專利名稱:離子化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及離子化裝置。
背景技術(shù):
在將例如有機物質(zhì)等的試樣分子離子化的方法之中,存在著使用
加速電子轟擊試樣分子,將其離子化的電子轟擊離子化法(EI: Electron impactlonization),以及向試樣分子照射光,將其離子化的光離子化法 (PI: Photo Ionization)。日本專利文獻(xiàn)1中所述的質(zhì)量分析器,具備產(chǎn) 生用于EI的熱電子的燈絲和產(chǎn)生用于PI的激光的激光源。 日本專利文獻(xiàn)l..日本特開2005-93152號公報
發(fā)明內(nèi)容
在很多情況下,試樣分子作為氣體被導(dǎo)入,或者與運載氣體一起 被導(dǎo)入。于是,為了提高檢測效率和靈敏度,優(yōu)選能夠離子化的區(qū)域 寬廣,在PI中,優(yōu)選向在廣范圍內(nèi)被導(dǎo)入的氣體均勻地照射光。然而, 日本專利文獻(xiàn)l所述的質(zhì)量分析器中,由于在PI中使用激光,因而照 射范圍狹窄,導(dǎo)致能夠離子化的區(qū)域也狹窄,難以提高檢測效率和靈 敏度。另外,為了擴(kuò)大照射范圍,雖然存在著使用擴(kuò)束器等或這使激 光源進(jìn)行掃描動作的方法,但是,不僅激光源自身導(dǎo)致裝置的大型化, 而且擴(kuò)束器或掃描動作機構(gòu)也導(dǎo)致裝置更加大型化。
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的,目的在于,提供一種離子化裝 置,該離子化裝置進(jìn)行EI和PI這兩者,并且,能夠以小型化構(gòu)成,通 過在PI的時侯在廣范圍內(nèi)向試樣分子均勻地照射光,能夠提高檢測效 率和靈敏度。
用于解決上述問題,本發(fā)明的離子化裝置的特征在于,具備具 有用于將試樣分子離子化的離子化空間的離子化室、用于向離子化空 間內(nèi)的試樣分子施加電子轟擊并將該試樣分子離子化的電子源、以及用于向離子化空間內(nèi)的試樣分子照射指向性低于激光的紫外光并將該 試樣分子離子化的光放出單元。
上述的離子化裝置,通過具備電子源、以及照射指向性低于激光 的紫外光的光放出單元,從而能夠進(jìn)行EI和PI這兩者。而且,由于照 射指向性低于激光的紫外光,因而能夠?qū)Ρ粚?dǎo)入到更廣范圍的試樣分 子均勻地照射紫外光。由此,能夠提高檢測效率和靈敏度。
另外,離子化裝置的特征在于,光放出單元是放電管。通過使用 放電管作為光放出單元,與紫外激光源相比,能夠構(gòu)成小型的裝置。
另外,離子化裝置的特征在于,還具備配置在電子源和離子化空 間之間并用于向離子化空間加速來自電子源的電子的第l加速用電極。 由此,能夠很好地加速從電子源放出的電子,有效地向試樣分子施加 電子轟擊。
另外,離子化裝置的特征在于,還具備配置在離子化空間外并用 于捕集在離子化室中因紫外光的照射而產(chǎn)生的電子的電子捕集電極。 如果向離子化室內(nèi)照射紫外光,則通過光電效應(yīng)從電極等的構(gòu)成部件 放出二次電子。于是,如果該二次電子進(jìn)入離子化空間內(nèi),則向試樣
分子施加電子轟擊。本來,PI是僅用于生成因EI中離子化能量過高而
分解且碎片離子化的試樣分子的分子離子(母離子)的優(yōu)選方法,但
是,通過上述的二次電子的EI,試樣分子的一部分變化為碎片離子。 根據(jù)上述的離子化裝置,由于在離子化空間外具備用于捕集在離子化 室中因紫外光的照射而產(chǎn)生的電子(二次電子)的電子捕集電極,因 而抑制了二次電子進(jìn)入離子化空間內(nèi),能夠降低PI中的碎片離子的產(chǎn)
另外,離子化裝置的特征在于,還具備配置在電子捕集電極和離 子化空間之間,并用于向電子捕集電極加速在離子化室中因紫外光的 照射而產(chǎn)生的電子的第2加速用電極。由此,能夠更加有效地抑制二 次電子進(jìn)入離子化空間內(nèi)。另外,在該情況下,優(yōu)選離子化裝置具備 配置在電子源和離子化空間之間,并用于向離子化空間加速來自電子 源的電子的第1加速用電極,并且,該第1加速用電極兼作為第2加 速用電極。由此,由于能夠用更少的部件構(gòu)成裝置,因而能夠抑制裝 置的大型化。另外,離子化裝置的特征在于,電子源包括因來自光放出單元的 紫外光的照射而放出電子的電子放出電極。雖然作為EI用的電子源, 例如有燈絲等,但是通過如此地接受紫外光并放出電子(二次電子) 的電子放出電極,也能夠恰當(dāng)?shù)胤懦鯡I用的電子。
另外,離子化裝置的特征在于,電子放出電極具有底部以及覆蓋 底部的覆蓋部,覆蓋部的二次電子放出效率高于底部的二次電子放出 效率。如此,通過將具有較高的二次電子放出效率的覆蓋部設(shè)在電子 放出電極,能夠更高效地放出EI用的電子。
另外,本發(fā)明的離子化裝置,其特征在于,具備具有用于將試 樣分子離子化的離子化空間的離子化室;用于向離子化空間內(nèi)的試樣 分子照射指向性低于激光的紫外光并將該試樣分子離子化的光放出單 元;配置在離子化空間外,并進(jìn)行因來自光放出單元的紫外光的照射
而放出電子,向離子化空間內(nèi)的試樣分子施加電子轟擊的電子放出動 作,以及捕集因紫外光的照射而在離子化室產(chǎn)生的電子的電子捕集動
作的第1電極;以及配置在第1電極和離子化空間之間的第2電極, 其中,第1電極的電子放出動作和電子捕集動作,按照第1電極和第2 電極的電位關(guān)系進(jìn)行切換。
