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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022104080
(43)【公開日】2022-07-08
(54)【発明の名称】イオン源、質量分析計及びキャピラリーの挿入方法
(51)【国際特許分類】
H01J 49/16 20060101AFI20220701BHJP
H01J 49/04 20060101ALI20220701BHJP
G01N 27/62 20210101ALI20220701BHJP
【ＦＩ】
H01J49/16 700
H01J49/04 450
G01N27/62 G
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020219072
(22)【出願日】2020-12-28
(71)【出願人】
【識別番号】501387839
【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク
(74)【代理人】
【識別番号】110002572
【氏名又は名称】特許業務法人平木国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】長谷川 英樹
(72)【発明者】
【氏名】杉山 益之
【テーマコード（参考）】
2G041
【Ｆターム（参考）】
2G041CA01
2G041DA05
2G041GA20
(57)【要約】
【課題】高い分析再現性を実現する技術を提供する。
【解決手段】本開示のイオン源は、キャピラリーと、前記キャピラリーが内部に挿入され、前記キャピラリーの外側にガスを噴霧するガス噴霧管と、を備え、前記ガス噴霧管は、前記ガス噴霧管の先端穴より上流に、前記ガス噴霧管の前記先端穴の中心軸に対して前記キャピラリーの下流端を偏向させる偏向部位を有することを特徴とする。
【選択図】図２
【解決手段】本開示のイオン源は、キャピラリーと、前記キャピラリーが内部に挿入され、前記キャピラリーの外側にガスを噴霧するガス噴霧管と、を備え、前記ガス噴霧管は、前記ガス噴霧管の先端穴より上流に、前記ガス噴霧管の前記先端穴の中心軸に対して前記キャピラリーの下流端を偏向させる偏向部位を有することを特徴とする。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
キャピラリーと、
前記キャピラリーが内部に挿入され、前記キャピラリーの外側にガスを噴霧するガス噴霧管と、を備え、
前記ガス噴霧管は、
前記ガス噴霧管の先端穴より上流に、前記ガス噴霧管の前記先端穴の中心軸に対して前記キャピラリーの下流端を偏向させる偏向部位を有することを特徴とするイオン源。
前記キャピラリーが内部に挿入され、前記キャピラリーの外側にガスを噴霧するガス噴霧管と、を備え、
前記ガス噴霧管は、
前記ガス噴霧管の先端穴より上流に、前記ガス噴霧管の前記先端穴の中心軸に対して前記キャピラリーの下流端を偏向させる偏向部位を有することを特徴とするイオン源。
【請求項2】
前記ガス噴霧管は、
前記偏向部位と前記先端穴の間に配置され、下流に行くに従い内径が小さくなるガイド部を有することを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
前記偏向部位と前記先端穴の間に配置され、下流に行くに従い内径が小さくなるガイド部を有することを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項3】
前記ガイド部の断面形状がテーパ形状であることを特徴とする請求項２に記載のイオン源。
【請求項4】
少なくとも前記先端穴の中心軸の位置まで前記偏向部位が突出していることを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項5】
前記先端穴は、内径の異なる複数の部分で構成され、前記複数の部分のうち、下流側の部分の内径の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項6】
前記偏向部位が、前記ガス噴霧管の長手方向の異なる位置かつ異なる位相に複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項7】
前記ガス噴霧管は、
上流側の第１の管と下流側の第２の管の少なくとも２つの管から構成され、前記第１の管の外側に前記第２の管が配置され、
前記偏向部位は、前記第１の管に設けられ、前記第２の管の先端穴の中心軸に対して、前記キャピラリーの下流端を偏向させることを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
上流側の第１の管と下流側の第２の管の少なくとも２つの管から構成され、前記第１の管の外側に前記第２の管が配置され、
前記偏向部位は、前記第１の管に設けられ、前記第２の管の先端穴の中心軸に対して、前記キャピラリーの下流端を偏向させることを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項8】
前記第２の管は、
前記偏向部位と前記第２の管の前記先端穴との間に配置され、下流に行くに従い内径が小さくなるガイド部を有することを特徴とする請求項７に記載のイオン源。
前記偏向部位と前記第２の管の前記先端穴との間に配置され、下流に行くに従い内径が小さくなるガイド部を有することを特徴とする請求項７に記載のイオン源。
【請求項9】
前記第１の管の外壁面と前記第２の管の内壁面との間に空間が設けられていることを特徴とする請求項７に記載のイオン源。
【請求項10】
前記偏向部位が、前記第１の管の先端部に設けられた曲げ構造であることを特徴とする請求項７に記載のイオン源。
【請求項11】
前記偏向部位が、板状部材であることを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項12】
前記偏向部位が、前記ガス噴霧管の径方向内側に突出する凸部であることを特徴とする請求項１に記載のイオン源。
【請求項13】
請求項１に記載のイオン源を備える質量分析計。
【請求項14】
前記偏向部位は、前記キャピラリーの下流端が前記質量分析計の入口の延長線に向かうように配置されていることを特徴とする請求項１３に記載の質量分析計。
【請求項15】
ガス噴霧管へのキャピラリーの挿入方法であって、
前記ガス噴霧管は、前記キャピラリーの外側にガスを噴霧可能に構成され、
前記ガス噴霧管の先端穴より上流に、前記ガス噴霧管の前記先端穴の中心軸に対して前記キャピラリーの下流端を偏向させる偏向部位を有し、
前記方法は、
前記キャピラリーを前記偏向部位に接触させることと、
前記キャピラリーを前記ガス噴霧管の前記先端穴に接触させることと、を含む、キャピラリーの挿入方法。
前記ガス噴霧管は、前記キャピラリーの外側にガスを噴霧可能に構成され、
前記ガス噴霧管の先端穴より上流に、前記ガス噴霧管の前記先端穴の中心軸に対して前記キャピラリーの下流端を偏向させる偏向部位を有し、
前記方法は、
前記キャピラリーを前記偏向部位に接触させることと、
前記キャピラリーを前記ガス噴霧管の前記先端穴に接触させることと、を含む、キャピラリーの挿入方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、イオン源、質量分析計及びキャピラリーの挿入方法に関する。
【背景技術】
【0002】
質量分析などに用いられる一般的なイオン化法として、エレクトロスプレー法（以下「ＥＳＩ法」という。）がある。ＥＳＩ法は、試料溶液をキャピラリーの上流端から導入し、電界などにより下流端からイオンや液滴を噴霧する方式である。イオン化効率向上のため、キャピラリーの外側にガス噴霧管を同心状に配置してガス噴霧を行ったり、キャピラリーから噴霧されたイオンや液滴に加熱ガスを噴霧したりする場合がある。
【0003】
キャピラリーの内径は非常に小径であるため詰まりが生じる可能性が高く、試料溶液の種類や使用条件によっては頻繁にキャピラリーを交換する必要がある。キャピラリー外側面とガス噴霧管の内面との間にはガスを流すために隙間があるので、キャピラリーの交換時に、この隙間の範囲内でキャピラリーの径方向の位置がばらつく可能性がある。質量分析計のイオン導入口に対するキャピラリー下流端の位置は検出感度に大きく依存するため、組み立て再現性の低さは感度の再現性低下を引き起こす。
【0004】
特許文献１には、キャピラリーを保持する技術として、「ガイド１７は、内側インジェクターチューブ１２、さらには外側インジェクターチューブ１１と同心となるように、キャピラリーチューブ４をその中心の貫通孔に保持している。」という構成が開示されている（特許文献１の段落００１２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００６－０３８７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載の構造において、キャピラリーチューブ４は、ガイド１７により、内側インジェクターチューブ１２の小内径部及び外側インジェクターチューブ１１の先端穴部と同心上に保持されている。しかしながら、非常に小径のキャピラリーチューブを使用した場合、ガイド１７よりも下流側においてキャピラリーチューブが容易にたわみ、外側インジェクターチューブの先端穴部の中心軸上からキャピラリーチューブの先端部の中心位置がそれる可能性がある。仮にキャピラリーチューブの先端部の中心位置が、理想（同心）に近い位置にセットできたとしても、実際にガスを噴霧することで、キャピラリーチューブの先端部がガス流により振動する可能性もある。振動すると当然位置も変化するので、測定結果の変動につながる。
