JP2001229875A

JP2001229875A - 垂直加速型飛行時間型質量分析装置

Info

Publication number: JP2001229875A
Application number: JP2000036180A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Nukina; 貫名義裕
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2000-02-15
Filing date: 2000-02-15
Publication date: 2001-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】ＯＡ／ＴＯＦＭＳの高次の収差係数に由来する
時間収束性の悪化を回避することのできるＯＡ／ＴＯＦ
ＭＳを提供する。【解決手段】イオンをイオン溜に導入する導入光学系の
光軸をイオン溜の中心軸から所定の距離だけＹ方向にず
らして配置した。また、イオンの飛行空間全体に印加さ
れている加速電圧、イオン押し出しプレートと第１のグ
リッドの間の電位差、第１のグリッドと第２のグリッド
の間の電位差、およびリフレクター電圧の内の少なくと
も１つの値を変更することによって、ＯＡ／ＴＯＦＭＳ
の分解能を制御するようにした

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、質量分解能に優れ
た垂直加速型飛行時間型質量分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＥＩ、ＣＩ、ＥＳＩ、ＦＡＢ、ＩＣＰな
どの外部イオン源と飛行時間型質量分析装置（Time-of-
flight mass spectrometer：ＴＯＦＭＳ）とを組み合わ
せて使用する場合、外部イオン源とＴＯＦＭＳ分光部と
の接続部分にイオン溜を設け、イオン溜内にイオンをド
リフト走行させることが良く行なわれる。そして、イオ
ン溜内にイオンを滞留させた上で、ナノ秒オーダーの短
時間の内にイオンに対して高電圧を印加し、イオンのド
リフト走行の方向とは直交する方向にイオンをパルス状
に押し出して、イオンパルスがＴＯＦＭＳのイオン検出
器に到達するまでの飛行時間を測定する方法で質量分析
が行なわれる。このような質量分析装置を垂直加速型飛
行時間型質量分析装置（Orthogonal Acceleration ＴＯ
ＦＭＳ：ＯＡ／ＴＯＦＭＳ）と呼んでいる。

【０００３】図１に、典型的なＯＡ／ＴＯＦＭＳの模式
図を示す。外部イオン源１で生成され、運動エネルギー
を与えられたイオンは、ビームとなってイオン押し出し
プレート３と第１のグリッド４で構成されるイオン溜２
に導入される。イオン押し出しプレート３と第１のグリ
ッド４は、イオン溜２にイオンが導入・蓄積されている
間、いずれも接地電位、または装置のコモン電位に保た
れている。

【０００４】導入されたイオンがイオン溜２内をドリフ
ト走行し、イオン溜２のＸ方向の所定の長さを充満する
と、イオン押し出しプレート３にPush-outパルス電圧
（振幅電圧：Ｕ₁）を印加し、イオンにドリフト走行方
向（Ｘ方向）とは交差する方向（ＴＯＦＭＳの光軸方
向、すなわちＹ方向）に、均一な運動エネルギーを与え
る。すると、イオンは、イオンパルスとなって短時間の
内にイオン溜２から完全に排出された後、第１のグリッ
ド４と第２のグリッド５の電位差Ｕ₂によって、さらに
大きな運動エネルギーを与えられて、ＴＯＦＭＳ分光部
６を飛行する。

【０００５】このように、イオン溜２のイオンは、イオ
ン溜２の光軸方向と交差するＹ方向に２段階で加速され
るので、イオン押し出しプレート３から第２のグリッド
５にかけての部分を２段加速部と呼んでいる。イオン溜
２を排出され、２段加速部で加速されたイオンは、２段
加速部と対向する位置に設けられ、第３のグリッド７お
よび第４のグリッド８を備えたリフレクター電位Ｕ₄の
ミラー反射型のリフレクター部９で反射され、最終的に
マイクロ・チャンネル・プレート（ＭＣＰ）などで構成
されたイオン検出器１０に到達して検出される。

