質譜儀和離子導向器的驅動方法
2023-06-19 06:51:21 4
質譜儀和離子導向器的驅動方法
【專利摘要】對於繞離子光軸(C)以45°的旋轉角度間隔的方式配置的8個電極(31～38)，將相鄰的2個電極作為一組並使它們電連接，並且使彼此之間隔有一組電極組的兩組電極組中的電極彼此電連接。並且，對繞光軸(C)彼此之間隔有一組電極組的兩組電極組中的電極(31、32、35、36)施加電壓VDC+vcosωt，對其他的電極(33、34、37、38)施加電壓VDC-vcosωt。由此，電極構造與八極型離子導向器相同，但形成了主要具有四極場成分的高頻電場，因此能夠作為四極型離子導向器使用。像這樣，使用相同構造的電極，僅通過改變用於施加電壓的布線，便能夠實現例如四極型、八極型等離子接收性、離子透過性等特性不同的離子導向器。
【專利說明】質譜儀和離子導向器的驅動方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種包括用於使離子聚束並向後級輸送離子的離子導向器的質譜儀以及用於使該離子導向器動作的驅動方法。
【背景技術】
[0002]在質譜儀中，為了將自前級輸送來的離子聚束並向後級的例如四極濾質器等質譜器輸送，而使用了被稱作離子導向器的離子光學元件。離子導向器的常見結構為如下的多極型的結構，該多極型的結構是通過這樣形成的，將4個、6個、8個或者8個以上的大致圓柱狀的杆電極配置為以圍繞離子光軸的方式彼此隔開同一角度間隔且相互平行。在這樣的多極型的離子導向器中，通常對在繞離子光軸的周向上相鄰的兩個杆電極分別施加振幅和頻率相同但相位彼此反轉的高頻電壓。通過將這樣的高頻電壓施加於各杆電極，在由上述杆電極圍成的大致圓柱狀的空間形成多極的高頻電場，離子在該高頻電場中一邊振動一邊被輸送。
[0003]為了響應質譜儀的高靈敏度化、高精度化等要求，需要使離子導向器中高頻電場中的等電位線的形狀儘可能接近在理論上推導出的規定曲線，謀求提高離子接收性、離子透過性等性能。為此，必須提高各杆電極的配置精度，為了實現這一目標，本 申請人:在專利文獻I中提出了一種新結構的離子導向器。參照圖9?圖13說明該離子導向器的一例。
[0004]圖9的(a)是離子導向器單元100的側視圖，圖8的(b)、(C)分別是圖9的(a)中的A-A』向視剖視圖、B-B』向視剖視圖。該離子導向器單元100包括將沿離子光軸C的方向延伸的8塊金屬板作為電極的離子導向器110以及圍繞該離子導向器110的圓筒狀的殼體140。離子導向器110的各電極的長邊側的端面朝向離子光軸C，且各電極以彼此隔開45°的角度間隔的方式繞離子光軸C旋轉對稱地配置。在此，將8個電極中的間隔I個地配置的4個電極作為第I電極111，並將與上述電極相鄰的4個電極作為第2電極112。
[0005]圖10是一個第I電極111的立體圖。在第I電極111中，離子光軸C側的端緣在與離子光軸C正交的面內的截面形狀為向離子光軸C鼓出的圓弧狀或雙曲線狀。另外，離子光軸C側的端面以隨著朝向離子的行進方向(圖9的(C)和圖10中的右方)去而稍微遠離離子光軸C的方式傾斜。通過該傾斜，能夠使多極電場的強度在越靠離子導向器110的出口側處越小，從而能夠使飛行的離子減速。除該第I電極111以外的其他的3個第I電極111以及與第I電極111相鄰的4個第2電極112也具有相同的形狀。
[0006]殼體140包括:筒部141，其用於圍繞第I電極111和第2電極112 ?』第I支承部142，其安裝在筒部141的一側的端部，用於支承各電極的一端面(圖9的(c)中的左側端面)；第2支承部143，其安裝在筒部141的另一側的端部；以及板簧固定部144，其用於在其與第2支承部143之間夾持圖11的(a)所示那樣的板簧130而固定該板簧130。第I支承部142和第2支承部143由陶瓷、塑料等絕緣體構成，在中央設有供離子穿過的開口。而且，在第2支承部143的與各電極對應的位置設有圓筒狀的貫通孔。
[0007]圖11的(a)所示的板簧130由金屬制的環狀的框部131以及8個自框部131向內側突出的作為懸臂彈簧的彈簧部132構成。彈簧部132為T字形狀，且以相鄰的彈簧部132的左右端不接觸的程度靠近。
