JP2000036286A - Time-of-flight mass spectrometer - Google Patents

Time-of-flight mass spectrometer

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JP2000036286A
JP2000036286A JP10205136A JP20513698A JP2000036286A JP 2000036286 A JP2000036286 A JP 2000036286A JP 10205136 A JP10205136 A JP 10205136A JP 20513698 A JP20513698 A JP 20513698A JP 2000036286 A JP2000036286 A JP 2000036286A
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ion
ions
time
axis direction
reservoir
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Yoshihiro Nukina
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Jeol Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain the convergence property relative to spatial expansion of ions in an ion reservoir in the optical axis direction, even in the case of using a triple-convergence spectral system, and to improve the ion yield. SOLUTION: An ion beam emitted from an outside ion source 1 is regulated by a beam regulation slit 2 and introduced into an ion reservoir 3, and expanded in the ion reservoir 3 in the optical axis direction (z-axis direction) with a range of r0. The ion beam in the ion reservoir 3 is pushed out in the optical axis direction by a voltage pulse V2 in this state. The expansion of the pushed- out ion beam is once time-focused on certain point (or a line) by a two-stage acceleration part 9, and a lag (aberration) of a flight time produced by the expansion of the ion beam is cancelled. Afterwards, the time-focused ion beam is space-focused by a triple-convergence TOFMS spectral part 7 in two directions (x, y-axis) directions) rectangular with the optical axis direction, and eventually space focusing in the x, y, z-axis direction is attained. Hereby, an ion yield of a time-of-flight mass spectrometer is improved and a resolution is raised.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、試料からイオンを
発生させるとともに、このイオンを加速することによ
り、試料のイオンを質量の大きなイオンと質量の小さな
イオンとに分離してイオン検出器に導入し、試料の質量
分析を行う飛行時間型質量分析計の技術分野に属し、特
に、3重収束分光系と2段加速系とを組み合わせること
により、高感度で高分解能の飛行時間型質量分析計の技
術分野に属するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of generating ions from a sample and accelerating the ions, thereby separating the ions of the sample into ions having a large mass and ions having a small mass and introducing the ions into an ion detector. And belongs to the technical field of a time-of-flight mass spectrometer that performs mass spectrometry of a sample. In particular, by combining a triple focusing spectroscopy system and a two-stage acceleration system, a high sensitivity and high resolution time-of-flight mass spectrometer is provided. It belongs to the technical field.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、質量分析計として、試料から発生
させたイオンを加速することにより、試料のイオンを質
量の大きなイオンと質量の小さなイオンとに分離して質
量分析器に導入し、試料の質量分析を行う飛行時間型質
量分析計(TOFMS)が提案されている。この飛行時間型
質量分析計は、イオンに同一運動エネルギを与えたと
き、イオンの質量電荷比(M:質量数)が小さいものほ
ど、イオン検出器に早く到達することを利用している。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a mass spectrometer, ions generated from a sample are accelerated so that ions of the sample are separated into large ions and small ions and introduced into a mass spectrometer. A time-of-flight mass spectrometer (TOFMS) for mass spectrometry has been proposed. This time-of-flight mass spectrometer utilizes the fact that when the same kinetic energy is given to ions, the smaller the mass-to-charge ratio (M: mass number) of the ions, the sooner they reach the ion detector.

【0003】このような飛行時間型質量分析計として、
従来、イオンを連続的に出射する連続イオン化法を用い
た垂直加速型飛行時間型質量分析計(Orthogonal Accel
eration TOFMS:OA/TOF)が提案されている。
[0003] As such a time-of-flight mass spectrometer,
Conventionally, a vertical acceleration time-of-flight mass spectrometer (Orthogonal Accel
eration TOFMS (OA / TOF) has been proposed.

