JP2000011947A - 飛行時間型質量分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストかつイオンのスループットが高い飛
行時間型質量分析装置を実現する。 【解決手段】 飛行時間型質量分析装置において、導電
プラスチック筒体４３５’の両端に電位差が与えて筒の
内部に一定勾配の電場を形成し、この電場でイオンを加
速ないし反射するようにした。また、筒体の開口４３７
を寸法比が４／１０以下の細長い形状として、長寸法の
方向に沿う等電位面の曲がりを少なし、グリッドを不要
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電場で加速された
イオンの飛行時間に基づいて質量分析を行う飛行時間型
質量分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電場で加速されたイオンの飛行速度が元
素の質量によって相違することを利用し、一定の距離を
飛行するのに要する時間、すなわち、タイム・オブ・フ
ライトにより元素の種類を特定する飛行時間型質量分析
装置が知られている。

【０００３】誘導結合プラズマ飛行時間型質量分析装置
(ICP-TOFMS : inductively coupledprasma time-of-fli
ght mass spectrometer) においては、図１５に示すよ
うに、ＩＣＰトーチ２によって生成された被分析元素の
イオンを、サンプリングコーン４を通してフォアチャン
バ６に導入し、フォアチャンバ６からスキマー８を通し
てセンターチャンバ１０に導入し、センターチャンバ１
０から抽出レンズ１２を通してリアチャンバ１４に導入
するようになっている。

【０００４】フォアチャンバ６、センターチャンバ１０
およびリアチャンバ１４はそれぞれポンプによって排気
され、内部気圧が順次減圧されており、リアチャンバ１
４内はほぼ真空状態になっている。

【０００５】リアチャンバ１４内では、レンズ系１６で
イオンを集束し、スリット１８を通してリペラ２０とグ
リッド２２の間に連続的にイオンビームを注入するよう
になっている。

【０００６】リペラ２０に間欠的に正のパルス電圧を印
加することにより、イオンビームからイオンパケットを
切り出して図における右方向、すなわち、イオンビーム
方向に対して横方向に打ち出し、加速系２４に入射する
ようになっている。

【０００７】加速系２４はそれが形成する電場によって
イオンパケットを加速し、グリッド２６を通してフライ
トチューブ２８内に打ち出すようになっている。フライ
トチューブ２８内では、ステアリングプレート３０，３
０’でイオンパケットの飛行方向を定めるとともに、デ
フレクションプレート３２，３２’で不要イオン（アル
ゴンイオン等）をイオンパケットの飛行軌道から逸らす
ようになっている。

【０００８】イオンパケットはフライトチューブ２８内
を図における右方向に飛行し、反射系３４の開口に入射
し、反射系３４が形成する電場の作用を受けて反射さ
れ、左方向に向きを変える。反射系３４は一般には２つ
の電場からなりそのしきいにグリッド３６，３６’を有
する。

【０００９】反射系３４で反射されたイオンパケットは
イオン検出器３８に入射する。イオン検出器３８はイオ
ン検出信号を生じ、増幅器４０はイオン検出信号を増幅
して出力する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構成のＩ
ＣＰ−ＴＯＦＭＳにおいて、加速系２４は、その内部に
一定勾配の電場を形成するために、複数の円環状の金属
プレートを絶縁スペーサを介して等間隔に配列し、各金
属プレート間を抵抗で接続し、両端の金属プレート間に
所定の電位差を与えるように構成されている。反射系３
４も同様な構成になっている。このような構成の加速系
または反射系は、部品点数が多くかつ組み立ておよび調
整の工数を多く必要とするので、コスト高になるという
問題がある。

【００１１】また、質量分析の分解能低下の原因になる
飛行空間内への電場の漏れ、すなわち、フライトチュー
ブ２８内への等電位面の張り出しを防ぐために、加速系
２４および反射系３４にそれぞれグリッド２６，３６を
設けることが必須とされる。グリッド２６，３６は、い
わば、加速系２４および反射系３４の電場をそれぞれ飛
行空間から分離する役目を果たす。

【００１２】これらのグリッドは、開口投影率が８０〜
９０％の金属細線のメッシュとして構成される。このよ
うなメッシュをイオンパケットが通過する場合、金属細
線の周囲に生じる微視的な電場の影響等により、イオン
の実効的な通過率は５０％程度に低下する。

【００１３】これにより、グリッドを１回通過する度に
イオン量がほぼ半減するので、イオンのスループットが
大幅に低下するという問題がある。中でも、反射系３４
におけるグリッド３６は、イオンパケットが往復で２回
通過するので特に影響が大きい。

