(57)【要約】【課題】電極への誘電体の付着の確率を低くする質量分析計の領域で使用するための電極を提供する。【解決手段】質量分析計の減圧領域で使用するための電極。この電極の表面は、質量分析計の不安定な動作を生じさせうる誘電（非電導）体の付着を受ける。荷電粒子に作用するための電場の等電位境界を提供するための電極の表面部は、研磨面を提供する先行技術とは対照的に粗くされている。粗い表面は凹凸を提供し、凹凸が規則的に現れても不規則に現れてもよく、電荷粒子からの誘電体の付着を大幅に減らすことが分かった。好適な構造は、ロッド電極４２にねじ山４４を形成して、それによってロッド電極に沿ったねじ山の頂４３が凸部４３を提供し、ねじ山の谷底４５が凹部を提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量分析計の領域で使用するための電極であって、この電極は、誘電体の付着を受けるものであり、
前記電極は、荷電粒子に作用するための電場の等電位境界を提供する表面部を有しており、
前記表面部は比較的粗くされて、前記表面部への誘電体の付着を減じるための凸部及び凹部が提供されていることを特徴とする電極。
【請求項２】
前記凸部が前記表面部の外側に向かってサイズが小さくなるような形状を有し、それによって、少なくとも１つの傾斜側面を有し、荷電粒子が角度を成して上記側面にあたる確率が高められていることを特徴とする請求項１に記載の電極。
【請求項３】
前記電極がロッドであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電極。
【請求項４】
前記表面部に、前記凸部及び前記凹部が周期的に又は規則的に現れることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載の電極。
【請求項５】
前記ロッドの前記表面部がねじ切りされており、それによって前記ロッドに沿ったねじ山の頂が前記凸部を提供し、前記ロッドに沿ったねじ山の谷底が前記凹部を提供することを特徴とする請求項３に記載の電極。
【請求項６】
前記表面部に、前記凸部及び前記凹部が非周期的に現れることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極が表面に誘電体の付着を受ける質量分析計の領域で使用するための電極に関する。一般的に、質量分析計のその領域は減圧領域となる。電極は、質量分析計の質量分析器の一部、イオン光学システムやイオンガイドの一部、又はイオン検出器やイオン源と分析計とのインターフェースの一部であってもよく、質量分析計は、例えば、誘導結合プラズマ、マイクロ波誘導プラズマ、液体クロマトグラフ、ガスクロマトグラフ、又はレーザーアブレーションと一緒に使用する。
【背景技術】
【０００２】
以下の本発明の背景の考察は、本発明の状況を説明するために含める。これは本出願の優先日において、言及する要素のいずれも、公表された、周知である、又は技術上共通の一般知識になっていたという自認と解釈してはならない。
質量分析計の減圧領域内の電極は、イオンビームを形成して若しくは含んで伝播させるため、又はイオンビームの特性を制御するため、又はイオンの質量濾過のため、又は質量分析計の安定した操作に関わるイオンビームの他の側面に影響を与えるため、電場を提供するが、これは通常電場の等電位境界を提供するために研磨面を有する。しかし、上記電極の表面には、非電導（誘電）体が付着する。一般に膜を形成する上記誘電性付着物は、分析のために質量分析計に導入される分析試料の組成に代表的な、イオンビーム内の汚染物質や化学活性種を含む、複数の源から生じうる。このため、質量分析計を通るイオンビームには、電極に衝突するとき、誘電体膜の付着を生じさせうる化学活性粒子が含まれることがある。さらに、誘電体膜は、荷電粒子がこの膜に接触すると、電極の表面に電荷を蓄積させることがある。この表面の電荷が質量分析計の不安定な動作を生じさせる。質量分析計の真空システムに存在する化学反応性の残留ガスは、ガスが真空システムの電極の表面に接触すると、膜付着プロセスを開始させる場合もある。例えば、真空ポンプからの残留油揮発成分（炭化水素）は、電極の表面に誘電体膜の成長を開始させることがある。上記膜の推積速度は、影響を受ける表面がイオン及び／又は電子及び／又は光子のボンバードメント（衝撃）によって付着プロセスが補足されると、大幅に増すことがある。上記状態は多くの質量分析計で存在し、例えば、イオン光学系や誘導結合プラズマ質量分析計の四重極質量分析器のフリンジロッドで非常によく見られる誘電体膜の付着の原因と考えられている。イオンボンバードメントに伴う残留油揮発成分はこれらの構成部品に炭化水素系の誘電体膜又は半誘電体膜を生じさせることがある。これら誘電体膜は計器の性能の安定性を大きく損なう可能性がある。
