特開 2024-29800 イオンガイド、およびそれを備える質量分析装置

(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】P2024029800

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】イオンガイド、およびそれを備える質量分析装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 49/06 20060101AFI20240229BHJP

【ＦＩ】

H01J49/06 300

H01J49/06 800

H01J49/06 500

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022132186

(22)【出願日】2022-08-23

(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】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】杉山 益之

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 英樹

(72)【発明者】

【氏名】橋本 雄一郎

(57)【要約】

【課題】イオンガイドを透過できるイオンのｍ／ｚ範囲が広く、構造が単純で汚染に強いイオンガイドを実現する。
【解決手段】本開示は、イオンが導入され、当該イオンを収束させて出射するイオンガイドであって、多重極電界を形成するための多重極電極と、軸電界を形成するための軸電界電極と、を有し、多重極電極あるいは軸電界電極の少なくとも一方のイオンガイドの中心軸に垂直な断面積がイオンガイドの入口から出口に掛けて変化する、イオンガイドを提案する。
【選択図】図２Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオンが導入され、当該イオンを収束させて出射するイオンガイドであって、
多重極電界を形成するための多重極電極と、
軸電界を形成するための軸電界電極と、を有し、
前記多重極電極あるいは前記軸電界電極の少なくとも一方の前記イオンガイドの中心軸に垂直な断面積が前記イオンガイドの入口から出口に掛けて変化する、イオンガイド。

【請求項2】

請求項１において、
前記軸電界電極は、前記断面積が前記入口から前記出口に掛けて大きくなるように構成される、イオンガイド。

【請求項3】

請求項１において、
前記多重極電極および前記軸電界電極を２対ずつ有し、
前記多重極電極および前記軸電界電極の形状は共に板状をなす、イオンガイド。

【請求項4】

請求項３において、
前記多重極電極および前記軸電界電極の形状は共に前記入口から前記出口に掛けて円弧状をなす、イオンガイド。

【請求項5】

請求項３において、
前記多重極電極および前記軸電界電極の形状は共に直線状をなす、イオンガイド。

【請求項6】

請求項１において、
前記軸電界電極は、前記断面積が前記入口から前記出口に掛けて同一となるように構成され、
前記多重極電極は、前記断面積が前記入口から前記出口に掛けて大きくなるように構成される、イオンガイド。

【請求項7】

請求項３において、
前記多重極電極は、前記軸電界電極を覆うように配置される、イオンガイド。

【請求項8】

請求項１において、
前記軸電界電極は板状をなし、前記断面積が前記入口から前記出口に掛けて大きくなるように構成され、
前記多重極電極は板状をなし、前記断面積が前記入口から前記出口に掛けて小さくなるように構成され、
前記軸電界電極および前記多重極電極は、それぞれの側面同士が対向するように同一平面上に配置される、イオンガイド。

【請求項9】

請求項１において、
前記軸電界電極は、前記多重極電極よりも前記中心軸に近い位置に配置され、
さらに、前記軸電界電極よりも前記中心軸に近い位置に配置された、前記多重極電極とは別の追加の多重極電極を備える、イオンガイド。

【請求項10】

イオンを発生させるイオン源と、
前記イオン源の後段に配置され、前記イオンを収束させる、請求項１に記載のイオンガイドと、
前記イオンガイドに電圧を印加するイオンガイド電源と、
前記イオンガイドによって収束されたイオンを検出する検出器と、を備え、
前記イオンガイド電源は、前記多重極電極に同位相かつ同振幅のＲＦ電圧を印加し、前記多重極電極と前記軸電界電極との間に電位差が生じるように異なるＤＣ電圧を印加する、質量分析装置。

【請求項11】

イオンを発生させるイオン源と、
前記イオン源の後段に配置され、前記イオンを収束させる、請求項９に記載のイオンガイドと、
前記イオンガイドに電圧を印加するイオンガイド電源と、
前記イオンガイドによって収束されたイオンを検出する検出器と、を備え、
前記イオンガイド電源は、前記多重極電極および前記追加の多重極電極に同位相かつ同振幅のＲＦ電圧を印加し、前記多重極電極および前記追加の多重極電極と前記軸電界電極との間に電位差が生じるように異なるＤＣ電圧を印加する、質量分析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、イオンガイド、およびそれを備える質量分析装置に関する。

