(57)【要約】      （修正有）【課題】高周波電界印加によって改質されるイオンの割合、及び改質プロセスのエネルギー効率を高めることが可能なイオン移動度分光分析装置を提供する。【解決手段】サンプルをイオン化するイオン化装置１０２と、ドリフトチャンバ１０４を介してイオン化装置から離れた位置に配置された検出器１１８であって、ドリフトチャンバに沿ってイオンがイオン化装置から検出器に向かって移動できる検出器と、イオン化装置からドリフトチャンバへのイオンの通過を制御するゲート１０６と、イオン化装置と検出器との間に配置したイオン改質器であって、第１電極１２６及び第２電極１２７を有するイオン改質器と、第１電極と第２電極との間に少なくとも２.５ＭＨｚの周波数を有する経時変化電圧を生ずるよう構成した電圧供給器２０２と、を備える。【選択図】図１
2019197057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン移動度分光分析装置において、
サンプルをイオン化するイオン化装置と、
ドリフトチャンバを介して前記イオン化装置から離れた位置に配置された検出器であっ
て、前記ドリフトチャンバに沿ってイオンが前記イオン化装置から前記検出器に向かって
移動できる、該検出器と、
前記イオン化装置から前記ドリフトチャンバへのイオンの通過を制御するゲートと、
前記イオン化装置と前記検出器との間に配置したイオン改質器であって、第１電極及び
第２電極を有する、該イオン改質器と、
前記第１電極と前記第２電極との間に少なくとも２.５ＭＨｚの周波数を有する経時変
化電圧を生ずるよう構成した電圧供給器と、
を備える、イオン移動度分光分析装置。
【請求項２】
請求項１記載のイオン移動度分光分析装置において、前記イオン化装置は、前記ゲート
によって前記ドリフトチャンバから分離されたイオン化チャンバ内に配置する、イオン移
動度分光分析装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のイオン移動度分光分析装置において、前記イオン改質器は、前記
ドリフトチャンバ及び前記イオン化チャンバのうち一方のチャンバ内に配置する、イオン
移動度分光分析装置。
【請求項４】
請求項３記載のイオン移動度分光分析装置において、前記ドリフトチャンバに沿って、
また前記イオン改質器を通過するドリフトガスの流れを生ずるよう配置したドリフトガス
入口及びドリフトガス出口を備える、イオン移動度分光分析装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか一項記載のイオン移動度分光分析装置において、前記電圧
供給器は、前記第１電極の電圧を前記第２電極の電圧よりも少なく変化させるよう構成す
る、イオン移動度分光分析装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか一項記載のイオン移動度分光分析装置において、前記電圧
供給器は、前記第２電極の電圧を前記第１電極の電圧よりも迅速に変化させるよう構成す
る、イオン移動度分光分析装置。
【請求項７】
請求項１〜４のうちいずれか一項記載のイオン移動度分光分析装置において、経時変化
電圧は、前記第１電極及び前記第２電極に供給される前記等しい振幅の経時変化電圧とし
、前記第２電極に供給される電圧は、前記第１電極に供給される電圧とは逆位相とする、
イオン移動度分光分析装置。
【請求項８】
請求項１〜７のうちいずれか一項記載のイオン移動度分光分析装置において、前記第１
電極及び前記第２電極は、前記イオンの移動方向に互いに離間させ、また前記電圧供給器
は、前記イオンを前記イオン化装置から前記検出器に向けて移動させる電圧プロファイル
、及び前記電圧プロファイルに沿う前記第１電極の位置に基づいて、前記第１電極の電圧
を保持するよう構成する、イオン移動度分光分析装置。
【請求項９】
請求項１〜８のうちいずれか一項記載のイオン移動度分光分析装置において、前記第１
電極及び前記第２電極のうち少なくとも一方は、前記イオンの移動方向を横切って配列し
た導体を有し、前記導体間に前記イオンが移動できる間隙を設け、また前記第１電極及び
前記第２電極のうち他方の電極は、前記間隙を通過するイオン経路における移動方向を横
切って配列した導体を有する、イオン移動度分光分析装置。
【請求項１０】
請求項９記載のイオン移動度分光分析装置において、前記第１電極及び前記第２電極の
うち少なくとも一方はメッシュから構成する、イオン移動度分光分析装置。
【請求項１１】
イオン移動度分光分析装置において、
サンプルをイオン化するイオン化装置と、
ドリフトチャンバを介して前記イオン化装置から離れた位置に配置された検出器であっ
て、前記ドリフトチャンバに沿ってイオンが前記イオン化装置から前記検出器に向かって
移動できる、該検出器と、
前記イオン化装置と前記検出器との間に配置したイオン改質器であって、第１電極及び
第２電極を有し、前記第１電極及び第２電極は前記イオンの移動方向に互いに離間する、
該イオン改質器と、
前記第１電極と前記第２電極との間に経時変化電圧を生じ、また前記第１電極の電圧を
前記第２電極の電圧よりも少なく変化させるよう構成した電圧供給器と、
を備える、イオン移動度分光分析装置。
【請求項１２】
請求項１１記載のイオン移動度分光分析装置において、前記電圧供給器は、前記第２電
極の電圧を前記第１電極の電圧よりも迅速に変化させるよう構成する、イオン移動度分光
分析装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２記載のイオン移動度分光分析装置において、前記電圧供給器は、前
記第１電極の電圧を選択した電圧に保持するよう構成する、イオン移動度分光分析装置。
【請求項１４】
請求項１３記載のイオン移動度分光分析装置において、前記選択した電圧は、イオンを
前記イオン化装置から前記検出器に向けて移動させる電圧プロファイル、及び前記電圧プ
ロファイルに沿う前記第１電極の位置に基づいて選択する、イオン移動度分光分析装置。
【請求項１５】
請求項１４記載のイオン移動度分光分析装置において、前記電圧供給器は、前記第１電
極と前記第２電極との間にＤＣ電圧差を生ずるよう構成し、前記ＤＣ電圧は、前記第１電
極と前記第２電極との間の前記電圧プロファイルに沿う電圧差に対応する、イオン移動度
