JP2000299084A - 飛行時間型質量分析計 - Google Patents

飛行時間型質量分析計

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JP2000299084A JP11107444A JP10744499A JP2000299084A JP 2000299084 A JP2000299084 A JP 2000299084A JP 11107444 A JP11107444 A JP 11107444A JP 10744499 A JP10744499 A JP 10744499A JP 2000299084 A JP2000299084 A JP 2000299084A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ダイナミックレンジの小さい高速測定システム
を用いて、ダイナミックレンジの大きな測定を可能にす
るＴＯＦＭＳを提供する。 【解決手段】イオン検出器と測定システムの中間に増倍
率を多段階で切り換えることができる高速プリアンプを
備え、イオンパルスの発生に合わせて高速プリアンプの
増倍率を切り換え、異なる増倍率でイオンの質量スペク
トルを測定し、測定時の増倍率で質量スペクトルのゲイ
ンを較正した後、イオン強度の強い箇所では低増倍率で
測定した質量スペクトルを採用すると共に、イオン強度
の弱い箇所では高増倍率で測定した質量スペクトルを採
用して、ひとつながりの質量スペクトルを合成するよう
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、様々な信号強度の
信号線から成る質量スペクトルを適切に測定することの
できる飛行時間型質量分析計（Time of Flight Mass Sp
ectrometer：ＴＯＦＭＳ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＴＯＦＭＳは、異なるイオンに等しい加
速エネルギーを与えた場合、イオンが自らの質量の大小
に依存して加速されることに基づいて、軽いイオンほど
速くイオン検出器に到達し、重いイオンほど遅れてイオ
ン検出器に到達することを利用して、イオンの質量分析
を行なう装置である。
【０００３】図１は、ＴＯＦＭＳのブロックダイヤグラ
ムを示したものである。ＴＯＦＭＳには、例えばパルス
レーザー等のパルス的にイオン化するイオン源を用いる
ものと、例えば大気圧イオン源の様な連続的にイオン化
するイオン源を用いるものとがある。この後者の場合、
通常、イオン源１で生成したイオンをイオン加速器２に
導入し、イオン加速器２において、数ナノ（１０-9）秒
程度のパルス幅でイオンを加速する。このとき、質量数
の大きなイオンは加速されにくいため、飛行速度が遅
く、質量数の小さなイオンは加速されやすいため、飛行
速度が速い。従って、イオン加速器２からイオン検出器
３までのイオンの飛行時間（検出器への入射時間）の違
いを連続的に測定すれば、試料イオンの質量スペクトル
を得ることができる。
【０００４】一般に、イオンの飛行時間は数マイクロ
（１０-6）秒から数百マイクロ秒と短く、また、単独の
イオン種の時間的な広がりは数ナノ秒と極めて短いた
め、イオン検出器３には、物理的な寸法がある程度確保
でき、かつ応答性が良いマイクロチャンネルプレート
（Micro Channel Plate：ＭＣＰ）等の平面検出器が用
いられる。そして、その平面検出器でイオンを電子に変
換することにより、イオンを検出する方法が採られてい
る。イオンと電子の変換効率は、イオン検出器に印加さ
れる電圧により、数十から数百万まで適当に選択するこ
とが可能である。
【０００５】また、連続的に試料が流出するＧＣ−ＭＳ
やＬＣ−ＭＳの分析系にＴＯＦＭＳを適用するような場
合、イオン加速器２によって次々にイオン検出器３に入
射するイオンを処理するには、ディジタル回路を用いた
専用の測定システム４が必要であり、この測定システム
４により、サブナノ（１０-9）秒程度の高速のサンプリ
ング速度で数百から数千回程度平均化された質量スペク
トルを得ることができる構成になっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、現在までの
ディジタル回路実装技術では、専用測定システム４の高
速性の追求により、低ノイズレベルの回路の実現が難し
いという問題がある。ちなみに、市販されている０.５
ナノ（１０-9）サンプリングのシステムからの信号のダ
イナミックレンジはおおよそ千程度であるが、従来型の
質量分析計で要求されているダイナミックレンジは数十
万以上である。
【０００７】本発明の目的は、上述した点に鑑み、ダイ
ナミックレンジの小さい高速測定システムを用いて、ダ
イナミックレンジの大きな測定を可能にするＴＯＦＭＳ
を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明にかかるＴＯＦＭＳは、イオン検出器と測定
システムの中間に増倍率を多段階で切り換えることがで
きる高速プリアンプを備え、イオンパルスの発生に合わ
せて高速プリアンプの増倍率を切り換え、異なる増倍率
でイオンの質量スペクトルを測定し、測定時の増倍率で
質量スペクトルのゲインを較正した後、イオン強度の強
い箇所では低増倍率で測定した質量スペクトルを採用す
ると共に、イオン強度の弱い箇所では高増倍率で測定し
た質量スペクトルを採用して、ひとつながりの質量スペ
クトルを合成するようにしたことを特徴としている。
【０００９】
【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２は、本発明にかかるＴＯＦ
ＭＳの構成を示したものである。
【００１０】図中、測定システム４から発行されたパル
ス信号に基づいて、イオン加速器２から発生したイオン
パルスは、ある一定電圧が印加されたＭＣＰなどのイオ
