(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】P2024157097
(43)【公開日】2024-11-07
(54)【発明の名称】質量分析装置
(51)【国際特許分類】
H01J 49/00 20060101AFI20241030BHJP
H01J 49/40 20060101ALI20241030BHJP
H01J 49/42 20060101ALI20241030BHJP
H05H 1/30 20060101ALI20241030BHJP
G01N 27/62 20210101ALI20241030BHJP
【ＦＩ】
H01J49/00 500
H01J49/40
H01J49/42 150
H05H1/30
G01N27/62 G
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023071213
(22)【出願日】2023-04-25
(71)【出願人】
【識別番号】000001993
【氏名又は名称】株式会社島津製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110001069
【氏名又は名称】弁理士法人京都国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】工藤 朋也
【テーマコード（参考）】
2G041
2G084
【Ｆターム（参考）】
2G041AA01
2G041AA07
2G041CA01
2G041DA15
2G041GA09
2G041GA24
2G041KA01
2G084AA12
2G084BB07
2G084CC14
2G084DD04
2G084DD18
2G084HH02
2G084HH34
2G084HH42
(57)【要約】
【課題】冷却機構を設けることなく熱によるヘリカルアンテナの酸化を抑制し、原料ガスから安定してラジカルを生成することができるラジカル生成部を備えた質量分析装置を提供する。
【解決手段】誘電体から成る管（４１０）と、前記管の外周に巻回された線状導電体から成るヘリカルアンテナ（４１１）と、前記管の外側に該管と同軸に設けられた筒状の部材であって、内周面に輻射率向上処理が施されるとともに該内周面（４１２１）に導電領域が設けられた外側導体（４１２）と、前記管と前記外側導体の間に挿入される、導電性を有する部材であって、前記線状導電体と前記導電領域を電気的に接続する接続部材（４２１、４２４）とを有するラジカル生成部を備える質量分析装置１。
【選択図】図２
【解決手段】誘電体から成る管（４１０）と、前記管の外周に巻回された線状導電体から成るヘリカルアンテナ（４１１）と、前記管の外側に該管と同軸に設けられた筒状の部材であって、内周面に輻射率向上処理が施されるとともに該内周面（４１２１）に導電領域が設けられた外側導体（４１２）と、前記管と前記外側導体の間に挿入される、導電性を有する部材であって、前記線状導電体と前記導電領域を電気的に接続する接続部材（４２１、４２４）とを有するラジカル生成部を備える質量分析装置１。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
誘電体から成る管と、
前記管の外周に巻回された線状導電体から成るヘリカルアンテナと、
前記管の外側に該管と同軸に設けられた筒状の部材であって、内周面に輻射率向上処理が施されるとともに該内周面に導電領域が設けられた外側導体と、
前記管の内部空間に磁場を形成する磁場形成部と、
前記管と前記外側導体の間に挿入される、導電性を有する部材であって、前記線状導電体と前記導電領域を電気的に接続する接続部材と
を有するラジカル生成部を備える質量分析装置。
前記管の外周に巻回された線状導電体から成るヘリカルアンテナと、
前記管の外側に該管と同軸に設けられた筒状の部材であって、内周面に輻射率向上処理が施されるとともに該内周面に導電領域が設けられた外側導体と、
前記管の内部空間に磁場を形成する磁場形成部と、
前記管と前記外側導体の間に挿入される、導電性を有する部材であって、前記線状導電体と前記導電領域を電気的に接続する接続部材と
を有するラジカル生成部を備える質量分析装置。
【請求項2】
さらに、
前記管を保持する部材であって、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成された枠部材と、
前記外側導体の一端と対向する位置に、前記管の中心軸に沿った方向の位置が固定され該中心軸周りに回転自在に前記枠部材に取り付けられた部材であって、前記管が挿通され内周面にネジ溝が形成された貫通孔が形成され、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成された回転部材
を備え、
前記接続部材が、前記ヘリカルアンテナと前記外側導体の間隙に挿通され前記ヘリカルアンテナと前記外側導体を電気的に接続する部材であって、前記管の外側に該管と同軸に設けられ前記枠部材に対して周方向の位置が固定された、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成された内筒体と、前記内筒体の外側に該内筒体と同軸に設けられた、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成された外筒体とを有し、該内筒体及び外筒体の先端部に両者を押し当てることによってそれぞれが内方と外方に曲がる板ばね部が設けられ、前記内筒体の基端部の外周に前記ネジ溝に対応するネジ山が形成されている、請求項１に記載の質量分析装置。
前記管を保持する部材であって、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成された枠部材と、
前記外側導体の一端と対向する位置に、前記管の中心軸に沿った方向の位置が固定され該中心軸周りに回転自在に前記枠部材に取り付けられた部材であって、前記管が挿通され内周面にネジ溝が形成された貫通孔が形成され、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成された回転部材
を備え、
前記接続部材が、前記ヘリカルアンテナと前記外側導体の間隙に挿通され前記ヘリカルアンテナと前記外側導体を電気的に接続する部材であって、前記管の外側に該管と同軸に設けられ前記枠部材に対して周方向の位置が固定された、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成された内筒体と、前記内筒体の外側に該内筒体と同軸に設けられた、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成された外筒体とを有し、該内筒体及び外筒体の先端部に両者を押し当てることによってそれぞれが内方と外方に曲がる板ばね部が設けられ、前記内筒体の基端部の外周に前記ネジ溝に対応するネジ山が形成されている、請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項3】
さらに、
前記外側導体を保持する部材であって、内面に輻射率向上処理が施されたケーシング
を備える、請求項１に記載の質量分析装置。
前記外側導体を保持する部材であって、内面に輻射率向上処理が施されたケーシング
を備える、請求項１に記載の質量分析装置。
【請求項4】
さらに、
前記ケーシングに保持され、前記管のうち、前記ヘリカルアンテナが巻回された部分の内部空間に光を照射する光源と、
前記管の内部で発生するプラズマの発光を検出する光検出器と
を備える、請求項３に記載の質量分析装置。
前記ケーシングに保持され、前記管のうち、前記ヘリカルアンテナが巻回された部分の内部空間に光を照射する光源と、
前記管の内部で発生するプラズマの発光を検出する光検出器と
を備える、請求項３に記載の質量分析装置。
【請求項5】
前記管の一端が、試料由来のイオンが導入される反応室に接続されており、
さらに、
前記枠部材が、前記管の他端を囲うように設けられ、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成されるとともに前記光源から発せられる波長帯域の光を遮光する蓋部材
を備える、請求項４に記載の質量分析装置。
さらに、
前記枠部材が、前記管の他端を囲うように設けられ、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成されるとともに前記光源から発せられる波長帯域の光を遮光する蓋部材
を備える、請求項４に記載の質量分析装置。
【請求項6】
さらに、
前記光源及び前記光検出器が載置され、その載置面が前記管に対向配置された基板と、