【背景技術】

【0002】

イオンガイドは、質量分析装置内でイオンを輸送するのに広く用いられている。特に、タンデム質量分析装置のコリジョンセルに使われるイオンガイドでは、クロストークを防ぐため中心軸上に軸電界を生成する必要がある。当該軸電界に関し、例えば、特許文献１は、多重極（四重極など）の平行なロッド電極で構成される多重極イオンガイドにおいてイオンを加速する軸電界を生成することを開示している。また、例えば、特許文献２は、高周波電極が印加された多重極電極の間隙に高周波電圧が印加された抵抗体の電極を挿入して軸電界を生成することを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許５，８４７，３８６号明細書

【特許文献2】米国特許８，７８５，８４７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に示されるような、一対のロッド電極を傾けることで軸電界を印加するイオンガイドでは、イオンガイドを透過できるイオンのｍ／ｚ範囲が狭くなってしまうという課題がある。また、特許文献２に示されるような、ロッド電極間隙に電極を挿入するイオンガイドでは、イオンガイドの構成が複雑で、電極間の間隔が狭く、電極の表面積も狭いためイオンガイドに導入された中性液滴などの夾雑物により電極が汚染されて性能が低下しやすいという課題がある。さらに、特許文献２に示されるイオンガイドはその構成が複雑であり、電極間の間隔が狭く軸電界を形成する電極の表面積も小さい。このため、イオンガイドに導入された中性液滴などの夾雑物により電極表面が汚染されて性能が低下しやすいという課題もある。
本開示は、このような状況に鑑み、イオンガイドを透過できるイオンのｍ／ｚ範囲が広く、構造が単純で汚染に強いイオンガイドを実現する技術を提案する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するために、本開示は、イオンが導入され、当該イオンを収束させて出射するイオンガイドであって、多重極電界を形成するための多重極電極と、軸電界を形成するための軸電界電極と、を有し、多重極電極あるいは軸電界電極の少なくとも一方のイオンガイドの中心軸に垂直な断面積がイオンガイドの入口から出口に掛けて変化する、イオンガイドを提案する。

【0006】

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いかなる意味においても限定するものではない。

【発明の効果】

【0007】

本開示の技術によれば、構造が簡便で汚染に強く、透過する質量範囲が広いイオンガイドおよびそれを備える質量分析装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１の実施形態による湾曲イオンガイド２０を備える質量分析装置１０の概略構成例を示す断面図である。

【図2A】第１の実施形態によるイオンガイド２０の外観構成例を示す図である。

【図2B】第１の実施形態によるイオンガイド２０を中心軸２３に沿った断面構成例を示す図である。

【図2C】第１の実施形態によるイオンガイド２０の入口１Ａおよび出口１Ｂの断面構成例を示す図である。

【図3】各実施形態で用いられるイオンガイド電源３００の構成例を示す図である。

【図4】第１の実施形態によるイオンガイド２０の入口１Ａおよび出口１Ｂにおける、ｒｙ平面の擬ポテンシャルを示す図である。

【図5】第１の実施形態によるイオンガイド２０の中心軸２３を含むｘｚ平面のＤＣポテンシャルを示す図である。

【図6】第１の実施形態によるイオンガイド２０の中心軸２３上のポテンシャル（図２や図５のθの関数）を示す図である。

【図7】第１の実施形態によるイオンガイド２０の入口１Ａおよび出口１Ｂのｙｒ平面のＤＣポテンシャルを示す図である。

【図8】軸電界電極２２と多重極電極２１の電位差６Ｖ、３Ｖ、１．５Ｖ、および１Ｖの各条件について２００個イオンの透過時間の分布を示す図である。

【図9】軸電界電極２２と多重極電極２１との電位差が３Ｖおよび６Ｖの条件におけるｍ／ｚ１５０～ｍ／ｚ４０００のイオンの透過率を示す図である。

【図10】第２の実施形態によるイオンガイド２０１の概略構成例を示す図である。

【図11】第３の実施形態によるイオンガイド２０２の概略構成例を示すである。

【図12】第４の実施形態によるイオンガイド２０３の構成例を示す図である。

【図13】第５の実施形態によるイオンガイド２０４の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本実施形態は、イオンガイドにおいて、多重極電極の中心軸に対する断面積（イオン進行方向に垂直な面の面積）あるいは軸電界電極の中心軸に対する断面積の少なくとも一方をイオンガイドの入口から出口にかけて変化させることにより、イオンガイドを透過できるイオンのｍ／ｚ範囲が広く、構造が単純で汚染に強いイオンガイドを実現することについて開示する。

