(57)【要約】  第１中間真空室内に配設されるイオンガイド（２０）は６本のロッド電極（２１１〜２１６と電圧生成部とを含む。６本のロッド電極（２１１〜２１６）は、イオンの入射側では六重極の配置であり、４本のロッド電極（２１１、２１４、２１５、２１６）が四重極の配置となるように、２本のロッド電極（２１１、２１４）が、イオンの輸送方向に進行するに従い、中心軸（２０１））に近づくようにＺ軸に対し傾斜して配設される。電圧生成部は、６本のロッド電極（２１１〜２１６）に対し、中心軸（２０１）の周りに隣接するロッド電極同士に互いに位相が反転する高周波電圧±Ｖcosωｔを印加するとともに、４本のロッド電極（２１１、２１４、２１５、２１６）にはイオンが良好に通過するような直流電圧Ｕ1を印加し、そのほかの２本のロッド電極（２１２、２１３）には、Ｕ1とは異なる直流電圧Ｕ2を印加する。
2020129199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析対象であるイオンを輸送するイオン輸送光学系を有する質量分析装置であって、
前記イオン輸送光学系は、
全体としてイオンの輸送方向に延伸するように配置された６以上の偶数であるＮ本のロッド電極と、
前記Ｎ本のロッド電極のそれぞれに所定の電圧を印加する電圧生成部と、
を含み、
前記Ｎ本のロッド電極が、イオンの入射側ではＮ重極の配置であり、イオンの出射側では該Ｎ本のロッド電極のうちの４本のロッド電極が四重極の配置となるように、該４本のロッド電極のうちの少なくとも２本のロッド電極は、イオンの輸送方向に進行するに従い、前記Ｎ重極の配置又は前記四重極の配置の中心軸に近づくように該中心軸に対し傾斜して配設され、
前記電圧生成部は、前記Ｎ本のロッド電極に対し、イオン光軸の周りに隣接するロッド電極同士に互いに位相が反転する高周波電圧を印加するとともに、イオンの出射側で四重極配置となる前記４本のロッド電極に第１の直流電圧を印加し、前記Ｎ本のロッド電極のうちの前記４本のロッド電極以外の（Ｎ−４）本のロッド電極には前記第１の直流電圧とは異なる第２の直流電圧を印加することができる、質量分析装置。
【請求項２】
分析対象であるイオンを輸送するイオン輸送光学系を有する質量分析装置であって、
前記イオン輸送光学系は、
全体としてイオンの輸送方向に延伸するように配置された６以上の偶数であるＮ本のロッド電極と、
前記Ｎ本のロッド電極のそれぞれに所定の電圧を印加する電圧生成部と、
を含み、
前記Ｎ本のロッド電極が、イオンの入射側ではＮ重極の配置であり、イオンの出射側では該Ｎ本のロッド電極のうちの４本のロッド電極が四重極の配置となるように、該４本のロッド電極のうちの少なくとも２本のロッド電極が、イオンの輸送方向に延伸する途中の少なくとも一部で、前記Ｎ重極の配置又は前記四重極の配置の中心軸に近づくように屈曲した形状とされ、
前記電圧生成部は、前記Ｎ本のロッド電極に対し、イオン光軸の周りに隣接するロッド電極同士に互いに位相が反転する高周波電圧を印加するとともに、イオンの出射側で四重極配置となる前記４本のロッド電極に第１の直流電圧を印加し、前記Ｎ本のロッド電極のうちの該４本のロッド電極以外の（Ｎ−４）本のロッド電極には前記第１の直流電圧とは異なる第２の直流電圧を印加することができる、質量分析装置。
【請求項３】
前記電圧生成部は、前記第１の直流電圧よりも大きな電圧値である前記第２の直流電圧を前記（Ｎ−４）本のロッド電極に印加する、請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項４】
前記Ｎ重極の配置の中心軸と前記四重極の配置の中心軸とが平行で且つ一直線上に位置しておらず、
前記イオン輸送光学系は、前記第１の直流電圧と前記第２の直流電圧との差によって、イオンをその途中で前記二つの中心軸に直交する方向に偏向させるものである、請求項３に記載の質量分析装置。
【請求項５】
前記Ｎ重極の配置の中心軸と前記四重極の配置の中心軸とが一直線上に位置する、請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項６】
前記Ｎは６〜１２の範囲の偶数である、請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項７】
大気圧雰囲気中で試料成分をイオン化するイオン化室と、質量分離部が配設され、高真空雰囲気に保たれる高真空室と、の間に、１以上の中間真空室を有し、
前記イオン化室の次段の中間真空室内に前記Ｎ本のロッド電極が配設されている、請求項７に記載の質量分析装置。
【請求項８】
大気圧雰囲気中で試料成分をイオン化するイオン化室と、質量分離部が配設され、高真空雰囲気に保たれる高真空室と、の間に、２以上の中間真空室を有し、
前記イオン化室の次々段の中間真空室内に前記Ｎ本のロッド電極が配設されている、請求項７に記載の質量分析装置。
【請求項９】
イオンを所定のガスと接触させて解離させるコリジョンセルを有し、
前記コリジョンセル内に前記Ｎ本のロッド電極が配設されている、請求項７に記載の質量分析装置。
【請求項１０】
イオンを所定のガスと反応させるリアクションセルを有し、
前記リアクションセル内に前記Ｎ本のロッド電極が配設されている、請求項７に記載の質量分析装置。
【請求項１１】
前記電圧生成部は、前記第１の直流電圧よりも大きな電圧値である前記第２の直流電圧を前記（Ｎ−４）本のロッド電極に印加する、請求項２に記載の質量分析装置。
【請求項１２】
前記Ｎ重極の配置の中心軸と前記四重極の配置の中心軸とが平行で且つ一直線上に位置しておらず、
前記イオン輸送光学系は、前記第１の直流電圧と前記第２の直流電圧との差によって、イオンをその途中で前記二つの中心軸に直交する方向に偏向させるものである、請求項１１に記載の質量分析装置。
【請求項１３】
前記Ｎ重極の配置の中心軸と前記四重極の配置の中心軸とが一直線上に位置する、請求項２に記載の質量分析装置。
【請求項１４】
前記Ｎは６〜１２の範囲の偶数である、請求項２に記載の質量分析装置。
【請求項１５】
大気圧雰囲気中で試料成分をイオン化するイオン化室と、質量分離部が配設され、高真空雰囲気に保たれる高真空室と、の間に、１以上の中間真空室を有し、
前記イオン化室の次段の中間真空室内に前記Ｎ本のロッド電極が配設されている、請求項１４に記載の質量分析装置。
【請求項１６】
大気圧雰囲気中で試料成分をイオン化するイオン化室と、質量分離部が配設され、高真空雰囲気に保たれる高真空室と、の間に、２以上の中間真空室を有し、
前記イオン化室の次々段の中間真空室内に前記Ｎ本のロッド電極が配設されている、請求項１４に記載の質量分析装置。
【請求項１７】
イオンを所定のガスと接触させて解離させるコリジョンセルを有し、
前記コリジョンセル内に前記Ｎ本のロッド電極が配設されている、請求項１４に記載の質量分析装置。
【請求項１８】
イオンを所定のガスと反応させるリアクションセルを有し、
前記リアクションセル内に前記Ｎ本のロッド電極が配設されている、請求項１４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する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析装置では、イオン源で生成されたイオンを質量分析部まで輸送するためにイオン輸送光学系が用いられる。イオン輸送光学系の性能は、イオンの検出感度、検出信号の安定性といった、質量分析装置自体の性能に大きく影響する。【０００３】
エレクトロスプレーイオン化（Electrospray ionization：以下「ＥＳＩ」略す）イオン源などの大気圧イオン源を用いた質量分析装置では、略大気圧雰囲気であるイオン源と、質量分析部が配設され高真空雰囲気に保たれる高真空室との間に、隔壁で隔てられた真空度が異なる複数の部屋が設けられる。通常、その複数の部屋にはそれぞれ、イオン輸送光学系が配設される。イオン輸送光学系は、前段から送られて来たイオンを受け取り、イオンを閉じ込めつつ輸送して後段へと受け渡す機能を有する。【０００４】