[0008]在第I支承部142的用於支承電極的面配置有圖11的(b)所示那樣的金屬制的薄板150。該薄板150由環狀的框部151以及4個自框部151向內側突出的金屬觸點152構成。配置於第I支承部142的薄板150的金屬觸點152的位置與第I電極111的位置相對應。由此，薄板150僅與第I電極111接觸，不與第2電極112接觸。
[0009]圖12是離子導向器單元100的第2支承部143側的端部的將板簧130和板簧固定部144卸下了的狀態的俯視圖。在設於第2支承部143的8個貫通孔中的與第I電極111相對應的4個孔內插入有由絕緣體構成的絕緣間隔件121，在與第2電極112相對應的4個孔內插入有由導體構成的導電間隔件122。各間隔件為同一長度的圓筒狀體，其長度為:在一端與電極接觸了的狀態下另一端自第2支承部143的表面稍微突出的程度。
[0010]圖13是在圖12所示的離子導向器單元100上安裝有板簧130和板簧固定部144的狀態的局部俯視圖。板簧130配置為:相鄰的彈簧部132的彼此靠近的左右端推壓一個絕緣間隔件121的突出部或一個導電間隔件122的突出部。由此，板簧130與第I電極111通過絕緣間隔件121絕緣，板簧130與第2電極112藉助導電間隔件122電連接。
[0011]在上述結構的離子導向器單元100中，板簧130的彈簧部132隔著絕緣間隔件121或導電間隔件122向第I支承部142側推壓第I電極111和第2電極112。由此，各電極
111、112被板簧130和第I支承部142從兩側夾持並固定。此時，第I電極111的端面與絕緣間隔件121或金屬制的薄板150接觸，第2電極112的端面與導電間隔件122或由絕緣體構成的第2支承部143接觸。利用未圖示的電壓施加部，藉助薄板150對第I電極111施加在直流電壓Vdc上疊加高頻電壓v-coscot而得到的電壓VDC；+v -coscot,藉助板簧130和導電間隔件122對第2電極112施加在相同的直流電壓上疊加相位反轉(即錯開180° )的高頻電壓而得到的電壓VDC-v -Cosontj由此，在由8個電極111、112的緣端面圍成的空間形成多極高頻電場，而使導入該空間內的離子聚束。
[0012]此時，在與離子光軸C正交的面內，8個電極111、112的離子光軸C側端的邊緣為朝向離子光軸C鼓出的圓弧狀或雙曲線狀，因此在電極111、112的附近產生等電位線為沿著該曲線那樣的形狀的電場。由此，能夠在由各電極111、112的端面圍成的空間形成接近理想狀態的電場。
[0013]然而，在近年來的複雜的結構的質譜儀中，逐漸較多地使用多個上述那樣的多極型的離子導向器。例如在非專利文獻I所述的液相色譜儀串聯四極型質譜儀中，在離子源與第I級四極濾質器之間配置有兩級八極型離子導向器，在碰撞部內部配置有四極型的離子導向器。即，在同一裝置中使用極數不同的多個離子導向器。在以往的質譜儀中，這樣的極數不同的離子導向器分別具有單獨的結構。例如，在使用上述的離子導向器單元100的情況下，除金屬板電極的個數以外，用於保持金屬板電極的由絕緣體構成的第I支承部142、第2支承部143、板簧130、等各構件的形狀也需要結合極數進行變更。針對此，若在上述那樣的使用多個離子導向器的質譜儀中能夠利用同一構造的離子導向器作為上述離子導向器，則非常有利於削減成本。
[0014]現有技術文獻
[0015]專利文獻
[0016]專利文獻1:日本特開2010-149865號公報
[0017]非專利文獻
[0018]非專利文獻I 三重四極型LC/MS/MS系統LCMS-8030」，[online]，株式會社島津製作所，[平成 24 年 3 月 7 日檢索]，網際網路
【發明內容】
[0019]發明要解決的問題
[0020]本發明是鑑於上述問題而做成的，其目的在於提供一種質譜儀，該質譜儀包括極數不同的多個離子導向器，與極數的差異無關地，上述多個離子導向器能夠使用機械結構/構造相同的離子導向器。另外，本發明的另一目的在於提供一種用於使機械結構/構造相同的離子導向器作為四極、八極等極數不同的離子導向器進行使用的離子導向器的驅動方法。
