(57)【要約】  本発明の質量分析装置は、測定試料を導入する本体に着脱可能なカートリッジ（１０４Ｂ）と、前記測定試料を加熱によりガス化させて試料ガスを発生させる下ヒータ（１１０）と、前記試料ガスをイオン化するイオン源と、イオン化された前記試料ガスを分離する質量分析部と、を備え、前記イオン源は質量分析部からの差動排気によって内部が減圧され、前記カートリッジ（１０４Ｂ）は、試料ガス配管と連通した前記試料ガスが上昇する空間（Ｓ１０，Ｓ１１）を備える。
2015159714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定試料を導入する、本体に着脱可能な試料導入部と、  前記測定試料を加熱によりガス化させて試料ガスを発生させる加熱部と、  前記試料ガスをイオン化するイオン源と、  イオン化した前記試料ガスを分離する質量分析部と、を備え、  前記イオン源は、前記質量分析部からの差動排気によって内部が減圧され、  前記試料導入部は、前記測定試料を入れる測定容器と、前記測定容器で発生した前記試料ガスを前記イオン源に間欠的に導入する導入管と、を備え、  前記加熱部は、前記測定試料をガス化させる第１ヒータと、ガス化した前記試料ガスが滞留する空間を加熱する第２ヒータと、を備えることを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
前記第２ヒータは、樹脂部材に支持され、  前記樹脂部材は、金属部材に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項３】
前記樹脂部材は、前記測定容器に密着させる付勢部材を備えることを特徴とする請求項２に記載の質量分析装置。
【請求項４】
前記導入管は、前記イオン源に接続される細管と、前記測定容器と前記細管とを接続する弾性チューブと、を備え、  前記本体は、前記弾性チューブを挟むことで流路を閉じ、前記弾性チューブから離間することで前記流路を開くバルブを備えることを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項５】
前記第２ヒータは、前記弾性チューブの前記バルブの上流側の周囲を加熱する突起部を備えることを特徴とする請求項４に記載の質量分析装置。
【請求項６】
測定試料を導入する、本体に着脱可能な試料導入部と、  前記測定試料を加熱によりガス化させて試料ガスを発生させる加熱部と、  前記試料ガスをイオン化するイオン源と、  イオン化した前記試料ガスを分離する質量分析部と、を備え、  前記イオン源は、前記質量分析部からの差動排気によって内部が減圧され、  前記試料導入部は、前記測定試料を入れる測定容器と、前記測定容器で発生した前記試料ガスを前記イオン源に間欠的に導入する導入管と、前記導入管と接続されて前記試料ガスに上昇気流を発生させる空間と、を備えることを特徴とする質量分析装置。
【請求項７】
前記試料導入部は、使い捨てタイプであることを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項８】
ヒータで測定試料をガス化して試料ガスを発生させ、イオン源でイオン化された前記試料ガスを分離する質量分析装置に使用される本体に着脱可能なカートリッジであって、  前記カートリッジは、前記測定試料を入れる測定容器を有するボディと、前記ボディに支持されて前記測定容器で発生した前記試料ガスを前記イオン源に間欠的に導入する導入管と、を備え、  前記ボディは、前記導入管と連通し、前記試料ガスに上昇気流を発生させる空間を備えることを特徴とするカートリッジ。
【請求項９】
前記測定容器は、前記ヒータが接触する加熱プローブと、前記加熱プローブを脱離可能に保持するカップ部と、を備え、  前記カップ部には、前記ヒータの動作によって前記加熱プローブを脱離させる開口部が形成されていることを特徴とする請求項８に記載のカートリッジ。
【請求項１０】
前記加熱プローブが脱離したときに、前記加熱プローブと前記カップ部との間に隙間が形成されることを特徴とする請求項９に記載のカートリッジ。
【請求項１１】
前記加熱プローブは、前記カップ部に支持される支持板と、この支持板から前記空間に向けて延びるピンと、を備え、  前記ピンの先端には、前記測定試料が収容される凹部が形成されていることを特徴とする請求項９に記載のカートリッジ。
【請求項１２】
使い捨てタイプであることを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、小型軽量化に適した質量分析装置および質量分析装置に用いられるカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】  質量分析装置では、イオン化した測定試料を、質量分析部にて質量分析する。質量分析部は、真空チャンバ内に収められ、０．１Ｐａ以下の高真空に保たれている一方で、測定試料のイオン化は、特許文献１に示されているような大気圧下でイオン化する方式や、特許文献２に示されているような１０〜１００Ｐａ程度の減圧下でイオン化する方式によるため、イオン化を行う環境下の圧力と、質量分析を行う環境下の圧力とには差がある。このため、質量分析部の真空度（圧力）を質量分析可能な範囲に維持したまま、イオン化した測定試料を質量分析部に導入するために、特許文献３に示されているような差動排気方式が提案されている。また、特許文献４では、差動排気方式に加えて、イオン化した測定試料を質量分析部に間欠的に導入する方式が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７０６４３２０号明細書
【特許文献２】米国特許第４８４９６２８号明細書
【特許文献３】米国特許第７５９２５８９号明細書
【特許文献４】国際公開２００９／０２３３６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  特許文献４のイオン化した測定試料を質量分析部に間欠的に導入する方式によれば、導入によって低下した質量分析部の真空度を、導入を停止している間に回復させ、高真空下において質量分析を実施することができる。この方式では、小型の真空ポンプでも質量分析部を高真空にすることができるため、質量分析装置の小型軽量化に有利である。【０００５】  しかしながら、特許文献４のイオン化した測定試料を質量分析部に間欠的に導入する方式は、間欠導入する測定試料のガス量を調整するためのステンレスキャピラリーやピンチバルブで開閉されるシリコンチューブが、測定試料ガスに汚染されてキャリーオーバーの問題を生じる可能性があるため、最悪の場合はステンレスキャピラリーやシリコンチューブを測定毎に交換する必要がある。加熱によって汚染を防止する手段もあるが、加熱ヒータや電源、バッテリーなどの増加につながるため、質量分析計の小型軽量化には適さない。また、十分なレベルに汚染を防ぐためには、一般的には配管を２００℃以上に加熱する必要があるため、シリコンチューブのような樹脂製の弾性チューブを使ったピンチバルブには適用できない。【０００６】  そこで、本発明が解決しようとする課題は、小型軽量で、高精度な質量分析が可能な質量分析装置およびカートリッジを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明は、測定試料を導入する、本体に着脱可能な試料導入部と、前記測定試料を加熱によりガス化させて試料ガスを発生させる加熱部と、前記試料ガスをイオン化するイオン源と、イオン化した前記試料ガスを分離する質量分析部と、を備え、前記イオン源は、前記質量分析部からの差動排気によって内部が減圧され、前記試料導入部は、前記測定試料を入れる測定容器と、前記測定容器で発生した前記試料ガスを前記イオン源に間欠的に導入する細管と、を備え、前記加熱部は、前記測定試料をガス化させる第１ヒータと、ガス化した前記試料ガスが滞留する空間を加熱する第２ヒータと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】  本発明によれば、小型軽量で、高精度な質量分析が可能な質量分析装置および質量分析装置に用いられるカートリッジを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明の実施形態に係る質量分析装置の全体構成図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態に係る質量分析装置の質量分析部の構成図である。
【図２Ａ】カートリッジ（液体用）を示す側面図である。
【図２Ｂ】カートリッジ（液体用）を示す断面図である。
【図３Ａ】カートリッジ（固体用）を示す側面図である。
【図３Ｂ】カートリッジ（固体用）を示す断面図である。
【図３Ｃ】図３ＢのＡ−Ａ断面図である。
【図３Ｄ】加熱プローブへの固体試料の付着手順を示す工程図である。
【図４Ａ】上ヒータと下ヒータを支持する構造を示す側面図である。
【図４Ｂ】下ヒータの詳細な支持構造を示す側面図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態に係る質量分析装置（液体用カートリッジ装着）を示す平面図（第１状態）である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に係る質量分析装置（液体用カートリッジ装着）を示す正面図（第１状態）である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態に係る質量分析装置（液体用カートリッジ装着）を示す側面図（第１状態）である。
【図５Ｄ】ピンチバルブの弁体側を示す正面図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態に係る質量分析装置（液体用の測定容器を装着）を示す平面図（第２状態）である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態に係る質量分析装置（液体用の測定容器を装着）を示す側面図（第２状態）である。
【図７Ａ】本発明の実施形態に係る質量分析装置（液体用の測定容器を装着）を示す平面図（第３状態）である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態に係る質量分析装置（液体用の測定容器を装着）を示す正面図（第３状態）である。
【図７Ｃ】本発明の実施形態に係る質量分析装置（液体用の測定容器を装着）を示す側面図（第３状態）である。
【図８Ａ】本発明の実施形態に係る質量分析装置（固体用の測定容器を装着）を示す側面図（第１状態）である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態に係る質量分析装置（固体用の測定容器を装着）を示す側面図（第２状態）である。
【図８Ｃ】本発明の実施形態に係る質量分析装置（固体用の測定容器を装着）を示す側面図（第３状態）である。
【図９】本発明の実施形態に係る質量分析装置で実施される質量分析方法のフローチャートである。
【図１０】ピンチバルブを開閉したこと（ａ）に伴う、誘電体容器の内圧（ｂ）の圧力変動と、真空チャンバの内圧（ｃ）の圧力変動を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施形態に係る測定容器を試料導入部に取り付ける質量分析装置における質量分析方法のシーケンス（イオン蓄積−排気待ち時間−イオン選択−イオン解離−質量スキャン）に対応させて、（ａ）ピンチバルブの開閉、（ｂ）バリア放電部の圧力、（ｃ）質量分析部の圧力、（ｄ）バリア放電電極交流電圧、（ｅ）オリフィスＤＣ電圧、（ｆ）インキャップ電極／エンドキャップ電極ＤＣ電圧、（ｇ）トラップバイアスＤＣ電圧（ｈ）トラップＲＦ電圧、（ｉ）補助交流電圧、（ｊ）イオン検出器のオンオフを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】  次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１１】  図１Ａは、本発明の実施形態に係る質量分析装置の全体構成図である。まず、図１Ａを参照して、質量分析装置の全体の構成について説明する。その後、スライドバルブ１０３、カートリッジ１０４Ａ、ピンチバルブ１０５（バルブ）、下ヒータ１１０、上ヒータ１２０の各構成部材の詳細について説明する。
【００１２】  図１Ａに示すように、質量分析装置１００は、質量分析部１０１、イオン源１０２、スライドバルブ（ゲートバルブ）１０３、カートリッジ（試料導入部）１０４Ａ、ピンチバルブ１０５、下ヒータ１１０（加熱部、第１ヒータ）、上ヒータ１２０（加熱部、第２ヒータ）などを備えている。なお、図１では、測定試料が液体の場合を例に挙げて説明する。
【００１３】  質量分析部１０１は、真空チャンバ３０内に収容されている。詳細は後記するが、質量分析部１０１では、イオン蓄積、イオン選択、イオン解離、質量スキャン等を実施し、イオン化した測定試料（液体）１８から目的イオンを分離することができる。
【００１４】  真空チャンバ３０には、ターボ分子ポンプ３６と粗引きポンプ３７とが直列に接続されるように構成されている。真空チャンバ３０側から順に、ターボ分子ポンプ３６、粗引きポンプ３７が配置されている。これにより、真空チャンバ３０内を、略０．１Ｐａ以下の高真空に減圧することができる。
【００１５】  また、真空チャンバ３０には、真空ゲージ３５が設けられ、真空チャンバ３０内の真空度（圧力）を計測するようになっている。計測された真空度は、制御回路３８に送信される。制御回路３８では、受信した真空度に基づいて、質量分析部１０１を制御する。
