JP2001283768A - Time of flight type mass spectrometer - Google Patents

Time of flight type mass spectrometer

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JP2001283768A
JP2001283768A JP2000097276A JP2000097276A JP2001283768A JP 2001283768 A JP2001283768 A JP 2001283768A JP 2000097276 A JP2000097276 A JP 2000097276A JP 2000097276 A JP2000097276 A JP 2000097276A JP 2001283768 A JP2001283768 A JP 2001283768A
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acceleration
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post
accelerator
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Yoshihiro Nukina
貫名義裕
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Jeol Ltd
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Jeol Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain high resolution TOFMS spectrum stably on a steady basis by incorporating a post acceleration type ion detector. SOLUTION: In a time of flight type mass spectrometer wherein an ion is flown from an ion reservoir with the multistage acceleration field and re- accelerated for detecting near the ion detector, the voltage in each acceleration field meeting secondary convergence condition corresponding to re-acceleration voltage is to be set so as to obtain resolution equivalent to that in the case of non re-acceleration.

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】本発明は多段加速部を有する
リフレクタ型分光部、ポストアクセル型イオン検出器を
組み込んだ高性能の飛行時間型質量分析計に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-performance time-of-flight mass spectrometer incorporating a reflector type spectroscopic section having a multi-stage acceleration section and a post-accelerator type ion detector.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の高速電子回路技術や真空技術の急
速な進展に伴い、飛行時間型質量分析計(TOFMS)
でも、10,000を上回る高分解能スペクトルが得ら
れるようになってきており、微量の生体高分子のソフト
イオン化法であるESI法やMALDI法により質量数
10,000〜100,000を質量分析する装置とし
て、高感度高分解能TOFMSの要望が年々強くなって
きている。高分解能マススペクトルを安定して得るため
には、優れた分光計の設計が不可欠である。周知のよう
に、TOFMS飛行方向に空間的拡がり(δ)をもつイ
オンビームでも高分解能マススペクトルを得るために
は、イオン加速部に2段加速法が採用されている。2段
加速法を採用することによって、一次の空間収束条件が
成立する。さらに2段加速法とTOFMSの分光部にミ
ラー反射型のリフレクタを使用し、このイオン光学計の
各パラメータを最適化すれば、δに関する完全二次収束
条件を満たす分光計の設計が可能である。
2. Description of the Related Art With the rapid development of high-speed electronic circuit technology and vacuum technology in recent years, a time-of-flight mass spectrometer (TOFMS) has been developed.
However, high-resolution spectra exceeding 10,000 have been obtained, and mass spectrometry of 10,000 to 100,000 by ESI or MALDI, which is a soft ionization method for a trace amount of biopolymers, has been performed. The demand for high-sensitivity, high-resolution TOFMS as an apparatus has been increasing year by year. In order to stably obtain a high-resolution mass spectrum, it is essential to design an excellent spectrometer. As is well known, in order to obtain a high-resolution mass spectrum even with an ion beam having a spatial spread (δ) in the TOFMS flight direction, a two-stage acceleration method is employed in the ion acceleration unit. By employing the two-stage acceleration method, a first-order spatial convergence condition is satisfied. Further, by using a mirror reflection type reflector in the spectroscopic part of the two-stage acceleration method and the TOFMS and optimizing each parameter of the ion optical meter, it is possible to design a spectrometer that satisfies a perfect quadratic convergence condition regarding δ. .

【0003】リフレクタ部は一段と二段型があり、二段
リフレクタ部を採用した場合、飛行してくるイオンが現
在多用されているイオン透過率約80%の2枚の金属メ
ッシュ(またはグリッド)を往復で計4回通過しなけれ
ばならない。このため、リフレクタ部だけで(1−0.
4 )×100=59%と6割弱のイオンロスが発生す
る。一方、一段リフレクタ型は一枚のメッシュがあり、
リフレクタ部のイオンロスは(1−0.82 )×100
=36%に緩和でき、イオン透過率の観点から二段型よ
りも有利である。
[0003] The reflector section has a one-stage and a two-stage type. When the two-stage reflector section is employed, two metal meshes (or grids) having an ion transmittance of about 80%, which is frequently used by flying ions, are used. You have to make a total of four round trips. Therefore, only the reflector section (1-0.
8 4 ) × 100 = 59%, a little less than 60% of ion loss occurs. On the other hand, the one-stage reflector type has one mesh,
The Ionrosu reflector portion (1-0.8 2) × 100
= 36%, which is more advantageous than the two-stage type from the viewpoint of ion transmittance.

