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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】P2023003761
(43)【公開日】2023-01-17
(54)【発明の名称】質量分析装置、質量分析システム及び質量分析方法
(51)【国際特許分類】
H01J 49/24 20060101AFI20230110BHJP
H01J 49/42 20060101ALI20230110BHJP
H01J 49/16 20060101ALI20230110BHJP
H01J 49/14 20060101ALI20230110BHJP
H01J 49/10 20060101ALI20230110BHJP
H01J 49/04 20060101ALI20230110BHJP
H01J 49/02 20060101ALI20230110BHJP
【ＦＩ】
H01J49/24
H01J49/42 200
H01J49/16 500
H01J49/14 500
H01J49/16 800
H01J49/10 500
H01J49/04 950
H01J49/10
H01J49/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】19
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021105029
(22)【出願日】2021-06-24
(71)【出願人】
【識別番号】000005108
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】熊野 峻
(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）】
5C038
【Ｆターム（参考）】
5C038GG06
5C038GG08
5C038GH17
5C038HH26
5C038HH30
(57)【要約】
【課題】質量分析装置の小型化を実現することを課題とする。
【解決手段】連続的にイオン２３を生成させるイオン源２００と、イオン２３をトラップ可能なプレトラップ室１３０と、プレトラップ室１３０の後段に設けられ、プレトラップ室１３０からイオン２３が導入可能であるとともに、イオン２３をトラップ可能であるイオントラップ室１４０と、プレトラップ室１３０と、イオントラップ室１４０と隔てる第３隔壁１４７に設けられている第３細孔１４１と、第３細孔１４１を開閉可能なスライダバルブ１０１と、を有し、プレトラップ室１３０の内部圧力は、イオントラップ室１４０の内部圧力よりも高くなるよう調整されており、スライダバルブ１０１によって、第３細孔１４１の開閉が間欠的に行われることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】連続的にイオン２３を生成させるイオン源２００と、イオン２３をトラップ可能なプレトラップ室１３０と、プレトラップ室１３０の後段に設けられ、プレトラップ室１３０からイオン２３が導入可能であるとともに、イオン２３をトラップ可能であるイオントラップ室１４０と、プレトラップ室１３０と、イオントラップ室１４０と隔てる第３隔壁１４７に設けられている第３細孔１４１と、第３細孔１４１を開閉可能なスライダバルブ１０１と、を有し、プレトラップ室１３０の内部圧力は、イオントラップ室１４０の内部圧力よりも高くなるよう調整されており、スライダバルブ１０１によって、第３細孔１４１の開閉が間欠的に行われることを特徴とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
連続的にイオンを生成させるイオン源と、
前記イオンをトラップ可能な第１の質量分析部と、
前記第１の質量分析部の後段に設けられ、前記第１の質量分析部から前記イオンが導入可能であるとともに、前記イオンをトラップ可能である第２の質量分析部と、
前記第１の質量分析部と、前記第２の質量分析部と隔てる隔壁に設けられている隔壁孔部と、
前記隔壁孔部を開閉可能な開閉部と、
前記第１の質量分析部の内部を排気する第１の真空ポンプ部と、
前記第２の質量分析部の内部を排気する第２の真空ポンプ部と、
を有し、
前記第１の真空ポンプ部及び前記第２の真空ポンプ部によって、前記第１の質量分析部の内部圧力は、前記第２の質量分析部の内部圧力よりも高くなるよう調整されており、
前記開閉部によって、前記隔壁孔部の開閉が間欠的に行われる
ことを特徴とする質量分析装置。
前記イオンをトラップ可能な第１の質量分析部と、
前記第１の質量分析部の後段に設けられ、前記第１の質量分析部から前記イオンが導入可能であるとともに、前記イオンをトラップ可能である第２の質量分析部と、
前記第１の質量分析部と、前記第２の質量分析部と隔てる隔壁に設けられている隔壁孔部と、
前記隔壁孔部を開閉可能な開閉部と、
前記第１の質量分析部の内部を排気する第１の真空ポンプ部と、
前記第２の質量分析部の内部を排気する第２の真空ポンプ部と、
を有し、
前記第１の真空ポンプ部及び前記第２の真空ポンプ部によって、前記第１の質量分析部の内部圧力は、前記第２の質量分析部の内部圧力よりも高くなるよう調整されており、
前記開閉部によって、前記隔壁孔部の開閉が間欠的に行われる
ことを特徴とする質量分析装置。
【請求項2】
前記開閉部は、上下にスライダ部が移動することで前記隔壁孔部を開閉可能なスライダバルブである
ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項3】
前記スライダバルブは、前記第２の質量分析部に備えられている
ことを特徴とする請求項２に記載の質量分析装置。
ことを特徴とする請求項２に記載の質量分析装置。
【請求項4】
前記スライダバルブは、前記第１の質量分析部に備えられている
ことを特徴とする請求項２に記載の質量分析装置。
ことを特徴とする請求項２に記載の質量分析装置。
【請求項5】
前記スライダバルブは複数の層によって構成されており、
前記層のうち、最も前記第１の質量分析部の側に設けられている層が導電体で構成される
ことを特徴とする請求項４に記載の質量分析装置。
前記層のうち、最も前記第１の質量分析部の側に設けられている層が導電体で構成される
ことを特徴とする請求項４に記載の質量分析装置。
【請求項6】
前記スライダバルブは、
前記スライダバルブが前記隔壁孔部を開状態にしている際に、前記隔壁孔部を通過した前記イオンを通過させるバルブ孔部を有し、
前記バルブ孔部の内径は、前記第１の質量分析部の側から前記第２の質量分析部の側に向かって広がっていく
ことを特徴とする請求項２に記載の質量分析装置。
前記スライダバルブが前記隔壁孔部を開状態にしている際に、前記隔壁孔部を通過した前記イオンを通過させるバルブ孔部を有し、
前記バルブ孔部の内径は、前記第１の質量分析部の側から前記第２の質量分析部の側に向かって広がっていく
ことを特徴とする請求項２に記載の質量分析装置。
【請求項7】
前記スライダバルブは、コイルによって動作し、
前記コイルは前記第１の質量分析部及び前記第２の質量分析部の外部に設置されている
ことを特徴とする請求項２に記載の質量分析装置。
前記コイルは前記第１の質量分析部及び前記第２の質量分析部の外部に設置されている
ことを特徴とする請求項２に記載の質量分析装置。
【請求項8】
前記イオン源が正負両方の極性のイオンを生成可能である
ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項9】
前記イオン源は、針電極によって前記イオンを生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項10】
前記イオン源は、低真空バリア放電イオン源である
ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項11】
前記第１の質量分析部が
質量選択的に前記イオンをトラップするリニアイオントラップである
ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
質量選択的に前記イオンをトラップするリニアイオントラップである
ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項12】
前記第２の質量分析部がリニアイオントラップである
ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項13】
質量分析装置と、前記質量分析装置を制御する制御装置と、を有する質量分析システムであって、
前記質量分析装置は、
連続的にイオンを生成させるイオン源と、
前記イオンをトラップ可能な第１の質量分析部と、
前記第１の質量分析部の後段に設けられ、前記第１の質量分析部から前記イオンが導入可能であるとともに、前記イオンをトラップ可能である第２の質量分析部と、
前記第１の質量分析部と、前記第２の質量分析部と隔てる隔壁に設けられている隔壁孔部と、
前記隔壁孔部を開閉可能な開閉部と、
前記第１の質量分析部の内部を排気する第１の真空ポンプ部と、
前記第２の質量分析部の内部を排気する第２の真空ポンプ部と、
を有し、
前記制御装置は
前記第１の真空ポンプ部及び前記第２の真空ポンプ部を制御することで、前記第１の質量分析部の内部圧力が、前記第２の質量分析部の内部圧力よりも高くなるよう調整し、
前記開閉部を制御することで、前記隔壁孔部の開閉を間欠的に行う
ことを特徴とする質量分析システム。
前記質量分析装置は、
連続的にイオンを生成させるイオン源と、
前記イオンをトラップ可能な第１の質量分析部と、
前記第１の質量分析部の後段に設けられ、前記第１の質量分析部から前記イオンが導入可能であるとともに、前記イオンをトラップ可能である第２の質量分析部と、
前記第１の質量分析部と、前記第２の質量分析部と隔てる隔壁に設けられている隔壁孔部と、
前記隔壁孔部を開閉可能な開閉部と、
前記第１の質量分析部の内部を排気する第１の真空ポンプ部と、
前記第２の質量分析部の内部を排気する第２の真空ポンプ部と、
を有し、
前記制御装置は
前記第１の真空ポンプ部及び前記第２の真空ポンプ部を制御することで、前記第１の質量分析部の内部圧力が、前記第２の質量分析部の内部圧力よりも高くなるよう調整し、
前記開閉部を制御することで、前記隔壁孔部の開閉を間欠的に行う
ことを特徴とする質量分析システム。
【請求項14】
質量分析装置と、前記質量分析装置を制御する制御装置と、を有する質量分析システムにおいて、
前記質量分析装置は、
連続的にイオンを生成させるイオン源と、
前記イオンをトラップ可能な第１の質量分析部と、
前記第１の質量分析部の後段に設けられ、前記第１の質量分析部から前記イオンが導入可能であるとともに、前記イオンをトラップ可能である第２の質量分析部と、
前記第１の質量分析部と、前記第２の質量分析部と隔てる隔壁に設けられている隔壁孔部と、
前記隔壁孔部を開閉可能な開閉部と、
前記第１の質量分析部の内部を排気する第１の真空ポンプ部と、
前記第２の質量分析部の内部を排気する第２の真空ポンプ部と、
を有し、
前記制御装置が、
前記第１の真空ポンプ部及び前記第２の真空ポンプ部を制御することで、前記第１の質量分析部の内部圧力が、前記第２の質量分析部の内部圧力よりも高くなるよう調整し、
前記開閉部を制御することで、前記隔壁孔部の開閉を間欠的に行う
ことを特徴とする質量分析方法。
前記質量分析装置は、
連続的にイオンを生成させるイオン源と、
前記イオンをトラップ可能な第１の質量分析部と、
前記第１の質量分析部の後段に設けられ、前記第１の質量分析部から前記イオンが導入可能であるとともに、前記イオンをトラップ可能である第２の質量分析部と、
前記第１の質量分析部と、前記第２の質量分析部と隔てる隔壁に設けられている隔壁孔部と、
前記隔壁孔部を開閉可能な開閉部と、
前記第１の質量分析部の内部を排気する第１の真空ポンプ部と、
前記第２の質量分析部の内部を排気する第２の真空ポンプ部と、
を有し、
前記制御装置が、
前記第１の真空ポンプ部及び前記第２の真空ポンプ部を制御することで、前記第１の質量分析部の内部圧力が、前記第２の質量分析部の内部圧力よりも高くなるよう調整し、
前記開閉部を制御することで、前記隔壁孔部の開閉を間欠的に行う
ことを特徴とする質量分析方法。
【請求項15】
