(57)【要約】  【課題】  高い効率で正イオン及び負イオンを生成できるイオン源部を有する質量分析装置を提供する。  【解決手段】  試料ガスのイオンを生成するイオン源部、生成されたイオンの質量分離を行なう質量分析部４１２、２次元高周波発生用多重極電極、磁場発生手段、試料ガス導入系４０９、反応ガス導入系４１０、電子源４０３を具備する。２次元高周波発生用多重極電極は２次元高周波多重極電場を発生させる。磁場発生手段は、２次元高周波多重極電場が略ゼロとなる中心軸に略平行に重畳させる静磁場を発生させる。試料ガス導入系は試料ガスをイオン源部の内部に導入させ、反応ガス導入系は正イオン又は負イオンの生成させるための反応ガス（１次ガス）をイオン源の内部に導入させる。電子源４０３は正イオン又は負イオンの生成反応のための電子４０４を発生させる。２次元高周波発生用多重極電極、磁場発生手段、及び、電子源４０３は、イオン源の内部に配置される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ガスのイオンを生成するイオン源部と、前記イオンの質量分離を行なう質量分析部と、２次元高周波多重極電場を発生させる２次元高周波発生用多重極電極と、前記２次元高周波多重極電場が略ゼロとなる中心軸に略平行に重畳させる静磁場を発生させる磁場発生手段と、前記試料ガスを前記イオン源部の内部に導入させる試料ガス導入系と、前記イオンの生成反応に用いる反応ガスを前記イオン源の内部に導入させる反応ガス導入系と、前記イオンの生成反応に用いる電子を発生させる電子源とを有し、前記２次元高周波発生用多重極電極、前記磁場発生手段、及び、前記電子源が、前記イオン源の内部に配置されることを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の質量分析装置において、前記イオン源部と前記質量分析部との間に、前記イオンを前記質量分析部に輸送するイオン輸送部を有することを特徴とする質量分析装置。
【請求項３】
請求項１に記載の質量分析装置において、前記試料ガスの負イオンを生成する場合、前記電子源に印加される静電圧から前記２次元高周波発生用多重極電極に重畳される静電圧を差し引いた値が、１Ｖ以下であることを特徴とする質量分析装置。
【請求項４】
請求項１に記載の質量分析装置において、前記試料ガスの正イオンを生成する場合、前記電子源に印加される静電圧から前記２次元高周波発生用多重極電極に重畳される静電圧を差し引いた値が、２０Ｖ以上であることを特徴とする質量分析装置。
【請求項５】
請求項１に記載の質量分析装置において、前記静磁場の磁束密度が１０ミリテスラ以上であることを特徴とする質量分析装置。
【請求項６】
請求項１に記載の質量分析装置において、前記電子源と前記２次元高周波発生用多重極電極との間に、電子を通過させる穴を有する電子通過電極が設置され、該電子通過電極に電圧を制御可能に印加できることを特徴とする質量分析装置。
【請求項７】
請求項６に記載の質量分析装置において、前記試料ガスの負イオンを生成する場合、前記２次元高周波発生用多重極電極に重畳される静電圧と±１Ｖ以内にある静電圧が、前記電子通過電極に印加されることを特徴とする質量分析装置。
【請求項８】
請求項６に記載の質量分析装置において、前記試料ガスの負イオンを前記質量分析部に導入する場合、前記２次元高周波発生用多重極電極に重畳される静電圧よりも大きい負の静電位が、前記電子通過電極に印加されることを特徴とする質量分析装置。
【請求項９】
請求項１に記載の質量分析装置において、前記２次元高周波発生用多重極電極に印加する高周波電圧の振幅を、電荷質量比が１０以上であるイオンを集束させるように設定させることを特徴とする質量分析装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の質量分析装置において、前記試料ガスの負イオンを生成する場合、前記質量分析部の静電位に対する前記電子源の静電位が２０Ｖ以下に設定されることを特徴とする質量分析装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の質量分析装置において、前記試料ガスの負イオンを生成する場合、前記質量分析部の静電位に対する、前記２次元高周波発生用多重極電極に重畳される静電圧の差が２０Ｖ以下に設定されることを特徴とする質量分析装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の質量分析装置において、前記質量分析部が、３次元イオントラップ質量分析計、２次元イオントラップ質量分析計、四重極フィルター質量分析計、磁場型質量分析計、飛行時間型質量分析計、フーリエ変換型イオンサイクロトロン質量分析計のうち何れか一つの分析計であることを特徴とする質量分析装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の質量分析装置において、前記イオン輸送部が、イオン集束静電レンズ又は高周波電場を用いたイオンガイド、あるいは、イオンの集束機能をもつ高周波電場が印加されガスとイオンとの衝突を起こさせるイオンガイドであることを特徴とする質量分析装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の質量分析装置において、前記２次元高周波多重極電場が２次元高周波四重極電場を主成分として含む電場であることを特徴とする質量分析装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の質量分析装置において、前記２次元高周波多重極電場が、２次元高周波六重極電場又は八重極高周波六重極電場を主成分として含む電場であることを特徴とする質量分析装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の質量分析装置において、前記２次元高周波多重極電場の強度を前記中心軸の方向に勾配を持たせたことを特徴とする質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量分析技術に係り、特に、大気、飲料水、食品等に微量に存在する残留農薬等の汚染物質の検出や、危険物探知等に利用できる質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析法は、物質同定の手段として必須の技術であり、大気、飲料水、食品等に微量に存在する環境食品汚染物質の検知や、危険物探知等の用途に幅広く利用されている。
【０００３】
