JP2019021550A - Ionizer and mass spectroscope using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、試料分子や原子をイオン化するためのイオン化装置及び該装置を用いた質量分析装置に関し、更に詳しくは、電子イオン化(EI=Electron Ionization))法、化学イオン化(CI=Chemical Ionization)法、或いは、負化学イオン化(NCI=Negative Chemical Ionization)法によるイオン化装置、及びそれを用いた質量分析装置に関する。 The present invention relates to an ionization apparatus for ionizing sample molecules and atoms, and a mass spectrometer using the apparatus, and more specifically, an electron ionization (EI = Electron Ionization) method, a chemical ionization (CI = Chemical Ionization) method. Alternatively, the present invention relates to an ionization apparatus using a negative chemical ionization (NCI) method and a mass spectrometer using the ionization apparatus.
ガスクロマトグラフ質量分析装置(GC−MS)における質量分析装置では、試料ガス中の化合物をイオン化するために、電子イオン化(EI)法や化学イオン化(CI)法、或いは、負化学イオン化(NCI)法などのイオン化法が利用されている。真空チャンバ内に配置されたイオン化室内に導入された試料ガス中の化合物は、上記のような適宜のイオン化法によりイオン化される。そして、生成されたイオンは四重極マスフィルタなどの質量分離部へと輸送され、質量電荷比に応じて分離されて検出される。したがって、こうした装置において高い検出感度を達成するには、イオン化室内で生成されたイオンを質量分離部へ輸送する効率を向上させることが重要である。 In a mass spectrometer in a gas chromatograph mass spectrometer (GC-MS), in order to ionize a compound in a sample gas, an electron ionization (EI) method, a chemical ionization (CI) method, or a negative chemical ionization (NCI) method is used. Ionization methods such as are used. The compound in the sample gas introduced into the ionization chamber disposed in the vacuum chamber is ionized by an appropriate ionization method as described above. And the produced | generated ion is conveyed to mass separation parts, such as a quadrupole mass filter, is isolate | separated according to mass-to-charge ratio, and is detected. Therefore, in order to achieve high detection sensitivity in such an apparatus, it is important to improve the efficiency of transporting ions generated in the ionization chamber to the mass separation unit.
図11、図12は、EI法による従来のイオン化装置の概略構成図である(例えば特許文献1、非特許文献1など参照)。これらイオン化装置では、真空雰囲気に維持されるチャンバ(図示せず)内に配置された導電性部材から成る箱状のイオン化室10の内部に、試料成分を含む試料ガスを導入する。イオン化室10は接地されてグラウンド電位(0V)になっている。イオン化室10の外側にはフィラメント11とトラップ電極12とが対向して配置され、図中に点線矢印で示すように、フィラメント11で生成した熱電子を加速してトラップ電極12まで移動させる。これにより、イオン化室10内に熱電子流が形成される。イオン化室10内に供給された試料ガス中の試料成分(化合物)は熱電子に接触してイオン化される。
11 and 12 are schematic configuration diagrams of a conventional ionization apparatus using the EI method (see, for example,
図11に示したイオン化装置では、イオン化室10の内部に平板状のリペラ電極13が配置され、測定対象のイオンが正イオンである場合、該リペラ電極13には正極性の所定の直流電圧(+V1)が印加される。リペラ電極13にこの電圧が印加されることで、リペラ電極13とイオン化室10のイオン導出口10aとの間には、イオンをリペラ電極13から遠ざける方向に押す力を有する押し出し電場が形成される。この電場の作用で、イオン化室10内で生成されたイオンはイオン導出口10aの方向に押され、イオン導出口10aを通してイオン化室10の外側に押し出される。イオン導出口10aの外側には、複数の円環状電極から成るイオン輸送光学系201が配置されており、このイオン輸送光学系201によりイオンの拡がりが抑えられつつ輸送されて、例えば四重極マスフィルタ等の質量分離部に導入される。
In the ionization apparatus shown in FIG. 11, when a plate-
図11に示したイオン化装置では、イオン化室10内で生成されたイオンはリペラ電極13による押し出し電場によってのみイオン化室10の外側に取り出される。これに対し、図12に示したイオン化装置では、イオン化室10の外側に引き出し電極200が配置され、この引き出し電極200に測定対象のイオンとは逆極性の所定の直流電圧(−V2)が印加される。引き出し電極200にこの電圧が印加されることで形成される引き出し電場はイオン導出口10aを通してイオン化室10の内部に侵入する。この引き出し電場によって、イオン化室10内で生成されたイオンは誘引され、イオン導出口10aを通してイオン化室10の外側に引き出される。また、この引き出し電場と、図12中に示すようにリペラ電極13による押し出し電場との組み合わせもしばしば用いられる。
In the ionization apparatus shown in FIG. 11, ions generated in the
なお、図12ではイオン輸送光学系201とイオン化室10との間に引き出し電極200を設けているが、イオン輸送光学系201を構成する複数のレンズ電極のうちの初段のレンズ電極が引き出し電極として用いられる場合もあるが、基本的な動作は実質的に同じである。
In FIG. 12, the
上述した、リペラ電極による押し出し電場、引き出し電極による引き出し電場、或いはその両方の電場を組み合わせたいずれの構成でも、イオン化室内で生成されたイオンはイオン導出口に向かうが、イオンをイオン導出口へと集束させる作用は弱いか或いは殆どない。そのため、一部のイオンはイオン導出口の周りのイオン化室壁面や引き出し電極などに衝突して消滅してしまう。その結果、生成されたイオンの利用効率が下がり、それが検出感度の向上を阻む一因となっている。 In any of the above-described configurations, the electric field generated by the repeller electrode, the electric field extracted by the extraction electrode, or a combination of both electric fields, the ions generated in the ionization chamber are directed to the ion outlet, but the ions are transferred to the ion outlet. The focusing effect is weak or hardly. For this reason, some ions collide with the ionization chamber wall surface and the extraction electrode around the ion outlet and disappear. As a result, the utilization efficiency of the generated ions is lowered, which is one factor that hinders improvement in detection sensitivity.
また、上述した従来のイオン化装置の構成では、イオン化室から出射するイオンビームのサイズ(径)や拡がり角度などのビーム特性を調整する自由度は殆どない。そのため、後段の質量分離部におけるイオンビームのアクセプタンス特性に合わせたイオンビームを形成することが難しく、イオンの損失につながるおそれがある。 Further, in the configuration of the conventional ionization apparatus described above, there is almost no degree of freedom for adjusting the beam characteristics such as the size (diameter) and the divergence angle of the ion beam emitted from the ionization chamber. For this reason, it is difficult to form an ion beam that matches the acceptance characteristics of the ion beam in the subsequent mass separation unit, which may lead to ion loss.
本発明はこうした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、イオン化室内で生成されたイオンをできるだけ少ない損失で以て後段へと送出することができるとともに、そのイオンビームのビーム特性の調整の自由度を上げることができるイオン化装置及び該装置を用いた質量分析装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve these problems, and the object of the present invention is to deliver ions generated in the ionization chamber to the subsequent stage with as little loss as possible. An object of the present invention is to provide an ionization apparatus capable of increasing the degree of freedom in adjusting the beam characteristics of a beam and a mass spectrometer using the apparatus.
なお、「イオン化装置」との用語はイオン化を行う構成要素のみを指す場合もあるが、本明細書において「イオン化装置」は、生成されたイオンによるイオンビームを形成するための構成要素、具体的には質量分析装置においてはイオン輸送光学系、を含むものとする。 Note that the term “ionization device” sometimes refers only to a component that performs ionization. In this specification, the term “ionization device” refers to a component that forms an ion beam using generated ions, specifically, In the mass spectrometer, an ion transport optical system is included.
