具体实施方式

以下，参照附图对作为本发明的离子分析装置的一实施例的质量分析装置进行说明。本实施例的质量分析装置是通过离子阱(IT)将由MALDI(Matrix Assisted LaserDesorption/Ionization)离子源生成的离子进行质量分离并检测的基质激光解吸离子化-离子阱(MALDI-IT)型的质量分析装置。

图1示出本实施例的质量分析装置1的主要部分构成。该质量分析装置1大致由离子化室10、质量分析室20、电压施加部30及控制部40构成。在离子化室10与质量分析室20之间设有分隔壁21。在分隔壁21形成有朝向质量分析室20侧逐渐变宽的锥状的开口211。

在离子化室10设有试样载台12，用于载置具有收纳试样11的多个孔的试样板111。此外，使试样载台12在测量位置(图1所示的位置)与更换位置之间移动，并且在测量位置设有用于与开口211接近/分离的载台移动机构13。此外，设有阀14和用于使该阀14在将开口211封锁的封锁位置(图1所示的位置)与退让位置之间移动的阀移动机构15。由该阀14与阀移动机构15构成负载锁闭机构。在离子化室10还设有用于使离子化室10开闭的机构(省略图示)以供分析者更换试样板11。此外，在离子化室10连接有在进行负载锁闭动作时使该离子化室10达到10³Pa左右的压力的隔膜泵(粗抽吸泵，省略图示)。另外，在本实施例中，在离子化室10连接有隔膜泵，但具备这样的粗抽吸泵的构成是优选的方式，并不是本发明所必须的。

此外，在离子化室10及质量分析室20之外，配置有对位于测量位置的试样载台12上的试样11照射激光的激光光源3、经由半透半反镜4观察该试样的表面的照相机5。

在质量分析室20中，从靠近离子化室10的一侧起依次设有第一离子透镜22、偏转部23、第二离子透镜24、离子阱25及离子检测器26。第一离子透镜22及第二离子透镜24由沿着离子的飞行路径的中心轴(离子光轴)配置的多片圆环状的电极构成。

偏向部23具备4根杆电极231～234。在控制部40的控制下，分别从电压施加部30对杆电极231施加与离子相反极性的电压，对除此以外的杆电极232～234施加与离子相同极性的电压。

离子阱25是包含圆环状的环形电极251与夹着该环形电极251对置配置的一对端帽电极(入口侧端帽电极252、出口侧端帽电极253)的三维离子阱。分别在入口侧端帽电极252形成有离子导入孔254，在出口侧端帽电极253形成有离子射出孔255。在控制部40的控制下，以规定的时机从电压施加部30对上述电极251、252、253各自施加将高频电压与直流电压的任一方或将它们合成后的电压。通过适当地变更这些电压，将离子捕捉至离子阱25的内部，或者将被捕捉的离子放出。从离子阱25放出的离子由离子检测器26检测。

入口侧端帽电极252与环形电极251、以及出口侧端帽电极253与环形电极251各自通过圆环状的绝缘部件256连接固定。在该绝缘部件256上，在周向上等间隔地设有多个(例如4个)开口，由此，离子阱25的内部空间与质量分析室20连通。绝缘部件256的开口与入口侧端帽电极252的离子导入孔254和出口侧端帽电极253的离子射出孔255相比形成得足够大。

此外，在离子阱25安装有以规定的流量对该离子阱25的内部供给1种乃至多种惰性气体(氦、氮、氩等)的气体供给部27。气体供给部27具备择一输送的多种气体源271、连接该气体源271与离子阱25的气体流路272、设于该气体流路272的阀273。

在构成质量分析室20的腔室壁面的、面对离子阱25与离子检测器26的位置连接有真空排气机构28。真空排气机构28具备作为主泵的涡轮分子泵和作为辅助泵的隔膜泵。此外，在质量分析室20的离子检测器26的附近安装有测量质量分析室20内的压力的真空计29。

接着，对使用了本实施例的质量分析装置的测量的流程进行说明。

首先，在离子化室10内，使阀移动机构15动作从而通过阀14关闭开口211。接着，打开离子化室10，使载台移动机构13动作，将试样载台12移动到更换位置，载置试样板111。在这一系列作业的期间，离子化室10内向大气开放。之后，关闭离子化室10，通过隔膜泵对离子化室10进行粗抽吸，并且使载台移动机构13动作，将试样载台12移动到测量位置。

