JP2002042723A - 垂直加速型飛行時間型質量分析装置 - Google Patents
垂直加速型飛行時間型質量分析装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】イオン溜を構成している平行な２枚のプレート
（イオン押し出しプレートと第１のグリッド）が仮に帯
電しても、ターンアラウンド効果に基づいてＯＡ／ＴＯ
ＦＭＳの分解能が低下することのないＯＡ／ＴＯＦＭＳ
を提供する。 【解決手段】外部イオン源と、外部イオン源で発生した
イオンを滞在させる空間と、該空間からイオンをパルス
的に加速して取り出すために該空間を挟んで対向配置さ
れるイオン押し出しプレートとグリッドにより構成され
るイオン溜と、グリッドを介して取り出されたイオンを
質量分離する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、イオン押し出しプレートと
グリッドを共にほぼ同じ帯電確率を有する金属細線群で
構成した。
（イオン押し出しプレートと第１のグリッド）が仮に帯
電しても、ターンアラウンド効果に基づいてＯＡ／ＴＯ
ＦＭＳの分解能が低下することのないＯＡ／ＴＯＦＭＳ
を提供する。 【解決手段】外部イオン源と、外部イオン源で発生した
イオンを滞在させる空間と、該空間からイオンをパルス
的に加速して取り出すために該空間を挟んで対向配置さ
れるイオン押し出しプレートとグリッドにより構成され
るイオン溜と、グリッドを介して取り出されたイオンを
質量分離する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、イオン押し出しプレートと
グリッドを共にほぼ同じ帯電確率を有する金属細線群で
構成した。
Description
【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。
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電界を印加し、イオンのドリフト
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 ＴＯＦＭＳ：Ｏ
Ａ／ＴＯＦＭＳ）と呼んでいる。
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電界を印加し、イオンのドリフト
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 ＴＯＦＭＳ：Ｏ
Ａ／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。
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：ＵP）を印加し、イオンにドリフト方向（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。
トし、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：ＵP）を印加し、イオンにドリフト方向（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
ｅ＊Ｕ0（＝数ｋｅＶ〜１０ｋｅＶ）の運動エネルギー
を持った状態で、マイクロ・チャンネル・プレート（Ｍ
ＣＰ）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。
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
ｅ＊Ｕ0（＝数ｋｅＶ〜１０ｋｅＶ）の運動エネルギー
を持った状態で、マイクロ・チャンネル・プレート（Ｍ
ＣＰ）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に対応する一定の運
動エネルギーｅ＊Ｕ0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。
第２のグリッド５の間の電位差Ｕ0に対応する一定の運
動エネルギーｅ＊Ｕ0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】ＯＡ／ＴＯＦＭＳで
は、外部イオン源１のイオン加速電圧（Ｕi）は、一般
に、Ｕi≦３０〜４０Ｖに設定するが、できる限り低く
することが望ましい。その理由は主に３点ある。まず、
第１の理由は、限られた長さ（数十ｍｍ）のイオン溜２
における単位長さあたりのイオンの通過時間を小さくす
ることで、イオン溜２内にできるだけ多くのイオンを溜
め込ませることができることである。イオン溜２内に多
くのイオンが溜め込まれれば、その分だけＭＳの信号強
度が強くなり、感度を稼ぐことができる。
は、外部イオン源１のイオン加速電圧（Ｕi）は、一般
に、Ｕi≦３０〜４０Ｖに設定するが、できる限り低く