ン検出器３に向かって飛行する。イオン検出器３に到達
したイオンパルスは、検出信号となって出力され、高速
プリアンプ５で増倍されて、測定システム４に入力され
る。一方、測定システム４は、高速プリアンプ５に対し
て増倍率切り換え信号を発行して、高速プリアンプ５に
設定されている増倍率を任意の値に変更させることがで
きる構成になっている。
【００１１】このような構成において、ＴＯＦＭＳのイ
オン加速器２からのイオンパルスの出射に合わせて、高
速プリアンプ５の増倍率をステップで切り替える。例え
ば、最初に出射されるイオンパルスを検出するときの高
速プリアンプ５の増倍率を低増倍率Ｇ1、次に出射され
るイオンパルスを検出するときの高速プリアンプ５の増
倍率を高増倍率Ｇ2とし、測定時には、イオン加速器２
からのイオンパルスの出射に連動させて、高速プリアン
プ５の増倍率の切り換えを交互に繰り返す。
【００１２】次に、測定システム４では、イオン加速器
２からのイオンの出射に連動させてスペクトルを取り込
むメモリーを交互に切り替える。例えば、低増倍率Ｇ1
で得られた質量スペクトルは、スペクトル１として所定
のメモリーに保存し、高増倍率Ｇ2で得られた質量スペ
クトルは、スペクトル２として別のメモリーに保存す
る。このとき、単独の未積算の質量スペクトルを時系列
的にすべて保存する方法もあるが、通常は、ある程度の
時間、例えば百回程度平均化した質量スペクトルを最終
のスペクトルとして保存する方法が取られる。
【００１３】例えば、低増倍率Ｇ1で得られたスペクト
ル１は、百回平均化処理を行ない、最終的にスペクトル
１として保存され、高増倍率Ｇ2で得られたスペクトル
２は、同じ回数平均化処理を行ない、最終的にスペクト
ル２として保存される。これを交互に繰り返すことによ
り、一連のスペクトル１の集合体とスペクトル２の集合
体とを得る。
【００１４】最後に、測定システム４において、スペク
トル１とスペクトル２をそれぞれのスペクトルを取得し
た際の高速プリアンプ４の増倍率で較正することによ
り、ゲインの等しい最終的な一連のスペクトルとする。
【００１５】このとき、図３に示すように、低増倍率Ｇ
1で取得したスペクトル１では、強力な信号が適切な強
度で記録されている反面、微弱な信号は弱すぎて見るこ
とができない状態である。一方、高増倍率Ｇ2で取得し
たスペクトル２では、強力な信号がスケールオーバーし
て全体像を見ることができないのに対して、微弱な信号
は適切な強度で記録されている。そこで、質量スペクト
ルのイオン強度の強い部分は、低増倍率Ｇ1で測定した
スペクトル１の方を採用し、質量スペクトルのイオン強
度の弱い部分は、高増倍率Ｇ2で測定したスペクトル２
の方を採用するようにする。
【００１６】このように、異なる増倍率で測定した２つ
の質量スペクトルを測定領域ごとに取捨選択して、１つ
の質量スペクトルとして合成することにより、強力な信
号から微弱な信号まで、スケールオーバーしたりビット
落ちしたりすることのない質量スペクトルを得ることが
でき、結果的に、質量スペクトルのダイナミックレンジ
を拡大することができる。
【００１７】尚、上記実施例では、高速プリアンプ４の
増倍率を２種類に限定して説明を行なったが、さらに多
数の増倍率の組み合わせによって、イオン強度の中間を
埋めることも可能である。また、イオン検出器はＭＣＰ
で記述したが、マイクロスフェアプレート（Micro Sphe
re Plate：ＭＳＰ）等の異なるイオン検出器でも、後段
に設けた高速アンプ４の増倍率が変更できれば、問題な
く本発明を適用することができる。
【００１８】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明の飛行時間型
質量分析計を用いれば、従来のイオン検出器におけるよ
うなダイナミックレンジの制限を克服することができ、
強力な信号や微弱な信号が複雑に入り交じった質量スペ
クトルを、全体として適切なゲインで測定することがで
きるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の飛行時間型質量分析計を示す図であ
る。
【図２】 本発明の飛行時間型質量分析計の一実施例を
示す図である。
【図３】 本発明の飛行時間型質量分析計で測定された
質量スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１・・・イオン源、２・・・イオン加速器、３・・・イオン検出
器、４・・・高速プリアンプ、５・・・測定システム。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】イオン検出器と測定システムの中間に増倍
    率を多段階で切り換えることができる高速プリアンプを
    備え、イオンパルスの発生に合わせて高速プリアンプの
    増倍率を切り換え、異なる増倍率でイオンの質量スペク
    トルを測定し、測定時の増倍率で質量スペクトルのゲイ
    ンを較正した後、イオン強度の強い箇所では低増倍率で
    測定した質量スペクトルを採用すると共に、イオン強度
    の弱い箇所では高増倍率で測定した質量スペクトルを採
    用して、ひとつながりの質量スペクトルを合成するよう
    にしたことを特徴とする飛行時間型質量分析計。
JP10744499A 1999-04-15 1999-04-15 飛行時間型質量分析計 Expired - Fee Related JP3701136B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008516411A (ja) * 2004-10-13 2008-05-15 バリアン・インコーポレイテッド 拡張ダイナミック・レンジを有する質量分析におけるイオン検出
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