【０００６】イオンには、イオン押し出しプレート３と
第２のグリッド５の間の電位差Ｕ₀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運動速度が大きく、質量の大きな
イオンほど運動速度が小さい。このような速度差が生ま
れる結果、イオンがＴＯＦ分光部６およびリフレクター
部９を飛行する間に質量分離が行なわれ、軽いイオンか
ら先にイオン検出器１０に到達し、重いイオンは遅れて
イオン検出器１０に到達することになり、イオンのマス
スペクトルが測定される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような２段加速部とミラー反射型リフレクターとを組
み合わせたＯＡ／ＴＯＦＭＳには、次のような２つの問
題がある。

【０００８】（１）リフレクターとして、１段型のリフ
レクターを用いた場合、ＴＯＦ分光部のドリフト空間距
離ｄ₃の１／４の深度ｄ₄を与えれば、一義的に１次収差
の収束性が満たされる。しかし、２次の収差係数はｄ₃
／８という大きな値であるため、１段リフレクターと２
段加速部とを組み合わせることによって得られるマスス
ペクトルの分解能は、２次の収差係数に支配され、分解
能の上限は大きく限定されてしまう。

【０００９】（２）このため、１次の収差項と２次の収
差項を同時に消去することのできる２段リフレクター型
ＴＯＦＭＳが提案されている。しかし、この２段リフレ
クター型ＴＯＦＭＳでは、イオンがリフレクターに入射
した後、反射されてリフレクターを出ていくまでに、イ
オン透過率が約８０％の２枚の金属メッシュ（すなわ
ち、グリッド）を往復で合計４回通過しなければならな
いために、リフレクター部で、（１−０.８⁴）×１００
＝５９％と、全体の約６割のイオン損失が発生する。
（一方、前述した１段リフレクター型ＴＯＦＭＳであれ
ば、金属メッシュが１枚しかないので、リフレクター部
でのイオン損失の問題は、（１−０.８²）×１００＝３
６％にまで緩和できる。）これを簡単に言えば、１段リ
フレクター型ＴＯＦＭＳと２段加速部の組み合わせでは
分解能に、また、２段リフレクター型ＴＯＦＭＳと２段
加速部の組み合わせでは感度に、それぞれ問題があると
いうことになる。

【００１０】最近では、高速電子回路技術の急速な進展
に伴い、一般のＴＯＦＭＳでも分解能Ｒ（＝Ｍ／ΔＭ）
が１００００を上回る高分解能のマススペクトルが得ら
れるようになってきており、より高感度な高分解能ＴＯ
ＦＭＳへの要望は年々強まるばかりである。この要望に
対して、イオンが金属メッシュを通過する回数を減らす
ことによって感度の低下を抑え、イオン透過率の高い１
段リフレクター型ＴＯＦＭＳと２段加速部を組み合わせ
た完全２次収束光学系も提案されている。

【００１１】高感度かつ高分解能のＯＡ／ＴＯＦＭＳを
実現するためには、外部イオン源で生成されたイオンを
できる限り多くイオン溜に導入する必要がある。１段リ
フレクター型ＴＯＦＭＳと２段加速部を組み合わせた場
合、イオンの空間的な広がりに関する１次と２次の収差
項は完全にゼロにできる。しかし、イオンビームが予め
持っている空間的な広がりと、イオンのターンアラウン
ド効果とによる分解能の低下は解消できない。

【００１２】ターンアラウンド効果、すなわち、各々の
イオンが予め持っているＹ方向の速度差の問題を解消す
る唯一の方法は、イオン溜を走行するイオンビームをで
きる限り平行に保つことである。しかしながら、外部イ
オン源からイオン溜にイオンを導入する場合、ＯＡ／Ｔ
ＯＦＭＳの原理上、イオンの加速電圧は数十ボルト、運
動エネルギーにして数十エレクトロンボルト程度に制限
される。このため、外部イオン源から導入された低エネ
ルギーのイオンビームは、たとえ優れた静電レンズを用
いたとしても、ビームの平行度を維持しながら、かつ、
数ｍｍ程度のビーム幅にまで細く絞ることは極めて困難
である。