【特許文献１】国際公開第０１／９１１５９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、電極への誘電体の付着の確率を低くする質量分析計の領域で使用するための電極を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によると、質量分析計の領域で使用するための電極であって、この電極はその表面に誘電体の付着を受けるものであり、
この電極は、荷電粒子に作用するために電場の等電位境界を提供する表面部を有しており、
この表面部は、この表面部への誘電体の付着を減じるための凹凸を提供するよう比較的粗くされていることを特徴とする電極を提供する。
【０００５】
誘電体膜の付着は、電場の等電位境界を形成する電極の表面部を、先行技術の電極のように磨かず、代わりに介在物又は凸部と凹部とによって粗くする場合に発生する可能性が低くなることが分かった。
好ましくは、凸部は表面部の外側に向かってサイズが小さくなって、少なくとも１つの傾斜側面を有するような形状を有しており、荷電粒子が角度を成して側面に衝突する確率を高くされている。この特徴は、以下に説明するように、凸部への誘電体の付着を減じるのに役立つと考えられる。
【０００６】
電極の表面部の粗さを提供する凹凸（凹部及び凸部）は周期的に又は規則的に現れてもよく、また例えば表面部に切り込み、ねじ山、溝、穴、又は同様なものによって提供してもよい。代わりの方法として、凹凸は非周期的に又は不規則に現れてもよく、また例えば、表面部にサンドブラスト処理、ストーニング処理、又はスクラッチ処理をして提供してもよい。
【０００７】
本発明によると、表面の「粗度」は極めて大きくしてもよく、例えば凸部の頂上から凹部の底まで約０．５ｍｍの距離を設けると、先行技術の研磨面の電極に比べて著しく改善された。
好ましくは本発明による電極の当該表面部に、粗さを提供するためにねじ山などのらせん状の構成を備える。
【０００８】
本発明は、本発明による電極を含む質量分析計、又はイオンガイドやマスフィルターなどのその構成部品の提供にまで適用される。
本発明をよりよく理解するとともに、本発明を実施する方法を提示するために、ここで添付図面を参照しながら、単なる非制限的な例としてそのいくつかの実施形態を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
誘電体膜が質量分析計の真空システムの電極に付着すると、影響を受ける表面に電荷が蓄積することがあるのは周知である。これにより電極の周りの電場が変化し、質量分析計の動作特性が変化する。本発明は、膜付着は表面を磨かずに粗くすると発生する可能性が低くなるという観察に基づいている。潜在的に汚染を引き起こす粒子の束に曝される電極の表面が凹凸の組合せからなる場合（微小キャビティ及び微小尖塔状のものの場合もある）、この表面は、凸部の周りの汚染膜の初期の付着物を、少なくとも凸部が比較的きれいな状態であるように分散するために有利な状態であると考えられている。凸部が比較的きれいである限り、電極の周りの電場は安定した状態を保ち、質量分析計の動作に変化を生じさせない。
【００１０】
図１Ａ及び図１Ｂは、質量分析計の減圧領域で使用する電極２０の表面部２２を図示する。表面部２２は粗く（でこぼこであり）、それによって凸部２４と凹部２６とを提供する。表面２２の凸部２４と凹部２６とは、汚染膜の蓄積を分散するのに役立つと考えられる複数の状態を提供する。これらの状態には、表面の静電場の勾配、表面の分子拡散、局部的電子放出（二次的な電子放出を含む）、凸部２４に対する一次汚染物質束の衝撃角度（「フラッシング」効果）、凸部２４へのイオン衝突密度勾配を含む。これらの現象のすべてが電極表面２２の凸部２４をよりきれいに保つのに役立ち、そのため使用状態を維持できる。図１Ａ及び図１Ｂは、電極２０の粗い表面２２に近づく潜在的に汚染を引き起こすイオンの束２８を図示する。粗い表面２２の近傍に生じる電場は電気力線３０で示すように均一ではなく、電場密度勾配をもつよう歪んでいる（等電位の点線３１と比較する）。凸部２４はより高い密度の電場をもつ。この場は凸部２４付近のイオン衝突の軌道若しくはエネルギー又はその両方を変える。凸部２４は、イオン衝突と過剰な電場との結果、過剰な電子放出を生じ、そのため電子刺激脱離によって表面から粒子を脱離するのに役立つ。このことが、電極２０の表面２２を、凸部２４及び凹部２６をもたない表面、すなわち表面を磨いた場合よりもきれいに保つのに役立つであろう。凸部２４は表面部２２のサイズが外側に向かって小さくなるような形状で、それによって図１Ｂに示すように勾配のついた側面３４を有する。高エネルギーイオン２８が３２で凸部２４の傾斜面又は角度のついた面３４にぶつかると、これにより表面３４に沿って凹部２６まで「フラッシング」効果を生じ、凸部２４をよりきれいに保つのに役立つ。このフラッシング効果は、凸部２４−凹部２６に伴う表面電場勾配の影響下で、一次汚染物質イオンの斜めの衝突と作用電極電圧とから生じる表面の汚染物質の分子拡散により高められるであろう。凸部２４の傾斜側面３４は、イオン束２８の荷電粒子が図１Ｂに示すように角度を成して傾斜側面３４に当たる確率を高め、そのため前述したフラッシング効果により、凸部２４への誘電体の付着を減じるのに役立つと考えられる。
