JPH02276147A - 質量分析装置および質量分析の方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、質量分析装置、および選択された質量対電荷
（質ｆｆｉ／ｍ荷）の比を有するイオンのみを透過させ
る質量フィルターロッドセットを通過させる前に、イオ
ンを集束させかつ付随するガスから分離するために第１
ロッドセットにイオンを通過させる形態の質量分析を行
う方法に関する。

（従来の技術） 質量分析法は、微量物質を分析するのによく用いられる
。そのような分析法においては、まず、分析すべき微量
物質からイオンを生じさせる。米国特許節４，３２８．
４２０号の第１３図および第１４図に示されているよう
に、そういったイオンはガスカーテンを通してＡＣオン
リーの４極子ロツドセツトに導かれる。ＡＣオンリーロ
ッド（Ａ　Ｃ−ｏｎｌｙ　ｒｏｄｓ）は、質量フィルタ
ーとして機能しかつＡＣオンリーロッドの終了に配され
た第２の４極子ロツドセツトにイオンを導くように作用
する。またＡＣオンリーロッドセットはイオン流から可
能な限りのガスを分離し、その結果、質量フィルターに
入るガスが可能な限り減じられる。従って、ＡＣオンリ
ーロッドは、イオン光学素子およびイオン−ガス分離器
の両方として機能する。

今まで、ＡＣオンリーロッドを含むイオン光学素子およ
びそのような光学素子の端部にある小さいオリフィスを
通るイオン透過率は、イオン光学素子内のガス圧が下が
ると増加すると信じられており、そのような証拠が示さ
れてきた。例えば、散乱セルの伝統的な式は、セル内の
ガス圧が上がるとセルを透過したイオン信号強度（イオ
ン流）が低下することを示している。不都合にも、上記
の結果としてイオン光学素子の領域における低圧が要求
され、そのために、ガス状イオン源の場合には、大きく
て高価な真空ポンプを必要とした。

それによって装置のコストが著しく高められ、軽便さが
大きく減じられている。

（発明の構成） 本発明物は、中間領域に自動集束機構が用いられる時に
はイオン信号強度を示す伝統的な式は実際には状況を正
確に示していないこと、およびイオン光学素子の領域に
おけるガス圧をある限度内で高め、他の作動条件を正し
く設定すれば、イオン透過度は著しく増加することを発
見した。その理由は完全には解明されていないが、いく
つかの場合におけるその効果は劇的である。さらに、上
述のように増加圧を適切な条件下で用いれば、イオン光
学素子の集束収差が鋪じられる。さらに、イオンエネル
ギーの広がりが減じられる。

本発明は、質量分析装置を提供し、 （ａ）その質量分析装置は、壁によって隔てられた第１
および第２の真空室を含み、 前記第１の真空室はその中に人口オリフィスを有し、 （ｂ）前記質量分析装置は、さらに、分析すべき微量物
質のイオンを生じさせそしてそのイオンを前記入口オリ
フィスを通して前記第１の真空室へ導く手段を含み、 （ｃ）また、前記質量分析装置は、 前記第１の真空室の長さの少くとも実質的部分に沿って
延在する前記第１の真空室内の第１ロッドセット、およ
び前記第２の真空室内の第２ロッドセットを含み、 各ロッドセットは、互いに短い距離だけ横方向に離間さ
れた複数の細長い平行なロッド手段を備えそして各ロッ
ドセットに沿って縦に延在する、ロッド手段間の細長い
空間を形成し、前記第１および第２ロッドセットの細長
い空間は、それぞれ第１および第２空間をなし、前記第
１ロッドセットと前記第２ロッドセットは互いの端が対
向して配置されそれによって第１および第２空間が整列
され、 （ｄ）さらに前記質量分析装置は、 前記壁内に配されかつ前記第１および第２空間と整列し
た室間オリフィスを含み、それによってイオンが前記入
口オリフィス、前記第１空間、前記室間オリフィス、お
よび前記第２空間を通って移動し、 （ｃ）さらに前記質量分析装置は、 前記第１ロッドセットのロッド手段間に実質的にＡＣの
みの電圧を加える手段を含み、それによって前記第１ロ
ッドセットがイオンを前記第１空間を通して導き、 （ｒ）さらに前記質量分析装置は、 前記第２ロッドセットのロッド手段間にＡＣおよびＤＣ
の両方の電圧を加える手段を含み、それによって前記第
２ロッドセットがイオンのための質量フィルターとして
作動し、 （ｇ）さらに前記質量分析装置は、 ガスを前記入口オリフィスを通して前記第１空間に流す
手段を含み、 （ｈ）さらに前記質量分析装置は、 前記真空室の各々からガスをぬき出す手段を含み、 （１）前記第２の真空室の圧力は、前記第２ロッドセッ
トを質量フィルターとして作動させるために、極めて低
い圧力であり、 （ｊ）前記第１の真空室の圧力と前記第１ロッドセット
の長さの積は２．２５×１０−２トル・ｃｍ以上であり
、かつ前記第１の真空室の圧力は、第１ロッドセットの
ロッド手段間で絶縁破壊で起る圧力より低い圧力であり
、 （ｋ）さらに前記質量分析装置は、 前記入口オリフィスから前記第１ロッドセットへ移動す
るイオンの運動エネルギーを比較的低レベルに維持する
ための手段を含み、それによって前記室間オリフィスを
通るイオンの透過度を向上させることを特徴とするもの
である。

本発明はまた、質量分析の方法を提供する。その方法は
、それぞれ第１の真空室および第２の真空室内に配され
た第１および第２ロッドセットを用いたものであり、そ
れら第１および第２ロッドセットは各々複数のロッド手
段を備え、そして前記第１および第２ロッドセットは、
互いに端と端が対向するように配されかつ室間オリフィ
スによって離間された縦に延在する第１および第２空間
をそそれぞれ形成し、それによってイオンが前記第１空
間、室間オリフィス、および第２空間を通って移動する
。また前記質量分析の方法は、前記第１の真空室の外に
分析すべき微量物質のイオンを生じさせ、 前記イオンを入口壁の入口オリフィスを通して前記第１
空間に導き、次にそのイオンを前記第１空間から前記室
間オリフィス、そして前記第２空間に通し、その第２空
間を通過したイオンを検出して前記微量物質を分析する
が、その際、前記第１ロッドセットのロッド手段間に実
質的にＡＣのみのＲＦ電圧を加え、それによって前記第
１ロッドセットが、イオンがロッド手段間を通って導か
れるように作動し、 前記第２ロッドセットのロッド手段間にＡＣおよびＤＣ
電圧を加え、それによって前記第２ロッドセットが質量
フィルターとして作動し、ガスを前記イオンの入った前
記第１の真空室に入れ、 前記第１の真空室から前記ガスをぬき出して、前記第１
の真空室内の圧力と前記第１ロッドセットの長さとの積
を２．２５×１０−２トル・ｃｍ以上に維持しかつ前記
第１の真空室内の圧力を前記ロッドセットのロッド手段
間で絶縁破壊が起る圧力より低い圧力に維持し、 前記第２の真空室からガスをぬき出して、前記第２ロッ
ドセットの効果的な質量フィルター作用を得るために、
前記第２の真空室内の圧力を前記第１の真空室内の圧力
より実質的に低く維持し、前記第１ロッドセットに入る
イオンの運動エネルギーを制御してその運動エネルギー
を比較的低レベルに維持し、 それによって前記室間オリフィスを通るイオンの透過度
を向上させることより成る。