上述的離子化裝置,具備向試樣分子照射指向性低于激光的紫外 光的光放出單元、以及因來自光放出單元的紫外光的照射而放出電子 的第l電極。由此,能夠同時進(jìn)行EI以及PI這兩者。另外,由于通過 照射指向性低于激光的紫外光的光放出單元,能夠向在更廣范圍被導(dǎo) 入的試樣分子均勻地照射紫外光,因而能夠提高檢測效率和靈敏度。
而且,由于具備第1和第2電極,并且上述的電子放出動作和電 子捕集動作按照第1電極和第2電極的電位關(guān)系進(jìn)行切換,因而能夠 在EI的時候有效地向離子化空間內(nèi)的試樣分子施加電子轟擊(電子放 出動作),同時在PI的時候抑制了二次電子進(jìn)入離子化空間內(nèi),能夠 減少碎片離子的產(chǎn)生(電子捕集動作)。如此,由于通過第1電極能夠 進(jìn)行電子放出動作和電子捕集動作這兩者,因而可以進(jìn)一步使能夠有 效地進(jìn)行PI和EI這兩者的離子化裝置小型化。
另外,離子化裝置的特征在于,光放出單元為電子管。通過使用 放電管作為光放出單元,能夠構(gòu)成小型的裝置。另外,離子化裝置的特征在于, 一邊交替進(jìn)行第1電極的電子放 出動作和電子捕集動作, 一邊控制各個動作的動作時間。由此,即使 是具有時間變化的試樣分子,在考慮了時間變化的影響的同時,也能
夠用相同的計測獲得pi時的分子離子和m時的碎片離子。
另外,離子化裝置的特征在于,還具備向離子化空間整流試樣分 子的整流部件。由此,由于試樣分子的利用效率提高,因而能夠產(chǎn)生 很多的離子。
根據(jù)本發(fā)明,能夠提供一種離子化裝置,該離子化裝置能夠進(jìn)行
ei和pi這兩者,并能夠以小型化構(gòu)成,通過在pi的時候在廣范圍內(nèi)
向試樣分子均勻地照射光,能夠提高檢測效率和靈敏度。
圖1是本發(fā)明的離子化裝置的一個實施方式的構(gòu)成和具備該離子 化裝置的質(zhì)量分析器的構(gòu)成的概略示意圖。
圖2是詳細(xì)地示意離子化裝置的構(gòu)成的立體圖。
圖3是用于說明離子化裝置的動作中燈絲的m動作的圖。
圖4是用于說明離子化裝置的動作中放電管的pi動作的圖。
圖5是用于說明離子化裝置的動作中不使用燈絲放出的熱電子,
僅使用放電管的m動作的圖。
圖6是示意第1變形例涉及的離子化裝置的構(gòu)成的立體圖。 圖7是示意第2變形例涉及的離子化裝置的構(gòu)成的立體圖。 圖8是第3變形例涉及的離子化裝置和具備該離子化裝置的質(zhì)量
分析器的構(gòu)成的示意圖。
圖9是第4變形例涉及的離子化裝置和具備該離子化裝置的質(zhì)量
分析器的構(gòu)成的示意圖。
符號說明
la lc:質(zhì)量分析器
2、 2c、 2d、 8a、 8b:離子化裝置
2a、 9a:離子化室
2b:離子化空間
74:四重極
5:偏轉(zhuǎn)器
6:檢測器
7、 9:框體
8b:離子化裝置
10:分離器
12:整流部件
21、 81:內(nèi)側(cè)電極
22、 82、 84:外側(cè)電極 23a、 23b、 86:燈絲 29、 89:放電管
85:集電極
A:試樣分子 eA:熱電子
eB: 二次電子 IA.-碎片離子 IB:分子離子
具體實施例方式
以下,參照附圖,詳細(xì)地說明本發(fā)明涉及的離子化裝置的優(yōu)選實 施方式。并且,在附圖的說明中,對相同或者相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注相同的 符號,省略重復(fù)的說明。
圖1是本發(fā)明的離子化裝置的一個實施方式涉及的離子化裝置2 的構(gòu)成以及具備該離子化裝置2的質(zhì)量分析器la的構(gòu)成的概略示意 圖。本實施方式的質(zhì)量分析器la是用于分析從外部導(dǎo)入的有機物等的 試樣分子A的裝置,除了具備離子化裝置2之外,還具備四重極4、 偏轉(zhuǎn)器5、檢測器6、以及框體7??蝮w7是能夠保持真空氣氛的容器, 容納離子化裝置2、四重極4、偏轉(zhuǎn)器5、以及檢測器6。
離子化裝置2具備離子化室2a、電子透鏡形成電極28a和28b、 以及放電管29。離子化室2a具有用于將試樣分子A離子化的離子化 空間2b,被配置在質(zhì)量分析器la的試樣導(dǎo)入口附近。電子透鏡形成電極28a和28b是用于向四重極4導(dǎo)入在離子化空間2b內(nèi)產(chǎn)生的離子的 零部件。作為放出指向性低于激光的光的單元的放電管29,是用于將 紫外光(包括真空紫外光)照射于被導(dǎo)入到離子化空間2b內(nèi)的試樣分 子A并將試樣分子A離子化(PI)的部件。作為該放電管29能夠?qū)⒆?外光照射到較寬廣的范圍,優(yōu)選使用例如気燈、準(zhǔn)分子燈、毛細(xì)放電 管、以及微波放電管等,在本實施方式中,從紫外光量的變動較少的 觀點出發(fā),使用所獲得的數(shù)據(jù)的定量性優(yōu)良的氖燈。
離子化室2a還具有內(nèi)側(cè)電極(第2電極)21、外側(cè)電極(第1電 極)22、以及燈絲23a和23b。燈絲23a和23b是用于向離子化空間 2b內(nèi)的試樣分子A施加電子轟擊,將該試樣分子A離子化(EI)的電 子源。燈絲23a和23b經(jīng)由導(dǎo)線26a和26b從離子化裝置2的外部接 受電力供給,并向離子化空間2b內(nèi)放出熱電子。燈絲23a和23b被配 置在離子化空間2b的外部。