【００１１】
図２Ａ、図２Ｂ及び図３は、凸部３３と凹部３５とを含む比較的粗い表面部３４を有する円筒形電極３２を図示する。図２Ａ及び図２Ｂはそれぞれ、ロッド電極３２の（図２Ｂの切断線ＡＡの）横断面及び（図２Ａの切断線ＢＢの）縦断面の一部を示す。図４は４本のロッド３２から構成される四重極イオンガイド３６を示しており、比較的粗い表面部３４が、イオン４０が主に存在しており汚染物質混入の原因となりうる電極３２の間の空間３８に面している。
【００１２】
図５Ａ及び図５Ｂは発明の好適な実施形態を示しており、ロッド電極４２に制御された粗い表面を提供する比較的単純な方法に関わり、すなわちロッド電極４２の周りにらせん状のねじ山４４を切り込む。図５Ａは図５Ｂの切断線ＡＡにおけるロッド４２の横断面である。このようにロッド電極４２は凸部４３（ねじ山４４の頂）と凹部４５（ねじ山４４の谷底）とを含む。ねじ山の切り込みによって可能な粗い表面及びよく制御された機械的な許容差を提供するこの方法は本質的に簡便なため、周期的に粗い表面を提供する好適な方法である。
【００１３】
結果として得られた図５Ａ及び図５Ｂの電極構造は、上記特許文献１において、ねじ山なしで開示されている種類の１セットの四重極フリンジ電極にあたる。このセットの４本の電極は各々直径が９ｍｍであった。入射するイオンに面する各電極の端に、ねじ山を１２ｍｍの長さにわたって切り込んだ。ねじ山のピッチは０．５ｍｍとした。各ねじ山の断面は等辺三角形に近いため、頂点の角度は６０度であった。ねじ山の頂点は機械加工で可能な限り尖らせた。誘導結合プラズマ質量分析計の四重極質量分析器で使うために、電極を上記特許文献１に記載されるように組み立てた。以前は、ねじ切りしていない同様な電極のセットを、同じ機器で使っていた。ねじ切りした電極を取り付けた後は、電極をねじ切りしなかったときに観察されるものと比べ、機器の分析性能は安定性の向上を示した。ねじ切りしていない電極は解析信号の段階的な損失を伴い、通常の無線周波数（高周波）電圧に加えて、電極アセンブリにマイナスの直流電位を与えることによって、一時的に回復できた。しかし最終的には電極アセンブリを取り外さなければならず、付着した誘電体膜を取るために各電極を徹底的にきれいにしなければならなかった。ねじ切りしたロッドであれば、電極のセットにマイナスの直流電位を与える必要がなく、このような電位が与えられても、解析信号には何の影響もなかった。このことは、誘電体膜の蓄積及び荷電に伴う干渉がなく、電極のセットが四重極質量分析器の質量分離部にイオンを導入するという所望の効果をもっていたことを示す。さらに、ねじ切りしたロッドは、ねじ切りしていないロッドをきれいにしなければならなくなるまで機器を使っていた期間の少なくとも１５倍の期間、運転していたにも関わらず、掃除は必要なかった。
【００１４】
本発明に従い電極に粗い表面部を提供するために他に考えられる構造には、ロッド電極４８に溝４６などの環状溝を提供することが含まれる（図６Ａ及び図６Ｂを参照。図６Ｂは図６Ａの切断線ＢＢにおける断面である）。上記溝は、鋸歯状５０及び５２（図７及び図８を参照）やスカラップ状５４（図９を参照）などの様々な形状を提供するように切断できよう。平らな先端５８を有する凸部５６（図１０を参照）や、任意に設けた凸部６０及び凹部６２（図１１を参照）、又は間に凹部６６を成形した凸部６４（図１２を参照）、凸部６９の先端６８を特別な形状にしたもの（図１３を参照）にしても、図５Ａ及び図５Ｂの実施形態の性能があれば汚染防止の機能を果たすと思われる。図は、表面がどのように不規則な形であっても、誘電体膜の蓄積を予防するのに有利な状態を作ることを表している。図１１は、サンドブラスト、ストーンランブリング、又は不規則に粗くした表面を提供する他の機械的なプロセスによって安価に製造できる比較的粗い表面を図示する。レーザーによって、又は間に「凸部」を残しながら電極７８の表面（図１４Ａ及び図１４Ｂを参照）に凹部若しくは穴７６を作ることのできる（又はその他穴のあいた表面を作ることのできる）他の非機械的な手段によって、比較的粗い表面を作って所望の誘電体付着防止効果を生むことも可能である。
【００１５】