【0004】図4は、このOA/TOFの一例を模式的に示す
図である。図中、1は外部イオン源、2はビーム規制ス
リット、3は長さy0のイオン溜、4はイオン押出プレ
ート、5は第1グリッド、6は第2グリッド、7はTOFM
S分光部、8はイオン検出器である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of the OA / TOF. In the figure, 1 is an external ion source, 2 denotes a beam regulation slit, the ion reservoir length y 0 3, the ion extrusion plate 4, 5 first grid, the 6 second grid, 7 TOFM
The S spectroscopy unit 8 is an ion detector.

【0005】電圧V1が印加されている外部イオン源1
からのイオンは、運動エネルギ(eV1)でイオン規制
スリット2を通ってイオン溜3に導入される。そして、
このイオンが長さy0のイオン溜3を充満した状態で、
イオン押出プレート4に高圧パルス電圧(振幅電圧=V
2)を印加すると、イオン溜3内のイオンは、運動エネ
ルギ(eV2)でイオン溜3内のイオンの飛行方向と垂
直方向(TOFMSの光軸方向)に加速され、イオン溜3か
ら排出される。更に、イオン溜3から排出されたイオン
は、第1および第2グリッド5,6を通ってTOFMS分光部
7内に進入し、このTOFMS分光部7内を飛行した後、イ
オン検出器8に到達するようになっている。
The external ion source 1 to which the voltage V 1 is applied
Are introduced into the ion reservoir 3 through the ion regulating slit 2 with kinetic energy (eV 1 ). And
With these ions filling the ion reservoir 3 of length y 0 ,
A high-voltage pulse voltage (amplitude voltage = V) is applied to the ion extrusion plate 4.
When 2 ) is applied, the ions in the ion reservoir 3 are accelerated by the kinetic energy (eV 2 ) in the direction perpendicular to the flight direction of the ions in the ion reservoir 3 (the direction of the optical axis of TOFMS) and ejected from the ion reservoir 3. You. Further, the ions discharged from the ion reservoir 3 enter the TOFMS spectroscopy unit 7 through the first and second grids 5 and 6, and fly through the TOFMS spectroscopy unit 7, and then reach the ion detector 8. It is supposed to.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
OA/TOFにおいては、イオンの質量数Mの値が大きくなる
ほど、イオンの収率が低下するため、検出するイオンの
質量が大きいものを対象とするほど、長さy0がより長
いイオン溜3が求められる。その理由は次の通りであ
る。イオンの質量数がMで、運動エネルギがU(=e
V)であるイオンの飛行速度vは、
By the way, such a problem is solved.
In OA / TOF is, the larger the value of the mass number M of the ion, to lower the yield of ions, as directed to those mass detection ions is large, the length y 0 is longer ion reservoir 3 Is required. The reason is as follows. The mass number of the ion is M, and the kinetic energy is U (= e
V), the flight velocity v of the ion is

【0007】[0007]

【数2】 (Equation 2)

【0008】で与えられる。また、このイオンが距離y
を飛行するときの飛行時間tionは、
[0008] Also, this ion has a distance y
The flight time t ion when flying is

【0009】[0009]

【数3】 (Equation 3)

【0010】で与えられる。一例として、外部イオン源
1への印加電圧がV1=20ボルトであり、イオンの質
量数がM=500であるイオンの飛行速度v1は、数式
1から、v1=2.78×103m/sである。また、イ
オン溜3の長さy0は一般に数cmであるが、いまこの
長さがy0=3cmであるとすると、イオン溜3内を飛
行するイオンのイオン溜滞時間は、数式3から、tion
=10.8μsである。一方、イオン押出プレート4で
加速されてイオン溜3から排出されたイオンの運動エネ
ルギ(U2)がU2=3000eV(V2=3000
V)、最大イオン質量数がM=1000、TOFMS分光部
7の飛行距離を1mとすると、TOFMS分光部7内でのイ
オンの飛行時間は、数式3から、tion=41.6μsで
ある。すなわち、イオンの収率は約26%(10.6÷
41.6×100)となる。したがって、イオンの質量
数Mが大きくなるほど、イオンの収率は低下するので、
長さy0がより長いイオン溜3が求められることにな
る。
[0010] As an example, the flight speed v 1 of an ion in which the voltage applied to the external ion source 1 is V 1 = 20 volts and the mass number of the ions is M = 500 is obtained from Equation 1 as v 1 = 2.78 × 10 3 m / s. In addition, the length y 0 of the ion reservoir 3 is generally several cm. If the length is now y 0 = 3 cm, the ion retention time of ions flying in the ion reservoir 3 is given by , T ion
= 10.8 μs. On the other hand, ion extrusion plate 4 at an accelerated by the kinetic energy of the ions ejected from the ion reservoir 3 (U 2) is U 2 = 3000eV (V 2 = 3000
V) If the maximum ion mass number is M = 1000 and the flight distance of the TOFMS spectroscopic unit 7 is 1 m, the ion flight time in the TOFMS spectroscopic unit 7 is t ion = 41.6 μs from Equation 3. That is, the ion yield is about 26% (10.6 ÷).
41.6 × 100). Therefore, as the mass number M of the ions increases, the yield of the ions decreases.
The ion reservoir 3 having a longer length y 0 is required.