【００１６】  また、真空チャンバ３０には、イオン化した測定試料（液体）１８を導入するための入口が設けられ、この入口にオリフィス３が設けられている。オリフィス３の孔径は、φ０．１ｍｍ〜φ１ｍｍ程度とすることができる。オリフィス３には、イオン源１０２が接続されている。
【００１７】  イオン源１０２は、誘電体容器（誘電体隔壁）１と、高電圧印加電極２と、を有している。誘電体容器１は、両端が開口しており、パイプ（管）状を呈している。誘電体容器１の一端の開口は、オリフィス３を挟んで真空チャンバ３０に接続されている。誘電体容器１の他端の開口は、スライドバルブ１０３のスライドバルブ容器６に接続され、スライドバルブ１０３によって封止されている。このため、イオン源１０２の誘電体容器１内は、オリフィス３を介して差動排気され、減圧される。
【００１８】  高電圧印加電極２とオリフィス３は、誘電体容器１を介して交流電圧またはパルス電圧（矩形波形の電圧）が印加可能なように配置されており、高電圧印加電極２とオリフィス３との間には、バリア放電用交流電源４によって交流電圧またはパルス電圧が印加され、オリフィス３を電位０Ｖとする変動電界が生じ、電気力線は、誘電体容器１を貫通している。この交流電圧またはパルス電圧のオンオフ等の制御は、制御回路３８が行う。そして、交流電圧またはパルス電圧の印加による変動電界に同期して誘電体容器１の内側への電荷のチャージとオリフィス３への放電が繰り返される。この繰り返し発生する放電によって発生したプラズマや熱電子が、誘電体容器１のイオン源１０２に導入されるガス２３をイオン化する。
【００１９】  スライドバルブ１０３は、スライドバルブ容器６、スライドバルブ弁体７、弁体シャフト８ａ、真空ベローズ８ｂ、ガイドローラ８ｃ、圧縮コイルばね８ｄ、第１Ｏリング９ａ、第２Ｏリング９ｂ、弁体Ｏリング９ｃを有している。
【００２０】  スライドバルブ容器６は、当該スライドバルブ容器６を貫通する貫通孔６ａと、当該スライドバルブ容器６の外側から貫通孔６ａに連通してスライドバルブ弁体７がスライド可能に摺動するスライド孔６ｂと、を有している。また、スライドバルブ容器６は、貫通孔６ａを介してイオン源１０２と接続されている。
【００２１】  スライドバルブ弁体７は、後記するカートリッジ１０４Ａの細管１７ａをスライドバルブ容器６に挿入する際に開となり、細管１７ａをスライドバルブ容器６から抜き取る際に閉となる。
【００２２】  弁体シャフト８ａの一端は、スライドバルブ弁体７に接続され、スライドバルブ容器６の外側から挿入されている。真空ベローズ８ｂは、スライドバルブ容器６の外側の弁体シャフト８ａを、真空劣化させずに移動可能とするものである。ガイドローラ８ｃは、弁体シャフト８ａの他端に取り付けられている。圧縮コイルばね８ｄは、弁体シャフト８ａに外挿され、弁体シャフト８ａを介してスライドバルブ弁体７を閉弁方向に付勢している。
【００２３】  ガイドローラ８ｃは、スライダ１８０に形成されたクランク形状の案内孔１８０ａに接続されている。スライダ１８０は、後記するＹ軸後ステージ１４０に固定され、Ｙ軸後ステージ１４０が前後方向に移動する動きに連動してスライドバルブ弁体７を開閉方向に動作させるように構成されている。このように、スライドバルブ１０３は、電気的に動作するものではなく、機械的に動作するものである。したがって、消費電力を削減でき、質量分析装置１００の小型軽量化が可能になる。
【００２４】  第１Ｏリング９ａは、スライドバルブ容器６の貫通孔６ａのスライドバルブ弁体７が流路を封止する位置よりも上流側に配置されている。第２Ｏリング９ｂは、スライドバルブ容器６の貫通孔６ａのスライドバルブ弁体７の流路を封止する位置よりも下流側に配置されている。これにより、貫通孔６ａに細管１７ａが第１Ｏリング９ａおよび第２Ｏリング９ｂを通して挿入されることで、細管１７ａとイオン源１０２を気密に接続することができる。逆に、貫通孔６ａ（イオン源１０２）から細管１７ａを抜き取り、スライドバルブ弁体７を閉じることで、細管１７ａとイオン源１０２との接続を解除することができる。この動作によって、試料ガスをイオン源１０２に導入するための細管１７ａを、イオン源１０２を減圧したまま、イオン源１０２に挿入したり、イオン源１０２から抜き取ることができる。また、弁体Ｏリング９ｃによってスライドバルブ弁体７が閉じたときに、イオン源１０２側の貫通孔６ａの気密を保つことができる。
【００２５】  カートリッジ１０４Ａは、質量分析装置１００の本体に着脱可能で、使い捨てタイプであり、測定試料（液体）１８が入れられ、測定容器キャップ部１５ａ（測定容器）で密閉された測定容器カップ１６Ａ（測定容器）を有している。測定容器カップ１６内の上部に位置するヘッドスペース２１は、測定容器キャップ部１５ａに接続されたヘッドスペース減圧配管１７を通して粗引きポンプ３７で減圧される。ヘッドスペース２１の圧力は、リーク配管４６から流入する外気（大気）４７の量とヘッドスペース減圧配管１７から排気されるガス２２の量の割合によって決定される。
【００２６】  カートリッジ１０４Ａでは、ヘッドスペース２１を減圧したり、下ヒータ１１０で測定容器を加熱すると、測定試料（液体）１８が気化（ガス化）される。すなわち、ヘッドスペース２１の圧力を下げると、低い温度でも測定試料（液体）１８が気化し、逆に、ヘッドスペース２１の圧力を上げると、測定試料（液体）１８を十分に加熱しないと気化しない。なお、図１では、ヘッドスペース２１を減圧するカートリッジ１０４Ａを例に挙げて説明しているが、本実施形態の質量分析装置１００は、ヘッドスペース２１を減圧しないタイプのカートリッジにも適用でき、また、液体用のカートリッジ１０４Ａ（図２Ａ、図２Ｂ参照）だけではなく、固体用のカートリッジ１０４Ｂ（図３Ａ、図３Ｂ参照）にも適用できるものである。
【００２７】  気化された測定試料（液体）１８のイオン源１０２に導入されるガス２３は、ピンチバルブ１０５が開閉する度に、測定容器キャップ部１５ａに接続された試料ガス配管１７ｂから、弾性チューブ１７ｃ、細管１７ａを通って、イオン源１０２に間欠導入される。
【００２８】  ピンチバルブ１０５は、ピンチバルブ先端１２、ピンチバルブ駆動部１３、測定容器キャップ部１５ａに挟まれた弾性チューブ１７ｃで構成されている。ピンチバルブ先端１２は、制御回路３８で制御されたピンチバルブ駆動部１３によって駆動される。ピンチバルブ先端１２が上昇することで、弾性チューブ１７ｃが押しつぶされ、バルブとして閉弁状態を実現する。また、ピンチバルブ先端１２がピンチバルブ駆動部１３によって下降することで、ピンチバルブ先端１２が弾性チューブ１７ｃから離間し、バルブとして開弁状態を実現する。
【００２９】  また、ピンチバルブ１０５は、開弁時間を略２００ｍ秒間以下のように、短時間に開閉できるようになっている。すなわち、ピンチバルブ１０５は、閉弁状態から開弁状態を経て再び閉弁状態になるまでの動作を、略２００ｍ秒間以下の短時間で実施することができる。
【００３０】  イオン源１０２の誘電体容器１内が、オリフィス３を介して差動排気されている状態で、ピンチバルブ１０５を開弁すると、測定容器カップ１６Ａ内のヘッドスペース２１に気化している測定試料（液体）１８が、試料ガス配管１７ｂ、弾性チューブ１７ｃ、細管１７ａを経由して、イオン源１０２に導入されるガス２３が生じる。
【００３１】  この時、イオン源１０２に導入されるガス２３の量と、それによって変化する誘電体容器１内の到達圧力は、減圧されたヘッドスペース２１の圧力と、真空チャンバ３０の圧力と、細管１７ａ、試料ガス配管１７ｂ、弾性チューブ１７ｃ、オリフィス３のコンダクタンスによって決まる。一方、真空チャンバ３０内の到達圧力はピンチバルブ１０５の開弁時間で変化する。すなわち、ヘッドスペース２１の圧力を下げたり、細管１７ａ、試料ガス配管１７ｂ、弾性チューブ１７ｃのコンダクタンスを小さくしたりすると流入する試料ガス量は減少し、誘電体容器１内の到達圧力は低くなり、逆に、ヘッドスペース２１の圧力を上げたり、細管１７ａ、試料ガス配管１７ｂ、弾性チューブ１７ｃのコンダクタンスを大きくしたりすると、流入する試料ガス量は増加し、誘電体容器１内の到達圧力は上昇する。また、ピンチバルブ１０５の開弁時間を短くすると、流入する試料ガス量は減少し、真空チャンバ３０内の到達圧力は低くなり、逆に、ピンチバルブ１０５の開弁時間を長くすると、流入する試料ガス量は増加し、真空チャンバ３０内の到達圧力は高くなる。
【００３２】  イオン源１０２に導入されるガス２３は、高電圧印加電極２に交流電圧またはパルス電圧を印加することで誘電体容器１内に発生するプラズマや熱電子によって一部がイオン化される。
【００３３】  この時のイオン化の効率は、バリア放電によって生じるプラズマや熱電子５の密度に依存する。プラズマや熱電子５の密度は、誘電体容器１内の到達圧力と高電圧印加電極２に印加される交流電圧またはパルス電圧の電圧振幅で決まる。
【００３４】  ヘッドスペース２１の圧力と、細管１７ａ、試料ガス配管１７ｂ、弾性チューブ１７ｃのコンダクタンスを最適化することで、誘電体容器１内の到達圧力は十分に制御することができる。
【００３５】  誘電体容器１内の一旦上昇した圧力は、ピンチバルブ１０５の閉弁後には、オリフィス３を用いた差動排気により、再現性良くゆっくり降下させることができる（図１０参照）。このため、この誘電体容器１内の到達圧力および降下している最中に、１００Ｐａ〜２０，０００Ｐａの圧力帯に属している時間を再現性良く一定の時間確保することができる。この１００Ｐａ〜２０，０００Ｐａの圧力帯下では、大気（空気）を主たる放電ガスとして誘電体バリア放電を発生させることができる。すなわち、ピンチバルブ１０５を開弁する時間を調整することによって、誘電体容器１内が１００Ｐａ〜２０，０００Ｐａの圧力帯に属している時間を制御することができる。更に、イオン源１０２の高電圧印加電極２に印加する交流電圧またはパルス電圧の振幅強度や印加時間やタイミングを調整することで、誘電体バリア放電を発生させる時間とタイミングや発生するプラズマや熱電子５の強度や量を調節することができる。これらの作用によって質量分析の対象となる試料ガスの分子を目的に応じて効率的にイオン化することができる。
【００３６】  イオン化された試料ガス（試料分子イオン）とイオン化されなかった試料ガス（試料分子）は、いずれも質量分析部１０１に導入されるガス２４として、オリフィス３の細孔を通って、イオン源１０２の誘電体容器（誘電体隔壁）１内から、質量分析部１０１の真空チャンバ３０に流入する。このような構成では、イオン源１０２から質量分析部１０１までの距離を最短化することができ、試料分子イオンの伝達ロスを最小限にすることができる。
【００３７】  ここで、イオン源１０２から真空チャンバ３０に流入するガスの単位時間当たりの流量は、イオン源１０２に導入されるガス２３が誘電体容器（誘電体隔壁）１内に流入した時の誘電体容器（誘電体隔壁）１内の到達圧力と、オリフィス３のコンダクタンス（細孔の大きさ）と、真空チャンバ３０の真空度（圧力）とによって決まる。すなわち、イオン源１０２の到達圧と真空チャンバ３０の真空度の差が大きかったり、オリフィス３の細孔が大きかったりした場合は、単位時間当たりの流量が大きくなり、逆に、イオン源１０２の到達圧と真空チャンバ３０の真空度の差が小さかったり、オリフィス３の細孔が小さかったりした場合は、単位時間当たりの流量が少なくなる。
【００３８】  このイオン源１０２から真空チャンバ３０に流入するガスの単位時間当たりの流量は、真空チャンバ３０の真空度（圧力）変化に影響する。すなわち、単位時間当たりの流量が多い場合は、真空チャンバ３０の圧力が早く上昇し、逆に、単位時間当たりの流量が少ない場合は、真空チャンバ３０の圧力はゆっくり上昇する。また、真空チャンバ３０の到達圧力は、単位時間当たりの流量を時間で積分したトータルの流量とターボ分子ポンプ３６の排気能力で決まる。
【００３９】  イオン源１０２から真空チャンバ３０に流入するガスに含まれる試料分子イオンは、四重極を成すリニアトラップ電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ（図１Ｂ参照）が発生するＲＦ電界およびＤＣ電界と、インキャップ電極３２、エンドキャップ電極３３によって形成されるＤＣ電界によって、四重極を成すリニアトラップ電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ内に捕捉（イオン蓄積）される。
【００４０】  一方、イオン源１０２から真空チャンバ３０に流入する、イオン化されなかった空気や試料ガスは、四重極を成すリニアトラップ電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ内に補足されずに、真空チャンバ３０から排気されるガス２６のように、真空チャンバ３０から、ターボ分子ポンプ３６、粗引きポンプ３７を通って装置外に排気される。
