專利名稱：質(zhì)量分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種質(zhì)量分析裝置，更詳細(xì)地說涉及一種在質(zhì)量分析裝置中用于向后 級輸送離子的離子光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在質(zhì)量分析裝置中，為了使從前級發(fā)送過來的離子聚集并根據(jù)情況加速地送至后 級的例如四極質(zhì)量過濾器(四重極質(zhì)量7 O夕)等質(zhì)量分析器中，使用一種也被稱為離 子透鏡、離子導(dǎo)向器的離子光學(xué)系統(tǒng)。作為這樣的離子光學(xué)系統(tǒng)之一，以往利用了四極、八 極等多極桿型(多重極口 , K型)結(jié)構(gòu)。另外，在經(jīng)常被用作將離子根據(jù)質(zhì)量進(jìn)行分離的 質(zhì)量分析器的四極質(zhì)量過濾器中，有時(shí)為了順利地向四極桿電極主體導(dǎo)入離子，在該主體 的前級配置較短的前桿電極(π ” K電極)。另外，有時(shí)為了避免由于四極桿電極的 后端部處的電場的紊亂所引起的離子行進(jìn)的紊亂，在四極桿電極主體的后級配置較短的后 桿電極(# 7卜π 7 K電極)。這些前桿電極、后桿電極也是離子光學(xué)系統(tǒng)的一種。圖15的(A)是普通的四極桿型離子導(dǎo)向器710的概要立體圖，圖15的(B)是與 該離子導(dǎo)向器710的離子光軸C相正交的χ-y面內(nèi)的俯視圖。該離子導(dǎo)向器710具有將圓 柱形狀的四個(gè)桿電極711 714相互平行地配置成圍繞離子光軸C的結(jié)構(gòu)。一般，如圖15 的(B)中所示那樣，對夾持離子光軸C而相對置的兩個(gè)成對的桿電極711、713施加高頻電 壓V ^os ω t，對在離子光軸C的周圍相鄰的其它兩個(gè)成對的桿電極712、714施加振幅與之 前的高頻電壓V ^coscot相同且相位偏移了 180°的(也就是說，極性反轉(zhuǎn)后的)高頻電 壓V · cos (cot+π) = -V .cos cot。通過這樣施加的高頻電壓士V · cos cot，在由四個(gè)桿電 極711 714包圍的空間中形成四極高頻電場，能夠在該電場中使離子振動(dòng)并且聚集在離 子光軸C附近的同時(shí)輸送至后級。圖16是與八極桿型離子導(dǎo)向器720的離子光軸C相正交的χ-y面內(nèi)的俯視圖。將 圓柱形狀的八個(gè)桿電極721 728以與內(nèi)接圓筒A相切的方式在離子光軸C周圍以相同的 角度間隔進(jìn)行配置。施加到各桿電極721 728的高頻電壓與四極的情況相同，對夾持離 子光軸C而相對置的兩個(gè)桿電極施加相同的高頻電壓，對在離子光軸C周圍相鄰的桿電極 施加相位偏移了 180°的高頻電壓。在如上所述的四極或者四極以上的多極桿型離子光學(xué)系統(tǒng)中，根據(jù)其極子的數(shù) 量，在由桿電極包圍的空間中形成的高頻電場的形狀不同。與此同時(shí)，離子束的聚集性、離 子透過性(transmission)、離子接受性(acceptance)、離子蓄積性或者質(zhì)量選擇性等離子 光學(xué)特性也不同。一般，可以說極數(shù)少的情況下利用與中性分子的碰撞冷卻(cooling)進(jìn) 行的射束聚集性、質(zhì)量選擇性更好，隨著極數(shù)增加而射束聚集性、質(zhì)量選擇性下降，與其相 反，離子透過性、離子接受性提高。另外，在專利文獻(xiàn)1、2等中公開了使用虛擬桿電極的離子光學(xué)系統(tǒng)。圖17是使用 了該虛擬桿電極的離子光學(xué)系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)圖。在該離子光學(xué)系統(tǒng)730中，圖15的(A)所示的各桿電極711、712、713、714被四個(gè)虛擬桿電極731、732、733、734所替換，上述四個(gè)虛 擬桿電極731、732、733、734由沿著離子光軸C的方向排列的多個(gè)(在該圖17的例子中是 四個(gè)，但是該個(gè)數(shù)是任意的)平板狀的電極板735構(gòu)成。施加到各虛擬桿電極731 734 的高頻電壓與施加到圖15的(B)所示的實(shí)際的桿電極711 714的高頻電壓相同。但是，由于能夠?qū)?gòu)成一個(gè)虛擬桿電極731 734的多個(gè)電極板分別施加不同的 電壓，因此將在離子行進(jìn)的方向上階梯式地增加的直流電壓疊加到高頻電壓中來施加電 壓。由此形成的直流電場具有使在由虛擬桿電極731 734包圍的空間通過的離子加速或 者相反地減速的作用。由此，能夠容易地進(jìn)行離子的加速、減速。另外，在該結(jié)構(gòu)中，能夠?qū)?構(gòu)成一個(gè)虛擬桿電極的多個(gè)電極板以沿離子的行進(jìn)方向靠近離子光軸C的方式進(jìn)行配置。 由此，隨著離子的行進(jìn)，離子可振動(dòng)的范圍變窄，因此結(jié)果使離子聚集在離子光軸C附近， 并能夠使離子有效地通過例如形成在分離器頂部的微小的通過孔而輸送到后級。專利文獻(xiàn)1 日本特開2000-149865號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2001-351563號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題如上所述，在以往的多極桿型離子光學(xué)系統(tǒng)中，由于離子光學(xué)特性根據(jù)極數(shù)的不 同而不同，因此一般按照使用該離子光學(xué)系統(tǒng)的環(huán)境(例如氣壓等)、配置在前級、后級的 離子光學(xué)元件之間的關(guān)系等來選擇合適的極數(shù)，并且在該極數(shù)的條件下進(jìn)行設(shè)計(jì)來決定桿 電極的直徑、長度等參數(shù)。然而，在以往的離子光學(xué)系統(tǒng)中，由于參數(shù)選擇的自由度較小，因 此未必能夠使用具有與用途相應(yīng)的最佳的離子光學(xué)特性的離子光學(xué)系統(tǒng)，因此有時(shí)很難提 高檢測靈敏度、精確度。另一方面，在以往的虛擬桿型離子光學(xué)系統(tǒng)中，由于一個(gè)虛擬桿電極由多個(gè)電極 板構(gòu)成，因此電極板的幾何配置的自由度較大，如上所述那樣通過設(shè)計(jì)電極板的配置等來 能夠提高離子的聚集性。另外，通過施加階梯狀的直流電壓，還能夠進(jìn)行離子的加速、減速。 然而，由于通過多個(gè)電極板構(gòu)成一個(gè)虛擬桿電極，因此無法避免部件件數(shù)增加，由于還要求 電極板的配置精確度等，因此也很難進(jìn)行組裝、調(diào)整。因此，很難用虛擬桿電極構(gòu)成八極以 上的多極。近年來，為了應(yīng)對分析對象物質(zhì)的種類的多樣化、復(fù)雜化或者迅速分析的要求等， 要求質(zhì)量分析裝置進(jìn)一步提高靈敏度、精確度、處理能力等。為了響應(yīng)這樣的要求，在離子 光學(xué)系統(tǒng)中也需要實(shí)現(xiàn)性能的提高，但是實(shí)際上，根據(jù)上述理由，以以往的多極桿型的結(jié)構(gòu) 為基礎(chǔ)來提高性能是有限的。另外，即使是虛擬多極桿型的結(jié)構(gòu)，主要從成本等的觀點(diǎn)來 看，通過增加極數(shù)來改進(jìn)離子透過率等離子光學(xué)特性也并不實(shí)用。本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其主要目的在于提供一種能夠通過提高使 來自前級的離子聚集或者根據(jù)情況進(jìn)行加速或減速而送至后級的離子光學(xué)系統(tǒng)的性能來 提高檢測靈敏度、分析精確度的質(zhì)量分析裝置。另外，本發(fā)明的另一目的在于能夠提供一種具備如下的離子光學(xué)系統(tǒng)的質(zhì)量分析 裝置能夠根據(jù)環(huán)境氣壓等使用條件容易地并且低成本地實(shí)現(xiàn)離子透過性、離子接受性或 者質(zhì)量選擇性等被要求的特性。
