(57)【要約】  【課題】イオン光学系でＨｅイオンを除去することにより質量数がＨｅイオンに近い軽量イオンの検出を可能にするとともにバックグラウンドノイズを低減する。  【解決手段】イオン光軸Ｃを挟んで対向して配置した偏向電極６に、互いに逆位相の交流電圧を印加して偏向電場６０を形成する。この交流電圧の周波数は、Ｈｅイオンが偏向電場６０を通過する時間内で生じる波数が１よりも少なく、それよりも質量の大きな目的イオンが偏向電場６０を通過する時間内で生じる波数は複数になるように定める。偏向電場６０での滞在時間が短いＨｅイオンには正方向又は負方向に偏向させる力が作用し、イオン光軸Ｃから大きく外れるように軌道が曲がって出口側電極７に衝突する。一方、偏向電場６０での滞在時間が長いイオンに対しては正方向と負方向とに偏向させる力が相殺され、イオン光軸Ｃから大きく外れない軌道を通って出射穴８から出る。【選択図】  図１
2005259481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンを発生するイオン源と、該イオンを質量数に応じて分離する質量分離部と、該質量数に応じて分離されたイオンを検出する検出器とを具備する質量分析装置において、
a)前記イオン源と質量分離部との間、又は質量分離部と検出器との間に配置された、イオン光軸を挟んで対向して設けられた２つで１組の電極を含む偏向イオン光学系と、
b)該偏向イオン光学系の１組の両電極に互いに位相を反転させた交流電圧を少なくとも印加する電圧発生手段と、
を備え、前記交流電圧の周波数を所定周波数に設定することにより、前記偏向イオン光学系により形成される偏向電場において相対的に軽いイオンを大きく偏向させて除去する一方、相対的に重いイオンの偏向を抑制して後段へと輸送するようにしたことを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
除去対象である軽いイオンが偏向電場内を通過する時間内に生じる交流電圧の周期が１よりも小さく、除去対象でない重いイオンが偏向電場内を通過する時間内に生じる交流電圧の周期が１よりも大きくなるように、前記交流電圧の周波数を設定す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】
除去対象である軽いイオンが偏向電場内を通過する時間内に生じる交流電圧が半周期程度以下になるように、前記交流電圧の周波数を設定す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】
除去対象でない重いイオンが偏向電場内を通過する時間内に生じる交流電圧が複数周期となるように、前記交流電圧の周波数を設定することを特徴とする請求項２又は３に記載の質量分析装置。
【請求項５】
前記偏向イオン光学系は少なくとも２組の電極を含み、各組の電極に、周波数が同一で位相をずらした交流電圧を印加するようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の質量分析装置。
【請求項６】
除去対象である軽いイオンがヘリウムイオンであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は質量分析装置に関し、特に、ガスクロマトグラフの検出器として使用するために好適な質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析装置は、ガスクロマトグラフ装置や液体クロマトグラフ装置と組み合わせて使用されることがよくある。例えばガスクロマトグラフ質量分析装置は、ガスクロマトグラフの検出器として質量分析装置を利用したものであり、複数の成分を含む試料をガスクロマトグラフに導入してカラムにより各成分を時間方向に分離し、その成分分離した試料ガスをインタフェイス部を介して質量分析装置に導入し、イオン化した後にそのイオンを質量数毎に分離して検出する。
【０００３】
