JPH07176291A - ガス相イオン源を有する飛行時間型質量分析装置並びに真空ハウジングに電極を装着する方法 - Google Patents
ガス相イオン源を有する飛行時間型質量分析装置並びに真空ハウジングに電極を装着する方法Info
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- JPH07176291A JPH07176291A JP6152489A JP15248994A JPH07176291A JP H07176291 A JPH07176291 A JP H07176291A JP 6152489 A JP6152489 A JP 6152489A JP 15248994 A JP15248994 A JP 15248994A JP H07176291 A JPH07176291 A JP H07176291A
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- time
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/02—Details
- H01J49/04—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components
- H01J49/0422—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components for gaseous samples
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
- H01J49/34—Dynamic spectrometers
- H01J49/40—Time-of-flight spectrometers
- H01J49/403—Time-of-flight spectrometers characterised by the acceleration optics and/or the extraction fields
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- Optics & Photonics (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】抽出容積内の粒子密度が高く、かつ抽出容積と
検出器との間のイオン経路の残留ガス圧が低い、ガス相
のイオン源を備えた飛行時間型質量分析装置を提供す
る。 【構成】飛行時間型質量分析装置は異なる圧力(p1,
p2)の複数の領域に分割され、隣合った領域はガ流れ
規制部材3により接続されている。そして、抽出容積を
密封するために、流れ規制部材はイオン源の加速電極2
に直接一体的に形成されている。
検出器との間のイオン経路の残留ガス圧が低い、ガス相
のイオン源を備えた飛行時間型質量分析装置を提供す
る。 【構成】飛行時間型質量分析装置は異なる圧力(p1,
p2)の複数の領域に分割され、隣合った領域はガ流れ
規制部材3により接続されている。そして、抽出容積を
密封するために、流れ規制部材はイオン源の加速電極2
に直接一体的に形成されている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の電極を備えたガ
ス相イオン源を有する飛行時間型質量分析装置並びに真
空ハウジングに電極を装着する方法に関する
ス相イオン源を有する飛行時間型質量分析装置並びに真
空ハウジングに電極を装着する方法に関する
【0002】
【従来の技術】飛行時間型質量分析装置において、時間
におけるポイントは、1グループのイオンが経路で出発
するときにスタートタイムと呼ばれて、規定されてい
る。そして、ドラフト空間の終りで、到達したイオンが
飛行で必要であった時間が測定され、この時間がこのイ
オンの質量を決定するのに使用されている。
におけるポイントは、1グループのイオンが経路で出発
するときにスタートタイムと呼ばれて、規定されてい
る。そして、ドラフト空間の終りで、到達したイオンが
飛行で必要であった時間が測定され、この時間がこのイ
オンの質量を決定するのに使用されている。
【0003】抽出容積は、スタートタイムのときに、飛
行時間型質量分析装置の検出器の表面にイオン経路が導
かれる質量分析装置のイオン源内の領域である。イオン
の経路は電界とこの電界内での物理法則により決定され
る。
行時間型質量分析装置の検出器の表面にイオン経路が導
かれる質量分析装置のイオン源内の領域である。イオン
の経路は電界とこの電界内での物理法則により決定され
る。
【0004】飛行時間型の分析のスタートタイムは以下
に要素により得られる。
に要素により得られる。
【0005】1.気体の中性粒子が、これを通るレザー
もしくは電子により抽出容積内でイオン化されるときの
時間のポイント。
もしくは電子により抽出容積内でイオン化されるときの
時間のポイント。
【0006】1.イオン源の電極の電圧がスイッチされ
るときの時間のポイント。これは、通常は、イオン源の
電極への印加電圧がオフにスイッチされるときに、イオ
ンは抽出容積に達することができるので、イオンが分析
される場合である。
るときの時間のポイント。これは、通常は、イオン源の
電極への印加電圧がオフにスイッチされるときに、イオ
ンは抽出容積に達することができるので、イオンが分析
される場合である。
【0007】補助的機能として、飛行時間型質量分析装
置で発生する電子を検出することが可能である。抽出容
積は推測により規定され得る。イオンの抽出容積と電子
のいよとは、これら容積が少なくとも互いに重複してい
たとしても、等しいことが必要である。一般に電子とイ
オンとはイオン源から反対方向に抽出される。
置で発生する電子を検出することが可能である。抽出容
積は推測により規定され得る。イオンの抽出容積と電子
のいよとは、これら容積が少なくとも互いに重複してい
たとしても、等しいことが必要である。一般に電子とイ
オンとはイオン源から反対方向に抽出される。
【0008】非常に一般的な場合はイオンの検出であ
り、従って、ここでは、このことのみに付いて説明す
る。しかし、イオン並びにこれらの経路を説明した場