用于解決問題的方案過去沒有對如上所述的虛擬多極桿型離子光學(xué)系統(tǒng)中形成的高頻電場進(jìn)行足夠 的分析，始終認(rèn)為形成與極子數(shù)相同的多極桿型離子光學(xué)系統(tǒng)相同的高頻電場。對此，本申 請發(fā)明人通過對虛擬四極桿型離子光學(xué)系統(tǒng)中形成的高頻電場進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，虛擬四極桿 型離子光學(xué)系統(tǒng)與普通的四極桿型離子光學(xué)系統(tǒng)不同，在虛擬四極桿型離子光學(xué)系統(tǒng)中不 僅包含四極電場成分，還包含豐富的高次的多極電場成分。如果能夠抑制該四極電場成分 并相對地增加高次的多極電場成分，則例如即使是四極也應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)與八極或八極以上 的多極相近的離子光學(xué)特性。在虛擬多極桿型離子光學(xué)系統(tǒng)中，根據(jù)由多個(gè)電極板構(gòu)成一個(gè)虛擬桿電極的結(jié)構(gòu) 上的特征，能夠?qū)儆谝粋€(gè)虛擬桿電極的電極板施加不同的電壓。如上所述，以往，關(guān)于直 流電壓，按照離子的行進(jìn)而階梯式地改變直流電壓，但是將使離子振動(dòng)的高頻電壓設(shè)為相 同。本申請發(fā)明人著眼于該點(diǎn)，想到了如下方法通過改變對構(gòu)成一個(gè)虛擬桿電極的多個(gè) 電極板施加的高頻電壓的相位來抑制低次的高頻電場成分并增加高次的高頻電場成分。并 且，通過仿真計(jì)算，確認(rèn)出通過使用這樣的方法在實(shí)際使用的結(jié)構(gòu)中能夠得到足夠高的效 果，從而得到了本發(fā)明。S卩，為了解決上述問題而完成的本發(fā)明是一種質(zhì)量分析裝置，具備向后級輸送離 子的離子光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該離子光學(xué)系統(tǒng)包括a)虛擬多極桿型的離子光學(xué)元件， 其是將2XN(N是2以上的整數(shù))個(gè)虛擬桿電極配置成圍繞離子光軸而形成的，各上述虛擬 桿電極包括沿著離子光軸相互分離的M(M是3以上的整數(shù))個(gè)電極板；以及b)電壓施加 單元，其對圍繞離子光軸配置的2XN個(gè)電極板中的夾持離子光軸相對置的兩個(gè)電極板施 加相同的高頻電壓且對在離子光軸的周圍相鄰的電極板相互施加彼此振幅相同、相位相差 180°的高頻電壓，并且對構(gòu)成各虛擬桿電極的M個(gè)電極板中的至少一個(gè)電極板施加相位 與對其它電極板施加的高頻電壓的相位不同的高頻電壓。此外，電壓施加單元不僅能夠?qū)Ω麟姌O板施加高頻電壓，還能夠?qū)⒗缙珘旱戎?流電壓疊加到高頻電壓中來施加到各電極板。另外，離子光軸也可以不是直線狀而是折線狀、曲線狀。與此相應(yīng)地，虛擬桿電極 也能夠是折線狀、曲線狀。例如，如果N = 2，則離子光學(xué)元件是虛擬四極桿型，但是在對一個(gè)虛擬桿電極施 加的高頻電壓相同(振幅、相位都相同)的情況下，四極電場成分最大。與此相對地，當(dāng)對 一部分電極板施加具有不同相位的高頻電壓時(shí)，由于該影響，至少在施加該不同相位的高 頻電壓的電極板附近的區(qū)域上四極電場成分減小，取而代之地，比四極電場成分大的多極 電場成分增加。四極電場成分多的情況下的離子束的聚集性更好，高次的多極電場成分多 于四極電場成分的情況下的離子透過性、離子接受性更好。因而，通過如上述那樣減少四極 電場成分并增加高次的多極電場成分，能夠提高該區(qū)域附近的離子透過性、離子接受性。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明所涉及的質(zhì)量分析裝置，即使是四極等低次的虛擬多極桿型離子光學(xué) 系統(tǒng)，也能夠提高其整體的離子透過性、離子接受性等，或者沿著離子光軸方向局部地提高 離子透過性、離子接受性等。由此，例如在離子的入口側(cè)重視離子的透過性、接受性而在離 子的出口側(cè)重視離子的聚集性那樣，能夠與設(shè)置該離子光學(xué)系統(tǒng)的環(huán)境、前后的條件等相應(yīng)地調(diào)整離子光學(xué)特性以能夠最佳地輸送離子。由此，能夠增加最終到達(dá)離子檢測器的目 標(biāo)離子的量，實(shí)現(xiàn)高的檢測靈敏度。作為本發(fā)明的一個(gè)方式，優(yōu)選的是，上述電壓施加單元對構(gòu)成各虛擬桿電極的M 個(gè)電極板中的至少一個(gè)電極板施加振幅與對其它電極板施加的高頻電壓的振幅相同、相位 相差180°的高頻電壓。通過對在離子光軸方向上相鄰的電極板施加相位相差180°、即極性反轉(zhuǎn)的高頻 電壓，能夠得到較高的消除四極電場成分的效果。另外，作為對配置成圍繞離子光軸的2XN 個(gè)電極板施加的施加電壓，最初準(zhǔn)備振幅相同且相位相差180°的兩種高頻電壓，因此能夠 直接利用該高頻電壓。因而，在從以往的虛擬多極桿型離子光學(xué)系統(tǒng)變更為本發(fā)明時(shí)，僅改 變向各電極板提供電壓的布線的連接就能夠進(jìn)行應(yīng)對，能夠?qū)⒊杀驹黾右种频阶钚∠薅?。另外，作為本發(fā)明的優(yōu)選方式，能夠設(shè)為如下結(jié)構(gòu)上述電壓施加單元對構(gòu)成各虛 擬桿電極的M個(gè)電極板的至少一部分電極板中的在離子光軸方向上相鄰的每一個(gè)電極板 或者每多個(gè)電極板施加彼此相位相差180°的高頻電壓。能夠根據(jù)所要求的離子光學(xué)特性來決定要使在離子光軸方向上相鄰的每幾個(gè)電 極板反轉(zhuǎn)高頻電壓的相位。該個(gè)數(shù)較少的情況下的四極電場成分的減少更大，高次的多極 電場成分的增加更大。但是，需要決定構(gòu)成一個(gè)虛擬桿電極的電極板的個(gè)數(shù)和施加相同相 位的高頻電壓的相鄰電極板個(gè)數(shù)以能夠確保該高頻電壓的相位反轉(zhuǎn)的周期性。