JP3761752B2 - 周回軌道を有する飛行時間型質量分析装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、飛行時間型質量分析装置（ＴＯＦＭＳ）に関するものであり、特にイオンが周回できる閉じた軌道を有する飛行時間型質量分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
飛行時間型質量分析装置においては、一定の加速エネルギーで加速した試料イオンが質量に応じた飛行速度を持つことに基づき、一定距離を飛行するのに要する飛行時間を計測して質量を求める。
【０００３】
この飛行時間型質量分析装置の分解能は、イオン源の条件が同一の場合、イオンの飛行距離に比例する。従って、高分解能を実現するためには飛行距離を大きくすれば良いが、通常、それは装置の大型化に結びつく。
【０００４】
そこで、飛行距離を長くすることと装置の小型化を両立させるため、例えば、リフレクトロンと呼ばれる電場を用いてイオンの飛行方向を変えてＵターンさせることが行われている。さらには、複数の電場を用いて閉じた軌道を構成し、この軌道上でイオンを周回させることにより、長い飛行距離を実現しようとする試みもある。
【０００５】
【発明が解決すべき課題】
リフレクトロンを用いて飛行方向をＵターンさせても、飛行距離を長くするためには装置の大型化は避けられない。周回軌道を持つ場合には、多重周回させることにより、限られたスペースの中で飛行距離を長くすることはできるが、イオンビームの入出射に工夫が必要である。
【０００６】
本発明は、リフレクトロンを周回軌道を持つ飛行時間型質量分析装置と組み合わせることにより、イオンの入出射を容易に行うことのできる飛行時間型質量分析装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決する手段】
この目的を達成するため、本発明は周回軌道を有する飛行時間型質量分析装置であって、周回軌道上にイオン生成部と生成されたイオンを収容するイオン溜とから構成され、該イオン溜からイオンをパルス的に一方向に取り出すイオン源を配置し、該イオン源は、前記周回軌道上にイオンを送り出すように配置されると共に、該イオン源を動作させない時には、周回軌道を進むイオンが前記イオン溜を通過できるように構成したことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明を実施した飛行時間型質量分析計の一例を示すイオン光学図である。図１において、旋回角度が１８０°よりも小さい４つの扇形電場Ｅ1，Ｅ2，Ｅ3，Ｅ4を８の字の湾曲部分に配置することにより、８の字状の閉じたイオン軌道Ａが形成される。この軌道Ａは、４つの扇形電場Ｅ1〜Ｅ4内の円形軌道Ａ1〜Ａ4と、扇形電場間を結ぶ４つの直進軌道Ａ12,Ａ23,Ａ34,Ａ41から構成されている。
【０００９】
扇形電場Ｅ1，Ｅ2の間の直進軌道Ａ12には、オルソゴナル(直交型)イオン源１が、直進軌道Ａ12上に扇形電場Ｅ2へ向けてイオンを出射し得るように配置されている。このイオン源１は、イオン化部２と、直進軌道上に配置されイオン化部２で生成されたイオンが低速で導入されるイオン溜３とから構成される。イオン溜２内には、引出し電極４及び押し出し電極５が設けられており、この２つの電極間に電圧を印加することにより、イオンに加速エネルギーを与えて外部へ取り出すための電場が発生される。また、イオン溜３には、イオン源を動作させないとき、直進軌道Ａ12に沿って進むイオンが影響を受けずに通過できるよう、通過口が設けられている。
【００１０】
イオン源１と扇形電場Ｅ2との間の直進軌道Ａ12上には、リフレクトロン６が配置されている。リフレクトロン６は、間隔をおいて並べられた少なくとも２枚の電極により、イオンを減速する電場を発生させ、この電場にイオンを斜めに入射させてＵターンさせるものである。リフレクトロン６により進行方向が変えられて直進軌道Ａ12を外れたイオンを検出するため、イオン検出器７が設けられている。また、リフレクトロン６には、非作動時、直進軌道Ａ12に沿って進むイオンが影響を受けずに通過できるよう、通過口が設けられていると共にすべての電極が接地電位とされる。
【００１１】
このような構成において、イオン化部２で生成された試料イオンは、イオン化部から低速度で取り出され、矢印方向に進んでイオン溜３内へ導かれる。適宜な量のイオンが蓄積された時、引き出し電極と押し出し電極にパルス的に電圧を供給することにより、イオン溜内のイオンはパルス的に外に取り出され、直進軌道Ａ12に沿って進み始める。