（実　施　例） 本発明を、添付の図面を参照しながら実施例に基づいて
さらに詳細に説明する。

第１図は、前記米国特許節４．３２８．４２０号の第１
３図および第１４図に示されたものと類似の質量分析装
置ｌＯを概略的に示している。この図において、分析す
べき微量物質を含む試料ガスまたは液体が、試料供給室
■２からダクト１４を通ってイオン化室１６に導入され
る。このイオン化室１６には、電気放電針１８または微
量物質のガス状イオンを発生させる他の手段（例えば電
気スプレー）が取り付けられている。このイオン化室１
６はほぼ大気圧に維持され、微量物質は、電気放電針１
８または他のイオン化手段からの電気放電によってイオ
ン化される。

イオン化室１６は、カーテンガスプレート２２の開口２
０を介してカーテンガス室２４に接続されている。

このカーテンガス室２４は、オリフィスプレート２８の
オリフィス２６によって第１の真空室３０に接続されて
いる。第１の真空室３０は真空ポンプ３１によって脱気
される。第１の真空室３０は、−組になった４本のＡＣ
オンリー４極子質量分析ロッド３２を有している。

第１の真空室３０は、分離プレート３Ｂの室間オリフィ
ス３４によって第２の真空室３８に接続されている。こ
の第２の真空室３８は真空ポンプ３９によって脱気され
る。第２の真空室３８は一組になった４本の標準４極子
質量分析ロッド４０を有している。

窒素、アルゴンまたは二酸化炭素などの不活性カーテン
ガスがカーテンガス源４２およびダクト４４を介してカ
ーテンガス室２４に供給される。（乾燥空気も場合によ
っては使用できる。）カーテンガスは、オリフィス２６
を通って第１の真空室８０に流れ込むと同時にイオン化
室１６にも流れ込み、その室に存在する空気や混入物が
真空システムに入り込むのを防止する。過剰な試料およ
びカーテンガスは、出口４６を介してイオン化室１Ｂか
ら出ていく。

イオン化室１６で生じたイオンは、プレート２２゜２８
およびＡＣオンリーロッドセット３２上の適切なりＣ電
位によって開口２０およびオリフィス２６を通って移動
され、次にＡＣオンリーロッドセット３２および室間オ
リフィス３４を通ってロッドセット４０内に導かれる。

ＡＣＲＦ雷電圧通常約１メガヘルツの周波数で）をロッ
ドセット３２のロッド間に加え、既知のように、ロッド
セット３２がガイド機能および集束機能を発揮するよう
にする。ロッドセット４０のロッド間にはＤＣ電圧およ
びＡＣＲＦｌ圧の両方を加え、その結果ロッドセット４
０が質量フィルターとしての正常な機能を発揮し、選択
された質量対電荷比（質ｆｆｉ／電荷）のイオンのみが
前記質量フィルターを通過してイオン検出器４８によっ
て検出される。

今まで述べてきた構造およびその動作は、米国特許節４
，３２８，４２０号に記載されているものと実質的に同
じである。どちらの場合も、質量分析ロッド４０を有す
る第２の真空室３８内の圧力は極めて低い（例えば、２
Ｘ１０’５）ルー１×１０′ｆＩトルの範囲、あるいは
それ未満）ことが望ましい。しかしながら、以前は、第
１の真空室３０内の圧力も常に低く保つことが必要であ
ると考えられていた。それは、第２の真空室３８へのガ
スの流れを減じるためと、第１の真空室３０を通るイオ
ンの透過率を単に上げるために有利であると考えられて
いたためである。

事実、前記の米国特許においては、第１の真空室３０に
おけるガスからのイオン分離を促進するため、ＡＣオン
リーロッドが開いた構造となっている。

通常、第１の真空室３０の圧力は約２．５　ＸＩＧ’　
トル（０，２５ミリトル）以下に維持されてきた。もし
圧力をそれ以上にするとイオン信号の透過率が実質的に
降下することが観察されている。

ＡＣオンリーロッド部における伝統的低圧の使用は、Ｂ
ａｔ１６ｌｌｅ　Ｍｅｍｏｒｉａｌ　Ｉｎ５ｔｉｔｕ１
６によって行われた、Ｐａｃｌｔｌｃ　Ｎｏｒｔｈｗｅ
ｓｔ　ＬａｂｏｒａｔｏｒｙにおけるＤｒ、Ｄｌｃｋ　
５ｗ１ｔｈとその共同研究員による２つの文献に例示さ
れている。これら２つの文献は、“０ｎ−Ｌｉｎｅ　Ｍ
ａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｌｃ　ＰｅＬｅｃｔｌ
ｏｎ　ｔｏｒ　ＣａｐＨＩａｅｙ　Ｚｏｎｅ　Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｐｈｏｒｅｓｉｓ　　、　Ａｎａｌ、　ＣＩ＋ａ
ｍ、　。

５９巻、　１”２３０ページ（１９８７年４月１５日）
、および’Ｃａｐｉｌｌａｒｙ　Ｚｏｎｅ　Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｐｈｏｒｓｌｓ−Ｍａｓｓ　５ｐｅｃｔｒ。

ｍｅｒｒｙ　Ｕｓｉｎｇ　ａｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒ
ａｙ　１ｏｎｉｚａｔｌｏｎ　Ｉｕ１６ｒｔａｃｅ　　
、　Ａｕａｌ、Ｃｈｅｍ　、　、　１１ｉ０巻、４３６
ページ（１９８８年３月１日）である。第１の文献は、
ＡＣオンリーロッドセットを８×１０−４トルで作動さ
せることを記載しており、第２の文献は、ＡＣオンリー
ロッドセットをｌＸ１Ｏ’トルで作動させることを記載
している。

これらの従来の報告効果は、通常の散乱セルの伝統的理
論に基づく。通常の散乱セルを透過するイオン信号の式
は、Ｉ−１゜ｅ−σ１ｎであり、ここで ■は透過したイオン信号。

ｌｏは最初のイオン流。

ｎは、散乱セル内のガスの１立方ｃｍ当りの原子または
分子密度。

σはガスの有効散乱損失断面（７） １は散乱セル、すなわち４極子の長さ （ｃｍ　）である。

第２図は、横軸に示された圧力に対する、縦軸に示され
た透過イオン信号の自然対数の関係を示すグラフである
。この図は、伝統的な式から予想される透過イオン信号
または流れの降下を曲線５０で示されている。この図に
おいて、σには４ＸＩＵ”ｃｍの値を用いた。圧力が増
加するにつれて（すなわち、セル内のガス密度が増加す
るにつれ）、オリフィス３４を透過するイオン流が指数
関数的に減少している。以前における実際の報告結果は
、その当時用いられていた作動条件下で圧力が増すとイ
オン流が減少する傾向のあることを証明していた。

しかし、本出願人は、適切な作動条件下で、第１の真空
室３０のガス圧を増加させてもオリフィス３４を透過す
るイオン信号は減少せず、実際には、透過イオン信号が
かなり増加することを見出した。

また、適切な作動条件下で、透過イオンのエネルギーの
広がりが実質的に減じられ、それによって、透過したイ
オン信号の分析が極めて容易になることを見出した。さ
らに、適切な作動条件下で、イオン光学素子（すなわち
ＡＣオンリーロッドセット）の集束収差が減じられるこ
とを見出した。言い替えると、作動条件を質量スペクト
ル中の１つの質量（ｍａｓｓ）に最適化したとき、他の
質量に対して得られる反応のゆがみが以前に起っていた
ゆがみに比べて減少した。

上記のように改善された理由は、現段階では完全には解
明されていないが、今までに得られた結果および出願人
の知り得る限りの理由は、下記の通りである。

通常、第１図の装置は第１の真空室３０の圧力を１０−
４　トル以下にして作動され、この圧力を上げると、第
２図に示されるように、オリフィス３４を通るイオン信
号は減少することが予想されていた。