[0021]用於解決問題的方案
[0022]為了解決上述問題而做成的本發明的質譜儀包括離子導向器，該離子導向器是通過使2n(n為3以上的整數)個沿離子光軸延伸的棒狀或板狀的電極以圍繞離子光軸的方式配置而成的，該質譜儀的特徵在於，
[0023]該質譜儀包括:
[0024]a)電壓生成部件，其用於生成第I高頻電壓以及與該第I高頻電壓為振幅相同但相位反轉的第2高頻電壓，該第I高頻電壓和第2高頻電壓作為用於在由上述離子導向器的各電極圍成的空間形成高頻電場的電壓；
[0025]b)電連接部件，其用於以如下方式將上述電壓生成部件與上述離子導向器的各電極電連接，該方式為:對構成上述離子導向器的2n個電極中的繞離子光軸相鄰的m個(m為2以上且2n-l以下的整數)電極施加第I高頻電壓,對其他的2n-m個電極中的至少一個電極施加第2高頻電壓。
[0026]另外，為了解決上述問題而做成的本發明的離子導向器驅動方法為這樣的方法:對通過使2n(n為3以上的整數)個沿離子光軸延伸的棒狀或板狀的電極以圍繞離子光軸的方式配置而成的離子導向器的上述各電極分別施加規定電壓，由此在由上述電極圍成的空間形成用於控制離子的動作的電場，該離子導向器驅動方法的特徵在於，
[0027]對構成上述離子導向器的2n個電極中的繞離子光軸相鄰的m個(m為2以上且2n-l以下的整數)電極施加第I高頻電壓，對其他的2n-m個電極中的至少一個電極施加與上述第I高頻電壓為振幅相同但相位反轉的第2高頻電壓。
[0028]S卩，在上述那樣的以往的質譜儀的離子導向器驅動方法中，為了一邊使離子聚束一邊輸送離子，在構成離子導向器的2n個電極中，對繞離子光軸相鄰的任意兩個電極中的一個電極施加第I高頻電壓，對該兩個電極中的另一個電極施加第2高頻電壓。換言之，對繞離子光軸每隔一個電極的電極彼此施加同一高頻電壓。因而，在由上述電極圍成的空間形成有主要具有2n極場成分的高頻電場(理想的情況為僅應該出現2n極場成分，但現實中還出現其他的多極場成分)。在該情況下，高頻電場的形狀(高頻電場中的等電位線的形狀)在與離子光軸正交的面內以離子光軸為中心旋轉對稱。相對於此，在本發明的質譜儀和離子導向器驅動方法中，在繞離子光軸的至少一部分處對相鄰的兩個以上的電極施加第I高頻電壓。因此，形成在由構成離子導向器的2η個電極圍成的空間的高頻電場的主要成分不會成為2η極場成分。
[0029]具體而言，本發明的質譜儀的第I技術方案能夠採用這樣的結構:構成上述離子導向器的電極的數量為n = pXq(其中，P為2以上的整數，q為4以上的整數)個，上述電連接部件以如下方式將上述電壓生成部件與上述離子導向器的各電極電連接，該方式為:針對將繞離子光軸相鄰的任意P個電極作為一組的q組電極組，對繞離子光軸每隔一組的pXq/2個電極施加第I高頻電壓，對其他的pXq/2個電極施加第2高頻電壓。
[0030]作為第I技術方案的典型的結構，能夠採用這樣的結構:n為8，P為2，q為4，在由構成上述離子導向器的8個電極圍成的空間形成主要具有四極場成分的高頻電場。在該情況下，被施加有第I高頻電壓的電極與被施加有第2高頻電壓的電極的配置本身為繞離子光軸旋轉對稱。因此，高頻電場的形狀在與離子光軸正交的面內以離子光軸為中心旋轉對稱。因而，導入到離子導向器內的離子在高頻電場的作用下一邊在離子光軸附近振動一邊作為整體沿著離子光軸行進。
[0031 ] 採用上述的以往的離子導向器驅動方法，在由構成離子導向器的8個電極圍成的空間形成主要具有八極場成分的高頻電場，相對於此，在該技術方案中，保持電極數為8的狀態，但實際上形成了與四極型的離子導向器同等的高頻電場。即，不用對離子導向器的電極結構本身進行任何改變，僅通過改變電連接部件，就也能夠作為通常的八極型的離子導向器使用，還能夠作為四極型的離子導向器使用。
[0032]另外，本發明的質譜儀的第2技術方案能夠採用這樣的結構:上述電連接部件以欲被施加第I高頻電壓的電極與欲被施加第2高頻電壓的電極的配置為繞離子光軸非旋轉對稱的方式將上述電壓生成部件與上述離子導向器的各電極電連接。在該結構中，例如，僅在繞離子光軸的某一部分處對相鄰的3個或3個以上的電極施加同一高頻電壓。