在使试样载台12移动到测量位置后，若使用者指示测量开始，则控制部40使上述各部如下动作。

首先，使阀移动机构15动作，通过阀14打开开口211。接着，使作为真空排气机构28的辅助泵的隔膜泵工作，对质量分析室20内进行粗抽吸。此外，通过开口211对离子化室10内也进行粗抽吸。由此，质量分析室20及离子化室10被粗抽吸至10^-1～10^-2Pa左右。之后，使作为主泵的涡轮分子泵动作，对质量分析室20内进行主牵引。此时，通过开口211对离子化室10内也抽真空。由于离子化室10经由开口211被排气，因此不限于达到与质量分析室20内同等的真空度，只要在离子化室10中从试样11生成离子时所要求的真空度为10^-1～10^-2Pa左右，即使是粗抽吸程度的真空度也不会特别产生问题。之后，在到测量结束为止的期间，通过真空排气机构28继续进行质量分析室20的抽真空。

质量分析室20内的压力达到10^-3Pa以下后，使激光光源3动作，对位于测量位置的试样载台12上的试样11的表面照射激光。由此从试样11生成离子。从试样11生成的离子通过开口211被引入比离子化室10更高真空度的质量分析室20的内部。被引入质量分析室20的离子被第一离子透镜22收敛，利用偏转部23使飞行方向弯曲，进而被第二离子透镜24收敛后，从入口侧端帽电极252的离子导入孔254入射到离子阱25内部。对环形电极251、入口侧端帽电极252及出口侧端帽电极253分别施加预先决定的高频电压(或者叠加了高频电压与直流电压的电压)，由此，将所决定的质荷比(或者质荷比范围)的离子捕捉至离子阱25内。

在向试样11照射激光的同时，或者比向试样11照射激光稍晚地，从气体供给部27向离子阱25内导入氦气。该氦气被用作冷却气体。通过与氦气的碰撞，被捕捉到离子阱25内的离子的动能降低。然后，这些离子逐渐被冷却并收敛于离子阱25的中心附近。

被导入离子阱25内的氦气从绝缘部件256的开口流出至质量分析室20内。因此，质量分析室20内的真空度暂时降低。因此，待机直至质量分析室20内的真空度达到与测量开始时同等及以上(压力达到10^-3Pa以下)。在此期间，预先将被冷却气体冷却的离子捕捉至离子阱25的内部。

质量分析室20内的压力达到10^-3Pa以下后，适当地变更对环形电极251、入口侧端帽电极252及出口侧端帽电极253的施加电压，通过变更捕捉至离子阱25内的离子的质荷比(或者质荷比范围)，从而将特定的质荷比(或者质荷比范围)的离子从离子阱25放出，并由离子检测器26进行检测。

上述是直接测量从试样生成的离子的例子，但也可以进行使从试样生成的离子开裂后测量的MS/MS测量(或者使其多次开裂后测量的MSⁿ测量)。在该情况下，在利用氦气对离子进行冷却之后，使仅将预先决定的质荷比的离子捕捉到离子阱25内那样的高频电压(或者叠加了高频电压与直流电压的电压)施加至环形电极251、入口侧端帽电极252及出口侧端帽电极253来筛选前体离子。之后，从气体供给部27将碰撞气体(例如氮气或氩气)导入离子阱25内。进而，使在离子阱25内捕捉的前体离子激发，通过与碰撞气体的碰撞使其开裂来生成产物离子。

然后，从绝缘部件256的开口流出至质量分析室20内的冷却气体和碰撞气体被真空排气机构28排气并待机直至质量分析室20内的真空度达到与测量开始时同等的10^-3Pa以上。在此期间，预先将产物离子捕捉至离子阱25的内部。

质量分析室20内的压力达到10^-3Pa以下后，适当地变更对环形电极251、入口侧端帽电极252及出口侧端帽电极253的施加电压，将捕捉至离子阱25内的离子放出并由离子检测器26进行检测。

像这样，在本实施例的质量分析装置1中，仅通过1个真空排气机构28将离子化室10及质量分析室20排气至所需的真空度。因此，与对要求的真空度不同的空间分别使用真空排气机构的以往的质量分析装置相比，能够小型且低成本地制作。