質量分析法では、ガスクロマトグラフ等の前処理装置を用いてバックグランド物質から分離された測定対象とする分子種が、真空中に導入されイオン化され、試料イオンとして生成される。試料イオンは質量分析部で、電磁場を用いてその電荷と質量の比（電荷質量比）が測定される。この電荷質量比の測定情報を基に物質の同定が行なわれる。前処理装置、イオン源、質量分析計は多種類知られており、分析対象に合わせ特徴を生かした適切な選択と組み合わせにより、幅広い分野での物質同定が行われる。
【０００４】
化学イオン化には、周知のように、正イオンを発生する正の化学イオン化と、負イオンを発生する負の化学イオン化がある。ガスクロマトグラフ等の前処理装置で分離された試料ガスが真空中に導入され、化学イオン化反応によりイオンが生成され、それをイオントラップ質量分析計等で分析される例が多い。
【０００５】
正の化学イオン化は、１次ガスと呼ばれる分子種Ｇに高エネルギー電子ｅ−（７０ｅＶ程度）が照射されると、１次ガスと電子の間の電子衝突過程により、正の１次イオンＧ＋が生成し（電子衝撃イオン化反応：（化１））、正の１次イオンＧ＋から試料ガス分子Ｍへの正の電荷移動により、正の試料イオンＭ＋が生成される（電荷移動反応：（化２））。生成した正の試料イオンＭ＋が質量分析され、物質同定される。正の化学イオン化では、１次ガス分子種Ｇとしてメタン（ＣＨ４）等が広く利用されている。
Ｇ＋ｅ−（数十ｅＶ）→Ｇ＋＋２ｅ−                  …（化１）
Ｇ＋＋Ｍ→Ｇ＋Ｍ＋                                  …（化２）
一方、負の化学イオン化では、１次ガス分子種Ｇに低速電子ｅ−（１ｅＶ以下）が照射されると、１次ガス分子種Ｇによる電子捕獲過程により負の１次イオンＧ−が生成され（電子捕獲反応：（化３））、生成した負の１次イオンＧ−と試料分子Ｍとの間の電子の授受で負の試料イオンＭ−が生成される（電荷移動反応：（化４））。負の化学イオン化では、１次ガス分子種Ｇとして水分子等が広く利用されている。
Ｇ＋ｅ−（１ｅＶ以下）→Ｇ−                       …（化３）
Ｇ−＋Ｍ→Ｇ＋Ｍ−                                 …（化４）
試料イオンの生成と試料イオンの分離検出とを別の場所で行なう場合、即ち、イオン源部と質量分析部とを独立して有する質量分析装置は、イオン源部と質量分析部との間でイオン輸送を行なうイオン輸送部を必要とするので、イオン輸送に伴う試料イオンの損失を生じる。一方、試料イオンの生成と試料イオンの分離検出とを同じ場所で行なう場合、即ち、イオン源部と質量分析部とを同じくし、試料イオンの生成を、例えば、イオントラップ内部で行なう質量分析装置は、イオン源部と質量分析部との間でのイオン輸送に伴う試料イオンの損失がないために、高効率の質量分析が可能である。
【０００６】
正の化学イオン化を行なうイオン源部を有する質量分析装置は周知である（例えば、特許文献１参照）。正の化学イオン化は、イオントラップ内部で行なわれる場合が多い。
【０００７】
図９は、正の化学イオン化を行なうイオン源部と質量分析部を共用する従来技術の質量分析装置の概要を説明する図である。
【０００８】
３次元型イオントラップは、１つのリング電極２０１、２つのエンドキャップ電極２０２、２０３を具備する。３次元型イオントラップが配置される真空槽に、正の化学イオン化に用いる１次ガス（１次ガスの流れを矢印２０５で示す）と、ガスクロマトグラフ装置（ＧＣ）２０６で分離された試料を含む試料ガス（試料ガスの流れを矢印２０７で示す）が導入される。タングテンフィラメント２０４で生成した熱電子は加速され、約７０ｅＶの運動エネルギーをもつ。加速された熱電子は、電子ビーム２０８として３次元型イオントラップの内部に導入される。
【０００９】
３次元型イオントラップの内部に導入された電子と１次ガス分子Ｇと（化１）の反応によりＧ＋を生成し、生成したＧ＋は試料ガス分子Ｍと（化２）の反応により試料イオンＭ＋２０９が生成される。生成された試料イオンＭ＋２０９は、周知の３次元イオントラップ質量分析法を用いて３次元イオントラップから質量選択的に排出され、イオン検出器２１０により検知される。イオン検出器２１０による検出信号に基づいて試料分子の同定がなされる。
【００１０】
負の化学イオン化を行なうイオン源部を有する質量分析装置は周知である（例えば、特許文献２参照）。従来技術では、一般に、負の試料イオンの生成と試料イオンの分離検出とは別の場所で行なわれ、即ち、イオン源部（外部イオン源）と質量分析部とは独立して設けられている。このイオン源部を外部イオン源という。外部イオン源で生成された負の試料イオンは質量分析部に導入される。従来技術では、イオントラップ内での負の化学イオン化による試料イオンの生成は、（化３）の反応効率が小さいため、研究目的等限定的にのみしか利用されていない。
【００１１】
図１０は、負の化学イオン化を行なう外部イオン源部を有する従来技術の質量分析装置の概要を説明する図である。
【００１２】
図１０に示すように、１つのリング電極２０１、２つのエンドキャップ電極２０２、２０３を具備する３次元型イオントラップが設置されるイオントラップ質量分析部と、試料の負のイオン化を行なう外部イオン源槽３０１は独立して設けられている。外部イオン源槽３０１に、負の化学イオン化に用いる１次ガス（１次ガスの流れを矢印２０５で示す）と、ガスクロマトグラフ装置２０６で分離された試料を含むガス（試料を含むガスの流れを矢印２０７で示す）が導入される。タングステンフィラメント２０４で生成した熱電子は電子ビーム２０８として、低エネルギーで外部イオン源槽３０１に導入される。
【００１３】
外部イオン源槽３０１の内部に導入された電子と１次ガス分子Ｇと（化３）の反応によりＧ−を生成し、生成したＧ−は試料ガス分子Ｍと（化４）の反応により試料イオンＭ−３０２が生成される。生成した試料イオンＭ−３０２は、外部イオン源槽３０１から拡散により３次元型イオントラップに、図１０に示す水平方向の矢印のように移動する。試料イオンＭ−３０２は、周知の３次元イオントラップ質量分析法を用いて３次元イオントラップから質量選択的に排出され、イオン検出器２１０により検知される。イオン検出器２１０による検出信号に基づいて試料分子の同定がなされる。
【００１４】
なお、２次元イオントラップ質量分析方式は周知であり（例えば、特許文献３、特許文献４参照）、２次元イオントラップ質量分析に関する２次元イオントラップ軸方向共鳴排出に関する技術は周知であり（例えば、特許文献５参照）、２次元高周波発生用多重極電極を非平行に設置してイオンを開口設置された側へ導く技術は周知である（例えば、特許文献６参照）。
【００１５】
【特許文献１】特開平６−９６７２７号公報
【００１６】
【特許文献２】特開平９−３０６４１９号公報