[0033]與上述第I技術方案不同，在該第2技術方案的情況下，形成在由2n個電極圍成的空間的高頻電場的形狀在與離子光軸正交的面內以離子光軸為中心非旋轉對稱。因此，導入到離子導向器內的離子在與其導入時的離子光軸正交的面內受到偏向一方的力。由此，離子逐漸偏離2n個電極的中心軸、即發生偏轉地行進，該中心軸是通過呈直線狀延長離子導入時的離子光軸而得到的。即，第2技術方案的離子導向器作為用於將沿著某離子光軸導入的離子沿著與該離子光軸既不在同一直線上也不平行那樣的離子光軸送出的離子導向器來使用。
[0034]另外，在本發明的質譜儀中，電連接部件為用於將電壓生成部件和各電極連接起來的廣義的、即包括各種電纜線、基板的布線圖案、連接器、連接用的各種導電構件等的布線部。
[0035]發明的效果
[0036]採用本發明的質譜儀和離子導向器驅動方法，在例如四極型離子導向器和八極型離子導向器等極數不同的離子導向器用於同一裝置的情況下，能夠使用同一電極數且同一電極配置的離子導向器形成與四極、八極等極數相對應的特性的高頻電場。由此，針對極數不同的各離子導向器，不需要準備不同結構、不同構造的離子導向器，而是使部件、構件共同化，使部件、構件的總數減少，從而能夠降低產品成本。由此，例如，能夠提供一種比以往廉價的裝置。
[0037]另外，採用本發明的質譜儀和離子導向器驅動方法，不僅能夠形成高次的多極電場，還能夠形成偏轉電場。由此，能夠容易地構成用於將例如在形成質譜時成為幹擾因素的中性粒子除去的離軸離子光學系統。
[0038]而且，不僅能夠形成高次的多極電場，還能夠按期望形成多個高次的多極電場相疊加那樣的高頻電場。由此，能夠根據使用目的等精細地調整離子接收性、離子透過性等特性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1是本發明的一實施例的質譜儀的整體結構圖。
[0040]圖2的(a)是表示對第I實施例的離子導向器施加的高頻電壓的施加狀態的圖，圖2的(b)是表示在圖2的(a)時通過模擬計算得到的電位分布的圖。
[0041]圖3的(a)是表示對第I實施例的離子導向器施加的高頻電壓的另一施加狀態的圖，圖3的(b)是表示在圖3的(a)時通過模擬計算得到的電位分布的圖。
[0042]圖4是表示測量圖2和圖3所示的狀態下的高頻電壓的振幅與信號強度之間的關係而得到的結果的圖。
[0043]圖5的(a)是表示對第I實施例的離子導向器施加的高頻電壓的又一施加狀態的圖，圖5的(b)是表示在圖5的(a)時通過模擬計算得到的電位分布的圖。
[0044]圖6是表示對第2實施例的離子導向器施加的高頻電壓的施加狀態的例子的圖。
[0045]圖7是表示對第3實施例的離子導向器施加的高頻電壓的施加狀態的例子的圖。
[0046]圖8是表示對第4實施例的離子導向器施加的高頻電壓的施加狀態的例的圖。
[0047]圖9的(a)是以往的離子導向器單元的側視圖，圖9的(b)是圖9的(a)中的A_A』向視剖視圖，圖9的(c)是圖9的(a)中的B-B』向視剖視圖。
[0048]圖10是圖9中的電極的立體圖。
[0049]圖11的(a)是圖9中的板簧的俯視圖，圖11的(b)是圖9中的薄板的俯視圖。
[0050]圖12是離子導向器單元的在安裝板簧和板簧固定部之前的俯視圖。
[0051]圖13是離子導向器單元的在安裝板簧和板簧固定部之後的放大俯視圖。
【具體實施方式】
[0052]以下，參照【專利附圖】
【附圖說明】本發明的一實施例的質譜儀。
[0053]圖1是第I實施例的質譜儀的整體結構圖。該質譜儀為串聯四極型質譜儀，其能夠對自液相色譜儀(LC)等供給來的液體試樣中的成分進行MS/MS分析。
[0054]本實施例的質譜儀包括:維持在大致大氣壓氣氛下的離子化室1、利用由未圖示的渦輪分子泵等真空泵進行的真空排氣而維持在高真空氣氛的分析室5以及分別利用由真空泵進行的真空排氣而維持在離子化室I內的氣壓與分析室5內的氣壓之間的中間氣壓的第I中間真空室2、第2中間真空室3、第3中間真空室4。即，該質譜儀採用隨著自離子化室I朝向分析室5去各室的氣壓降低(真空度上升)的多級差動排氣系統的結構。