如上所述，对质量分析室20要求较高真空度，一旦向大气开放则抽真空需要时间。因此，在如上述实施例那样具备在设置试样时将离子化室10向大气开放的负载锁闭机构的构成的情况下，设置试样时，在通过阀14对质量分析室20关闭开口211而将质量分析室20内维持为真空的状态下，仅将离子化室10向大气开放来设置试样。

若将离子化室10向大气开放，则大气中包含的水蒸气也会进入离子化室10内而附着于壁面等。一旦水分子附着于离子化室10内的壁面等，则它们不会容易地脱离，而是逐渐脱离。在水分子完全从壁面等脱离为止的期间即使继续抽真空，也难以使其达到比某一特定的压力更高真空。由于对离子化室10要求的真空度并不那么高因此没有问题，但若从离子化室10的壁面等脱离的水分子通过开口211进入质量分析室20的内部，则质量分析室20的真空度变差。虽然对质量分析室20的压力要求为10^-3Pa以下，但若开口211的直径过大，则比真空排气机构28(特别是涡轮分子泵)的排气量更多的水分子从离子化室10进入质量分析室20，变得无法得到所需的真空度。因此，需要预先决定开口211的直径，以使水分子从离子化室10向质量分析室20的流入速度(流入量)达到涡轮分子泵的排气速度(流入量)以下。以下对这样的开口211的直径的决定方法的一例进行说明。

将质量分析室20内的压力设为P₁(Pa)，将离子化室10内的压力设为P₂(Pa)，将开口211的直径设为D(m)。由于在本实施例中的离子化室10和质量分析室20那样的在真空气氛中飞行的水分子(H₂O)在室温(20℃)下的分子速度(流速)约为600m/s，因此构建如下模型：从离子化室10通过面积π/4×D²(m²)的开口，水分子以速度600(m/s)从离子化室10通过开口211进入质量分析室20。

水分子向质量分析室20的进入量(每1秒进入质量分析室20的水分子在离子化室10内的体积)V₂(m³/s)达到2π/4×D²(m²)×600(m/s)＝150πD²(m³/s)。若质量分析装置1的环境温度是恒定的，则气体的状态方程式PV＝nRT中的R、T是恒定的。由于水分子的分子数n在通过开口211时与进入质量分析室20后不变，因此右边的值是恒定的，从而左边的PV也是恒定的。

从离子化室10移动至质量分析室20的水分子的P₂V₂的值为P₂V₂＝P₂×150πD²。此外，由于通常的涡轮分子泵的排气速度V₁为约30L/s＝30×10^-3(m³/s)或在此之上，因此通过涡轮分子泵从质量分析室20排出的水分子的P₁V₁值成为P₁V₁＝P₁×30×10^-3(m³/s)＝30×10^-3×P₁。

在此，在P₂V₂＞P₁V₁的情况下，从离子化室10进入质量分析室20内的水分子的量多于从质量分析室20排出的水分子的量，质量分析室20内的真空度变差。因此，需要以成为P₂V₂≤P₁V₁的方式确定开口的直径D。即，根据P₂×150πD²≤30×10^-3×P₁这样的条件式，得出下式。

[数1]

从而，根据实际用于测量的质量分析装置的构成，通过将离子化室10的假定压力与对质量分析室20要求的压力输入至上式，能够确定适于该质量分析装置的结构的开口的直径D。

另外，本发明人在对开口211的直径进行各种各样设定，利用涡轮分子泵对质量分析室20进行排气同时对该质量分析室20内的压力进行了测量后发现，如果开口211的直径为6.0mm以下，则能够得到所需的真空度(10^-3Pa以下的压力)。

汇总上述模型及实际的测量结果可以说，在一般构成的质量分析装置中，如果开口211的直径为6.0mm以下则在实用上不会产生问题(即，质量分析室20的真空度比10^-3Pa差)，此外，通过将开口211的直径设为在实际使用的质量分析装置中将设想的压力等输入上式而求出的值以下，也能够将质量分析室20维持为超高真空。

上述实施例是一个例子，能够按照本发明的主旨适当地进行变更。

上述实施例为MALDI-IT型的质量分析装置，但在具备MALDI以外的离子化源和IT以外的质量分离部的质量分析装置中也能够采用与上述相同的构成。此外，不限于质量分析装置，在离子迁移率分析装置等中也能够采用与上述相同的构成。

