(57)【要約】【課題】イオン移動度分析装置のドリフト領域に利用可能なイオン輸送装置のコストを低減する。【解決手段】軸Ｃに沿って平板円環状である電極４１と交互に配置されるスペーサ４２Ａとして、アルミニウム製である母材の表面に硬質アルマイト処理によって絶縁被膜を形成した環状の部材を用いる。スペーサ４２Ａを挟む２枚の電極４１のうちの一方に密着する面には絶縁皮膜を設けず、スペーサ４２Ａの母材とその電極４１とを電気的に導通させる。これにより、軸方向に隣接する電極４１間の電気的な絶縁は確保される。また、各電極４１に印加される電圧によってスペーサ４２Ａの母材の電位も定まるため、複数のスペーサ４２Ａはシールド電極として機能し、外部の電場がドリフト部４の内部電場に与える影響を軽減することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸に沿って並べられた複数の環状電極にそれぞれ電圧を印加して、該複数の環状電極で囲まれる空間にイオンを輸送するための電場を形成するイオン輸送装置において、
a)軸に沿って並べられた平板環状である複数の電極と、
b)前記複数の電極において軸方向に隣接する２枚の電極の間の電気的絶縁性を確保しつつ該電極間の間隔を定めるスペーサであり、金属製の母材と、該母材の表面の中で少なくとも前記電極又は他のスペーサとの接触部位であって電気的絶縁性を要する部位に形成された該母材の金属酸化物による絶縁皮膜と、を有する複数のスペーサと、
を備えることを特徴とするイオン輸送装置。
【請求項２】
請求項１に記載のイオン輸送装置であって、
１枚の前記電極は２個の前記スペーサの間に挟持され、該スペーサは、その両側に配置される２枚の電極のうちの一方の電極と接触する部位に前記絶縁皮膜が形成され、他方の電極に接触する部位には母材である金属がそのまま露出していることを特徴とするイオン輸送装置。
【請求項３】
請求項１に記載のイオン輸送装置であって、
前記スペーサは略環状体であり、軸に向いた内周面は母材である金属がそのまま露出しており、該スペーサの内周面の内側に前記電極が嵌設されてなることを特徴とするイオン輸送装置。
【請求項４】
請求項１に記載のイオン輸送装置であって、
前記スペーサの母材は、軸方向に所定の厚さを有する略環状体の軸に向いた内周面に平板環状部が突出した形状であり、
該平板環状部は母材である金属がそのまま露出して前記電極となっていることを特徴とするイオン輸送装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載のイオン輸送装置であって、
軸方向に隣接する２個のスペーサの互いに対向する一方の面に凹部、他方の面に該凹部に嵌合する凸部が形成され、その凸部が凹部に嵌合するように複数のスペーサを積み重ねた状態で該複数のスペーサが軸方向に並ぶように前記凸部及び凹部が形成されていることを特徴とするイオン輸送装置。
【請求項６】
請求項５に記載のイオン輸送装置であって、
前記スペーサには、軸方向に隣接する複数のスペーサを跨ぐようにネジ孔が形成され、該ネジ孔に挿通したネジによって該複数のスペーサは締結可能であることを特徴とするイオン輸送装置。
【請求項７】
請求項５に記載のイオン輸送装置であって、
前記スペーサの前記凸部及び前記凹部には互いに螺合するネジ部が形成されていることを特徴とするイオン輸送装置。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれか１項に記載のイオン輸送装置であって、
前記スペーサの母材中にその端部が埋設された導電性の棒状体を備え、該棒状体を介して母材に電圧を印加するようにしたことを特徴とするイオン輸送装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のイオン輸送装置であって、
前記母材はアルミニウム製であり、前記絶縁皮膜は硬質アルマイト処理により形成されれた酸化皮膜であることを特徴とするイオン輸送装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のイオン輸送装置を、パルス化したイオンをドリフトさせるドリフト領域を形成するために用いたことを特徴とするイオン移動度分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料成分由来であるイオンを電場を利用して輸送するイオン輸送装置、及び、該イオン輸送装置を用いたイオン移動度分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料分子から生成した分子イオンを電場の作用により媒質気体（又は液体）中で移動させるとき、該イオンは電場の強さやその分子の大きさなどで決まる移動度に依存する一定速度で以て移動する。イオン移動度分光測定（Ion Mobility Spectrometry＝ＩＭＳ）法は、試料分子の分析のためにこの移動度を利用した測定法である。ＩＭＳ法は、試料由来の各種イオンをイオン移動度に応じて分離したあとに検出器で検出してイオン移動度スペクトルを作成するのに利用されるほか、質量分析計と組み合わせて用いられることも多い。