【0004】現在質量分析計は、主として4種類のもの
が市販されている。TOFMSが磁場型MSや四重極型
MSおよびサイクロトロン共鳴型MSに対して、優れた
特徴の1つに、(電荷数が1価(z=1)のイオン(M
/z)でも測定できるイオンの)質量範囲が広いという
特徴がある(原理上は質量範囲は無限大である)。
At present, four types of mass spectrometers are commercially available. One of the outstanding features of TOFMS over a magnetic field type MS, a quadrupole type MS, and a cyclotron resonance type MS is that an ion (M = 1) (z = 1)
It has the characteristic that the mass range of ions that can be measured even with / z) is wide (in principle, the mass range is infinite).

【0005】特にMALDI/TOFMSでは、質量数
Mが数万〜十万の生体高分子も容易にイオン化でき、簡
単に質量分析できるようになっており、小型蛋白の1次
構造解析に不可欠な分析装置として定着している。この
ようなTOFMSのイオン検出器としては、2次電子増
倍管である電子増倍管(EM管)やマイクロチャンネル
プレート(MCP)が使用される。
In particular, in MALDI / TOFMS, biomolecules having a mass number M of tens of thousands to hundreds of thousands can be easily ionized and mass spectrometry can be easily performed, which is indispensable for primary structure analysis of small proteins. Established as a device. As such a TOFMS ion detector, an electron multiplier (EM tube) as a secondary electron multiplier or a microchannel plate (MCP) is used.

【0006】しかし、10,000を越える高質量イオ
ンを、EM管やMCPのイオン検出器を使用して効率よ
く検出し、イオン電子変換して適切な感度で測定するに
は、飛来してくるイオンの飛行速度を104 m/s以上
でイオン検出器表面に打ち込む必要がある。例えば、質
量Mの一価(z=1)のイオンM/sの速度v0 はイオ
ン加速電圧U0 で加速された場合、(1)式 v0 =1.4×104 (U0 /M)1/2 ……(1) (U0 :ボルト,M:ダルトン)で与えられ、質量Mが
大きくなるほどv0 は小さくなる。(1)式から、例え
ばM/z≒10,000のイオンはU0 ≧5000ボル
トで、M/z≒100,000のイオンはU0 ≧50,
000ボルト(50kV)で加速されることが望まし
い。
However, in order to efficiently detect high-mass ions exceeding 10,000 using an ion detector of an EM tube or MCP and convert them to ion-electrons and measure them with an appropriate sensitivity, flying comes. It is necessary to implant ions at the ion detector surface at a flight speed of 10 4 m / s or more. For example, when the velocity v 0 of the monovalent (z = 1) ion M / s of the mass M is accelerated by the ion acceleration voltage U 0 , the equation (1) v 0 = 1.4 × 10 4 (U 0 / M) 1/2 (1) (U 0 : Volt, M: Dalton), and v 0 decreases as the mass M increases. From equation (1), for example, ions of M / z ≒ 10,000 have U 0 ≧ 5000 volts, and ions of M / z ≒ 100,000 have U 0 ≧ 50,
It is desirable to accelerate at 000 volts (50 kV).