【0007】
そこで、本開示は、高い分析再現性を実現できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本開示のイオン源は、キャピラリーと、前記キャピラリーが内部に挿入され、前記キャピラリーの外側にガスを噴霧するガス噴霧管と、を備え、前記ガス噴霧管は、前記ガス噴霧管の先端穴より上流に、前記ガス噴霧管の前記先端穴の中心軸に対して前記キャピラリーの下流端を偏向させる偏向部位を有することを特徴とする。
【0009】
本開示に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、本開示の態様は、要素及び多様な要素の組み合わせ及び以降の詳細な記述と添付される特許請求の範囲の様態により達成され実現される。本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではない。
【発明の効果】
【0010】
本開示の技術によれば、キャピラリーの下流端の位置合わせの再現性が向上し、高い分析再現性を実現できる。上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】第１の実施形態に係る質量分析計の構成を示す模式図である。
【図2】第１の実施形態に係るイオン源の一部の構造を示す断面図である。
【図3】偏向部位の効果を説明するための断面図である。
【図4】第２の実施形態に係るイオン源の一部の構造を示す断面図である。
【図5】第３の実施形態に係るイオン源の一部の構造を示す断面図である。
【図6】第４の実施形態に係るイオン源の一部の構造を示す断面図である。
【図7】第４の実施形態の変形例に係るイオン源の一部の構造を示す断面図である。
【図8】第５の実施形態に係るイオン源の一部の構造を示す断面図である。
【図9】第６の実施形態に係るイオン源の一部の構造を示す断面図である。
【図10】第７の実施形態に係るイオン源の一部の構造を示す断面図である。
【図11】第８の実施形態に係るイオン源の一部の構造を示す断面図である。
【図12】第９の実施形態に係るイオン源の一部の構造を示す断面図である。
【図13】第１０の実施形態に係るイオン源の一部の構造を示す断面図である。
【図14】ガス流量を変化させたときの第１の管の内部温度の測定結果を示すグラフである。
【図15】比較例に係るガス噴霧管の一部の構造を示す断面図である。
【図16】ガス噴霧管にキャピラリーを挿入して下流側から撮影した写真である。
【図17】実施例及び比較例におけるキャピラリーの中心のＸＹ座標をプロットしたグラフである。
【図18】比較例におけるキャピラリーに印加した高電圧と相対イオン強度との関係を示すグラフである。
【図19】実施例におけるキャピラリーに印加した高電圧と相対イオン強度との関係を示すグラフである。
【図20】流路幅の依存性を評価するための実験で用いた質量分析計の一部を示す断面図である。
【図21】ガス噴霧管の先端から偏向部位までの距離Ｌが７ｍｍの条件下における電流のＣＶ値をプロットしたグラフである。
【図22】ガス噴霧管の先端から偏向部位までの距離Ｌが９ｍｍの条件下における電流のＣＶ値をプロットしたグラフである。
【図23】ガス噴霧管の先端から偏向部位までの距離Ｌが１１ｍｍの条件下における電流のＣＶ値をプロットしたグラフである。
【図24】流路幅Ｗに応じてキャピラリーの位置のばらつきが変化する原因を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
［第１の実施形態］
＜質量分析計の構成例＞
図１は、第１の実施形態に係る質量分析計１の構成を示す模式図である。質量分析計１は、イオン源２、質量分析部３、真空容器４、電源９、制御装置１０、真空ポンプ２０～２２及びイオン輸送部２３を備える。質量分析部３及びイオン輸送部２３は、真空容器４内に設けられている。図１において、イオン源２及び真空容器４はその断面が示されている。
＜質量分析計の構成例＞
図１は、第１の実施形態に係る質量分析計１の構成を示す模式図である。質量分析計１は、イオン源２、質量分析部３、真空容器４、電源９、制御装置１０、真空ポンプ２０～２２及びイオン輸送部２３を備える。質量分析部３及びイオン輸送部２３は、真空容器４内に設けられている。図１において、イオン源２及び真空容器４はその断面が示されている。
【0013】
イオン源２は、イオン生成部５及びイオン源チャンバ６を備える。イオン生成部５は、キャピラリー１１、ガス噴霧管２８及びコネクタ３０を有する。ガス噴霧管２８の一部はイオン源チャンバ６内に挿入されている。キャピラリー１１の一端部がパッキン、Ｏリング、フェラルなどの密閉手段（図示せず）を介してコネクタ３０（固定部材）に固定され、キャピラリー１１はガス噴霧管２８に挿入される。このように、キャピラリー１１の周囲にガス噴霧管２８が配置される。なお、キャピラリー１１とコネクタ３０とは接着、溶接又はロウ付けなどで一体化されていてもよい。ガス噴霧管２８とコネクタ３０との間には、ガスを密閉するためのシール材３１が配置される。図１の例ではシール材は面シールになっているが、軸シールなど、気密が保持できれば他の構成でもよい。シール材３１にはＯリング、パッキンや樹脂やゴムなどのリングなどを用いることができる。
【0014】
ガス噴霧管２８は、偏向部位３３を有する。偏向部位３３は、キャピラリー１１に接触し、ガス噴霧管２８の中心軸に対しキャピラリー１１を偏向させる。本開示において「偏向」とは、ガス噴霧管２８の中心軸からキャピラリー１１をずらすことを意味する。偏向部位３３の構造の詳細については後述する。
【0015】
コネクタ３０は配管（図示せず）の接続部３２を有し、接続部３２に配管を接続することで、配管がキャピラリー１１に接続される。配管に試料溶液を供給することでキャピラリー１１に試料が供給される。キャピラリー１１及びガス噴霧管２８には電源９が接続され、電界などによりキャピラリー１１の下流端１２からイオンや液滴が噴霧される。キャピラリー１１から噴霧されたイオンはイオン源チャンバ６に導入される。
【0016】
電源９がキャピラリー１１に印加する電圧の値は、例えば数ｋＶ程度（絶対値）とすることができる。なお、正イオンを生成する場合、キャピラリー１１には、＋数ｋＶの電圧が印加される。負イオンを生成する場合、キャピラリー１１には、－数ｋＶの電圧が印加される。試料溶液の流量は、キャピラリー１１の内径に依存するが、一般にはｎＬ／分オーダーからｍＬ／分オーダー程度の範囲に設定される。試料溶液の流量などの条件にもよるが、キャピラリー１１の内径及び外径は、いずれも例えば１ｍｍ以下程度に設定することができる。
【0017】
イオン源チャンバ６は、真空容器４と接合されており、イオンはイオン源チャンバ６から真空容器４に導入される。真空容器４に導入されない液滴やそれらが気化した成分などが装置外に漏洩しないように、イオン源チャンバ６と真空容器４の間は、密閉状態（または密閉に近い状態）にしてもよい。さらに、イオン源チャンバ６は、この余分な成分などを排気するための排気ポート１３を有する。イオン源チャンバ６は、筒状の部材であり、一端部が窓１４に覆われ、他端部に対向電極２６が設けられている。窓１４は、ガラスなどの透明な部材で構成されており、ユーザーは窓１４からキャピラリー１１の下流端１２の噴霧状態を観察することができる。対向電極２６の中央部には、穴２７が設けられている。
【0018】
真空容器４の開口部は、導入電極７で覆われており、導入電極７は、イオン源チャンバ６の対向電極２６と対向する。導入電極７の中央部には、穴８が設けられている。真空容器４の内部は、３つの真空室１５、１６及び１７に区切られている。なお、真空室の数は図１の例では３つであるが、３つよりも多くてもよいし、少なくてもよい。真空室１５～１７を区切る２つの仕切りのそれぞれの中央部には、穴１８及び穴１９が設けられている。イオン源チャンバ６及び真空室１５～１７は、対向電極２６の穴２７、導入電極７の穴８、真空容器４内の仕切りの穴１８及び穴１９により連通している。これらの穴２７、穴８、穴１８及び穴１９は、イオンの通り道となる。対向電極２６、導入電極７、真空容器４内の仕切りを電源９に接続し、電圧を印加してもよい。この場合、これらの電圧が印加される部材は、真空容器４などの筐体部と絶縁物（図示せず）などを介して絶縁する必要がある。
【0019】
真空室１５～１７は、それぞれ真空ポンプ２０～２２により排気され、典型的には、それぞれ数百Ｐａ程度、数Ｐａ程度、０．１Ｐａ以下程度に保持される。真空室１６にはイオン輸送部２３が配置されている。イオン輸送部２３は、真空室１５又は１７に配置されていてもよい。真空室１７には質量分析部３が配置されている。
【0020】
電源９は、キャピラリー１１、ガス噴霧管２８、イオン輸送部２３、質量分析部３（イオン分析部２４及び検出器２５）に接続されており、これらに電圧を印加する。電源９から電圧が印加される部材は、筐体となる真空容器４やイオン源チャンバ６に対し、不図示の絶縁物を介して取り付けられる。