合、同様のことが、推論によって電子並びにこれらの経
路についても適用される。
り、従って、ここでは、このことのみに付いて説明す
る。しかし、イオン並びにこれらの経路を説明した場
合、同様のことが、推論によって電子並びにこれらの経
路についても適用される。
【0009】いかなる場合にも、イオン源内にはスター
トタイムの後加速の第1の相がある。そして、多くの場
合、イオンはイオン源内でこれらの最終速度まで加速さ
れる。イオン源は検出器に到達するイオンを収束するた
めの電極を備えることができる。そして、この場合、収
束するための電極は別々に配置される。即ち、検出器に
到達したイオンは、さらに質量分析器を通るのに適さな
い座標分布と速度で離れる。この場合には別々の収束が
必要である。
トタイムの後加速の第1の相がある。そして、多くの場
合、イオンはイオン源内でこれらの最終速度まで加速さ
れる。イオン源は検出器に到達するイオンを収束するた
めの電極を備えることができる。そして、この場合、収
束するための電極は別々に配置される。即ち、検出器に
到達したイオンは、さらに質量分析器を通るのに適さな
い座標分布と速度で離れる。この場合には別々の収束が
必要である。
【0010】スタートタイムに抽出容積内は高粒子密度
であることが、検出器に到達する粒子の数が密度に比例
するので、有効である。従って、抽出容積のサイズ並び
にこの中の粒子密度が飛行時間型質量分析装置の感度の
ための直接の測定事項である。
であることが、検出器に到達する粒子の数が密度に比例
するので、有効である。従って、抽出容積のサイズ並び
にこの中の粒子密度が飛行時間型質量分析装置の感度の
ための直接の測定事項である。
【0011】飛行時間型質量分析装置のための他の重要
な品質の特性は、そのダイナミック領域である。ここで
は、このダイナミック領域は、ある特定の質量を他の質
量よりも、不正確な時間で到達するこれら他の質量のイ
オンに埋め込まれることが無く、小さくするようなフア
クターとして規定されている。
な品質の特性は、そのダイナミック領域である。ここで
は、このダイナミック領域は、ある特定の質量を他の質
量よりも、不正確な時間で到達するこれら他の質量のイ
オンに埋め込まれることが無く、小さくするようなフア
クターとして規定されている。
【0012】これら両品質特性は、検出器への経路での
イオンの散乱により減じられる。以下の2つのタイプの
散乱現象が認識されている。
イオンの散乱により減じられる。以下の2つのタイプの
散乱現象が認識されている。
【0013】1.イオンの速度もしくは方向を、これら
イオンがいかなる場合には検出器に到達しないような強
さで変更させる散乱現象。このタイプの散乱現象が少し
のイオンに対してのみ生じる限り、ダイナミック領域並
びに密度はそれ程影響を受けない。
イオンがいかなる場合には検出器に到達しないような強
さで変更させる散乱現象。このタイプの散乱現象が少し
のイオンに対してのみ生じる限り、ダイナミック領域並
びに密度はそれ程影響を受けない。
【0014】2.イオンの速度と方向とを、これらイオ
ンが検出器に到達するが、不正確な時間となるような僅
かに変更させる散乱現象。この散乱現象は第1のタイプ
の散乱現象よりも僅かに感度に影響する。ダイナミック
領域は商(正確に到達したイオン数/不正確に到達した
イオン数)であり、不正確に到達したイオン数はこの商
の分母である。この理由で、このタイプの散乱現象は質
量分析装置のダイナミック領域に非常に大きく影響す
る。
ンが検出器に到達するが、不正確な時間となるような僅
かに変更させる散乱現象。この散乱現象は第1のタイプ
の散乱現象よりも僅かに感度に影響する。ダイナミック
領域は商(正確に到達したイオン数/不正確に到達した
イオン数)であり、不正確に到達したイオン数はこの商
の分母である。この理由で、このタイプの散乱現象は質
量分析装置のダイナミック領域に非常に大きく影響す
る。
【0015】検出器への経路でのイオンと分子もしくは
原子との散乱の数は、経路上での夫々の領域の残留ガス
圧に比例する。
原子との散乱の数は、経路上での夫々の領域の残留ガス
圧に比例する。
【0016】飛行時間型質量分析装置の高感度を達成す
るために、抽出容積内を高粒子密度にすることが必要で
ある。また、飛行時間型質量分析装置の高ダイナミック
領域を達成するためには、最低の残留ガス圧を得ること
が必要である。抽出容積内の高粒子密度は不要なガスバ
ラストを増し、このガスバラストは残留ガス圧を増す。
これは、ガス相に飛行時間型質量分析装置を適用する多
くの場合に、もし同時に品質特性も最適にすることを望
む場合には、問題である。
るために、抽出容積内を高粒子密度にすることが必要で
ある。また、飛行時間型質量分析装置の高ダイナミック
領域を達成するためには、最低の残留ガス圧を得ること
が必要である。抽出容積内の高粒子密度は不要なガスバ
ラストを増し、このガスバラストは残留ガス圧を増す。
これは、ガス相に飛行時間型質量分析装置を適用する多
くの場合に、もし同時に品質特性も最適にすることを望
む場合には、問題である。
【0017】通常、飛行時間型質量分析装置は、この中
のドリフト空間に沿ってイオン源に向かってサンプルの
注入、即ち、分析ガスもしくはイオンビームの発生から
圧力で低くなるような圧力の領域に分離される。分析ガ
スもしくはイオンビームを阻害しないため、また、検出
器への経路でのイオンを阻害しないためには、隣接した
領域は流れを規制する手段により接続することが必要で
ある。このような構成は、低残留ガス圧を、即ち、飛行
時間型質量分析装置のドラフト空間内の低散乱可能性を
補償すると共に、抽出容積内で高粒子密度を果たす。
のドリフト空間に沿ってイオン源に向かってサンプルの
注入、即ち、分析ガスもしくはイオンビームの発生から
圧力で低くなるような圧力の領域に分離される。分析ガ
スもしくはイオンビームを阻害しないため、また、検出
器への経路でのイオンを阻害しないためには、隣接した
領域は流れを規制する手段により接続することが必要で
ある。このような構成は、低残留ガス圧を、即ち、飛行
時間型質量分析装置のドラフト空間内の低散乱可能性を
補償すると共に、抽出容積内で高粒子密度を果たす。
【0018】ここでは、流れの規制は、検出器への経路
で阻害されないイオンを通すのに充分な大きさの小断面