【００１３】従って、分解能Ｒ＝１００００以上の高分
解能マススペクトルを高感度で測定するためには、静電
レンズによる制御では、イオンビームの平行整形を第１
の目標とし、イオンビームを細く絞ることには必ずしも
とらわれず、イオン溜の中で幅広く広がったイオンビー
ムに対する収束性を議論する方が有利である。そして、
その場合は、ＴＯＦＭＳ分光部における３次以上の高次
の収差係数を検討する必要がある。

【００１４】また、ＯＡ／ＴＯＦＭＳをＭＳ／ＭＳやＭ
Ｓ／ＭＳ／ＭＳなどのタンデム式質量分析装置の最終段
の分析装置として使用する場合には、本来のイオンビー
ム幅に加えて、反応室でイオンを解裂させるために稀ガ
スと衝突させることに起因するイオンビーム幅の増大が
あり、その場合にも、ＴＯＦＭＳ分光部における３次以
上の高次の収差係数を検討することが必要である。

【００１５】ＯＡ／ＴＯＦＭＳの高次収差係数を検討す
る場合、一般に、最大次数５次の項まで検討すれば十分
である。しかし、３次と５次の各項の係数は、イオン溜
内のイオンの位置がイオン溜の中心軸からＹ方向の正の
側にずれているか、それとも負の側にずれているかに関
わりなく符号が等しいのに対して、４次の項の係数は、
イオン溜内のイオンの位置がイオン溜の中心軸からＹ方
向の正の側にずれているか、それとも負の側にずれてい
るかで符号が異なるために、イオン溜の中心軸の回りに
均等に分布するイオンビームがイオン検出器で検出され
る際に、非対称な飛行時間差をもって検出されることと
なり、時間収束性が微妙に悪化する。

【００１６】本発明の目的は、上述した点に鑑み、ＯＡ
／ＴＯＦＭＳの高次の収差係数に由来する時間収束性の
悪化を回避することのできるＯＡ／ＴＯＦＭＳを提供す
ることにある。

【００１７】

【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ＯＡ／ＴＯＦＭＳは、質量分析装置
に対してイオンを供給する外部イオン源と、外部イオン
源の後段に配置され、イオン押し出しプレートと第１の
グリッドにより構成されるイオン溜と、第１のグリッド
と第２のグリッドで構成され、イオン押し出しプレート
によってイオン溜から押し出されたイオンを加速するイ
オン加速部と、加速されたイオンを質量分離するリフレ
クター飛行時間型分光部と、質量分離されたイオンを検
出するイオン検出器とから成る垂直加速型飛行時間型質
量分析装置において、イオンをイオン溜に導入する導入
光学系の光軸をイオン溜の中心軸から所定の距離だけＹ
方向にずらして配置したことを特徴としている。

【００１８】また、質量分析装置に対してイオンを供給
する外部イオン源と、外部イオン源の後段に配置され、
イオン押し出しプレートと第１のグリッドにより構成さ
れるイオン溜と、第１のグリッドと第２のグリッドで構
成され、イオン押し出しプレートによってイオン溜から
押し出されたイオンを加速するイオン加速部と、加速さ
れたイオンを質量分離するリフレクター飛行時間型分光
部と、質量分離されたイオンを検出するイオン検出器と
から成る垂直加速型飛行時間型質量分析装置において、
イオンの飛行空間全体に印加されている加速電圧、イオ
ン押し出しプレートと第１のグリッドの間の電位差、第
１のグリッドと第２のグリッドの間の電位差、およびリ
フレクター電圧の内の少なくとも１つの値を変更するこ
とによって、垂直加速型飛行時間型質量分析装置の分解
能を制御するようにしたことを特徴としている。