外側(cè)電極22是在不希望照射紫外光時的電子轟擊將試樣分子A離 子化時,用于捕集因紫外光的照射而在離子化室2a中產(chǎn)生的二次電子 的電子捕集電極。如果向離子化室內(nèi)照射紫外光,則從內(nèi)側(cè)電極21或 者燈絲23a、 23b等的構(gòu)成部件放出二次電子。外側(cè)電極22捕集如此 產(chǎn)生的二次電子。外側(cè)電極22,在離子化空間2b的外部,被配置于燈 絲23a、 23b的外側(cè)。外側(cè)電極22經(jīng)由導(dǎo)電體27與離子化裝置2的外 部電連接,并將捕集的二次電子送出至離子化裝置2的外部。
另外,外側(cè)電極22在希望照射紫外光時的電子轟擊將試樣分子A 的離子化時,作為因來自放電管29的紫外光的照射而放出二次電子的 電子放出電極。即,作為用于向試樣分子A施加電子轟擊的電子,除 了能夠利用來自燈絲23a、 23b的熱電子之外,還可以利用因紫外光的 照射而從外側(cè)電極22或者燈絲23a、 23b等的構(gòu)成部件產(chǎn)生的二次電 子。在相對于試樣分子A僅進(jìn)行PI的情況下,雖然優(yōu)選如上所述地從 離子化空間2b排除二次電子,但是在相對于試樣分子A同時進(jìn)行PI 以及EI這兩著的雙方的情況下,反而可以向離子化空間2b供給二次 電子。通過電子放出電極(外側(cè)電極22或者燈絲23a、 23b)放出二次 電子,能夠向離子化空間2b提供更多的電子。并且,這種電子放出電 極中,優(yōu)選外側(cè)電極22具有主要用于確保導(dǎo)電性的底部、以及覆蓋底部且二次電子放出效率高于底部的覆蓋部。由此,能夠更加高效率地 放出二次電子。作為二次電子放出效率高的覆蓋部的材料,優(yōu)選例如 金、鎳以及氧化鎂等。
內(nèi)側(cè)電極21是兼作為第1加速用電極和第2加速用電極的電極。 第1加速用電極在希望電子轟擊將試樣分子A離子化時,用于使從燈 絲23a和23b放出的熱電子或者因紫外光的照射而產(chǎn)生的二次電子向 離子化空間2b加速,第2加速用電極在不希望照射紫外光時的電子轟 擊將試樣分子A離子化時,用于使在離子化室2a中因紫外光的照射而 產(chǎn)生的二次電子向外側(cè)電極22加速。內(nèi)側(cè)電極21被配置在燈絲23a、 23b以及外側(cè)電極22和離子化空間2b之間。內(nèi)側(cè)電極21形成為例如 網(wǎng)狀或者具有開口的形狀,使得向著離子化空間2b的試樣分子A、熱 電子、以及二次電子能夠通過。內(nèi)側(cè)電極21從離子化裝置2的外部接 受電壓供給。內(nèi)側(cè)電極21,在使來自燈絲23a、 23b的熱電子或者來自 燈絲23a、 23b以及外側(cè)電極22的二次電子向離子化空間2b加速的情 況下,保持在比燈絲23a、 23b以及外側(cè)電極22高的電位。另外,內(nèi) 側(cè)電極21,在使離子化室2a中所產(chǎn)生的二次電子向外側(cè)電極22加速 的情況下,保持在比外側(cè)電極22低的電位。
四重極4是用于選擇性地僅取出從離子化裝置2射出的離子中具 有特定的質(zhì)量/電荷比的離子的部分。四重極4由并列配置的一對棒狀 電極41a和41b以及一對棒狀電極42a和42b以彼此的并列配置方向 交叉的方式配置而成。通過向各棒狀電極41a、 41b、 42a、以及42b施 加滿足某種條件的電壓(直流電壓和交流電壓疊加的電壓),使得只有 具有與該電壓條件相對應(yīng)的質(zhì)量/電荷比的離子能夠通過各個棒狀電極 41a、 41b、 42a、以及42b之間。
偏轉(zhuǎn)器5是用于向檢測器6變更通過四重極4的離子的行進(jìn)方向 的部件,被配置在四重極4的后段。另外,檢測器6是用于檢測通過 四重極4的離子的部件,產(chǎn)生與離子的個數(shù)相對應(yīng)的電流。
圖2是詳細(xì)地示意本實施方式的離子化裝置2的構(gòu)成的立體圖。 并且,在圖2中省略了離子化室2a以及放電管29的圖示。
本實施方式的外側(cè)電極22通過導(dǎo)線被編織成網(wǎng)狀而構(gòu)成。外側(cè)電 極22以包圍內(nèi)側(cè)電極21的方式配置,形成為沿著某中心軸的圓筒狀(籠狀)。在外側(cè)電極22的一端,導(dǎo)線被編織成網(wǎng)狀,因而閉合,在
另一端固定有圓筒環(huán)狀的外側(cè)導(dǎo)電體27,通過連接于外側(cè)導(dǎo)電體27
的導(dǎo)線(圖中未顯示)而施加規(guī)定的電壓。
另外,內(nèi)側(cè)電極21由導(dǎo)線纏繞成螺旋狀而形成,形成為沿著與外 側(cè)電極22相同的中心軸的圓筒狀。而且,筒狀的內(nèi)側(cè)電極21的內(nèi)側(cè) 成為離子化空間2b (圖1)。內(nèi)側(cè)電極21的一端被固定于圓筒環(huán)狀的 內(nèi)側(cè)導(dǎo)電體29,通過連接于內(nèi)側(cè)導(dǎo)電體29的導(dǎo)線(圖中未顯示)而施 加規(guī)定的電壓。在與內(nèi)側(cè)電極21相對應(yīng)的內(nèi)側(cè)導(dǎo)電體29的部分形成 有開口 29a,在離子化空間2b內(nèi)生成的離子通過開口 29a被取出至電 子透鏡形成電極28a和28b側(cè)。