因而，一般， 在增加施加相同相位的高頻電壓的相鄰電極板個(gè)數(shù)的情況下，構(gòu)成一個(gè)虛擬桿電極的電極 板的個(gè)數(shù)也需要增加。在本發(fā)明所涉及的質(zhì)量分析裝置中，能夠設(shè)為如下結(jié)構(gòu)在構(gòu)成各虛擬桿電極的 M個(gè)電極板中，存在對在離子光軸方向上相鄰的每第一個(gè)數(shù)的電極板施加彼此相位相差 180°的高頻電壓的部分以及對在離子光軸方向上相鄰的每第二個(gè)數(shù)的電極板施加彼此相 位相差180°的高頻電壓的部分，其中，上述第二個(gè)數(shù)與上述第一個(gè)數(shù)不同。在這種情況下，在離子光軸的方向上看時(shí)，高頻電壓的相位反轉(zhuǎn)的周期存在兩種 以上。由于離子光學(xué)特性根據(jù)該周期而不同，因此能夠根據(jù)離子光學(xué)系統(tǒng)的使用環(huán)境、前后 的條件，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整相位反轉(zhuǎn)周期、位置，來實(shí)現(xiàn)合適的離子光學(xué)特性。另外，在本發(fā)明所涉及的質(zhì)量分析裝置中，也可以設(shè)為如下結(jié)構(gòu)在構(gòu)成各虛擬桿 電極的M個(gè)電極板中，存在對在離子光軸方向上相鄰的每規(guī)定個(gè)數(shù)的電極板施加彼此相位 相差180°的高頻電壓的部分以及施加相同的高頻電壓的部分。在這種情況下，在離子光軸的方向上看時(shí)，能夠看作存在以往型的虛擬多極桿型 離子光學(xué)系統(tǒng)和作為本發(fā)明的特征的虛擬多極桿型離子光學(xué)系統(tǒng)這兩方。能夠根據(jù)離子光 學(xué)系統(tǒng)的使用環(huán)境、前后的條件，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整相位反轉(zhuǎn)周期、位置，來實(shí)現(xiàn)合適的離子光學(xué) 特性。在本發(fā)明中，N也可以是2以上的幾個(gè)，但是當(dāng)考慮到成本、所需的離子光學(xué)特性 時(shí)，在實(shí)際使用中最好將N設(shè)為2。也就是說，這是虛擬四極桿型離子光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。另外，M也沒有特別地進(jìn)行限制，但是需要考慮如上所述的在離子光軸方向上的高 頻電壓的相位反轉(zhuǎn)的周期性。另外，實(shí)際上，由位于虛擬桿電極的邊緣部的電極板形成的高 頻電場不是理想的形狀，除了考慮離子光學(xué)特性的情況以外，還要考慮很多。因此，作為本 發(fā)明的一個(gè)方式，只要設(shè)為如下結(jié)構(gòu)即可上述電壓施加單元對構(gòu)成各虛擬桿電極的M個(gè)電極板的至少一部分電極板中的在離子光軸方向上相鄰的每一個(gè)電極板施加彼此相位相 差180°的高頻電壓，該M為4以上。另外，作為本發(fā)明的特征的離子光學(xué)系統(tǒng)能夠使用在質(zhì)量分析裝置中需要向后級 輸送離子的各個(gè)部位，但是特別是在入口側(cè)和出口側(cè)要求不同的離子光學(xué)特性的情況、需 要在比較低的真空度的嚴(yán)格條件下輸送離子的情況下等發(fā)揮作用。具體地說，本發(fā)明所涉及的質(zhì)量分析裝置能夠設(shè)為如下結(jié)構(gòu)在大致標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 下將試樣成分離子化的離子源與在高真空下將離子進(jìn)行質(zhì)量分離來進(jìn)行檢測的質(zhì)量分離 部之間具備一個(gè)或者多個(gè)中間真空室，上述離子源與其下一級的中間真空室通過小徑的離 子通過孔或者細(xì)徑的離子通過管而連通，在該中間真空室內(nèi)配置有上述離子光學(xué)系統(tǒng)。在這種情況下，大氣氣體從離子源通過離子通過孔或者離子通過管流入中間真空 室內(nèi)，附著在大氣氣體中來被導(dǎo)入的離子容易進(jìn)入中間真空室并大范圍地?cái)U(kuò)展。對此，通過 在離子光學(xué)系統(tǒng)的入口側(cè)抑制四極電場成分并增加高次的多極電場成分來提高離子透過 性、離子接受性，能夠在離子光學(xué)系統(tǒng)中高效地接受離子并進(jìn)行輸送。另一方面，在離子光 學(xué)系統(tǒng)的出口側(cè)能夠相對地增大四極電場成分來提高離子聚集性，將微小直徑的通過孔處 的離子的損失抑制到最小限度。由此，能夠提高綜合的離子透過率，實(shí)現(xiàn)離子的檢測靈敏度 的改進(jìn)。另外，本發(fā)明所涉及的質(zhì)量分析裝置也可以是如下結(jié)構(gòu)具備碰撞室，在該碰撞室 內(nèi)配置有上述離子光學(xué)系統(tǒng)，其中，該碰撞室配設(shè)在高真空環(huán)境中，該碰撞室通過被提供到 該碰撞室的內(nèi)部的碰撞誘導(dǎo)分解氣體與離子之間的接觸，來使該離子裂解。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，高效地取入通過前級的例如四極質(zhì)量過濾器進(jìn)行質(zhì)量選出的前體離 子并通過碰撞誘導(dǎo)分解使前體離子裂解，通過使由此生成的產(chǎn)物離子聚集在離子光軸附 近，能夠高效地導(dǎo)入到后級的例如四極質(zhì)量過濾器中。由此，產(chǎn)物離子的檢測靈敏度提高， 有助于作為目標(biāo)的試樣成分的定性、結(jié)構(gòu)分析的精確度提高。


圖1是表示基于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)的離子光學(xué)元件的結(jié)構(gòu) 的立體圖(A)和表示以往的離子光學(xué)系統(tǒng)的離子光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的立體圖(B)。圖2是與圖1的(A)所示的基于本實(shí)施方式的離子光學(xué)元件的離子光軸C相正交 的x-y面內(nèi)的概要俯視圖㈧和從右側(cè)看該概要俯視圖㈧得到的概要圖(B)。圖3是表示本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)和以往的離子光學(xué)系統(tǒng)各自的展開系數(shù)K2 的數(shù)值計(jì)算結(jié)果的圖。圖4是表示本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)和以往的離子光學(xué)系統(tǒng)各自的贗勢 (Pseudopotential)的數(shù)值計(jì)算結(jié)果的圖。圖5是表示本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)和以往的離子光學(xué)系統(tǒng)各自的贗勢的數(shù) 值計(jì)算結(jié)果的圖。