离子输送装置以及使用该装置的质量分析装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及收集离子并输送的离子输送装置，尤其涉及适用于电喷雾电离质谱装置、大气压化学电离质谱装置、高频电感耦合等离子体电离质谱装置之类的、具备在接近于大气压的较高的气压环境下电离试样的离子源的质量分析装置的离子输送装置以及使用该装置的质量分析装置。
【背景技术】
[0002]在电喷雾电离法(ESI)、大气压化学电离法(APCI)、大气压光电离法(APPI)等使用大气压离子源的质量分析装置中，相对于电离室大致为大气压环境，配置有四极杆质量过滤器等质量分离器、离子检测器的分析室的内部有必要保持在高真空环境。在此一般来说在这样的质量分析装置中，采用在电离室与分析室之间设置1至多个的中间真空室，阶段性地提高真空度那样的多级差动排气系统的结构。在这样的多级差动排气系统的结构的质量分析装置中，在中间真空室的内部配置被称作离子透镜、离子导向装置的离子传输光学系统。离子输送光学系统是，通过直流电场、高频电场或这两者的作用，会聚离子，或一边根据情况加速或减速，一边将离子向后段输送的一种设备。
[0003]为了更有效率地收集离子且输送，以往使用了各种各样的构造以及结构的离子输送光学系统。作为被广泛利用的离子输送光学系统的一种方式，在离子光轴的周围或沿着离子光轴具备多个电极，通过在该多个电极中相邻的电极上施加彼此相位相互反转了180°的高频电压，且与其叠加地对各电极施加不同的直流电压，由此，一边使离子远离各电极一边进行收集以及输送。作为此方式的离子输送光学系统的代表例，有将4根或4根以上的偶数根的棒电极配置在离子光轴周围的多极高频离子导向装置、取代棒电极而使用由在离子光轴方向上配设的多个电极板形成的假想棒电极的多极高频离子导向装置等。还有，在专利文献1中公开了一种被称作为离子漏斗的离子输送光学系统，其构造为将具有圆形开口的孔电极(Aperture electrode)沿离子光轴多个排列。进一步还有专利文献2中公开了一种被称为高频电子干扰仪的离子输送光学系统，其在印刷基板上大致同心圆状地形成多个环状电极。
[0004]在如上述的各种离子输送光学系统中，利用在多个电极上施加高频电压而形成的高频电场来使离子远离该电极的作用能通过基于振荡电场的赝势(Pseudo-potential)的概念来说明。赝势是针对将基于振荡电场的微小振动平均化了的长期运动作用的电势，宏观地来看，离子以从电极承受与赝势的梯度成比例的排斥力的方式运动。因此，在利用高频电场的一般的离子输送光学系统中，一边通过此虚拟的排斥力防止离子向电极的碰撞，一边通过叠加在高频电场的直流电场的作用将离子向希望的方向集聚且输送。
[0005]上述现有的离子漏斗、高频电子干扰仪尤其通过高密度地配置微小化了的电极，来实现效率高的离子收集和离子输送。然而，为此有必要以较高的位置精度配置多个微小电极，还有必要在各个微小电极上施加高频电压和电压值不同的直流电压，故有降低成本变得困难，装置成本变高的倾向。还有，因为很多情况下有必要以包围全部的离子通过区域的方式配置电极，所以在装置的小型化、装置构造的变更上伴随着很多困难。综上所述，与现有的离子漏斗、高频电子干扰仪相比能够以较少数量的电极实现与以往相同程度的离子收集效率以及离子输送效率，且构造简单至能够灵活应对装置构造的变更的离子输送光学系统被寄予厚望。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:美国专利第6107628号说明书
[0009]专利文献2:日本特开2010-527095号公报
【发明内容】
[0010]发明要解决的问题
[0011]本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的在于，提供一种离子输送装置，其电极数量少、构造简单，且能够高效地收集离子并向后段例如质量分离器、其他的离子输送装置等输送。
[0012]还有，本发明的其他目的在于，通过利用上述的离子输送装置，能够进行较高灵敏度的质量分析，向微量分析提供适合的质量分析装置。
[0013]解决问题的手段
[0014]为了解决上述的问题而做出的本发明的第1方式的离子输送装置是通过电场的作用收集离子并将该离子向后段输送的离子输送装置，其特征在于，具有:
[0015]a)电极组，其由多个环状电极形成，所述多个环状电极以向后段输送离子的开口部为中心被配置为大致同心圆状，各环状电极的径向的截面形状为，至少面向离子到来的一侧的部分为弯曲状或组合多条直线而成的虚拟弯曲状；以及
[0016]b)电压施加部，其对所述电极组中包含的各个环状电极分别施加电压，对该多个环状电极中在径向上相邻的环状电极施加相位相互反转了 180°的高频电压，且对各环状电极分别施加不同的直流电压以形成使离子从所述电极组的外周侧朝向内周侧移动的直流电位梯度。