【0021】
制御装置１０は、例えばプロセッサ、メモリ及び入出力装置などを有するコンピュータ端末である。制御装置１０のプロセッサは、電源９を制御するための、メモリに格納されたプログラムを実行して、電源９による電圧印加のタイミングや電圧値を制御する。制御装置１０は、入出力装置を介して、ユーザーからの指示入力の受け付けや電源９等の制御を行う。また、制御装置１０は、検出器２５で検出されたイオンの質量や強度などの情報を詳細に分析する。
【0022】
イオン輸送部２３には多重極電極や静電レンズなどを用いることができる。イオン輸送部２３は、イオンを収束させながら透過させる。イオン輸送部２３には、電源９から、高周波電圧、直流電圧、交流電圧などの他、これらを組み合わせた電圧などが印加される。イオン源２で生成したイオンは、導入電極７の穴８から真空容器４に導入され、イオン輸送部２３により質量分析部３に導入され、質量分析部３において分析される。
【0023】
質量分析部３は、イオン分析部２４及び検出器２５を有する。イオン分析部２４は、イオンの分離や解離を行う。イオン分析部２４には、イオントラップ、四重極フィルター電極、コリジョンセル、飛行時間型質量分析計（ＴＯＦ）などの他、これらを組み合わせた構成を用いることができる。イオン分析部２４を通過したイオンは検出器２５で検出される。検出器２５には、電子増倍管やマルチチャンネルプレート（ＭＣＰ）などを用いることができる。検出器２５で検出されたイオンは例えば電気信号に変換され、制御装置１０に送信される。
【0024】
質量分析部３には、電源９により様々な電圧が印加される。電源９から質量分析部３に供給する電圧には、高周波電圧、直流電圧、交流電圧などの他、これらを組み合わせた電圧などを用いることができる。
【0025】
ガス噴霧管２８にはガス供給口５１が設けられており、キャピラリー１１とガス噴霧管２８の間にガスを導入することができる。キャピラリー１１とガス噴霧管２８の間にガスを流し、ガス噴霧管２８の下流端の先端穴２９から噴霧することで、キャピラリー１１の下流端１２から噴霧された液滴の気化を促進しイオン化効率を向上できる。ガス噴霧管２８に供給されるガスの流量は例えば０．５～１０Ｌ／ｍｉｎ程度であり、窒素やアルゴンなどの不活性ガスを使用することができる。ガス噴霧管２８の先端穴２９の内径は例えば１ｍｍ以下程度に設定することができる。
【0026】
さらなるイオン化効率向上のために、キャピラリー１１の下流端１２からイオンや液滴が噴霧される空間を加熱ガス（最大８００℃程度）により加熱する方式を用いてもよい（図示せず）。加熱ガスの流量は例えば０．５～５０Ｌ／ｍｉｎ程度であり、窒素やアルゴンなどの不活性ガスを使用することができる。
【0027】
また、イオン源チャンバ６には、対向電極２６と真空容器４の導入電極７との間にガス供給口６１が設けられている。このガス供給口６１を介して導入電極７と対向電極２６の間にガスを流し、対向電極２６の穴２７から噴霧させることで、キャピラリー１１の下流端１２から噴霧された過剰な液滴などのノイズ成分が導入電極７の穴８に入ることを抑制できる。導入電極７と対向電極２６の間に導入されるガスの流量は、例えば０．５～１０Ｌ／ｍｉｎ程度であり、窒素やアルゴンなどの不活性ガスを使用することができる。対向電極２６の穴２７の直径は例えば１ｍｍ以上とすることができ、対向電極２６への印加電圧は例えば最大数±ｋＶ程度とすることができる。
【0028】
＜キャピラリーの位置再現性について＞
キャピラリー１１の詰まりなどが原因でキャピラリー１１を交換する際、キャピラリー１１の長さの製造誤差が小さい場合、下流端１２のＺ方向（図１の紙面上下方向）の位置は再現するはずである。しかしながら、一般的なガス噴霧管２８の先端穴２９の内径は、ガス流路となる隙間を確保するためにキャピラリー１１の外径より大きくなっているため、非常に小径なキャピラリー１１は、この隙間内で径方向（ＸＹ方向）の位置がばらつき、交換による位置再現性が低下する可能性がある。なお、Ｙ方向は図１の紙面奥行き方向とする。
キャピラリー１１の詰まりなどが原因でキャピラリー１１を交換する際、キャピラリー１１の長さの製造誤差が小さい場合、下流端１２のＺ方向（図１の紙面上下方向）の位置は再現するはずである。しかしながら、一般的なガス噴霧管２８の先端穴２９の内径は、ガス流路となる隙間を確保するためにキャピラリー１１の外径より大きくなっているため、非常に小径なキャピラリー１１は、この隙間内で径方向（ＸＹ方向）の位置がばらつき、交換による位置再現性が低下する可能性がある。なお、Ｙ方向は図１の紙面奥行き方向とする。
【0029】
＜ガス噴霧管の構成例＞
上述の課題を克服するために、本実施形態に係るイオン源２のガス噴霧管２８には、偏向部位３３が設けられている。
上述の課題を克服するために、本実施形態に係るイオン源２のガス噴霧管２８には、偏向部位３３が設けられている。
【0030】
図２は、第１の実施形態に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。ガス噴霧管２８は、上流側の第１の管３６及び下流側の第２の管３７を有する。第１の管３６の円筒部３９の一部（嵌合部３８）が第２の管３７内に嵌合されている。第１の管３６及び第２の管３７は、溶接、圧入、接着、圧接、又は、シール材及びネジ構造などにより一体化し、ガスなどが漏れないように気密構造にすることができる。
【0031】
第１の管３６の先端部には、偏向部位３３が設けられている。偏向部位３３は、曲げ構造となっており、例えば管状の部材（第１の管３６）の先端部を曲げ加工することにより形成することができる。偏向部位３３は、接点４０においてキャピラリー１１と接触する。これにより、偏向部位３３は、先端穴２９の中心軸に対してキャピラリー１１の下流端１２を偏向させる。偏向部位３３は、例えば、先端穴２９の中心軸付近まで径方向にせり出している。図２に示す例においては、偏向部位３３の先端は、先端穴２９の中心軸上にある。ここで、ガス噴霧管２８の上流側の内径をＤとし、偏向部位３３の流路幅をＷとし、ガス噴霧管２８の先端から偏向部位３３までの距離をＬとする。偏向部位３３の流路幅Ｗは、偏向部位３３とキャピラリー１１との接点４０を通りガス噴霧管２８の内壁面に平行な直線と、ガス噴霧管２８の内壁面との距離である。流路幅Ｗを内径Ｄの２分の１程度とする（偏向部位３３が先端穴２９の中心軸付近までせり出している）ことにより、キャピラリー１１の下流端１２の位置の再現性を高くすることができる。その理由については、以下の実験例において後述する。
【0032】
第２の管３７には、先端穴２９と偏向部位３３との間にガイド部３５が設けられている。ガイド部３５は、下流側に向かって内径が小さくなっていくテーパ形状となっている。ガイド部３５は、例えば絞り加工により、第２の管３７と一体として形成することができる。先端穴２９は内径が略一定となっており、内壁面の断面形状は直線状となっている。先端穴２９も、例えば絞り加工により、第２の管３７及びガイド部３５と一体として形成することができる。このような形状は製造が容易であるため、製造誤差が生じにくい。なお、本明細書において「先端穴２９」とは、ガス噴霧管２８の先端面上の開口だけでなく、先端面より上流側の部分（図２における内径が一定の部分）を含んでいてもよいことを意味している。ただし、先端穴２９の内壁面の断面形状は、必ずしも直線状でなくてもよく、丸みを帯びていてもよいし、テーパ形状となっていてもよい。キャピラリー１１は、先端穴２９と接点４１において接触する。キャピラリー１１と先端穴２９との接触状態は点接触に限らず、線接触又は面接触であってもよい。
【0033】
曲げ構造の偏向部位３３を有するガス噴霧管２８は、図２のように、上流側の第１の管３６と下流側の第２の管３７を備える分割構造で製作することで容易に実現できる（但し、分割構造は必須ではない）。分割構造の場合、図２のように上流側の第１の管３６に偏向部位３３設け、下流側の第２の管３７が第１の管３６の外側に被さる構造とすることで、容易に製造できる。さらに、このような構造により噴霧ガスの流路コンダクタンスを大きく確保することも可能である。第１の管３６を曲げによる成型で変形して偏向部位３３を設けたとしても、嵌合部３８を確保することで、上流側の第１の管３６の円筒部３９と先端穴２９の中心軸を揃えることができる。
【0034】
図３（ａ）～（ｃ）は、偏向部位３３の効果を説明するための断面図である。図３（ａ）は、キャピラリー１１をガス噴霧管２８に挿入する前の状態を示している。図３（ｂ）及び（ｃ）は、キャピラリー１１を挿入途中の状態を示している。図３（ｂ）に示すように、キャピラリー１１をガス噴霧管２８の上方から挿入すると、偏向部位３３により先端穴２９の中心軸に対して下流端１２が偏向される。図３（ｃ）に示すように、更に下流側にキャピラリー１１を挿入すると、ガイド部３５に沿ってキャピラリー１１の下流端１２が内側に戻される。更にキャピラリー１１を挿入し、キャピラリー１１の下流端１２がガス噴霧管２８の先端穴２９から少し飛び出す位置に達した際に、キャピラリー１１は弾性力により真っ直ぐな形状に戻ろうとするため、キャピラリー１１と偏向部位３３との接点４０と、キャピラリー１１と先端穴２９との接点４１の２点によりロックされる（図２の状態）。これにより、キャピラリー１１の径方向の位置が再現性良くセットできる。