上記課題を解決するために成された本発明は、試料ガスに含まれる試料成分をイオン化するイオン化装置であって、
a)イオン導出口を有する集束電極と、該集束電極と電気的に絶縁され、該集束電極と共にその内部に外部とは略区画された空間を形成するイオン化室本体と、から成り、その内部の空間で試料成分をイオン化し、生成されたイオンを前記イオン導出口を通して外部へと送り出すイオン化室と、
b)前記イオンの極性が正であるとき、前記集束電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも高くなる直流電圧を印加し、イオンの極性が負であるとき、前記集束電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも低くなる直流電圧を印加する集束電圧発生部と、
を備えることを特徴としている。
The present invention made to solve the above problems is an ionization apparatus for ionizing a sample component contained in a sample gas,
a) a focusing electrode having an ion outlet, and an ionization chamber body which is electrically insulated from the focusing electrode and forms a space substantially separated from the outside together with the focusing electrode. An ionization chamber for ionizing sample components in space and sending the generated ions to the outside through the ion outlet;
b) When the polarity of the ions is positive, a DC voltage whose potential is higher than the potential of the ionization chamber body is applied to the focusing electrode, and when the polarity of the ions is negative, the potential is applied to the focusing electrode. A focusing voltage generator that applies a DC voltage that is lower than the potential of the ionization chamber body;
It is characterized by having.
本発明に係るイオン化装置は、前記イオン化室の内部で、電子イオン化(EI)法、化学イオン化(CI)法、又は負化学イオン化(NCI)法のいずれかによるイオン化を行うものとする。 The ionization apparatus according to the present invention performs ionization by any one of an electron ionization (EI) method, a chemical ionization (CI) method, and a negative chemical ionization (NCI) method inside the ionization chamber.
本発明に係るイオン化装置におけるイオン化法が例えばEI法である場合、イオン化室内に導入された試料ガス中の試料成分はイオン化室内に供給される熱電子に接触することでイオン化される。測定対象イオンが正イオンである場合、イオン導出口が形成されている集束電極には集束電圧印加部からその電位がイオン化室本体の電位よりも高くなる所定の直流電圧が印加される。一般にイオン化室本体はグラウンド電位とされるため、集束電極には正の直流電圧が印加される。 When the ionization method in the ionization apparatus according to the present invention is, for example, the EI method, the sample component in the sample gas introduced into the ionization chamber is ionized by contacting the thermal electrons supplied into the ionization chamber. When the ions to be measured are positive ions, a predetermined DC voltage whose potential is higher than the potential of the ionization chamber body is applied from the focusing voltage application unit to the focusing electrode in which the ion outlet is formed. Generally, since the ionization chamber main body is at a ground potential, a positive DC voltage is applied to the focusing electrode.
例えばイオン化室内に配置されたリペラ電極により形成される押し出し電場、又はイオン導出口の外側に配置された電極により形成される引き出し電場のいずれか一方又はその両方の作用で、イオン化室内で生成されたイオンが集束電極の方向に向かって進行すると、集束電極により形成される電場はイオンを反発させる電場であるためイオンはイオン導出口の方向に集まる。それにより、イオン化室内で生成されたイオンは、集束電極自体に接触せずにイオン導出口を効率良く通過してイオン化室の外側に送り出される。 For example, it is generated in the ionization chamber by the action of one or both of the extrusion electric field formed by the repeller electrode disposed in the ionization chamber and the extraction electric field formed by the electrode disposed outside the ion outlet. When ions travel in the direction of the focusing electrode, the electric field formed by the focusing electrode is an electric field that repels the ions, so that the ions gather in the direction of the ion outlet. Thereby, the ions generated in the ionization chamber pass through the ion outlet efficiently without being brought into contact with the focusing electrode itself and are sent out to the outside of the ionization chamber.
なお、本発明に係るイオン化装置において、好ましくは、前記集束電極と前記イオン化室本体とは絶縁部材から成るスペーサを介して接続されている構成とするとよい。
この構成では、集束電極とイオン化室本体との間の間隙がスペーサで塞がれてイオン化室の密閉性が向上する。それにより、イオン化室内で生成された試料成分由来のイオンやCI法によるイオン化時のバッファイオンがイオン化室から外側に漏れにくくなり、イオンの利用効率やイオンの生成効率を向上させることができる。
In the ionization apparatus according to the present invention, preferably, the focusing electrode and the ionization chamber main body are connected to each other through a spacer made of an insulating member.
In this configuration, the gap between the focusing electrode and the ionization chamber main body is closed by the spacer, and the sealing performance of the ionization chamber is improved. Thereby, ions derived from sample components generated in the ionization chamber and buffer ions at the time of ionization by the CI method are less likely to leak out from the ionization chamber, and ion utilization efficiency and ion generation efficiency can be improved.
また、本発明に係るイオン化装置において、好ましくは、前記イオン化室の内部に、イオンを前記イオン導出口の方向に押す押し出し電場を形成するためのリペラ電極をさらに備える構成とするとよい。 In the ionization apparatus according to the present invention, it is preferable that the ionization chamber further includes a repeller electrode for forming an extruded electric field that pushes ions in the direction of the ion outlet.
この構成によれば、イオン化室内で生成された試料由来のイオンは、リペラ電極により形成される押し出し電場によってイオン導出口の方向に押される。リペラ電極を用いない場合、イオン化室の外側に設けた電極により形成する引き出し電場をイオン化室の内部の、イオン導出口から見て奥深くまで行き届かせる必要がある。これに対し、リペラ電極による押し出し電場を利用してイオン化室内で生成されたイオンをイオン導出口の方向に向かわせることで、引き出し電場により無理にイオンを引き出す必要がなくなるので、電極への印加電圧の調整が容易になる。 According to this configuration, the sample-derived ions generated in the ionization chamber are pushed in the direction of the ion outlet by the extrusion electric field formed by the repeller electrode. When the repeller electrode is not used, it is necessary to make the extraction electric field formed by the electrode provided outside the ionization chamber reach deep inside the ionization chamber as viewed from the ion outlet. On the other hand, by directing the ions generated in the ionization chamber using the extrusion electric field by the repeller electrode in the direction of the ion outlet, there is no need to forcibly extract ions by the extraction electric field, so the applied voltage to the electrode It becomes easy to adjust.
また本発明に係るイオン化装置の第1の実施態様は、
前記イオン導出口を通して前記イオン化室から出射したイオンを案内するためのイオン通過開口を有する第1レンズ電極と、
イオンの極性が正であるとき、前記第1レンズ電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも低くなる直流電圧を印加し、イオンの極性が負であるとき、前記第1レンズ電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも高くなる直流電圧を印加するレンズ電圧発生部と、
をさらに備えることを特徴としている。
A first embodiment of the ionization apparatus according to the present invention is as follows.
A first lens electrode having an ion passage opening for guiding ions emitted from the ionization chamber through the ion outlet;
When the polarity of ions is positive, a DC voltage whose potential is lower than the potential of the ionization chamber body is applied to the first lens electrode, and when the polarity of ions is negative, the first lens electrode A lens voltage generator for applying a DC voltage whose potential is higher than the potential of the ionization chamber body;
Is further provided.
この第1の実施態様の構成において、測定対象イオンが正イオンである場合、第1レンズ電極には、イオン化室本体の電位よりも低くなる直流電圧が印加されるから、第1レンズ電極には負の直流電圧が印加される。この第1レンズ電極への印加電圧の絶対値を集束電極への印加電圧の絶対値に比べて或る程度以上大きくしておくと、第1レンズ電極により形成される電場はイオン導出口を通してイオン化室内へと入り込む。この電場と上述した集束電極に印加される電圧によって形成される電場とにより、イオン化室内で生成されたイオンをイオン導出口を通して効率良くイオン化室の外側に引き出すことができる。 In the configuration of the first embodiment, when the ion to be measured is a positive ion, a DC voltage lower than the potential of the ionization chamber body is applied to the first lens electrode. A negative DC voltage is applied. When the absolute value of the voltage applied to the first lens electrode is made larger than the absolute value of the voltage applied to the focusing electrode, the electric field formed by the first lens electrode is ionized through the ion outlet. Enter the room. With this electric field and the electric field formed by the voltage applied to the focusing electrode described above, ions generated in the ionization chamber can be efficiently extracted outside the ionization chamber through the ion outlet.
