表２００４−５０４６９６号公報
【０００８】
【特許文献２】米国特許６３４８６８８号明細書
【非特許文献１】Anal. Chem. 1994, 66, 4195-4201
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
非特許文献１に記載の技術には、分解能が低いという課題がある。典型的な分解能（Ｔ／ΔＴ）は約（２０〜５０）であり、夾雑物を多く含んだようなサンプルでは、ベースラインの増加を招き、誤測定等の原因となる。一方、特許文献１、特許文献２に記載に技術では、コストが増大するという共通の課題がある。質量分析計は、低圧力（１０−３Ｔｏｒｒ以下）が必要であり、このため複数の差動排気を要し、各々の差動排気に真空ポンプを設置する必要がある。また、特に、特許文献１、特許文献２に記載の技術に使用されている飛行時間型質量分析計では、更に低い圧力（１０−５Ｔｏｒｒ以下）や数ＧＨｚの時間分解能を有するデータ集積部等が必要であり、通常のイオンモビリティー装置価格が約（２００〜１０００）万円であるのに対し、特許文献１、特許文献２に記載の方法では（２０００〜１００００）万円と約１桁高価格である。
本発明の目的は、低コストで分解能の高いイオン分離検出を可能とするイオンモビリティー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】
本発明のイオンモビリティー分析装置は、第１のイオンを生成するイオン源と、第１のイオンを飛行ドリフト時間（即ち、第１のイオンのイオン移動度）により分離する第１のドリフト部と、第１のドリフト部で分離された第１のイオンの解離を行ない第２のイオンを生成するイオン解離部と、第２のイオンを飛行ドリフト時間（即ち、第２のイオンのイオン移動度）により分離する第２のドリフト部と、第２のドリフト部で分離され第２のイオンを検出する検出器とを有している。更に、第１のドリフト部とイオン解離部と第２のドリフト部とは、実質的に同じチャンバー内、又は、異なるチャンバー内に配置される。このチャンバーの圧力は、大気圧から１０ｍＴｏｒｒ以上の低真空下に配置される。
【００１１】
本発明のイオンモビリティー分析装置は、第１のイオンを生成するイオン源と、第１のイオンを飛行ドリフト時間により第１の方向で分離し、分離された第１のイオンの解離を行ない第２のイオンを生成するイオン解離部と、第２のイオンを飛行ドリフト時間により第１の方向と直交する第２の方向で分離するイオンドリフト部とを有している。更に、第１のドリフト部とイオン解離部と第２のドリフト部とは、実質的に同じチャンバー内、又は、異なるチャンバー内に配置される。このチャンバーの圧力は、大気圧から１０ｍＴｏｒｒ以上の低真空下に配置される。
【００１２】
本発明のイオンモビリティー分析方法は、イオン源で第１のイオンを生成する工程と、第１のイオンを飛行ドリフト時間により第１のドリフト部で分離する第１の分離工程と、第１の分離工程で分離された第１のイオンの解離を行ない第２のイオンを生成するイオン解離工程と、第２のイオンを飛行ドリフト時間により第２のドリフト部で分離する第２の分離工程と、第２の分離工程で分離される第２のイオンを検出器で検出する工程とを有している。更に、第１の分離工程とイオン解離工程と第２の分離工程とは、大気圧から１０ｍＴｏｒｒ以上の低気圧に維持される、実質的に同じチャンバー内、又は、異なるチャンバー内で実行される。
【００１３】
本発明のイオンモビリティー分析方法は、イオン源で第１のイオンを生成する工程と、第１のイオンを飛行ドリフト時間により第１の方向で分離し、分離された第１のイオンの解離を行ない第２のイオンを生成するイオン解離工程と、第２のイオンを飛行ドリフト時間により第１の方向と直交する第２の方向で分離するイオンドリフト工程とを有している。更に、イオン解離工程とイオンドリフト工程とは、大気圧から１０ｍＴｏｒｒ以上の低気圧に維持される、実質的に同じチャンバー内、又は、異なるチャンバー内で実行される。
