专利名称：质量分析装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够以低成本进行高吞吐量(throughput)分析的质量分析装置。
背景技术：
质量分析装置中，多进行如下顺序的MS/MS分析，即:从由离子源生成的离子中选择特定质量的离子，将该离子分解，对分解的离子的质量进行分析，由此确定试样的详细构造。例如，在离子输送部(QO)、第一离子分离部(Ql)、离子离解部(Q2)、第二离子分离部(Q3)均由多极杆电极(代表性的是四极杆电极)构成的质量分析装置的情况下，通过对QO的多极杆电极施加高频(RF)电压，由离子源生成的离子高效地透过Q0，并导入Q1。通过对Ql的多极杆电极施加RF电压和直流(DC)电压，Ql能够仅使导入的离子中的具有特定质量的离子透过，因此，Ql被称作四极滤质器(QMF)。由Ql选择、分离的特定离子被导入Q2。Q2具有如下功能，即:通过对多极杆电极施加RF电压，一边使离子透过一边使离子与Q2气氛中的中性气体(氮、氦、氩等)碰撞，由此进行分解(CID)的功能，因此，Q2被称作碰撞单元。由Q2分解的离子被导入Q3。Q3通过与Ql同样地对多极杆电极施加RF电压和DC电压，能够使导入的离子一边根据质量进行分离一边透过，因此，Q3也被称作QMF。由Q3分离的离子根据质量从出口排出，由检测器进行检测。通常情况下 ，Q2中的离子离解通过与中性气体的碰撞进行，因此，被导入Q2的离子反复进行碰撞，由此，移动速度减缓，Q2的透过时间变长。虽然也取决于Q2的长度及离子的质量等，但透过Q2通常要数ms以上。因此，难以提高分析的吞吐量。专利文献I中，为了使Q2中的离子透过时间缩短，提出有各种方案。如下示出详细情况。(I)将多极杆电极在轴向分割，对分割的电极施加不同的DC偏置电压，由此形成轴电场，通过该电场使离子在轴向加速进行透过。(2)由锥状的杆电极构成多极杆电极，由此形成轴电场，通过该电场使离子在轴向加速进行透过。(3)将多极杆电极的杆电极倾斜配置，由此形成轴电场，通过该电场使离子在轴向加速进行透过。(4)在多极杆电极的杆电极的间隙位置配置形成轴电场的电极，通过该电场使离子在轴向加速进行透过。(5)由具有电阻体被膜的杆电极构成多极杆电极，在杆电极的两端施加电位差，由此形成轴电场，通过该电场使离子在轴向加速进行透过。现有技术文献专利文献专利文献1:美国专利5，847，386发明内容
专利文献I中记载的各装置结构(I) (5)存在如下问题点。(I)为了得到用于使离子加速的有效的轴电场，需要形成更连续的电场。因此，需要将杆电极分割成更短的长度，但由于需要增大电极数量，所以配线变得繁杂，组装也复杂，导致成本增加。(2)锥状的杆电极，不仅电极自身的制法复杂，保持电极的部件形状也复杂，不容易维持组装精度。(3)与锥杆不同，电极自身的制法较为简单，但保持电极的部件形状复杂，不容易维持组装精度。(4)由于在杆电极的间隙位置配置电极，因此，不仅部件数量增多，而且组装也复杂，导致成本增加。(5)具有电阻体被膜的杆电极在制作时需要得到均匀的膜厚，因此，制法成本变高。另外，由电阻体构成施加RF电压的杆电极，并在其两端施加电位差，因此，电源的结构变得复杂。

发明内容
作为本发明的代表性的结构，为一种质量分析装置，具备具有多极杆电极的离子透过部，其特征在于，多极杆电极具有在轴向彼此不同的位置被分割成多个节杆的杆电极。进而，通过按由多极杆形成的每个节杆组设置电源，不按节杆组的数量来形成电位状态不同的区域，而是根据杆电极的分割位置来形成电位状态不同的区域。发明效果

根据本发明，能够实现以低成本化的结构来缩短离子透过时间的离子透过部，能够进行高吞吐量的分析。


图1是实施例1的装置结构图。图2是实施例1的杆电极的分割位置的说明图。图3是实施例1的模拟模型的说明图。图4是实施例1的中心电位的模拟结果的说明图。图5是实施例1的离子透过时间的模拟结果的说明图。图6是实施例1的LMCO下限的模拟结果的说明图。图7是实施例2的装置结构图。图8是实施例2的杆电极的分割位置的说明图。图9是实施例3的装置结构图。图10是实施例3的杆电极的分割位置的说明图。图11是实施例4的装置结构图。图12是实施例4的杆电极的分割位置的说明图。图13是实施例5的装置结构图。图14是实施例5的杆电极的分割位置的说明图。图15是实施例6的杆电极的分割位置的说明图。图16是实施例7的杆电极的分割位置的说明图。
图17是实施例8的装置结构图。图18是实施例9的装置结构图。图19是实施例10的装置结构图。图20是实施例11的装置结构图。图21是实施例12的杆电极的分割位置的说明图。图22是实施例13的装置结构图。
具体实施例方式实施例1实施例1中，对在构成离子透过部的多极杆电极由四根杆电极构成的四极杆电极中将所有的各杆电极在轴向不同的位置分割成两部分的结构进行说明。图1及图2表示使用了本方式的四极杆电极的结构的说明图。图1是有关各杆电极的配置及电压施加方法的说明图，图2是各杆电极的分割位置的说明图。多极杆电极I由四根杆电极2A 2D构成。四根杆电极2A 2D分别被分割成节杆2A-l、2A-2、2B-l、2B-2、2C-l、2C-2、2D-l、2D-2。在将多极杆电极I用作离子透过部37的情况下，从多极杆电极I的一端导入离子3，透过多极杆电极1，从相反侧排出离子4。接下来，对利用电源及电路5对多极杆电极I施加电压的方法做如下说明。对杆电极2A、2B和杆电极2C、2D施加反相位的高频电压6，并且对由多极杆(2A-1、2B_1、2C_1、2D-1)构成的节杆组和由多极 杆(2A-2、2B-2、2C-2、2D-2)构成的节杆组分别施加不同的直流电压Vl、V2。对节杆2A-1、2B-1，经由电容器Cl施加高频电压6，且经由电阻Rl施加直流电压VI。对节杆2C-1、2D-1，经由电容器C2施加高频电压6，且经由电阻R2施加直流电压VI。