JPH03503815A - 質量分析計 - 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】 質量分析計 本発明は、一般に質量分析計の分野に関し、とくに飛行時間型（ＴＯＦ＞質量分 析計の改良に関する。 飛行時間型質量分析計には、一般に、３種の異なるイオン形成手段： ａ）　気体試料の電子衝撃イオン化 ｂ）　固体試料のカリホルニウム核***イオン化Ｃ）　レーザ　デソープション のびとつが採用されている。 従来のＴＯＦ質量分析計において第一の方法を採用すると、かなりのスペース領 域にわたり、かつ熱エネルギーが広がることから、イオン形成によりひき起され る固有の質量分解に対する制限がある。　これらの因子はいずれも質量分析計の 飛行管の長さをイオンが飛行するのに要する時間に影響を与えるから、装置の分 解能を左右することになる。 他の二つの方法は、それぞれ固体試料に用いるものであり、イオンをより限定さ れたスペース平面でつくることができる。　しかし、これらの方法にも、それぞ れイオンエネルギーの広がりという問題がある。　エネルギーの広がりの問題は 通常、リフレクトロン（Ｒｅｆｌｅｃｔｒｏｎ）　（Ｂ、　Ａ。 Ｍａｍｙｒｉｎ　ａｎｄ　　Ｄ、　Ｖ、　Ｓｃｈｍｉｋｋ、　Ｓｏｖ、Ｐｈｙｓ 、　　ＪＥＴＰ、ユ旦、７６２　（１９７９）により補償され、これにより質量 分解能がよくなる。　しかしこれは、ガスクロマトグラフから得られるような、 通常の「気体」試料には利用できない。 本発明の飛行時間型質量分析計は、イオン源、このイオン源で発生させたイオン を実質的に平行ビームにするビーム形成手段、ビームのイオンをビームと直置の 方向に加速するために配列したイオン加速器およびこの加速器から所定の距離に あるターゲットにイオンが到着する時間を測定する手段を備え、前記加速器はビ ームの航路に臨んで一次加速室を区画する少なくとも２枚の平行な平面電極であ って、少なくともひとつがグリッドである電極と、前記電極間に接続されたパル ス電圧源とから構成され、前記電極に電圧が印加されないときには無電界領域を 画定し、電極間にパルス電圧が印加されたときには電界が生じ、電極間に存在す るイオンがビームの方向と直交して加速されるようにしたことを特徴とする。 本発明の好ましい実施例においては、加速器を離れたイオンは、平行電極にブツ シュアウトパルスが印加されたときに第一次加速器における電場と等しい電場を もつ第二次加速器に入り、ついで強い電位勾配をもつ主加速器（第三次）に入り 、イオンがターゲットに向けて加速される。 本発明の実施に際しては、電子衝撃イオン化、化学的イオン化および高速原子銃 撃源を含む、従来の技術によるイオン源を用いることができる。 以下、本発明を実施例を示す図面を参照して説明する。 第１図は、本発明によるＴＯＦ質量分析計の略図である。 第２図は、第１図における第二次領域の直角加速器と主加速器の詳細説明図であ る。 第１図において、ＴＯＦ質量分析計は連続的にポンプで吸引される高真空ハウジ ング内に収容されており、気体試料が導入される電子衝撃イオン化源１０を備え ている。 このイオン化源は熱カソード１２を含み、ここから放出された電子ビームは試料 Ｗ１３を通ってアノード（電子トラップ）１１に達し、試料至内で電子と試料気 体の原子とが衝突してカチオンを生成する。　生成したカチオンは正電圧のりベ ラ−１４と反発し、一部がアパチャー１５からイオンリーケージとして通過する 。　カソード１２と電子トラップ１１はイオン化源ハウジング１０の上方と下方 にそれぞれ示されているが、実際には紙面の上下に位置する。 イオン化源至は正電圧＋５０Ｖに保持されている。　スリット１７を設けた差動 ポンプバッフル１６は負電圧（−２５０Ｖ）に保持されており、リークイオンは バッフル１６に向けて加速され、スリットを通過する。　−組のレンズ１８およ び１９がスリット１７と協働してイオンの焦点を合わせ、かつこれを屈折させて 平行ビーム２１とし、このビームはビーム屈折領域電極２８および２９を経由し て直角加速器２２に導かれる。 