前記載置面のうち、前記光源及び前記光検出器が載置された領域を除く領域に配置された、前記光源から発せられる波長帯域の光を遮光する第１遮光部材と
を備える、請求項４に記載の質量分析装置。
前記光源及び前記光検出器が載置され、その載置面が前記管に対向配置された基板と、
前記載置面のうち、前記光源及び前記光検出器が載置された領域を除く領域に配置された、前記光源から発せられる波長帯域の光を遮光する第１遮光部材と
を備える、請求項４に記載の質量分析装置。
【請求項7】
さらに、
前記光源を囲うように取り付けられる部材であって、該光源から発せられる波長帯域の光を遮光する第２遮光部材
を備える、請求項６に記載の質量分析装置。
前記光源を囲うように取り付けられる部材であって、該光源から発せられる波長帯域の光を遮光する第２遮光部材
を備える、請求項６に記載の質量分析装置。
【請求項8】
さらに、
前記基板の前記載置面と反対側の面を囲うように配置され、該基板から着脱可能に設けられたカバー部材と、前記カバー部材の着脱状態を検知するセンサ部とを有し、前記センサ部によって前記カバー部材が装着された状態でのみ前記光源に電力を供給するインターロック機構
を備える、請求項６に記載の質量分析装置。
前記基板の前記載置面と反対側の面を囲うように配置され、該基板から着脱可能に設けられたカバー部材と、前記カバー部材の着脱状態を検知するセンサ部とを有し、前記センサ部によって前記カバー部材が装着された状態でのみ前記光源に電力を供給するインターロック機構
を備える、請求項６に記載の質量分析装置。
【請求項9】
前記カバー部材が、前記光源から発せられる光の反射を低減する処理が施された内面を有する、請求項８に記載の質量分析装置。
【請求項10】
さらに、
前記ケーシングに設けられた開口であって、その一端が前記管のうち前記光源から光が照射される領域を臨むのぞき穴と、
前記のぞき穴に取り付けられ、前記光源から発せられる波長帯域の光を遮光し、該領域で発生するプラズマから発せられる光の波長帯域の少なくとも一部を透過する光学部材と
を備える、請求項４に記載の質量分析装置。
前記ケーシングに設けられた開口であって、その一端が前記管のうち前記光源から光が照射される領域を臨むのぞき穴と、
前記のぞき穴に取り付けられ、前記光源から発せられる波長帯域の光を遮光し、該領域で発生するプラズマから発せられる光の波長帯域の少なくとも一部を透過する光学部材と
を備える、請求項４に記載の質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、質量分析装置に関する。特に、原料ガスから生成したラジカルを用いてイオンを解離させる操作を行う質量分析装置に関する。
【背景技術】
【0002】
試料成分由来のイオンに、水素ラジカル、酸素ラジカル、窒素ラジカルなどのラジカルを付着させることで該イオンを解離させ、それにより生成されたプロダクトイオンを質量分析する質量分析装置が知られている（例えば特許文献１、２）。例えば、ペプチド由来のイオンに対してラジカルを用いた解離操作を行うと、ペプチドのアミノ酸配列等の構造を反映した様々な種類のプロダクトイオンが生成される。こうしたプロダクトイオンのマスピークを含んだマススペクトルを解析することにより、ペプチドの構造を推定することができる。
【0003】
ラジカル生成装置には様々な種類のものがあるが、質量分析装置に搭載して用いる場合には小型且つ軽量であることが求められる。そうしたラジカル生成装置として、例えば特許文献２、非特許文献１、２に記載のものが知られている。これらのラジカル生成装置は、石英などの誘電体から成るキャピラリ管の外周に、銅などから成る導電線を三次元螺旋状に巻回したヘリカルアンテナを備えた構成を有する。ヘリカルアンテナにマイクロ波電力を供給し、その渦電流によってキャピラリ管を通過する原料ガス内にプラズマを生成して原料ガスのラジカルを生成する。また、キャピラリ管の外側に磁石を配置し、この磁石により形成される磁場を利用した電子サイクロトロン共鳴（Electron Cyclotron Resonance: ECR）現象によって、プラズマの密度を高め、且つ安定化させる。こうしたラジカル生成装置は、プラズマの生成と維持に、局所的な誘導型放電と電子サイクロトロン共鳴を利用することから、ECR-LICP（Electron Cyclotron Resonance-Localized Inductively Coupled Plasma）型と呼ばれている。
【0004】
特許文献２に記載のECR-LICP型のラジカル生成装置では、キャピラリ管の外周に巻回したヘリカルアンテナの外側に、間隙を挟んで該ヘリカルアンテナと同軸に略円筒状の外側導体が設けられており、該外側導体は接地されている。上記磁石はこの外側導体の外側に配置される。ヘリカルアンテナと外側導体の間隙に導電性の接続部材を挿入し、該接続部材によってヘリカルアンテナの長手方向の適宜の部位と外側導体を電気的に接続することによりECR共振回路を形成する。このECR-LICP型のラジカル生成装置では、ECR共振回路において適切な共振が起こるように、接続部材の位置、即ち、外側導体と電気的に接続されるヘリカルアンテナの軸方向の位置を調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１９－１９１０８１号公報
【特許文献2】国際公開第２０２２／０５９２４７号
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】Yuji Simabukuro、ほか4名、「タンデム・マス・スペクトロメトリー・オブ・ペプタイド・イオンズ・バイ・マイクロウェイブ・エキサイテッド・ハイドロジェン・アンド・ウォーター・プラズマズ（Tandem Mass Spectrometry of Peptide Ions by Microwave Excited Hydrogen and Water Plasmas）」、Analytical Chemistry、2018年、Vol.90、No.12、pp.7239-7245
【非特許文献2】島袋祐次（Yuji Simabukuro）、「コンプリヘンシブ・スタディ・オン・ザ・ロー-エナジー・アトミック・ハイドロゲン・ビーム：フロム・プロダクション・トゥー・ベロシティ・ディストリビューション・メジャーメント（Comprehensive Study on the Low-energy Atomic Hydrogen Beam: From Production to Velocity Distribution Measurement」（博士論文本文）、［online］、［2022年12月1日検索］、同志社大学学術リポジトリー、インターネット＜URL: https://doshisha.repo.nii.ac.jp/?action=repository_uri&item_id=1608&file_id=21&file_no=2＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ECR-LICP型のラジカル生成装置で原料ガスのプラズマからラジカルを生成すると、キャピラリ管内部でプラズマが生成される領域が高温に（例えば100℃超に）なる。その間、キャピラリ管の外周に巻回されたヘリカルアンテナのうちプラズマ生成領域の近傍に位置する部分は高温に曝され続け、プラズマの生成を繰り返すうちにその部分が徐々に酸化していく。その結果、接続部材を介して外側導体に接続された位置でのヘリカルアンテナの電気抵抗が大きくなり、ECR共振回路における共振状態が変化してプラズマが良好に生成されず、ラジカルを安定して生成することができなくなるという問題があった。特許文献２には、プラズマ生成領域の近傍に冷却ガスを導入することにより冷却する構成が記載されているが、冷却ガス導入機構を組み込むと装置が大型化し、またコストも増大する。
【0008】
本発明が解決しようとする課題は、冷却機構を設けることなく熱によるヘリカルアンテナの酸化を抑制し、原料ガスから安定してラジカルを生成することができるラジカル生成部を備えた質量分析装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために成された本発明に係る質量分析装置は、
誘電体から成る管と、
前記管の外周に巻回された線状導電体から成るヘリカルアンテナと、
前記管の外側に該管と同軸に設けられた筒状の部材であって、内周面に輻射率向上処理が施されるとともに該内周面に導電領域が設けられた外側導体と、
前記管の内部空間に磁場を形成する磁場形成部と、
前記管と前記外側導体の間に挿入される、導電性を有する部材であって、前記線状導電体と前記導電領域を電気的に接続する接続部材と