【００４１】  真空チャンバ３０に流入した試料分子イオンを、四重極を成すリニアトラップ電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ内に効率よく伝送するために、オリフィス３とインキャップ電極３２との間と、インキャップ電極３２とリニアトラップ電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄとの間に、リニアトラップ電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄとエンドキャップ電極３３との間に、適当なバイアス電圧が印加して、試料分子イオンを、質量分析部１０１の四重極を成すリニアトラップ電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの方向に加速する。例えば、測定したい試料分子イオンが正イオンであった場合、オリフィス３に−５Ｖ程度、インキャップ電極３２とエンドキャップ電極に−１０Ｖ程度、リニアトラップ電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄのトラップバイアスに−２０Ｖ程度を印加することができる。また、このようなバイアス電圧を加えることによって、測定しない負イオンを、四重極を成すリニアトラップ電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ内に入れないようにすることもできる。
【００４２】  図１Ｂは、本発明の実施形態に係る質量分析装置の質量分析部の構成図である。図１Ｂでは、四重極を成すリニアトラップ電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄをイオンが導入される方向に見た構成の断面図を示す。  図１Ｂに示すように、四重極を成すリニアトラップは、同心円状に配置された４本の棒状の電極（リニアイオントラップ電極）３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを有しており、向かい合った二対のリニアトラップ電極に、それぞれ異なるリニアトラップ電極用交流電圧（トラップＲＦ電圧）３９ａ、３９ｂが印加される。トラップＲＦ電圧は、電極サイズや測定質量範囲により最適値が異なることが知られており、典型的には、振幅５ｋＶ以下、周波数５００ｋＨｚ〜５ＭＨｚ程度のＲＦ電圧が適用される。このトラップＲＦ電圧を印加し、更に、インキャップ電極３２とエンドキャップ電極３３との間に数十ＶのＤＣ電位差を設けることで、４本のリニアイオントラップ電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄで囲まれた空間に試料分子イオン等のイオンを捕捉（イオン蓄積）することができる。
【００４３】  質量分析部１０１で質量分離する前に、まず、イオン源１０２から真空チャンバ３０に流入した、イオン化されなかった空気や試料ガスを十分排気して、質量分析部１０１の圧力を、イオンの質量分離が可能な０．１Ｐａ以下まで下げる必要がある。質量分析部１０１に流入するトータルのガス量は、イオン源１０２に流入した試料ガス量と等価であり、この試料ガス量（分子の量）は、減圧された測定容器カップ１６のヘッドスペース２１のガスを、ピンチバルブ１０５を使って数十ｍｓから数百ｍｓ程度の短時間だけ導入しているため十分少なく、ターボ分子ポンプ３６と粗引きポンプ３７の容量が小さくても、質量分析部１０１を質量分析可能な０．１Ｐａ以下の圧力まで短時間で下げることができる。そのため、質量分析装置１００を小型軽量化することができる。また、短時間で圧力が下げられるので、質量分析を繰り返し実施する際のスループットを上げることができる。
【００４４】  質量分析部１０１に補足したイオンを質量分離する時は、向かい合った一対のリニアイオントラップ電極３１ａと３１ｂの間に、リニアトラップ電極用交流電圧（補助交流電圧）３９ｂを印加する。補助交流電圧としては、典型的には振幅５０Ｖ以下、周波数５ｋＨｚ〜２ＭＨｚ程度の単一周波数で振幅を連続的に変化させた交流電圧、または一定の振幅で連続的に周波数を変化させた交流電圧が使用される。この補助交流電圧を印加することで、質量分析部１０１に捕捉されているイオンは、補助交流電圧の振幅の変化、または周波数の変化に応じて、特定の質量数を電荷量で割った値（質量数／電荷量、ｍ／ｚ値）のイオンが連続的に質量分離されて、質量分離された試料分子イオン２５（図１Ａ参照）の方向に排出され、電子増倍管、マルチチャネルプレート、もしくは、コンバージョンダイノードとシンチレータとフォトマルなどからなるイオン検出器３４（図１Ａ参照）により、電気的な信号に変換され、制御回路３８へ送られ蓄積（記憶）される。
【００４５】  図２Ａは、カートリッジ（液体用）を示す側面図、図２Ｂは、カートリッジ（液体用）を示す断面図である。まず、液体用のカートリッジ１０４Ａと固体用のカートリッジ１０４Ｂ（図３Ａ参照）のうち液体用の構造について説明する。
【００４６】  図２Ａに示すように、カートリッジ１０４Ａは、ボディ１５Ａ，測定容器カップ１６Ａ、ノズル１７Ａ（導入管）で構成されている。
【００４７】  ボディ１５Ａは、樹脂製（例えば、ポリプロピレン樹脂）の成形品を組み合わせて構成したものであり、側面視略Ｌ字状に形成されている。また、ボディ１５Ａは、測定容器カップ１６Ａが取り付けられる測定容器キャップ部１５ａと、手で把持する把持部（グリップ）１５ｂと、ノズル１７Ａを保持する保持部１５ｃ，１５ｄと、を有している。
【００４８】  また、測定容器キャップ部１５ａの側面には、上ヒータ１２０（図５Ａ参照）が当接する凹み部１５ａ１が形成されている。凹み部１５ａ１は、図２Ａの紙面垂直方向の奥側に向けて凹み形成されている。
【００４９】  また、測定容器キャップ部１５ａの一部である凹み部１５ａ１の前面（側面）からは試料ガス配管１７ｂが前方に向けて延びており、ボディ１５Ａには、側面視において、凹み部１５ａ１と弾性チューブ１７ｃの一部を露出させる切欠部１５ａ２が形成されている。このように、凹み部１５ａ１により形成される空間と、弾性チューブ１７ｃを露出させる空間とは、前後において連続している。
【００５０】  なお、液体用のカートリッジ１０４Ａにおいて、把持部１５ｂは、手で把持する機能を有しているが、後記する固体用のカートリッジ１０４Ｂにおける把持部は、手で把持する機能と、気化した測定試料に上昇気流を発生させる機能の双方を有している。よって、カートリッジ１０４Ａの把持部１５ｂでは、中空構造として図示しているが、中実構造であってもよい。
【００５１】  測定容器カップ１６Ａは、ボディ１５Ａに着脱可能に構成されている。また、測定容器カップ１６Ａの底面１６ｈは、ボディ１５Ａの最下面１５ｔよりも下方に位置している。
【００５２】  ノズル１７Ａは、細管１７ａ（ＰＥＥＫ管、合成樹脂製の管）と、試料ガス配管１７ｂ（ＰＥＥＫ管、合成樹脂製の管）と、弾性チューブ１７ｃ（シリコンチューブ）とを有し、前方側から順に細管１７ａ、弾性チューブ１７ｃ、試料ガス配管１７ｂが接続され、１本の管として構成されている。
【００５３】  図２Ｂに示すように、測定容器キャップ部１５ａは、測定容器カップ１６Ａと螺合する円筒形状の螺合部１５ａ３が、ボディ１５Ａの後部下面から下方に向けて突設されている。また、測定容器キャップ部１５ａの内部は、略ドーム形状の空間Ｓを有している。
【００５４】  保持部１５ｃは、ボディ１５Ａの前端部に位置し、前後方向に貫通する貫通孔１５ｃ１が形成されている。貫通孔１５ｃ１には、ノズル１７Ａが挿通され、ノズル１７Ａの細管１７ａが保持部１５ｃに固定くさび１８ａを介して保持されている。
【００５５】  保持部１５ｄは、ボディ１５Ａの後部に位置し、略前後方向に貫通する貫通孔１５ｄ１が形成されている。貫通穴１５ｄ１には、ノズル１７Ａが挿入され、ノズル１７Ａの試料ガス配管１７ｂが保持部１５ｄに固定くさび１８ｂを介して保持されている。貫通孔１５ｄ１の一端は、測定容器キャップ部１５ａの空間Ｓの天井面と連通するように、断面視Ｌ字状に形成されている。
【００５６】  なお、保持部１５ｃ，１５ｄは、細管１７ａと試料ガス配管１７ｂとが同一直線上に位置するように形成されている。また、ノズル１７Ａの細管１７ａと試料ガス配管１７ｂは、固定くさび１８ａ，１８ｂによって、ボディ１５Ａから抜け落ちないようになっている。
【００５７】  また、ボディ１５Ａの後端部には、略前後方向に向けて延びる貫通孔１５ｆが形成されている。貫通孔１５ｆは、断面視Ｌ字状に形成され、貫通孔１５ｆの一端が前記空間Ｓの天井面と接続され、他端がボディ１５Ａの外部（大気）と連通している。なお、貫通孔１５ｄ１，１５ｆは、例えば、φ０．５ｍｍ〜２ｍｍに設定されている。
【００５８】  また、ボディ１５Ａは、保持部１５ｃと保持部１５ｄとの間において、ノズル１７Ａを下方に向けて露出させるノズル開放空間Ｓ２が形成されている。つまり、ボディ１５Ａには、下方から弾性チューブ１７ｃにアクセスできるノズル開放空間Ｓ２が形成されている。また、ノズル開放空間Ｓ２内の天井面には（弾性チューブ１７ｃの上方には）、弾性チューブ１７ｃが当接可能な当接部１５ｇが形成されている。
【００５９】  また、ボディ１５Ａの上面には、突起部１５ｈが形成されている。この突起部１５ｈは、カートリッジ１０４Ａを本体にセットして測定可能位置まで移動させる際の移動位置確認用のものである。
【００６０】  測定容器カップ１６Ａは、合成樹脂材料で形成され、有底円筒形状を呈している。また、測定容器カップ１６Ａは、下部に液体試料を貯留する貯留部１６ａと、上部に測定容器キャップ部１５ａの螺合部１５ａ３と螺合する円筒形状の螺合部１６ｂと、を有している。
【００６１】  また、測定容器カップ１６Ａは、螺合部１６ｂの内径が貯留部１６ａの内径よりも大径に形成され、螺合部１６ｂと貯留部１６ａとの境界に段差部１６ｃが形成されている。この段差部１６ｃの上面には、Ｏリング１６ｅが収容される凹部１６ｄが形成されている。測定容器カップ１６Ａが測定容器キャップ部１５ａに螺合することで、測定容器カップ１６Ａが測定容器キャップ部１５ａに脱落しないように取り付けられる。また、Ｏリング１６ｅを設けることによって、測定容器カップ１６Ａと測定容器キャップ部１５ａとの隙間が密閉され、測定容器カップ１６Ａ内の液体試料が隙間から漏れ出ないようになっている。
【００６２】  ノズル１７Ａの細管１７ａは、弾性チューブ１７ｃの一端（前端）に挿入されることで接続され、試料ガス配管１７ｂは、弾性チューブ１７ｃの他端（後端）に挿入されることで接続されている。前記当接部１５ｇは、弾性チューブ１７ｃのみで構成される部分（弾性チューブ１７ｃに細管１７ａが嵌まっていない部分、弾性チューブ１７ｃに試料ガス配管１７ｂが嵌まっていない部分）に対応するように位置している。
【００６３】  図３Ａは、カートリッジ（固体用）を示す側面図、図３Ｂは、カートリッジ（固体用）を示す断面図、図３Ｃは、図３ＢのＡ−Ａ断面図、図３Ｄは、加熱プローブへの固体試料の付着手順を示す工程図である。  図３Ａに示すように、カートリッジ１０４Ｂは、質量分析装置１００（図１Ａ参照）の本体に着脱可能で、使い捨てタイプであり、ボディ１５Ｂ、測定容器カップ１６Ｂ、ノズル１７Ｂ（導入管）を備えている。なお、ノズル１７Ｂは、ノズル１７Ａと同様の構成である。
【００６４】  ボディ１５Ｂは、樹脂製（例えば、ポリプロピレン樹脂）の成形品を組み合わせて構成したものであり、側面視略Ｌ字状に形成されている。また、ボディ１５Ｂは、測定容器カップ１６Ｂ（測定容器）が取り付けられる測定容器キャップ部１５ｉ（測定容器）と、手で把持する把持部（グリップ）１５ｂと、ノズル１７Ｂを保持する保持部１５ｃ，１５ｄ（図３（Ｂ）参照）と、を有している。
【００６５】  図３Ｂに示すように、ボディ１５Ｂの把持部１５ｂは、内部において上下方向に延びる空間Ｓ１０を有し、側面に把持部１５ｂの外部と連通する複数の通気口１５ｂ１が上下方向に間隔を置いて形成されている。なお、通気口１５ｂ１の形状、個数、配置などは、試料ガスを排気できるものであれば本実施形態に限定されるものではない。
【００６６】  ボディ１５Ｂの測定容器キャップ部１５ｉは、測定容器カップ１６Ｂと螺合する円筒形状の螺合部１５ｉ１が、ボディ１５Ｂの後部下面から下方に向けて突設されている。
【００６７】  また、ボディ１５Ｂは、測定容器キャップ部１５ｉの略円筒形状の空間Ｓと把持部１５ｂの空間Ｓ１０とを連通する連通空間Ｓ１１が形成されている。なお、連通空間Ｓ１１と空間Ｓ１０とで、特許請求の範囲に記載の空間が形成されている。
【００６８】  保持部１５ｃは、ボディ１５Ａと同様に、ノズル１７Ｂの細管１７ａを、固定くさび１８ａを介して保持している。
【００６９】  保持部１５ｄは、ノズル１７Ｂの試料ガス配管１７ｂを、固定くさび１８ｂを介して保持している。保持部１５ｄに形成された貫通孔１５ｄ２（貫通孔１５ｄ１に対応する）のノズル開放空間Ｓ２とは逆側の端部は、連通空間Ｓ１１と連通している。また、試料ガス配管１７ｂの端部は、連通空間Ｓ１１内に突出するように配置されている。さらに、試料ガス配管１７ｂの端部の位置を加熱プローブ１６ｆのピン１６ｆ２の直上に配置したり、ピン１６ｆ２の先端（上端）を試料ガス配管１７ｂの端部に近づけたりすることで、加熱プローブ１６ｆで加熱されて気化（昇華）する試料ガスを効率よく吸引することができる。
【００７０】  測定容器カップ１６Ｂは、加熱プローブ１６ｆと、カップ部１６ｇと、を有している。
【００７１】  加熱プローブ１６ｆは、固体試料（液体試料を乾固させて生じた固体を含む）を付着させるものであり、熱伝導性の良好な金属材料（例えば、アルミニウム合金）によって形成されている。
【００７２】  また、加熱プローブ１６ｆは、断面視略Ｔ字状に形成され、円板形状を呈する支持板１６ｆ１と、支持板１６ｆ１の径方向中心から上方に突出するピン１６ｆ２と、を有している。
【００７３】  ピン１６ｆ２の先端（上端）には、固体試料を付着、保持させ易くするための凹部１６ｆ３が形成されている。また、ピン１６ｆ２の先端は、カップ部１６ｇから測定容器キャップ部１５ｉの螺合部１５ｉ１内に突出している。