真空度が比較的低い部屋に配設されるイオン輸送光学系は、多くの場合、イオンと残留ガスとの衝突によるイオンのクーリング作用を利用した高周波イオンガイドである。高周波イオンガイドは、主として高周波電場により発生する擬ポテンシャル（pseudopotential）を利用してイオンを所定の空間に閉じ込めつつイオンを輸送するものであり、その構造により２種類に大別される。【０００５】
高周波イオンガイドの一つの種類は、イオン光軸を取り囲むように、四本、六本、又は八本（又はそれ以上）の本数のロッド電極を配置した多重極型イオンガイドである（特許文献１など参照）。多重極型イオンガイドでは、イオン光軸の周りに隣接するロッド電極に位相が反転した高周波電圧を印加することで、ロッド電極で囲まれる空間に擬ポテンシャルを生成し、それによりイオンを閉じ込めつつ輸送する。【０００６】
高周波イオンガイドの他の一つの種類は、イオンの輸送方向に、例えば中央開口を有する円盤状等、イオンを囲む形状の電極を多数枚積層したイオンファンネルである（特許文献２など参照）。イオンファンネルでは、イオン輸送方向に隣接する電極に位相が反転した高周波電圧を印加することで、各電極の近傍にイオンを反射させる擬ポテンシャルを形成し、それによりイオンを閉じ込めつつ輸送する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００８／１３６０４０号
【特許文献２】米国特許第６１０７６２８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
質量分析装置、特に大気圧イオン源を用いた質量分析装置において分析感度を高めるには、イオン輸送光学系におけるイオンの輸送効率を高めることが重要である。しかしながら、多重極型イオンガイド及びイオンファンネルのいずれにおいても以下のような課題があった。【０００９】
多重極型イオンガイドにおけるイオンの閉込め能力やイオンの収束能力は、ロッド電極の本数に依存する。一般に、イオンの閉込め能力はロッド電極の本数が多いほうが高いものの、イオンの収束能力はロッド電極の本数が少ないほうが高い。そのため、イオンの閉込め能力及びイオンの収束能力の一方を優先すると他方が犠牲になるというジレンマがあり、閉込め能力及び収束能力の両方を共に改善することで、総合的なイオンの輸送効率を高めることが難しい。【００１０】
一方、イオンファンネルはイオンの閉込め能力は高いものの、イオンファンネルの中心軸（イオン光軸）付近にイオンを収束させる電場の作用は小さい。そのため、一般に、イオンを収束させるために、イオンの輸送方向に電極の開口径を徐々に絞る構成となっている。しかしながら、開口径が絞られた電極はイオンや中性粒子により汚染され易い。特に、イオンファンネルではイオン輸送方向に隣接する電極の間隔をかなり狭くする必要があるため、イオン通過空間に入った中性粒子は電極間の間隙を通過しにくく電極に衝突し易い。そのため、上記のような汚染が生じ易く、汚染によって電場が乱れて性能が低下し易いという課題がある。【００１１】
本発明の目的は、上述したような従来の多重極型イオンガイド及びイオンファンネルの課題を解決し、イオンの輸送効率を向上させることにより、分析感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である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために成された本発明の一つの態様の質量分析装置は、分析対象であるイオンを輸送するイオン輸送光学系を有する質量分析装置であって、
前記イオン輸送光学系は、
全体としてイオンの輸送方向に延伸するように配置された６以上の偶数であるＮ本のロッド電極と、
前記Ｎ本のロッド電極のそれぞれに所定の電圧を印加する電圧生成部と、
を含み、
前記Ｎ本のロッド電極が、イオンの入射側ではＮ重極の配置であり、イオンの出射側では該Ｎ本のロッド電極のうちの４本のロッド電極が四重極の配置となるように、該４本のロッド電極のうちの少なくとも２本のロッド電極は、イオンの輸送方向に進行するに従い、前記Ｎ重極の配置又は前記四重極の配置の中心軸に近づくように該中心軸に対し傾斜して配設され、
前記電圧生成部は、前記Ｎ本のロッド電極に対し、イオン光軸の周りに隣接するロッド電極同士に互いに位相が反転する高周波電圧を印加するとともに、イオンの出射側で四重極配置となる前記４本のロッド電極に第１の直流電圧を印加し、前記Ｎ本のロッド電極のうちの前記４本のロッド電極以外の（Ｎ−４）本のロッド電極には前記第１の直流電圧とは異なる第２の直流電圧を印加することができる構成である。【００１３】
また上記課題を解決するために成された本発明の他の態様の質量分析装置は、分析対象であるイオンを輸送するイオン輸送光学系を有する質量分析装置であって、
前記イオン輸送光学系は、
全体としてイオンの輸送方向に延伸するように配置された６以上の偶数であるＮ本のロッド電極と、
前記Ｎ本のロッド電極のそれぞれに所定の電圧を印加する電圧生成部と、
を含み、
前記Ｎ本のロッド電極が、イオンの入射側ではＮ重極の配置であり、イオンの出射側では該Ｎ本のロッド電極のうちの４本のロッド電極が四重極の配置となるように、該４本のロッド電極のうちの少なくとも２本のロッド電極が、イオンの輸送方向に延伸する途中の少なくとも一部で、前記Ｎ重極の配置又は前記四重極の配置の中心軸に近づくように屈曲した形状とされ、
前記電圧生成部は、前記Ｎ本のロッド電極に対し、イオン光軸の周りに隣接するロッド電極同士に互いに位相が反転する高周波電圧を印加するとともに、イオンの出射側で四重極配置となる前記４本のロッド電極に第１の直流電圧を印加し、前記Ｎ本のロッド電極のうちの該４本のロッド電極以外の（Ｎ−４）本のロッド電極には前記第１の直流電圧とは異なる第２の直流電圧を印加することができる構成である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る質量分析装置のイオン輸送光学系では、イオンの入射側では高いイオン閉込め作用により、入射して来るイオンを効率良く捕捉し、イオンの出射側では高いイオン収束作用により、イオンを細径に絞って後段へと送り出すことができる。これにより、本発明に係る質量分析装置によれば、イオン輸送光学系において高いイオン輸送効率を実現することで、質量分析に供するイオンの量を増加させることができる。その結果、分析感度を向上させることができる。【００１５】
また、本発明に係る質量分析装置のイオン輸送光学系では、イオンファンネルで生じるような電極の汚染が生じにくい。そのため、本発明に係る質量分析装置によれば、イオン輸送光学系の電極が汚染されることによる性能の低下も抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態である質量分析装置の概略構成図。
【図２】本実施形態の質量分析装置における第１イオンガイドをイオン入射側から見た平面図。
【図３】本実施形態の質量分析装置における第１イオンガイドを上方から見た平面図。
【図４】本実施形態の質量分析装置における第１イオンガイドの斜視図。
【図５】本実施形態の質量分析装置における第１イオンガイドを通過するイオンの軌道をシミュレーションした結果を示す図。
【図６】第１の変形例であるイオンガイドをイオン入射側から見た平面図。
【図７】第１の変形例であるイオンガイドの斜視図。
【図８】第２の変形例であるイオンガイドをイオン入射側から見た平面図。
【図９】第２の変形例であるイオンガイドの斜視図。
【図１０】第２の変形例であるイオンガイドを通過するイオンの軌道をシミュレーションした結果を示す図。
【図１１】さらに他の変形例であるイオンガイドを上方から見た平面図。