を有するラジカル生成部を備える。
誘電体から成る管と、
前記管の外周に巻回された線状導電体から成るヘリカルアンテナと、
前記管の外側に該管と同軸に設けられた筒状の部材であって、内周面に輻射率向上処理が施されるとともに該内周面に導電領域が設けられた外側導体と、
前記管の内部空間に磁場を形成する磁場形成部と、
前記管と前記外側導体の間に挿入される、導電性を有する部材であって、前記線状導電体と前記導電領域を電気的に接続する接続部材と
を有するラジカル生成部を備える。
【発明の効果】
【0010】
本発明に係る質量分析装置のラジカル生成部では、誘電体から成る管の内部にラジカルの原料となるガスを供給するとともに、該管の外周に設けられたヘリカルアンテナにマイクロ波電力を供給し、原料ガス内にプラズマを生成して原料ガスのラジカルを生成する。また、磁場形成部により管の内部空間に磁場を形成し、外側導体の内周面に設けられた導電領域と、ヘリカルアンテナを構成する線状導電体とを接続部材によって電気的に接続することによってECR共振回路を形成する。磁場形成部には、例えば、外側導体の外側に配置した永久磁石を用いることができる。本発明に係る質量分析装置では、管の外側に配置される外側導体の内周面に輻射率向上処理が施されており、該管から外側導体への放熱経路の熱抵抗が小さい。そのため、ラジカル生成領域で生じた熱が速やかに管から外側導体へと移動して外部に放出される。それにより、熱によるヘリカルアンテナの酸化が抑制され、原料ガスから安定してラジカルを生成することができる。また、本発明に係る質量分析装置では、冷却機構を用いないため、装置が大型化したりコストが増大したりすることもない。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明に係る質量分析装置の一実施形態の概略構成図。
【図2】本実施形態の質量分析装置が有するラジカル生成部の本体部の概略断面図。
【図3】本実施形態における本体部の部分拡大断面図。
【図4】本実施形態における押さえ板の平面図。
【図5】本実施形態におけるプランジャの斜視図。
【図6】本実施形態におけるスリーブの斜視図。
【図7】本実施形態における第１調整ノブの斜視図。
【図8】本実施形態のラジカル生成部の本体部のＡ－Ａ’断面図。
【発明を実施するための形態】
【0012】
＜質量分析装置１の概略構成＞
図１は、本発明の一実施形態である質量分析装置１の概略構成図である。本実施形態の質量分析装置１は、大気圧イオン源を備えた四重極－飛行時間型（Q-TOF型）質量分析装置である。この質量分析装置１は、その前段に液体クロマトグラフ（LC）を接続し、液体クロマトグラフ質量分析装置として使用することもできる。
図１は、本発明の一実施形態である質量分析装置１の概略構成図である。本実施形態の質量分析装置１は、大気圧イオン源を備えた四重極－飛行時間型（Q-TOF型）質量分析装置である。この質量分析装置１は、その前段に液体クロマトグラフ（LC）を接続し、液体クロマトグラフ質量分析装置として使用することもできる。
【0013】
図１に示すように、本実施形態の質量分析装置１は、イオン化室１０と真空チャンバ１００を有する。イオン化室１０内は略大気圧雰囲気である。真空チャンバ１００の内部は複数（本実施形態では4室）に区画されており、イオン化室１０に近い側から順に、第１中間真空室１１、第２中間真空室１２、第１分析室１３、及び第２分析室１４となっている。各室は図示しない真空ポンプ（ロータリーポンプ及び／又はターボ分子ポンプ）により真空排気されており、略大気圧雰囲気であるイオン化室１０から高真空雰囲気である第２分析室１４に向かって順に真空度が高まる、多段差動排気系の構成を有している。
【0014】
イオン化室１０には、液体試料に電荷を付与して噴霧するエレクトロスプレーイオン化（ESI）プローブ１０１が設置されている。ESIプローブ１０１には、例えば図示しないLCのカラムで分離された試料成分を含む試料液が導入される。
【0015】
イオン化室１０と第１中間真空室１１は、細径の脱溶媒管１０２を通して連通している。第１中間真空室１１には、イオンの飛行経路の中心軸であるイオン光軸Ｃを取り囲むように配置された複数のロッド電極で構成され、該イオン光軸Ｃの近傍にイオンを収束させるイオンガイド１１１が配置されている。
【0016】
第１中間真空室１１と第２中間真空室１２は、頂部に小孔を有するスキマー１１２で隔てられている。第２中間真空室１２にも、イオン光軸Ｃを取り囲むように配置された複数のロッド電極で構成され、該イオン光軸Ｃの近傍にイオンを収束させるイオンガイド１２１が配置されている。
【0017】
第１分析室１３には、イオン光軸Ｃに沿って、イオンを質量電荷比（m/z）に応じて分離する四重極マスフィルタ１３１、多重極イオンガイド１３３を内部に備えたコリジョンセル１３２、及びコリジョンセル１３２を通過したイオンを輸送するためのイオン輸送電極１３４、が配置されている。四重極マスフィルタ１３１及び多重極イオンガイド１３３はそれぞれ複数のロッド電極で構成されている。イオン輸送電極１３４は、複数のリング状の電極で構成されている。
【0018】
コリジョンセル１３２には、ラジカル生成部４が接続されている。コリジョンセル１３２では、ラジカル生成部４から供給される酸素ラジカル等のラジカルによってイオンを解離させる。ラジカル生成部４の構成については後記する。コリジョンセル１３２には、ラジカル生成部４以外に、衝突誘起解離を生じさせるための衝突ガス（通常はアルゴンなどの不活性ガス）を供給するガス供給部も必要に応じて接続することができる。
【0019】
第２分析室１４には、第１分析室１３から入射したイオンを輸送するためのイオン輸送電極１４１、イオン光軸Ｃを挟んで対向配置された1組の押出電極と引込電極を有する直交加速部１４２、該直交加速部１４２により飛行空間に送出されるイオンを加速する加速電極１４３、飛行空間においてイオンの折り返し軌道を形成するリフレクトロン電極１４４、イオン検出器１４５、及び飛行空間を内部に形成するフライトチューブ１４６を備えている。イオン輸送電極１４１は、複数のリング状の電極で構成されている。押出電極と引込電極はいずれも板状の電極であり、引込電極にはイオンを通過させるための開口が設けられている。加速電極１４３、リフレクトロン電極１４４は中央に矩形の開口が形成された複数の矩形板状の電極で構成されている。フライトチューブ１４６は矩形の断面を有する筒状の電極で構成されている。イオン検出器１４５は、例えば電子増倍管やマルチチャンネルプレートである。
【0020】
本実施径形態の質量分析装置１は、さらに、制御・処理部５を備えている。制御・処理部５は、上記各部の動作を制御するとともに、イオン検出器１４５による検出信号を受けて、所定のデータ処理を実施する機能を有する。制御・処理部５は、例えば汎用のパーソナルコンピュータ（PC）により構成され、該コンピュータにインストールされた専用の制御・処理ソフトウェアをプロセッサで実行することにより、各種の機能が具現化される。制御・処理部５には入力部６、及び表示部７が接続されている。
【0021】
＜ラジカル生成部４の構成＞
本実施形態の質量分析装置１は、ラジカル生成部４（特に本体部４０）の構成に特徴を有している。以下、ラジカル生成部４の構成を説明する。
本実施形態の質量分析装置１は、ラジカル生成部４（特に本体部４０）の構成に特徴を有している。以下、ラジカル生成部４の構成を説明する。
【0022】
ラジカル生成部４はECR-LICP型のラジカル生成部であり、図１に示すように、ラジカル生成室４００を含む本体部４０と、原料ガス供給部４８と、マイクロ波電源４６とを有している。原料ガス供給部４８からラジカル生成室４００に至る流路には、原料ガスの流量を調整するためのバルブ４１が設けられている。マイクロ波電源４６は、原料ガスのプラズマを生成するためのマイクロ波電力を供給するものである。原料ガスには、生成するラジカルに応じた種類のガス、例えば、酸素ガス、水蒸気、乾燥空気、窒素ガス、水素ガスが用いられる。
【0023】
＜本体部４０の構成＞
次に、本体部４０の構成を説明する。図２は、本体部４０の概略断面図である。また、図３は、本体部４０の部分拡大断面図である。本体部４０は、原料ガス供給部４８から供給される原料ガスを用いてプラズマを生成し、該プラズマ中で発生したラジカルをコリジョンセル１３２に供給する。
次に、本体部４０の構成を説明する。図２は、本体部４０の概略断面図である。また、図３は、本体部４０の部分拡大断面図である。本体部４０は、原料ガス供給部４８から供給される原料ガスを用いてプラズマを生成し、該プラズマ中で発生したラジカルをコリジョンセル１３２に供給する。
【0024】