【特許文献３】米国特許第５４２０４２５明細書
【特許文献４】米国特許第６１７７６６８明細書
【特許文献５】米国特許第５７８３８２４明細書
【特許文献６】米国特許第５８４７３８６明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上記の外部イオン源は、イオンの集束機能がないためにイオンは拡散するので、質量分析部への実質的な導入に利用される試料イオンの割合は低く、また、外部イオン源からイオントラップ等の質量分析部への輸送効率は低い。それらのため、従来から指摘されているように、負の化学イオン化を用いる方法では正の化学イオン化を用いる方法に比べ、高い感度が得られないという課題を有していた。
【００１８】
イオントラップ内部で正のイオン化を行なう場合と同程度の高効率で、負の化学イオン化をイオントラップ内部で行なう方法は、現在まで知られていない。正の化学イオン化を行なう場合と同じ方法で、低エネルギー電子をイオントラップ内部に導入しようとしても、低エネルギー電子は、イオントラップ高周波電場により振動させられ加熱されてしまうので、負のイオン化反応で必要とされる１ｅＶ以下の運動エネルギーをもつ電子をイオントラップの中心まで到達させることは困難であった。従って、仮に、負の化学イオン化がイオントラップ内部で実施できたとしても、負イオンの生成は非常に低い効率でしかできない。
【００１９】
本発明の目的は、高い効率で正イオン及び負イオンを生成できるイオン源部を有し、イオンを高感度に検出可能な質量分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明の質量分析装置は、試料ガスのイオンを生成するイオン源部と、生成されたイオンの質量分離を行なう質量分析部と、２次元高周波発生用多重極電極と、磁場発生手段と、試料ガス導入系と、反応ガス導入系と、電子源とを具備している。２次元高周波発生用多重極電極は、２次元高周波多重極電場を発生させる。磁場発生手段として、永久磁石又は電磁石が使用され、磁場発生手段は、２次元高周波多重極電場が略ゼロとなる中心軸に略平行に重畳させる静磁場を発生させる。試料ガス導入系は、試料ガスを前記イオン源部の内部に導入させる。反応ガス導入系は、正イオン又は負イオンの生成させるために使用される反応ガス（１次ガス）をイオン源の内部に導入させる。電子源は、正イオン又は負イオンの生成反応に使用される電子を発生させる。２次元高周波発生用多重極電極、磁場発生手段、及び、電子源は、イオン源の内部に配置される。イオン源及び質量分析部は真空排気された領域配置される。
【００２１】
上記質量分析装置の特徴事項を以下に説明する。
（１）イオン源部と質量分析部との間に、生成されたイオンを質量分析部に輸送するイオン輸送部が配置される。
（２）試料ガスの負イオンを生成する場合、電子源に印加される静電圧から２次元高周波発生用多重極電極に重畳される静電圧を差し引いた値が、１Ｖ以下に設定される。
（３）試料ガスの正イオンを生成する場合、電子源に印加される静電圧から２次元高周波発生用多重極電極に重畳される静電圧を差し引いた値が、２０Ｖ以上に設定される。
（４）静磁場の磁束密度が１０ミリテスラ以上に設定される。
（５）電子源と２次元高周波発生用多重極電極との間に、電子を通過させる穴を有する電子通過電極が設置され、この電子通過電極に電圧を制御可能に印加できる。そして、試料ガスの負イオンを生成する場合、２次元高周波発生用多重極電極に重畳される静電圧と±１Ｖ以内にある静電圧が、電子通過電極に印加される。また、試料ガスの負イオンを質量分析部に導入する場合、２次元高周波発生用多重極電極に重畳される静電圧よりも大きい負の静電位が、電子通過電極に印加される。
（６）２次元高周波発生用多重極電極に印加する高周波電圧の振幅を、電荷質量比が１０以上であるイオンを集束させるように設定させる。
（７）試料ガスの負イオンを生成する場合、質量分析部の静電位に対する電子源の静電位が２０Ｖ以下に設定されるか、あるいは、質量分析部の静電位に対する、２次元高周波発生用多重極電極に重畳される静電圧の差が２０Ｖ以下に設定される。
（８）質量分析部が、３次元イオントラップ質量分析計、２次元イオントラップ質量分析計、四重極フィルター質量分析計、磁場型質量分析計、飛行時間型質量分析計、フーリエ変換型イオンサイクロトロン質量分析計の何れかである。
（９）イオン輸送部が、イオン集束静電レンズ又は高周波電場を用いたイオンガイド、あるいは、イオンの集束機能をもつ高周波電場が印加され、ガスとイオンとの衝突を起こさせるイオンガイドである。
（１０）２次元高周波多重極電場が、２次元高周波四重極電場を主成分として含む電場であるか、あるいは、２次元高周波六重極電場又は八重極高周波六重極電場を主成分として含む電場である。
（１１）２次元高周波多重極電場の強度を上記中心軸の方向に勾配を持たせる。
【００２２】
以下、簡略説明すると、本発明の質量分析装置では、電子源で生成した電子のエネギーを１ｅＶ以下とした後に、電子を静磁場にまきつけて、２次元高周波発生用多重極電極により形成される２次元高周波四重極電場内に電子を導入させて、２次元高周波四重極電場の２次元集束ポテンシャル内で負の化学イオン化反応を行なう。生成された試料の負イオンは、レンズ等により集束され高効率で質量分析部に導入される。この結果、高効率の負の化学イオン源部を備え、高感度に負イオンを検出可能な質量分析装置が実現できる。正のイオン化が困難であり負イオン化しやすい、ＴＮＴ、ＲＤＸ等の爆薬や農薬等の分子種の検出効率を向上できる。また、電子源に印加するＤＣバイアスとイオン源の各電極に印加するＤＣバイアスを正イオンと負イオンの生成及び検出に対応させて変化させて設定することにより、正イオン又は負イオンの生成及び検出を切り替えることが容易に可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、高い効率で負イオンを生成できるイオン源部を有する高感度な質量分析装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳述する。
【００２５】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１になる質量分析装置の主要構成を説明する図である。以下に、図１に示す要素の構成と機能について説明する。
【００２６】
複数の破線で示される２次元集束ポテンシャル４０６は、ｚ方向に直交するｒ方向に形成される２次元高周波多重極電場により形成される。水平方向の太い黒の矢印で示される静磁場４０２は、２次元高周波多重極電場が略ゼロである中心軸に平行又は略平行に重畳され、静磁場強度Ｂが示されている。２次元集束ポテンシャル４０６の中心軸に沿った方向（ｚ方向）において、実線で示す静電ポテンシャル４０５の勾配（電場勾配）が形成されていない。
