JP2000323089A - Time-of-flight mass spectrometer - Google Patents

Time-of-flight mass spectrometer

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JP2000323089A
JP2000323089A JP11133569A JP13356999A JP2000323089A JP 2000323089 A JP2000323089 A JP 2000323089A JP 11133569 A JP11133569 A JP 11133569A JP 13356999 A JP13356999 A JP 13356999A JP 2000323089 A JP2000323089 A JP 2000323089A
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Japan
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ion
time
pulse
flight
unit
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JP11133569A
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Yoshihiro Nukina
貫名義裕
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Jeol Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a TOFMS that avoids saturation of an MCP even if a strong ion pulse is incident on the MCP, to avoid lack of a mass spectrum accompanying a dead time and reduction of a service life of the MCP itself. SOLUTION: In this mass spectrometer, by previously detecting a current value of an ion pulse coming flying from an ion source with two ion detectors 13, 14 provided in two triple-convergence planes of an electrostatic sector electric field type TOFMS spectral part and feeding the detected value to a final ion detector 11, a gain of the final ion detector 11 is controlled to avoid saturation of the final ion detector 11. This technique can be also applied to a TOFMS using a pulse ionization method.

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、飛行時間型質量分
析装置(TOFMS;Time of Flight Mass Spectromet
er)に関し、特に、イオン検出器の飽和を回避すること
のできるTOFMSに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a time of flight mass spectrometer (TOFMS).
er), and more particularly to a TOFMS that can avoid saturation of the ion detector.

【0002】[0002]

【従来の技術】垂直加速型飛行時間型質量分析装置(O
A−TOFMS;Orthogonal Acceleration Time of Fl
ight Mass Spectrometer)は、連続的にイオンを生成す
るイオン源からのイオンビームをイオン溜に導入し、イ
オンビームの導入方向と交差する方向にパルス的にイオ
ンビームを加速し、加速されたイオンパルスが最終イオ
ン検出器で検出されるまでの時間を計測して質量分析を
行なう装置である。
2. Description of the Related Art Vertical acceleration time-of-flight mass spectrometers (O
A-TOFMS; Orthogonal Acceleration Time of Fl
ight mass spectrometer) introduces an ion beam from an ion source that continuously generates ions into an ion reservoir, accelerates the ion beam in a direction that intersects the ion beam introduction direction, and accelerates the ion pulse. Is a device that measures the time until it is detected by the final ion detector and performs mass spectrometry.

【0003】図1は、静電セクター電場型OA−TOF
MSの構成を、X軸方向から眺めた模式図である。図中
1は、連続的に正イオンを生成する電子衝撃(EI)、
化学イオン化(CI)、高速原子衝撃(FAB)、エレ
クトロスプレイ(ESI)、誘導結合プラズマ(IC
P)などの外部イオン源である。
FIG. 1 shows an electrostatic sector electric field type OA-TOF.
FIG. 3 is a schematic view of the configuration of the MS as viewed from the X-axis direction. In the figure, 1 is an electron impact (EI) for continuously generating positive ions,
Chemical ionization (CI), fast atom bombardment (FAB), electrospray (ESI), inductively coupled plasma (IC)
P) or an external ion source.

【0004】外部イオン源1からY軸方向に出射された
イオンビームは、正の電位VFが印加された収束レンズ
2でZ軸方向に収束されて、y0の有効長を持ったイオ
ン溜3に導入される。イオン溜3の近傍には、Push-out
プレート4が備え付けられていると共に、該Push-outプ
レート4に対向する位置には、接地電位のイオン引き出
しグリッド5及び負の電位V2が印加された出口グリッ
ド6が設けられていて、イオンビームの導入方向(Y軸
方向)に対して交差する方向(Z軸方向)に、イオンを
押し出すための電界が形成されるようになっている。
[0004] ion beam emitted from an external ion source 1 in the Y-axis direction is a converging lens 2 positive potential V F is applied is converged in the Z-axis direction, the ion reservoir having an effective length of y 0 3 is introduced. Push-out near ion reservoir 3
A plate 4 is provided, and an ion extraction grid 5 having a ground potential and an exit grid 6 to which a negative potential V 2 is applied are provided at a position facing the push-out plate 4. An electric field for pushing out ions is formed in a direction (Z-axis direction) crossing the introduction direction (Y-axis direction).

【0005】Push-outプレート4とイオン引き出しグリ
ッド5は、互いに2S0だけ離れて対向していて、外部
イオン源1からのイオンビームは、Push-outプレート4
とイオン引き出しグリッド5の間の空間であるイオン溜
3に導入される。また、イオン引き出しグリッド5と出
口グリッド6は、距離Dだけ離れて対向している。
[0005] Push-out plate 4 and the ion extraction grid 5 is not face apart 2S 0 together, the ion beam from an external ion source 1, Push-out plate 4
Is introduced into the ion reservoir 3 which is a space between the ion extraction grid 5 and the ion extraction grid 5. Further, the ion extraction grid 5 and the exit grid 6 face each other with a distance D therebetween.

【0006】Push-outプレート4に、正電圧(振幅2V
P)のPush-outパルス電圧7を印加すると、Push-outプ
レート4、イオン引き出しグリッド5、及び出口グリッ
ド6の間、いわゆる2段加速部8に瞬時に電界勾配が形
成され、イオン溜3のイオンは一斉にZ軸方向に加速さ
れてイオン溜3から排出され、対向する位置に設けられ
た第1の静電セクター電場9及び第2の静電セクター電
場10を経由した後、マイクロ・チャンネル・プレート
(MCP)などで構成された最終イオン検出器11に到
達する。
A positive voltage (amplitude 2 V) is applied to the push-out plate 4.
When a push-out pulse voltage 7 of P ) is applied, an electric field gradient is instantaneously formed in the so-called two-stage acceleration section 8 between the push-out plate 4, the ion extraction grid 5, and the exit grid 6, and The ions are simultaneously accelerated in the Z-axis direction and ejected from the ion reservoir 3, pass through a first electrostatic sector electric field 9 and a second electrostatic sector electric field 10 provided at opposing positions, and then pass through the micro channel. -It reaches the final ion detector 11 composed of a plate (MCP) or the like.

【0007】尚、厳密に言えば、イオンはイオン溜3に
導入されたときのY軸方向の速度を持っているため、Pu
sh-outプレート4、イオン引き出しグリッド5、及び、
出口グリッド6の間、すなわち2段加速部8に発生した
電界によってZ軸方向の力を受けても、飛行方向はZ軸
方向からわずかにY軸方向にずれたものとなる。
Strictly speaking, ions have a velocity in the Y-axis direction when introduced into the ion reservoir 3, so that Pu
sh-out plate 4, ion extraction grid 5, and
Even if a force in the Z-axis direction is received between the exit grids 6, that is, by the electric field generated in the two-stage acceleration unit 8, the flight direction slightly shifts from the Z-axis direction in the Y-axis direction.

【0008】上記加速を受ける際、イオンにはPush-out
プレート4と出口グリッド6の間の電位差に対応する一
定のエネルギーが等しく与えられるため、加速終了時に
は、質量の小さなイオンほど速度が大きく、質量の大き
なイオンほど速度が小さい。このような速度差が生まれ
る結果、2つの静電セクター電場で構成されたTOF分
光部12をイオンが飛行する間に、イオンの質量分散が
行なわれて、軽いイオンから順番に最終イオン検出器1
1に到達し、マススペクトルが測定される。
[0008] When receiving the above acceleration, push-out
Since constant energy corresponding to the potential difference between the plate 4 and the outlet grid 6 is given equally, at the end of the acceleration, ions with smaller mass have a higher velocity, and ions with larger mass have a lower velocity. As a result of such a velocity difference, while the ions fly through the TOF spectroscopic unit 12 composed of the two electrostatic sector electric fields, the mass dispersion of the ions is performed, and the final ion detector 1 is sequentially arranged from the lighter ions.
1 and the mass spectrum is measured.

【0009】このような構成において、最終イオン検出
器に使用されるMCPは、直径10〜25μmで、長さ
0.24〜1.0mmの非常に細い導電性の硝子キャピラ
リーを数百万本束ね、その1本1本が2次電子増倍管と
して機能するものである。2次電子の走行距離は1.0
mm以下と短いために、パルス入力の荷電粒子パルスに
対しては1ナノ秒(ns)の高速応答が可能である。そ
れに対して、2次電子の走行距離が数cm程度の光電子
増倍管(フォト・マルチ・プライヤー)や2次電子増倍
管(SEM管)を最終イオン検出器として用いると、5
ns前後の応答時間を必要とする。
In such a configuration, the MCP used for the final ion detector has a bundle of several millions of very thin conductive glass capillaries having a diameter of 10 to 25 μm and a length of 0.24 to 1.0 mm. , Each of which functions as a secondary electron multiplier. The traveling distance of secondary electrons is 1.0
mm or less, a high-speed response of 1 nanosecond (ns) is possible for a charged particle pulse of a pulse input. On the other hand, when a photomultiplier tube (photomultiplier) or a secondary electron multiplier tube (SEM tube) in which the traveling distance of secondary electrons is about several cm is used as a final ion detector, 5
A response time of around ns is required.

【0010】TOFMSの質量分解能Rは、一般に
(1)式で与えられる。
[0010] The mass resolution R of TOFMS is generally given by equation (1).