【０００３】
イオン移動度分析装置は一般に、その内部に同形状である平板円環状電極が中心軸に沿って多数配列されたドリフトチューブを有し、試料成分由来のイオンはパルス化されてそのドリフトチューブ内空間に送り込まれる。多数の平板円環状の電極にそれぞれ印加される電圧によってドリフトチューブ内空間には、中心軸上において傾きが一定である電位勾配を有する直流電場が形成される。その電場の作用によってイオンは軸方向に加速されドリフトする。また、ドリフトチューブ内空間にはイオンに逆行するように一定流速で流れるドリフトガス流が形成されており、イオンはこのガスに衝突しながら進行する。これにより、軸方向のイオンの移動速度（ドリフト速度）はイオン移動度に応じた一定速度に収束し、イオンは該移動度に応じてその進行方向に分離される。
【０００４】
加速電場を形成するための平板円環状の電極は、通常、ＳＵＳなどの腐食しにくい金属製である。イオンを適切にドリフトさせる良好な電場を形成するには、多数の平板円環状の電極を軸方向に所定の間隔で且つ同軸上に位置するように精度良く配置する必要がある。こうしたことから、従来の一般的なイオン移動度分析装置では、多くの場合、所定の厚さを有する円環状の絶縁性のスペーサと平板円環状電極とを交互に積層することでドリフト部を形成する構成が採られている。スペーサとしては、アルミナなどのセラミックからなるものが利用されていることが多い（特許文献１など参照）。
【０００５】
しかしながら、一般にセラミック部品は大量生産する場合にはコスト低減が可能であるものの、分析装置用などのように少量しか生産しない場合にはコストが高くなる。また、セラミックは脆性材料であるため、セラミック製スペーサと電極とを積層した構造体を製造する際にスペーサが破損し易いという問題もある。
【０００６】
こうした問題に対し、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）樹脂などの合成樹脂製のスペーサの利用も一部では試みられている。しかしながら、イオン移動度分析装置のドリフト部は分析時に高温（例えば１５０℃程度以上）に加熱されるため、ＰＥＥＫでは耐熱性が不足することがある。また高耐熱のポリイミド樹脂などの合成樹脂の使用も考えられるが、合成樹脂が熱分解して揮発したガスが分析のコンタミネーションになるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２７６８３７号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】「めっき技術レポート  硬質アルマイト加工処理  硬質アルマイト皮膜の耐電圧測定のデータ。」、［online］、三和メッキ工業株式会社、［平成２９年７月１８日検索］、インターネット＜URL: https://www.sanwa-p.co.jp/report/detail4226.php＞
【発明の概要】
【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、複数の平板状の電極を軸に沿って所定間隔離して並べた構成のイオン輸送装置において、そのコストの低減を図ることを主たる目的としている。
【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本発明に係るイオン輸送装置は、軸に沿って並べられた複数の環状電極にそれぞれ電圧を印加して、該複数の環状電極で囲まれる空間にイオンを輸送するための電場を形成するイオン輸送装置において、
a)軸に沿って並べられた平板環状である複数の電極と、
b)前記複数の電極において軸方向に隣接する２枚の電極の間の電気的絶縁性を確保しつつ該電極間の間隔を定めるスペーサであり、金属製の母材と、該母材の表面の中で少なくとも前記電極又は他のスペーサとの接触部位であって電気的絶縁性を要する部位に形成された該母材の金属酸化物による絶縁皮膜と、を有する複数のスペーサと、
を備えることを特徴としている。
【００１１】
本発明に係るイオン輸送装置は典型的には、イオンを分析するイオン移動度分析装置や質量分析装置に利用されるものである。具体的には、イオン移動度分析装置や質量分析装置においてイオンを後段へと輸送するためのイオンガイド、イオン移動度分析装置におけるドリフト部、飛行時間型質量分析装置におけるイオン反射器などに利用することができる。
【００１２】