分光分析装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のうちいずれか一項記載のイオン移動度分光分析装置において、前記経
時変化電圧は、少なくとも２.５ＭＨｚの周波数成分を有する、イオン移動度分光分析装
置。
【請求項１７】
請求項１〜１６のうちいずれか一項記載のイオン移動度分光分析装置において、前記第
１電極及び前記第２電極のうち少なくとも一方は、前記イオンの移動方向を横切って配列
した導体を有し、前記導体間に前記イオンが移動できる間隙を設け、また前記第１電極及
び前記第２電極のうち他方の電極は、前記間隙を通過するイオン経路における移動方向を
横切って配列した導体を有する、イオン移動度分光分析装置。
【請求項１８】
イオン移動度分光分析装置において、
サンプルをイオン化するイオン化装置と、
ドリフトチャンバを介して前記イオン化装置から離れた位置に配置された検出器であっ
て、前記ドリフトチャンバに沿ってイオンが前記イオン化装置から前記検出器に向かって
移動できる、該検出器と、
前記イオン化装置と前記検出器との間に配置したイオン改質器であって、第１電極及び
第２電極を有し、前記第１電極及び第２電極は前記イオンの移動方向に互いに離間する、
該イオン改質器と、
を備え、
前記第１電極及び前記第２電極のうち少なくとも一方は、前記イオンの移動方向を横切
って配列した導体を有し、前記導体間に前記イオンが移動できる間隙を設け、また前記第
１電極及び前記第２電極のうち他方の電極は、前記間隙を通過するイオン経路における移
動方向を横切って配列した導体を有する、イオン移動度分光分析装置。
【請求項１９】
請求項１８記載のイオン移動度分光分析装置において、記第１電極と前記第２電極との
間に経時変化電圧を生ずるよう構成し、また請求項２〜５、１２又は１３のうちいずれか
一項に記載の特徴を有する電圧供給器を備える、イオン移動度分光分析装置。
【請求項２０】
イオン移動度分光分析装置内でイオンを改質する方法であって、ゲート電極を動作させ
てイオンを検出器に向けて移動できるようにするステップと、前記分光分析装置内の領域
を経時変化電界に晒すステップとを備え、前記領域の第１サイドから前記領域の第２サイ
ドまで前記領域から前記検出器までイオンが通過し、前記経時変化電界は、少なくとも２
.５ＭＨｚの周波数で変化させる、方法。
【請求項２１】
請求項２０記載の方法において、前記領域の第１サイド及び前記領域の第２サイドのう
ち一方における電圧を、前記領域の第１サイド及び前記領域の前記第２サイドのうち他方
における電圧よりも少なく変化させるよう制御する、方法。
【請求項２２】
請求項１７又は１８記載の方法において、前記領域の第１サイド及び前記領域の第２サ
イドのうち一方における電圧を、前記領域の第１サイド及び前記領域の前記第２サイドの
うち他方における電圧よりも迅速に変化させるよう制御する、方法。
【請求項２３】
イオン移動度分光分析装置内でイオンを改質する方法において、
イオンを検出器に向けて移動させることを可能にするステップと、
前記分光分析装置内の領域を経時変化電界に晒すステップであって、前記領域の第１サ
イドから前記領域の第２サイドまで前記領域から前記検出器までイオンが通過させるステ
ップと、さらに、
前記領域の第１サイド及び前記領域の第２サイドのうち一方における電圧を、前記領域
の第１サイド及び前記領域の前記第２サイドのうち他方における電圧よりも少なく変化さ
せるよう制御するステップと、
を備える、方法。
【請求項２４】
請求項２３記載の方法において、前記領域の第１サイド及び前記領域の第２サイドのう
ち一方における電圧を、前記領域の第１サイド及び前記領域の前記第２サイドのうち他方
における電圧よりも迅速に変化させるよう制御する、方法。
【請求項２５】
請求項２３又は２４記載の方法において、前記経時変化電界は、少なくとも２.５ＭＨ
ｚの周波数で変化する成分を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装置及び方法、及びとくに、分光分析装置及び分光分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン移動度分光分析装置（ＩＭＳ：ion mobility spectrometers）は、関心対象サン
プルからの物質（例えば、分子、原子等々）をイオン化し、またこの結果生じたイオンが
既知の電界の下で既知の距離を移動するのにかかる時間を測定することによって、物質を
同定（識別）することができる。各イオンの飛行時間は検出器によって測定することがで
き、また飛行時間はイオン移動度に関連する。イオン移動度は、イオンの質量及びジオメ
トリに関係する。したがって、検出器において、イオンの飛行時間を測定することによっ
て、イオンの素性を推測することができる。これら飛行時間は、プラズマグラムとして図
形的又は数値的に表示することができる。他のタイプの分光分析装置、例えば、質量分光
分析装置もイオン移動度に基づいてイオンを分析することができ、この場合、例えば、質
量−電荷比によって決定する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
関心対象サンプルにおけるイオンを同定する分光分析装置の能力を改善するために、高
周波（ＲＦ：radio frequency）電界を使用して（例えば、イオンを断片化することによ
って）、幾つかのイオンを改質し、イオンの素性を推測するのに使用できる追加情報を得
ることが提案されている。このことは、イオン測定における自由度が広がり、したがって
、イオン間の差を解明する能力が向上する。汚染物が存在する中で、又は異なる動作条件
において測定を行う場合、又はサンプルが類似のジオメトリ及び質量等を有する場合、イ
オンを検出及び同定するＩＭＳの能力及びイオン改質はこれらの問題に対処する１つの方
法である。
【０００４】
高周波電界印加によって改質されるイオンの割合、及び改質プロセスのエネルギー効率
を高めることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様は、関心対象サンプルからのイオンを改質するため高周波交流電界を印加
することに関する。従来の支配的な先入観にも係わらず、より高い周波数、例えば、２.
