(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通軸の周囲に配置された複数の細長いロッドを有するイオンガイドアセンブリであって、
前記複数の細長いロッドは、前記共通軸に実質的に揃った意図される経路に沿ってイオン流を導くよう、互いに電気的に関連させることができ、前記細長いロッドの各々は、前記共通軸に隣接する領域において、その長さの一部に沿って改変された断面を有し、それにより、前記領域は、イオンが前記領域の第１の端で受け取られ且つ前記領域の前記第１の端とは反対側の第２の端へ向けて流れるように配置及び方向付けされて、前記イオンガイドアセンブリを通る前記イオンの搬送を可能にする、イオンガイドアセンブリ。
【請求項２】
前記のそのように改変された断面が、前記共通軸に実質的に面している、請求項１に記載のイオンガイドアセンブリ。
【請求項３】
前記改変が、前記細長いロッドの各々の前記第１の端に向かって前記断面が実質的に先細になるようにするものである、請求項１又は請求項２に記載のイオンガイドアセンブリ。
【請求項４】
前記改変が、前記共通軸に向かって前記断面が凹面又は凸面を呈するようにするものである、請求項１又は請求項２に記載のイオンガイドアセンブリ。
【請求項５】
イオンガイドアセンブリを含むイオンガイド配置であって、
該イオンガイドアセンブリが、共通軸に対して間隔をあけるように配置された複数の細長い部材を含み、該細長い部材の各々は、前記共通軸に実質的に揃った意図される経路に沿ってイオン流を導くよう、互いに電気的に関連づけることができ、前記細長い部材又は各細長い部材は、前記イオンガイドアセンブリの端又はその近辺のところで、大量のイオンを受け取ることができる領域を少なくとも部分的に画定するように形成され、前記細長い部材又は各細長い部材は、前記領域が前記経路に沿った前記イオン流と実質的に揃った方向で前記共通軸に向かって実質的に集束するように形成されている、イオンガイド配置。
【請求項６】
前記領域が、前記領域によって受け取られる多量のイオンを前記経路に向かって方向付け又は集束させるような形状になされている、請求項５に記載のイオンガイド配置。
【請求項７】
前記領域の寸法が、前記イオンが最初に受け取られる前記ガイドアセンブリの端において、より大きく、かつ、前記端とは反対側の端で、より小さい、請求項５又は請求項６に記載のイオンガイド配置。
【請求項８】
前記領域の寸法が、前記イオン流の方向において前記共通軸に沿った距離の関数として連続的に変化している、請求項５又は請求項６に記載のイオンガイド配置。
【請求項９】
前記細長い部材の端の形状が、前記領域の円周が前記共通軸に向かって線形的に集束するようになっている、請求項５〜請求項８のいずれか一項に記載のイオンガイド配置。
【請求項１０】
前記細長い部材又は各細長い部材の内側に面した部分の形状は、各細長い部材の端が先細になるようになっている、請求項５〜請求項９のいずれか一項に記載のイオンガイド配置。
【請求項１１】
前記各細長い部材の形状が、面取り又はそれに類似の形態である、請求項５〜請求項１０のいずれか一項に記載のイオンガイド配置。
【請求項１２】
前記面取りされた形状が、それぞれの前記細長い部材の端に、改変された表面領域を提供し、これにより該表面領域が実質的に平らである、請求項１１に記載のイオンガイド配置。
【請求項１３】
前記イオンが沿って流れる前記意図された経路の末端に一致する出口を有する、請求項５〜請求項１２のいずれか一項に記載のイオンガイド配置。
【請求項１４】
前記イオンガイドアセンブリは、該イオンガイドアセンブリが周囲の構成要素（例えば質量分析計装置に典型的なものなど）に対して適切な位置に確保されるよう配置された、１つ以上の支持部材を含む支持アセンブリによって定位置に保持される、請求項５〜請求項１３のいずれか一項に記載のイオンガイド配置。
【請求項１５】
イオンガイドアセンブリを含むイオンガイド配置であって、
前記イオンガイドアセンブリが、共通軸に対して間隔をあけるように配置された複数の細長い部材を含み、該細長い部材は、前記共通軸に実質的に揃った意図される経路に沿ってイオン流を導くよう、互いに電気的に関連づけることができ、前記細長い部材又は各細長い部材は、前記イオンガイドアセンブリの第１の端又はその近辺のところで、大量のイオンを受け取ることができる第１領域を少なくとも部分的に画定するように形成され、
第２領域が、前記イオンガイドアセンブリの前記第１の端とは反対側の第２の端のところで、前記細長い部材によって少なくとも部分的に画定され、イオンは前記第２の端から前記イオンガイド配置の外に出て、前記細長い部材が、前記第１領域と前記第２領域との間の経路を画定するように配置され、
前記細長い部材又は各細長い部材は、前記第１及び第２の端のそれぞれのところで、前記第１領域が前記共通軸に向かって実質的に集束するように、かつ、前記第２領域が前記経路に沿った前記イオン流と実質的に揃った方向に前記共通軸から実質的に拡散するように、形成されている、イオンガイド配置。
【請求項１６】