【００２７】
試料ガスが、試料ガス導入系の一部である試料ガス導入パイプ４０８から、真空槽の内部へ導入される（試料ガスの流れを矢印４０９で示す）。イオンの生成反応に用いる反応ガス（１次ガス）が、ガス導入系の一部である１次ガス導入パイプ４０７から真空槽の内部に導入される（１次ガスの流れを矢印４１０で示す）。電子源４０３で発生させた電子は白抜きの矢印で示される電子線４０４は、イオンの生成反応に用いるために、真空槽の内部に導入される。１次ガスの電子捕獲又は電子衝撃により、それぞれ生成される負又は正の１次イオンと、１次イオンによる試料分子のイオンの生成反応により生成された試料イオン４０１とは、２次元集束ポテンシャル４０６によりその中心軸（ｚ軸）に沿って集束される。試料イオン４０１は、イオン輸送部４１１により質量分析部４１２へ輸送される。
【００２８】
２次元高周波多重極電場により形成される、イオンの２次元集束ポテンシャル４０６は、イオントラップ質量分析技術の理論における擬ポテンシャルとして知られている。即ち、この擬ポテンシャルは、高周波多重極電場が荷電粒子に作用した時の時間平均として記述されるポテンシャルである。ここで、２次元高周波多重極電場は、２次元多重極電極に高周波電圧を印加することにより、その電極内部に生成される電場である。２次元多重極電極は、棒（ロッド）形状の電極を４本、６本、８本、…配置した、四重極構造、六重極構造、八重極構造、…を有する。本発明の実施例１では、電極の本数（極数）任意に選ぶことができる。四重極構造は他の構造に比べロッド数が少ないために製作が容易であるという特徴がある。しかし、高周波四重極電場によるポテンシャルには、質量電荷比の小さいイオンを不安定にする性質があるため、１次ガスのイオン（１次イオン）、試料イオンの電荷質量比が大きい場合、また、複数の試料イオンの電荷質量比が大きい場合等には、四重極構造では対応できない場合もありうる。このような場合に、不安定性のない六重極以上の電極構造を用いることが有効となる。
【００２９】
電子源４０３には、周知のタングステンフィラメント、トリウムをドープしたタングステンフィラメント等を用いる。タングステンフィラメントは一般的な化学イオン化で用いられ、低真空度でも電子放出できるので有用である。電子源４０３で発生した電子は電子ビーム４０４として、集束ポテンシャル４０６の中心軸、即ち、ポテンシャルの最小値をあたえる線に沿って入射される。これにより、高周波電場による電子の加熱を回避できる。
【００３０】
さらに、本発明の実施例１では、静磁場４０２を、集束ポテンシャル４０６の中心軸に平行又は略平行に形成して印加する。これにより、電子ビーム４０４の電子は、この静磁場４０２による磁力線に巻きついて運動するために、集束ポテンシャル４０６の中心軸に沿って、電子が進行する。この効果により、さらに電子の高周波による加熱を回避できる。このようにして、高周波電場内部での低エネルギー電子の高効率な進行が可能である。
【００３１】
実施例１及び以下で説明する本発明の各実施例において、化学イオン化に利用する電子の運動エネルギーは、電子源４０３の静電位と集束ポテンシャル４０６の静電ポテンシャル（静電位）４０５との差（電位差）によって制御される。
【００３２】
負の化学イオン化により試料イオンを生成する場合、電子源４０３の静電位は、集束ポテンシャル４０６の静電位４０５よりも高く、この電位差は１Ｖ以下とする。これにより、負の化学イオン化に必要な低エネルギー電子が、集束ポテンシャル４０６内部に導入できる。即ち、試料ガスの負イオンを生成する場合、電子源に印加される直流（静）電圧から２次元高周波多重極電場に重畳される直流（静）電圧を差し引いた値が、１Ｖ以下となるよう設定する。
【００３３】
正の化学イオン化により試料イオンを生成する場合、電子源４０３の静電位は、集束ポテンシャル４０６の静電位４０５よりも高く、この電位差は２０Ｖ以上、典型的には７０Ｖ程度とする。これにより、正の化学イオン化に必要な低エネルギー電子が、集束ポテンシャル４０６内部に導入できる。即ち、試料ガスの正イオンを生成する場合、電子源に印加される直流（静）電圧から２次元高周波多重極電場に重畳される直流（静）電圧を差し引いた値が、２０Ｖ以上となるよう設定する。
【００３４】
静磁場４０２により電子の軌道を集束ポテンシャル４０６の中心軸上に制限するためには、静磁場４０２の磁束密度を１０ｍＴ以上とする必要がある。実施例１及び以下で説明する本発明の各実施例で有効に静磁場４０２を発生させる構成については、後に詳述する。
【００３５】
（化１）又は（化３）に示す反応により、集束ポテンシャル４０６内に導入された電子４０４の電子ｅ−は１次ガスの分子Ｇと反応して１次イオンＧ＋又はＧ−が生成される。この１次イオンＧ＋又はＧ−は集束ポテンシャル４０６によりこのポテンシャルの中心軸上に集束される。さらに、（化２）又は（化４）に示す反応により、１次イオンＧ＋又はＧ−は集束ポテンシャル４０６内に導入された試料ガス４０９の分子Ｍと反応して試料イオンＭ＋又はＭ−４０１が生成される。この試料イオンＭ＋又はＭ−４０１も集束ポテンシャル４０６によりその中心軸上に集束される。
【００３６】
生成された試料イオンＭ＋又はＭ−４０１は、イオン輸送部４１１を経由して、質量分析部４１２に導入され、質量分析される。質量分析部４１２は、３次元イオントラップ質量分析計、２次元イオントラップ質量分析計、四重極フィルター質量分析計、磁場型質量分析計、飛行時間型質量分析計、フーリエ変換型イオンサイクロトロン質量分析計等の何れか質量分析計である。試料イオン４０１を生成するイオン源部と、質量分析部との間に配置されるイオン輸送部４１１を必要に応じて使用して、イオン源部で生成したイオンが質量分析計に導入される。
【００３７】
イオン輸送部４１１は、イオン源部と質量分析部との間に置かれる、イオン源部と質量分析部とを直列に直接接続する細孔、差動排気部、イオン集束用静電レンズ、高周波電場を用いたイオンガイド、イオンとガスとの衝突を行なうと共に高周波電場によるイオンの集束機能をもたせたイオンガイド等の何れかである。低真空に保持されるイオン源部と高真空に保持される質量分析部とを結合する方式は、各種知られているので詳述しない。
【００３８】
なお、後述の本発明の実施例２では、３次元イオントラップ質量分析計を用いた質量分析装置の例を示す。近年、技術が成熟してきた２次元イオントラップ質量分析計が、高感度化のために有効となると考えられるので、後述の本発明の実施例３では、２次元イオントラップ質量分析計を用いた質量分析装置の例を説明する。
