(57)【要約】【課題】質量分析計においてイオンをサンプリングするのに使用するインタフェースを提供する。【解決手段】イオン源から多量のイオンを受け取り、そこから複数のイオンビームを形成し、各該イオンビームがそれぞれ望ましい経路に沿って導かれるよう配置されている。図示されている配置は、単一のイオンビームをそれぞれの四極質量分析器装置65に分割して集束させるのに使用できる複数レンズ構成を示している。質量分析器配列60の上流側端は、入口レンズ115の外側に配置された入口前レンズ120と、入口レンズ115の内側に配置された入口後レンズ125とを含んでいる。【選択図】図３
2015511704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
後続の分光分析のために質量分析計においてイオンをサンプリングするのに使用するインタフェースであって、該インタフェースはイオン源から多量のイオンを受け取ることができ、そこから複数のイオンビームを形成することができ、各該イオンビームはそれぞれ望ましい経路に沿って導かれる、インタフェース。
【請求項２】
前記インタフェースが、前記イオン源位置又はその近くで前記イオンをそれぞれ別個のイオンビームに分割し、これらそれぞれが、前記質量分析計内のそれぞれ望ましい経路に沿って進むよう、適切に配置される、請求項1に記載のインタフェース。
【請求項３】
前記インタフェースが、内部に提供される複数の開口部を有し、各該開口部が、形成されるそれぞれのイオンビームに対応している、請求項1又は請求項2に記載のインタフェース。
【請求項４】
前記インタフェースが、複数の前記望ましい経路が互いに実質的に平行となるように配置される、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のインタフェース。
【請求項５】
前記インタフェースの形状が、実質的に平ら又は曲線状のいずれかである、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のインタフェース。
【請求項６】
前記インタフェースが、バイアス電圧電位を受容するよう配置される、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のインタフェース。
【請求項７】
前記インタフェースが、印加されるバイアス電圧電位を有することができるように配置される1つ以上の帯電可能エレメントを含む、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のインタフェース。
【請求項８】
前記インタフェース又は前記帯電可能エレメントそれぞれに印加される前記電圧バイアス電位が、前記イオン源の電荷に対して負である、請求項7に記載のインタフェース。
【請求項９】
前記各帯電可能エレメントの形状が、実質的に平ら又は曲線状のいずれかである、請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載のインタフェース。 
【請求項１０】
前記各帯電可能エレメントが、内部に提供される複数の開口部を含み、各該開口部が、形成されるそれぞれのイオンビームに対応している、請求項7〜請求項9のいずれか一項に記載のインタフェース。
【請求項１１】
前記イオンが、それぞれの質量分析器配置に向かって導かれ、又は貫通するように、前記複数の望ましい経路が減衰される、請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載のインタフェース。
【請求項１２】
質量分析計装置と共に使用するためのサンプリングインタフェースであって、該サンプリングインタフェースは、後続の分光分析のために質量分析計内でのイオンサンプリングを可能にするよう配置されており、該サンプリングインタフェースは、イオン源から抽出された多量のイオンを受け取るよう配置され、各イオンビームがそれぞれ望ましい経路に沿って導かれる、サンプリングインタフェース。
【請求項１３】
前記経路のうち1つ以上が、
(i) 少なくとも1つの衝突セル若しくは反応セル、及び/又は
(ii) それぞれの質量分析器装置
を通過するよう減衰される、請求項12に記載のサンプリングインタフェース。
【請求項１４】
前記サンプリングインタフェースが、複数のイオンビームを形成するよう配置されたインタフェースを含み、各該イオンビームが、それぞれの質量分析器装置を通過する経路を有する、請求項12又は請求項13に記載のサンプリングインタフェース。
【請求項１５】
1本以上の前記イオンビームが、前記イオンの衝突散乱を最小限に抑えるよう配置されている前記インタフェースの下流領域を通過し、該領域は、該イオンが通過し得る気体を収容するよう配置されている、請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載のインタフェース、又は請求項12〜請求項14のいずれか一項に記載のサンプリングインタフェース。
【請求項１６】
選択されたバイアス電圧電位を有する電場が、前記下流領域の少なくとも一部分に提供され、ここを前記イオンが通過し得る、請求項15に記載のインタフェース又はサンプリングインタフェース。 
【請求項１７】
選択されたバイアス電圧電位を有する前記電場が、前記イオンビームが複数の別個イオンビームに分割される場所の上流又は下流に提供される、請求項16に記載のインタフェース又はサンプリングインタフェース。
【請求項１８】
前記電場の前記バイアス電圧電位が、前記イオンが前記下流領域の該電場を通過する際に前記気体の粒子と衝突するときに生じる衝突散乱を低減するように選択される、請求項16又は請求項17に記載のインタフェース又はサンプリングインタフェース。
【請求項１９】
前記電場の前記バイアス電圧電位が、前記イオンが前記下流領域を通過する際に気体の粒子と衝突することによるイオンの運動エネルギーの変化に相関して、衝突散乱を低減するように選択される、請求項16〜請求項18のいずれか一項に記載のインタフェース又はサンプリングインタフェース。
【請求項２０】
前記電場の前記バイアス電圧電位が、電圧源に電気的に接続可能になるように配置された帯電可能エレメントによって提供され、該帯電可能エレメントは、該電場が前記イオンの前記望ましい経路に対して配置され、これによって、通過するイオンが、該電場からエネルギー電位を取得する、請求項16〜請求項19のいずれか一項に記載のインタフェース又はサンプリングインタフェース。
【請求項２１】
前記帯電可能エレメントが、通過するイオンを複数の別個のイオンビームに分割するよう配置される、請求項20に記載のインタフェース又はサンプリングインタフェース。
【請求項２２】
プラズマ質量分析計装置と共に使用するためのプラズマサンプリングインタフェースであって、該プラズマサンプリングインタフェースは、後続の分光分析のためにイオンをプラズマからサンプリングしそのイオンを質量分析計に誘導することを可能にするよう配置されており、このサンプリングされる該イオンは、プラズマ内でイオンに変換されているサンプルからサンプリングされ、該プラズマサンプリングインタフェースは、イオン源から抽出された多量のイオンを受け取り、複数のイオンビームを形成するよう配置され、各該イオンビームはそれぞれ望ましい経路に沿って導かれる、プラズマサンプリングインタフェース。 
【請求項２３】
サンプルから抽出された多量のイオンを測定するための方法であって、該方法が、複数のイオンビームを形成する工程と、該複数のイオンビームを、それぞれの意図された経路に沿って、少なくとも1つのイオン検出器に誘導する工程とを含む、方法。
【請求項２４】
前記イオンが通過し得る気体を有するよう配置された領域を通過するよう、前記複数のイオンビームのうち1本以上を誘導する工程を更に含み、ここにおいて前記電場が、該イオンが通過し得る該領域の少なくとも一部分に提供された選択されたバイアス電圧電位を有する、請求項23に記載の方法。
【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、質量分析計装置を使用するためのサンプリングインタフェースの改良に関するものである。一態様において、本発明は誘導結合プラズマ質量分析計と共に使用するためのサンプリングインタフェースに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
質量分析計は、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ために使用される専門家用装置である。
【０００４】
この測定目的のため、数多くの様々な技法が使用される。質量分析計の一形態は、プラズマを生成するための誘導結合プラズマ(ICP)の使用を含む。このプラズマは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。
【０００５】
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1mmの開口部に通過させ、次にスキマーに提供される寸法約0.5mm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)。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Houk 他('Simultaneous Measurement of Ion Ratios by Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry with a Twin-Quadrupole Instrument', Applied Spectroscopy, 第48巻, 11号, pp. 1360-1366 (1994))
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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、測定感度を低減させている。これらの問題に対処するため、さまざまな解決策が提案されている。