イオンを直角に加速させるのに必要な電圧がパルスされるが、インターパルス区 間ではイオンは真直に加速器２２を通過し、接地保護管２３を経由して電子増幅 器２４に達し、出力信号を出す。　この出力信号は、そこに存在するイオンビー ムを変えるのに用いられる。　直角加速器２２が働くと、イオンビームの航路は 飛行管２６に曲げられる。 この飛行管２６は高電圧で隔離され、各端部に隙間制限板４６と４７を有し、そ の末端にはイオン検出器２７を備えている。　イオン検出器は、多重チャンネル 板増幅器、電子増幅器またはＸ−Ｚ面と平行な平らな検出面をもつ他の装置であ ってもよい。 第２図に直角加速器２２および他の加速領域の詳細図を示した。　これから明ら かなように、イオンビーム２１は第一の７バチヤー３２を通って第−教室２２に 入る。　そして、曲げられないときは、第二のアパチャー３３から出て行く。　 本実施例では、イオンビームのｙ軸方向の深さは２ＪＩＩｌである。　第−次室 ２２は本質的には一対の平行電極３４および３５で区画され、はじめの電極３４ はブツシュ−アウトプレートで、第二の電極３５は屈折ビーム３７の流出を許容 するグリッド電極である。　第１図および第２図に示された実施例では、ビーム の中心とブツシュ−アウトプレート間の距離は１．２７１！＋！、また第一グリ ッド３５との間の距離は４．０ｍである。　第一グリッド３５はグリッドを通過 する電界貫通を無効にするため僅かに正電圧に保持されるが、飛行時間の次元で 加速を開始するために所定の電圧（本実施例では＋１００Ｖのオーダ）にパルス されるときを除き、通常は接地電圧に保持される。　プッシューアウトプレート ３４と第一グリッド３５がいずれも有効にアースされているときには、第−教学 ３１は電界自由ゾーンを形成し、イオンビームは曲げられずに苗を通過する。　 しかし、ブツシュ−アウト電極３４にパルスが供給されると、第−教室における イオンのいくつかは加速され第一グリッド３５を通り第三次室４１に入る。 第三次室４１は本質的に第一グリッド３５と、これに平行な第ニゲリッド４２と で区画される。　第ニゲリッド４２は、電圧Ｖｆに接続されており、ブツシュア ウト電圧が供給されたときに第−教室の電場と等しい電場を第三次室４１に形成 する。　Ｖｆの値は第一次および第三次室３１゜４１の相対寸法に依存し、本実 施例では第一および第ニゲリッドの間隔が５．５７１１１のときに−９３，１Ｖ である。 第二次室を出たイオンは第ニゲリッド４２を通り、第三次室４４に入る。 第三次加速至は、第ニゲリッド４２と第三の高電圧加速グリッド４５とで区画さ れ、グリッド４５には１〜１０ｋＶの高電圧が印加される。　本実施例では、こ の高電圧は一３ｋＶに設定され、第二および第三ブリッド間の間隔は１２゜Ｏｍ である。　第三次室に入ると、イオンは急速に加速され、グリッド４５を通り飛 行管２６に入る。この飛行管２６は、本実施例では高電圧グリッド４５と同じ電 圧であり、長さが１５００ａｌｌである。 第１図に戻って説明すると、第二レンズ要素１９から出るイオンビーム２１は、 実施的にはＸ−Ｚ面と平行な僅かに拡がった航路を進行するイオンから構成され るので、種々のイオンの熱エネルギーのｙ成分はｙ軸変位についての固定された 領域に限定され、ど−ム中のイオンは直角方向すなわちｙ軸方向の熱速度をほと んどもたない。　したがって、直角方向の熱速度の範囲は厳しく制限され、エネ ルギー因子による分解損失は減少する。 第２図において、第−教学２２では、ビームは通常電場におかれないので、室を 真直に通過する。　しかし、電極３４に電圧が印加されると、第−教室２２に電 場が形成されるから、同電位の実質的に平行な面が領域の中心に存在することに なり、ビーム２１中に横断して分布したイオンは各行路の異なる電位差によりグ リッド３５に落下する。 三つの至、飛行管およびこれらに印加される電圧の物理的量をすべて較正するこ とにより、第三次室４４から出る種々のイオンの流出速度を、直角方向の空間に 分布したイオンによる異なる航路長に対して補償することができる（Ｗ、　Ｃ， Ｗｉｌｅｙ　　＆　　１．　Ｈ，Ｍｃ　Ｌａｒｅｎ、　Ｒｅｖ、Ｓｃｉ。 Ｊｎｓｔｒｕａ＋、、２６．