圖6是表示本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)和以往的離子光學(xué)系統(tǒng)各自的離子透過 率的計(jì)算結(jié)果的曲線圖。圖7是作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的質(zhì)量分析裝置的主要部分的結(jié)構(gòu)圖。圖8是表示在本實(shí)施例的質(zhì)量分析裝置中相當(dāng)于本發(fā)明的離子光學(xué)系統(tǒng)的第一離子導(dǎo)向器的電極板的排列的圖。圖9是表示基于其它方式的離子光學(xué)元件的電極板的排列的圖。圖10是表示基于其它方式的離子光學(xué)元件的電極板的排列的圖。圖11是表示基于其它方式的離子光學(xué)元件的電極板的排列的圖。圖12是表示基于其它方式的離子光學(xué)元件的電極板的排列的圖。圖13是表示基于其它方式的離子光學(xué)元件的電極板的排列的圖。圖14是作為本發(fā)明的另一實(shí)施例的質(zhì)量分析裝置的主要部分的結(jié)構(gòu)圖。圖15是以往普通的四極桿型離子導(dǎo)向器的概要立體圖㈧和與離子光軸C相正 交的x-y面內(nèi)的俯視圖(B)。圖16是與以往的八極桿型離子導(dǎo)向器的離子光軸C相正交的x-y面內(nèi)的俯視圖。圖17是使用以往的虛擬桿電極的離子光學(xué)系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)圖。附圖標(biāo)記說明1 離子光學(xué)元件；11、12、13、14 虛擬桿電極；111、112、113、114、115、116、117、 118、119、11A、11B、11C、121、131 電極板；2 質(zhì)量分析裝置；20 離子化室；21 =ESI用噴嘴；
22 脫溶劑管；23 第一中間真空室；24 第一離子導(dǎo)向器；241 前半部；242 后半部；25 靜電透鏡；26 通過孔；27 第二中間真空室；28 第二離子導(dǎo)向器；29 分析室；30 前桿電 極；31 四極質(zhì)量過濾器；32 離子檢測器；35 高頻電壓產(chǎn)生部；36 直流電壓產(chǎn)生部；37 加法部；40 第一級四極質(zhì)量過濾器；41 碰撞單元；42 離子入射孔；43 離子出射孔；44 第二級四極質(zhì)量過濾器；A 內(nèi)接圓筒；A'內(nèi)接橢圓筒；C 離子光軸。
具體實(shí)施例方式列舉典型的一個(gè)實(shí)施方式，利用圖1 圖6說明本發(fā)明所涉及的質(zhì)量分析裝置中 的離子光學(xué)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)以及動(dòng)作原理。圖1的(A)是表示基于本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)的離子光學(xué)元件1的結(jié)構(gòu)的立 體圖，圖1的(B)是表示以往的離子光學(xué)系統(tǒng)的離子光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖2的(A) 是與圖1的(A)所示的基于本實(shí)施方式的離子光學(xué)元件1的離子光軸C相正交的x-y面內(nèi) 的概要俯視圖，圖2的⑶是從右側(cè)看圖2的㈧得到的概要圖。該離子光學(xué)元件1具有如下結(jié)構(gòu)在離子光軸C的方向(ζ方向)上排列多級(在 本實(shí)施方式中是八級)四個(gè)電極板(例如111、121、131、141)，在與離子光軸C正交的X-y 面內(nèi)上述四個(gè)電極板(例如111、121、131、141)在離子光軸C的周圍相隔90°角度間隔地 配置成旋轉(zhuǎn)對稱。電極板都是由板厚相同的金屬制或者具有與金屬同等的導(dǎo)電性的其它部 件構(gòu)成，呈其寬度為2r的矩形形狀。在離子光軸C方向上相鄰的兩個(gè)電極板(例如111、 112)的間隔都是距離d，是固定的。該離子光學(xué)元件1的結(jié)構(gòu)還可以看作是如下的結(jié)構(gòu)在 離子光軸C方向上排列的八個(gè)電極板(例如111、112、…、118)構(gòu)成一個(gè)虛擬桿電極(例 如11)、四個(gè)虛擬桿電極11、12、13、14圍繞離子光軸(。如圖2的(A)所示，在χ-y面內(nèi)的、 離子光軸C的周圍配置的四個(gè)電極板111、121、131、141與以離子光軸C為中心的半徑R的 圓筒A相內(nèi)接。如圖2的(A)所示，夾持離子光軸C相對置的兩個(gè)電極板構(gòu)成一對，對組成對的兩 個(gè)電極板施加相同的高頻電壓。具體地說，電極板111和電極板131構(gòu)成一對，對該成對的電極板施加高頻電壓V Koscoto另外，在離子光軸C周圍與這些電極板111、131相鄰的另 外兩個(gè)電極板121、141構(gòu)成另一對，對該成對的電極板施加相位與上述高頻電壓V Koscot 相差180°的V · cOS(on+Ji)、即極性反轉(zhuǎn)后的高頻電壓-V · coson。在僅著眼于對x_y 面內(nèi)的某四個(gè)電極板施加的施加電壓的情況下，與上述以往的虛擬多極桿型離子光學(xué)系統(tǒng) 相同。在以往的虛擬多極桿型離子光學(xué)系統(tǒng)的情況下，如圖1的⑶所示，對構(gòu)成一個(gè) 虛擬桿電極(例如11')的八個(gè)電極板都施加了相同相位的高頻電壓。這與對一個(gè)實(shí)體 的桿電極而不是對虛擬桿電極施加高頻電壓的情況相同。與此相對，在本實(shí)施方式的離子 光學(xué)系統(tǒng)中，對構(gòu)成一個(gè)虛擬桿電極的八個(gè)電極板中的每一個(gè)電極板交替地施加相位相差 180°的高頻電壓V · coscot、V · cos(cot+3i)。例如在虛擬桿電極11中，對電極板111、 113、115、117這四個(gè)電極板施加高頻電壓V .cos cot，對與這四個(gè)電極板不同的另外四個(gè)電 極板112、114、116、118施加高頻電壓V · cos (ω t+ π )。在其它三個(gè)虛擬桿電極12、13、14 中也相同。在虛擬桿電極是實(shí)體的桿電極的情況下無法這樣施加電壓。在本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)中，通過如上述那樣以與以往完全不同的方式施加 高頻電壓，在由四個(gè)虛擬桿電極11、12、13、14包圍的空間中形成的高頻電場的形狀(電勢 梯度(potentialgradient))與以往完全不同。由此，對離子的作用、效果當(dāng)然也不同。關(guān) 于該點(diǎn)在下面進(jìn)行說明。此外，如后述那樣，能夠?qū)⒅绷麟妷函B加到高頻電壓中來施加到離子光學(xué)元件1 的各電極板，但是此處不需要考慮直流電場的作用，因此設(shè)忽視直流電壓。針對圖1的(B)所示的以往的離子光學(xué)系統(tǒng)和圖1的(A)所示的基于本發(fā)明的實(shí) 施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)，將各自所生成的高頻電場中的電勢進(jìn)行比較。