【００１４】また、微細なメッシュなので製作および調
整に綿密な注意が必要とされ、さらには、メッシュの汚
れによりスループットが経時的に低下したり信号が不安
定化したりするおそれもある。 また、リペラ２０とグ
リッド２２の間に連続的に注入されるイオンビームは、
リペラ２０により間欠的にイオンパケットとして横方向
に打ち出されるもの以外は、リペラ２０とグリッド２２
間を直進してリアチャンバ１４内に拡散する。

【００１５】同時にリアチャンバ１４にはアルゴン分子
が大量に導入され、これを速やかに排気する必要があ
り、このため、リアチャンバ１４内を排気する真空ポン
プは高出力のものが用いられる。高出力の真空ポンプの
使用は、製造コストおよびランニングコスト上昇の元に
なる。

【００１６】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、低コストの飛行時間型質量
分析装置を実現することである。また、イオンのスルー
プットが高い飛行時間型質量分析装置を実現することを
目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】（１）上記の課題を解決
する請求項１の発明は、電場形成手段が形成する電場を
作用させたイオンの飛行時間に基づいて質量分析を行う
飛行時間型質量分析装置であって、前記電場形成手段が
両端に電位差が与えられた導電プラスチックの筒体であ
る、ことを特徴とする。

【００１８】請求項１の発明では、両端に電位差が与え
られた導電プラスチックの筒体は、筒の長さ方向に沿っ
て一定勾配の連続的な電位差を持つので、筒の内部に一
定勾配の電場を形成する。

【００１９】（２）上記の課題を解決する請求項２の発
明は、電場形成手段が形成する電場を作用させたイオン
の飛行時間に基づいて質量分析を行う飛行時間型質量分
析装置であって、前記電場形成手段が互いに垂直な方向
の寸法比が４／１０以下の開口を有する、ことを特徴と
する。

【００２０】請求項２の発明では、電場形成手段の開口
が、寸法比が４／１０以下の細長い形状であることによ
り、長寸法の方向に沿う等電位面の曲がりが少なくな
る。 （３）上記の課題を解決する請求項３の発明は、請求項
１または請求項２の発明において、前記電場形成手段が
イオンを反射する電場を形成するものである、ことを特
徴とする。

【００２１】請求項３の発明では、導電プラスチックで
構成された電場形成手段がイオン反射用の電場を形成す
る。また、イオン反射用の電場形成手段が、寸法比が４
／１０以下の細長い開口を持つことにより、イオン反射
面での等電位面の曲がりを少なくする。

【００２２】（４）前記の課題を解決する請求項４の発
明は、イオン源と、前記イオン源から打ち出されたイオ
ンを加速する電場を形成する第１の電場形成手段と、前
記第１の電場形成手段が形成する電場を通過したイオン
を反射する電場を形成する第２の電場形成手段と、前記
第２の電場形成手段が形成する電場を通過したイオンが
照射されるイオン検出手段と、を有する飛行時間型質量
分析装置であって、前記第１の電場形成手段から前記第
２の電場形成手段までの距離に対する前記第２の電場形
成手段から前記イオン検出手段までの距離の比を１／３
以下とした、ことを特徴とする。

【００２３】請求項４の発明では、第２の電場形成手段
からイオン検出手段までの距離を、第１の電場形成手段
から第２の電場形成手段までの距離の１／３以下とする
ことにより、イオン検出手段におけるイオンの発散ロス
を小さくする。

【００２４】（５）上記の課題を解決する請求項５の発
明は、請求項４の発明において、前記第２の電場形成手
段が互いに垂直な方向の寸法比が４／１０以下の開口を
有する、ことを特徴とする。

【００２５】請求項５の発明では、イオン検出器におけ
るイオンの発散ロスを小さくすることに加えて、第２の
電場形成手段が、寸法比が４／１０以下の細長い開口を
持つことにより、イオン反射面での等電位面の曲がりを
少なくする。

【００２６】（６）上記の課題を解決する請求項６の発
明は、連続的なイオンビームからビーム方向に関して横
方向にイオンをパケットとして打ち出すイオン源と、前
記イオン源から打ち出されたイオンを加速する電場を形
成する第１の電場形成手段と、前記第１の電場形成手段
が形成する電場を通過したイオンを反射する電場を形成
する第２の電場形成手段と、前記第２の電場形成手段が
形成する電場を通過したイオンが照射されるイオン検出
手段と、を有する飛行時間型質量分析装置であって、前
記イオン源および前記第１の電場形成手段が排気により
減圧された第１の減圧空間に配設され、前記第２の電場
形成手段および前記イオン検出手段が排気により前記第
１の減圧室よりも減圧された第２の減圧室に配設され
た、ことを特徴とする。