【００１９】

【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ＯＡ／
ＴＯＦＭＳの一実施例を示したものである。外部イオン
源１で生成され、運動エネルギーを与えられたイオン
は、ビームとなってイオン押し出しプレート３と第１の
グリッド４で構成されるイオン溜２に導入される。イオ
ン押し出しプレート３と第１のグリッド４は、イオン溜
２にイオンが導入・蓄積されている間、いずれも接地電
位、または装置のコモン電位に保たれている。

【００２０】導入されたイオンがイオン溜２内をドリフ
ト走行し、イオン溜２のＸ方向の所定の長さを充満する
と、イオン押し出しプレート３にPush-outパルス電圧
（振幅電圧：Ｕ₁）を印加し、イオンにドリフト走行方
向（Ｘ方向）とは交差する方向（ＴＯＦＭＳの光軸方
向、すなわちＹ方向）に、均一な運動エネルギーを与え
る。すると、イオンは、イオンパルスとなって短時間の
内にイオン溜２から完全に排出された後、第１のグリッ
ド４と第２のグリッド５の電位差Ｕ₂によって、さらに
大きな運動エネルギーを与えられて、ＴＯＦＭＳ分光部
６を飛行する。

【００２１】このように、イオン溜２のイオンは、イオ
ン溜２の光軸方向と交差するＹ方向に２段階で加速され
るので、イオン押し出しプレート３から第２のグリッド
５にかけての部分を２段加速部と呼んでいる。イオン溜
２を排出され、２段加速部で加速されたイオンは、２段
加速部と対向する位置に設けられ、第３のグリッド７お
よび第４のグリッド８を備えたリフレクター電位Ｕ₄の
ミラー反射型のリフレクター部９で反射され、最終的に
マイクロ・チャンネル・プレート（ＭＣＰ）などで構成
されたイオン検出器１０に到達して検出される。なお、
リフレクター部９の第４のグリッド８は、過剰な運動エ
ネルギーを持ったイオンを外部に廃棄する作用をする
が、本発明にとっては必要不可欠なものではない。

【００２２】イオンには、イオン押し出しプレート３と
第２のグリッド５の間の電位差Ｕ₀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運動速度が大きく、質量の大きな
イオンほど運動速度が小さい。このような速度差が生ま
れる結果、イオンがＴＯＦ分光部６およびリフレクター
部９を飛行する間に質量分離が行なわれ、軽いイオンか
ら先にイオン検出器１０に到達し、重いイオンは遅れて
イオン検出器１０に到達することになり、イオンのマス
スペクトルが測定される。

【００２３】このような構成において、ＴＯＦＭＳで
は、質量数Ｍダルトンの１価のイオン（Ｍ⁺）が運動エ
ネルギーｅ＊Ｕ₀を持ち、ＴＯＦ分光部のドリフト空間
ｄ₃を速度ｖ₀で飛行する場合、イオン溜２からイオン検
出器１０までの実効飛行距離をＬ、イオン（Ｍ⁺）の飛
行時間をｔ_ionとすると、速度ｖ₀と飛行時間ｔ_ionはそ
れぞれ（１）式と（２）式で与えられる。

【００２４】ｖ₀ ＝１.３９×１０⁴√（ｅ＊Ｕ₀／Ｍ）（ｍ／ｓ）・・・・・・・・・・・・・（１）ｔ_ion ＝７２√（Ｍ／ｅ＊Ｕ₀）×Ｌ（μｓ）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）そして、通常のＯＡ／ＴＯＦＭＳでは、図１に示すよう
に、外部イオン源１の光軸１１とイオン溜２の中心軸１
２とは互いに一致させてある。すなわち、外部イオン源
１から導入されるイオンビームのビーム幅（ｗ）は、｜
ｗ｜＝｜δ₁｜＋｜δ₂｜（ただし、｜δ₁｜＝｜δ₂｜）
である。しかし、本発明のＯＡ／ＴＯＦＭＳでは、図２
に示すように、外部イオン源の光軸１１とイオン溜２の
中心軸１２とは、互いにＹ方向にずれている。すなわ
ち、外部イオン源１から導入されるイオンビームのビー
ム幅（ｗ）は、｜ｗ｜＝｜δ₁｜＋｜δ₂｜（ただし、｜
δ ₁｜≠｜δ₂｜）である。