本体部４０は、絶縁体且つ誘電体である石英やアルミナなどから成る中心円筒管４１０と、中心円筒管４１０の周囲に螺旋状に巻回された帯状の導電体であるヘリカルアンテナ４１１と、中心円筒管４１０と同軸で、内径が中心円筒管４１０の外径よりも大きい円筒状の開口を有する導電体から成る外側導体４１２と、磁石４１３、４１５と、外側導体４１２及び磁石４１３、４１５を保持するケーシング４１４と、ケーシング４１４に取り付けられたマイクロ波供給コネクタ４１６と、光源４１７と、光検出器４１８とを有している。
【0025】
ケーシング４１４の上面には、外側導体４１２と磁石４１３を覆う押さえ板４３５が取り付けられている。押さえ板４３５は、図４に示すような円盤状の部材であり、中央に、中心円筒管４１０等が挿入される1つの開口４３５１が設けられており、その周囲にも後記する支柱部材４４１が挿入される4つの開口４３５２が設けられている。中央の開口４３５１には、後記するプランジャ４２１及びスリーブ４２４の、中心円筒管４１０の中心軸周りの回転を規制する突起４３５３が設けられている。
【0026】
ケーシング４１４の上面には、押さえ板４３５を介して4本の支柱部材４４１が立設されており、各支柱部材４４１の上端部には円盤状の天板部材４４２が固定されている。天板部材４４２の内部には、中心円筒管４１０の上端が差し込まれており、原料ガス供給部４８から延びる流路に接続されている。中心円筒管４１０の上端はＯリング４１４２を介して天板部材４４２に固定されている。また、天板部材４４２の下面の3箇所には周方向に等間隔にボルト４４３（図２では1つのみ図示）が固定されている。本実施形態における支柱部材４４１、天板部材４４２、及びボルト４４３は、枠部材４４を構成する。
【0027】
ヘリカルアンテナ４１１には、導電性と成形性が高い純銅に近い材料、例えば、無酸素銅、タフピッチ銅から成り、表面に金メッキが施したものが用いられる。支柱部材４４１及び天板部材４４２には、一般的に用いられるステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料からなるもの、例えば、銅やアルミニウムから成るものが用いられる。特に、天板部材４４２には、後記する光源４１７から発せられる波長の光を透過しない材料から成るものが用いられる。
【0028】
外側導体４１２及びケーシング４１４の母材には、一般的に用いられるステンレス鋼よりも熱伝導率が高く、かつ導電性を有する材料、例えば、銅やアルミニウムから成るものが用いられる。
【0029】
外側導体４１２の内周面４１２１（中心円筒管４１０と対向する面）、及びケーシング４１４の内面４１４１（中心円筒管４１０を臨む面）には、輻射率を向上させる処理が施されている。輻射率を向上させる処理とは、例えば無電解黒Niメッキ処理、黒アルマイト処理、黒色電着塗装などの表面処理である。なお、黒アルマイト処理や黒色電着塗装のように、輻射率を向上させる処理後の表面が導電性を有しない場合には、外側導体４１２の内周面のうち、後記するプランジャ４２１及びスリーブ４２４を介してヘリカルアンテナ４１１と電気的に接続される部分には、この処理を施さず導電領域を設けておく。例えば、導電領域にあたる部分にマスキングを施したうえで上記の処理を行うことにより、こうした導電領域を設けることができる。
【0030】
中心円筒管４１０の外周には、内側から順に、筒状の部材であるプランジャ４２１とスリーブ４２４が、該中心円筒管４１０と同軸に配置されている。
【0031】
図５は、プランジャ４２１の斜視図である。プランジャ４２１は径が異なる2つの筒状部を組み合わせたような形状を有している。上方に位置する、径が大きい筒状部の外周の一部は平坦面に成形されており、該平坦面には1mm単位の目盛り４２１３が刻まれている。また、平坦面以外の外周にはねじ山（図５では図示略）が形成されている。下方に位置する、径が小さい筒状部のうちの上部の領域の側面には軸方向に延びる細長い開口４２１１が設けられている。この開口４２１１には、押さえ板４３５に設けられた突起４３５３が挿入され、それによってプランジャ４２１が中心円筒管４１０の中心軸に沿った方向に移動可能であり、かつ該軸周りに回転しないようになっている。さらに、プランジャ４２１の下端部は、該軸に平行な複数（本実施形態では4つ）のスリットによって複数に分割されており、それぞれ分割片４２１２を形成している。各分割片４２１２の先端には、基部側から先端部に向かうに従って徐々に外方に膨出するテーパ部４２１３が形成されている。
【0032】
図６はスリーブ４２４の斜視図である。スリーブ４２４は、プランジャ４２１よりも径が大きい筒状の部材であり、その上部と下部のそれぞれに、中心円筒管４１０の中心軸に沿った方向に延びる細長いスリット４２４１、４２４２が形成されている。スリーブ４２４の上部に形成されたスリット４２４１には、押さえ板４３５の突起４３５３が挿入され、それによってスリーブ４２４が中心円筒管４１０の中心軸周りに回転しないようになっている。また、スリーブ４２４の下部は、スリット４２４２によって複数（本実施形態では4つ）に分割されており、それぞれ分割片４２４３を形成している。
【0033】
プランジャ４２１とスリーブ４２４はいずれも弾性変形する導電性の材料（又は表面が導電性の材料でコーティングされたもの）で構成されており、プランジャ４２１の下端部の分割片４２１２とスリーブ４２４の下端部の分割片４２４３は、それぞれ板ばねとして機能する。プランジャ４２１及びスリーブ４２４には、一般的に用いられるステンレス鋼よりも熱伝導率が高く導電性を有する材料、例えば、銅やアルミニウムから成るものが用いられる。
【0034】
中心円筒管４１０の外周には、天板部材４４２に近い側（上側）から順に、該中心円筒管４１０と同軸に、第１調整ノブ４３１、第１回り止めナット４３２、第２回り止めナット４３３、及び第２調整ノブ４３４が配置されている。
【0035】
図７は、第１調整ノブ４３１を下方から見た斜視図である。第１調整ノブ４３１は、円筒状の本体部４３１１と、該本体部の上面に延設され断面がL字状である固定部４３１２とを有する。固定部４３１２の上端部（L字状の短辺に相当する断面を有する部分）は、天板部材４４２と3つのボルト４４３の間に挿入されている。これによって、第１調整ノブ４３１は、中心円筒管４１０の中心軸に沿った方向の位置が固定され、該中心軸周りに回転自在となるように、枠部材４４に取り付けられている。第１調整ノブ４３１には、中心円筒管４１０及びプランジャ４２１が内挿される貫通孔４３１３が設けられており、該貫通孔４３１３の内面にはプランジャ４２１の外周に形成されたネジ山と螺合するネジ溝が形成されている。
【0036】
第１回り止めナット４３２、第２回り止めナット４３３、及び第２調整ノブ４３４の内周面にもプランジャ４２１の外周に形成されたネジ山と螺合するネジ溝が形成されている。第１回り止めナット４３２、第２回り止めナット４３３、及び第２調整ノブ４３４はいずれも、中心円筒管４１０の中心軸に沿う方向への移動は規制されておらず、従って、これらを回転させると、プランジャ４２１に対して、中心円筒管４１０の中心軸に沿った方向に上下動する。
【0037】
第１調整ノブ４３１、第１回り止めナット４３２、第２回り止めナット４３３、及び第２調整ノブ４３４には、それぞれ、一般的に用いられるステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料、例えば、銅やアルミニウムから成るものが用いられる。
【0038】
中心円筒管４１０の内部は、ラジカルの原料となるガスが導入される原料ガス導入管であり、またラジカル生成室４００として用いられる。具体的には、中心円筒管４１０の内部空間のうち、ヘリカルアンテナ４１１が巻回された部分、及び後記する光源４１７から光が照射される部分の近傍がラジカル生成室４００となる。ラジカル生成室４００の下部では、中心円筒管４１０がＯリング４１４２を介してケーシング４１４に固定されている。マイクロ波供給コネクタ４１６は同軸コネクタであり、図示しない同軸ケーブルを介してマイクロ波電源４６に接続される。同軸コネクタの導電線は、ヘリカルアンテナ４１１の一端に接続されている。また、外側導体４１２及びケーシング４１４は接地されている。後記するように、ヘリカルアンテナ４１１の1箇所と外側導体４１２は電気的に接続されており、その接続位置がヘリカルアンテナ４１１の接地点となる。ヘリカルアンテナ４１１、外側導体４１２、プランジャ４２１、スリーブ４２４（プランジャ４２１とスリーブ４２４については後記）などがECRの共振器を構成する。マイクロ波電源４６は、同軸ケーブル及びマイクロ波供給コネクタ４１６を介して、この共振器に電力を供給する。これによってECR-LICP型のラジカル生成部が構成される。