【００２７】請求項６の発明では、イオン源および第１
の電場形成手段を配設する減圧空間と、第２の電場形成
手段およびイオン検出手段を配設する減圧空間を別にす
ることにより、ＴＯＦ部をＩＣＰにも近く設けられ感度
向上が可能となる。

【００２８】（７）上記の課題を解決する請求項７の発
明は、請求項６の発明において、前記第１の減圧空間の
排気口が前記イオン源の前記イオンビームの延長方向に
開口する、ことを特徴とする。

【００２９】請求項７の発明では、排気口がイオン源の
イオンビームの延長方向に開口することにより、能率の
良い排気が行える。 （８）上記の課題を解決する請求項８の発明は、請求項
６または請求項７の発明において、前記第１の電場形成
手段の出口側の開口が前記第１の減圧空間と前記第２の
減圧空間との間のオリフィスを形成する、ことを特徴と
する。

【００３０】請求項８の発明では、第１の電場形成手段
の出口側の開口がオリフィスとなって、第１の減圧空間
と第２の減圧空間との間の流通抵抗を与える。 （９）上記の課題を解決する請求項９の発明は、請求項
１〜請求項８のいずれか１つの発明において、前記イオ
ンが高周波誘導結合プラズマによって生成されるもので
ある、ことを特徴とする。

【００３１】請求項９の発明では、高周波誘導結合プラ
ズマによってイオンを生成することにより、被分析元素
のイオンを効率良く生成する。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態
に限定されるものではない。

【００３３】（発明の実施の形態の第１の例）図１に、
誘導結合プラズマ飛行時間型質量分析装置（ＩＣＰ−Ｔ
ＯＭＳ）の模式的構成を示す。本装置は本発明の実施の
形態の第１の例である。

【００３４】本装置の構成を説明する。図１に示すよう
に、ＩＣＰトーチ４２によって生成された被分析元素の
イオンを、サンプリングコーン４４を通してフォアチャ
ンバ４６に導入し、フォアチャンバ４６からスキマー４
８を通してセンターチャンバ４１０に導入し、センター
チャンバ４１０から抽出レンズ４１２を通してリアチャ
ンバ４１４に導入するようになっている。

【００３５】フォアチャンバ４６、センターチャンバ４
１０およびリアチャンバ４１４はそれぞれ図示しないポ
ンプによって排気され、内部気圧が順次減圧されてお
り、リアチャンバ４１４内はほぼ真空状態になってい
る。

【００３６】ＩＣＰトーチ４２の模式的構成を図２に示
す。同図に示すように、プラズマトーチ４５２に、高周
波磁界を発生させるための高周波誘導コイル４５４が巻
回されている。高周波誘導コイル４５４には、高周波電
源４５６の高周波電力がインピーダンスマッチング回路
４５８を介して供給されるようになっている。プラズマ
トーチ４５２と高周波誘導コイル４５４の間にはシール
ド板４６０が配設されている。このような構成のＩＣＰ
トーチ４２により高周波誘導結合プラズマ４６２が生成
される。高周波誘導結合プラズマ４６２に被分析元素の
イオンが含まれる。

【００３７】図１に戻って、リアチャンバ４１４内で
は、レンズ系４１６でイオンを集束し、スリット４１８
を通してリペラ４２０とグリッド４２２の間にイオンビ
ームを連続的に注入するようになっている。ＩＣＰトー
チ４２、レンズ系４１６、スリット４１８およびリペラ
４２０は、本発明におけるイオン源の実施の形態の一例
である。グリッド４２２は、例えば金属細線のメッシュ
等によって構成される。後述する他のグリッドも同様で
ある。

【００３８】リペラ４２０に図示しない駆動回路から正
のパルス電圧を間欠的に印加し、イオンビームからイオ
ンパケットを切り出して図における右方向、すなわち、
イオンビーム方向に対して横方向に打ち出し、加速系４
２４の開口に入射するようになっている。加速系４２４
は、本発明における電場形成手段の実施の形態の一例で
ある。また、本発明における第１の電場形成手段の実施
の形態の一例である。加速系４２４の構成については後
にあらためて説明する。