ＡＣオンリーロッドセット３２をＥｉｎｚｅｌレンズに
替えて実験を行った。この場合、圧力を上げると透過イ
オン流は大変急激に減少した。

しかし、ＡＣオンリーロッド３２を用い、オリフィスプ
レート２８とロッドセット３２の間のＤＣ電圧差を約１
−３０ボルト、好ましくは１−１０ボルトに下げて、同
じような高圧での実験を行ったところ、結果は全く異っ
たものとなった。圧力を上げても、予想に反して透過イ
オン信号は、減少しなかった。

逆に、イオン信号はかなり増加した。

この結果は第３図に示されている。この第３図は、横軸
に示された圧力（ミリトル）に対する縦軸に示された相
対透過イオン信号の関係を示すグラフである。実験は種
々の質量を用いて行い、２．４ミリトルの出発点でのイ
オン信号を１．０として標準化したので、縦軸に示され
たイオン信号は“相対イオン信号”と称される。

第３図に関し、オリフィス２６は直径０．０８９　ｒｒ
ｍとし、室間オリフィス３４は２．５　ＩＩＩＩＩＩと
した。また、第１ロッドセット３２の内接円の直径は１
１ｍ５第２ロッドセット４０の内接円の直径は１３．８
ｚ１１とした。ＡＣオンリーロッドセット３２の長さは
Ｌ５ｃｍで、このＡＣオンリーロッドセット３２はマシ
ューパラメータ（Ｍａｔｈｌｅｕ　ｐａｒａａ＋ｅ１６
ｒ）ｑ　−０，（ｉ２で作動された。

第３図において、３つの曲線が示されている。

それらは、質量対電荷比（ｍ／ｅ）が１９６の曲線５２
ａ　、　ｍ／ｅが３９１の曲線５４ａ１および７７Ｌ／
ｅが８３２の曲線５６ａである。各質量対電荷比におけ
る最大向上点はわずかに異った圧力、つまり約４．５−
６ミリトルの範囲にあった。曲線５２ａ　　ＣＴｒＬ／
ｅが１９６）のイオン信号の向上は約１．３または３０
％であり、曲線５４ａ　　（ｍ／ｅが３９１）のイオン
信号の向上は約１，５８または５８％であり、曲線５Ｂ
ａ　　Ｃｍ／ｅが８３２）のイオン信号の向上は約１．
９８またはほぼ１００％であった。

第４図は、第３図と類似するが、第１ロッドセット３２
をｑ　−０，１９で作動させた時の結果を示している。

第４図において、曲線５２ｂはｍ／ｅが１９８のもの、
曲線５４ｂは７ＦＬ／ｅが３９１のもの、そして曲線５
８ｂはｍ／ｅが８３２のものである。この図では、イオ
ン信号の増加がさらに顕著であり、ＴｒＬ／ｅが８３２
の場合はイオン信号が約３．３または３００％以上も増
加した。この低いｑの値は第１ロッドセットを低いＡＣ
電圧で作動させることになり、それは絶縁破壊の可能性
を小さくする。

第５図および第６図は、オリフィス２Ｂの直径をＩＮ！
１と２．５　ｍにした場合の、ＴｒＬ／ｅが１９８の相
対イオ信号の増加を示している。第５図において、曲線
５８ａおよび６０ａは、それぞれオリフィス２６の直径
を１＃および２．５　ａｎにした場合の圧力に対するイ
オン信号の変化を示したものである。ここではオリフィ
スプレート２８とＡＣオンリーロッド３２の間のＤＣ電
圧差をｌＯボルトとした。第６図において、曲線５８ｂ
とＢｏｂは、第５図の場合と同様のイオン信号の変化を
示しているが、ＤＣ電圧差は１５ボルトとした。この場
合のイオン信号の相対的な向上は、１０ボルトＤＣ電圧
差の場合より１５ボルトのＤＣ電圧差の場合の方が大き
く、どちらのＤＣ電圧差の場合でも２．５　ｒｍオリフ
ィスの場合より１、Ｏｒ□の場合の方が大きいことが見
てとれる。

第７図および第８図は、ｍ／ｅが１９６ではなく３旧で
あることを除いて、それぞれ第５図および第６図に相当
するものである。ここで、曲線５８ｃおよび８０ｃは、
それぞれｌｌＩｎおよび２．５Ｍのオリフィス２６を用
い、■０ボルトのＤＣ［圧差における結果を示していお
り、曲線５８ｄおよびＧｏｄは、それぞれ１酎および２
．５　ｒｒｍのオリフィス２６を用い、１５ボルトのＤ
Ｃ電圧差における結果を示している。

どの場合においても、縦軸のイオン信号強度は、２．４
ミリトルの圧力下での値を１．０として標準化しており
、絶対値を示すものではない。

２．５＃オリフィスの場合より１．０ｍオリフィスの場
合の方が向上が著しいことは、イオンが系の中央線に向
って付勢されること、およびイオン信号を向上させるメ
カニズムが、イオン束を中心軸により近く集中させる一
種の衝突による集束（ｆｏｒｃｕｓｓｉｎｇ）または減
衰（ｄａｍｐｉｎｇ）効果であることを示している。ま
た、大きい質量対電荷比の方がよりイオン信号の向上を
得られたことに留意されたい。６ミリトルで得られたイ
オン信号向上は質量対電荷比の差に対してほぼ直線的に
増加したことが第３図かられかる。それは望ましいこと
である。

と言うのは、通常分析４極子４０は、小さい質量対電荷
比のイオンと比較して、大きい質量対電荷比のイオンの
透過率を減少させるからである。従って、この分析４極
子４０に達する大きい質量対電荷比のイオンの数を増加
させることは望ましい。

別の実験において、第１の装置における全イオン流の絶
対値、すなわち全イオンの合計は下記のようにして測定
された。まず、４極子４０にオリフィスプレート２８上
の電圧より高い電圧までバックバイアスをかけ（例えば
＋５５ボルトＤＣ）、分離プレート３Ｂへの全イオン流
を測定した。この条件下で、分離プレート３Ｂは、オリ
フィス２０を通って第１の真空室３０に入るほぼ全ての
流れを集めることがわかった。次に、４極子４０のバッ
クバイアスをＯにしくまたは少くともＡＣオンリーロッ
ド３２より高くない電圧値とし、イオンが電圧勾配に沿
って移動しないようにし）、分離プレート３６上のイオ
ン流を再び測定した。このイオン流はずっと少いことが
わかった。そしてこのイオン流の差に相当するイオンが
室間オリフィス３４を通って分析４極子４０に移動した
ものと仮定された。

室間オリフィス３４の直径を２．５　ｒｍとし、分析４
極子４０にバックバイアスをかけた時、分離プレート３
６に集まったイオン流は１０８ピコアンペアであった。

第１の真空室３０の圧力が約６ミリトルのもとて分析４
極子４０のバックバイアスを除去した時、前述のイオン
流はｌＯピコアンペアに落ちた。このことは、９０％の
イオンが室間オリフィス３４を透過して分析４極子４０
に向ったことを示している。オリフィス３４の大きさが
極めて小さいことを考えると、この割合は著しく大きい
ものである。

室間オリフィス３４の直径を１ｍｍとし、第１の真空室
３０の圧力が２，５ミリトルのもとて分析４極子４０に
バックバイアスをかけた時、分離プレート３６に集まっ
たイオン流は１０８ピコアンペアであった。

分析４極子４０のバックバイアスを除去したら、前述の
イオン流は９３ピコアンペアに下がった。このことは、
１５ピコアンペアのイオン流が１ｍのオリフィス２６を
透過した（１５％未満の透過率）ことを示している。