【0039】
光源４１７と光検出器４１８は、ケーシング４１４内の、ラジカル生成室４００を臨む位置に設けられている。光源４１７には、所定の波長帯域の光を発するものを用いる。所定の波長帯域の光とは、中心円筒管４１０の壁面から電子を放出させる光であり、この電子によりラジカル生成室４００におけるプラズマの発生が促進される。例えば、中心円筒管４１０が石英やアルミナなどから成る場合には、深紫外光を発するLEDを使用することができる。また、光源４１７は後記するインターロック機構と連動している。光検出器４１８は、ラジカル生成室４００で生成された原料ガスのプラズマから発せられる光の波長を含む所定の波長帯域の光を検出する。光検出器４１８には、原料ガスのプラズマから発せられる光の少なくとも一部に対して感度を持つ一方、光源４１７から発せられる光に対しては感度を持たないものを用いることが好ましい。光検出器４１８には、例えば可視光帯域に感度を有し、紫外光帯域には感度を有しないフォトダイオードが用いられる。これにより、光検出器４１８は、光源４１７から発せられる光の影響を受けることなくプラズマの発光を検出することができる。
【0040】
光源４１７と光検出器４１８は、電気回路が形成されたプリント基板（PCB）４１９上に設けられている。光源４１７及び光検出器４１８は直接、プリント基板４１９に装着されている。セラミックブッシュ（第２遮光部材）４１４３は、光源４１７の周部を囲うようにケーシング４１４に取り付けられている。セラミックブッシュ４１４３には、例えば、ホトベール（登録商標）などのマシナブルセラミクスやアルミナからなるものが用いられる。これらの絶縁性を有する材料からなるセラミックブッシュ４１４３を用いることによって、プリント基板４１９に設けられた光源４１７の近傍の回路とセラミックブッシュ４１４３の間で放電が発生するのを防止することができる。
【0041】
プリント基板４１９の、中心円筒管４１０の側の面のうち、光源４１７や光検出器４１８が設けられていない領域（本実施形態では、プリント基板４１９の周縁部）には遮光スポンジ（第１遮光部材）４１９１が配置されている。遮光スポンジ４１９１は、光源４１７から発せられる深紫外光、及び中心円筒管４１０の内部に生成される原料ガスのプラズマによる発光をそれぞれ遮光するものであり、対候性や耐久性に優れた材料からなるもの、例えばエチレンプロピレンゴム（EPDM）からなるものが用いられる。
【0042】
プリント基板４１９の外側には、該プリント基板４１９を囲うようにカバー５１が取り付けられている。また、カバー５１の内面５１１には反射率を低減する処理が施されている。反射率を低減する処理とは、例えば黒Niメッキ処理、黒アルマイト処理、適宜の材料による塗装などの表面処理や、粗面加工である。特に、黒Niメッキ処理、黒アルマイト処理、塗装による表面処理を施した場合には、輻射率を向上させる効果も同時に得られる。これにより、光源４１７から発せられる光、特に紫外光が外部に漏れるのを防止することができる。
【0043】
カバー５１の上部には突起５１２が設けられている。また、ケーシング１４の側面の、突起５１２の近傍には、所要の電気回路を含む本体部５２１と突起５２２を有するマイクロスイッチ５２が設けられている。突起５１２とマイクロスイッチ５２はインターロック機構を形成している。カバー５１が装着されていない状態では突起５２２は図２に破線で示す位置にあり、この状態からカバー５１を装着して突起５１２で突起（スイッチ）５２２を右方に押し込むとインターロックが解除され、図示しない電源から光源４１７に電力が供給されて光を照射することが可能になる。インターロック機構は、カバー５１の開閉状態を認識し、カバー５１が開いた状態で光源４１７から光が照射されることを防止するものであればよく、上記構成以外にも様々な構成を採ることができる。
【0044】
さらに、図２におけるＡ－Ａ’断面図である図８に示すように、ケーシング４１４のうち、光源４１７から深紫外光が照射される領域（ラジカル生成領域）を臨む位置（図２では紙面手前側）にはのぞき穴５３１（開口）が開けられており、のぞき穴５３１には窓部材５３２が固定されている。また、のぞき穴５３１および窓部材５３２の外側を覆うようにカバー部材５３３が取り付けられている。カバー部材５３３は、ねじ（図示略）でケーシング４１４に取り付けられており、このカバー部材５３３を取り外すと、のぞき穴５３１から、窓部材５３２と中心円筒管４１０の壁面を介してプラズマの生成状態を確認することができる。窓部材５３２には、光源４１７から発せられる深紫外光を含む紫外光を透過せず、かつプラズマ発光の波長帯域に含まれる可視光を透過する材料から成るものを用いる。そのような材料として、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル、ガラス、塩化ビニル樹脂を用いることができる。プラズマの状態を直接確認する必要がある場合を除いてこのカバー部材５３３を取り付けておく（実線で示す位置）ことにより、ラジカル生成領域でプラズマ等から発せられた光が外部に漏れるのを防ぐことができる。
【0045】
本実施形態では、図３に示すように、ヘリカルアンテナ４１１と外側導体４１２の間に挿入される、プランジャ（内筒体）４２１及びスリーブ（外筒体）４２４を有する接続部材４２によって、外側導体４１２とヘリカルアンテナ４１１が電気的に接続される。
【0046】
ヘリカルアンテナ４１１と外側導体４１２を電気的に接続する位置を調整する際には、まず、第１調整ノブ４３１を回転させる。上記の通り、第１調整ノブ４３１は、中心円筒管４１０の中心軸周りに回転自在であり、該中心軸に沿った方向に移動しないように枠部材４４に保持されている。また、第１調整ノブ４３１の貫通孔の内部には、プランジャ４２１の外周に形成されたネジ山と螺合するネジ溝が形成されている。さらに、プランジャ４２１に設けられた開口４２１１に押さえ板４３５の突起４３５３が挿入されることで、プランジャ４２１は中心円筒管４１０の中心軸周りに回転しないようになっている。つまり、これらの各部は送りネジ機構になっており、第１調整ノブ４３１を回転させることにより、プランジャ４２１を上方又は下方に移動させることができる。
【0047】
次に、第２調整ノブ４３４を回転させて下方に移動させる。スリーブ４２４の外径は、第２調整ノブ４３４の貫通孔の径よりも大きいため、第２調整ノブ４３４が下方に移動する際に、該第２調整ノブ４３４の下面によってスリーブ４２４も押し下げられる。図３に示すように、スリーブ４２４の下端に設けられた分割片４２４３が、プランジャ４２１の下端に設けられた分割片４２１２の先端のテーパ部４２１３に接触する位置までスリーブ４２４を押し下げた状態から、更にスリーブ４２４を押し下げ、スリーブ４２４の分割片４２４３の下端をプランジャ４２１の分割片４２１２の下端に形成されているテーパ部４２１３に押し当てることにより、両者をそれぞれ外方と内方に弾性変形させ、スリーブ４２４の分割片４２４３を外側導体４１２に接触させ、プランジャ４２１の分割片４２１２をヘリカルアンテナ４１１に接触させる。これにより、ヘリカルアンテナ４１１と外側導体４１２が、プランジャ４２１及びスリーブ４２４を介して電気的に接触する。
【0048】
このとき、マッチングが適切であるか否かは、原料ガス及びマイクロ波電力がラジカル生成室４００に供給された状態におけるプラズマの発光状態を光検出器４１８で検出することにより判定する。本実施形態の質量分析装置１では、第１調整ノブ４３１によるプランジャ４２１の位置の調整、及び第２調整ノブ４３４によるスリーブ４２４の移動によってヘリカルアンテナ４１１の各所で外側導体４１２と電気的に接触させ、各位置でのプラズマの発光状態（光検出器１４７からの出力信号）に基づいて、ヘリカルアンテナ４１１の最適な接地位置（外側導体４１２と電気的に接触させる位置）を決定する。
【0049】
ヘリカルアンテナ４１１の最適な接地位置を決定すると、さらに少しスリーブ４２４を下方に押し下げて、スリーブ４２４の分割片４２４３をさらに外方に弾性変形させて外側導体４１２に密着させ、また、プランジャの分割片４２１２を内方にさらに弾性変形させてヘリカルアンテナ４１１に密着させる。これにより、プランジャ４２１及びスリーブ４２４を介してヘリカルアンテナ４１１と外側導体４１２が電気的に接触して、ヘリカルアンテナ４１１が接地された状態で保持される。
【0050】
その後、第１回り止めナット４３２を上方に移動させて第１調整ノブ４３１の下面に当接させる。これにより、第１調整ノブ４３１が回転不能に固定され、それによってプランジャ４２１の位置が固定される。さらに、第２回り止めナット４３３を下方に移動させて第２調整ノブ４３４の上面に当接させる。これにより、第２調整ノブ４３４も回転不能に固定され、それによってスリーブ４２４の位置が固定される。