燈絲23a和23b被配置在內(nèi)側(cè)電極21和外側(cè)電極22之間,沿著 內(nèi)側(cè)電極21和外側(cè)電極22的中心軸延伸。燈絲23a和23b的一端經(jīng) 由配置在外側(cè)電極22的外部的導(dǎo)線26a和26b與離子化裝置2的外部 (例如電源裝置的電源端子)電連接。另外,燈絲23a和23b的另一 端是電連接于配置在內(nèi)側(cè)電極21和外側(cè)電極22之間的導(dǎo)線24的一端。 導(dǎo)線24的另一端經(jīng)由配置在外側(cè)電極22的外部的導(dǎo)線26c與離子化 裝置2的外部(例如電源裝置的接地端子)電連接。并且,絕緣材25a 25c 將導(dǎo)線26a 26c和外側(cè)電極22互相絕緣。
電子透鏡形成電極28a和28b配置在圓板狀的導(dǎo)電體27的背側(cè)(與 設(shè)有外側(cè)電極22的一側(cè)相反的另一側(cè))。電子透鏡形成電極28a和28b 在內(nèi)側(cè)電極21以及外側(cè)電極22的中心軸方向上并列配置,形成為以 該中心軸為中心的圓板狀。另外,電子透鏡形成電極28a和28b分別 具有用于使離子化的試樣分子A通過的連通的開口。電子透鏡形成電 極28a和28b通過施加規(guī)定的電壓,形成從離子化空間2b向四重極4 引出離子的電場。
對具有以上的構(gòu)成的離子化裝置2的動作(燈絲23a和23b的EI 動作、放電管29的PI動作、以及放電管29的EI動作)進(jìn)行說明。并 且,在各個動作中,首先,試樣分子A被取入至離子化裝置2。然后, 試樣分子A通過外側(cè)電極22和內(nèi)側(cè)電極21被導(dǎo)入至離子化空間2b。 這時,作為試樣分子A的物質(zhì),有時該物質(zhì)單獨地被取入,有時與氮 氣等運載氣體一起被取入。(燈絲23a和23b的EI動作)
圖3是用于說明離子化裝置2的動作中燈絲23a和23b的EI動作 的圖。在EI動作中,燈絲23a和23b經(jīng)由導(dǎo)線26a和26b接受電力供 給,放出熱電子eA。這時,內(nèi)側(cè)電極21的電位V1、外側(cè)電極22的電 位V2、以及燈絲23a和23b的電位V3,滿足V1>V3 ^ V2的關(guān)系。所 以,熱電子eA形成于內(nèi)側(cè)電極21和燈絲23a、 23b之間(內(nèi)側(cè)電極21 和外側(cè)電極22之間)的電場加速,并通過內(nèi)側(cè)電極21,到達(dá)離子化空 間2b。
如果熱電子eA到達(dá)離子化空間2b,則熱電子eA轟擊試樣分子A。 而且,在該電子轟擊將試樣分子A離子化的同時,試樣分子A的分子 內(nèi)的結(jié)合斷開,產(chǎn)生碎片離子U。碎片離子U被電子透鏡形成電極28a 和28b向四重極4 (圖1)加速。
并且,由于EI動作中的上述電場也能夠抑制熱電子eA從外側(cè)電極 22向外部飛出,因而能夠抑制熱電子eA在外側(cè)電極22的外部可能引 起的各種的問題,例如構(gòu)成部件帶電等的問題。另外,此時,如果同 時進(jìn)行后述的放電管29的PI動作,則產(chǎn)生的分子離子lB通常被熱電 子eA以及因紫外光照射而產(chǎn)生的二次電子eB進(jìn)一步分解為碎片離子 IA,但是,通過調(diào)整熱電子eA的放出和因紫外光照射而產(chǎn)生的二次電 子eB的放出效率,也能夠同時檢測碎片離子U和分子離子lB,并調(diào)整 其產(chǎn)生比。由此,能夠同時獲得例如分子量和官能團(tuán)等與定性分析有 關(guān)的數(shù)據(jù)。
(放電管29的PI動作)
圖4是用于說明離子化裝置2的動作中放電管29的PI動作的圖。 在PI動作中,通過放電管29從離子化裝置2的外部接受電源供給, 從而向離子化空間2b照射紫外光。由此,試樣分子A離子化,產(chǎn)生分 子離子(母離子)Ib。分子離子lB被電子透鏡形成電極28a和28b導(dǎo) 入到四重極4 (圖1)。
另外,如果從放電管29照射紫外光,則通過光電效應(yīng)從內(nèi)側(cè)電極 21和燈絲23a、 23b放出二次電子eB。 二次電子eB被外側(cè)電極22捕集。 即,這時的內(nèi)側(cè)電極21的電位VI和外側(cè)電極22的電位V2的關(guān)系滿 足V1^V2。在VKV2的情況下,在內(nèi)側(cè)電極21和外側(cè)電極22之間形成與EI動作的情況相反的電場。該電場使得二次電子eB向外側(cè)電極22加速。如此,二次電子eB被抑制進(jìn)入離子化空間2b,在外側(cè)電極 22被捕集(電子捕集動作)。由于二次電子eB在外側(cè)電極22被捕集, 因而能夠抑制二次電子eB在離子化空間2b外部可能引起的各種的問 題,例如構(gòu)成部件帶電等的問題。另一方面,在V^V2的情況下,由 于二次電子eB只是以初速飛行,大多達(dá)不到能夠進(jìn)行EI動作的能量, 因而對分子離子IB的影響依然較少。但是,二次電子eB有可能以初速 到達(dá)離子化空間2b,與分子離子lB反應(yīng),從而有可能降低分子寓子Ib 的量。(放電管29的EI動作)圖5是用于說明離子化裝置2的動作中不使用燈絲23a和23b放 出的熱電子,僅使用放電管29的EI動作的圖。在EI動作中,放電管 29向離子化空間2b照射紫外光。由此,通過光電效應(yīng)從外側(cè)電極22 和燈絲23a、 23b放出二次電子eB (電子放出動作)。在本動作中,與上述的PI動作不同,內(nèi)側(cè)電極21的電位V1和外 側(cè)電極22的電位V2的關(guān)系為V1>V2。另外,在以電位V3維持相對 于燈絲23a和23b的通電的情況下,滿足V1〉V3^V2的關(guān)系。此外, 電位V1和電位V2 (V3)之間的電位差例如為30V 70V。