【0007】しかしながら、イオン加速部を50kVの
極めて高電位に保つことは実用的な装置設計上必ずしも
得策ではない。即ち、イオン加速部には当然試料導入部
が付属しており、これらを含めた各部品の放電対策コス
トが大きくなる。特に汎用装置では、イオン加速部はで
きる限り低い電圧にしたい。その代償にイオン検出部の
イオン検出器をイオンの極性と逆極性の高電位に保ち、
一旦、比較的低い電圧でもってイオン加速部で加速され
たイオンの速度をイオン検出器のごく近傍で再加速する
方法(ポストアクセル法)が知られており、すでに磁場
型や4重極型MSでは高感度イオン検出器として、また
高質量イオン検出器として多用されており、ポストアク
セル検出器、あるいは単に高感度イオン検出器と呼ばれ
ることもある。
However, keeping the ion accelerating section at an extremely high potential of 50 kV is not always advantageous in terms of practical apparatus design. That is, a sample introduction unit is naturally attached to the ion accelerating unit, and the cost for discharging measures of each component including these components is increased. In particular, in a general-purpose device, it is desired that the voltage of the ion acceleration unit be as low as possible. At the expense of keeping the ion detector of the ion detector at a high potential opposite to the polarity of the ion,
A method of re-accelerating the velocity of the ions once accelerated by the ion accelerating unit at a relatively low voltage in the vicinity of the ion detector (post-acceleration method) is already known, and a magnetic field type or quadrupole type MS has already been known. Are often used as high-sensitivity ion detectors and high-mass ion detectors, and are sometimes called post-accelerator detectors or simply high-sensitivity ion detectors.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ポストアクセル検出器
を考慮した2次イオン光学計は提案されているが、実用
上の観点からTOFMS装置についてはまだ提案されて
いない。即ち、イオン検出器近傍で再加速するためのポ
ストアクセル電圧Udを高くすればする程、より高質量
イオンがより感度よく測定できるが、イオン加速部と同
様に、ポストアクセル部の放電の問題がある。特にイオ
ン検出部で放電が生ずると、高価なイオン検出器や、後
続の高速電気回路の破壊を招くことになる。
Although a secondary ion optical meter considering a post-accelerator detector has been proposed, a TOFMS apparatus has not been proposed yet from a practical viewpoint. That is, the higher the post-accelerator voltage Ud for re-acceleration near the ion detector, the higher the mass of ions can be measured with higher sensitivity. is there. In particular, when a discharge occurs in the ion detector, an expensive ion detector or a subsequent high-speed electric circuit is destroyed.

【0009】また、更に近年特に注目されている液体ク
ロマトグラフとTOFMSとを結合した場合、TOFは
垂直加速型TOFMSが用いられる。この場合、特に外
部イオン源から試料や移動相溶媒由来の大量の中性分子
やイオンが直接飛来してくる2段加速部領域は勿論のこ
と、常時高真空を維持したい分光部およびイオン検出部
も真空度が低下する。このため分析対象となる試料の質
量や、維持できる真空度、質量由来の周辺の汚れの程度
に応じてイオン検出部のポストアクセル電圧を増減でき
ることが望ましい。特に、分析対象となる試料イオンの
質量に過剰なポストアクセル電圧は不要であり、分析対
象に応じて適切なポストアクセル電圧を簡便に選定でき
る機能を有することが望ましい。しかし、単にポストア
クセル電圧を勝手に変えることは、イオン光学上の制約
から必然的に分解能を低下させる(2次収束条件が崩れ
る)。
Further, when a liquid chromatograph, which has been particularly noticed in recent years, and a TOFMS are combined, a vertical acceleration TOFMS is used as the TOF. In this case, in particular, the two-stage accelerator region where a large amount of neutral molecules and ions derived from the sample and the mobile phase solvent directly fly from the external ion source, as well as the spectroscopic unit and ion detection unit that want to maintain a high vacuum at all times. The degree of vacuum also decreases. For this reason, it is desirable that the post-accelerator voltage of the ion detection unit can be increased or decreased according to the mass of the sample to be analyzed, the degree of vacuum that can be maintained, and the degree of contamination around the mass. In particular, an excessive post-accelerator voltage is not necessary for the mass of the sample ions to be analyzed, and it is desirable to have a function capable of easily selecting an appropriate post-accelerator voltage according to the analysis target. However, simply changing the post-accelerator voltage inevitably lowers the resolution due to restrictions on ion optics (secondary convergence conditions are broken).