对节杆2A-2、2B-2，经由电容器C3施加高频电压6，且经由电阻R3施加直流电压V2。对节杆2C-2、2D-2，经由电容器C4施加高频电压6，且经由电阻R4施加直流电压V2。接着，说明各杆电极的分割位置。如图2所示，将四根杆电极2A 2D分别在轴向不同的位置分割成两部分，由此，外观上能够分割成5个节SI S5。这样，由于具有以分割位置在径向不重叠的方式分割的杆电极，因此，关于电位状态不同的轴向区域，不是仅以与节杆的数量相应的数量形成，而是能够以比节杆的数量多的由轴向分割位置所划分出的区域的数量形成。即，如图1所示，在对节杆2A-1、2B-1、2C-1、2D-1和节杆2A-2、2B-2、2C-2、2D-2分别施加不同的直流电压V1、V2的情况下，各节SI S5的平均电位在节 SI 为(4XVl)/4，在节 S2 为(3XVl+V2)/4，在节 S3 为(2XVl+2XV2)/4，在节 S4 为(Vl+3XV2)/4，在节S5为(4XV2)/4，从而能够分割成具有五种不同的平均电位的节SI S5。此时分割出的各节SI S5也可以以节的长度LI L5表示。此外，多极杆电极中只要含有以分割位置在径向彼此不重叠的方式分割的杆电极即可，在多极杆电极中也可以含有未分割的杆电极。其次，使用图3说明用于对图1、图2中说明的多极杆电极I的中心电位等进行模拟的模型。多极杆电极I的详细构造及电压施加方法与图1及图2相同。图3中，图3的(A)为A-A剖面图，图3的⑶为B-B剖面图，图3的(C)为C-C剖面图。在从多极杆电极I的一端离开间隙距离Gl的位置配置有入口电极7，在从多极杆电极I的一端的相反端离开间隙距离G2的位置配置有出口电极8，入口电极7和出口电极8分别具有开口部9、10，入口电极7和出口电极8分别被施加直流电压Vin、Vout。图4中示出对节杆2A-1 2D-1施加的直流电压Vl = 5V、对节杆2A-2 2D-2施加的直流电压V2 = 0V、直流电压Vin = 5V、Vout = -10V、间隙距离Gl = 4mm、G2 = 2mm时的中心电位的模拟结果。图4的中心电位的模拟结果11中，示出了将四根杆电极2A 2D在轴向不同的位置分割成两部分的本方式的结果12和将全部杆电极在轴向相同的位置分割成三部分的结果13。本方式的结果12是使多极杆电极I的节的长度L1、L2、L3、L4、L5分别为20mm、10mm、10mm、10mm、20mm(合计70mm)时的结果。与之相对，分割成三部分的结果13是将所有的杆分割成20mm、30mm、20mm(合计70mm)这三部分时的结果。根据图4的本方式的结果12可知，通过在轴向不同的位置分割四根杆电极2A 2D，通过较少的分割数也使外观上的分割数增加，因此，不会成为分割成三部分的结果13那样的阶梯状的电场，能够得到相对于轴向连续且平滑的倾斜电位。此夕卜，图4的横轴的Omm的位置为入口电极7的位置,76mm的位置为出口电极8的位置。另外，使多极杆电极I的内切圆半径r0为r0 = 4.35mm、四根杆电极2A 2D的杆直径DSD = 10mm。接着使用图3的模型，对离子一边与多极杆电极I的气氛中的缓冲气体碰撞一边透过的时间进行模拟而得到的结果在图5中示出。图5的离子透过时间的模拟结果14中分别示出了:对节杆2A-1 2D-1施加的直流电压Vl与对节杆2A-2 2D-2施加的直流电压 V2 的电位差 V1-V2 为 10V、5V、2V、1V、0.5V、0.2V、0.1V,OV 的结果 15 22。图 5 的横轴表示透过时间(T0F),纵轴表示在横轴所示的TOF的范围内透过并被计数的离子的个数。图5中，在电位差为0.5V以上的条件下，离子透过的时间常数在IOOii s以内，能够在短时间内使离子透过多极杆电极I。此外，模拟的条件为:离子的质荷比(m/z) = 600(正离子)、碰撞截面积=2.8e-18m2、离子个数=1000个、缓冲气体=氮IOmTorr (1.3Pa)、离子的入射能量=IOeV0接着，使用图3的模型，通过模拟对可透过多极杆电极I的离子的m/z求出此时的低质量截留(LMCO:Low Mass Cut Off)的下限而得到的结果在图6中示出。图6的LMCO下限的模拟结果23中分别示出了对节杆2A-1 2D-1施加的直流电压Vl与对节杆2A-2 2D-2施加的直流电压V2的电位差V1-V2为5V、2V、1V、0.5V的结果24 27。LMCO下限是指在该条件时可透过的m/z下限，可以说对于透过离子的m/z而言，LMCO下限的m/z越小,可透过的m/z范围(质量窗(mass window))越大。尤其是,在将由多极杆电极I构成的离子透过部37用作离子离解机构的情况下，透过离子与缓冲气体碰撞并分解,生成碎片离子，因此,低质量侧尤其要求大质量窗。在本方式中，在图1及图2所示的节S2 S4中，由于施加不同的直流电压Vl或V2的节杆同时存在，所以在径向产生电位梯度。在LMCO低的条件下，多极杆电极内的赝势降低，因此，因节杆的电位差所导致的径向的电位梯度使得离子有很大可能性在径向被排除，但根据图6可知，电位差为IV左右时，例如相对于m/z = 400的透过离子，LMCO下限为m/z = 30左右，能够确保10倍以上的质量窗，因此，本方式能够实际应用。另外，如图1及图2所示，使从一端(例如图的左侧)观察时最短的节杆2A-1和其次短的节杆2B-1配置在相对位置，由此，能够将径向的电位梯度的影响抑制在最小限度内。详细而言，在节SI的区域，对所有的节杆2A-1 2D-1施加相同的直流电压VI，因此，在径向对称，从而不会产生径向的电位梯度。在节S2的区域，对节杆2B-1 2D-1施加直流电压VI，对节杆2A-2施加直流电压V2，因此，在径向不对称，因此，产生径向的电位梯度。在节S3的区域，对节杆2C-1 2D-1施加直流电压VI，对节杆2A-2 2B-2施加直流电压V2，因此，在相对位置的节杆彼此之间施加相同的直流电压，因此，在多极杆电极I的中心轴附近，几乎不产生径向的电位梯度。