【0011】しかしながら、イオン溜3の長さy0を長
くすると、イオン溜3が大型になるばかりでなく、TOFM
Sがもつ本来の同時検出性や質量範囲の広さ等の長所が
失われる。このため、イオン溜3の長さy0は限定さ
れ、イオンの質量数Mが大きい場合には、イオン収率の
向上にも限度がある。
However, when the length y 0 of the ion reservoir 3 is increased, not only the ion reservoir 3 becomes large, but also the TOFM
The advantages of S such as simultaneous detection and broad mass range are lost. For this reason, the length y 0 of the ion reservoir 3 is limited, and when the mass number M of the ions is large, the improvement of the ion yield is also limited.

【0012】一方、連続イオン化法で生成されたイオン
の運動エネルギは、イオンの質量数(M)に依存せずほ
ぼ一定である。この連続イオン化法を用いた場合、イオ
ン溜3から排出されたイオンは、図4に示すようにTOFM
S分光部7においてその光軸に対して角度θをもって飛
行するようになる。この角度θは、電圧V1によって加
速されたイオンの運動エネルギをU1とし、電圧V2によ
って加速されたイオンの運動エネルギをU2とすると、
On the other hand, the kinetic energy of ions generated by the continuous ionization method is substantially constant without depending on the mass number (M) of the ions. When this continuous ionization method is used, ions discharged from the ion reservoir 3 are subjected to TOFM as shown in FIG.
The S spectroscope 7 flies at an angle θ with respect to the optical axis. When the kinetic energy of the ions accelerated by the voltage V 1 is U 1 and the kinetic energy of the ions accelerated by the voltage V 2 is U 2 ,

【0013】[0013]

【数4】 (Equation 4)

【0014】で与えられる。例えば、U1(=eV1)=
20eV、U2(=eV2)=3000eVとすると、イ
オンはTOFMS分光部7内をθ=0.08ラディアンの角度
をもって飛行するようになる。このときには、イオン
は、TOFMS分光部7の光軸に対して8cm離れた位置に
到達する。
Is given by For example, U 1 (= eV 1 ) =
Assuming that 20 eV and U 2 (= eV 2 ) = 3000 eV, ions fly in the TOFMS spectroscopy unit 7 at an angle of θ = 0.08 radian. At this time, the ions reach a position 8 cm away from the optical axis of the TOFMS spectroscopy unit 7.

【0015】このため、TOFMS分光部7内でのイオンの
飛行軌道は大きく異なり、イオンが1m飛行した後は、
M=10およびM=500の各イオンは、それぞれTOFM
Sの光軸から中心2.8cmおよび20cm離れて到達す
ることになって、飛行時間のズレ(収差)が生じて時間
収束の悪化を招き、得られるスペクトルの分解能と感度
の低下が発生する。
For this reason, the flight trajectory of the ions in the TOFMS spectroscopic section 7 is greatly different, and after the ions have flown 1 m,
Each ion of M = 10 and M = 500 is TOFM
Since the light arrives at the centers 2.8 cm and 20 cm away from the optical axis of S, a flight time shift (aberration) occurs, which deteriorates the time convergence, and lowers the resolution and sensitivity of the obtained spectrum.