【図１２】さらに他の変形例であるイオンガイドを上方から見た平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一実施形態である質量分析装置について、添付図面を参照して説明する。
なお、以下の説明で用いる各図面は模式的なものであり、各構成部材の寸法の比等は実際の装置を反映したものではない。また、説明に不要な構成要素が適宜省略されたものであることも当然である。
【００１８】
＜本実施形態の装置の構成＞
図１は、本実施形態の質量分析装置の概略構成図である。本実施形態の質量分析装置はシングルタイプの四重極型質量分析装置であり、多段差動排気系の構成を有している。
【００１９】
チャンバ１内には、略大気圧雰囲気であるイオン化室２と、最も真空度の高い（つまりはガス圧が低い）高真空室５と、それら二つの部屋の間で段階的に真空度が高くなる、第１中間真空室３及び第２中間真空室４と、が配設されている。図では省略しているが、第１中間真空室３内はロータリポンプにより真空排気され、第２中間真空室４及び高真空室５内はロータリポンプとターボ分子ポンプとの組合せにより真空排気される。
【００２０】
イオン化室２には、エレクトロスプレイイオン化を行うためのＥＳＩスプレー６が設けられている。イオン化室２と第１中間真空室３との間は、細径の加熱キャピラリ７により連通している。第１中間真空室３内には第１イオンガイド２０が配設されており、該第１イオンガイド２０には第１イオンガイド電圧発生部１３から所定の電圧が印加される。第１中間真空室３と第２中間真空室４との間は、スキマー８の頂部に形成されているイオン通過孔９を通して連通している。第２中間真空室４内には第２イオンガイド１０が配設されており、該第２イオンガイド１０には第２イオンガイド電圧発生部１４から所定の電圧が印加される。高真空室５内には、四重極マスフィルタ１１とイオン検出器１２とが配設されている。四重極マスフィルタ１１にはマスフィルタ電圧発生部１５から所定の電圧が印加される。第１イオンガイド電圧発生部１３、第２イオンガイド電圧発生部１４、及びマスフィルタ電圧発生部１５でそれぞれ生成される電圧は、制御部１６により制御される。
【００２１】
ここでは、チャンバ１内に配置された各要素の配置や相互の位置関係の理解を容易にするために、図１中に示すように、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸を定めている。Ｚ軸は、第１イオンガイド２０の内部を除く、ほぼ全体のイオン経路におけるイオン光軸の方向であり、Ｘ軸、Ｙ軸は互いに直交し、且つＺ軸に直交する方向の軸である。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は必ずしも装置の上、下、右、左等の方向を示すものではないが、ここでは、説明の便宜上、Ｙ軸方向は装置の上下方向を示すものとする。したがって、この実施態様の装置では、ＥＳＩスプレー６は下向きに試料液を噴霧する構成となっているが、これは単なる一例であり、適宜に変更が可能である。
【００２２】
＜本実施形態の装置における概略動作の説明＞
本実施形態の質量分析装置における分析動作は、以下の通りである。
目的成分を含む試料液はＥＳＩスプレー６に供給される。試料液はＥＳＩスプレー６の先端で片寄った電荷を付与されつつ略大気雰囲気中に噴霧される。噴霧された試料液滴は大気と衝突して微細化され、液滴中の溶媒が蒸発する過程で、試料成分由来のイオンが生成される。生成された各種イオンは大気等と共に加熱キャピラリ７に吸い込まれ、第１中間真空室３へ送られる。第１中間真空室３へ入ったイオンは、第１イオンガイド電圧発生部１３から第１イオンガイド２０に印加される電圧により形成される電場によって、捕捉且つ収束される。そして、細径に収束されたイオンは、イオン通過孔９を通して第２中間真空室４へ送られる。
【００２３】
なお、加熱キャピラリ７の出口の中心軸とイオン通過孔９の中心軸とは一直線上に位置しておらず、いわゆる軸ずらしの構成が採用されている。これは、イオンと共に第１中間真空室３へ送られて来る、イオン化していない試料成分分子や活性中性粒子を第１中間真空室３内で排除し、第２中間真空室４へ送らないようにするためである。
【００２４】
第２中間真空室４へ入ったイオンは、第２イオンガイド電圧発生部１４から第２イオンガイド１０に印加される電圧により形成される電場によって捕捉且つ収束され、高真空室５へ送られる。高真空室５内に入った試料由来の各種イオンは、四重極マスフィルタ１１に導入される。この各種のイオンのうち、マスフィルタ電圧発生部１５から四重極マスフィルタ１１に印加されている電圧に応じた特定の質量電荷比を有するイオンのみが該四重極マスフィルタ１１を通り抜け、イオン検出器１２に到達する。イオン検出器１２は、到達したイオンの数に応じたイオン強度信号を生成し出力する。例えばマスフィルタ電圧発生部１５は、目的とする試料成分のイオンの質量電荷比に対応する電圧を四重極マスフィルタ１１に印加する。これにより、夾雑物由来のイオンの影響等を除外し、目的とする試料成分のイオンの強度信号を得ることができる。
【００２５】
＜第１イオンガイド２０の詳細な構成と動作＞
本実施形態の質量分析装置において、第１中間真空室３内に配設される第１イオンガイド２０は、上述したように、加熱キャピラリ７を通して第１中間真空室３内に送られたイオンを、スキマー８のイオン通過孔９まで案内するものである。次に、第１イオンガイド２０の構成と動作について詳細に説明する。
【００２６】
図２は、第１イオンガイド２０をイオン入射側から見た平面図である。図３は第１イオンガイド２０を上方から見た平面図である。図４は、第１イオンガイド２０の斜視図である。
【００２７】
第１イオンガイド２０は、細長い円柱形状である６本のロッド電極２１１〜２１６を含む。図２に示すように、イオンの入射側（図１では左側）の端面では、６本のロッド電極２１１〜２１６は、Ｚ軸に平行である第１中心軸２０１を中心とする正六角形２０３の頂点の位置に配置されている。この６本のロッド電極２１１〜２１６のうちの４本のロッド電極２１２、２１３、２１５、２１６はＺ軸に平行に配置されている。一方、６本のロッド電極２１１〜２１６のうちの２本のロッド電極２１１、２１４は、他の４本のロッド電極２１２、２１３、２１５、２１６つまりはＺ軸に対して非平行であり、いずれもイオンの輸送方向に向かうに従い第１中心軸２０１に近づくように傾斜して配置されている（図３参照）。
【００２８】
上述したように２本のロッド電極２１１、２１４がＺ軸に対し傾斜して配置されることで、イオンの出射側（図１では右側）の端面において、４本のロッド電極２１１、２１４、２１５、２１６は、Ｚ軸に平行である第２中心軸２０２を中心とする矩形２０４の頂点の位置に配置されている。この矩形２０４は厳密には正方形でないが、概ね正方形であるとみなすことができる。したがって、４本のロッド電極２１１、２１４、２１５、２１６は、イオン出射側の端面では実質的に四重極の配置になっている。
即ち、第１イオンガイド２０における６本のロッド電極２１１〜２１６は、イオンの入射側では六重極の配置であり、イオンの出射側では四重極の配置となっている。六重極の配置の中心である第１中心軸２０１と四重極の配置の中心である第２中心軸２０２とは、互いに平行であるものの一直線上には位置していない。
【００２９】
第１イオンガイド電圧発生部１３から各ロッド電極２１１〜２１６に印加される電圧は図２中に記載の通りである。即ち、第１中心軸２０１の周りで隣接する任意の２本のロッド電極には、互いに位相が反転した同じ振幅の高周波電圧＋Ｖcosωｔ又は−Ｖcosωｔが印加される。したがって、第１中心軸２０１の周りの周回方向に、＋Ｖcosωｔと−Ｖcosωｔとが交互に印加されている。また、上記高周波電圧に加えて、４本のロッド電極２１１、２１４、２１５、２１６には、第１イオンガイド２０の内部でイオンを効率よく輸送するための直流電圧Ｕ1が印加される。一方、他の２本のロッド電極２１２、２１３には、分析対象であるイオンの極性が正である場合には直流電圧Ｕ1よりも高い（正極性側に大きい）直流電圧Ｕ2が印加され、分析対象であるイオンの極性が負である場合には直流電圧Ｕ1よりも低い（負極性側に大きい）直流電圧Ｕ2が印加される。