前記第２領域の形状は、イオンが前記イオンガイドアセンブリを出る端の方が、前記第１領域からイオンを受け取る反対側の端よりも、寸法が大きくなっている、請求項１５に記載のイオンガイド配置。
【請求項１７】
前記第１領域及び前記第２領域が、互いに空間的に別々である、請求項１５又は請求項１６に記載のイオンガイド配置。
【請求項１８】
共通軸の周囲に配置された複数の細長いロッドを有するイオンガイドアセンブリであって、
前記細長いロッドは、前記共通軸に実質的に揃った意図される経路に沿ってイオン流を導くよう、互いに電気的に関連させることができ、前記各細長いロッドの内側に向いた表面は、前記共通軸に隣接する領域において、前記意図されたイオン経路に対し前記各細長いロッドの長さの一部に沿って改変されており、それにより、前記領域は、イオンが前記領域の第１の端で受け取られ且つ前記領域の前記第１の端とは反対側の第２の端へ向けて流れるように配置及び方向付けされて、前記イオンガイドアセンブリを通る前記イオンの搬送を可能にする、イオンガイドアセンブリ。 
【請求項１９】
請求項１〜請求項４又は請求項１８のいずれか一項に記載のイオンガイドアセンブリ、あるいは、請求項５〜請求項１７のいずれか一項に記載のイオンガイド配置を含む、衝突セル。
【請求項２０】
望ましい経路に沿った向きのイオンビームを生成するためのイオン源と、検出手段と、少なくとも１つの、請求項１〜請求項４又は請求項１８のいずれか一項に記載のイオンガイドアセンブリ、あるいは、請求項５〜請求項１７のいずれか一項に記載のイオンガイド配置とを有する、質量分析計。
【請求項２１】
望ましい経路に沿った向きのイオンビームを生成するためのイオン源と、検出手段と、少なくとも１つの、請求項１９に記載の衝突セルとを有する、質量分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析法における、又は質量分析法に関連する改良に関するものである。より具体的には、本発明は、質量分析装置を使用するためのイオンガイド配置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
質量分析計は、荷電粒子を含むサンプル又は分子の元素組成を決定するため、荷電粒子の質量電荷比を測定又は分析するのに使用される専門家用装置である。
【０００３】
この測定目的のため、数多くの様々な技法が使用される。質量分析法の一形態では、測定又は分析するサンプルを導入するプラズマ場を生成するために、誘導結合プラズマ (ICP) トーチを使用する。この形態において、プラズマがサンプルを気化かつイオン化し、これにより、サンプルから生じたイオンが質量分析計に導入され、測定/分析が行われる。
【０００４】
質量分析計は動作するのに減圧を必要とし、プラズマからイオンを抽出及び移動させるには、プラズマにより形成されたイオンの一部を、サンプラーに提供される寸法約1 mmの開口部に通過させ、次にスキマーに提供される寸法約0.4 mmの開口部に通過させる (典型的に、それぞれサンプラーコーン及びスキマーコーンと呼ばれる)。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術の質量分析計配置には数多くの問題が存在することが知られており、これが、測定感度を低減することが観察されている。
【０００６】
従来技術の配置における１つの問題は、衝突散乱と不良なイオン移動度である。質量分析計は通常、残留気体雰囲気中で動作し、この場合、衝突気体の気体粒子がしばしば通過イオンと衝突し、これにより、意図した移動方向からイオンの方向の逸脱又は散乱を起こす。この種の衝突は、信号感度の低減を引き起こす可能性がある。一部の質量分析計は、特定の衝突/反応セル (しばしば多重極イオンガイダンスシステムと連携して配置される加圧雰囲気) を利用し、イオンビームの操作、制御及び/又はフィルタを行っている。そのような場合、衝突気体が加圧されているため、衝突散乱が依然として問題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第1の態様により、共通軸の周囲に配置された複数の細長いロッドを有するイオンガイドアセンブリが提供される。この細長いロッドは互いに電気的に関連させることができ、これにより、共通軸に実質的に揃った意図される経路に沿ってイオン流を導くことができ、各細長いロッドは、共通軸に隣接する領域において、その長さの一部に沿って改変された断面を有する。
【０００８】
典型的に、そのように改変された断面は、共通軸側に面している。
【０００９】
好ましくは、改変された断面は実質的に均一である。一実施形態において、この改変は、断面が先細になるようになっている。別の一実施形態において、この改変は、断面が凹面又は凸面を呈するようになっている (この面が共通軸側を向いている)。ロッドの断面に対するその他の改変も本発明の範囲内と見なされる。
【００１０】
典型的に、ロッドの内側面が、本発明により改変される。
【００１１】