【0051】
本実施形態のラジカル生成部４では、次のようにしてラジカルを生成して測定を実行する。まず、使用者は、測定開始前に、カバー５１が閉じてあることを確認しておく。これによりインターロックが解除される。
【0052】
使用者が測定の開始を指示すると、原料ガス供給部４８は、原料ガスを中心円筒管４１０へ供給する。マイクロ波電源４６は、例えば2.4GHz～2.5GHzの範囲に中心周波数を有するマイクロ波電流をヘリカルアンテナ４１１に供給する。続いて、ラジカル生成室４００内の原料ガスに対し、マイクロ波電源４６からマイクロ波電力が供給されている状態で、光源４１７から中心円筒管４１０に深紫外光を照射する。深紫外光を受けると石英やアルミナなどから成る中心円筒管４１０の壁面から電子が放出され、この電子によりラジカル生成室４００におけるプラズマの発生が促進される。このとき、磁石４１３、４１５によって形成される磁場の周りを運動する電子の電子サイクロトロン周波数とマイクロ波の周波数とが一致するように共振器を調整しておくことで、ECRによってプラズマの密度が高まるとともに安定化する。中心円筒管４１０の内部で生成された酸素ラジカル等のラジカルは、該中心円筒管４１０の末端の開口端から放出され、輸送管を通ってコリジョンセル１３２に供給される。
【0053】
上記のように原料ガスのプラズマからラジカルを生成すると、ラジカル生成領域の近傍が高温に（例えば100℃超に）なる。従来の質量分析装置に設けられたラジカル生成部では、その間、中心円筒管の外周に巻回されたヘリカルアンテナのうち、プラズマ生成領域の近傍に位置する部分が高温に曝され続け、プラズマの生成を繰り返すうちにその部分が徐々に酸化していく。その結果、プランジャ及びスリーブを介して外側導体に接続された位置でのヘリカルアンテナの電気抵抗が大きくなり、ECR共振回路における共振状態が変化してプラズマが良好に生成されず、ラジカルを安定して生成することができなくなっていた。
【0054】
また、ラジカル生成部においてラジカルを生成する際には、中心円筒管を真空状態にするため、中心円筒管の上端や下端はＯリングなどを用いて気密に取り付けられる。Ｏリングは一般に樹脂製であり、熱に曝され続けると劣化して、中心円筒管の真空シールが不十分になってしまう。
【0055】
さらに、Q-TOF型の質量分析装置では、ラジカル生成部が接続されるコリジョンセルが第２分析室の近傍に位置しており、ラジカル生成部で発生した熱が真空チャンバの壁面を通じて第２分析室に伝達される。すると、第２分析室において真空チャンバの内壁面の近傍に位置するフライトチューブなどが熱膨張する。その結果、フライトチューブによって規定されるイオンの飛行経路が長くなり、イオンの飛行時間にずれが生じて質量精度の低下を引き起こす。
【0056】
特許文献２には、上記のような問題が生じることを回避するために、プラズマ生成領域の近傍に冷却ガスを導入することにより冷却する構成が記載されている。しかし、冷却ガス導入機構を組み込むと装置が大型化し、またコストも増大する。
【0057】
一方、本実施形態のラジカル生成部４では、外側導体４１２の内周面４１２１（中心円筒管４１０に面した面）やケーシング４１４の内面４１４１（中心円筒管４１０を臨む面）に輻射率を向上させる加工（例えば無電解黒Niメッキ処理、黒アルマイト処理、黒色電着塗装等による表面処理）が施されている。そのため、ラジカル生成領域で発生した熱が速やかに外側導体４１２やケーシング４１４に移動する。また、支柱部材４４１、プランジャ４２１、スリーブ４２４、第１調整ノブ４３１、第１回り止めナット４３２、第２回り止めナット４３３、第２調整ノブ４３４、天板部材４４２には、それぞれ、一般的に用いられるステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料からなるものが用いられている。そのため、これらの部材を経由して天板部材４４２に至る放熱経路からも高効率で外部に熱を放出することができる。このように、本実施形態では、中心円筒管４１０の内部のラジカル生成領域で発生した熱が速やかに外部へと放出されるため、追加の冷却機構を設けることなく、熱による上記の問題を解決することができる。
【0058】
外側導体４１２やケーシング４１４に開口部を設けて自然空冷によってラジカル生成領域で発生した熱を放出することも考えられる。しかし、その場合、中心円筒管４１０の内部に照射された深紫外光や原料ガスのプラズマから発せられる各種波長の光が本体部４０の外部に放射され、特に紫外光によって人の眼を害する可能性がある。
【0059】
これに対し、本実施形態のラジカル生成部４では、上記のように高効率で熱を放出する経路を確保しつつ、外側導体４１２やケーシング４１４によってラジカル生成室４００（中心円筒管４１０内部のラジカル生成領域）を覆っている。また、外側導体４１２の内周面４１２１（中心円筒管４１０に面した面）やケーシング４１４の内面４１４１（中心円筒管４１０を臨む面）に施されている、輻射率を向上させる加工は、中心円筒管４１０の内部から放出された光の反射や散乱を抑える機能を併せ持つ。また、光源４１７から中心円筒管４１０の内部に深紫外光を照射する領域では、プリント基板４１９の表面に遮光スポンジ４１９１が配置されている。さらに、プリント基板４１９の外側にも、光の反射を抑制する処理が施された内面５１１を有するカバー５１が配されている。そのため、光源４１７から発せられラジカル生成室４００の近傍で反射したり、中心円筒管４１０の内部で生成されたプラズマから放出されたりした、紫外光等の光が、プリント基板４１９の周縁部等から外部に漏れる心配がない。
【0060】
質量分析装置１を用いた測定を繰り返すうちにプリント基板４１９の劣化や不具合が生じた場合などには、カバー５１を取り外し、プリント基板４１９を交換する等のメンテナンス作業が必要になる場合がある。こうした場合に、カバー５１を取り外した状態で誤って光源４１７を点灯させてしまうと、該光源４１７から発せられる光が外部に放射され作業者の眼を害するおそれがある。本実施形態では、カバー５１の開閉状態を検知するインターロック機構が設けられており、カバー５１が閉じた状態にのみ光源４１７から光が照射されるため、カバー５１を開けた状態で光源４１７から紫外光が照射されて本体部４０の外部に照射される心配なく、作業者の安全を確保することができる。
【0061】
光源４１７から発せられる紫外光の反射光がプリント基板４１９に照射されるとプリント基板４１９が劣化するおそれがある。本実施形態では、光源４１７を囲うようにセラミックブッシュ４１４３を配置しているため、光源４１７からの光がプリント基板４１９に照射されてプリント基板４１９が劣化する心配がない。
【0062】
質量分析装置１の組み立て時や調整時、あるいはトラブル発生時などには、中心円筒管４１０の内部の状態を直接確認する必要がある。本実施形態では、のぞき穴５３１から、窓部材５３２を通して中心円筒管４１０の内部の状態を視認できるようになっている。また、窓部材５３２によって紫外光が遮断される。そのため、作業者の眼を害することなく安全にプラズマの生成状態などを視認することができる。
【0063】
上記実施形態は好ましい一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜に変更することができる。
【0064】
上記実施形態において挙げた処理の内容や材料は一例であって、上記した機能が得られるものであれば任意に変更することができる。また、Q-TOF型の質量分離部を備えた質量分析装置１としたが、任意の質量分離部を用いることができる。また、上記実施形態では、液体試料からイオンを生成するESIプローブを備えたイオン源としたが、他の大気圧イオン源を用いることもできる。あるいは、真空雰囲気でイオンを生成するイオン源を用いてもよい。さらに、気体や固体の試料からイオンを生成するイオン源を用いることもできる。さらに、上記実施形態では、プリカーサイオンとラジカルを反応させるためにコリジョンセル１３２を用いたが、三次元イオントラップ等の他の反応室を用いてもよい。
【0065】
上記実施形態では、石英や酸化アルミニウムからなる中心円筒管４１０に紫外光を照射する光源４１７を用いたが、光源４１７を使用せずにプラズマを発生させてもよい。
【0066】
［態様］
上述した例示的な実施形態が以下の態様の具体例であることは、当業者には明らかである。
上述した例示的な実施形態が以下の態様の具体例であることは、当業者には明らかである。
【0067】
（第１項）
本発明の一態様に係る質量分析装置は、
誘電体から成る管と、
前記管の外周に巻回された線状導電体から成るヘリカルアンテナと、