【００３９】
図１に示すように、静電ポテンシャル４０５は勾配（電場勾配）を持たないので、確率的に、試料イオンの５０％が質量分析部４１２に導入され、残る５０％が電子源４０３の側に移動して失われる可能性が高い。即ち、生成した試料イオンの利用効率は５０％である。
【００４０】
後述の本発明の実施例２は、２次元高周波多重極電場により形成される２次元集束ポテンシャルの略ゼロである中心軸の方向に電場勾配を持たせない構成であるので、上記のように、生成した試料イオンの利用効率は５０％である。
【００４１】
後述の本発明の実施例３は、２次元高周波多重極電場により形成される２次元集束ポテンシャルの略ゼロである中心軸の方向に電場勾配を持たせる構成であり、電子源が位置する方向ではなく、質量分析部の位置する側に試料イオンを輸送する効率を向上させる構成としているので、高感度な負の化学イオン化質量分析を可能としている。
【００４２】
後述の本発明の実施例２は、感度の点で、後述の本発明の実施例３に劣るが、装置構成が単純のため、低価格であるという特徴を有している。
【００４３】
（静磁場を発生させる構成の説明）
図２、図３、図４、図５はそれぞれ、実施例１及び本発明の各実施例における正又は負のイオンを生成するイオン源部の構成の、第１、第２、第３、第４の例を説明する図である。イオン源部は、ｚ方向に直交するｒ方向に２次元高周波多重極電場を形成させる２次元多重極電極と、ｚ方向の磁場を発生させる磁石と、磁気回路を構成する磁性体と、電気的絶縁用の絶縁体とを少なくとも含む。
【００４４】
なお、図２、図３、図４、図５は、２次元高周波多重極電場が略ゼロである中心軸を含む断面図であり、イオン源部に入射させる電子を発生させる電子源を構成するタングテンフィラメントの位置を示し、イオン源部へ試料ガスを流す試料ガス導入パイプ、イオン源部へイオンの生成反応に用いる反応ガス（１次ガス）を流す１次ガス導入パイプは、簡単化のため図示していない。
【００４５】
図２は、本発明の実施例におけるイオン源部構成の第１の例を説明する図であり、２次元多重極電極６０７、６０８（４本以上の電極棒で構成される多重極電極のうちの２つを示す）、イオンが通過する穴が形成され、表面に金属が塗布されるか又は表面が金属で覆われる板状の永久磁石６０１、６０２、磁気回路を構成する磁性体６０３、６０４、６０５、６０６、磁性体６０３、６０３、６０４、６０４の相互の間を電気的絶縁して２つの永久磁石間を電気的絶縁する絶縁体６０９、６１０、６１１、６１２、電子源を構成するタングステンフィラメント６１３を示す。
【００４６】
２つの永久磁石６０４、６０２の磁化の方向はｚ方向であり、板の法線方向である。２つの永久磁石６０４、６０２は、静磁場の磁力線の向きがｚ方向に平行となるように設置される。これにより、２次元多重極電極６０７、６０８の中心軸（ｚ軸）に平行な磁場が２次元多重極電極の内部に印加される。なお、質量分析部は、磁性体６０４の側でｚ方向に配置される。
【００４７】
図３は、本発明の実施例におけるイオン源部を構成の第２の例を説明する図であり、２次元多重極電極７０５、７０６（４本以上の電極棒で構成される多重極電極のうちの２つを示す）、複数の棒状の永久磁石７０１、７０２（複数のうちの２つを示す）、磁極を含む磁気回路を構成する磁性体７０３、７０４、複数の永久磁石７０１、７０２と磁性体７０３、７０４との相互の間を電気的絶縁して複数の永久磁石７０１、７０２の２つの磁極間を電気的絶縁する絶縁体７０７、７０８、７０９、７１０、電子源を構成するタングステンフィラメント７１１を示す。
【００４８】
複数の永久磁石７０１、７０２は、複数の永久磁石の各磁化の方向をＺ方向に平行となるように設置される。これにより、２次元多重極電極７０５、７０６の中心軸（ｚ軸）に平行な磁場が２次元多重極電極の内部に印加される。複数の棒状の永久磁石は１本でも良い。なお、質量分析部は、磁性体７０４の側でｚ方向に配置される。
【００４９】
図４は、本発明の実施例におけるイオン源部の第３の例を説明する図であり、２次元多重極電極８０７、８０８（４本以上の電極棒で構成される多重極電極のうちの２つを示す）、２つの電磁石を構成するコイル８０１、８０２、電磁石の磁心８０５、８０６と磁極８０３、８０４との相互の間を電気的絶縁する絶縁体８０９、８１０、８１１、８１２、電子源を構成するタングステンフィラメント８１３を示す。
【００５０】
２つの電磁石は、２つの電磁石の各磁化の方向がＺ方向に平行となるように設置される。これにより、多重極電極８０７、８０８の中心軸（ｚ軸）に平行な磁場が多重極電極の内部に印加される。なお、質量分析部は、磁極８０４の側でｚ方向に配置される。
【００５１】
図５は、本発明の実施例におけるイオン源部の第４の例を説明する図であり、２次元多重極電極９０６、９０７（４本以上の電極棒で構成される多重極電極のうちの２つを示す）、イオンが通過する穴が形成され、表面に金属が塗布されるか又は表面が金属で覆われる板状の永久磁石９０１、磁気回路を構成する磁性体９０２、９０３、９０４、９０５、磁性体９０２、９０３と磁性体９０４、９０５の相互の間を電気的絶縁する絶縁体９０８、９０９、９１０、９１１、電子源を構成するタングステンフィラメント９１２を示す。
【００５２】
永久磁石９０１は、永久磁石９０１の磁化の方向がＺ方向に平行となるように設置される。これにより、多重極電極９０６、９０７の中心軸（ｚ軸）に平行な磁場が多重極電極の内部に印加される。タングステンフィラメント９１２は永久磁石９０１と反対側に設置される。なお、質量分析部は、磁性体９０３の側でｚ方向に配置される。
【００５３】
（実施例２）
図６は、本発明の実施例２の質量分析装置の構成を説明する図である。
【００５４】
図６に示す実施例２の質量分析装置は、負の化学イオン化を行なうイオン源部を有し、イオン源部として、図５に示す第４の例の構造を持つイオン源部を使用する。真空ポンプ１３１により排気される真空槽１１９の内部に配置されるイオン源部は、電子源を構成するタングステンフィラメント１０７と、電子が通過する穴をもつ電子導入制御用ゲート電極１０５と、電子が通過する穴をもつ電子導入口電極１２０と、四重極構造を形成する２次元四重極電極１０１、１０２、１０３、１０４と、イオンが通過する穴が開けられ、金属が塗布された永久磁石１０６と、イオンが通過する穴が開けられたイオン引き出し電極１２３とを含む。
【００５５】
２次元四重極電極１０１、１０２、１０３、１０４に、高周波電源１０８により高周波電圧が、電源１０９により静電バイアス電圧が、それぞれ印加され、２次元高周波多重極電場が生成される。タングステンフィラメント１０７に、駆動のためのタングステンフィラメント用電流源１１２とタングテンフィラメントへのバイアス電源１２２が接続され、タングステンフィラメント１０７から電子が放出され電子流１１６が形成される。