【００２５】図２の実施例では、｜δ₁｜＜｜δ₂｜にな
っている。すなわち、外部イオン源１の光軸１１は、イ
オン溜２の中心軸とは一致させず、イオン押し出しプレ
ート３側に向けて、必要な分解能に応じて移動させて設
定されている。その理由を高次収差の観点から説明す
る。

【００２６】まず、イオン溜２内でのイオンビームのＹ
方向への広がりとイオン検出器１０上でのイオンパルス
の時間収束性との関係を議論する前に、イオン溜２のイ
オン出射位置（ｋ）を変数として、図２に示した主要な
４つのパラメータ（ｄ₁、ｄ₂、ｄ₃、ｄ₄）と併せ、イオ
ンパルスの全飛行時間（Ｔ）を表わすのに必要な諸パラ
メータを定義する。

【００２７】・全飛行時間：Ｔ・各場定数・設計上のイオン加速電圧：Ｕ₀（通常、Ｕ₀はイオンビ
ームの中心、またはイオン溜２のギャップｄ₁の中心の
電位と一致させているが、本発明では、高次収差を考慮
した位置（ｆ＊ｄ₁）の電位をＵ₀とする。）・ＴＯＦ分光部６を飛行するイオンの中心運動エネルギ
ー：ｅ＊Ｕ₀ ・イオン押し出しプレート３の印加電圧：Ｕ₁＝α＊Ｕ₀ ・イオン溜２のギャップ：ｄ₁ ・第１グリッドと第２グリッドの電位差：Ｕ₂＝β＊Ｕ₀ ・第１グリッドと第２グリッドのギャップ：ｄ₂ ・イオン溜２内の中心位置の係数：ｆ（０＜ｆ＜１）
（ｆをパラメータとして導入すると、Ｕ₀＝（ｆ＊α＋
β）＊Ｕ₀と表わされ、ｆ＊α＋β＝１となる。ここで
ｆ＊α＝α₁と置くと、α₁＋β＝１である。）・イオン溜２内でのイオンビームの中心位置からの広が
り係数：ｋ＝（１＋δ）・イオン溜２内でのイオンビーム位置の広がり：δ＊ｆ
＊ｄ₁ ・ＴＯＦ分光部６のドリフト空間の距離：ｄ₃ ・中心イオンビームの上記ドリフト空間での飛行速度：
ｖ₀（ｋ＝１におけるイオンの最終速度のことであ
る。）・リフレクター９の設定電圧：Ｕ₄＝ρ＊Ｕ₀ ・リフレクター９の長さ：ｄ₄ 次に、イオンの飛行時間を表わす式の作成と展開を行な
う。ｆ＊ｄ₁を中心としてイオン溜２内に広がる全ての
イオンが、イオン押し出しプレート３によって、それぞ
れ異なるイオン出射点から同時に加速された後、イオン
検出器１０に到達するまでの全飛行時間（Ｔ）は、
（３）式で与えられる。

【００２８】

【数１】（３）式から１／ｖ₀を除去した式をＴ（ｋ）（各イオ
ンの飛行距離を示している。）として（４）式に示す。

【００２９】

【数２】Ｔ(ｋ)の冪級数展開を行ない、下記に示したｋ＝１（δ
＝０）およびα₁＋β＝１としたときのＴ(ｋ)の１次と
２次の項（dＴ(ｋ)／dｋ＝０、d²Ｔ(ｋ)／d²ｋ＝０）、
すなわち（５）式と（６）式の連立方程式を解けば、完
全二次収束の条件を求めることができる。計算の便宜
上、α₁＝αとして表記してある。