なお、一般的には、４本のロッド電極２１１、２１４、２１５、２１６に印加される直流電圧Ｕ1は同一であるが、必ずしも完全に同一である必要はない。直流電圧Ｕ2についても同様である。また、これは後述する変形例においても同様である。
【００３０】
各ロッド電極２１１〜２１６に印加される高周波電圧Ｖcosωｔ又は−Ｖcosωｔにより、それら６本のロッド電極２１１〜２１６で囲まれる空間には、イオンを閉じ込める作用を有する多重極高周波電場が形成される。この多重極高周波電場は、イオンの入口付近では第１中心軸２０１を中心とする六重極高周波電場であるが、イオンの出口付近では第２中心軸２０２を中心とする四重極高周波電場であり、イオンの入口と出口との間では六重極高周波電場から四重極高周波電場に徐々に電場の状態が変化する。
【００３１】
一方、６本のロッド電極２１１〜２１６に印加される直流電圧Ｕ1と直流電圧Ｕ2との電圧差によって、第１中心軸２０１を中心に分布しているイオンを第２中心軸２０２に近づくように押圧する、つまりはイオンの軌道を偏向させるように作用する電場が形成される。つまり、６本のロッド電極２１１〜２１６に印加される直流電圧によって形成される直流電場の作用の一つは、輸送中のイオンを偏向させる作用である。
【００３２】
また、６本のロッド電極２１１〜２１６で囲まれる空間の入口付近における第１中心軸２０１上の直流的な電位は、直流電圧Ｕ1と直流電圧Ｕ2に依存するのに対し、出口付近における第２中心軸２０２上の直流的な電位は、主として直流電圧Ｕ1のみに依存する。分析対象であるイオンの極性が正である場合、直流電圧Ｕ2はＵ1よりも高いため、入口付近における第１中心軸２０１上の直流的な電位のほうが出口付近における第２中心軸２０２上の直流的な電位よりも高くなる。このため、６本のロッド電極２１１〜２１６で囲まれる空間内を輸送されるイオンの光軸上のポテンシャル分布を考えると、概ね、入口から出口に向かうに従い下り勾配の分布となる。これは、言い換えれば正極性のイオンを加速させる加速電場であるから、上記空間内に入ったイオンには出口へと向かう運動エネルギーが付与される。つまり、６本のロッド電極２１１〜２１６に印加される直流電圧によって形成される直流電場の他の作用は、輸送中のイオンを加速する作用である。
【００３３】
これにより、６本のロッド電極２１１〜２１６で囲まれる空間に、概ねＺ軸方向に入射したイオンは六重極高周波電場により捕捉され、Ｚ軸方向に進行するに従い、全体的にロッド電極２１５、２１６に近づく方向に偏向される。また、イオンが進行する際に運動エネルギーを付与されるため、例えば途中で残留ガスとの接触によりエネルギーを失った場合でも滞留することなく出口に向かって円滑に進行する。そして、イオンが第１イオンガイド２０の出口に近づくに伴い、四重極配置となる４本のロッド電極２１１、２１４、２１５、２１６による四重極高周波電場に捕捉され、第２中心軸２０２付近に収束されて、細径のイオン流となって出射する。第１イオンガイド２０へイオンを送り込む加熱キャピラリ７の出口の中心軸と第１中心軸２０１とはほぼ一致しており、第１イオンガイド２０から後段へとイオンを送り込むイオン通過孔９の中心軸と第２中心軸２０２とはほぼ一致している。したがって、この第１イオンガイド２０は、イオンの入射軸と出射軸とがずれた状態である軸ずらしイオン光学系である。
【００３４】
第１イオンガイド２０のイオンの入射側では、六重極高周波電場によってイオンは捕捉される。略大気圧雰囲気であるイオン化室２から第１中間真空室３内に送られるガスは、加熱キャピラリ７の微小径の出口から吐き出される際に超音速自由噴流となる。そのため、超音速自由噴流に特徴的なバレルショックが発生し、ガスに乗ったイオンは径方向に大きく拡がってしまう。これに対し、六重極高周波電場は四重極高周波電場に比べてイオンの閉込め作用が強い（言い換えれば、イオンのアクセプタンスが良好である）ため、拡がった状態のイオンを良好に捕捉して内部空間に取り込むことができる。それにより、イオンが径方向に拡がった状態であっても、第１イオンガイド２０の入射側でのイオンの損失を抑えることができる。
【００３５】
上述したようにその内部空間に効率良く取り込まれたイオンは、第１イオンガイド２０の内部空間内を進行するに従い、第２中心軸２０２付近に収束される。出口側の四重極高周波電場は入口側の六重極高周波電場に比べてイオンの閉込め作用は相対的に低いものの、その反面、イオンを収束する作用は強い。そのため、イオンは第２中心軸２０２付近に良好に収束される。そして、細径に絞られたイオン流が第１イオンガイド２０から出射し、イオン通過孔９を効率良く通り抜けて第２中間真空室４へと送られる。それにより、第１イオンガイド２０の出射側において、イオンがイオン通過孔９の周囲の壁面に衝突することに起因する損失も抑えることができる。
【００３６】
また、輸送途中でイオンは運動エネルギーを付与されるので、残留ガスとの衝突でエネルギーを失ったイオンが散逸してしまうことも回避できる。それにより、第１イオンガイド２０の内部空間でのイオンの通過効率も良好である。
【００３７】
さらにまた、上述したように第１イオンガイド２０は軸ずらし光学系であるので、例えばイオン化していない試料分子や活性中性粒子などの中性粒子がイオンと共に入射して来た場合でも、そうした中性粒子は偏向されないためイオン通過孔９に到達しない。それにより、中性粒子が後段に送られることを回避することもできる。
【００３８】
図５は、第１イオンガイド２０を通過するイオンの軌道をコンピュータシミュレーションした結果を示す図である。ここでは、ガス圧を100Paと想定している。このガス圧はイオン化室に隣接する中間真空室内のガス圧としてはごく一般的な値であり、このガス圧の条件下では上述した超音速自由噴流が形成されることが知られている。シミュレーションでは、この超音速自由噴流によるイオンの拡がりも考慮している。なお、図５では、イオン軌道を見易くするために、手前側に位置する３本のロッド電極２１１、２１２、２１６を図示せず、向こう側の３本のロッド電極２１３、２１４、２１５のみを示している。
【００３９】
図５に示すように、第１イオンガイド２０の入口側において拡がりつつ入射してきたイオンが良好に捕捉されて内部空間に導かれていることが分かる。また、イオンは下向きに徐々に偏向されつつ輸送され、出口付近では十分に収束され、細径のイオン流として出射されていることも分かる。このように、本実施形態の質量分析装置における第１イオンガイド２０では、イオンが効率良く、つまりは少ない損失で以て輸送されることが、シミュレーション結果からも理解できる。その結果、より多くのイオンが四重極マスフィルタ１１に導入されることになるので、高い分析感度を実現することができる。
【００４０】
なお、上述したように、イオンの出射側端面において、４本のロッド電極２１１、２１４、２１５、２１６が配置される矩形２０４は厳密には正方形でないが、２本のロッド電極２１５、２１６もＺ軸に対し少し傾け、２本のロッド電極２１１、２１４の傾き量も少し大きくすることで、イオンの出射側端面において４本のロッド電極２１１、２１４、２１５、２１６が正方形の頂点の位置に配置されるようにしてもよい。こうした構成によれば、第１イオンガイド２０の出口付近でのイオンの収束性が一層良好になる。また、軸ずらし量を調整する目的で、第２中心軸２０２が、第１中心軸２０１からさらに離れるように、４本のロッド電極２１１、２１４、２１５、２１６の出口側を−Ｙ軸方向（図２における下方向）に傾けるなどの調整も可能である。
【００４１】