【0010】本発明は上記課題を解決するためのもの
で、ポストアクセル型イオン検出器を組み込み、常時安
定して高分解能TOFMSスペクトルを取得できるよう
にすることを目的とする。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to incorporate a post-accelerator type ion detector so that a high-resolution TOFMS spectrum can be constantly and stably obtained.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、多段加速場に
よりイオン溜からイオンを飛行させ、イオン検出器近傍
で再加速して検出する飛行時間型質量分析計であって、
再加速電圧に応じて2次収束条件を満たす各加速場の電
圧を設定するようにして、再加速しない場合と同等の分
解能が得られるようにしたことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is a time-of-flight mass spectrometer that flies ions from an ion reservoir by a multi-stage acceleration field and detects the ions by re-acceleration near an ion detector.
The voltage of each acceleration field that satisfies the secondary convergence condition is set according to the re-acceleration voltage, so that the same resolution as in the case where no re-acceleration is performed is obtained.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0013】図1は本発明の飛行時間型質量分析の基本
構成を示す図、図2は分析対象イオンが正の場合に各部
に供給する電圧および電源を示す基本構成図である。図
1において、EI,CI,FAB,ESI,APCI等
の外部イオン源1で生成し、加速されたイオンビームを
X方向に飛行させてイオン溜2に導入するか、あるいは
MALDIで生成されたイオンがイオン溜2内に存在し
ている。このイオン溜2はプッシュアウトプレート3と
グリッドG1で構成されている。イオンビームを外部イ
オン源1からイオン溜2内にドリフトさせる場合は、プ
ッシュアウトプレートとグリッドG1は同電位に保つよ
うにする。イオン溜2と高真空に維持されているTOF
MS分光部6の光軸(Y方向)とは直交している。従っ
て、TOFMS分光部にイオンを走行させる場合には、
ドリフト走行するイオンビームがイオン溜2をある一定
時間充満させた後、プッシュアウトプレート3にイオン
と同極性の電圧を印加してグリッドG1との間に電位差
U1を与える。同時にグリッドG1(4)とグリッドG
2(5)間に電位差U2を与えてTOFMS分光部6を
飛行させ、グリッドG3(7)を通ってリフレクタ部9
で180度反射した後、グリッドG5(10)を通した
後、イオン検出器11でイオン信号を検出し、質量分析
を行う。なお、グリッドG4(8)はリフレクタ部で過
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、本発明においては、必要不可欠なものでは
ない。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of a time-of-flight mass spectrometer of the present invention, and FIG. 2 is a basic configuration diagram showing a voltage and a power supply supplied to each section when ions to be analyzed are positive. In FIG. 1, an ion beam generated by an external ion source 1 such as EI, CI, FAB, ESI, or APCI is introduced into an ion reservoir 2 by flying an accelerated ion beam in the X direction, or ions generated by MALDI. Exists in the ion reservoir 2. This ion reservoir 2 includes a push-out plate 3 and a grid G1. When drifting the ion beam from the external ion source 1 into the ion reservoir 2, the push-out plate and the grid G1 are kept at the same potential. Ion reservoir 2 and TOF maintained in high vacuum
The optical axis (Y direction) of the MS spectral unit 6 is orthogonal to the optical axis. Therefore, when traveling ions through the TOFMS spectroscopic unit,
After the drift traveling ion beam fills the ion reservoir 2 for a certain period of time, a voltage having the same polarity as that of the ions is applied to the push-out plate 3 to give a potential difference U1 to the grid G1. At the same time, grid G1 (4) and grid G
The TOFMS spectroscopy unit 6 is caused to fly by giving a potential difference U2 between 2 (5) and the reflector unit 9 is passed through the grid G3 (7).
After reflection by 180 degrees, the ion signal is detected by the ion detector 11 and mass analysis is performed after passing through the grid G5 (10). The grid G4 (8) has a function of discarding ions having excessive kinetic energy to the outside in the reflector portion, but is not indispensable in the present invention.