５ＭＨｚ又はそれ以上の周波数の電界が、イオン改質の有効性を驚くほど向上できること
を見出した。
【０００６】
イオン改質器は、イオン化装置（イオナイザ）から検出器に向かって移動するイオンの
経路においてイオン化装置と検出器との間に配置することができる。イオン改質器は２個
の電極を有し、２個の電極間の領域を移動するイオンは交流電界を受ける。本発明の態様
において、一方のイオン改質器電極の電圧を、他方の電極の電圧よりも少なく変化させる
よう制御する。
【０００７】
本発明の態様において、イオン改質器の第１電極は、イオンの移動方向を横切って配列
した導体を有し、導体間に間隙を設け、この間隙をイオンが通過するよう構成する。イオ
ン改質器の第２電極は、第１電極における間隙を移動するイオンの経路に配列した導体を
有する。検出器に向かって移動するイオンの経路における障害物の数が増加することによ
り、喪失するイオンの数が増えると推測されていたが、本発明のこれらの実施形態は、イ
オン改質（例えば、親イオンから娘イオンへの変換）の度合いを驚くほど増加することを
見出した。
【０００８】
以下に本発明の実施形態を、単に例として添付図面につき説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】分光分析装置の部分断面図である。
【図２】図１に示す分光分析装置の概略図であり、挿入図はイオン改質電極の配列を示す。
【図３】図１及び図２に示すような装置の動作方法を表しているフローチャートを示す。
【図４】親イオンと娘イオンとの間における、イオン改質電圧の選択した異なる周波数における印加イオン改質電圧の関数としてのピーク振幅比を表しているグラフを示す。
【図５】イオン改質電圧の選択した異なる周波数における印加イオン改質電圧の関数としてのイオン喪失を表しているグラフを示す。
【図６】親イオンと娘イオンとの間における、イオン改質電圧の選択した異なる周波数における印加イオン改質電圧の関数としてのピーク振幅比を表している他のグラフを示す。
【図７】親イオンと娘イオンとの間における、イオン改質電圧の選択した異なる周波数における印加イオン改質電圧の関数としてのピーク振幅比を表しているさらに他のグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面において、同一参照符号は同一素子を示すのに使用する。
【００１１】
図１はイオン移動度分光分析装置(ＩＭＳ)１００の部分断面図である。図２は同一分光
分析装置の概略図を示す。図２における挿入図Ａは、図２に示すＡ−Ａ線上から見た２つ
の電極１２６，１２７の配列を示す。
【００１２】
図１及び図２に示す分光分析装置はイオン化装置１０２を有し、このイオン化装置１０
２はゲート１０６によってドリフトチャンバ１０４から分離される。ゲート１０６はイオ
ン化装置１０２からドリフトチャンバ１０４内へのイオン通過を制御することができる。
図示のように、ＩＭＳ１００は、物質を関心対象サンプルからイオン化装置に導入するこ
とができる入口１０８を有する。
【００１３】
図１に示す実施例において、ドリフトチャンバ１０４はイオン化装置１０２と検出器１
１８との間に位置し、したがって、イオンはドリフトチャンバ１０４を移動することによ
って検出器１１８に到達することができる。ドリフトチャンバ１０４は、ドリフトチャン
バ１０４に沿って電圧プロファイルを印加する一連のドリフト電極１２０ａ，１２０ｂを
有し、イオンをイオン化装置１０２からドリフトチャンバ１０４に沿って検出器１１８に
向かって移動させる。
【００１４】
ＩＭＳ１００は、イオンが検出器１１８まで移動するのとはほぼ反対方向へのドリフト
ガスの流れを生ずるよう構成することができる。例えば、ドリフトガスは検出器１１８の
近傍からゲート１０６に向かって流れることができる。図示のように、ドリフトガス入口
１２２及びドリフトガス出口１２４を使用してドリフトガスをドリフトチャンバに通過さ
せることができる。ドリフトガスの例としては、限定しないが、窒素、ヘリウム、空気、
再循環させる空気（例えば、清浄化及び／又は乾燥化した空気）等々がある。
【００１５】
検出器１１８は信号をコントローラ２００に供給するよう接続することができる。コン
トローラ２００が検出器１１８からの電流を使用して、イオンが検出器１１８に到達した
ことを推測し、またイオンの特性は、イオンがゲート１０６からドリフトチャンバ１０４
に沿って検出器１１８まで通過するのに要した時間に基づいて決定することができる。検
出器１１８の実施例は、イオンが検出器１１８の到達したことを表している信号を供給す
るよう構成する。例えば、検出器は、帯電させてイオンを捕捉する導電性電極（例えば、
ファラデー板）を有する。
【００１６】
電極１２０ａ，１２０ｂは、イオンを検出器１１８に向けて案内するよう配列し、例え
ば、このドリフト電極１２０ａ，１２０ｂは、イオンを検出器１１８に集中させるようド