積の開口として規定されている。しかし、このガスの導
通性は低圧領域のためのポンプのポンピングキヤパシテ
イよりもはるかに低い。
で阻害されないイオンを通すのに充分な大きさの小断面
積の開口として規定されている。しかし、このガスの導
通性は低圧領域のためのポンプのポンピングキヤパシテ
イよりもはるかに低い。
【0019】流れを規制するための最も基本的な設備
は、異なるガス圧の領域を分ける面に形成された所定の
断面積の開口もしくはアパチャーである。しかし、チュ
ーブもしくはチューブ形状の構造体は面に形成された開
口よりもより低い導通性を有するので、好ましく使用さ
れ得る。
は、異なるガス圧の領域を分ける面に形成された所定の
断面積の開口もしくはアパチャーである。しかし、チュ
ーブもしくはチューブ形状の構造体は面に形成された開
口よりもより低い導通性を有するので、好ましく使用さ
れ得る。
【0020】シマーズ(Scimmers)は、先端に
ガスビームに面した開口を備えた円錐形である。シマー
ズは面に形成された開口と同じようなガスに対する導通
性を有し、ガスビームが高圧の場合には好ましく使用さ
れている。
ガスビームに面した開口を備えた円錐形である。シマー
ズは面に形成された開口と同じようなガスに対する導通
性を有し、ガスビームが高圧の場合には好ましく使用さ
れている。
【0021】関連技術の説明 ミッチエル等(Michael et al.)による
文献(Reviewof Scientific In
struments,volume 63(10),p
ages 4277−4284,1992)により、飛
行時間型質量分析装置は異なる圧力の領域に分離されて
いることが推論されている。抽出容積を有する領域はド
リフト空間の部分よりも高圧になっている。しかし、p
artC”TOF operation”には、イオン
源、流れ制限部材並びに収束電極は、夫々異なるユニッ
トであり、別々に配設されていることが開示されてい
る。(”1インチのチューブの流れ規制部材が飛行チュ
ーブと主チヤンバとの間に置かれている”)。
文献(Reviewof Scientific In
struments,volume 63(10),p
ages 4277−4284,1992)により、飛
行時間型質量分析装置は異なる圧力の領域に分離されて
いることが推論されている。抽出容積を有する領域はド
リフト空間の部分よりも高圧になっている。しかし、p
artC”TOF operation”には、イオン
源、流れ制限部材並びに収束電極は、夫々異なるユニッ
トであり、別々に配設されていることが開示されてい
る。(”1インチのチューブの流れ規制部材が飛行チュ
ーブと主チヤンバとの間に置かれている”)。
【0022】イオン源と流れ規制部材とを別々に配設す
ることにより、イオンはイオン源の濃いガス中を比較的
長く飛行しなければならず、このため、残留ガス粒子と
の散乱の可能性が高くなる効果がある。また、これとは
別に、2つの領域間の圧力が異なると4つのファクター
よりも幾分少なくなる。かくして、この流れ規制部材の
直径が非常に大きく選ばれるか、長さを非常に短くする
かのように見える。
ることにより、イオンはイオン源の濃いガス中を比較的
長く飛行しなければならず、このため、残留ガス粒子と
の散乱の可能性が高くなる効果がある。また、これとは
別に、2つの領域間の圧力が異なると4つのファクター
よりも幾分少なくなる。かくして、この流れ規制部材の
直径が非常に大きく選ばれるか、長さを非常に短くする
かのように見える。
【0023】ドイツ特許出願 DE4108462 A
1並びにロワー等(Rohweret al.)による
文献(Zeitschrift fur Naturf
orschung,volume 43a,pages
1151−1153,1988)には、イオン源から
分離されて配設されたシマーが開示されている。ここで
は、シマーの開口と抽出容積との間の距離は比較的長
い。
1並びにロワー等(Rohweret al.)による
文献(Zeitschrift fur Naturf
orschung,volume 43a,pages
1151−1153,1988)には、イオン源から
分離されて配設されたシマーが開示されている。ここで
は、シマーの開口と抽出容積との間の距離は比較的長
い。
【0024】このような比較的長い距離は次のような欠
点がある。分析ガスもしくはイオンビームは抽出容積を
横切るのが望ましい。なぜなら、ここからイオンは、質
量分析装置内に経路に沿って出発するからである。も
し、分析ガスもしくはイオンビームの一部が抽出容積を
横切らないと、これら一部は感度に貢献することはでき
ず、単に残留ガス圧を高くするだけである。残留ガス圧
が高くなると、飛行時間型質量分析装置のダイナミック
領域が減少する。分析ガスもしくはイオンビームは常時
多くもしくは少なく発散するので、シマーと抽出容積と
の間の距離が長くなるのに従って、抽出容積を横切らな
い分析ガスもしくはイオンビームの一部は多くなる。
点がある。分析ガスもしくはイオンビームは抽出容積を
横切るのが望ましい。なぜなら、ここからイオンは、質
量分析装置内に経路に沿って出発するからである。も
し、分析ガスもしくはイオンビームの一部が抽出容積を
横切らないと、これら一部は感度に貢献することはでき
ず、単に残留ガス圧を高くするだけである。残留ガス圧
が高くなると、飛行時間型質量分析装置のダイナミック
領域が減少する。分析ガスもしくはイオンビームは常時
多くもしくは少なく発散するので、シマーと抽出容積と
の間の距離が長くなるのに従って、抽出容積を横切らな
い分析ガスもしくはイオンビームの一部は多くなる。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】このような長い距離
は、イオン源にはガスが多く存在して残留ガス圧が高く
なり、抽出容積内の粒子密度が低くなる欠点がある。こ
の結果、飛行時間型質量分析装置の感度が低下し、また
ダイナミック領域が減少する。
は、イオン源にはガスが多く存在して残留ガス圧が高く
なり、抽出容積内の粒子密度が低くなる欠点がある。こ
の結果、飛行時間型質量分析装置の感度が低下し、また
ダイナミック領域が減少する。
【0026】従って、本発明の目的は高感度と広いダイ