【0014】分析対象イオンの電荷が正の場合は、各部
に供給する電圧および電源は図2に示す通りである。即
ち、グリッドG2(5)、グリッドG3(7)を接地電
位とし、これに対してプッシュアウトプレート3の電圧
をU1、グリッドG1(4)の電圧をU2、イオン検出
器11の電圧をU5、グリッドG4(8)の電圧をU4
とする。分析対象イオンの極性が負の場合には、U1〜
U5は全て図2と逆極性の電圧となる。一段加速部のギ
ャップd1 、二段加速場のギャップd2 、グリッドG2
(5)とグリッドG3(7)間の距離d3 /2(ドリフ
ト空間距離d3)、リフレクタ長d4 である。
When the charge of the ion to be analyzed is positive, the voltage and power supply supplied to each section are as shown in FIG. That is, the grid G2 (5) and the grid G3 (7) are set to the ground potential, the voltage of the push-out plate 3 is U1, the voltage of the grid G1 (4) is U2, and the voltage of the ion detector 11 is U5. The voltage of grid G4 (8) is changed to U4
And If the polarity of the ion to be analyzed is negative,
U5 all have voltages of the opposite polarity to FIG. Gap d 1 of one step accelerating portion, the gap d 2 of the two-stage acceleration field, grid G2
(5) the grid G3 (7) Distance d 3/2 (drift space distance d 3) between a reflector length d 4.

【0015】また、SW1はプッシュアウトプレート3
に印加する電圧の切替え用スイッチで、SW1がU1を
供給した場合、イオンはTOFMS分光部6の方向に加
速排出される。質量Mダルトンの1価のイオン(M+
が(1)式に従って加速エネルギーeU0 を与えられ、
グリッドG5(10)をv0 の速度で通過した後、ポス
トアクセルされ、最終的なイオン検出器11上での速度
をvd とすると、vdは(2)式で与えられる。
SW1 is a push-out plate 3
When the switch SW1 supplies U1, the ions are accelerated and discharged in the direction of the TOFMS spectroscopy unit 6. Monovalent ion of mass M Dalton (M + )
Is given acceleration energy eU 0 according to equation (1),
After passing through the grid G5 (10) at the speed of v 0 , post-acceleration is performed. Assuming that the final speed on the ion detector 11 is v d , v d is given by equation (2).

【0016】 vd =1.4×104 (|U0 −U5 |)1/2 /M(m/s) ……(2) (U0 ,U5 :ボルト,M:ダルトン) U0 は固定とすると、逆極性の電圧U5 をユーザーの希
望条件にそって可変することになる。
V d = 1.4 × 10 4 (| U 0 −U 5 |) 1/2 / M (m / s) (2) (U 0 , U 5 : bolt, M: Dalton) U 0 When fixed, the varying along the voltage U 5 of opposite polarity to the user's desired conditions.

【0017】次にポストアクセル時の2次収束条件を満
たすための各パラメータの設定について説明する。ポス
トアクセルを考慮した場合と、考慮しない場合とそれぞ
れの場合に一義的に決まる2次収束条件を満足するTO
FMSのイオン光学パラメータは必然的に異なる。ま
た、ポストアクセルの電圧をリニアに変化させた場合、
新たに2次収束条件を一義的に決定するイオン光学パラ
メータはどのように変化するかを検討する。各パラメー
タを以下のように設定する。 全飛行時間:T=T(k) 中心イオン加速電圧:U0 一段加速部電圧:U1 =αU0 、一段加速場のギャップ:d1 二段加速部の電圧:U1 =βU0 、二段加速場のギャップ:d2 一段加速場内のイオンビームの中心位置の係数:f(0<f<1) U0 =(fα+β)U0 、即ちfα+β=1、fα=α1、よってα1+β=1 一段加速場内のビーム中心位置からの広がり係数:k=(1+δ) 一段加速場内のイオンビーム位置の広がり:δ×f×d1 ドリフト空間距離:d3 中心ビームのドリフト空間飛行速度:v0 (k=1におけるイオンの最終速度) リフレクタ電圧:U4 =ρU0 、リフレクタ長:d4 ポストアクセル部電圧:Ud =U5 =γU0 (γは再加速係数として与える) ポストアクセル部空間距離:d5 このようなパラメータから計算されるイオン出射点から
ポストアクセルを考慮したイオン検出器までの全飛行時
間Tは(3)式で与えられる。
Next, setting of each parameter for satisfying the secondary convergence condition at the time of post-acceleration will be described. A TO that satisfies the secondary convergence condition that is uniquely determined in each case when the post-accelerator is considered and when it is not considered.
The ion optical parameters of FMS are necessarily different. Also, when the post-accelerator voltage is changed linearly,
A study will be made on how the ion optical parameter that uniquely determines the secondary convergence condition changes. Set each parameter as follows. Total flight time: T = T (k) Central ion acceleration voltage: U 0 Single-stage acceleration unit voltage: U 1 = αU 0 , single-stage acceleration field gap: d 1 Double-stage acceleration unit voltage: U 1 = βU 0 , 2 Step acceleration field gap: d 2 Coefficient of the center position of the ion beam in the single step acceleration field: f (0 <f <1) U 0 = (fα + β) U 0 , that is, fα + β = 1, fα = α1, and α1 + β = 1 Spread coefficient from the beam center position in the single-stage acceleration field: k = (1 + δ) Spread of the ion beam position in the single-stage acceleration field: δ × f × d 1 Drift space distance: d 3 Drift space flight velocity of the center beam: v 0 ( Final velocity of ions at k = 1) Reflector voltage: U 4 = ρU 0 , Reflector length: d 4 Post-accelerator voltage: U d = U 5 = γU 0 (γ is given as a re-acceleration coefficient) Post-accelerator space : d 5 is calculated from these parameters That total flight time T from the ion exit point to the ion detector in consideration of the post-accelerator is given by equation (3).