【００７４】  支持板１６ｆ１の下面には、周縁部に沿って下方に突出するリング部１６ｆ４が形成されている。
【００７５】  カップ部１６ｇは、略円筒形状を呈し、下端部に縮径する縮径部１６ｇ１が形成されている。カップ部１６ｇの底面には、ピン１６ｆ２の軸方向（上下方向）に貫通する円形の開口部１６ｇ２が形成されている。縮径部１６ｇ１の上面（内面）には、加熱プローブ１６ｆのリング部１６ｆ４が当接している。よって、加熱プローブ１６ｆは、カップ部１６ｇの開口部１６ｇ２を通らないようになっている。
【００７６】  また、カップ部１６ｇの外周面には、第１つば部１６ｇ３と第２つば部１６ｇ４が上下（軸方向）に間隔を置いて形成されている。また、カップ部１６ｇは、第１つば部１６ｇ３の上部に、測定容器キャップ部１５ｉの螺合部１５ｉ１と螺合する螺合部１６ｇ５が形成されている。
【００７７】  第１つば部１６ｇ３は、カップ部１６ｇの全周に渡って（環状に）形成されている。これにより、カップ部１６ｇを測定容器キャップ部１５ｉに螺合して取り付ける際に、螺合部１５ｉ１の端面（下端面）に当接してねじ込みが規制されることで、カップ部１６ｇの締付け過ぎが防止される。
【００７８】  第２つば部１６ｇ４は、第１つば部１６ｇ３から下方に離間した位置において全周に渡って（環状に）形成されている。第２つば部１６ｇ４を設けることにより、カートリッジ１０４Ｂを質量分析装置１００（図１Ａ参照）に取り付けたときに、下ヒータ１１０の高さ方向の位置を固定することができる。
【００７９】  図３Ｃに示すように、カップ部１６ｇには、リング部１６ｆ４（図３Ｂ参照）に対応する位置に、リング部１６ｆ４（図３Ｂ参照）に向けて突出する突起部１６ｇ６，１６ｇ６，１６ｇ６が周方向に等間隔（１２０°毎）で形成されている。この３点の突起部１６ｇ６の摩擦によって、加熱プローブ１６ｆがカップ部１６ｇに保持されている。なお、突起部１６ｇ６の数や位置については、適宜変更することができる。
【００８０】  図３Ｂに示すように、加熱プローブ１６ｆをカップ部１６ｇに取り付ける場合には、カップ部１６ｇの内側（螺合部１６ｇ５側）から加熱プローブ１６ｆを挿入し、リング部１６ｆ４を開口部１６ｇ２側に押し込むことで、リング部１６ｆ４が各突起部１６ｇ６（図３Ｃ参照）の先端を潰しながら押し込まれ、リング部１６ｆ４に３つの突起部１６ｇ６（図３Ｃ参照）が密着して保持される。
【００８１】  図３Ｄに示すように、例えば、加熱プローブ１６ｆに固体試料を付着させる場合には、加熱プローブ１６ｆを、ピン１６ｆ２の先端を下向きにした状態で、カップ部１６ｇを指でつまみ、固体試料に向けてピン１６ｆ２の先端を押し当てる。
【００８２】  このとき、支持板１６ｆ１がカップ部１６ｇの３つの突起部１６ｇ６（図３Ｃ参照）によって支持されているので、加熱プローブ１６ｆを逆さまにしたとしても、加熱プローブ１６ｆがカップ部１６ｇから脱落することがない。また、支持板１６ｆ１のリング部１６ｆ４がカップ部１６ｇの縮径部１６ｇ１に当接しているので、加熱プローブ１６ｆを固体試料に押し当てたときに、加熱プローブ１６ｆがカップ部１６ｇの開口部１６ｇ２から抜け出ることもない。
【００８３】  さらに、測定容器カップ１６Ｂにおける加熱プローブ１６ｆとカップ部１６ｇとの嵌め合わせについて説明する。ところで、カップ部１６ｇが樹脂製で、加熱プローブ１６ｆが金属製であるので、カップ部１６ｇの寸法が加熱プローブ１６ｆの寸法に対して小さすぎると加熱プローブ１６ｆをカップ部１６ｇに保持させることができなくなり、逆に大きすぎると測定容器カップ１６Ｂを逆さまにしたときに加熱プローブ１６ｆがカップ部１６ｇから脱落してしまう。そこで、いわゆるマイナス公差によって、突起部１６ｇ６（図６Ｃ参照）を型成形で作成し、加熱プローブ１６ｆの支持板１６ｆ１によって突起部１６ｇ６（図６Ｃ参照）の先端が潰れるように、加熱プローブ１６ｆをカップ部１６ｇに取り付けることで、加熱プローブ１６ｆをカップ部１６ｇに確実に嵌めることができる。
【００８４】  また、詳細については後記するが、測定時にヒータ（下ヒータ１１０、図４Ａ参照）が加熱プローブ１６ｆをカップ部１６ｇから脱離させて押し上げる（リフトアップする）必要がある。また、ヒータ（下ヒータ１１０、図４Ａ参照）は、サスペンション１５５（図４Ｂ参照）によって、ヒータ（下ヒータ１１０、図４Ａ参照）をカートリッジ１０４Ａ（図２Ａ参照）から離間させる方向に付勢している。このため、加熱プローブ１６ｆとカップ部１６ｇとの摩擦力が大き過ぎると、サスペンション１５５（図４Ｂ参照）のばね力が負けてヒータを押し上げることができなくなる。さらに、測定容器カップ１６Ｂ（図３Ａ参照）を逆さまにしたときに加熱プローブ１６ｆがカップ部１６ｇから脱落しないようにしないといけない。そこで、前記のようにマイナス交差によって、加熱プローブ１６ｆをカップ部１６ｇに取り付けることにより、加熱プローブ１６ｆをカップ部１６ｇに取り付ける際には、ある程度の力が必要になるが、測定時にヒータ（下ヒータ１１０、図４Ａ参照）の押し上げによって加熱プローブ１６ｆをカップ部１６ｇから脱離させる場合には、加熱プローブ１６ｆのリング部１６ｆ４と突起部１６ｇ６（図３Ｃ参照）との間の摩擦抵抗のみであるので、取り付ける場合よりも大きな力を必要とすることがない。さらに、加熱プローブ１６ｆを取り外す方向に、突起部１６ｇ６を勾配させること（抜き勾配）により、加熱プローブ１６ｆを取り付けるときよりも、取り外すときの抵抗を少なくすることができる。また、加熱プローブ１６ｆをアルミニウム合金などの軽い金属材料で形成することにより、測定容器カップ１６Ｂを逆さまにしたときに、加熱プローブ１６ｆがカップ部１６ｇから脱落することがない。
【００８５】  次に、図４Ａおよび図４Ｂを参照して、下ヒータ１１０と上ヒータ１２０の動作機構について説明する。本実施形態の質量分析装置１００は、カートリッジ１０４Ａ（図２Ａ参照）を所定の位置に載置（セット）した後に、カートリッジ１０４Ａ（図２Ａ参照）を所定の方向（前方、スライドバルブ１０３の方向）へ移動させることによって、下ヒータ１１０と上ヒータ１２０がカートリッジ１０４Ａ（図２Ａ参照）の所定の位置（カートリッジ１０４Ａに密着する位置）に動作するように構成されている。
【００８６】  図４Ａは、上ヒータと下ヒータを支持する構造を示す側面図、図４Ｂは、下ヒータの詳細な支持構造を示す側面図である。なお、図４Ａでは、カートリッジ１０４Ａの図示を省略している。  図４Ａに示すように、質量分析装置１００は、ベース１３０、Ｙ軸後ステージ１４０、Ｙ軸前ステージ１５０、Ｘ軸ステージ１６０などを備えている。なお、以下では、カートリッジ１０４Ａ（図２Ａ参照）が動作する方向を前後方向として説明し、その前後方向に対して水平に直交する方向を左右方向として説明する。また、Ｙ軸は、前後方向に対応し、Ｘ軸は左右方向に対応している。
【００８７】  ベース１３０上には、前後方向に延びるレール１３１が設けられている。レール１３１には、ベアリング１３２を介してＹ軸後ステージ１４０が前後方向に移動可能に支持されている。また、レール１３１には、ベアリング１３３を介してＹ軸前ステージ１５０が前後方向に移動可能に支持されている。
【００８８】  また、Ｙ軸前ステージ１５０上には、左右方向（紙面垂直方向）に延びるレール１５１が設けられている。レール１５１には、ベアリング１５２を介してＸ軸ステージ１６０が左右方向に移動可能に支持されている。
【００８９】  Ｘ軸ステージ１６０側には、上ヒータ１２０が設けられている。また、Ｘ軸ステージ１６０には、鉛直方向下方（ベース１３０側）に向けて延びるガイドローラシャフト１６１が固定されている。ガイドローラシャフト１６１の先端（下端）には、ガイドローラ１６２が設けられ、ガイドローラ１６２がベース１３０に形成された案内孔１３４（カム溝、図５Ａ参照）に配置されている。
【００９０】  Ｙ軸前ステージ１５０には、鉛直方向下方に延びるシャフト１５３が固定されている。シャフト１５３には、ヒータベース１１１が昇降可能に支持されている。ヒータベース１１１上には、下ヒータ１１０が設けられている。また、ヒータベース１１１の側面には、軸を有するガイドローラ１１２が設けられている。
【００９１】  下ヒータ１１０は、銅製のヒータブロック内にセラミックヒータ（例えば、５Ｗ）が内蔵されたものであり、円柱形状を呈している。また、下ヒータ１１０の直径は、カートリッジ１０４Ｂの加熱プローブ１６ｆ（図３Ｂ参照）のリング部１６ｆ４の内径よりも短く形成されている。なお、図示していないが、下ヒータ１１０には、後記する上ヒータ１２０と同様に、熱電対や温度ヒューズが設けられ、これらが配線を介して制御回路３８（図１Ａ参照）と接続されている。
【００９２】  ベース１３０には、案内孔（カム溝）１７０が形成された案内板１７１がベース１３０から垂下するように固定されている。案内孔１７０は、斜め前方上向きに延びる傾斜部１７０ａと、傾斜部１７０ａの上端部から水平方向前方に延びる直線部１７０ｂと、を有している。また、案内孔１７０には、ヒータベース１１１に設けられたガイドローラ１１２が配置されている。これによりＹ軸前ステージ１５０が前方に移動することによって、ガイドローラ１１２が案内孔１７０の傾斜部１７０ａに案内されながら上昇し、下ヒータ１１０が上昇するようになっている。
【００９３】  図４Ｂに示すように、下ヒータ１１０とヒータベース１１１との間にはサスペンション１５５が設けられている。このサスペンション１５５によって、下ヒータ１１０がカートリッジ１０４Ａの測定容器カップ１６Ａの底に、または、下ヒータガイド１１０ａがカートリッジ１０４Ｂの第２つば部１６ｇ４に密着するように高さを調整することができる。
【００９４】  また、Ｙ軸前ステージ１５０とベース１３０に固定された壁２００との間には、Ｙ軸前ステージ１５０を後方（Ｙ軸後ステージ１４０側）に付勢するサスペンション１５６が設けられている。このサスペンション１５６の付勢力によって、Ｙ軸前ステージ１５０が後方に付勢されている。なお、Ｙ軸前ステージ１５０の後方にサスペンション１５６を設けて、Ｙ軸前ステージ１５０を後方から引っ張るようにしてもよい。すなわち、Ｙ軸前ステージ１５０は、サスペンション１５６の付勢力を受けながら前進するようになっている。
【００９５】  図５Ａは、本発明の実施形態に係る質量分析装置（液体用カートリッジ装着）を示す平面図（第１状態）、図５Ｂは、本発明の実施形態に係る質量分析装置（液体用カートリッジ装着）を示す正面図（第１状態）、図５Ｃは、本発明の実施形態に係る質量分析装置（液体用カートリッジ装着）を示す側面図（第１状態）、図５Ｄは、ピンチバルブの弁体側を示す正面図である。なお、第１状態とは、質量分析装置１００の本体にカートリッジ１０４Ａを取り付けたときの初期の状態である。なお、図５Ａでは、上ヒータ１２０がカートリッジ１０４Ａを挟んで左右対称に設けられるので、一方（前方に向かって左側）の上ヒータ１２０のみを図示して説明し、他方の上ヒータの説明については省略する。
【００９６】  図５Ａに示すように、質量分析装置１００は、カートリッジ１０４Ａを収容する収容箱１７２を備えている。なお、図５Ａでは、カートリッジ１０４Ａのノズル１７Ａと、ボディ１５Ａ（図２Ａ参照）の凹み部（えぐれ部分）１５ａ１とが明確になる状態を図示している。また、図５Ａのカートリッジ１０４Ａに重ねて示す前側の破線の小さい丸印は、第１状態での下ヒータ１１０の位置を示し、後側の破線の丸印は、測定容器カップ１６Ａの位置を示している。
【００９７】  収容箱１７２は、カートリッジ１０４Ａを収容する合成樹脂製（例えば、ＰＥＥＫ材）のものであり、カートリッジ１０４Ａの左側方に位置する側板１７２ａ、前方に位置する前板１７２ｂ、後方に位置する後板１７２ｃ、下方に位置する底板１７２ｄ（図５Ｂ参照）を有している。収容箱１７２の上方は全体が開放しており、カートリッジ１０４Ａを収容箱１７２の上方から下降させて載置できるようになっている。なお、底板１７２ｄ（図５Ｂ参照）は、下ヒータ１１０の動作やピンチバルブ１０５の動作を妨げないように収容箱１７２の下方と連通する構造を有している。
【００９８】  収容箱１７２の側板１７２ａには、上ヒータ１２０が導入されるヒータ導入孔１７３が形成されている。なお、図５Ａに示す収容箱１７２は、ヒータ導入孔１７３を高さ方向（上下方向）の略中央で切断したときの状態を図示している。ヒータ導入孔１７３の位置は、カートリッジ１０４Ａを収容箱１７２にセットしたときに、カートリッジ１０４Ａの凹み部１５ａ１の位置と、弾性チューブ１７ｃの一部（ピンチバルブ１０５の試料ガスが流れる上流側）に対応している。
【００９９】  また、収容箱１７２の前板１７２ｂには、カートリッジ１０４Ａを収容箱１７２に載置したときに、ノズル１７Ａが通る凹形状の切欠き１７４が形成されている。
【０１００】  上ヒータ１２０は、測定容器の上部、つまり気化した測定試料（液体試料）が滞留する部分を加熱するものであり、平面視略矩形状を呈している。また、上ヒータ１２０は、例えば、セラミックヒータ１２０ａ（例えば、５Ｗ）を銅製のヒータブロック１２０ｂで挟み込むことで構成されている。セラミックヒータ１２０ａは、配線（不図示）を介して制御回路３８（図１Ａ参照）と接続されている。
【０１０１】  また、上ヒータ１２０は、前記凹み部１５ａ１に面接触する四角形状の端面１２０ｄを有している。また、上ヒータ１２０の左右方向の先端には、前後方向の前端に、端面１２０ｄから前方に延びる爪部１２０ｓ（突起部）が形成されている。この爪部１２０ｓも、銅製のヒータブロックで構成され、セラミックヒータ１２０ａによって加熱されるようになっている。