由此,在內(nèi) 側(cè)電極21和外側(cè)電極22之間形成有與燈絲23a和23b的EI動作的情 況相同的電場。所以,二次電子eB向離子化空間2b加速,轟擊試樣分 子A。于是,通過該電子轟擊從試樣分子A產(chǎn)生碎片離子U。這樣, 在離子化空間2b內(nèi)產(chǎn)生的碎片離子U被電子透鏡形成電極28a和28b 導(dǎo)入到四重極4 (圖1)。另外,通過在滿足V1〉V2的關(guān)系的同時, 調(diào)整電位差,改變該二次電子eB的加速電壓,能夠不只產(chǎn)生碎片離子 IA,也產(chǎn)生分子離子IB。艮卩,如果增大V1和V2的電位差即加速電壓, 那么,能夠增加碎片離子IA,反過來,如果減小電位差,那么,能夠 増加分子寓子Ib。此外,在該放電管29的EI動作中,由于燈絲23a、 23b僅作為基 于紫外光照射的二次電子放出源而起作用,因而如果通過外側(cè)電極22 等獲得充分的二次電子量,那么可以沒有燈絲23a、 23b。另一方面, 也可以在從外側(cè)電極22或燈絲23a、 23b放出二次電子eB的同時,從燈絲23a、 23b放出熱電子。另外,基于紫外光的照射的試樣分子A的 PI也同時進(jìn)行,雖然產(chǎn)生的分子離子lB通常被二次電子ee進(jìn)一步分解 為碎片離子lA,但是,通過調(diào)整基于紫外光照射的二次電子eB的放出 率和其加速電壓,也能夠同時檢測碎片離子Ia和分子寓子Ib (EI PI 同時動作),調(diào)整其產(chǎn)生比。由此,能夠同時獲得例如分子量以及官能 團(tuán)等的與定性分析有關(guān)的數(shù)據(jù)。
以上雖然以分別進(jìn)行各個動作的情況為前提,但是也可以以規(guī)定 的時間間隔交替進(jìn)行PI動作以及EI動作(包括同時產(chǎn)生碎片離子IA 以及分子寓子Ib的情況)。例如,在測量試樣的經(jīng)時變化時,在其經(jīng)時 變化的時間內(nèi)以PI動作(或者EI動作)測量,接著,在先前的動作時 間內(nèi)同樣地以EI動作(或者PI動作)測量另外準(zhǔn)備的相同試樣,這種 情況下,兩次測量之間的試樣環(huán)境有可能不相同,這時,難以將分子 離子和碎片離子的各自的經(jīng)時變化的信息作為相同條件下的變化進(jìn)行 對待。相對于此,在經(jīng)時變化的時間內(nèi)以較短的時間間隔交替重復(fù), 測量各個動作的情況下,在其時間內(nèi)的試樣的變化極小,通過各個動 作求出的分子離子或者碎片離子被認(rèn)為是相同環(huán)境條件下的同一個試 樣的信息。此外,在該情況下,優(yōu)選離子化裝置2還具備控制向放電 管29或者燈絲23a、 23b施加的電源電壓以及向外側(cè)電極22 (或者內(nèi) 側(cè)電極21)施加的電壓的控制部(圖中未顯示),并由該控制部一邊控 制PI動作時間以及EI動作時間, 一邊交替進(jìn)行這些動作。
對以上說明的本實施方式涉及的離子化裝置2的效果進(jìn)行說明。 本實施方式的離子化裝置2,由于具備發(fā)出熱電子eA的燈絲23a、 23b 和發(fā)出二次電子eB的電子放出電極(在本實施方式中,由外側(cè)電極22 或者燈絲23a、 23b兼任)的所謂電子源、以及指向性低于激光的光放 出單元即放電管29,因而能夠進(jìn)行EI和PI這兩者。而且,放電管29 由于指向性低于激光,因而與激光源相比,能夠?qū)Ρ粚?dǎo)入到更廣范圍 內(nèi)的試樣分子A均勻地照射紫外光。由此,能夠提高檢測效率和靈敏 度。另外,由于使用放電管29作為光放出單元,因而與紫外激光源相 比,能夠構(gòu)成小型的裝置。另外,由于大范圍地照射紫外光,所以, 即使導(dǎo)入的試樣分子的空間分布不均勻,也能夠獲取可靠的離子化和 試樣分子的平均信息,另外,也能夠降低離子化的試樣分子在非照射區(qū)域內(nèi)與中性分子等發(fā)生反應(yīng)的可能性。
另外,優(yōu)選像本實施方式那樣,離子化裝置2具備配置在電子源 和離子化空間2b之間的內(nèi)側(cè)電極21,在EI動作的時候,從電子源放
出的電子(熱電子eA和二次電子eB)向離子化空間2b加速。由此, 能夠有效地向試樣分子A施加電子轟擊。
另外,優(yōu)選像本實施方式那樣,離子化裝置2具備作為配置在離 子化空間2b外的電子捕集電極的外側(cè)電極22。如上所述,如果向離子 化室2a內(nèi)照射紫外光,則通過光電效應(yīng)從燈絲23a、 23b或者內(nèi)側(cè)電 極21等構(gòu)成部件放出二次電子eB。于是,在PI動作的時候,如果該 二次電子ee進(jìn)入離子化空間2b內(nèi),則向試樣分子A施加電子轟擊。 本來,PI是僅用于生成那些因EI中的離子化能量過高而分解且碎片離 子化的試樣分子A的分子離子IB的優(yōu)選方法,因而在PI中優(yōu)選盡可能 不生成碎片離子U。可是,如果如上所述由二次電子eB向試樣分子A 施加電子轟擊,則試樣分子A變化為碎片離子U。
與此相對的是,本實施方式的離子化裝置2中,由外側(cè)電極22能 夠捕集因紫外光照射而產(chǎn)生的二次電子eB。由此,能夠抑制二次電子 eB進(jìn)入離子化空間2b內(nèi),減少PI動作中的碎片離子IA的產(chǎn)生。
另外,優(yōu)選像本實施方式那樣,離子化裝置2具備配置在外側(cè)電 極22和離子化空間2b之間的內(nèi)側(cè)電極21,在PI動作的時候,因紫外 光的照射而產(chǎn)生的二次電子eB向外側(cè)電極22加速。由此,能夠更加有 效地抑制二次電子eB進(jìn)入離子化空間2b內(nèi)。