【０００８】
そのような提案の1つが、非特許文献１によって報告されており、ここでは、1つのイオン光学単位内の単一イオンビームを、2本の独立した発散するイオンビーム流に分割することが提案されている。しかしながら、この提案の配置に伴う傾向がある欠陥により、「分割」メカニズム内でイオン喪失が起こる可能性が高く、この際、低エネルギーのイオンが本来の行路から逸れる一方、高エネルギーのイオンはこのメカニズムの周囲壁に衝突する。
【０００９】
これら及び他の理由から、このアプローチに基づいて結果として得られる分光分析は、商業用質量分析計装置において許容されにくいものとなっている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第1の主要な態様によれば、後続の分光分析のために質量分析計においてイオンをサンプリングするのに使用するインタフェースが提供される。このインタフェースはイオン源から多量のイオンを受け取ることができ、そこから複数のイオンビームを形成することができ、この各イオンビームはそれぞれ望ましい経路に沿って導かれる。
【００１１】
本発明の第1の態様の一実施形態により、このインタフェースは、イオン源位置又はその近くでイオンをそれぞれ別個のイオンビームに分割し、これらそれぞれが、質量分析計内のそれぞれ望ましい経路に沿って進むよう、適切に配置される。各経路は一般に、それぞれのイオン検出装置で終了する。
【００１２】
イオン源位置又はその近くで複数又は多数のイオンビームを形成することにおいて、顕著な利点の1つは、形成されたイオンビームがより安定になる傾向にあるため、測定感度のレベル向上がもたらされると考えられることである。ゆえに、本発明の配置は、イオンビームの分割がイオン光学配置内で行われてしばしば比較的低品質で低信頼性の分光光学測定をもたらす従来技術の装置とは対照的である。
【００１３】
一実施形態において、このインタフェースは内部に提供される複数の開口部を有し、各開口部が、形成されるそれぞれのイオンビームに対応している。
【００１４】
このインタフェースは2本以上の望ましい経路が実質的に互いに対して平行になるように配置することができる。
【００１５】
このインタフェースは形状が実質的に平ら又は曲線であってよい。いくつかの実施形態においてこのインタフェースは凹面又は凸面であり得る。
【００１６】
このインタフェースは、バイアス電圧電位を受け取るように配置することができる。
【００１７】
このインタフェースは、1つ以上の帯電可能エレメントを含み得、これは、印加されるバイアス電圧電位を有することができるように配置される。一実施形態により、単独の帯電可能エレメントは1つの電極を含み得る。
【００１８】
インタフェース又は帯電可能エレメントそれぞれに印加される電圧バイアス電位は、イオン源の電荷に対して負であり得る。
【００１９】
この帯電可能エレメント、又はそのそれぞれは、形状が実質的に平ら又は曲線(例えば凸面又は凹面)であってよい。
【００２０】
この帯電可能エレメント、又はそのそれぞれは、内部に提供される複数の開口部を有し得、各開口部が、形成されるそれぞれのイオンビームに対応している。
【００２１】
2本以上の望ましい経路は減衰させることができ(例えば適切に構成されたイオン光学装置を用いて)、これによりイオンが、それぞれの質量分析器配置に向かって導かれ、又はこれを貫通するように導かれる(この質量分析器配置は、質量分析器装置及び伴うイオン検出装置を含むことが多い)。
【００２２】
質量分析器装置は、互いに実質的に平行になるように配置することができ、これにより配置/装置の全体的な設置面積及び/又は全体の大きさを最小限に抑えることができる。そのような配置では、イオン検出装置も典型的に、互いに平行になるように構成される。 
【００２３】
質量分析器配置は、1本以上の静電極を有する質量分析器装置を含み得る。好ましくは、この質量分析器配置は、例えば単極、双極、四極配置で構成された、連続する複数極の質量分析器装置を含む。そのような配置は比較的安価でありサイズも小型である。しかしながら、本発明の原理は、他のタイプの質量分析器配置、例えば、同時型配置(例えばマルチコレクター磁気セクタ質量分析計(MC-ICP-MS))あるいは飛行時間型配置(例えば誘導結合質量分析計(TOF-ICP-MS))と共に採用することができることが理解されよう(ただし、そのような配置は効果でサイズが大型になる傾向がある)。一態様において、マルチコレクター質量分析器装置は典型的に、限定された数のコレクター(検出器)のみを有し、特定の同位体質量範囲内で動作する(商業的に許容可能な信頼性範囲で)。
【００２４】
本発明のさまざまな実施形態を用いて、質量分析計装置は、1つ以上の選択された質量分析器配置(典型的にイオン検出装置を含む)が、他の質量分析器配置とは独立に、及び/又は平行して、二次的なイオン流を測定するよう、好適に配置することができる。
【００２５】
よって、本発明の実施形態は、たくさんの質量分析器装置を含む質量分析器配列を提供し得る(一般に、それぞれ関連するイオン検出装置を伴う)。好ましくは、この質量分析器装置は、互いに対して実質的に平行なタイプの配列で配置される。そのような配置の利点の1つは、分光分析測定時間の潜在的な短縮、及び/又は同位体比測定の精度と正確さの改善である。
【００２６】
別個のイオンビームはそれぞれ、ほぼ大気圧でインタフェースにより生成され得る。しかしながら、別個のイオンビームは、かなり高い又は低い圧力でもインタフェースにより生成され得ることが理解されよう。
【００２７】
本発明のさまざまな実施形態において、本明細書に記述される任意の配置により、イオンビームの分割が、イオン源から質量検出器までに至る経路に沿った任意の段階で達成され得、これには例えば、次の段階が挙げられるが、これらに限定されない：
・質量分析器の前、及び/又は
・イオン光学装置配置の前（存在する場合)、及び/又は
・インタフェースの場所、及び/又は
・イオンビームマニピュレーターコンパートメント内(例えばイオンクーラー又はイオン熱運動化装置)内、及び/又は静電衝突セル配置。
【００２８】
よって、プラズマ質量分析計の場合について、本発明の配置は、安定な複数のイオンビーム生成を支援することにより有益であることが証明され得、これにより、少なくとも部分的に、(例えば誘導結合質量分析計装置において)作動中に変化し得るプラズマ状態への依存を回避する。多くの場合、イオンビーム流の改善された安定性は、質量分析器装置に注入されたときに、分析対象である元素の分光分析測定の精度を改善するのに役立つ。
【００２９】
本発明の更なる主要な一態様により、質量分析計装置と共に使用するためのサンプリングインタフェースが提供され、このサンプリングインタフェースは、後続の分光分析のために質量分析計内でのイオンサンプリングを可能にするよう配置されており、このサンプリングインタフェースは、イオン源から抽出された多量のイオンを受け取るよう配置され、この各イオンビームはそれぞれ望ましい経路に沿って導かれる。
【００３０】
このサンプリングインタフェースは、本発明の第1主要態様の任意の実施形態に従って配置されたインタフェースを含み得る。
【００３１】
別の一実施形態において、1つ以上の経路が、少なくとも1つの衝突セル又は反応セルを通過できるよう減衰される。
【００３２】
この1つ以上の経路は、それぞれの質量分析器装置を通過するよう減衰され得る。
【００３３】
一実施形態において、このサンプリングインタフェースは、複数のイオンビームを形成するよう配置されたインタフェースを含み、各イオンビームは、それぞれの質量分析器装置を通過する経路を有する。
【００３４】
質量分析器装置は、互いに実質的に平行になるように配置することができ、これにより配置/装置の全体的な設置面積及び/又は全体の大きさを最小限に抑えることができる。
【００３５】
経路又は各経路の減衰は、イオン光学装置を使用して実施することができる。
【００３６】
2つ以上の経路は、互いに実質的に平行になるよう配置することができる。
【００３７】
更なる一実施形態において、1つ以上の質量分析器装置は、複数極の分析器装置を含む。
【００３８】
1本以上のイオンビームが、イオンの衝突散乱を最小限に抑えるよう配置されているインタフェースの下流領域を通過し得る。
【００３９】
一実施形態において、サンプリングインタフェースは、イオンが中を通過し得る気体を収容するための、インタフェースの下流領域を含み得る。
【００４０】
別の一実施形態において、選択されたバイアス電圧電位を有する電場が、この下流領域の少なくとも一部分に提供され、ここをイオンが通過し得る。
【００４１】
この選択されたバイアス電圧電位を有する電場は、イオンビームが複数の別個イオンビームに分割される場所の上流又は下流に提供され得る。いくつかの実施形態において、ある電場は、イオンビームが分割される場所の上流に提供することができ、更に実質的に類似の電場を、その分割が起こる場所の下流に提供することができる。
【００４２】
この電場のバイアス電圧電位は、正のバイアス電圧電位であり得る。
【００４３】
典型的に、イオンのエネルギー成分は、このように荷電された電場を通過する際に増加する。
【００４４】
この電場のバイアス電圧電位は、イオンが下流領域の電場を通過する際に気体の粒子と衝突するときに生じる衝突散乱を低減するように選択することができる。
【００４５】
この電場のバイアス電圧電位は、イオンがこの下流領域を通過する際に気体の粒子と衝突することによるイオンの運動エネルギーの変化に相関して、衝突散乱を低減するように選択することができる。
【００４６】
この電場のバイアス電圧電位は、質量分析計装置の検出器に到達するイオンの信号強度(又は感度)ができるだけ強くなるように選択することができる。これにより、信号強度が最大のとき、衝突散乱の度合は最小になるはずである。
【００４７】
一実施形態において、この電場に印加されるバイアス電圧電位は、下流領域で起こるイオン衝突によるイオンエネルギーの損失の関数である。
【００４８】