【0010】

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態について説明する。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本開示の原理に則った具体的な実施形態と実装例を示しているが、これらは本開示の理解のためのものであり、決して本開示を限定的に解釈するために用いられるものではない。

【0011】

本実施形態では、当業者が本開示を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本開示の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。

【0012】

（１）第１の実施形態
＜質量分析装置１０の構成例＞
図１は、第１の実施形態による湾曲イオンガイド２０を備える質量分析装置１０の概略構成例を示す断面図である。

【0013】

質量分析装置１０は、一例として、イオン源１０１と、必要に応じてイオン輸送用イオンガイド１２１を含む第１差動排気部１０２と、第１差動排気部１０２の空気を排気して真空にする真空ポンプ１３１と、イオンガイド（湾曲イオンガイド）２０を含む第２差動排気部１０３と、第２差動排気部１０３の空気を排気して真空にする真空ポンプ１３２と、イオンガイドに電圧を印加するイオンガイド電源３００と、質量フィルタ１２５、コリジョンセル１２６、および検出器１２７を有する質量分析室１０４と、質量分析室１０４の空気を排気して真空にする真空ポンプ１３３と、を備える。

【0014】

イオン源１０１は、エレクトロスプレーイオン源、大気圧化学イオン源、大気圧光イオン源、あるいは大気圧マトリックス支援レーザー脱離イオン源などを用いることができる。

【0015】

イオン源１０１で生成されたイオンは、第１差動排気部１０２に設けられた細孔１１１を気流とともに通過して第１差動排気部１０２（真空室）に導入される。差動排気部１０２を通過したイオンは、第１差動排気部１０２と第２差動排気部１０３の接続部（壁）に設けられた細孔１１２を通過し、本開示の技術によるイオンガイド２０へと導入される。

【0016】

イオンガイド２０にはイオンガイド電源３００によって電圧が印加されている。また、当該イオンガイド２０が動作する圧力は、１０００Ｐａ～１０^－３Ｐａ程度である。特に１０００Ｐａ～０．１Ｐａでは中性気体分子との衝突でイオンの運動エネルギーが冷却されるためにイオンを効率よく収束することができる。イオンガイド２０から排出されたイオンは、第２差動排気部１０３と質量分析室１０４の接続部（壁）に設けられた細孔１１３を通過し、質量分析室１０４に導入される。

【0017】

質量分析装置１０が例えばタンデム質量分析装置である場合、質量分析室１０４では、質量フィルタ１２５で特定のｍ／ｚの前駆体イオンが選択され、コリジョンセル１２６内で解離される。コリジョンセル１２６で生成されたフラグメントイオンは、検出器１２７で検出される。検出器１２７には、電子増倍管などを用いることができる。なお、イオンガイド２０をコリジョンセル１２６として用いることもできる。

【0018】

＜イオンガイド２０の構成例＞
図２は、第１の実施形態によるイオンガイドの構成例を示す図である。図２Ａは、イオンガイド２０の外観構成例を示す図である。図２Ｂは、イオンガイド２０を中心軸２３に沿った断面構成例を示す図である。図２Ｃは、イオンガイド２０の入口１Ａおよび出口１Ｂの断面構成例を示す図である。

【0019】

図２Ａに示すように、イオンガイド２０は、湾曲形状をなし（湾曲イオンガイド）、上下２枚ずつの板状の多重極電極（Multipole electrode）２１と、上下の多重極電極に挟まれた、上下２枚ずつの軸電界電極（Axial field electrode）２２と、を備え、入口１Ａからイオンが入射し、出口１Ｂから加速されたイオンが出射する。

【0020】

また、イオンガイド２０は、中心軸２３が円弧中心(Ion guide arc center)２９を有する１／４円弧となるように構成されている。図２Ａから分かるように、イオンガイド２０の入口１Ａの断面がｘ軸上にあり、同出口１Ｂの断面がｚ軸上にある。このとき、上記１／４円弧の半径ｒを中心軸２３に沿って移動させたときの半径ｒとｘ軸とのなす角をθとすると、軸電界電極２２は、イオンガイド２０の円弧中心２９からの角度θの関数としてイオンガイド中心軸２３に垂直な断面における円弧中心からの距離r方向(r軸方向)の長さが変化する。つまり、軸電界電極２２は、その断面積が入口１Ａから出口１Ｂに行くに従って大きくなるように構成されている。図２Ｂからも、軸電界電極２２の大きさ（ｘｚ平面上）が入口１Ａから出口１Ｂに掛けて小さくなっているのが分かる。