以上の構成により、低コストかつ高分解能を両立することが可能な、イオンモビリティー分析装置及び方法を実現できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のイオンモビリティー分析装置及び方法によれば、従来技術に比べ、低コストで高い分離能のイオン検出が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のイオンモビリティー分析装置では、（１）チャンバーが大気圧下にあること、（２−１）イオン解離部の温度が２５０°Ｃ以上に維持されることにより、第１のイオンが解離されること、（２−２）イオン解離部を光を照射する手段を有し、光の照射により第１のイオンが解離されること、（２−３）イオン解離部を電子線を照射する手段を有し、電子線の照射により第１のイオンが解離されること、（３）イオン解離部は、第１のイオンを１ｍｓ以上をトラップすること、（４−１）第１のドリフト部におけるイオンの加速方向と第２のドリフト部におけるイオンの加速方向とが、同じ方向であること、（４−２）第１のドリフト部におけるイオンの加速方向と第２のドリフト部におけるイオンの加速方向とが、直交すること、また、第２のドリフト部を通過した第２のイオンを検出するアレイ状に配列される複数の検出器を有すること、等に特徴がある。
【００１６】
本発明のイオンモビリティー分析方法では、（１）第１の分離工程と解離工程と第２の分離工程とが、大気圧下にあるチャンバーが大気圧下にある同じチャンバー内で実行されること、（２−１）イオン解離工程は、第１のイオンの解離をイオン解離部で２５０°Ｃ以上での熱解離により行ない第２のイオンを生成すること、（２−２）イオン解離工程は、光を照射する工程を有し、イオン解離部で光の照射により第１のイオンの解離を行なうこと、（２−３）イオン解離工程は、電子線を照射する工程を有し、イオン解離部で電子線の照射により第１のイオンの解離を行なうこと、（３）イオン解離工程は、第１のイオンを１ｍｓ以上をトラップする工程を有すること、（４−１）第１のドリフト部における第１の分離工程におけるイオンの加速方向と第２の分離工程におけるイオンの加速方向とが、同じ方向であること、（４−２）第１のドリフト部における第１の分離工程におけるイオンの加速方向と第２の分離工程におけるイオンの加速方向とが、直交すること、また、第２のイオンをアレイ状に配列される複数の検出器により検出する工程を有すること、等に特徴がある。
以下、本発明の実施例を図を参照して詳細に説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１の大気圧イオンモビリティー分析装置の構成例を示す図である。
図２は、実施例１の装置における各シーケンスでの各電極への印加電圧を説明する図である。
図３は、実施例１の装置における熱解離効率（計算値）を説明する図である。
図４は、実施例１の装置による効果を説明する概念図である。
【００１８】
実施例１のイオンモビリティー分析装置による測定は、イオン源１で生成される第１のイオンを第１ドリフト領域（部）に導入するイオン導入シーケンス、第１のイオンを飛行ドリフト時間により第１のドリフト部で分離する第１ドリフトシーケンスと、第１のドリフト部で分離された第１のイオンの解離を行ないイオン解離部で第２のイオンを生成するイオン解離シーケンス（以下、単に解離シーケンスという）と、第２のイオンを飛行ドリフト時間により第２のドリフト領域（部）で分離する第２ドリフトシーケンスを含む。
【００１９】
イオンを第１ドリフト領域に導入するシーケンスでは、ゲート電極４の電圧をスイッチングすることにより、大気圧イオン源１で生成したイオンをゲート電極４、第１加速電極５、入口側メッシュ電極６に囲まれる第一ドリフト領域へと導入する。イオン導入時間（Ｔg）は、約（１００〜５００）μｓに設定される。Ｔgは長いほどイオン導入量が増やせ感度が増すが、初期の時間幅が増加して分解能が低下する問題がある。第１加速電極５の各電極間は抵抗分割が行われており、第１ドリフト領域内部ではほぼ一様な加速電界が形成されている。これにより、第１ドリフト領域ではイオンは加速方向１０１に加速される。一方、第１ドリフト領域のガス流れ方向１０３（第１ドリフト領域のイオン加速方向１０１の対向方向）、及び、第２ドリフト領域（部）のガス流れ方向１０４（第２ドリフト領域のイオン加速方向１０２の対向方向）には、汚れや水クラスター生成の抑制等の目的で乾燥窒素等のガスが、図１に図示しないガス導入口から流される。