別の一実施形態において、この電場のバイアス電圧電位は、下流領域の気体圧力との相関により選択し、これにより衝突散乱を低減することができる。よって、この電場のバイアス電圧電位は、下流領域の気体圧力の変化に応答して変化し得るように配置することができる。
【００４９】
下流領域における気体の圧力が変化、例えば圧力が増加すると、それに比例して、起こるイオン衝突の数の増加が起こり得る。よって、一実施形態において、電場に印加されるバイアス電圧電位の変化は、下流領域における気体圧力の変化、例えば増加に比例するよう選択することができる。しかしながら、イオン衝突の数の比例的増加(下流領域における気体圧力の増加の結果)は、イオンの衝突散乱において同じ増加につながるわけではない。これは、衝突散乱は一般に、衝突前のイオンエネルギー及び/又はイオン速度の関数だからである。
【００５０】
したがって、電場に印加されるバイアス電圧電位は一般に、イオン衝突によるイオンの衝突散乱の関数となり、少なくとも一実施形態において、質量分析計装置の検出器に到達するイオンの数が可能な限り最大限になる(すなわち、衝突散乱が最小限に抑えられる)バイアス電圧電位の大きさを決定するように、選択することができる。
【００５１】
任意の強さのバイアス電圧電位を電場に印加し得ることが理解されよう。
【００５２】
他の配置も考えられるが、この下流領域は典型的に、少なくとも部分的に、密閉されるよう配置されたチャンバによって画定され、これにより閉じ込められた気体が加圧下のチャンバ内に存在する。
【００５３】
典型的な一実施形態において、この下流領域は、衝突反応インタフェース(CRT)であるか、又はこの一部を形成する。
【００５４】
本発明の第1及び第2の主な態様の実施形態は、下記の特徴のうち任意の1つ以上を含み得る。
【００５５】
イオン源は、ほぼ大気圧で提供され得る。
【００５６】
典型的にイオン源は誘導結合プラズマ(ICP)により生成されたプラズマであり、ただし、他のイオン源も本発明の範囲内として考えられる。
【００５７】
本発明の上述の態様の一実施形態において、サンプリングインタフェースは、電圧源と電気的に導通するよう配置することができ、これによりバイアス電圧電位を電場に印加することができる。この電圧源はインタフェースから分離していてもよく、又はインタフェースと共に配置されてもよい。
【００５８】
本発明の上述の態様の更なる一実施形態において、電場のバイアス電圧電位は、電圧源に電気的に結合することができるよう配置された帯電可能なエレメントによって提供することができる。この実施形態において、この帯電可能エレメントは、領域内に配置され、これにより電場がイオンの望ましい経路に対して配置され、これによって、通過するイオンは、電場からエネルギー電位を取得する。
【００５９】
そのような一実施形態において、この帯電可能エレメントは、イオンが通過し得るよう提供された開口部を有し得る。
【００６０】
別の一実施形態において、この帯電可能エレメントは、通過するイオンを、複数の別個のイオンビームに分割するよう、配置することができる。そのような配置において、この帯電可能エレメントは、本発明の第1の主な態様によるインタフェースの実施形態に実質的に類似である様相で、配置することができる。
【００６１】
別の一実施形態において、この帯電可能エレメントは、アースから電気的に絶縁されるよう配置される。
【００６２】
この帯電可能エレメントは、インタフェースで支持され得る。一実施形態において、帯電可能エレメントは、インタフェースの下流側で支持されている。
【００６３】
この下流領域は典型的に、少なくとも部分的に、密閉されるよう配置されたチャンバによって画定され、これにより閉じ込められた気体が加圧下のチャンバ内に存在する。
【００６４】
別の典型的な一実施形態において、この帯電可能エレメントは、下流領域を画定するチャンバの壁から電気的に絶縁されている。
【００６５】
下流領域がチャンバにより画定されている場合、この帯電可能エレメントは、典型的に、1つ又は複数のチャンバ壁で支持されている。
【００６６】
下流領域に収容された気体は、当該技術分野で典型的に知られているように、ヘリウム又は水素のうち少なくとも1つ、又はこれらの混合物であり得る。他の好適な気体、又は2つ以上の他の好適な気体の混合物も、要望に応じ、下流領域で収容され得る。
【００６７】
別の一実施形態において、サンプリングインタフェースは、イオン源からイオンを抽出するために配置された入口を含む。
【００６８】
更なる一実施形態において、この入口は、抽出されたイオンが別個のそれぞれのイオンビームに分割され得るよう配置される。
【００６９】
一実施形態において、この入口は、実質的に円錐形であってよく、その円錐頂点の位置又はその近くに提供される開口部を有する。帯電可能エレメントも、実質的に円錐形であってよく、その円錐頂点の位置又はその近くに提供される開口部を有する。この配置において、入口と帯電可能エレメントの両方の開口部は、互いに実質的に同心となるよう配置される。
【００７０】
他の実施形態において、この入口は、その形状にかかわらず複数の開口部を含み、これによって、抽出されたイオンが別個のイオンビームに分割され得る。よって、下流のコンポーネントは、入口で分割されたイオンビームの数に対して適切に対応を行う。この入口が、単一のイオンビームのみの抽出に対して提供される場合において、帯電可能エレメントは、その形状にかかわらず、複数の開口部を含み得、これによってイオンは別個のイオンビームに分割され得る。これらの実施形態のそれぞれにおいて、入口又は帯電可能エレメントの形状は、実質的に平ら又は曲線状(すなわち、凹面状又は凸面状を呈する)であり得る。
【００７１】
一実施形態により、この入口はサンプラーコーンを有するサンプラーであり、この帯電可能エレメントは、スキマーコーンを有するスキマーである。
【００７２】
更なる一実施形態において、このチャンバは入口を含み、ここを通って気体又は気体混合物がチャンバ内に射出され得る。この配置の一実施形態において、帯電可能エレメントは入口を含み、個々を通って気体がチャンバ内に射出され得る。
【００７３】
更なる実施形態により、このチャンバは、入口の概ね下流で、かつインタフェースの概ね上流に(又は、実質的に入口とインタフェースとの間に)配置されるイオン光学配置を含み得る。好適なイオン光学配置には、「シケイン」又は「ミラー」タイプのイオン光学配置が含まれ得るが、これらに制限されない。
【００７４】
本明細書に記述されるサンプリングインタフェースの任意の配置は、1つ以上の衝突セルを含み得る。その衝突セル、又は各衝突セルは、プラズマから抽出されたイオンと反応させるための、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、1つ以上の反応気体又は衝突気体を収容するよう改変することができる。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。
【００７５】
イオンの、別個のイオンビームへの分割は、そのような衝突セル配置内で起こり得る。いくつかの実施形態において、この分割は、衝突セルへの入口で起こり得る。
【００７６】
この電場のバイアス電圧電位は、その衝突セル又は各衝突セル内に提供される気体圧力の変化に応答して変化し得るように配置することができる。
【００７７】
この衝突セル又は各衝突セルは、1つ以上の四極配置を含み得る。
【００７８】
サンプリングインタフェースは、次の質量分析法装置のうち少なくとも1つに組み込み可能であるよう配置することができる： 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(LTP)、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。
【００７９】
本発明の更なる主な一態様により、上述の任意の実施形態により配置されたサンプリングインタフェースを有する質量分析計が提供される。
【００８０】
本発明の別の主な一態様により、上述の任意の実施形態によるサンプリングインタフェースを有する誘導結合プラズマ質量分析計が提供される。
【００８１】
本発明の更なる主要な一態様により、プラズマ質量分析計装置と共に使用するためのプラズマサンプリングインタフェースが提供され、このプラズマサンプリングインタフェースは、後続の分光分析のためにイオンをプラズマからサンプリングしそのイオンを質量分析計に誘導することを可能にするよう配置されており、このサンプリングされるイオンは、プラズマ内でイオンに変換されているサンプルからサンプリングされ、このプラズマサンプリングインタフェースは、イオン源から抽出された多量のイオンを受け取り、複数のイオンビームを形成するよう配置され、この各イオンビームはそれぞれ望ましい経路に沿って導かれる。
【００８２】
この態様のサンプリングインタフェースは、上述の任意の特徴を含み得る。
【００８３】
このサンプリングインタフェースは、本発明の第1の主な態様の実施形態によるインタフェースと共に配置することができ、このインタフェースは、複数のイオンビームを形成することができ、この各イオンビームはそれぞれ望ましい経路に沿って導かれる。
【００８４】
このプラズマサンプリングインタフェースは、プラズマから受け取ったイオンが通過可能な、気体を収容することができる下流領域を有するよう配置され得る。
【００８５】
このプラズマサンプリングインタフェースは更に、サンプラーとインタフェースとの間に電場を含み得、これは、イオンが通過し得る領域の少なくとも一部分に提供される選択されたバイアス電圧電位を有する。
【００８６】
一実施形態において、スキマーが提供され、サンプラーの下流に配置される。サンプラーとスキマーは両方とも、質量分析計に誘導するために、プラズマからイオンをサンプリングすることができるように配置される。
【００８７】
このサンプリングインタフェースは更に、電圧源と電気的に導通するよう配置することができ、これによりバイアス電圧電位を電場に印加することができる。この電圧源はインタフェースから分離していてもよく、又はインタフェースと共に配置されてもよい。