【0011】 R = M/ΔM = tTOF/2・Δt・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1) ここで、Mはダルトン、ΔMは質量差、tTOFはイオン
+の飛行時間、Δtはイオンパルス時間幅である。イ
オンパルス幅Δtは、計測する場所に依存するが、最終
イオン検出器での幅が狭ければ狭いほど、質量分解能R
を高くすることができる。従って、入射イオンパルスの
時間幅と最終イオン検出器内において2次電子変換増幅
後の出力信号幅は同一であることが理想であるが、最終
イオン検出器自身での時間の広がりは必ず生じ、(1)
式の分母のΔtに加算され、分母が大きくなる。
R = M / ΔM = t TOF / 2 · Δt (1) where M is Dalton, ΔM is mass difference, t TOF Is the flight time of the ion M + , and Δt is the ion pulse time width. The ion pulse width Δt depends on the place to be measured, but the narrower the width in the final ion detector, the smaller the mass resolution R
Can be higher. Therefore, it is ideal that the time width of the incident ion pulse and the output signal width after secondary electron conversion amplification in the final ion detector are the same, but the time spread in the final ion detector itself always occurs. (1)
The denominator is added to Δt of the denominator in the equation, and the denominator becomes large.

【0012】通常、高分解能TOFMSでは、最終イオ
ン検出器の入射時点では、Δtは5ns前後である。フ
ォトマルチプライヤーやSEM管を用いたときの時間の
広がりは前述の通り5ns前後なので、高分解能TOF
MSの質量分解能Rには重大な影響を及ぼす。例えば、
最終イオン検出器に入射した時のΔt=5nsが、最終
イオン検出器からの出力時にはΔt≒5+5=10ns
に広がり、TOFMSの質量分解能Rが1/2に低下す
る。このため、特に高分解能TOFMS用最終イオン検
出器には、1ns以下の応答の要求を持つMCPが多用
されるのが通例である。
Normally, in the high-resolution TOFMS, Δt is about 5 ns at the time of incidence on the final ion detector. Since the time spread when using a photomultiplier or SEM tube is about 5 ns as described above, high-resolution TOF
The mass resolution R of MS has a significant effect. For example,
Δt = 5 ns when entering the final ion detector, and Δt ≒ 5 + 5 = 10 ns when outputting from the final ion detector
And the mass resolution R of the TOFMS is reduced by half. For this reason, in particular, the final ion detector for high-resolution TOFMS generally uses an MCP having a requirement of a response of 1 ns or less.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
構成において、MCPを使用した場合の問題点は、その
入出力リニアリティーが小さいことである。MCPのリ
ニアリティーはMCPが固有に持つストリップ電流値で
決まり、SEM管の5桁に比べて、MCPの入出力リニ
アリティーは3桁と狭い。このストリップ電流はMCP
での発生2次電子の電荷を中和する機能も果たし、MC
Pの飽和はMCPの平均出力電流がストリップ電流の5
〜6%で始まると述べられている(浜松ホトニクス株式
会社1995年4月発行の技術資料「MCPアッセンブ
リ技術資料」)。
However, in such a configuration, a problem when the MCP is used is that its input / output linearity is small. The linearity of the MCP is determined by the strip current value inherent to the MCP, and the input / output linearity of the MCP is three digits narrower than the five digits of the SEM tube. This strip current is MCP
Also functions to neutralize the charge of secondary electrons generated in
The saturation of P means that the average output current of the MCP is 5 times the strip current.
(Hamamatsu Photonics Co., Ltd., April 1995, technical data "MCP assembly technical data").

【0014】当然ながら、MCPゲインを高く設定して
いる場合、MCPの2次電子飽和は生じやすい。この飽
和がいったん生じると、このストリップ電流による中和
に要する時間はマイクロ秒(μs)オーダーとなり、2
次電子の発生量が増大すればするほど長くかかる。この
中和に要する期間においては、MCP自身は不感時間
(Dead time)状態になり、この間に入射したイオンの
ピーク(強度)の出力はゼロとなって、マススペクトル
上からこれらのイオンのスペクトルの欠落が生じるとい
う問題を生じる。更に、度重なるMCPの飽和はMCP
自身の劣化を早め、寿命を短くする。
Of course, when the MCP gain is set high, secondary electron saturation of the MCP is likely to occur. Once this saturation occurs, the time required for neutralization by the strip current is on the order of microseconds (μs).
It takes longer as the amount of generated secondary electrons increases. In the period required for the neutralization, the MCP itself is in a dead time state, and the output of the peak (intensity) of the ions incident during this period is zero, and the spectrum of these ions is reduced from the mass spectrum. The problem of missing occurs. Furthermore, repeated saturation of the MCP
Accelerates self-deterioration and shortens life.

【0015】ここで、一例として、1μsの不感時間が
生じると、どれくらいの質量範囲のイオンのスペクトル
が欠落するかを考えてみる。質量Mダルトンの1価のイ
オンがVボルトで加速され、自由空間の長さLcmを飛
行する時間(tTOF)は、近似的に下記の(2)式で与
えられる。
Here, as an example, let us consider how much mass range of an ion spectrum is lost when a dead time of 1 μs occurs. The time (t TOF ) during which a monovalent ion having a mass of M Daltons is accelerated at V volts and flies over the length Lcm of free space is approximately given by the following equation (2).

【0016】 tTOF ≒ 0.72・L√(M/V)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2) ここで、Lは飛行距離(cm)、Mはイオンの質量(Da
lton)、Vはイオンの加速電圧(ボルト)である。
T TOF .0.72 · L√ (M / V) (2) where L is a flight Distance (cm), M is the mass of the ion (Da
lton), V is the acceleration voltage of the ions (volts).

【0017】例えば、運動エネルギーがV=3000エ
レクトロンボルト(3000ボルトで加速)、飛行距離
L=100cmの場合、M=99と100ダルトンのイ
オンの飛行時間はtTOF≒13.08μsと13.14μ
sで、1ダルトンの時間差は約60nsである。M=2
99と300ダルトンのイオンの飛行時間はtTOF≒2
2.73μsと22.77μsで、1ダルトンの時間差は
約40nsである。この質領域では、1μsが約25ダ
ルトンの質量範囲に相当し、MCPの飽和によるマイク
ロ秒オーダーの不感時間は、かなり広い質量範囲のピー
クの欠落をマススペクトル上に生じるという問題があっ
た。
For example, when the kinetic energy is V = 3000 electron volts (accelerating at 3000 volts) and the flight distance L = 100 cm, the flight time of ions of M = 99 and 100 daltons is t TOF ≒ 13.08 μs and 13.14 μm.
s, the time difference of one dalton is about 60 ns. M = 2
Flight times of 99 and 300 dalton ions are t TOF ≒ 2
At 2.73 μs and 22.77 μs, the time difference of 1 dalton is about 40 ns. In this quality region, 1 μs corresponds to a mass range of about 25 daltons, and the dead time on the order of microseconds due to saturation of the MCP has a problem that peaks in a considerably wide mass range are missing on the mass spectrum.

【0018】本発明の目的は、上述した点に鑑み、大強
度のイオンパルスがMCPに入射して、MCPが飽和
し、その不感時間に伴うマススペクトルの欠落とMCP
自身の短寿命化とを引き起こしかねない測定条件に遭遇
しても、それらの不都合を回避することのできるTOF
MSを提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the foregoing, it is an object of the present invention to irradiate an MCP with a high-intensity ion pulse, saturate the MCP, cause a lack of mass spectrum due to the dead time, and reduce the MCP.
A TOF that can avoid such inconveniences even if it encounters measurement conditions that may cause its own life to be shortened
To provide MS.

【0019】[0019]

【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、イオンパルスを出射
するイオン源部と、出射されたイオンパルスを加速する
イオン加速部と、加速されたイオンパルスが所定距離を
飛行した後入射する最終イオン検出器と、イオン源部か
ら出射されたイオンパルスが最終イオン検出器に到達す
るまでの時間を計測する飛行時間型分光部と、飛行時間
型分光部内部に設置された三重収束性を有する複数個の
静電セクター電場と、飛行時間型分光部内部の複数箇所
に設けられ、該飛行時間型分光部に入射するイオンパル
スのイオン強度と、イオン源部からイオンパルス出射後
の経過時間とを併せて測定する測定手段と、該複数箇所
で測定された経過時間の時間差に基づいて、イオンパル
スが最終イオン検出器に到達する時間を予測する予測手
段と、前記イオン強度の測定結果と到達時間の予測結果
とに基づいて、イオンパルス到達前に最終イオン検出器
のゲインを制御する制御手段とから成ることを特徴とし
ている。
In order to achieve this object, a TOFMS according to the present invention comprises an ion source for emitting an ion pulse, an ion accelerator for accelerating the emitted ion pulse, and an ion accelerator for accelerating the ion pulse. A final ion detector in which the pulse enters after flying a predetermined distance, a time-of-flight spectroscopic unit that measures the time until the ion pulse emitted from the ion source reaches the final ion detector, and a time-of-flight spectrometer A plurality of electrostatic sector electric fields having triple convergence installed inside the unit, an ion intensity of an ion pulse which is provided at a plurality of locations inside the time-of-flight spectral unit, and is incident on the time-of-flight spectral unit, Measuring means for measuring the elapsed time after the emission of the ion pulse from the source section, and detecting the final ion pulse based on the time difference between the elapsed times measured at the plurality of locations. And a control means for controlling the gain of the final ion detector before the arrival of the ion pulse based on the measurement result of the ion intensity and the prediction result of the arrival time. And

【0020】また、前記複数箇所に設けられた、飛行時
間型分光部に入射するイオンパルスのイオン強度とイオ
ン源部からイオンパルス出射後の経過時間とを併せて測
定する測定手段は、飛行時間型分光部におけるイオンパ
ルスの三重収束面上に設けられた中間イオン検出器であ
ることを特徴としている。
The measuring means, which is provided at the plurality of locations and measures the ion intensity of the ion pulse incident on the time-of-flight spectroscopy unit and the elapsed time after the ion pulse is emitted from the ion source unit, comprises: This is characterized in that it is an intermediate ion detector provided on the triple focusing surface of the ion pulse in the type spectroscopic section.