即，在离子从节SI通过S3时，由于使比节杆2A-1其次短的节杆2B-1配置在相对位置，由此，即使因节S2上的径向的电位梯度而导致轨道不稳定，也能够通过节S3使离子再次收敛于中心轴附近。与之相对，若将节杆2C-1或2D-1的长度设为比节杆2A-1其次短，则在节S3，也会在中心轴上产生径向的电位梯度，由于连续地受电位梯度影响的区域增长，导致离子轨道的不稳定状态也连续，因此，因高频电压6的影响而导致离子在径向被排除。本方式中，作为离子为正离子的情况，说明了对节杆2A-1 2D-1施加的直流电压Vl和对节杆2A-2 2D-2施加的直流电压V2的关系为Vl > V2的情况，但通过设为Vl< V2的条件，能够得到与图4相反梯度的电位(出口电极8的方向高)，从而也能够成为对负离子的加速有效的条件。关于直流电压的大小，只要使对离子导入侧的节杆组施加的电压值的绝对值比对离子排出侧的节杆组施加的电压值的绝对值大即可。在本方式中，像这样，要在轴向形成不同电位状态的区域，不需要该不同电位状态的区域的数量的直流电源。只要有分割成的节杆组的数量的直流电源，就能够根据杆的分割位置形成比节杆组的数量多的不同电位状态的区域。因此，电源及配线的结构简单，能够缩短离子透过时间，而且能够进行高吞吐量的分析。以上，在实施例1中，说明了在构成离子透过部的多极杆电极由四根杆电极构成的四极杆电极中将所有的各杆电极在轴向不同的位置分割成两部分的结构的、原理及效
果O实施例2·
实施例2中，对在构成离子透过部的多极杆电极由四根杆电极构成的四极杆电极中将所有的各杆电极在轴向不同的位置分割成三部分的结构进行说明。图7及图8表示使用了本方式的四极杆电极的结构的说明图。图7是有关各杆电极的配置及电压施加方法的说明图，图8是各杆电极的分割位置的说明图。多极杆电极I由四根杆电极2A 2D构成。四根杆电极2A 2D被分割成各节杆2A-1、2A-2、2A-3、2B-1、2B-2、2B-3、2C-1、2C-2、2C-3、2D-1、2D-2、2D-3。在将多极杆电极 I用用作离子透过部37的情况下，从多极杆电极I的一端导入离子3，透过多极杆电极1，并从相反侧排出离子4。接下来，对利用电源及电路5对多极杆电极I施加电压的方法进行如下说明。对杆电极2A、2B和杆电极2C、2D施加反相位的高频电压6，而且，对节杆2A-1、2B_1、2C-1、2D_1和节杆2A-2、2B-2、2C-2、2D-2以及节杆2A_3、2B-3、2C-3、2D_3分别施加不同的直流电压Vl、V2、V3。对节杆2A-1、2B-1，经由电容器Cl施加高频电压6，经由电阻Rl施加直流电压Vl。对节杆2C-1、2D-1，经由电容器C2施加高频电压6，经由电阻R2施加直流电压Vl。对节杆2A-2、2B-2，经由电容器C3施加高频电压6，经由电阻R3施加直流电压V2。对节杆2C-2、2D-2，经由电容器C4施加高频电压6，经由电阻R4施加直流电压V2。对节杆2A_3、2B-3，经由电容器C5施加高频电压6，经由电阻R5施加直流电压V3。对节杆2C-3、2D-3，经由电容器C6施加高频电压6，经由电阻R6施加直流电压V3。接下来，说明各杆电极的分割位置。如图8所示，将四根杆电极2A 2D分别在轴向不同的位置分割成三部分，由此，外观上能够分割成9个节SI S9。S卩，与实施例1同样地，能够分割成具有9种不同平均电位的节SI S9。此时分割出的各节SI S9也可以由节的长度LI L9表示。实施例2中，也能够得到与实施例1相同的效果，并且，由于分割数比实施例1多，所以能够得到更连续且平滑的轴向的倾斜电位。另外，如图7及图8，使从一端(例如图的左侧)观察最短的节杆2A-1和其次短节杆2B-1配置在相对位置，由此，能够将径向电位梯度的影响抑制在最小限度内。以上，在实施例2中，说明了在构成离子透过部的多极杆电极由四根杆电极构成的四极杆电极中将所有的各杆电极在轴向不同的位置分割成三部分的结构的、原理及效果。实施例3实施例3 中，说明如下结构，即:在构成离子透过部的多极杆电极由四根杆电极构成的四极杆电极中，将处于相对位置的两根杆电极的电极对彼此在轴向相同的位置分割成三部分，但不同的电极对间在轴向不同的位置分割成三部分。图9及图10表示使用了本方式的四极杆电极的结构的说明图。图9是有关各杆电极的配置及电压施加方法的说明图，图10是各杆电极的分割位置的说明图。多极杆电极I由四根杆电极2A 2D构成。四根杆电极2A 2D分别被分别分割成节杆 2A-1、2A-2、2A-3、2B-1、2B-2、2B-3、2C-1、2C-2、2C-3、2D-1、2D-2、2D-3。在将多极杆电极I用用作离子透过部37的情况下，从多极杆电极I的一端导入离子3，透过多极杆电极1，从相反侧排出离子4。接下来，对通过电源及电路5对多极杆电极I施加电压的方法做如下说明。对杆电极2A、2B和杆电极2C、2D施加反相位的高频电压6，而且，对节杆2A-1、2B_1、2C-1、2D_1和节杆2A-2、2B-2、2C-2、2D-2以及节杆2A_3、2B-3、2C-3、2D_3分别施加不同的直流电压V1、V2、V3。对节杆2A-1、2B-1，经由电容器Cl施加高频电压6，经由电阻Rl施加直流电压VI。对节杆2C-1、2D-1，经由电容器C2施加高频电压6，经由电阻R2施加直流电压VI。对节杆2A-2、2B-2，经由电容器C3施加高频电压6，经由电阻R3施加直流电压V2。对节杆2C-2、2D-2，经由电容器C4施加高频电压6，经由电阻R4施加直流电压V2。对节杆2A_3、2B_3，经由电容器C5施加高频电压6，经由电阻R5施加直流电压V3。对节杆2C-3、2D-3，经由电容器C6施加高频电压6，经由电阻R6施加直流电压V3。接着，说明各杆电极的分割位置。如图10所示，四根杆电极2A 2D中，处于相对位置的两根杆电极2A、2B及2C、2D在轴向相同的位置被分割成三部分,且不同的电极对间在轴向不同的位置被分割成三部分，由此，外观上能够分割成5个节SI S5。