この構成では、前記集束電極と前記第1レンズ電極とが絶縁部材から成るスペーサを介して接続されている構成とすることができる。
この構成によれば、集束電極と第1レンズ電極との間の間隙がスペーサで塞がれるため、イオン化室の密閉性が向上する。それにより、イオン化室内で生成された試料成分由来のイオンやCI法によるイオン化時のバッファイオンがイオン化室から外側に漏れにくくなり、イオンの利用効率やイオンの生成効率を向上させることができる。
In this configuration, the focusing electrode and the first lens electrode can be connected via a spacer made of an insulating member.
According to this configuration, since the gap between the focusing electrode and the first lens electrode is closed by the spacer, the sealing performance of the ionization chamber is improved. Thereby, ions derived from sample components generated in the ionization chamber and buffer ions at the time of ionization by the CI method are less likely to leak out from the ionization chamber, and ion utilization efficiency and ion generation efficiency can be improved.
また本発明に係る第2の実施態様のイオン化装置は、
前記イオン導出口を通して前記イオン化室から出射したイオンを後段に案内するものであって、それぞれイオン通過開口を有する、該イオン化室側から第1、第2、及び第3なる少なくとも三つのレンズ電極を含むイオン輸送光学系と、
イオンの極性が正であるとき、前記第1及び第3レンズ電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも低くなる同一の直流電圧を、前記第2レンズ電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも高くなる直流電圧を印加し、イオンの極性が負であるとき、前記第1及び第3レンズ電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも高くなる同一の直流電圧を、前記第2レンズ電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも低くなる直流電圧を印加するレンズ電圧発生部と、
をさらに備えることを特徴としている。
The ionization apparatus according to the second embodiment of the present invention is
Ions that are emitted from the ionization chamber through the ion outlet and are guided to the subsequent stage, each having at least three lens electrodes having first, second, and third from the ionization chamber side, each having an ion passage opening. Including ion transport optics,
When the polarity of ions is positive, the first and third lens electrodes have the same DC voltage whose potential is lower than the potential of the ionization chamber body, and the potential of the second lens electrode is the ionization chamber body. When a DC voltage that is higher than the potential is applied and the polarity of ions is negative, the same DC voltage that has a potential higher than the potential of the ionization chamber body is applied to the first and third lens electrodes. A lens voltage generator for applying a DC voltage whose potential is lower than the potential of the ionization chamber body to the second lens electrode;
Is further provided.
この実施態様の構成においても、第1レンズ電極により形成される電場がイオン導出口を通してイオン化室内へと入り込む。そのため、この電場と集束電極に印加される電圧によって形成される電場とにより、イオン化室内で生成されたイオンをイオン導出口を通して効率良くイオン化室の外側に引き出すことができる。 Also in the configuration of this embodiment, the electric field formed by the first lens electrode enters the ionization chamber through the ion outlet. Therefore, ions generated in the ionization chamber can be efficiently extracted outside the ionization chamber through the ion outlet by the electric field and the electric field formed by the voltage applied to the focusing electrode.
また、このときイオン導出口を通過するイオンビームの径は、主として集束電極に印加される電圧に依存する。また、イオン輸送光学系を構成する第1及び第3のレンズ電極で挟まれる第2レンズ電極には、正極性のイオンについて、その電位がイオン化室の電位よりも高くなる直流電圧が印加される。そのため、イオン輸送光学系を通過する際のイオンビームの径は主として、第1及び第3レンズ電極に印加される電圧と第2レンズ電極に印加される電圧との関係で決まる。したがって、それら各電極に印加される電圧を適宜調整することで、イオン輸送光学系から送り出されるイオンビームの拡がり角度を適宜調整することができ、例えば四重極マスフィルタといった後段に配置されるイオン光学素子のアクセプタンス特性に合わせた適切な特性のイオンビームを形成することができる。 At this time, the diameter of the ion beam that passes through the ion outlet mainly depends on the voltage applied to the focusing electrode. Further, a DC voltage is applied to the second lens electrode sandwiched between the first and third lens electrodes constituting the ion transport optical system, with respect to positive ions, the potential of which is higher than the potential of the ionization chamber. . Therefore, the diameter of the ion beam when passing through the ion transport optical system is mainly determined by the relationship between the voltage applied to the first and third lens electrodes and the voltage applied to the second lens electrode. Therefore, by appropriately adjusting the voltage applied to each of these electrodes, the divergence angle of the ion beam sent out from the ion transport optical system can be adjusted as appropriate. It is possible to form an ion beam having an appropriate characteristic that matches the acceptance characteristic of the optical element.
一般的には、電圧発生部により各電極に印加される電圧は、このイオン化装置が搭載される質量分析装置等の装置においてイオン検出器で検出されるイオン強度が最大又はそれに近い状態になるように調整されるようにするとよい。 In general, the voltage applied to each electrode by the voltage generator is such that the ion intensity detected by the ion detector in a device such as a mass spectrometer equipped with this ionization device is at or near the maximum. It is good to adjust to.
また上記第1の実施態様のイオン化装置においても第2の実施態様と同様に、前記第1レンズ電極のイオン通過開口を通過してきたイオンを後段に案内するものであって、それぞれイオン通過開口を有する、該第1レンズ電極側から、第2及び第3なる少なくとも二つのレンズ電極を含むイオン輸送光学系をさらに備え、
前記レンズ電圧発生部は、前記第1レンズ電極に印加する直流電圧と同一の直流電圧を前記第3レンズ電極に印加し、イオンの極性が正であるとき、前記第2レンズ電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも高くなる直流電圧を印加し、イオンの極性が負であるとき、前記第2レンズ電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも低くなる直流電圧を印加する構成とすることができる。
Also in the ionization apparatus of the first embodiment, as in the second embodiment, ions that have passed through the ion passage opening of the first lens electrode are guided to the subsequent stage. An ion transport optical system including at least two lens electrodes, the second and third, from the first lens electrode side;
The lens voltage generator applies a DC voltage identical to the DC voltage applied to the first lens electrode to the third lens electrode, and when the ion polarity is positive, the potential is applied to the second lens electrode. A configuration in which a DC voltage that is higher than the potential of the ionization chamber body is applied, and when the polarity of the ions is negative, a DC voltage whose potential is lower than the potential of the ionization chamber body is applied to the second lens electrode. It can be.
また上記本発明に係るイオン化装置は、様々な形式の質量分析装置に利用することができる。
本発明に係る質量分析装置の第1の実施態様は、上記本発明に係るイオン化装置と、前記イオン化装置で生成されたイオンを質量電荷比に応じて分離する四重極マスフィルタと、前記四重極マスフィルタで分離されたイオンを検出する検出器と、を備えることを特徴としている。こ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る。
The ionization apparatus according to the present invention can be used in various types of mass spectrometers.
A first embodiment of a mass spectrometer according to the present invention includes an ionizer according to the present invention, a quadrupole mass filter that separates ions generated by the ionizer according to a mass-to-charge ratio, and the four And a detector for detecting ions separated by a multipole mass filter. This mass spectrometer is a single type quadrupole mass spectrometer.