【００３９】加速系４２４はそれが形成する電場によっ
てイオンパケットを加速し、グリッド４２６を通してフ
ライトチューブ４２８内に打ち出すようになっている。
フライトチューブ４２８内では、ステアリングプレート
４３０，４３０’でイオンパケットの飛行方向を定める
とともに、デフレクションプレート４３２，４３２’で
不要イオン（アルゴンイオン等）をイオンパケットの飛
行軌道から逸らすようになっている。

【００４０】イオンパケットはフライトチューブ４２８
内を図における右方向に飛行し、反射系４３４の開口に
入射し、反射系４３４が形成する電場によって反射され
て左方向に向きを変える。反射系４３４は、本発明にお
ける電場形成手段の実施の形態の一例である。また、本
発明における第２の電場形成手段の実施の形態の一例で
ある。反射系４３４は、グリッド４３６，４３６’を備
えている。反射系４３４の構成については後にあらため
て説明する。

【００４１】反射系４３４で反射されたイオンパケット
はイオン検出器４３８に入射する。イオン検出器４３８
は、本発明におけるイオン検出手段の実施の形態の一例
である。イオン検出器４３８はイオン検出信号を生じ、
増幅器４４０はイオン検出信号を増幅して出力する。

【００４２】図３に、加速系４２４の模式的構成を示
す。筒体４２５は、本発明における筒体の実施の形態の
一例である。同図に示すように、加速系４２４は、例え
ば円筒等の中空の筒体４２５となっている。筒体４２５
の材料は導電プラスチックである。導電プラスチック
は、電気絶縁材料であるプラスチックに例えば炭素繊維
等の導電材料を均一に混入することにより、所定の導電
性ないし電気抵抗を持つようにしたものである。

【００４３】このような筒体４２５の両端に、グリッド
４２２および４２６がそれぞれ設けられている。筒体４
２５の両端には、また、図示しない電圧供給手段によ
り、互いに異なる電圧Ｖ１，Ｖ２がそれぞれ与えられて
いる。

【００４４】筒体４２５が導電プラスチックすなわち連
続的な導電体ないし抵抗体であることにより、筒体４２
５内部空間には、電圧Ｖ１，Ｖ２間の電位差に基づく一
定勾配の電場が、筒体４２５の長手方向に沿って連続的
に形成される。すなわち、筒体４２５の一端から他端に
かけて連続的な電場すなわちイオン加速用の電場が形成
される。

【００４５】このような構成の加速系４２４は、単一の
筒体によって構成されるので部品点数が１個で済み、従
来のように、複数の金属プレートを絶縁スペーサを介し
て配列しかつ金属プレート間を逐一抵抗器で接続するも
のに較べて、はるかに部品点数が少なく、また、組み立
ておよび調整の工数が大幅に低減する。すなわち、加速
系４２４は低コストのものとなる。

【００４６】反射系４３４も同様に、図４に示すよう
に、導電プラスチックの筒体４３５で構成され、両端に
互いに異なる電圧Ｖ３，Ｖ４が、図示しない電圧供給手
段によりそれぞれ供給されるようになっている。筒体４
３５は、本発明における筒体の実施の形態の一例であ
る。電圧Ｖ３，Ｖ４間の電位差により、筒体４３５の内
部空間にイオン反射用の連続的な電場が形成される。筒
体４３５の両端にはグリッド４３６、４３６’がそれぞ
れ設けられている。このような反射系４３４も、加速系
４２４と同様に低コストのものとなる。

【００４７】本装置の動作を説明する。図２に示すよう
に、プラズマガスと副ガスがプラズマトーチ４５２に供
給されるとともに、キャリアガスとしての例えばアルゴ
ンガスがプラズマトーチ４５２に供給される。また、高
周波電源４５６からインピーダンスマッチング回路４５
８を介して高周波誘導コイル４５４に高周波電流が供給
され、高周波誘導コイル４５６の周囲に高周波磁界が形
成される。このような高周波磁界の近傍でアルゴンガス
中に電子またはイオンが植え付けられると、高周波磁界
の作用によって瞬時に高周波誘導結合プラズマ４６２が
生じる。

【００４８】この状態で、試料が霧化されたエアロゾル
がキャリアガスに搬送されてプラズマトーチ４５２内に
供給されると、このエアロゾルが高周波誘導結合プラズ
マ４６２によってイオン化される。このようにして生成
した高周波誘導プラズマ４６２内のイオンは、サンプリ
ングコーン４４、スキマー４８および抽出レンズ４１２
を経由し、レンズ系４１６によって収束され、スリット
４１８を通過してリペラ４２０とグリッド４２２の間に
連続的なイオンビームとして注入される。