本発明による粗い表面部を有する電極は、その表面をどのように作るかに関係なく、質量分析計において、先行技術の研磨した電極よりも誘電体膜の蓄積を阻止する能力があり、そのため、潜在的に汚染を引き起こす物質の存在下でより安定した電気特性を提供する。質量分析計（誘導結合プラズマ質量分析計など）の上記電極は、普通であれば汚染を促す状況（真空不良、ポンプオイルからの炭化水素の存在、腐食性試料）で操作するとき、より安定で再現性のある電場を提供する。これにより質量分析計の検出限界の向上、安定性の向上、信号ドリフトの低下、及び保守の減少を提供する。
【００１６】
本発明の別の利点は、イオンガイド又はマスフィルター（質量分離）の電極表面を、光子又はエネルギー粒子が入射角よりも大きい角度で反射でき、それによってイオン検出器から拡散できるほど十分に粗くできることである。このように、従来の高研磨面を提供する代わりに、電極の表面を粗くすることで、検出器に入るエネルギー中性粒子又は光子の反射を減らし、検出器から出る高エネルギー中性粒子及び光子の散漫散乱を増やし、それによって解析感度の損失なしに連続バックグランドを減らし、その結果解析の検出限界が高まる。
【００１７】
本発明は四重極質量分析器のフリンジロッドだけでなく、数多くの種類の多重極イオンガイド、多重極質量分析器、及び双曲形ロッドを含む周知のロッド形状にも適用できる。また、イオン光学系、検出器、及びソース界面電極を含む周知の荷電粒子電極にも適用できる。イオン光学素子、界面及び検出器の部品の表面を粗くして、誘電体膜の蓄積を防ぎ、その結果安定で再現性の高い計器の動作を提供するとともに、保守を少なくできる。
【００１８】
ここに説明する本発明は、具体的に説明した以外の変更、修正及び／又は追加することができ、本発明は以下の特許請求項の範囲に含まれる上記変更、修正、及び／又は追加、を含むことは理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】本発明の基礎となった観察の考えうる説明を補足するための線図である（すなわち、質量分析計の真空システムの比較的粗い電極の表面は、研磨した電極の表面と比べたときにどうして表面に誘電体膜が付着する可能性が低くなるか）。
【図１Ｂ】発明の基礎となった観察の考えられうる説明を補足するための線図である（すなわち、質量分析計の真空システムの比較的粗い電極の表面は、研磨した電極の表面と比べたときにどうして表面に誘電体膜が付着する可能性が低くなるか）。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による、円筒形の電極（すなわち、ロッド電極）の概略断面図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による、円筒形の電極（すなわち、ロッド電極）の概略断面図である。
【図３】図２Ａ及び図２Ｂの電極の概略斜視図である。
【図４】それぞれ、四重極マスフィルター構成に配列した本発明の一実施形態による４本の円形ロッド電極の概略図である。
【図５Ａ】ねじ切りした円形ロッド電極である、本発明の好適な実施形態の概略図であり、図５の断面図である。
【図５Ｂ】ねじ切りした円形ロッド電極である、本発明の好適な実施形態の概略図である。
【図６Ａ】粗い表面を提供できる円形ロッド電極の周期的構造の概略図であり、ロッドの半体を示す断面図である。
【図６Ｂ】粗い表面を提供できる円形ロッド電極の周期的構造の概略図であり、図６Ａの断面図である。
【図７】様々な周期的及び非周期的な構造によって粗さを提供する、本発明の実施形態による電極の粗い表面部の概略図である。
【図８】様々な周期的及び非周期的な構造によって粗さを提供する、本発明の実施形態による電極の粗い表面部の概略図である。
【図９】様々な周期的及び非周期的な構造によって粗さを提供する、本発明の実施形態による電極の粗い表面部の概略図である。
【図１０】様々な周期的及び非周期的な構造によって粗さを提供する、本発明の実施形態による電極の粗い表面部の概略図である。
【図１１】様々な周期的及び非周期的な構造によって粗さを提供する、本発明の実施形態による電極の粗い表面部の概略図である。
【図１２】様々な周期的及び非周期的な構造によって粗さを提供する、本発明の実施形態による電極の粗い表面部の概略図である。
【図１３】様々な周期的及び非周期的な構造によって粗さを提供する、本発明の実施形態による電極の粗い表面部の概略図である。
【図１４Ａ】様々な周期的及び非周期的な構造によって粗さを提供する、本発明の実施形態による電極の粗い表面部の概略図である。
【図１４Ｂ】様々な周期的及び非周期的な構造によって粗さを提供する、本発明の実施形態による電極の粗い表面部の概略図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
2007507835.tif 000020
【図１４Ｂ】
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【国際調査報告】
2007507835.tif 000022
2007507835.tif 000023