【００３０】

【数３】

【数４】例えば、今後の明快な詳細説明のために、具体例を使用
して説明する。そのための各パラメータを次のように取
る。ｄ₁＝１０ｍｍ、ｄ₂＝２０ｍｍ、ｄ₃＝１０００ｍ
ｍ、ｄ₄＝２５０ｍｍ。ここで、外部イオン源１から導
入されるイオンビームの光軸中心を、イオン溜２のギャ
ップの中心位置（ｄ₁／２）と一致させると、イオン溜
２内をドリフト走行するイオンビームの中心位置は、イ
オン押し出しプレート３と第１グリッド４の距離ｄ₁＝
１０ｍｍの１／２、すなわち５ｍｍのところにあるか
ら、ｆ＝０.５となる。これらのパラメータを（５）式
と（６）式に代入して、α₁＝０.０９３３９を得る。ま
た、α₁と共に得られたα、β、ρの各パラメータは次
の通りである。α＝α₁／ｆ＝０.１８６７８、β＝０.
９０６６１、ρ＝１.３３５６。従って、例えばＵ₀＝５
０００Ｖとすると、Ｕ₁＝８５１.９Ｖ、Ｕ₂＝４４８８.
５Ｖ、Ｕ₄＝６８７１.３Ｖが得られる。

【００３１】ゼロ次項をＴ₀とすると、ｋ＝１、α₁＋β
＝１だから、（４）式よりＴ₀＝１.８１３２３×１０³
を得る。また、dⁿＴ(ｋ)／dⁿｋのｎ＝３〜７までの冪級
数展開計算から、Ｔ(ｋ)の７次項まで表わしたδに対す
る飛行距離は（７）式で与えられる。

【００３２】

【数５】また、分解能Ｒ(δ)は（８）式で表わされる。

【００３３】

【数６】ｋ＝１＋δであり、−１≦δ≦１、すなわちイオン押し
出しプレート３上がδ＝１であり、第１グリッド４上が
δ＝−１である。ｄ₁＝１０のとき、ｄ₁／２＝｜±５δ
｜であるから、（８）式より、δが正および負の値の場
合の各値に対して得られる分解能Ｒ(δ)を、図３のテー
ブル１、テーブル２、およびグラフ１に示す。

【００３４】テーブル１とテーブル２から判るように、
収差係数から逆算して得られる分解能は、イオン溜２の
中心から対称な位置、すなわち｜＋δ｜＝｜−δ｜とな
る２つの位置を出射位置とした場合に、両者で得られる
分解能は異なり、プラス側、すなわちイオン押し出しプ
レートに近い側で分解能が高くなる。その理由は、すで
に述べたように、３次項と４次項の係数の符号が異なる
ことによる。

【００３５】一般に、ＴＯＦＭＳの分解能は、半値幅
（ＦＷＨＭ）で定義をしている。分解能１００００（Ｆ
ＷＨＭ）の条件の場合、すなわち、テーブル１、テーブ
ル２、およびグラフ１でＲ(δ)＝５０００の条件の場
合、イオン溜２内におけるイオンビームのＹ方向のビー
ム許容幅（ｗ）は−２.４０＜ｗ＜３.１２５となる。こ
のため、外部イオン源１の光軸の位置を、約０.３５ｍ
ｍだけイオン押し出しプレート３側に向けて移動させ
る。＋δと｜−δ｜の差は約０.７ｍｍである。