【００５６】
ゲート電極バイアス用電圧源１１０により電圧が印加され、電子が通過する穴をもつ電子導入制御用ゲート電極１０５、及び、電子導入口電極バイアス用電圧源１２１により駆動され、電子が通過する穴をもつ電子導入口電極１２０によって、２次元高周波多重極電場が生成される空間内への、電子流１１６の電子の導入が制御される。
【００５７】
永久磁石バイアス用電圧源１１１によって電圧が印加される、イオンが通過する穴が開けられた永久磁石１０６に塗布された金属と、イオン引き出し電極バイアス用電源１２４を用いて、電圧が印加されるイオン引き出し電極１２３とによって、イオンが上記空間から質量分析部へと移動される。
【００５８】
１次ガス（１次ガスの流れを矢印１１５で示す）は１次ガス導入パイプを介して、ガスクロマトグラフ１１３により分離された試料ガス（試料ガスの流れを矢印１１４で示す）は試料ガス導入パイプを介して、真空槽１１９の内部のイオン源部の内部に送流される。イオン源部の内部で２次元高周波多重極電場が生成される空間内において、（化３）、（化４）によって、実施例１に関して先に説明したように、試料分子Ｍの負のイオンＭ−が生成される。
【００５９】
上記空間内に導入された１次ガス１１５の分子Ｇが、タングステンフィラメント１０７から放出された電子に由来する低速の電子ｅ−を捕獲して、負の１次イオンＧ−となる。生成した１次イオンＧ−と試料ガスの流れ１１４の試料分子Ｍとの化学イオン化反応により、試料イオンＭ−が生成される。イオン引き出し電極バイアス用電源１２４によって駆動されるイオン引き出し電極１２３によって、生成された試料イオンＭ−は、同じ真空槽１１９内に配置される３次元イオントラップからなる質量分析部へ、試料イオンＭ−の流れ（矢印１１８で示す）として、移動される。
【００６０】
３次元イオントラップは、リング電極１２５、ンドキャップ電極１２６、１２７から構成される。３次元イオントラップの内部に移動され捕捉された試料イオンＭ−１２８は、３次元イオントラップの内部から質量選択的に排出され、試料イオンＭ−１２８の流れ（矢印１３０で示す）として、イオン検出器１２９に導入されて検出される。
【００６１】
なお、３次元イオントラップの各部を構成、及び、各部に印加される駆動電源等は周知であるので説明は省略する。
【００６２】
以下、実施例２のイオン源部の２次元四重極電極１０１、１０２、１０３、１０４への電圧の印加について説明する。２次元四重極電極１０１、１０２、１０３、１０４への電圧の印加により、２次元高周波四重極電場によるイオン集束ポテンシャルが形成される。２次元高周波四重極電場によるイオン捕捉の原理は、２次元イオントラップにおけるイオン捕捉の原理と同一である。
【００６３】
中心軸からｒ０離れた電極位置における振幅をＶｒｆ、周波数をΩ、ｅを素電荷とする時、電荷質量比ｍ／ｚを持つイオンの２次元高周波四重極電場における安定条件を記述するパラメターｑは、（数１）により与えられる。
ｑ＝４（ｚ／ｍ）ｅＶｒｆ／（ｒ０Ω）２               …（数１）
ｑ≦０.９０７を満たす場合に、電荷質量比ｍ／ｚを持つイオンは、安定に２次元高周波四重極電場内で集束される。
【００６４】
本発明では、一般に低質量である１次イオンＧ−（水の負イオンＨ２Ｏ−等）と、試料イオンＭ−（電荷質量比ｍ／ｚは、典型的には、１０〜１０００である）とを、同時に安定に２次元高周波四重極電場内で集束させる必要がある。一般に、試料イオンＭ−に比べて１次イオンＧ−の方が小さい電荷質量比をもつので、安定条件を満たすｑの範囲でできるだけ大きなＶｒｆが印加される。即ち、例えば、１次ガスＧとして水Ｈ２Ｏを採用している場合、電荷質量比１８である負の水イオンＨ２Ｏ−に対し、ｑの値が０．８から０.９０７の範囲内で、できるだけ大きな与えるように高周波振幅Ｖｒｆが決定される。
【００６５】
図７は、本発明の実施例２におけるイオン源部の各電極に印加する静電圧を説明する図である。図７において、横軸はＺ方向での位置を、縦軸はイオン源部内の静電ポテンシャルを示す。
【００６６】
一般に、３次元イオントラップのエンドキャップ電極１２６、１２７の電位は接地電位にとるので、エンドキャップ電極１２６、１２７の電位が接地電位であるとして、以下説明を行う。
【００６７】
まず、２次元四重極電極１０１〜１０４内部の１次イオン生成領域で負の試料イオンを生成して、質量分析部へ試料イオンを導入するイオン導入期間（この期間は、イオン生成期間でもある）において各電極に印加する静電圧について説明する。２次元四重極電極バイアス用電圧源１０９を用いて、２次元四重極電極１０１〜１０４へ印加する静電バイアス電圧を負に設定する。これによって、生成された負の試料イオンはイオントラップ質量分析部へと導かれる。この時、イオントラップ質量分析部に到達した電子による、イオントラップ内での電子衝突イオン化や正の化学イオン化による正イオンの生成を回避するために、静電バイアス電圧は２０Ｖ程度以下とする。
【００６８】
２次元四重極電極１０１〜１０４内部での１次イオン生成領域内の電子の運動エネルギー（電子エネルギー）は、タングテンフィラメント１０７と２次元四重極電極のバイアスの電位差により決定されるので、タングステンフィラメントへのバイアス電源１２２を用いて、２次元四重極電極１０１〜１０４に対し１Ｖ程度又は１Ｖ以下の正のバイアスが、タングステンフィラメント１０７へ印加される。
【００６９】
ゲート電極バイアス用電圧源１１０を用いて、タングテンフィラメント１０７と２次元四重極電極１０１〜１０４との間に設置され、電子が通過する穴をもつ電子導入制御用ゲート電極１０５に、タングテンフィラメント１０７に対し正のバイアス、典型的には１０Ｖ〜１００Ｖ程度のバイアスが印加される。
【００７０】
タングステンフィラメント１０７と、電子が通過する穴をもつ電子導入制御用ゲート電極１０５との間の電位差により、タングステンフィラメント１０７で発生された熱電子が引き出され、電子流１１６として２次元四重極電極１０１〜１０４内部に導入される。
【００７１】
電子導入口電極バイアス用電圧源１２１を用いて、２次元四重極電極１０１〜１０４に印加されている電圧と±１Ｖ以内にある電位が、電子が通過する穴をもつ電子導入口電極１２０に印加されるので、電子が通過する穴をもつ電子導入口電極１２０は、電子が通過する穴をもつ電子導入制御用ゲート電極１０５に印加された電圧の影響が２次元四重極電極１０１〜１０４の内部に到達ように阻止するシールド電極の役目を持っている。
【００７２】