以上，参照附图对本发明中的各种实施方式进行了详细说明，最后对本发明的各种方案进行说明。

本发明的第1方案的离子分析装置具备：

离子化室；

分析室，通过形成有开口的分隔壁与所述离子化室分离；

离子化部，在所述离子化室中从试样生成离子；

离子输送部，设于所述分析室内，输送由所述离子化部生成的离子；

离子捕捉部，设于所述分析室内，捕捉由所述离子输送部输送的离子；

离子检测部，设于所述分析室内，检测从所述离子捕捉部放出的离子；

单一排气机构，仅与所述分析室连接，使该分析室达到10^-3Pa以下的压力。

在本发明的第1方案的离子分析装置中，利用仅与分析室连接来使被连接空间达到10^-3Pa以下的压力的单一排气机构对分析室进行直接排气，同时也经由开口对离子化室进行间接排气。然后，将分析室与离子化室各自排气至规定的真空度后，使离子化部动作而从试样生成离子。此外，在从试样生成离子的同时，或者比其稍晚地，对离子捕捉部内导入规定种类的气体(冷却气体)。被导入离子捕捉部的离子通过与冷却气体的碰撞而被冷却，并被捕捉至离子捕捉部的中央附近。由于被导入离子捕捉部的所述气体逐渐流出至分析室内，由此分析室内的真空度降低，因此通过排气机构将该气体排出直到质量分析室内达到规定的真空度为止，并将离子捕捉至离子捕捉部内。然后，质量分析室内达到规定的真空度后，从离子捕捉部依次放出离子，由离子检测部进行检测。

上述单一排气机构例如由进行主抽吸的涡轮分子泵等主泵和进行粗抽吸的隔膜泵等辅助泵构成。进行主抽吸的主泵一般大型且昂贵。在本发明的离子分析装置中，由于仅具备仅与分析室连接的单一排气机构，因此与具备多个这样的排气机构的以往的离子分析装置相比，能够实现小型化及低成本化。

本发明的第2方案的离子分析装置是在上述第1方案的离子分析装置中，

在所述离子化室具备负载锁闭机构，具有开闭所述开口的阀。

在第2方案的离子分析装置中，通过预先利用阀关闭所述开口，能够在不使质量分析室向大气开放的情况下更换试样。

本发明的第3方案的离子分析装置是在上述第1方案或第2方案的离子分析装置中，

所述开口的直径为6.0mm以下。

在第3方案的离子分析装置中，由于开口的直径为6.0mm以下，能够抑制可能从离子化室进入质量分析室的水分子的量，能够可靠地将质量分析室维持为超高真空。另外，在此以开口为圆形为前提，但开口的形状并不限定于圆形，可使用具有与直径6.0mm的圆形同等及以下的面积的适当形状的开口。

本发明的第4方案的离子分析装置是在上述第1方案～第3方案的任一个的离子分析装置中，还具备：

气体导入部，对所述离子捕捉部导入规定种类的气体；

控制部，使所述离子化部动作而从所述试样生成离子并使所述气体导入部动作，在将离子捕捉至所述离子捕捉部直到所述离子分析室内达到规定的真空度之后，从该离子捕捉部放出离子并由所述离子检测部进行检测。

通过使用第4方案的离子分析装置，能够不对分析者造成麻烦而在离子分析室达到规定的真空度的适当的时机对离子进行分析。

本发明的第5方案的离子分析装置是在上述第1方案～第4方案的任一个的离子分析装置中，所述离子捕捉部是离子阱。

由于第5方案的离子分析装置能够使离子阱作为离子捕捉部与质量分离部这两者发挥功能，因此能够使装置小型化。

附图标记说明

1 质量分析装置

3 激光光源

4 半透半反镜

5 照相机

10 离子化室

11 试样

111 试样板

12 试样载台

13 载台移动机构

14 阀

15 阀移动机构

20 质量分析室

21 分隔壁

211 开口

22 第一离子透镜

23 偏转部

231～234杆电极

24 第二离子透镜

25 离子阱

251 环形电极

252 入口侧端帽电极

253 出口侧端帽电极

254 离子导入孔

255 离子射出孔

256 绝缘部件

26 离子检测器

27 气体供给部

271 气体源

272 气体流路

273 阀

28 真空排气机构

29 真空计

30 电压施加部

40 控制部。