【０１０２】  また、ヒータブロック１２０ｂには、セラミックヒータ１２０ａの近傍に上ヒータ１２０の温度計側用の熱電対１２０ｃが内蔵されている。熱電対１２０ｃも制御回路３８（図１Ａ参照）と接続されている。また、上ヒータ１２０には、異常加熱防止用の温度ヒューズ（不図示）などが設けられている。
【０１０３】  また、上ヒータ１２０は、樹脂ブロック１２１（樹脂部材）にねじ固定され、樹脂ブロック１２１が一対のアーム１２２，１２２に支持されている。アーム１２２，１２２は、Ｘ軸ステージ１６０に着脱可能にねじ固定されている。
【０１０４】  また、Ｙ軸前ステージ１５０上には、フォトセンサ１５４が設けられている。Ｘ軸ステージ１６０には、左右方向に延びる板状の遮光板１６３が設けられている。遮光板１６３は、フォトセンサ１５４側に延びてＸ軸ステージ１６０に片持ち状態で支持されている。Ｘ軸ステージ１６０が第１状態から右方向（カートリッジ１０４Ａ側）の所定の位置に移動したときに、フォトセンサ１５４に入射される光が遮光板１６３によって遮光されるようになっている。これにより、上ヒータ１２０が規定の位置（測定開始位置、加熱開始位置）に至ったことを、制御回路３８（図１Ａ参照）によって判定される。
【０１０５】  樹脂ブロック１２１は、例えばＰＥＥＫ材などで形成されている。ＰＥＥＫ材は、いわゆるエンジニアリングプラスチックであり、強度が高く、軽量で、良好な耐熱性（例えば、２５０℃以上）を有している。
【０１０６】  一対のアーム１２２，１２２（金属部材）は、例えばアルミ合金製であり、Ｘ軸ステージ１６０からカートリッジ１０４Ａ側に延び、基端がＸ軸ステージ１６０にネジ固定されている。また、上ヒータ１２０が固定された樹脂ブロック１２１とＸ軸ステージ１６０との間は、上ヒータ１２０をカートリッジ１０４Ａの方向に付勢する圧縮コイルばね１２３（付勢部材）が設けられている。
【０１０７】  図５Ｂに示すように、上ヒータ１２０の爪部１２０ｓは、弾性チューブ１７ｃの高さ位置に形成され、端面１２０ｄが凹み部１５ａ１に密着したときに、露出する弾性チューブ１７ｃの左側の上半分を覆うことができるように円弧状に形成されている。
【０１０８】  樹脂ブロック１２１は、正面視略Ｌ字状に形成され、右側方に延びる延出部１２１ａの上面に上ヒータ１２０がねじ固定されている。また、樹脂ブロック１２１の側面には、軸部１２１ｂ，１２１ｃが間隔を空けて形成されている。なお、樹脂ブロック１２１の反対側の側面にも同様にして軸部１２１ｂ，１２１ｃが形成されている。
【０１０９】  アーム１２２の先部には、軸部１２１ｂが左右方向に移動可能に摺動するＵ字状の切欠溝１２２ａと、軸部１２１ｃが左右方向に移動可能に摺動する長孔１２２ｂが形成されている。軸部１２１ｂ，１２１ｃは、第１状態において、切欠溝１２２ａの左端から離間した位置、また長孔１２２ｂの左端から離間した位置となるように位置決めされている。
【０１１０】  このように、金属（銅製の上ヒータ１２０）が樹脂（樹脂ブロック１２１）に支持され、この樹脂（樹脂ブロック１２１）が金属（ステンレス製のアーム１２２）に支持されている。また、樹脂（樹脂ブロック１２１）は、金属（ステンレス製のアーム１２２）によって軸支されている。また、樹脂（樹脂ブロック１２１）は、圧縮コイルばね１２３を介してＸ軸ステージ１６０に支持されている。したがって、上ヒータ１２０からの伝熱経路が限定されるので、上ヒータ１２０の熱が上ヒータ１２０を支持する側に拡散し難くなり、その結果として消費電力を抑えることが可能になる。
【０１１１】  また、ベース１３０には、Ｘ軸ステージ１６０に固定されたガイドローラシャフト１６１のガイドローラ１６２を案内する案内孔（カム溝）１３４が形成されている。案内孔１３４は、斜め右前方に延びる傾斜部１３４ａ（図５Ａ参照）と、傾斜部１３４ａの前端において前方に延びる直線部１３４ｂ（図５Ａ参照）と、を有している。
【０１１２】  これにより、Ｙ軸前ステージ１５０（図５Ａ参照）が前方に移動することによって、ガイドローラ１６２が案内孔１３４の傾斜部１３４ａ（図５Ａ参照）に沿って案内され、上ヒータ１２０が右側（カートリッジ１０４Ａ側）に向けて移動するようになっている。
【０１１３】  図５Ｃに示すように、Ｙ軸後ステージ１４０には、ピンチバルブ先端１２が設けられ、ベース１３０には、ピンチバルブ駆動部１３が設けられている。このように、ピンチバルブ１０５（図１Ａ参照）は、ピンチバルブ１０５（図１Ａ参照）の弁体側（ピンチバルブ先端１２）と、ピンチバルブ駆動部１３とが分離して設けられている。
【０１１４】  ピンチバルブ１０５（図１Ａ参照）の弁体側は、カートリッジ１０４Ａの弾性チューブ１７ｃに押し当てて閉弁するピンチバルブ先端１２と、ピンチバルブ先端１２を上方に向けて付勢する圧縮コイルばね１８１と、ピンチバルブ先端１２から鉛直方向下方に延びる連結板１８２と、を備えている。連結板１８２には、ピンチバルブ駆動部１３の連結ピン１３７と連結される連結孔１８３が形成されている。
【０１１５】  一方、ピンチバルブ駆動部１３は、電磁作動式のものであり、ベース１３０に固定されたピンチバルブベース１３５上に固定されている。また、ピンチバルブ駆動部１３は、駆動部１３６と連結ピン１３７とを有している。
【０１１６】  連結ピン１３７の先端（上端）は、連結孔１８３側に向けて側面視Ｌ字状に曲げ形成されている。また、連結ピン１３７は、駆動部１３６内の電磁コイルが通電（励磁）状態になることで、連結ピン１３７が下降し、電磁コイルが非通電状態になることにより、駆動部１３６内に設けられたばね（不図示）で上方に付勢されることで、連結ピン１３７が初期状態に復帰するようになっている。したがって、ピンチバルブ１０５（図１Ａ参照）を開弁するときのみ電力が消費されるので、省電力化が可能になり、質量分析装置１００の小型軽量化が可能になる。
【０１１７】  図５Ｄに示すように、ピンチバルブ先端１２には、鉛直方向下方に向けて連結板１８２が一体に延びている。この連結板１８２は、Ｙ軸後ステージ１４０の下方に向けて貫通している。また、連結板１８２には、Ｙ軸後ステージ１４０の上方において、一対のつば部１８２ａ，１８２ａが形成されている。このつば部１８２ａとＹ軸後ステージ１４０の間には圧縮コイルばね１８１が介装され、ピンチバルブ先端１２を上方に付勢している。
【０１１８】  図４Ａ、図５Ａないし図５Ｃに示す状態が第１状態である。すなわち、第１状態は、カートリッジ１０４Ａ（図５Ａないし図５Ｃ参照）が質量分析装置１００に載せられたときの状態（初期位置）であり、Ｙ軸後ステージ１４０とＹ軸前ステージ１５０とが前後方向に離間し、さらにＹ軸前ステージ１５０が、スライドバルブ１０３（図４Ａ参照）とカートリッジ１０４Ａとを隔てる壁２００から後方に離間している。
【０１１９】  図６Ａは、本発明の実施形態に係る質量分析装置（液体用の測定容器を装着）を示す平面図（第２状態）、図６Ｂは、本発明の実施形態に係る質量分析装置（液体用の測定容器を装着）を示す側面図（第２状態）である。  図６Ａに示すように、カートリッジ１０４Ａを収容箱１７２にセットした（図５Ａ参照）後、例えば、カートリッジ１０４Ａを前方に移動させると（押し込むと）、カートリッジ１０４ＡとともにＹ軸後ステージ１４０が前方へ移動し、Ｙ軸後ステージ１４０前面がＹ軸前ステージ１５０に当接する。この当接した状態が第２状態である。
【０１２０】  図６Ａに示す第２状態に至ると、上ヒータ１２０とヒータ導入孔１７３との前後方向の位置が一致する。すなわち、上ヒータ１２０の端面１２０ｄの位置と、カートリッジ１０４Ａの凹み部１５ａ１の位置および弾性チューブ１７ｃの一部の位置とが互いに対向する。
【０１２１】  また、Ｙ軸後ステージ１４０が前方に移動することで、収容箱１７２に収容されたカートリッジ１０４Ａが前進し、細管１７ａがスライドバルブ１０３（図１Ａ参照）に挿入されるとともにスライドバルブ１０３（図１Ａ参照）が開弁する。
【０１２２】  図６Ｂに示すように、Ｙ軸後ステージ１４０がＹ軸前ステージ１５０に当接すると、測定容器カップ１６Ａと、下ヒータ１１０との前後方向の位置が一致する（二重の破線参照）。
【０１２３】  このように、上ヒータ１２０は、図６Ａに示すように、Ｙ軸前ステージ１５０に支持されているので、図５Ａに示す第１状態から図６Ａに示す第２状態に至る過程では、Ｙ軸前ステージ１５０は移動しない。よって、上ヒータ１２０を案内するガイドローラ１６２は移動せず、案内孔１３４の傾斜部１３４ａの後端に位置したままである。また、図５Ｃに示す第１状態から図６Ｂに示す第２状態に至る過程では、図６Ｂに示すように、下ヒータ１１０を案内するガイドローラ１１２も移動せず、案内孔１７０の傾斜部１７０ａの下端に位置したままである。
【０１２４】  また、図６Ｂに示す第２状態では、ピンチバルブ１０５（図１Ａ参照）の弁体側（ピンチバルブ先端１２）は、ピンチバルブ駆動部１３とは連結していない状態である。よって、第２状態では、ピンチバルブ先端１２が、圧縮コイルばね１８１の付勢力によって弾性チューブ１７ｃを押し上げており、ピンチバルブ１０５（図１Ａ参照）は閉弁状態である。
【０１２５】  図７Ａは、本発明の実施形態に係る質量分析装置（液体用の測定容器を装着）を示す平面図（第３状態）、図７Ｂは、本発明の実施形態に係る質量分析装置（液体用の測定容器を装着）を示す正面図（第３状態）、図７Ｃは、本発明の実施形態に係る質量分析装置（液体用の測定容器を装着）を示す側面図（第３状態）である。  そして、Ｙ軸後ステージ１４０がＹ軸前ステージ１５０にドッキングした状態でさらに前方（矢印方向）へ移動すると、Ｙ軸後ステージ１４０とＹ軸前ステージ１５０とが一体となって前方に移動し、図７Ａないし図７Ｃに示す第３状態に至る。このとき、図６Ａに示す第２状態から図７Ａに示す第３状態に至る過程では、上ヒータ１２０とヒータ導入孔１７３との前後方向における相対的な位置は変わることなく前方に移動する。また、図６Ｂに示す第２状態から図７Ｃに示す第３状態に至る過程では、下ヒータ１１０と測定容器カップ１６Ａとの前後方向における相対的な位置は変わることなく前方に移動する。
【０１２６】  また、図６Ａに示す第２状態から図７Ａに示す第３状態に至る過程では、ガイドローラ１６２が案内孔１３４の傾斜部１３４ａに案内されるとともに、上ヒータ１２０がヒータ導入孔１７３に向けて移動する。そして、ガイドローラ１６２が案内孔１３４の傾斜部１３４ａの前端に至ると、上ヒータ１２０の端面１２０ｄがカートリッジ１０４Ａの凹み部１５ａ１に密着する。
【０１２７】  このように、Ｙ軸後ステージ１４０とＹ軸前ステージ１５０の２つのステージに分けることにより、上ヒータ１２０とヒータ導入孔１７３との相対的な位置を変えることなく前進させることができ、上ヒータ１２０をヒータ導入孔１７３に容易に導入することができ、また、同様に、下ヒータ１１０と測定容器カップ１６Ａとの相対的な位置を変えることなく前進させることができ、下ヒータ１１０を測定容器カップ１６Ａの底面１６ｈ（図２Ａ参照）に容易に密着させることができる。
【０１２８】  ところで、カートリッジ１０４Ａと上ヒータ１２０との接触の仕方によって伝熱性に差が生じることになる。例えば、点接触や線接触では、熱抵抗が大きくなり、温度がなかなか上昇しなくなる。そこで、本実施形態では、圧縮コイルばね１２３（サスペンション）を介して上ヒータ１２０をカートリッジ１０４Ａの凹み部１５ａ１に面同士で密着させることにより、短時間でカートリッジ１０４Ａのヘッドスペース２１（図１Ａ参照）を加熱することが可能になる。これにより、消費電力を抑えることができ、小型軽量化を実現でき、さらには可搬型の質量分析装置１００を実現できる。
【０１２９】  また、下ヒータ１１０についても、測定容器カップ１６Ａの底面１６ｈ（図２Ａ参照）に密着しないと、下ヒータ１１０の熱容量が上がってしまって、消費電力が上昇することになる。しかし、本実施形態では、下ヒータ１１０をサスペンション１５５（図４Ｂ参照）を介して測定容器カップ１６Ａに密着させることで、消費電力の削減を実現でき、小型軽量化および可搬型の質量分析装置１００を実現できる。
【０１３０】  また、ガイドローラ１６２が案内孔１３４の傾斜部１３４ａの前端に至ると、遮光板１６３によってフォトセンサ１５４への光の入射が遮断されることで、制御回路３８（図１Ａ参照）によって上ヒータ１２０が規定の位置（凹み部１５ａ１に密着した位置）に至ったことを判定できる。このように、上ヒータ１２０が規定の位置に至ったことを検知することで、上ヒータ１２０の動作異常を検出することができる。
【０１３１】  また、図７Ｂに示すように、ガイドローラ１６２が案内孔１３４の傾斜部１３４ａ（図７Ａ参照）の前端に至ると、樹脂ブロック１２１に固定された上ヒータ１２０が圧縮コイルばね１２３の付勢力を受けて、樹脂ブロック１２１の軸部１２１ｂが切欠溝１２２ａ内を、また軸部１２１ｃが長孔１２２ｂ内をそれぞれ移動することで、上ヒータ１２０の端面１２０ｄを凹み部１５ａ１に密着させることができる。
【０１３２】  ところで、測定試料（液体または固体）が加熱されて高温の試料ガスが上昇すると、カートリッジ１０４Ａのボディ１５Ａの測定容器キャップ部１５ａの内面やカートリッジ１０４Ｂの試料ガス配管１７ｂがコールドスポットとなることで、試料ガスが吸着されたり、水分が結露したりして、感度が出なかったりする（性能が落ちる）ことがある。また、結露すると、液体がイオン源１０２や真空チャンバ３０に入り込み、真空ポンプの排気動作に障害が出る可能もある。そこで、本実施形態では、上ヒータ１２０を設けて、測定容器カップ１６Ａの上部を含む試料ガス（気化した測定試料）が滞留する部分を加熱することで、結露を防止して、感度向上（性能アップ）を図ることが可能になる。