リフトチャンバ１０４の周りに配置するリングを有することができる。図１の実施例は、
２個のみの電極１２０ａ，１２０ｂを有するが、幾つかの実施例においては、複数個の電
極を使用するか、又は単独の電極を検出器１１８と組み合わせて使用し、イオンを検出器
１１８に向けて案内する電界を印加することができる。
【００１７】
イオン改質器電極１２６，１２７は、ゲート電極１０６から離して配置することができ
る。図示のように、イオン改質器電極１２６，１２７は、ドリフトチャンバ内でゲート電
極と検出器との間に配列する。実施形態において、イオン改質器電極は、イオン化チャン
バ内、例えば、入口１０８とゲート１０６との間に配列することができる。
【００１８】
イオン改質器電極１２６，１２７それぞれは、ドリフトチャンバを横切って配列した導
体アレイを有することができる。図示のように、イオン改質器電極１２６，１２７それぞ
れの導体は、イオンが電極を通過できる間隙を有し、この間隙を通ってイオンが移動する
。一実施例において、イオンは電極１２６の導体間の間隙を通過して、電極１２６，１２
７間における領域１２９に進入し、また電極１２７の導体間における間隙を経由して領域
１２９から退出する。イオンが電極１２６，１２７間の領域内にある間にイオンは交流（
ＲＦ）電界に晒される。
【００１９】
図１に示すように、電圧供給器２０２をコントローラ２００によって制御するよう接続
する。電圧供給器２０２は、イオン化装置１０２に電圧を供給し、サンプルからの物質を
イオン化できるよう接続する。実施形態において、電圧供給器２０２はゲート電極１０６
に接続し、イオンのイオン化チャンバからドリフトチャンバ１０４への通過を制御する。
電圧供給器２０２はドリフト電極１２０ａ，１２０ｂに接続して、イオンをイオン化装置
１０２から検出器１１８に移動させる電圧プロファイルを生ずるようにする。図１に示す
ように、電圧供給器２０２は交流ＲＦ電圧をイオン改質器電極１２６，１２７に供給する
よう接続する。２個のイオン改質器電極１２６，１２７のうち一方の電圧を他方における
電圧に対して制御することによって、電圧供給器は、第１電極と第２電極との間に経時変
化電圧を生ずることができる。経時変化電圧は、少なくとも２.５ＭＨｚの周波数を有す
る。実施形態において、この周波数は、少なくとも３ＭＨｚ又は少なくとも５ＭＨｚとし
、幾つかの実施形態においては少なくとも６ＭＨｚとする。実施形態においてこの周波数
は１００ＭＨｚ未満とし、幾つかの実施形態においては５０ＭＨｚ未満、幾つかの実施形
態においては２０ＭＨｚ未満、幾つかの実施形態においては１５ＭＨｚ未満、又は１０Ｍ
Ｈｚ未満とする。例えば、この周波数は、３ＭＨｚ〜２０ＭＨｚの間、又は６ＭＨｚ〜１
２ＭＨｚの間とすることができる。幾つかの実施形態において、この周波数は約８ＭＨｚ
とする。
【００２０】
実施形態において、電圧供給器は、第１電極の電圧を制御し、第２電極の電圧よりも少
なく変化させるよう構成する。実施例において、イオン改質器電極１２６，１２７のうち
一方の電圧変化の振幅（大きさ）は、他方のイオン改質器電極における変化の振幅より小
さくすることができる。例えば、電圧供給器２０２は、直流（ＤＣ）基準電圧に基づいて
一方のイオン改質器電極の電圧を制御し、一方の電極の電圧を一定にし、他方の電圧を変
化させるようにすることができる。一実施例において、電圧供給器はイオン改質器電極１
２６，１２７の電圧を制御し、それぞれの変化は、正弦波、矩形波、鋸歯状波、又はパル
ス列となるようにすることができ、一方のイオン改質器電極における電圧変化の振幅が他
方のイオン改質器電極における電圧変化よりも小さくなるようにすることができる。実施
形態において、イオン改質器電極に対して非対称の電圧を印加することによって、分光分
析装置の他のコンポーネントとの望ましくないＲＦ電界結合を減少することができ、また
このことにより、分光分析装置からの電磁干渉の望ましくない漏洩を減少することができ
る。
【００２１】
電圧供給器２０２は２個のイオン改質器電極の電圧を制御して、選択した位相差で変化
させることができ、例えば、電圧コントローラは、２個のイオン改質器電極１２６，１２
７の電圧を制御して、一方の電極が正電圧偏位を生じている間に他方の電極が負電圧偏位
を行うようにすることができる。例えば、電圧供給器２０２は、２個のイオン改質器電極
１２６，１２７の電圧を制御して、反位相で変化させることができる。２個の電極の電圧
偏位は同一振幅となるようにすることができる。
【００２２】
幾つかの実施例において、電圧供給器はイオン改質器電極１２６，１２７のうち一方の
電圧を制御し、イオン改質器電極１２６，１２７のうち他方の電圧よりも一層迅速に変化
させる。例えば、一方のイオン改質器電極１２６，１２７は基準電圧（ＤＣ電圧とするこ
とができる）に接続することができるとともに、他方のイオン改質器電極はＲＦ電圧のよ
うな交流電圧に接続することができる。
【００２３】
上述したように、ドリフト電極１２０ａ，１２０ｂは、イオンをドリフトチャンバに沿