前記制御装置が、前記開閉部によって前記隔壁孔部が閉じることで、前記第１の質量分析部に連続的にイオンを導入し、
前記第１の質量分析部内にイオンが保持され、
前記制御装置が、前記開閉部によって前記隔壁孔部を開くことで、前記イオンが前記第２の質量分析部へと導入され、
前記制御装置が、前記開閉部によって前記隔壁孔部を閉じ、
前記イオンが検出部によって検出される
ことを特徴とする請求項１４に記載の質量分析方法。
前記第１の質量分析部内にイオンが保持され、
前記制御装置が、前記開閉部によって前記隔壁孔部を開くことで、前記イオンが前記第２の質量分析部へと導入され、
前記制御装置が、前記開閉部によって前記隔壁孔部を閉じ、
前記イオンが検出部によって検出される
ことを特徴とする請求項１４に記載の質量分析方法。
【請求項16】
前記イオンが前記第２の質量分析部に導入され、前記開閉部によって前記隔壁孔部が閉じた後、前記第２の質量分析部の内部圧力が所定の値まで低下した後、前記検出部による前記イオンの検出が行われる
ことを特徴とする請求項１５に記載の質量分析方法。
ことを特徴とする請求項１５に記載の質量分析方法。
【請求項17】
前記制御装置は、
前記第１の質量分析部に前記イオンが保持されている間、前記隔壁孔部と、前記イオンとが反発するよう、前記隔壁孔部に電圧を印加させ、
前記開閉部によって前記隔壁孔部が開く際、前記隔壁孔部に印加されている電圧が、前記イオンを誘引するよう、前記隔壁孔部に印加されている電圧を変化させる
ことを特徴とする請求項１５に記載の質量分析方法。
前記第１の質量分析部に前記イオンが保持されている間、前記隔壁孔部と、前記イオンとが反発するよう、前記隔壁孔部に電圧を印加させ、
前記開閉部によって前記隔壁孔部が開く際、前記隔壁孔部に印加されている電圧が、前記イオンを誘引するよう、前記隔壁孔部に印加されている電圧を変化させる
ことを特徴とする請求項１５に記載の質量分析方法。
【請求項18】
前記イオンが前記検出部によって検出されている間、前記第１の質量分析部の内部に、前記検出部によって検出されている前記イオンとは別のイオンが導入され、保持される
ことを特徴とする請求項１５に記載の質量分析方法。
ことを特徴とする請求項１５に記載の質量分析方法。
【請求項19】
前記別のイオンは、前記検出部によって検出されている前記イオンとは逆の極性を有するイオンである
ことを特徴とする請求項１８に記載の質量分析方法。
ことを特徴とする請求項１８に記載の質量分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、質量分析装置、質量分析システム及び質量分析方法の技術に関する。
【背景技術】
【0002】
土壌や大気の汚染の測定、食品の農薬検査、血中代謝物による診断、尿中薬物検査、爆発物探知等、混合試料中の微量物質をその場で簡便に、かつ、高感度に測定する可搬型の分析装置が求められている。このような質量分析装置では、イオン源において物質を気相のイオンとし、このイオンを質量分析装置の真空部に導入することで質量分析が行われる。この際、真空部内を真空状態に保つため、質量分析計は真空ポンプを必要とする。
【0003】
真空ポンプの大きさは、その吸引量と相関しており、真空ポンプを小型化すると吸引量が低下する。この場合、質量分析計において、大気と真空チャンバとを隔てる隔壁の細孔径を小さくする必要がある。しかし、細孔径が小さくなると質量分析計の感度が低下する。従って、一般的に質量分析装置の大きさと感度はトレードオフの関係になる。
【0004】
このようなトレードオフを解消するため、特許文献１では、隔壁にパルスバルブを設置し、パルスバルブを介して大気圧中で生成したイオンを断続的に質量分析部へと導入する技術が開示されている。
【0005】
また、非特許文献１では、分析精度を向上させるため、イオントラップとイオンファネルの間にバルブを設定し、イオントラップにイオンを導入してからバルブを閉じてイオントラップ内の圧力を低下させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】米国特許第9058967号明細書
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】Xinming Huo, Xuanyu Zhu Fei Tang, Jian Zhang, Xiaohua Zhang, Quan Yu, and Xiaohao Wang,“Discontinuous Subatmospheric Pressure Interface Reduces the Gas Flow Effects on Miniature CAPI Mass Spectrometer”,analytical.chemistry,92,3207-3715,[online],2020,ACS Publications[令和３年５月２４日検索],internet<https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.9b04824>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献１に記載の方法では、大気圧と、真空（０．１Ｐａ程度）とを隔てる隔壁にバルブが設置されている。しかし、隔壁の両側における圧力差が大きいため、密閉度が高いバルブを使用する必要がある。また、イオン源にエレクトロスプレーが用いられた場合、試料液滴がバルブを通過する。また、放電イオン源が用いられている場合、高濃度の試料ガスがバルブを通過する。いずれの場合でも、バルブの汚染リスクが生じる。汚染されたバルブを加熱することで、汚染物質を気化させ、バルブから汚染物質を除去することが考えらえる。しかし、バルブを加熱することは簡単ではなく、強い汚染が発生した場合、汚染物質がキャリーオーバして前の測定が次の測定に影響する可能性がある。
【0009】
特許文献１及び非特許文献１に記載の方法では、バルブを開けている時間のみイオントラップにイオンを溜めこむことができる。そこで、イオンを大量に溜めこむことによって分析感度を向上させたいと考えても、バルブが開いている間はイオントラップの圧力が上昇してしまうため、ポンプの耐久性やイオントラップ効率の観点から長時間、バルブを開けていることは好ましくない。また、バルブを長時間開けてもポンプが耐えられる程度に隔壁の細孔を小さくするとイオンの透過率が低下して感度が低下する。
【0010】
このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、質量分析装置の小型化を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
前記した課題を解決するため、本発明は、連続的にイオンを生成させるイオン源と、前記イオンをトラップ可能な第１の質量分析部と、前記第１の質量分析部の後段に設けられ、前記第１の質量分析部から前記イオンが導入可能であるとともに、前記イオンをトラップ可能である第２の質量分析部と、前記第１の質量分析部と、前記第２の質量分析部と隔てる隔壁に設けられている隔壁孔部と、前記隔壁孔部を開閉可能な開閉部と、前記第１の質量分析部の内部を排気する第１の真空ポンプ部と、前記第２の質量分析部の内部を排気する第２の真空ポンプ部と、を有し、前記第１の真空ポンプ部及び前記第２の真空ポンプ部によって、前記第１の質量分析部の内部圧力は、前記第２の質量分析部の内部圧力よりも高くなるよう調整されており、前記開閉部によって、前記隔壁孔部の開閉が間欠的に行われることを特徴とする。
その他の解決手段は実施形態中において適宜記載する。
その他の解決手段は実施形態中において適宜記載する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、質量分析装置の小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】第１実施形態に係る質量分析装置の一例を示す構成図（その１）である。
【図2】第１実施形態に係る質量分析装置の一例を示す構成図（その２）である。
【図3】第１実施形態に係る質量分析システムの構成例を示す図である。
【図4】第１実施形態に係る質量分析システムの動作シーケンスを示す図である。
【図5】複数の質量分析処理を並列処理する場合における動作シーケンスを示す図である。
【図6】イオントラップ室の内部圧力変化の例を示す図である。
【図7A】スライダバルブの構造の一例を示す図（その１）である。
【図7B】スライダバルブの構造の一例を示す図（その２）である。
【図8】バルブ駆動装置の一例を示す図である。
【図9】第２実施形態に係る質量分析装置の動作シーケンスの一例を示す図である。
【図10】第３実施形態に係る質量分析装置の一例を示す構成図である。
【図11】スライダバルブの別の構成例を示す図である。
【図12】第４実施形態に係る質量分析装置の一例を示す構成図である。
【図13】制御装置のハードウェア構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【0015】
［第１実施形態］
図１及び図２は、第１実施形態に係る質量分析装置１の一例を示す構成図である。図１はスライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が閉じられている図を示し、図２はスライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が開放している図を示す。スライダバルブ１０１及び第３細孔１４１（隔壁孔部）については後記する。
図１に示すように、質量分析装置１は主にイオン源２００と質量分析部１００とで構成される。図１及び図２に示す例では、イオン源２００として大気圧化学イオン化イオン源が用いられており、針電極２１に高電圧を印加して放電プラズマ２２を生成させることで試料ガスがイオン化する。ただし、イオン源２００は、必ずしも大気圧化学イオン化イオン源である必要はなく、その他の放電イオン源でもよいし、エレクトロスプレーイオン源等でイオン源２００が構成されてもよい。なお、本実施形態では、イオン源２００において正イオンが生成しているものとしているが、負イオンが生成されてもよい。
図１及び図２は、第１実施形態に係る質量分析装置１の一例を示す構成図である。図１はスライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が閉じられている図を示し、図２はスライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が開放している図を示す。スライダバルブ１０１及び第３細孔１４１（隔壁孔部）については後記する。
図１に示すように、質量分析装置１は主にイオン源２００と質量分析部１００とで構成される。図１及び図２に示す例では、イオン源２００として大気圧化学イオン化イオン源が用いられており、針電極２１に高電圧を印加して放電プラズマ２２を生成させることで試料ガスがイオン化する。ただし、イオン源２００は、必ずしも大気圧化学イオン化イオン源である必要はなく、その他の放電イオン源でもよいし、エレクトロスプレーイオン源等でイオン源２００が構成されてもよい。なお、本実施形態では、イオン源２００において正イオンが生成しているものとしているが、負イオンが生成されてもよい。
【0016】
そして、質量分析部１００は差動排気室１２０、プレトラップ室１３０、イオントラップ室１４０に分かれている。差動排気室１２０は、第１細孔１２１を介して大気と接続している。第１細孔１２１は大気と差動排気室１２０とを隔てる第１隔壁１２３に設けられている。また、差動排気室１２０には、第１細孔１２１を介して、イオン源２００で生成したイオン２３が導入される。
【0017】
差動排気室１２０と、プレトラップ室１３０とは、第２細孔１３１を介して接続している。第２細孔１３１は差動排気室１２０と、プレトラップ室１３０とを隔てる第２隔壁１３５に設けられている。
そして、プレトラップ室１３０と、イオントラップ室１４０とは、第３細孔１４１を介して接続している。第３細孔１４１は、プレトラップ室１３０と、イオントラップ室１４０とを隔てる第３隔壁１４７に設けられている。
そして、プレトラップ室１３０と、イオントラップ室１４０とは、第３細孔１４１を介して接続している。第３細孔１４１は、プレトラップ室１３０と、イオントラップ室１４０とを隔てる第３隔壁１４７に設けられている。
【0018】