[0055]在離子化室I配置有與未圖示的LC的柱出口端連接的離子化探測器6。在分析室5配置有前級四極濾質器15、後級四極濾質器18、離子檢測器19以及在內部配置有第4離子導向器17的碰撞單元16。另外，在第I中間真空室2配置有用於向後級輸送離子的第I離子導向器10，在第2中間真空室3配置有用於向後級輸送離子的第2離子導向器12，在第3中間真空室4配置有用於向後級輸送離子的第3離子導向器14。離子化室I與第I中間真空室2之間藉助細徑的脫溶劑管8連通，並且第I中間真空室2與第2中間真空室3之間經由在分離器11的頂部形成的直徑微小的開口連通，第2中間真空室3與第3中間真空室4之間經由設於分隔壁的離子透鏡13的圓形開口連通。
[0056]離子化探測器6的噴嘴7的頂端被未圖示的直流高壓電源施加有數kV程度的高電壓。導入到離子化探測器6內的液體試樣在到達噴嘴7的頂端時被施加偏置電荷而向離子化室I內呈霧狀噴出。噴出的霧流中的微小液滴與大氣接觸而被微小化，而且由於流動相、溶劑揮發而進一步微小化。在該過程中液滴中含有的試樣成分攜帶電荷自液滴飛出，變為氣體離子。所產生的離子在離子化室I內與第I中間真空室2內之間的差壓的作用下被吸入脫溶劑管8，並被送入到第I中間真空室2內。
[0057]自第I離子導向器10到第3離子導向器14之間的離子輸送光學系統具有將離子以儘可能低的損失輸送至分析室5內的前級四極濾質器15的功能。電源部21?25分別在控制部20的控制下對各離子導向器10、12、14、分離器11、離子透鏡13施加將直流電壓和高頻電壓相疊加而得到的電壓或者僅施加直流電壓。
[0058]藉助上述離子輸送光學系統，離子被送入到前級四極濾質器15。利用電源部26對構成前級四極濾質器15的杆電極施加與作為分析對象的離子的質荷比相對應的將直流電壓與高頻電壓相疊加而得到的電壓，從而僅具有與該電壓相對應的質荷比的離子穿過該濾質器15的長軸方向上的空間並被導入到碰撞單兀16內。在碰撞單兀16內自未圖不的氣體供給源供給Ar等規定的CID氣體，離子(先驅離子)與CID氣體碰撞而發生分解。因分解而生產的產物離子利用第4離子導向器17聚束並被送入到後級四極濾質器18。
[0059]利用電源部28對構成後級四極濾質器18的杆電極施加與作為分析對象的產物離子的質荷比相對應的將直流電壓與高頻電壓相疊加而得到的電壓，從而僅具有與該電壓相對應的質荷比的離子穿過該濾質器18的長軸方向上的空間併到達離子檢測器19。離子檢測器19輸出與到達該離子檢測器19的離子的量相對應的檢測信號，未圖示的數據處理部根據該檢測信號製作例如MS/MS譜。
[0060]在上述結構中，第2離子導向器12、第3離子導向器14以及碰撞單元16內的第4離子導向器17均具有一邊使離子聚束一邊向後級輸送離子的功能。例如在非專利文獻I所述的以往的質譜儀中，第2離子導向器12和第3離子導向器14使用八極型離子導向器，第4離子導向器17使用四極型離子導向器，但在本實施例的質譜儀中，上述3個離子導向器12、14、17使用電極結構相同的離子導向器。
[0061]以下，詳細地說明本實施例所使用的上述離子導向器。圖2的(a)是表示對第2離子導向器12、第3離子導向器14施加的高頻電壓的施加狀態的圖，圖3的(a)是表示對第4離子導向器17施加的高頻電壓的施加狀態的圖。另外，圖2的(b)是表示在圖2的(a)時通過模擬計算得到的電位分布的圖，圖3的(b)是表示在圖3的(a)時通過模擬計算得到的電位分布的圖。
[0062]離子導向器12、14、17均由8個大致圓柱狀的杆電極31?38構成，該8個大致圓柱狀的杆電極31?38以彼此隔開45°的旋轉角度間隔的方式相互平行地繞直線狀的離子光軸C配置。上述杆電極31?38與以離子光軸C為中心軸的圓筒P內切，上述杆電極31?38的配置以離子光軸C為中心旋轉對稱。另外，圖2的(a)和圖3的(a)是沿與離子光軸C正交的面剖切離子導向器而得到的剖視圖。
