(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各ロッド電極が、イオン光軸方向に互いに分離された複数の電極素板で構成される仮想ロッド電極から成る仮想ロッド多重極イオンレンズを用いた質量分析装置において、
仮想ロッド電極を構成する各電極素板を、少なくともイオン光軸側の縁部において所定の形状にするとともに、絶縁体から成る保持ユニットにより該イオン光軸から離れた部分において各電極素板を保持し、それらの位置を固定することにより仮想ロッド多重極イオンレンズをユニット化し、前記保持ユニットがイオン光軸方向に分割され、該分割された各保持ユニットが全体として一つのユニットに固定されていることを特徴とする質量分析装置。
【請求項２】
仮想ロッド多重極イオンレンズユニット内において、同一電位が印加される電極素板同士を、イオンレンズユニット全体に対して固定されたショート線により接続し、それによりグループ化された電極素板の中の少なくとも１個に電気的に接続されたソケットとプラグのペアの一方を仮想ロッド多重極イオンレンズユニットに設けるとともに、該ソケットプラグペアの他方を各々対応する位置に固定した、レンズユニットとは別のユニットをイオンレンズユニットの端部に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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体クロマトグラフ質量分析装置（ＬＣ／ＭＳ）等に用いられる質量分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
質量分析装置において、前段から飛来してくるイオンを収束し、場合によっては加速して後段の質量分析器に送り込むイオンレンズという部品がある。これについては従来より種々の形状のものが提案されているが、最近では多重極ロッド型のイオンレンズが広く用いられている。このイオンレンズは図４（ａ）に示すように（この例ではロッドの数は４本だが、６、８本など偶数であればよい）、隣接する電極（例えば符号８１と８２が付された電極）に、同一の直流電圧にそれぞれ位相が反転した高周波電圧を重畳した電圧を印加する。長軸（イオン光軸と呼ぶ）ｘの延伸方向に導入されたイオンは、この高周波電場により所定の周期で振動しながら進む。このため、イオンの収束効果が高く、より多くのイオンを後段へ送ることができる。
【０００３】
この多重極ロッド型イオンレンズは、収束は良好であるものの、内部の空間でイオン光軸ｘ方向に電圧勾配が無いため、イオンの加速が行われない。このため、比較的高い圧力の下でこのイオンレンズを使用しようとすると、イオンが残留ガス分子との衝突によって運動エネルギが奪われ、レンズを通過するイオンが少ないという問題があった。
【０００４】
本願出願人は、多重極ロッド型の収束性の良さを生かしつつ、イオンを加速することもできるイオンレンズとして、図４（ｂ）に示すような仮想ロッド電極を用いるイオンレンズを提案した（特願平11-196856）。これは、各ロッド電極を、イオン光軸ｘの方向に互いに分離された複数の電極素板８３で構成したものである。１つの仮想ロッド電極８４を構成する複数の電極素板８３には、共通の高周波電圧（ＲＦ）とイオン光軸延伸方向に階段状に相違する直流電圧（ＤＣ）とが重畳された電圧が印加される。隣接する仮想ロッド電極８４同士では、印加電圧中の高周波成分の位相が反転され、一方、同一平面内に含まれる電極素板８３には、同一の直流電圧成分が与えられる。
【０００５】
前段のイオン化室で生成されたイオンがこのイオンレンズに導入されると、高周波電圧によって形成される電界によりイオンは振動しながら進み、後方焦点位置に収束する。また、イオン光軸方向の所定の直流電位勾配によってイオンには運動エネルギが付与され加速される。そのため、飛行途中で残留ガス分子などに衝突しても収束軌道を大きく外れることなく進む。従って、例えば後段へ連通する通過孔を有するスキマーを後方焦点位置近傍に設置しておくと、該通過孔を介して後段へ多くのイオンを送ることができる。なお同出願では、図４（ｃ）に示すように、イオンが進むに従って電極素板８５をイオン光軸ｘに近づける構成も開示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