【0021】

軸電界電極２２がイオンガイド２０の中心軸（イオンガイド中心軸）２３上に形成する電位は、イオンガイド中心軸２３上から見える軸電界電極２２の面積に依存するため、イオンガイド中心軸２３上に多重極電極２１の電位と軸電界電極２２の電位との電位差に応じた軸電界が形成される。図２Ｃにおいて、符号“＋”および“－”は、イオンガイド電源３００から多重極電極２１および軸電界電極２２に印加されるＲＦ電圧の位相を示している。同じ符号が付された電極には同位相、同周波数のＲＦ電圧が印加される。多重極電極２１にはイオンを閉じ込める多重極電界を発生させるため、隣接する多重極電極２１と逆相のＲＦ電圧が印加される。また、軸電界電極２２には隣接する多重極電極２１と同位相でほぼ同振幅のＲＦ電圧が印加される。このように電圧を印加することで電極間の間隔が狭い多重極電極２１と軸電界電極２２との間にはＲＦ電圧の電位差が発生せず、放電を防ぐことができる。さらに、多重極電極２１のセット（ペア）と軸電界電極２２のセット（ペア）にはそれぞれ異なるオフセットＤＣ電圧が印加される。イオンはイオンガイド２０の中心軸２３を通過するが、中心軸２３から見えている軸電界電極２２の中心軸２３に垂直な断面の面積が中心軸２３上の距離に従って変化していくため、中心軸２３上のイオンが受ける軸電界電極２２のＤＣ電圧の強度が変化していくことになる。これによってイオンが加速されることになる。

【0022】

＜イオンガイド電源３００の構成例＞
図３は、各実施形態で用いられるイオンガイド電源３００の構成例を示す図である。図３には、イオンガイド電源３００の構成例が２種類示されている。

【0023】

いずれの構成例によるイオンガイド電源３００も、軸電界電極ＤＣ電源３０１と、多重極電極ＤＣ電源３０２と、ＲＦ電源３０３と、を備え、多重極電極２１および軸電界電極２２に対して、軸電界電極ＤＣ電源３０１あるいは多重極電極ＤＣ電源３０２からＤＣ電圧を供給する。また、ＲＦ電源３０３は、交流電源と複数のコイルを含み、各コイルを用いて多重極電極２１と軸電界電極２２に同位相、かつ同振幅のＲＦ電圧を印加する。

【0024】

＜擬ポテンシャルの様子＞
図４は、イオンガイド２０の入口１Ａおよび出口１Ｂにおける、ｒｙ平面の擬ポテンシャルを示す図である。図４では、イオンのｍ／ｚを６００、ＲＦ電圧振幅を３００Ｖ０－ｐｅａｋとして擬ポテンシャルを計測した。

【0025】

軸電界電極２２には隣接する多重極電極２１と同相のＲＦ電圧でほぼ同じ振幅のＲＦ電圧が印加され、多重極電極２１と隣接する軸電界電極２２の組で多重極の極が形成される。そのため、軸電界電極２２が多重極電極２１を遮ることがなく、擬ポテンシャルのひずみを引き起こしにくい。

【0026】

イオンガイド入口１Ａでは、イオンガイド出口１Ｂと比較して軸電界電極２２のｒ軸方向の長さが短く（電極幅が小さく）、イオンガイド中心軸２３からの距離が遠いため、擬ポテンシャルが浅くなる。このため、イオンガイド出口１Ｂに近づくほど擬ポテンシャルが深くなるファネル状のポテンシャルとなる。これにより効率的にイオンの分布を収束させることができる。

【0027】

質量分析装置１０では、イオンとともに帯電液滴や中性の夾雑物などが真空室内部に導入され装置内部の汚染の原因となる。この点、イオンは、質量の大きな帯電液滴や中性夾雑物は電界の影響を受けにくいため、イオンガイド２０の入口１Ａの手前の細孔１１２から図２のｚ軸方向に直進する。一方、イオンガイド２０の入口１Ａから導入されたイオンは、中心軸２３上にある擬ポテンシャルの極小点付近に収束され、中心軸２３に沿って移動してイオンガイド２０の出口１Ｂから排出される。