【０１３３】  また、上ヒータ１２０の爪部１２０ｓは、凹み部１５ａ１とピンチバルブ１０５（図１Ａ参照）との間の弾性チューブ１７ｃが露出する部分の半分を覆うようになっている。なお、図７Ｂでは、弾性チューブ１７ｃに、爪部１２０ｓが接触した状態を図示しているが、爪部１２０ｓを弾性チューブ１７ｃから離間させた状態で配置するようにしてもよい。ところで、爪部１２０ｓによって弾性チューブ１７ｃのピンチバルブ１０５（図１Ａ参照）の上流側のみを加熱するのは、弾性チューブ１７ｃのピンチバルブ１０５の上流側については試料ガスが滞留する可能性があり、弾性チューブ１７ｃのピンチバルブ１０５の下流側（減圧側）については、減圧されて断熱膨張しているので、結露し難く、また、ピンチバルブ１０５を開けたときに試料ガスが高速で導入されるので結露とか吸着し難くなっているからである。
【０１３４】  そして、上ヒータ１２０がカートリッジ１０４Ａの所定の位置に密着した状態を維持しながら、ガイドローラ１６２が案内孔１３４の傾斜部１３４ａ（図７Ａ参照）から直線部１３４ｂ（図７Ａ参照）を移動する。最終的に、ガイドローラ１６２は、直線部１３４ｂで位置決めされることになる。
【０１３５】  Ｙ軸前ステージ１５０（図４Ａ参照）は、サスペンション１５６（図４Ａ参照）によって、第２状態に戻る方向（後方）に付勢されているので、Ｘ軸ステージ１６０上の上ヒータ１２０についてもサスペンション１５６（図４Ａ参照）の付勢力（弾性復帰力）によって第２状態に戻る戻り力（付勢力）が作用することになる。ちなみに、第３状態において、ガイドローラ１６２を傾斜部１３４ａ（図７Ａ参照）で位置決めしようとすると、サスペンション１５６の弾性復帰力を受けて上ヒータ１２０が第２状態に戻ることになる。しかし、本実施形態では、ガイドローラ１６２を直線部１３４ｂで位置決めすることで、ガイドローラ１６２に対してサスペンション１５６による戻り力Ｆ１（図７Ａ参照）が作用したとしても、直線部１３４ｂによってガイドローラ１６２の移動（戻り）を規制できる（バックラッシュを防止できる）。
【０１３６】  また、傾斜部１３４ａ（図７Ａ参照）で上ヒータ１２０を位置決めしようとすると、傾斜部１３４ａの位置によって、上ヒータ１２０の左右方向の位置が変化してしまう。しかし、本実施形態では、直線部１３４ｂ（図７Ａ参照）で上ヒータ１２０を位置決めしているので、カートリッジ１０４Ａの位置が多少前後したとしても、上ヒータ１２０の左右方向の位置が変化することはない。すなわち、直線部１３４ｂで上ヒータ１２０の位置決めをすることにより、機械的な精度で上ヒータ１２０の左右方向の位置が決まることになる。
【０１３７】  図６Ｂに示す第２状態から図７Ｃに示す第３状態に至る過程では、ガイドローラ１１２が案内孔１７０の傾斜部１７０ａを上昇するとともに、ヒータベース１１１とともに下ヒータ１１０が上昇する。そして、ガイドローラ１１２が傾斜部１７０ａの上端に至ると、下ヒータ１１０がカートリッジ１０４Ａの測定容器カップ１６Ａの底に、または、下ヒータガイド１１０ａがカートリッジ１０４Ｂの第２つば部１６ｇ４に密着する。
【０１３８】  このように、Ｙ軸後ステージ１４０とＹ軸前ステージ１５０の２つのステージに分けることにより、下ヒータ１１０を測定容器カップ１６Ａの底面１６ｈに容易に接触させることができる。
【０１３９】  そして、下ヒータ１１０が測定容器カップ１６Ａの底面１６ｈに密着した状態を維持しながら、ガイドローラ１１２が案内孔１７０の傾斜部１７０ａから直線部１７０ｂを移動する。最終的に、ガイドローラ１１２は、直線部１７０ｂで位置決めされる。
【０１４０】  ヒータベース１１１を、第３状態において、ガイドローラ１１２を傾斜部１７０ａで位置決めしようとすると、サスペンション１５５の弾性復帰力を受けて下ヒータ１１０が第２状態の方向に戻ることになる。しかし、本実施形態では、ガイドローラ１１２を直線部１７０ｂで位置決めすることで、ガイドローラ１１２に対してサスペンション１５５（図４Ｂ参照）による戻り力Ｆ２（図７Ｃ参照）が作用したとしても、直線部１７０ｂによってガイドローラ１１２の移動（戻り）を規制できる。
【０１４１】  また、傾斜部１７０ａで下ヒータ１１０を位置決めしようとすると、傾斜部１７０ａの位置によって、下ヒータ１１０の上下方向の位置が変化してしまう。しかし、本実施形態では、直線部１７０ｂで下ヒータ１１０を位置決めしているので、カートリッジ１０４Ａの位置が多少前後したとしても、下ヒータ１１０の上下方向の位置が変化することはない。すなわち、直線部１７０ｂで下ヒータ１１０の位置決めをすることにより、機械的な精度で下ヒータ１１０の上下方向の位置が決まることになる。
【０１４２】  一方、Ｙ軸後ステージ１４０がＹ軸前ステージ１５０に当接した（ドッキングした）第２状態（図６Ｂ参照）では、ピンチバルブ１０５（図１Ａ参照）の連結板１８２がピンチバルブ駆動部１３から離間している。この状態では、ピンチバルブ先端１２が圧縮コイルばね１８１の付勢力によって押し上げられており、ピンチバルブ先端１２によってノズル１７Ａの弾性チューブ１７ｃがつぶされ、閉弁状態となっている。なお、第１状態も同様である（図５Ｃ参照）。
【０１４３】  そして、Ｙ軸後ステージ１４０とＹ軸前ステージ１５０とが一体となって前方に移動した第３状態（図７Ｃ参照）に至ると、連結板１８２がピンチバルブ駆動部１３と連結される。すなわち、ピンチバルブ駆動部１３の連結ピン１３７が連結板１８２に形成された連結孔１８３に挿通される。
【０１４４】  このように、ピンチバルブ駆動部１３をベース１３０側に固定して、ピンチバルブ駆動部１３とピンチバルブ１０５（図１Ａ参照）の弁体側（ピンチバルブ先端１２）とを分離して構成したことにより、カートリッジ１０４Ａを第１状態から第２状態を経て、第３状態に動作させる際に、ピンチバルブ駆動部１３の重さによる負荷を軽減できる。
【０１４５】  試料ガス投入時には、制御回路３８（図１Ａ参照）によって、駆動部１３６が通電されることで、連結ピン１３７が引き下げられ、ピンチバルブ先端１２が圧縮コイルばね１８１の付勢力に抗しながら引き下げられ、ピンチバルブ１０５（図１Ａ参照）が開弁状態となる。そして、制御回路３８によって、非通電状態にされることで、連結ピン１３７が駆動部１３６内の図示しないばねの力で押し戻され、ピンチバルブ先端１２が圧縮コイルばね１８１の付勢力を受けて弾性チューブ１７ｃがつぶされ、閉弁状態となる。
【０１４６】  ところで、質量分析装置１００を小型軽量化にする場合には、いろいろな場所にヒータを設置することができない。そこで、本実施形態では、下ヒータ１１０と上ヒータ１２０のように、測定試料を加熱するヒータを局所的に設けることにより、質量分析装置１００を作動させるのに必要な電力を削減でき、省電力化によって小型軽量化を実現することができる。また、気化した測定試料（試料ガス）を加熱する上ヒータ１２０を設けることにより、結露を防止できるとともに、感度向上（性能アップ）でき、高精度な質量分析装置を提供できる。
【０１４７】  図８Ａは、本発明の実施形態に係る質量分析装置（固体用の測定容器を装着）を示す側面図（第１状態）、図８Ｂは、本発明の実施形態に係る質量分析装置（固体用の測定容器を装着）を示す側面図（第２状態）、図８Ｃは、本発明の実施形態に係る質量分析装置（固体用の測定容器を装着）を示す側面図（第３状態）である。なお、液体用のカートリッジ１０４Ａと、固体用のカートリッジ１０４Ｂ（試料導入部）とは、共通の質量分析装置１００で行われる。また、開閉バルブ４５（図１Ａ参照）は閉じている。
【０１４８】  図８Ａに示すように、第１状態では、液体用のカートリッジ１０４Ａの場合と同様に、Ｙ軸後ステージ１４０がＹ軸前ステージ１５０から後方に離間し、下ヒータ１１０の後方に測定容器カップ１６Ｂが位置している。
【０１４９】  そして、図８Ａ（第１状態）から図８Ｂ（第２状態）に至ると、つまりＹ軸後ステージ１４０が前方に移動してＹ軸前ステージ１５０に当接すると、測定容器カップ１６Ｂの真下に下ヒータ１１０が位置する。
【０１５０】  そして、図８Ｂ（第２状態）から図８Ｃ（第３状態）に至ると、つまりＹ軸後ステージ１４０とＹ軸前ステージ１５０とが一体となって前方に移動して壁２００に当接すると、下ヒータ１１０によって加熱プローブ１６ｆが持ち上げられ（リフトアップされ）、下ヒータ１１０の上に加熱プローブ１６ｆが乗った状態になる。このとき、下ヒータ１１０の直径がカップ部１６ｇの開口部１６ｇ２の直径よりも短く形成されているので、下ヒータ１１０と開口部１６ｇ２との間に隙間Ｔ１が形成される。また、加熱プローブ１６ｆの支持板１６ｆ１がカップ部１６ｇの突起部１６ｇ６（図３Ｃ参照）によって支持されているので、リフトアップによって、支持板１６ｆ１とカップ部１６ｇの内周壁面との間に隙間Ｔ２が形成される。このように隙間Ｔ１，Ｔ２が形成されることにより、図８Ｃにおいて矢印で示すように空気が上昇する流路が形成される。
【０１５１】  このようにすることで、下ヒータ１１０の熱を効率よく加熱プローブ１６ｆに伝えることができるだけでなく、下ヒータ１１０も加熱プローブ１６ｆも測定容器カップ１６Ｂに接触していないため、下ヒータ１１０の温度を１５０℃〜２００℃にする必要があっても、測定容器カップ１６Ｂを樹脂製にすることができ、カートリッジ１０４Ｂのコストを低減することができる。
【０１５２】  ところで、測定試料（固体試料）を加熱すると、測定試料からはいろいろな成分のガス（余計なガス）が沢山出るので、そのような余計なガスはカートリッジ１０４Ｂから排出する必要がある。そこで、前記のように、カートリッジ１０４Ｂを煙突構造にすることで、上昇気流が発生し、新鮮な空気を取り込むことができるので、高精度な質量分析が可能になる。
【０１５３】  なお、測定試料の種類によっては、加熱することで異臭（強い臭い）を発生するものもあるので、カートリッジ１０４Ｂの把持部１５ｂ（煙突部分）の空間Ｓ１０に板状の吸着材（活性炭フィルタなど）を、空気の流れの妨げにならないように配置して、臭い成分を軽減するようにしてもよい。
【０１５４】  図９は、本発明の第１の実施形態に係る質量分析装置１００で実施される質量分析方法のフローチャートである。なお、以下では、測定試料が液体の場合について説明する。  まず、オペレータによって質量分析装置１００の電源が入れられると、質量分析装置１００（制御回路３８）が起動する。制御回路３８は、図９に示すステップＳ１において、ターボ分子ポンプ３６や粗引きポンプ３７や真空ゲージ３５等を用いた制御により、自動的に真空チャンバ３０の排気を行う。制御回路３８は、真空ゲージ３５によって真空チャンバ３０内の真空度（変化）をモニタして、真空チャンバ３０内の真空度が規定の真空度に到達したか否かを判定する。規定の真空度に到達したと判定した後に、ステップ２に進む。
【０１５５】  ステップＳ２で、オペレータは、図２Ｂに示すように、カートリッジ１０４Ａから測定容器カップ１６Ａを外し、測定容器カップ１６Ａに測定試料１８（液体）を入れる。オペレータは、カートリッジ１０４Ａに測定容器カップ１６Ａを取り付ける。オペレータは、図５Ａないし図５Ｃに示すように、カートリッジ１０４Ａを、本体（質量分析装置１００の本体）に取り付ける（セットする）。
【０１５６】  カートリッジ１０４Ａを本体にセットすることにより、ピンチバルブ１０５（ピンチバルブ先端１２）によって、弾性チューブ１７ｃが押しつぶされて流路が閉じられ、ピンチバルブ１０５は閉弁状態となる。このピンチバルブ１０５の閉弁状態は、ステップＳ７の終了まで、継続する。また、カートリッジ１０４Ａを本体にセットすると、ヘッドスペース減圧配管（減圧手段）１７が、連通孔１５ｆを介して、カートリッジ１０４Ａに接続される。なお、図６Ａに示す平面図（第２状態）から図７Ａに示す平面図（第３状態）では、カートリッジ１０４Ａが、ピンチバルブ１０５による弾性チューブ１７ｃをつぶす付勢力によって浮き上がるのを防止するために、カートリッジ１０４Ａをガイドローラ（不図示）が上から押さえつけている。
【０１５７】  なお、カートリッジ１０４Ａが減圧測定用（液体用）であるか、大気圧測定用（液体用）であるか、大気圧測定用（固体用）であるかは、カートリッジ１０４Ａ，１０４Ｂが本体にセットされたときに、カートリッジ１０４Ａ，１０４Ｂの形状の違いを制御回路に接続されたセンサ（不図示）が判別することで実現できる。減圧測定用のカートリッジ１０４Ａが本体にセットされた場合には、ステップＳ６で、制御回路３８が開閉バルブ４５を開弁する。
【０１５８】  ステップＳ３で、オペレータは、図５Ａ（第１状態）から図６Ａ（第２状態）に示すように、カートリッジ１０４Ａの把持部１５ｂを把持しながら、カートリッジ１０４ＡをセットされたＹ軸後ステージ１４０ごと、スライドバルブ１０３の方向（前方）に押しながら移動させ、Ｙ軸後ステージ１４０をＹ軸前ステージ１５０に当接させる。この間、ピンチバルブ１０５は、閉状態のままである。
【０１５９】  ステップＳ４で、ノズル１７Ａの細管１７ａが第１Ｏリング９ａを貫通した後、スライドバルブ弁体７がスライドバルブ容器６から抜け出る方向に移動して、スライドバルブ１０３が開弁状態になる。そして、ノズル１７Ａの細管１７ａは、第２Ｏリング９ｂを貫通し、細管１７ａの先端が誘電体容器１内に挿入される。
【０１６０】  ステップＳ５で、オペレータは、図６Ａ（第２状態）から図７Ａ（第３状態）の変化に示すように、Ｙ軸後ステージ１４０とＹ軸前ステージ１５０とがドッキングした状態でカートリッジ１０４Ａを、スライドバルブ１０３の方向（前方）に、さらに移動させる。これにより、下ヒータ１１０が測定容器カップ１６Ａの底面１６ｈに密着し、上ヒータ１２０が、測定容器カップ１６Ａの上部に形成された凹み部１５ａ１に密着する。下ヒータ１１０と上ヒータ１２０とがこの位置に移動したことは、フォトセンサ１５４への入射光が遮光板１６３によって遮断されることによって判定される。