一般，已知能夠通過下面的多極展開來表現(xiàn)由多極桿電極生成的電勢。φ (r, θ ) = Σ Kn · (r/R) η ‘ cos (η θ )... (1)在此，Σ是關(guān)于η的總和。η是表示多極電場的次數(shù)的正整數(shù)。Kn是表示2η極電 場成分的大小的展開系數(shù)。R是上述內(nèi)接圓筒A的半徑。根據(jù)η = 2的展開系數(shù)K2來賦予 四極電場成分的大小，具有四極的對稱性的高次多極電場成分的次數(shù)是η = 6、10、14、…、 2(2k-l)。關(guān)于本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)和以往的離子光學(xué)系統(tǒng)，在圖3中分別示出通過 數(shù)值計(jì)算求出的展開系數(shù)K2。作為此處的計(jì)算條件，設(shè)電極板間隔d = 5mm，在ζ軸上的0 90mm的范圍內(nèi)以5mm為間隔排列電極板。也就是說，在圖3所記載的范圍中，如圖3的上部 所記述的那樣，設(shè)在ζ = 40,45,50mm的各位置處配置有電極板，在ζ = 40mm以下的范圍以 及ζ = 50mm以上的范圍內(nèi)也以5mm為間隔排列電極板。根據(jù)上述計(jì)算條件，完全不會(huì)受到 各虛擬桿電極的入口側(cè)邊緣部以及出口側(cè)邊緣部的電場紊亂的影響。從圖3明顯可知，在以往的離子光學(xué)系統(tǒng)中展開系數(shù)K2在0.6附近，與此相對地， 在本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)中，展開系數(shù)K2的絕對值是0.2左右以下。這意味著四極電 場成分的大小與以往相比被抑制到1/3左右。此外，在本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)中，在ζ 方向的各級中展開系數(shù)K2的極性(正負(fù))反轉(zhuǎn)，這僅僅是因?yàn)楸皇┘拥母哳l電壓的相位反 轉(zhuǎn)，不具有特別的意思。從該結(jié)果可知，由本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)生成的四極電場成分與以往相比被抑制為較小。由于四極電場與比其大的多極電場相比，離子透過/蓄積率的質(zhì)量依賴性較 高，因此在本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)中，預(yù)期與以往相比減輕離子透過/蓄積率的質(zhì)量 依賴性。—般，能夠?qū)⒏哳l電場中的離子運(yùn)動(dòng)分為依賴于該高頻電場的頻率的微小振動(dòng)和 不依賴于頻率的長時(shí)間運(yùn)動(dòng)來考慮。從宏觀上來看，以長時(shí)間運(yùn)動(dòng)來代表離子的運(yùn)動(dòng)。并 且，作為決定長時(shí)間運(yùn)動(dòng)的電勢，能夠推導(dǎo)出被稱為“贗勢”的物理量。也就是說，能夠通過 贗勢的分析，定性地理解形成高頻電場的離子光學(xué)系統(tǒng)的離子光學(xué)特性。圖4和圖5是基 于本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)和以往的離子光學(xué)系統(tǒng)各自的贗勢的數(shù)值計(jì)算結(jié)果。電極板 的幾何結(jié)構(gòu)與上述的計(jì)算相同。圖4的㈧和⑶是用等高線表示本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)和以往的離子光學(xué) 系統(tǒng)各自的離子通過空間中的贗勢的電勢分布圖。圖5表示圖4的(A)、圖4的(B)所示 的電勢分布圖上的某位置ζ處的截面、即χ方向的位置與電勢之間的關(guān)系。在這些圖中，χ = Omm位于離子光軸C上，在χ = 士 5mm的位置處存在電極板的內(nèi)邊緣部。根據(jù)這些圖，能 夠確認(rèn)出在本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)和以往的離子光學(xué)系統(tǒng)中，贗勢的形狀存在很大差
已從圖4的⑶能夠確認(rèn)出在以往的離子光學(xué)系統(tǒng)中在ζ方向上相鄰的電極板之間 出現(xiàn)贗勢的低谷。這意味著在以往的離子光學(xué)系統(tǒng)中，由于對屬于一個(gè)虛擬桿電極的所有 電極板施加的高頻電壓相等，因此電極板間不產(chǎn)生電場，結(jié)果，電極板間的離子封閉作用變 弱。與此相對地，如圖4的(A)所示，在本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)中，由于屬于一個(gè)虛擬 桿電極的電極板之間也產(chǎn)生電場，因此電極板間不出現(xiàn)贗勢的谷。另外，從圖5能夠確認(rèn)出如下情形在以往的離子光學(xué)系統(tǒng)中，由于出現(xiàn)較大的四 極電場成分(換言之，由于二次的展開系數(shù)K2較大)，因此贗勢呈現(xiàn)大致近似于二次函數(shù)的 形狀。另一方面，本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)的贗勢呈現(xiàn)如在中心(X = O)附近平坦、僅在 電極板附近急劇上升那樣的形狀。即，不是二次函數(shù)的形狀，而是由更高次數(shù)的函數(shù)表現(xiàn)的 形狀。從以上的贗勢的分析可知，在本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)中，在離子光軸C方向 上相鄰的電極板間的離子封閉作用較大，對于離子輸送/蓄積的目的優(yōu)越。另一方面，從贗 勢形狀明顯可知，以往的離子光學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)㈦x子封閉在更窄的空間內(nèi)。因此，可以說以往 結(jié)構(gòu)的離子聚集性更高。為了確認(rèn)與離子輸送/蓄積有關(guān)的本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)越性，本發(fā)明 人通過仿真計(jì)算求出離子透過率。在該仿真中，分別在本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)和以往 的離子光學(xué)系統(tǒng)中計(jì)算100條離子軌道，根據(jù)到達(dá)規(guī)定地點(diǎn)的離子數(shù)量算出離子透過率。 將在離子到達(dá)規(guī)定地點(diǎn)之前離子軌道越軌到內(nèi)接圓筒A的外側(cè)的情況視作離子損失。通過 隨機(jī)數(shù)生成離子的初始條件，該初始條件具有如下的嚴(yán)格的初始條件與內(nèi)接圓筒A同程 度大地獲取初始位置，不會(huì)發(fā)生100%的離子透過率。