ガスクロマトグラフ部では、キャリアガス（一般的にはヘリウムガス）の流れに乗せて試料ガスをカラムに流通させるため、インタフェイス部にはこうしたキャリアガスを除去するためのセパレータなどが設けられている（例えば特許文献１など参照）。しかしながら、もともとキャリアガスの量は試料ガスの量に比べて格段に多いため、除去しきれないキャリアガス分子が質量分析装置の初段のイオン化部に多量（他のガス成分に比較すれば多量）に流れ込む。キャリアガスとしてヘリウムガスが使用される場合、もともと不活性であるヘリウムは比較的イオン化されにくいものの、特に電子衝撃イオン化法でイオンの生成効率を上げるために電子の加速電圧を高くすると、ヘリウムであっても容易にイオン化してしまう。
【０００４】
こうして発生したヘリウムイオンによるイオン強度は試料成分によるイオン強度に比べて格段に大きいため、ヘリウムイオンと質量数が近い、軽い元素（例えばリチウム、ベリリウム、ホウ素など）を分析したい場合でも、こうしたイオンの強度信号はヘリウムイオンによる強度信号にマスクされてしまう。そのため、こうした軽い元素のイオンを検出することは従来困難であった。イオン化部において電子の加速電圧を下げることによりヘリウムのイオン化を抑えることは可能ではあるが、そうすると目的成分のイオン生成効率も低下し、分析感度が下がって微量成分の検出ができなくなる。
【０００５】
また、ヘリウムイオンに比べて質量数が十分に大きなイオンを分析する場合には、四重極質量フィルタ等の質量分離部によってこうした重いイオンとヘリウムイオンとを十分に分離することができるし、この重いイオンの強度信号がヘリウムの強度信号にマスクされてしまうということもない。しかしながら、上述したようにヘリウムイオンの量は格段に多いため、質量分離部をすり抜けてしまう比率がごく小さかったとしても検出器に到達するヘリウムイオンの量は試料イオンに比べても十分に大きく、このヘリウムイオンがバックグラウンドノイズとなって目的イオンの分析感度が低下するおそれがある。
【０００６】
従来、ヘリウムガス分子等の電荷を持たない中性粒子や分子をイオン光学系で除去することは行われている。例えば特許文献２に記載の質量分析装置では、イオンを後段へ輸送する脱溶媒パイプの出口側のイオン出射軸とその後段のスキマーのイオン入射軸とを意図的にずらし、脱溶媒パイプとスキマーとの間に配置したイオン光学系により形成する電場によって荷電粒子であるイオンは屈曲軌道をとってスキマーのオリフィスに導かれ、一方、電場の影響を受けない中性粒子や分子は直進させてスキマーを通過しないようにしている。しかしながら、ヘリウムガス分子がイオン化してしまった場合には、このような方法では除去することができない。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２２８６３７号公報（［０００３］段及び図８）
【特許文献２】特許３３７９４８５号公報（［００２５］段〜［００２６］段及び図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みて成されたものであって、その目的とするところは、ヘリウムイオンをイオン流路上のいずれかの位置において効率良く除去することで、ヘリウムイオンと質量数の近いイオンの分析を行えるようにするとともに、バックグラウンドノイズを低減させて分析感度や精度を向上させることができる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】
【０００９】
上記課題を解決するために成された本発明は、イオンを発生するイオン源と、該イオンを質量数に応じて分離する質量分離部と、該質量数に応じて分離されたイオンを検出する検出器とを具備する質量分析装置において、
a)前記イオン源と質量分離部との間、又は質量分離部と検出器との間に配置された、イオン光軸を挟んで対向して設けられた２つで１組の電極を含む偏向イオン光学系と、
b)該偏向イオン光学系の１組の両電極に互いに位相を反転させた交流電圧を少なくとも印加する電圧発生手段と、