【0016】この問題点を解決するための手段として、
従来、扇型の電場や磁場を使用した3重収束分光系が既
に知られている。この3重収束分光系は、時間に対し
て、空間、出射角度、エネルギの3個のタームの同時収
束性を持つものである。
As means for solving this problem,
Conventionally, a triple focusing spectroscopy system using a fan-shaped electric or magnetic field has already been known. This triple focusing spectroscopy system has the simultaneous convergence of three terms of space, emission angle and energy with respect to time.

【0017】図5はこのような3重収束分光系のとる座
標軸を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing coordinate axes taken by such a triple focusing spectral system.

【0018】この3重収束分光系においては、図5に示
すように、TOFMS分光部7の光軸(z軸)対して垂直な
方向の面(x軸およびy軸で構成される面)の広がりに
対して収束するようになっている。換言すれば、この3
重収束分光系は、イオン溜3内での光軸方向(z軸方
向)のイオンの空間的広がりに対しては収束性を持たな
い。したがって、得られるスペクトルの分解能と感度の
低下が発生するようになる。
In this triple convergent spectroscopy system, as shown in FIG. 5, a plane perpendicular to the optical axis (z-axis) of the TOFMS spectroscopy unit 7 (a plane composed of the x-axis and the y-axis). It converges on the spread. In other words, this 3
The double focusing spectroscopy has no convergence for the spatial spread of ions in the optical axis direction (z-axis direction) in the ion reservoir 3. Therefore, the resolution and sensitivity of the obtained spectrum are reduced.

【0019】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、3重収束分光系を用いて
も、イオン溜内での光軸方向のイオンの空間的広がりに
対する収束性を有し、しかも、イオン収率を向上させる
ことのできる飛行時間型質量分析計を提供することであ
る。
The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to reduce the spatial spread of ions in the direction of the optical axis in an ion reservoir even when a triple focusing spectroscopy system is used. An object of the present invention is to provide a time-of-flight mass spectrometer having convergence and capable of improving the ion yield.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、請求項1の発明は、イオンを出射するイオン源
と、このイオンが導入されるとともに、このイオンを加
速して放出するイオン溜と、このイオン溜からのイオン
を加速してイオン溜内での光軸方向に対するイオンの空
間的広がりを収束させる2段加速部と、時間に対して、
光軸方向と直交する方向の空間の広がり、イオンの出射
角度およびイオンのエネルギを同時収束させる3重収束
分光部と、この3重収束分光部からのイオンを検出する
イオン検出器とからなることを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an ion source for emitting ions, and an ion source for introducing the ions and for accelerating and releasing the ions. A reservoir, a two-stage accelerating unit for accelerating ions from the ion reservoir to converge the spatial spread of the ions in the direction of the optical axis in the ion reservoir, and
A triple convergence spectrometer for simultaneously converging the space in the direction orthogonal to the optical axis direction, the emission angle of ions and the energy of ions, and an ion detector for detecting ions from the triple convergence spectrometer. It is characterized by.

【0021】また、請求項2の発明は、前記イオン溜の
イオン放出部に第1グリッドが設けられているととも
に、前記2段加速部のイオン導入部に第2グリッドが設
けられており、前記第2グリッドから前記2段加速部に
おける空間収束点までの距離αは、前記イオン溜の幅を
2s0、第1グリッドと前記第2グリッドとの距離を
d、前記イオン溜におけるイオンの加速電圧をVa、前
記2段加速部におけるイオンの加速電圧をVbとしたと
き、
Further, in the invention according to claim 2, a first grid is provided in an ion emitting portion of the ion reservoir, and a second grid is provided in an ion introducing portion of the two-stage accelerator. The distance α from the second grid to the spatial convergence point in the two-stage acceleration unit is 2s 0 for the width of the ion reservoir, d for the distance between the first grid and the second grid, and the acceleration voltage of ions in the ion reservoir. Is V a , and the acceleration voltage of ions in the two-stage acceleration unit is V b ,

【0022】[0022]

【数5】 (Equation 5)

【0023】に設定されていることを特徴としている。
更に、請求項3の発明は、前記3重収束分光部が、所定
数の円筒電場からなることを特徴としている。
It is characterized by being set to:
Further, the invention according to claim 3 is characterized in that the triple convergence spectroscopy unit comprises a predetermined number of cylindrical electric fields.