前記管の外側に該管と同軸に設けられた筒状の部材であって、内周面に輻射率向上処理が施されるとともに該内周面に導電領域が設けられた外側導体と、
前記管の内部空間に磁場を形成する磁場形成部と、
前記管と前記外側導体の間に挿入される、導電性を有する部材であって、前記線状導電体と前記導電領域を電気的に接続する接続部材と
を有するラジカル生成部を備える。
本発明の一態様に係る質量分析装置は、
誘電体から成る管と、
前記管の外周に巻回された線状導電体から成るヘリカルアンテナと、
前記管の外側に該管と同軸に設けられた筒状の部材であって、内周面に輻射率向上処理が施されるとともに該内周面に導電領域が設けられた外側導体と、
前記管の内部空間に磁場を形成する磁場形成部と、
前記管と前記外側導体の間に挿入される、導電性を有する部材であって、前記線状導電体と前記導電領域を電気的に接続する接続部材と
を有するラジカル生成部を備える。
【0068】
第１項に係る質量分析装置のラジカル生成部では、誘電体から成る管の内部にラジカルの原料となるガスを供給するとともに、該管の外周に設けられたヘリカルアンテナにマイクロ波電力を供給し、原料ガス内にプラズマを生成して原料ガスのラジカルを生成する。また、磁場形成部により管の内部空間に磁場を形成し、外側導体の内周面に設けられた導電領域とヘリカルアンテナを構成する線状導電体を接続部材によって電気的に接続することによってECR共振回路を形成する。磁場形成部には、例えば、外側導体の外側に配置した永久磁石を用いることができる。第１項に係る質量分析装置では、管の外側に配置される外側導体の内周面に輻射率向上処理が施されており、該管から外側導体への放熱経路の熱抵抗が小さい。そのため、ラジカル生成領域で生じた熱が速やかに外側導体へと移動して外部に放出される。それにより、熱によるヘリカルアンテナの酸化が抑制され、原料ガスから安定してラジカルを生成することができる。また、第１項に係る質量分析装置では、冷却機構を用いないため、装置が大型化したりコストが増大したりすることもない。
【0069】
（第２項）
第２項に係る質量分析装置は、第１項に係る質量分析装置において、さらに、
前記管を保持する部材であって、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成された枠部材と、
前記外側導体の一端と対向する位置に、前記管の中心軸に沿った方向の位置が固定され該中心軸周りに回転自在に前記枠部材に取り付けられた部材であって、前記管が挿通され内周面にネジ溝が形成された貫通孔が形成され、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成された回転部材
を備え、
前記接続部材が、前記ヘリカルアンテナと前記外側導体の間隙に挿通され前記ヘリカルアンテナと前記外側導体を電気的に接続する部材であって、前記管の外側に該管と同軸に設けられ前記枠部材に対して周方向の位置が固定された、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成された内筒体と、前記内筒体の外側に該内筒体と同軸に設けられた、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成された外筒体とを有し、該内筒体及び外筒体の先端部に両者を押し当てることによってそれぞれが内方と外方に曲がる板ばね部が設けられ、前記内筒体の基端部の外周に前記ネジ溝に対応するネジ山が形成されている。
第２項に係る質量分析装置は、第１項に係る質量分析装置において、さらに、
前記管を保持する部材であって、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成された枠部材と、
前記外側導体の一端と対向する位置に、前記管の中心軸に沿った方向の位置が固定され該中心軸周りに回転自在に前記枠部材に取り付けられた部材であって、前記管が挿通され内周面にネジ溝が形成された貫通孔が形成され、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成された回転部材
を備え、
前記接続部材が、前記ヘリカルアンテナと前記外側導体の間隙に挿通され前記ヘリカルアンテナと前記外側導体を電気的に接続する部材であって、前記管の外側に該管と同軸に設けられ前記枠部材に対して周方向の位置が固定された、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成された内筒体と、前記内筒体の外側に該内筒体と同軸に設けられた、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成された外筒体とを有し、該内筒体及び外筒体の先端部に両者を押し当てることによってそれぞれが内方と外方に曲がる板ばね部が設けられ、前記内筒体の基端部の外周に前記ネジ溝に対応するネジ山が形成されている。
【0070】
第２項に係る質量分析装置では、ヘリカルアンテナと外側導体を接触させる位置を調整する際に、予め内筒体の基端部を回転部材の貫通孔に取り付けておく。そして、外筒体と内筒体の先端部を接触させた状態で、回転部材を回転させることにより内筒体を誘電体管の軸方向に進出させ、ヘリカルアンテナを外側導体と電気的に接触させてプラズマが良好に生成される位置を決定する。プラズマが良好に生成される位置を決定すると、外筒体を内筒体に対して軸方向に進出させて両者の先端に設けられた板ばね部をそれぞれ内方と外方に曲げて、内筒体をヘリカルアンテナに密着させ、外筒体を外側導体に密着させて固定する。第２項に係る質量分析装置では、外側導体に固定された枠部材に保持されることで誘電体管の中心軸に沿った方向に固定された回転部材によって内筒体の軸方向の位置が固定された状態で、外筒体を内筒体に対して軸方向に進出させるため、作業中に内筒体の位置ずれを生じさせることなく、ヘリカルアンテナと外側導体を電気的に接触させる位置を容易に微調整することができる。そして、ヘリカルアンテナと外側導体を電気的に接続させた状態で、ヘリカルアンテナから、内筒体、外筒体，回転部材，及び枠部材へと繋がる放熱経路が形成される。第２項に係る質量分析装置では、これらの部材をそれぞれステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料により構成しているため、この放熱経路を通じてラジカル生成領域で生じた熱を速やかに放出することができる。
【0071】
（第３項）
第３項に係る質量分析装置は、第１項又は第２項に係る質量分析装置において、さらに、
前記外側導体を保持する部材であって、内面に輻射率向上処理が施されたケーシング
を備える。
第３項に係る質量分析装置は、第１項又は第２項に係る質量分析装置において、さらに、
前記外側導体を保持する部材であって、内面に輻射率向上処理が施されたケーシング
を備える。
【0072】
第３項に係る質量分析装置では、ケーシングの内面にも輻射率向上処理が施されており、管からケーシングへの放熱経路の熱抵抗が小さい。そのため、ラジカル生成領域で生じた熱が速やかに外側導体へと移動して外部に放出される。
【0073】
（第４項）
第４項に係る質量分析装置は、第３項に係る質量分析装置において、さらに、
前記ケーシングに保持され、前記管のうち、前記ヘリカルアンテナが巻回された部分の内部空間に光を照射する光源と、
前記管の内部で発生するプラズマの発光を検出する光検出器と
を備える。
第４項に係る質量分析装置は、第３項に係る質量分析装置において、さらに、
前記ケーシングに保持され、前記管のうち、前記ヘリカルアンテナが巻回された部分の内部空間に光を照射する光源と、
前記管の内部で発生するプラズマの発光を検出する光検出器と
を備える。
【0074】
第４項に係る質量分析装置では、光源から管に対して所定の波長帯域の光を照射する。この波長帯域は、管から電子を放出させることができる光の波長を含むものであり、その光は、例えば紫外光（より具体的には、例えば深紫外光）である。第４項に係る質量分析装置では、光源から光を照射することで管から該管の内部に電子を放出させ、プラズマの発生を促進することができる。また、光検出器を用いることでプラズマの発生状態を容易に確認することができる。
【0075】
（第５項）
第５項に係る質量分析装置は、第４項に係る質量分析装置において、
前記管の一端が、試料由来のイオンが導入される反応室に接続されており、
前記枠部材が、前記管の他端を囲うように設けられ、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成されるとともに前記光源から発せられる波長帯域の光を遮光する蓋部材を備える。
第５項に係る質量分析装置は、第４項に係る質量分析装置において、