【０１６１】  制御回路３８は、フォトセンサ１５４によって、カートリッジ１０４Ａが測定可能な規定の位置まで移動したか否かを判定する。オペレータは、カートリッジ１０４Ａの突起部１５ｈが本体側の目印（マーキング、溝など）と一致するまでカートリッジ１０４Ａを移動させる。制御回路３８は、フォトセンサ１５４によって規定の位置まで移動していないと判断した場合には、オペレータにカートリッジ１０４Ａのさらなる移動を促し、規定の位置まで移動していると判断した場合には、オペレータに移動の停止を促す。
【０１６２】  ステップＳ６で、制御回路３８は、ヘッドスペース減圧配管（減圧手段）１７を介して、試料容器（測定容器カップ１６Ａ＋測定容器キャップ部１５ａ）内のヘッドスペース２１を減圧する。
【０１６３】  ステップＳ７で、制御回路３８は、真空ゲージ３５によって真空チャンバ３０内の真空度（変化）をモニタして、ステップＳ４によって一旦低下した真空度が、回復して上昇し、規定値以上であるか否かを判定する。真空チャンバ３０内の真空度が規定値以上の場合は、ステップＳ８へ進む。規定値未満の場合は、エラーを発して、ステップＳ８に進まない。この場合、細管１７ａの挿入に不具合があると考えられるので、ステップＳ３まで戻ったり、ステップＳ２まで戻ったりして、再度、細管１７ａの挿入を行う。
【０１６４】  ステップＳ８で、制御回路３８は、測定を開始するために、駆動部１３６を通電して、連結ピン１３７を引き込むことで、連結板１８２を引き下げて、ピンチバルブ１０５（弾性チューブ１７ｃ）を開け、試料ガスをイオン源１０２（誘電体容器１内）に導入する。
【０１６５】  ところで、スライドバルブ１０３を開弁する動作と、下ヒータ１１０および上ヒータ１２０を動かす動作と、を１回の動作で同時に行うと、抵抗負荷が非常に大きくなり、カートリッジ１０４Ａが破損するおそれがある。しかし、Ｙ軸後ステージ１４０とＹ軸前ステージ１５０とを２つに分けて動作させることにより、このような不具合を防止することができる。
【０１６６】  また、下ヒータ１１０や上ヒータ１２０には、電気部品が搭載され、下ヒータ１１０や上ヒータ１２０が動作することで、下ヒータ１１０や上ヒータ１２０に接続されているケーブルがその分動くことになる。これにより、ケーブルが邪魔になったり、ストレスでケーブルが断線したりするおそれがある。そこで、本実施形態では、第１状態から第２状態の動作でスライドバルブ１０３を開弁させ、第２状態から第３状態の動作で、下ヒータ１１０および上ヒータ１２０を動作させることで、ヒータ１１０，１２０の移動距離を短くすることができ、ケーブルの断線などを抑制することが可能になる。
【０１６７】  図１０は、ピンチバルブ１０５の開閉（ａ）に伴う、イオン源１０２（誘電体容器１内）の圧力（ｂ）の変動と、真空チャンバ３０内の圧力（ｃ）の変動を示す。  図１０（ａ）と図１０（ｂ）に示すように、ピンチバルブ１０５を開弁すると、誘電体容器１内の圧力は、上昇し、再現性良く数十ｍｓで、大気を放電ガスに使用した場合のバリア放電方式のイオン化に適した圧力（例えば、１００〜２０，０００Ｐａ、好ましくは、５０００〜１０，０００Ｐａ、図１０（ｂ）の例では、９，０００Ｐａ）に達する。図１０（ｃ）に示すように、真空チャンバ３０内の圧力も、差動排気により、誘電体容器１内の圧力の上昇に連動して、２０〜１００Ｐａ程度まで徐々に上昇する。
【０１６８】  ステップＳ９で、制御回路３８は、誘電体容器１において、バリア放電を発生させ、試料ガスのイオン化を開始する。バリア放電を誘電体容器１内の圧力の変動に同期させて開始終了することによって、最適なイオン化を実現する。図１０（ａ）に示すように、ピンチバルブ１０５を、３０ｍｓ〜１００ｍｓの短時間だけ開弁すると、図１０（ｂ）に示すように、誘電体容器１内の圧力は、バリア放電方式のイオン化に適した圧力帯１００〜２０，０００Ｐａ、好ましくは、５，０００〜１０，０００Ｐａの範囲に入ってくる。誘電体容器１内の圧力が、この圧力帯の中に入っている時間は、バリア放電方式のイオン化に適した時間帯（５０ｍｓ〜１ｓ）となり、この時間帯内であれば、容易にバリア放電を発生させることができる。なお、バリア放電方式のイオン化に適した時間帯は、質量分析で充分な試料分子イオンを確保するのに必要な反応イオンのイオン化に要する時間（イオン化実施時間）より長い。イオン化実施時間は、この時間帯の中であれば、任意に設定することができる。例えば、始期を一致させたり、ピンチバルブ１０５の閉弁時を跨いで設定したり、終期を一致させたりしてもよい。制御回路３８は、設定されたイオン化実施時間に、バリア放電を発生させることになる。バリア放電では、誘電体容器１の外側に配置された２つのバリア放電部５に、バリア放電用交流電源４から数ｋＶ、数ＭＨｚの交流電圧を加えると、バリア放電部５にバリア放電が発生する。このバリア放電部５を通過する大気内の水分（Ｈ２Ｏ）や酸素分子（Ｏ２）は、バリア放電によってＨ３Ｏ＋やＯ２−などの反応イオンに変化し、質量分析部１０１へ移動する。
【０１６９】  ステップＳ１０で、制御回路３８は、図１０（ａ）に示すように、ステップＳ８でピンチバルブ１０５を開けてから所定時間（３０ｍｓ〜１００ｍｓ）経過した後に、ピンチバルブ１０５を閉める。
【０１７０】  ステップＳ１１で、制御回路３８は、質量分析部１０１に、ステップＳ９でイオン化した試料ガス等のイオンをため込む。ステップＳ１１は、ステップＳ９のイオン化の開始に連動してスタートする。ステップＳ１１の終了とステップＳ９のイオン化の終了は、図１０（ａ）と図１０（ｂ）に示すように、ステップＳ１０のピンチバルブ１０５の閉弁の後になる。
【０１７１】  ステップＳ１２で、制御回路３８は、ステップＳ１０の終了（ピンチバルブ１０５の閉弁）から、質量分析部１０１に収められた真空チャンバ３０内の圧力が十分に下がるまで、１〜２秒待つ。ステップＳ１０でピンチバルブ１０５が閉弁すると、誘電体容器１内の圧力（図１０（ｂ）参照）と真空チャンバ３０内の圧力（図１０（ｃ）参照）は徐々に低下する。そして、真空チャンバ３０内の圧力（図１０（ｃ）参照）は、ピンチバルブ１０５の閉弁から、１〜２秒後に、質量分析可能な圧力（０．１Ｐａ以下）に到達する。そこで、１〜２秒待つことで、質量分析部１０１は、質量分析可能な状態（圧力）になる。具体的には、制御回路３８は、真空ゲージ３５によって真空チャンバ３０内の真空度（圧力）をモニタして、真空チャンバ３０内の圧力が、所定の圧力（質量分析可能な０．１Ｐａ以下の圧力）以下に達したか否かを判定する。そして、圧力が所定の圧力以下に達しないと判定した場合は、ステップＳ１３に進まず、繰り返しこの判定を実施する。そして、圧力が所定の圧力以下に達したと判定した場合は、ステップＳ１３に進む。
【０１７２】  ステップＳ１３で、制御回路３８は、質量分析（質量スキャン）を実施する。イオン選択、イオン解離、質量分離を実施して、この測定結果を記憶する。
【０１７３】  ステップＳ１４で、制御回路３８は、オペレータからの入力等に基づいて、同一の測定試料１９の測定を終了するか否かを判定する。同一の測定試料１９の測定を終了せず、同一の測定試料１９で別の測定を継続する場合（ステップＳ１４、Ｎｏ）は、ステップＳ８に戻って、再度測定を実施する。これにより、測定試料１９を繰り返し質量分析することができる。また、同一の測定試料１９の測定を終了する場合（ステップＳ１４、Ｙｅｓ）は、ステップＳ１５へ進む。
【０１７４】  ステップＳ１５で、オペレータは、図７Ａ（第３状態）から図６Ａ（第２状態）へ、さらに図５Ａ（第１状態）への変化に示すように、カートリッジ１０４ＡごとＹ軸後ステージ１４０を、スライドバルブ１０３から離れる方向に移動させる。図６Ａに示す第２状態では、上ヒータ１２０は、凹み部１５ａ１から離れ、さらに収容箱１７２のヒータ導入孔１７３からも抜去される。また、下ヒータ１１０は、測定容器カップ１６Ａから離れる。
【０１７５】  ステップＳ１６で、オペレータの図６Ａから図５Ａへの変化に示されるカートリッジ１０４ＡのＹ軸後ステージ１４０の移動に連動して、スライドバルブ弁体７がスライドバルブ容器６内に向けて移動し、スライドバルブ１０３が閉弁状態になる。これにより、誘電体容器１内に連通するスライド孔６ｂがスライドバルブ１０３によって閉じられる。
【０１７６】  ステップＳ１７で、オペレータは、図６Ａから図５Ａへの変化に示すように、カートリッジ１０４ＡごとＹ軸後ステージ１４０を、スライドバルブ１０３から離れる方向に移動させる。細管１７ａは、スライドバルブ容器６から完全に抜き取られる。
【０１７７】  ステップＳ１８で、オペレータは、第１状態において、カートリッジ１０４Ａを、収容箱１７２（本体）から取り外す。
【０１７８】  ステップＳ１９で、オペレータは、次に測定する測定試料１９があるか否か判断する。次の測定試料１９がある場合（ステップＳ１９、Ｙｅｓ）は、ステップＳ２へ戻り、ない場合（ステップＳ１９、Ｎｏ）は、質量分析方法のフローを終了する。
【０１７９】  図１１は、本発明の質量分析装置１００における質量分析方法のシーケンス（イオン蓄積および排気待ち（時間）−イオン選択−イオン解離−質量分離）に対応させて、（ａ）ピンチバルブ１０５の開閉、（ｂ）バリア放電部の圧力、（ｃ）質量分析部の圧力、（ｄ）バリア放電電極の交流電圧、（ｅ）オリフィスＤＣ電圧、（ｆ）インキャップ電極およびエンドキャップ電極のＤＣ電圧、（ｇ）トラップバイアス電圧、（ｈ）トラップＲＦ電圧、（ｉ）補助交流電圧、（ｊ）イオン検出器のオンオフを示す。
【０１８０】  図１１に示すように、質量分析シーケンスは、イオン蓄積ステップおよび排気待ち（時間）ステップ、イオン選択ステップ、イオン解離ステップ、質量分離ステップの５つのステップから構成されている。なお、イオン蓄積ステップと、排気待ち（時間）ステップとは、同時進行して、時間的に重なっていても、逐次的に別の時間に実施してもよい。
【０１８１】  （イオン蓄積ステップ）  まず、図１１（ａ）に示すように、ピンチバルブ１０５を開弁する。そうすると、図１１（ｂ）と（ｃ）に示すように、バリア放電部５（誘電体容器１内）の圧力と質量分析部１０１の圧力が上昇する。図１１（ｄ）に示すように、バリア放電部５（誘電体容器１）の圧力が適当な値に上昇するタイミングに合わせて、バリア放電部５にバリア放電用交流電源４から数ｋＶ、数ＭＨｚの交流電圧またはパルス電圧を印加して、バリア放電を発生させる。バリア放電部５で発生したイオンは、試料ガスの粘性流と、オリフィス３、インキャップ電極、リニアイオントラップ電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ（図１（ｂ）参照）、エンドキャップ電極にそれぞれ適当なＤＣ電圧（例えば、測定する試料分子イオンが正イオンの場合、オリフィス３に０Ｖ、インキャップ電極に−５Ｖ、リニアトラップ電極に−１０Ｖ、エンドキャップ電極に−５Ｖ）を印加することよって、質量分析部１０１に導入されるガス２４としてリニアトラップ電極内に運ばれる。バリア放電電極電圧を加えてから適当な遅延時間の後に、リニアイオントラップ電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄにトラップＲＦ電圧（図１１（ｈ）参照）を印加すると、試料分子イオンが、リニアイオントラップ電極３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄの中央部に直線的にトラップ（蓄積）される。
【０１８２】  （排気待ちステップ）  排気待ちステップとイオン蓄積ステップは重なっているが、ピンチバルブ１０５が閉弁状態となり、真空チャンバ３０の圧力が質量分析可能な０．１Ｐａ以下になるまで待つ。真空チャンバ３０内の圧力が０．１Ｐａ以下に低下するまで０．５〜３秒程度待つ。真空チャンバ３０内の圧力は真空ゲージ３５でモニタする。
【０１８３】  （イオン選択ステップ）  イオン選択ステップでは、トラップされたイオンのうち、特定の範囲のｍ／ｚ値の試料分子イオン（目的イオン）を選択するために、図１１（ｉ）に示すように、リニアイオントラップ電極３１ａと３２ｂに補助交流電圧３９ａ（図１（ｂ）参照）を加え、図１１（ｈ）に示すようにトラップＲＦ電圧３９ｂ（図１（ｂ）参照）も高くして、ＦＮＦ（Ｆｉｌｔｅｒｅｄ  Ｎｏｉｓｅ  Ｆｉｅｌｄ）処理することで測定したい範囲のｍ／ｚ値以外の試料分子イオンをトラップ領域から排出する。なお、トラップした試料分子イオン全てを質量分離する場合は、このＦＮＦ処理は省略される。
【０１８４】  （イオン解離ステップ）  イオン解離ステップでは、試料分子イオンをＣＩＤ（Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）処理してプロダクトイオンを発生させる。図１１（ｉ）に示すように、ＣＩＤのターゲットとなるプリカーサイオン（目的イオン）のｍ／ｚ値に合った補助交流電圧３９ａを、リニアイオントラップ電極３１ａと３１ｂに加え、プリカーサイオンを質量分析部１０１にある中性分子（Ｎ２やＯ２）と衝突させてフラグメント（解離）させる（フラグメントイオンの生成）。プリカーサイオンは、補助交流電圧３９ａに共鳴し、トラップ内で中性分子（バッファガス）と多重衝突して分解し、フラグメントイオンを生成する。バッファガスの圧力としては、０．０１〜１Ｐａ程度の圧力が好適である。なお、プロダクトイオンを質量分離する必要がない場合は、このＣＩＤ処理は省略される。