次に、第１の真空室３０の圧力を６ミリトルに上げ、分
析４極子４０にバックバイアスをかけた時、分離プレー
ト３６に集まったイオン流は７５ピコアンペアであり、
バックバイアスを除去したら５４ピコアンペアに下がっ
た。このことは、２１ピコアンペアのイオン流がオリフ
ィス３Ｂを透過したことを示している。これは約４０％
の向上である。

２．５Ｍのオリフィス３６を約９０％のイオン流が透過
し、ＩＩＭＩのオリフィス３６を約２０％のイオン流が
透過するので、透過率の観点からより大きいオリフィス
を使用することが好ましい。小さいオリフィス３６をを
用いた時に圧力の増加と共に相対イオン信号の増加が起
ることを示す実験によって、衝突効果によってイオンが
中央線に付勢されること、およびその効果が見せかけの
ものではないことが示された。さらに前記実験によって
、２．５　ｍのオリフィス使用によって９０％のイオン
流を透過できるのであって、オリフィスの直径を２．５
　Ｍ超としても、少くともここで使用した装置において
は、得るところが少いことが示された。

第９図−第１１図は、それぞれ質量対電荷比が１９０　
、３９１および８３２のイオン流の抑制曲線（ｓｔｏｐ
ｐｔｎｇ　ｃｕｒｖｅ）を示している。抑制曲線は、分
析４極子４０のロッドオフセット電圧（すなわち全ての
ロッドに加えるＤＣバイアス電圧）を上げ、検出器４８
によって検出される信号が前記電圧の増加に伴ってどの
ように減少するかを見ることによって作製した。ロッド
オフセット電圧の増加に伴うイオン信号の減少は、分析
４極子４０に達する前にイオン流を抑制するものを測る
Ｒ度となる。すなわち、分析４極子４０に入るイオンの
運動エネルギーのＲ度となる。どの場合にも、ＡＣオン
リーロッド３２とオリフィスプレート２８の間のＤＣ電
圧差は１０ボルトとした。従って、分析４極子４ｏのバ
ックバイアス電圧電圧もｌＯボルトから始めた。と言う
のは、大地電位上１０電子ボルトより小さいエネルギー
のイオンは存在しないであろうと思われるからである。

第９図−第１１図の抑制曲線において、分析４極子４０
のバックバイアス電圧が横軸に直線目盛でプロットされ
、相対イオン信号が縦軸に対数目盛でプロットされてい
る。

第９図において、曲線Ｇ４ａは２，４ミリトルの圧力下
での抑制曲線、曲線６６ａは５，９ミリトルの圧力下で
の抑制曲線、そして曲線［ｉ８ａは９．８ミリトルの圧
力下での抑制曲線を示している。ここでｍ／ｅは１９Ｂ
とした。どの場合においても、各抑制曲線は、分析４極
子４０に入るほとんどのイオンの・エネルギーの広がり
は小さく、質量分析機のコストに対する分解能の比を向
上させる点で商業的有益性があることを示している。

より詳細に説明すると、第１の真空室３０の圧力が２．
４ミリトルの時、イオンの９９％が、第９図に示される
ように、たった約６電子ボルトのエネルギーの広がりを
有するのみであった。さらに、前記９９％のイオンのエ
ネルギーはＩＯ電子ボルトから約１６電子ボルトの範囲
であり、これらは極めて低いエネルギーであった。

第１の真空室３０の圧力を５．９ミリトルに上げると、
イオンの９９，９％が約２電子ボルト以内のエネルギー
の広がりを有するのみとなり、そして１２電子ボルト未
満のエネルギーとなった。この圧力を９．８ミリトルに
上げると、エネルギーの広がりおよび最大エネルギーは
さらに減少した。

質量対電荷比が大きいとエネルギーの広がりおよび最大
エネルギーが大きくなることを除いて、質量対電荷比３
９１（第１Ｏ図）および質量対電荷比８３２（第１１図
）のものに関しても、同じような結果が得られた。第１
０図において、曲線ｃ４ｂ　、　ｅｅｂ　。

６８ｂは、それぞれ２．４　ミリトル、５．９　ミリト
ルおよび９．８ミリトルにおける抑制曲線を示している
。

第１１図において、曲線８４ｃ　、　［ｉ６ｃ　、　６
８ｃは、それぞれ２．５　ミリトル、５．Ｇ　ミリトル
および８．６　ミリトルにおける抑制曲線を示している
。

第５図−第８図のイオン信号の向上を示す曲線、および
第９図−第１１図の抑制曲線により、衝突効果がイオン
から軸方向速度および半径方向速度の両方を取り去り、
それによって得られた速度ベクトルがイオンを室間オリ
フィス３４を通って移動させることが示された。イオン
の半径方向速度が大きい場合、イオンはオリフィス３４
を通って移動しずらい。イオンの軸方向速度が大きい場
合、イオンのオリフィス３４の通過に与える影響はない
が、大きいエネルギーの広がりを持ったそのように大き
いエネルギーのイオンは分解するのが困難である。

第１２図は、第１図の装置の変更例を示しており、対応
する部分は第１図と同じ参照番号にダッシュをつけて示
しである。第１図の装置との相違は、オリフィスプレー
ト２８とＡＣオンリーロッド３２の間に中間室７０を加
えた点にある。この中間室７０は、オリフィス２６に向
いた円錐状スキマー（ｓｋｉｍｍｅｒ　）７４を有する
スキマープレート７２によって画定されている。このス
キマー７４はスキマーオリフィス７Ｂを含んでいる。こ
の図において、ＡＣオンリーロッド３２′は、スキマー
７４の側部を延長することによって画定される３角形の
基部を構成する。小さいロータリーポンプ７８によって
中間室７０からガスがぬかれる。（試験されたもう１つ
の変更例では、互いに大変接近して配されたＡＣオンリ
ーロッド３２′がスキマー７４の円錐へと延びている。

この構造は、改良された感度を与えることがわかった。

）第１２図の実施例において、オリフィス２６′　は、
第１図の実施例のオリフィス２６のほぼ３倍の多きさを
有している（オリフィス２６の０．０８９　ａｍに対し
てオリフィス２６′の０．２５４　ｍ）。スキマーオリ
フィス７Ｇは直径０．７５１□であり、室間オリフィス
３４′は直径２６５Ｍとした。ロッドセット３２′　の
長さはＬ５ＣＭとした。このような構造と共に、中間室
７０の圧力は、通常、約０．４トルから約１０トルの間
に設定された。約２トルの圧力が良好な結果を与え、こ
の圧力においては大きなポンプを必要としなかった。

第１２図のような構造を用いた目的は、より多くのイオ
ンを引き出すように電圧を調整するためであった。第１
図および第１２図の実施例で用いられた固定ＤＣ電圧値
は下記のとおりである。

１１図の実施例　　　１２図の実施例 （ボルト）　　　　　　（ボルト） ８００　　　、　　　１０００ １５　　　　　８Ｏ−８５ ｏ　　　　　　　ｏ−ｅ。

ガスカーテンプレート２２ オリフィスプレート２８ スキマープレート７２ ＡＣオンリーロッド３２ 分離プレート３６ 分析ロッド４０ （オフセット電圧）　　　　　　　ｔｏ　　　７０−８
０々の物質につき、カウントレート（すなわちイオン流
）の比較を行った。表１は種々の物質についてのカウン
トレート（ｃｏｕｎｔ　ｒａ１６）の比較結果を示して
いる。

物質 表　　　　１ ’ｆｆｆｆｆｉ　　　質ｍ対０．５：リトルでのイオン
信号に対η３荷比　　する５ミリトルでのイオン信号の
化第１２図の構造では、第１の真空室３０′の圧力が適
切であり（通常５−８ミリトル）、スキマープレート７
２とＡＣオンリーロッド３２′　の間に適切なりＣ電圧
差（好ましくは約１−５ボルト）が存在する時、第１図
の構造と比較して、約２−４の要因によって、ＡＣオン
リーロッド３２′　に入る、ガスに対するイオンの比が
上がることがわかった。