【0024】[0024]

【作用】このような構成をした本発明の飛行時間型質量
分析計においては、イオン溜内でのイオンビームの光軸
方向(z軸方向)の広がりが、2段加速部によりある点
(線)上で一旦時間収束される。これにより、イオン溜
内でのイオンビームの広がりによって生じる飛行時間の
ズレ(収差)が解消されるようになる。
In the time-of-flight mass spectrometer of the present invention having the above-described structure, the spread of the ion beam in the ion reservoir in the optical axis direction (z-axis direction) is at a point (line) due to the two-stage acceleration unit. ) Above. Thereby, the deviation (aberration) of the flight time caused by the spread of the ion beam in the ion reservoir is eliminated.

【0025】そして、この時間収束されたイオンビーム
が3重収束分光部で光軸と直交する2方向(x,y軸方
向)の空間収束が行われ、最終的に光軸と直交する2方
向(x,y軸方向)および光軸方向(z軸方向)との3
方向(x,y,z軸方向)の空間収束が達成される。これ
により、飛行時間型質量分析計のイオン収率が向上し、
分解能が高くなる。特に、3重収束分光系に所定数の円
筒電場を用いることにより、イオン溜の長手方向(y軸
方向)に長いイオンビームも3重収束されるようにな
る。
The time-focused ion beam is spatially converged in two directions (x, y-axis directions) orthogonal to the optical axis by the triple focusing spectroscope, and finally in two directions orthogonal to the optical axis. (X, y axis direction) and optical axis direction (z axis direction)
Spatial convergence in the directions (x, y, z axis directions) is achieved. This improves the ion yield of the time-of-flight mass spectrometer,
Higher resolution. In particular, by using a predetermined number of cylindrical electric fields in the triple focusing spectroscopy system, an ion beam that is long in the longitudinal direction (y-axis direction) of the ion reservoir can be triple focused.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図1は本発明にかかる飛行時間型質
量分析計の実施の形態の一例を模式的に示す図である。
なお、前述の図4に示す構成要素と同じ構成要素には、
同じ符号を付すことにより、その詳細な説明は省略す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of an embodiment of a time-of-flight mass spectrometer according to the present invention.
The same components as those shown in FIG.
The detailed description thereof will be omitted by giving the same reference numerals.

【0027】前述の図4に示すOA/TOFにおいては、TOFM
S分光部7の入口が第2グリッド6となるように、TOFMS
分光部7が設置されているが、図1に示すように、この
例の飛行時間型質量分析計においては、TOFMS分光部7
は、その入口が第2グリッド6と所定距離αだけ離隔さ
れて設置されている。そして、これらの第2グリッド6
とTOFMS分光部7との間に、所定の電圧VLが印加されて
いる。
In the OA / TOF shown in FIG.
TOFMS so that the entrance of the S spectroscopy unit 7 is on the second grid 6
Although the spectroscopy unit 7 is installed, as shown in FIG. 1, in the time-of-flight mass spectrometer of this example, the TOFMS spectroscopy unit 7 is used.
Is installed such that its entrance is separated from the second grid 6 by a predetermined distance α. And these second grids 6
A predetermined voltage VL is applied between the TOFMS spectroscopy unit 7 and.