プレトラップ室１３０には、四重極電極であるプレトラップ電極１３３が設けられている。また、イオントラップ室１４０には、四重極電極であるイオントラップ電極１４３が設けられている。さらに、イオントラップ室１４０にはスライダバルブ１０１、インキャップ電極１４４、エンドキャップ電極１４５、検出器１４６が設けられている。なお、インキャップ電極１４４及びエンドキャップ電極１４５のそれぞれは、円盤状を有しており、中央にイオン２３が通過するための開口部が備えられている。また、イオントラップ室１４０の外部には、スライダバルブ１０１を駆動するためのバルブ駆動装置１１０が備えられている。
【0019】
さらに、差動排気室１２０は、差動排気用真空ポンプ１２２によって減圧されている。そして、プレトラップ室１３０はプレトラップ用真空ポンプ１３２によって減圧されている。さらに、イオントラップ室１４０はイオントラップ用真空ポンプ１４２によって減圧されている。なお、必ずしも３個のポンプが必要なわけではなく、一つのポンプで２箇所以上を減圧してもよい。また、いずれかのポンプを、その他のポンプの背圧を下げるために利用してもよい。
【0020】
前記したように、プレトラップ室１３０及びイオントラップ室１４０のそれぞれにはプレトラップ電極１３３及びイオントラップ電極１４３として四重極電極が設けられている。ただし、図１及び図２では、プレトラップ電極１３３及びイオントラップ電極１４３それぞれにおいて、計４本存在する電極のうち、２本ずつが示されている。
【0021】
プレトラップ室１３０及びイオントラップ室１４０それぞれは、プレトラップ電極１３３、イオントラップ電極１４３によってのどちらもリニアイオントラップとして機能する。すなわち、プレトラップ室１３０及びイオントラップ室１４０のどちらもイオン源２００で生成されたイオン２３をトラップする。
【0022】
以降、説明のためにプレトラップ室１３０におけるリニアイオントラップをプレトラップ、イオントラップ室１４０におけるリニアイオントラップを分析用イオントラップと適宜称する。なお、プレトラップ室１３０では、プレトラップ電極１３３に印加される電圧の電圧条件で正負どちらか一方の極性のイオン２３をトラップ可能である。また、イオントラップ室１４０では、イオントラップ電極１４３、インキャップ電極１４４、エンドキャップ電極１４５に印加される電圧の電圧条件で正負どちらか一方の極性のイオン２３をトラップ可能である。さらに、プレトラップ電極１３３及びイオントラップ電極１４３に印加する電圧によってＬｏｗ ｍａｓｓ ｃｕｔ ｏｆｆが設定される。従って、検出したいイオン２３の極性と分子量を考慮してプレトラップ及び分析用イオントラップの電圧条件が決定される。
【0023】
プレトラップ及び分析用イオントラップは、イオン２３をトラップできれば、必ずしも四重極リニアイオントラップである必要はない。四重極リニアイオントラップとは、四重極電極を用いたリニアイオントラップである。例えば、プレトラップはオクタポール型のトラップでもよいし、イオンファネル型のトラップでもよい。プレトラップ室１３０は一般的に１０Ｐａ程度であり、イオントラップ室１４０は一般的に０．１～１Ｐａ程度であるが、必ずしもそれらの値でなくてもよい。ただし、イオントラップ室１４０はプレトラップ室１３０よりも低圧となるようそれぞれの内部圧力が設定される。
【0024】
イオン源２００で生成されたイオン２３は第１細孔１２１を通過し、差動排気室１２０に導入される。続いて、イオン２３は第２細孔１３１を通過してプレトラップ室１３０へと導入される。その後、イオン２３は、第３細孔１４１を通過してイオントラップ室１４０へと導入される。
【0025】
プレトラップ室１３０とイオントラップ室１４０との間に配置されている第３細孔１４１にはスライダバルブ１０１が設けられている。スライダバルブ１０１はプッシュロッド１１１を介して、バルブ駆動装置１１０と接続している。そして、バルブ駆動装置１１０はプッシュロッド１１１を介して、スライダバルブ１０１を紙面上下方向へ移動させる。なお、バルブ駆動装置１１０については後記する。
【0026】
スライダバルブ１０１には開口部１０２が設けられており、スライダバルブ１０１が紙面上下方向にスライドすることで、図２に示すように開口部１０２と第３細孔１４１とが一致すると、プレトラップ室１３０とイオントラップ室１４０とが導通状態となる。即ち、第３細孔１４１が開口状態となる。
【0027】
また、スライダバルブ１０１がスライドすることで、図１に示すように開口部１０２と第３細孔１４１とが不一致になると、プレトラップ室１３０とイオントラップ室１４０とが非導通状態となる。即ち、第３細孔１４１が閉じられる。
【0028】
そして、スライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が開口すると、プレトラップ室１３０でプレトラップされているイオン２３がイオントラップ室１４０へと流入する（図２参照）。これにより、イオントラップ室１４０の内部圧力が上昇する。また、スライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が閉じられると、イオントラップ室１４０へ流入するイオン２３の流れが停止する。そして、プレトラップ室１３０とイオントラップ室１４０が非導通状態となっている状態で、イオントラップ室１４０に備えられているイオントラップ用真空ポンプ１４２によってイオントラップ室１４０の内部が排気される。この結果、イオントラップ室１４０内の内部圧力が低下する（図１参照）。なお、イオントラップ室１４０における内部圧力の変化については後記する。
【0029】
このように、スライダバルブ１０１によって間欠的に第３細孔１４１が開閉することによって、プレトラップ室１３０でプレトラップされたイオン２３を間欠的にイオントラップ室１４０へと導入することが可能である。なお、間欠とは、一定の（所定の）時間をおいて、物事が起こったり止んだりすることである。
【0030】
イオントラップ室１４０において、イオントラップ電極１４３の前段にはインキャップ電極１４４が設けられ、後段にはエンドキャップ電極１４５が設けられている。インキャップ電極１４４及びエンドキャップ電極１４５は、イオントラップ電極１４３とともにリニアイオントラップとして機能し、イオン２３をトラップ（分析用イオントラップ）する。また、イオントラップ室１４０には検出器１４６が配置されており、分析用イオントラップから排出されたイオン２３を検出する。なお、分析用イオントラップ及びイオン２３の排出については後記する。
【0031】
検出器１４６は一般にコンバージョンダイノード、シンチレータ、光電子増倍管等で構成されている。検出器１４６では、イオン２３がコンバージョンダイノードで電子に変換され、シンチレータでさらに光へと変換され、その光が光電子増倍管で倍増されることで検出される。
【0032】
図３は第１実施形態に係る質量分析システムＺの構成例を示す図である。
制御装置３は質量分析部１００の第１隔壁１２３、第２隔壁１３５、第３隔壁１４７に印加する電圧を、それぞれ独立に制御可能である。第１隔壁１２３、第２隔壁１３５、第３隔壁１４７に印加する電圧が制御されることにより、第１細孔１２１、第２細孔１３１、第３細孔１４１に印加される電圧が制御される。
制御装置３は質量分析部１００の第１隔壁１２３、第２隔壁１３５、第３隔壁１４７に印加する電圧を、それぞれ独立に制御可能である。第１隔壁１２３、第２隔壁１３５、第３隔壁１４７に印加する電圧が制御されることにより、第１細孔１２１、第２細孔１３１、第３細孔１４１に印加される電圧が制御される。
【0033】
また、制御装置３は、プレトラップ電極１３３、イオントラップ電極１４３、インキャップ電極１４４、エンドキャップ電極１４５に印加する電圧を、それぞれ独立に制御可能である。また、制御装置３は差動排気用真空ポンプ１２２、プレトラップ用真空ポンプ１３２、イオントラップ用真空ポンプ１４２のそれぞれを制御している。さらに、制御装置３は、検出器１４６からイオン２３の検出信号を取得する。また、制御装置３はバルブ駆動装置１１０を制御することによって、スライダバルブ１０１の移動を制御する。そして、制御装置３は針電極２１２１を制御することによってイオン２３の生成を制御する。
【0034】
［動作シーケンス］
図４は第１実施形態に係る質量分析システムＺの動作シーケンスを示す図である。適宜、図１～図３を参照する。
図４では、紙面上から順に針電極２１の電圧、プレトラップ電極１３３に印加されるオフセット電圧（プレトラップオフセット電圧）、第３細孔１４１の電圧、第３細孔１４１の開閉、イオン排出用ＡＣ振、イオントラップＲＦ振幅を示している。プレトラップオフセット電圧とは、イオン２３をプレトラップするため、プレトラップ電極１３３に印加される電圧である。また、第３細孔１４１の電圧とは第３細孔１４１（第３隔壁１４７）に印加される電圧であり、第３細孔１４１の開閉はスライダバルブ１０１による第３細孔１４１の開閉である。
図４は第１実施形態に係る質量分析システムＺの動作シーケンスを示す図である。適宜、図１～図３を参照する。
図４では、紙面上から順に針電極２１の電圧、プレトラップ電極１３３に印加されるオフセット電圧（プレトラップオフセット電圧）、第３細孔１４１の電圧、第３細孔１４１の開閉、イオン排出用ＡＣ振、イオントラップＲＦ振幅を示している。プレトラップオフセット電圧とは、イオン２３をプレトラップするため、プレトラップ電極１３３に印加される電圧である。また、第３細孔１４１の電圧とは第３細孔１４１（第３隔壁１４７）に印加される電圧であり、第３細孔１４１の開閉はスライダバルブ１０１による第３細孔１４１の開閉である。
【0035】
イオン排出用ＡＣ振幅とは、検出器１４６でイオン２３を検出するため、分析用イオントラップからイオン２３を排出する際にイオントラップ電極１４３に印加されるＡＣ電圧（イオン排出用ＡＣ電圧）の振幅である。
また、イオントラップＲＦ振幅は、イオン２３を分析用イオントラップするためにイオントラップ電極１４３に印加される高周波電圧（イオントラップＲＦ電圧）の振幅である。なお、後記するように、検出器１４６でイオン２３を検出するため、分析用イオントラップからイオン２３を排出する際に、イオントラップＲＦ振幅は変化させられる。
また、イオントラップＲＦ振幅は、イオン２３を分析用イオントラップするためにイオントラップ電極１４３に印加される高周波電圧（イオントラップＲＦ電圧）の振幅である。なお、後記するように、検出器１４６でイオン２３を検出するため、分析用イオントラップからイオン２３を排出する際に、イオントラップＲＦ振幅は変化させられる。
【0036】
また、図４に示すように、質量分析システムＺの動作シーケンスはプレトラップ期間Ｔ１、イオン移動期間Ｔ２、クーリング期間Ｔ３、イオン検出期間Ｔ４、クリーニング期間Ｔ５で構成される。
【0037】
プレトラップ期間Ｔ１、イオン移動期間Ｔ２、クーリング期間Ｔ３、イオン検出期間Ｔ４、クリーニング期間Ｔ５それぞれにおける各電圧及び第３細孔１４１の開閉の概要は以下のようになる。
まず、針電極２１に印加される電圧（針電極２１の電圧）は、プレトラップ期間Ｔ１～クリーニング期間Ｔ５にかけて一定の電圧（図４の例では４ｋＶ）が印加される。
また、プレトラップオフセット電圧は、プレトラップ期間Ｔ１～クリーニング期間Ｔ５にかけて一定の電圧（図４の例では４ｋＶ）が印加される。
そして、第３細孔１４１に印加される電圧（第３細孔１４１の電圧）は、イオン移動期間Ｔ２以外の期間では一定（図４の例では１０Ｖ）である。そして、イオン移動期間Ｔ２のみ、それ以外の期間で印加されている電圧より低い電圧が印加される図４の例では１Ｖ）。
まず、針電極２１に印加される電圧（針電極２１の電圧）は、プレトラップ期間Ｔ１～クリーニング期間Ｔ５にかけて一定の電圧（図４の例では４ｋＶ）が印加される。
また、プレトラップオフセット電圧は、プレトラップ期間Ｔ１～クリーニング期間Ｔ５にかけて一定の電圧（図４の例では４ｋＶ）が印加される。
そして、第３細孔１４１に印加される電圧（第３細孔１４１の電圧）は、イオン移動期間Ｔ２以外の期間では一定（図４の例では１０Ｖ）である。そして、イオン移動期間Ｔ２のみ、それ以外の期間で印加されている電圧より低い電圧が印加される図４の例では１Ｖ）。
【0038】
第３細孔１４１の開閉は、イオン移動期間Ｔ２のみ開口（「開」）であり、それ以外の期間では閉じられている（「閉」）。