上記実施形態における第１イオンガイド２０は６本のロッド電極を含み、イオン入射側で六重極配置となるようにしていたが、ロッド電極の数は６以上の偶数であればよい。ロッド電極の数を増やすほどイオンガイドの入口でのイオンの閉込め能力は高くなるものの、ロッド電極の数を或る程度以上多くしても閉込めの能力の向上の程度は僅かである。また、ロッド電極の数が多いほど、イオンガイドの構成は複雑になり、組立性やメンテナンス性は低下する。こうしたことから考えると、実用的には、ロッド電極の数は、６本、８本、１０本、又は１２本程度でよい。以下に変形例として、ロッド電極の数を８本にした場合、１２本にした場合について説明する。
【００４２】
＜イオンガイドの第１の変形例＞
図６は、第１の変形例であるイオンガイド３０をイオン入射側から見た平面図である。また、図７は、このイオンガイド３０の斜視図である。
【００４３】
イオンガイド３０は、細長い円柱形状である８本のロッド電極３１１〜３１８を含む。図６に示すように、イオンの入射側の端面では、８本のロッド電極３１１〜３１８は、中心軸（イオン光軸）３０１を中心とする正八角形３０３の頂点の位置に配置されている。８本のロッド電極１１〜２１８のうちの４本のロッド電極３１２、３１３、３１６、３１７はＺ軸に平行に配置されている。一方、８本のロッド電極３１１〜３１８のうちの他の４本のロッド電極３１１、３１４、３１５、３１８はＺ軸に対し非平行であり、いずれもイオンの輸送方向に向かうに従い、それぞれＸ−Ｚ平面上で且つ中心軸３０１を通るＹ軸に近づくように（全体としては中心軸３０１に近づくように）、傾斜して配置されている。
【００４４】
上述したように４本のロッド電極３１１、３１４、３１５、３１８がＺ軸に対し傾斜して配置されることで、イオンの出射側の端面では、その４本のロッド電極３１１、３１４、３１５、３１８が中心軸３０１を中心とする矩形３０４の頂点の位置に配置され、それ以外のロッド電極は４本のロッド電極３１１、３１４、３１５、３１８で囲まれる空間の外側に位置する。この場合、矩形３０４は正方形である。したがって、このイオンガイド３０における８本のロッド電極３１１〜３１８は、イオンの入射側では八重極配置であり、イオンの出射側では四重極配置となっている。
【００４５】
この場合には、上記実施形態における第１イオンガイド２０の構成とは異なり、八重極配置と四重極配置とで中心軸３０１は同じであり、軸ずらし光学系ではない。そのため、図１中の第１イオンガイド２０に代えてこのイオンガイド３０を用いる場合には、加熱キャピラリ７の出口の中心軸とスキマー８のイオン通過孔９の中心軸とが一直線上に位置するように加熱キャピラリ７又はスキマー８の位置を変更する。なお、これは後述する第２の変形例によるイオンガイドを使用する場合も同様である。
【００４６】
各ロッド電極３１１〜３１８に印加される電圧は図６中に記載の通りであり、中心軸３０１の周りで隣接する２本のロッド電極には、互いに位相が反転した同じ振幅の高周波電圧＋Ｖcosωｔ又は−Ｖcosωｔが印加される。また、上記高周波電圧に加えて、イオンの出射側で四重極を形成する４本のロッド電極３１１、３１４、３１５、３１８には、イオンガイド３０の内部でイオンを効率よく輸送するための直流電圧Ｕ1が印加される。一方、それ以外の４本のロッド電極３１２、３１３、３１６、３１７には、分析対象であるイオンの極性が正である場合には直流電圧Ｕ1よりも高い直流電圧Ｕ2が印加され、分析対象であるイオンの極性が負である場合には直流電圧Ｕ1よりも低い直流電圧Ｕ2が印加される。
【００４７】
これにより、イオンガイド３０の入口にはイオンの閉込め作用が強い八重極高周波電場が形成され、第１中間真空室内に導入されたイオンは効率良く捕捉され、イオンガイド３０の内部空間に取り込まれる。取り込まれたイオンは、主として４本のロッド電極３１２、３１３、３１６、３１７に印加されている直流電圧により形成される直流電場によって、他の４本のロッド電極３１１、３１４、３１５、３１８で囲まれる空間に徐々に押し込まれる。この場合には、入口側と出口側とでイオン光軸は一直線上であるため、実質的にイオンを偏向させる電場は作用しないが、イオンを出口に向かって加速する（運動エネルギーを付与する）加速電場としての作用は有する。そして、イオンは出口に近づくに伴い、４本のロッド電極３１１、３１４、３１５、３１８で囲まれる空間に形成される四重極高周波電場により中心軸３０１付近に収束され、細径のイオン流となって出射する。
このようにして、このイオンガイド３０でも高いイオン輸送効率を達成することができる。
【００４８】
なお、この第１の変形例や次の第２の変形例のように、輸送途中でイオンを偏向させる必要がない場合には、直流電圧Ｕ2が直流電圧Ｕ1よりも高くなくても（イオンが正極性である場合）よい。分析対象のイオンが正極性であって、直流電圧Ｕ2が直流電圧Ｕ1よりも低い場合、上記説明から明らかであるように、イオンガイドの入口付近における中心軸上の直流的な電位は、出口付近における中心軸上の直流的な電位よりも低くなる。即ち、複数本のロッド電極で囲まれる空間内を輸送されるイオンの光軸上のポテンシャル分布を考えると、概ね、入口から出口に向かうに従い上り勾配の分布となる。これは、正極性のイオンを減速させる減速電場であるから、上記空間内に入ったイオンは出口へと向かうに伴い徐々に運動エネルギーを奪われる。つまり、複数のロッド電極に印加される直流電圧によって形成される直流電場の作用は、輸送中のイオンを減速する作用である。
【００４９】
例えば図１に示した質量分析装置の構成において、加熱キャピラリ７の両端の圧力差、加熱キャピラリ７の開口径などの関係で、イオン化室２から第１中間真空室３内に流入する大気の流速が大きいような場合、第１中間真空室３内に導入されるイオンが持つ初期的な運動エネルギーが大き過ぎて高周波電場で捕捉しにくいことがある。こうした場合には、イオンガイドの内部空間に出口に向かう加速電場を形成するのではなく減速電場を形成しておき、この減速電場の作用により、イオンが持つ運動エネルギーを積極的に減じるようにするとよい。それによって、高周波電場でイオンを良好に捕捉し、収束させつつ出口に導くことができる。
【００５０】
このように、直流電圧Ｕ1と直流電圧Ｕ2との大小の関係は、イオンガイドに入射して来るイオンをどのように制御したいのかによって、適宜変更することができる。
【００５１】
＜イオンガイドの第２の変形例＞
図８は、第２の変形例であるイオンガイド４０をイオン入射側から見た平面図である。また、図９は、このイオンガイド４０の斜視図である。さらに、図１０は、イオンガイド４０を通過するイオンの軌道をコンピュータシミュレーションした結果を示す図である。
【００５２】
イオンガイド４０は、細長い円柱形状である１２本のロッド電極４１１〜４２２を含む。図８に示すように、イオンの入射側の端面では、１２本のロッド電極４１１〜４２２は、中心軸（イオン光軸）４０１を中心とする正十二角形４０３の頂点の位置に配置されている。１２本のロッド電極４１１〜４２２のうちの８本のロッド電極４１２、４１３、４１５、４１６、４１８、４１９、４２１、４２２はＺ軸に平行に配置されている。一方、１２本のロッド電極４１１〜４２２のうちの他の４本のロッド電極４１１、４１４、４１７、４２０はＺ軸に対し非平行であり、いずれもイオンの輸送方向に向かうに従い、中心軸４０１に近づくように傾斜して配置されている。
【００５３】
上述したように４本のロッド電極４１１、４１４、４１７、４２０がＺ軸に対し傾斜して配置されることで、イオンの出射側の端面では、その４本のロッド電極４１１、４１４、４１７、４２０が中心軸４０１を中心とする正方形４０４の頂点の位置に配置され、それ以外のロッド電極は４本のロッド電極４１１、４１４、４１７、４２０で囲まれる空間の外側に位置する。したがって、このイオンガイド４０における１２本のロッド電極４１１〜３２２は、イオンの入射側では十二重極配置であり、イオンの出射側では四重極配置となっている。この場合にも、軸ずらし光学系ではない。