【0018】[0018]

【数1】 (3)式において、括弧内の第1項は一段加速場での飛
行距離、第2項は二段加速場での正味の飛行距離、第3
項は自由空間での飛行距離、第4項はリフレクタ部での
飛行距離、第5項はポストアクセル部での飛行距離で、
これらの総和を中心ビームのドリフト空間飛行速度v0
で除することにより全飛行時間Tが求められる。ここ
で、T=T(k)と置き、T(k)をkに関して羃級数
展開を行う。次にk=1とし、{dT(k)/dk}
k=1 =0と、{d2 T(k)/d2 k}k=1 =0の連立
方程式を解けば、完全2次収束条件が求まる。そしてγ
≠0の実数値を与えれば、α1 、α、βおよびρが決ま
り、U0 、U1 、U2 、U4 、U5 の値が決まる。
(Equation 1) In Equation (3), the first term in parentheses is the flight distance in the single-stage acceleration field, the second term is the net flight distance in the two-stage acceleration field,
The term is the flight distance in free space, the fourth term is the flight distance in the reflector section, the fifth term is the flight distance in the post-accelerator section,
The sum of these is calculated as the drift space flight velocity v 0 of the center beam.
To obtain the total flight time T. Here, T = T (k) is set, and T (k) is exponentially expanded with respect to k. Next, k = 1, and {dT (k) / dk}
By solving a simultaneous equation of k = 1 = 0 and {d 2 T (k) / d 2 k} k = 1 = 0, a complete quadratic convergence condition can be obtained. And γ
Given a real value of ≠ 0, α 1 , α, β and ρ are determined, and the values of U 0 , U 1 , U 2 , U 4 and U 5 are determined.

【0019】今、TOFのイオン光学パラメータd1
6.5mm、d2 =58.5mm、d3 =1000m
m、d4 =219mm、f=0.53846とし、ポス
トアクセルパラメータγ=0(d5 =0)の場合と、γ
=0.5〜3.0の計算例を表1に示す。
Now, the ion optical parameter of TOF d 1 =
6.5 mm, d 2 = 58.5 mm, d 3 = 1000 m
m, d 4 = 219 mm, f = 0.53846, the post-accelerator parameter γ = 0 (d 5 = 0), and γ
= 0.5 to 3.0 are shown in Table 1.

【0020】[0020]

【表1】 この表の各パラメータはイオンの一段加速部でのイオン
の広がり(δ)に関して1次と2次の収束係数は必ず0
になる条件である。なお、δ3 、δ4 、δ5 、に対応す
る行の数値はδに関する3次以上の各収差係数を示して
いる。またLは実行飛行距離の計算結果であり、単位は
mmである。
[Table 1] The parameters in this table are such that the primary and secondary convergence coefficients for the ion spread (δ) at the single-stage acceleration part of the ion are always 0.
Condition. The numerical values in the rows corresponding to δ 3 , δ 4 , δ 5 indicate the third-order or higher order aberration coefficients for δ. L is the calculation result of the effective flight distance, and the unit is mm.