當(dāng)然，高頻電壓的振幅和頻率在本實(shí) 施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)和以往的離子光學(xué)系統(tǒng)中相同。圖6是表示該離子透過率的計(jì)算結(jié)果的曲線圖。在該圖中明顯可知，本實(shí)施方式 的離子光學(xué)系統(tǒng)在整個(gè)質(zhì)量中達(dá)到了更高的離子透過率。還可以知道，本實(shí)施方式的離子 光學(xué)系統(tǒng)從離子透過率的最大值減小的比例更小。該情形意味著在本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)中，離子透過率的質(zhì)量依賴性小。因而，根據(jù)本實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)，能夠減小由 于分析對象的離子的質(zhì)量所引起的檢測靈敏度的變化。從以上的結(jié)果能夠得出如下結(jié)論本發(fā)明所涉及的離子光學(xué)系統(tǒng)與以往的離子光 學(xué)系統(tǒng)相比，能夠通過實(shí)現(xiàn)較高的離子透過/蓄積效率來提高檢測靈敏度，并且也改進(jìn)其 質(zhì)量依賴性。
實(shí)施例接著，參照附圖來說明利用了上述特征性離子光學(xué)系統(tǒng)的質(zhì)量分析裝置的一個(gè)實(shí) 施例。圖7是本實(shí)施例的質(zhì)量分析裝置的主要部分的結(jié)構(gòu)圖。該質(zhì)量分析裝置是具備大氣 壓離子化接口的質(zhì)量分析裝置，該大氣壓離子化接口接受通過例如液相色譜柱等分離得到 的試樣溶液來進(jìn)行該溶液中的各種成分的質(zhì)量分析。該質(zhì)量分析裝置2是在離子化室20與分析室四之間具備第一中間真空室23和第 二中間真空室27這兩室的多級差動(dòng)排氣系統(tǒng)，其中，離子化室20為大致標(biāo)準(zhǔn)大氣壓環(huán)境， 分析室四是通過未圖示的高性能的真空泵進(jìn)行真空排氣的高真空環(huán)境。離子化室20與第 一中間真空室23之間通過細(xì)徑的脫溶劑管22而連通，第一中間真空室23與第二中間真空 室27之間通過小直徑的通過孔沈而連通。試樣溶液在電噴射(ESI)用噴嘴21中被賦予電荷的同時(shí)噴霧到處于大致標(biāo)準(zhǔn)大 氣壓環(huán)境的離子化室20中，由此將試樣成分離子化。此外，也可以不使用電噴射離子化法 而使用大氣壓化學(xué)離子化法等其它大氣壓離子化法進(jìn)行離子化。在離子化室20內(nèi)生成的 離子或溶劑還沒有完全氣化的微細(xì)液滴由于壓力差而被引入到脫溶劑管22中。然后，在被 加熱的脫溶劑管22中通過的期間進(jìn)一步加快溶劑從微細(xì)液滴氣化，并促進(jìn)離子化。在第一中間真空室23內(nèi)，沿著離子光軸C設(shè)置有作為本發(fā)明的離子光學(xué)系統(tǒng)的第 一離子導(dǎo)向器M和靜電透鏡25。離子經(jīng)過該第一離子導(dǎo)向器M和靜電透鏡25并通過通 過孔沈進(jìn)入第二中間真空室27。在第二中間真空室27內(nèi)設(shè)置有第二離子導(dǎo)向器觀，該第 二離子導(dǎo)向器觀由配置成圍繞離子光軸C的八個(gè)桿電極構(gòu)成，離子通過第二離子導(dǎo)向器觀 聚集并送入到分析室29。在分析室四內(nèi)配設(shè)有由四個(gè)桿電極構(gòu)成的四極質(zhì)量過濾器31和 位于四極質(zhì)量過濾器31的前級的前桿電極30，該前桿電極30由在離子光軸C方向上的長 度較短的四個(gè)桿電極構(gòu)成。各種離子中只有具有特定的質(zhì)量電荷比m/z的離子穿越四極質(zhì) 量過濾器31到達(dá)離子檢測器32。離子檢測器32將與所到達(dá)的離子數(shù)量相應(yīng)的電流信號作 為檢測信號而輸出。從加法部37對第一離子導(dǎo)向器M的各電極板施加將在高頻電壓產(chǎn)生部35中生 成的高頻電壓和在直流電壓產(chǎn)生部36中生成的直流電壓相加得到的電壓。這些相當(dāng)于本 發(fā)明的電壓施加單元。當(dāng)然，除此以外，對脫溶劑管22、靜電透鏡25、第二離子導(dǎo)向器觀、前 桿電極30、四極質(zhì)量過濾器31等也分別適當(dāng)?shù)厥┘訉⒏哳l電壓和直流電壓相加得到的電 壓或者僅施加直流電壓，但是省略了關(guān)于它們的電源的記載。由于離子化室20與第一中間真空室23之間的壓力差較大，因此在脫溶劑管22 的出口孔附近，在沿著離子光軸C的方向以外的方向上也會(huì)產(chǎn)生速度發(fā)生較大紊亂的氣體 流。因此，對第一離子導(dǎo)向器M要求高的離子透過/蓄積效率。另外，為了防止在隔開第 一中間真空室23和第二中間真空室27的小直徑的通過孔沈處的離子損失，第一離子導(dǎo)向器M還需要兼?zhèn)涓叩碾x子聚集性。以往，很難同時(shí)兼顧高離子透過/蓄積效率和高離子聚 集性，但是通過使用基于本發(fā)明的原理的第一離子導(dǎo)向器對，能夠克服這種困難。圖8是表示第一離子導(dǎo)向器對的電極板的排列的圖，這是相當(dāng)于圖2的⑶的圖。 在該第一離子導(dǎo)向器M中與離子光軸C正交的χ-y面內(nèi)的電極配置與圖2的(A)相同。在第一離子導(dǎo)向器M中，沿著離子光軸C方向的電極板的個(gè)數(shù)、即級數(shù)是12，但不 是對其整體都按每個(gè)電極板反轉(zhuǎn)高頻電壓的相位，而僅在前半部采用上述實(shí)施方式的離子 光學(xué)系統(tǒng)。即，在靠近脫溶劑管22的出口孔的前半部(離子流的上游側(cè))241、例如屬于一 個(gè)虛擬桿電極的六個(gè)電極板111、112、113、114、115、116中，在離子光軸C方向上按每個(gè)電 極板使高頻電壓的相位相差180°。因而，如果僅抽出該前半部M1，則雖然存在6和8這 種級數(shù)上的差異，但是與圖2的(B)的結(jié)構(gòu)相同。由此，如上所述那樣，四極電場成分相對 較小，相反地，四極以上的多極電場成分較大。其結(jié)果，即使在由于氣流的紊亂而容易擾亂 離子行進(jìn)的狀況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)高離子透過/蓄積效率。另一方面，在靠近朝向第二中間真空室27的通過孔沈的后半部(離子流的下游 側(cè))對2、例如屬于一個(gè)虛擬桿電極的六個(gè)電極板117、118、119、11A、11B、11C中，對在離子 光軸C方向上排列的所有電極板施加相同相位的高頻電壓。也就是說，這與圖1的(B)所 示的以往的離子光學(xué)系統(tǒng)相同，明顯表現(xiàn)出四極電場成分的作用。由此，能夠使離子高效地 聚集在小直徑的通過孔26處，減少通過孔沈處的離子損失，并提高輸送效率。如上所述，本實(shí)施例的第一離子導(dǎo)向器M在前半部241和后半部242中分別改變 離子光學(xué)特性，由此整體能夠?qū)崿F(xiàn)較高的離子輸送效率。此外，第一中間真空室23是真空度并不高、且由于與中性氣體的碰撞所引起的離 子能量的減少較大的區(qū)域。