【００２０】
第１ドリフト領域の長さＬ1（ゲート電極４と入口側メッシュ電極６との距離）は約（４〜２０）ｃｍであり、この間に電圧Ｖ1（約（１〜５）ｋＶ）が印加される。この時、イオンの移動速度ｖは（数２）で表される。
【００２１】
ｖ＝Ｋ（Ｖ1／Ｌ1）                            …（数２）
Ｋはイオン種に固有のイオン移動度であり、約（１〜５）ｃｍ２／Ｖｓである。Ｖ1＝２５００Ｖ、Ｌ1＝１０ｃｍ、Ｋ＝２ｃｍ２／Ｖｓの時、ｖ＝５００ｃｍ／ｓとなり、飛行時間Ｔ1＝２５ｍｓとなる。先にも述べたが、分解能の低下を防ぐためにイオン導入時間（Ｔg）は第１ドリフト時間（Ｔ1）に対して十分短く設定する。拡散の影響などゲート時間の影響以外で、イオンモビリティーでの分解能は５０以下に限定されるので、イオン導入時間（Ｔg）は第１ドリフト時間Ｔ1（＝２５ｍｓ）の１／５０以下（即ち、５００μｓ以下）に設定する。なお、（数１）から分かるようにＴ1は移動度の異なるイオンに対しては異なる値を有する。
【００２２】
次に、図２に示すように、各電極に電圧を変化させることにより、トラップ電極７、入口側メッシュ電極６、出口側メッシュ電極８により囲まれたイオン選択トラップ部（イオン解離部、長さＬg）に存在するイオンのみを選択的にイオン解離を行う。移動度の大きなイオン（即ち、高速なイオン）はトラップ部を通過して出口側メッシュ電極８に到達して電荷を失っている。一方、移動度の小さなイオン（即ち、低速なイオン）は、イオン解離時間に入った後に入口側メッシュ電極６のポテンシャルを越えられず周辺の電極に到達して電荷が失われる。
【００２３】
なお、図１、図２において、２１はゲート電極用電源、２２は第１加速電極用電源入口、２３は第１加速電極用電源出口、２４は入口側メッシュ電極用電源、２５はトラップ電極用電源、２６は出口側メッシュ電極用電源、２７は第２加速電極用電源入口、２８は第２加速電極用電源出口である。
【００２４】
図２に示す電圧印加によりイオン解離時には、特定の移動度の範囲を有するイオンのみをイオン解離部（トラップ部）内に選択的にトラップすることが可能である。イオン解離時間Ｔdは約（１〜２０）ｍｓであり、この間にイオン解離部に選択的にトラップされたイオンを解離する。
【００２５】
解離方法としては、熱解離、衝突による衝突解離、、反応性のガスを用いたイオン分子解離等が考えられる。安全性等を考えると反応性ガスを使用するのは不向きであり、また、電子捕獲解離、光解離は高コストになる。また、衝突解離が効率的に進行するのは、圧力が１０Ｔｏｒｒ以下の減圧下に限定される。これは大気圧下では衝突頻度が高いため、十分なイオン運動エネルギーを与えられないことが原因である。
【００２６】
以上の理由から、大気圧下での解離に最適なのは熱解離である。熱解離は、大気圧から高真空下においても可能な解離手法である。イオン解離部だけ効率的なガス加熱を行うために、ランプ加熱が特に有効である。熱解離の場合の反応寿命τは、（数３）で表される。
【００２７】
τ＝（１／Ａ）Exp(Ｅa／ＲＴ)                  …（数３）
Ａは前指数因子と呼ばれ、熱解離では振動速度にほぼ対応する約１０１１ｓ−１である。イオンの典型的な解離エネルギーＥaは、約（１００〜２００）ｋＪ／ｍｏｌ（約（１〜２）ｅＶ）である。
図３は、本発明の効果を説明する図であり、Ｅa＝１００ｋＪ，Ａ＝１０１１ｓ−１とした時の熱解離効率の計算値を示す。横軸は解離時間（ｍｓ）、縦軸は熱解離効率（％）を示す。
【００２８】