S卩，与实施例1同样地，能够分割成具有5种不同的平均电位的节SI S5。此时分割出的各节SI S5也可以以节的长度LI L5表示。实施例3中也能够得到与实施例1或实施例2相同的效果，可是由于外观上的分割数少于使用同样的分割成三部分的杆电极的实施例2，所以轴向的倾斜电位的连续状态稍差，但由于相对位置的杆电极的分割位置在轴向一致，所以在节SI S5的所有区域对相对位置的节杆施加彼此相同的直流电压。因此，能够在整个区域范围内减小多极杆电极I的中心轴附近的径向电位梯度的影响。以上，在实施例3中说明了在构成离子透过部的多极杆电极由四根杆电极构成的四极杆电极中、处于相对位置的两根杆电极的电极对在轴向彼此相同的位置被分割成三部分，不同的电极对间在轴向不同的位置被分割成三部分的结构的、原理及效果。实施例4实施例4中，对在构成离子透过部的多极杆电极由六根杆电极构成的六极杆电极中将所有的各杆电极在轴向不同的位置分割成两部分的结构进行说明。图11及图12表示使用了本方式的六极杆电极的结构的说明图。图11是有关各杆电极的配置的说明图，图12是各杆电极的分割位置的说明图。多极杆电极I由六根杆电极2A 2F构成。六根杆电极2A 2F分别被分割成节杆 2A-1、2A-2、2B-1、2B-2、2C-1、2C-2、2D-1、2D-2、2E-1、2E-2、2F-1、2F-2。在将多极杆电极I用用作离子透过部37的情况下，从多极杆电极I的一端导入离子3，透过多极杆电极1，从相反侧排出离子4。省略有关通过电源及电路5对多极杆电极I施加电压的方法的基于附图进行的详细说明，但与实施例1大致相同，对杆电极2A、2D、2E和杆电极2B、2C、2F施加反相位的高频电压 6，并且，对节杆 2A-1、2B-1、2C-1、2D-1、2E-1、2F-1 和节杆 2A_2、2B-2、2C-2、2D_2、2E-2、2F-2分别施加不同的直流电压Vl、V2。接下来，说明 各杆电极的分割位置。如图12所示，将六根杆电极2A 2F分别在轴向不同的位置分割成两部分，由此，外观上能够分割成7个节S I S7。即，能够分割成具有7种不同的平均电位的节S I S7。此时分割出的各节SI S7也可以以节的长度LI L7表示。本实施例中，也能够得到与实施例1相同的效果，虽然与实施例1同样地分割成两部分，但杆电极的根数多，所以外观上的分割数增多，能够得到更为连续且平滑的轴向的倾斜电位。另外，通常情况下，六极的多极杆电极的质量窗比四极宽，因此，即使在有径向电位梯度的影响的情况下，也能够确保比四极宽的质量窗。另外，如图11及图12所示，使从一端(例如图的左侧)观察时最短的节杆2A-1和其次短的节杆2B-1配置于相对位置，并且，使第三短的节杆2C-1的其次短的节杆2D-1配置于其相对位置、使第五短的节杆2E-1的其次短的节杆2F-1配置于其相对位置，由此，能够将径向电位梯度的影响抑制在最小限度内。也就是说，在从一端观察时第奇数个短的节杆的相对位置配置其次短的节杆至为重要。以上，在实施例4中，说明了在构成离子透过部的多极杆电极由六根杆电极构成的六极杆电极中将所有的各杆电极在轴向不同的位置分割成两部分的结构的、原理及效果。实施例5实施例5中，对在构成离子透过部的多极杆电极由八根杆电极构成的八极杆电极中将所有的各杆电极在轴向不同的位置分割成两部分的结构进行说明。图13及图14表示使用了本方式的八极杆电极的结构的说明图。图13是有关各杆电极的配置的说明图，图14是各杆电极的分割位置的说明图。多极杆电极I由八根杆电极2A 2H构成。八根杆电极2A 2H分别被分割成节杆 2A-1、2A-2、2B-1、2B-2、2C-1、2C-2、2D-1、2D-2、2E-1、2E-2、2F-1、2F-2、2G-1、2G-2、2H-1、2H-2。在将多极杆电极I用作离子透过部37的情况下，从多极杆电极I的一端导入离子3，透过多极杆电极1，从相反侧排出离子4。省略通过电源及电路5对多极杆电极I施加电压的方法的基于附图进行的详细说明，但与实施例1大致相同，对杆电极2A、2B、2C、2D和杆电极2E、2F、2G、2H施加反相位的高频电压 6，并且，对节杆 2A-1、2B-1、2C-1、2D-1、2E-1、2F-1、2G-1、2H-1 和节杆 2A_2、2B_2、2C-2、2D-2、2E-2、2F-2、2G-2、2H-2 分别施加不同的直流电压 Vl、V2。接下来，说明各杆电极的分割位置。如图14所示，将八根杆电极2A 2H分别在轴向不同的位置分割成两部分，由此，外观上能够分割成9个节SI S9。即，能够分割成具有9种不同的平均电位的节SI S9。此时分割出的各节SI S9也可以以节的长度LI L9表示。在本实施例中，也能够得到与实施例1及实施例4相同的效果，但即使与实施例1及实施例4同样地分割成两部分，也由于杆电极的根数多因而外观上的分割数增多，从而能够得到更连续且平滑的轴向的倾斜电位。另外，通常情况下，八极的多极杆电极的质量窗比四极及六极宽，因此，即使在有径向电位梯度的影响的情况下，也能够确保比四极及六极宽的质量窗。另外，如图13及图14，使从一端(例如图的左侧)观察时最短的节杆2A-1和其次短的节杆2B-1配置于相对位置，并且，使第三短的节杆2C-1的其次短的节杆2D-1配置于其相对位置，使第五短的节杆2E-1的其次短的节杆2F-1配置于其相对位置，使第七短的节杆2G-1的其次短的节杆2H-1配置于其相对位置，由此，能够将径向电位梯度的影响抑制在最小限度内。即，在从一端观察时第奇数个短的节杆的相对位置配置其次短的节杆至为重要。以上，在实施例5中，说明了在构成离子透过部的多极杆电极由八根杆电极构成的八极杆电极中将所有的各杆电极在轴向不同的位置分割成两部分的结构的、原理及效果。根据实施例1、实施例2、实施例4和实施例5，在将所有的各杆电极在轴向不同的位置进行了分割的多极杆电极中，将杆电极数设为P、分割数设为n的情况下，节数能够由公式I定义，其值在已说明的实施例以外的杆电极数及分割数中也是同样的。