第１２図の装置を用いた実験において、まず第１の真空
室８０′に０．５ミリトルの圧力を用い、次に５ミリト
ルの圧力（１０倍大きい圧力）を用いて種ＤＭＭＰＡ　
　” ＰＰＧ　” メリチン インシュリン ミオグロビン １９（ｉ　　　　１９Ｇ ２ｇ４５　　　７１２ １［１９５０８９３ ８ジメチルモルホリノホスホラミデート（Ｄｌｍｅｔｈ
ｙｌｍｏｒｐｈｏｌｌｎｏｐｈｏｓｐｈｏｒａｍｌｄａ
１６　）■ポリプロピレングリコール （メリチンは電荷４．インシュリンは電荷５１　ミオグ
ロビンは電荷１９であった）イオン信号の向上は、分子
量が大きくなる程大きいことに留意されたい。その理由
は十分に解明されていないが、この効果は望ましいもの
である。

と言うのは、より大きい分子量のイオンは通常より検出
しにくいからである。表１は、試験した物質について得
られたイオンカウントレートの比を示すものであり、分
析４極子４０に入った単なるイオン流の比を示すもので
はないことに留意されたい。

表１の結果は、ある点で公正さを欠いている。

と言うのは、大きい圧力（５ミリトル）での測定は、Ａ
Ｃオンリーロッド３２′　とスキマープレート７２の間
の電圧差をその大きい圧力に最適化して行った（すなわ
ち、その大きい圧力下で最大のカウントを得られるよう
に前記電圧差を調整して行った）が、小さい圧力（０，
５ミリトル）に変えて行った３０×１０１定では、電圧
差をそのままにし、最適化を行わなかったからである。

従って、表２には、高圧（５ミリトル）および低圧（０
，５ミリトル）の両方における７３０×１０１定で電圧
差を最適化した後に使用した装置に対して得られた結果
を示しである。

表 ＭＭＰＡ ９Ｇ ９Ｂ ３．４ ＰＰＧ　　　　　　　　　９０６　　　９０８　　　　
　　　　Ｇ、９ミオグロビン１６９５０　　８９３　　
　　１０．９表２におけるイオン信号向上の効果は表１
におけるものよりかなり小さいが、それでも質量が大き
くなると向上も大きくなり、ミオグロビンにおいては１
桁大きくなっている。向上の度合は、質量対電荷比では
なく、質量に依存しているようである。

ＡＣオンリーロッドと第１の真空室はイオン−ガス分離
器として機能し、イオンを室間オリフィスを通すように
導くと共にガスをできる限り通さないようにする。従っ
て、第１の真空室の圧力を上げることはできないと思わ
れていた。と言うのは、この圧力を上げると、第２図に
示されるようにイオン信号が弱められると共に、室間オ
リフィスを通って流れるガスが増加すると思われていた
からである。しかし、実際には、第１の真空室の圧力を
上げると、室間オリフィスを通るイオン信号は失われず
、逆に増加するのが見られる。たとえガスの量が増えて
も、重い質量のイオンにおいて、室間オリフィスを通る
、ガスに対するイオンの比は同じか、わずかに向上する
のが見られる。

軽い質量のイオンにおいては、室間オリフィスを通る、
ガスに対するイオンの比は減少するが、第２の真空室に
大きなポンプが必要なことは、第１の真空室には小さな
ポンプですむことによって相殺される。同時に、室間オ
リフィスを通るイオン信号は増加し、イオンエネルギー
の広がりは小さくなる。

また第１の真空室３０．３０’の圧力を上げると、光学
の分野で集束収差（ｆｏｃｕｓｓｉｎｇ　ａｂｅｒｒａ
ｔｉｏｎ）として知られる作用が減少することがわかっ
た。

ＡＣオンリーロッド３２′　と室間オリフィス３４′の
拡大図である第１３図を参照して、上述の説明をする。

第１の真空室３０′が真空の時、ＡＣオンリーロッド３
２′　を通って進んでくる種々の質量対電荷比のイオン
は異った軌道を有している。説明のため、第１のタイプ
のイオンについての１つの軌道包路線（ｔｒａｊｃｃｔ
ｉｏｎ　ｅｎｖｅｌｏｐｅ　）　８０および第２のタイ
プのイオンについての第２の軌道包絡線８２が示されて
いる。室間オリフィス３４′　の部分で包絡線８０は包
絡線８２より小さいため、第１のタイプのイオンの方が
より多くオリフィス３４′を通過し、その結果、質量ス
ペクトルには、軌道包絡線８２を有するイオンの量より
軌道包絡線８０を有するイオンの量が多く示される。こ
のことは、第１４図に示されている。第１４図において
、軌道包絡線８０．８２を有するイオンの量はそれぞれ
８４．８８で示されている。

これら２つのタイプのイオンの量が実際に同じ場合、Ａ
Ｃオンリーロッドセットを通って進む異ったイオンの軌
道の異った波長および相によって起る結果のゆがみは集
束収差と称される。

スキナープレート丁２とＡＣオンリーロ・ソドセ・ソト
３２′の間のＤＣ電圧差を比較的小さく　（例えば５ボ
ルト）してＡＣオンリーロッドセット３２′　を高圧下
（例えば５ミリトル）で作動させると、大きいイオン信
号が得られるのみならず、集束収差も小さくなる。

この結果を与えた実験において、ミオグロビンが複数の
電荷を有するように荷電され、第１２図の装置にかけら
れた。単一種の分子を用い、それらの分子のいくらかに
他より大きなＩＢ荷を与えたので、質量スペクトル（こ
れは質量対電荷比を示す）の比較的滑らかなピークの分
布が予想された。第１５図−節１８図において、下記の
ような試験条件を用いた。

室３０′ オリフィスプレート　２８′　ス牛マープレート７２Ａ
Ｃオフ９−ａラド３２′（３）と（４）の間の第１５図
　５．６ｓｔ。

第１６図　５．ｂｔ。

第１７図　、５＋ａｔ、 第１８図　、５ＩＩｔ。

Ｉｔ−ミリトル １５０ｖ、　　　　　　　９５ｖ、　　　　　９０ｖ。

１５０Ｖ、　　　　　　　９５Ｖ、　　　　　　８０Ｖ
。

１６０ｖ、　　　　　　１３５ｖ、　　　　　５０ｖ。

１６０ｖ、　　　　　　１３５ｖ、　　　　　　４０ｖ
。

５ｖ。

１５ｖ。

８５ｖ。

９５ｖ。

第１５図−節１８図において、質量対電荷比を横軸に、
イオンカウントを縦軸にプロットした。９１５図および
第１６図において、縦軸は毎秒１．２８Ｘ　１０６カウ
ントがフルスケール、そして第１７図および第１８図に
おいて、縦軸は毎秒３．２　×１０”カウントがフルス
ケールである（高い圧力下においては大きいカウントレ
ートが得られるため）。第１５図−第１８図において、
横軸の質量対電荷比は、左端がＯで１５００がフルスケ
ールである。

第１５図において、予想されたように、ピークの分布は
滑らかである。第１６図において、ピークの分布はここ
でも滑らかであり、第１５図とあまり変らない形をして
いる。小さい質量において、カウントの連続部分（８６
で示される）がある。これは、大きなエネルギーによっ
て、イオンが、′種々の質量対電荷比のイオンへと衝突
誘発解離したことによるものと思われる。大きな質量対
電荷比も強調されている（８８で示される）。これは、
より大きなエネルギーの衝突によっていくらかのイオン
がその電荷のいくらかを失い、それによって大きな質量
対電荷比を有するようになったことによるものと思われ
る。しかしながら、反応の全体的幅はいくらか減少して
いるものの、ゆがみは比較的おだやかである。