【００８８】
一実施形態において、この電場の電圧電位は、例えばスキマー又はスキマーコーンなどの帯電可能エレメントを介して提供される。
【００８９】
イオンを、複数の別個のイオンビームに分割することは、帯電可能エレメント、スキマー、又はサンプラーのうち少なくとも1つを、上述のインタフェースと実質的に同様にして配列した配置によって行われ得る。
【００９０】
この電場のバイアス電圧電位は、イオンが下流領域を通過する際に気体の粒子と衝突するときに生じる衝突散乱を低減するように選択することができる。
【００９１】
一実施形態において、スキマーに印加されるバイアス電圧電位は、イオンがこの下流領域を通過する際に気体の粒子と衝突することによるイオンの運動エネルギーの変化に相関して選択することができる。
【００９２】
別の一実施形態において、スキマーに印加されるバイアス電圧電位は、イオンが下流領域の電場を通過する際に気体の粒子と衝突するときに生じる衝突散乱を低減するように選択することができる。
【００９３】
別の一実施形態において、スキマーに印加されるバイアス電圧電位は、この領域の気体圧力との相関により選択し、これにより衝突散乱を低減することができる。
【００９４】
典型的な一実施形態において、電圧源は、スキマーに印加されるバイアス電圧電位がその領域の気体圧力の変化に応答して変化し得るように、配置される。
【００９５】
別の一実施形態において、このスキマーは、アースから電気的に絶縁されるよう配置される。スキマーに印加されるバイアス電圧電位は、正のバイアス電圧電位であり得る。
【００９６】
このスキマーは、入口で支持され得る。一実施形態において、帯電可能エレメントは、入口の下流側で支持されている。
【００９７】
一実施形態において、この下流領域は、少なくとも部分的に、密閉されるよう配置されたチャンバによって画定され、これにより閉じ込められた気体が加圧下のチャンバ内に存在する。
【００９８】
このスキマーは、実質的に円錐形であってよく、その円錐頂点の位置又はその近くに提供される開口部を有する。サンプラーがある場合は、そのサンプラーも、実質的に円錐形であってよく、その円錐頂点の位置又はその近くに提供される開口部を有し得る。この実施形態において、入口と帯電可能エレメントの開口部は、互いに実質的に同心となるよう配置される。
【００９９】
他の実施形態において、この入口は、その形状にかかわらず複数の開口部を含み、これによって、抽出されたイオンが別個のイオンビームに分割され得る。よって、下流のコンポーネントは、入口で分割されたイオンビームの数に対して適切に対応を行う。この入口が、単一のイオンビームのみの抽出に対して提供される場合において、帯電可能エレメントは、その形状にかかわらず、複数の開口部を含み得、これによってイオンは別個のイオンビームに分割され得る。これらの実施形態のそれぞれにおいて、入口又は帯電可能エレメントの形状は、実質的に平ら又は曲線状(すなわち、凹面状又は凸面状を呈する)であり得る。
【０１００】
別の一実施形態において、チャンバは、スキマーの下流側に隣接して配置される。
【０１０１】
更なる一実施形態において、このチャンバは入口を含み、ここを通って気体又は気体混合物がチャンバ内に射出され得る。スキマーは、チャンバに射出され得る気体が通過する入口を備えて提供され得る。
【０１０２】
更なる実施形態により、このチャンバは、スキマーの概ね下流側に配置されたイオン光学配置を含み得る。好適なイオン光学配置には、「シケイン」又は「ミラー」タイプのイオン光学配置が含まれ得るが、これらに制限されない。
【０１０３】
本発明の更なる主な一態様により、上述の任意の実施形態により配置されたサンプリングインタフェースを有する質量分析計が提供される。
【０１０４】
本発明の別の主な一態様により、上述の任意の実施形態により配置されたプラズマサンプリングインタフェースを有する質量分析計が提供される。
【０１０５】
本発明の更なる主な一態様により、サンプルから抽出された多量のイオンを測定するための方法が提供され、この方法は、複数のイオンビームを形成する工程と、その複数のイオンビームを、それぞれの意図された経路に沿って、少なくとも1つのイオン検出器に誘導する工程とを含む。
【０１０６】
この方法は更に、その複数のイオンビームのうち1本以上を、そのイオンが通過し得る気体を有するよう配置された領域を通過するように、誘導する工程を更に含む。選択されたバイアス電圧電位を有する電場が、典型的に、この領域の少なくとも一部分に提供され、ここをイオンが通過し得る。
【０１０７】
この領域は更に、イオンビームが通過し得る気体を収容するよう配置され得る。この気体は、衝突散乱を低減又は最小限に抑える能力により選択されたものであり得る。
【０１０８】
この方法は更に、上述の特徴の任意の動作又は使用に関する工程を含み得る。
【０１０９】
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】
【０１１０】
【図１】誘導結合プラズマ質量分析計装置の一配置の概略図を示す。
【図２】本発明により配置された質量分析計装置内で使用するための質量分析器配置の一実施形態の概略図を示す。
【図３】本発明により配置された質量分析計装置内で使用するための質量分析器配置の別の一実施形態の概略図を示す。
【図４】本発明により配置された質量分析計装置内で使用するための質量分析器配置の一実施形態の概略図及びA1-A2に沿った断面を示す。
【図５】本発明により配置された質量分析計装置内で使用するための質量分析器配置の別の一実施形態の概略図及びB1-B2に沿った断面を示す。
【図６】質量分析計装置と共に使用するための各抽出レンズのさまざまな配置を示す図である。
【図７】本発明により配置された質量分析計装置内で使用するための質量分析器配置の更なる一実施形態の概略図を示す。
【図８】本発明により配置された質量分析計装置内で使用するための質量分析器配置の別の一実施形態の概略図を示す。
【図９Ａ】本発明により配置された質量分析計装置内で使用するための質量分析器配置の更に別の一実施形態の概略図を示す。
【図９Ｂ】本発明により配置された質量分析計装置内で使用するための質量分析器配置の更なる一実施形態の概略図を示す。
【図１０】本発明と共に使用するために配置し得る誘導結合プラズマ質量分析計 (ICP-MS) 装置の一実施形態の配置の概略図を示す。
【図１１】本発明と共に使用するために配置し得るICP-MS装置の別の一実施形態の配置の概略図を示す。
【図１２】図11に示すICP-MS装置の実施形態のバリエーションを示す図である。
【図１３】本発明と共に使用するために配置し得るICP-MS装置の別の一実施形態の配置の概略図を示す。
【図１４】図13に示すICP-MS装置の実施形態のバリエーションを示す図である。
【図１５】図14に示すICP-MS装置の実施形態の別のバリエーションを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０１１１】
簡潔にするために、本発明のいくつかの実施形態は、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、記述される実施形態の内容は、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。
【０１１２】
したがって、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(LTP)、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。
【０１１３】
説明を簡単にするため、ICP-MS装置の場合において、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。
【０１１４】
スキマーは一般に、イオンが通過する開口部を含む。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、雰囲気を更に精製することができる。多くのシステムにおいて、イオン光学又は抽出レンズ配置は、UVフォトン、高エネルギー中性子、及びプラズマから装置に入り込む可能性その他の固体粒子からイオンを分離するために、スキマーのすぐ下流側に提供され配置される。
【０１１５】
典型的なICP質量分析計はイオンビームを有し、これはイオン源から抽出され、意図された経路に沿って単一ビームとして移動し、質量分析計コンパートメントを順に通過していく。サンプル導入システムが、分析を行う物質と共にイオン源を供給する。このイオン源は質量分析計装置の一部であり、ここでイオンが形成されてから、エクストラクター又はインタフェースにより抽出されてイオン光学コンパートメントに導入される。イオンは、プラズマで形成されるか、又は当該技術分野で周知の他の手段によって形成することができ、この手段には例えば、他の粒子(電子、中性子、イオン、フォトン、化学的イオン化など)の影響によるもの、又は場の存在によるもの(静電場及び/又は磁場)が挙げられる。イオン源は例えば、大気圧下、又は比較的高い若しくは低い圧力条件を備えたその他の環境条件で動作し得る。
【０１１６】
多くの質量分析計装置には、典型的に、イオンを集束させて、既知の衝突又は反応セルなどのイオンビームマニピュレーター(使用される場合)にイオンを移動させるよう構成されている、1つ以上のイオン光学配置が含まれる。このイオン光学配置の目的は、特定の分光分析ニーズのために、物理的及び/又は化学的手段によってイオンビームを変えることである。例えば、ICP-MS分野において、「干渉」環境(イオンビーム中に存在する既知の望ましくない粒子と意図的に干渉させる、特定の気体又は環境を含む)を提供することにより、測定したい特定の種類のイオンの測定を向上させることができる。
【０１１７】
質量分析計はしばしば、複数の質量分析器配置を順に並べ、異なる種類のイオンビームマニピュレーターを用いることにより、利益が得られる。
【０１１８】