[0063]如上述那樣，離子導向器12、14、17的電極的形狀相同、配置相同，但向各杆電極31?38施加的電壓不同。S卩，如圖2的(a)所示，在第2離子導向器12、第3離子導向器14中，繞尚子光軸C每隔一個杆電極的杆電極彼此電連接。即，杆電極31、33、35、37相互電連接，並且剩下的杆電極32、34、36、38相互電連接。並且，由電源部23 (或者電源部25)對前者的4個杆電極31、33、35、37施加在直流電壓Vdc上疊加高頻電壓vcosco t而得到的電壓VDC+vcoson，由電源部23 (或者電源部25)對後者的4個杆電極32、34、36、38施加在相同的直流電壓Vdc上疊加相位反轉的高頻電壓-VCOSCOt而得到的電壓Vdc-VCOSCO t。g卩，圖2的(a)所示那樣的用於將各杆電極31?38與電源部23(或者電源部25)連接的布線部相當於本發明的電連接部件。另外，在圖2的(a)和圖3的(a)中,施加有電壓VDC；-vcos ω t的杆電極的剖面利用斜線表示。
[0064]繞離子光軸C的4個杆電極31、33、35、37被施加有共同的電壓VDC+vcoscot，繞離子光軸C與上述各杆電極相鄰的4個杆電極32、34、36、38被施加有共同的電壓Vdc-Vcos cot，其中，4個杆電極31、33、35、37中的每相鄰的兩個杆電極之間隔有一個杆電極。該結構與通常的八極型離子導向器相同，如上述那樣，在施加於各杆電極31?38的電壓的作用下，在由上述杆電極31?38圍成的空間形成主要具有八極場成分的高頻電場。該高頻電場中的等電位線的形狀如圖2的(b)所示那樣為以離子光軸C為中心的旋轉對稱形狀。
[0065]另一方面，如圖3的(a)所示，在第4離子導向器17中，繞離子光軸C相鄰的兩個杆電極彼此電連接而作為一組，而且繞離子光軸C彼此之間隔有一組杆電極組的杆電極組所包含的杆電極彼此電連接。即，4個杆電極31、32、35、36相互電連接，並且剩下的4個杆電極33、34、37、38相互電連接。並且，由電源部23 (或者電源部25)對前者的4個杆電極
31、32、35、36施加在直流電壓Vdc上疊加高頻電壓vcoscot而得到的電壓VDC；+vcoscot,由電源部23 (或者電源部25)對後者的4個杆電極33、34、37、38施加在相同的直流電壓Vdc上疊加相位反轉的高頻電壓-VCOSCOt而得到的電壓Vdc-VCOS ω?。即，在該情況下，圖3的(a)所示那樣的用於將各杆電極31?38與電源部23(或者電源部25)連接的布線部也相當於本發明的電連接部件。
[0066]在該情況下，屬於同一組的相鄰的兩個杆電極為相同電位，因此從電位的角度而言，能夠將上述兩個杆電極視為一體。該結構為準四極型離子導向器，如上述那樣，在施加於各杆電極31?38的電壓的作用下，在由上述杆電極31?38圍成的空間形成主要具有四極場成分的高頻電場。該高頻電場中的等電位線的形狀如圖3的(b)所示那樣也是以離子光軸C為中心的旋轉對稱形狀。
[0067]圖4的(a)是表示測量圖2所示的八極型離子導向器的驅動狀態下的高頻電壓的振幅與信號強度之間的關係而得到的結果的圖，圖4的(b)是表示測量圖3所示的準四極型離子導向器的驅動狀態下的高頻電壓的振幅與信號強度之間的關係而得到的結果的圖。觀察圖4的(b)可知，在高頻電壓的振幅變大時信號強度明顯下降。這是因為，四極場成分的低質量截留(Low Mass Cut-off)現象較明顯，導致離子發散。另一方面，若只看信號強度的大小，則與圖4的(a)相比在圖4的(b)中明顯升高。其原因被認為是四極場成分的離子聚束作用較強，由此可知，圖4的(b)能夠實現較高的靈敏度。
[0068]由上述結果可知，即使杆電極的結構(形狀、配置等)為八極型離子導向器，也能夠僅通過利用用於施加高頻電壓的布線部的差異、換言之僅通過改變離子導向器驅動方法來使該離子導向器實際上作為四極型離子導向器進行動作。通過這樣，在本實施例的質譜儀中，配置在碰撞單元16內的第4離子導向器17能夠使用與第2離子導向器12和第3離子導向器14相同結構的電極，由此能夠謀求削減裝置的成本。