另外,優(yōu)選像本實施方式那樣,離子化裝置2的電子源含有作為 因來自放電管29的紫外光的照射而放出二次電子eB的電子放出電極的 外側(cè)電極22。由此,在放電管29的EI動作中,能夠有效地施加電子 轟擊。
另外,優(yōu)選像本實施方式那樣,離子化裝置2具備外側(cè)電極(第1 電極)22以及內(nèi)側(cè)電極(第2電極)21,在外側(cè)電極22上的電子放出 動作以及電子捕集動作按照外側(cè)電極22的電位V2和內(nèi)側(cè)電極21的電 位V1的關(guān)系進(jìn)行切換。由此,由于外側(cè)電極22使得電子放出動作以 及電子捕集動作這兩者成為了可能,因而能夠進(jìn)一步使可以有效地進(jìn) 行PI以及EI這兩者的離子化裝置2小型化。此外,如果將放電管29配置在外側(cè)電極22的內(nèi)側(cè),則由外側(cè)電
極22或者內(nèi)側(cè)電極21形成的電場有時受到影響,另外,在基于紫外 光照射的EI動作的時候,由于能夠利用外側(cè)電極22作為二次電子放 出源的面積減少,因而二次電子放出量減少。所以,優(yōu)選像本實施方 式那樣,將放電管29配置在外側(cè)電極22的外側(cè)。另外,為了擴(kuò)大紫 外光的照射區(qū)域,優(yōu)選放電管29在一定程度上離開離子化空間2b配 置。另外,在考慮了放電管29的放熱性的情況下,優(yōu)選放電管29的 一部分從框體7向外部露出。尤其是在放電管29的插口等供電部分上 有時使用樹脂制部件,如果將樹脂制零部件配置在框體7內(nèi),則有可 能因從樹脂放出的氣體而影響分析結(jié)果。所以,優(yōu)選至少將樹脂制的 供電部件配置在框體7的外部。
另外,在本實施方式中,離子化裝置2雖然具備一個放電管29, 但是,也可以具備多個放電管29。在這種情況下,通過配備多個相同 特性的放電管29,因而可以提高照射強度,并且,通過使各個放電管 29的照射波長區(qū)域互不相同,可以向試樣分子A施加不同的離子化能 量。尤其是在分析對象的試樣包含多種試樣分子A (試樣分子群)的 情況下,如果各個放電管29的照射波長區(qū)域互不相同,那么,通過按 照分析對象的各個試樣分子A所具有的電離勢切換照射波長區(qū)域,能 夠恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行特定試樣分子A的離子化。 (第l變形例)
圖6是示意上述實施方式的第1變形例涉及的離子化裝置8a的構(gòu) 成的立體圖。本實施方式是不使用燈絲等作為電子源,僅僅通過作為 光發(fā)出單元的放電管使EI動作、PI動作以及EI PI同時動作成為可 能的離子化裝置的一個示例。參照圖6可知,本變形例涉及的離子化 裝置8a具備內(nèi)側(cè)電極81、外側(cè)電極82、離子化室加熱用加熱器83、 電子透鏡形成電極88a 88c、放電管89、以及容納這些構(gòu)成要素的離 子化室(圖中未顯示)。
外側(cè)電極82是本實施方式中的電子捕集電極以及電子放出電極, 起著與第i實施方式的外側(cè)電極22同樣的作用。外側(cè)電極82由網(wǎng)狀 的導(dǎo)電體構(gòu)成,形成為在除了與電子透鏡形成電極88a 88c相對的面 之外的其他的面上配置有該網(wǎng)狀的導(dǎo)電體的長方體的箱狀。外側(cè)電極
1682的內(nèi)部成為有空洞,內(nèi)側(cè)電極81配置在外側(cè)電極82的內(nèi)部。外側(cè) 電極82具有互相相對的網(wǎng)狀的一對側(cè)面構(gòu)件82a和82b、以與其相垂 直的方式配置的互相相對的網(wǎng)狀的一對側(cè)面構(gòu)件82d和82e、以及網(wǎng)狀 的上面構(gòu)件82c。另外,內(nèi)側(cè)電極81是本實施方式中的第1和第2加 速用電極,起著與第1實施方式的內(nèi)側(cè)電極21相同的作用。內(nèi)側(cè)電極 81成形為網(wǎng)狀的導(dǎo)電體配置在除了與電子透鏡形成電極88a 88c相對 的面的其他面上的長方體的箱狀,內(nèi)側(cè)電極81的內(nèi)側(cè)成為離子化空間。
試樣分子A從側(cè)面構(gòu)件82a 82e被導(dǎo)入和排出。另外,放電管89 設(shè)置在側(cè)面構(gòu)件82a和82b (側(cè)面構(gòu)件82d和82e)中的至少一方的側(cè) 面,在本實施方式中,從放電管89經(jīng)由側(cè)面構(gòu)件82a向內(nèi)側(cè)電極81 內(nèi)的離子化空間照射紫外光。另外,離子化室加熱用加熱器83設(shè)置在 上面構(gòu)件82c的上方,作為加熱器加熱離子化室內(nèi)的各個電極。
電子透鏡形成電極88a 88c沿著與外側(cè)電極82上的上面構(gòu)件82c 相對的面配置。電子透鏡形成電極88a 88c形成為圓板狀,沿著與上 面構(gòu)件82c交叉的方向并列配置。另外,電子透鏡形成電極88a 88c 分別具有用于使離子化的試樣分子A通過的連通的開口 (例如,電子 透鏡形成電極88a的開口 88d)。通過向電子透鏡形成電極88a 88c施 加規(guī)定的電壓,從而形成從離子化空間向四重極4 (參照圖l)引出離 子的電場。