を備え、前記交流電圧の周波数を所定周波数に設定することにより、前記偏向イオン光学系により形成される偏向電場において相対的に軽いイオンを大きく偏向させて除去する一方、相対的に重いイオンの偏向を抑制して後段へと輸送するようにしたことを特徴としている。
【００１０】
イオン源で発生した各種イオンが持つ運動エネルギーは各イオンの質量数には依存せず、イオンの速度は質量数の平方根に逆比例するため、質量数が小さなイオンほど大きな速度を持つことになる。そのため、本発明に係る質量分析装置において、偏向イオン光学系により形成される偏向電場には、質量数が小さなイオンは大きな速度で以て、質量数が相対的に大きなイオンは相対的に小さな速度で以て入射する。したがって、質量数が小さなイオンは偏向電場を短い時間で通過し、質量数が相対的に大きなイオンは偏向電場を通過するのに相対的に長い時間を要する。それ故に、質量数が小さなイオンにとっては偏向電場内を通過する時間内に生じる交流電圧の波数（周期数）は少なく、逆に質量数が大きなイオンにとっては偏向電場内を通過する時間内に生じる交流電圧の波数（周期数）は多い。
【００１１】
この交流電圧の半周期毎に、偏向電場内を通過しているイオンに作用する力の方向は反転（一方を正方向、他方を負方向と呼ぶ）する。そのため、イオンが偏向電場内を通過する時間内に生じる交流電圧の周期が１よりも小さく、好ましくは半周期程度以下であると、イオンには正方向又は負方向の一方向に偏向させようとする力が強く作用し、イオンは大きく軌道を曲げる。これに対し、イオンが偏向電場内を通過する時間内に生じる交流電圧の周期が１よりも大きく、好ましくは複数周期であると、偏向電場において正方向に作用する力と負方向に作用する力が交互に発生して全体として相殺され易くなり、イオンを偏向させる力は抑制されて軌道の曲がりは小さくなる。すなわち、偏向電場を形成するための交流電圧の周波数を適切に設定すれば、質量数の小さなイオンは偏向電場を通過する際に大きく軌道を曲げさせて除去することができ、一方、質量数の大きなイオンについては軌道の曲がりを抑制して良好に後段へと送るようにすることができる。
【００１２】
なお、上記のような偏向電極の作用によって基本的には任意の質量数以下のイオンを除去することが可能であるが、そもそも質量分離部はこうした質量分離の機能を有しているから、例えばイオンの量が多すぎて質量分離部では十分に除去できないような種類のイオンに対して本発明における偏向イオン光学系は有用である。具体的には、質量分析装置を検出器として利用するクロマトグラフ質量分析装置において、カラムの移動相として使用されるヘリウムに由来するヘリウムイオンを除去するのに特に有効である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る質量分析装置によれば、分析対象のイオンに殆ど影響を与えることなくヘリウムイオンのみを効率良く除去することができる。それによって、従来は分析することが困難であったヘリウムイオンに質量数が近いイオンの分析を、高感度・高精度で行うことが可能となる。また、ヘリウムイオンに由来するバックグラウンドノイズを軽減することができるので、全般的に分析感度や分析精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施例による質量分析装置を図面を参照して説明する。図１は本実施例の質量分析装置の要部の構成図である。
【００１５】
略密閉された真空容器１内は真空ポンプ１１による排気によって真空状態に維持される。この真空容器１内には、イオン化室２、イオン光学系５、四重極質量フィルタ９、及びイオン検出器１０がイオン光軸Ｃに沿って配設されている。イオン化室２及び四重極質量フィルタ９は本発明におけるイオン源及び質量分離部に相当する。イオン光学系５は基本的にイオンを加速したり収束したりする機能を有するが、本実施例では、イオン光学系５が本発明における偏向イオン光学系に相当する偏向電極６を含む。
【００１６】