【００３６】また、分解能２００００（ＦＷＨＭ）を得
るためには、イオン溜２内におけるイオンビームのＹ方
向のビーム許容幅（ｗ）が−２.０＜ｗ＜２.５であるこ
とが必要となり、＋δ側の方が｜−δ｜側よりも許容幅
が０.５ｍｍ広いことが判る。この場合は、外部イオン
源１の光軸の位置を、約０.２５ｍｍだけイオン押し出
しプレート３側に向けて移動させる。このようにして、
高分解能をより安定して得られるようにすることができ
る。

【００３７】５次項以下の項の係数は、（７）式に示し
たように、急速に小さくなって収束する。この傾向を図
４、図５、図６、および図７に示す。５次項は分解能に
若干影響を与えるが、６次項以下の項の分解能への影響
力は急速に減少し、ほとんど無視できることが判る。

【００３８】尚、前記実施例では、ｆ＝０.５として計
算を行なったが、ｆを０.５よりも大きく取ることも可
能である。そのようにすることによって、ＴＯＦ分光部
６を飛行するイオンの中心運動エネルギー（ｅ＊Ｕ₀）
の位置を、物理設計時点で、予めイオン押し出しプレー
ト３側に移動させ、Ｙ方向におけるイオン出射位置の非
対称性を緩和し、かつ、イオンの中心運動エネルギー位
置（ｅ＊Ｕ₀）と外部イオン源１からのイオンビームの
Ｙ方向中心位置とを一致させることも可能である。

【００３９】図８に、ｆ＝０.６の場合の解析例を示
す。このとき、α₁＝０.１０２２３、α＝α₁／ｆ＝０.
１７０３８、β＝０.８９７７７、ρ＝１.３７４２５で
あり、Ｕ₀＝５０００とすると、Ｕ₁＝９３３.９Ｖ、Ｕ₂
＝４５３３.０５Ｖ、Ｕ₄＝６６６８.０Ｖとなる。この
例では、分解能２００００（ＦＷＨＭ）の場合のイオン
溜２内におけるＹ方向ビーム許容幅は、前述のｆ＝０.
５の場合に比べて、−２.３＜ｗ＜２.８に拡大する。

【００４０】尚、実際に外部イオン源１の光軸とイオン
溜２の中心軸の位置関係を機械的に変更する方法として
は、例えば、外部イオン源１とイオン溜２の間にスリッ
トを設け、スリット幅およびスリット中心位置を外部か
ら可変させるように構成しても良い。

【００４１】一方、α＝Ｕ₁／Ｕ₀、β＝Ｕ₂／Ｕ₀、ρ＝
Ｕ₄／Ｕ₀、および、Ｕ₀＝（ｆ＊α＋β）＊Ｕ₀の各関係
式は、Ｕ₀、Ｕ₁、Ｕ₂、およびＵ₄の各電圧を変更するこ
とによって、ｆの値を逆算できること（Ｕ₀の位置の変
更をできること）を意味する。これは、すなわち、所望
の分解能に応じて、適切なＵ₀、Ｕ₁、Ｕ₂、およびＵ₄の
各電圧を設定すれば、外部イオン源１とイオン溜２の相
対的な位置関係を機械的に動かすことなく、０＜ｆ＜１
の範囲を電気的に自由に設定することも可能であること
を意味するものである。これを応用すれば、予め、０＜
ｆ＜１の範囲を計算したテーブルを用意し、そのテーブ
ルを参照して所望の分解能に応じたｆを自動設定させる
ことも可能になる。