また本発明に係る質量分析装置の第2の実施態様は、上記本発明に係るイオン化装置と、前記イオン化装置で生成されたイオンを質量電荷比に応じて分離する前段四重極マスフィルタと、前記前段四重極マスフィルタで選択されたイオンを解離させるイオン解離部と、前記イオン解離部での解離により生成されたプロダクトイオンを質量電荷比に応じて分離する後段四重極マスフィルタと、前記後段四重極マスフィルタで分離されたイオンを検出する検出器と、を備えることを特徴としている。上記イオン解離部は典型的には衝突誘起解離によりイオンを解離させるコリジョンセルである。この質量分析装置はトリプル四重極型質量分析装置である。 Further, a second embodiment of the mass spectrometer according to the present invention includes an ionizer according to the present invention, a front quadrupole mass filter that separates ions generated by the ionizer according to a mass-to-charge ratio, An ion dissociation part that dissociates ions selected by the front-stage quadrupole mass filter; a rear-stage quadrupole mass filter that separates product ions generated by dissociation in the ion dissociation part according to a mass-to-charge ratio; And a detector for detecting ions separated by the latter-stage quadrupole mass filter. The ion dissociation part is typically a collision cell that dissociates ions by collision-induced dissociation. This mass spectrometer is a triple quadrupole mass spectrometer.
また本発明に係る質量分析装置の第3の実施態様は、上記本発明に係るイオン化装置と、前記イオン化装置で生成されたイオンを質量電荷比に応じて分離する垂直加速方式の飛行時間型質量分離部と、前記飛行時間型質量分離部で分離されたイオンを検出する検出器と、を備えることを特徴としている。この質量分析装置は飛行時間型質量分析装置である。 A third embodiment of the mass spectrometer according to the present invention is a time-of-flight mass that uses the ionization apparatus according to the present invention and a vertical acceleration system that separates ions generated by the ionization apparatus according to a mass-to-charge ratio. A separation unit; and a detector that detects ions separated by the time-of-flight mass separation unit. This mass spectrometer is a time-of-flight mass spectrometer.
また本発明に係る質量分析装置の第4の実施態様は、上記本発明に係るイオン化装置と、前記イオン化装置で生成されたイオンを質量電荷比に応じて分離する四重極マスフィルタと、前記四重極マスフィルタで選択されたイオンを解離させるイオン解離部と、前記イオン解離部での解離により生成されたプロダクトイオンを質量電荷比に応じて分離する垂直加速方式の飛行時間型質量分離部と、前記飛行時間型質量分離部で分離されたイオンを検出する検出器と、を備えることを特徴としている。上記第2の実施態様と同様に、イオン解離部は典型的には衝突誘起解離によりイオンを解離させるコリジョンセルである。この質量分析装置は四重極−飛行時間型(q−TOF型)質量分析装置である。 Further, a fourth embodiment of the mass spectrometer according to the present invention includes an ionizer according to the present invention, a quadrupole mass filter that separates ions generated by the ionizer according to a mass-to-charge ratio, An ion dissociation unit that dissociates ions selected by a quadrupole mass filter, and a time-of-flight mass separation unit of a vertical acceleration type that separates product ions generated by dissociation in the ion dissociation unit according to a mass-to-charge ratio And a detector for detecting ions separated by the time-of-flight mass separation unit. Similar to the second embodiment, the ion dissociation part is typically a collision cell that dissociates ions by collision-induced dissociation. This mass spectrometer is a quadrupole-time-of-flight (q-TOF type) mass spectrometer.
また本発明に係る質量分析装置の第5の実施態様は、上記本発明に係るイオン化装置と、前記イオン化装置で生成されたイオンを質量電荷比に応じて分離する、扇形磁場と扇形電場とを有する二重収束型質量分離部と、前記二重収束型質量分離部で分離されたイオンを検出する検出器と、を備えることを特徴としている。この質量分析装置は電場磁場二重収束型質量分析装置である。 A fifth embodiment of the mass spectrometer according to the present invention includes an ionization apparatus according to the present invention, and a sector magnetic field and a sector electric field that separate ions generated by the ionization apparatus according to a mass-to-charge ratio. And a detector for detecting ions separated by the double-focusing mass separation unit. This mass spectrometer is an electric field magnetic field double focusing type mass spectrometer.
これら質量分析装置ではいずれも、質量分析に供されるイオンの量が従来よりも増加するため、高い分析感度を実現できる。 In any of these mass spectrometers, since the amount of ions used for mass analysis is increased as compared with the prior art, high analytical sensitivity can be realized.
本発明に係るイオン化装置によれば、従来のイオン化装置に比べて、イオン化室内で生成された試料成分由来のイオンをより効率的にイオン化室から取り出して四重極マスフィルタ等の後段のイオン光学系等に送り込むことができる。それにより、本発明に係るイオン化装置を用いた質量分析装置では、質量分析対象のイオンの量が増加し分析感度の向上を図ることができる。 According to the ionization apparatus according to the present invention, compared with the conventional ionization apparatus, ions derived from the sample components generated in the ionization chamber can be more efficiently taken out from the ionization chamber, and the subsequent ion optics such as a quadrupole mass filter can be obtained. Can be sent to the system. Thereby, in the mass spectrometer using the ionization apparatus according to the present invention, the amount of ions to be subjected to mass analysis can be increased and the analysis sensitivity can be improved.
また、本発明に係るイオン化装置によれば、集束電極及びイオン輸送光学系の各レンズ電極に印加する電圧を適宜に調整することで、イオン輸送光学系から送り出されるイオンビームの拡がり角度を適宜調整することができる。それにより、例えば四重極マスフィルタといった後段に配置されるイオン光学素子のアクセプタンス特性に合わせた適切な特性のイオンビームを形成することができ、イオンの利用効率を改善して分析感度を向上させることができる。 Further, according to the ionization apparatus of the present invention, the divergence angle of the ion beam sent out from the ion transport optical system is appropriately adjusted by appropriately adjusting the voltage applied to each lens electrode of the focusing electrode and the ion transport optical system. can do. As a result, an ion beam having an appropriate characteristic matched to the acceptance characteristic of an ion optical element disposed in a subsequent stage such as a quadrupole mass filter can be formed, and the analysis sensitivity can be improved by improving the use efficiency of ions. be able to.
本発明の一実施例であるイオン化装置及びこのイオン化装置を用いた質量分析装置の一実施例である四重極型質量分析装置について、添付図面を参照して説明する。
図1は本実施例によるイオン化装置の概略構成図、図2は図1に示したイオン化装置を用いた本実施例の四重極型質量分析装置の全体構成図である。図1において、すでに説明した図11、図12に示した従来のイオン化装置と同じ構成要素には同じ符号を付してある。
An ionization apparatus which is an embodiment of the present invention and a quadrupole mass spectrometer which is an embodiment of a mass spectrometer using the ionization apparatus will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an ionization apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2 is an overall configuration diagram of a quadrupole mass spectrometer of the present embodiment using the ionization apparatus shown in FIG. In FIG. 1, the same components as those of the conventional ionization apparatus shown in FIGS. 11 and 12 already described are denoted by the same reference numerals.