【0021】表1よりポストアクセル係数γの値の変化
に対して、完全2次収束条件を満たすには、ρの値のみ
変えれば良いことがわかる。また、ポストアクセル機能
を付加した場合は、当然実行飛行距離Lが若干変化す
る。一方、γを変えたときの質量分解能{R(γ)}は
表1のLとδ3 、δ4 、δ5 の係数から算出でき、図3
に、γ=0(ポストアクセル機能なし)(図3(a))
とγ=2.0(ポストアクセル機能付き)(図3
(b))の条件でもって得られる分解能を示す。なお、
図の横軸はイオンの初期広がり(mm)である。図3か
ら分かるように、ポストアクセル機能付きであっても、
所定の条件によりポストアクセル機能なしの場合と同じ
分解能が得られることがわかる。また、表1に示したγ
=0.5〜3.0に対して大きく連動する2種類のパラ
メータρ(リフレクタ電圧係数)とL(実行飛行距離)
の挙動を図4に示す。表1に示したように、αとβのγ
に対する変化はρと比べて微小であるが、やはりγに対
してリニアな関係にない。従って、ポストアクセル係数
γに1:1U 対応したα、β、ρから算出できる
1 、U 2 、U4 を正確に設定できなければ得られる分
解能は悪化する。従って、ポストアクセル電圧U5 と連
動したU1 、U2 、U4 のテーブルを予め作成してお
き、測定者が希望選択したγの値に応じたU1 、U2
4 の電圧を速やかにまたは自動的に連動設定できる機
能を持たせることにより、常時安定てた高分解能スペク
トルを取得できるTOFMSを提供可能である。
From Table 1, changes in the value of the post-acceleration coefficient γ
To satisfy the perfect quadratic convergence condition, only the value of ρ
You can see that it should be changed. Also, post-accelerator function
Of course, the effective flight distance L slightly changes.
You. On the other hand, the mass resolution {R (γ)} when γ is changed is
L and δ in Table 1Three, ΔFour, ΔFiveCan be calculated from the coefficient of FIG.
Γ = 0 (no post-accelerator function) (FIG. 3 (a))
And γ = 2.0 (with post-accelerator function) (Fig. 3
The resolution obtained under the condition (b) is shown. In addition,
The horizontal axis in the figure is the initial spread (mm) of the ions. Fig. 3
As you can see, even with the post-accelerator function,
Same as without post-acceleration function according to the specified conditions
It can be seen that the resolution can be obtained. In addition, γ shown in Table 1
= Two types of parameters that greatly interlock with 0.5 to 3.0
Meter ρ (reflector voltage coefficient) and L (effective flight distance)
Is shown in FIG. As shown in Table 1, γ of α and β
Is small compared to ρ, but also
And there is no linear relationship. Therefore, the post-acceleration coefficient
Calculated from α, β, and ρ corresponding to 1: 1 U for γ
U1, U Two, UFourCan be obtained if you cannot set
The resolution deteriorates. Therefore, the post-accelerator voltage UFiveAnd ream
U moved1, UTwo, UFourCreate a table in advance
U according to the value of γ selected by the operator1, UTwo,
UFourA machine that can set the voltage of the system quickly or automatically
High-resolution specs that are always stable
It is possible to provide a TOFMS that can acquire the torque.

【0022】なお、上記説明においては、垂直加速型の
例について説明したが、本発明はこれに限定されるもの
でもなく、MALDI、TOFMSのような一段加速部
のイオンの広がりが点光源のような場合にもそのまま適
用可能である。また、上記説明では、2段加速の例につ
いて説明したが、本発明は3段以上の多段加速に適用可
能であることは言うまでもない。
In the above description, the example of the vertical acceleration type has been described. However, the present invention is not limited to this, and the spread of ions in a single-stage acceleration unit such as MALDI or TOFMS is similar to that of a point light source. In other cases, the method can be applied as it is. In the above description, an example of two-stage acceleration has been described, but it is needless to say that the present invention is applicable to three or more stages of multi-stage acceleration.