四重極型質量分析装置は、順に動作する。スペクトルが順に得られることで、質量電荷比(m/z)測定値が一度に1つだけになり、よって、数多くの質量を測定する必要がある場合には時間がかかり得る。更に、そのような順次手法を用いた精密な同位体(isotropic)比測定は、イオン源及び/又はサンプル導入システムが振動又は動揺を起こすと、後続の測定のイオンビームが(時間的に)不安定になり、問題を生じることがある。
【０１１９】
動揺はしばしば、大気圧イオン源(例えば誘導結合プラズマ、マイクロ波プラズマ、又はレーザー誘導プラズマなど)に典型的に伴う測定不安定性問題であるが、インタフェース及びイオン光学装置の中で帯電を行う電極は、短期的及び長期的なドリフトの問題を起こすことがあり、これが同位体(isotropic)及び元素の測定の精度に影響を及ぼす傾向があり得る。
【０１２０】
また、他のタイプの質量分析器： 同時型(例えばマルチコレクター磁気セクタ質量分析計 (MC-ICP-MS))あるいは飛行時間型(TOF-ICP-MS)もある。言うまでもなく、これらの質量分析器は一般により高価であり、場合によってはサイズが大きい。マルチコレクターはすべての質量範囲をカバーすることはできず、典型的に、限られた数のコレクター(質量検出器)のみを有し、特定の同位体(isotropic)質量範囲で動作する。
【０１２１】
本発明の期待される実施形態の多くは、連続する複数極の質量分析器(単極、双極、四極、など)を組み込んでおり、これらは典型的に比較的安価であり、寸法が小さい。よって、(質量分析器配列内の)「平行」配置のそのような装置のある数(N)の組み合わせが、測定時間を短縮し、同位体比の精度と正確さをもたらし得る。
【０１２２】
よって、上記により、図1は典型的な質量分析計装置の従来型配置2を示す。
【０１２３】
概して、及び上記に示されているように、配置2は最初に、イオン検出装置50により試験を行うために、サンプラー10内の材料物質のサンプル6の一定量を含む。サンプル6は、サンプル6をイオン源15に変換するよう配置された後続のコンパートメントに移され、ここから多量のイオンが、サンプリングインタフェース20によって抽出される。サンプリングインタフェース20の目的は主に、イオン源1から多量のイオンを抽出し、望ましい経路を有するイオンビーム18を提供することである。
【０１２４】
イオンビーム18は次に、イオン光学配置25内を通り、これはイオンビーム18に対して集束又は方向付けを提供する役目を果たす。いくつかの場合において、この段階でのイオンビーム18の経路は直線であり得る。しかしながら、数多くの配置において、イオンビーム18は、望ましくない粒子をビームから除去するために経路の方向を変えるよう、具体的に方向付け又は操作することができる。当業者には、数多くのフィルター配置が周知であることが理解されよう。
【０１２５】
ビーム18は、衝突セル又は反応セル30を通過するよう方向付けることができ、これらのセルは、イオン/中性反応を介して干渉イオンを除去することによる、フィルター機構を提供又は付け加えるよう配置される。衝突セル又は反応セル30は、その中に提供される特定の反応気体を含み得、これは、イオンビーム18内に存在することが知られている粒子をフィルターするために加圧され得る。
【０１２６】
ビーム18は更に、質量電荷比に基づいてイオンを分離するために、第1質量フィルター35配置を通過するよう導くことができる。一般には四極質量フィルター配置が採用され、これは、4本の平行なロッド間で形成される無線周波数(RF)場を通過するイオンの経路を安定化又は不安定化させるために、電場の振動を使用するのに採用されるものである。特定の範囲の質量電荷比のイオンのみがシステム内を随時通過するが、ロッドの電位変化により、連続的にも、また別個の段階の連続であっても、幅広いm/ｚ値を迅速に掃引することが可能となる。
【０１２７】
図示の配置について、第1質量フィルター35を出たイオンビーム18は、もう1つの衝突セル又は反応セル30を通過し、第2質量フィルター45に入る。
【０１２８】
第2質量フィルター45は、イオン検出装置50に隣接して配置されており、これによって、第2質量フィルター45を出たイオンビーム18は次に、イオン検出装置50に導かれ、分析される。図1の配置は概ね、従来型の誘導結合プラズマ質量分析計配置を示すものであることが、当業者には理解されよう。
【０１２９】
図2は、誘導結合プラズマ質量分析計と共に使用するためのイオンサンプリング配置52の簡略化した一実施形態を示す。
【０１３０】
図示されている配置において、インタフェース54が提供され、この中で多量のイオンをイオン源から受容し(イオンビーム90を介して)、2本のイオンビーム110及び111が、質量分析器配列60への入口で形成される。インタフェース54は、各イオンビーム110及び111がそれぞれの望ましい経路に沿って導かれるように配置される。図示の実施形態において、イオンビーム110及び111の経路が、帯電可能コンポーネント(例えば入口レンズ115)内に提供される入口75を経て、質量分析器配列60内に入り、この質量分析器配列60内で互いに平行に配置されたそれぞれの質量分析器装置65を通って導かれる。
【０１３１】
図示されている実施形態について、入口レンズ115は、質量分析器配列60の入口壁に提供される。しかしながら、入口レンズ115はそれ自体の中に、別のコンポーネントを含み得ることが理解されよう(詳しくは後述)。各例において、入口レンズ115は必要に応じて、実質的に平ら、又は任意の曲線形状(例えば凸面又は凹面)であり得る。
【０１３２】
質量分析器配列60は更に、2つの検出器装置86を含む検出器配列85を含み、この2つの検出器装置はそれぞれ、各質量分析器装置65の下流側端に配置される。質量分析器配列60の質量分析器装置65はそれぞれ、金属フリンジロッド70の各セットを有する四極質量分析器である。各イオンビーム110及び111は、それぞれのイオンビームをそれぞれの検出器装置86に運び、運ばれたイオンの測定を行うように配置されることが理解されよう。
【０１３３】
図2に示す実施形態は、関心対象の粒子(又はイオンビーム)の流れ(直径が実質的に大きいもの)が、質量分析器配列60に入れるようにするため、どのようにして縮小されるかを示している。
【０１３４】
図3は、更なる配列56を示しており、ここにおいて質量分析器配列60の上流側端は、入口レンズ115の外側に配置された入口前レンズ120と、入口レンズ115の内側に配置された入口後レンズ125とを含んでいる。図示されている配置は、単一のイオンビームをそれぞれの四極質量分析器装置65に分割して集束させるのに使用できる複数レンズ構成を示している。この配置において、絶縁体105が質量分析器配列60と共に配置され、これによって、通過するイオンビーム内のイオンに更にエネルギーを与えるために、電圧バイアスを入口レンズ115に印加することができる。
【０１３５】
一般に、入口レンズ115に印加されるバイアス電圧は、イオン源の電荷に対して負である。しかしながら、このバイアス電圧は、必要とされる望ましい集束特性、及び/又は、使用されるレンズ(複数のレンズ115を採用することができる。例として、図9A及び図9Bに示されている配置を参照)の形状又は配置(例えば数)に、少なくとも部分的に依存する、任意の負の電圧であり得ることが理解されよう。
【０１３６】
図4(A)及び図4(B)は両方とも、2×2構成において互いに平行に配置され、それぞれのイオンビーム110a、110b、111a、及び111bがここを通過する、4つの別個の質量分析器装置65を有する質量分析器配列60の更なる実施形態配列を示す。この質量分析器配列60は、上流側端の入口レンズ115上に配置された4つの入口75を含み、ここを通って各イオンビームがそれぞれの質量分析器装置65内に入る。質量分析器配列60は更に、それぞれの質量分析器装置65の下流側端にそれぞれ配置された4つのイオン検出装置86を有するイオン検出器配列85の更なる実施形態を含む。図示されている配置において、各質量分析器配列60は、金属フリンジロッド70を有する四極質量分析器である。
【０１３７】
ここで、図2及び図3に示すように、それぞれのイオンビームの形成は、質量分析器配列60への入口で行われる。よって、図2及び図3にそれぞれ示されている配置52、56のそれぞれにおいて、イオンビーム18の分離は、それぞれの質量分析器装置65への入口75で達成される。
【０１３８】
図5は、図4に示す配置のバリエーションを示し、ここにおいて質量分析器装置65はそれぞれ、金属フリンジロッド70を含み、このロッドは曲線状で、それぞれのイオンビーム内のイオンをそれぞれの質量分析器装置65に向かうガイダンスを実施又は提供するよう配置されている。
【０１３９】
図5に示す実施形態は、図4に示されている質量分析器配列60の2×2平行構成を保持しているが、入口75が互いにずっと近づいて配置できるようになっている。この配置の利点の1つは、入口が互いにずっと近づいて配置されているとき、イオンビームを制御するのが比較的容易になることであるのが理解されよう(実際的に、入口がもっと離れて配置されているときにイオンビームを制御するのは、そのような配置を更に複雑なものにする可能性がある)。この点において、この種の配置は、単一のイオン光学装置のみを使用して操作可能である。
【０１４０】
入口レンズ115の入口75は、図6(A)〜図6(C)に示すように、さまざまな構成で配置し得ることが理解されよう。更に、上述したように、入口レンズ115は曲線状(例えば凸面又は凹面の形状)になるように配置することができ、これによってイオンビームを望ましい様相で導き又は集束させることができる。
【０１４１】
図7は別の配置を示し、ここにおいて、イオンビームが衝突セル又は反応セル30(時にイオンクーラーと呼ばれる)内で2本のビームに分割される。イオンビーム90は粒子エクストラクター又はイオン光学配置25を通過し、(開口部135及び140を通って)衝突セル又は反応セル30内まで移動する。衝突セル又は反応セル30内で、イオンビーム90の分割(100)が、(時間的に)静電場又は動電場により影響を受ける(他の実施形態では、磁場により同様の影響を提供し得る)。しかしながら、静電場/動電場、及び/又は静磁場/動磁場を用いる分割は、単一イオンビーム90が通過する質量分析計の任意の他のコンパートメント内で生じるよう配置可能であることが、理解されよう。