図1に示すように、本実施例のイオン化装置におけるイオン源1は、略直方体形状であるイオン化室10、フィラメント11、及びトラップ電極12などを含む。イオン化室10は全体が一つの部材で構成されているのではなく、略直方体の五面を構成する導電性のイオン化室本体10bと、その略中央に円形状のイオン導出口10dを有し、略直方体の一面を構成する集束電極10cと、イオン化室本体10bと集束電極10cとの間の空隙を埋めるセラミック等の絶縁部材であるスペーサ10eと、が一体化されたものである。このイオン化室10の内部には、熱電子流を中心とするイオン生成領域Aを挟んでイオン導出口10dと対向してリペラ電極13が配置されている。イオン化室10のイオン導出口10dの外側には、第1レンズ電極21、第2レンズ電極22、及び第3レンズ電極23を含むイオン輸送光学系2が配置されている。これらレンズ電極21、22、23はいずれもイオン通過開口21a、22a、23aを有する。
As shown in FIG. 1, an
第1レンズ電極21のイオン通過開口21aの径はイオン導出口10dの径よりも小さくなっており、それにより、第1レンズ電極21により形成される引き出し電場はイオン導出口10dを通してイオン化室10内部へと入り込み易くなっている。
The diameter of the ion passage opening 21a of the
リペラ電極13にはリペラ電圧発生部4から所定の直流電圧(+V1)が印加され、集束電極10cには集束電圧発生部5から所定の直流電圧(+V2)が印加され、第1レンズ電極21及び第3レンズ電極23にはベース電圧発生部6から同じ直流電圧(−V3)が印加され、 第2レンズ電極22には調整電圧発生部7から所定の直流電圧(+V4)が印加される。これら各電圧発生部4、5、6、7はいずれも制御部8により制御される。なお、ここで記載してある電圧の極性は、測定対象のイオンが正イオンである場合を想定したものであり、測定対象のイオンが負イオンである場合には、全ての印加電圧の極性が逆である。
A predetermined DC voltage (+ V1) is applied to the
図2に示すように、本実施例の四重極型質量分析装置は、図示しない真空ポンプにより真空排気されるチャンバ100の内部に、図1に示したイオン源1及びイオン輸送光学系2と、質量分離器としての四重極マスフィルタ101と、イオン検出器102と、を備える。
As shown in FIG. 2, the quadrupole mass spectrometer of the present embodiment includes an
本実施例のイオン化装置及び四重極型質量分析装置の動作について説明する。
例えばガスクロマトグラフのカラムにおいて時間的に分離された試料成分を含む試料ガスが試料ガス導入管14を経てイオン化室10内に導入される。フィラメント11には図示しない電源から電流が供給され、それによってフィラメント11は加熱されて熱電子が生成される。熱電子はフィラメント11とトラップ電極12との電位差によって加速され、トラップ電極12に向って進行する。即ち、フィラメント11とトラップ電極12との間に電子流が形成される。試料成分はこの熱電子に接触してイオン化される。リペラ電極13にはリペラ電圧発生部4から直流電圧+V1が印加されており、それにより生成される電場は主としてイオン生成領域A付近で生成されたイオン(正イオン)をイオン導出口10dの方向に押す作用を有する。
The operation of the ionization apparatus and quadrupole mass spectrometer of the present embodiment will be described.
For example, a sample gas containing sample components temporally separated in a gas chromatograph column is introduced into the
また、ベース電圧発生部6から第1レンズ電極21にはイオンとは逆極性の直流電圧−V3が印加されており、それにより生成される電場はイオン導出口10dを経てイオン化室10の内部に及ぶ。この電場はイオンを引き寄せる作用を有する。一方、イオン導出口10dの周りの集束電極10cには集束電圧発生部5からイオンと同極性の直流電圧+V2が印加される。この集束電極10cにより生成される電場はイオンを遠ざけるように作用するため、この電場と第1レンズ電極21により生成される電場とが合わさって、イオン化室10内のイオンをイオン導出口10dに集束させつつイオン化室10内から引き出す作用を有する電場が形成される。主としてイオン生成領域A付近で生成されたイオンはリペラ電極13による押し出し電場と、上述した集束作用を有する引き出し電場とによってイオン導出口10dに集束され、該イオン導出口10dを通して引き出されてイオン輸送光学系2へと送られる。
Further, a DC voltage -V3 having a polarity opposite to that of ions is applied from the
イオン輸送光学系2において、第1、第3レンズ電極21、23にはイオンを引き寄せる電圧が印加されているのに対し、それらレンズ電極21、23に挟まれた第2レンズ電極22にはイオンを遠ざけるような電圧が印加されている。そのため、引き出し電場の作用で第1レンズ電極21のイオン通過開口21aを通り抜けたイオンは第2レンズ電極22により形成されている電場の作用でイオン光軸付近に一旦集束され、さらに加速されて第3レンズ電極23のイオン通過開口23aを通り抜けて出ていくことになる。このとき、イオン輸送光学系2から送り出されるイオンビームの径や拡がり角度、さらにはその速度は、集束電極10c及び各レンズ電極21、22、23にそれぞれ印加される電圧(ここでは、+V2、−V3、+V4)に依存する。
In the ion transport
このイオン輸送光学系2の後段に配置されている四重極マスフィルタ101では特定の質量電荷比を有するイオンのみが通り抜けることが可能であるが、その特定の質量電荷比を有するイオンであっても、中心軸からの変位と速度とが一定の関係をもつイオンのみが四重極マスフィルタ101の内部を安定した軌道で以て通過し得る。そのため、質量分析装置全体に亘り高いイオン透過率を得るには、イオン化室10内から多くのイオンを送り出すだけでなく、イオン源1とそれに続くイオン輸送光学系2において、変位と速度に関するイオンビーム特性を、四重極マスフィルタ101内を安定に通過できる条件に収めるように調整することが重要である。本実施例のイオン化装置では、上述したように、集束電極10c及び各レンズ電極21、22、23への印加電圧を調整することで、イオン輸送光学系2から送り出されるイオンビームの径や拡がり角度、さらにはその速度を制御することができる。そこで、例えば標準試料などをイオン化室10内に導入しつつイオン検出器102で検出されるイオン強度が最も高くなるように各印加電圧を調整することで、四重極マスフィルタイオンビーム特性を調整すればよい。
In the quadrupole
図3は、本実施例の四重極型質量分析装置におけるイオン化室10から四重極マスフィルタ101までの間のイオンの軌道のシミュレーション結果を示す図である。四重極マスフィルタ101の内部にまで到達し得たイオンの軌道を濃い色の線で示し、途中で電極等との衝突により消失したイオンの軌道を薄い色の線で示している。なお、ここでは、イオン化室10の電位を0V、リペラ電極13の電位を+0.5V、集束電極10cの電位を+0.1V、第1、第3レンズ電極21、23の電位を−10V、第2レンズ電極22の電位を+2Vに設定している。
FIG. 3 is a diagram showing simulation results of ion trajectories between the
図3から、イオン化室10の内部でx方向に広い範囲(図中の有効範囲)に亘る初期位置から出発したイオンがイオン輸送光学系2を経て四重極マスフィルタ101の内部まで到達できていることが分かる。これは、集束電極10c及び第1レンズ電極21により形成される電場の作用でイオン化室10からのイオンの取り出し効率が向上していること、及び、四重極マスフィルタ101の入口において該四重極マスフィルタ101のアクセプタンス特性に適合する特性を有するイオンビームを形成できていることによるもの、と推測できる。これらはいずれも、イオン化室10のイオン出口側に設けられた集束電極10cの存在の効果である。
From FIG. 3, ions starting from the initial position over a wide range (effective range in the figure) in the x direction inside the
また、一般に、集束電極を用いない従来のイオン化装置において、イオンビームの特性の自由度を上げようとすると、イオン輸送光学系に含まれるレンズ電極を複雑な形状としたり、電極数を多くして各電極に印加する電圧をそれぞれ適切に設定したりする必要があった。これに対し、本発明に係るイオン化装置では、集束電極や各レンズ電極の形状は単純でよく、しかも各電極に印加する電圧の種類も従来と同程度で済む。そのため、電極の製造に要するコストを抑えるとともに、電極に印加する電圧発生部の数も抑えることができ、装置のコストを抑制しつつ質量分析装置の高感度が可能であるという利点もある。
なお、図3に示したシミュレーションでは、第3レンズ電極23の後方に電位が0Vであってイオン通過開口を有する隔壁を設けているが、これは後段からの電場を遮蔽するものであり、イオンの通過効率には直接関係しない。
In general, in a conventional ionization apparatus that does not use a focusing electrode, in order to increase the degree of freedom of the characteristics of the ion beam, the lens electrode included in the ion transport optical system has a complicated shape or the number of electrodes is increased. It was necessary to set the voltage applied to each electrode appropriately. On the other hand, in the ionization apparatus according to the present invention, the shape of the focusing electrode and each lens electrode may be simple, and the kind of voltage applied to each electrode may be about the same as the conventional one. Therefore, the cost required for manufacturing the electrode can be suppressed, and the number of voltage generating parts applied to the electrode can be suppressed, and there is an advantage that the mass spectrometer can be highly sensitive while suppressing the cost of the apparatus.