通過本變形例的離子化裝置8a的構(gòu)成,能夠很好地獲得與上述實 施方式的離子化裝置2相同的效果。此外,由于本變形例中的離子化 裝置8a的動作(EI動作、PI動作、以及EI PI同時動作)與上述實 施方式相同,因而省略詳細(xì)的說明。
在本變形例中,雖然將外側(cè)電極82的整個面形成為網(wǎng)狀,但是可 以限定導(dǎo)入試樣分子A和紫外光的面,可以由板狀部件構(gòu)成其他的面。 例如,在僅將側(cè)面構(gòu)件82a制成為網(wǎng)狀,其他面制成板狀部件的情況 下,能夠增加基于紫外光的照射的來自外側(cè)電極82的二次電子放出量, 能夠在EI動作以及EI PI同時動作中更加有效地向試樣分子A施加 電子轟擊。另外,在這種情況下,也可以在板狀的面的一部分上開口, 用于試樣的排出。另外,也可以由導(dǎo)入試樣分子A和紫外光所必需的 區(qū)域為網(wǎng)狀部件的板狀部件形成構(gòu)成外側(cè)電極82的一面。由此,能夠均衡地實現(xiàn)試樣分子A和紫外光的導(dǎo)入以及二次電子放出的增大。 (第2變形例)
圖7是示意上述實施方式的第2變形例涉及的離子化裝置8b的構(gòu) 成的立體圖。參照圖7可知,本變形例涉及的離子化裝置8b具備內(nèi)側(cè) 電極81、外側(cè)電極84、集電極85、燈絲86、電子透鏡形成電極88a 88c、 放電管89、以及容納這些構(gòu)成要素的離子化室(圖中未顯示)。此外, 其中的內(nèi)側(cè)電極81和電子透鏡形成電極88a 88c的構(gòu)成及作用與上述 第l變形例相同。
本變形例的外側(cè)電極84形成為沒有電子透鏡形成電極88a 88c側(cè) 面的長方體的箱狀。外側(cè)電極84的內(nèi)部成為空洞,內(nèi)側(cè)電極81配置 在外側(cè)電極84的內(nèi)部。外側(cè)電極84具有在互相相對的一對側(cè)面上形 成的試樣導(dǎo)入口 84a和84b。另外,外側(cè)電極84具有在與形成有試樣 導(dǎo)入口 84a和84b的一對側(cè)面不同的另外一對側(cè)面上形成的電子通過 口 84c禾B 84d。此外,試樣導(dǎo)入口 84a和84b、電子通過口 84c和84d 也可以為網(wǎng)狀。
試樣分子A從試樣導(dǎo)入口 84a 84d被導(dǎo)入和排出。放電管89設(shè)置 在試樣導(dǎo)入口 84a的側(cè)方,從放電管89通過試樣導(dǎo)入口 84a向內(nèi)側(cè)電 極81內(nèi)的離子化空間照射紫外光。燈絲86配置在電子通過口 84c的 側(cè)方。集電極85配置在電子通過口 84d的側(cè)方。熱電子eA通過電子通 過口84c,被導(dǎo)入到內(nèi)側(cè)電極81內(nèi)的離子化空間。不向試樣分子A施 加電子轟擊,而是通過離子化空間的熱電子eA,在其后通過電子通過 口 84d,被集電極85收集。
通過本變形例的離子化裝置8b的構(gòu)成,也能夠很好地獲得與上述 實施方式的離子化裝置2相同的效果。另外,根據(jù)本變形例的離子化 裝置8b,由于與上述第1變形例相比,能夠增大外側(cè)電極84的面積, 因而能夠進(jìn)一步增大基于真空紫外光VUV的照射的來自外側(cè)電極84 的二次電子放出量。 (第3變形例)
圖8是上述實施方式的第3變形例涉及的離子化裝置2c以及具備 離子化裝置2c的質(zhì)量分析器lb的構(gòu)成示意圖。上述實施方式和本變 形例的不同點是質(zhì)量分析器lb的框體的形狀。g卩,本變形例的框體9具有離子化室9a、試樣分析室9c、設(shè)在離子化室9a和試樣分析室9c 之間的調(diào)整室9b。
離子化室9a構(gòu)成離子化裝置2c的一部分。g卩,離子化裝置2c的 內(nèi)側(cè)電極21、外側(cè)電極22、燈絲23a和23b、以及電子透鏡形成電極 28a和28b配置在離子化室9a內(nèi)。而且,經(jīng)由設(shè)在離子化室9a的試樣 導(dǎo)入口 9d向離子化室9a的內(nèi)部導(dǎo)入試樣分子A。由試樣導(dǎo)入口 9d限 制試樣導(dǎo)入部,并且通過在離子化空間2b附近導(dǎo)入,能夠?qū)?dǎo)入試樣 A更加集中導(dǎo)入到離子化空間2b的內(nèi)部,更加高效率地進(jìn)行離子化。 在離子化裝置2c進(jìn)行EI動作或者EI PI同時動作的時候,離子化室 9a內(nèi)部的壓力被保持為真空。另外,在離子化裝置2c進(jìn)行PI動作的 時候,通過對離子化室9a、調(diào)整室9b、以及試樣分析室9c進(jìn)行壓差 排氣,從而能夠?qū)㈦x子化室9a在大氣壓或者大氣壓程度下解放出來。
在調(diào)整室9b設(shè)置有分離器10。分離器10對應(yīng)于離子化裝置2c的 電子透鏡形成電極28a和28b的開口而配置,保持離子化室9a和試樣 分析室9c之間的壓差。另外,在試樣分析室9c內(nèi)配置有四重極4、偏 轉(zhuǎn)器5、檢測器6、以及電子透鏡形成電極11。電子透鏡形成電極11 配置在調(diào)整室9b的分離器10和四重極4之間,將通過分離器10的離 子向四重極4聚集。
在m動作或者m pi動作的情況下,由于由熱電子或者二次電子