【００５４】
各ロッド電極４１１〜４２０に印加される電圧は図８中に記載の通りであり、中心軸４０１の周りで隣接する２本のロッド電極には、互いに位相が反転した同じ振幅の高周波電圧＋Ｖcosωｔ又は−Ｖcosωｔが印加される。また、上記高周波電圧に加えて、イオンの出射側で四重極を形成する４本のロッド電極４１１、４１４、４１７、４２０には、イオンガイド４０の内部でイオンを効率よく輸送するための直流電圧Ｕ1が印加される。一方、それ以外の８本のロッド電極４１２、４１３、４１５、４１６、４１８、４１９、４２１、４２２には、分析対象であるイオンの極性が正である場合には直流電圧Ｕ1よりも高い直流電圧Ｕ2が印加され、分析対象であるイオンの極性が負である場合には直流電圧Ｕ1よりも低い直流電圧Ｕ2が印加される。
【００５５】
これにより、イオンガイド４０の入口にはイオンの閉込め作用が八重極高周波電場よりもさらに強い十二重極高周波電場が形成され、第１中間真空室内に導入されたイオンは効率良く捕捉され、イオンガイド４０の内部空間に取り込まれる。取り込まれたイオンは、主として８本のロッド電極４１２、４１３、４１５、４１６、４１８、４１９、４２１、４２２に印加されている直流電圧により形成される直流電場によって、他の４本のロッド電極４１１、４１４、４１７、４２０で囲まれる空間に徐々に押し込まれる。この場合にも、入口側と出口側とでイオン光軸は一直線上であるため、実質的にイオンを偏向させる電場は作用しないが、イオンを出口に向かって加速する（運動エネルギーを付与する）加速電場としての作用は有する。そして、イオンが出口に近づくに伴い、４本のロッド電極４１１、４１４、４１７、４２０で囲まれる空間に形成される四重極高周波電場により中心軸４０１付近に収束され、細径のイオン流となって出射する。
【００５６】
図１０に示すイオン軌道のシミュレーション結果からも、イオンガイド４０の入口側において拡がりつつ入射してきたイオンが良好に捕捉されて内部空間に導かれていることが分かる。また、イオンは進行するに伴い中心軸４０１付近に収束され、出口付近では十分に収束されて細径のイオン流として出射されていることも分かる。このように、イオンガイド４０でも高いイオン輸送効率を達成することができる。
【００５７】
＜イオンガイドのさらに他の変形例＞
上記実施形態及び各変形例では、第１イオンガイド２０又はイオンガイド３０、４０に含まれる６、８又は１２本のロッド電極の長さは略同一である。但し、イオン出射側端面で四重極配置となる４本のロッド電極を除く他のロッド電極、例えば図２〜図４に示した第１イオンガイド２０における２本のロッド電極２１２、２１３は、必ずしもイオン出射端面まで延在している必要はない。何故なら、このロッド電極２１２、２１３はイオンの出口付近における四重極高周波電場の形成に寄与しておらず、且つ、イオンの出口付近では直流電場によるイオン偏向の作用も不要だからである。そうした観点から、イオン出射側端面で四重極配置となる４本のロッド電極を除く他のロッド電極は、当初、比較的広い内部空間に拡がっていたイオンが四重極配置となる４本のロッド電極で囲まれる空間に確実に入るまでの間の領域に存在していればよい。
【００５８】
図１１は、ロッド電極の一部を他のロッド電極よりも短くした構成の一例であるイオンガイドを上方から見た平面図である。図３と比較すれば明らかであるように、この例では、６本のロッド電極２１１〜２１６のうち、２本のロッド電極２１２、２１３の長さが他の４本のロッド電極２１１、２１４、２１５、２１６の長さＬ1よりも短いＬ2となっている。イオンガイド２０に入射したイオンがこの長さＬ2の間に、十分に偏向されて４本のロッド電極２１１、２１４、２１５、２１６により形成される高周波電場中に入れば、実質的に、２本のロッド電極２１２、２１３の長さがＬ1である場合とほぼ同様の効果を得ることができる。これは、ロッド電極の数が６以外の場合でも同様である。
【００５９】
また、上記実施形態及び各変形例において、イオンガイド２０、３０、４０に含まれるロッド電極は直線状であり、一部のロッド電極をＺ軸に対し傾けて配置していたが、直線状ではなく、その延伸方向の途中の少なくとも一部で屈曲した形状のロッド電極を用いることもできる。図１２は、屈曲形状のロッド電極を用いた、一変形例であるイオンガイド５０を上方から見た平面図である。
【００６０】
図３と比較すれば明らかであるように、この例では、６本のロッド電極５１１〜５１６のうち、２本のロッド電極５１１、５１４が屈曲形状となっている。こうした構成でも、イオンガイド５０の入口では六重極配置、出口では四重極配置が実現できるので、イオンの輸送効率については、上記実施形態におけるイオンガイドとほぼ同等の効果を得ることができる。なお、ここでいう屈曲形状は、必ずしもロッド電極の延伸方向の一部が湾曲しているものとは限らず、例えばロッド電極の延伸方向の一部（一箇所とは限らない）が所定角度で折り曲げられた形状も含む。
【００６１】
また、上記実施形態や変形例の説明では、分析対象のイオンの極性を正としていたが、分析対象のイオンの極性が負である場合、イオンガイドに含まれる各ロッド電極に印加する直流電圧やそれ以外の各部に印加する直流電圧を適宜に変更すれば対応可能であることは明らかである。
【００６２】
＜他の実施形態の質量分析装置＞
上記実施形態の質量分析装置では、第１イオンガイド２０を第１中間真空室３内に配置していたが、第１中間真空室３に比べればガス圧が低いものの高真空室５に比べればガス圧が高い第２中間真空室４内に、第１イオンガイド２０や上記各変形例のイオンガイドを配置する構成としてもよい。即ち、図１中の第２イオンガイド１０として、第１イオンガイド２０や上記各変形例のイオンガイドを利用してもよい。
【００６３】
また、シングルタイプの四重極型質量分析装置ではなく、トリプル四重極型質量分析装置や四重極−飛行時間型質量分析装置、フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析装置など、大気圧又はそれに近いガス圧の下でイオン化を行い、高真空雰囲気中に配設された質量分離器まで、１又は複数の中間真空室を経てイオンを輸送する質量分析装置において、それら中間真空室の内部に上記第１イオンガイド２０又は上記各変形例のイオンガイドを配置する構成としてもよい。また、イオン源はＥＳＩイオン源に限らず、大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）法、大気圧光イオン化（ＡＰＰＩ）法、探針エレクトロスプレーイオン化（ＰＥＳＩ）法、リアルタイム直接分析（ＤＡＲＴ）法など、様々なイオン化法によるイオン源に置き換えることができる。即ち、イオン源や質量分離器は上記記載のものに限らず、様々な種類又は方式のものを用いることができる。
【００６４】
また、中間真空室の内部に上記第１イオンガイド２０又は上記各変形例のイオンガイドを配置するのではなく、外部からコリジョンガスやリアクションガスなどの種々のガスが導入され、そのガスを利用してイオンに対する各種の操作を行うセルの内部に、上記第１イオンガイド２０又は上記各変形例のイオンガイドを配置する構成としてもよい。
【００６５】
具体的には、例えばトリプル四重極型質量分析装置や四重極−飛行時間型質量分析装置は、イオンを衝突誘起解離（Collision Induced Dissociation：ＣＩＤ）により解離させるコリジョンセルを備えるが、そのコリジョンセルの内部に、上記第１イオンガイド２０又は上記各変形例のイオンガイドを配置する構成としてもよい。また、誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）質量分析装置は、一般的に、干渉イオンや分子を排除するためにコリジョンセルやリアクションセルを備えるが、そのコリジョンセルやリアクションセルの内部に、上記第１イオンガイド２０又は上記各変形例のイオンガイドを配置する構成としてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態や変形例はあくまでも本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜、変形、追加、修正を加えても、本特許請求の範囲に包含されることは当然である。