【0028】

図２のイオンガイド２０では、入口１Ａはｘｙ平面、出口１Ｂはｙｚ平面に存在するため、帯電液滴や中性夾雑物はイオンガイド２０の入口１Ａからｚ軸方向に直進してイオンガイド２０から排除され、イオンのみがイオンガイド２０を通過する。これによりノイズを低減することができる。

【0029】

細孔１１２にから導入された帯電液滴や中性夾雑物は、図２中に示したように数ｍｍ程度の範囲に広がりｚ軸方向に直進する。一方、イオンガイド２０では、入口１Ａの正面（ｚ軸方向）の帯電液滴や中性夾雑物が通過する範囲に電極は存在せず、広い間隙（空間）が形成されている。このため、イオンガイド２０は、中性夾雑物や帯電液滴が電極（多重極電極２１および軸電界電極２２）に衝突して電極が汚れる可能性が低く、汚染にも強い。

【0030】

＜ＤＣポテンシャルの様子＞
図５は、イオンガイド２０の中心軸２３を含むｘｚ平面のＤＣポテンシャルを示す図である。図６は、イオンガイド２０の中心軸２３上のポテンシャル（図２や図５のθの関数）を示す図である。なお、ＤＣポテンシャルは、軸電界電極２２と多重極電極２１との電位差を１０Ｖとして計算している。

【0031】

図５から分かるように、ｘｚ平面のＤＣポテンシャルは、入口１Ａ付近では密であり、出口１Ｂ付近では疎となっているため、イオンガイド２０の入口１Ａで最も高く、イオンガイド２０の出口１Ｂにかけて徐々に低下する。また、図６から分かるように、イオンガイド２０の中心軸２３沿いに湾曲中心からの角度θにほぼ比例してポテンシャルが減少する。この中心軸２３上のポテンシャルによりイオンを常に一定加速度で加速することができる。

【0032】

また、図７は、イオンガイド２０の入口１Ａおよび出口１Ｂのｙｒ平面のＤＣポテンシャルを示す図である。図７を見ると、イオンガイド２０の入口１Ａのポテンシャルは、四重極に加えて八重極など高次重極の成分を含むことが分かる。従って、高次項の効果で四重極ＤＣポテンシャルを印加した場合と比較して、広いｍ／ｚ範囲のイオンを効率よく透過させることが可能になる。一方、イオンガイド２０の出口１Ｂは多重極電極が軸電界電極で覆われるため、ｙｒ平面のＤＣポテンシャルはほぼ均一になることが分かる。このため、ＤＣポテンシャルによってイオンの空間分布で広がることがなく、イオンの空間分布を収束させることができる。

【0033】

＜イオン透過時間の分布：シミュレーション結果＞
イオンガイド２０の技術的効果を検証するため、シミュレーションで透過時間の確認を行った。図８は、軸電界電極２２と多重極電極２１の電位差６Ｖ、３Ｖ、１．５Ｖ、および１Ｖの各条件について２００個イオンの透過時間の分布を示す図である。また、表１は、軸電界電極２２と多重極電極２１の電位差以外のパラメータ値を示す。

【0034】

【表1】

【0035】

図８から分かるように、軸電界電極２２と多重極電極２１との電位差が大きいほど、透過時間は短くなり時間分布の半値幅も細くなった。つまり、当該シミュレーションによれば、軸電界電極２２と多重極電極２１との電位差３Ｖ以上では透過時間は１ｍｓ以下となり、電位差６Ｖのとき透過時間が最短となっている。

【0036】

以上より、イオンガイド２０でによれば、中心軸２３上に形成された電界によってイオンを加速することで透過時間を短く抑え、信号のクロストークを避けることができる。

【0037】

＜イオンのｍ／ｚ範囲：シミュレーション結果＞
イオンガイド２０の技術的効果を検証するため、シミュレーションでイオンガイド２０を安定に透過できるイオンのｍ／ｚ範囲の確認を行った。イオンガイド２０を安定に透過できるイオンのｍ／ｚの下限はマシュー方程式の安定性領域の下限であるｌｏｗ ｍａｓｓ ｃｕｔ ｏｆｆ値（ＬＭＣＯ）で決まる。例えば、四重極電極を用いる場合、一価イオンのＬＭＣＯは以下の式（１）で与えられる。