本発明に係るイオン輸送装置において、軸方向に隣接する２枚の電極の距離を決める絶縁性のスペーサとして、金属製の母材の表面にその金属の酸化物である絶縁皮膜を形成したものを利用する。即ち、スペーサの母材自体は導電体であり、所定の処理（加工）によってその母材の表面に形成される酸化皮膜によりスペーサ同士やスペーサと電極との間の電気的な絶縁性を確保する。
【００１３】
母材である金属の種類は特に限定されないが、安価であること、靱性が高いこと（脆性材料でないこと）、加工性が高いこと、できれば軽量であること、などの条件が満たされることが望ましい。こうした条件を満たす適当な材料の一つがアルミニウムである。この場合、アルマイト処理により絶縁皮膜を形成すればよい。好ましくは、一般に硬質アルマイト処理と呼ばれる方法により、標準的なアルマイト処理に比べて厚く硬い絶縁皮膜を形成するとよい。
【００１４】
硬質アルマイト処理により絶縁皮膜を形成したアルミニウムが母材であるスペーサは、数百Ｖ程度以上の電位差に対し十分に高い耐性を有する。また、従来一般的であるセラミック製のスペーサに比べて製造コストが小さい。特に、少量生産の場合でもコストを抑えることができる。これにより、本発明に係るイオン輸送装置では、セラミック製スペーサを用いた従来の装置に比べて製造コストを抑えることができる。また、母材であるアルミニウムの表面に絶縁皮膜を形成したスペーサは靱性が高いので、電極との積層構造体を製造する際等に衝撃が加わっても破損しにくい。それにより、装置の生産効率が向上し、生産の歩留まりも向上する。
【００１５】
本発明に係るイオン輸送装置は様々な態様を採り得る。
本発明に係るイオン輸送装置の第１の態様において、１枚の前記電極は２個の前記スペーサの間に挟持され、該スペーサは、その両側に配置される２枚の電極のうちの一方の電極と接触する部位に前記絶縁皮膜が形成され、他方の電極に接触する部位には母材である金属がそのまま露出している構成とするとよい。
【００１６】
スペーサがセラミックなどの単なる絶縁体から成る場合、軸方向に隣接する電極の間の間隙には実質的な電位が存在しないため、外部の電場が電極で囲まれる空間に侵入して該空間における電場が外部の電場の影響を受けて乱れるおそれがある。これに対し、上記第１の態様の構成では、スペーサにおける母材（つまりは金属）の露出部分と一方の電極とは電気的に導通しているため、該電極と該スペーサの母材とは同電位となる。そのため、スペーサの形状を軸の全周を囲む環状体とすると、複数のスペーサの積層構造は外部の電場や外部からの電磁波の飛び込みを遮蔽する一種のシールド電極として機能する。それによって、電極で囲まれる空間に形成される電場の乱れを抑えることができる。
【００１７】
また本発明に係るイオン輸送装置の第２の態様において、前記スペーサは略環状体であり、軸に向いた内周面は母材である金属がそのまま露出しており、該スペーサの内周面の内側に前記電極が嵌設されてなる構成とすることができる。
【００１８】
この第２の態様のイオン輸送装置では、上記第１の態様のイオン輸送装置のように電極が二つのスペーサの間に挟まれることで保持されるのではなく、略環状である各スペーサの内周面に電極が嵌め込まれることで該電極が保持される。したがって、電極を予め嵌め込んだスペーサを適宜の数だけ積層させることでイオン輸送装置の電極部を形成することができ、組立が容易である。
【００１９】
また本発明に係るイオン輸送装置の第３の態様において、前記スペーサの母材は、軸方向に所定の厚さを有する略環状体の軸に向いた内周面に平板環状部が突出した形状であり、該平板環状部は母材である金属がそのまま露出して前記電極となっている構成とすることもできる。
【００２０】
上記第１及び第２の態様のイオン輸送装置では、スペーサと電極とは別部材であるのに対し、この第３の態様のイオン輸送装置では、スペーサと電極とが一つの部材となっており、組立はより一層容易である。
【００２１】
また第１乃至第３の態様のイオン輸送装置では、
軸方向に隣接する２個のスペーサの互いに対向する一方の面に凹部、他方の面に該凹部に嵌合する凸部が形成され、その凸部が凹部に嵌合するように複数のスペーサを積み重ねた状態で該複数のスペーサが軸方向に並ぶように前記凸部及び凹部が形成されている構成とするとよい。
【００２２】
この構成によれば、一つのスペーサの凸部を他のスペーサの凹部に嵌合させることで各スペーサの位置決めができるので、複数のスペーサ（さらには電極）を直線的な軸に沿って精度よく並べることができる。なお、従来のスペーサに用いられているセラミックは脆性材料であるため加工性が低いが、本発明におけるスペーサに用いられている母材は金属製であり加工性が高いので、凸部や凹部などを容易に製造することができる。
【００２３】
また、上記構成において、前記スペーサには、軸方向に隣接する複数のスペーサを跨ぐようにネジ孔が形成され、該ネジ孔に挿通したネジによって該複数のスペーサは締結可能である構成としてもよい。或いは、前記スペーサの前記凸部及び前記凹部には互いに螺合するネジ部が形成されている構成としてもよい。