【0021】また、前記飛行時間型分光部におけるイオ
ンパルスの三重収束面は、前記複数個の三重収束性を有
する静電セクター電場によって作られていることを特徴
としている。
Further, the triple converging surface of the ion pulse in the time-of-flight spectroscopic section is formed by the plurality of electrostatic sector electric fields having triple converging properties.

【0022】また、前記飛行時間型分光部において、複
数個の静電セクター電場によって作られたイオンパルス
の三重収束面の1つは、前記イオン加速部の空間収束面
と一致していることを特徴としている。
Further, in the time-of-flight spectroscopy unit, one of the triple converging surfaces of the ion pulses generated by the plurality of electrostatic sector electric fields coincides with the spatial converging surface of the ion accelerating unit. Features.

【0023】また、前記飛行時間型分光部の複数箇所の
三重収束面に設けられた複数個の中間イオン検出器から
のイオンパルス入射信号に基づいて、イオンパルスを形
成しているイオンの質量数を計算することなく、イオン
パルスが最終イオン検出器に到達する時間を予測するこ
とを特徴としている。
The mass number of ions forming an ion pulse based on ion pulse incident signals from a plurality of intermediate ion detectors provided on a plurality of triple converging surfaces of the time-of-flight spectroscopy unit. Is calculated, and the time at which the ion pulse reaches the final ion detector is predicted without calculating.

【0024】また、前記イオン源部は、連続的にイオン
を出射する外部イオン源と、該イオン源から出射された
イオンビームが導入されるイオン溜と、パルス電圧の印
加によって、該イオン溜からイオンビームの導入方向と
交差する方向にイオンビームをパルス的に加速するイオ
ン加速部とから成る垂直加速型のイオン源部であること
を特徴としている。
Further, the ion source section includes an external ion source that continuously emits ions, an ion reservoir into which an ion beam emitted from the ion source is introduced, and a pulse voltage applied from the ion reservoir. The ion source is a vertical acceleration type ion source comprising an ion acceleration section for pulsatingly accelerating the ion beam in a direction intersecting with the ion beam introduction direction.

【0025】[0025]

【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、本発明にかかる静電セ
クター電場型OA−TOFMSの一実施例を、Y軸方向
に向けて眺めた模式図である。図中、外部イオン源(図
示せず)から出射されたイオンビームは、収束レンズ
(図示せず)でZ軸方向に収束されて、イオン溜3の中
心軸に沿ってイオン溜3に導入される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic view of one embodiment of the electrostatic sector electric field type OA-TOFMS according to the present invention when viewed in the Y-axis direction. In the drawing, an ion beam emitted from an external ion source (not shown) is converged in the Z-axis direction by a converging lens (not shown) and introduced into the ion reservoir 3 along the central axis of the ion reservoir 3. You.

【0026】イオン溜3の近傍にはPush-outプレート4
があり、該Push-outプレート4からZ軸方向に距離2S
0だけ離れて接地電位のイオン引き出しグリッド5、さ
らにイオン引き出しグリッド5から距離Dだけ離れて負
の電位V2が印加された出口グリッド6が設けられてい
る。そして、Push-outプレート4、イオン引き出しプレ
ート5、出口プレート6の3者は、互いに協同して2段
加速部8を構成している。
In the vicinity of the ion reservoir 3, a push-out plate 4
And a distance 2S from the push-out plate 4 in the Z-axis direction.
0 Only ion extraction grid 5 at ground potential away, outlet grid 6 to which a negative potential V 2 is applied at a distance D further from the ion extraction grid 5 is provided. The push-out plate 4, the ion extraction plate 5, and the exit plate 6 cooperate with each other to form a two-stage acceleration unit 8.

【0027】Push-outプレート4に、正電圧(振幅2V
P)のPush-outパルス電圧7を印加すると、Push-outプ
レート4、イオン引き出しグリッド5、及び出口グリッ
ド6の間、いわゆる2段加速部8に瞬時に電界勾配が形
成され、イオン溜3のイオンは一斉にZ軸方向に加速さ
れてイオン溜3から排出され、対向する位置に設けられ
た第1の静電セクター電場9及び第2の静電セクター電
場10を経由した後、マイクロ・チャンネル・プレート
(MCP)などで構成された最終イオン検出器11に到
達する。
A positive voltage (amplitude 2 V) is applied to the push-out plate 4.
When a push-out pulse voltage 7 of P ) is applied, an electric field gradient is instantaneously formed in the so-called two-stage acceleration section 8 between the push-out plate 4, the ion extraction grid 5, and the exit grid 6, and The ions are simultaneously accelerated in the Z-axis direction and ejected from the ion reservoir 3, pass through a first electrostatic sector electric field 9 and a second electrostatic sector electric field 10 provided at opposing positions, and then pass through the micro channel. -It reaches the final ion detector 11 composed of a plate (MCP) or the like.

【0028】尚、厳密に言えば、イオンはイオン溜3に
導入されたときのY軸方向の速度を持っているため、Pu
sh-outプレート4、イオン引き出しグリッド5、及び、
出口グリッド6の間、すなわち2段加速部8に発生した
電界によってZ軸方向の力を受けても、飛行方向はZ軸
方向からわずかにY軸方向にずれたものとなる。
Strictly speaking, since the ions have a velocity in the Y-axis direction when introduced into the ion reservoir 3, Pu
sh-out plate 4, ion extraction grid 5, and
Even if a force in the Z-axis direction is received between the exit grids 6, that is, by the electric field generated in the two-stage acceleration unit 8, the flight direction slightly shifts from the Z-axis direction in the Y-axis direction.

【0029】上記加速を受ける際、イオンにはPush-out
プレート4と出口グリッド6の間の電位差に対応する一
定のエネルギーが等しく与えられるため、加速終了時に
は、質量の小さなイオンほど速度が大きく、質量の大き
なイオンほど速度が小さい。このような速度差が生まれ
る結果、2つの静電セクター電場で構成されたTOF分
光部12をイオンが飛行する間に、イオンの質量分散が
行なわれて、軽いイオンから順番に最終イオン検出器1
1に到達し、マススペクトルが測定される。
When receiving the above acceleration, the ions are pushed out.
Since constant energy corresponding to the potential difference between the plate 4 and the outlet grid 6 is given equally, at the end of the acceleration, ions with smaller mass have a higher velocity, and ions with larger mass have a lower velocity. As a result of such a velocity difference, while the ions fly through the TOF spectroscopic unit 12 composed of the two electrostatic sector electric fields, the mass dispersion of the ions is performed, and the final ion detector 1 is sequentially arranged from the lighter ions.
1 and the mass spectrum is measured.

【0030】このような構成において、本発明の特徴
は、2段加速部8で加速されたイオンパルスの飛行空間
に存在するイオンの空間収束面を、TOF分光部12を
構成する第1の静電セクター電場9の三重収束面F1
一致させると共に、第1の静電セクター電場の反対側の
三重収束面を、TOF分光部12を構成する第2の静電
セクター電場10の三重収束面F2に一致させ、F1とF
2のそれぞれに、イオンパルスの強度と到達時間をモニ
ターするための中間的なイオン検出器13及び14を置
いたことである。そして、最終イオン検出器11は、第
2の静電セクター電場10の反対側の三重収束面F3
置かれる。
In such a configuration, the feature of the present invention is that the space convergence surface of the ions existing in the flight space of the ion pulse accelerated by the two-stage acceleration unit 8 is changed to the first static electricity constituting the TOF spectroscopic unit 12. The triple convergence surface F 1 of the electric sector electric field 9 is made to coincide with the triple convergence surface on the opposite side of the first electrostatic sector electric field, and the triple convergence surface of the second electrostatic sector electric field 10 constituting the TOF spectroscopic unit 12 is formed. F 2 to be matched, F 1 and F
To each of two, it is to put the intermediate ion detector 13 and 14 for monitoring the intensity and arrival time of the pulsed ions. Then, the final ion detector 11 is placed on the triple convergence surface F 3 on the opposite side of the second electrostatic sector electric field 10.

【0031】この中間的なイオン検出器13及び14
は、中央部に矩形の孔部を有しており、入射したイオン
の大部分は、イオン検出器13及び14の孔部を通過し
て、後段の最終イオン検出器11に到達することができ
るようになっている。
The intermediate ion detectors 13 and 14
Has a rectangular hole at the center, and most of the incident ions can pass through the holes of the ion detectors 13 and 14 and reach the final ion detector 11 at the subsequent stage. It has become.

【0032】また、F1、F2、F3の3面は、いずれも
このTOF分光部12の三重収束面であり、このうち、
1とF3はイオン飛行中心軌道に対して垂直な面、F2
はイオン飛行中心軌道に対して傾斜角度θを持った面で
ある。F1は、このTOF分光部12の対物面に当たる
と共に、前述の如く、2段加速部8の空間収束面に一致
させてある。
The three surfaces F 1 , F 2 and F 3 are all triple convergence surfaces of the TOF spectroscopy unit 12, and among them,
F 1 and F 3 are planes perpendicular to the ion flight center orbit, F 2
Is a plane having an inclination angle θ with respect to the ion flight center orbit. F 1 corresponds to the object plane of the TOF spectroscopic section 12 and coincides with the spatial convergence plane of the two-stage acceleration section 8 as described above.

【0033】尚、この場合、イオン加速部は、必ずしも
2段加速部である必要はなく、多段加速部であっても良
いが、ここでは2段加速部が説明を行なう上で簡便であ
るため、以下、2段加速部として記述する。
In this case, the ion accelerating unit does not necessarily have to be a two-stage accelerating unit, but may be a multi-stage accelerating unit. However, here, the two-stage accelerating unit is simple for explanation. Hereinafter, it is described as a two-stage acceleration unit.