この改変された断面は、ロッドの内側面の集束をもたらし得る。あるいは、この改変は、内側面の発散をもたらし得る。
【００１２】
本発明の第2の態様により、次のものを含むイオンガイド配置であって、共通軸に対して間隔をあけて配置された複数の細長い部材で、この細長い部材のそれぞれを互いに電気的に関連づけることができ、これによりイオン流を、共通軸に実質的に沿った意図される経路に沿って導くことができ、その細長い部材又は各細長い部材は、イオンガイドアセンブリの端又はその近辺が、少なくとも部分的に、大量のイオンを受け取ることができる領域を画定するように形成され、その細長い部材又は各細長い部材は、その経路に沿ったイオン流と実質的に揃った方向で、その領域が軸に向かって実質的に集束するように形成される、複数の細長い部材を含むイオンガイドアセンブリを含むイオンガイド配置が提供される。
【００１３】
一実施形態において、この領域は、経路に向かってこれにより受け取られた多量のイオンの方向付け又は集束を行うような形状にされる。この配置において、経路は実質的に共通軸と同心である。
【００１４】
好ましい一実施形態において、この領域の寸法は、イオンが最初に受け取られるガイドアセンブリの端においてより大きく、その反対側の端でより小さい。よって、この領域は、イオンが、より大きい寸法を有する端により受容され、より小さな寸法を有する反対側の端に向かって流れるような向きにされる。この配置において、より小さな寸法を有する端は、経路の始まりの近くに配置され、この経路に沿ってイオンがイオンガイド配置を通って流れる。換言すれば、この寸法 (例えばこの領域の有効半径) は、イオン流の方向において共通軸に沿った距離の関数として、連続的に変化する。
【００１５】
イオンガイド配置は、イオンが配置から出る出口を含み得る。好ましくは、この出口は、イオンが沿って流れる意図される経路の終わりに一致する。
【００１６】
この構成の実施形態は、経路に向かってイオンを加速させることができると考えられ、これによって、たとえ気体圧力が増加した場合でも、イオンガイド配置の中でイオンをより効率的に移動させることが可能になると考えられる。そのような配置は、質量分析法装置を通るイオン移動性を改善する効果を有し、これによって信号強度が改善されると見なされる。 
【００１７】
一実施形態において、細長い部材の端の形状は、領域の円周が共通軸に向かって線形的に集束するようになっている。よって、細長い部材の、共通軸に向かって内側を向いている部分 (内側に面している部分) は、その領域の円周を画定するように形成される。一実施形態において、内側に面している部分の形状は、細長い部材の端が、(それぞれの細長い部材の軸方向に対して長手方向に) 先細になるようになっている。
【００１８】
ただし、共通軸に向かうこの領域の集束は、曲線形状によっても提供され得る。
【００１９】
細長い部材の形状は、面取りの形態又は類似の形状であり得る。典型的に、この面取りされた形状により、実質的に平らな、細長い部材の端での改変された表面領域が提供される。ただし、この改変された領域は、凹面又は凸面になるように形成され得ることが理解されよう。 
【００２０】
最も単純な実施形態において、細長い部材は、互いに平行になるように配置される。
【００２１】
細長い部材は、それぞれの長さのかなりの部分に沿って均一の断面であり得る。断面は、円形であってよく、又は別の便利かつ適切な形状であってもよい。
【００２２】
一実施形態において、イオンガイド配置は、互いに実質的に平行に配置された4本の金属製の細長い部材を含む。
【００２３】
このイオンガイドアセンブリは、イオンガイドアセンブリが周囲の構成要素 (例えば質量分析計装置に典型的なものなど) に対して適切な位置に確保されるよう配置された、1つ以上の支持部材を含む支持アセンブリによって定位置に保持され得る。細長い部材の一般的な構成及び支持構造は、当該技術分野において周知であり、よって更なる説明は必要としない。しかしながら、本発明の配置の利点の1つは、カスタマイズされた支持アセンブリが、様々な向きにそれぞれ配置された細長い部材の内側配置に適合するよう設計又は開発する必要がないという点である。イオンを受け取る領域を画定する細長い部材の固有かつ個々の形状により、細長い部材を、既存又は標準の支持アセンブリ配置内に保持することが可能になる。
【００２４】
細長い部材それぞれを提供する材料は、その部材が互いに電気的に関連付けられて配置することができ、これによりイオンの流れが意図された経路に実質的に従うように、選択される。当業者には理解され得るように、複数の細長いロッドは、適切なように、互いに無線周波数 (RF) 及び/又は直流 (DC) で電気的に関連させて配置することができる。一形態において、多相配置が提供され、ここにおいて第1のロッド群 (2本以上の複数の細長いロッドを含む) が、第1相の電気的連通で配置され、第2のロッド群 (別の2本以上の複数の細長いロッドを含む) が、別の相の電気的連通で配置される。部材の電気的関連を制御するのは複雑であり、一般に当該技術分野において周知であることが理解され、本明細書では更に言及する必要はない。