この質量分析装置の前段には図示しないもののガスクロマトグラフが設けられており、ガスクロマトグラフのカラムから流出する試料ガスが適宜のインタフェイスを介して接続管４からイオン化室２内へと供給される。イオン化室２は電子衝撃法により試料分子をイオン化するものであり、フィラメント３で発生した熱電子が加速され、イオン化室２に導入された試料分子（又は原子）にこの熱電子が接触することによって該分子はイオン化される。発生した各種イオンはイオン化室２から引き出されてイオン光学系５を通って四重極質量フィルタ９の長軸方向の空間に導入される。四重極質量フィルタ９には図示しない電源から直流電圧と高周波電圧とを重畳した電圧が印加され、その印加電圧に応じた質量数（質量ｍ／電荷ｚ）を有するイオンのみがその長軸方向の空間を通過し、イオン検出器１０に到達して検出される。それ以外の不要なイオン種は四重極質量フィルタ９の長軸方向の空間を通り抜けることができず、途中で発散して消失する。
【００１７】
イオン化室２内には、分析対象である試料分子のほかに、ガスクロマトグラフのカラムの移動相であるヘリウムガス（キャリアガス）の分子も多量に流入しイオン化される。分析対象の試料イオンの質量数がヘリウムイオンよりも十分に大きいときには、ヘリウムイオンの多くは四重極質量フィルタ９で排除されるが、もともとヘリウムイオンの量は多いため、通過確率が小さくてもかなりの量が排除しきれずにイオン検出器１０に到達する。これがバックグラウンドノイズの原因となり得る。また、質量数がヘリウムイオンに近いリチウム、ベリリウム、ホウ素などのイオンが分析対象である場合には、四重極質量フィルタ９でもヘリウムイオンの排除を十分に行うことが難しく、多量のヘリウムイオンがイオン検出器１０に到達してしまい、これよりも信号強度が遙かに小さい分析対象のイオンの信号強度はマスクされてしまう。
【００１８】
そこで、本実施例の質量分析装置では、四重極質量フィルタ９の手前に配置された偏向電極６により形成する偏向電場６０と、その後方に配置された中央に出射穴８を有する出口側電極７とによって、質量の軽いヘリウムイオンを除去するようにしている。
【００１９】
図２は偏向電極６をイオン光軸Ｃに直交する面内でみたときの図である。この偏向電極６は、略円筒形状の金属体をイオン光軸Ｃに平行に延伸する分割線で以て周方向に略４等分した形状を有する。イオン光軸Ｃを挟んで対向する２枚の電極６１ａと６１ｂ、６２ａと６２ｂがそれぞれ１組となっており、偏向電圧発生部１２は各組の対向する２枚の電極に極性が互いに反転した電圧を印加する。すなわち、一方の組の電極６１ａには＋Ｖ１（ｔ）、これに対向する電極６１ｂには−Ｖ１（ｔ）を印加し、他方の組の電極６２ａには＋Ｖ２（ｔ）、これに対向する電極６２ｂには−Ｖ２（ｔ）を印加する。
ここでＶ１（ｔ）、Ｖ２（ｔ）は、
Ｖ１（ｔ）＝Ｖ０＋Ｖａ・sinωｔ
Ｖ２（ｔ）＝Ｖ０＋Ｖｂ・sin（ωｔ＋δ）
である。つまり、Ｖ１（ｔ）、Ｖ２（ｔ）は共通の直流電圧Ｖ０に、それぞれ振幅が異なり（同じである場合もある）同一周波数で位相がδだけ異なる交流電圧を重畳したものである。
【００２０】
上記偏向電場６０によってヘリウムイオンを除去する動作原理について図３〜図５を用いて説明する。ここでは説明を簡単にするために図３に示すように１組の電極６１ａ、６１ｂ間に極性が互いに反転した（位相が１８０°異なる）交流電圧のみが印加されることによって形成される偏向電場６０を考える。
【００２１】
イオン源（イオン化室２）で発生した各種イオンを一定の加速電圧Ｖで加速した場合にイオンが持つ初期的な運動エネルギーは次式となる。
ｚｅＶ＝（１／２）・ｍ・ｖ2 
ここで、ｚはイオンの電荷数、ｅは電子の電荷（電気素量）、ｍはイオンの質量、ｖはイオンの速度である。上式は、
ｅＶ＝（１／２）・（ｍ／ｚ）・ｖ2 
と書き直すことができるから、質量数（ｍ／ｚ）に依らずに運動エネルギーｅＶは同一であり、各イオンの速度ｖは質量数ｍ／ｚの平方根に逆比例する。つまり、質量数が小さなイオンほど大きな速度を持つことになる。
【００２２】