In the simulation shown in FIG. 3, a partition wall having a potential of 0 V and having an ion passage opening is provided behind the
図4は、本発明に係るイオン化装置の効果を検証した実験結果であり、従来のイオン化装置を用いたガスクロマトグラフ質量分析装置(GC−MS)と、本実施例のイオン化装置を用いたGC−MSとで、トータルイオンクロマトグラムにおける所定の成分由来のピークの信号強度を比較したものである。この実験結果から、本実施例のイオン化装置を用いたGC−MSでは、従来のイオン化装置を用いたGC−MSに比べて3倍近い高い信号強度が得られていることが分かる。これは、イオン検出器に到達したイオンの量が増加していることを示しており、本発明に係るイオン化装置を用いることで分析の高感度化が達成されることが実験結果からも確かめられた。 FIG. 4 shows experimental results for verifying the effect of the ionization apparatus according to the present invention. The gas chromatograph mass spectrometer (GC-MS) using the conventional ionization apparatus and the GC- using the ionization apparatus of the present embodiment are shown. MS is a comparison of the signal intensity of peaks derived from predetermined components in the total ion chromatogram. From this experimental result, it can be seen that the GC-MS using the ionization apparatus of the present example has a signal strength nearly three times higher than that of the GC-MS using the conventional ionization apparatus. This indicates that the amount of ions reaching the ion detector is increasing, and it has been confirmed from experimental results that high sensitivity of the analysis can be achieved by using the ionization apparatus according to the present invention. It was.
なお、上記説明では、EI法によるイオン化を行う場合について述べたが、本発明に係るイオン化装置はCI法やNCI法によるイオン化を行うものにも適用可能であることは当然である。 In the above description, the case of performing ionization by the EI method has been described. However, the ionization apparatus according to the present invention is naturally applicable to an apparatus that performs ionization by the CI method or the NCI method.
図1に示したイオン化装置では、イオン化室10を構成するイオン化室本体10bと集束電極10cとの間に絶縁性のスペーサ10eを設けており、これによりイオン化室10の密閉性を高めているが、スペーサ10eは必須ではない。図5は本発明に係るイオン化装置の変形例の概略構成図である。この例では、イオン化室本体10bと集束電極10cとを所定間隔離して配置している。イオン化室本体10bと集束電極10cとの電位差はそれほど大きくないので、それらの間隔は小さくてもよく、その間隙から漏れ出すイオンはごく僅かで済む。したがって、こうした構成でも、上記実施例のイオン化装置とほぼ同等の効果を達成することができる。
In the ionization apparatus shown in FIG. 1, an insulating
図6は本発明に係るイオン化装置のさらに別の変形例の概略構成図である。
このイオン化装置では、イオン化室10を構成するイオン化室本体10bと集束電極10cとの間に絶縁性のスペーサ10eを設けるだけでなく、集束電極10cと第1レンズ電極21との間にも別の絶縁性のスペーサ24を設け、集束電極10cと第1レンズ電極21との空隙を埋めている。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of still another modification of the ionization apparatus according to the present invention.
In this ionization apparatus, not only the insulating
この構成では、この第1レンズ電極21もイオン化室10(つまりはイオン源1)の一部とみなすことができ、該第1レンズ電極21のイオン通過開口21aを実質的なイオン導出口であるとみなすことができる。この実質的なイオン導出口(つまりはイオン通過開口21a)は、前段の集束電極10cにより集束されたイオンビームを通過させるものであるため、従来の集束電極を備えていないイオン化装置に比べてイオン通過開口21aの内径を小さくしても良好なイオン透過率を達成することができる。したがって、図6に示したように、イオン化室本体10bと集束電極10cとの間の空隙、及び、集束電極10cと第1レンズ電極21との間の空隙をそれぞれスペーサ10e、24で埋め、実質的なイオン導出口であるイオン通過開口21aの内径を小さくすることで、イオン化室10内の密閉性がより向上し、イオンの利用効率及び生成効率をより向上させることができるという利点がある。
In this configuration, the
上記実施例は本発明に係るイオン化装置を四重極型質量分析装置に適用したものであるが、本発明に係るイオン化装置は様々な種類、方式の質量分析装置に適用することができる。その例を図7〜図10に示す。 In the above embodiment, the ionizer according to the present invention is applied to a quadrupole mass spectrometer, but the ionizer according to the present invention can be applied to mass spectrometers of various types and systems. Examples thereof are shown in FIGS.
図7は、図6に示したイオン化装置を用いたトリプル四重極型質量分析装置の全体構成図である。
図7に示すように、真空排気されるチャンバ100の内部には、図6に示したイオン源1及びイオン輸送光学系2と、前段四重極マスフィルタ110と、内部に多重極イオンガイド112を有するコリジョンセル111と、後段四重極マスフィルタ113と、イオン検出器102と、を備える。
FIG. 7 is an overall configuration diagram of a triple quadrupole mass spectrometer using the ionization apparatus shown in FIG.
As shown in FIG. 7, inside the
このトリプル四重極型質量分析装置において、イオン化室10内で生成されたイオンはイオン輸送光学系2を経て前段四重極マスフィルタ110の内部に導入され、例えば所定の質量電荷比を有するイオンのみが前段四重極マスフィルタ110を通過しプリカーサイオンとしてコリジョンセル111に導入される。コリジョンセル111には例えばアルゴン等の所定のCIDガスが供給され、プリカーサイオンはCIDガスに接触して衝突誘起解離により開裂する。開裂により生成された各種プロダクトイオンが後段四重極マスフィルタ113の内部に導入され、所定の質量電荷比を有するプロダクトイオンのみが後段四重極マスフィルタ113を通過してイオン検出器102に到達する。
In this triple quadrupole mass spectrometer, ions generated in the
このトリプル四重極型質量分析装置では、上述した四重極型質量分析装置と同様に、前段四重極マスフィルタ110の内部にイオンが到達するようにイオンビームの特性を調整すればよいから、集束電極10cや各レンズ電極21、22、23への印加電圧の条件は四重極型質量分析装置とほぼ同じでよい。
In this triple quadrupole mass spectrometer, similar to the above-described quadrupole mass spectrometer, the characteristics of the ion beam may be adjusted so that ions reach the inside of the previous quadrupole
図8は、図6に示したイオン化装置を用いた直交加速方式飛行時間型四重極型質量分析装置の全体構成図である。
図8に示すように、真空排気されるチャンバ100の内部には、図6に示したイオン源1及びイオン輸送光学系2と、直交加速部130と、複数の反射電極が配置された反射器132を含む飛行空間131と、イオン検出器133と、が配置されている。
FIG. 8 is an overall configuration diagram of an orthogonal acceleration type time-of-flight quadrupole mass spectrometer using the ionization apparatus shown in FIG.