仮想ロッド電極を用いるイオンレンズは上記のように優れた特性を持つものの、１本のロッド電極が複数の電極素板に分離していることから必然的に部品点数が増加し、組み立て及び調整（製造時及び使用の際）の困難性が増加するという問題をはらんでいる。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、製造時の組み立て及び製造・使用時の調整を容易にした仮想ロッド多重極イオンレンズを備えた質量分析装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明では、各ロッド電極が、イオン光軸方向に互いに分離された複数の電極素板で構成される仮想ロッド電極から成る仮想ロッド多重極イオンレンズを用いた質量分析装置において、
仮想ロッド電極を構成する各電極素板を、少なくともイオン光軸側の縁部において所定の形状にするとともに、絶縁体から成る保持ユニットにより該イオン光軸から離れた部分において各電極素板を保持し、それらの位置を固定することにより仮想ロッド多重極イオンレンズをユニット化したことを特徴とする。
【０００９】
また、仮想ロッド多重極イオンレンズユニットとは別に、その各電極素板に所定の電圧を印加するためのターミナルユニットを設けることが望ましい。この場合、仮想ロッド多重極イオンレンズユニット内においては、同一電位が印加される電極素板同士を不動のショート線により接続する。そして、それによりグループ化された電極素板の中の少なくとも１個に、ソケットプラグペアの一方（すなわち、ソケット又はプラグ）を電気的に接続する。これを各グループについて行う。一方、ターミナルユニット内では、それらに各々対応する位置に、ソケットプラグペアの他方を固定する。
【００１０】
【発明の実施の形態及び効果】
イオンはイオン光軸の近傍を進むため、その動きを制御するにはイオン光軸の近傍における電界を適切に設定すればよい。このためには、電極素板はイオン光軸側の縁部において所定の形状であれば十分である。この「所定の形状」とは、理論的に定まる形状、あるいは、それに近似した加工容易な形状であって実際上使用可能（誤差が許容範囲内に収まる）であるような形状のことを指す。具体的には、双曲線形状或いは円弧形状等である。
【００１１】
従って、それ以外の部分（イオン光軸から離れた部分）においては、その他の条件等に応じて都合の良い形状にすることができる。本発明に係る質量分析装置では、その部分において各電極素板を絶縁体から成る保持ユニットで保持し、それらの位置を固定する。従って、製造時及び使用時の調整の際に確実な位置固定が可能となる。また、全ての電極素板を含む全体が１つのユニットとなるため、取り扱いに便である。なお、絶縁体から成る保持ユニットは適宜分割されていてもよく、最終的に全体として１つのユニットに固定されればよい。
【００１２】
前記の通り、多重極型イオンレンズでは、隣接するロッドには逆の位相の高周波電圧が印加される。従って、ロッドの数が４本であれ６本、８本であれ、印加すべき高周波電圧の種類は２つでよい。すなわち、１本の仮想ロッドを構成する複数の電極素板に印加される直流電圧は異なるものの、イオン光軸に垂直な１枚の平面内に存在する複数（偶数）の電極素板に印加される電圧（高周波電圧＋直流電圧の複合電圧）は２種類しかない。そこで、本発明に係る質量分析装置の仮想ロッド多重極イオンレンズユニットでは、同一の電圧（複合電圧）が印加される電極素板同士をユニット内でショート線（導電線）により接続しておく。これにより、このユニットに接続すべき線の数を大きく減らすことができる。これにより、製造時或いは再組み立て時の結線ミスが防止され、接触不良等による不具合の発生の可能性を低減する。
【００１３】
このショート線は不動の線とする。これは、ショート線の位置がユニット全体に対して固定されており、ユニット全体を多少動かした場合でも、ショート線はユニット全体に対して動かないことを意味する。
【００１４】
イオンレンズに印加される複合電圧は別途設けられた電圧印加ユニットで生成されるが、生成する電圧を安定したものにするため、電圧印加ユニットとイオンレンズとは共振回路を構成するように調整される。液体クロマトグラフ質量分析装置等では、使用によりイオンレンズは徐々に試料により汚染されるため、適宜清掃を行う必要がある。その際、ユニットを取り外したり取り付けたりする時やその間にユニットの電極素板等を清掃する時にショート線の位置が変わると、浮遊容量が変化し、再度面倒な電圧調整を行わねばならない。本発明のようにショート線を不動にすることにより、このような不都合を防止することができる。
【００１５】
ターミナルユニットを設けたのは、仮想ロッド多重極イオンレンズユニットを一体化したことに対応するものである。すなわち、このターミナルユニットを仮想ロッド多重極イオンレンズユニットに取り付けることにより、レンズユニットの各電極素板への電気的接続をワンアクションで一挙に行うことができる。これにより、上記同様、製造時や再組み立て時の作業が容易化されるとともに、浮遊容量の変動を排除して、電圧の調整が容易となる。
【００１６】
【実施例】