【0035】
以上、本実施形態のイオン源２が質量分析計１に搭載されることを説明したが、イオン源２は、質量分析計１以外の検出手段（装置）に搭載することも可能である。このことは、以下で説明する各実施形態においても同様である。本開示のイオン源２において、偏向部位３３により偏向されるキャピラリー１１は、ガス噴霧管２８の先端穴２９の片側に寄せられる。このキャピラリー１１の偏向方向の軸の延長線上に質量分析計１などの検出手段の導入電極を配置することで、イオンの導入効率を向上できる。ただし、キャピラリー１１の偏向方向は、検出手段の導入電極へ向いた方向でもあってもよいし、逆側を向いた方向であってもよい。キャピラリー１１が導入電極側へ向いた場合は、電界強度が高くなるので感度を優先できる。反対に、キャピラリー１１が導入電極の逆側へ向いた場合は、キャピラリー１１と導入電極の間にガスがより大量に流れるので、ガスによるノイズ流入低減を優先できる。
【0036】
＜第１の実施形態のまとめ＞
以上のように、第１の実施形態に係るイオン源２は、試料溶液が導入されるキャピラリー１１と、キャピラリー１１の外側に配置されるガス噴霧管２８と、を備え、ガス噴霧管２８は、ガス噴霧管２８の先端穴２９よりも上流側に、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対しキャピラリー１１の下流端１２を偏向させる偏向部位３３を有する。キャピラリー１１をイオン源２にセットする際は、キャピラリー１１が偏向部位３３とガス噴霧管２８の先端穴２９に接触するように、キャピラリー１１をガス噴霧管２８内に挿入する。このような構成により、キャピラリー１１の下流端１２の径方向の位置再現性が向上する。結果として、高い分析安定性を有するイオン源が実現できる。
以上のように、第１の実施形態に係るイオン源２は、試料溶液が導入されるキャピラリー１１と、キャピラリー１１の外側に配置されるガス噴霧管２８と、を備え、ガス噴霧管２８は、ガス噴霧管２８の先端穴２９よりも上流側に、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対しキャピラリー１１の下流端１２を偏向させる偏向部位３３を有する。キャピラリー１１をイオン源２にセットする際は、キャピラリー１１が偏向部位３３とガス噴霧管２８の先端穴２９に接触するように、キャピラリー１１をガス噴霧管２８内に挿入する。このような構成により、キャピラリー１１の下流端１２の径方向の位置再現性が向上する。結果として、高い分析安定性を有するイオン源が実現できる。
【0037】
［第２の実施形態］
第１の実施形態では、ガス噴霧管２８に設けられた偏向部位３３が、曲げ構造により構成されているイオン源について説明した。第２の実施形態では、偏向部位の他の構造として、偏心構造により構成されている偏向部位について提案する。なお、以下の各実施形態において、第１の実施形態との相違点のみを説明する。
第１の実施形態では、ガス噴霧管２８に設けられた偏向部位３３が、曲げ構造により構成されているイオン源について説明した。第２の実施形態では、偏向部位の他の構造として、偏心構造により構成されている偏向部位について提案する。なお、以下の各実施形態において、第１の実施形態との相違点のみを説明する。
【0038】
＜ガス噴霧管の構成例＞
図４は、第２の実施形態に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。第１の実施形態と同様の構成を有する部材には同じ符号を付している。図４に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８は、偏心構造の偏向部位３３２を有する。偏向部位３３２は、第１の管３６の先端部に設けられている。偏向部位３３２は、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対して偏心した開口部４３を有する。すなわち、開口部４３は、第１の管３６の円筒部３９の中心軸に対しても偏心している。偏向部位３３２は、開口部４３上の接点４０においてキャピラリー１１と接触し、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対して、キャピラリー１１の下流端１２を偏向させる。
図４は、第２の実施形態に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。第１の実施形態と同様の構成を有する部材には同じ符号を付している。図４に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８は、偏心構造の偏向部位３３２を有する。偏向部位３３２は、第１の管３６の先端部に設けられている。偏向部位３３２は、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対して偏心した開口部４３を有する。すなわち、開口部４３は、第１の管３６の円筒部３９の中心軸に対しても偏心している。偏向部位３３２は、開口部４３上の接点４０においてキャピラリー１１と接触し、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対して、キャピラリー１１の下流端１２を偏向させる。
【0039】
偏向部位３３２は、例えば、管状の部材（第１の管３６）の先端部の一部を絞り加工することにより形成することができる。偏向部位３３２は、圧延加工で形成されてもよいし、第１の管３６の円筒部３９の先端に溶接されることにより形成されてもよい。
【0040】
＜第２の実施形態のまとめ＞
以上のように、第２の実施形態に係るイオン源２は、ガス噴霧管２８に偏心構造の偏向部位３３２が設けられており、偏向部位３３２は、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対して、キャピラリー１１の下流端１２を偏向させる。キャピラリー１１を挿入する際に、キャピラリー１１は、ガス噴霧管２８の内部において、キャピラリー１１と偏向部位３３２との接点４０と、キャピラリー１１と先端穴２９との接点４１の２点によりロックされる。このような構成でも第１の実施形態と同様の効果が得られる。
以上のように、第２の実施形態に係るイオン源２は、ガス噴霧管２８に偏心構造の偏向部位３３２が設けられており、偏向部位３３２は、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対して、キャピラリー１１の下流端１２を偏向させる。キャピラリー１１を挿入する際に、キャピラリー１１は、ガス噴霧管２８の内部において、キャピラリー１１と偏向部位３３２との接点４０と、キャピラリー１１と先端穴２９との接点４１の２点によりロックされる。このような構成でも第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【0041】
［第３の実施形態］
第３の実施形態では、ガス噴霧管の偏向部位の他の構造として、板状部材により構成された偏向部位について提案する。
第３の実施形態では、ガス噴霧管の偏向部位の他の構造として、板状部材により構成された偏向部位について提案する。
【0042】
＜ガス噴霧管の構成例＞
図５は、第３の実施形態に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。図５に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８は、板状部材（邪魔板）で形成された偏向部位３３３を有する。偏向部位３３３は、接点４０においてキャピラリー１１と接触し、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対して、キャピラリー１１の下流端１２を偏向させる。偏向部位３３３は、第１の管３６の先端部の一部に設けられている。偏向部位３３３は、第１の管３６の内面の湾曲と同様に湾曲していてもよいし、平らであってもよい。偏向部位３３３の構造は、図５のような板状に限らず、前述の実施形態と同様の効果が得られれば、その限りではない。
図５は、第３の実施形態に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。図５に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８は、板状部材（邪魔板）で形成された偏向部位３３３を有する。偏向部位３３３は、接点４０においてキャピラリー１１と接触し、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対して、キャピラリー１１の下流端１２を偏向させる。偏向部位３３３は、第１の管３６の先端部の一部に設けられている。偏向部位３３３は、第１の管３６の内面の湾曲と同様に湾曲していてもよいし、平らであってもよい。偏向部位３３３の構造は、図５のような板状に限らず、前述の実施形態と同様の効果が得られれば、その限りではない。
【0043】
偏向部位３３３は、例えば、円筒部３９の先端に対し、溶接、接着又はその他の接合方法で板状部材を固定することによって形成することができる。
【0044】
＜第３の実施形態のまとめ＞