【００４９】リペラ４２０に印加される駆動電圧によっ
て、連続的なイオンビームの一部がイオンパケットとな
ってグリッド４２２を通して図の右方向（ｘ方向）に打
ち出される。打ち出されたイオンパケットは、加速系４
２４が形成する電場で加速される。イオンパケットに含
まれる各イオンは、それぞれの質量に応じて異なる飛行
速度を得て、グリッド４２６を通じてフライトチューブ
４２８に進入する。

【００５０】フライトチューブ４２８内では、ステアリ
ングプレート４３０，４３０’でイオンパケットの飛行
角度が図の上下方向（ｚ方向）においてステアリングさ
れ、また、デフレクションプレート４３２，４３２’で
アルゴン等の不要なイオンの飛行角度が図の前後方向
（ｙ方向）に逸らされて、イオンパケットの飛行経路か
ら除外される。これによって、被分析イオンのパケット
が反射系４３４に入射する。

【００５１】反射系４３４に入射したイオンパケット
は、反射系４３４が形成する電場によって反射され、向
きを変えてイオン検出器４３８に入射する。入射イオン
はイオン検出器４３８で検出される。検出信号は増幅器
４４０で増幅される。増幅器４４０の出力信号は図示し
ない信号処理部に送出されて演算処理され、試料中の被
測定元素の分析値が求められる。

【００５２】このような、ＩＣＰ−ＴＯＦＭＳは、加速
系４２４および反射系４３４をいずれも導電プラスチッ
クの筒体で構成すれば、低コストの装置となる。なお、
ＩＣＰ−ＴＯＦＭＳは、上記の構成から反射系４３４を
省略するとともに、イオン検出器４３８を反射系４３４
が占めていた位置に移して、例えば図５に示すような直
進型としたものもある。

【００５３】（発明の実施の形態の第２の例）図６に、
ＩＣＰ−ＴＯＭＳの他の例の模式的構成を示す。本装置
は本発明の実施の形態の第２の例である。

【００５４】図６において、図１と同様の部分は同一の
符号を付し、説明を省略する。本装置は、図１に示した
装置のものとは異なる反射系４３４’を有する。図７
に、反射系４３４’の構成を示す。図７の（ａ）は側面
図、（ｂ）は正面図である。同図に示すように、反射系
４３４’は、導電プラスチックの筒体４３５’で構成さ
れる。筒体４３５’は、本発明における筒体の実施の形
態の一例である。筒体４３５’は、長方形の開口４３７
を持つ角筒となっている。開口４３７は、ｙ方向の寸法
に較べてｚ方向の寸法が大きくなっている。

【００５５】本発明者は、研究の結果、ｚ方向の寸法に
対するｙ方向の寸法の比（開口比）を４／１０以下にす
ると、グリッドを用いなくても、質量分析の分解能とし
て実用上十分な値が得られることを発見した。図８に、
筒体４３５’の開口比をそれぞれ０．２０，０．３０，
０．３３，０．３８とした場合の分解能の実測値を示
す。なお、図８において、縦軸は分解能を示し、横軸は
筒体４２５’におけるイオンの入射位置を、ｚ方向にお
いて開口中心からの距離で示す。

【００５６】同図に示すように、イオンの入射位置が中
心から３０ｍｍまでの範囲では、いずれの開口比でも１
０００以上の分解能が得られている。これは、筒体４３
５’の開口部において、ｚ方向に沿った等電位面の曲が
り、すなわち、分解能を低下させる等電位面の曲がり
が、開口比を小さくするに連れて相対的に小さくなるた
めである。通常、分解能は５００以上あれば良いとされ
るので、１０００以上の分解能は実用上十分である。

【００５７】すなわち、グリッドを用いない（グリッド
レス）反射系でも実用上充分な分解能を達成することが
できる。グリッドを用いないので、グリッドに由来する
イオンのスループットの低下が無い。このため、高スル
ープットのＩＣＰ−ＴＯＦＭＳを実現することができ
る。

【００５８】また、取扱いに注意を要する繊細な部品で
あるグリッドが省略できるので、導電プラスチック筒体
の採用と相まって、製造コストを効果的に低減すること
ができる。また、反射系ばかりでなく、加速系４２４に
ついても同様な構成を採用することができる。