本発明を実施した液体クロマトグラフ質量分析装置を説明する。分析装置全体の構成は図１に示す通りであり、この装置には、イオン化室１１、質量分析検出室１４、及び、それらの間にそれぞれ隔壁で隔てられた第１中間室１２及び第２中間室１３が設けられている。イオン化室１１には、液体クロマトグラフ装置のカラムの出口端に接続されたノズル１５が配設される。質量分析検出室１４には四重極フィルタ１６及びイオン検出器１７が設けられ、それらの中間にある第１及び第２中間室１２，１３にはそれぞれ第１イオンレンズ１８及び第２イオンレンズ１９が設けられている。イオン化室１１と第１中間室１２との間は細径の脱溶媒パイプ２０を介して、第１中間室１２と第２中間室１３との間は極小径の通過孔（オリフィス）を有するスキマー２１を介してのみ連通している。
【００１７】
イオン化室１１内はノズル１５から連続的に供給される試料液の気化分子によりほぼ大気圧になっている一方、質量分析検出室１４内は質量分析のためにターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）２７により約１０−３〜１０−４Paの高真空状態まで真空排気される。このように真空度の差の大きいイオン化室１１と質量分析検出室１４との間に、イオンを通すための穴を設けなければならないことから、両者１１、１４の間に第１及び第２中間室１２，１３を設け、徐々に真空度を上げるようにしているのである。なお、第１中間室１２内はロータリポンプ（ＲＰ）２５により約１０２Paまで、第２中間室１３内はターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）２６により約１０−１〜１０−２Paまで真空排気される。
【００１８】
試料液はノズル１５からイオン化室１１内に噴霧（エレクトロスプレイ）され、液滴中の溶媒が蒸発する過程で試料分子はイオン化される。未だイオン化していない液滴とイオンを含む霧はイオン化室１１と第１中間室１２との圧力差により脱溶媒パイプ２０中に引き込まれ、脱溶媒パイプ２０を通過する過程で更にイオン化が進む。第１中間室１２内には第１イオンレンズ１８が設けられており、その電界により脱溶媒パイプ２０を介してのイオンの引き込みを助けるとともに、イオンをスキマー２１のオリフィス近傍に収束させる。この第１イオンレンズ１８において仮想ロッド多重極イオンレンズが用いられている。
【００１９】
スキマー２１のオリフィスを通って第２中間室１３に導入されたイオンは、第２イオンレンズ１９により収束及び加速された後、質量分析検出室１４へと送られる。第２イオンレンズ１９には通常の（ソリッド）ロッド型多重極イオンレンズが用いられている。
【００２０】
質量分析検出室１４では、特定の質量数（質量ｍ／電荷ｚ）を有するイオンのみが四重極フィルタ１６中央の長手方向の空間を通り抜け、イオン検出器１７に到達して検出される。
【００２１】
第１イオンレンズ１８の詳細な構造を図２及び図３に示す。第１イオンレンズ１８は、仮想ロッド多重極レンズユニット３０（図２）と、それを構成する各電極素板にそれぞれ電圧を印加するためのターミナルユニット５０（図３）とに分かれているが、両者はワンアクションで結合して一体化される。
【００２２】
図２の仮想ロッド多重極レンズユニット３０は４極・４段式のものである。すなわち、イオン光軸ｘの方向に１列に並ぶ４枚の電極素板３１ａ〜３１ｄが１本の仮想ロッド（図には記載しないが、これを仮想的に３１とする）を構成し、この仮想ロッドが４本（３１、３２、３３、３４）、イオン光軸ｘの回りに９０度対称に配置されて４極を構成している。また、イオン光軸ｘに垂直な平面内に、イオン光軸ｘとの交点を中心に９０度対称に配置される４枚の電極素板３１ｄ、３２ｄ、３３ｄ、３４ｄ（図２（ｂ））が１段と数えられ、これがイオン光軸ｘの方向に４面（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）並んで４段を構成している。従って、本仮想ロッド多重極レンズユニット３０には１６枚の電極素板３１ａ〜３４ｄが含まれる。
【００２３】
１６枚の電極素板３１ａ〜３４ｄは金属板から成り、それらはテフロン樹脂（「テフロン」はデュポン社の商標）等の絶縁体から成るホルダ３５に固定されている。各電極素板３１ａ〜３４ｄは図２（ｂ）に示すようにやや長い形状をしており、一端が円弧状となっている。各電極素板３１ａ〜３４ｄは、この円弧状の部分がイオン光軸ｘ側となるようにホルダ３５に固定される。また、ユニット３０全体はネジ４０等により固定される。
【００２４】