また、イオン排出用ＡＣ振幅は、イオン検出期間Ｔ４のみ１Ｖであり、それ以外の期間では０Ｖが設定されている。
そして、イオントラップＲＦ振幅は、プレトラップ期間Ｔ１～クーリング期間Ｔ３の間、２００Ｖが設定されている。また、イオン検出期間Ｔ４において、イオントラップＲＦ振幅が２００Ｖ～１ｋＶまで上昇した後、クリーニング期間Ｔ５では０Ｖに設定される。
また、イオン排出用ＡＣ振幅は、イオン検出期間Ｔ４のみ１Ｖであり、それ以外の期間では０Ｖが設定されている。
そして、イオントラップＲＦ振幅は、プレトラップ期間Ｔ１～クーリング期間Ｔ３の間、２００Ｖが設定されている。また、イオン検出期間Ｔ４において、イオントラップＲＦ振幅が２００Ｖ～１ｋＶまで上昇した後、クリーニング期間Ｔ５では０Ｖに設定される。
【0039】
以降、プレトラップ期間Ｔ１～クリーニング期間Ｔ５の詳細な説明を行う。
まず、所定の電圧（図４の例では４ｋＶ）が印加されたイオン源２００の針電極２１は試料ガスからイオン２３を生成する。図４の例では正の電荷を有するイオン２３（正イオン）が生成されるものとする。なお、前記したように、プレトラップ期間Ｔ１～クリーニング期間Ｔ５の間、針電極２１には４ｋＶが印加され続ける。つまり、イオン源２００は正イオンを生成し続ける。
まず、所定の電圧（図４の例では４ｋＶ）が印加されたイオン源２００の針電極２１は試料ガスからイオン２３を生成する。図４の例では正の電荷を有するイオン２３（正イオン）が生成されるものとする。なお、前記したように、プレトラップ期間Ｔ１～クリーニング期間Ｔ５の間、針電極２１には４ｋＶが印加され続ける。つまり、イオン源２００は正イオンを生成し続ける。
【0040】
（プレトラップ期間Ｔ１）
生成されたイオン２３は、第１細孔１２１に印加されている電圧によって誘引されることで、第１細孔１２１から差動排気室１２０へ連続的に導入される。さらに、差動排気室１２０に導入された第２細孔１３１に印加されている電圧によって誘引されることで、イオン２３は第２細孔１３１からプレトラップ室１３０へ連続的に導入される。プレトラップ室１３０に導入されたイオン２３はプレトラップオフセット電圧が印加されているプレトラップ電極１３３によってトラップ（プレトラップ）される。
生成されたイオン２３は、第１細孔１２１に印加されている電圧によって誘引されることで、第１細孔１２１から差動排気室１２０へ連続的に導入される。さらに、差動排気室１２０に導入された第２細孔１３１に印加されている電圧によって誘引されることで、イオン２３は第２細孔１３１からプレトラップ室１３０へ連続的に導入される。プレトラップ室１３０に導入されたイオン２３はプレトラップオフセット電圧が印加されているプレトラップ電極１３３によってトラップ（プレトラップ）される。
【0041】
プレトラップできるイオン２３の極性と質量範囲はプレトラップ電極１３３に印加されるプレトラップオフセット電圧の電圧条件により決定する。図４ではプレトラップ電極１３３にプレトラップオフセット電圧として３Ｖが印加されている。この、プレトラップオフセット電圧の電圧条件によってプレトラップされるイオン２３と、プレトラップされないイオン２３とが分離する。プレトラップされないイオン２３はプレトラップ電極１３３の系外へ排出される。このように、イオン２３はプレトラップされる段階で質量分離する、換言すれば、プレトラップではイオン２３の粗分離が行われている。このように、プレトラップ室１３０は第１の質量分析部と考えることができる。これに伴い、イオントラップ室１４０は第２の質量分析部と考えることができる。
【0042】
また、プレトラップ期間Ｔ１では、第３細孔１４１がイオン２３（正イオン）の障壁としての役割を果たすよう、第３細孔１４１の電圧はプレトラップオフセット電圧よりも高く設定されている。図４の例において、プレトラップ期間Ｔ１におけるプレトラップオフセット電圧は３Ｖに設定されており、第３細孔１４１の電圧は１０Ｖに設定されている。
【0043】
（イオン移動期間Ｔ２）
十分な量のイオン２３がプレトラップされると、制御装置３は、第３細孔１４１を開口し、かつ、プレトラップオフセット電圧よりも第３細孔１４１の電圧を低く（図４の例では１Ｖ）する（時刻ｔ１）。これにより、第３細孔１４１に印加される電圧がプレトラップオフセット電圧より低くなる。従って、正の電荷を有するイオン２３が第３細孔１４１の電圧に誘引されイオントラップ室１４０へと導入される（イオン移動期間Ｔ２）。
なお、イオン２３のプレトラップとスライダバルブ１０１以降への導入を制御するために、第３細孔１４１とプレトラップ電極１３３の間に電極が別途配置されてもよい。このように、第３細孔１４１に印加される電圧が制御されることにより、確実なプレトラップを実現するとともに、イオントラップ室１４０へイオン２３を移動させることを確実に行うことができる。
十分な量のイオン２３がプレトラップされると、制御装置３は、第３細孔１４１を開口し、かつ、プレトラップオフセット電圧よりも第３細孔１４１の電圧を低く（図４の例では１Ｖ）する（時刻ｔ１）。これにより、第３細孔１４１に印加される電圧がプレトラップオフセット電圧より低くなる。従って、正の電荷を有するイオン２３が第３細孔１４１の電圧に誘引されイオントラップ室１４０へと導入される（イオン移動期間Ｔ２）。
なお、イオン２３のプレトラップとスライダバルブ１０１以降への導入を制御するために、第３細孔１４１とプレトラップ電極１３３の間に電極が別途配置されてもよい。このように、第３細孔１４１に印加される電圧が制御されることにより、確実なプレトラップを実現するとともに、イオントラップ室１４０へイオン２３を移動させることを確実に行うことができる。
【0044】
（クーリング期間Ｔ３）
イオン２３がイオントラップ室１４０に導入されると、制御装置３はスライダバルブ１０１を駆動させて第３細孔１４１を閉じる（時刻ｔ２）。また、制御装置３は第３細孔１４１の電圧を引き上げる（時刻ｔ２）。図４の例では第３細孔１４１の電圧が１Ｖから１０Ｖに引き上げられている。時刻ｔ２以降、制御装置３は、第３細孔１４１の電圧を時刻ｔ２で引き上げられた電圧で維持する。
イオン２３がイオントラップ室１４０に導入されると、制御装置３はスライダバルブ１０１を駆動させて第３細孔１４１を閉じる（時刻ｔ２）。また、制御装置３は第３細孔１４１の電圧を引き上げる（時刻ｔ２）。図４の例では第３細孔１４１の電圧が１Ｖから１０Ｖに引き上げられている。時刻ｔ２以降、制御装置３は、第３細孔１４１の電圧を時刻ｔ２で引き上げられた電圧で維持する。
【0045】
クーリング期間Ｔ３では、イオントラップ電極１４３、インキャップ電極１４４、エンドキャップ電極１４５によってイオン２３はイオントラップ室１４０にトラップ（分析用イオントラップ）されている。ここで、イオントラップ電極１４３には、イオントラップＲＦ振幅として２００Ｖを有するイオントラップＲＦ電圧が印加されている。
【0046】
イオントラップＲＦ電圧は四重極電極であるイオントラップ電極１４３のうち向かい合う電極に対して、同相のＲＦ電圧が印加され、隣りあう電極に対して逆相のＲＦ電圧が印加される。また、図４では図示していないが、クーリング期間Ｔ３おいて、イオントラップ室１４０でイオン２３がトラップ（分析用イオントラップ）されている間、インキャップ電極１４４及びエンドキャップ電極１４５は接地状態となっている。
【0047】
スライダバルブ１０１による第３細孔１４１の典型的な開時間は５０ｍｓ程度である。前記したように、イオントラップ室１４０はプレトラップ室１３０よりも減圧されている。そのため、スライダバルブ１０１による第３細孔１４１の開口時、プレトラップ室１３０からイオン２３とともにガスが流入する。その結果、イオントラップ室１４０の内部圧力が上昇する。典型的にはイオントラップ室１４０の内部圧力は１０Ｐａ程度まで上昇する。
【0048】
前記したように、プレトラップ室１３０からイオントラップ室１４０へイオン２３が移動した後、制御装置３はスライダバルブ１０１によって第３細孔１４１を閉じる（時刻ｔ２）。スライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が閉じられることにより、プレトラップ室１３０からイオントラップ室１４０へイオン２３とともに流入するガスの量が制限される。具体的には、イオントラップ室１４０に対するガスの流入が停止する。そして、イオントラップ用真空ポンプ１４２によりイオントラップ室１４０の内部圧力が再び低下する。このように、スライダバルブ１０１による第３細孔１４１の開口により、上昇したイオントラップ室１４０の内部圧力を低下させる時間がクーリング期間Ｔ３である。なお、イオントラップ室１４０の内部圧力の変化については後記する。
【0049】
（イオン検出期間Ｔ４）
イオントラップ室１４０の内部圧力が０．１～１Ｐａ程度まで低下すれば、イオン２３が、質量選択的に分析用イオントラップから検出器１４６へと排出される。これにより、イオン２３が質量電荷比毎に検出される（イオン検出期間Ｔ４）。イオン検出期間Ｔ４において、図４に示すようにイオントラップＲＦ振幅は図４に示すように徐々に増幅される。図４に示す例では１ｋＶまで増幅されている。そして、イオントラップＲＦ振幅が、所定の振幅になると、分析用イオントラップされているイオン２３が不安定となる。また、イオン検出期間Ｔ４では、イオントラップ電極１４３に一定のイオン排出用ＡＣ振幅（図４の例では１Ｖ）を有するイオン排出用ＡＣ電圧が印加される。
イオントラップ室１４０の内部圧力が０．１～１Ｐａ程度まで低下すれば、イオン２３が、質量選択的に分析用イオントラップから検出器１４６へと排出される。これにより、イオン２３が質量電荷比毎に検出される（イオン検出期間Ｔ４）。イオン検出期間Ｔ４において、図４に示すようにイオントラップＲＦ振幅は図４に示すように徐々に増幅される。図４に示す例では１ｋＶまで増幅されている。そして、イオントラップＲＦ振幅が、所定の振幅になると、分析用イオントラップされているイオン２３が不安定となる。また、イオン検出期間Ｔ４では、イオントラップ電極１４３に一定のイオン排出用ＡＣ振幅（図４の例では１Ｖ）を有するイオン排出用ＡＣ電圧が印加される。
【0050】
つまり、イオントラップＲＦ振幅を有するイオントラップＲＦ電圧に加えて、イオン排出用ＡＣ振幅を有するイオン排出用ＡＣ電圧がイオントラップ電極１４３に印加される。また、図４において図示していないが、イオン検出期間Ｔ４において、インキャップ電極１４４及びエンドキャップ電極１４５には、所定電圧を有する矩形波電圧が印加される。これによって、分析用イオントラップされているイオン２３から所定の質量電荷比を有するイオン２３が選択的に検出器１４６へと排出され、検出器１４６によって検出される。
【0051】
（クリーニング期間Ｔ５）
イオン検出が終了すると、制御装置３がイオントラップＲＦ振幅及びイオン排出用ＡＣ振幅をゼロとすることで残ったイオン２３が排気される。これがクリーニング期間Ｔ５である。なお、クリーニング期間Ｔ５では、エンドキャップ電極１４５に少なくともイオントラップ電極１４３及びインキャップ電極１４４より低い電圧が印加されることで、イオン２３はエンドキャップ電極１４５の開口部から排出される。さらに、イオン２３はイオントラップ室１４０に設けられている図示しない排出口から外部へ排出される。
イオン検出が終了すると、制御装置３がイオントラップＲＦ振幅及びイオン排出用ＡＣ振幅をゼロとすることで残ったイオン２３が排気される。これがクリーニング期間Ｔ５である。なお、クリーニング期間Ｔ５では、エンドキャップ電極１４５に少なくともイオントラップ電極１４３及びインキャップ電極１４４より低い電圧が印加されることで、イオン２３はエンドキャップ電極１４５の開口部から排出される。さらに、イオン２３はイオントラップ室１４０に設けられている図示しない排出口から外部へ排出される。
【0052】
プレトラップ期間Ｔ１からクリーニング期間Ｔ５までを一つのシーケンスとし、質量分析装置１は、プレトラップ期間Ｔ１からクリーニング期間Ｔ５を繰り返しながら測定を行う。
【0053】
本実施形態では、図４に示すイオン検出期間Ｔ４においてイオントラップＲＦ振幅が変化され、かつ、所定のイオン排出用ＡＣ振幅を有するイオン排出用ＡＣ電圧が加えられる。これにより、イオン２３が検出器１４６へ排出され、イオン２３が検出される。