【００１２】
なお、イオン溜内において、イオンはイオン化部で付与された速度Ｖ0で進んでいるため、その進行方向に直交する方向に取り出しのための電場を印加しても、電場の方向に取り出されるのではなく、速度Ｖ0の影響により電場の方向に対して斜めに出射する。その出射方向が直進軌道Ａ12に一致するように、イオン源１が配置されていることは言うまでもない。
【００１３】
このようにして、イオン源１から発射され直進軌道Ａ12に沿って飛行を開始したパルス化された一団のイオンは、時間の経過と共に質量に応じて展開されて行く。質量分析装置に要求される分解能が最も低い低分解能モードの場合、リフレクトロン６は、常に作動状態とされる。従って、イオン源１から発射されたイオンはリフレクトロン６に到着次第次々に直進軌道Ａ12の外に取り出され、検出器７に入射して検出される。
【００１４】
一方、更に高い分解能が要求される高分解能モードの場合、リフレクトロン６は当初、非作動状態とされる。そのため、イオン源１から発射されたイオンは、リフレクトロン６を通過し、後ろに続く周回軌道Ａ2，Ａ23，Ａ3，Ａ34，Ａ4，Ａ41，Ａ1に沿って飛行し、１周してイオン源１に戻って来る。イオン源１は、発射後イオンが１周して戻って来るまでには、非作動状態とされているため、イオンはイオン源１をそのまま通過してリフレクトロン６へ到達することとなる。リフレクトロン６は、イオンが通過してから再び接近するまでの間に作動状態とされるため、リフレクトロン６へ到達したイオンは、到着次第次々に直進軌道Ａ12の外に取り出され、検出器７に入射して検出される。このときのイオンの飛行距離は、周回軌道１周の分前記低分解能モードの時よりも長いため、低分解能モードよりも高い分解能の測定が可能である。
【００１５】
イオンの周回数を更に増やすことにより、更に高い分解能が要求される場合にも対応することが出来る。すなわち、リフレクトロン６を作動状態とするタイミングを更に遅らせれば、イオンは更に周回を重ねるので、所望の周回数を重ねた時点で、リフレクトロンを作動状態としてイオンを検出するようにすればよい。ただし、先頭のイオンが最後尾のイオンを追い越してしまっては解析が困難になるので、リフレクトロンを作動状態とするのは、追い越しが起こる前であって、最後尾のイオンがリフレクトロンを通過し且つ先頭のイオンがリフレクトロン６に到達する前のタイミングであることは言うまでもない。
【００１６】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されることなく変形が可能である。例えば、図２に示すように、イオン源１１を直進軌道の延長線上に設け、扇形電場を形成する電極に開けた穴を介してイオンを周回軌道に打ち込むようにしても良い。
【００１７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明では、周回軌道上にイオン生成部と生成されたイオンを収容するイオン溜とから構成されるイオン源を配置し、このイオン源を用いて軌道外部から周回軌道にイオンを送り出して飛行させ得るように構成すると共に、イオン源を動作させない時に周回軌道を進むイオンがイオン溜を通過できるように構成したため、イオンの入出射を容易に行うことにできる飛行時間型質量分析装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の一例を示す図である。
【図２】 本発明の変形例を示す図である。
【符号の説明】
Ｅ1，Ｅ2，Ｅ３，Ｅ４・・・扇形電場、１・・・オルソゴナルイオン源、６・・・リフレクトロン、７・・・イオン検出器

Claims (2)

1. 周回軌道を有する飛行時間型質量分析装置であって、周回軌道上にイオン生成部と生成されたイオンを収容するイオン溜とから構成され、該イオン溜からイオンをパルス的に一方向に取り出すイオン源を配置し、該イオン源は、前記周回軌道上にイオンを送り出すように配置されると共に、該イオン源を動作させない時には、周回軌道を進むイオンが前記イオン溜を通過できるように構成したことを特徴とする周回軌道を有する飛行時間型質量分析装置。
2. リフレクトロンを用いて周回軌道を進むイオンを軌道外部へ取り出して検出し得るように構成すると共に、該リフレクトロンを動作させない時に、周回軌道を進むイオンが該リフレクトロンを通過できるように構成したことを特徴とする請求項１記載の周回軌道を有する飛行時間型質量分析装置。

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