向試樣分子A施加電子轟擊,因而離子化室9a內(nèi)有必要保持真空。另 一方面,在PI動作的情況下,試樣分子A由來自放電管29的紫外光 離子化,因而在大氣壓下可以進(jìn)行動作。但是,在這種情況下,為了 保持試樣分析室9c的真空,優(yōu)選在不僅進(jìn)行試樣分析室9c的排氣, 還在離子化室9a或調(diào)整室9b中進(jìn)行排氣,像本變形例那樣,通過設(shè) 置用于隔離離子化裝置2c的離子化室9a和試樣分析室9c,保持兩室 的壓差的機構(gòu),能夠更好地保持試樣分析室9c的真空。此外,在排放 離子化室9a內(nèi)的剩余試樣的時候,也可以利用調(diào)整室9b中的排放, 或者也可以在離子化室9a設(shè)置試樣排放用的其他開口 。 (第4變形例)
圖9是上述實施方式的第4變形例涉及的離子化裝置2d、以及具 備該離子化裝置2d的質(zhì)量分析器lc的構(gòu)成示意圖。上述實施方式和變形例的不同點是整流部件的有無。即,本變形例的離子化裝置2d具 備用于高效地導(dǎo)入試樣分子A的整流部材12。本變形例的整流部件12形成為圓錐臺狀且筒狀,其一端和另一端分別成為試樣導(dǎo)入口 12a和試樣排出口 12b。試樣排出口 12b比試樣導(dǎo) 入口12a狹窄,向著離子化空間2b配置。從試樣導(dǎo)入口 12a導(dǎo)入的試 樣分子A被整流部件12整流,向著離子化空間2b被高效地被導(dǎo)入。 優(yōu)選離子化裝置2d具備本變形例中的整流部件12。由此,由于試樣分 子A的利用效率升高,因而能夠產(chǎn)生更多的離子。本發(fā)明的離子化裝置并不限于上述的實施方式以及變形例,在其 他方面能夠進(jìn)行各種變形。例如,在上述實施方式中,雖然外側(cè)電極 兼作為因來自放電管的紫外光的照射而放出電子的電子放出電極和電 子捕集電極,但是,可以單獨設(shè)置電子放出電極和電子捕集電極。另 外,可以具有多個加速用電極,這些可以兼作為電子捕集電極或者電 子放出電極。另外,也可以使用冷陰極作為電子源。另外,作為光放 出單元,并不限于放電管,可以是能夠照射指向性低于激光的紫外光 的紫外光源,例如,可以是向靶或氣體等轟擊來自電子束管的電子線, 放出紫外光的紫外光源。
權(quán)利要求
1.一種離子化裝置,其特征在于,具備具有用于將試樣分子離子化的離子化空間的離子化室、用于向所述離子化空間內(nèi)的所述試樣分子施加電子轟擊并將該試樣分子離子化的電子源、以及用于向所述離子空間內(nèi)的所述試樣分子照射指向性低于激光的紫外光并將該試樣分子離子化的光放出單元。
2. 如權(quán)利要求1所述的離子化裝置,其特征在于, 所述光放出單元是放電管。
3. 如權(quán)利要求1或者2所述的離子化裝置,其特征在于, 還具備配置在所述電子源和所述離子化空間之間并用于向所述離子化空間加速來自所述電子源的電子的第1加速用電極。
4. 如權(quán)利要求1 3中任意一項所述的離子化裝置,其特征在于, 還具備被配置在所述離子化空間外并用于捕集在所述離子化室中因所述紫外光的照射而產(chǎn)生的電子的電子捕集電極。
5. 如權(quán)利要求4所述的離子化裝置,其特征在于, 還具備配置在所述電子捕集電極和所述離子化空間之間并用于向所述電子捕集電極加速在所述離子化室中因所述紫外光的照射而產(chǎn)生 的電子的第2加速用電極。
6. 如權(quán)利要求5所述的離子化裝置,其特征在于, 具備配置在所述電子源和所述離子化空間之間并用于向所述離子空間加速來自所述電子源的電子的第1加速用電極,并且,該第1加 速用電極兼作為所述第2加速用電極。
7. 如權(quán)利要求1 6中任意一項所述的離子化裝置,其特征在于,所述電子源包括因來自所述光放出單元的所述紫外光的照射而放 出電子的電子放出電極。
8. 如權(quán)利要求7所述的離子化裝置,其特征在于, 所述電子放出電極具有底部和覆蓋該底部的覆蓋部,所述覆蓋部的二次電子放出效率高于所述底部的二次電子放出效率。
9. 一種離子化裝置,其特征在于,具備具有用于將試樣分子離子化的離子化空間的離子化室;用于向所述離子化空間內(nèi)的所述試樣分子照射指向性低于激光的紫外光,并將該試樣分子離子化的光放出單元;配置在所述離子化空間外,并進(jìn)行因來自所述光放出單元的紫外 光的照射而放出電子,向所述離子化空間內(nèi)的試樣分子施加電子轟擊 的電子放出動作,以及捕集因所述紫外光的照射而在所述離子化室中 產(chǎn)生的電子的電子捕集動作的第1電極;以及配置在所述第1電極和所述離子化空間之間的第2電極,其中,所述第1電極的所述電子放出動作和所述電子捕集動作,按照所 述第1電極和所述第2電極的電位關(guān)系進(jìn)行切換。
10. 如權(quán)利要求9所述的離子化裝置,其特征在于, 所述光放出單元是放電管。
11. 如權(quán)利要求9或者IO所述的離子化裝置,其特征在于, 一邊交替進(jìn)行所述第1電極的所述電子放出動作和所述電子捕集動作, 一邊控制各個動作的動作時間。
12. 如權(quán)利要求1 11中任意一項所述的離子化裝置,其特征在于, 還具備向著所述離子化空間整流所述試樣分子的整流部件。
全文摘要
離子化裝置(2),具備具有用于將試樣分子(A)離子化的離子化空間(2b)的離子化室(2a)、用于向離子化空間(2b)內(nèi)的試樣分子(A)施加電子轟擊并將試樣分子(A)離子化的燈絲(23a、23b)、以及用于向離子化空間(2b)內(nèi)的試樣分子(A)照射紫外光并將試樣分子(A)離子化的放電管(29)。
文檔編號H01J49/06GK101405828SQ20078000945
公開日2009年4月8日 申請日期2007年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者大竹智士, 有井忠, 松浦惠樹, 高田義博 申請人:浜松光子學(xué)株式會社;株式會社理學(xué)