[0017]又，为了解决上述的问题而做出的本发明的第2方式的离子输送装置是通过电场的作用收集离子并将该离子向后段输送的离子输送装置，其特征在于，具有:
[0018]a)电极组，其由沿离子光轴相互分离规定间隔地排列的多个环状电极构成，各环状电极的径向的截面形状为，至少面向离子所通过的该环状电极的中央开口部的部分为弯曲状或组合多条直线而成的虚拟弯曲状；以及
[0019]b)电压施加部，其对所述电极组中包含的各个环状电极分别施加电压，对该多个环状电极中在径向上相邻的环状电极施加相位相互反转了 180°的高频电压，且对各环状电极分别施加直流电压以形成使离子沿着离子光轴行进的直流电位梯度。
[0020]在本发明的第1方式的离子输送装置中，也可以构成为被包括在电极组中的多个环状电极被配置在同一平面上，但也可以构成为在该多个环状电极的同心圆的中心轴方向上渐渐地错位配置各环状电极。在后者的结构中，开口部的直径最大的环状电极位于离子到来的一侧的最跟前，对各环状电极进行配置以使随着向上述同心圆的中心轴方向前进，开口部的直径慢慢地缩小。
[0021]另一方面，在本发明的第2方式的离子输送装置中，被包括在电极组中的多个环状电极的中央开口部的尺寸(即内径)可以是相同的，但也可以是向着该离子行进方向、中央开口部的尺寸阶段性地缩小的结构，即漏斗结构。
[0022]在本发明的第1、第2方式的离子输送装置中的任意一方中，对电极组中包含的各环状电极中相邻的环状电极施加相位相互反转了 180°的高频电压，则由此在环状电极的附近形成具有使离子远离该电极的作用的高频电场。通过该电场的作用，离子不与环状电极接触地在该电极附近被收集。又，在第1方式的离子输送装置中，除高频电压之外，通过由施加于各环状电极的直流电压形成的直流电场的作用，离子被在从位于电极组的外周侧的环状电极朝向位于内周侧的环状电极的方向移送。接着，在位于内周侧的开口部集中的离子通过例如在电极组与其后段的设备等之间形成的直流电场的作用或利用气压差的气流的作用等，经过开口部被向后段输送。
[0023]另一方面，在第2方式涉及的离子输送装置中，除高频电压之外，通过由对各环状电极施加的直流电压而形成的直流电场的作用，离子从电极组的最跟前侧的环状电极的中央开口部被射入，以通过各环状电极的中央开口部的方式被移送，最终向被后段输送。
[0024]在上述的现有的高频电子干扰仪、离子漏斗中，面向各电极的离子输送空间的部分的形状为平面状。在高频电子干扰仪中，基材上被印刷了的电极面与此相当，在离子漏斗中各电极的中央开口部与此相当。一般，通过各电极的平面状部分产生的电场强度在该平面状部分的中央附近比较均匀，电场强度的梯度小。因为赝势理论上与成为振荡电场振幅的电场强度的平方成比例，所以电场强度的梯度小的话则赝势的梯度小，电极的平面状部分上对于离子的虚拟的排斥力就小。
[0025]对此，在本发明涉及的离子输送装置中，因为电极组中包含的环状电极的面向离子到来或是离子通过的空间的部分的截面形状成为例如圆弧状等弯曲状或组合多条直线而成的虚拟弯曲状，所以通过高频电压的施加而在环状电极附近产生的电场强度的梯度就变大。其结果，赝势的梯度与上述以往的离子输送装置相比更大。进一步详细地说，赝势的梯度变陡的同时，由此形成的电势阱变深。如上所述，由于赝势梯度成为对于离子的虚拟的排斥力，因此通过使赝势梯度变陡能够避免离子过于接近环状电极，从而能够减少由于与环状电极碰撞而引起的离子消失。其结果，离子的收集效率提升，例如与以往的高频电子干扰仪、离子漏斗等相比，能够以少量的电极数实现相同程度的离子收集效率以及离子输送效率。
[0026]本发明涉及的第1或第2方式的离子输送装置能够用于质量分析装置中的各个部位，另外，能够根据其利用形态适当地进行变形。
[0027]例如本发明的第1方式的质量分析装置的特征在于，其是使用上述的本发明的第1或第2方式的离子输送装置的质量分析装置，在离子源与分析室之间具有真空度依次变高的η个中间真空室，其中η为1以上的整数，所述离子源在大致大气压环境下对试样成分进行电离，所述分析室被维持在高真空环境下，并配置有根据质荷比对离子进行分离的质量分呙部，
[0028]在从所述离子源起朝向所述分析室数的第m个的第m中间真空室的内部，配置有所述离子输送装置，其中m为1以上η以下的整数。
[0029]在此，离子源可以是电喷雾离子源、大气压化学离子源、大气压光离子源等。典型的情况为，上述m的值为1，在该情况下，在大致大气压环境下的离子源的下一个第1中间真空室的内部配置有上述的本发明涉的离子输送装置。因为大气等气体经由用于使离子通过的开口而从离子源流入该第1中间真空室，所以真空度比较低，残留气体较多存在。本发明的离子输送装置即使在像这样残留气体较多存在的状态下，也能够高效地收集离子并向后段即再下一个中间真空室或分析室输送。由此，能够进行高灵敏度的分析