另外，在杆电极数为偶数的情况下，与已说明的实施例同样地，在从一端观察时第奇数个短的节杆的相对位置配置其次短的节杆至为重要。节数=PXn-(P-1)(公式I)实施例6在实施例6中，说明如下结构，即:在构成离子透过部的多极杆电极由六根杆电极构成的六极杆电极中处于相对位置的两根杆电极的电极对在轴向彼此相同的位置被分割成三部分，不同的电极对间在轴向不同的位置被分割成三部分。图15表示使用了本方式的六极杆电极的各杆电极的分割位置的说明图。此外，关于各杆电极的配置， 与图11所示的杆电极的附图标记(2A 2F)相同，省略本实施例的基于附图进行的详细说明。六根杆电极2A 2F中，将处于相对位置的两根杆电极2A、2B和2C、2D以及2E、2F在轴向相同的位置分割成三部分，不同的电极对间在轴向不同的位置分割成三部分，分割成节杆2A-1 2F-3，由此，外观上能够分割成7个节SI S7。S卩，与实施例4同样地能够分割成具有7种不同的平均电位的节SI S7。此时分割出的各节SI S7也可以以节的长度LI L7表示。实施例6中也能够得到与实施例4相同的效果，但由于相对位置的杆电极的分割位置在轴向一致，所以能够降低径向电位梯度的影响。以上，实施例6中，说明了在构成离子透过部的多极杆电极由六根杆电极构成的六极杆电极中将处于相对位置的两根杆电极的电极对彼此在轴向相同的位置分割成三部分，不同的电极对间在轴向不同的位置分割成三部分的结构的、原理及效果。实施例7实施例7中，说明如下结构，即:在构成离子透过部的多极杆电极由八根杆电极构成的八极杆电极中将处于相对位置的两根杆电极的电极对彼此在轴向相同的位置分割成三部分，不同的电极对间在轴向不同的位置分割成三部分。图16表示使用了本方式的八极杆电极的各杆电极的分割位置的说明图。此外，关于各杆电极的配置，与图13所示的杆电极的附图标记(2A 2H)相同，从而省略本实施例中的基于附图进行的详细说明。八根杆电极2A 2H中，将处于相对位置的两根杆电极2A、2B ;2C、2D ;2E、2F及2G、2H在轴向相同的位置分割成三部分，不同的电极对间在轴向不同的位置分割成三部分，分割成节杆2A-1 2H-3，由此，外观上能够分割成9个节SI S9。S卩，与实施例5同样地，能够分割成具有9种不同的平 均电位的节SI S9。此时分割出的各节SI S9也可以以节的长度LI L9表示。实施例7中，也能够得到与实施例5相同的效果，但由于相对位置的杆电极的分割位置在轴向一致，所以能够降低径向电位梯度的影响。以上，实施例7中，说明了在构成离子透过部的多极杆电极由八根杆电极构成的八极杆电极中将处于相对位置的两根杆电极的电极对彼此在轴向相同的位置分割成三部分，不同的电极对间在轴向不同的位置分割成三部分的结构的、原理及效果。根据实施例3、实施例6和实施例7,构成为多极杆电极的处于相对位置的两根杆电极的电极对彼此在轴向相同的位置进行分割、不同的电极对间在轴向不同的位置进行分割的多极杆电极中，将杆电极数设为P、将分割数设为n的情况下，节数能够由公式2定义，其值在已说明的实施例以外的杆电极数及分割数中也是相同的。节数=(P/2)Xn-((P/2)_1)(公式 2)实施例8实施例8中，说明如下结构，S卩:在构成离子透过部的多极杆电极由以直角且呈L字型弯曲的四根杆电极构成的四极杆电极中将所有的各杆电极在轴向不同的位置分割成三部分。图17表示有关使用了本方式的四极杆电极的各杆电极的配置的说明图。多极杆电极I由四根杆电极2A 2D构成。四根杆电极2A 2D分别被分割成节杆 2A-1、2A-2、2A-3、2B-1、2B-2、2B-3、2C-1、2C-2、2C-3、2D-1、2D-2、2D-3。在将多极杆电极I用作离子透过部37的情况下，从多极杆电极I的一端导入离子3，透过多极杆电极1，从相反侧排出离子4。省略通过电源及电路5对多极杆电极I施加电压的方法的基于附图进行的详细说明，但与实施例2大致相同地，对杆电极2A、2B和杆电极2C、2D施加反相位的高频电压6，而且，对节杆 2A-1、2B-1、2C-1、2D-1 和节杆 2A-2、2B-2、2C-2、2D-2 以及节杆 2A-3、2B-3、2C-3、2D-3分别施加不同的直流电压V1、V2、V3。通过将四根杆电极2A 2D分别在轴向不同的位置分割成三部分，虽然省略了基于附图的详细说明，但根据公式I，外观上能够分割成9个节。本实施例的效果与实施例2大致相同，但通过将多极杆电极弯曲成L字型，能够除去直行的噪声成分。噪声成分中有随机的噪声和带电液滴等，前者不带电荷，所以直行，后者处于透过多极杆电极I的质量范围外，所以无法呈L字型地沿多极杆电极I透过。另一方面，关于离子，因多极杆电极I的高频电压6而收敛于中心轴上，因此，能够沿L字型地透过多极杆电极I。进而，由于如实施例3那样制成如下结构的多极杆电极，即:多极杆电极的处于相对位置的两根杆电极的电极对彼此在轴向相同的位置被分割、不同的电极对间在轴向不同的位置被分割，因此，在本实施例那样的L字型的多极杆电极中，也能够降低径向电位梯度的影响。