【0034】さて、TOF分光部12を構成する2個の
静電セクター電場9及び10は、同一の光学系ディメン
ジョンを持っている。すなわち、それぞれのセクター電
場中心回転半径re、インナー電極回転半径ra、アウタ
ー電極回転半径rb、電場回転角度φe、自由空間L1
びL2が等しい関係にある。この2個の静電セクター電
場は、いずれも単独で三重収束性(時間、空間、エネル
ギーの収束性)を持つものである。
Now, the two electrostatic sector electric fields 9 and 10 constituting the TOF spectroscopy section 12 have the same optical system dimension. That is each sector field central rotational radius r e, the inner electrode radius of rotation r a, the outer electrode rotation radius r b, the electric field rotational angle phi e, equal relationship free space L 1 and L 2. Each of these two electrostatic sector electric fields has triple convergence (time, space and energy convergence) independently.

【0035】ここで、2段加速部8における第1加速部
(Push-outプレート4とイオン引き出しグリッド5の
間)の距離、第2加速部(イオン引き出しグリッド5と
出口グリッド6の間)の距離、及び2段加速部の終端で
ある出口グリッド6から最終イオン検出器11までの距
離を、それぞれ2S0、D、Lとし、2S0の中心点S0
から最終イオン検出器11までの一価のイオン(m+
の飛行時間tTOFを計算する。
Here, the distance between the first acceleration section (between the push-out plate 4 and the ion extraction grid 5) in the two-stage acceleration section 8 and the distance between the second acceleration section (between the ion extraction grid 5 and the exit grid 6). distance, and the distance from the exit grid 6 is the end of the two-stage accelerating portion to the final ion detector 11, respectively 2S 0, D, L, and the center point S 0 of 2S 0
Monovalent ions (m + ) from to the final ion detector 11
Calculate the flight time t TOF of.

【0036】外部イオン源1からイオン溜3内をY軸方
向に飛行しているイオンのZ軸方向の運動エネルギーを
初期エネルギーUi=mvi 2/2とし、このイオンにイ
オン押し出しパルス電圧2VPを与えたときの2段加速
部の第1加速部の電位、及び第2加速部の電位をそれぞ
れEs、及びEdとする。
[0036] The Z-axis direction of the kinetic energy of ions from an external ion source 1 are flying through the ion reservoir 3 in the Y-axis direction and initial energy U i = mv i 2/2 , repeller pulse voltage 2V in this ion The electric potential of the first acceleration unit and the electric potential of the second acceleration unit of the two-stage acceleration unit when P is given are E s and E d , respectively.

【0037】すると、2段加速部通過後のイオンが持つ
Z軸方向の運動エネルギーUは、(3)式で与えられ
る。
Then, the kinetic energy U in the Z-axis direction of the ions after passing through the two-stage accelerating portion is given by equation (3).

【0038】 U = Ui+e・S0・Es+e・D・Ed・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(3) 2段加速部における第1加速部の電場Es、及び第2加
速部の電場Edを出たときのイオンの速度をそれぞれ
s、及びvdとすると、vsとvdは(4)式、及び
(5)式になる。
U = U i + e · S 0 · E s + e · D · E d (3) The second step in the two-stage acceleration unit electric field E s of first acceleration section, and the second acceleration portion of the electric field E and velocity of the ions at the time of exiting the d each v s, and v when d, v s and v d is (4), and (5 )

【0039】 vs = √(2/m)・√(Ui+e・S0・Es)・・・・・・・・・・・・・(4) vd = √(2/m)・√U・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(5) また、加速場Es及びEdを飛行するイオンの飛行時間t
s及びtdは、(6)式及び(7)式で与えられる。
V s = √ (2 / m) √ (U i + e ・ S 0・ E s ) (4) v d = √ (2 / m)・ √U ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ (5) In addition, we fly the acceleration fields E s and E d Ion flight time t
s and t d are given by equations (6) and (7).

【0040】 ts = m(vs±vi)/e・Es = √(2m)・{√(Ui+e・S0・Es)±√Ui}/e・Es ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(6) td = m(vd−vs)/e・Ed = √(2m)・{√U−√(Ui+e・S0・Es)}/e・Ed ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(7) 出口グリッド6と空間収束面F1との間の自由空間距離
をL0、1つの静電セクター電場に伴う2つの三重収束
面間の飛行距離をLE、2段加速部で加速された後、出
口グリッド6からTOF分光部を介して最終イオン検出
器11に至るまでの飛行時間をtLとすると、飛行時間
Lは(8)式で与えられる。
[0040] t s = m (v s ± v i) / e · E s = √ (2m) · {√ (U i + e · S 0 · E s) ± √U i} / e · E s ·· ..................... (6) t d = m (v d -v s ) / e · E d = √ (2m) · {√U-√ (U i + e · S 0 · E s)} / e · E d ······· (7) Exit grid 6 and spatial convergence The free space distance to the plane F 1 is L 0 , the flight distance between two triple convergence planes associated with one electrostatic sector electric field is L E , and the TOF from the exit grid 6 after being accelerated by the two-stage accelerator. Assuming that the flight time until reaching the final ion detector 11 via the spectroscopy unit is t L , the flight time t L is expressed by the equation (8). Given.

【0041】 tL = √(2m)・L/2√U = √(m/2)・(L0+2LE)/√(Ui+e・S0・Es+e・D・Ed ) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(8) 従って、イオンの全飛行時間tTOFは、2段加速部飛行
時の(6)式、及び(7)式に、(8)式を加算した
(9)式となる。
[0041] t L = √ (2m) · L / 2√U = √ (m / 2) · (L 0 + 2L E) / √ (U i + e · S 0 · E s + e · D · E d) · (8) Therefore, the total flight time t TOF of the ions is the expression (9) obtained by adding the expression (8) to the expressions (6) and (7) during the two-stage acceleration section flight.

【0042】 tTOF = ts+td+tL・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(9) (6)、(7)、及び(8)式は、いずれも飛行イオン
の質量mの平方根√mに比例するので、(9)式は、装
置定数Kでまとめられて、(10)式で与えられる。
T TOF = t s + t d + t L (9) Equations (6), (7), and (8) are all proportional to the square root of the mass m of the flying ion, √m. Therefore, equation (9) is summarized by the apparatus constant K, and is expressed by equation (10). Given.

【0043】 tTOF = K・√(m/2U)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(10) ここで、空間収束面F1にイオン検出器13を置いた場
合、Push-outプレート4とイオン引き出しグリッド5と
の中間点S0から空間収束面F1までのイオンの飛行時間
F1は、(8)式の自由空間距離(L0+2LE)を出口
グリッド6から空間収束面F1までの距離L0で置換して
整理した(11)式により算出できる。
T TOF = K√ (m / 2U) (10) where: If the focal plane F 1 placed an ion detector 13, the flight time t F1 of ions from the intermediate point S 0 to the space focal plane F 1 of the Push-out plate 4 and the ion extraction grid 5, (8) Is replaced by the distance L 0 from the exit grid 6 to the space convergence plane F 1 to arrange the free space distance (L 0 + 2L E ).

【0044】 tF1 = ts+td+tL0 = K0・√(m/2U)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(11) ここで、tL0は出口グリッド6から空間収束面F1まで
のイオンの飛行時間、また、K0は装置定数である。
[0044] t F1 = t s + t d + t L0 = K 0 · √ (m / 2U) · · · ························· (11) Here, t L0 is the flight time of ions from the exit grid 6 to the space convergence plane F 1 , and K 0 is a device constant.

【0045】現在、特許出願中(特願平11−1210
16号参照)のリフレクター型TOF分光部を用いたイ
オン検出システムの場合には、中間イオン検出器で各質
量のイオンパルスを検出した時に、そのイオン強度が最
終イオン検出器のMCPを飽和させるか否かを先ず判定
し、MCPを飽和させ得るイオン強度を持ったイオンパ
ルスに対しては、イオン溜から中間イオン検出器までの
飛行時間tF1を求め、このtF1の値を用いて(11)式
からイオンの質量mを算出し、さらにこのmを用いて、
イオンの全飛行時間tTOFを(10)式で求めるプロセ
スが必要である。
At present, a patent is pending (Japanese Patent Application No. 11-1210).
In the case of an ion detection system using a reflector-type TOF spectroscopy unit (see No. 16), when an ion pulse of each mass is detected by an intermediate ion detector, the ion intensity saturates the MCP of the final ion detector. First, for an ion pulse having an ion intensity that can saturate the MCP, a flight time t F1 from the ion reservoir to the intermediate ion detector is obtained, and the value of this t F1 is used as (11) ), The mass m of the ion is calculated, and using this m,
A process for determining the total flight time t TOF of the ions by the equation (10) is required.

【0046】一方、本実施例では、TOF分光部の三重
収束面F1、F2、及びF3の3ヶ所にイオン検出器を設
けることにより、最終イオン検出器のMCPを飽和させ
るイオン強度を持つイオンの質量mをその都度算出する
プロセスを省略することができるメリットがある。以
下、本実施例の動作について説明する。
On the other hand, in this embodiment, the ion intensity for saturating the MCP of the final ion detector is provided by providing ion detectors at three places of the triple convergence surfaces F 1 , F 2 , and F 3 of the TOF spectroscopic section. There is a merit that the process of calculating the mass m of the ions possessed each time can be omitted. Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described.

【0047】図2のS0で示す位置は、2段加速部にお
ける第1段目の加速部2S0の中点である。Push-outプ
レート4とイオン引き出しグリッド5は、外部イオン源
(図示せず)からイオン溜3にイオンを導入する当初
は、接地電位(または同電位)に保たれている。そし
て、Push-outプレート4とイオン引き出しグリッド5の
間に導入された全イオンは、実際には、中心点S0を中
心位置として、±S0の空間内に分散している。
The position indicated by S 0 in FIG. 2 is the middle point of the first-stage acceleration unit 2S 0 in the two-stage acceleration unit. The push-out plate 4 and the ion extraction grid 5 are kept at the ground potential (or the same potential) when ions are introduced into the ion reservoir 3 from an external ion source (not shown). All the ions introduced between the push-out plate 4 and the ion extraction grid 5 are actually dispersed in a space of ± S 0 with the center point S 0 as the center position.