【0023】[0023]

【発明の効果】以上のように本発明よればα、βおよび
ρはγとリニアな関係でなく、またポストアクセル係数
γに対応し、α、βおよびρを一義的に算出することが
でき、さらにα、βおよびρから導かれる各部の電圧値
を正確に設定する必要があり、各部の電圧値がγに対応
して正確に設定できれば、ポストアクセルイオン検出器
を使用して得られるマススペクトルの分解能はポストア
クセル型イオン検出器を全く考慮しない条件で得られる
分解能と同等の分解能を達成することができる。このこ
とを実際のTOFMS装置において実現するためには、
選択されたポストアクセル電圧と連動したU1、U2、
U4電圧を自動的に専用計算ルーチンで算出するか、ま
たは一覧テーブルを予め作成しておおき、測定者が希望
するポストアクセル電圧に応じて各部電圧を自動的に連
動して設定できる機能を持った電源を組み合わせ、この
とによって所望の質量範囲に対して、また所望の外部イ
オン源が必然的に伴う分析条件での真空度の低下等を考
慮しても、常時安定した高分解能TOFMSスペクトル
を取得できる条件を速やかに得ることができる。
As described above, according to the present invention, α, β and ρ are not linearly related to γ and correspond to the post-acceleration coefficient γ, so that α, β and ρ can be uniquely calculated. Further, it is necessary to accurately set the voltage value of each unit derived from α, β and ρ, and if the voltage value of each unit can be set accurately corresponding to γ, the mass obtained using the post-accelerator ion detector The resolution of the spectrum can achieve the same resolution as that obtained under the condition where the post-accelerator ion detector is not considered at all. In order to realize this in an actual TOFMS device,
U1, U2 in conjunction with the selected post-accelerator voltage,
U4 voltage is automatically calculated by a dedicated calculation routine, or a list table is prepared in advance, and a function is provided in which the voltage of each section can be automatically set in conjunction with the post-accelerator voltage desired by the measurer. By combining power supplies, this ensures that a stable, high-resolution TOFMS spectrum is always obtained, even for the desired mass range and in consideration of a decrease in the degree of vacuum under analytical conditions that necessarily involve the desired external ion source. Possible conditions can be obtained quickly.

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

【図1】 本発明の飛行時間型質量分析の基本構成を示
す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of time-of-flight mass spectrometry of the present invention.

【図2】 分析対象イオンが正の場合の各部に供給する
電圧および電源を示した基本構成図である。
FIG. 2 is a basic configuration diagram showing a voltage and a power supply to be supplied to each unit when the ion to be analyzed is positive.

【図3】 γ=0(ポストアクセル機能なし)とγ=
2.0(ポストアクセル機能付き)の条件で得られる分
解能をそれぞれ示す図である。
FIG. 3 γ = 0 (no post-acceleration function) and γ =
It is a figure which shows the resolution obtained on condition of 2.0 (with a post-acceleration function), respectively.

【図4】 2種類のパラメータρ(リフレクタ電圧係
数)とL(実行飛行距離)の挙動を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing behaviors of two kinds of parameters ρ (reflector voltage coefficient) and L (effective flight distance).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…外部イオン源、2…イオン溜、3…プッシュアウト
プレート、 4,5,7,8,10…グリッド、6…T
OFMS分光部、9…リフレクタ部、11…イオン検出
器、12…イオン溜中心。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... External ion source, 2 ... Ion reservoir, 3 ... Push-out plate, 4, 5, 7, 8, 10 ... Grid, 6 ... T
OFMS spectroscopy unit, 9: reflector unit, 11: ion detector, 12: center of ion reservoir.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多段加速場によりイオン溜からイオンを
飛行させ、イオン検出器近傍で再加速して検出する飛行
時間型質量分析計であって、再加速電圧に応じて2次収
束条件を満たす各加速場の電圧を設定するようにしたこ
とを特徴とする飛行時間型質量分析計。
1. A time-of-flight mass spectrometer in which ions are flown from an ion reservoir by a multi-stage acceleration field and re-accelerated and detected near an ion detector, wherein a secondary convergence condition is satisfied according to a re-acceleration voltage. A time-of-flight mass spectrometer characterized in that the voltage of each acceleration field is set.
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