【0028】そして、所定距離αは、イオン溜3から同
時に出射した、空間的な広がりを持つイオンがTOFMS分
光部7の入口の同一線上に同一時刻に到達する、すなわ
ちイオン溜3からのイオンが空間的に収束するように設
定されている。したがって、TOFMS分光部7の入口にお
いて、イオンの空間収束点Dが設定されている。このよ
うな所定距離αは、第1および第2グリッド5,6間の
距離をd、イオン溜3の幅を2s0、イオン溜3内のイ
オンビームの中心位置から第1グリッド5までの距離を
0とすると、
When the predetermined distance α is reached, the ions having a spatial expanse which are simultaneously emitted from the ion reservoir 3 arrive at the same time on the same line at the entrance of the TOFMS spectroscopic section 7, that is, the ions from the ion reservoir 3 It is set to converge spatially. Therefore, at the entrance of the TOFMS spectroscopy unit 7, a spatial convergence point D of ions is set. The predetermined distance α is a distance d between the first and second grids 5 and 6, a width of the ion reservoir 3 is 2s 0 , and a distance from the center position of the ion beam in the ion reservoir 3 to the first grid 5. Is s 0 ,

【0029】[0029]

【数6】 (Equation 6)

【0030】で与えられる。図2は、この数式6を用い
て、イオン軌道計算プログラム(SIMION)によっ
て求めたイオンの空間収束の一例を示す図である。
「・」は同一時刻を表している。この図2から明らかな
ように、所定距離αが数式6によって設定されることに
より、イオン溜3から同時に出射した、空間的な広がり
を持つイオンが、空間収束点Dで同一線上に同一時刻に
到達することがわかる。
Is given by FIG. 2 is a diagram showing an example of the spatial convergence of ions obtained by the ion trajectory calculation program (SIMION) using Expression 6.
“·” Indicates the same time. As is apparent from FIG. 2, when the predetermined distance α is set by Expression 6, the ions having a spatial spread and emitted from the ion reservoir 3 at the same time at the space convergence point D on the same line at the same time. It can be seen that it reaches.

【0031】図3は、この例の飛行時間型質量分析計の
3重収束TOFMS分光部を構成する、円筒電場を用いた分
光系の(x,z)面で示す平面図である。図3に示すよ
うに、この例の3重収束TOFMS分光部7では、電場の回
転角がφで、電場の回転半径がrである2個の円筒
電場9,10が配設されて、3個の3重収束点D,E,F
が形成されている。そして、この3重収束TOFMS分光部
7における第1の3重収束点Dに、図2に示す3重収束
点Dを、図3に対して図2が垂直となるようにして一致
させる。したがって、図3に示すイオンの幅は、図2の
図面に対して垂直方向の幅(図2では、直線で表されて
いる)となっている。その場合、イオンビームが前述の
ようにr0=2.0mm、θ=0〜0.2ラディアンに広
がっても、円筒電場9,10およびイオン検出器8のy
方向の長さを必要に応じて長く設定することにより、第
2のあるいは第3の3重収束点E,Fに時間収束した全
イオンを検出することが可能となる。
FIG. 3 is a plan view showing a (x, z) plane of a spectral system using a cylindrical electric field, which constitutes a triple focusing TOFMS spectral unit of the time-of-flight mass spectrometer of this example. As shown in FIG. 3, the triple convergence TOFMS spectral portion 7 in this example, at a rotation angle of the electric field phi e, with two cylindrical electric field 9, 10 turning radius is r e of the electric field is arranged , Three triple convergence points D, E, F
Are formed. Then, the triple convergence point D shown in FIG. 2 is made to coincide with the first triple convergence point D in the triple convergence TOFMS spectroscopy unit 7 so that FIG. 2 is perpendicular to FIG. Therefore, the width of the ions shown in FIG. 3 is a width in the direction perpendicular to the drawing of FIG. 2 (in FIG. 2, it is represented by a straight line). In this case, even if the ion beam spreads to r 0 = 2.0 mm and θ = 0 to 0.2 radian as described above, the cylindrical electric fields 9 and 10 and the y
By setting the length in the direction as long as necessary, it becomes possible to detect all ions that have time-converged to the second or third triple convergence points E and F.