【００２４】
こうした構成によれば、隣接するスペーサ同士を締結して一体化することができるので、複数のスペーサや電極を一体化するための別の部材を用いる必要がない。また、イオン輸送装置の電極部を小形化するのに有利である。
【００２５】
また、本発明に係るイオン輸送装置では、好ましくは、前記スペーサの母材中にその端部が埋設された導電性の棒状体を備え、該棒状体を介して母材に電圧を印加する構成とするとよい。
【００２６】
具体的には例えば、母材に適宜の孔を穿孔し、該孔に導電性の棒状体を嵌入すればよい。スペーサの母材と電極とが電気的に導通している構成では、棒状体に所定の電圧を印加すると、母材を介して電極にその電圧が印加される。これにより、各電極に電圧を印加するための配線を直接的に電極に接続する必要がなく、複数の電極にそれぞれ電圧を印加するための配線の引き回しを簡略化することができる。
【００２７】
また、上述したように本発明に係るイオン輸送装置は、イオン移動度分析装置や質量分析装置などに利用することができるが、特に、イオン移動度分析装置において、パルス化したイオンをドリフトさせるドリフト領域を形成するのに好適である。
【００２８】
一般にイオン移動度分析装置におけるドリフト領域では、加速電場によって進行するイオンと対向するようにドリフトガス流を形成するが、スペーサの形状を軸の全周を囲む環状体とすればドリフトガスは周囲に漏れることなくドリフト領域中を円滑に流れる。また、電極間の間隔の精度も高いので、理想状態に近い電位勾配を有する加速電場を形成することができる。それによって、イオンを高い精度で以てイオン移動度に応じて分離することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係るイオン移動度分析装置によれば、電気的絶縁性等の性能を確保しつつ、電極の間隔を決めるスペーサについて、電気的絶縁性等の性能を確保しつつコストを抑えることで、装置全体のコスト低減を図ることができる。また、本発明に用いられているスペーサは破損しにくいため、組立性も良好である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施例であるイオン輸送装置を用いたイオン移動度分析装置の概略構成図。
【図２】本発明の第２実施例であるイオン輸送装置を用いたイオン移動度分析装置の概略構成図。
【図３】第１実施例のイオン輸送装置における１枚の平板円環状電極及び１個のスペーサの断面図。
【図４】第２実施例のイオン輸送装置における１枚の平板円環状電極及び１個のスペーサの断面図。
【図５】本発明の第３実施例であるイオン輸送装置の要部の概略構成図。
【図６】第３実施例のイオン輸送装置における１枚の平板円環状電極及び１個のスペーサの断面図。
【図７】本発明の第４実施例であるイオン輸送装置の要部の概略構成図。
【図８】第４実施例のイオン輸送装置における１枚の平板円環状電極及び１個のスペーサの断面図。
【図９】本発明の第５実施例であるイオン輸送装置の要部の概略構成図。
【図１０】第５実施例のイオン輸送装置における１枚の平板円環状電極及び１個のスペーサの断面図。
【図１１】本発明の第６実施例であるイオン輸送装置の要部の概略構成図。
【図１２】第６実施例のイオン輸送装置における１枚の平板円環状電極及び１個のスペーサの断面図。
【図１３】本発明の第７実施例であるイオン輸送装置の要部の概略構成図。
【図１４】第７実施例のイオン輸送装置におけるスペーサ一体形平板円環状電極の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係るイオン輸送装置の実施例、及び、この実施例のイオン輸送装置を用いたイオン移動度分析装置の実施例について、添付図面を参照して説明する。
【００３２】
［第１実施例］
図１は本発明の第１実施例であるイオン輸送装置を用いたイオン移動度分析装置の概略構成図、図３は第１実施例のイオン輸送装置における１枚の平板円環状電極及び１個のスペーサ（図１中に符号Ａで示す部分）の断面図である。なお、図面が煩雑になるのを避けるために、図３では電極及びスペーサを断面図で描出しているが、図１では電極及びスペーサを端面図で描出している。これは以下の各実施例でも同様である。
【００３３】
図１に示すように、本実施例のイオン移動度分析装置は、液体試料中の成分をイオン化するイオン源１と、イオン化を促進するイオン化促進部２と、イオンを一旦堰き止めてパルス化するゲート電極部３と、イオンをドリフトさせるドリフト部４と、イオンを検出するイオン検出部５と、を備える。
【００３４】