【0048】そのような状態において、先ず第1段目の
加速部2S0の空間に存在する全イオンをTOF分光部
12の光軸に沿って加速・排出するために、イオン引き
出しグリッド5に対する電位差として、Push-outプレー
ト4にイオン押し出し用のPush-outパルス電圧7(振幅
2VP)を印加する。この印加周期は、マススペクトル
を測定する周期に従う。Push-outパルス電圧7の印加時
に、第一段目の加速部2S0には、電場Es(=VP
0)が発生する。2S0の空間に存在した全イオンの運
動エネルギー幅は、最大で2VP(=2S0/Es)エレ
クトロンボルト(eV)になる。この運動エネルギー幅
は、TOF分光部12をイオンが飛行する際にイオンが
持つ運動エネルギーUの±10%程度の割合を占めると
仮定すると、U=3keVならば、±数百eVの広いエ
ネルギー幅を持つことになる。
In such a state, first, in order to accelerate and eject all the ions existing in the space of the first stage acceleration section 2S 0 along the optical axis of the TOF spectroscopic section 12, the potential difference with respect to the ion extraction grid 5 Then, a push-out pulse voltage 7 (amplitude: 2 V P ) for ion pushing is applied to the push-out plate 4. This application cycle follows the cycle of measuring the mass spectrum. Upon application of Push-out pulse voltage 7, in the first stage of the accelerating portion 2S 0, the electric field E s (= V P /
S 0 ) occurs. The kinetic energy width of all ions existing in the space of 2S 0 is 2V P (= 2S 0 / E s ) electron volts (eV) at the maximum. Assuming that the kinetic energy width occupies about ± 10% of the kinetic energy U of the ions when the ions fly through the TOF spectroscopic unit 12, if U = 3 keV, a wide energy width of ± several hundred eV Will have.

【0049】従って、空間収束面や三重収束面以外のT
OF分光部では、同じ質量のイオン群であっても、その
飛行時間の広がりは飛行時間の±10%になる。
Therefore, T other than the spatial convergence surface and the triple convergence surface
In the OF spectroscopic unit, the spread of the flight time is ± 10% of the flight time even for the ion group having the same mass.

【0050】一方、2段加速部8の第2段目の加速場と
してのイオン引き出しグリッド5と出口グリッド6の間
の距離Dの部分には、一般に一定の電場Edが常時与え
られている。中心点S0上にイオンが偏在し、Z軸方向
(TOF分光部12の光軸方向)に運動エネルギーを持
たない場合は、TOFMSにとっては理想的な場合であ
るが、この場合は、イオン押し出し用のPush-outパルス
電圧7がPush-outプレート4に印加されると、2段加速
部でZ軸方向(TOF分光部12の光軸方向)に運動エ
ネルギーを得て、出口グリッド6を通過した後の運動エ
ネルギーUは、U=e・S0・Es+e・D・Edとな
る。
On the other hand, in a portion of the distance D between the ion extraction grid 5 and the outlet grid 6 as a second-stage acceleration field of the two-stage accelerating portion 8 generally constant electric field E d is given at all times . In the case where ions are unevenly distributed on the center point S 0 and have no kinetic energy in the Z-axis direction (the optical axis direction of the TOF spectroscopy unit 12), this is an ideal case for TOFMS. When the push-out pulse voltage 7 is applied to the push-out plate 4, kinetic energy is obtained in the Z-axis direction (the optical axis direction of the TOF spectroscopy unit 12) by the two-stage acceleration unit and passes through the exit grid 6. After this, the kinetic energy U becomes U = e · S 0 · E s + e · D · E d .

【0051】従って、イオンが2段加速部の第一段目で
ある2S0の空間に散在し、かつ、Z軸方向(TOF分
光部12の光軸方向)に運動エネルギーを持たない場合
は、全イオンの運動エネルギーUの幅が±e・S0・Es
に広がるが、それにもかかわらず、イオンが自由空間L
0を飛行して空間収束面F1に近づくと、イオンは時間収
束し、同一質量のイオン群は非常に狭い時間幅のイオン
パルスとなって、空間収束面F1にほぼ同時刻に到達す
る。
Therefore, when the ions are scattered in the space of 2S 0 , which is the first stage of the two-stage accelerator, and do not have kinetic energy in the Z-axis direction (the optical axis direction of the TOF spectroscopy unit 12), the width of the kinetic energy U of all ions ± e · S 0 · E s
Despite this, the ions nevertheless remain in the free space L
When 0 approaches the space focal plane F 1 to fly, ions convergence time, the same mass of the ion groups as ions pulses very narrow time width, to reach approximately the same time the space focal plane F 1 .

【0052】質量の異なるイオン群は、(10)式に従
った飛行時間差に基づいて質量分散され、順次、空間収
束面F1に飛来する。イオン群は、それぞれの質量ごと
に時間幅の狭いイオンパルスとなっているため、各質量
のイオンm+の空間収束面F1への到達時間は精度良く捉
えられ、モニターされる。
[0052] Mass different group of ions are mass distribution is based on the flight time difference according to equation (10), sequentially, flying to the space focal plane F 1. Since the ion group is an ion pulse having a narrow time width for each mass, the arrival time of the ions m + of each mass to the space convergence plane F 1 is accurately captured and monitored.

【0053】尚、イオン押し出し用のPush-outパルス電
圧7がPush-outプレート7に印加される前に、2段加速
部8の第一段目の空間2S0をドリフトしているイオン
が、初期運動エネルギーのZ軸方向成分としてUiを持
つ場合は、同一質量のイオン群であるにもかかわらず、
空間収束面F1においてもUiの影響が解消されず、イオ
ンパルスは時間的な広がりを生じ、数ns程度の時間幅
になる。この現象は、Turn Round Effectと呼ばれる。
Before the push-out pulse voltage 7 for pushing the ions is applied to the push-out plate 7, the ions drifting in the space 2S 0 of the first stage of the second stage acceleration unit 8 are: In the case of having U i as the Z-axis direction component of the initial kinetic energy, despite the ion group having the same mass,
Not eliminated the influence of U i even spatial focusing plane F 1, the ion pulse yields a temporal spread, the time width of about several ns. This phenomenon is called Turn Round Effect.

【0054】図3は、TOF分光部12の3つの三重収
束面F1、F2、及びF3に設けられたイオン検出器とM
CPゲイン制御回路のブロックダイヤグラムである。図
3において、8は2段加速部、12はTOF分光部であ
る。また、13、14、及び11は、TOF分光部12
の三重収束面F1、F2、及びF3に設けられた3つのイ
オン検出器である。最後の三重収束面F3に設けられた
イオン検出器11は、マススペクトルを測定するための
最終イオン検出器、MCPである。
FIG. 3 shows an ion detector provided on three triple converging surfaces F 1 , F 2 , and F 3 of the TOF spectroscopy unit 12 and M
3 is a block diagram of a CP gain control circuit. In FIG. 3, reference numeral 8 denotes a two-stage acceleration unit, and reference numeral 12 denotes a TOF spectroscopy unit. Also, 13, 14, and 11 are TOF spectroscopy units 12
Are three ion detectors provided on the triple convergence surfaces F 1 , F 2 , and F 3 . The last triple provided focal plane F 3 ion detector 11, the final ion detector for measuring the mass spectrum, a MCP.

【0055】このような構成において、静電セクター電
場型TOF分光部の対物面であると共に空間収束面でも
ある第1の三重収束面F1に矩形スリットを置くと、イ
オンパルスの像を矩形にすることができる。そのため、
ここに矩形スリットを設け、TOF分光部12を飛行す
るイオンパルスの形を矩形に規制する。また、それと同
様の目的で、第2の三重収束面F2にも矩形スリットを
設ける。これらF1とF 2の2ヶ所の規制スリットによっ
てカットされる一部のイオンパルスをイオン検出器13
及び14で受光することにより、入射するイオンパルス
のイオン強度とイオンパルス出射後の経過時間tF1及び
F2を測定する。
In such a configuration, the electrostatic sector power
Not only the objective surface of the field-type TOF spectroscopy unit, but also
Certain first triple convergent surface F1When a rectangular slit is placed in
The image of the on-pulse can be made rectangular. for that reason,
A rectangular slit is provided here to fly the TOF spectroscopy unit 12.
The shape of the ion pulse is restricted to a rectangle. Also the same
For the same purpose, the second triple convergence surface FTwoAlso a rectangular slit
Provide. These F1And F TwoThe two restriction slits
A part of the ion pulse to be cut by the ion detector 13
Incident ion pulse by receiving light at
Intensity and elapsed time t after ion pulse emissionF1as well as
tF2Is measured.

【0056】三重収束面F1及びF2に設けられるイオン
検出器13及び14には、同一のレスポンスを持たせる
ことが重要であり、そうすることにより、F1〜F2間の
イオンパルスの飛行時間差の計測誤差を最小化すること
ができるが、仮にレスポンスが異なっていても、予め既
知のイオンを用いてキャリブレーションを行なえば、両
検出器のレスポンスの差を補正することは可能である。
It is important that the ion detectors 13 and 14 provided on the triple convergence planes F 1 and F 2 have the same response, so that the ion pulses between F 1 and F 2 can be changed. Although the measurement error of the time-of-flight difference can be minimized, even if the responses are different, it is possible to correct the difference between the responses of the two detectors by performing calibration using known ions in advance. .