【0032】なお、この例の3重収束TOFMS分光部7で
は、2個の円筒電場を用いて3個の3重収束点を形成す
るようにしているが、n個の円筒電場を用いてn+1個
の3重収束点を形成し、これらの3重収束点を用いるこ
とも可能である。
In the triple focusing TOFMS spectroscopy unit 7 of this example, three triple convergence points are formed by using two cylindrical electric fields, but n + 1 by using n cylindrical electric fields. It is also possible to form three triple convergence points and use these triple convergence points.

【0033】このように、この例の飛行時間型質量分析
計においては、イオン溜3内でのイオンビームの光軸方
向(z軸方向)の広がりを、2段加速部9によりある点
(または線)上で一旦時間収束させて、イオン溜3内で
のイオンビームの広がりによって生じる飛行時間のズレ
(収差)を解消し、その後、この時間収束されたイオン
ビームを3重収束のTOFMS分光部7で光軸方向(z軸方
向)と直交する2方向(x,y軸方向)の空間収束を行
うようにしているので、最終的に3方向(x,y,z軸方
向)の空間収束を達成させることができる。これによ
り、飛行時間型質量分析計のイオン収率を向上でき、し
たがって分解能を高くできる。
As described above, in the time-of-flight mass spectrometer of this example, the spread of the ion beam in the ion reservoir 3 in the optical axis direction (z-axis direction) is made at a certain point (or Line), the flight time deviation (aberration) caused by the spread of the ion beam in the ion reservoir 3 is eliminated, and then the time-focused ion beam is triple-focused by the TOFMS spectroscope. 7, spatial convergence in two directions (x, y-axis directions) orthogonal to the optical axis direction (z-axis direction) is performed, so that spatial convergence in three directions (x, y, z-axis directions) is finally achieved. Can be achieved. Thereby, the ion yield of the time-of-flight mass spectrometer can be improved, and therefore the resolution can be increased.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の飛行時間型質量分析計によれば、イオン溜内でのイオ
ンビームの光軸方向(z軸方向)の広がりを、2段加速
部により一旦時間収束させた後、このイオンビームを3
重収束分光部で光軸方向(z軸方向)と直交する2方向
(x,y軸方向)の空間収束を行うようにしているの
で、3方向(x,y,z軸方向)の空間収束を確実に達成
させることができる。これにより、イオンの質量数の大
小にかかわらず、イオン収率飛行時間型質量分析計のイ
オン収率を向上でき、同時に分解能を高くできる。ま
た、イオン収率が向上することから、イオン溜の長さを
それほど大きくしなくても済み、装置を小型に構成でき
る。
As is clear from the above description, according to the time-of-flight mass spectrometer of the present invention, the spread of the ion beam in the ion reservoir in the optical axis direction (z-axis direction) is accelerated by two steps. After the time is once converged by the section, this ion beam is
Since the double convergence spectroscopy unit performs spatial convergence in two directions (x, y axis directions) orthogonal to the optical axis direction (z axis direction), spatial convergence in three directions (x, y, z axis directions) Can be reliably achieved. Thereby, regardless of the magnitude of the mass number of ions, the ion yield of the ion yield time-of-flight mass spectrometer can be improved, and at the same time, the resolution can be increased. In addition, since the ion yield is improved, the length of the ion reservoir does not need to be so large, and the apparatus can be made compact.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明にかかる飛行時間型質量分析計の実施
の形態の一例を模式的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of an embodiment of a time-of-flight mass spectrometer according to the present invention.

【図2】 図1に示す飛行時間型質量分析計において、
イオン軌道計算プログラム(SIMION)によって求
めたイオンの空間収束の一例を示す図である。
FIG. 2 shows a time-of-flight mass spectrometer shown in FIG.
It is a figure which shows an example of the spatial convergence of the ion calculated | required by the ion trajectory calculation program (SIMION).

【図3】 図1に示す例の飛行時間型質量分析計の3重
収束TOFMS分光部を構成する一例を示し、円筒電場を用
いた分光系の(x,z)面で示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing an example of a triple focusing TOFMS spectroscopic section of the time-of-flight mass spectrometer of the example shown in FIG. 1, and showing a (x, z) plane of a spectroscopic system using a cylindrical electric field. .