【００２５】
上記の観点において、細長い部材の端は、大量のイオンを受け取ることができ、かつ沿って移動が意図される経路に向かって集束するような領域の円周を画定するような、十分な形状にされることが理解されよう。これは、イオンガイド配置を通過するイオン流の量を増加させる有利な影響をもたらすことが見出されている。 
【００２６】
細長い部材がそれぞれ配置される共通軸は非線形であってよく、これにより、この領域と、イオンガイド配置からイオンが出る出口とが、互いに空間的に区別され得る。例えば、一実施形態において、領域は第1軸に対して実質的に同心に配置され、イオンガイド配置の出口は、第2軸に対して実質的に同心に配置される。
【００２７】
よって、典型的な配置において、第1軸と第2軸は、互いに実質的に同心になるよう配置することができる。ただし、第1軸と第2軸は互いに空間的に異なっていてもよい。よって、イオンが沿って移動する経路は非線形であり得、ほとんどの部分について、実質的に曲線の性質である部分又は長さを含み得ることが理解されよう。
【００２８】
好ましくは、細長い部材の形状と配置は経路の形状に影響を及ぼす。
【００２９】
本発明の第3の態様により、次のものを含むイオンガイド配置であって、イオンガイドアセンブリであって、共通軸に対して間隔をあけて配置された複数の細長い部材で、この細長い部材を互いに電気的に関連づけることができ、これによりイオン流を、軸に実質的に沿った意図される経路に沿って導くことができ、その細長い部材又は各細長い部材は、イオンガイドアセンブリの端又はその近辺が、少なくとも部分的に、大量のイオンを受け取ることができる第1領域を画定するように形成され、第2領域は、少なくとも部分的に、イオンガイドアセンブリの第2の端 (第1の端の反対側) で細長い部材により画定され、イオンはこの端からイオンガイド配置の外に出て、細長い部材は、第1領域と第2領域の間の経路を画定するように配置され、その細長い部材又は各細長い部材は、その経路に沿ったイオン流と実質的に揃った方向で、第1領域が軸に向かって実質的に集束するよう、及び、第2領域が軸から実質的に拡散するように形成される、複数の細長い部材を含むイオンガイドアセンブリを含むイオンガイド配置が提供される。
【００３０】
第1領域は、本発明の第1の態様を参照して記述されている領域に実質的に類似に配置され得る。
【００３１】
いくつかの実施形態において、第2領域は、第1領域の形状の鏡像である。この点において、第2領域の形状は、イオンがイオンガイドアセンブリを出る端の方が、第1領域からイオンを受け取る反対側の端よりも、寸法が大きくなっている。よって、この寸法 (例えば第2領域の有効半径) は、イオン流の方向において共通軸に沿った距離の関数として変化する。理論に束縛されるものではないが、(コンピュータモデリングの支援により)、イオンガイド配置を出るときのイオン流の移動効率を促進又は強化することが望ましい場合、この性質の実施形態は有用であると考えられる。したがって、この種の配置は、質量分析法装置全体のイオン移動性を改善し、よって信号強度を改善することが見出されている。
【００３２】
第1領域と第2領域は互いに空間的に異なっていてもよい。
【００３３】
イオンガイド配置のロッドの形状は、少なくとも第1領域の集束の結果として、衝突セル内 (第１領域内) に生じる化学物理反応により生じた副生成物イオンの排出効果を有することが見出されている。
【００３４】
本発明の更なる態様により、共通軸の周囲に配置された複数の細長いロッドを有するイオンガイドアセンブリが提供され、この細長いロッドは互いに電気的に関連させることができ、これにより、共通軸に実質的に揃った意図される経路に沿ってイオン流を導くことができ、各細長いロッドの内側に向いた表面は、意図されたイオン経路に対して長さの一部に沿って改変されている。
【００３５】
本発明の更なる態様により、本発明の上記で定義された態様の実施形態のいずれか1つによるイオンガイドアセンブリ又はイオンガイド配置を含む、衝突セルが提供される。
【００３６】
この衝突セルは好ましくは、イオンガイド配置が中に収容されているハウジングを含む。このハウジングは好ましくは、実質的に気密になるよう配置され、これにより、1つ以上の所定の気体を含む雰囲気を含み得る。そのような気体には、プラズマから抽出されたイオンと反応させるための、1つ以上の反応気体又は衝突気体、例えばアンモニア、メタン、酸素、窒素、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、ヘリウム又は水素、又はこれらの任意の2つ以上の混合物が挙げられるがこれらに限定されない。後者の気体例は、いかなる意味でも網羅的なものではなく、その他の数多くの気体、又はそれらの組み合わせが、そのような衝突セルに使用するのに好適であり得ることが理解されよう。
【００３７】
ハウジングは気体入口を含み得、ここを通って気体が衝突セルに導入され得る。ハウジングはまた、出口も含み得、ここを通って気体が排出され、内部雰囲気を補充することができる。