以上のように、第３の実施形態に係るイオン源２は、ガス噴霧管２８に板状の偏向部位３３３が設けられており、偏向部位３３３は、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対して、キャピラリー１１の下流端１２を偏向させる。このような構成でも第１の実施形態と同様の効果が得られる。
以上のように、第３の実施形態に係るイオン源２は、ガス噴霧管２８に板状の偏向部位３３３が設けられており、偏向部位３３３は、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対して、キャピラリー１１の下流端１２を偏向させる。このような構成でも第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【0045】
［第４の実施形態］
第４の実施形態では、ガス噴霧管の偏向部位の他の構造として、ガス噴霧管の内壁面から径方向に突出する凸形状の偏向部位について提案する。
第４の実施形態では、ガス噴霧管の偏向部位の他の構造として、ガス噴霧管の内壁面から径方向に突出する凸形状の偏向部位について提案する。
【0046】
＜ガス噴霧管の構成例＞
図６は、第４の実施形態に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。図６に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８は、第１の管３６の内壁面から径方向内側に突出する凸部により形成された偏向部位３３４を有する。偏向部位３３４は、接点４０においてキャピラリー１１と接触し、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対して、キャピラリー１１の下流端１２を偏向させる。
図６は、第４の実施形態に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。図６に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８は、第１の管３６の内壁面から径方向内側に突出する凸部により形成された偏向部位３３４を有する。偏向部位３３４は、接点４０においてキャピラリー１１と接触し、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対して、キャピラリー１１の下流端１２を偏向させる。
【0047】
図６に示す偏向部位３３４の断面形状は三角形であるが、偏向部位３３４は、例えば円錐状、角錐状、三角柱状など、任意の形状とすることができ、これらの底面（第１の管３６の内壁面に接する面）を内壁面の湾曲に合わせて湾曲させることができる。また、偏向部位３３４の頂部（最も径方向内側の部分）は、丸みを帯びていてもよい。さらに、偏向部位３３４の断面形状も三角形に限定されず、四角形、半円形など、任意の形状とすることができる。
【0048】
偏向部位３３４は、ガス噴霧管２８の内壁面に対し、溶接、接着又はその他の接合方法で部材を固定させることによって形成することができる。代替的に、ガス噴霧管２８を外部から潰して変形させることによって凸部を形成し、偏向部位３３４とすることも可能である。
【0049】
＜第４の実施形態の変形例＞
図７は、第４の実施形態の変形例に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。図７に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８は、一重の管２８１から構成されており、管２８１の内壁面から径方向内側に突出する凸部により形成された偏向部位３３４を有する。このように、ガス噴霧管２８が一重であっても、偏向部位３３４は、接点４０においてキャピラリー１１と接触し、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対して、キャピラリー１１の下流端１２を偏向させる。
図７は、第４の実施形態の変形例に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。図７に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８は、一重の管２８１から構成されており、管２８１の内壁面から径方向内側に突出する凸部により形成された偏向部位３３４を有する。このように、ガス噴霧管２８が一重であっても、偏向部位３３４は、接点４０においてキャピラリー１１と接触し、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対して、キャピラリー１１の下流端１２を偏向させる。
【0050】
＜第４の実施形態のまとめ＞
以上のように、第４の実施形態に係るイオン源２は、ガス噴霧管２８の内壁面から突出する偏向部位３３４を有し、偏向部位３３４は、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対して、キャピラリー１１の下流端１２を偏向させる。このような構成でも第１の実施形態と同様の効果が得られる。
以上のように、第４の実施形態に係るイオン源２は、ガス噴霧管２８の内壁面から突出する偏向部位３３４を有し、偏向部位３３４は、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対して、キャピラリー１１の下流端１２を偏向させる。このような構成でも第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【0051】
［第５の実施形態］
第５の実施形態では、ガス噴霧管２８のガイド部の他の構造を提案する。
第５の実施形態では、ガス噴霧管２８のガイド部の他の構造を提案する。
【0052】
＜ガス噴霧管の構成例＞
図８は、第５の実施形態に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。図８に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８のガイド部３５５は、下流側ほど内径変化率が低くなるように、連続的に内径が小さくなる形状を有する。ガイド部３５５の先端穴２９の近傍は、内径が一定となっている。このような形状のガイド部３５５は、例えばドリル加工により形成することができる。ガイド部３５５が図８のような形状であっても、キャピラリー１１は、偏向部位３３と接点４０で接触し、ガイド部３５の先端穴２９と接点４１で接触する。以上のような第５の実施形態の構成によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
図８は、第５の実施形態に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。図８に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８のガイド部３５５は、下流側ほど内径変化率が低くなるように、連続的に内径が小さくなる形状を有する。ガイド部３５５の先端穴２９の近傍は、内径が一定となっている。このような形状のガイド部３５５は、例えばドリル加工により形成することができる。ガイド部３５５が図８のような形状であっても、キャピラリー１１は、偏向部位３３と接点４０で接触し、ガイド部３５の先端穴２９と接点４１で接触する。以上のような第５の実施形態の構成によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【0053】
［第６の実施形態］
第６の実施形態では、ガス噴霧管２８のガイド部の他の構造について説明する。
第６の実施形態では、ガス噴霧管２８のガイド部の他の構造について説明する。
【0054】
＜ガス噴霧管の構成例＞
図９は、第６の実施形態に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。図９に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８のガイド部３５６は、下流側ほど内径変化率が高くなるように、連続的に内径が小さくなる形状を有する。ガイド部３５６の先端穴２９の近傍は、内径が一定となっている。このような形状のガイド部３５６は、例えばドリル加工により形成することができる。なお、ガイド部の形状は、第６の実施形態や第７の実施形態の構造に限定されず、下流に行くに従い連続的に内径が小さくなる形状を有していればよい。以上のような第６の実施形態の構成によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
図９は、第６の実施形態に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。図９に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８のガイド部３５６は、下流側ほど内径変化率が高くなるように、連続的に内径が小さくなる形状を有する。ガイド部３５６の先端穴２９の近傍は、内径が一定となっている。このような形状のガイド部３５６は、例えばドリル加工により形成することができる。なお、ガイド部の形状は、第６の実施形態や第７の実施形態の構造に限定されず、下流に行くに従い連続的に内径が小さくなる形状を有していればよい。以上のような第６の実施形態の構成によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【0055】