进而，在实施例4 7所示的六极、八极等各种多极杆电极的结构中，也能够使用本实施例那样的L字型的多极杆电极。以上，实施例8中，说明了在构成离子透过部的多极杆电极由以直角且呈L字型弯曲的四根杆电极构成的四极杆电极中将各杆电极分割的结构。实施例9实施例9中，说明如下结构，即:在构成离子透过部的多极杆电极由以180度且呈U字型弯曲的四根杆电极构成的四极杆电极中将所有的各杆电极在轴向不同的位置分割成四部分的结构。图18表示有关使用了本方式的四极杆电极的各杆电极的配置的说明图。多极杆电极I由四根杆电极2A 2D构成。四根杆电极2A 2D分别被分割成节杆 2A-1、2A-2、2A-3、2A-4、2B-1、2B-2、2B-3、2B-4、2C-1、2C-2、2C-3、2C-4、2D-1、2D-2、2D-3、2D-4。在将多极杆电极I用作离子透过部37的情况下，从多极杆电极I的一端导入离子3，透过多极杆电极1，从相反侧排出离子4。省略通过电源及电路5对多极杆电极I施加电压的方法的基于附图进行的详细说明，但与实施例2大致相同，对杆电极2A、2B和杆电极2C、2D施加反相位的高频电压6，并且，对节杆 2A-1、2B-1、2C-1、2D-1 ;节杆 2A-2、2B-2、2C-2、2D-2 ;节杆 2A-3、2B-3、2C-3、2D-3和节杆2A-4、2B-4、2C-4、2D-4分别施加不同的直流电压。通过将四根杆电极2A 2D分别在轴向不同的位置分割成四部分，虽然省略了基于附图的详细说明，但根据公式1，外观上能够分割成13个节。本实施例的效果与实施例8大致相同，且由于将多极杆电极弯曲成U字型，所以能够节省空间地安装可除去直行的噪声成分的多极杆电极。
进而，由于如实施例3那样制成如下结构的多极杆电极，即:将多极杆电极的处于相对位置的两根杆电极的电极对在轴向彼此相同的位置分割、不同的电极对间在轴向不同的位置分割，因此，在本实施例那样的U字型的多极杆电极中也能够降低径向电位梯度的影响。进而，实施例4 7所示的六极、八极等各种多极杆电极的结构中，也能够使用本实施例那样的U字型的多极杆电极。以上，实施例9中，说明了在构成离子透过部的多极杆电极由以直角且呈U字型地弯曲的四根杆电极构成的四极杆电极中将各杆电极分割的结构。实施例10实施例10中，对使实施例1 实施例9中说明的使用多极杆电极的离子透过部作为离子离解部(Q2)发挥功能的结构的质量分析装置进行说明。图19示出了使本方式的离子透过部37作为离子离解部Q2发挥功能时的质量分析装置28的结构。质量分析装置28主要由离子源29和真空室30构成。离子源29能够使用采用了大气压化学电离法(APCI)、电喷雾电离法(ESI)或其它各种电离法的离子源。真空室30被分成第一真空室31、第二真空室32和第三真空室33，它们分别独立地通过真空泵(未图示)排气，且分别被保持在数百Pa以下、数Pa以下、0.1Pa以下的压力区域。另外，质量分析装置28具备用于接受来自用户的指示输入或接收电压等的控制的控制部41。具体而言，具备输入输出部及存储器等，且具有用于控制质量分析装置28的各电压的电源操作所需的软件等。由离子源29生成 的离子通过第一细孔34被导入第一真空室31。之后，离子通过第二细孔35被导入第二真空室32。之后，离子通过离子输送部Q0。离子输送部QO能够使用由多个杆电极构成的多极杆电极、由多个圆板上的电极等构成的静电透镜等。通过了离子输送部QO的离子通过第三细孔36被导入第三真空室33。之后，离子通过第一离子分离部Q1。第一离子分离部Ql使用由四根杆电极构成的四极滤质器(QMF)等，从被导入第一离子分离部Ql的离子中仅分离出具有特定质荷比(m/z)的离子并使其通过。通过了第一离子分离部Ql的特定m/z的离子被导入离子透过部37。本方式的离子透过部37作为离子离解部Q2发挥功能，主要由多极杆电极1、入口电极7、出口电极8等构成。多极杆电极I能够使用实施例1 实施例9中说明的多极杆电极I。从入口电极7的开口部9导入的离子3与从配管38导入的中性气体碰撞而分解。之后，离子4从出口电极8的开口部10排出。中性气体使用氮、氦、氩等。离子离解部Q2由于需要用中性气体充满内部，所以具有外壳39，且将内部保持在数Pa以下。透过了离子透过部37的离子4被导入第二离子分离部Q3。第二离子分离部Q3使用由四根杆电极构成的QMF等，使导入到第二离子分离部Q3的离子与m/z相应地分离并通过。通过了第二离子分离部Q3的离子由检测器40检测。检测器40通常使用将离子变换成电子并放大后进行检测的电子倍增管或多通道板(MCP)等方式。根据本方式，离子透过离子离解部Q2的透过时间缩短，因此，能够进行吞吐量高的分析。以上，实施例10中，说明了使实施例1 实施例9中说明的离子透过部作为离子离解部发挥功能的结构的质量分析装置。实施例11实施例11中，对使实施例1 实施例9中说明的使用了多极杆电极的离子透过部作为离子输送部(QO)发挥功能的结构的质量分析装置进行说明。图20表示本方式的使离子透过部37作为离子输送部QO发挥功能时的质量分析装置28的结构。质量分析装置28主要由离子源29和真空室30构成。离子源29能够使用采用了APC1、ESI及其它各种电离法的离子源。真空室30被分成第一真空室31、第二真空室32和第三真空室33，分别独立地通过真空泵(未图示)被排气，且分别被保持在数百Pa以下、数Pa以下、0.1Pa以下的压力区域。由离子源29生成的离子通过第一细孔34被导入第一真空室31。之后，离子通过第二细孔35被导入第二真空室32。之后，离子通过离子输送部Q0。离子输送部QO能够使用实施例1 实施例9中说明的多极杆电极1，电压的施加方法等也基本上相同，但相较于作为离子离解部Q2使用的情况，通常高频电压6及直流电压Vl V3的电压条件不同。另夕卜，也可以不具有在离子离解部Q2中使用的入口电极7、出口电极8、配管38及外壳39等。通过了尚子输送部QO的尚子通过第三细孔36被导入第三真空室33。之后，尚子通过第一离子分离部Ql。第一离子分离部Ql使用由四根杆电极构成的QMF等，从被导入第一离子分离部Ql的离子中仅分离出具有特定m/z的离子并使其通过。通过了第一离子分离部Ql的特定m/z的离子被导入离子离解部Q2。透过了离子离解部Q2的离子被导入第二离子分离部Q3。第二离子分离部Q3使用由四根杆电极构成的QMF等，使导入到第二离子分离部Q3的离子与m/z相应地分离并通过。通过了第二离子分离部Q3的离子由检测器40进行检测。另外，质量分析装置28具备用于接受来自用户的指示输入、接收电压等的控制的控制部41。根据本方式，离子透过离子输送部QO的透过时间缩短，所以能够进行吞吐量高的分析。另外，本方式也可以与实施例10同时使用。