って移動させる電圧プロファイルを生じ、これによりイオンはイオン化装置から検出器に
向かって移動する。図１及び図２に示すように、第１イオン改質器電極１２６及び第２イ
オン改質器電極１２７はイオンの移動方向に互いに離して配置することができる。実施形
態において、電圧供給器は、イオン改質器電極１２６，１２７のうち少なくとも一方の電
圧を、ドリフトチャンバ１０４に沿うイオン改質器電極１２６，１２７の位置に基づいて
、またドリフト電極１２０ａ，１２０ｂにより生ずる電圧プロファイルに基づいて制御す
るよう構成する。実施形態において、イオン改質器電極の時間平均電圧は、この電圧プロ
ファイルに基づいて選択する。実施形態において、電圧供給器２０２は、イオン改質器電
極間でオフセットしたＤＣ電圧を供給する。このＤＣ電圧オフセットは、イオン改質器電
極１２６，１２７間の間隔及び電圧プロファイルに基づくものとすることができる。
【００２４】
図１及び図２に示すように、イオン改質器電極１２６，１２７それぞれは、導体グリッ
ドを有する。図２に示すようにイオン改質器電極１２６，１２７は互いに平行にする。実
施形態において、グリッドは、イオンのイオン化装置から検出器への移動方向を横切って
（例えば、移動方向に対して交差する又は直交する方向）に配列する。
【００２５】
検出器に向かって移動するイオンは、イオン改質器電極１２６の導体間における間隙を
通過してイオン改質器電極１２６，１２７間の領域１２９内に進入し、この領域１２９で
高周波（ＲＦ）電界に晒される。
【００２６】
検出器１１８に対してより近接するイオン改質器電極１２７は、この電極１２７の導体
が他方のイオン改質器電極における間隙を経て移動するイオンの経路に位置するよう配列
する。図２の挿入図Ａに詳細に示すように、一方の電極１２７における導体は、他方の電
極１２６における間隙を少なくとも部分的に遮ることができる。このことにより、イオン
改質器によって娘イオンに変換される親イオンの数を増加することができる。電極１２６
の導体は電極１２７の導体に平行であるように示す。実施形態において、電極１２６，１
２７は互いに平行な平面上に配列するが、２個の電極１２６，１２７の導体は互いに角度
的にオフセットし、一方のイオン改質器電極の導体が他方のイオン改質器電極の間隙を通
過して移動するイオンの経路上に位置するように配列する。実施形態において、電極１２
６，１２７は互いに平行な平面上に配列するが、２個の電極１２６，１２７の導体はイオ
ン移動方向を横切る方向に互いに側方にオフセットし、一方のイオン改質器電極１２６の
導体が、他方のイオン改質器電極１２７の間隙を通過するイオン経路上に位置させる。幾
つかの実施例において、これら特徴を組み合わせて、２個のイオン改質器電極１２６，１
２７の導体を側方及び角度的の双方に関してオフセットさせることができる。
【００２７】
実施形態において、分光分析装置及び電圧供給器は共通ハウジング内に収納することが
できる。
【００２８】
実施形態において、イオン改質器電極１２６，１２７はドリフトチャンバ内に配置する
ことができる。イオン改質器電極はドリフトチャンバに沿ってゲート電極から離して配置
することができる。ゲート電極１０６からの間隔は、少なくとも０.５ｍｍ、例えば、少
なくとも２ｍｍ、実施形態においては少なくとも４ｍｍ、実施形態においては少なくとも
６ｍｍ、又は少なくとも７ｍｍとすることができる。実施形態において、この間隔は１５
０ｍｍ未満、又は１００ｍｍ未満、例えば、５０ｍｍ未満とすることができる。
【００２９】
電極１２６，１２７はワイヤメッシュを有することができる。メッシュは、繰返し正方
形パターンとなるよう配列した導体の格子とすることができる。導体は少なくとも１０μ
ｍ、例えば、３０μｍ未満の太さを有することができる。メッシュのピッチは、少なくと
も２００μｍ、例えば、５００μｍ未満とすることができる。２個のメッシュは互いに少
なくとも０.１ｍｍ、例えば、少なくとも０.１５ｍｍだけ互いに離れ、例えば、０.４ｍ
ｍ未満、例えば、０.３ｍｍ未満だけ互いに離れるようにすることができる。
【００３０】
一実施形態において、ゲート１０６に最も近い電極１２６をドリフト領域内でゲート１
０６から７ｍｍの位置に配列する。この実施形態において、イオン改質器電極間の間隔を
０.２ｍｍとし、また電極は、正方形パターンを持つメッシュを有する。この実施形態に
おいて、メッシュの導体は２１μｍの太さを有し、また３６３μｍのピッチにして配列す
る。導体はワイヤとする。
【００３１】
図１及び図２に示す装置の動作例を図３に示す。
【００３２】
図３に示すように、イオンを改質する方法は、関心対象サンプルから分光分析装置のイ
オン化チャンバへの物質を取得するステップ３００と、物質をイオン化するステップ３０
２とを有する。次に、ゲート電極が動作してイオンをイオン化チャンバから検出器に向け
て移動させるステップ３０６を行う。検出器に向かう経路上でイオンはイオン改質領域を