[0069]在上述實施例中，由杆電極31?38形成的高頻電場的形狀為以離子光軸C為中心的旋轉對稱形狀，但通過改變施加電壓以使杆電極31?38為非旋轉對稱形狀，能夠在由杆電極31?38圍成的空間形成使離子偏轉的偏轉電場。圖5的(a)是表示在圖2的(a)和圖3的(a)所示的電極結構中形成偏轉電場的情況下的高頻電壓的施加狀態的一例的圖，圖5的(b)是表示在圖5的(a)時通過模擬計算得到的電位分布的圖。
[0070]如圖5的(a)所示，在該例中，由電源部23 (或者電源部25)對4個杆電極31、33、35、38施加電壓VDC+vcos ω t，由電源部23 (或者電源部25)對剩下的4個杆電極32、34、36、37施加電壓Vdc-VCos on。由此，如圖5的(b)所示，在由杆電極31?38圍成的空間形成有具有繞離子光軸C非旋轉對稱的等電位線形狀的高頻電場。在這樣的非旋轉對稱的高頻電場的作用下，離子被施加沿圖5的(b)中的箭頭所示的方向的力。因此，沿著離子光軸C導入到該離子導向器內的離子的軌道隨著離子的行進而逐漸向圖5的(b)中的箭頭方向偏移並彎曲。因而，離子自離子導向器沿著相對於圖5中的離子光軸C(在該情況下，不是離子軌道的中心，因此從嚴格意義上來講不是離子光軸)以規定角度傾斜的中心軌道射出。
[0071]通常，在質譜儀中，為了將混雜在源自試樣成分的離子流中的中性粒子(例如未離子化的試樣成分分子等)除去，有時利用所謂的離軸(或者偏軸)離子光學系統。為了這樣的目的，例如在日本特許第3542918號公報、美國專利申請公開2009/0294663號說明書等中提出了一種使用彎曲形狀的杆電極的離子導向器，但對於這樣的形狀的電極，難以高精度地製造。相對於此，根據上述例，電極構造與通常的構造相同，僅通過改變離子導向器驅動方法便能夠得到離子入射軸與離子射出軸斜交的離子導向器，因此非常有利於削減成本。
[0072]另外，在上述實施例中，通過改變離子導向器的各杆電極與電源部之間的電連接，能夠形成具有與電極數不同的多極場成分的高頻電場或者形成偏轉電場。作為改變電連接的具體方法，能夠採用改變布線部的電纜線的連接的方法、改變基板的布線圖案的方法、使用替換布線的中繼電纜的方法等各種方法。另外，作為離子導向器，在使用通過圖9?圖13說明的離子導向器單元100的情況下，能夠不用對構成該離子導向器單元100的各種部件進行任何改變地使用完全相同的部件並且能夠簡單地改變電連接。
[0073]具體而言，如圖9所示，在電極為8個的結構中，在使該離子導向器101作為八極型離子導向器進行動作時，如圖12所示那樣，將導電間隔件122和絕緣間隔件121繞離子光軸C交替配置。針對此，在使該離子導向器101作為四極型離子導向器進行動作時，只要改變導電間隔件122和絕緣間隔件121向設於第2支承部143的8個貫通孔插入的插入位置而使導電間隔件122兩兩相鄰地繞離子光軸C配置並且在上述相鄰的兩個導電間隔件122的旁邊以使絕緣間隔件兩兩相鄰的方式配置絕緣間隔件即可。
[0074]像這樣，在離子導向器單元100中，不用改變與本發明的電連接部件相當的金屬制的薄板150、第2支承部143、導電間隔件122、絕緣間隔件121等的結構本身，而僅通過在裝配時改變導電間隔件122和絕緣間隔件121的插入位置，便能夠構成八極型的離子導向器和圖3所示那樣的準四極型的離子導向器中的一者。
[0075]另外，上述實施例例示了電極數是8，但電極數隻要為2n(n為3以上的整數)即可。圖6?圖8分別是表不向構成在η為3、5、6的情況下的離子導向器40、50、60的各電極施加的高頻電壓的施加狀態的圖。圖6?圖8的(a)分別是使各離子導向器40、50、60作為與各自的電極數相對應的六極型離子導向器、十極型離子導向器、十二極型離子導向器進行動作時的電壓的施加狀態。另一方面，圖6、圖7的(b)是表示在形成偏轉電場的情況下的高頻電壓的施加狀態的一例的圖。另外，圖8的(b)是使電極數為12的離子導向器作為準四極型的離子導向器進行動作時的電壓的施加狀態。像這樣，並不限定於2n為8的情況，本發明能夠應用於任意2n電極數的離子導向器。
[0076]此外，上述實施例、各種變形例均只不過是一例，顯然，在本發明的主旨的範圍內適當地進行變形、修正、添加也包含在本發明的權利要求的範圍內。