因此，以提高離子的引出效率為目的，在第一離子導(dǎo)向器M的 后級設(shè)置有僅被施加直流電壓的靜電透鏡25。離子通過與中性氣體的碰撞而瞬時(shí)冷卻到中 性氣體的溫度。因此，在靜電透鏡25附近，離子描繪出大致沿著電力線的軌道。因而，通過 適當(dāng)?shù)卦O(shè)定靜電透鏡25的直流電位分布，能夠提高離子的引出效率。在上述實(shí)施例的質(zhì)量分析裝置2中，不特別地限制離子化室20內(nèi)的離子化的方 法，即使將電噴射離子源直接替換為大氣壓化學(xué)離子源、大氣壓光離子源等其它各種大氣 壓離子源，也發(fā)揮出第一離子導(dǎo)向器M的效果。在上述實(shí)施例中明顯可知，不需要將圖2所示的實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用到 在離子光軸C方向上排列的所有的電極板中。也就是說，根據(jù)所需的離子光學(xué)特性，如上述 那樣能夠僅對前半部、相反僅對后半部或者僅對中間部應(yīng)用圖2所示的實(shí)施方式的離子光 學(xué)系統(tǒng)。另外，雖然沒有特別地限定在離子光軸C方向上排列的電極板的個(gè)數(shù)(級數(shù))，但 是由于實(shí)際上在虛擬桿電極的邊緣部(入口側(cè)和出口側(cè))高頻電場發(fā)生紊亂，因此為了形 成減小如上所述的四極電場成分的影響的穩(wěn)定的高頻電場，期望在離子光軸C方向上具有 幾個(gè)以上的電極板的排列結(jié)構(gòu)。另外，配置在χ-y面內(nèi)的電極板的個(gè)數(shù)也可以不是4而是 4以上的偶數(shù)。另外，在上述實(shí)施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)、實(shí)施例所示的離子導(dǎo)向器的前半部，在離 子光軸C的方向上按每一個(gè)電極板反轉(zhuǎn)了高頻電壓的相位，但是也可以按每多個(gè)電極板反 轉(zhuǎn)高頻電壓的相位。圖9示出這種情況下的一個(gè)實(shí)施例的離子光學(xué)元件。圖9是表示與圖8相同的電極板的排列的圖。在該例子中，對在離子光軸C方向上相鄰的每兩級交替地施加高頻電壓V ^os cot 和V · COS(cot+Ji)。例如在一個(gè)虛擬桿電極中，對電極板111和112施加相同相位的 高頻電壓V · cos ω t，對其相鄰的電極板113和114施加相位偏移了 180 °的高頻電壓 Υ 03(ω +π)ο這也可以視為在離子光軸C方向上高頻電壓的相位反轉(zhuǎn)周期與圖2的情 況相比變大。這樣，如果相位反轉(zhuǎn)周期較大，則與相位反轉(zhuǎn)周期較小的情況相比，四極電場 成分相對變大。因而，能夠根據(jù)所期望的離子光學(xué)特性，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整相位反轉(zhuǎn)周期、即在離 子光軸C方向上施加相同相位的高頻電壓的相鄰電極板的個(gè)數(shù)(級數(shù))。當(dāng)然，在一個(gè)虛擬桿電極中相位反轉(zhuǎn)周期的組合是自由的，因此也能夠任意地決 定該周期的種類的個(gè)數(shù)、順序。另外，本申請的申請人通過國際申請?zhí)朠CT/JP2008/000043的申請，建議通過改 變電極板的厚度、相鄰電極的間隔等幾何結(jié)構(gòu)來相對地減少四極電場成分并增加四極以上 的多極電場成分，也能夠?qū)⒃搰H申請與本發(fā)明相組合。由此，能夠更靈活地且大范圍地進(jìn) 行離子光學(xué)特性的調(diào)整。圖10示出基于另一實(shí)施例的離子光學(xué)元件。在該離子光學(xué)元件中，呈電極板所內(nèi) 接的圓筒A的半徑沿離子的行進(jìn)方向而變小的所謂圓錐形狀。如上所述，在圖2所示的實(shí) 施方式的離子光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中由于電勢形狀而離子的聚集性較低，但是如本實(shí)施例那樣 通過使離子的輸送空間本身逐漸變窄，來將離子聚集到離子光軸C附近的較窄的空間中， 能夠高效地通過通過孔26等進(jìn)行輸送。另外，除此以外還能夠采用各種電極板配置。圖11是表示入口側(cè)的離子光軸和出 口側(cè)的離子光軸雖然不在同一直線上但平行的情況下的電極板配置結(jié)構(gòu)的圖。例如為了除 去不受電場的影響直接進(jìn)入的中性離子等而使用該結(jié)構(gòu)的情況較多。另外，圖12是表示入 口側(cè)的離子光軸與出口側(cè)的離子光軸不在同一直線上并且也不平行的情況下的電極板配 置結(jié)構(gòu)的圖。例如為了改變離子的行進(jìn)方向等而使用該結(jié)構(gòu)的情況較多。當(dāng)然，對這些各 種電極板配置也能夠如上述那樣導(dǎo)入不同的相位反轉(zhuǎn)周期或者對一部分采用以往的離子 光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。圖13是表示破壞配置在X-y平面內(nèi)的四個(gè)電極板的旋轉(zhuǎn)對稱性的電極板配置結(jié) 構(gòu)的圖。四個(gè)電極板111、121、13、141與以離子光軸C為中心的橢圓筒A'相內(nèi)接，電極板 111、131的寬r'與其它電極板121、141的寬度r相比大。通過這樣破壞旋轉(zhuǎn)對稱性，能夠 發(fā)現(xiàn)在對稱性結(jié)構(gòu)中不會(huì)產(chǎn)生的次數(shù)的多極電場成分。具體地說，在圖13的結(jié)構(gòu)中，有力 地發(fā)現(xiàn)了八極電場成分。這樣，除了圍繞離子光軸C具有旋轉(zhuǎn)對稱性的電極板結(jié)構(gòu)以外也 能夠應(yīng)用本發(fā)明的離子光學(xué)系統(tǒng)。上述各種方式的離子光學(xué)系統(tǒng)不僅能夠使用于具備大氣壓離子化接口的質(zhì)量分 析裝置的第一中間真空室中，也能夠使用于質(zhì)量分析裝置內(nèi)的各種部位。圖14是在作為所 謂的三重四極型的MS/MS質(zhì)量分析裝置中應(yīng)用了本發(fā)明的離子光學(xué)系統(tǒng)的情況下的結(jié)構(gòu) 圖。該圖僅示出圖7中作為高真空環(huán)境的分析室四內(nèi)。按照離子的行進(jìn)順序配設(shè)有第一級四極質(zhì)量過濾器40、碰撞單元41、第二級四極 質(zhì)量過濾器44。在碰撞單元41內(nèi)配設(shè)有與上述的第一離子導(dǎo)向器相同結(jié)構(gòu)的離子導(dǎo)向器 24。雖然在第一級四極質(zhì)量過濾器40中導(dǎo)入了具有各種質(zhì)量電荷比m/z的離子，但是只有具有特定的質(zhì)量電荷比的目標(biāo)離子(前體離子)選擇性地通過并被送至下一級的碰撞單元 41，除此以外的離子在中途分散開。在碰撞單元41內(nèi)導(dǎo)入氬氣等碰撞誘導(dǎo)分解(CID)氣 體，前體離子在通過由離子導(dǎo)向器M形成的電場時(shí)與CID氣體碰撞而裂解，生成各種產(chǎn)物 離子。