イオン源１は、略大気圧雰囲気中に試料溶液を帯電させつつ噴霧することでイオンを生成するエレクトロスプレーイオン化（ＥＳＩ）法によるイオン源である。ただし、イオン源１のイオン化はこれに限るものでなく、例えば気化試料導入部とコロナニードルを用いた大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）法によるイオン源でもよい。
【００３５】
イオン化促進部２は、平板円環状である複数の電極２１がそれぞれ間にスペーサ２２を挟んで直線状の軸Ｃに沿って配置されたものであり、各電極２１には第１電圧発生部７から抵抗ネットワークを介してそれぞれ異なる直流電圧が印加される。このイオン化促進部２は、イオン源１により噴霧された帯電液滴中の溶媒の気化を促進することでイオンの発生を促すべく、図示しないヒータにより１００〜２００℃程度に加熱されている。
【００３６】
ドリフト部４はイオン化促進部２と同様に、平板円環状である複数の電極４１がそれぞれ間に絶縁性のスペーサ４２を挟んで直線状の軸Ｃに沿って配置されたものであり、各電極４１には第２電圧発生部８から抵抗ネットワークを介してそれぞれ異なる直流電圧が印加される。この複数の電極４１の内周縁端で囲まれる空間が、イオンがそれぞれイオン移動度に応じてドリフトするドリフト領域である。このドリフト領域には、ドリフト部４の出口側から入口側に向かって一定流速で所定のドリフトガス（不活性ガス）の流れが形成され、該ガスによってドリフト領域のガス圧は略大気圧（又は数百Pa程度の低真空状態）に維持される。このドリフト部４の構成についてはあとで詳述する。
【００３７】
ゲート電極部３はイオン化促進部２とドリフト部４との間に位置し、絶縁性の略円筒形状の電極ホルダ３２と多数の開口が形成されたグリッド電極３１とから成る。図示しないゲート電圧発生部から所定のタイミングでパルス電圧がグリッド電極３１に印加される。
【００３８】
イオン化促進部２、ゲート電極部３、及びドリフト部４の全体は円筒状であるシールド電極６の内側に収納されている。これは、その周囲に存在する電場や電磁波などの影響で、主としてドリフト部４における電場が乱れることを防止するためである。
【００３９】
次に、ドリフト部４における電極４１とスペーサ４２の構成について詳述する。なお、ここでは詳しく述べないが、イオン化促進部２における電極２１とスペーサ２２の構成もほぼ同様である。
【００４０】
上述したように、電極４１は軸Ｃを中心とした所定径の円形開口４１ａを有する平板円環状の導電体である。一般的には、この電極４１はＳＵＳなどの耐腐食性を有する金属製である。軸方向に隣接する２枚の電極４１の間の間隔を決めるスペーサ４２は、その外径が電極４１の外径とほぼ同じである断面矩形状の円環状（ドーナツ状）体であり、その母材４２ａは金属、具体的にはアルミニウムである。アルミニウムは比較的コストが安価であり、軽量で、且つ複雑な形状の加工も容易であるという特徴を有する。そして、そのアルミニウム製の母材４２ａの表面全体に、陽極酸化皮膜処理の一種である硬質アルマイト処理による絶縁皮膜４２ｂが形成されている。
【００４１】
硬質アルマイト処理は低温の電解槽中でゆっくりと処理を行うことで厚く硬い皮膜を生成するものであり、これにより形成される絶縁皮膜は一般的なアルマイトに比べて硬く高い絶縁性を有する。例えば非特許文献１などによれば、５０μmの厚さの酸化皮膜において、皮膜−母材間で９００Ｖ以上、皮膜−皮膜間で１２００Ｖ以上の耐圧を示す。ドリフト部４における電極４１の間隔にもよるが、一般に、軸方向に隣接する２枚の電極４１の間の電位差は数百Ｖ程度であるから、上記耐圧は十分な耐圧である。また一般に、このような硬質アルマイト処理を施したアルミニウム製の絶縁部品は、同じ形状、同じ性能のものをセラミックから形成した場合に比べて安価である。
【００４２】
第１実施例のイオン輸送装置におけるドリフト部４は、図１に示したように、電極４１と上述した絶縁性のスペーサ４２とを軸Ｃに沿って交互に積み重ねた外観略円筒形状体である。スペーサ４２は軸Ｃの周りの全周を囲む円環状であり、その両側の電極４１に密着している。そのため、図１に点線で示すように、ドリフト領域中に導入されたドリフトガスは外部に漏れ出すことなく、入口側へ向かう良好な流れが形成される。
【００４３】
次に、本実施例のイオン移動度分析装置における測定動作を概略的に説明する。
イオン源１は外部から導入された液体試料を帯電させつつ噴霧する。これにより生成された微細な帯電液滴から溶媒が気化する過程で、該液滴中の試料成分は気体イオンとなる。イオン化促進部２において各電極２１に印加されている電圧により形成される電場によって、イオンはゲート電極部３に向かって進行する。グリッド電極３１には、イオンを堰き止めるような電圧、即ちイオンが正イオンである場合には正極性の大きな電圧が印加され、その電位障壁によってイオンはグリッド電極３１の手前に蓄積される。そして、所定のタイミングで短時間だけ、イオンを通過させる電圧（つまりは電位障壁がなくなる電圧）がグリッド電極３１に印加されると、上述したように蓄積されていたイオンがパルス的にグリッド電極３１を通過してドリフト領域に導入される。