ただし、プレトラップ電極１３３とイオントラップ電極１４３とが電気的に接続されることで、プレトラップ電極１３３とイオントラップ電極１４３とが連動して制御される場合がある。このような場合、イオントラップＲＦ振幅が変化すると、プレトラップ電極１３３に印加されているＲＦ電圧の振幅も変化してしまい、プレトラップの効率に影響が生じてしまう場合がある。このため、プレトラップの効率を考えると、イオン検出期間Ｔ４においてイオントラップＲＦ振幅が一定のまま、イオン排出用ＡＣ電圧の周波数を変化させることでイオン２３を検出器１４６に向かって排出させてもよい。
ただし、プレトラップ電極１３３とイオントラップ電極１４３とが電気的に接続されることで、プレトラップ電極１３３とイオントラップ電極１４３とが連動して制御される場合がある。このような場合、イオントラップＲＦ振幅が変化すると、プレトラップ電極１３３に印加されているＲＦ電圧の振幅も変化してしまい、プレトラップの効率に影響が生じてしまう場合がある。このため、プレトラップの効率を考えると、イオン検出期間Ｔ４においてイオントラップＲＦ振幅が一定のまま、イオン排出用ＡＣ電圧の周波数を変化させることでイオン２３を検出器１４６に向かって排出させてもよい。
【0054】
（並列動作）
図５は、複数の質量分析処理を並列処理する場合における動作シーケンスを示す図である。
図５に示されているプレトラップＳ１，Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂは図４のプレトラップ期間Ｔ１に対応するものである。また、イオン移動Ｓ２，Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂは図４のイオン移動期間Ｔ２に対応するものである。そして、クーリングＳ３，Ｓ３Ａは図４のクーリング期間Ｔ３に対応するものである。さらに、イオン検出Ｓ４，Ｓ４Ａは図４のイオン検出期間Ｔ４に対応するものである。そして、クリーニングＳ５，Ｓ５Ａは図４のクリーニング期間Ｔ５に対応するものである。
図５は、複数の質量分析処理を並列処理する場合における動作シーケンスを示す図である。
図５に示されているプレトラップＳ１，Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂは図４のプレトラップ期間Ｔ１に対応するものである。また、イオン移動Ｓ２，Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂは図４のイオン移動期間Ｔ２に対応するものである。そして、クーリングＳ３，Ｓ３Ａは図４のクーリング期間Ｔ３に対応するものである。さらに、イオン検出Ｓ４，Ｓ４Ａは図４のイオン検出期間Ｔ４に対応するものである。そして、クリーニングＳ５，Ｓ５Ａは図４のクリーニング期間Ｔ５に対応するものである。
【0055】
図４に示すように、プレトラップ電極１３３にはプレトラップオフセット電圧が常に印加されている。つまり、プレトラップ電極１３３は常にイオン２３をプレトラップ可能な状態となっている。換言すれば、クーリングＳ３の間からプレトラップ電極１３３はイオン２３をトラップ可能な状態となっている。そして、図４に示すように、イオン源２００では連続的にイオン２３を生成している。そのイオン２３は連続的にプレトラップ室１３０へと導入されている。このため、実際の運用として、図５に示すように、クーリングＳ３～クリーニングＳ５と並行して、プレトラップ電極１３３による別のイオン２３のプレトラップＳ１Ａが可能である。
【0056】
そして、イオントラップ室１４０でのクリーニングＳ５が終わったタイミングで、制御装置３はスライダバルブ１０１によって第３細孔１４１を開口する。これによって、プレトラップされているイオン２３がプレトラップ室１３０からイオントラップ室１４０へと導入される（イオン移動Ｓ２Ａ）。
【0057】
そして、クーリングＳ３Ａ～クリーニングＳ５Ａが行われている間に、プレトラップ電極１３３による、さらに別のイオン２３のプレトラップＳ１Ｂが並行して行われる。そして、イオントラップ室１４０のクリーニングＳ５Ａが終了すると、スライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が開口して、プレトラップされているイオン２３がイオントラップ室１４０へ移動する（イオン移動Ｓ２Ｂ）。
【0058】
このように、本実施形態によれば、イオントラップ室１４０でクーリングＳ３，Ｓ３Ａ～クリーニングＳ５，Ｓ５Ａが行われている間、プレトラップ室１３０で新しいイオン２３をプレトラップすることができる。つまり、本実施形態の質量分析システムＺは、クーリングＳ３，Ｓ３Ａ～クリーニングＳ５，Ｓ５Ａと、プレトラップＳ１，Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂを並行処理することができる。これにより、高スループットによる質量分析を実現することができる。
【0059】
（イオントラップ室１４０の内部圧力変化）
図６はイオントラップ室１４０の内部圧力変化の例を示す図である。適宜、図１を参照する。
図６におけるプレトラップ期間Ｔ１～イオン検出期間Ｔ４は図４に示すものと同様である。また、図６において、縦軸はイオントラップ室１４０の内部圧力を示している。
プレトラップ期間Ｔ１ではスライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が閉じている。そのため、プレトラップ期間Ｔ１において、イオントラップ室１４０の内部圧力は０．１Ｐａ程度と低い内部圧力が保たれている。
図６はイオントラップ室１４０の内部圧力変化の例を示す図である。適宜、図１を参照する。
図６におけるプレトラップ期間Ｔ１～イオン検出期間Ｔ４は図４に示すものと同様である。また、図６において、縦軸はイオントラップ室１４０の内部圧力を示している。
プレトラップ期間Ｔ１ではスライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が閉じている。そのため、プレトラップ期間Ｔ１において、イオントラップ室１４０の内部圧力は０．１Ｐａ程度と低い内部圧力が保たれている。
【0060】
そして、イオン移動期間Ｔ２において、スライダバルブ１０１により第３細孔１４１が開口されると、イオントラップ室１４０より内部圧力が高いプレトラップ室１３０からイオン２３とともにガスが流入する。これにより、イオントラップ室１４０の内部圧力が上昇する。
【0061】
その後、スライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が閉じられ、かつ、イオントラップ用真空ポンプ１４２による排気で、イオントラップ室１４０の内部圧力が低下する（クーリング期間Ｔ３）。そして、イオントラップ室１４０の内部圧力が所定の値、例えば、０．１Ｐａ程度となった段階でイオン検出期間Ｔ４となる。このように、オントラップ室１４０の内部圧力が所定の値まで下がった時点でイオン検出が行われることにより、精度の高いイオン検出を行うことができる。
【0062】
一般的に、質量分析装置では感度を向上させるため、隔壁に設けられる細孔を大きくすることでイオン２３の透過率を向上させている。しかし、細孔を大きくすると、イオン２３以外のガスの導入量も増加する。そして、導入されたガスを排気するため、一般的に排気量の大きい真空ポンプが設置される。
【0063】
一方、質量分析装置を小型化しようとした際には小型の真空ポンプが設置される。しかし、真空ポンプを小型化すると、導入されるガスの導入を小さくするため、細孔を小さくする必要がある。これにより、イオンの取り込み量が低下するため、感度が低下する。このように、感度維持と小型化は一般に両立しない。
【0064】
仮に、図１及び図２に示す構成からスライダバルブ１０１が省略された場合、プレトラップ室１３０からイオントラップ室１４０へは、イオン２３とともに、イオン２３以外のガスが常に流れる状態となる。この状態でプレトラップ室１３０を１０Ｐａ、イオントラップ室１４０を０．１Ｐａに維持しようとすると、イオントラップ室１４０に接続するイオントラップ用真空ポンプ１４２を排気量が大きいポンプ、例えば１００Ｌ／ｓ程度吸引できる真空ポンプにする必要がある。
【0065】
一方で、本実施形態では、スライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が開口したタイミングのみプレトラップ室１３０からイオントラップ室１４０へイオン２３とともにイオン２３以外のガスが流れる。その後、スライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が閉じることにより、ガスの流入が制限された状態でイオントラップ室１４０の内部圧力が０．１Ｐａまで下げられる。そのため、本実施形態の質量分析装置１によれば、イオントラップ用真空ポンプ１４２として１０Ｌ／ｓ程度の吸引流量の小型真空ポンプを利用することができる。
【0066】
なお、図１及び図２に示す質量分析装置１において、プレトラップ室１３０や差動排気室１２０を省略し、イオン源２００とイオントラップ室１４０との間にスライダバルブ１０１を設置することも考えられる。しかし、このような場合、イオン源２００が存在する大気圧（０．１ＭＰａ）とイオントラップ室１４０の内部圧力（０．１Ｐａ）との圧力差が大きくなる。そのため、空気のリークを防ぐためにスライダバルブ１０１のシール性が問題となる。また、スライダバルブ１０１がイオン源２００と近い位置に設置されるため、イオン２３とともに、イオン２３以外の濃度の高い試料ガスや、試料液滴がスライダバルブ１０１を通過する。これにより、スライダバルブ１０１が汚染される問題が生じる。さらに、イオントラップ室１４０に導入するイオン２３の量を増加させるためにはスライダバルブ１０１による第３細孔１４１の開口時間を長くする必要がある。これはイオントラップ室１４０への、イオン２３以外のガスの導入量増加を意味し、イオントラップ用真空ポンプ１４２の負荷が増加する。
【0067】
一方、本実施形態の場合、スライダバルブ１０１が備えられる第３隔壁１４７の両側における圧力差は、プレトラップ室１３０の内部圧力（１０Ｐａ）とイオントラップ室１４０の内部圧力（０．１Ｐａ）との差となる。この圧力差は、大気圧（０．１ＭＰａ）とイオントラップ室１４０の内部圧力（０．１Ｐａ）との圧力差よりはるかに小さい。そのため、本実施形態における質量分析装置１では、スライダバルブ１０１のシール性への要求度を低くすることができる。
【0068】
また、プレトラップ室１３０の内部圧力は大気圧に比べて低いため、プレトラップ室１３０ではイオン２３が希釈される。つまり、プレトラップ室１３０に導入されたイオン２３以外の試料ガスや、試料液滴はプレトラップ室１３０の低い内部圧力によって拡散し、希釈される。このような、希釈効果により、本実施形態に示す質量分析装置１では、イオン源２００の近傍にスライダバルブ１０１を配置場合と比較して、スライダバルブ１０１を通過する試料ガスや試料液滴の量が少ない。このためスライダバルブ１０１の汚染を低減することができる。
【0069】
また、イオン２３を一旦プレトラップする本実施形態の方法において、イオントラップ室１４０に導入するイオン２３の量を増加させたい場合はプレトラップする時間を長くすればよい。すなわち、プレトラップする時間を長くすることにより、プレトラップ室１３０で多くのイオン２３がトラップされる。その後、スライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が開口されることにより、多くのイオン２３をイオントラップ室１４０に導入することができる。この場合、イオントラップ室１４０へのイオン２３の導入量はスライダバルブ１０１による第３細孔１４１の開時間とは関係ない。即ち、本実施形態によれば、スライダバルブ１０１による第３細孔１４１の開時間を短くすることによって、イオン２３以外のガスの導入量を低減することができる。そして、プレトラップする時間を長くすることによって、スライダバルブ１０１による第３細孔１４１の開時間が短くても、多くのイオン２３をイオントラップ室１４０に導入することができる。
【0070】
このように、本実施形態によれば、質量分析装置１の小型化と感度維持の向上を両立させることができる。
【0071】
（スライダバルブ１０１）