図３に示すように、効率的なガス加熱により、例えば、解離時間２０ｍｓにおいて、２００°Ｃでは４．４％、２５０°Ｃでは３７％、３００°Ｃでは９６％の熱解離効率であり、解離時間３０ｍｓにおいて、２００°Ｃでは約１０％、２５０°Ｃでは約５０％、３００°Ｃでは殆ど１００％の熱解離効率であり、３００°Ｃでは解離時間３０ｍｓで殆ど１００％のイオンが解離する。何れの解離手法においても、イオン解離部にイオンを選択的に数ｍｓ以上トラップすることが必須である。トラップの際には、イオンの拡散及びガス流れの影響の２点が問題となる。１０ｍｓのトラップ時間で考えると典型的な拡散ひろがりは、０．５ｍｍであり、トラップの後の第２のイオンモビリティーによる分離にもさほど大きな影響は与えない。一方、ガスの流れは、典型的には約（１〜５）ｍｍ／１０ｍｓであり、影響が大きい場合がある。特に、解離が長時間に渡る場合は、ガス流れと逆方向に直流電界を印加することにより、イオンがガス流れに影響されず停止させることが有効である。解離を行った後、トラップ部内部に直流電界を印加して、出口側メッシュ電極８、第２加速電極９よりなる第２ドリフト領域へと解離されたイオンを導入する。
【００２９】
第２ドリフト領域の長さＬ2は第１ドリフト領域の長さＬ1と同程度に、第２ドリフト電圧Ｖ２は第１ドリフト電圧Ｖ1と同程度に、それぞれ設定される。第２ドリフト領域を通過したイオンは順次、検出器１０に到達する。検出器の出力信号は増幅器１１で増幅された後、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等からなるコントローラー３０にデータ（Ｔ1、Ｔ2、信号強度）が蓄積される。
【００３０】
イオン導入シーケンス（Ｔg）、第１ドリフトシーケンス（Ｔ1）、解離シーケンス（Ｔd）、第２ドリフトシーケンス（Ｔ2）に要する時間は、典型的には合計約５０ｍｓとなる。これらのシーケンスを、Ｔ1を変化させた約（１０〜５０）通りの異なる時間パターンのシーケンスを繰り返す。仮に異なるＴ1で２０通りの異なる時間パターンのシーケンスで測定を行なった場合、１秒の測定時間となる。実施例１の装置構成では、全てのイオンに対して解離前のイオン移動度及び解離後の移動度が、約１秒間で取得できる。解離前（Ｔ1）及び解離後（Ｔ2）のイオンモビリティースペクトルデータから、従来のイオンモビリティーでは不可能であった分離能（３０×３０＝９００）が達成可能である。
【００３１】
図４（Ａ）、図４（Ｂ）はそれぞれ、従来方式、本発明の実施例におけるイオンの分離状態を示している。
図４（Ａ）に示すように従来技術では、実際のサンプルではＴ1がほぼ同じ値となり、イオン種Ａ由来の信号２０１、イオン種Ｂ由来の信号２０２、イオン種Ｃ由来の信号２０３が重複していまい検出が難しい場合がある。本発明の実施例１では、イオン解離後、再分離を行うことにより、図４（Ｂ）に示すような二次元マッピングが可能になる。解離前のイオン種Ａ、イオン種Ｂ、イオン種Ｃは解離後それぞれ、イオン種Ａ、Ｂ、Ｃ由来のそれぞれ移動度の異なる特定のフラグメントイオンを生じ、解離後のイオン種Ａ由来の信号２０４、解離後のイオン種Ａ由来の信号２０５、解離後のイオン種Ａ由来の信号２０６を生成するため、これらの解離後のイオンの分離が可能となり、分離能力が向上する。
【００３２】
なお、実施例１において、第１のドリフト部、イオン解離部、第２のドリフト部は、３つが同じチャンバー内に配置されるか、何れか２つが同じチャンバー内に配置されるか、３つが異なるチャンバー内に配置されるかの何れかの構成で良く、各チャンバーの圧力は１０ｍＴｏｒｒから大気圧の範囲にあれば良く、各チャンバーの圧力は同じでも異なっていても良い。更に、イオン解離を十分に進行させるためには、イオン解離部での第１のイオンの滞在時間を、第１のドリフト部での第１のドリフト部での滞在時間よりも長くするのが好ましい。
【００３３】
（実施例２）
図５は、本発明の実施例２の大気圧イオンモビリティー分析装置の構成例を示す図である。
図６は、実施例２の装置における加速電極の構成と、各シーケンスでの各電極への印加電圧を説明する図であり、図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、アレイ型加速電極３０５の加速電極３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、３０５ｄの構成、配置を示す図であり、図６（Ｃ）は、実施例２の装置での各シーケンス（イオン導入シーケンス、第１ドリフトシーケンス、イオン解離シーケンス、第２ドリフトシーケンス）における各電極への印加電圧を示す図である。
【００３４】