【００３８】
ハウジングはイオン入口を含み得、ここを通ってイオンが第1領域に導入され得る。更に、ハウジングはイオン出口を含み得、ここでイオンが衝突セルから出る。
【００３９】
一実施形態において、ハウジングのイオン入口とイオン出口はそれぞれ、ハウジングに形成されたそれぞれの開口部の形態で存在する。このイオン入口とイオン出口は、一形態において、ハウジングの相対する壁に提供され、互いに同心である。
【００４０】
第1領域及び第2領域が互いに空間的に別々であるような実施形態について、イオン入口は、イオンが第1領域によって受け取られ得るようにハウジングの適切な壁に提供され、更にイオン出口は、イオンが第2領域から通過し、そこを通って外に出得るように提供される。よって、イオン入口は概ね第1領域と同心になり、かつイオン出口は概ね第2領域と同心になる。 
【００４１】
本発明の別の一態様により、望ましい経路に沿った向きのイオンビームを生成するためのイオン源と、検出手段と、本発明の上記に定義された態様の実施形態の任意のものによる少なくとも1つのイオンガイドアセンブリ又はイオンガイド配置とを有する、質量分析計が提供される。
【００４２】
本発明の別の一態様により、望ましい経路に沿った向きのイオンビームを生成するためのイオン源と、検出手段と、本発明の衝突セル態様の上記実施形態の任意のものによる少なくとも1つの衝突セル配置とを有する、質量分析計が提供される。
【００４３】
本発明の更なる別の態様により、既存のイオンガイド配置を改変する方法が提供され、これによりこの配置が、本発明の上記で定義された態様のいずれか1つによる実施形態を提供し得る。
【００４４】
本発明の実施形態は、任意の1つ以上の添付図を参照することにより、例としてのみ、更に説明され、具体的に示される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態により配置された、イオンガイド配置の斜視図を示す。
【図２】図1に示す実施形態の断面図を示す。
【図３】本発明の別の一実施形態により配置された、イオンガイド配置の斜視図を示す。
【図４】図3に示す実施形態の断面図を示す。
【図５】本発明の一実施形態により配置された、イオンガイド配置を有して配置されている、衝突セルの一実施形態の概略図を示す。
【図６】図5に示す衝突セルの実施形態の概略図と、更に、イオンガイド配置の入口領域に沿って選択された点で撮影された複数のイオン密度断面を示す。
【図７】図5及び6に示す実施形態を通過する、考えられるイオン流を示すコンピュータシミュレーションの一例を示す。
【図８】本発明の別の一実施形態により配置された、イオンガイド配置を有して配置されている、衝突セルの更なる一実施形態の断面概略図を示す。
【図９】図8に示す配置のバリエーションの断面概略図を示す。
【図１０Ａ】本発明により配置された更なる一実施形態を、イオン流が配置から出るところから上流に向かってイオン流の軸に沿って見たときの、端面図を示す。
【図１０Ｂ】イオン流の下流に向かって見たときの、図10Aに示す実施形態のダイ入口領域の端面図を示す。
【図１１Ａ】本発明による配置を呈するよう改変することができる既存のイオンガイド配置の斜視図を示す。
【図１１Ｂ】図11Aに示すイオンガイド配置の更なる斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
本明細書において、既存知識の文書、行為又は項目が参照され又は検討される場合、その参照又は検討は、その既存知識の文書、行為若しくは項目又はそれらの組み合わせが、優先日時点で共通の一般的知識の一部であったことを認めるものではなく、また、本明細書が関心のある何らかの問題を解決する試みに関連していることが知られていることを認めるものでもない。 
【００４７】
簡潔にするために、本発明の配置の実施形態、及び衝突セルにおけるその使用は、誘導結合質量分析法 (ICP-MS) 装置に関して具体的に記述される。しかしながら、そのようなイオンガイド及び衝突セル配置は、任意の質量分析法装置に容易に適用することができ、これには、質量分析改変の目的で選択的イオン粒子フラグメント化、減衰、反応、衝突散乱、操作、及び再分配を行うために使用される、任意のタイプの衝突雰囲気 (多重極衝突又は反応セルが挙げられるがこれらに限定されない) 配置を有するものが含まれることが理解されよう。
【００４８】
次の質量分析法装置は、本発明の原理が有益である可能性がある： 大気圧プラズマイオン源 (低圧又は高圧プラズマイオン源も使用可能) の質量分析法で、例えばICP-MS、マイクロ波プラズマ質量分析法 (MP-MS)、又はグロー放電質量分析法 (GD-MS) 若しくは光プラズマ質量分析法 (例えば、レーザー誘導プラズマ)、ガスクロマトグラフィー質量分析法 (GC-MS)、液体クロマトグラフィー質量分析法 (LC-MS)、及びイオンクロマトグラフィー質量分析法 (IC-MS)。更に、その他のイオン源も含まれ得、これには、電子イオン化 (EI)、リアルタイム直接分析 (DART)、脱離エレクトロスプレー (DESI)、フロー大気圧アフターグロー (FAPA)、低温プラズマ (LTF)、誘電体バリア放電 (DBD)、ヘリウムプラズマイオン化源 (HPIS)、脱離大気圧光イオン化 (DAPPI)、及び大気圧又は周囲気圧脱離イオン化 (ADI) が挙げられるがこれらに限定されない。他の開発中分野の質量分析法にも本発明の原理が有益である可能性があるため、当業者には、後者のリストは網羅的なものではないことが理解されよう。