前記管の一端が、試料由来のイオンが導入される反応室に接続されており、
前記枠部材が、前記管の他端を囲うように設けられ、ステンレス鋼よりも熱伝導率が高い材料で構成されるとともに前記光源から発せられる波長帯域の光を遮光する蓋部材を備える。
【0076】
第５項に係る質量分析装置では、管の内部に照射された光が管の内部で反射を繰り返して他端に達した場合でもその光が外部に放射されることがない。特に光源から管に照射される光が紫外光である場合に、その光が外部に放射されて人の眼を害するのを防ぐことができる。
【0077】
（第６項）
第６項に係る質量分析装置は、第４項又は第５項に係る質量分析装置において、さらに、
前記光源及び前記光検出器が載置され、その載置面が前記管に対向配置された基板と、
前記載置面のうち、前記光源及び前記光検出器が載置された領域を除く領域に配置された、前記光源から発せられる波長帯域の光を遮光する第１遮光部材と
を備える。
第６項に係る質量分析装置は、第４項又は第５項に係る質量分析装置において、さらに、
前記光源及び前記光検出器が載置され、その載置面が前記管に対向配置された基板と、
前記載置面のうち、前記光源及び前記光検出器が載置された領域を除く領域に配置された、前記光源から発せられる波長帯域の光を遮光する第１遮光部材と
を備える。
【0078】
第６項に係る質量分析装置では、光源から発せられる光が基板の載置面上の隙間から外部に漏れるのを防ぐことができる。
【0079】
（第７項）
第７項に係る質量分析装置は、第６項に係る質量分析装置において、さらに、
前記光源を囲うように取り付けられる部材であって、該光源から発せられる波長帯域の光を遮光する第２遮光部材
を備える。
第７項に係る質量分析装置は、第６項に係る質量分析装置において、さらに、
前記光源を囲うように取り付けられる部材であって、該光源から発せられる波長帯域の光を遮光する第２遮光部材
を備える。
【0080】
第７項に係る質量分析装置では、光源から発せられた光が基板に照射されるのを防止することができる。前記基板には、例えばプリント基板が用いられる。特に、光源から管に照射される光が紫外光である場合に、紫外光がプリント基板に照射されることによって該プリント基板を構成する樹脂が劣化するのを防ぐことができる。
【0081】
（第８項）
第８項に係る質量分析装置は、第６項又は第７項のいずれかに係る質量分析装置において、さらに、
前記基板の前記載置面と反対側の面を囲うように配置され、該基板から着脱可能に設けられたカバー部材と、前記カバー部材の着脱状態を検知するセンサ部とを有し、前記センサ部によって前記カバー部材が装着された状態でのみ前記光源に電力を供給するインターロック機構
を備える。
第８項に係る質量分析装置は、第６項又は第７項のいずれかに係る質量分析装置において、さらに、
前記基板の前記載置面と反対側の面を囲うように配置され、該基板から着脱可能に設けられたカバー部材と、前記カバー部材の着脱状態を検知するセンサ部とを有し、前記センサ部によって前記カバー部材が装着された状態でのみ前記光源に電力を供給するインターロック機構
を備える。
【0082】
第８項に係る質量分析装置では、カバー部材が装着された状態でのみ光源に電力が供給されるため、基板を交換する等のメンテナンス作業を行った後などに、カバーが取り外された状態で光源から光が照射され、その光が外部に漏れるのを、より確実に防止することができる。
【0083】
（第９項）
第９項に係る質量分析装置は、第８項に係る質量分析装置において、
前記カバー部材が、前記光源から発せられる光の反射を低減する処理が施された内面を有する。
第９項に係る質量分析装置は、第８項に係る質量分析装置において、
前記カバー部材が、前記光源から発せられる光の反射を低減する処理が施された内面を有する。
【0084】
第９項に係る質量分析装置では、光源から発せられる光が外部に漏れるのを防止することができる。特に、光源から発せられる光が紫外光である場合には、その紫外光によって人の眼が害されるのを防止することができる。
【0085】
（第１０項）
第１０項に係る質量分析装置は、第４項から第９項のいずれかに係る質量分析装置において、さらに、
前記ケーシングに設けられた開口であって、その一端が前記管のうち前記光源から光が照射される領域を臨むのぞき穴と、
前記のぞき穴に取り付けられ、前記光源から発せられる波長帯域の光を遮光し、該領域で発生するプラズマから発せられる光の波長帯域の少なくとも一部を透過する光学部材と
を備える。
第１０項に係る質量分析装置は、第４項から第９項のいずれかに係る質量分析装置において、さらに、
前記ケーシングに設けられた開口であって、その一端が前記管のうち前記光源から光が照射される領域を臨むのぞき穴と、
前記のぞき穴に取り付けられ、前記光源から発せられる波長帯域の光を遮光し、該領域で発生するプラズマから発せられる光の波長帯域の少なくとも一部を透過する光学部材と
を備える。
【0086】
質量分析装置の組み立て時や調整時、あるいはトラブル発生時などに管の内部でのプラズマの状態を直接確認する必要がある。第１０項に係る質量分析装置では、ケーシングに取り付けられた光学部材を介して管の内部を視認するため、作業者の眼を害することなく安全にプラズマの生成状態などを視認することができる。
【符号の説明】
【0087】
１…質量分析装置
１０…イオン化室
１００…真空チャンバ
１０１…ESIプローブ
１１…第１中間真空室
１２…第２中間真空室
１３…第１分析室
１３１…四重極マスフィルタ
１３２…コリジョンセル
１３３…多重極イオンガイド
１４…第２分析室
１４２…直交加速部
１４３…加速電極
１４４…リフレクトロン電極
１４５…イオン検出器
１４６…フライトチューブ
１４７…光検出器
４…ラジカル生成部
４０…本体部
４００…ラジカル生成室
４１０…中心円筒管
４１１…ヘリカルアンテナ
４１２…外側導体
４１２１…外側導体の内周面
４１３、４１５…磁石
４１４…ケーシング
４１４１…ケーシングの内面
４１４２…Ｏリング
４１４３…セラミックブッシュ
４１６…マイクロ波供給コネクタ
４１７…光源
４１８…光検出器
４１９…プリント基板
４１９１…遮光スポンジ
４２…接続部材
４２１…プランジャ
４２１１…開口
４２１２…分割片
４２１３…テーパ部
４２２…天板部材
４２４…スリーブ
４２４１、４２４２…スリット
４２４３…分割片
４３１…第１調整ノブ
４３１１…本体部
４３１２…固定部
４３１３…貫通孔
４３２、４３３…ナット
４３４…第２調整ノブ
４３５…押さえ板
４３５１、４３５２…開口
４３５３…突起
４４…枠部材
４４１…支柱部材
４４２…天板部材
４４３…ボルト
４６…マイクロ波電源
４８…原料ガス供給部
５…制御・処理部
５１…カバー
５１１…内面
５１２…突起
５２…マイクロスイッチ
５２１…本体部
５２２…突起（スイッチ）
５３１…のぞき穴
５３２…窓部材
５３３…カバー部材
６…入力部
７…表示部
Ｃ…イオン光軸
１０…イオン化室
１００…真空チャンバ
１０１…ESIプローブ
１１…第１中間真空室
１２…第２中間真空室
１３…第１分析室
１３１…四重極マスフィルタ
１３２…コリジョンセル
１３３…多重極イオンガイド
１４…第２分析室
１４２…直交加速部
１４３…加速電極
１４４…リフレクトロン電極
１４５…イオン検出器
１４６…フライトチューブ
１４７…光検出器
４…ラジカル生成部
４０…本体部
４００…ラジカル生成室
４１０…中心円筒管
４１１…ヘリカルアンテナ
４１２…外側導体
４１２１…外側導体の内周面
４１３、４１５…磁石
４１４…ケーシング
４１４１…ケーシングの内面
４１４２…Ｏリング
４１４３…セラミックブッシュ
４１６…マイクロ波供給コネクタ
４１７…光源
４１８…光検出器
４１９…プリント基板
４１９１…遮光スポンジ
４２…接続部材
４２１…プランジャ
４２１１…開口
４２１２…分割片
４２１３…テーパ部
４２２…天板部材
４２４…スリーブ
４２４１、４２４２…スリット
４２４３…分割片
４３１…第１調整ノブ
４３１１…本体部
４３１２…固定部
４３１３…貫通孔
４３２、４３３…ナット
４３４…第２調整ノブ
４３５…押さえ板
４３５１、４３５２…開口
４３５３…突起
４４…枠部材
４４１…支柱部材
４４２…天板部材
４４３…ボルト
４６…マイクロ波電源
４８…原料ガス供給部
５…制御・処理部
５１…カバー
５１１…内面
５１２…突起
５２…マイクロスイッチ
５２１…本体部
５２２…突起（スイッチ）
５３１…のぞき穴
５３２…窓部材
５３３…カバー部材
６…入力部
７…表示部
Ｃ…イオン光軸
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】