実施例２では、実施例１のスループット及び感度を改善する構成について説明する。実施例１では、図２に示すＴ1、Ｔ2の１組の設定値のシーケンスに対する信号強度データを１セット取得するのに約１秒を必要としていたが、図５に示す構成例では、これを大幅に短縮化可能である。
【００３５】
イオン源１で生成したイオンを、ゲート電極４の電圧をスイッチングすることにより、大気圧イオン源１で生成したイオンを、ゲート電極４、及び、第１加速電極５’即ちアレイ型加速電極３０５（加速電極３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、３０５ｄの複数組から構成され、第１ドリフト領域（長さＬ1）におけるイオンの加速方向１０１に配列される）により囲まれる第１ドリフト領域（部）へと導入して第１ドリフトシーケンスを行う。イオンは、アレイ型加速電極３０５の内部をイオン加速方向１０１に加速され、イオンの移動度により分布を生じる。実施例１と同様に、図６（Ａ）に示すように、第１加速電極５’の各加速電極３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、３０５ｄの間は抵抗分割が行われており、第１ドリフト領域内部ではほぼ一様な加速電界が形成されている。これにより、第１ドリフト領域ではイオンは加速方向１０１に加速される。
【００３６】
約（２〜１０）ｍｓの間、イオンのドリフトを続けた後、直流電圧を図５に示すアレイ型加速電極３０５の内部の電場をゼロ（アレイ型加速電極３０５の内部にガス流がある場合は、ガス流と反対側に電場を印加）にする。これにより、アレイ型加速電極３０５の内部にトラップできる。この内部の部分の温度は、熱解離を効率的に進行させるために２００°Ｃ以上に維持する。
【００３７】
実施例１では、第１及び第２のドリフト領域とイオン選択トラップ部（イオン解離部）とが別であったが、実施例２の構成では、第１ドリフト領域の大部分が、イオンを選択的にトラップして解離を行なうイオン選択トラップ部（イオン解離部）として使用される。このため、第１ドリフトシーケンスで解離が進行してしまう問題がある。これを防ぐためには、第１ドリフトシーケンスの時間に対してイオンの解離を行なうイオン解離シーケンスの時間を長くすることが必要になる。第１ドリフトシーケンスの時間Ｔ1を約５ｍｓと短めに設定し、イオン解離シーケンスの時間を２０ｍｓ以上と長く設定することにより、第１ドリフトシーケンスの時間内に解離するイオン比率が低く抑えることができる。
【００３８】
イオン解離方法として、熱解離の他に、衝突による衝突解離、電子線等による電子捕獲解離、光による光解離、反応性のガスを用いたイオン分子解離等が考えられるが、これらのイオン解離方法には、実施例１で述べたのと同様な問題がある。何れかのイオン解離方法によりイオン解離を行った後、実施例２のイオン解離部（アレイ型加速電極３０５）の内部に直流電界を印加して、アレイ型加速電極３０５の内部のイオン加速方向１０１と直交する、第２ドリフト領域のイオン加速方向１０２’にイオンを加速する。
【００３９】
この時、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）に示すように、加速電極３０５ａ、３０５ｃの間にＤＣ電圧を印加する。イオン透過のため加速電極３０５ｃは、図６（Ｂ）に示すようにメッシュ電極を用いると良い。図６（Ｃ）は、図６（Ａ）に示す、加速電極３０５ｂ、３０５ｄの加速電極用電源入口電圧Ｖ1in、は加速電極３０５ｂ、３０５ｄの加速電極用電源出口電圧Ｖ1ou、加速電極３０５ａ加速電極用電源入口電圧Ｖ2in、加速電極３０５ａの加速電極用電源出口電圧Ｖ2out、加速電極３０５ｃ加速電極用電源入口電圧Ｖ3in、加速電極３０５ｃの加速電極用電源出口電圧Ｖ3outの、各シーケンスにおける印加状態を示している。
【００４０】
イオンは第２加速電極９’により加速され、第２ドリフト領域（長さＬ2）を構成する加速電極９２、９６の複数対の各対の間を通過したイオンはそれぞれ、順次アレイ型検出器３１０の素子に到達する。各アレイ型検出器３１０で検出される信号はそれぞれ増幅器３１１で増幅された後、ＰＣ等からなるコントローラー３０にデータ（チャンネル番号（図５に示す、加速電極９２、９６とアレイ型検出器３１０の素子と増幅器３１１の組に付される番号をいう）、Ｔ2、信号強度）が蓄積される。