【００６７】
以上、図面を参照して本発明における種々の実施形態を説明したが、最後に、本発明の種々の態様について説明する。
【００６８】
本発明の第１の態様の質量分析装置は、分析対象であるイオンを輸送するイオン輸送光学系を有する質量分析装置であって、
前記イオン輸送光学系（２０、１３）は、
全体としてイオンの輸送方向に延伸するように配置された６以上の偶数であるＮ本のロッド電極（２１１〜２１６）と、
前記Ｎ本のロッド電極（２１１〜２１６）のそれぞれに所定の電圧を印加する電圧生成部（１３）と、
を含み、
前記Ｎ本のロッド電極（２１１〜２１６）が、イオンの入射側ではＮ重極の配置であり、イオンの出射側では該Ｎ本のロッド電極（２１１〜２１６）のうちの４本のロッド電極（２１１、２１４、２１５、２１６）が四重極の配置となるように、該４本のロッド電極（２１１、２１４、２１５、２１６）のうちの少なくとも２本のロッド電極（２１１、２１４）は、イオンの輸送方向に進行するに従い、前記Ｎ重極の配置又は前記四重極の配置の中心軸（２０１、２０２）に近づくように該中心軸（２０１、２０２）に対し傾斜して配設され、
前記電圧生成部（１３）は、前記Ｎ本のロッド電極（２１１〜２１６）に対し、イオン光軸の周りに隣接するロッド電極同士に互いに位相が反転する高周波電圧を印加するとともに、イオンの出射側で四重極配置となる前記４本のロッド電極（２１１、２１４、２１５、２１６）に第１の直流電圧を印加し、前記Ｎ本のロッド電極（２１１〜２１６）のうちの前記４本のロッド電極以外の（Ｎ−４）本のロッド電極（２１２、２１３）には前記第１の直流電圧とは異なる第２の直流電圧を印加することができるものである。
【００６９】
この第１の態様の質量分析装置によれば、イオン輸送光学系のイオンの入射側ではイオンの収束作用は相対的に弱いもののイオンの閉じ込め作用が強いために、導入されたイオンを少ない損失で捕捉することができる。一方、イオン輸送光学系のイオンの出射側では、イオンの閉じ込め作用は相対的に弱いもののイオンの収束作用が強いために、イオンを細径に絞って送り出すことができる。それにより、例えば超音速自由噴流のためにイオンが拡がりつつ導入される場合でも、イオンを効率良く収集して細径のイオン通過孔を通して後段へと輸送することができる。その結果、質量分析に供するイオンの量を増加させ、分析感度を改善することができる。
【００７０】
また本発明の第２の態様の質量分析装置は、分析対象であるイオンを輸送するイオン輸送光学系を有する質量分析装置であって、
前記イオン輸送光学系（５０、１３）は、
全体としてイオンの輸送方向に延伸するように配置された６以上の偶数であるＮ本のロッド電極（５１１〜５１６）と、
前記Ｎ本のロッド電極のそれぞれに所定の電圧を印加する電圧生成部（１３）と、
を含み、
前記Ｎ本のロッド電極（５１１〜５１６）が、イオンの入射側ではＮ重極の配置であり、イオンの出射側では該Ｎ本のロッド電極（５１１〜５１６）のうちの４本のロッド電極（５１１、５１４、５１５、５１６）が四重極の配置となるように、該４本のロッド電極（５１１、５１４、５１５、５１６）のうちの少なくとも２本のロッド電極（５１１、５１４）が、イオンの輸送方向に延伸する途中の少なくとも一部で、前記Ｎ重極の配置又は前記四重極の配置の中心軸（５０１、５０２）に近づくように屈曲した形状とされ、
前記電圧生成部は、前記Ｎ本のロッド電極（５１１〜５１６）に対し、イオン光軸の周りに隣接するロッド電極同士に互いに位相が反転する高周波電圧を印加するとともに、イオンの出射側で四重極配置となる前記４本のロッド電極（５１１、５１４、５１５、５１６）に第１の直流電圧を印加し、前記Ｎ本のロッド電極（５１１〜５１６）のうちの該４本のロッド電極以外の（Ｎ−４）本のロッド電極（５１２、５１３）には前記第１の直流電圧とは異なる第２の直流電圧を印加することができるものである。
【００７１】
この第２の態様の質量分析装置によれば、上記第１の態様の質量分析装置と同様の効果を奏する。即ち、例えば超音速自由噴流のためにイオンが拡がりつつ導入される場合でも、イオンを効率良く収集して細径のイオン通過孔を通して後段へと輸送することができる。それにより、質量分析に供するイオンの量を増加させ、分析感度を改善することができる。
【００７２】
本発明の第３の態様の質量分析装置は、第１又は第２の態様の質量分析装置において、
前記電圧生成部（１３）は、前記第１の直流電圧よりも大きな電圧値である前記第２の直流電圧を前記（Ｎ−４）本のロッド電極に印加するものである。
【００７３】
第３の態様の質量分析装置によれば、例えば正極性であるイオンに対しては、Ｎ本のロッド電極で囲まれる、イオンの入口付近の空間の中心軸上の直流電位は、４本のロッド電極で囲まれる、イオンの出口付近の空間の中心軸上の直流電位よりも高くなる。即ち、ロッド電極で囲まれる空間には、イオンの入口側から出口側に向かって下り勾配のポテンシャル分布が形成されるから、それによってイオンは加速される。これにより、残留ガス等の衝突によりイオンが運動エネルギーを失った場合でも、イオンに運動エネルギーを付与して円滑に出口まで導くことができ、イオンの輸送効率を改善することができる。
【００７４】
本発明の第４の態様の質量分析装置は、第３の態様の質量分析装置において、
前記Ｎ重極の配置の中心軸と前記四重極の配置の中心軸とが平行で且つ一直線上に位置しておらず、
前記イオン輸送光学系は、前記第１の直流電圧と前記第２の直流電圧との差によって、イオンをその途中で前記二つの中心軸に直交する方向に偏向させるものである。
【００７５】
第４の態様の質量分析装置によれば、イオンを効率良く輸送することができるだけでなく、その輸送途中で電場の作用によりイオン光軸をずらすことができる。それにより、イオンと共にロッド電極で囲まれる空間に入った、試料成分分子や活性中性粒子などの中性粒子はその空間内を輸送される途中でイオンと分離され、こうした中性粒子を除いたイオンのみが出口から出射される。その結果、中性粒子がイオンと共に後段に送られることを低減することができる。
【００７６】
本発明の第５の態様の質量分析装置では、第１又は第２の態様の質量分析装置において、前記Ｎ重極の配置の中心軸（３０１）と前記四重極の配置の中心軸（３０１）とが一直線上に位置している。
【００７７】
第５の態様の質量分析装置によれば、イオン輸送光学系におけるイオン入射側のＮ重極の配置の中心軸とイオン出射側の四重極の配置の中心軸とが一直線上であるので、該イオン輸送光学系を通過する際のイオンの損失が少なく、入射したイオンを効率良く収束して出射させることができる。
【００７８】
本発明の第６の態様の質量分析装置では、第１又は第２の態様の質量分析装置において、前記Ｎは６〜１２の範囲の偶数とされる。
【００７９】
第６の態様の質量分析装置によれば、イオン輸送光学系のロッド電極の構成が複雑になり過ぎることを避けながら、実用上十分に高いイオン輸送効率を実現することができる。
【００８０】
本発明の第７の態様の質量分析装置では、第６の態様の質量分析装置において、
大気圧雰囲気中で試料成分をイオン化するイオン化室（２）と、質量分離部（１１）が配設され、高真空雰囲気に保たれる高真空室（５）と、の間に、１以上の中間真空室（３、４）を有し、前記イオン化室（２）の次段の中間真空室（３）内に前記Ｎ本のロッド電極（２１１〜２１６）が配設されている。
【００８１】