【0057】また、図中15及び16は、最終イオン検
出器11を飽和させ得るイオン強度を持ったイオンパル
ス群が、三重収束面F1及びF2に到達したことを示すパ
ルス列を発生させる回路である。この回路では、三重収
束面F1及びF2に置かれたイオン検出器13及び14へ
のイオンパルスの入力を、アンプ17及び18で増幅
し、このイオンパルスがF3に置かれた最終イオン検出
器11のMCPを飽和させるイオン強度を持っているか
否かを、ディスクリミネーター19及び20の設定電圧
レベルで判定する。
The circuit 15 and 16 generate a pulse train indicating that an ion pulse group having an ion intensity capable of saturating the final ion detector 11 has reached the triple convergence planes F 1 and F 2. It is. In this circuit, the input of ion pulses to the ion detectors 13 and 14 placed on the triple convergence planes F 1 and F 2 is amplified by amplifiers 17 and 18, and this ion pulse is applied to the final ion placed at F 3. Whether or not the detector 11 has an ion intensity that saturates the MCP is determined based on the set voltage levels of the discriminators 19 and 20.

【0058】ところで、三重収束面F3に置かれた最終
イオン検出器11のMCPを飽和させるイオン強度は、
予め設定するMCPゲインから簡単に逆算することがで
きる。そのため、F1、F2、及びF3に置かれた3つの
イオン検出器13、14、及び11が受光するイオン量
の相対比は、この逆算結果に基づいて、適切な比率(例
えば、F1:F2:F3=5:5:100、あるいはF1
2:F3=1:1:10など)に設定することが可能で
ある。
Incidentally, the ion intensity that saturates the MCP of the final ion detector 11 placed on the triple convergence plane F 3 is as follows:
The back calculation can be easily performed from a preset MCP gain. Therefore, the relative ratio of the amount of ions received by the three ion detectors 13, 14, and 11 placed at F 1 , F 2 , and F 3 is determined based on the result of the back calculation, and the appropriate ratio (for example, F 1 : F 2 : F 3 = 5: 5: 100 or F 1 :
F 2 : F 3 = 1: 1: 10, etc.).

【0059】また、この比は、イオン検出器13及び1
4の後段に置かれたアンプ17及び18のゲイン及びデ
ィスクリミネーター19及び20の設定電圧レベルの選
定によって、必要最小量のイオンをF1及びF2に設けた
規制スリットによりカットしてモニターするように設定
することもできる。
This ratio is determined by the ion detectors 13 and 1
By the choice of the set voltage level of the gain and discriminators 19 and 20 of the amplifier 17 and 18 placed downstream of the 4, is monitored by cutting regulations slit provided the required minimum amount ions F 1 and F 2 It can be set as follows.

【0060】また、パルス列発生回路15及び16に内
蔵された21及び22は反転回路である。三重収束面F
1に置かれたイオン検出器13からのイオンパルス入射
信号に基づいて、時刻tF1に反転回路21からパルス信
号を発生させるに充分なイオン強度を持ったイオンパル
スであれば、三重収束面F2に置かれたイオン検出器1
4においても必ず時刻tF2に反転回路22からパルス信
号が出力されるように、イオン検出器13及び14間の
感度差、アンプ17及び18間のゲイン差、ディスクリ
ミネーター19及び20間の設定電圧レベル差を無くし
ておく。
Reference numerals 21 and 22 incorporated in the pulse train generation circuits 15 and 16 are inversion circuits. Triple convergence surface F
On the basis of the ion pulse incident signal from the ion detector 13 placed at 1 , if the ion pulse has an ion intensity sufficient to generate a pulse signal from the inversion circuit 21 at time t F1 , the triple convergence surface F Ion detector 1 placed in 2
4, the sensitivity difference between the ion detectors 13 and 14, the gain difference between the amplifiers 17 and 18, and the setting between the discriminators 19 and 20 so that the pulse signal is always output from the inversion circuit 22 at the time t F2. Eliminate voltage level differences.

【0061】図中23は、パルス列発生回路15及び1
6からのパルス列を用いて、最終イオン検出器11のM
CPゲインを制御するタイミングパルス列24を発生さ
せるMCP電源制御回路である。このタイミングパルス
列24に同期して、MCP電源25の出力電圧VMCP
6を低下させ、最終イオン検出器11の検出感度を下げ
ることにより、イオンパルスが最終イオン検出器11に
入射しても、最終イオン検出器11が飽和しないように
制御する。
In the figure, reference numeral 23 denotes a pulse train generation circuit 15 and 1
6, the M of the final ion detector 11
An MCP power control circuit for generating a timing pulse train 24 for controlling the CP gain. In synchronization with the timing pulse train 24, the output voltage V MCP 2 of the MCP power supply 25
6, the detection sensitivity of the final ion detector 11 is lowered to control the final ion detector 11 not to be saturated even if an ion pulse is incident on the final ion detector 11.

【0062】図4は、Push-outパルス電圧7をPush-out
プレート4に印加後の各部の動作タイミングを示すタイ
ムチャートである。図中、はイオンパルスの飛行時
間、はイオン押し出し用のPush-outパルス電圧の印加
タイミング、はイオンパルスのインテンスピークの出
現のタイミング、はF1面のイオン検出器に入射した
イオンパルスによる出力信号のタイミング、はF2
のイオン検出器に入射したイオンパルスによる出力信号
のタイミング、はMCPゲインの切り換えパルス列、
はMCPゲインの変化である。
FIG. 4 shows that the push-out pulse voltage 7 is
6 is a time chart illustrating operation timings of respective units after application to the plate 4. In the figure, the time of flight of the pulsed ions, the application timing of Push-out pulse voltage for ion extrusion, the timing of the appearance of intense peaks of ion pulse, is output by pulsed ions incident on the ion detector of F 1 side The signal timing is the timing of the output signal due to the ion pulse incident on the ion detector on the F 2 plane, the switching pulse train of the MCP gain,
Is the change in the MCP gain.

【0063】今、出射点S0を出射したイオンパルスが
3つの三重収束面F1、F2、及びF3に到達するまでの
時間差を、それぞれtF1、t12、及びt23で表わすと、
TOFはで示すように(11)式のようになる。
Now, time differences until the ion pulse emitted from the emission point S 0 reaches the three triple converging surfaces F 1 , F 2 and F 3 are represented by t F1 , t 12 and t 23 , respectively. ,
t TOF is as shown in equation (11) as shown by.

【0064】 tTOF = tF3 = tF1+t12+t23 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(11) ここで、tF1は出射点S0から第1の三重収束面F1まで
のイオンパルスの飛行時間、t12は第1の三重収束面F
1から第2の三重収束面F2までのイオンパルスの飛行時
間、t23は第2の三重収束面F2から第3の三重収束面
3までのイオンパルスの飛行時間である。
T TOF = t F3 = t F1 + t 12 + t 23 (11) where: t F1 is the flight time of the ion pulse from the emission point S 0 to the first triple convergence surface F 1 , and t 12 is the first triple convergence surface F
Ion pulse time of flight from 1 to triple focal plane F 2 of the second, t 23 is the time of flight of the pulsed ions from triplicate focal plane F 2 of the second to the third triple focal plane F 3.

【0065】本実施例のTOFMSでは、TOF分光部
に同一ディメンジョンの静電セクター電場を2個用いて
いるため、F1〜F2間の飛行時間t12とF2〜F3間の飛
行時間t23が一致する(すなわちt12=t23)ので、t
12の値をtF1とtF2の時間差として実測すれば、t12
みならず、t23の値もただちに判り、tTOFの値を簡単
に予測することができる。
In the TOFMS of this embodiment, the flight time t 12 between F 1 and F 2 and the flight time t between F 2 and F 3 are used because the TOF spectroscopic section uses two electrostatic sector electric fields of the same dimension. Since t 23 matches (ie, t 12 = t 23 ), t
If the value of 12 is actually measured as the time difference between t F1 and t F2 , not only the value of t 12 but also the value of t 23 can be immediately known, and the value of t TOF can be easily predicted.

【0066】 tTOF = tF1+t12+t23 = tF1+2t12 = tF1+2(tF2−tF1) = 2tF2−tF1・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(12) 結局、(12)式に示すように、tF2の実測値を2倍し
た値からtF1の実測値を差し引くというアルゴリズムを
用いれば、イオンの質量mを算出することなく、最終イ
オン検出器にイオンパルスが到達する時間tTOFが求ま
る。
T TOF = t F1 + t 12 + t 23 = t F1 + 2t 12 = t F1 +2 (t F2 −t F1 ) = 2t F2 −t F1 .................. (12) after all, (12) as shown in equation subtracting the measured value of t F1 actual values of t F2 from twice the value Is used, the time t TOF at which the ion pulse reaches the final ion detector can be obtained without calculating the mass m of the ions.

【0067】MCPゲインの切り換えは、MCPゲイン
切り換えパルスの出力のタイミングと、出力パルスの時
間幅とによって制御される。すなわち、におけるMC
Pゲインの切り換えパルスのDwell time(ΔtD)は、
イオンの飛行時間tTOFを中心に、前後にΔtD/2ずつ
振り分けられる。ΔtDの時間幅の目安は、(1)式に
おけるΔtの5倍程度を取っても50ns以下であり、
MCP電圧用電源21の高速切り換え用スイッチの応答
時間を考えて、Δtの10倍の100nsを取ったとし
ても、このイオンパルスの質量mが数百ダルトン以下な
らば、数ダルトンの範囲のマススペクトルが欠落する程
度、ないしは数ダルトンの範囲のマススペクトルが低い
ゲインで測定される程度の影響に収まる。要は、ΔtD
の時間幅は、TOFMS装置に応じた最適値を設定すれ
ば良い。
The switching of the MCP gain is controlled by the output timing of the MCP gain switching pulse and the time width of the output pulse. That is, MC in
The Dwell time (Δt D ) of the P gain switching pulse is
The ions are sorted Δt D / 2 back and forth around the ion flight time t TOF . The standard of the time width of Δt D is 50 ns or less even if the time width of Δt in Expression (1) is about five times,
Considering the response time of the high-speed switching switch of the MCP voltage power supply 21, even if 10 ns of Δt is taken and 100 ns, if the mass m of this ion pulse is several hundred daltons or less, the mass spectrum in the range of several daltons To the extent that is lost, or to the extent that mass spectra in the range of a few daltons are measured at low gain. In short, Δt D
May be set to an optimum value according to the TOFMS apparatus.