図７Ａ及び図７Ｂはスライダバルブ１０１の構造の一例を示す図である。図７Ａはスライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が開口している図を示し、図７Ｂはスライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が閉じられている図を示す。なお、図７Ａ及び図７Ｂにおいて、図１及び図２と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
図７Ａ及び図７Ｂは、図１及び図２における第３細孔１４１、スライダバルブ１０１及びインキャップ電極１４４の部分を抽出した図であり、その他の部分は省略してある。スライダバルブ１０１は第３細孔１４１を閉じることができればよく、その素材は金属製よりは樹脂製が望ましい。また、スライダバルブ１０１に汚染物質が付着した場合、図示しないヒータをスライダバルブ１０１に接続し、スライダバルブ１０１が加熱されることによって汚染物質を気化することが考えられる。このように、スライダバルブ１０１に付着した汚染物質が加熱によって気化することで、スライダバルブ１０１に付着した汚染物質を除去することができる。このような加熱によるスライダバルブ１０１の汚染対策が用いられる場合、スライダバルブ１０１は熱伝導性のよい素材、即ち、樹脂製より金属製で構成されることが好ましい。
図７Ａ及び図７Ｂはスライダバルブ１０１の構造の一例を示す図である。図７Ａはスライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が開口している図を示し、図７Ｂはスライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が閉じられている図を示す。なお、図７Ａ及び図７Ｂにおいて、図１及び図２と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
図７Ａ及び図７Ｂは、図１及び図２における第３細孔１４１、スライダバルブ１０１及びインキャップ電極１４４の部分を抽出した図であり、その他の部分は省略してある。スライダバルブ１０１は第３細孔１４１を閉じることができればよく、その素材は金属製よりは樹脂製が望ましい。また、スライダバルブ１０１に汚染物質が付着した場合、図示しないヒータをスライダバルブ１０１に接続し、スライダバルブ１０１が加熱されることによって汚染物質を気化することが考えられる。このように、スライダバルブ１０１に付着した汚染物質が加熱によって気化することで、スライダバルブ１０１に付着した汚染物質を除去することができる。このような加熱によるスライダバルブ１０１の汚染対策が用いられる場合、スライダバルブ１０１は熱伝導性のよい素材、即ち、樹脂製より金属製で構成されることが好ましい。
【0072】
前記したように、スライダバルブ１０１は紙面上下方向に移動することで、第３細孔１４１の開閉を行い、プレトラップ室１３０からイオントラップ室１４０へのイオン２３の流入を制限（停止）する。即ち、第３細孔１４１の内径より、スライダバルブ１０１の開口部１０２の内径が小さいと、第３細孔１４１を通過したイオン２３の一部がスライダバルブ１０１に衝突してしまう。このように、第３細孔１４１の内径より、スライダバルブ１０１の開口部１０２の内径が小さいと、イオン２３がイオントラップ室１４０へ導入される際の導入効率が低下してしまう。このように、第３細孔１４１を通過するイオン２３の飛行経路上に樹脂板がない方が好ましいため、スライダバルブ１０１の開口部１０２の内径は第３細孔１４１の内径より大きい方が望ましい。
【0073】
また、図７Ａ及び図７Ｂに示すようにスライダバルブ１０１の開口部１０２の内径は、インキャップ電極１４４の方向に向かって広がっていく構造が望ましい。つまり、開口部１０２の内径は、プレトラップ室１３０の側よりイオントラップ室１４０の側の方が広い構造を有することが望ましい。第３細孔１４１を通過したイオン２３は拡散するため、このように構造とすることで、開口部１０２がイオン２３の飛行を阻害することを防止することができる。
【0074】
ちなみに、図１、図２において、スライダバルブ１０１とイオントラップ電極１４３の間にはインキャップ電極１４４のみ存在するが、必ずしもその構成である必要はない。例えば、３枚の円盤電極でアインツェルレンズを構成し、このアインツェルレンズがインキャップ電極１４４とスライダバルブ１０１との間に配置されてもよい。あるいは、イオン２３を収束させるためにインキャップ電極１４４の前にイオントラップ電極１４３とは別の四重極電極が配置されてもよい。
【0075】
（バルブ駆動装置１１０）
図８は、スライダバルブ１０１を駆動するためのバルブ駆動装置１１０の一例を示す図である。
バルブ駆動装置１１０は、プッシュロッド１１１、プランジャ１１２、ボビン１１４、コイル１１５を有する。
プッシュロッド１１１はスライダバルブ１０１に接続されるとともに、支持部１１７を介してプランジャ１１２に接続している。プランジャ１１２は中空の導電体で構成されており、コイル１１５に電流が流れることによる磁力によって紙面上下方向へ移動する。プランジャ１１２の移動に伴い、プッシュロッド１１１及びスライダバルブ１０１が紙面上下方向へ移動する（図８の白抜き矢印）。なお、図８に示す例は、プランジャ１１２、プッシュロッド１１１及びスライダバルブ１０１が最上位の位置まで引き上げられている状態を示している。
図８は、スライダバルブ１０１を駆動するためのバルブ駆動装置１１０の一例を示す図である。
バルブ駆動装置１１０は、プッシュロッド１１１、プランジャ１１２、ボビン１１４、コイル１１５を有する。
プッシュロッド１１１はスライダバルブ１０１に接続されるとともに、支持部１１７を介してプランジャ１１２に接続している。プランジャ１１２は中空の導電体で構成されており、コイル１１５に電流が流れることによる磁力によって紙面上下方向へ移動する。プランジャ１１２の移動に伴い、プッシュロッド１１１及びスライダバルブ１０１が紙面上下方向へ移動する（図８の白抜き矢印）。なお、図８に示す例は、プランジャ１１２、プッシュロッド１１１及びスライダバルブ１０１が最上位の位置まで引き上げられている状態を示している。
【0076】
コイル１１５はボビン１１４に巻回され、ボビン１１４の筒状部にプランジャ１１２が挿入されている。プランジャ１１２は上部にフランジ部１１２Ａ，１１２Ｂを有している。そして、ボビン１１４の上部と、プランジャ１１２におけるフランジ部１１２Ａの下面とがバネ１１６によって接続されている。
【0077】
スライダバルブ１０１に接続されるプッシュロッド１１１やプランジャ１１２は内部圧力の低いイオントラップ室１４０の内部に存在する。図１に示すように、バルブ駆動装置１１０は質量分析部１００の外部、即ち、大気圧中に設置されている。そのため、ボビン１１４の周囲からイオントラップ室１４０へ外部の空気が流入するおそれがある。
そこで、図８では、ボビン１１４の上下にＯリング１１３を設けることで、イオントラップ室１４０の密閉性を維持し、ボビン１１４の周囲から外部の空気が流入するのを防いでいる。
そこで、図８では、ボビン１１４の上下にＯリング１１３を設けることで、イオントラップ室１４０の密閉性を維持し、ボビン１１４の周囲から外部の空気が流入するのを防いでいる。
【0078】
そして、コイル１１５によって発生した磁界の変化によってプランジャ１１２が駆動し、プッシュロッド１１１及びスライダバルブ１０１を移動させる。この構造によって、ボビン１１４の周囲から外部の空気が流入するのを防ぎつつ、スライダバルブ１０１を移動させることができる。
なお、本実施形態ではバルブ駆動装置１１０が質量分析装置１の外部に設置されているが、イオントラップ室１４０の内部等、質量分析装置１の内部に設置されてもよい。ただし、図８に示す例のように、バルブ駆動装置１１０、具体的には、コイル１１５が質量分析部１００の外部、即ち、大気圧中に設置されることにより、バルブ駆動装置１１０（コイル１１５）に電力を供給するための電力線を質量分析部１００の内部へ引き込む必要がなくなる。つまり、質量分析部１００の密閉性を高めることができる。
なお、本実施形態ではバルブ駆動装置１１０が質量分析装置１の外部に設置されているが、イオントラップ室１４０の内部等、質量分析装置１の内部に設置されてもよい。ただし、図８に示す例のように、バルブ駆動装置１１０、具体的には、コイル１１５が質量分析部１００の外部、即ち、大気圧中に設置されることにより、バルブ駆動装置１１０（コイル１１５）に電力を供給するための電力線を質量分析部１００の内部へ引き込む必要がなくなる。つまり、質量分析部１００の密閉性を高めることができる。
【0079】
これまで記載してきたように、本実施形態ではプレトラップ室１３０とイオントラップ室１４０との間にスライダバルブ１０１が設置される。そして、スライダバルブ１０１によって第３細孔１４１閉じている状態で、イオン源２００から連続的にプレトラップ室１３０へイオン２３が導入されることで、プレトラップ室１３０で質量選択的にイオン２３がトラップされる。そして、スライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が間欠的に開口される際にプレトラップ室１３０からイオントラップ室１４０へとイオン２３が移動する。そして、イオントラップ室１４０でイオン２３が質量分離され、検出器１４６で検出される。この手法によって、感度を維持したままイオントラップ室１４０に接続するイオントラップ用真空ポンプ１４２を小型化できる。
【0080】
また、第３細孔１４１がスライダバルブ１０１によって開閉される構成とすることで、簡易な構造で第３細孔１４１の開閉を制御することができる。
【0081】
［第２実施形態］
図９は、第２実施形態に係る質量分析装置１の動作シーケンスの一例を示す図である。
第１実施形態では、正負のイオン２３の片方の極性だけ（第１実施形態に示す例では正イオン）を繰り返し測定する例が示されている。一方、第２実施形態では正イオン測定と負イオン測定とが交互に実施される例を示している。
図９は、第２実施形態に係る質量分析装置１の動作シーケンスの一例を示す図である。
第１実施形態では、正負のイオン２３の片方の極性だけ（第１実施形態に示す例では正イオン）を繰り返し測定する例が示されている。一方、第２実施形態では正イオン測定と負イオン測定とが交互に実施される例を示している。
【0082】
第２実施形態において、質量分析装置１の構成は第１実施形態と同様であるため、構成の図示を省略する。また、第１実施形態と同様、第２実施形態ではイオン源２００として大気圧化学イオン化イオン源が利用されている例を示す。この場合、検出するイオン２３の極性を変更するため、針電極２１の電位が反転される。
【0083】
（動作シーケンス）
図９は、本実施形態に係る質量分析システムＺの動作シーケンスを示す図である。適宜、図１を参照する。また、図４と同じ構成については、適宜説明を省略する。
図９において、プレトラップ期間Ｔ１、イオン移動期間Ｔ２、クーリング期間Ｔ３、イオン検出期間Ｔ４、クリーニング期間Ｔ５が行う役割は図４と同様である。また、図５において説明したように、クーリング期間Ｔ３～クリーニング期間Ｔ５と並列して、次のイオン測定のためのプレトラップが行われている（プレトラップ期間Ｔ１ａ）。そして、クリーニング期間Ｔ５が終了するとともに、スライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が開口し、プレトラップされているイオン２３がイオントラップ室１４０へ移動する（イオン移動期間Ｔ２ａ）。
図９は、本実施形態に係る質量分析システムＺの動作シーケンスを示す図である。適宜、図１を参照する。また、図４と同じ構成については、適宜説明を省略する。
図９において、プレトラップ期間Ｔ１、イオン移動期間Ｔ２、クーリング期間Ｔ３、イオン検出期間Ｔ４、クリーニング期間Ｔ５が行う役割は図４と同様である。また、図５において説明したように、クーリング期間Ｔ３～クリーニング期間Ｔ５と並列して、次のイオン測定のためのプレトラップが行われている（プレトラップ期間Ｔ１ａ）。そして、クリーニング期間Ｔ５が終了するとともに、スライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が開口し、プレトラップされているイオン２３がイオントラップ室１４０へ移動する（イオン移動期間Ｔ２ａ）。
【0084】
ここで、図９において図４と異なる点の概要を記載する。