【図4】 従来の3重収束TOFMSを模式的に示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a conventional triple convergent TOFMS.

【図5】 図4に示す3重収束TOFMSにおける、光軸方
向(z軸方向)と直交する2方向(x,y軸方向)の空
間収束を説明する図である。
5 is a diagram illustrating spatial convergence in two directions (x, y-axis directions) orthogonal to the optical axis direction (z-axis direction) in the triple convergence TOFMS shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…外部イオン源、2…ビーム規制スリット、3…イオ
ン溜、4…イオン押出プレート、5…第1グリッド、6
…第2グリッド、7…TOFMS分光部、8…イオン検出
器、9…2段加速部、D…空間収束点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... External ion source, 2 ... Beam regulation slit, 3 ... Ion pool, 4 ... Ion extrusion plate, 5 ... 1st grid, 6
... Second grid, 7: TOFMS spectroscopy unit, 8: Ion detector, 9: Two-stage acceleration unit, D: Spatial convergence point

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 イオンを出射するイオン源と、このイオ
ンが導入されるとともに、このイオンを加速して放出す
るイオン溜と、このイオン溜からのイオンを加速してイ
オン溜内での光軸方向に対するイオンの空間的広がりを
収束させる2段加速部と、時間に対して、光軸方向と直
交する方向の空間の広がり、イオンの出射角度およびイ
オンのエネルギを同時収束させる3重収束分光部と、こ
の3重収束分光部からのイオンを検出するイオン検出器
とからなることを特徴とする飛行時間型質量分析計。
1. An ion source for emitting ions, an ion reservoir for introducing the ions and accelerating and releasing the ions, and an optical axis in the ion reservoir for accelerating the ions from the ion reservoir. A two-stage accelerating unit for converging the spatial spread of ions in the direction, and a triple focusing spectroscopic unit for simultaneously converging the space in the direction orthogonal to the optical axis direction, the emission angle of the ions, and the energy of the ions with respect to time. A time-of-flight mass spectrometer comprising: an ion detector for detecting ions from the triple focusing spectroscopy unit.
【請求項2】 前記イオン溜のイオン放出部に第1グリ
ッドが設けられているとともに、前記2段加速部のイオ
ン導入部に第2グリッドが設けられており、前記第2グ
リッドから前記2段加速部における空間収束点までの距
離αは、前記イオン溜の幅を2s0、第1グリッドと前
記第2グリッドとの距離をd、前記イオン溜におけるイ
オンの加速電圧をVa、前記2段加速部におけるイオン
の加速電圧をVbとしたとき、 【数1】 に設定されていることを特徴とする請求項1記載の飛行
時間型質量分析計。
2. A first grid is provided in an ion discharge section of the ion reservoir, and a second grid is provided in an ion introduction section of the two-stage acceleration section. the distance α to the spatial focusing points in the acceleration section, the ion reservoir 2s 0 the width of the distance between the first grid second grid d, the acceleration voltage of ions in the ion reservoir V a, the 2-stage When the accelerating voltage of the ions in the accelerating unit is Vb , The time-of-flight mass spectrometer according to claim 1, wherein the mass spectrometer is set to:
【請求項3】 前記3重収束分光部は、所定数の円筒電
場からなることを特徴とする請求項1または2記載の飛
行時間型質量分析計。
3. The time-of-flight mass spectrometer according to claim 1, wherein the triple convergence spectrometer comprises a predetermined number of cylindrical electric fields.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007317375A (en) * 2006-05-23 2007-12-06 Jeol Ltd Spiral orbit type time-of-flight type mass spectrometer
JP2013529367A (en) * 2010-06-08 2013-07-18 マイクロマス・ユーケイ・リミテッド Mass spectrometer with beam expander

Cited By (4)

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US9053918B2 (en) 2010-06-08 2015-06-09 Micromass Uk Limited Mass spectrometer with beam expander
US9245728B2 (en) 2010-06-08 2016-01-26 Micromass Uk Limited Mass spectrometer with beam expander

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