１１５０　（１９’５５））。 このようにして、固有の熱エネルギー問題は、そのほとんどが本発明による直角 加速器によって補償される空間分布問題に転化される。 質量分析計の幾何学的および電気的な設計は、もし好ましい実ｔＭ態様において 使用されるイオン計数検出システムをもっていれば、１個のイオンが加速器の何 らかの操作によって飛行管内に入る確率は約１／１０に保たれる。　これを選択 すれば、二つのイオンがそのデッドタイム内にイオ検出器２７に到達する確率を 小さくすることができる。 このタイプの検出器は、はとんど同時に到着した単一のまたは複数のイオンを識 別することができないためである。 ブツシュ−アウトパルスが印加される頻度は、飛行管に入る最も重いイオンの飛 行時間により設定する。　本発明の実施例によれば、第−教室の補充プロセスを 当然低分解飛行時間型分析計として取扱うことが可能であり、飛行管に入るイオ ンの質量に上限をつけることができる。　したがって、連続イオンビーム中の重 いイオンは抑制し、パルス頻度を最も重いイオンだけで制限することができる。 以上の調整により、加速器の操作を１スペクトルごとに１０．０００回行ない、 約１．０００個のイオンを検出することが期待される。 以上説明したように、本発明の精神または背景に反しない限り、種々の変形また は変更を加えることができる。 手続補正書（自発） 平成３年６月７日 特許庁長官　　植　松　　敏　　殿 】、事件の表示 ＰＣＴ／ＡＵ　　８８１００４９８ ２、発明の名称 質量分析計 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　　オーストラリア国　２０３３ニユー・サウス・ウェールズ州 ケンシントン　アンザック・バレート　２２１名　称　　　ユニサーチ　リミテ ッド 代表者　　デビット　ロビン　ホッグ 国　籍　　　オーストラリア国 ４、代理人〒１０４ 住　所　　東京都中央区築地二丁目１５番１４号図面の翻訳文 ６、補正の内容 国際調査鰯牛

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．イオン源、このイオン源で発生させたイオンを実質的に平行ビームにするビ ーム形成手段、ビームのイオンをビームと直直の方向に加速するために配列した イオン加速器およびこの加速器から所定の距離にあるターゲットにイオンが到着 する時間を測定する手段を備え、前記加速器はビームの航路に臨んで一次加速室 を区画する少なくとも２枚の平行な平面電極であって、少なくともひとつがグリ ッドである電極と、前記電極間に接続されたパルス電圧源とから構成され、前記 電極に電圧が印加されないときには無電界領域を画定し、電極間にパルス電圧が 印加されたときには電界が生じ、電極間に存在するイオンがビームの方向と直交 して加速されるようにしたことを特徴とする飛行時間型質量分析計。
2. ２．前記第二次室からの屈折されたビームが入る主加速室を備え、この第三次室 は前記他の電極と高電圧電極により区画され、他の電極と高電圧電極との電位差 が１〜１０ｋＶの範囲に保たれる請求の範囲第１項に記載の質量分析計。
3. ３．直角に加速されたビームが入る第二次加速室を備え、第二次室がグリッド電 極と他のプレートまたはグリッド電極とにより区画され、かつ第一次室において 印加された電場と等しい強さの永久電場に保たれている請求の範囲第１項に記載 の質量分析計。
4. ４．イオン源と直角加速器との間に焦点を合わせる手段を備え、小さなアパチャ ーと協働して実質的に平行なイオンビームを加速器に供給するようにした請求の 範囲第１項に記載の質量分析計。
5. ５．焦点を合わせる手段が、直角方向の熱速度を、直角方面におけるビーム軸か ら固定された変位に変換されるようにした請求の範囲第４項に記載の質量分析計 。
6. ６．第一次、第二次および第三次室の寸法と、各室に供給される電圧とを調整し 、イオンを直角方向に加速したときにビーム中心からのイオンの変位を補償し、 同一質量のすべてのイオンが実質的に同時にターゲットに到着するようにした請 求の範囲第５項に記載の質量分析計。