移動することができる。実施形態において、図３に示す方法は、その領域において少なく
とも２.５ＭＨｚの周波数で変化する経時変化電界を受けるステップ３０８を有する。次
にステップ３１０として、イオンは検出され、またゲートから検出器までの飛行時間に基
づいて分析される。
【００３３】
実施形態において、本発明方法は、領域は一方サイドにおける電圧が、領域の他方サイ
ドにおける電圧よりも少ない変化をするよう制御するステップを有する。例えば、領域の
一方サイドにおける電圧を、領域の他方サイドにおける電圧よりも一層迅速に変化させる
よう制御することができる。
【００３４】
分光分析において、イオン計数はプラズマグラムにおけるピークによって測定すること
ができ、またピークの高さは、特定時間に検出器に到達するイオン数の指標となり得る。
イオン改質によって生ずるイオンは、「娘イオン」と称することができ、娘イオンを生ず
る元イオンを「親イオン」と称することができる。
【００３５】
図４は、シクロヘキサノールの親イオンに関連するピーク高さに対する改質さされた娘
イオンに関連するピーク高さの比をプロットした３つの曲線を表しているグラフ４００を
示す。
【００３６】
図４に示すグラフにおいて、ｘ軸４０２は、図１及び図２に示す電極１２６，１２７の
ようなイオン改質器電極に印加する高周波電圧における振幅（大きさ）を示す。
【００３７】
ｙ軸４０４は、娘イオンの個数の親イオンの個数に対する比を示す。
【００３８】
グラフでプロットした第１曲線４０６は、ＲＦ電圧の周波数が１.９ＭＨｚにおけるＲ
Ｆ電圧振幅の関数としての比を示す。グラフでプロットした第２曲線４０８は、ＲＦ電圧
の周波数が２.５ＭＨｚにおけるＲＦ電圧振幅の関数としての比を示す。グラフでプロッ
トした第３曲線４１０は、ＲＦ電圧の周波数が２.８ＭＨｚにおけるＲＦ電圧振幅の関数
としての比を示す。
【００３９】
図４から分かるように、所定ＲＦ電圧振幅で発生する娘イオン数は、一貫してＲＦ周波
数が大きくなればなるほど多くなり、また２.５ＭＨｚまで周波数を増加させると極めて
著しい効果を有し、２.８ＭＨｚまでの増加はそれより幾分よい効果が得られる。幾つか
の実施形態において、このより高い周波数のＲＦ使用によれば、１.９ＭＨｚの周波数と
比較すると、所定電圧における比が倍以上になる。本明細書の文脈から理解できるように
、このことは、所定感度を得るのに必要な電圧を減少することによって大きな効率利得を
もたらす。
【００４０】
図４から分かるように、１５００ＶのＲＦ電圧振幅において、娘イオンのピーク高さは
、周波数が１.９ＭＨｚであったときの親イオンピーク高さの１.５倍であったが、周波数
を２.８ＭＨｚに増加させたとき、１５００Ｖにおいて、断片ピーク高さは親イオンピー
ク高さの３倍であった。
【００４１】
理論に縛られるつもりはないが、１.９ＭＨｚの周波数において、イオンがＲＦ波形の
半分を移動する距離は２個のイオン改質器電極１２６，１２７間の距離に相当するものと
思われる。したがって、イオンは、周波数が増大したとき晒されるような多くのＲＦサイ
クルに晒されることはない。換言すれば、イオンが２ＭＨｚサイクルの半分で１秒あたり
１０００メートルの速度を有する場合、印加電圧が矩形波であるとして０.２５ｍｍ、又
は印加電圧が正弦波であるとして０.１７６ｍｍ移動する。イオン改質器電極間の間隔が
０.２５ｍｍ又はそれより小さい場合、単に２、３サイクル後にイオンはイオン改質器か
ら脱出する。周波数が６ＭＨｚ又は８ＭＨｚまで増加するとき、サイクルの半分で移動す
る距離は減少する（例えば、８ＭＨｚで０.０４４ｍｍになる）。したがって、イオンは
イオン改質器を脱出する前により多くのサイクルに晒され、また分裂又は何らかの他の分
子転換を生ずる十分高い結合エネルギーを有する衝突に晒されるイオンの確率が増大する
。
【００４２】
幾つかの実施形態において、例えば、８ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ間のより高い周波数でさえ
、イオン改質器におけるイオン喪失を減少させることができ、繰り返し言うが理論に拘泥
するつもりはないが、このことは、イオンが「後戻りできないポイント」（導体に引き寄
せられる）に到達する前にイオン改質器電極の導体により一層近接できるからである。し
たがって、ワイヤに衝突するイオンがより少なくなり、ひいてはより多くのイオンがイオ
ン改質器を通り抜けて存続し、感度を一層向上することができる。
【００４３】
図５はこの感度向上を表すグラフ５００を示す。
【００４４】
図５に示すグラフ５００にてｘ軸５０２は、図１及び図２に示す電極１２６，１２７の
ようなイオン改質器電極に印加する高周波電圧の振幅を示す。この実施例における親イオ
ンは陰イオンモードの反応イオンを含む。
【００４５】
ｙ軸５０４は、イオン改質器電極がｘ軸５０２に示す電圧で動作させた状態でイオン改
質器電極がピーク高さまで動作しない（オフ状態になる）ときのピーク高さと比較した正