本実施例の仮想ロッド多重極レンズユニット３０では、図４（ｃ）に示すように、イオンがイオン光軸ｘに沿って進むに従い、電極素板３１ａ〜３１ｄがイオン光軸ｘに近づくように構成されている。それに対応して、電極素板３１ａ〜３１ｄの上記一端（イオン光軸ｘ側の端部）の円弧の曲率半径も徐々に小さくなるように、そして、電極素板３１ａ〜３１ｄの幅もそれに応じて小さくなるように設定されている。なお、図２（ｂ）では一番手前側の電極素板３１ｄ〜３４ｄのみを描き、奥の方の電極素板３１ａ〜３３ｄの図示を省略して図面を簡略化している。
【００２５】
既述の通り、多重極イオンレンズでは１つ置きのロッド電極には同一の電圧が印加されるため、本実施例のイオンレンズユニット３０では図２（ｂ）に示すように、同一の電圧が印加される電極素板（３１ｄ、３３ｄ）（３２ｄ、３４ｄ）の間にはショート線３６ａ、３６ｂが渡される。ショート線３６ａ、３６ｂは金属薄板にから成り、各電極素板３１ｄ〜３４ｄの他端（イオン光軸ｘ側でない方の端部）に固定されている。従って、ユニット３０全体に対しても固定されており、メンテナンス等によりユニット３０が取り扱われても、ショート線３６ａ、３６ｂの位置がユニット３０に対して変化しないようになっている。これにより、浮遊容量の変化が防止され、電源の面倒な再調整が不要となる。
【００２６】
図３のターミナルユニット５０は、図２の仮想ロッド多重極レンズユニット３０に対応するもので、図２（ａ）の左側から取り付けられる。このターミナルユニット５０には８本のリードピン５１が固定されている。上述の通り、多重極レンズユニット３０の各段の４枚の電極素板は２つのグループに分けられ、それぞれのグループには同一の電圧が印加されるから、多重極レンズユニット３０には合計８種の電圧を供給する必要がある。ターミナルユニット５０の８本のリードピン５１はそれらに対応するものであり、多重極レンズユニット３０には、それらのリードピン５１に対応した孔３７が８本設けられている（図２（ａ））。８本のリードピン５１は、２本の同じ長さのもの４種から構成される。同じ長さの２本は多重極レンズユニット３０の同一段の２グループの電極素板に対応し、４種の異なる長さは多重極レンズユニット３０の４段に対応する。
【００２７】
各孔３７の先端には図３（ｃ）に示されるようなソケット４１が設けられ、各リードピン５１の先端から突出して露出する金属線５２を受容する。ソケット４１は、上記の同一電圧が印加される電極素板のグループを代表する電極素板の張り出し部３８（図２（ｂ））に電気的に接続される。
また、ターミナルユニット５０には、外部に設けられた電圧供給源からの電圧を８本のリードピン５１に伝達するコネクタ５３が固定されている。従って、電圧供給源からの所定の電圧（ＲＦ＋ＤＣ）は、コネクタ５３、リードピン５１、ソケット４１、張り出し部３８、代表電極素板、ショート線３６ａ、３６ｂを通じて１６枚の電極素板３１ａ〜３４ｄの全てに印加される。
【００２８】
なお、ターミナルユニット５０と仮想ロッド多重極レンズユニット３０とを結合する際の位置あわせを容易にするため、双方に係合突起５９と凹部３９を設けている。
【００２９】
このように、本質量分析装置では、レンズユニットとターミナルユニットがそれぞれユニット化されているため、両者をワンアクションで取り付けるだけで、結線ミスもなく、また、浮遊容量の変化も生じさせずに、レンズユニットの各電極素板にそれぞれ正確な電圧を印加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である液体クロマトグラフ質量分析装置の概略構成図。
【図２】実施例の液体クロマトグラフ質量分析装置の第１中間室で用いられる第１イオンレンズの、レンズユニット部分の側面図（ａ）及び正面図（ｂ）。
【図３】上記第１イオンレンズのターミナルユニット部分の側面図（ａ）、正面図（ｂ）及びソケット部の拡大断面図（ｃ）。
【図４】従来のロッド型多重極イオンレンズ（ａ）、仮想ロッド多重極イオンレンズ（ｂ）及び変形仮想ロッド多重極イオンレンズ（ｃ）の概略構成図。
【符号の説明】
１１…イオン化室
１２…第１中間室
１３…第２中間室
１４…質量分析検出室
１５…噴霧ノズル
１６…四重極フィルタ
１７…イオン検出器
１８…第１イオンレンズ
１９…第２イオンレンズ
２０…脱溶媒パイプ
２１…スキマー
３０…仮想ロッド多重極イオンレンズユニット
３１ａ〜３４ｄ…電極素板
３５…絶縁体ホルダ
３６ａ、３６ｂ…ショート線
３７…リードピン用孔
３９…係合用凹部
４０…固定ネジ
４１…ソケット
５０…ターミナルユニット
５１…リードピン
５２…金属線
５３…コネクタ
５９…係合用突起
８１、８２…多重極ロッド
８３…仮想多重極ロッドの電極素板
８４…仮想ロッド電極
８５…電極素板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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