［第７の実施形態］
第７の実施形態では、ガス噴霧管２８のガイド部の他の構造を提案する。
第７の実施形態では、ガス噴霧管２８のガイド部の他の構造を提案する。
【0056】
＜ガス噴霧管の構成例＞
図１０は、第７の実施形態に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。図１０に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８のガイド部３５７は、下流に行くに従い連続的に内径が小さくなる形状を有し、内壁面が階段形状となっている。ガイド部３５７の先端穴２９の近傍は、内径が一定となっている。このような形状のガイド部３５７は、例えばドリル加工により形成することができる。なお、ガイド部の形状は、テーパ形状若しくはその他の連続形状、又は階段形状であってもよいし、これらの組合せの形状であってもよい。以上のような第７の実施形態の構成によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
図１０は、第７の実施形態に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。図１０に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８のガイド部３５７は、下流に行くに従い連続的に内径が小さくなる形状を有し、内壁面が階段形状となっている。ガイド部３５７の先端穴２９の近傍は、内径が一定となっている。このような形状のガイド部３５７は、例えばドリル加工により形成することができる。なお、ガイド部の形状は、テーパ形状若しくはその他の連続形状、又は階段形状であってもよいし、これらの組合せの形状であってもよい。以上のような第７の実施形態の構成によっても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【0057】
［第８の実施形態］
第８の実施形態では、ガス噴霧管２８の先端穴の他の構造を提案する。
第８の実施形態では、ガス噴霧管２８の先端穴の他の構造を提案する。
【0058】
＜ガス噴霧管の構成例＞
図１１は、第８の実施形態に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。図１１に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８の先端穴２９８は、内径の異なる第１の部分８１と、第２の部分８２とで構成されている。下流側の第１の部分８１の内径は、上流側の第２の部分８２の内径よりも大きい。なお、ガス噴霧管２８の先端穴は、内径の異なる３つ以上（複数）の部分で構成されていてもよく、複数の部分の中で下流側ほど内径が大きくなるように形成される。このような形状は、例えばザグリ加工により形成することができる。
図１１は、第８の実施形態に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。図１１に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８の先端穴２９８は、内径の異なる第１の部分８１と、第２の部分８２とで構成されている。下流側の第１の部分８１の内径は、上流側の第２の部分８２の内径よりも大きい。なお、ガス噴霧管２８の先端穴は、内径の異なる３つ以上（複数）の部分で構成されていてもよく、複数の部分の中で下流側ほど内径が大きくなるように形成される。このような形状は、例えばザグリ加工により形成することができる。
【0059】
本実施形態の構成では、キャピラリー１１は、上流側の第２の部分８２と、接点４１において接触する。このような構成の効果について説明する。キャピラリー１１は高電圧及び高温下に晒されており、キャピラリー１１の下流端１２は、試料の成分（酸やアルカリなどを含むこともある）によっては激しく劣化する可能性もある。腐食性の試料がキャピラリー１１の下流端１２の部分に溜まると腐食を加速する可能性もある。そこで、適度にガスが噴霧される状態とすることで、試料がキャピラリー１１の下流端１２付近に溜まることを防止できる。大径の第１の部分８１が無い場合、キャピラリー１１が先端穴２９の内壁面と接触しているため、接触部分の位相でガスが流れにくい。そのため、本実施形態のように、ガス噴霧管２８の下流端側に大径部（第１の部分８１）を有することで、ガスを流れやすくするという効果がある。
【0060】
＜第８の実施形態のまとめ＞
以上のように、第８の実施形態に係るイオン源２は、ガス噴霧管２８の先端穴が内径の異なる複数の部分で構成されており、先端穴の下流側の内径が上流側よりも大きくなっている。このような構成により、ガス噴霧管２８の下流端においてガスを流れやすくすることができ、試料によるキャピラリー１１及びガス噴霧管２８の腐食を防止できる。したがって、耐久性の高いイオン源を実現することができる。
以上のように、第８の実施形態に係るイオン源２は、ガス噴霧管２８の先端穴が内径の異なる複数の部分で構成されており、先端穴の下流側の内径が上流側よりも大きくなっている。このような構成により、ガス噴霧管２８の下流端においてガスを流れやすくすることができ、試料によるキャピラリー１１及びガス噴霧管２８の腐食を防止できる。したがって、耐久性の高いイオン源を実現することができる。
【0061】
［第９の実施形態］
第１の～第８の実施形態では、ガス噴霧管２８が１つの偏向部位を有する構成について説明した。第９の実施形態では、ガス噴霧管２８の偏向部位が複数設けられている構成を提案する。
第１の～第８の実施形態では、ガス噴霧管２８が１つの偏向部位を有する構成について説明した。第９の実施形態では、ガス噴霧管２８の偏向部位が複数設けられている構成を提案する。
【0062】
＜ガス噴霧管の構成例＞
図１２（ａ）及び（ｂ）は、第９の実施形態に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。図１２（ａ）は、ガス噴霧管２８の側断面図を示している。図１２（ｂ）は、ガス噴霧管２８の正断面図を示している。図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８には、ガス噴霧管２８の長手方向の異なる位置かつ異なる位相に、偏向部位３３４ａ及び３３４ｂの２つの偏向部位が設けられている。偏向部位３３４ａは下流側に配置され、Ｘ方向に突出する。偏向部位３３４ｂは上流側に配置され、Ｙ方向に突出する。キャピラリー１１は、偏向部位３３４ｂと接点４０ｂで接触し、偏向部位３３４ａと接点４０ａで接触し、先端穴２９と接点４１で接触する。したがって、ガス噴霧管２８の内部においてキャピラリー１１が３点でロックされる。このように、ガス噴霧管２８の長手方向の異なる位置かつ異なる位相に複数の偏向部位を設けることで、１つの偏向部位では偏向機能が不十分な場合でも、キャピラリー１１が逃げる方向の規制が可能になるので、キャピラリー１１の位置の再現性が向上する。
図１２（ａ）及び（ｂ）は、第９の実施形態に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。図１２（ａ）は、ガス噴霧管２８の側断面図を示している。図１２（ｂ）は、ガス噴霧管２８の正断面図を示している。図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８には、ガス噴霧管２８の長手方向の異なる位置かつ異なる位相に、偏向部位３３４ａ及び３３４ｂの２つの偏向部位が設けられている。偏向部位３３４ａは下流側に配置され、Ｘ方向に突出する。偏向部位３３４ｂは上流側に配置され、Ｙ方向に突出する。キャピラリー１１は、偏向部位３３４ｂと接点４０ｂで接触し、偏向部位３３４ａと接点４０ａで接触し、先端穴２９と接点４１で接触する。したがって、ガス噴霧管２８の内部においてキャピラリー１１が３点でロックされる。このように、ガス噴霧管２８の長手方向の異なる位置かつ異なる位相に複数の偏向部位を設けることで、１つの偏向部位では偏向機能が不十分な場合でも、キャピラリー１１が逃げる方向の規制が可能になるので、キャピラリー１１の位置の再現性が向上する。
【0063】
＜第９の実施形態のまとめ＞
以上のように、第９の実施形態に係るイオン源２は、ガス噴霧管２８の内壁面から突出する複数の偏向部位３３４ａ及び３３４ｂを有し、偏向部位３３４ａ及び３３４ｂは、ガス噴霧管２８の長手方向の異なる位置かつ異なる位相に設けられている。偏向部位３３４ａ及び３３４ｂは、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対して、キャピラリー１１の下流端１２を偏向させる。このような構成により、キャピラリー１１の下流端１２の径方向の位置再現性がさらに向上する。結果として、より高い分析安定性を有するイオン源が実現できる。
以上のように、第９の実施形態に係るイオン源２は、ガス噴霧管２８の内壁面から突出する複数の偏向部位３３４ａ及び３３４ｂを有し、偏向部位３３４ａ及び３３４ｂは、ガス噴霧管２８の長手方向の異なる位置かつ異なる位相に設けられている。偏向部位３３４ａ及び３３４ｂは、ガス噴霧管２８の先端穴２９の中心軸に対して、キャピラリー１１の下流端１２を偏向させる。このような構成により、キャピラリー１１の下流端１２の径方向の位置再現性がさらに向上する。結果として、より高い分析安定性を有するイオン源が実現できる。