[0077]附圖標記說明
[0078]1、離子化室；2、第I中間真空室；3、第2中間真空室；4、第3中間真空室；5、分析室；6、離子化探測器；7、噴嘴；8、脫溶劑管；10、第I離子導向器；11、分離器；12、第2離子導向器；13、離子透鏡；14、第3離子導向器；15、前級四極濾質器；16、碰撞單元；17、第4離子導向器；18、後級四極濾質器；19、離子檢測器；20、控制部；21?28、電源部；31?38、41?46、51?5A、61?6C、杆電極；40、50、60、尚子導向器；100、尚子導向器單兀；110、尚子導向器；111、第I電極；112、第2電極；121、絕緣間隔件；122、導電間隔件；130、板簧；131、框部；132、彈簧部；140、殼體；141、筒部；142、第I支承部；143、第2支承部；144、板簧固定部；150、薄板；151、框部；152、金屬觸點；C、離子光軸。
【權利要求】
1.一種質譜儀，該質譜儀包括離子導向器，該離子導向器是通過使2η(其中，η為3以上的整數)個沿離子光軸延伸的棒狀或板狀的電極以圍繞離子光軸的方式配置而成的，該質譜儀的特徵在於， 該質譜儀包括: a)電壓生成部件，其用於生成第I高頻電壓以及與該第I高頻電壓為振幅相同但相位反轉的第2高頻電壓，該第I高頻電壓和第2高頻電壓作為用於在由上述離子導向器的各電極圍成的空間形成高頻電場的電壓； b)電連接部件，其用於以如下方式將上述電壓生成部件與上述離子導向器的各電極電連接，該方式為:對構成上述離子導向器的2n個電極中的繞離子光軸相鄰的m(其中，m為2以上且2n-l以下的整數)個電極施加第I高頻電壓,對其他的2n-m個電極中的至少一個電極施加第2高頻電壓。
2.根據權利要求1所述的質譜儀，其特徵在於， 構成上述離子導向器的電極的數量為n = pXq(其中，P為2以上的整數，q為4以上的整數)個，上述電連接部件以如下方式將上述電壓生成部件與上述離子導向器的各電極電連接，該方式為:針對將繞離子光軸相鄰的任意P個電極作為一組的q組電極組，對繞離子光軸每隔一組的pXq/2個電極施加第I高頻電壓，對其他的P X q/2個電極施加第2高頻電壓。
3.根據權利要求2所述的質譜儀，其特徵在於， η為8，p為2，q為4，在由構成上述離子導向器的8個電極圍成的空間形成有主要具有四極場成分的高頻電場。
4.根據權利要求1所述的質譜儀，其特徵在於， 上述電連接部件以欲被施加第I高頻電壓的電極與欲被施加第2高頻電壓的電極的配置為繞離子光軸非旋轉對稱的方式將上述電壓生成部件與上述離子導向器的各電極電連接。
5.一種離子導向器驅動方法， 在該離子導向器驅動方法中，對通過使2η (η為3以上的整數)個沿離子光軸延伸的棒狀或板狀的電極以圍繞離子光軸的方式配置而成的離子導向器的各上述電極分別施加規定電壓，由此在由上述電極圍成的空間形成用於控制離子的動作的電場，該離子導向器驅動方法的特徵在於， 對構成上述離子導向器的2η個電極中的繞離子光軸相鄰的m個(m為2以上且2n-l以下的整數)電極施加第I高頻電壓，對其他的2n-m個電極中的至少一個電極施加與上述第I高頻電壓為振幅相同但相位反轉的第2高頻電壓。
6.根據權利要求5所述的離子導向器驅動方法，其特徵在於， 對於電極的數量為n = pXq(其中，P為2以上的整數，q為4以上的整數)個的上述離子導向器，針對將繞離子光軸相鄰的任意P個電極作為一組的q組電極組，對繞離子光軸每隔一組的pXq/2個電極施加第I高頻電壓，對其他的pXq/2個電極施加第2高頻電壓。
7.根據權利要求5所述的離子導向器驅動方法，其特徵在於， 以欲被施加第I高頻電壓的電極與欲被施加第2高頻電壓的電極的配置為繞離子光軸非旋轉對稱的方式對上述離子導向器的各電極施加第I高頻電壓或第2高頻電壓。
【文檔編號】H01J49/06GK104185892SQ201280071497
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2012年3月16日 優先權日:2012年3月16日
【發明者】奧村大輔, 糸井弘人 申請人:株式會社島津製作所