即，离子输送部QO和离子离解部Q2都可以为使用实施例1 实施例9中说明的离子透过部37的结构。以上，在实施例11中，对使实施例1 实施例9中说明的离子透过部作为离子输送部发挥功能的结构的质量分析装置进行了说明。实施例12实施例12中，说明如下实施例，即:在构成离子透过部的多极杆电极由四根杆电极构成的四极杆电极中，将所有的各杆电极在轴向不同的位置分割成两部分的结构中的、导入离子的入口侧被分割出的节的长度短。图21表示使用了本方式的四极杆电极的各杆电极的分割位置的说明图。此外，有关各杆电极的配置，与图1所示的杆电极的附图标记(2A 2D)相同，省略本实施例中的基于附图的详细说明。另外，电源及电路5的电压施加方法也与图1大致相同，所以省略本实施例中的说明。通过将四根 杆电极2A 2D分别在轴向不同的位置分割成两部分，外观上能够分割成5个节SI S5。S卩，与实施例1同样地，能够分割成具有5种不同的平均电位的节SI S5。此时分割出的各节SI S5也可以以节的长度LI L5表示。在本实施例中，在所有的节SI S5中，节SI的节长度LI最短。尤其是，在图19所说明的装置结构中，为了在将透过了第一离子分离部Ql的离子3导入离子离解部Q2时提高离子的导入效率，有时将施加于入口电极7的直流电压Vin设定成比直流电压Vl低的值。在Vin < Vl的状态下，如果节的长度LI过长，则如图4的分割成三部分的结果13那样，产生电位梯度平坦的部分，不能高效地加速离子，根据情况而导致离子停留，进而因直流电压Vin与直流电压Vl的电位差，有时也会使离子逆流。因此，期望节的长度LI为IOmm以下的程度。图21中节的长度为LI < L2 < L3 < L4 < L5，但也可以设为完全相同的长度。另外，在节长度LI L5中也可以有彼此相同长度的节。但是，在将节的长度全部设为IOmm以下的情况下，虽然也取决于分割数，但整体的长度受到制限。在想要以少的分割数将整体的长度确保得较长的情况下，如图21那样，需要进行如下等设计，即:缩短接近入口电 极7的部位的节的长度LI，距入口电极7远且受直流电压Vin的影响少的节的长度根据部位设定得比LI长。此外，本方式也能够适用于各杆电极的分割数为二分割以外的分割数的结构。另夕卜，本方式也能够适用于六极、八极等四极杆电极以外的多极杆电极。另外，也能够适用于如下结构，即:将多极杆电极的、处于相对位置的两根杆电极的电极对在轴向彼此相同的位置分割，不同的电极对间在轴向不同的位置分割。另外，本方式不仅能够适用于离子离解部Q2,也能够适用于离子输送部Q0。以上，在实施例12中，说明了如下实施例，即:在构成离子透过部的多极杆电极由四根杆电极构成的四极杆电极中，所有的各杆电极在轴向不同的位置分割成两部分的结构中的、导入离子的入口侧被分割出的节的长度短。实施例13实施例13中，对使实施例1 实施例9中说明的使用了多极杆电极的离子透过部作为第二离子分离部(Q3)发挥功能的结构的质量分析装置进行说明。图22示出了本方式的使离子透过部37作为第二离子分离部Q3发挥功能时的质量分析装置28的结构。质量分析装置28主要由离子源29和真空室30构成。离子源29能够使用采用了APC1、ESI及其它各种电离法的离子源。真空室30被分成第一真空室31、第二真空室32和第三真空室33，被分别独立地通过真空泵(未图示)排气，且分别被保持在数百Pa以下、数Pa以下、0.1Pa以下的压力区域。由离子源29生成的离子通过第一细孔34被导入第一真空室31。之后，离子通过第二细孔35被导入第二真空室32。然后，离子通过离子输送部Q0。离子输送部QO能够使用由多个杆电极构成的多极杆电极、由多个圆板上的电极等构成的静电透镜等。通过了离子输送部QO的离子通过第三细孔36被导入第三真空室33。之后，离子通过第一离子分离部Q1。第一尚子分尚部Ql使用由四根杆电极构成的QMF等，从被导入第一尚子分尚部Ql的离子中仅分离出具有特定m/z的离子并使其通过。通过了第一离子分离部Ql的特定m/z的离子被导入离子离解部Q2。透过了离子离解部Q2的离子被导入第二离子分离部Q3。第二离子分离部Q3能够使用实施例1 实施例9及实施例12中说明的多极杆电极I。在本实施例的第二离子分离部Q3中，使多极杆电极I作为离子阱动作。离子阱具有在内部暂时蓄积导入的离子，之后按离子的m/z排出的功能。从第二离子分离部Q3排出的离子被检测器40检测。在将第二离子分离部Q3用作离子阱的情况下，需要在多极杆电极I的内部充满数Pa以下的中性气体，因此有时也使用在离子离解部Q2使用的入口电极7、出口电极
8、配管38及外壳39等，但这不是必须的，因此，图22中没有特别进行图示。另外，质量分析装置28具备用于接受来自用户的指示输入、接收电压等的控制的控制部41。通过电源及电路5对多极杆电极I施加电压的方法基本上与图1相同，能够在轴向生成电位梯度。通过该电位梯度，能够将离子集中在出口方向，由此，能够加速离子的排出速度，能够进行吞吐量高的分析。另外，由于经由电容器Cl C4施加高频电压6，所以能够在前级的节杆2A-1、2B-1、2C-1、2D-1和后级的节杆2A-2、2B-2、2C-2、2D-2之间施加不同的电压振幅值的高频电压6。高频电压6的电压振幅值也与直流电压同样地相对于轴向梯度状地发生电压值变化。在四极杆电极内稳定地蓄积的离子的m/z依赖于高频电压6的电压振幅值。因此，通过本方式，能够根据m/z使离子相对于多极杆电极I的轴向分布。其结果为，能够降低多极杆电极I的内部的空间电荷的影响。另外，本方式也能够与实施例10及实施例11同时使用。另外，也可以对第一离子分离部Ql适用本实施例的多极杆电极I。以上，在实施例13中，说明了使在实施例1 实施例9及实施例12中说明的离子透过部作为第二离子分离部Q3发挥功能的结构的质量分析装置。附图标记说明1. .多极杆电极、2A 2H. .杆电极、2A-1 2H-3. 节杆、3. 尚子、4. .尚子、