８５ボルトの電圧差（第１７図）および９５ボルトの電
圧差（第１８図）による小さい圧力下では、より大きい
信号が得られたが、より大きいゆがみが起った。また、
ピークの分布は平滑曲線ではなくなった。第１７図と第
１８図において、第１５図と第１６図の場合に比べて、
変位（１０ボルト）は元の値に比べてずっと小さいパー
センテージであったが、各ピークのイオンカウントは、
加えられた電圧差の変化に伴って釣り合ったかたちでは
変化しなかった。このように、低い圧力下において、電
圧差を１つのイオンの反応に最適化すべく調整したら、
他のイオンの反応では激しいゆがみを生じた。高い圧力
下において、集束収差のゆがみは大きく減少した。

結果において、上記のように大きいガス圧力と比較的小
さいＤＣｍＣ電圧差いることにより、以下のような効果
が得られることがわかった。

１、かなり大きいイオン信号が得られる。

２、ＡＣオンリーロッドの段階では小さいポンプで済む
（大きい圧力が使用できるので）。

３、コストの低減と高い携帯性が得られる（小さいポン
プはより軽く、より安価であるため）。

４、集束収差が小さくなる。

５、大きい質量においてより感度が向上する（大きい質
量のイオンは通常検出しずらく、また質量分析のいくつ
かの用途において大きい質量のイオン分析は重要性が増
している）。

本発明の装置において第１の真空室３０′を６ミリトル
で作動させ、第２の真空室３８′をＯ，ａ２ミリトルで
作動させるとポンプ３１’　、　３９’　および７８を
比較的小さくすることができ、従って装置全体が比較的
小さいベンチトップサイズとなり、しかも現在使用され
ている大きくて高価な装置以上の感度を示すことがわか
った。

また、オリフィスプレート２８′　とスキマープレート
７２の間の電圧差が十分（例えば５０−２００ボルト）
な時、デクラスタおよび衝突誘発解離さえもが入ってく
るイオンに作用し得る。これら２つのプレート間の圧力
が比較的高いので、ＡＣオンリーロッドに入ってくるイ
オンのエネルギーの広がりは比較的小さく維持される。

ＡＣオンリーロッド３２．３２’　と、イオンが第１の
真空室３０．３０’　に入る時に、通るプレート（第１
図においてはオリフィスプレート２８であり、第１２図
においてはスキマープレート７２）との間のＤＣ電圧差
は、高い圧力下において、通常小さくしなければならな
い。ＤＣ８５ボルト−ＤＣ９５ボルトの電圧差を用いた
場合、信号の向上効果は消え、実際、分析４極子４０に
到達したイオン信号は著しく減少した。その理由は十分
解明されていないが、イオンの半径方向および軸方向速
度の両方を減少させること、および衝突による減衰によ
ってイオンをＡＣオンリーロッドセット３２の中央線に
より近く付勢することに対して、比較的低エネルギーの
多数の衝突が作用していると思われる。オフセット電圧
が高い時に起るよりエネルギーの高い衝突は同様の作用
を有さず、そして何らかの理由により、イオン信号を減
少させる。さらに、大きいイオンエネルギーは衝突誘発
解離を引き起こし、その結果イオン損失をさらに大きく
する。ＡＣオンリーロッド３２または３２′　とオリフ
ィスプレート２８またはスキマープレート７２との間の
電圧差を４０ボルト−１００ボルトとすると、第１の真
空室３０または３０′の圧力を２．５ミリトル以上にし
た条件下でイオン信号を遮断する傾向があった。しかし
、このような高い電圧差（例えばＤ　Ｃ４０−１００ボ
ルト）を用いても、追加的な集束レンズを使用すると信
号の向上効果が得られる。

実験により、ＡＣオンリーロッド３２または３２′とオ
リフィスプレート２８またはスキマープレート７２との
間の電圧差はＤＣ約１−３０ボルトの範囲が好ましいこ
とが示された。約１−１５ボルトの範囲がさらに良い結
果を与え、約５−１Ｏボルトの範囲が、使用した装置に
おいては最良の結果を与えた。

上記の説明においては、ロッドセット３２のロッド間に
加えた電圧はＡＣ電圧のみであったが、これらのロッド
間に小さいＤＣ電圧を加えることが望ましい場合もある
であろうことに留意されたい。

その場合、ロッド３２はある程度質量フィルターとして
作用する。しかし、ロッドセット３２のロッド間に加え
る電圧は、通常、ＡＣのみの電圧であることが好ましい
。

イオンがＡＣオンリーロッド３２を通って進んでいる間
にこのイオンが遭遇する衝突の数は、ロッド間の圧力に
ロッドの長さをかけたものによって決定されることに留
意されたい。従って圧力を倍にし、ロッドの長さを半分
にしても、同数の衝突が得られる。しかし、ＡＣオンリ
ーロッドセットは小さくするのに限界がある。と言うの
は、通過するイオンを集束するために、ＡＣオンリーロ
ッドセットには十分な数のＲＦサイクルが必要だからで
ある。もちろん、ＡＣオンリーロッドセット通過中の衝
突によりイオンが減速されると、それらのイオンはより
多くのＲＦサイクルを経験し、そしてより良好に集束す
る。ＡＣオンリーロッドセットに加えるＡＣ電圧の周波
数を上げることによってより数の多いサイクルが得られ
るが、そのためにはより大きい電圧を必要（同じ“ｑ”
の値を得るために）とし、従って高価な部品が必要とな
り、さらに、絶縁破壊の可能性が高くなる。それはさて
おき、とにかく、圧力を上げ、それによってＡＣオンリ
ーロッドセットの長さを短くすることによって、装置を
より小さくし、より軽便なものとし、より安価にするこ
とができる。第１図および第１２図に示された装置にお
いて、ＡＣオンリーロッドはＬ５ｃｍの長さとした。５
．０　ミリトルの圧力下において、これらのロッドを通
過するイオンは平均少くとも約１５回の衝突を経験する
と考えられる。重要なパラメーターは、第１の真空室３
０゜３０′　の圧力とＡＣオンリーロッド３２．３２’
の長さの積である。この積（しばしばターゲットシック
ネス（ｔａｒｇｅｔ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）と称される
）はＰＬ積と呼ばれ、トル・ｃｍで表示される。

ＡＣオンリーロッドの長さを１５ｃｍとした装置を用い
た時、１．５ミリトル（ＰＬ積−２，２５×１０−２）
ル・ｃｍ）を超える圧力において信号の向上が得られる
ことがわかった。２．４ミリトル（ＰＬ積−３、［Ｓ　
Ｘ１０−２トル・α）以上の圧力においてはより良好な
結果が得られ、５ミリトル（ＰＬ積−７，５×１０−２
トル・ｃｍ）を超える圧力においてはさらに良好な結果
が得られた。４−１ｏミリトル（ＰＬ積−６Ｘ　ＩＱ’
　−１５Ｘ　ｔｏ−２）ル・αの範囲）の範囲の圧力に
亘って良好な結果が得られ、さらに２−２０ミリトル（
ＰＬ積−３Ｘ　１０’　−３０Ｘ　１Ｏ−２）ル・υの
範囲）の範囲の圧力に亘って許容できる結果が得られた
。約６−８ミリトル（ＰＬ積−９×ＩＯ°２−ｉ２×１
０−２トル・ｃｍの範囲）の範囲の圧力においてほぼピ
ークの信号向上が得られた。