ナミック領域との両者を有し、ガス相のイオン源を備え
た飛行時間型質量分析装置を提供することである。
ナミック領域との両者を有し、ガス相のイオン源を備え
た飛行時間型質量分析装置を提供することである。
【0027】特に、本発明の目的は、抽出容積内の粒子
密度が高く、かつ抽出容積と検出器との間のイオン経路
の残留ガス圧が低い、ガス相のイオン源を備えた飛行時
間型質量分析装置を提供することである。
密度が高く、かつ抽出容積と検出器との間のイオン経路
の残留ガス圧が低い、ガス相のイオン源を備えた飛行時
間型質量分析装置を提供することである。
【0028】
【課題を解決するための手段】本発明に係わるガス相イ
オン源を有する飛行時間型質量分析装置は、異なる圧力
の少なくとも2以上に分けられた領域と、これら領域の
少なくとも2つを接続する流れ規制部材と、ガス相イオ
ン源とを具備し、このイオン源は、電界を形成する複数
の電極を有し、内部に抽出容積と呼ばれる空間領域が規
定され、この領域は質量分析装置のスタートタイムでイ
オンを中に含み、このイオンの質量は飛行時間を測定す
ることにより決定され、さらに他の空間領域が中に規定
され、この領域は前記抽出容積を含み、中で、電界はゼ
ロの所がなく、イオンもしくは電子が加速され、また、
中で、検出されるイオンもしくは電子は、質量分析装置
のスタートタイムのすぐ後で、少なくとも質量分析装置
の最終ドラフト速度のフラクションに、妨げられない時
間相で加速されるような飛行時間型質量分析装置におい
て、前記複数の電極の少なくとも1つは流れ規制部材を
有し、予め規制された少なくとも1つの空間領域の電界
に影響を与えるようにしたことを特徴とする。
オン源を有する飛行時間型質量分析装置は、異なる圧力
の少なくとも2以上に分けられた領域と、これら領域の
少なくとも2つを接続する流れ規制部材と、ガス相イオ
ン源とを具備し、このイオン源は、電界を形成する複数
の電極を有し、内部に抽出容積と呼ばれる空間領域が規
定され、この領域は質量分析装置のスタートタイムでイ
オンを中に含み、このイオンの質量は飛行時間を測定す
ることにより決定され、さらに他の空間領域が中に規定
され、この領域は前記抽出容積を含み、中で、電界はゼ
ロの所がなく、イオンもしくは電子が加速され、また、
中で、検出されるイオンもしくは電子は、質量分析装置
のスタートタイムのすぐ後で、少なくとも質量分析装置
の最終ドラフト速度のフラクションに、妨げられない時
間相で加速されるような飛行時間型質量分析装置におい
て、前記複数の電極の少なくとも1つは流れ規制部材を
有し、予め規制された少なくとも1つの空間領域の電界
に影響を与えるようにしたことを特徴とする。
【0029】
【作用】本発明に係われる飛行時間型質量分析装置にお
いては、異なる圧力の複数の領域に分割され、隣合った
領域はガ流れ規制部材により接続されている。そして、
抽出容積を密封するために、流れ規制部材はイオン源の
電極に直接一体的に形成されている。この結果、イオン
源内を高粒子密度にすることができると共に、分析装置
のドラフト経路での散乱を少なくすることができる。
いては、異なる圧力の複数の領域に分割され、隣合った
領域はガ流れ規制部材により接続されている。そして、
抽出容積を密封するために、流れ規制部材はイオン源の
電極に直接一体的に形成されている。この結果、イオン
源内を高粒子密度にすることができると共に、分析装置
のドラフト経路での散乱を少なくすることができる。
【0030】
【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面を参照して
説明する。
説明する。
【0031】図1は複数の電極の1つに流れ規制部材を
形成する最も基本的な例を示す。ここでは、加速電界が
対向電極(加速電極)1と加速電極2とにより形成され
ている。この例では、これら2つの電極1,2によりイ
オン源の加速電界が規定されている。
形成する最も基本的な例を示す。ここでは、加速電界が
対向電極(加速電極)1と加速電極2とにより形成され
ている。この例では、これら2つの電極1,2によりイ
オン源の加速電界が規定されている。
【0032】この装置では、流れ規制部材は加速電極2
にのみ一体的に形成されている。この加速電極は、飛行
時間型質量分析装置のドリフト空間内を低圧p2の領域
と高圧p1の領域とに分けている。流れのインピーダン
スは、請求項2に従っており、図1に示すように、平面
に形成されたアパチヤーもしくは開口である。
にのみ一体的に形成されている。この加速電極は、飛行
時間型質量分析装置のドリフト空間内を低圧p2の領域
と高圧p1の領域とに分けている。流れのインピーダン
スは、請求項2に従っており、図1に示すように、平面
に形成されたアパチヤーもしくは開口である。
【0033】請求項12に従い、図1に示すように、加
速方向に直交する角度で分析ガスもしくはイオンビーム
10をイオン源内に注入することが可能である。抽出容
積11内でスタートタイムのときにイオン化された粒子
は経路12に沿って加速され飛行時間型質量分析装置に
入る。
速方向に直交する角度で分析ガスもしくはイオンビーム
10をイオン源内に注入することが可能である。抽出容
積11内でスタートタイムのときにイオン化された粒子
は経路12に沿って加速され飛行時間型質量分析装置に
入る。
【0034】加速の方向は、スタートタイムの後にイオ
ンが加速される方向である。
ンが加速される方向である。
【0035】図1に示す装置において、イオン経路12
は流れ規制部材3を通過した後に発散し、このために収
束させる必要がある。これは、既知のレンズ構造により
達成され得、ここでは説明を省略する。
は流れ規制部材3を通過した後に発散し、このために収
束させる必要がある。これは、既知のレンズ構造により
達成され得、ここでは説明を省略する。
【0036】図2は図1と同様であるが、平面に形成さ
れた開口に代えて、流れ規制部材3はチューブにより形
成されている。このチューブは開口と同じ径を有し、か
くして、このチューブは平面に形成された開口よりもか
なり低い導通性を有する。
れた開口に代えて、流れ規制部材3はチューブにより形
成されている。このチューブは開口と同じ径を有し、か
くして、このチューブは平面に形成された開口よりもか
なり低い導通性を有する。