永久磁石バイアス用電圧源１１１を用いて、２次元四重極電極１０１〜１０４に印加されている電位と同等かもしくはやや正の電位が、イオンが通過する穴が開けられた永久磁石１０６に塗布された金属に印加される。イオンが通過する穴が開けられた永久磁石１０６は、負の試料イオンの取り出し口電極に相当する。さらに、イオン引き出し電極バイアス用電源１２４を用いて、イオンが通過する穴が開けられた永久磁石１０６に塗布された金属に印加される電圧よりも正の電圧が、イオン引き出し電極１２３に印加される。
【００７３】
これにより、試料イオンＭ−１１７の流れ（矢印１１８で示す）は、２次元四重極電極１０１〜１０４から排出され、イオントラップ質量分析部１２５〜１２７の内部へと導かれる。即ち、イオン引き出し電極１２３は、試料イオンＭ−をイオン源部から引き出す作用効果に加えて、イオントラップ質量分析部１２５〜１２７へ試料イオンＭ−を導入させる効率を最適化させるためのレンズ作用効果を持っている。
【００７４】
さらに、タングステンフィラメント１０７で発生させた電子の電子流１１６が、イオントラップ部１２５〜１２７やイオン検出器１２９まで到達して、試料イオンＭ−の計測されるイオンスペクトルのノイズの原因とならないように、イオントラップ質量分析部１２５〜１２７が質量分析を行っている期間（質量分析期間）中は、電子流１１６を停止させることが望ましい。従って、試料イオンＭ−の質量分析期間中は、図７に示すように、電子が通過する穴をもつ電子導入制御用ゲート電極１０５の電圧を大きく負の値に設定し、タングステンフィラメント１０７で発生させた電子が、イオン源部や質量分析部やイオン検出器１２９へ導入されることを回避できる。
【００７５】
以上説明したように、質量分析部の動作タイミングにより、質量分析部へのイオン導入期間（この期間は、イオン生成期間でもある）では、電子流１１６を、２次元高周波多重極電場が生成される空間に導入して試料イオンＭ−を生成して質量分析部へ導入させ、質量分析期間では、電子１１６が、質量分析部に到達しないように、質量分析部とイオン源部とを同期をとって操作することが好ましい。
【００７６】
一般に、負の化学イオン化には、１次ガスとして水分子が利用される場合が多いが、各種の全ての１次ガスについて、以上説明したイオン源部及び質量分析部の各部の制御、操作は、実施例１と同様に適応可能であることは言うまでもない。
【００７７】
なお、先述のように、実施例２は、２次元高周波多重極電場により形成される２次元集束ポテンシャルの略ゼロである中心軸の方向に電場勾配を持たせない構成であるので、生成した試料イオンの利用効率は、確率的に５０％である。従って、先述のように、実施例２は、感度の点で、後述の本発明の実施例３に劣る。
【００７８】
しかし、先述のように、装置構成が単純のため、簡便性、低価格性のため、低価格であるという特徴を有している。３次元高周波イオントラップを用いる実施例２の構成の質量分析装置は、次に説明する実施例３の構成の質量分析装置と共に、重要であると考えられる。
【００７９】
（実施例３）
図８は、実施例２の質量分析装置よりも高感度であり、本発明の実施例３の質量分析装置の構成を説明する図である。
【００８０】
実施例３は、２次元高周波多重極電場により形成される２次元集束ポテンシャルの略ゼロである中心軸の方向に電場勾配を持たせる構成であり、電子源４０３が位置する方向ではなく、質量分析部４１２の位置する側に試料イオンを輸送する効率を向上させる構成としているので、高感度な負の化学イオン化質量分析を可能としている。
【００８１】
図８に示す実施例３の質量分析装置は、負の化学イオン化を行なうイオン源部を有し、イオン源部として、実施例２と同様に、図５に示す第４の例の構造を持つイオン源部を使用する。真空ポンプ１０２７により排気される真空槽１０２６の内部に配置されるイオン源部は、電子源を構成するタングステンフィラメント１００７と、電子が通過する穴をもつ電子導入制御用ゲート電極１００５と、電子が通過する穴をもつ電子導入口電極１０２０と、四重極構造を形成する非平行に設置した２次元四重極電極１００１、１００２、１００３、１００４と、イオンが通過する穴が開けられ、金属が塗布された永久磁石１００６と、イオンが通過する穴が開けられたイオン引き出し電極１０２３とを含む。
【００８２】
１次ガス（１次ガスの流れを矢印１０１５で示す）は１次ガス導入パイプを介して、図示しないガスクロマトグラフにより分離された試料ガス（試料ガスの流れを矢印１０１４で示す）は試料ガス導入パイプを介して、真空槽１０２６の内部のイオン源部の内部に送流される。イオン源部の内部で２次元高周波多重極電場が生成される空間内において、（化３）、（化４）によって、実施例１、実施例２に関する先の説明と同様にして、試料分子Ｍの負のイオンＭ−が生成される。
【００８３】
上記空間内に導入された１次ガス１０１５の分子Ｇが、タングステンフィラメント１００７で生成された電子に由来する低速の電子ｅ−を捕獲して、負の１次イオンＧ−となる。生成した１次イオンＧ−と試料ガスの流れ１０１４の試料分子Ｍとの化学イオン化反応により、試料イオンＭ−が生成される。
【００８４】
図示しないイオン引き出し電極バイアス用電源によって駆動され、イオンが通過する穴が開けられたイオン引き出し電極１０２３によって、生成された試料イオンＭ−は、同じ真空槽１０２６内に配置され、２次元イオントラップ質量分析部の１つの実施形態である軸共鳴排出型イオントラップ質量分析部１０２４へ、試料イオンＭ−の流れとして、移動される。軸共鳴排出型イオントラップ質量分析部１０２４の内部に移動され捕捉された試料イオンＭ−は、軸共鳴排出型イオントラップ質量分析部１０２４の内部から質量選択的に排出され、試料イオンＭ−の流れとして、イオン検出器１０２５に導入されて検出される。
【００８５】
なお、実施例３の質量分析装置のイオン源部の各電極を駆動させるための電圧の印加は、図６に示す実施例２の質量分析装置のイオン源部の各電極を駆動させるための電圧の印加と、同様であるので説明は省略する。また、また、軸共鳴排出型イオントラップ質量分析部１０２４の各部に印加される駆動電源等は周知であるので説明は省略する。
【００８６】
先述の実施例１、実施例２は、２次元高周波多重極電場により形成される２次元集束ポテンシャルの略ゼロである中心軸の方向に電場勾配を持たせない構成であるので、生成した試料イオンの利用効率は、確率的に５０％である。即ち、確率的に、試料イオンの５０％が質量分析部に導入され、残る５０％が電子源の側に移動して失われる可能性が高い。
【００８７】