図３に示すようにイオン通過方向の偏向電場６０の長さＬは一定であるから、大きな速度を持って偏向電場６０に入射する軽いイオンは短時間で偏向電場６０を通過し、相対的に重いイオンは偏向電場６０を通過するのにより長い時間を要する。ヘリウムは水素を除けば最も軽い元素であるから、ヘリウムイオンが偏向電場６０を通過する時間ｔ１とそれよりも重い分析対象の成分のイオンが偏向電場６０を通過する時間ｔ２との関係はｔ１＜ｔ２であって、質量数差が大きいほどｔ２はｔ１よりも格段に長くなる。一方、偏向電場６０における交流電圧の周波数ωは一定であるから、各イオンが偏向電場６０を通過する時間内に生じる交流電圧の波数は、軽いイオンでは少なく重いイオンでは多くなる。
【００２３】
図４は横軸を時間軸として或るイオンが偏向電場を通過する時間内に発生する交流電圧の波形を示した概念図であり、図５は横軸を実際の距離として或るイオンが偏向電場を通過する時間内に発生する交流電圧の波形を示した概念図である。ここでは一例として、ヘリウムイオンの通過時間ｔ１内に生じる交流電圧の波数が図４（ａ）、図５（ａ）に示すように０．５周期分、ヘリウムイオンよりも重い分析対象であるイオンの通過時間ｔ２内に生じる交流電圧の波数が図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すように３．５周期分であるとする。この交流電圧の１周期の中で、前半の半周期（位相角０〜１８０°)には図３中に矢印で示すように上から下に向かう（これを正方向とする）力がイオンに作用し、後半の半周期（位相１８０〜３６０°)には逆に下から上に向かう（これを負方向とする）力がイオンに作用する。
【００２４】
したがって、図４（ａ）及び図５（ａ）の場合には、イオンには正方向の力しか作用しないことになり、ヘリウムイオンは偏向電場６０を通過する際に大きく軌道を曲げられ、出射穴８に到達せずに出口側電極７に衝突する。一方、図４（ｂ）及び図５（ｂ）の場合には、イオンが偏向電場６０を通過する際に正方向に偏向させる力と負方向に偏向させる力との両方が交互に作用する。この例の場合、正方向に偏向させる力が０．５周期分だけ長いものの、全体としてはイオンを両方向に振る力が相殺し合うため、イオンの軌道はイオン光軸Ｃから大きく外れることはなく、偏向電場６０を出た後に出射穴８を通り抜け得る。このようにして、質量数の小さなヘリウムイオン（厳密にはヘリウムイオンを含めてそれよりも質量数の小さなイオン）を選択的に偏向電場６０で大きく偏向させて取り除き、相対的に質量数の大きなイオンを出射穴８から後段へと送ることができる。
【００２５】
上記説明から分かるように、偏向電場６０によるイオンの除去では、そのイオンが偏向電場６０に滞在する時間内に交流電圧の波数がいくつあるのかが重要な要素である。実際にはイオンは運動エネルギーを持って飛行しているため、イオンの軌道は交流電場の変動に完全に追従するわけではない。したがって、全般的には、イオンが偏向電場６０に滞在する時間内に交流電圧の波数が多いほどイオンの軌道の振れは小さくなり、出射穴８を通り抜ける確率が高くなる。原理的には、ヘリウムイオンが偏向電場６０を通過する時間ｔ１内に生じる交流電圧の波数が１よりも小さくなるようにし、且つ分析対象であるイオンが偏向電場６０を通過する時間ｔ２内に生じる交流電圧の波数が１よりも大きくなるように交流電圧の周波数を定めておけば、前者を除去し後者を通過させることが可能である。
【００２６】
しかしながら、時間ｔ１内に生じる交流電圧の波数が１に近づくほどヘリウムイオンの除去効率は低下し、逆に時間ｔ２内に生じる交流電圧の波数が１に近づくほど分析目的のイオンの通過効率は低下する。したがって、実用的には、時間ｔ１内に生じる交流電圧の波数は０．８程度以下、好ましくは０．５以下に定めておく。そして、これに対して時間ｔ２内に生じる交流電圧の波数が１よりも大きいイオンのうち、或る程度高い通過効率を以て出射穴８を通過し得る重いイオンを分析する。
【００２７】
また、偏向電極６のイオン光軸Ｃに沿った方向の長さＬも或る程度以上必要である。何故なら、偏向電場６０内でのヘリウムイオンの通過距離が短すぎると、仮にイオンを正方向又は負方向へ偏向させる力が作用したとしても軌道が十分に曲がらず、出射穴８に到達してしまって後段へと送られてしまうからである。