這些各種產(chǎn)物離子、未裂解的前體離子離開碰撞單元41而被導(dǎo)入到第二級四極質(zhì)量 過濾器44，只有具有特定的質(zhì)量電荷比的產(chǎn)物離子選擇性地通過并由離子檢測器32進(jìn)行 檢測。雖然分析室內(nèi)是高真空，但是碰撞單元41內(nèi)是由于被提供的CID氣體而局部成為 低真空的區(qū)域，為了防止其前后的四極質(zhì)量過濾器40、44的內(nèi)部空間的真空度降低，碰撞 單元41的離子入射孔42、離子出射孔43的直徑較小。因而，作為配設(shè)在碰撞單元內(nèi)的離子 導(dǎo)向器的條件，與上述圖7的情況同樣地在相對較低的真空度下同時(shí)要求高離子透過/蓄 積效率和離子聚集性。因此，如圖8所示那樣在靠近離子入射孔42的前半部241中沿著離 子光軸C將施加到每個(gè)電極板上的高頻電壓的相位反轉(zhuǎn)，對較大質(zhì)量范圍的離子實(shí)現(xiàn)高離 子透過/蓄積效率。另外，在靠近離子出射孔43的后半部對2中使用與以往相同的離子光 學(xué)系統(tǒng)，來提高離子聚集性，避免較小的離子出射孔43處的離子損失。如上所述，通過調(diào)整相位反轉(zhuǎn)周期或者與以往的離子光學(xué)系統(tǒng)相組合，能夠更靈 活地并且在更大范圍內(nèi)調(diào)整離子光學(xué)特性，因此在上述以外的部位、例如替代四極質(zhì)量過 濾器的前級的前桿電極等各種部位具有較大的利用價(jià)值。此外，上述實(shí)施例都只不過是本發(fā)明的一例，在本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)剡M(jìn) 行的變更、修正、追加當(dāng)然也包含在本申請的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種質(zhì)量分析裝置，具備向后級輸送離子的離子光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，該離子光學(xué)系統(tǒng)包括a)虛擬多極桿型的離子光學(xué)元件，其是將2XN個(gè)虛擬桿電極配置成圍繞離子光軸而 形成的，各上述虛擬桿電極包括沿著離子光軸相互分離的M個(gè)電極板，其中，N是2以上的 整數(shù)，M是3以上的整數(shù)；以及b)電壓施加單元，其對圍繞離子光軸配置的2XN個(gè)電極板中的夾持離子光軸相對置 的兩個(gè)電極板施加相同的高頻電壓且對在離子光軸的周圍相鄰的電極板施加彼此振幅相 同、相位相差180°的高頻電壓，并且對構(gòu)成各虛擬桿電極的M個(gè)電極板中的至少一個(gè)電極 板施加相位與對其它電極板施加的高頻電壓的相位不同的高頻電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)量分析裝置，其特征在于，上述電壓施加單元對構(gòu)成各虛擬桿電極的M個(gè)電極板中的至少一個(gè)電極板施加振幅 與對其它電極板施加的高頻電壓的振幅相同、相位相差180°的高頻電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的質(zhì)量分析裝置，其特征在于，上述電壓施加單元對構(gòu)成各虛擬桿電極的M個(gè)電極板的至少一部分電極板中的在離 子光軸方向上相鄰的每一個(gè)電極板或者每多個(gè)電極板施加彼此相位相差180°的高頻電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的質(zhì)量分析裝置，其特征在于，在構(gòu)成各虛擬桿電極的M個(gè)電極板中，存在對在離子光軸方向上相鄰的每第一個(gè)數(shù)的 電極板施加彼此相位相差180°的高頻電壓的部分以及對在離子光軸方向上相鄰的每第二 個(gè)數(shù)的電極板施加彼此相位相差180°的高頻電壓的部分，其中，上述第二個(gè)數(shù)與上述第一 個(gè)數(shù)不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的質(zhì)量分析裝置，其特征在于，在構(gòu)成各虛擬桿電極的M個(gè)電極板中，存在對在離子光軸方向上相鄰的每規(guī)定個(gè)數(shù)的 電極板施加彼此相位相差180°的高頻電壓的部分以及施加相同的高頻電壓的部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中的任一項(xiàng)所述的質(zhì)量分析裝置，其特征在于，N為2。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的質(zhì)量分析裝置，其特征在于，上述電壓施加單元對構(gòu)成各虛擬桿電極的M個(gè)電極板的至少一部分電極板中的在離 子光軸方向上相鄰的每一個(gè)電極板施加彼此相位相差180°的高頻電壓，該M為4以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的質(zhì)量分析裝置，其特征在于，在大致標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下將試樣成分離子化的離子源與在高真空下將離子進(jìn)行質(zhì)量分離 來進(jìn)行檢測的質(zhì)量分離部之間具備一個(gè)或者多個(gè)中間真空室，上述離子源與其下一級的中 間真空室通過小直徑的離子通過孔或者細(xì)徑的離子通過管而連通，在該中間真空室內(nèi)配置 有上述離子光學(xué)系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的質(zhì)量分析裝置，其特征在于，還具備碰撞室，在該碰撞室內(nèi)配置有上述離子光學(xué)系統(tǒng)，其中，該碰撞室配設(shè)在高真空 環(huán)境中，該碰撞室通過被提供到該碰撞室的內(nèi)部的碰撞誘導(dǎo)分解氣體與離子之間的接觸， 來使該離子裂解。
全文摘要
由在離子光軸方向上排列的多個(gè)電極板(111、…、118)構(gòu)成一個(gè)虛擬桿電極(11)，通過圍繞離子光軸(C)配置四個(gè)(11、12、13、14)虛擬桿電極來構(gòu)成虛擬四極桿型離子光學(xué)元件(1)。電壓施加部對一個(gè)虛擬桿電極按每個(gè)電極板交替地施加相位相差180°的高頻電壓。由此，在由四個(gè)虛擬桿電極包圍的空間中形成的高頻電場的四極電場成分變小，取而代之的是高次的多極電場成分變大。前者的離子聚集性、質(zhì)量選擇性較強(qiáng)，后者的離子透過性、離子接受性較強(qiáng)。離子光學(xué)系統(tǒng)能夠通過根據(jù)所配置的環(huán)境、前后的條件適當(dāng)?shù)卣{(diào)整離子光學(xué)特性，來綜合地改進(jìn)離子的輸送效率。
文檔編號H01J49/42GK102067273SQ20088012781
公開日2011年5月18日 申請日期2008年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月5日
發(fā)明者西口克 申請人:株式會(huì)社島津制作所