【００４４】
各電極４１に印加されている直流電圧によって、ドリフト領域には軸方向にイオンを加速する電場が形成される。一方、イオンの進行に逆行するようにドリフトガスの流れが形成されている。ドリフトガスの流れに逆らいつつ加速電場の作用でイオンが進行する過程で、イオンはそのイオン移動度に応じて分離され、時間差を有してイオン検出部５に到達する。イオン検出部５は到達したイオンの量に応じた検出信号を生成する。この検出信号に基づき、図示しないデータ処理部では、イオン移動度に対応するドリフト時間とイオン強度との関係を示すスペクトルを作成することができる。
【００４５】
上述したように、母材４２ａであるアルミニウムの表面に硬質アルマイトの絶縁皮膜４２ｂが形成されたスペーサ４２は、高い絶縁性を示しながら安価である。そのため、本実施例のイオン輸送装置及びイオン移動度分析装置は、セラミック製のスペーサを用いた従来の装置に比べて、装置のコストを低減することができる。また、合成樹脂製のスペーサを用いた場合、１５０℃程度以上に加熱されたときに該合成樹脂が熱分解及び気化して発生したガスが測定のコンタミネーションになるおそれがあるが、上記スペーサ４２ではそうしたコンタミネーションの問題も生じない。
【００４６】
［第２実施例］
図２は本発明の第２実施例であるイオン輸送装置を用いたイオン移動度分析装置の概略構成図、図４は第２実施例のイオン輸送装置における１枚の平板円環状電極及び１個のスペーサの断面図である。第１実施例と同じ構成要素には同じ符号を付して詳しい説明を略す。
【００４７】
上記第１実施例のイオン輸送装置では、スペーサ４２は母材４２ａの表面全体に絶縁皮膜４２ｂが形成されていた。これに対し、この第２実施例のイオン輸送装置では、図４に示すように、スペーサ４２Ａの母材４２ａの表面の中で１枚の電極４１に接触する面にのみ、絶縁皮膜４２ｃが形成されておらず、母材４２ａが露出している。一方、この面と反対側の面、つまり上記１枚の電極４１に隣接する別の電極４１に接触する面には、第１実施例と同様に、絶縁皮膜４２ｃが形成されている。そのため、一つのスペーサ４２Ａを挟むようにその両側に位置する２枚の電極４１のうち、一方（図２では右方）の電極４１と該スペーサ４２Ａの母材４２ａとは電気的に導通している。つまり、電気的にはそれらは一体であるとみなすことができる。また、他方（図２では左方）の電極４１と該スペーサ４２Ａの母材４２ａとは絶縁皮膜４２ｃにより電気的に絶縁されている。
【００４８】
第２電圧発生部８（図２には図示せず）から抵抗ネットワークを介して各電極４１に所定の直流電圧が印加されると、各電極４１に直接的に接触しているスペーサ４２Ａの母材４２ａはその電極４１と同電位になる。もちろん、１枚の電極４１と直接的に接触しているスペーサ４２Ａにおいて該電極４１と反対側の面の電極４１との間には硬質アルマイトによる絶縁皮膜４２ｃが存在するので、それらの間の電気的な絶縁性は十分に確保される。
【００４９】
第１実施例のイオン輸送装置では全てのスペーサ４２Ａの母材４２ａは電位を有していない（つまりはフローティング状態である）のに対し、この第２実施例のイオン輸送装置では、全てのスペーサ４２Ａの母材４２ａはそれぞれ所定の電位を有している。このように、ドリフト領域のほぼ全体が何らかの電位を有する導電体で囲まれているため、それ（スペーサ４２Ａ自体が第１実施例のイオン輸送装置におけるシールド電極６の機能を果たす。そのため、ここでは第１実施例のようにシールド電極６を別途設ける必要がなく、その分だけ、ドリフト部４を小形化することができる。
【００５０】
［第３実施例］
図５は本発明の第３実施例であるイオン輸送装置の概略構成図、図６は第３実施例のイオン輸送装置における１枚の平板円環状電極及び１個のスペーサの断面図である。図５は図１、図２に示したようなイオン移動度分析装置におけるドリフト部４を示したものであり、上記各実施例と同じ構成要素には同じ符号を付して詳しい説明を略す。
【００５１】
上記第２実施例と同様に、スペーサ４２Ｂにあって１枚の電極４１と接触する部位には、母材４２ａの表面に絶縁皮膜４２ｄが形成されておらず、母材４２ａと電極４１とが直接的に接触する。一方、そのスペーサ４２Ｂにあって上記電極４１に隣接する他の電極と接触する部位には絶縁皮膜４２ｄが形成されており、そのスペーサ４２Ｂと電極４１との間の電気的な絶縁性は確保される。また、スペーサ４２Ｂの母材４２ａはその断面が単純な矩形状ではなく、直接的に接触する電極４１が内側に収納される円環状の凹部４２ａ２が形成される一方、絶縁皮膜４２ｄを介して接触する電極４１の側には隣接するスペーサ４２Ｂの凹部４２ａ２にちょうど嵌合する円環状の凸部４２ａ１が形成されている。また、スペーサ４２Ｂの外周面には、絶縁皮膜４２ｄを貫通して（又は絶縁皮膜４２ｄを設けずに）母材４２ａに穿孔された孔に金属製の端子棒４３が嵌入されている。