【0064】
［第１０の実施形態］
第１の～第９の実施形態では、上流側の第１の管３６と下流側の第２の管３７が嵌合されている構成のガス噴霧管２８について説明した。第１０の実施形態では、第１の管と第２の管の間に径方向の空間を有する構成のガス噴霧管２８を提案する。
第１の～第９の実施形態では、上流側の第１の管３６と下流側の第２の管３７が嵌合されている構成のガス噴霧管２８について説明した。第１０の実施形態では、第１の管と第２の管の間に径方向の空間を有する構成のガス噴霧管２８を提案する。
【0065】
＜ガス噴霧管の構成例＞
図１３は、第１０の実施形態に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。図１３に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８において、第１の管３６が第２の管３７に挿入されており、第１の管３６の外側面と第２の管３７の内側面との間に空間４９が設けられている。第２の管３７には、ガス供給口３７１が設けられている。図１３では図示は省略しているが、第１の管３６にもガス供給口（図１に示したガス供給口５１）が設けられている。本実施形態の偏向部位は、第４の実施形態の偏向部位３３４であるが、その他の実施形態の構成の偏向部位を用いてもよい。
図１３は、第１０の実施形態に係るガス噴霧管２８の一部の構造を示す断面図である。図１３に示すように、本実施形態に係るガス噴霧管２８において、第１の管３６が第２の管３７に挿入されており、第１の管３６の外側面と第２の管３７の内側面との間に空間４９が設けられている。第２の管３７には、ガス供給口３７１が設けられている。図１３では図示は省略しているが、第１の管３６にもガス供給口（図１に示したガス供給口５１）が設けられている。本実施形態の偏向部位は、第４の実施形態の偏向部位３３４であるが、その他の実施形態の構成の偏向部位を用いてもよい。
【0066】
キャピラリー１１やガス噴霧管２８の周囲にはイオン化効率を向上するため、加熱ガス流すための加熱ユニットが採用されることが多い（図示せず）。そのため、加熱ユニットからキャピラリー１１へ伝わる熱をなるべく断熱することが望ましい。本実施形態では、ガス噴霧管２８が二重構造であるため、高い断熱効果を実現できる。
【0067】
＜断熱効果の確認の実験＞
断熱効果を確認するため、本実施形態の構成のガス噴霧管２８にガスを供給して第１の管３６の内部温度を測定する実験を行った。具体的な条件は以下の通りである。第１の管３６のストレート部分は外径＝２ｍｍ、内径＝１．４ｍｍとした。第２の管３７のストレート部分は外径＝３ｍｍ、内径＝２．６ｍｍとした。加熱ユニットからの加熱ガス温度を５００℃とし、加熱ガス流量を１５Ｌ／ｍｉｎとし、加熱ガス種を窒素とした。第１の管３６の内部に流すガス流量（ＱＩＮ）と、空間４９に流すガス流量（ＱＯＵＴ）を変化させ、第１の管３６の内部温度を測定した。温度の測定は、外径０．５ｍｍのＫタイプ（クロメル－アルメル）シース熱電対を第１の管３６の内部に挿入することにより行った。ガス流量ＱＩＮ及びＱＯＵＴは合計３Ｌ／ｍｉｎとなるように、０Ｌ／ｍｉｎと３Ｌ／ｍｉｎの組み合わせ、並びに１Ｌ／ｍｉｎと２Ｌ／ｍｉｎの組み合わせとした。また、偏向部位を有しない一重のガス噴霧管（図１５に示す比較例に係るガス噴霧管１２８）にも３Ｌ／ｍｉｎの流量でガスを供給し、ガス噴霧管１２８の内部温度を測定した。結果を図１４に示す。
断熱効果を確認するため、本実施形態の構成のガス噴霧管２８にガスを供給して第１の管３６の内部温度を測定する実験を行った。具体的な条件は以下の通りである。第１の管３６のストレート部分は外径＝２ｍｍ、内径＝１．４ｍｍとした。第２の管３７のストレート部分は外径＝３ｍｍ、内径＝２．６ｍｍとした。加熱ユニットからの加熱ガス温度を５００℃とし、加熱ガス流量を１５Ｌ／ｍｉｎとし、加熱ガス種を窒素とした。第１の管３６の内部に流すガス流量（ＱＩＮ）と、空間４９に流すガス流量（ＱＯＵＴ）を変化させ、第１の管３６の内部温度を測定した。温度の測定は、外径０．５ｍｍのＫタイプ（クロメル－アルメル）シース熱電対を第１の管３６の内部に挿入することにより行った。ガス流量ＱＩＮ及びＱＯＵＴは合計３Ｌ／ｍｉｎとなるように、０Ｌ／ｍｉｎと３Ｌ／ｍｉｎの組み合わせ、並びに１Ｌ／ｍｉｎと２Ｌ／ｍｉｎの組み合わせとした。また、偏向部位を有しない一重のガス噴霧管（図１５に示す比較例に係るガス噴霧管１２８）にも３Ｌ／ｍｉｎの流量でガスを供給し、ガス噴霧管１２８の内部温度を測定した。結果を図１４に示す。
【0068】
図１４は、ガス流量ＱＩＮ及びＱＯＵＴを変化させたときの第１の管３６の内部温度の測定結果を示すグラフである。図１４に示すように、比較例と比較して本実施形態の構成の方が、第１の管３６の内部温度が低いことが分かる。第１の管３６の内部温度が低いことにより、キャピラリー１１の温度も低く維持することができるため、試料溶液の沸騰を防ぐことができる。その結果、分析の安定性を向上できる。なお、本実験の通り、ガスは第１の管３６及び第２の管３７の両方に流してもよいし、どちらか一方に流してもよい。
【0069】
＜第１０の実施形態のまとめ＞
以上のように、第１０の実施形態に係るイオン源２において、ガス噴霧管２８が第１の管３６及び第２の管３７を有し、第１の管３６及び第２の管３７の間に空間４９が設けられている。このような構成により、第１の管３６の内部に挿入されるキャピラリー１１の内部温度の上昇を抑制することができるため、分析の安定性を向上でき、さらに高い再現性のイオン源を実現することができる。
以上のように、第１０の実施形態に係るイオン源２において、ガス噴霧管２８が第１の管３６及び第２の管３７を有し、第１の管３６及び第２の管３７の間に空間４９が設けられている。このような構成により、第１の管３６の内部に挿入されるキャピラリー１１の内部温度の上昇を抑制することができるため、分析の安定性を向上でき、さらに高い再現性のイオン源を実現することができる。
【0070】
［実験例］
以下の実験例により、本開示の技術の効果について説明する。
以下の実験例により、本開示の技術の効果について説明する。
【0071】
＜ガス噴霧管の準備＞
まず、第４の実施形態（図６）で示した構成のガス噴霧管（実施例）と、偏向部位を有しないガス噴霧管（比較例）とを実際に作製した。上述のように、第４の実施形態のガス噴霧管２８は、凸形状の偏向部位３３４を有する。
まず、第４の実施形態（図６）で示した構成のガス噴霧管（実施例）と、偏向部位を有しないガス噴霧管（比較例）とを実際に作製した。上述のように、第４の実施形態のガス噴霧管２８は、凸形状の偏向部位３３４を有する。
【0072】
図１５は、比較例に係るガス噴霧管１２８の一部の構造を示す断面図である。ガス噴霧管１２８は一重の管から構成され、偏向部位を有しない。実施例のガス噴霧管２８及び比較例のガス噴霧管１２８の先端穴２９の直径はいずれも０．４ｍｍとした。キャピラリー１１の外径は０．２７ｍｍとした。
【0073】
【0074】
次に、実施例のガス噴霧管２８及び比較例のガス噴霧管１２８のそれぞれに対し、キャピラリーの抜き挿しを１０回繰り返し、その都度、下流側から撮影した。撮像した写真から、ガス噴霧管２８及び１２８の先端穴２９の中心を原点として、キャピラリー１１の中心のＸＹ座標を求めた。
【0075】
図１７は、実施例及び比較例におけるキャピラリー１１の中心のＸＹ座標をプロットしたグラフである。図１７に示すように、比較例においては、キャピラリー１１の中心の座標が広い分布になっている（ばらつきが大きい）のが分かる。これは、偏向部位の無い比較例の構成では、キャピラリー１１の下流端１２がフリーな状態であるために、キャピラリー１１の付け替えの再現性が低いからである。一方、実施例においては、キャピラリー１１の中心の座標は狭い分布となっている（ばらつきが小さい）。これは、偏向部位３３４がある実施例の構成では、キャピラリー１１が偏向部位３３４との接点４０と、先端穴２９の接点４１の２点によりロックされるためである。このように、実施例に係るガス噴霧管は、キャピラリー１１の付け替えによるキャピラリー１１の位置の再現性が高いことが分かる。
【0076】
＜質量分析計での分析＞
次に、比較例に係るガス噴霧管１２８を用いたイオン源と、実施例に係るガス噴霧管２８を用いたイオン源を作製し、各イオン源で生成したイオンを質量分析計で分析した。試料はテストステロンとした。キャピラリー１１を８回交換するたびに、キャピラリー１１に印加した高電圧の依存性を都度測定した。
次に、比較例に係るガス噴霧管１２８を用いたイオン源と、実施例に係るガス噴霧管２８を用いたイオン源を作製し、各イオン源で生成したイオンを質量分析計で分析した。試料はテストステロンとした。キャピラリー１１を８回交換するたびに、キャピラリー１１に印加した高電圧の依存性を都度測定した。
【0077】
図１８は、比較例におけるキャピラリー１１に印加した高電圧と相対イオン強度との関係を示すグラフである。図１８に示すように、比較例においては、キャピラリーの位置の再現性が低いため、分析結果のばらつきも大きい。