【００２８】
さて、上記説明では、図５（ａ）に示すようにヘリウムイオンが偏向電場６０に突入する時点での交流電圧の位相角が０°であるとしているが、ヘリウムガス分子はイオン化室２内に連続的に流入して来るので、通常、ヘリウムイオンが偏向電場６０に入って来る時点での交流電圧の位相角は様々である。そのため、例えば交流電圧の位相角が約９０°であるときにヘリウムイオンが偏向電場６０に入って来ると、そのイオンが偏向電場６０を通過する時間ｔ１内での交流電圧波形は図６に示すようになる。この場合、イオンを正方向に偏向させる力と負方向に偏向させる力とがほぼ相殺し合い、イオンの軌道は図５（ａ）の場合と異なりイオン光軸Ｃから大きくは外れず、出射穴８を通過する確率がかなり高くなる。
【００２９】
そこで、こうした問題を避けるために、先に図２に示したように、偏向電極を１組だけでなく２組設置し、各組の偏向電極に印加する電圧Ｖ１（ｔ）、Ｖ２（ｔ）の交流成分を同一周波数で位相がδだけ異なるものとしている。このとき位相ずれδは図７に示すように例えば１／４周期（位相角９０°）とする。この２組の偏向電極６１ａと６１ｂ、６２ａと６２ｂとによって、偏向電場６０には互いに直交する方向に２種類の電場が形成されることになり、いずれの電場もイオンを偏向させるように作用し得る。
【００３０】
先に述べたように、図７においてＶ１（ｔ）の位相角９０°の時点（時刻ｔａ）で偏向電場６０にヘリウムイオンが入射してきた場合について考える。この場合、上述したように印加電圧Ｖ１（ｔ）によって形成される電場ではイオンを正方向に偏向させる力と負方向に偏向させる力とがほぼ相殺し合ってしまい、イオンの軌道は大きく振れない。ところが、位相がずれている印加電圧Ｖ２（ｔ）によって形成される電場では、イオンには正方向に偏向させる力のみが作用する。これによってイオンの軌道は大きく振れ、イオン光軸Ｃから大きく外れて出口側電極７に衝突する。すなわち、このように互いに位相の異なる２つ電場を偏向電場とすることによって、ヘリウムイオンが連続的に偏向電場６０に入射して来ても、少なくともいずれか一方の電場によってヘリウムイオンを大きく振ることができるため、該イオンが出射穴８を通り抜けてしまうことを高い確率で防止できる。
【００３１】
なお、偏向電極６の形状は図２のような円筒形状に限るものではなく、図８に示すように、イオン光軸Ｃを挟んで対向する２組の電極を設置しさえすればよい。図８（ａ）は各組の偏向電極を平行平板で形成した例、図８（ｂ）は各組の偏向電極を円柱状のロッド電極（又は中空の円筒電極）で形成した例、図８（ｃ）は各組の偏向電極を角柱状のロッド電極（又は中空の角筒電極）で形成した例である。もちろん、これ以外にも様々な構成が考え得る。
【００３２】
また、上記説明から、ヘリウムイオンが偏向電場に入射するタイミングを限定することが可能であれば、具体的には、ヘリウムイオンが偏向電場を通過する時間内にイオンを正方向に偏向させる力と負方向に偏向させる力とが相殺されないようなタイミングに限ってヘリウムイオンを入射するのであれば、偏向電極は１組だけでもよいことが分かる。すなわち、例えば図９（ａ）又は（ｂ）に示すような電極の構成とすることができる。
【００３３】
本願発明者は上記のような動作によるヘリウムイオンの除去の効果を確認するため、コンピュータシミュレーションによりイオンの軌道の計算を行った。その結果について図１０〜図１２により説明する。ここでは図２に示したような円筒型の２組の偏向電極を用いている。
【００３４】
図１０は、偏向電極６に直流電圧のみを印加して、偏向電極６で囲まれる空間内に静電場を形成した場合のヘリウムイオンの軌道をシミュレーションしたものである。この状態ではヘリウムイオンはその殆ど全てが出射穴８を通過してしまうことが分かる。
【００３５】