【0037】図3は請求項14ないし16に係わる例を
示す。この例では、流れ規制部材3を通って平行な経路
12上にイオンを導くために、付加電極4が対向電極1
と加速電極2との間に設けられている。このような状況
で、流れ規制部材の後に付加電極を配設する効果があ
る。
示す。この例では、流れ規制部材3を通って平行な経路
12上にイオンを導くために、付加電極4が対向電極1
と加速電極2との間に設けられている。このような状況
で、流れ規制部材の後に付加電極を配設する効果があ
る。
【0038】抽出容積を横切るレーザもしくは電子ビー
ムによりイオン化されると、イオン化されたビームは電
極4に形成された幾つかの開口を通る。他の可能性とし
て、電極4は2つの部分に分けられ得る。一方の部分は
対向電極1に近接しており、他方は加速電極2に近接さ
れている。イオン化されたビームは電極4のこれら分割
された部分の間を通る。
ムによりイオン化されると、イオン化されたビームは電
極4に形成された幾つかの開口を通る。他の可能性とし
て、電極4は2つの部分に分けられ得る。一方の部分は
対向電極1に近接しており、他方は加速電極2に近接さ
れている。イオン化されたビームは電極4のこれら分割
された部分の間を通る。
【0039】請求項14ないし16を例示する構成が図
4に示されている。この例では、流れ規制部材3を通っ
て横切る経路12上にイオンを導くために、2つの電極
4,5が対向電極1と加速電極2との間に設けられてい
る。このような状況で、流れ規制部材の後に複数の付加
電極を配設することが好ましい。また、付加電極4,5
を軸方向に異なる寸法(径)とすることが好ましい。
4に示されている。この例では、流れ規制部材3を通っ
て横切る経路12上にイオンを導くために、2つの電極
4,5が対向電極1と加速電極2との間に設けられてい
る。このような状況で、流れ規制部材の後に複数の付加
電極を配設することが好ましい。また、付加電極4,5
を軸方向に異なる寸法(径)とすることが好ましい。
【0040】これら付加電極4,5は、イオン源に入る
分析ガスもしくはイオンビーム10の方向に直交する面
に沿って、2つの対称な半体に分けられ得る。この面は
図4では破線B−B´で示されている。これら半体で、
一般に偏向電界と称する横方向電界を発生させることが
可能である。この偏向電界は、イオンの横方向速度成分
を変えることができる。2つの半体間の狭い必要な間隙
を除いて、電極4,5は前述したように同じ回転対称形
を有する。この結果、以下のような効果がある。 1,
回転対称の電界成分を全電界から取り出す。即ち、分割
した電極4,5をある非対称ポテンシャルに、そして分
割していない電極を接地ポテンシャルにセットする。軸
に沿う大きな領域内の横方向の電界成分の強さは、横方
向座標にのみ少し依存する。
分析ガスもしくはイオンビーム10の方向に直交する面
に沿って、2つの対称な半体に分けられ得る。この面は
図4では破線B−B´で示されている。これら半体で、
一般に偏向電界と称する横方向電界を発生させることが
可能である。この偏向電界は、イオンの横方向速度成分
を変えることができる。2つの半体間の狭い必要な間隙
を除いて、電極4,5は前述したように同じ回転対称形
を有する。この結果、以下のような効果がある。 1,
回転対称の電界成分を全電界から取り出す。即ち、分割
した電極4,5をある非対称ポテンシャルに、そして分
割していない電極を接地ポテンシャルにセットする。軸
に沿う大きな領域内の横方向の電界成分の強さは、横方
向座標にのみ少し依存する。
【0041】1,全電界のうちの横方向電界を取り出
す。即ち、分割した電極4,5の左右の部分を同じポテ
ンシャルにセットする。回転対称の電界内で、イオンは
等方的に収束もしくは非収束され、このことは、レンズ
構造で、イオン源の後方に異方性のレンズ構造は必要と
しないということを意味する。異方性レンズのデザイン
は、一般により多くの構成要素を必要とし、より高価
で、回転対称のレンズ要素よりもアラインメントするの
に難しい。
す。即ち、分割した電極4,5の左右の部分を同じポテ
ンシャルにセットする。回転対称の電界内で、イオンは
等方的に収束もしくは非収束され、このことは、レンズ
構造で、イオン源の後方に異方性のレンズ構造は必要と
しないということを意味する。異方性レンズのデザイン
は、一般により多くの構成要素を必要とし、より高価
で、回転対称のレンズ要素よりもアラインメントするの
に難しい。
【0042】最適な電界特性に加えて、偏向電極に対し
て回転対称を維持することは、他の効果を有する。製造
の間、最初に偏向電極は旋盤でマシーンニングさ得、そ
して、後の工程で2つの部分に分割される。
て回転対称を維持することは、他の効果を有する。製造
の間、最初に偏向電極は旋盤でマシーンニングさ得、そ
して、後の工程で2つの部分に分割される。
【0043】図5は請求項20に係わる装置を示す。こ
の装置で、発生される電子は、対向電極1と一体的な流
れ規制部材6を通る経路13に沿って引かれる。この電
子の経路13に沿う流れ規制部材6は、対向電極1の左
側(図5)に、加速領域内の圧力p1よりも低い圧力p
3を生じさせる。
の装置で、発生される電子は、対向電極1と一体的な流
れ規制部材6を通る経路13に沿って引かれる。この電
子の経路13に沿う流れ規制部材6は、対向電極1の左
側(図5)に、加速領域内の圧力p1よりも低い圧力p
3を生じさせる。
【0044】図5に示す配設において、電子ビーム13
は流れ規制部材6の後方で発散し、このため収束させる
必要がある。これは公知のレンズ構造で行えるので、こ
こでは省略する。
は流れ規制部材6の後方で発散し、このため収束させる
必要がある。これは公知のレンズ構造で行えるので、こ
こでは省略する。
【0045】図6は請求項10に係わる装置を示す。こ
こでは、分析ガスもしくはイオンビーム10はシマー6
を介してイオン源中に注入される。これは、加速方向に
平行にイオン源に注入される。この発明の装置におい
て、シマー6の前方の圧力p3は、加速領域内の圧力p
1よりも高い。
こでは、分析ガスもしくはイオンビーム10はシマー6
を介してイオン源中に注入される。これは、加速方向に
平行にイオン源に注入される。この発明の装置におい
て、シマー6の前方の圧力p3は、加速領域内の圧力p