【0038】

【数1】

【0039】

ここで、ＶはＲＦ電圧振幅、ｍはイオンの質量、ｑ_ＬＭＣＯはＬＭＣＯにおけるマシュー方程式のｑ値、ｅは電荷素量、ΩはＲＦ電圧周波数、ｒ_０は四重極内接円半径を表している。この式（１）から、ＲＦ電圧振幅が高くなるほどイオンガイド２０を安定に透過できるイオンのｍ／ｚの下限が高くなることが分かる。
一方、イオンガイドを透過できるイオンのｍ／ｚの上限は式（２）に示す一価イオンの擬ポテンシャル（Ψ）とＤＣポテンシャルでイオンが排除される効果との関係で決まる。

【0040】

【数2】

【0041】

ここで、Ｅは電界を表している。式（１）から擬ポテンシャルはイオンのｍ／ｚに反比例するため、ｍ／ｚが高いイオンは擬ポテンシャルが低くなり、ＤＣポテンシャルによってイオンが排除されることが分かる。また、ＲＦ電圧振幅が高いほど擬ポテンシャルが高くなるため、透過できるイオンのｍ／ｚの上限が高くなる。

【0042】

図９は、軸電界電極２２と多重極電極２１との電位差が３Ｖおよび６Ｖの条件におけるｍ／ｚ１５０～ｍ／ｚ４０００のイオンの透過率を示す図である。軸電界電極２２と多重極電極２１との電位差が３Ｖの場合には、ｍ／ｚ１７５～ｍ／ｚ２５００、すなわちＬＭＣＯ～ＬＭＣＯ×１４．３の範囲のイオンについて平均透過率９７％が得られた。また、軸電界電極２２と多重極電極２１との電位差が６Ｖの場合には、ｍ／ｚ１７５～ｍ／ｚ１５００、すなわちＬＭＣＯ～ＬＭＣＯ×８．６の範囲のイオンについて平均透過率９７％が得られた。

【0043】

以上のように、本実施形態によるイオンガイド２０によれば、広いｍ／ｚ範囲のイオンを透過させることができる。また、本実施形態によるイオンガイド２０によれば、多重極電極２１および軸電界電極２２ともに板状電極であるため、製作容易性の観点からイオンガイド２０の構成に自由度があり、同じ設計コンセプトで１／２円弧やより複雑な流路形状でも対応できる。よって、将来的に質量分析装置１０のフットプリント（底面積）や形状に応じてフレキシブルに実装することが可能である。

【0044】

（２）第２の実施形態
図１０は、第２の実施形態によるイオンガイド２０１の概略構成例を示す図である。イオンガイド２０１は、直線形状をなし、多重極電極２１と、軸電界電極２２とを備え、軸電界を形成する軸電界電極２２のｘ方向の長さが入口１０Ａでは短く（電極の断面積が小さく）、出口１０Ｂで長く（電極の断面積が大きい）構成されている。なお、イオンガイド２０１の径方向断面での構成、擬ポテンシャル、ＤＣポテンシャル、および中心軸２３上のポテンシャルは、第１の実施形態と同様である。なお、イオンガイド２０１は直線状をなすため、第１の実施形態によるイオンガイド２０と比べて、構造が単純でより安価に実施することができる。一方、イオンがイオンガイド２０１に入射する方向とイオンガイド２０１から出射する方向が同じになるため、ノイズを低減させる効果は、第１の実施形態と比べると小さくなる。

【0045】

（３）第３の実施形態
図１１は、第３の実施形態によるイオンガイド２０２の概略構成例を示すである。イオンガイド２０２では、多重極電極２１と軸電界電極２２が同じｘｚ平面内に存在する。つまり、第１および第２の実施形態では、多重極電極２１と軸電界電極２２がｚ軸方向で空間的に重なるように配置してイオンガイド２０あるいは２０１を構成している（図２ＡおよびＢ、図１０参照）が、第３の実施形態では、台形状あるいは三角形の平板をなす多重極電極２１と台形あるいは三角形をなす軸電界電極２２とを側面で貼り合わせて（短辺（頂点）側と長辺（底辺）側を合わせて貼り合わせる）構成したほぼ矩形の平板電極を４枚（上下一対ずつ）用いてイオンガイド２０２を構成している。あるいは、両者を貼り合わせなくても、互いの側面を対向させて配置し見かけ上ほぼ矩形の平板電極を４枚（上下一対ずつ）用いてイオンガイド２０２を構成してもよい。