図１１は、上記説明のように、直流電圧に所定の交流電圧を重畳した電圧を偏向電極６に印加して、偏向電極６で囲まれる空間内に偏向電場を形成した場合のヘリウムイオンの軌道をシミュレーションしたものである。このときには殆どのヘリウムイオンが大きく軌道を曲げて出口側電極７に衝突する。したがって、出射穴８を通過して四重極質量フィルタ９に導入されるヘリウムイオンはごく僅かであり、非常に効果的にヘリウムイオンが除去されていることが分かる。
【００３６】
図１２は、図１１と同一の偏向電場の条件の下で、ヘリウムイオンよりも重い質量数が１０であるイオンの軌道をシミュレーションしたものである。このときにはごく一部のイオンは出口側電極７に衝突するものの、殆どは偏向電場の存在にも拘わらず出射穴８に到達し、これを通過して四重極質量フィルタ９に導入される。つまり、ヘリウムイオンを除去しながら質量数１０であるイオンの分析が可能である。
【００３７】
このように、上述した偏向電場を用いることによって、軽いヘリウムイオン（実際にはより軽い水素イオンも）を除去し、相対的に重い分析対象のイオンは偏向電場の影響を抑制して高い効率で通過させ質量分析に利用できるということが、シミュレーションの結果からも明らかになった。
【００３８】
なお、上記実施例は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正及び追加を行っても本発明に包含されることは明らかである。例えば、上記実施例では四重極質量フィルタの手前に偏向電極を設けたが、四重極質量フィルタ等の質量分離器で分離された後のイオン流を上記のような偏向電場に通してヘリウムイオンを除去する構成としてもよい。また、質量分離器が四重極質量フィルタに限らないことも当然である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施例による質量分析装置の要部の構成図。
【図２】本実施例の質量分析装置において偏向電極をイオン光軸に直交する面内でみたときの図。
【図３】偏向電場によってヘリウムイオンを除去する動作原理の説明図。
【図４】横軸を時間軸として或るイオンが偏向電場を通過する時間内に発生する交流電圧の波形を示した概念図。
【図５】横軸を実際の距離として或るイオンが偏向電場を通過する時間内に発生する交流電圧の波形を示した概念図。
【図６】図５（ａ）において偏向電場へのイオンの入射タイミングが異なる場合の交流電圧の波形を示した概念図。
【図７】２組の偏向電極への印加電圧Ｖ１（ｔ）、Ｖ２（ｔ）の位相関係を示す図。
【図８】２組の偏向電極を用いる場合の他の形態例を示す図。
【図９】１組のみの偏向電極を用いる場合の形態例を示す図。
【図１０】偏向電極に直流電圧のみを印加して静電場を形成した場合のヘリウムイオンの軌道のシミュレーション結果を示す図。
【図１１】直流電圧に所定の交流電圧を重畳した電圧を偏向電極に印加して偏向電場を形成した場合のヘリウムイオンの軌道のシミュレーション結果を示す図。
【図１２】図１１と同一の偏向電場の条件の下での質量数が１０のイオンの軌道のシミュレーション結果を示す図。
【符号の説明】
【００４０】
１…真空容器
２…イオン化室
３…フィラメント
４…接続管
５…イオン光学系
６、６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ…偏向電極
６０…偏向電場
７…出口側電極
８…出射穴
９…四重極質量フィルタ
１０…検出器
１１…真空ポンプ
１２…偏向電圧発生部
【図１】
2005259481.tif 000003
【図２】
2005259481.tif 000004
【図３】
2005259481.tif 000005
【図４】
2005259481.tif 000006
【図５】
2005259481.tif 000007
【図６】
2005259481.tif 000008
【図７】
2005259481.tif 000009
【図８】
2005259481.tif 000010
【図９】
2005259481.tif 000011
【図１０】
2005259481.tif 000012
【図１１】
2005259481.tif 000013
【図１２】
2005259481.tif 000014