【０１８５】  （質量分離ステップ）  最後に、図１１（ｈ）と図１１（ｉ）に示すように、トラップＲＦ電圧３９ａ、３９ｂと補助交流電圧３９ａの電圧値（波高値）をスイープして、ｍ／ｚ値が小さいイオンから順に、リニアイオントラップ電極３１ａのスリット３１ｅからイオン検出器３４の方向に排出する。ｍ／ｚ値の違いから生じるイオン検出器３４での検出タイミングの違いが、質量分析のＭＳスペクトルとなって記録される。すなわち、検出されたイオンの質量数とその信号量から質量分析スペクトルを取得することができる。質量スキャンステップでは、図１１（ｊ）に示すようにイオン検出器３４の電圧をオンする必要がある。なお、イオン検出器３４の電圧には安定化に時間を要する高電圧が用いられているので、イオン選択ステップやイオン解離ステップの間にオンしておいてもよい。これは、イオン検出器３４として、電子増倍管などの圧力が高い領域では高電圧が印加できないものを想定していたためで、イオン検出器３４にフォトマルや半導体検出器などを用いる場合は、イオン検出器３４の電圧を装置稼働中常にオンにすることができ（常時オン）、オンオフのスイッチング動作を省くことができる。
【０１８６】  以上のイオン蓄積ステップ、排気待ちステップ、イオン選択ステップ、イオン解離ステップ、質量分離ステップの５つのステップで、ＭＳ／ＭＳ測定は行われるが、通常のＭＳ測定であれば、イオン選択ステップとイオン解離ステップを省くことができる。また、複数回数ＭＳ／ＭＳ分析（ＭＳｎ）を行う場合には、イオン選択ステップとイオン解離ステップを複数回繰り返せばよい。
【０１８７】  液体試料を測定する場合の容器（カートリッジ１０４Ａ）の具体例を示す。測定試料（液体）１８は、測定容器カップ１６Ａに入れて、測定容器キャップ部１５ａで密閉される。測定容器キャップ部１５ａには、測定容器カップ１６Ａのヘッドスペース２１につながる空間Ｓがあり、その空間Ｓには、ヘッドスペース減圧配管１７（図１Ａ参照）および試料ガス配管１７ｂ（図１Ａ参照）につながる貫通孔１５ｆ，１５ｄ１（図２Ｂ参照）が接続されている。弾性チューブ１７ｃは、更に、測定容器キャップ部１５ａを有するボディ１５Ａに保持された細管１７ａに接続されている。測定容器カップ１６Ａ、測定容器キャップ部１５ａを有するボディ１５Ａ、ノズル１７Ａにより構成されたカートリッジ１０４Ａは、測定試料（液体）１８が揮発した試料ガスに汚染される可能性があるため、これらの部分を使い捨てにし、測定ごとに新品のカートリッジ１０４Ａを使用することで、汚染による誤検知を防ぐことができる。また、測定容器キャップ部１５ａの貫通孔１５ｆがヘッドスペース減圧配管１７に接続され、ヘッドスペース減圧配管１７には開閉バルブ４５とリーク配管４６（図１Ａ参照）が取り付けられている。
【０１８８】  開閉バルブ４５が開弁状態のときは、測定容器カップ１６Ａのヘッドスペース２１の圧力は、ヘッドスペース減圧配管１７から排気されるガス２２の流れと、リーク配管４６から流れ込む外気（大気４７）の流れによって決まる。すなわち、リーク配管４６のコンダクタンスを調節することによって、測定容器カップ１６のヘッドスペース２１の圧力を調節することができる。
【０１８９】  さらに、測定容器カップ１６Ａは下ヒータ１１０によって加熱される。このように、ヘッドスペース２１を減圧し測定容器カップ１６Ａを下ヒータ１１０で加熱することによって測定試料（液体）１８がヘッドスペース２１に気化する。なお、発生した試料ガスの一部は試料ガス２２の流れとしてヘッドスペース減圧配管１７側に排気される。
【０１９０】  ヘッドスペース減圧配管１７の開閉バルブ４５が閉弁状態のときは、測定容器カップ１６Ａのヘッドスペース２１の圧力は、リーク配管４６から流れ込む外気（大気）４７の流れによって、大気圧に保たれる。この場合は、下ヒータ１１０による加熱だけで測定試料（液体）１８がヘッドスペース２１に気化する。そのため、下ヒータ１１０の温度は開閉バルブ４５が開弁状態の時よりも高くする必要がある。また、ヘッドスペース２１の圧力が大気圧であるため、ピンチバルブ先端１２が下に移動した時にピンチバルブ１０５が開弁状態となる状態を短くしたり、試料ガス配管１７ｂや細管１７ａのコンダクタンスを小さくしたりして、測定される試料ガス２２の流れの量が開閉バルブ４５を開状態にしたときと同じ程度になるようにすることが好ましい。
【０１９１】  また、液体試料を測定する容器（カートリッジ１０４Ａ）では、測定試料（液体）１８を加熱しすぎると、測定容器カップ１６Ａの中で測定試料（液体）１８が沸騰してしまい、ヘッドスペース減圧配管１７や試料ガス配管１７ｂに測定試料（液体）１８が流入してしまう可能性があるため、下ヒータ１１０の温度は測定試料（液体）１８が沸騰しない温度までにしかあげることができない。
【０１９２】  ところで、開閉バルブ４５が開状態のときにヘッドスペース２１が減圧されていると、測定試料（液体）１８の沸点が下がるため、加熱温度を十分にあげることができない場合がある。このような場合には、測定試料を固体の状態で加熱して測定する必要がある。以下に、測定試料が固体の場合について説明する。
【０１９３】  粉末や植物片などの固体試料を測定する場合の容器（カートリッジ１０４Ｂ）の具体例を示す。測定容器カップ１６Ｂには加熱プローブ１６ｆが嵌め込まれており、測定試料（固体）１９を加熱プローブ１６ｆの先端に付着させる。測定容器キャップ部１５ｉには、測定容器カップ１６Ｂを取り付けたときに加熱プローブ１６ｆの先端が入り込む空間（空洞部）Ｓが設けられている。
【０１９４】  また、下ヒータ１１０で加熱プローブ１６ｆを加熱すると測定試料（固体）１９から昇華（ガス化）した試料ガスが発生する。この状態で、ピンチバルブ駆動部１３を使ってピンチバルブ先端１２を間欠的に上下に動かすと、ピンチバルブ先端１２が下に移動した時にピンチバルブ１０５が開弁状態となり、昇華した試料ガスの一部がイオン源１０２に導入されるガス２３となってイオン源１０２側に供給される。また、昇華した試料ガスは、下ヒータ１１０の熱によって測定容器カップ１６Ｂのカップ部１６ｇと加熱プローブ１６ｆとの間にできた隙間Ｔ１，Ｔ２から上昇してくる外気（大気）の流れに乗って測定容器キャップ部１５ｉの空間Ｓ、連通空間Ｓ１１、空間Ｓ１０を通ってカートリッジ１０４Ｂの外部に排出される。
【符号の説明】
【０１９５】  １      誘電体容器（誘電体隔壁）  ２      高電圧印加電極  ３      オリフィス  ４      バリア放電用交流電源  ５      プラズマや熱電子  ６      スライドバルブ容器  ６ａ    貫通孔  ６ｂ    スライド孔  ７      スライドバルブ弁体  ８ａ    弁体シャフト  ８ｂ    真空ベローズ  ８ｃ    ガイドローラ  ８ｄ    圧縮コイルばね  ９ａ    第１Ｏリング  ９ｂ    第２Ｏリング  ９ｃ    弁体Ｏリング  １２    ピンチバルブ先端  １３    ピンチバルブ駆動部  １５Ａ，１５Ｂ  ボディ  １５ａ，１５ｉ  測定容器キャップ部（測定容器）  １５ａ１  凹み部  １６Ａ，１６Ｂ  測定容器カップ（測定容器）  １６ｆ  加熱プローブ  １６ｆ１  支持板  １６ｆ２  ピン  １６ｆ３  凹部  １６ｇ  カップ部  １６ｇ１  縮径部  １６ｇ２  開口部  １７    ヘッドスペース減圧配管  １７Ａ，１７Ｂ  ノズル（導入管）  １７ａ  細管  １７ｂ  試料ガス配管  １７ｃ  弾性チューブ  １８    測定試料（液体）  １８ａ，１８ｂ  固定くさび  １９    測定試料（固体）  ２１    ヘッドスペース  ２２    排気されるガス  ２３    イオン源に導入されるガス  ２４    質量分析部に導入されるガス  ２５    質量分離された試料分子イオン  ２６    真空チャンバから排気されるガス  ３０    真空チャンバ  ３４    イオン検出器  ３５    真空ゲージ  ３６    ターボ分子ポンプ  ３７    粗引きポンプ  ３８    制御回路  ４５    開閉バルブ  ４６    リーク配管  ４７    流入する外気（大気）  １００  質量分析装置  １０１  質量分析部  １０２  イオン源  １０３  スライドバルブ  １０４Ａ  カートリッジ（液体試料用、試料導入部）  １０４Ｂ  カートリッジ（固体試料用、試料導入部）  １０５  ピンチバルブ  １１０  下ヒータ（第１ヒータ、ヒータ、加熱部）  １２０  上ヒータ（第２ヒータ、加熱部）  １２０ｄ  端面  １２０ｓ  爪部（突起部）  １２１  樹脂ブロック（樹脂部材）  １２２  アーム（金属部材）  １２３  圧縮コイルばね（付勢部材）  １４０  Ｙ軸後ステージ  １８０  スライダ  １８０ａ  クランク形状の案内孔  Ｓ１０  空間  Ｓ１１  連通空間（空間）  Ｔ１，Ｔ２  隙間
【図１Ａ】
2015159714.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年9月6日(2016.9.6)
【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】
測定試料を導入する、本体に着脱可能な試料導入部と、
前記測定試料を加熱によりガス化させて試料ガスを発生させる加熱部と、
前記試料ガスをイオン化するイオン源と、
イオン化した前記試料ガスを分離する質量分析部と、を備え、
前記イオン源は、前記質量分析部からの差動排気によって内部が減圧され、
前記試料導入部は、前記測定試料を入れる測定容器と、前記測定容器で発生した前記試料ガスを前記イオン源に間欠的に導入する導入管と、を備え、
前記加熱部は、前記測定試料をガス化させる第１ヒータと、ガス化した前記試料ガスが滞留する空間を加熱する第２ヒータと、を備え、
前記第２ヒータは、樹脂部材に支持され、
前記樹脂部材は、金属部材に支持されていることを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
前記樹脂部材は、前記測定容器に密着させる付勢部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項３】
前記導入管は、前記イオン源に接続される細管と、前記測定容器と前記細管とを接続する弾性チューブと、を備え、
前記本体は、前記弾性チューブを挟むことで流路を閉じ、前記弾性チューブから離間することで前記流路を開くバルブを備えることを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項４】
前記第２ヒータは、前記弾性チューブの前記バルブの上流側の周囲を加熱する突起部を備えることを特徴とする請求項３に記載の質量分析装置。
【請求項５】
前記試料導入部は、前記導入管と接続されて前記試料ガスに上昇気流を発生させる空間を備えることを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項６】
前記試料導入部は、使い捨てタイプであることを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項７】
ヒータで測定試料をガス化して試料ガスを発生させ、イオン源でイオン化された前記試料ガスを分離する質量分析装置に使用される本体に着脱可能なカートリッジであって、
前記カートリッジは、前記測定試料を入れる測定容器を有するボディと、前記ボディに支持されて前記測定容器で発生した前記試料ガスを前記イオン源に間欠的に導入する導入管と、を備え、
前記ボディは、前記導入管と連通し、前記試料ガスに上昇気流を発生させる空間を備え、
前記測定容器は、前記ヒータが接触する加熱プローブと、前記加熱プローブを脱離可能に保持するカップ部と、を備え、
前記カップ部には、前記ヒータの動作によって前記加熱プローブを脱離させる開口部が形成されていることを特徴とするカートリッジ。
【請求項８】
前記加熱プローブが脱離したときに、前記加熱プローブと前記カップ部との間に隙間が形成されることを特徴とする請求項７に記載のカートリッジ。
【請求項９】
前記加熱プローブは、前記カップ部に支持される支持板と、この支持板から前記空間に向けて延びるピンと、を備え、
前記ピンの先端には、前記測定試料が収容される凹部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載のカートリッジ。
【請求項１０】
使い捨てタイプであることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載のカートリッジ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は、測定試料を導入する、本体に着脱可能な試料導入部と、前記測定試料を加熱によりガス化させて試料ガスを発生させる加熱部と、前記試料ガスをイオン化するイオン源と、イオン化した前記試料ガスを分離する質量分析部と、を備え、前記イオン源は、前記質量分析部からの差動排気によって内部が減圧され、前記試料導入部は、前記測定試料を入れる測定容器と、前記測定容器で発生した前記試料ガスを前記イオン源に間欠的に導入する導入管と、を備え、前記加熱部は、前記測定試料をガス化させる第１ヒータと、ガス化した前記試料ガスが滞留する空間を加熱する第２ヒータと、を備え、前記第２ヒータは、樹脂部材に支持され、前記樹脂部材は、金属部材に支持されていることを特徴とする。
【国際調査報告】
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