【００４９】
説明を簡単にするため、ICP-MSの場合において、試験サンプルからのイオンを産生し質量分析計に移動させるため、Campargueタイプの構成のプラズマサンプリングインタフェースがしばしば使用される。この構成のインタフェースは一般に、電気的にアースされた2つの構成要素からなる： 第1の構成要素は一般にサンプラー (又はサンプラーコーン) と呼ばれ、これはプラズマに隣接して配置され、プラズマにより産生されたイオンを受け取るための入口の役目をする。第2の構成要素は一般にスキマー (又はスキマーコーン) と呼ばれ、これはサンプラーの下流に配置され、これによってイオンが途中でそこを通過して質量分析計に至る。スキマーは一般に、イオンが通過する開口部を含む。 
【００５０】
サンプラー及びスキマーの配置の目的は、質量分析計による動作のために必要な減圧環境に (それぞれの開口部を介して) イオンを通過させることである。減圧は一般に、多段ポンプ配置により形成及び維持され、この際、第1段階の減圧で、プラズムに伴う気体の大半が除去される。1つ以上の更なる減圧段階を使用して、イオンが質量分析計に到達する前に、更に雰囲気を希薄化 (すなわち減圧) することができる。
【００５１】
多くのシステムにおいて、イオンをプラズマから抽出するために、イオン光学又は抽出レンズ配置が、スキマーのすぐ下流側に提供かつ配置される。
【００５２】
図1は、イオンガイド配置2の一実施形態を示し、これには、共通軸Xの周囲に間隔をあけて配置された4つの細長いロッド又は部材12を有するイオンガイドアセンブリ10が含まれる。ロッド12は、互いに電気的に関連させて配置することができ、これにより、共通軸Xに実質的に沿った、意図される経路Pに沿ってイオン流 (6)がガイドされる。各ロッド12は、それぞれの長さの一部に沿って、改変された断面を有する。
【００５３】
示されている実施形態において、各ロッド12は、イオンガイドアセンブリ10の端9の位置又はその周辺のところで、多量のイオンを受け取ることができる領域24を画定するような形状にされる。各ロッド12は、領域24が、イオン流Aの方向で、共通軸Xに向かって実質的に収束するような形状にされる。この細長い部材は、図1に示す実施形態とは異なるように配置され得ることが理解されよう。例えば、ロッド12の更なる実施形態が、図10A、10B、11A、及び11Bに示されている (本明細書の議論との一貫性を確保するために、同様の参照番号が提供されている)。
【００５４】
図1に示す実施形態を再び参照して、4本のロッド12は、互いに実質的に平行であり、円形の断面を有し、かつそれぞれの長さに沿って均一であるように配置される。ロッド12は金属材料の性質であり、よって、ロッドは互いに電気的に関連して配置することができ、これによって、イオン流は、望ましい経路Pに沿って実質的に一致するよう制御することができる。
【００５５】
当業者には理解され得るように、ロッド12は、適切なように、互いに無線周波数 (RF) 及び/又は直流 (DC) で電気的に関連させて配置することができる。一形態において、多相配置を提供することができ、ここにおいて第1のロッド群 (2本以上のロッド12を含む) が、第1相の電気的連通で配置され、第2のロッド群 (別の2本以上のロッド12を含む) が、別の相の電気的連通で配置される。部材の電気的関連を制御するのは複雑であり、一般に当該技術分野において周知であることが理解され、本明細書では更に言及はしない。
【００５６】
領域24は、望ましい経路Pに向かってこれにより受け取られた多量のイオンの方向付け又は集束を行うような形状にされる。示されている配置について、経路Pは実質的に共通軸Xと同心である。
【００５７】
図2は、図1に示すイオンガイド配置の断面図を示す。領域24は、寸法R1(共通軸Xから領域24の有効円周までを測定した有効半径)を有するその末端でイオンが受け取られ、R1.よりも小さい寸法 (R2) を有する反対側の端に向かって流れるような配置と向きになっている。この例の集束は線形であるため、領域24の寸法 (例えば有効半径) は、イオン流の方向Aにおいて共通軸Xに沿った距離の関数として、連続的に変化 (低減) する。
【００５８】
ロッド12の端は、それぞれの断面が先細になるように配置される。こうすることにより、ロッド12の断面は、長さ部分に沿って連続的に (線形的に) 変化する。よって、図示のように、ロッド12の内向き部分の形状 (共通軸Xに向かって内側に面しているロッド部分) は、それぞれの端が先細になっている (それぞれの細長い部材の軸方向に対して長手方向)。これは、明らかに示されるように、端の面取り部分を提供する最終的効果を有する。