まず、針電極２１に印加される電圧（針電極２１の電圧）は、イオン移動期間Ｔ２が完了すると、反転される。図９の例では（＋）４ｋＶから－４ｋＶに設定される。
そして、プレトラップオフセット電圧は、イオン移動期間Ｔ２が完了すると、反転される。図９の例では（＋）３Ｖから－３Ｖに設定される。
第３細孔１４１に印加される電圧（第３細孔１４１の電圧）は、イオン移動期間Ｔ２において０Ｖに設定された後、プレトラップ期間Ｔ１における電圧とは逆の極性を有する電圧に設定される。図９の例では、プレトラップ期間Ｔ１では（＋）１０Ｖに設定され、イオン移動期間Ｔ２では０Ｖに設定され、クーリング期間Ｔ３～クリーニング期間Ｔ５では－１０Ｖに設定される。そして、２回目のイオン移動期間Ｔ２ａでは０Ｖに設定される。
まず、針電極２１に印加される電圧（針電極２１の電圧）は、イオン移動期間Ｔ２が完了すると、反転される。図９の例では（＋）４ｋＶから－４ｋＶに設定される。
そして、プレトラップオフセット電圧は、イオン移動期間Ｔ２が完了すると、反転される。図９の例では（＋）３Ｖから－３Ｖに設定される。
第３細孔１４１に印加される電圧（第３細孔１４１の電圧）は、イオン移動期間Ｔ２において０Ｖに設定された後、プレトラップ期間Ｔ１における電圧とは逆の極性を有する電圧に設定される。図９の例では、プレトラップ期間Ｔ１では（＋）１０Ｖに設定され、イオン移動期間Ｔ２では０Ｖに設定され、クーリング期間Ｔ３～クリーニング期間Ｔ５では－１０Ｖに設定される。そして、２回目のイオン移動期間Ｔ２ａでは０Ｖに設定される。
【0085】
第３細孔１４１の開閉、イオン排出用ＡＣ振幅、イオントラップＲＦ振幅については概ね図４と同様である。ただし、２回目のイオン移動期間Ｔ２ａにおいて、第３細孔１４１が開口し（「開」）、イオントラップＲＦ振幅が２００Ｖに設定される。
【0086】
以下において、それぞれの期間について、図４との差異を中心に詳細な説明を行う。
まず、針電極２１に正の電圧（図９の例では（＋）４ｋＶ）が印加されることで正イオンが生成される。生成された正イオンは第１細孔１２１に印加されている電圧によって誘引されることで、第１細孔１２１から差動排気室１２０へ連続的に導入される。さらに、差動排気室１２０に導入された第２細孔１３１に印加されている電圧によって誘引されることで、正イオンは第２細孔１３１からプレトラップ室１３０へ連続的に導入される。プレトラップ室１３０に導入された正イオンはプレトラップオフセット電圧（図９の例では（＋）３Ｖ）が印加されているプレトラップ電極１３３によってトラップ（プレトラップ）される（プレトラップ期間Ｔ１）
まず、針電極２１に正の電圧（図９の例では（＋）４ｋＶ）が印加されることで正イオンが生成される。生成された正イオンは第１細孔１２１に印加されている電圧によって誘引されることで、第１細孔１２１から差動排気室１２０へ連続的に導入される。さらに、差動排気室１２０に導入された第２細孔１３１に印加されている電圧によって誘引されることで、正イオンは第２細孔１３１からプレトラップ室１３０へ連続的に導入される。プレトラップ室１３０に導入された正イオンはプレトラップオフセット電圧（図９の例では（＋）３Ｖ）が印加されているプレトラップ電極１３３によってトラップ（プレトラップ）される（プレトラップ期間Ｔ１）
【0087】
十分な量のイオン２３（正イオン）がプレトラップされると、制御装置３は、スライダバルブ１０１によって第３細孔１４１を開口し、かつ第３細孔１４１の電圧を１０Ｖから０Ｖへ変化させる（時刻ｔ１ａ）。また、図９において、図示していないが、時刻ｔ５ａの段階で、制御装置３は、インキャップ電極１４４及びエンドキャップ電極１４５の電圧も正イオンの極性に合わせて設定する。これにより、第３細孔１４１の電圧がプレトラップオフセット電圧より低くなる。従って、正の電荷を有するイオン２３が第３細孔１４１の電圧に誘引されイオントラップ室１４０へと導入される（イオン移動期間Ｔ２）。
【0088】
正イオンの移動が完了すると（時刻ｔ２ａ）、スライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が閉じる。また、正イオンの移動が完了した時点で、負イオンを生成するため、針電極２１に印加される電圧（針電極２１の電圧）を－４ｋＶに設定する。
また、正イオンの移動が完了した時点で、制御装置３は、プレトラップオフセット電圧及び第３細孔１４１の電圧を、次に生成され、プレトラップされるイオン２３のための極性に合わせる（時刻ｔ２ａ）。図９の例では、次に生成されるイオン２３は負イオンとする。従って、制御装置３は、プレトラップオフセット電圧を－３Ｖに設定し、第３細孔１４１の電圧を－１０Ｖに設定する。
また、正イオンの移動が完了した時点で、制御装置３は、プレトラップオフセット電圧及び第３細孔１４１の電圧を、次に生成され、プレトラップされるイオン２３のための極性に合わせる（時刻ｔ２ａ）。図９の例では、次に生成されるイオン２３は負イオンとする。従って、制御装置３は、プレトラップオフセット電圧を－３Ｖに設定し、第３細孔１４１の電圧を－１０Ｖに設定する。
【0089】
そうすることで、最初に生成された正イオンについてクーリング（クーリング期間Ｔ３）～クリーニング（クリーニング期間Ｔ５）が行われている間に、次に生成されたイオン２３（ここでは負イオン）をプレトラップすることができる（プレトラップ期間Ｔ１ａ）。この間、スライダバルブ１０１によって第３細孔１４１は閉じている状態である。また、負イオンが処理の対象となるため、前記したように、第３細孔１４１の電圧は負の電圧（図９の例では－１０Ｖ）に設定されている。なお、最初に生成された正イオンに対するクーリング（クーリング期間Ｔ３）～クリーニング（クリーニング期間Ｔ５）については図４と同様であるので、ここでの説明を省略する。
【0090】
最初に生成された正イオンについてクリーニング期間Ｔ５が終わった段階で（時刻ｔ５ａ）、制御装置３はスライダバルブ１０１によって第３細孔１４１を開口し、第３細孔１４１の電圧を０Ｖに変化させる。また、図９において、図示していないが、時刻ｔ５ａの段階で、制御装置３は、インキャップ電極１４４及びエンドキャップ電極１４５の電圧も負イオンの極性に合わせて設定する。この結果、第３細孔１４１の電圧である０Ｖより低い電位を有する負イオンは第３細孔１４１に誘引され、イオントラップ室１４０に導入される。これにより、プレトラップされているイオン２３がイオントラップ室１４０へ移動される（イオン移動期間Ｔ２ａ）。
【0091】
最初に生成された正イオンについてクリーニング期間Ｔ５が終わった段階で（時刻ｔ５ａ）、制御装置３はイオントラップＲＦ振幅を２００Ｖに設定する。これにより、イオントラップＲＦ振幅が、次に分析用イオントラップされる負イオンに対応するよう設定される。なお、負イオンに対するイオン排出用ＡＣ振幅及びイオントラップＲＦ振幅の変化は、正イオンに対する変化（プレトラップ期間Ｔ１～クリーニング期間Ｔ５）と同様である。
【0092】
なお、図９において、第１細孔１２１や第２細孔１３１等の電圧が示されていないが、第１細孔１２１及び第２細孔１３１の電位が針電極２１と同様に正負を反転される。これにより、プレトラップ室１３０に誘引されるイオン２３の極性がコントロールされる。
【0093】
また、図９において、プレトラップ期間Ｔ１におけるプレトラップオフセット電圧と、プレトラップ期間Ｔ１ａにおけるプレトラップオフセット電圧とは反転している。すなわち、プレトラップ期間Ｔ１におけるプレトラップオフセット電圧の絶対値と、プレトラップ期間Ｔ１ａにおけるプレトラップオフセット電圧の絶対値は同じである。しかし、必ずしも、プレトラップ期間Ｔ１におけるプレトラップオフセット電圧の絶対値と、プレトラップ期間Ｔ１ａにおけるプレトラップオフセット電圧の絶対値とが同じである必要はなく、極性があっていれば絶対値が異なっていてもよい。
【0094】
同様に、図９において、プレトラップ期間Ｔ１における第３細孔１４１の電圧と、プレトラップ期間Ｔ１ａにおける第３細孔１４１の電圧とは反転している。すなわち、プレトラップ期間Ｔ１における第３細孔１４１の電圧の絶対値と、プレトラップ期間Ｔ１ａにおける第３細孔１４１の電圧の絶対値は同じである。しかし、必ずしも、プレトラップ期間Ｔ１における第３細孔１４１の電圧の絶対値と、プレトラップ期間Ｔ１ａにおける第３細孔１４１の電圧の絶対値とが同じである必要はなく、極性があっていれば絶対値が異なっていてもよい。
【0095】
図９に示す例では、１つめのイオン２３（ここでは正イオン）に対するクリーニング期間Ｔ５の直後に２つめのイオン２３（ここでは負イオン）のイオン移動期間Ｔ２ａが設けられている。しかし、一般的に、イオントラップＲＦ振幅を有するイオントラップＲＦ電圧が設定値まで上昇する時間が、ある程度必要である。そのため、クリーニング期間Ｔ５とイオン移動期間Ｔ２ａとの間にイオントラップＲＦ電圧を安定させるための期間であるイオントラップＲＦ安定化期間が設けられてもよい。即ち、イオントラップＲＦ電圧が安定化してからスライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が開口され、イオン２３の移動が行われてもよい。
【0096】
また、図９に示す例では正イオン検出の次に負イオン検出が実施される場合の動作シーケンスが示されている。図９に示す動作シーケンスとは逆に、負イオン検出の次に正イオン検出を行う場合、各電圧の正負が図９に示す各電圧と逆になればよい。
【0097】
第２実施形態の方法が用いられることで、正イオン及び負イオンの分析が高スループプットで可能となる。なお、第２実施形態では正イオンと負イオンとが交互に検出される方法について記載したが、その順番に限定されるものではない。例えば、正イオンが複数回連続で検出されてから、負イオンが複数回連続で検出されるシーケンスでもよい。この際も、検出するイオン２３の極性が変化するタイミングで図９のような動作シーケンスが適用されればよい。第１実施形態と同様、プレトラップの効率を考えると、イオン検出期間Ｔ４においてイオントラップＲＦ振幅が一定のまま維持され、イオン排出用ＡＣ電圧の周波数が変化してもよい。このようにすることでイオン２３が検出器１４６に向かって排出されるようにしてもよい。
【0098】
［第３実施形態］
図１０は、第３実施形態に係る質量分析装置１ａの一例を示す構成図である。図１０において、図１及び図２と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
図１０では、スライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が閉じられている状態が示されている。
第１実施形態では図１及び図２に示すように第３細孔１４１に対し、イオントラップ室１４０の側にスライダバルブ１０１が配置されている。これに対し、第３実施形態では図１０に示すように質量分析部１００ａのプレトラップ室１３０ａの側にスライダバルブ１０１が配置されている。この場合、図１０に示すように、スライダバルブ１０１よりもイオン源２００の側にイオン２３を閉じ込めるためのプレトラップ用エンドキャップ電極１３４が配置される。なお、プレトラップ用エンドキャップ電極１３４には、イオン２３が通過するための開口部が設けられている。また、プレトラップ室１３０ａの側にスライダバルブ１０１が配置されることに伴い、バルブ駆動装置１１０もプレトラップ室１３０ａの上部に備えられている。
図１０は、第３実施形態に係る質量分析装置１ａの一例を示す構成図である。図１０において、図１及び図２と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
図１０では、スライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が閉じられている状態が示されている。
第１実施形態では図１及び図２に示すように第３細孔１４１に対し、イオントラップ室１４０の側にスライダバルブ１０１が配置されている。これに対し、第３実施形態では図１０に示すように質量分析部１００ａのプレトラップ室１３０ａの側にスライダバルブ１０１が配置されている。この場合、図１０に示すように、スライダバルブ１０１よりもイオン源２００の側にイオン２３を閉じ込めるためのプレトラップ用エンドキャップ電極１３４が配置される。なお、プレトラップ用エンドキャップ電極１３４には、イオン２３が通過するための開口部が設けられている。また、プレトラップ室１３０ａの側にスライダバルブ１０１が配置されることに伴い、バルブ駆動装置１１０もプレトラップ室１３０ａの上部に備えられている。