規化ピーク高さの比を示す。
【００４６】
グラフ上にプロットした第１曲線５０６は、ＲＦ電圧の周波数が３ＭＨｚである場合の
ＲＦ電圧振幅の関数としての比を示す。グラフ上にプロットした第２曲線５０８は、ＲＦ
電圧の周波数が１０ＭＨｚである場合のＲＦ電圧振幅の関数としての比を示す。より高い
周波数を使用する場合イオン喪失の大きな減少が見られ、このことは、とくに、より大き
い電圧振幅で言える。
【００４７】
図４、図６及び図７において、それぞれは、改質された娘イオンに関連するピーク高さ
の、親イオンに関連するピーク高さに対する比をプロットした３つのグラフ６００，７０
０を示す。図４、図６及び図７において、同様の参照符号は同様の要素を示すのに使用す
る。
【００４８】
図６に示す実施例６００において、親イオンはホスホン酸ジイソプロピルメチル（ＤＩ
ＭＰ）を含む。
【００４９】
図７に示す実施例７００において、親イオンはアセトンを含む。
【００５０】
当然のことながら、本明細書の文脈において、ＲＦ電界は、イオンを改質するようエネ
ルギーを印加する（例えば、イオンにエネルギーを加えて有効温度に上昇させる）のに適
切な周波数特性を有する任意の交流電界とする。
【００５１】
本明細書の文脈から、当業者には他の実施例及び改変もあり得ることは明らかであろう
。
【００５２】
本発明の態様は、本明細書に記載の方法のうち任意な１つ又は複数の方法を実施するた
めの、コンピュータプログラム製品、及び例えば、命令を格納してプロセッサをプログラ
ムする非一時的有形媒体のようなコンピュータ可読媒体を提供する。装置の他の改変及び
変更は当業者にとって本明細書文脈から明らかであろう。
【符号の説明】
【００５３】
１００    イオン移動度分光分析装置(ＩＭＳ)
１０２    イオン化装置
１０４    ドリフトチャンバ
１０６    ゲート
１０８    入口
１１８    検出器
１２０ａ  ドリフト電極
１２０ｂ  ドリフト電極
１２２    ドリフトガス入口
１２４    ドリフトガス出口
１２６    イオン改質器電極
１２７    イオン改質器電極
１２９    領域
２００    コントローラ
２０２    電圧供給器
４００    グラフ
５００    グラフ
６００    グラフ
７００    グラフ
【図１】
2019197057.tif 000003
【図２】
2019197057.tif 000004
【図３】
2019197057.tif 000005
【図４】
2019197057.tif 000006
【図５】
2019197057.tif 000007
【図６】
2019197057.tif 000008
【図７】
2019197057.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月10日(2019.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分光分析装置において、
サンプルをイオン化するイオン化装置と、
ドリフトチャンバを介して前記イオン化装置から離れた位置に配置された検出器であって、前記ドリフトチャンバに沿ってイオンが前記イオン化装置から前記検出器に向かって移動できる、該検出器と、
前記イオン化装置から前記検出器へのイオンの通過を制御するゲートと、
前記イオン化装置と前記検出器との間に配置したイオン改質器であって、第１電極及び第２電極を有し、前記第１電極及び第２電極は前記イオンの移動方向に互いに離間する、該イオン改質器と、
前記第１電極と前記第２電極との間に経時変化電圧を生じ、また前記第２電極の電圧を前記第１電極の電圧よりも迅速に変化させるよう構成した電圧供給器と、
を備える、分光分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の分光分析装置において、前記電圧供給器は、前記第１電極の電圧を選択した電圧に保持するよう構成する、分光分析装置。
【請求項３】
請求項２記載の分光分析装置において、前記選択した電圧は、イオンを前記イオン化装置から前記検出器に向けて移動させる電圧プロファイル、及び前記電圧プロファイルに沿う前記第１電極の位置に基づいて選択する、分光分析装置。
【請求項４】
請求項３記載の分光分析装置において、前記電圧供給器は、前記第１電極と前記第２電極との間にＤＣ電圧差を生ずるよう構成し、前記ＤＣ電圧は、前記第１電極と前記第２電極との間の前記電圧プロファイルに沿う電圧差に対応する、分光分析装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか一項記載の分光分析装置において、前記経時変化電圧は、少なくとも２.５ＭＨｚの周波数成分を有する、分光分析装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか一項記載の分光分析装置において、前記第１電極及び前記第２電極のうち少なくとも一方は、前記イオンの移動方向を横切って配列した導体を有し、前記導体間に前記イオンが移動できる間隙を設け、また前記第１電極及び前記第２電極のうち他方の電極は、前記間隙を通過するイオン経路における移動方向を横切って配列した導体を有する、分光分析装置。