1よりも高い。
【0046】異なる圧力間の区切りを果たす電極は、こ
れら圧力の機能を発揮させるために、何等かの方法で装
置の真空ハウジングに接続させなければならない。この
電極はハウジングに接続されて接地ポテンシャルになっ
ており、このようなことは容易に行える。この電極を接
地ポテンシャルにしない場合には、電極と装置のハウジ
ングとの間に、ある種の絶縁体を設けることが必要であ
る。もし、絶縁体がにかわ付け(glued)される
と、にかわで絶縁体と、電極もしくはハウジングとの間
に大きな領域ができ、この大領域は、絶縁体と電極等と
の間のガスの侵入もしくはにかわ(接着剤)により、ガ
スもれの問題を生じさせる恐れがある。
れら圧力の機能を発揮させるために、何等かの方法で装
置の真空ハウジングに接続させなければならない。この
電極はハウジングに接続されて接地ポテンシャルになっ
ており、このようなことは容易に行える。この電極を接
地ポテンシャルにしない場合には、電極と装置のハウジ
ングとの間に、ある種の絶縁体を設けることが必要であ
る。もし、絶縁体がにかわ付け(glued)される
と、にかわで絶縁体と、電極もしくはハウジングとの間
に大きな領域ができ、この大領域は、絶縁体と電極等と
の間のガスの侵入もしくはにかわ(接着剤)により、ガ
スもれの問題を生じさせる恐れがある。
【0047】図7は、上記異なる圧力間に接地ポテンシ
ヤルにしない電極を配置した場合の問題を解決できる手
段を示す。図示するように、電極2と真空ハウジングの
壁32とは接触しないようにして一部重なっている。こ
の例で示すような両者の距離は、サファイヤボール32
により規定されている。電極2と真空ハウジングの壁3
2との間の間隙は、これのガス導通性が低ガス圧領域を
排気するポンプのポンプ容量よりも充分に低くなるよう
に、選ばれている。もちろん、電極2を何等かの方法で
この位置に固定しなければならない。これは、公知の方
法で達成できるので、ここでは説明を省略する。
ヤルにしない電極を配置した場合の問題を解決できる手
段を示す。図示するように、電極2と真空ハウジングの
壁32とは接触しないようにして一部重なっている。こ
の例で示すような両者の距離は、サファイヤボール32
により規定されている。電極2と真空ハウジングの壁3
2との間の間隙は、これのガス導通性が低ガス圧領域を
排気するポンプのポンプ容量よりも充分に低くなるよう
に、選ばれている。もちろん、電極2を何等かの方法で
この位置に固定しなければならない。これは、公知の方
法で達成できるので、ここでは説明を省略する。
【0048】
【発明の効果】本発明に係わる飛行時間型質量分析装置
は、高感度であると共に広いダイナミック領域を有す
る。
は、高感度であると共に広いダイナミック領域を有す
る。
【図1】電極の1つに流れ規制部材を組込む最も基本的
な装置を示す図である。
な装置を示す図である。
【図2】チューブを加速電極に組込んだ例を示す図であ
る。
る。
【図3】イオン経路に作用を及ぼす付加電極を対向電極
と加速電圧との間に設けた例を示す図である。
と加速電圧との間に設けた例を示す図である。
【図4】ステアリング電極を分割し、流れ規制部材の近
くもしくは流れ規制部材を横切ってイオン経路を形成し
た例を示す図である。
くもしくは流れ規制部材を横切ってイオン経路を形成し
た例を示す図である。
【図5】イオン源の外にイオンと電子とを流れ規制部材
を介して抽出するようにした例を示す図である。
を介して抽出するようにした例を示す図である。
【図6】対向電極に設けられたシマーを介して分析ガス
もしくはイオンビームが抽出される装置の例を示す図で
ある。
もしくはイオンビームが抽出される装置の例を示す図で
ある。
【図7】ゼロ電位で流れ規制部材が設けられた電極の例
を示す図である。
を示す図である。
1…対向電極、2…加速電極、3…流れ規制部材、4…
付加電極、10…イオンビーム、12…イオン経路。
付加電極、10…イオンビーム、12…イオン経路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーラルト・ベルクマン ドイツ連邦共和国、82441 オールシュタ ット、ブーヘンベーク 9アー
Claims (21)
- 【請求項1】 異なる圧力(p1,p2,…)の少なく
とも2以上に分けられた領域と、 これら領域の少なくとも2つを接続する流れ規制部材
(3,6)と、 ガス相イオン源とを具備し、このイオン源は、 電界を形成する複数の電極(1,2,4,5)を有し、
内部に抽出容積(11)と呼ばれる空間領域が規定さ
れ、 この領域は質量分析装置のスタートタイムでイオンを中
に含み、このイオンの質量は飛行時間を測定することに
より決定され、 さらに他の空間領域が中に規定され、この領域は a)前記抽出容積(11)を含み、 b)中で、電界はゼロの所がなく、イオンもしくは電子
が加速され、 c)中で、検出されるイオンもしくは電子は、質量分析
装置のスタートタイムのすぐ後で、少なくとも質量分析
装置の最終ドラフト速度のフラクションに、妨げられな
い時間相で加速されるような飛行時間型質量分析装置に
おいて、 前記複数の電極(1,2,4,5)の少なくとも1つは
一体的な流れ規制部材(3,6)を有し、予め規制され
た少なくとも1つの空間領域の電界に影響を与えるよう
にしたことを特徴とする、ガス相イオン源を有する飛行
時間型質量分析装置。 - 【請求項2】 前記電極(1,2)に設けられた流れ規
制部材(3,6)は電極に形成された孔であることを特
徴とする請求項1のガス相イオン源を有する飛行時間型
質量分析装置。 - 【請求項3】 前記電極(1,2)に設けられた流れ規
制部材(3,6)は電極に一体的に形成されたチューブ
であることを特徴とする請求項1のガス相イオン源を有
する飛行時間型質量分析装置。 - 【請求項4】 前記電極(1,2)に設けられた流れ規
制部材(3,6)は電極に一体的に形成されたシマーで
あることを特徴とする請求項1のガス相イオン源を有す
る飛行時間型質量分析装置。 - 【請求項5】 前記電極(1,2)には開口が形成さ
れ、この開口はガス流れ規制部材を構成し、また金属メ
ッシュで覆われていることを特徴とする前記請求項のい
ずれか1のガス相イオン源を有する飛行時間型質量分析