【0078】
図１９は、実施例におけるキャピラリー１１に印加した高電圧と相対イオン強度との関係を示すグラフである。図１９に示すように、実施例においては、キャピラリー１１が偏向部位３３４との接点４０と、先端穴２９の接点４１の２点によりロックされ、交換による位置の再現性が高いため、分析結果の再現性が向上することが分かる。
【0079】
＜流路幅について＞
図２０は、流路幅の依存性（径方向における偏向部位の大きさの依存性）を評価するための実験で用いた質量分析計の一部を示す断面図である。なお、図２０では、図示の簡略化のためにガス噴霧管２８が一重の管で構成されているように示されているが、実際には、図６に示したように２重の管で構成されたガス噴霧管２８を用いた。本実験では、ガス噴霧管２８の円筒部の内径Ｄを１．４ｍｍとした。対向電極２６の穴２７のＸ方向の中心軸からキャピラリー１１の先端までの距離を２５ｍｍとし、ガス噴霧管２８の先端からのキャピラリー１１の突出量を０．５ｍｍとした。対向電極２６に電流計４６を接続した。
図２０は、流路幅の依存性（径方向における偏向部位の大きさの依存性）を評価するための実験で用いた質量分析計の一部を示す断面図である。なお、図２０では、図示の簡略化のためにガス噴霧管２８が一重の管で構成されているように示されているが、実際には、図６に示したように２重の管で構成されたガス噴霧管２８を用いた。本実験では、ガス噴霧管２８の円筒部の内径Ｄを１．４ｍｍとした。対向電極２６の穴２７のＸ方向の中心軸からキャピラリー１１の先端までの距離を２５ｍｍとし、ガス噴霧管２８の先端からのキャピラリー１１の突出量を０．５ｍｍとした。対向電極２６に電流計４６を接続した。
【0080】
本実験では、キャピラリー１１を８回交換し、その都度、キャピラリー１１に電圧を印加した時の対向電極２６との放電電流を電流計４６で測定した。電流計４６の測定結果から、各電圧での電流ばらつきのＣＶ値（標準偏差÷平均値×１００）を求めた。電流のＣＶ値が大きいことはキャピラリー１１の位置再現性が低いことを表している。
【0081】
本実験における電流の測定条件は以下の通りである。キャピラリー１１への印加電圧は５．２ｋＶ～５．８ｋＶの間で０．１ｋＶごとに変更した。ガス噴霧管２８の先端から偏向部位３３４までの距離Ｌは７ｍｍ、９ｍｍ及び１１ｍｍとした。偏向部位３３４の流路幅Ｗを０．５～０．９ｍｍの間で１ｍｍごとに変更した。ＣＶ値を求めた結果を図２１（Ｌ＝７ｍｍ）、図２２（Ｌ＝９ｍｍ）及び図２３（Ｌ＝１１ｍｍ）に示す。
【0082】
図２１は、ガス噴霧管２８の先端から偏向部位３３４までの距離Ｌが７ｍｍの条件下におけるＣＶ値をプロットしたグラフである。図２１に示すように、距離Ｌが７ｍｍのとき、Ｗ＝０．７ｍｍの場合に最もＣＶ値が小さくなる傾向にあることが分かる。
【0083】
図２２は、ガス噴霧管２８の先端から偏向部位３３４までの距離Ｌが９ｍｍの条件下におけるＣＶ値をプロットしたグラフである。図２２に示すように、距離Ｌが９ｍｍのとき、Ｗ＝０．５～０．７ｍｍの場合にＣＶ値が小さくなる傾向にあることが分かる。
【0084】
図２３は、ガス噴霧管２８の先端から偏向部位３３４までの距離Ｌが１１ｍｍの条件下におけるＣＶ値をプロットしたグラフである。図２３に示すように、距離Ｌが１１ｍｍのとき、Ｗ＝０．７ｍｍの場合にＣＶ値が小さくなる傾向にあることが分かる。
【0085】
以上のことから、流路幅Ｗが広くても狭くても電流のばらつきが大きくなる場合があり、Ｗ＝０．７ｍｍ付近の場合に、電流のばらつきが小さくなる傾向にあることがわかる。ガス噴霧管２８の上流側の内径はＤ＝１．４ｍｍとしたので、偏向部位３３４がガス噴霧管の中心軸付近までせり出している場合に、電流のばらつきが小さくなるといえる。電流のばらつきは、キャピラリーの先端の位置のばらつきに起因するので、偏向部位３３４がガス噴霧管の中心軸付近までせり出している場合に、キャピラリーの先端の位置のばらつきが少なくなることがわかる。
【0086】
図２４（ａ）～（ｄ）は、流路幅Ｗに応じてキャピラリー１１の位置のばらつきが変化する原因を説明するための図である。図２４（ａ）は、流路幅Ｗ＝０．５ｍｍ又はＷ＝０．６ｍｍの場合におけるキャピラリー１１の挿入後の状態を示している。流路幅Ｗ＝０．５ｍｍ又はＷ＝０．６ｍｍの条件（すなわち、偏向部位３３４の径方向の寸法がガス噴霧管２８の半径Ｄ／２よりも小さい条件）では、キャピラリー１１は、先端穴２９（内径が一定の部分）の接点４１よりも上流のガイド部３５で接触する。これにより、キャピラリー１１の向きが大きく逸れるため、キャピラリー１１のフリーな長さ（ガス噴霧管２８と接触していない長さ）が長くなり、下流端１２の位置のばらつきが大きくなる。
【0087】
図２４（ｂ）は、流路幅Ｗ＝０．７ｍｍの場合におけるキャピラリー１１の挿入後の状態を示している。図２４（ｂ）に示すように、最適な流路幅Ｗ＝０．７ｍｍの条件（すなわち、偏向部位３３４の径方向の寸法がガス噴霧管２８の半径Ｄ／２に等しい条件）では、キャピラリー１１が偏向部位３３４との接点４０と、先端穴２９との接点４１の２点によりロックされるため、キャピラリー１１の位置がしっかり定まる。
【0088】
図２４（ｃ）は、流路幅Ｗ＝０．８ｍｍの場合におけるキャピラリー１１の挿入後の状態を示している。図２４（ｃ）に示すように、流路幅Ｗ＝０．８ｍｍの条件（すなわち、偏向部位３３４の径方向の寸法がガス噴霧管２８の半径Ｄ／２よりも大きい条件）では、偏向部位３３４の裏側（偏向方向とは異なる方向）へ逃げてしまい、キャピラリー１１が先端穴２９に接触しないことがあるため、下流端１２の位置のばらつきが大きくなる。
【0089】
図２４（ｄ）は、流路幅Ｗ＝０．９ｍｍの場合におけるキャピラリー１１の挿入後の状態を示している。図２４（ｄ）に示すように、流路幅Ｗ＝０．９ｍｍの条件（すなわち、偏向部位３３４の径方向の寸法がガス噴霧管２８の半径Ｄ／２よりも大きい条件）においても、キャピラリー１１が先端穴２９に接触しないことがあるため、下流端１２の位置のばらつきが大きくなる。流路幅Ｗ＝０．８ｍｍと流路幅Ｗ＝０．９ｍｍとでは、ばらつきの大きさが逆転することが分かった。この現象は、流路幅Ｗ＝０．９ｍｍの場合はキャピラリー１１が偏向部位３３４の裏側へ逃げることが無いことが理由である。
【0090】
以上の実験結果から、偏向部位３３４が先端穴２９の中心軸付近までせり出していることにより、キャピラリー１１の下流端１２の位置の再現性を高くすることができる。なお、第４の実施形態の偏向部位３３４を有するイオン源２を用いた実験例を説明したが、以上の実験結果は、他の実施形態の偏向部位を用いたとしても同様の結果となることが明らかである。
【0091】
［変形例］
本開示は、上述した実施形態に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。例えば、上述した実施形態は、本開示を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備える必要はない。また、ある実施形態の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることもできる。また、各実施形態の構成の一部について、他の実施形態の構成の一部を追加、削除又は置換することもできる。
本開示は、上述した実施形態に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。例えば、上述した実施形態は、本開示を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備える必要はない。また、ある実施形態の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることもできる。また、各実施形態の構成の一部について、他の実施形態の構成の一部を追加、削除又は置換することもできる。
【符号の説明】
【0092】
１…質量分析計
２…イオン源
３…質量分析部
４…真空容器
５…イオン生成部
６…イオン源チャンバ
７…導入電極
８…穴
９…電源
１０…制御装置
１１…キャピラリー
１２…下流端
１３…排気ポート
１４…窓
１５～１７…真空室
１８～１９…穴
２０～２２…真空ポンプ
２３…イオン輸送部
２４…イオン分析部
２５…検出器
２６…対向電極
２７…穴
２８、１２８…ガス噴霧管
２９…先端穴
３０…コネクタ
３１…シール材
３２…接続部
３３…偏向部位
３５…ガイド部
３６…第１の管
３７…第２の管
３８…嵌合部
３９…円筒部
４０…接点
４１…接点
４３…開口部
４６…電流計
４９…空間
２…イオン源
３…質量分析部
４…真空容器
５…イオン生成部
６…イオン源チャンバ
７…導入電極
８…穴
９…電源
１０…制御装置
１１…キャピラリー
１２…下流端
１３…排気ポート
１４…窓
１５～１７…真空室
１８～１９…穴
２０～２２…真空ポンプ
２３…イオン輸送部
２４…イオン分析部
２５…検出器
２６…対向電極
２７…穴
２８、１２８…ガス噴霧管
２９…先端穴
３０…コネクタ
３１…シール材
３２…接続部
３３…偏向部位
３５…ガイド部
３６…第１の管
３７…第２の管
３８…嵌合部
３９…円筒部
４０…接点
４１…接点
４３…開口部
４６…電流計
４９…空間
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】