【０１４２】
イオンビームがいったん(潜在的に、N本(N>1)の別個ビームに)分割されると、個々のビームはそれぞれ、開口部100を通って衝突セル又は反応セル30から出る。両方のビーム(110、111)が次に質量分析器配列60に入り、それぞれの質量分析器装置65内を通過する。
【０１４３】
同様の配列が、図8に示されている。この実施形態は、ICP-MSに関連して、Campargue配置の典型的な複数の特徴を含んでいる。明らかに、プラズマはイオン源15によって提供され、サンプラーコーン155に提供されているオリフィスを通って装置内に導入される。このプラズマは第1チャンバ165(一般に減圧チャンバとして構成される)内で拡大し(160)、ここでスキマーコーン175のオリフィス195を通過する。このプラズマは、オリフィス195を通過した後、第2チャンバ185(一般に更なる減圧チャンバとして構成される)内で拡大し(180)、DC電圧バイアスが印加されている抽出レンズ190の支援により、イオンがプラズマから抽出される。結果として得られるイオンビーム(単ビーム)90は次に、イオン光学装置205に入る。
【０１４４】
前述のように、典型的なプラズマ質量分析計は、インタフェース及び抽出レンズ、並びに単一のイオンビームのみを運ぶよう配置されたイオン光学装置から成っている。イオンビーム(90)の分割(215)は、第1チャンバ165及びイオン光学装置205を通って誘導された後、静電衝突セル又は反応セル210内で起こり得る。これは、単ビームがセル内で拡散することにより起こる可能性があるものであり、エネルギーを喪失し、静電セル自体又は外部イオン光学エレメントに由来する静電場により生じた抽出力(又は押し出し力)を受ける可能性がある。この点において、図示されている実施形態は、静電衝突セル又は反応セル210(レンズ115と同様に)からイオンを抽出するのを支援するイオン光学エレメント230を含めることにより利益が受けられる。これは一般に、セルに電圧が印加されている間に起こり、これによりイオンが効果的にそこから排出される。静電衝突セル又は反応セル210から出ると、その分割されたイオンビーム(それぞれ220)はそれぞれの四極質量分析器装置(図示なし)を経て通過し、質量検出器配列(これも図示なし)に至る。
【０１４５】
このように、イオンビームの分割は、イオン源から質量検出器配列に至る経路の任意の段階で生じさせることができる。ICP-MSの場合、これを達成する最も実際的な手段は、所与の圧力で動作させるときのイオン源を検討することである。例えば、ICP-MS機器は大気圧で動作するICPを有し得るが、それより低い又は高い圧力にすると、機器の性能に有益である場合がある(すなわち、制御された圧力で別個に密封されたコンパートメント内に形成されたプラズマ)。これは、マイクロ波プラズマ、グロー放電プラズマ、及びレーザー誘導プラズマ源の質量分析計用に配置することも可能であり、これらはいずれも大気圧に限定されない。
【０１４６】
図9A及び図9Bは、図7及び図8に示した特徴の多くを保持する、好ましい一実施形態の更に別の配置を示す。図示されている実施形態において、プラズマジェットはレンズ115のカーブした実施形態に当たり、これが複数のイオンビームを提供し、これらが静電衝突セル又は反応セル210(又は時にイオンクーラーとも呼ばれる)内へと集束される。二重イオンビームは静電衝突セル又は反応セル210を出て、入口75を経てそれぞれの質量分析器装置65内に入り、イオン検出器配列85のイオン検出器装置86に向かって(これらはすべて、第3減圧チャンバ内に収容された状態で示されている)、金属フリンジロッド70(図9A及び図9B両方に示されている配置において、かなり曲面であるように構成されている)の間でガイドされる。
【０１４７】
よって、入ってくる単イオンビームは、1つ以上のレンズ115(図9A及び図9Bに示されている配置では、2つの曲面レンズ115が含まれている)を含む抽出プロセスを使用して、スキマーコーン175の後で分割することができる。このイオンビームは互いに平行に(図9Bに示されているように)、あるいは、各ビームがそれぞれの軌道に交差するように(図9Aに示されているように)、衝突セル又は反応セル内を通ることができる。イオンが衝突セル又は反応セル210内に入ると、これらは他の物質(分子、イオン、電子、光子)と化学的/物理的反応を起こし、初期スペクトルを変化させ得る。
【０１４８】
ICP-MSの場合、これは干渉を低減するために必要であり得る。しかし例えば分子MSの場合、これはイオンフラグメント化又はイオン−分子会合反応に必要であり得る。
【０１４９】
図9Bに示す配置は、衝突セル又は反応セル210が、イオン光学配置(例えば、1つ以上の鉄のミラーデフレクター/リフレクター装置)を収容するコンパートメントで置き換えられるよう構成することができ、イオンビームはこれを通って、互いに対して実質的に平行に流れる。
【０１５０】
望ましくない粒子の存在を低減し、それぞれの各イオンビームの信号強度を最大化するために、衝突セル又は反応セル210を複数の異なるコンポーネントで置き換えることにより、図9A及び図9Bに示されている配置の別の実施形態が実現可能であることが、当業者には容易に理解されよう。
【０１５１】
上記の見地から、イオンビームの分割、又は関心対象の粒子を含む流れの分割は、イオン源から質量検出器までの経路に沿った任意の段階で達成することができることが理解されよう。この任意の段階には、例えば次のものが挙げられるが、これらに限定されない：
・質量分析器装置の前、及び/又は
・イオン光学装置配置の前(存在する場合)、及び/又は
・インタフェース又はサンプラー装置の位置、及び/又は
・イオンビームマニピュレーターコンパートメント内(例えばイオンクーラー又はイオン熱運動化装置)内、及び/又は静電衝突セル配置。
【０１５２】
本明細書に示され記述されている本発明の実施形態は、イオンビームを強化する役割を果たし、これによりイオン検出器装置でイオンの測定感度を高める。しかしながら、衝突散乱の度合を更に低減するために、本発明の他の実施形態も配置し得ることが理解されよう。この点に関して、上述の本発明は、オーストラリア特許仮出願第2010905248号に記述され示されているさまざまな配置の内容を活用して配置することができ、この出願の内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０１５３】
よって、単一のイオンビームを複数のイオンビームに分割するという概念は、選択されたバイアス電圧電位が、通過するイオンビーム又はそれぞれのイオンビーム内のイオンにエネルギーを与えるよう配置された、イオンビーム(すなわち、単一イオンビーム又は流れ、あるいは、分割されたイオンビーム又は流れのうち任意の1つ以上)が通過し得る領域を提供するという概念と組み合わせて、イオン検出装置でのイオンの測定感度の性能を高めることができる。
【０１５４】
下記の議論は、サンプリングインタフェース配置の数多くの実施形態を記述するものであり、ここにおいて、選択されたバイアス電圧電位を有する電場は、イオンビーム(単一又は複数)が通過し得る下流領域の少なくとも一部分を提供する。
【０１５５】
図10は、ICP-MSと共に使用するための2つの開口部のICP-MS「Campargue」インタフェース配置を使用して構成した、サンプリングインタフェース402の一実施形態を示す。誘導結合プラズマ(ICP)トーチ410が、プラズマ場414を生成するために提供される。動作中、試験サンプル418がプラズマ場414に導入され、質量分析計検出器406による分析のために、ここでサンプルが気化され、イオンに変換される。イオンを生成する方法は、検討される質量分析計機器のタイプに依存することが理解されよう。ただし本明細書の目的のため、イオンはプラズマから生じるものとする。試験サンプル418のさまざまな生成方法は、当該技術分野で既知であることが理解されよう。このため、本明細書では更なる検討はしない。
【０１５６】
試験サンプル418からのイオンは、サンプリングインタフェース402によりプラズマ場414からサンプリングされる。図10に示す実施形態について、サンプリングインタフェース402には入口が含まれ、例えばICP-MS配置の場合、プラズマ場414からイオンを受け取るためにプラズマトーチ410に隣接して配置されるサンプラー422(又は時に当該技術分野でサンプラーコーンと呼ばれる)が含まれる。サンプラー422は、プラズマ場414から多量のイオンを受け取るよう配置される。サンプリングインタフェース402内の所定の段階で、このプラズマ場414、又は流入するイオンの単一ビームが、複数の別個のイオンビームに分割され得る。各イオンビームは、その分割の地点からそれぞれの望ましい経路に沿って導かれ、これによりそれぞれの検出器装置までそれぞれのイオンビームを運ぶ。上述のように、イオンビームの分割は、質量分析計検出器406(又はイオン検出器)に至る意図された経路に沿って、任意の段階で起こり得る。
【０１５７】
便宜のため、図10〜図15では単一イオンビームのみを示しているが、図示されている配置の実施形態は、1つ又は複数の更なるイオンビームを、平行構成で、あるいはそれぞれのイオンビームの軌道が交差し得る構成で、形成可能であることが理解されよう。
【０１５８】
図10〜図15の実施形態の目的は、イオン源の下流に1つ以上の領域を提供し、この領域が、イオンが通過し得る選択された電圧電位を有する電場を有するという概念を説明することである。そのような1つ以上の領域を、1本以上の分割されたイオンビームが一緒又は別個に通過し得ることが理解されよう。
【０１５９】
プラズマ場414は、最初は大気圧であり、第1減圧チャンバ432(典型的に、1〜10 Torrのレベルの圧力となる)内でプラズマ拡大ジェット433として拡大する。
【０１６０】