装置。 - 【請求項6】 前記電極(1,2)には開口が形成さ
れ、この開口はガス流れ規制部材を構成し、また金属メ
ッシュで覆われていないことを特徴とする請求項1ない
し4のうちの1のガス相イオン源を有する飛行時間型質
量分析装置。 - 【請求項7】 前記複数の電極(1,2)には開口が形
成され、これら開口はガス流れ規制部材を構成し、これ
ら開口は金属メッシュで覆われているものと覆われてい
ないものとがあることを特徴とする前記請求項のいずれ
か1のガス相イオン源を有する飛行時間型質量分析装
置。 - 【請求項8】 前記複数の電極(1,2,4,5)間に
は時間に依存しない電界が形成されることを特徴とする
前記請求項のいずれか1のガス相イオン源を有する飛行
時間型質量分析装置。 - 【請求項9】 前記複数の電極(1,2,4,5)間に
は時間に依存する電界が形成されることを特徴とする請
求項1ないし7のうちの1のガス相イオン源を有する飛
行時間型質量分析装置。 - 【請求項10】 前記イオン源内で加速されるイオン
(10)の方向に平行に分析ガスもしくはイオンが飛行
されることを特徴とする前記請求項のいずれか1のガス
相イオン源を有する飛行時間型質量分析装置。 - 【請求項11】 前記ガス流れ規制部材(3)は対向電
極(1)に形成されていることを特徴とする請求項10
のガス相イオン源を有する飛行時間型質量分析装置。 - 【請求項12】 前記イオン源内で加速されるイオンの
方向に直交する方向に分析ガスもしくはイオン(10)
が飛行されることを特徴とする請求項1ないし9のうち
の1のガス相イオン源を有する飛行時間型質量分析装
置。 - 【請求項13】 前記イオン源内で加速されるイオンの
方向にある限定されない角度方向に分析ガスもしくはイ
オン(10)が飛行されることを特徴とする請求項1な
いし9のうちの1のガス相イオン源を有する飛行時間型
質量分析装置。 - 【請求項14】 前記電極は少なくとも1つの付加電極
を有し、この付加電極は、イオンもしくは電子の飛行方
向で、流れ規制部材(3,6)の前方に配設されている
ことを特徴とする前記請求項のいずれか1のガス相イオ
ン源を有する飛行時間型質量分析装置。 - 【請求項15】 前記電極は少なくとも1つの付加電極
を有し、この付加電極は、イオンもしくは電子の飛行方
向で、流れ規制部材(3,6)の後方に配設されている
ことを特徴とする前記請求項のいずれか1のガス相イオ
ン源を有する飛行時間型質量分析装置。 - 【請求項16】 前記電極は少なくとも1つの付加電極
を有し、この付加電極は、流れ規制部材(3,6)の前
方もしくは後方に配設されていることを特徴とする請求
項1ないし13のうちの1のガス相イオン源を有する飛
行時間型質量分析装置。 - 【請求項17】 前記電極(1,2,4,5)は、加速
電界を形成する電極と、荷電粒子の横方向速度成分を変
えることができる横方向電界を形成する電極とを含むこ
とを特徴とする前記請求項のいずれか1のガス相イオン
源を有する飛行時間型質量分析装置。 - 【請求項18】 前記付加電極(4,5)はガス流れ規
制部材(3,6)の前方もしくは後方に配設され、 前記付加電極は、分析ガスもしくはイオンの方向に直交
する面に沿って、対称な半体に分割されており、これら
半体は、荷電粒子の横方向速度成分を変えることができ
る横方向電界を形成することを特徴とする請求項14な
いし16のうちの1のガス相イオン源を有する飛行時間
型質量分析装置。 - 【請求項19】 前記横方向電界を形成する電極は、2
つのベクトルにより規定された面に沿って対称に分割さ
れており、一方のベクトルは分析ガスもしくはイオンの
方向に向き、他方のベクトルはイオン源無いの加速方向
に向いていることを特徴とする請求項17もしくは18
のガス相イオン源を有する飛行時間型質量分析装置。 - 【請求項20】 前記イオン源からイオンと電子との両
方が抽出され、前記ガス流れ規制部材(6)はイオン源
内の電子経路(13)に配置されていることを特徴とす
る前記請求項のいずれか1のガス相イオン源を有する飛
行時間型質量分析装置。 - 【請求項21】 異なる圧力領域の境界を形成し、真空
ハウジングのポテンシャルとは異なるポテンシャルの電
極(1,2)を真空ハウジングの壁(31)に装着する
方法でにおいて、 前記ハウジングの壁(31)と電極(1,2)とは一部
重なっており、 前記ハウジングの壁(31)と電極(1,2)との間に
は、絶縁体(32)により規制された間隙が形成され、 この間隙は、これのガス導通性が低残留ガス圧の領域を
排気するポンプのポンプ容量よりも低いように狭いこと
を特徴とする真空ハウジングに電極を装着する方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4322102.5 | 1993-07-02 | ||
DE4322102A DE4322102C2 (de) | 1993-07-02 | 1993-07-02 | Flugzeit-Massenspektrometer mit Gasphasen-Ionenquelle |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07176291A true JPH07176291A (ja) | 1995-07-14 |
Family
ID=6491836
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6152489A Pending JPH07176291A (ja) | 1993-07-02 | 1994-07-04 | ガス相イオン源を有する飛行時間型質量分析装置並びに真空ハウジングに電極を装着する方法 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5496998A (ja) |
EP (1) | EP0633602B1 (ja) |
JP (1) | JPH07176291A (ja) |
AT (1) | ATE193398T1 (ja) |
AU (2) | AU685113B2 (ja) |
CA (1) | CA2127183A1 (ja) |