第１の真空室の圧力の上限は決められていないが、７０
ミリトル（ＰＬ積−１０５×１０−ｚ　トル・ｃｍ）ま
での圧力は、絶縁破壊なしに試験された。その結果は、
第１９図に曲線９０　Ｃｍ／　ｅ　＝１９８　）および
９２　（ｒｒＬ／　ｅ　−３９１）として示されている
。第１９図に示されているように、室間オリフィスを通
るイオンの信号の向上は、２ｓ−ｓｏミリトルまでの圧
力下で得られた。これを超える圧力下では、イオン信号
は、２−４ミリトルのもとてのイオン信号より減少した
が、信号のかなりの部分が残っていた（大きい電圧差の
もとで起ったように消えることはなかった）。また、エ
ネルギーの広がりは大変小さ（、これらの高い圧力下で
は、ロータリーポンプ（小さくて比較的安価である）が
第１の真空室に使用できる（ｔ８２の真空室には大きな
ポンプが必要であるが）。第１９図の実験において、質
量３９１の物質は質量１９６の物質の二量体であり、質
量３９１の物質のより大きな減衰は、単にそのイオンの
解離によるものであると考えられる。

所望ならば、１５０−２００　ミリトルの範囲までの圧
力が使用できると考えられ、そのような高い圧力下では
、分析４極子に入るイオンのエネルギーの広がりは極め
て小さいと思われる。しかしながら、その場合には、分
析４極子が機能するように第２の真空室を脱気するため
に、比較的大きなポンプを必要とする。

前述のような比較的大きい圧力を使用する場合は、常に
、ＡＣオンリーロッドが第１の真空室の長さの少くとも
大部分を占めるようにしなければならない。そうでない
と、第１の真空室のイオンがＡＣオンリーロッドによっ
て導かれることがない部分において、散乱またはロスが
起きる。

第１２図の装置において、所望ならば、オリフィス３４
′の代わりに小さいチューブを用いることもできる。こ
のチューブは、長さ対直径（長さ／直径）比が約２−３
であり、分離プレート３Ｂ’の片側または両側に延在す
る。このチューブは、オリフィス３４′よりガスの伝導
は低いがイオンの伝導性はオリフィス３４′　とほぼ同
じである。従って、チューブの内径がオリフィス３４′
の内径と同じならば、より小さいポンプ３９′で済む。