【0046】

図１１を参照すると、イオンガイド２０２において、多重極電極２１のｘ方向の長さ（ｘ方向の電極幅）は、イオンガイド２０２の入口１１Ａで長く、出口１１Ｂで短くなっている。また、軸電界電極２２のｘ方向の長さ（ｘ方向の電極幅）は、イオンガイド２０２の入口１１Ａで短く、出口１１Ｂで長くなっている。このような電極構成により、軸電界が形成される。

【0047】

第３の実施形態によるイオンガイド２０２によれば、多重極電極２１と軸電界電極２２が同一平面（ｘｚ平面）に存在するため、第１の実施形態によるイオンガイド２０と比べてｙ軸方向の電極間の間隔が広くなる。このため、入射した帯電液滴と中性夾雑物がより電極にぶつかりにくく、イオンガイド２０２は汚染に強いという特徴を有する。一方、中心軸２３に沿った擬ポテンシャルの深さは一定であり、イオンを収束する効率は比較的低くなる（第１の実施形態との比較）。

【0048】

（４）第４の実施形態
図１２は、第４の実施形態によるイオンガイド２０３の構成例を示す図である。イオンガイド２０３は、軸電界電極２２のｒ軸方向（ｘｚ平面）の幅が一定、多重極電極２１のｒ軸方向（ｘｚ平面）の幅がイオンガイド中心軸上の位置に応じて変化するように構成される。

【0049】

多重極電極２１がイオンガイド２０３の中心軸２３上に形成する電位は、イオンガイド２０３の中心軸２３上から見える多重極電極２１の面積に依存する。このため、イオンガイド２０３の中心軸２３上に多重極電極２１と軸電界電極２２との電位差に応じた軸電界が形成される。

【0050】

（５）第５の実施形態
図１３は、第５の実施形態によるイオンガイド２０４の構成例を示す図である。イオンガイド２０４は、第１の実施形態によるイオンガイド２０の構成要素に加えて、軸電界電極２２よりも中心軸２３に近い位置に第２多重極電極（追加の多重極電極）を備えている。第１多重極電極２２と第２多重極電極２８には同じ電圧が印加される。

【0051】

イオンガイド２０４は、第１の実施形態によるイオンガイド２０と比べて、構成が、多少複雑であるが、イオンガイド２０４の入口１３ＡのＤＣポテンシャルがより高次の多重極に近づく。このため、イオンガイド２０４には、透過するイオンのｍ／ｚ範囲が第１の実施形態によるイオンガイド２０よりの広くなるという利点がある。

【0052】

（６）実施形態のまとめ
各実施形態の特徴は、まとめて表現すると、本開示によるイオンガイドにおいて、多重極電極２１あるいは軸電界電極２２の少なくとも一方のイオンガイド（２０、および２０１から２０４）の中心軸に垂直な断面積が当該イオンガイドの入口（１Ａ、１０Ａ、１１Ａ、１２Ａ、１３Ａ）から出口（１Ｂ、１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂ、１３Ｂ）に掛けて変化することにある。

【0053】

（i）第１の実施形態によれば、軸電界電極２２のイオンガイドの中心軸２３に垂直な断面積がイオンガイド２０の入口１Ａから出口１Ｂに掛けて変化する（大きくなっている）。これにより、イオンガイド出口１Ｂに近づくほど擬ポテンシャルが深くなるファネル状のポテンシャルとすることができ、効率的にイオンの分布を収束させることができる。また、図２Ｃに示すように、多重極電極２１および軸電界電極２２はそれぞれ２対ずつの板状電極として設置される。さらに、多重極電極および軸電界電極の形状は共に入口から出口に掛けて円弧状をなしている（湾曲電極）。具体的には、入口１Ａはｘｙ平面、出口１Ｂはｙｚ平面に存在するため、帯電液滴や中性夾雑物はイオンガイド２０の入口１Ａからｚ軸方向に直進してイオンガイド２０から排除され、イオンのみがイオンガイド２０を通過する。これによりノイズを低減することができる。そして、イオンガイド電源３００により、多重極電極２１には同位相かつ同振幅のＲＦ電圧が印加され、多重極電極２１と軸電界電極２２との間に電位差が生じるように異なるＤＣ電圧が印加される。このように電圧を印加することで電極間の間隔が狭い多重極電極２１と軸電界電極２２との間にはＲＦ電圧の電位差が発生せず、放電を防ぐことができる。