【請求項７】
イオン移動度分光分析装置内でイオンを改質する方法において、
イオンを検出器に向けて移動させることを可能にするためにゲートの電極を操作するステップと、
前記分光分析装置内の領域を経時変化電界に晒すステップであって、前記領域の第１サイドから前記領域の第２サイドまで前記領域から前記検出器までイオンが通過させるステップと、さらに、
前記領域の第１サイド及び前記領域の第２サイドのうち一方における電圧を、前記領域の第１サイド及び前記領域の前記第２サイドのうち他方における電圧よりも迅速に変化させるよう制御するステップと、
を備える、方法。
【請求項８】
請求項７記載の方法において、前記経時変化電界は、少なくとも２.５ＭＨｚの周波数で変化する成分を有する、方法。
【請求項９】
イオン移動度分光分析装置において、
サンプルをイオン化するイオン化装置と、
ドリフトチャンバを介して前記イオン化装置から離れた位置に配置された検出器であって、前記ドリフトチャンバに沿ってイオンが前記イオン化装置から前記検出器に向かって移動できる、該検出器と、
前記イオン化装置から前記検出器へのイオンの通過を制御するゲートと、
前記イオン化装置と前記検出器との間に配置したイオン改質器であって、第１電極及び第２電極を有する、該イオン改質器と、
前記第１電極と前記第２電極との間に少なくとも２.５ＭＨｚの周波数を有する経時変化電圧を生ずるよう構成した電圧供給器と、
を備える、イオン移動度分光分析装置。
【請求項１０】
請求項９記載のイオン移動度分光分析装置において、前記イオン化装置は、前記ゲートによって前記ドリフトチャンバから分離されている、イオン移動度分光分析装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載のイオン移動度分光分析装置において、前記イオン改質器は、前記ドリフトチャンバ及び前記イオン化チャンバのうち一方のチャンバ内に配置する、イオン移動度分光分析装置。
【請求項１２】
請求項１１記載のイオン移動度分光分析装置において、前記ドリフトチャンバに沿って、また前記イオン改質器を通過するドリフトガスの流れを生ずるよう配置したドリフトガス入口及びドリフトガス出口を備える、イオン移動度分光分析装置。
【請求項１３】
請求項９〜１２のうちいずれか一項記載のイオン移動度分光分析装置において、前記電圧供給器は、前記第１電極の電圧を前記第２電極の電圧よりも少なく変化させるよう構成する、イオン移動度分光分析装置。
【請求項１４】
請求項９〜１３のうちいずれか一項記載のイオン移動度分光分析装置において、前記電圧供給器は、前記第２電極の電圧を前記第１電極の電圧よりも迅速に変化させるよう構成する、イオン移動度分光分析装置。
【請求項１５】
請求項９〜１３のうちいずれか一項記載のイオン移動度分光分析装置において、前記経時変化電圧は、前記第１電極及び前記第２電極に供給される前記等しい振幅の経時変化電圧とし、前記第２電極に供給される電圧は、前記第１電極に供給される電圧とは逆位相とする、イオン移動度分光分析装置。
【請求項１６】
請求項９〜１５のうちいずれか一項記載のイオン移動度分光分析装置において、前記第１電極及び前記第２電極は、前記イオンの移動方向に互いに離間させ、また前記電圧供給器は、前記イオンを前記イオン化装置から前記検出器に向けて移動させる電圧プロファイル、及び前記電圧プロファイルに沿う前記第１電極の位置に基づいて、前記第１電極の電圧を保持するよう構成する、イオン移動度分光分析装置。
【請求項１７】
請求項９〜１６のうちいずれか一項記載のイオン移動度分光分析装置において、前記第１電極及び前記第２電極のうち少なくとも一方は、前記イオンの移動方向を横切って配列した導体を有し、前記導体間に前記イオンが移動できる間隙を設け、また前記第１電極及び前記第２電極のうち他方の電極は、前記間隙を通過するイオン経路における移動方向を横切って配列した導体を有する、イオン移動度分光分析装置。
【請求項１８】
請求項１７記載のイオン移動度分光分析装置において、前記第１電極及び前記第２電極のうち少なくとも一方はメッシュから構成する、イオン移動度分光分析装置。
【請求項１９】
請求項９〜１６のうちいずれか一項記載のイオン移動度分光分析装置において、前記第１電極及び前記第２電極は、前記イオンの移動方向に互いに分離されている、イオン移動度分光分析装置。
【請求項２０】
請求項９〜１９のうちいずれか一項記載のイオン移動度分光分析装置において、前記イオン改質器は、前記ドリフトチャンバの領域によって前記検出器から分離されており、前記ゲートは、前記イオン化装置から前記領域へのイオンの通過を制御する、イオン移動度分光分析装置。
【外国語明細書】
2019197057000001.pdf