【００５９】また、上記のような開口比は、導電プラス
チックの筒体を用いた反射系ないし加速系ばかりでな
く、複数の金属プレートの配列によって構成される従来
型の反射系ないし加速系に適用しても良い。その場合
も、上記と同様に、グリッドの省略によるスループット
向上およびコスト低減を実現することができる。

【００６０】上記のような開口比を有するグリッドレス
反射系４３４’を採用した場合、開口部における等電位
面は、例えば図９にシミュレーションで示すように、ｙ
方向に沿って大きな曲がりを有するものとなる。

【００６１】このような等電位面を持つとき、反射され
るイオンの飛行経路は、同図に示すようにｙ方向に広が
る傾向を持つ。このため、広がりの大きな飛行経路を辿
るイオンはイオン検出器４３８に入射しなくなり、イオ
ン検出効率が低下するおそれがある。

【００６２】それへの対処として、図１０に示すよう
に、イオン検出器４３８を反射系４３４’に近づけて配
置し、イオンの飛行経路の広がりがあまり拡大しない段
階で検出するようにする。イオン検出器４３８と反射系
４３４’間の距離は、加速系４２４から反射系４３４’
までの距離の１／３以下とするのが、検出効率の低下防
止を確実化する点で好ましい。

【００６３】上記のようなイオン飛行経路の広がりは、
グリッドレス反射系ばかりでなく、例えば図１１にシミ
ュレーションで示すように、グリッド付の反射系におい
ても生じるので、イオン検出器を反射系に近づけて配置
することは、グリッド付反射系を用いる場合でも、検出
効率の低下を防止するのに効果がある。したがって、上
記のようなイオン検出器４３８の配置は、通常のグリッ
ド付の反射系を用いる装置において採用しても良い。

【００６４】（発明の実施の形態の第３の例）図１２
に、ＩＣＰ−ＴＯＭＳのさらに他の例の模式的構成を示
す。本装置は本発明の実施の形態の第３の例である。

【００６５】図１２において、図１０と同様の部分は同
一の符号を付し説明を省略する。本装置は、抽出レンズ
４１２から加速系４２４までの部分をセンターチャンバ
４１０内に配置するようにした点で、図１０に示した装
置と相違する。センターチャンバ４１０は、本発明にお
ける第１の減圧空間の実施の形態の一例である。

【００６６】加速系４２４とステアリングプレート４３
０，４３０’の間にセンターチャンバ４１０とリアチャ
ンバ４１４とを連通するアパーチャ４２７が設けられ、
アパーチャ４２７を通して、加速系４２４で加速された
イオンパケットがリアチャンバ４１４内に射出されるよ
うになっている。リアチャンバ４１４は、本発明におけ
る第２の減圧空間の実施の形態の一例である。アパーチ
ャ４２７は、例えば、反射系４３４’の細長い開口に合
わせてｚ方向に細長い形状のものとされる。

【００６７】アパーチャ４２７は、センターチャンバ４
１０とリアチャンバ４１４との間の流通抵抗ないしコン
ダクタンスを与えるオリフィスとしても機能する。アパ
ーチャ４２７は、本発明におけるオリフィスの実施の形
態の一例である。

【００６８】センターチャンバ４１０を排気する図示し
ない真空ポンプが接続される排気口４２９は、リペラ４
２０とグリッド４２２の間に形成されるイオンビームの
延長方向に形成されている。排気口４２９は、本発明に
おける排気口の実施の形態の一例である。

【００６９】イオンビームの延長線上はイオンの密度が
高く動圧の高い部分となる。このように動圧の高い部分
で排気することにより、センターチャンバ４１０の排気
を能率良く行うことができる。このため、使用する真空
ポンプとしてはより出力の小さいポンプで済ませること
が可能となり低コスト化が可能になる。また、図１３に
示すように、直進型のものについても同様な構成を採用
し、同様な効果を奏することができる。

【００７０】また、これらの構成は、複数の金属プレー
トの配列によって構成される従来型の反射系ないし加速
系を用いる装置に適用しても良い。その場合も、上記と
同様な効果を奏することができる。