サンプラー422の下流にある第2チャンバ435内に提供される領域(以下、衝突領域430)は、イオンを通過させる気体(以下、衝突気体434)を収容する。衝突領域430の少なくとも一部分が、イオンが通過し得る選択されたバイアス電圧電位を有する電場を提供するよう配置される。この配置により、イオンがこの電場を通過する際にイオンのエネルギー構成成分が増加することができる。図10に示されている実施形態について、この電場のバイアス電圧電位は、例えばスキマー426(ICP-MS配置の場合)などの帯電可能エレメントを、電圧源438と電気的に導通させて配置することにより、提供される。
【０１６１】
スキマー426(又は当該技術分野において時にスキマーコーンと呼ばれる)は一般に、サンプラー422の下流側に配置される。サンプラー422及びスキマー426は、質量分析計検出器406に導入するためにプラズマ場414からイオンをサンプリングできるように、互いに対して配置される。サンプラー422とスキマー426のそれぞれの開口部423、427の間の距離は、5〜30 mmであり得る。スキマー426は、サンプリングインタフェース402から分離され、かつ絶縁体446を用いた絶縁アセンブリ428によって「浮かぶ」ことが可能なように配置される。
【０１６２】
スキマー426に印加される電圧電位は、イオンが通過して衝突領域430内に入る際の衝突散乱の影響により生じるイオンの運動エネルギー損失との相関関係に従って選択される。衝突気体434は、例えば通過するプラズマ領域448の多原子イオンなど、イオンビームから望ましくない粒子を除去するための好適性に基づいて選択される。この配置を用いて、イオンの運動エネルギー損失(気体粒子との衝突の結果)は、スキマー426に対するバイアス電圧電位の印加によりイオンのエネルギー構成成分を増加させることによって補償することができる。
【０１６３】
一実施形態において、衝突領域430内に提供される気体の圧力が高くなるほど、気体粒子との衝突による衝突散乱を最小限に抑えるためイオンに十分なエネルギーを与えるための、スキマー426に印加するバイアス電圧電位も大きくなる。この配置は、従来のICP-MSサンプラーインタフェース配置に比べ、10倍を超えるレベルで、質量分析計の信号対ノイズ比を改善していることが見出されている。よって、本発明の配置を使用して、好適な衝突気体が、高圧で 衝突領域430内に導入かつ保持され(これにより望ましくない粒子の除去率が高まり)、同時に、流入する利用可能なイオンの散乱率を低減させることができる。残るイオンは抽出レンズ442によって抽出され、質量分析計検出器406に導かれて分析される。
【０１６４】
典型的なICP-MS構成質量分析計に使用されるスキマー426は、一般に、金属で製造され、金属製減圧チャンバと電気的に関連するよう配置される。これによりスキマー426は、実質的にゼロ電圧電位で常にアースされるようにすることができる。しかしながら、本発明に従い、スキマー426にバイアス電圧電位を印加することで、プラズマから抽出されるイオンに対して追加のエネルギー電位を提供する。例えば、衝突領域430内の運動エネルギー損失が25電子ボルト(eV)程度であることが見出された場合、この損失は、スキマー426に対し、約+25ボルト(V)の電圧電位を印加することによって補償することができる。四極質量分析器がスキマー426の下流に組み込まれている場合、衝突散乱の低減に対する付加的な更なる利益も実現し得る。そのような場合、四極質量分析器は、(低減された運動エネルギーを有している)イオンの移動を支援するためにオフセットにする必要はない(この場合は-25V電圧電位によって)。その代わり、質量分析器の電位は実質的に常態(ゼロ)電圧電位に維持することができ、これにより装置の動作を単純化することができる。ゆえに、四極質量分析器を通過するイオンの移動を支援するために、(通常なら必要となる)四極電圧バイアスを調整する必要はなくなる。
【０１６５】
従来型のICP-MS構成の場合、衝突又は反応性気体がCRI雰囲気中で使用されるとき、動作中に10〜100倍のレベルで、衝突散乱による感度低下が観察され得る。しかしながら、本発明による配置での、スキマーに対するバイアス電圧電位の印加は、イオンビームのエネルギー損失を低減する可能性を有し、10〜50倍のレベルで信号感度の改善をもたらすと考えられる。任意の強さの電圧電位をスキマー426に印加し得ることが理解されよう。
【０１６６】
従来型のICP-MS装置において衝突セルを使用すると、これらがない場合の配置に比べ、イオンビームの信号対のイズ比を10倍超も改善することが見出されている。衝突セルを組み込んだ質量分析計装置について、スキマーにバイアス電圧電位を印加すると、衝突セルは典型的に、イオン運動エネルギー損失が最高でイオン当たり200eVにもなり得るような比較的高い圧力環境で動作するため、有利であることが見出されている。そのような衝突セルは一般に、四極質量分析器又は類似の配置をその中に含む。よってこれは、そのような衝突セル配置を通過するイオンを、衝突セルの後ろに取り付けられた負に帯電したイオン抽出レンズを使用して抽出する必要があり、大きな負のバイアス電圧電位を四極質量分析器に印加することを意味する。
【０１６７】
しかしながら、本発明に従い、イオンの運動エネルギー損失は、同様のバイアス電圧電位(衝突セルが消費する量に比例して)をスキマーに印加して、これによってイオンビーム内のイオンの初期エネルギー状態を(例えば、最高でイオン当たり+200 eVのレベルまで)高めることにより、補償されるか、又は妥当な度合に制御することができる。これは、10〜100倍のレベルで信号感度を改善することが見出されている。
【０１６８】
上記の見地から、また予備的な結果に拘束されることなく、衝突領域430(又は衝突セル)内の衝突気体の圧力と、スキマー426に印加されるバイアス電圧電位との間には相関関係があると考えられることが理解されよう。これに関して、衝突領域430内の圧力が低い(衝突散乱が少ないことを示す)ほど、スキマー426に印加する必要があるバイアス電圧電位が低くなることが理解されよう。更に、衝突領域430内の圧力が高い(衝突散乱が増加していることを示す)ほど、スキマー426にはより高いバイアス電圧電位を印加する必要があり得る。例えば、下流領域における気体の圧力が増加すると、それに比例して、起こるイオン衝突の数の増加が起こり得る。よって、一実施形態において、スキマー426に印加されるバイアス電圧電位の増加は、下流領域における気体圧力の増加に比例するよう選択することができる。
【０１６９】
しかしながら、イオン衝突の数の比例的増加(下流領域における気体圧力の増加の結果)は、イオンの衝突散乱において同じ増加につながるわけではない。これは、衝突散乱は一般に、衝突前のイオンエネルギー及び/又はイオン速度の関数だからである。したがって、スキマー426に印加されるバイアス電圧電位は一般に、イオン衝突によるイオンの衝突散乱の関数であり、実験的に選択することができ(下記に詳しく検討される)、これにより、質量分析計検出器406に到達するイオンの数が可能な限り最大限になるバイアス電圧電位の大きさを決定することができる。
【０１７０】
スキマー426(又は、後述及び図15に示される実施形態で示されるように複数のスキマー)に印加されるバイアス電圧電位の大きさは、一般に、第2チャンバ435内で記録された衝突圧力(又は配列内に含まれる場合は衝突セル内の衝突圧力)を参照し、結果として得られた信号感度、又は質量分析計が受け取ったイオンビームの強度を参照することによって、実験的に決定することができる。スキマー426に印加するバイアス電圧電位の最適レベルを決定する方法の1つは、最初に、スキマー426に印加されるバイアス電圧電位が存在しない状態で、イオンビーム経路から衝突気体を除去し、装置の信号感度を観察することである。これにより、初期参照値が得られる。次に、衝突領域430内に望ましい衝突気体434を導入することにより、スキマー426に印加するバイアス電圧電位をゆっくり増加させながら、信号感度をモニターすることができる。スキマー426に印加されるバイアス電圧電位を増加させるにつれて、信号感度は改善を示し得る。
【０１７１】
しかしながら、更なるバイアス電圧電位の増加が信号感度を低減させる、すなわちイオンにエネルギーを与えすぎることでイオンビームの集束が失われるようになる転換点に達することが見出されている。したがって、この「転換点」に対応するバイアス電圧電位は、スキマー426に印加される最適バイアス電圧電位を反映する可能性が高い。更に、ある範囲又は帯域の電圧レベル内で選択されるバイアス電圧電位レベルは、使用される特定のサンプリングインタフェース配置に依存して最適となり得る。また、この最適の電圧レベル(又は電圧レベル帯域)は、サンプルイオンによって異なる可能性があり、よって、特定のタイプの元素に固有であり得ることが理解されよう。
【０１７２】
サンプルイオンの性質によって、衝突領域430内の気体圧力と、スキマー426に印加されるバイアス電圧電位との間の関係は、線形又は非線形であり得、更に、例えばイオンと衝突気体の特性、並びに例えばイオンエネルギー特性、衝突特性、及び振動特性などの関連する化学特性といった他の要素に依存する可能性がある。これらの要素は網羅的であるこが意図されたものではなく、他の要素も更に、衝突領域430中の気体圧力と印加されるバイアス電圧電位との間の関係の性質を複雑なものにし得ることが理解されよう。
【０１７３】
バイアス電圧電位の最適レベルを決定するには、他の手段も使用することが可能である。圧力センサー(例えば、衝突イオンによる既知の圧力に対して十分な感度を有する任意の好適な形態の圧力トランスデューサーなど)は、衝突領域430全体の場所に、圧力データを処理装置(図示なし)に送信するよう配置することができ、この処理装置は、データを処理し、必要な時に印加バイアス電圧電位を自動的に調節するよう好適にプログラムされる。この処理装置はまた、装置の信号感度に関するデータを受け取るよう配置することもできる。よって、これらのデータ入力が供給されると、最適バイアス電圧電位を決定するプロセスを、容易に自動化することができる。衝突活動を監視及び/又は推定するために、類似の圧力センサー及びデータ処理配置が、衝突セル内に提供され得ることが理解されよう。