DE (2) | DE4322102C2 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4441972C2 (de) * | 1994-11-25 | 1996-12-05 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Verfahren und Vorrichtung zum Nachweis von Probenmolekülen in einem Trägergas |
US5744797A (en) * | 1995-11-22 | 1998-04-28 | Bruker Analytical Instruments, Inc. | Split-field interface |
DE19655304B8 (de) * | 1995-12-14 | 2007-05-31 | Micromass Uk Ltd. | Massenspektrometer und Verfahren zur Massenspektrometrie |
GB9525507D0 (en) * | 1995-12-14 | 1996-02-14 | Fisons Plc | Electrospray and atmospheric pressure chemical ionization mass spectrometer and ion source |
DE19631161A1 (de) * | 1996-08-01 | 1998-02-12 | Bergmann Thorald | Flugzeit-Flugzeit-Massenspektrometer mit differentiell gepumpter Kollisionszelle |
GB0021902D0 (en) * | 2000-09-06 | 2000-10-25 | Kratos Analytical Ltd | Ion optics system for TOF mass spectrometer |
US6675660B1 (en) * | 2002-07-31 | 2004-01-13 | Sandia National Laboratories | Composition pulse time-of-flight mass flow sensor |
WO2005088294A1 (ja) * | 2004-03-16 | 2005-09-22 | Kabushiki Kaisha Idx Technologies | レーザーイオン化質量分析装置 |
DE102005005333B4 (de) * | 2005-01-28 | 2008-07-31 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verfahren zur Probennahme und Aerosol-Analyse |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3577165A (en) * | 1968-05-31 | 1971-05-04 | Perkin Elmer Corp | Linear scanning arrangement for a cycloidal mass spectrometer |
US3553452A (en) * | 1969-02-17 | 1971-01-05 | Us Air Force | Time-of-flight mass spectrometer operative at elevated ion source pressures |
GB1302193A (ja) * | 1969-04-18 | 1973-01-04 | ||
GB8602463D0 (en) * | 1986-01-31 | 1986-03-05 | Vg Instr Group | Mass spectrometer |
JPH03503815A (ja) * | 1987-12-24 | 1991-08-22 | ユニサーチ リミテッド | 質量分析計 |
GB8813149D0 (en) * | 1988-06-03 | 1988-07-06 | Vg Instr Group | Mass spectrometer |
US5070240B1 (en) * | 1990-08-29 | 1996-09-10 | Univ Brigham Young | Apparatus and methods for trace component analysis |
DE4108462C2 (de) * | 1991-03-13 | 1994-10-13 | Bruker Franzen Analytik Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Ionen aus thermisch instabilen, nichtflüchtigen großen Molekülen |
JP2913924B2 (ja) * | 1991-09-12 | 1999-06-28 | 株式会社日立製作所 | 質量分析の方法および装置 |
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1993
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-
1994
- 1994-06-30 CA CA002127183A patent/CA2127183A1/en not_active Abandoned
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- 1994-07-01 AT AT94110273T patent/ATE193398T1/de active
- 1994-07-01 AU AU66152/94A patent/AU685112B2/en not_active Ceased
- 1994-07-04 JP JP6152489A patent/JPH07176291A/ja active Pending
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---|---|
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