5...电源及电路、6... 高频电压、7...入口电极、8...出口电极、9...开口部、10...开口部、11...中心电位的模拟结果、12...本方式的结果、13...分割成三部分的结果、14...离子透过时间的模拟结果、15...电位差IOV的结果、16...电位差5V的结果、17...电位差2V的结果、18...电位差IV的结果、19...电位差0.5V的结果、20...电位差0.2V的结果、
21...电位差0.1V的结果、22...电位差OV的结果、23...LMCO下限的模拟结果、24...电位差5V的结果、25...电位差2V的结果、26...电位差IV的结果、27...电位差0.5V的结果、28...质量分析装置、29...离子源、30...真空室、31...第一真空室、32...第二真空室、33...第三真空室、34...第一细孔、35...第二细孔、36...第三细孔、37...离子透过部、38...配管、39...外壳、40...检测器、41...控制部、Vl V3.. 直流电压、Rl R6. 电阻、Cl C6. 电容器、SI S9. 节、LI L9. 节的长度、Gl G2. 间隙距离、Vin...直流电压、Vout...直流电压、r0...内切圆半径、D...杆直径、Q0...离子输送部、Ql...第一离子分离部、Q2...离子离解部、Q3...第二离子分离部。
权利要求
1.一种质量分析装置，具有: 具有多极杆电极的离子透过部； 对所述多极杆电极施加电压的电源部；和 控制所述电源部的控制部，其特征在于， 所述多极杆电极具有在轴向的彼此不同的位置被分割成多个节杆的杆电极。
2.如权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于， 所述多极杆电极还具有在轴向的彼此相同的位置被分割成多个节杆的杆电极。
3.如权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于， 所述杆电极在轴向被分割成多个。
4.如权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于， 所述电源部具有:对所述多极杆电极施加高频电压的高频电源；与所述多极杆电极的第一节杆组连接的第一直流电源；与第二节杆组连接的第二直流电源，所述第二直流电源对所述第二节杆组施加与所述第一直流电源不同值的直流电压，其中，所述第二节杆组与所述第一节杆组在轴向上不同。
5.如权利要求4所述的质量分析装置，其特征在于， 所述直流电压的大小中，对离子导入侧的节杆组施加的电压值的绝对值大于对离子排出侧的节杆组施加的电压值的绝对值。
6.如权利要求1所述的·质量分析装置，其特征在于， 所述多极杆电极在分割位置距杆电极的端部的长度为第奇数个短的节杆的相对位置分别配置有分割位置距杆电极的端部的长度其次短的节杆。
7.如权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于， 所述离子透过部具有:设于所述多极杆电极的离子导入侧的入口电极、和设于离子排出侧的出口电极。
8.如权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于， 离子排出侧的所述多极杆电极的分割位置的轴向的间隔比离子导入侧的大。
9.如权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于， 所述多极杆电极为四极、六极、八极的任一种。
10.如权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于， 所述多极杆电极由轴向发生变化的杆电极构成，使得离子的导入方向和离子的排出方向不同。
11.如权利要求10所述的质量分析装置，其特征在于， 所述多极杆电极为L字型或U字型。
12.如权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于， 所述离子透过部具备气体供给配管，通过与所述气体的碰撞来离解导入的离子。
13.如权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于， 所述离子透过部在所述高频电源的控制下按质量分离并排出离子。
14.如权利要求1所述的质量分析装置，其特征在于， 所述多极杆电极分别在轴向不同的位置被分割成两个节杆，所述质量分析装置具有:对由所述多极杆电极构成的离子导入侧的第一节杆组施加第一直流电压的第一直流电源；和对由所述多极杆电极构成的离子排出侧的第二节杆组施加第二直流电压的第二直流电源，其中，所述第二直流电压比所述第一直流电压低。
15.一种质量分析装置，其特征在于，具有: 生成离子的离子源； 输送来自所述离子源的离子的离子输送部； 在来自所述离子输送部的离子中将具有特定的m/z的离子分离的第一离子分离部； 将由所述第一离子分离部分离的离子离解的离子离解部； 蓄积由所述离子离解部离解的离子且选择质量地排出的第二离子分离部；和 检测从所述第二离子分离部排出的离子的检测器， 所述离子输送部、所述离子离解部、所述第一离子分离部、所述第二离子分离部的至少任一个是权利要 求1所述的离子透过部。
全文摘要
本发明的质量分析装置的特征在于，具备具有多极杆电极(1)的离子透过部(37)；对多极杆电极施加电压的电源部(5)；控制电源部的控制部，多极杆电极具有在轴向彼此不同的位置被分割成多个节杆(2A-1、2A-2、2B-1、2B-2、2C-1、2C-2、2D-1、2D-2)的杆电极。根据本发明，能够以低成本进行高吞吐量的分析。
文档编号G01N27/62GK103250229SQ20118005811
公开日2013年8月14日 申请日期2011年10月3日 优先权日2010年10月8日
发明者长谷川英树, 杉山益之, 佐竹宏之, 桥本雄一郎 申请人:株式会社日立高新技术