【０１７４】
本発明によるプラズマサンプリングインタフェース配置は、図11〜図15のそれぞれに示される実施形態で例示されるように、さまざまなICP-MSと共に使用することができる。これらについて下記に詳述する。
【０１７５】
図11は、本発明により配置されたサンプリングインタフェース440を示す。図示の配置について、サンプリングインタフェース440は、図10に示すものと同様の2つの開口部のICP-MS「Campargue」インタフェース配置と共に構成されている。図11から明らかなように、サンプリングインタフェース440は、図10に示すサンプリングインタフェース402の実施形態と類似のコンポーネント配置を共有している。
【０１７６】
スキマー426内に提供されている開口部427をイオンが通過すると、第2減圧チャンバ435により画定された衝突領域430に入り、この中には衝突気体434が保持されている。気体粒子との衝突による散乱によって影響を受けないイオンは、第1ポンプコンパートメント510内に収容されているイオン光学チャンバ465内に入る。このイオン光学チャンバ465は、任意のUVフォトン、高エネルギー中性子、及びICPから装置内に入り込む可能性がある任意の固体粒子、及びたまたま衝突気体434の粒子と衝突しなかったものを、イオンから分離するのを支援する。
【０１７７】
図示の実施形態について、イオン光学チャンバ465は、「シケイン」カーブ状にイオンビームを「屈曲」させる軸ずれ構成として配置することができる。使用されるそのようなレンズ配置は、オメガレンズ(Agilent 7700 ICP-MS又はシケインレンズ(Thermo ICP-MS)イオン光学配置)を含み得る。この種のイオン光学配置は、非荷電粒子が荷電イオンを追わないようにし、イオンビームから除去されるようにする(例えば、イオン光学チャンバ465の内側表面に衝突することによって)ためのものである。
【０１７８】
イオンビームは、イオン光学チャンバ465から、ゲートバルブ470を通過して、第2ポンプコンパートメント515内に収容された衝突セル485(典型的に、当該技術分野では衝突セル、イオンフラグメント化セル、又はイオン操作セルとも呼ばれる)内に提供される更なる衝突雰囲気へと導かれる。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。
【０１７９】
この気体は、入口480を通って衝突セル485に導入される。衝突セル485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。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。
【０１８０】
イオンビームは、衝突セル485から、第3ポンプチャンバ520内に保持されている差動ポンプ開口部490を通過し、質量分析器配置(この場合、四極質量分析器配置)492へと向かう。この四極質量分析器配置492は、第1セットのロッド(四極フリンジロッド495)、及び、四極フリンジロッド495の下流に配置された第2セットのロッド(四極メインロッド500)を含む。
【０１８１】
この場合において、四極フリンジロッド495とメインロッド500のセットはそれぞれ、互いに平行な4本のロッドを含み、このそれぞれの軸は、イオンビームの経路方向に対して平行に配置されている。四極質量分析器配置492の機能は、それぞれの質量対電荷比(m/z)に基づきイオンビーム中のイオンをフィルタリングすることである。図示されている四極質量分析器配置492について、サンプルイオンは、ロッドに印加される振動電場の中で、それぞれの軌道の安定性に基づいて分離される。残りのイオン(荷電イオン)は、質量分析計検出装置505に向かって誘導され、ここで分析される。
【０１８２】
図12は、本発明により配置されたサンプリングインタフェース443の一実施形態を示す。ここでも図12から明らかなように、サンプリングインタフェース443は、図8に示す実施形態のバリエーションであり、イオン光学チャンバ465が、衝突セル485(第1ポンプチャンバ510内にある)の下流の第2ポンプチャンバ515内に在留するよう配置される。
【０１８３】
図13も、本発明により配置されたサンプリングインタフェース472の一実施形態を示す。同様に、図13〜図15に示されている実施形態では数多くの図示コンポーネントが共有されているが、改変されたスキマー426は、スキマー426の開口部427位置又はその近くで、衝突気体(例えばヘリウム又は水素)をプラズマ場433内に射出するよう配置された入口444を有するよう提供される。そのような衝突気体は、インタフェース内の任意の好適かつ望ましい場所で、チャンバ雰囲気内に射出可能であることが理解されよう。
【０１８４】
図14に示されているプラズマサンプリングインタフェース474の実施形態と比較して、追加の相違として組み込まれているのは、四極質量分析器492に向かってイオンビームの方向を変えるよう配置されているイオン「ミラー」レンズ525である。この四極質量分析器は、スキマー426からのイオンビームの経路方向に対して軸から外れた位置に配置されている。イオンビームがスキマー426から下流へと移動する際、イオンミラーレンズ525は、このイオンビームの荷電粒子を、伴っている非荷電粒子とは異なる経路へと誘導するよう構成された電極セットを有して配置される。イオンミラーレンズ525の電極は、かなりの角度、例えば90度(図13に示すように)にわたってイオンビームの方向を変える(反射する)よう配置することができる。
【０１８５】
ここで、スキマー426から発生したイオンビームに元々伴っている任意のフォトン又は高エネルギー中性子は、元の方向を進み続け、イオンビームから除去される。この種の配置は、イオンビームの経路方向に対して一定の制御を実施できるように電極を構成することができるため、有利であり得ることが理解されよう。例えば、イオンビームは、イオンミラー525の反対側の電極に電圧差動を印加することにより、横方向に(すなわち図の面に出入りする方向に)操舵することができる。この点に関する詳細は、米国特許第6,614,021号を参照し、これは参照により本明細書に組み込まれる。イオンミラーレンズ525の使用は、質量分析計装置の信号感度を高めることが示されている。
【０１８６】
図14は、本発明により配置されたサンプリングインタフェース474の一実施形態を示す。図14から明らかなように、この配置は、図13に示すものと実質的に類似であるが、ただし、サンプリングインタフェース474が、抽出レンズ442とイオンミラーレンズ525の中間に配置されている衝突セル485を含んでいることに注意されたい。
【０１８７】
更なる違いは、イオンミラー525と、四極質量分析器492の入口との間に配置された第2衝突セル478が提供されていることである。第2衝突セル478は、イオンミラーレンズ525によってたまたまイオンビームと共に方向が変えられた可能性がある任意の残りの干渉粒子をフィルタリングする更なる手段を提供する。この第2衝突セル478は、入口479を介して衝突気体を受け取るよう配置される。第2衝突セル478は、イオンビームの更なる改善を提供するが、唯一の衝突セルのみを提供する配置が実現可能であることが理解されよう。すなわち、衝突セル485を削除して、代わりに第2衝突セル478を活かすことができる。衝突セル485及び478内に保持される気体は、同じタイプの気体、又は異なるタイプの気体であってよく、あるいは、1種以上の好適な気体の組み合わせを含んでもよいことが、当業者には更に、理解されよう。
【０１８８】
図15は、本発明により配置されたサンプリングインタフェース476の一実施形態を示す。この実施形態において、第2スキマー540は、スキマー426と抽出レンズ442との間に含まれ、配置されている。更なる電圧源550が提供され、これによりバイアス電圧電位を、第2スキマー540に好適に印加することができる。
【０１８９】
第2スキマー540を包含することにより、望ましくない粒子を除去することでイオンビームを改善する更なる段階が可能になる。プラズマが、更なる衝突領域430'への途中を通過する際に、更なるプラズマ拡大領域545が、第2スキマー540のすぐ下流側に形成されることがわかる。加えて、第2スキマー540は更に、「浮かぶ」ように配置され、これによってバイアス電圧電位を印加して、サンプルイオンがスキマー426を通過して出る際に再びエネルギーを与えることができる。追加のスキマーを提供して、適切な一連の構成に配置することができ、これにより必要に応じてイオンビームを改善できることが理解されよう。更に、図13及び図14に示すスキマー426配置を参照して、スキマー426と540が両方とも、それぞれの開口部周辺から、通過するイオンビーム内へと好適な気体を射出できるよう、改変可能であることが理解されよう。
【０１９０】
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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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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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【図１５】
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【国際調査報告】
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2015511704.tif 000020
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