【００４２】また、上述したいくつかの実施例は、基本
的に外部イオン源と組み合わせたＯＡ／ＴＯＦＭＳであ
ることを前提としたものであるが、本発明は、それに限
定されるものではない。例えば、本ＯＡ／ＴＯＦＭＳ
を、ＭＳ／ＭＳやＭＳ／ＭＳ／ＭＳなどのタンデム型の
質量分析装置の最終段の分析装置として使用する場合に
も、当然、外部イオン源と組み合わせた場合と同様の効
果を発揮する。特に、ＭＳ／ＭＳやＭＳ／ＭＳ／ＭＳな
どに用いる場合には、Ｙ方向のビーム幅は更に広くなる
ことが予想され、δに対する非対称性解消策の必要性は
更に増大し、本発明の有用性はいっそう高まる。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明のＯＡ／ＴＯ
ＦＭＳによれば、イオンをイオン溜に導入する導入光学
系の光軸をイオン溜の中心軸から所定の距離だけＹ方向
にずらして配置したので、高分解能をより安定して得る
ことができるようになった。また、本発明のＯＡ／ＴＯ
ＦＭＳによれば、イオンの飛行空間全体に印加されてい
る加速電圧、イオン押し出しプレートと第１のグリッド
の間の電位差、第１のグリッドと第２のグリッドの間の
電位差、およびリフレクター電圧の内の少なくとも１つ
の値を変更することによって、垂直加速型飛行時間型質
量分析装置の分解能を制御するようにしたので、イオン
をイオン溜に導入する導入光学系の光軸とイオン溜の中
心軸とを機械的に位置変更することなく、高分解能をよ
り安定して得ることができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＯＡ／ＴＯＦＭＳを示す図である。

【図２】本発明のＯＡ／ＴＯＦＭＳの一実施例を示す図
である。

【図３】イオン溜内におけるイオンビームの位置と分解
能との関係の一例を示す図である。

【図４】イオン溜内におけるイオンビームの位置と分解
能との関係の一例を示す図である。

【図５】イオン溜内におけるイオンビームの位置と分解
能との関係の一例を示す図である。

【図６】イオン溜内におけるイオンビームの位置と分解
能との関係の一例を示す図である。

【図７】イオン溜内におけるイオンビームの位置と分解
能との関係の一例を示す図である。

【図８】イオン溜内におけるイオンビームの位置と分解
能との関係の一例を示す図である。

【符号の説明】

１・・・外部イオン源、２・・・イオン溜、３・・・イオン押し
出しプレート、４・・・第１グリッド、５・・・第２グリッ
ド、６・・・ＴＯＦ分光部、７・・・第３グリッド、８・・・第
４グリッド、９・・・リフレクター部、１０・・・イオン検出
器、１１・・・外部イオン源の光軸、１２・・・イオン溜の中
心軸。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量分析装置に対してイオンを供給する外
部イオン源と、外部イオン源の後段に配置され、イオン
押し出しプレートと第１のグリッドにより構成されるイ
オン溜と、第１のグリッドと第２のグリッドで構成さ
れ、イオン押し出しプレートによってイオン溜から押し
出されたイオンを加速するイオン加速部と、加速された
イオンを質量分離するリフレクター飛行時間型分光部
と、質量分離されたイオンを検出するイオン検出器とか
ら成る垂直加速型飛行時間型質量分析装置において、イ
オンをイオン溜に導入する導入光学系の光軸をイオン溜
の中心軸から所定の距離だけＹ方向にずらして配置した
ことを特徴とする垂直加速型飛行時間型質量分析装置。
【請求項２】質量分析装置に対してイオンを供給する外
部イオン源と、外部イオン源の後段に配置され、イオン
押し出しプレートと第１のグリッドにより構成されるイ
オン溜と、第１のグリッドと第２のグリッドで構成さ
れ、イオン押し出しプレートによってイオン溜から押し
出されたイオンを加速するイオン加速部と、加速された
イオンを質量分離するリフレクター飛行時間型分光部
と、質量分離されたイオンを検出するイオン検出器とか
ら成る垂直加速型飛行時間型質量分析装置において、イ
オンの飛行空間全体に印加されている加速電圧、イオン
押し出しプレートと第１のグリッドの間の電位差、第１
のグリッドと第２のグリッドの間の電位差、およびリフ
レクター電圧の内の少なくとも１つの値を変更すること
によって、垂直加速型飛行時間型質量分析装置の分解能
を制御するようにしたことを特徴とする垂直加速型飛行
時間型質量分析装置。