【0054】

さらに、図６から分かるように、イオンガイド２０の中心軸２３沿いに湾曲中心からの角度θにほぼ比例してポテンシャルが減少する。この中心軸２３上のポテンシャルによりイオンを常に一定加速度で加速することができる。一方、イオンガイド２０の出口１Ｂは多重極電極が軸電界電極で覆われるため、ｙｒ平面のＤＣポテンシャルはほぼ均一になる。このため、ＤＣポテンシャルによってイオンの空間分布で広がることがなく、イオンの空間分布を収束させることができる。以上のようにして、イオンガイド２０を用いることにより、広いｍ／ｚ範囲のイオンを透過させることができる。

【0055】

（ii）第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、軸電界電極２２のイオンガイドの中心軸２３に垂直な断面積がイオンガイド２０１の入口１０Ａから出口１０Ｂに掛けて大きくなっており、多重極電極２１および軸電界電極２２の形状は共に直線状をなしている。第２の実施形態によるイオンガイド２０１を用いても、第１の実施形態と同様の技術的効果を期待することができる（電圧印加については第１の実施形態と同様）。

【0056】

（iii）第３の実施形態によれば、板状の軸電界電極２２は中心軸２３に垂直な断面積が入口１１Ａから出口１１Ｂに掛けて大きくなるように構成され、かつ、板状の多重極電極２１は同断面積が入口１１Ａから出口１１Ｂに掛けて小さくなるように構成される（図１１参照）。そして、軸電界電極２２および多重極電極２１は、それぞれの側面同士が対向するように同一平面上に配置される（側面で貼り付けられる、あるいは同一平面（ｘｚ平面）内で並列配置される）。このようにしても、第１の実施形態と同様の技術的効果を期待することができる電圧印加については第１の実施形態と同様）。

【0057】

（iv）第４の実施形態によれば、軸電界電極２２は、イオンガイドの中心軸２３に垂直な断面積が入口１２Ａから出口１２Ｂに掛けて同一となるように構成され、多重極電極２１は、同断面積が入口１２Ａから出口１２Ｂに掛けて大きくなるように構成される（図１２参照）。このように、多重極電極２１を軸電界電極２２よりも相対的に大きく構成（多重極電極２１が軸電界電極２２を覆うように構成）することにより、第１の実施形態と同様の技術的効果を期待することができる（電圧印加については第１の実施形態と同様）。

【0058】

（v）第５の実施形態によれば、多重極電極２１よりも中心軸２３に近い位置に配置された軸電界電極２２のイオンガイドの中心軸２３に垂直な断面積がイオンガイド２０の入口１Ａから出口１Ｂに掛けて大きくなり、多重極電極２１は軸電界電極２２を覆うように配置される（ここまでの構成は第１の実施形態と同一）。さらに、追加の多重極電極２８が軸電界電極２２よりも中心軸２３に近い位置に設けられる。これにより、透過するイオンのｍ／ｚ範囲をさらに広くすることが可能となる。

【0059】

（vi）なお、上記各実施形態の説明は単なる例示であり、本開示の技術を限定するものではなく、様々な変形例が考えられる。各実施形態の記述は本開示の技術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、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。

【符号の説明】

【0060】

２０、２０１、２０２、２０３、２０４ イオンガイド
２１ 多重極電極
２２ 軸電界電極
２３ イオンガイドの中心軸
２８ 第２多重極電極（追加の多重極電極）
２９ イオンガイドの中心軸の円弧中心
１０１ イオン源
１０２ 第１差動排気部
１０３ 第２差動排気部
１０４ 質量分析室
１１１、１１２、１１３ 細孔
１２１ イオンガイド（イオン輸送用）
１２５ 質量フィルタ
１２６ コリジョンセル
１３１、１３２、１３３ 真空ポンプ
３００ イオンガイド電源
３０１ 軸電界電極ＤＣ電源
３０２ 多重極電極ＤＣ電源
３０３ ＲＦ電源

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】