あるいは、同じ大きさのポンプ３９′　に対してチュー
ブの内径をオリフィス３４′の内径より大きくすること
ができる。この時、より大きな開口によってより多くの
イオンが分析ロッド４０′に到達し、従って装置の感度
が上がる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による質量分析装置の線図、第２図は
、散乱セルのための伝統的な式によって予ａｌされた圧
力に対するイオン信号の関係を示すグラフ、 第３図は、与えられた室間オリフィス寸法および質量分
析器作動条件下での圧力に対する相対イオン信号の関係
を示すグラフ、 第４図は、第３図と類似するが、質量分析器の異った“
ｑ”によるグラフ、 第５図は、ある電圧条件下で１ｍｒ１におよび２．５　
ｒｎｍの室間オリフィスにおける、質量対電荷（質量／
電荷）比１９Ｂのイオンについての圧力に対する相対信
号の関係を示すグラフ、 第６図は、第５図と類似するが、異った電圧条件下での
グラフ、 第７図は、第５図と類似するが、質量対電荷比が３９１
のイオンについてのグラフ、 第８図は、第７図と類似するが、異った電圧条件下での
グラフ、 第９図は、３つの異った圧力条件下における質量対電荷
比１９８のイオンについての抑制曲線（ｓｔＯｐｐｔｎ
ｇ　ｃｕｒｖｅｓ　）を示すグラフ、第１Ｏ図は、第９
図と類似するが、質量対電荷比が３９１のイオンについ
てのグラフ、 第１１図は、第９図と類似するが、質量対電荷比が８３
２のイオンについてのグラフ、 第１２図は、第１図の質量分析装置の変型例を示す線図
、 第１３図は、２つのイオン軌道包絡線を内に示す、第１
２図のＡＣオンリーロッド拡大図、第１４図は、第１３
図の２つのイオンの質量スペクトルを示すグラフ、 第１５図は、高い圧力および低い電圧差における試料物
質の質量スペクトルを示すグラフ、第１６図は、第１５
図と同じ圧力下だが大きいＤＣ電圧差における第１５図
の試料物質の質量スペクトルを示すグラフ、 第１７図は、第１５図より低い圧力下で大きいＤＣ電圧
差における第１５図の試料物質の質量スペクトルを示す
グラフ、 第１８図は、さらに大きいＤＣ電圧差における第１５図
の物質の質量スペクトルを示すグラフ、そして 第１９図は、圧力に対する相対イオン信号の関係を示す
もう１つのグラフである。 １２・・・試料供給室　　　　１Ｇ・・・イオン化室２
６・・・オリフィス　　　　３０・・・第１の真空室３
２、４０・・・ロッドセット　３４・・・室間オリフィ
ス３８・・・第２の真空室 相χヤイ３ｄシｊ登Ｌ４し　　　　　□ＦＩＧ、１ （辷ソト）ν　）− ＦＩＧ、２ 圧力 （ミ）Ｖ−ル）−中 ＦＩＧ、４ ノＥ　カ（ミリト）し） ＦＩＧ、７ 圧力 はソト”　’　　　　　ＦＩＧ、８ ＦＩＧ、９ ＦＩＧ、１２ ＦＩＧ：１３ ｙ−ｔｌｔ説糊しし ＦＩＧ、１４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）質量分析装置であって、 当該質量分析装置は壁によって隔てられた第１および第
   ２の真空室を含み、前記第１の真空室はその中に入口オ
   リフィスを有し、 前記質量分析装置は、さらに、分析すべき微量物質のイ
   オンを生じさせそしてそのイオンを前記入口オリフィス
   を通して前記第１の真空室へ導く手段を含み、 また、前記質量分析装置は、前記第１の真空室の長さの
   少くとも実質的部分に沿って延在する前記第１の真空室
   内の第１ロッドセット、および前記第２の真空室内の第
   ２ロッドセットを含み、各ロッドセットは、互いに短い
   距離だけ横方向に離間された複数の細長い平行なロッド
   手段を備えそして各ロッドセットに沿って縦に延在する
   、ロッド手段間の細長い空間を形成し、前記第１および
   第２ロッドセットの細長い空間は、それぞれ第１および
   第２空間をなし、前記第１ロッドセットと前記第２ロッ
   ドセットは互いの端が対向して配置されそれによって第
   １および第２空間が整列され、 さらに前記質量分析装置は、前記壁内に配されかつ前記
   第１および第２空間と整列した室間オリフィスを含み、
   それによってイオンが前記入口オリフィス、前記第１空
   間、前記室間オリフィス、および前記第２空間を通って
   移動し、 さらに前記質量分析装置は、前記第１ロッドセットのロ
   ッド手段間に実質的にＡＣのみの電圧を加える手段を含
   み、それによって前記第１ロッドセットがイオンを前記
   第１空間を通して導き、さらに前記質量分析装置は、前
   記第２ロッドセットのロッド手段間にＡＣおよびＤＣの
   両方の電圧を加える手段を含み、それによって前記第２
   ロッドセットがイオンのための質量フィルターとして作
   動し、 さらに前記質量分析装置は、ガスを前記入口オリフィス
   を通して前記第１空間に流す手段を含み、さらに前記質
   量分析装置は、前記真空室の各々からガスをぬき出す手
   段を含み、 前記第２の真空室の圧力は、前記第２ロッドセットを質
   量フィルターとして作動させるために、極めて低い圧力
   であり、 前記第１の真空室の圧力と前記第１ロッドセットの長さ
   との積は２．２５×１０＾−＾２トル・ｃｍ以上であり
   、かつ前記第１の真空室の圧力は、第１ロッドセットの
   ロッド手段間で絶縁破壊が起る圧力より低い圧力であり
   、 さらに前記質量分析装置は、前記入口オリフィスから前
   記第１ロッドセットへ移動するイオンの運動エネルギー
   を比較的低レベルに維持するための手段を含み、 それによって前記室間オリフィスを通るイオンの透過度
   を向上させることを特徴とする質量分析装置。 ２）前記積が９．６×１０＾−＾２トル・ｃｍ以上であ
   ることを特徴とする請求項１記載の質量分析装置。 ３）前記積が７．５×１０＾−＾２トル・ｃｍ以上であ
   ることを特徴とする請求項１記載の質量分析装置。 ４）前記積が約１０５×１０＾−＾２トル・ｃｍ以下で
   あることを特徴とする請求項１記載の質量分析装置。 ５）前記積が３×１０＾−＾２トル・ｃｍ−３０×１０
   ＾−＾２トル・ｃｍの範囲であることを特徴とする請求
   項１記載の質量分析装置。 ６）前記積が６×１０＾−＾２トル・ｃｍ−１５×１０
   ＾−＾２トル・ｃｍの範囲であることを特徴とする請求
   項１記載の質量分析装置。 ７）前記積が９×１０＾−＾２トル・ｃｍ−１２×１０
   ＾−＾２トル・ｃｍの範囲であることを特徴とする請求
   項１記載の質量分析装置。 ８）前記入口オリフィスが前記第１の真空室の入口壁に
   配されており、前記イオンの運動エネルギーを制御する
   手段が前記第１ロッドセットと前記入口壁との間に低い
   ＤＣ電圧を加える手段を含むことを特徴とする請求項１
   記載の質量分析装置。 ９）前記入口オリフィスが前記第１の真空室の入口壁に
   配されており、前記イオンの運動エネルギーを制御する
   手段が前記第１ロッドセットと前記入口壁との間に低い
   ＤＣ電圧を加える手段を含み、そして前記低いＤＣ電圧
   が１ボルト−３０ボルトの範囲であることを特徴とする
   請求項１記載の質量分析装置。 １０）前記入口オリフィスが前記第１の真空室の入口壁
   に配されており、前記イオンの運動エネルギーを制御す
   る手段が前記第１ロッドセットと前記入口壁との間に低
   いＤＣ電圧を加える手段を含み、そして前記低いＤＣ電
   圧が１ボルト−１５ボルトの範囲であることを特徴とす
   る請求項１記載の質量分析装置。 １１）前記入口オリフィスが前記第１の真空室の入口壁
   に配されており、前記イオンの運動エネルギーを制御す
   る手段が前記第１ロッドセットと前記入口壁との間に低
   いＤＣ電圧を加える手段を含み、そして前記低いＤＣ電
   圧が１ボルト−１０ボルトの範囲であることを特徴とす
   る請求項１記載の質量分析装置。 １２）前記室間オリフィスの直径が約１ｍｍ−２．５ｍ
   ｍの範囲であることを特徴とする請求項８記載の質量分
   析装置。 １３）前記室間オリフィスの直径が約２．５ｍｍである
   ことを特徴とする請求項１２記載の質量分析装置。 １４）それぞれ第１の真空室および第２の真空室内に配
   された第１および第２ロッドセットを用いた質量分析の
   方法であって、前記第１および第２ロッドセットは各々
   複数のロッド手段を備え、そして前記第１および第２ロ
   ッドセットは、互いに端と端が対向するように配されか
   つ室間オリフィスによって離間された縦に延在する第１
   および第２空間をそれぞれ形成し、それによってイオン
   が前記第１空間、室間オリフィス、および第２空間を通
   って移動する質量分析の方法において、 前記第１の真空室の外に分析すべき微量物質のイオンを
   生じさせ、 前記イオンを入口壁の入口オリフィスを通して前記第１
   空間に導き、次にそのイオンを前記第１空間から前記室
   間オリフィス、そして前記第２空間に通し、その第２空
   間を通過したイオンを検出して前記微量物質を分析する
   が、その際、 前記第１ロッドセットのロッド手段間に実質的にＡＣの
   みのＲＦ電圧を加え、それによって前記第１ロッドセッ
   トが、イオンがロッド手段間を通って導かれるように作
   動し、 前記第２ロッドセットのロッド手段間にＡＣおよびＤＣ
   電圧を加え、それによって前記第２ロッドセットが質量
   フィルターとして作動し、 ガスを前記イオンの入った前記第１の真空室に入れ、 前記第１の真空室から前記ガスをぬき出して、前記第１
   の真空室内の圧力と前記第１ロッドセットの長さの積を
   ２．２５×１０＾−＾２トル・ｃｍ以上に維持しかつ前
   記第１の真空室内の圧力を前記第１ロッドセットのロッ
   ド手段間で絶縁破壊が起る圧力より低い圧力に維持し、 前記第２の真空室からガスをぬき出して、前記第２ロッ
   ドセットの効果的な質量フィルター作用を得るために、
   前記第２の真空室内の圧力を前記第１の真空室内の圧力
   より実質的に低く維持し、前記第１ロッドセットに入る
   イオンの運動エネルギーを制御してその運動エネルギー
   を比較的低レベルに維持し、 それによって前記室間オリフィスを通るイオンの透過度
   を向上させることにより成る質量分析の方法。 １５）前記積を３．６×１０＾−＾２トル・ｃｍ以上に
   維持することを特徴とする請求項１４記載の方法。 １６）前記積を７．５×１０＾−＾２トル・ｃｍ以上に
   維持することを特徴とする請求項１４記載の方法。 １７）前記積を約１０５×１０＾−＾２トル・ｃｍ以下
   に維持することを特徴とする請求項１４、１５または１
   ６記載の方法。 １８）前記積を３×１０＾−＾２トル・ｃｍ−３０×１
   ０＾−＾２トル・ｃｍの範囲に維持することを特徴とす
   る請求項１４記載の方法。 １９）前記積を６×１０＾−＾２トル・ｃｍ−１５×１
   ０＾−＾２トル・ｃｍの範囲に維持することを特徴とす
   る請求項１４記載の方法。 ２０）前記積を９×１０＾−＾２トル・ｃｍ−１２×１
   ０＾−＾２トル・ｃｍの範囲に維持することを特徴とす
   る請求項１４記載の方法。 ２１）前記イオンの運動エネルギーを制御する工程が、
   前記第１ロッドセットのロッド手段と前記入口壁との間
   に低いＤＣ電圧を加えることを含むことを特徴とする請
   求項１４記載の方法。 ２２）前記イオンの運動エネルギーを制御する工程が、
   前記第１ロッドセットのロッド手段と前記入口壁との間
   に低いＤＣ電圧を加えることを含み、前記低いＤＣ電圧
   が１ボルト−３０ボルトの範囲であることを特徴とする
   請求項１４記載の方法。 ２３）前記イオンの運動エネルギーを制御する工程が、
   前記第１ロッドセットのロッド手段と前記入口壁との間
   に低いＤＣ電圧を加えることを含み、前記低いＤＣ電圧
   が１ボルト−１５ボルトの範囲であることを特徴とする
   請求項１４記載の方法。 ２４）前記イオンの運動エネルギーを制御する工程が、
   記第１ロッドセットのロッド手段と前記入口壁との間に
   低いＤＣ電圧を加えることを含み、前記低いＤＣ電圧が
   １ボルト−１０ボルトの範囲であることを特徴とする請
   求項１４記載の方法。