【0068】また、において、予め初期設定されたM
CPゲインをGA、強力なイオンパルスの入射を予測し
てMCP電圧を下げたときのMCPゲインをGB(=k
・GA、k≪1)とすると、MCPにイオンパルスが入
射すると予測される時間よりもΔtD/2だけ前に、M
CPゲインはGAからGBに下げられ、イオンパルス入射
後、ΔtD/2だけ後に、MCPゲインはGBからGA
戻される。この間のMCPゲインの低下率k(=GB
A)は、1/10〜1/1000の範囲の適切な値に
設定しておくと良い。
Also, in the above, M which is initially set in advance
The CP gain is G A , and the MCP gain when the MCP voltage is lowered by predicting the incidence of a strong ion pulse is G B (= k
If G A , k≪1), then M t before the time when the ion pulse is expected to be incident on the MCP by Δt D / 2
CP gain is lowered from G A to G B, after pulsed ions incident, after only Delta] t D / 2, MCP gain is returned from the G B to G A. Drop rate during this period of the MCP gain k (= G B /
G A ) may be set to an appropriate value in the range of 1/10 to 1/1000.

【0069】尚、MCPの初期ゲインGAと、MCPの
飽和を回避させるために低下させたゲインGBとを、デ
ータとして記憶させておけば、低いゲインGBで測定し
たスペクトル部分に対して、測定終了後にゲインの低下
率kの逆数1/kを乗じることによって、同一ゲインで
得られるマススペクトルに近いスペクトルに復元させる
こともできる。
If the initial gain G A of the MCP and the gain G B reduced to avoid saturation of the MCP are stored as data, a spectrum portion measured at a low gain G B can be stored. By multiplying the reciprocal 1 / k of the gain reduction rate k after the measurement is completed, a spectrum close to a mass spectrum obtained with the same gain can be restored.

【0070】図5は、一例として、3種類の質量の異な
るイオン種を含むイオンパルスが出射点S0から出射し
た後の各イオン種の飛行時間を示したタイミングチャー
トである。図中、P1、P2、及びP3の3本線は、3種
類の質量の異なるイオン種に由来するイオンパルスを示
している。はイオン押し出し用のPush-outパルス電
圧、は出射点S0で発生した直後のイオンパルス、
は質量分散されて第1の三重収束面F1に飛来するイオ
ンパルス群、は第1の三重収束面F1に置かれたイオ
ン検出器へのイオンパルス群の入射に基づいてパルス列
発生回路から出力されるパルス列、はさらに質量分散
されて第2の三重収束面F2に飛来するイオンパルス
群、は第2の三重収束面F2に置かれたイオン検出器
へのイオンパルス群の入射に基づいてパルス列発生回路
から出力されるパルス列、はさらに質量分散されて第
3の三重収束面F3に飛来するイオンパルス群、は第
3の三重収束面F3に置かれた最終イオン検出器MCP
へのイオンパルス群の入射に備えてMCPゲインを変更
するために、MCP電源制御回路からMCP電源に対し
て出力されるパルス列である。
[0070] Figure 5 shows, as an example, is a timing chart pulsed ions showed the time of flight of each ion species after exiting from the exit point S 0 containing ionic species of different three types of mass. In the figure, three lines P 1 , P 2 , and P 3 indicate ion pulses derived from three types of ion species having different masses. Is a push-out pulse voltage for ion extrusion, is an ion pulse immediately after being generated at the emission point S 0 ,
The first triple focal plane ion pulse group flying to the F 1 are mass dispersion, the pulse train generation circuit based on the incident ion pulse group to the ion detector placed in triplicate focal plane F 1 of the first pulse train output, more mass dispersed by the second triple focal plane F 2 ion pulse group flying in, the incidence of ions pulse group to the ion detector placed in triplicate focal plane F 2 of the second pulse train output from the pulse train generation circuit based, more mass dispersed in the third triple focal plane ion pulse group flying to the F 3, the third triple focal plane F 3 to put the final ion detector MCP
4 is a pulse train output from the MCP power supply control circuit to the MCP power supply in order to change the MCP gain in preparation for the incidence of an ion pulse group to the MCP power supply.

【0071】今、イオンパルス群がP1、P2、P3、・・
・、Pnのn本のイオン強度の強い質量ピークを含むとす
ると、3つの三重収束面F1、F2、及びF3に各質量ピ
ークが到達する時間tPi1、tPi2、及びtPi3は、(1
2)式のアルゴリズムに基づいて、図6のようになる
(ここでi=1、2、3、・・・、n)。
Now, the ion pulse group is represented by P 1 , P 2 , P 3 ,.
, P n , assuming that there are n mass peaks of high ion intensity, the times t Pi1 , t Pi2 , and t Pi3 at which the respective mass peaks reach the three triple convergence surfaces F 1 , F 2 , and F 3 Is (1
Based on the algorithm of the expression 2), the result is as shown in FIG. 6 (where i = 1, 2, 3,..., N).

【0072】従って、図6より、図3に示したタイミン
グパルス列24は、図5ののパルス列ΣtPi1、及び
図5ののパルス列ΣtPi2から、Σ(2tPi2
Pi1)として簡単に求めることができる(ここでi=
1、2、3、・・・、n)。
[0072] Thus, from FIG. 6, a timing pulse train 24 shown in FIG. 3, the the pulse train .SIGMA.t Pi1 5, and a pulse train .SIGMA.t Pi2 of the FIG. 5, sigma (2t Pi2 -
t Pi1 ) (where i =
1, 2, 3,..., N).

【0073】尚、イオンパルスが最終イオン検出器であ
るMCPに入射する時間の前後に、高速かつタイミング
良くMCPゲインを低下及び復帰させるためには、高速
高圧の電気回路を要するが、例えば、水銀リレーやQス
イッチの使用によらず、高耐圧用高速MOSFETスイ
ッチ等の半導体素子を用いて5nsから10nsの速度
で切り換えさせることにより、MCP電圧を500〜1
kVの幅で高速に変化させることも可能である。
A high-speed and high-pressure electric circuit is required to reduce and restore the MCP gain at high speed before and after the time when the ion pulse is incident on the MCP as the final ion detector. The MCP voltage is changed to 500 to 1 ns by using a semiconductor element such as a high-voltage MOSFET switch for high withstand voltage at a speed of 5 ns to 10 ns without using a relay or a Q switch.
It is also possible to change at a high speed with a width of kV.

【0074】また、本実施例では、2個の同一ディメン
ジョンを有する静電セクター電場を用いたOA−TOF
MSを例にとって説明したが、最終イオン検出器以前の
2ヶ所の三重収束面に1個ずつ合計2個の中間イオン検
出器を設けるということであれば、静電セクター電場の
数は3個以上の同一三重収束性を有する静電セクター電
場の組み合わせであっても良い。また、これらの静電セ
クター電場は、円筒形状、球状、トロイダル形状を問わ
ない。また、TOFMSの製造上は、同一形状の静電セ
クター電場を使用した方がメリットがあるが、静電セク
ター電場の形が相似則に従ったものであれば、飛行時間
に相似比κ(κ≠0)を掛け合わせて使用すれば、それ
でも良い。すなわち、MCPを制御するパルス列は、Σ
{(1+κ)tPi2−tPi1}として求めることができる
(ただしi=1、2、3、・・・、n)。
In this embodiment, the OA-TOF using two electrostatic sector electric fields having the same dimension is used.
Although the description has been given by taking the MS as an example, if two intermediate ion detectors are to be provided, one at each of the two triple focusing surfaces before the final ion detector, the number of electrostatic sector electric fields is three or more. May be a combination of electrostatic sector electric fields having the same triple convergence. Further, these electrostatic sector electric fields may be cylindrical, spherical, or toroidal. In the manufacture of TOFMS, it is advantageous to use an electrostatic sector electric field of the same shape, but if the shape of the electrostatic sector electric field follows a similarity rule, the similarity ratio κ (κ If it is used by multiplying by (≠ 0), that is fine. That is, the pulse train for controlling the MCP is represented by Σ
{(1 + κ) t Pi2 −t Pi1 } (where i = 1, 2, 3,..., N).

【0075】また、本発明はOA−TOFMSに限定さ
れるものではない。イオン加速部の空間収束面をTOF
分光部の対物面に一致させたものに限定されるが、イオ
ン加速部は、2段加速式のみならず多段加速式であって
も良く、イオン源にパルスイオン化方式を用いたTOF
MSに対しても適用可能である。
The present invention is not limited to OA-TOFMS. The TOF for the space convergence surface of the ion accelerator
The ion accelerating unit is not limited to the two-stage accelerating type but may be a multi-stage accelerating type. The TOF using the pulse ionization method for the ion source is limited to the one that matches the object plane of the spectroscopic unit.
It is also applicable to MS.

【0076】また、最終イオン検出器としては、MCP
以外に、MCPよりも安価で、MCPのような口径の細
い硝子キャピラリーを束ねて用いることなく、多数の球
状粒子の隙間で電子を乱反射させることによって2次電
子を増幅させることができるマイクロ・スフェア・プレ
ート(MSP)等を用いることもできる。
As the final ion detector, MCP
In addition, microspheres that are more inexpensive than MCP and can amplify secondary electrons by diffusely reflecting electrons in the gaps between a large number of spherical particles without using a bundle of thin glass capillaries like MCP -A plate (MSP) or the like can also be used.