【００５２】
第３実施例のイオン輸送装置では、一つのスペーサ４２Ｂの凸部４２ａ１を他の一つのスペーサ４２Ｂの凹部４２ａ２に嵌め込むことにより、その二つのスペーサ４２Ｂの間に１枚の電極４１を挟持する。図５に示すように、こうして凸部４２ａ１と凹部４２ａ２とを嵌め合わせながら複数のスペーサ４２Ｂを積み重ねることで、略円筒形状であるドリフト部４を形成することができる。この構成では、上述したようなスペーサ４２Ｂの嵌合によって各スペーサ４２Ｂや電極４１の位置が決まるので、各電極４１の中心軸を一直線上に容易に揃えることができ、精度のよい組立が簡単に行える。また、各スペーサ４２Ｂから突出する端子棒４３にそれぞれ電圧を印加することで、各電極４１に電圧を印加することができる。このため、電極４１自体に電圧印加のための配線を接続する必要がなく、電圧印加のための配線を簡単化することができる。
【００５３】
［第４実施例］
図７は本発明の第４実施例であるイオン輸送装置の概略構成図、図８は第４実施例のイオン輸送装置における１枚の平板円環状電極及び１個のスペーサの断面図である。図７は図１、図２に示したようなイオン移動度分析装置におけるドリフト部４を示したものであり、上記各実施例と同じ構成要素には同じ符号を付して詳しい説明を略す。
【００５４】
この第４実施例のイオン輸送装置におけるスペーサ４２Ｃの基本的な形状は第３実施例のイオン輸送装置におけるスペーサ４２Ｂと同じであるが、このスペーサ４２Ｃには隣接する２個のスペーサ４２Ｃを互いにネジで固定するためのネジ孔４２ｅ、４２ｆが形成されている。一つのスペーサ４２Ｃに形成されているネジ孔４２ｅはネジ４４の頭部を収納する凹部が形成された貫通孔であり、これに隣接して配置されるスペーサ４２Ｃに形成されているネジ孔４２ｆはネジ４４のネジ部が螺入されるネジ溝が形成された貫通孔である。各ネジ孔４２ｅ、４２ｆは少なくともそれぞれ１個ずつ（好ましくは複数個ずつ）形成されている。また、これらネジ孔４２ｅ、４２ｆの内面には、母材４２ａの外側表面の絶縁皮膜４２ｄに連続して、硬質アルマイト処理による絶縁皮膜４２ｄが形成されている。
【００５５】
図７に示すように、複数個のスペーサ４２Ｃを積み重ねながら、一つのスペーサ４２Ｃのネジ孔４２ｅにネジ４４を挿通し、そのネジ４４のネジ部を隣接するスペーサ４２のネジ孔４２ｆに螺入することで、その二つのスペーサ４２Ｃを締結する。上述したようにネジ孔４２ｅ、４２ｆの内面には絶縁皮膜４２ｄが形成されているため、金属製のネジ４４を用いても、二つのスペーサ４２Ｃの母材４２ａの間の電気的な絶縁性が確保できる。このようにネジにより複数のスペーサ４２Ｃを締結して一体化することで、その複数のスペーサ４２Ｃや電極４１を別途一体に保持する部材が不要になり、装置の小形化に有利である。
【００５６】
［第５実施例］
図９は本発明の第５実施例であるイオン輸送装置の概略構成図、図１０は第５実施例のイオン輸送装置における１枚の平板円環状電極及び１個のスペーサの断面図である。図９は図１、図２に示したようなイオン移動度分析装置におけるドリフト部４を示したものであり、上記各実施例と同じ構成要素には同じ符号を付して詳しい説明を略す。
【００５７】
この第５実施例のイオン輸送装置におけるスペーサ４２Ｄの基本的な形状も第３実施例のイオン輸送装置におけるスペーサ４２Ｂと同じであるが、このスペーサ４２Ｄには隣接する２個のスペーサ４２Ｄを別部品を用いずに互いに固定するためのネジ部（ネジ山及びネジ溝）４２ｇが、凸部４２ａ１の円筒状の外周面と凹部４２ａ２の円筒状の内周面とに形成されている。それらネジ部４２ｇにはその表面に硬質アルマイト処理による絶縁皮膜４２ｄが形成されている。一つのスペーサ４２Ｄの凸部４２ａ１を別のスペーサ４２Ｄの凹部４２ａ２に嵌め込む際に、両者のネジ部４２ｇ同士を螺合させる。これにより、ネジなどの別部品を用いることなく、間に電極４１を挟んで二つのスペーサ４２Ｄを互いに締結することができる。
【００５８】
［第６実施例］
図１１は本発明の第６実施例であるイオン輸送装置の概略構成図、図１２は第６実施例のイオン輸送装置における１枚の平板円環状電極及び１個のスペーサの断面図である。図１１は図１、図２に示したようなイオン移動度分析装置におけるドリフト部４を示したものであり、上記各実施例と同じ構成要素には同じ符号を付して詳しい説明を略す。
【００５９】