As shown in FIG. 8, a reflector in which the
この飛行時間型四重極型質量分析装置において、イオン化室10内で生成されたイオンはイオン輸送光学系2を経て直交加速部130に導入される。直交加速部130では、所定のタイミングで以て、導入されたイオンをその進行方向に略直交する方向にパルス的に加速して飛行空間131に投入する。イオンは飛行空間131中を飛行し、反射器132で折り返されて最終的にイオン検出器133に到達する。直交加速部130から射出されたイオンはその質量電荷比に応じた飛行速度を有する。そのため、イオンが飛行してイオン検出器133に到達するまでの間に、イオンは質量電荷比に応じて分離され、時間差を有してイオン検出器133に到達する。
In this time-of-flight quadrupole mass spectrometer, ions generated in the
この飛行時間型質量分析装置では、直交加速部130においてイオン光軸から径方向に離れた位置にイオンがあると飛行の初期位置のずれになるから、イオンビームはできるだけイオン光軸(イオン輸送光学系2の中心軸)に近い位置に集まっていることが望ましい。そこで、イオン輸送光学系2から出射するイオンビームの径ができるだけ小さく、且つその拡がり角度ができるだけ小さいように、つまりイオンビームができるだけ平行ビームになるようにその特性を調整すればよい。本実施例のイオン化装置では、こうしたイオンビームの径や拡がり角度の調整が柔軟に行えるので、高い質量精度、質量分解能と高い分析感度とを両立させることができる。
In this time-of-flight mass spectrometer, if there is an ion at a position away from the ion optical axis in the
図9は図6に示したイオン化装置を用いた四重極−飛行時間型(q−TOF型)質量分析装置の全体構成図である。
図9に示すように、真空排気されるチャンバ100の内部には、図6に示したイオン源1及びイオン輸送光学系2と、四重極マスフィルタ110と、内部に多重極イオンガイド112を有するコリジョンセル111と、直交加速部130と、複数の反射電極が配置された反射器132を含む飛行空間131と、イオン検出器133と、が配置されている。
FIG. 9 is an overall configuration diagram of a quadrupole-time-of-flight (q-TOF type) mass spectrometer using the ionization apparatus shown in FIG.
As shown in FIG. 9, the
このq−TOF型質量分析装置において、イオン化室10内で生成されたイオンはイオン輸送光学系2を経て四重極マスフィルタ110の内部に導入され、例えば所定の質量電荷比を有するイオンのみが前段四重極マスフィルタ110を通過しプリカーサイオンとしてコリジョンセル111に導入される。コリジョンセル111においてプリカーサイオンはCIDガスに接触して衝突誘起解離により開裂する。開裂により生成された各種プロダクトイオンが直交加速部130に導入される。直交加速部130では、所定のタイミングで以て、導入されたプロダクトイオンをその進行方向に略直交する方向にパルス的に加速して飛行空間131に投入する。プロダクトイオンは飛行空間131中を飛行し、反射器132で折り返されて最終的にイオン検出器133に到達する。
In this q-TOF type mass spectrometer, ions generated in the
このq−TOF型質量分析装置では、上述した四重極型質量分析装置やトリプル四重極型質量分析装置と同様に、四重極マスフィルタ110の内部にイオンが到達するようにイオンビームの特性を調整すればよいから、集束電極10cや各レンズ電極21、22、23への印加電圧の条件は四重極型質量分析装置とほぼ同じでよい。
In this q-TOF mass spectrometer, as in the above-described quadrupole mass spectrometer and triple quadrupole mass spectrometer, the ion beam is transmitted so that ions reach the inside of the quadrupole
図10は図6に示したイオン化装置を用いた磁場電場二重収束型質量分析装置の全体構成図である。
図10に示すように、真空排気されるチャンバ100の内部には、図6に示したイオン源1及びイオン輸送光学系2と、扇形電場を形成する電場セクタ120と、扇形磁場を形成する磁場セクタ121と、イオン検出器122と、が配置されている。電場セクタ120と磁場セクタ121とは位置を入れ替えることもできる。
FIG. 10 is an overall configuration diagram of the magnetic field double-focusing mass spectrometer using the ionization apparatus shown in FIG.
As shown in FIG. 10, inside the
この磁場電場二重収束型質量分析装置では、上述した飛行時間型質量分析装置と同様に、イオンビームの径ができるだけ小さく且つ平行化されたものを電場セクタ120に導入するようにイオンビームの特性を調整すればよい。
In this magnetic field electric field double-focusing mass spectrometer, as in the time-of-flight mass spectrometer described above, the characteristics of the ion beam are introduced so that the ion beam having the smallest possible diameter and parallelized is introduced into the
また、本発明に係るイオン化装置は質量分析装置以外の、例えばイオン注入装置などのイオンを利用した他の装置に利用することができる。
また、上記実施例はいずれも本発明の一例であって、上記記載の例以外に、本発明の趣旨の範囲で適宜修正、変更、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは明らかである。
Further, the ionization apparatus according to the present invention can be used for other apparatuses using ions such as an ion implantation apparatus other than the mass spectrometer.
Each of the above-described embodiments is an example of the present invention, and other than the examples described above, any modifications, changes, and additions within the spirit of the present invention are included in the scope of the claims of the present application. Is clear.
1…イオン源
10…イオン化室
10b…イオン化室本体
10c…集束電極
10d…イオン導出口
10e、24…スペーサ
11…フィラメント
12…トラップ電極
13…リペラ電極
14…試料ガス導入管
2…イオン輸送光学系
21、22、23…レンズ電極
21a、22a、23a…イオン通過開口
3…集束電極
3a…イオン通過開口
4…リペラ電圧発生部
5…集束電圧発生部
6…ベース電圧発生部
7…調整電圧発生部
8…制御部
9…イオン化室
A…イオン生成領域
100…チャンバ
101、110、113…四重極マスフィルタ
102、122、133…イオン検出器
111…コリジョンセル
112…多重極イオンガイド
120…電場セクタ
121…磁場セクタ
130…直交加速部
131…飛行空間
132…反射器
DESCRIPTION OF
Claims (13)
a)イオン導出口を有する集束電極と、該集束電極と電気的に絶縁され、該集束電極と共にその内部に外部とは略区画された空間を形成するイオン化室本体と、から成り、その内部の空間で試料成分をイオン化し、生成されたイオンを前記イオン導出口を通して外部へと送り出すイオン化室と、
b)前記イオンの極性が正であるとき、前記集束電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも高くなる直流電圧を印加し、イオンの極性が負であるとき、前記集束電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも低くなる直流電圧を印加する集束電圧発生部と、
を備えることを特徴とするイオン化装置。 An ionizer that ionizes sample components contained in a sample gas,
a) a focusing electrode having an ion outlet, and an ionization chamber body which is electrically insulated from the focusing electrode and forms a space substantially separated from the outside together with the focusing electrode. An ionization chamber for ionizing sample components in space and sending the generated ions to the outside through the ion outlet;
b) When the polarity of the ions is positive, a DC voltage whose potential is higher than the potential of the ionization chamber body is applied to the focusing electrode, and when the polarity of the ions is negative, the potential is applied to the focusing electrode. A focusing voltage generator that applies a DC voltage that is lower than the potential of the ionization chamber body;
An ionization apparatus comprising:
前記イオン化室の内部で、電子イオン化法、化学イオン化法、又は負化学イオン化法によるイオン化を行うことを特徴とするイオン化装置。 The ionization apparatus according to claim 1,
An ionization apparatus that performs ionization by electron ionization, chemical ionization, or negative chemical ionization in the ionization chamber.
前記集束電極と前記イオン化室本体とは絶縁部材から成るスペーサを介して接続されていることを特徴とするイオン化装置。 The ionization apparatus according to claim 2,
The ionizing apparatus, wherein the focusing electrode and the ionization chamber body are connected via a spacer made of an insulating member.