【0099】
また、図１０に示す質量分析装置１ａにおいて、プレトラップ期間Ｔ１（図４参照）ではプレトラップオフセット電圧（図４参照）よりもプレトラップ用エンドキャップ電極１３４の電圧が高く設定されることでイオン２３がプレトラップされる。そして、イオン移動期間Ｔ２（図４参照）では、制御装置３がプレトラップ用エンドキャップ電極１３４の電圧を下げることでイオン２３がイオントラップ室１４０の方向へ移動できるようにする。この場合、第３細孔１４１の電圧は変化させなくてもよい。
【0100】
前記したように、プレトラップ室１３０ａの内部圧力の方がイオントラップ室１４０の内部圧力よりも高い。そのため、図１０に示すように、プレトラップ室１３０ａの側にスライダバルブ１０１を設置した方が、ガスがプレトラップ室１３０ａからイオントラップ室１４０へリークすることを防止できる。つまり、プレトラップ室１３０ａの内部圧力の方がイオントラップ室１４０の内部圧力よりも高いため、プレトラップ室１３０ａの側にスライダバルブ１０１が設置されることにより、スライダバルブ１０１が第３隔壁１４７に押し付けられる状態となる。これにより、スライダバルブ１０１のシール性を向上させることができる。
【0101】
なお、図１０に示す質量分析装置１ａでは、第３細孔１４１が開口される際、スライダバルブ１０１のみが移動することが想定されているが、これに限らない。例えば、スライダバルブ１０１とプレトラップ用エンドキャップ電極１３４とが一体となって移動してもよい。
【0102】
また、図１０に示すスライダバルブ１０１は、第１実施形態と同様、すべて金属製か、すべて樹脂製かのいずれかである。しかし、図１１に示すように、スライダバルブ１０１においてプレトラップ電極１３３の側の素材１０１Ａを金属（導電体）とし、第３細孔１４１の側の素材１０１Ｂを樹脂とすることも可能である。このような構成とすることで、金属で構成されている素材１０１Ａの部分がプレトラップ用エンドキャップ電極１３４の役割を有するため、プレトラップ用エンドキャップ電極１３４を省略することが可能である。なお、図１１に示す例では、スライダバルブ１０１が２層（素材１０１Ａ，１０１Ｂ）で構成されているものとしているが、３層以上でもよい。スライダバルブ１０１が３層以上で構成されていても、最もプレトラップ室１３０側に配置されている層が金属（導電体）で構成されてもよい。このようにすることで、金属で構成されている層がプレトラップ用エンドキャップ電極１３４の役割を有するようにしてもよい。
【0103】
［第４実施形態］
図１２は、第４実施形態に係る質量分析装置１ｂの一例を示す構成図である。
図１２に示す質量分析装置１ｂでは、スライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が開口されている状態が示されている。なお、図１２において、図１及び図２と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
第４実施形態では、イオン源２００として正負両方のイオン２３を同一の電圧条件で生成可能なイオン源２００を利用している。図１２では、正負両方のイオン２３を同一の電圧条件で生成可能なイオン源２００の一例として低真空バリア放電イオン源２００ｂが使用されている例を示す。低真空バリア放電イオン源２００ｂでは、絶縁体（図１２に示す例ではガラス管２０１）の周りに円環電極２０２が２つ周設され、それらの円環電極２０２にＡＣ電源２０３が接続されている。そして、円環電極２０２にＡＣ電源２０３から電力が供給されることでガラス管２０１の内部で放電プラズマ２２が発生する。低真空バリア放電イオン源２００ｂでは、図１２に示すように正負のイオン２３が同時に発生する。
図１２は、第４実施形態に係る質量分析装置１ｂの一例を示す構成図である。
図１２に示す質量分析装置１ｂでは、スライダバルブ１０１によって第３細孔１４１が開口されている状態が示されている。なお、図１２において、図１及び図２と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略する。
第４実施形態では、イオン源２００として正負両方のイオン２３を同一の電圧条件で生成可能なイオン源２００を利用している。図１２では、正負両方のイオン２３を同一の電圧条件で生成可能なイオン源２００の一例として低真空バリア放電イオン源２００ｂが使用されている例を示す。低真空バリア放電イオン源２００ｂでは、絶縁体（図１２に示す例ではガラス管２０１）の周りに円環電極２０２が２つ周設され、それらの円環電極２０２にＡＣ電源２０３が接続されている。そして、円環電極２０２にＡＣ電源２０３から電力が供給されることでガラス管２０１の内部で放電プラズマ２２が発生する。低真空バリア放電イオン源２００ｂでは、図１２に示すように正負のイオン２３が同時に発生する。
【0104】
また、低真空バリア放電イオン源２００ｂの内部は大気圧よりも低圧となっている。試料ガス（不図示）はキャピラリ２０４を通過して低真空バリア放電イオン源２００ｂの内部に導入され、放電プラズマ２２によってイオン化される。これによって、イオン２３が生成される（図１２の例では正イオンが生成されている）。図１等に示す大気圧化学イオン化イオン源と異なり、低真空バリア放電イオン源２００ｂでは電圧を変更しなくても、正負両方のイオン２３を質量分析部１００の内部に導入可能である。従って、第２実施形態（図９）では分析するイオン２３の極性を変更するために針電極２１の電位を反転させていたが、第４実施形態のように低真空バリア放電イオン源２００ｂが用いられる場合、そのような変更は不要となる。針電極２１の各電圧の動作は図４に示すものと同様である。
【0105】
［制御装置３のハードウェア構成］
図１３は、制御装置３のハードウェア構成例を示す図である。
制御装置３はＰＣ（Personal Computer）等で構成され、メモリ３０１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０２、ＨＤ（Hard Disk）や、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置３０３を有する。さらに、制御装置３は、キーボードや、マウス等の入力装置３０４、ディスプレイ等の出力装置３０５、質量分析装置１から情報を取得したり、指示を送信したりする通信装置３０６を有する。
そして、記憶装置３０３に格納されているプログラムがメモリ３０１にロードされる。そして、ロードされたプログラムがＣＰＵ３０２に実行されることにより、制御装置３が行う各機能が具現化する。
図１３は、制御装置３のハードウェア構成例を示す図である。
制御装置３はＰＣ（Personal Computer）等で構成され、メモリ３０１、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０２、ＨＤ（Hard Disk）や、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置３０３を有する。さらに、制御装置３は、キーボードや、マウス等の入力装置３０４、ディスプレイ等の出力装置３０５、質量分析装置１から情報を取得したり、指示を送信したりする通信装置３０６を有する。
そして、記憶装置３０３に格納されているプログラムがメモリ３０１にロードされる。そして、ロードされたプログラムがＣＰＵ３０２に実行されることにより、制御装置３が行う各機能が具現化する。
【0106】
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明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、必ずしも説明したすべての構成を有するものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、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可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【0107】
また、前記した各構成、機能、制御装置３、制御装置３に備えられる記憶装置３０３等は、それらの一部又はすべてを、例えば集積回路で設計すること等によりハードウェアで実現してもよい。また、図１３に示すように、前記した各構成、機能等は、ＣＰＵ３０２等のプロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、ＨＤに格納すること以外に、メモリ３０１や、ＳＳＤ等の記録装置、又は、ＩＣ（Integrated Circuit）カードや、ＳＤ（Secure Digital）カード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体に格納することができる。
【0108】
また、各実施形態において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。
【符号の説明】
【0109】
１，１，１ａ 質量分析装置
３ 制御装置
２１ 針電極
２３ イオン
１００，１００ａ 質量分析部
１０１ スライダバルブ（開閉部、スライダ部）
１０１Ａ 素材（スライダバルブを構成する層のうち、導電体で構成される層）
１０１Ｂ 素材（スライダバルブを構成する層）
１０２ 開口部（バルブ孔部）
１１０ バルブ駆動装置
１２０ 差動排気室
１２１ 第１細孔
１２２ 差動排気用真空ポンプ
１２３ 第１隔壁
１３０ プレトラップ室（第１の質量分析部、リニアイオントラップ）
１３０ａ プレトラップ室
１３１ 第２細孔
１３２ プレトラップ用真空ポンプ（第１の真空ポンプ）
１３３ プレトラップ電極
１３４ プレトラップ用エンドキャップ電極
１３５ 第２隔壁
１４０ イオントラップ室（第２の質量分析部、リニアイオントラップ）
１４１ 第３細孔（隔壁孔部）
１４２ イオントラップ用真空ポンプ１４２（第２の真空ポンプ）
１４３ イオントラップ電極
１４６ 検出器（検出部）
１４７ 第３隔壁（隔壁）
２００ イオン源
２００ｂ 低真空バリア放電イオン源
Ｓ１，Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂ プレトラップ
Ｓ２，Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂ イオン移動
Ｓ３，Ｓ３Ａ クーリング
Ｓ４，Ｓ４Ａ イオン検出
Ｓ５，Ｓ５Ａ クリーニング
Ｔ１，Ｔ１ａ プレトラップ期間
Ｔ２，Ｔ２ａ イオン移動期間
Ｔ３ クーリング期間
Ｔ４ イオン検出期間
Ｔ５ クリーニング期間
Ｚ 質量分析システム
３ 制御装置
２１ 針電極
２３ イオン
１００，１００ａ 質量分析部
１０１ スライダバルブ（開閉部、スライダ部）
１０１Ａ 素材（スライダバルブを構成する層のうち、導電体で構成される層）
１０１Ｂ 素材（スライダバルブを構成する層）
１０２ 開口部（バルブ孔部）
１１０ バルブ駆動装置
１２０ 差動排気室
１２１ 第１細孔
１２２ 差動排気用真空ポンプ
１２３ 第１隔壁
１３０ プレトラップ室（第１の質量分析部、リニアイオントラップ）
１３０ａ プレトラップ室
１３１ 第２細孔
１３２ プレトラップ用真空ポンプ（第１の真空ポンプ）
１３３ プレトラップ電極
１３４ プレトラップ用エンドキャップ電極
１３５ 第２隔壁
１４０ イオントラップ室（第２の質量分析部、リニアイオントラップ）
１４１ 第３細孔（隔壁孔部）
１４２ イオントラップ用真空ポンプ１４２（第２の真空ポンプ）
１４３ イオントラップ電極
１４６ 検出器（検出部）
１４７ 第３隔壁（隔壁）
２００ イオン源
２００ｂ 低真空バリア放電イオン源
Ｓ１，Ｓ１Ａ，Ｓ１Ｂ プレトラップ
Ｓ２，Ｓ２Ａ，Ｓ２Ｂ イオン移動
Ｓ３，Ｓ３Ａ クーリング
Ｓ４，Ｓ４Ａ イオン検出
Ｓ５，Ｓ５Ａ クリーニング
Ｔ１，Ｔ１ａ プレトラップ期間
Ｔ２，Ｔ２ａ イオン移動期間
Ｔ３ クーリング期間
Ｔ４ イオン検出期間
Ｔ５ クリーニング期間
Ｚ 質量分析システム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】