【００４１】
イオン導入シーケンス（Ｔg）、第１ドリフトシーケンス（Ｔ1）、解離シーケンス（Ｔd）、第２ドリフトシーケンス（Ｔ2）から構成される１測定に要する時間は、典型的には合計約５０ｍｓとなる。チャンネル番号は、イオン解離前のイオンの移動度、イオンの第２ドリフト時間はイオン解離後のイオンの移動度の情報を与える。
【００４２】
実施例１では、イオン導入シーケンス（Ｔg）、第１ドリフトシーケンス（Ｔ1）、解離シーケンス（Ｔd）、第２ドリフトシーケンス（Ｔ2）から構成される１測定に、約１秒を要したのに対し、実施例２では、約５０ｍｓで得ることが可能であり、大幅な高速化が達成できる。イオンの第１ドリフト時間の短縮により第１ドリフトシーケンスでの分解能、及び、イオン解離シーケンスの時間の長時間化により第２ドリフトシーケンスでの分解能は、実施例１に比べやや低下する。しかし、従来技術のイオンモビリティー法では不可能であった分離能（１０×２０＝２００）を達成できる。
【００４３】
なお、実施例２において、イオン解離部、イオンドリフト部は、２つが同じチャンバー内に配置されるか、２つが異なるチャンバー内に配置されるかの何れかの構成で良く、各チャンバーの圧力は１０ｍＴｏｒｒから大気圧の範囲にあれば良く、各チャンバーの圧力は同じでも異なっていても良い。更に、イオン解離を十分に進行させるためには、イオン解離部での第１のイオンの滞在時間を長くするのが好ましい。
【００４４】
なお、図示しないが、ガスクロマトグラフや各種昇温型のガス分離装置を、本発明の装置のイオン源の前段部に使用できる。このような場合、イオン解離前、イオン解離後のイオン移動度の情報に加え、これら分離装置からのガス導入時間軸も加わり、更に分離能力が向上することは言うまでも無い。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明のイオンモビリティー分析装置及び方法によれば、低コストかつ高分解能を両立することが可能な、イオンモビリティー分析装置及び方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例１のイオンモビリティー分析装置の構成例を示す図。
【図２】実施例１の装置における各シーケンスでの各電極への印加電圧を説明する図。
【図３】実施例１の装置における熱解離効率（計算値）を説明する図。
【図４】実施例１の装置による効果を説明する概念図。
【図５】本発明の実施例２のイオンモビリティー分析装置の構成例を示す図。
【図６】実施例２の装置における加速電極の構成と、各シーケンスでの各電極への印加電圧を説明する図。
【符号の説明】
【００４７】
１…イオン源、４…ゲート電極、５、５’…第１加速電極、６…入口側メッシュ電極、７…トラップ電極、８…出口側メッシュ電極、９、９’…第２加速電極、１０…検出器、１１…増幅器、２１…ゲート電極用電源、２２…第１加速電極用電源入口、２３…第１加速電極用電源出口、２４…入口側メッシュ電極用電源、２５…トラップ電極用電源、２６…出口側メッシュ電極用電源、２７…第２加速電極用電源入口、２８…第２加速電極用電源出口、３０…コントローラー、９２、９６…加速電極、１０１…第１ドリフト領域のイオン加速方向、１０２、１０２’…第２ドリフト領域のイオン加速方向、１０３…第１ドリフト領域のガス流れ方向、１０４…第２ドリフト領域のガス流れ方向、２０１…イオン種Ａ由来の信号、２０２…イオン種Ｂ由来の信号、２０３…イオン種Ｃ由来の信号、２０４…解離後のイオン種Ａ由来の信号、２０５…解離後のイオン種Ｂ由来の信号、２０６…解離後のイオン種Ｃ由来の信号、３０５…アレイ型加速電極、３０５ａ、３０５ｂ、３０５ｃ、３０５ｄ…加速電極、３１０…アレイ型検出器、３１１…増幅器。
【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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