上記第１乃至第５実施例のイオン輸送装置では、隣接する二つのスペーサの間に電極４１を挟持していたが、この第６実施例のイオン輸送装置では電極４１の保持の仕方が全く異なる。スペーサ４２Ｅは軸に向かって径方向に突出する円環状の電極保持部４２ａ３を有し、その電極保持部４２ａ３の軸に向いた面（偏平円筒面）４２ａ４には絶縁皮膜が形成されず母材４２ａが露出している。平板円環状である電極４１の外径は偏平円筒面４２ａ４の内径よりも若干大きく、電極４１をスペーサ４２Ｅの偏平円筒面４２ａ４の内側に嵌め込むことによって該電極４１を固定する。スペーサ４２Ｅの母材４２ａと電極４１とは直接的に接触するので、端子棒４３を介して各スペーサ４２Ｅに印加される電圧は、各電極４１にも印加される。
【００６０】
なお、スペーサ４２Ｅの偏平円筒面４２ａ４には、電極４１を嵌め込むための浅い溝を形成しておいてもよい。また、スペーサ４２Ｅの偏平円筒面４２ａ４を軸に平行でなく、軸に対し傾斜したテーパ状の面にしておくことで、電極４１を嵌め込み易くしてもよい。
【００６１】
［第７実施例］
図１３は本発明の第７実施例であるイオン輸送装置の概略構成図、図１４は第７実施例のイオン輸送装置における１枚の平板円環状電極及び１個のスペーサの断面図である。図１３は図１、図２に示したようなイオン移動度分析装置におけるドリフト部４を示したものであり、上記各実施例と同じ構成要素には同じ符号を付して詳しい説明を略す。
【００６２】
上記第１乃至第６実施例のイオン輸送装置では、スペーサ４２（４２Ａ、…）と電極４１とは別の部品であったが、この第７実施例のイオン輸送装置ではその両者は一体になっている。
即ち、このイオン輸送装置において、スペーサ一体型平板円環状電極４２Ｆの母材４２ａの断面形状は、第６実施例のイオン輸送装置におけるスペーサ４２Ｅと類似した形状であるが、軸に向かって径方向に突出して平板電極部４２ａ５が形成されている。この平板電極部４２ａ５の表面には絶縁皮膜４２ｈが形成されておらず、この平板電極部４２ａ５以外の母材４２ａの表面全体に絶縁皮膜４２ｈが形成されている。この平板電極部４２ａ４が第６実施例のイオン輸送装置における電極４１に相当する。
【００６３】
なお、この第７実施例のイオン輸送装置では、平板電極部４２ａ５は母材４２ａと同じ金属、つまりはアルミニウムであるため、大気圧に近い雰囲気中で使用されるとその表面が徐々に酸化してきて適切な電場が形成できなくなるおそれがある。そのため、この第７実施例のイオン輸送装置は、大気圧下でなく真空雰囲気の下で使用されることが望ましい。
【００６４】
なお、上記実施例は本発明に係るイオン輸送装置をイオン移動度分析装置におけるドリフト部４やイオン化促進部２に適用した例であるが、本発明に係るイオン輸送装置は、軸方向に所定の電位勾配や電位分布を有する電場を形成するイオン光学素子として広く利用することができる。例えば、質量分析装置においてイオンを後段へ輸送するイオンガイドに利用することができる。また、リフレクトロン飛行時間型質量分析装置においてイオンを反射する電場を形成する反射器として利用することもできる。
【００６５】
なお、上述したようにイオン移動度分析装置におけるドリフト領域に利用する場合には、スペーサが円環状であることが好ましいが、リフレクトロン飛行時間型質量分析装置における反射器のように真空雰囲気の下で使用される場合には、スペーサに適宜の開口を形成し、電極及びスペーサで囲まれる空間の真空度が保たれるようにするとよい。
【００６６】
また上記実施例は本発明の一例にすぎないから、上記実施例に限らず、本発明の趣旨の範囲で適宜、変更や修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。
【符号の説明】
【００６７】
１…イオン源
２…イオン化促進部
２１…電極
２２…スペーサ
３…ゲート電極部
３１…グリッド電極
３２…電極ホルダ
４…ドリフト部
４１…電極
４１ａ…円形開口
４２、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ、４２Ｅ…スペーサ
４２Ｆ…スペーサ一体型平板円環状電極
４２ａ…母材
４２ａ１…凸部
４２ａ２…凹部
４２ａ３…電極保持部
４２ａ４…偏平円筒面
４２ａ５…平板電極部
４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ、４２ｈ…絶縁皮膜
４２ｅ、４２ｆ…ネジ孔
４２ｇ…ネジ部
４３…端子棒
４４…ネジ
５…イオン検出部
６…シールド電極
７…第１電圧発生部
８…第２電圧発生部
【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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【図６】
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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１４】
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