第７の態様の質量分析装置によれば、イオン化室で生成されて次段の中間真空室に送り込まれた試料成分由来のイオンを効率良く、つまりはイオンの損失を抑えながら、次の中間真空室又は高真空室に輸送することができる。それにより、質量分析に供するイオンの量を増やし、高い分析感度を実現することができる。
【００８２】
本発明の第８の態様の質量分析装置では、第６の態様の質量分析装置において、
大気圧雰囲気中で試料成分をイオン化するイオン化室（２）と、質量分離部（１１）が配設され、高真空雰囲気に保たれる高真空室（５）と、の間に、２以上の中間真空室（３、４）を有し、前記イオン化室（２）の次々段の中間真空室内（４）に前記Ｎ本のロッド電極（２１１〜２１６）が配設されている。
【００８３】
第８の態様の質量分析装置によれば、前段の中間真空室から次段の中間真空室に送り込まれた試料成分由来のイオンを効率良く、つまりはイオンの損失を抑えながら、次の中間真空室又は高真空室に輸送することができる。それにより、質量分析に供するイオンの量を増やし、高い分析感度を実現することができる。
【００８４】
本発明の第９の態様の質量分析装置では、第６の態様の質量分析装置において、
イオンを所定のガスと接触させて解離させるコリジョンセルを有し、前記コリジョンセル内に前記Ｎ本のロッド電極が配設されている。
【００８５】
第９の態様の質量分析装置によれば、コリジョンセルに導入されたイオンの損失を抑えつつ、効率良く解離させることができる。また、そのイオンが解離されることで生成されたプロダクトイオン等を効率良く、つまりはイオンの損失を抑えながら、コリジョンセルから排出し、例えば後段の質量分離器へ輸送することができる。それにより、トリプル四重極型質量分析装置や四重極−飛行時間型質量分析装置において質量分析に供するイオンの量を増やし、高い分析感度を実現することができる。
【００８６】
本発明の第１０の態様の質量分析装置では、第６の態様の質量分析装置において、
イオンを所定のガスと反応させるリアクションセルを有し、前記リアクションセル内に前記Ｎ本のロッド電極が配設されている。
【００８７】
第１０の態様の質量分析装置によれば、リアクションセルに導入されたイオンの損失を抑えつつ、分析対象のイオンとともに導入された不所望の中性粒子などを効率良くガスと反応させることができる。それにより、ＩＣＰ質量分析装置において、分析に不要である中性粒子や干渉イオンを良好に除去する一方、分析対象のイオンは効率良く後段へと輸送し質量分析に供することができる。その結果、干渉を排除しつつ高い分析感度を実現することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１…チャンバ
２…イオン化室
３…第１中間真空室
４…第２中間真空室
５…高真空室
６…ＥＳＩスプレー
７…加熱キャピラリ
８…スキマー
９…イオン通過孔
１０…第２イオンガイド
１１…四重極マスフィルタ
１２…イオン検出器
１３…第１イオンガイド電圧発生部
１４…第２イオンガイド電圧発生部
１５…マスフィルタ電圧発生部
１６…制御部
２０、３０、４０、５０…第１イオンガイド（イオンガイド）
２０１、５０１…第１中心軸
２０２、５０２…第２中心軸
２０３…正六角形
２０４、３０４…矩形
２１１〜２１６、３１１〜３１８、４１１〜４２２、５１１〜５１６…ロッド電極
３０１、４０１…中心軸
３０３…正八角形
３０４…矩形
４０３…正十二角形
４０４…正方形
【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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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年3月9日(2021.3.9)
【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】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
大気圧雰囲気中で試料成分をイオン化するイオン化室と、質量分離部が配設され、高真空雰囲気に保たれる高真空室と、の間に、１以上の中間真空室を有し、
前記イオン化室の次段の中間真空室内に前記Ｎ本のロッド電極が配設されている、請求項６に記載の質量分析装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
大気圧雰囲気中で試料成分をイオン化するイオン化室と、質量分離部が配設され、高真空雰囲気に保たれる高真空室と、の間に、２以上の中間真空室を有し、
前記イオン化室の次々段の中間真空室内に前記Ｎ本のロッド電極が配設されている、請求項６に記載の質量分析装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
イオンを所定のガスと接触させて解離させるコリジョンセルを有し、
前記コリジョンセル内に前記Ｎ本のロッド電極が配設されている、請求項６に記載の質量分析装置。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
イオンを所定のガスと反応させるリアクションセルを有し、
前記リアクションセル内に前記Ｎ本のロッド電極が配設されている、請求項６に記載の質量分析装置。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
イオンガイド３０は、細長い円柱形状である８本のロッド電極３１１〜３１８を含む。図６に示すように、イオンの入射側の端面では、８本のロッド電極３１１〜３１８は、中心軸（イオン光軸）３０１を中心とする正八角形３０３の頂点の位置に配置されている。８本のロッド電極３１１〜３１８のうちの４本のロッド電極３１２、３１３、３１６、３１７はＺ軸に平行に配置されている。一方、８本のロッド電極３１１〜３１８のうちの他の４本のロッド電極３１１、３１４、３１５、３１８はＺ軸に対し非平行であり、いずれもイオンの輸送方向に向かうに従い、それぞれＸ−Ｚ平面上で且つ中心軸３０１を通るＹ軸に近づくように（全体としては中心軸３０１に近づくように）、傾斜して配置されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
上述したように４本のロッド電極４１１、４１４、４１７、４２０がＺ軸に対し傾斜して配置されることで、イオンの出射側の端面では、その４本のロッド電極４１１、４１４、４１７、４２０が中心軸４０１を中心とする正方形４０４の頂点の位置に配置され、それ以外のロッド電極は４本のロッド電極４１１、４１４、４１７、４２０で囲まれる空間の外側に位置する。したがって、このイオンガイド４０における１２本のロッド電極４１１〜４２２は、イオンの入射側では十二重極配置であり、イオンの出射側では四重極配置となっている。この場合にも、軸ずらし光学系ではない。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
各ロッド電極４１１〜４２２に印加される電圧は図８中に記載の通りであり、中心軸４０１の周りで隣接する２本のロッド電極には、互いに位相が反転した同じ振幅の高周波電圧＋Ｖcosωｔ又は−Ｖcosωｔが印加される。また、上記高周波電圧に加えて、イオンの出射側で四重極を形成する４本のロッド電極４１１、４１４、４１７、４２０には、イオンガイド４０の内部でイオンを効率よく輸送するための直流電圧Ｕ1が印加される。一方、それ以外の８本のロッド電極４１２、４１３、４１５、４１６、４１８、４１９、４２１、４２２には、分析対象であるイオンの極性が正である場合には直流電圧Ｕ1よりも高い直流電圧Ｕ2が印加され、分析対象であるイオンの極性が負である場合には直流電圧Ｕ1よりも低い直流電圧Ｕ2が印加される。
【国際調査報告】
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