前記イオン化室の内部に、イオンを前記イオン導出口の方向に押す押し出し電場を形成するためのリペラ電極をさらに備えることを特徴とするイオン化装置。 The ionization apparatus according to any one of claims 1 to 3,
An ionization apparatus, further comprising a repeller electrode for forming a push electric field inside the ionization chamber for pushing ions toward the ion outlet.
前記イオン導出口を通して前記イオン化室から出射したイオンを案内するためのイオン通過開口を有する第1レンズ電極と、
イオンの極性が正であるとき、前記第1レンズ電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも低くなる直流電圧を印加し、イオンの極性が負であるとき、前記第1レンズ電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも高くなる直流電圧を印加するレンズ電圧発生部と、
をさらに備えることを特徴とするイオン化装置。 The ionization apparatus according to any one of claims 1 to 4,
A first lens electrode having an ion passage opening for guiding ions emitted from the ionization chamber through the ion outlet;
When the polarity of ions is positive, a DC voltage whose potential is lower than the potential of the ionization chamber body is applied to the first lens electrode, and when the polarity of ions is negative, the first lens electrode A lens voltage generator for applying a DC voltage whose potential is higher than the potential of the ionization chamber body;
An ionization apparatus characterized by further comprising:
前記集束電極と前記第1レンズ電極とは絶縁部材から成るスペーサを介して接続されていることを特徴とするイオン化装置。 The ionization device according to claim 5,
The ionizing apparatus, wherein the focusing electrode and the first lens electrode are connected via a spacer made of an insulating member.
前記イオン導出口を通して前記イオン化室から出射したイオンを後段に案内するものであって、それぞれイオン通過開口を有する、該イオン化室側から第1、第2、及び第3なる少なくとも三つのレンズ電極を含むイオン輸送光学系と、
イオンの極性が正であるとき、前記第1及び第3レンズ電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも低くなる同一の直流電圧を、前記第2レンズ電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも高くなる直流電圧を印加し、イオンの極性が負であるとき、前記第1及び第3レンズ電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも高くなる同一の直流電圧を、前記第2レンズ電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも低くなる直流電圧を印加するレンズ電圧発生部と、
をさらに備えることを特徴とするイオン化装置。 The ionization apparatus according to any one of claims 1 to 4,
Ions that are emitted from the ionization chamber through the ion outlet and are guided to the subsequent stage, each having at least three lens electrodes having first, second, and third from the ionization chamber side, each having an ion passage opening. Including ion transport optics,
When the polarity of ions is positive, the first and third lens electrodes have the same DC voltage whose potential is lower than the potential of the ionization chamber body, and the potential of the second lens electrode is the ionization chamber body. When a DC voltage that is higher than the potential is applied and the polarity of ions is negative, the same DC voltage that has a potential higher than the potential of the ionization chamber body is applied to the first and third lens electrodes. A lens voltage generator for applying a DC voltage whose potential is lower than the potential of the ionization chamber body to the second lens electrode;
An ionization apparatus characterized by further comprising:
前記第1レンズ電極のイオン通過開口を通過してきたイオンを後段に案内するものであって、それぞれイオン通過開口を有する、該第1レンズ電極側から、第2及び第3なる少なくとも二つのレンズ電極を含むイオン輸送光学系をさらに備え、
前記レンズ電圧発生部は、前記第1レンズ電極に印加する直流電圧と同一の直流電圧を前記第3レンズ電極に印加し、イオンの極性が正であるとき、前記第2レンズ電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも高くなる直流電圧を印加し、イオンの極性が負であるとき、前記第2レンズ電極にその電位が前記イオン化室本体の電位よりも低くなる直流電圧を印加することを特徴とするイオン化装置。 The ionization apparatus according to claim 5 or 6,
Ions that have passed through the ion passage opening of the first lens electrode are guided to the subsequent stage, and each has at least two lens electrodes that are second and third from the first lens electrode side. An ion transport optical system including
The lens voltage generator applies a DC voltage identical to the DC voltage applied to the first lens electrode to the third lens electrode, and when the ion polarity is positive, the potential is applied to the second lens electrode. When a DC voltage that is higher than the potential of the ionization chamber body is applied and the polarity of the ions is negative, a DC voltage whose potential is lower than the potential of the ionization chamber body is applied to the second lens electrode. An ionizer characterized by the above.
前記イオン化装置で生成されたイオンを質量電荷比に応じて分離する四重極マスフィルタと、
前記四重極マスフィルタで分離されたイオンを検出する検出器と、
を備えることを特徴とする質量分析装置。 The ionizer according to any one of claims 1 to 8,
A quadrupole mass filter that separates ions generated by the ionizer according to a mass-to-charge ratio;
A detector for detecting ions separated by the quadrupole mass filter;
A mass spectrometer comprising:
前記イオン化装置で生成されたイオンを質量電荷比に応じて分離する前段四重極マスフィルタと、
前記前段四重極マスフィルタで選択されたイオンを解離させるイオン解離部と、
前記イオン解離部での解離により生成されたプロダクトイオンを質量電荷比に応じて分離する後段四重極マスフィルタと、
前記後段四重極マスフィルタで分離されたイオンを検出する検出器と、
を備えることを特徴とする質量分析装置。 The ionizer according to any one of claims 1 to 8,
A pre-quadrupole mass filter that separates ions generated by the ionizer according to a mass-to-charge ratio;
An ion dissociation part for dissociating ions selected by the preceding quadrupole mass filter;
A subsequent quadrupole mass filter that separates product ions generated by dissociation in the ion dissociation part according to a mass-to-charge ratio;
A detector for detecting ions separated by the latter-stage quadrupole mass filter;
A mass spectrometer comprising:
前記イオン化装置で生成されたイオンを質量電荷比に応じて分離する垂直加速方式の飛行時間型質量分離部と、
前記飛行時間型質量分離部で分離されたイオンを検出する検出器と、
を備えることを特徴とする質量分析装置。 The ionizer according to any one of claims 1 to 8,
A time-of-flight mass separation unit of a vertical acceleration system that separates ions generated by the ionization device according to a mass-to-charge ratio;
A detector for detecting ions separated by the time-of-flight mass separator;
A mass spectrometer comprising:
前記イオン化装置で生成されたイオンを質量電荷比に応じて分離する四重極マスフィルタと、
前記四重極マスフィルタで選択されたイオンを解離させるイオン解離部と、
前記イオン解離部での解離により生成されたプロダクトイオンを質量電荷比に応じて分離する垂直加速方式の飛行時間型質量分離部と、
前記飛行時間型質量分離部で分離されたイオンを検出する検出器と、
を備えることを特徴とする質量分析装置。 The ionizer according to any one of claims 1 to 8,
A quadrupole mass filter that separates ions generated by the ionizer according to a mass-to-charge ratio;
An ion dissociation part for dissociating ions selected by the quadrupole mass filter;
A time-of-flight mass separation unit of a vertical acceleration system that separates product ions generated by dissociation in the ion dissociation unit according to a mass-to-charge ratio;
A detector for detecting ions separated by the time-of-flight mass separator;
A mass spectrometer comprising:
前記イオン化装置で生成されたイオンを質量電荷比に応じて分離する、扇形磁場と扇形電場とを有する二重収束型質量分離部と、
前記二重収束型質量分離部で分離されたイオンを検出する検出器と、
を備えることを特徴とする質量分析装置。 The ionizer according to any one of claims 1 to 8,
A double-focusing mass separation unit having a sector magnetic field and a sector electric field for separating ions generated by the ionizer according to a mass-to-charge ratio;
A detector for detecting ions separated by the double-focusing mass separation unit;
A mass spectrometer comprising:
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CN117288829A (en) * | 2023-09-27 | 2023-12-26 | 武汉科益研创科技有限公司 | Gas generation detecting system |
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- 2017-07-20 JP JP2017140474A patent/JP2019021550A/en active Pending
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