【0077】[0077]

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明の静電セクタ
ー電場型TOFMSによれば、TOF分光部の2つの三
重収束面に設けられた2つのイオン検出器を用いて、イ
オン源から飛来するイオンパルスの電流値を予め検知
し、検知された量を最終イオン検出器にフィードさせる
ことにより、最終イオン検出器にイオンパルスが到達す
る以前に最終イオン検出器のゲインを制御し、最終イオ
ン検出器の飽和を回避させるように構成したので、最終
イオン検出器の飽和に伴うDead timeに由来するマスス
ペクトルの部分的な欠落を防止することができ、最終イ
オン検出器自身の短寿命化を避けることができる。
As described above, according to the electrostatic sector electric field type TOFMS of the present invention, the ions fly from the ion source using the two ion detectors provided on the two triple focusing surfaces of the TOF spectroscopy unit. By detecting the current value of the ion pulse in advance and feeding the detected amount to the final ion detector, the gain of the final ion detector is controlled before the ion pulse reaches the final ion detector, and the final ion detection is performed. Since the detector is configured to avoid the saturation of the detector, it is possible to prevent partial loss of the mass spectrum due to the dead time due to the saturation of the final ion detector, and to shorten the life of the final ion detector itself. be able to.

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

【図1】従来の静電セクター電場型垂直加速型飛行時間
型質量分析装置を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a conventional electrostatic sector electric field type vertical acceleration type time-of-flight mass spectrometer.

【図2】本発明にかかる静電セクター電場型垂直加速型
飛行時間型質量分析装置の一実施例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing one embodiment of an electrostatic sector electric field type vertical acceleration type time-of-flight mass spectrometer according to the present invention.

【図3】本発明にかかる静電セクター電場型垂直加速型
飛行時間型質量分析装置のMCPゲイン制御回路のブロ
ックダイヤグラムの一例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a block diagram of an MCP gain control circuit of the electrostatic sector electric field type vertical acceleration time-of-flight mass spectrometer according to the present invention.

【図4】本発明にかかる静電セクター電場型垂直加速型
飛行時間型質量分析装置のMCPゲイン制御回路各部の
タイミングチャートの一例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of a timing chart of each section of an MCP gain control circuit of the electrostatic sector electric field type vertical acceleration time-of-flight mass spectrometer according to the present invention.

【図5】本発明にかかる静電セクター電場型垂直加速型
飛行時間型質量分析装置のMCPゲイン制御回路各部の
タイミングチャートの一例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a timing chart of each part of an MCP gain control circuit of the electrostatic sector electric field type vertical acceleration type time-of-flight mass spectrometer according to the present invention.

【図6】本発明にかかる静電セクター電場型垂直加速型
飛行時間型質量分析装置で観測されるイオンパルス群の
飛行時間の一例をまとめた表である。
FIG. 6 is a table summarizing an example of a flight time of an ion pulse group observed by the electrostatic sector electric field type vertical acceleration time-of-flight mass spectrometer according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・外部イオン源、2・・・収束レンズ、3・・・イオン
溜、4・・・Push-outプレート、5・・・イオン引き出しグリ
ッド、6・・・出口グリッド、7・・・Push-outパルス、8・・
・2段加速部、9・・・第1の静電セクター電場、10・・・
第2の静電セクター電場、11・・・最終イオン検出器、
12・・・TOF分光部、13・・・イオン検出器、14イオ
ン検出器、15・・・パルス列発生回路、16・・・パルス列
発生回路、17・・・アンプ、18・・・アンプ、19・・・デ
ィスクリミネーター、20・・・ディスクリミネーター、
21・・・反転回路、22・・・反転回路、23・・・MCP電
源制御回路、24・・・タイミングパルス列、25・・・MC
P電源、26・・・出力電圧VMCP
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... External ion source, 2 ... Converging lens, 3 ... Ion pool, 4 ... Push-out plate, 5 ... Ion extraction grid, 6 ... Exit grid, 7 ... Push-out pulse, 8 ...
A two-stage accelerating unit, 9 ... the first electrostatic sector electric field, 10 ...
Second electrostatic sector electric field, 11 ... final ion detector,
12: TOF spectroscopy unit, 13: ion detector, 14 ion detector, 15: pulse train generation circuit, 16: pulse train generation circuit, 17: amplifier, 18: amplifier, 19 ... Discriminator, 20 ... Discriminator,
21: inverting circuit, 22: inverting circuit, 23: MCP power control circuit, 24: timing pulse train, 25: MC
P power supply, 26... Output voltage V MCP .

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】イオンパルスを出射するイオン源部と、出
射されたイオンパルスを加速するイオン加速部と、加速
されたイオンパルスが所定距離を飛行した後入射する最
終イオン検出器と、イオン源部から出射されたイオンパ
ルスが最終イオン検出器に到達するまでの時間を計測す
る飛行時間型分光部と、飛行時間型分光部内部に設置さ
れた三重収束性を有する複数個の静電セクター電場と、
飛行時間型分光部内部の複数箇所に設けられ、該飛行時
間型分光部に入射するイオンパルスのイオン強度と、イ
オン源部からイオンパルス出射後の経過時間とを併せて
測定する測定手段と、該複数箇所で測定された経過時間
の時間差に基づいて、イオンパルスが最終イオン検出器
に到達する時間を予測する予測手段と、前記イオン強度
の測定結果と到達時間の予測結果とに基づいて、イオン
パルス到達前に最終イオン検出器のゲインを制御する制
御手段とから成ることを特徴とする飛行時間型質量分析
装置。
1. An ion source for emitting an ion pulse, an ion accelerator for accelerating the emitted ion pulse, a final ion detector on which the accelerated ion pulse enters after flying a predetermined distance, and an ion source Time-of-flight spectroscopy unit that measures the time required for the ion pulse emitted from the unit to reach the final ion detector, and a plurality of triple-convergent electrostatic sector electric fields installed inside the time-of-flight spectroscopy unit When,
Measuring means provided at a plurality of locations inside the time-of-flight spectroscopic unit, for measuring the ion intensity of the ion pulse incident on the time-of-flight spectroscopic unit, and the elapsed time after the ion pulse is emitted from the ion source unit, Based on the time difference between the elapsed times measured at the plurality of locations, a prediction unit that predicts the time at which the ion pulse reaches the final ion detector, based on the measurement result of the ion intensity and the prediction result of the arrival time, Control means for controlling the gain of the final ion detector before the arrival of the ion pulse.
【請求項2】前記複数箇所に設けられた、飛行時間型分
光部に入射するイオンパルスのイオン強度とイオン源部
からイオンパルス出射後の経過時間とを併せて測定する
測定手段は、飛行時間型分光部におけるイオンパルスの
三重収束面上に設けられた中間イオン検出器であること
を特徴とする請求項1記載の飛行時間型質量分析装置。
And measuring means for measuring the ion intensity of the ion pulse incident on the time-of-flight spectroscopy unit and the elapsed time after the ion pulse is emitted from the ion source unit, provided at the plurality of locations. The time-of-flight mass spectrometer according to claim 1, wherein the mass spectrometer is an intermediate ion detector provided on a triple focusing surface of the ion pulse in the spectroscopic section.
【請求項3】前記飛行時間型分光部におけるイオンパル
スの三重収束面は、前記複数個の三重収束性を有する静
電セクター電場によって作られていることを特徴とする
請求項2記載の飛行時間型質量分析装置。
3. The time of flight according to claim 2, wherein the triple convergence surface of the ion pulse in the time-of-flight spectroscopy unit is formed by the plurality of electrostatic sector electric fields having triple convergence. Type mass spectrometer.
【請求項4】前記飛行時間型分光部において、複数個の
静電セクター電場によって作られたイオンパルスの三重
収束面の1つは、前記イオン加速部の空間収束面と一致
していることを特徴とする請求項2または3記載の飛行
時間型質量分析装置。
4. In the time-of-flight spectroscopic unit, one of the triple converging surfaces of ion pulses generated by a plurality of electrostatic sector electric fields coincides with the spatial converging surface of the ion accelerating unit. The time-of-flight mass spectrometer according to claim 2 or 3, wherein:
【請求項5】前記飛行時間型分光部の複数箇所の三重収
束面に設けられた複数個の中間イオン検出器からのイオ
ンパルス入射信号に基づいて、イオンパルスを形成して
いるイオンの質量数を計算することなく、イオンパルス
が最終イオン検出器に到達する時間を予測することを特
徴とする請求項2、3、または4記載の飛行時間型質量
分析装置。
5. A mass number of ions forming an ion pulse based on ion pulse incident signals from a plurality of intermediate ion detectors provided on a plurality of triple converging surfaces of the time-of-flight spectroscopy unit. 5. The time-of-flight mass spectrometer according to claim 2, wherein the time at which the ion pulse reaches the final ion detector is calculated without calculating the time.
【請求項6】前記イオン源部は、連続的にイオンを出射
する外部イオン源と、該イオン源から出射されたイオン
ビームが導入されるイオン溜と、パルス電圧の印加によ
って、該イオン溜からイオンビームの導入方向と交差す
る方向にイオンビームをパルス的に加速するイオン加速
部とから成る垂直加速型のイオン源部であることを特徴
とする請求項1、2、3、4、または5記載の飛行時間
型質量分析装置。
6. An ion source for continuously outputting ions, an ion reservoir into which an ion beam emitted from the ion source is introduced, and a pulse voltage applied from the ion reservoir. 6. A vertical acceleration type ion source unit comprising: an ion acceleration unit for pulsatingly accelerating the ion beam in a direction intersecting with the ion beam introduction direction. The time-of-flight mass spectrometer described in the above.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014501428A (en) * 2010-12-17 2014-01-20 サーモ フィッシャー サイエンティフィック (ブレーメン) ゲーエムベーハー Ion detection system and method

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