【００５９】
この面取りにより、実質的に平らな、ロッド12の端での改変された(modified)表面領域28が提供される。しかしながら、改変された表面領域28は、凹状又は凸状となるよう形成されてもよく、あるいは、実際の状況に対して望ましく適切なように、任意の表面形状であってもよい。ロッド12の断面に対するその他の改変も本発明の範囲内と見なされる。
【００６０】
本発明の様々な実施形態について、本発明により改変されるのはロッドの内側面であることが理解されよう。更に、改変された断面は、ロッドの内側面の集束をもたらし得る。また、内側面の発散ももたらし得る (詳しくは後述)。
【００６１】
示されている構成の実施形態は、経路Pに向かってイオンを加速させることができると考えられ、これによって、たとえ気体圧力が増加した場合でも、イオンガイド配置2の中でイオンをより効率的に移動させることが可能になると考えられる (衝突反応の効率増大)。そのような配置は、質量分析法装置を通るイオン移動性を改善する効果を有し、これによって最終的な信号強度が改善されると見なされる。
【００６２】
イオンガイド配置2は更に、共通軸Xの周囲に間隔をおいた、更に4本の細長いロッド18を含む質量フィルタアセンブリ16を含む。
【００６３】
好ましくは、イオンガイド及び質量フィルタアセンブリは、支持アセンブリ (図3の物品54又は図5の物品56を参照) によって定位置に保持され、これは、1つ以上の支持部材を含み、イオンガイドと質量フィルタアセンブリが、周囲の構成要素 (例えば質量分析計装置に典型的なもの) に対して確実に適切に配置されるように、配置される。
【００６４】
ロッド12の一般的な構成及び支持構造は、当該技術分野において周知であり、よって更なる説明は必要としない。しかしながら、本発明の配置の利点の1つは、カスタマイズされた支持アセンブリが、様々な向きにそれぞれ配置された細長い部材の内側配置に適合するよう設計又は開発する必要がないという点である。領域24 (イオンを受け取る場所) を画定する役目をするロッド12の固有かつ個々の形状により、細長い部材を、既存又は標準の支持アセンブリ配置内に保持することが可能になる。
【００６５】
よって、ガイドアセンブリ10の端9は、ロッド12が少なくとも部分的に領域24の円周を画定するよう十分な形状にされており、これによりイオン (6) は、経路Pに向かって受け取られ集束され得ることが理解されよう。これは、イオンガイド配置2を通過するイオン流の質を高める有益な効果があり、これによって、質量検出器 (図示なし) でのイオン流の信号感度を高めるのに役立つことが見出されている。
【００６６】
図3及び4は、本発明により配置されたイオンガイド配置30の更なる一実施形態を示し、これは、4本の細長い、ただし曲がっている部材34が、曲線軸Yを中心に平行に、間隔をあけて配置されている。図4に示すように、細長い部材34のそれぞれは、経路Cが実質的に部材34の軸形状に一致するような形状にされている。
【００６７】
図5、6、8及び9を参照して、本発明により提供されるイオンガイド配置は、衝突セル又は反応セル (以下、衝突セル) における使用のために配置することができる。衝突セルは典型的に、1つ以上の加圧気体 (例えばアンモニア、メタン、酸素、窒素、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノン、ヘリウム又は水素) を保持し、これがイオンと反応して、望ましくない残留干渉粒子を除去する追加的手段となる。
【００６８】
衝突セルは、1種類の気体、又は2つ以上の組み合わせのいずれかを保持するよう配置することができる。衝突セルは、イオン流のフィルタ量を増加させるために気体雰囲気の圧力が増加し得るよう配置することができる。後者として挙げた気体は、いかなる意味でも網羅的なものではなく、その他の数多くの気体、又はそれらの組み合わせが、そのような衝突セルに使用するのに好適であり得ることが理解されよう。
【００６９】
図5及び6は、単純化されたイオンガイド配置を有する衝突セル配置60を示し、これは、共通軸Xの周囲に間隔をあけて配置された細長い部材86を含む。示されているイオンガイド配置は、図1〜4に示され記述されている実施形態の数多くの特徴を有する。したがって、適切な場合、対応する参照番号が保持される。
【００７０】
衝突セルにおいて具現化された場合、集束する領域24を画定する細長い部材86の形状は、第1領域内に起こる化学物理反応により発生する副生成物イオンを追い出す効果を有すると考えられる。
【００７１】
衝突セル配置60は、実質的に気密になるよう配置されたハウジング62を含み、これにより、1つ以上の所定の衝突気体を含む雰囲気を含み得る。更に、ハウジングは、内部圧力を監視及び制御し得るよう配置される。
【００７２】