【００７１】加速系４２４から出射するイオンパケット
を通すオリフィスは、加速系４２４の出口を兼ねるた
め、図１５に示した従来例におけるようなグリッド２６
は不要となる。このオリフィスは、図１４の（ａ）また
は（ｂ）に示すように、開口の寸法に比して通過長が長
くなるように構成するのが、コンダクタンスを小さくす
る点で好ましい。オリフィスのコンダクタンスを小さく
すれば、リアチャンバ４１４の真空度をより出力の小さ
い真空ポンプによって維持することが可能になる。な
お、貫通孔４３３を通過するイオンパケットは、加速系
４２４から打ち出されて高速に飛行するので、オリフィ
スのコンダクタンスには影響されない。

【００７２】上記のようなオリフィスは、導電プラスチ
ックの筒体を用いた加速系ばかりでなく、複数の金属プ
レートの配列によって構成される従来型の加速系に適用
するようにしても良い。

【００７３】以上、イオン生成を高周波誘導結合プラズ
マ（ＩＣＰ）によって行う例について説明したが、イオ
ン生成はＩＣＰに限らず他の手段によって生成するよう
にしても良いのは勿論である。

【００７４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１の
発明では、導電プラスチックの筒体の両端に電位差を与
え、筒の内部に一定勾配の電場を形成するようにしたの
で、電場形成手段の構成が簡素化され、それによって、
低コストの飛行時間型質量分析装置を実現することがで
きる。

【００７５】また、請求項２の発明では、電場形成手段
の開口を、寸法比が４／１０以下の細長い形状としたこ
とにより、長寸法の方向に沿う等電位面の曲がりが少な
くなり、グリッドが不要もしくは数を減らすことができ
る。それによって、イオンのスループットが高い飛行時
間型質量分析装置を実現することができる。

【００７６】また、請求項３の発明では、両端に電位差
が与えられた導電プラスチック筒を用いたのでイオン反
射用の電場形成手段の構成が簡素化される。また、その
開口を寸法比が４／１０以下の細長い開口としたことに
より、イオン反射面での等電位面の曲がりが少なくなり
グリッドが不要もしくは数を減らすことができる。

【００７７】また、請求項４の発明では、第２の電場形
成手段からイオン検出手段までの距離を、第１の電場形
成手段から第２の電場形成手段までの距離の１／３以下
としたので、イオン検出手段に到達するイオンパケット
の発散ロスが小さくなる。

【００７８】また、請求項５の発明では、第２の電場形
成手段からイオン検出手段までの距離を、第１の電場形
成手段から第２の電場形成手段までの距離の１／３以下
としたので、イオン検出手段に到達するイオンパケット
の発散ロスが小さくなり、また、第２の電場形成手段
を、寸法比が４／１０以下の細長い開口を持つものとし
たことにより、イオン反射面での等電位面の曲がりが少
なくなりグリッドが不要もしくは数を減らすことができ
る。

【００７９】また、請求項６の発明では、イオン源およ
び第１の電場形成手段を配設する減圧空間と、第２の電
場形成手段およびイオン検出手段を配設する減圧空間を
別にすることにより、ＴＯＦ部をＩＣＰにも近く設けら
れ感度向上が可能となる。

【００８０】また、請求項７の発明では、排気口がイオ
ン源のイオンビームの延長方向に開口させたので、能率
の良い排気が行える。また、請求項８の発明では、第１
の電場形成手段の出口側の開口をオリフィスとしたの
で、第１の減圧空間と第２の減圧空間との間の流通抵抗
を兼ねさせることができ、加速系のグリッドを無くすこ
とができる。

【００８１】また、請求項９の発明では、高周波誘導結
合プラズマによってイオンを生成するようにしたので、
被分析元素のイオンを効率良く生成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の装置の模式的構成
図である。