実施例３では、このようなイオンの損失をできるだけ回避し、より高い効率で質量分析を可能とする方法を説明する。実施例３では、質量分析部として近年広く利用されている２次元イオントラップ質量分析計を用いる。２次元イオントラップ質量分析計のイオン捕捉効率は、３次元イオントラップ質量分析計のイオン捕捉効率（典型的に１０％）に比較すると、ほぼ１００％の高い値を持っているために、高感度分析のためには好ましい。
【００８８】
実施例３では、先述の従来例（特許文献５）に記載の２次元イオントラップ軸方向共鳴排出方式を採用しているが、実施例３では、先述の従来例（特許文献３、４）に記載の２次元イオントラップ質量分析方式も適用可能である。
【００８９】
図８に示すように、実施例３におけるイオン源部を構成する２次元高周波四重極電極１００１〜１００４は、２次元高周波四重極電極１００１〜１００４のｚ方向に垂直な断面でなす開口の大きさが、金属が塗布された永久磁石１００６に開けられたイオンが通過する穴、及び、イオン引き出し電極１０２３に開けられたイオンが通過する穴の方向（即ち、ｚ方向）に向けて、次第に大となるように配置されている。
【００９０】
この２次元高周波四重極電極１００１〜１００４の配置により、２次元高周波四重極電極１００１〜１００４の内部には、電子源を構成するタングステンフィラメント１００７の側の位置に近いほど、より強い２次元高周波四重極電場が形成され、軸共鳴排出型イオントラップ質量分析部１０２４の側の位置に近いほど、より弱い２次元高周波四重極電場が形成される。従って、２次元高周波四重極電極１００１〜１００４の内部に捕捉されているイオンには、電子源を構成するタングステンフィラメント１００７の側から軸共鳴排出型イオントラップ質量分析部１０２４の側に向けた力が、作用する。即ち、イオンは、軸共鳴排出型イオントラップ質量分析部１０２４の側に移動しやすくなる。この結果、軸共鳴排出型イオントラップ質量分析部１０２４へのイオンの導入効率を向上できる。
【００９１】
先述の従来例（特許文献６）は、２次元高周波発生用多重極電極を非平行に設置して、開口が設置された側へ、イオンを導く技術に言及しているが、イオン源部と質量分析部との間に設置されたイオンガイドのイオン透過効率の向上を目的としている。かかる従来例では、本発明の実施例３のように、磁場の印加の下で試料ガスの化学イオン化を行なうイオン源部の構成要素として、非平行に配置される２次元高周波発生用多重極電極を使用することには、言及していない。
【００９２】
実施例３において、実施例１、実施例２における、イオン源部及び質量分析部の各部の制御、操作は、同様に適応可能であることは言うまでもないので、実施例３における、イオン源部及び質量分析部の各部の制御、操作については、説明を省略する。
【００９３】
実施例３と実施例２の構成の相違は、質量分析部として、２次元イオントラップ質量分析部の１つの実施形態である軸共鳴排出型イオントラップ質量分析部を使用すること、イオン源部の構成要素として、非平行に配置される２次元高周波発生用多重極電極を使用することにあり、実施例３の構成では、高感度化が実現できる質量分析装置を提供できるという顕著な効果を奏する。
【００９４】
以上詳述したように、本発明によれば、高い効率で正イオン及び負イオンを生成できるイオン源部を有し、イオンを高感度に検出可能な質量分析装置を提供でき、大なる産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の実施例１の質量分析装置の主要構成を説明する図。
【図２】本発明の実施例におけるイオン源部を構成の第１の例を説明する図。
【図３】本発明の実施例におけるイオン源部を構成の第２の例を説明する図。
【図４】本発明の実施例におけるイオン源部を構成の第３の例を説明する図。
【図５】本発明の実施例におけるイオン源部を構成の第４の例を説明する図。
【図６】本発明の実施例２の質量分析装置の構成を説明する図。
【図７】本発明の実施例２におけるイオン源部の各電極に印加する静電圧を説明する図。
【図８】本発明の実施例３の質量分析装置の構成を説明する図。
【図９】正の化学イオン化を行なうイオン源部と質量分析部を共用する従来技術の質量分析装置の概要を説明する図。
【図１０】負の化学イオン化を行なう外部イオン源部を有する従来技術の質量分析装置の概要を説明する図。
【符号の説明】
【００９６】
１０１、１０２、１０３、１０４…２次元四重極電極、１０５、１００５…電子導入制御用ゲート電極、１０６、６０１、６０２、７０１、７０２、９０１、１００６…永久磁石、１０７、２０４、６１３、７１１、８１３、９１２、１００７…タングテンフィラメント、１０８…２次元四重極電極用高周波電源、１０９…２次元四重極電極バイアス用電圧源、１１０…ゲート電極バイアス用電圧源、１１１…永久磁石バイアス用電圧源、１１２…タングステンフィラメント用電流源、１１３、２０６…ガスクロマトグラフ装置、１１４、２０７、４０９、１０１４…試料ガスの流れを示す矢印、１１５、２０５、４１０、１０１５…１次ガスの流れを表わす矢印、１１６…電子流を示す矢印、１１７、２０９、４０１…試料イオン、１１８…イオントラップ質量分析部へのイオンの流れを示す矢印、１１９、１０２６…真空槽、１２０、１０２０…電子導入口電極、１２１…電子導入口電極バイアス用電圧源、１２２…タングステンフィラメントへのバイアス電源、１２３、１０２３…イオンが通過する穴が開けられたイオン引き出し電極、１２４…イオン引き出し電極バイアス用電源、１２５、２０１…リング電極、１２６、１２７、２０３、２０３…エンドキャップ電極、１２８…３次元イオントラップ内部に捕捉されたイオン、１２９、２１０、１０２５…イオン検出器、１３０…イオンの流れを示す矢印、１３１、１０２７…真空ポンプ、２０８…電子ビーム、３０１…外部イオン源槽、４０２…静磁場、４０３…電子源、４０４…電子線、４０５…静電ポテンシャル、４０６…２次元集束ポテンシャル、４０７…１次ガス導入パイプ、４０８…試料ガス導入パイプ、４１１…イオン輸送部、４１２…質量分析部、６０３、６０４、６０５、６０６、７０３、７０４、９０２、９０３、９０４、９０５…磁気回路を構成する磁性体、６０７、６０８…２次元多重極電極、６０９、６１０、６１１、６１２、８０９、８１０、８１１、８１２、９０８、９０９、９１０、９１１…絶縁体、７０５、７０６、７０７、７０８、７０９、７１０、８０７、８０８、９０６、９０７…２次元多重極電極、８０１、８０２…コイル、８０３、８０４…磁極、８０５、８０６…電磁石の磁心、１００１〜１００４…非平行に設置した２次元四重極電極、１０２４…軸共鳴排出型イオントラップ質量分析部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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