ハウジング62は気体入口61を含み、ここを通って気体が衝突セル配置60に導入され得る。ハウジング62はまた、出口 (図示なし) も含み、ここを通って気体が排出され、内部雰囲気を補充又は改変することができる。
【００７３】
ハウジング62はイオン入口68を含み、ここを通ってイオン64が領域24に導入され得る。ハウジング62は更に、イオン出口71を含み、ここを通ってイオンが領域24から通過し、ここからイオンは衝突セル配置60を出る (76)。イオン入口68とイオン出口71は、共通軸Xを中心にそれぞれ同心で示されている。
【００７４】
ハウジング62のイオン入口68とイオン出口71はそれぞれ、ハウジングに提供される対応する開口部の形状で存在し、一形態において、ハウジング62の反対側の壁に提供される。
【００７５】
図6は、4つのイオン密度を示し (コンピュータモデリング技法を用いてシミュレーション)、これは、領域24の共通軸Xに沿った個別の部分での横断面 (図6でI、II、III、IVとして示されている) を示す。共通軸Xに向かって領域24が集束するにつれて、イオン密度場が低減すると予測されることが明確にわかる。図7は、衝突セル内でイオンガイドを通過して流れるイオン流の予測フローパターンのシミュレーションを示す。
【００７６】
更なる衝突セル配置100が図8に示されており、ここにおいて、第2領域110は、イオンガイドアセンブリの第2端72に提供され (第1端9の反対側)、ここからイオンはイオンガイド配置を出る。細長い部材105は、第1領域24と第2領域110との間の経路Fを画定するよう配置される。細長い部材105は、よって、その相対する側で、第1領域24が実質的に共通軸Xに向かって集束し (イオン流Aの方向)、第2領域110は実質的に共通軸Xから外へ発散する (これもイオン流Aの方向) ように、形成される。第2領域110を画定する、端での細長い部材105の面取りは、改変された表面領域28'を提供することに注意されたい。イオンガイド配置を出るときにイオン流の移動効率を促進又は強化することが望ましい場合は、このイオンガイド配置の実施形態は、有用であると考えられる。よって、この種の配置は、質量分析法装置全体のイオン移動性を改善し、よって信号強度を改善することが見出されている。
【００７７】
図9は、図8に示す実施形態について記述したものと実質的に同じ特徴を含む、更なる衝突セル配置120であるが、ただし、細長い部材105は曲面形状130を備えて配置され、これによって領域24及び110を画定していることが明らかにわかるであろう。
【００７８】
イオンの入口・出口領域が互いに空間的に別々 (曲線の細長い部材を採用した配置) であるようなイオンガイド配置は、衝突セルにおける使用にも採用し得ることが理解されよう。よって、第1領域24及び第2領域110が互いに空間的に別々であるような実施形態について、イオン入口68は、イオンが第1領域24によって受け取られ得るようにハウジング62の適切な壁に提供され、更にイオン出口71は、イオンが第2領域110から通過し、そこを通って外に出得るように提供される。よって、イオン入口68は概ね第1領域24と同心になり、かつイオン出口71は概ね第2領域110と同心になることが理解されよう。
【００７９】
本発明の利点の1つは、既存のイオンガイド配置を適切に改変して、本発明を利用できる点であることが理解されよう。図11A及び11Bを参照し、既存のイオンガイド配置200が示されている (ロッド12及び伴う支持アセンブリ54の参照番号は、前の議論との一貫性を確保するために保持されている)。
【００８０】
最も単純な場合、ロッド12のそれぞれが、適切なように改変され、これによりそれぞれの長さの内側部分に沿って、改変された断面が呈される。よって、既存のイオンガイド配置はロッド12の改変によって適切に構成することができ、これにより、その断面は、本明細書に記述され添付図に示される任意の実施形態に実質的に一致することが理解されよう。同様に、ほとんどの場合について、ロッド12のみが改変する必要があり、これによって、カスタマイズされた支持アセンブリを製造する (あるいは実際に既存の支持アセンブリを改変する) 必要を回避できることも理解されよう。この点において、本発明の内容は、既存のイオンガイド配置に容易に適用することができる。
【００８１】
本発明の原理から利益を得るために、そのような細長い部材、又はそのそれぞれの改変は、適切な精密加工技法及び装置によって実現することができ、これは当該技術分野において周知である。
【００８２】
本明細書及び請求項に使用される用語「含む」及び用語変化形「含んでいる」は、何らかの変異物又は付加物を除外するよう本発明を制限するものではない。本発明に対する改変及び改良は、当業者には容易に明らかとなろう。そのような改変及び改良は、本発明の範囲内であることが意図されている。 
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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