【図２】本発明の実施の形態の一例の装置における高周
波誘導結合プラズマトーチの模式的構成図である。

【図３】本発明の実施の形態の一例の装置における加速
系の模式的構成図である。

【図４】本発明の実施の形態の一例の装置における反射
系の模式的構成図である。

【図５】本発明の実施の形態の一例の装置の模式的構成
図である。

【図６】本発明の実施の形態の一例の装置の模式的構成
図である。

【図７】本発明の実施の形態の一例の装置における反射
系の模式的構成図である。

【図８】本発明の実施の形態の一例の装置における反射
系の性能を示すグラフである。

【図９】本発明の実施の形態の一例の装置における反射
系の電場の等電位面をディスプレイ上に表示した表示画
面を中間調の写真で示す図である。

【図１０】本発明の実施の形態の一例の装置の模式的構
成図である。

【図１１】従来の反射系の電場の等電位面をディスプレ
イ上に表示した表示画面を中間調の写真で示す図であ
る。

【図１２】本発明の実施の形態の一例の装置の模式的構
成図である。

【図１３】本発明の実施の形態の一例の装置の模式的構
成図である。

【図１４】本発明の実施の形態の一例の装置におけるオ
リフィスの模式的構成図である。

【図１５】従来の装置の一例の模式的構成図である。

【符号の説明】

４２ ＩＣＰトーチ ４４ サンプリングコーン ４６ フォアチャンバ ４８ スキマー ４１０ センターチャンバ ４１２ 抽出レンズ ４１４ リアチャンバ ４１６ レンズ系 ４１８ スリット ４２０ リペラ ４２２ グリッド ４２４ 加速系 ４２６ グリッド ４２８ フライトチューブ ４３０，４３０’ ステアリングプレート ４３２，４３２’ デフレクションプレート ４３４，４３４’ 反射系 ４３６，４３６’ グリッド ４３８ イオン検出器 ４４０ 増幅器 ４５２ プラズマトーチ ４５４ 高周波誘導コイル ４５６ 高周波電源 ４５８ インピーダンスマッチング回路 ４６０ シールド板 ４６２ 高周波誘導結合プラズマ ４２５，４３５，４３５’ 筒体 ４３７ 開口 ４２７ アパーチャ ４２９ 排気口 ４３１ ブロック ４３３ 貫通孔 ５３１ ボックス

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電場形成手段が形成する電場を作用させ
   たイオンの飛行時間に基づいて質量分析を行う飛行時間
   型質量分析装置であって、 前記電場形成手段が両端に電位差が与えられた導電プラ
   スチックの筒体である、ことを特徴とする飛行時間型質
   量分析装置。
2. 【請求項２】 電場形成手段が形成する電場を作用させ
   たイオンの飛行時間に基づいて質量分析を行う飛行時間
   型質量分析装置であって、 前記電場形成手段が互いに垂直な方向の寸法比が４／１
   ０以下の開口を有する、ことを特徴とする飛行時間型質
   量分析装置。
3. 【請求項３】 前記電場形成手段がイオンを反射する電
   場を形成するものである、ことを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２に記載の飛行時間型質量分析装置。
4. 【請求項４】 イオン源と、 前記イオン源から打ち出されたイオンを加速する電場を
   形成する第１の電場形成手段と、 前記第１の電場形成手段が形成する電場を通過したイオ
   ンを反射する電場を形成する第２の電場形成手段と、 前記第２の電場形成手段が形成する電場を通過したイオ
   ンが照射されるイオン検出手段と、を有する飛行時間型
   質量分析装置であって、 前記第１の電場形成手段から前記第２の電場形成手段ま
   での距離に対する前記第２の電場形成手段から前記イオ
   ン検出手段までの距離の比を１／３以下とした、ことを
   特徴とする飛行時間型質量分析装置。
5. 【請求項５】 前記第２の電場形成手段が互いに垂直な
   方向の寸法比が４／１０以下の開口を有する、ことを特
   徴とする請求項４に記載の飛行時間型質量分析装置。
6. 【請求項６】 連続的なイオンビームからビーム方向に
   関して横方向にイオンパケットを打ち出すイオン源と、 前記イオン源から打ち出されたイオンを加速する電場を
   形成する第１の電場形成手段と、 前記第１の電場形成手段が形成する電場を通過したイオ
   ンを反射する電場を形成する第２の電場形成手段と、 前記第２の電場形成手段が形成する電場を通過したイオ
   ンが照射されるイオン検出手段と、 を有する飛行時間型質量分析装置であって、 前記イオン源および前記第１の電場形成手段が排気によ
   り減圧された第１の減圧空間に配設され、前記第２の電
   場形成手段および前記イオン検出手段が排気により前記
   第１の減圧空間よりも減圧された第２の減圧空間に配設
   された、ことを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
7. 【請求項７】 前記第１の減圧空間の排気口が前記イオ
   ン源の前記イオンビームの延長方向に開口する、ことを
   特徴とする請求項６に記載の飛行時間型質量分析装置。
8. 【請求項８】 前記第１の電場形成手段の出口側の開口
   が前記第１の減圧空間と前記第２の減圧空間との間のオ
   リフィスを形成する、ことを特徴とする請求項６または
   請求項７に記載の飛行時間型質量分析装置。
9. 【請求項９】 前記イオンが高周波誘導結合プラズマに
   よって生成されるものである、ことを特徴とする請求項
   １〜請求項８のいずれか１つに記載の飛行時間型質量分
   析装置。