することが望ましい。その理由は主に３点ある。まず、
第１の理由は、限られた長さ（数十ｍｍ）のイオン溜２
における単位長さあたりのイオンの通過時間を小さくす
ることで、イオン溜２内にできるだけ多くのイオンを溜
め込ませることができることである。イオン溜２内に多
くのイオンが溜め込まれれば、その分だけＭＳの信号強
度が強くなり、感度を稼ぐことができる。
【０００８】次に、第２の理由は、ＴＯＦ分光部６の製
作上のメリットが大きいことである。すなわち、図１で
イオン溜２をＹ方向に飛び出したイオンの飛行軌道は、
（１）式で与えられるようなＹ軸に対する傾斜角度θ
TOFを持つ。 θTOF ＝ ｔａｎ-1｛Ｕi／（ＵP−Ｕ2）｝・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１） ただし、ここで、ＵPは、イオン押し出しプレート３に
印加されるPush-outパルス電圧、Ｕ2は、第２のグリッ
ド５に印加されている電圧を表わす。Ｕiの値が小さけ
れば、θTOFもまた小さな値になる。θTOFが小さけれ
ば、イオンの飛行方向はイオン溜２の軸方向（Ｘ方向）
に対して直角に近づき、ＴＯＦ分光部６を含むＴＯＦＭ
Ｓ装置全体がコンパクトにまとまりやすい。
作上のメリットが大きいことである。すなわち、図１で
イオン溜２をＹ方向に飛び出したイオンの飛行軌道は、
（１）式で与えられるようなＹ軸に対する傾斜角度θ
TOFを持つ。 θTOF ＝ ｔａｎ-1｛Ｕi／（ＵP−Ｕ2）｝・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１） ただし、ここで、ＵPは、イオン押し出しプレート３に
印加されるPush-outパルス電圧、Ｕ2は、第２のグリッ
ド５に印加されている電圧を表わす。Ｕiの値が小さけ
れば、θTOFもまた小さな値になる。θTOFが小さけれ
ば、イオンの飛行方向はイオン溜２の軸方向（Ｘ方向）
に対して直角に近づき、ＴＯＦ分光部６を含むＴＯＦＭ
Ｓ装置全体がコンパクトにまとまりやすい。
【０００９】第３の理由は、Ｕiの値を小さくすると、
ターンアラウンド効果（Turn aroundeffect）を小さく
できることである。ターンアラウンド効果とは、ＴＯＦ
分光部６を飛行するイオンが持っているＹ方向の運動エ
ネルギーのばらつきが、ＴＯＦＭＳスペクトルの線幅を
広げ、質量分解能を低下させる現象のことである。Ｕ i
の値を小さくするとターンアラウンド効果を小さく抑え
られる理由は、以下の通りである。
ターンアラウンド効果（Turn aroundeffect）を小さく
できることである。ターンアラウンド効果とは、ＴＯＦ
分光部６を飛行するイオンが持っているＹ方向の運動エ
ネルギーのばらつきが、ＴＯＦＭＳスペクトルの線幅を
広げ、質量分解能を低下させる現象のことである。Ｕ i
の値を小さくするとターンアラウンド効果を小さく抑え
られる理由は、以下の通りである。
【００１０】図２に示すように、外部イオン源１から出
射されたイオンが、仮想クロスポイントを通過し、イオ
ン溜２の幅ｄ1いっぱいにまで広がったイオンビームと
なってイオン溜２に取り込まれる場合のイオンビームの
最大開き角をθiとすると、イオン溜２内でのＹ方向の
最大速度成分Ｕyは、（２）式で近似される。 Ｕy ＝ ±Ｕi＊ｓｉｎθi ≒ ±Ｕi＊θi・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２） ただし、ここでθiは、０≦θi≪１である。従って、Ｕ
yは近似的に（３）式で表わされる。 Ｕy ≦ ｜±Ｕi＊θi｜・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３） 通常、ＯＡ／ＴＯＦＭＳでは、イオンがイオン溜２に入
射する以前に、予め静電収束レンズなどを配置する等の
工夫をすることにより、イオン溜２内を走行するイオン
のＹ軸に対する角度θiが１／３００ラジアン以下、も
しくは１／１０００ラジアン程度になるような努力が払
われる。しかし、いくらθiを小さくしても、Ｕiが大き
くなると、イオン溜２内でのイオンのＹ方向の速度成分
（Ｕy）の絶対値は大きくなるのが、（３）式から見て
必然である。
射されたイオンが、仮想クロスポイントを通過し、イオ
ン溜２の幅ｄ1いっぱいにまで広がったイオンビームと
なってイオン溜２に取り込まれる場合のイオンビームの
最大開き角をθiとすると、イオン溜２内でのＹ方向の
最大速度成分Ｕyは、（２）式で近似される。 Ｕy ＝ ±Ｕi＊ｓｉｎθi ≒ ±Ｕi＊θi・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２） ただし、ここでθiは、０≦θi≪１である。従って、Ｕ
yは近似的に（３）式で表わされる。 Ｕy ≦ ｜±Ｕi＊θi｜・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３） 通常、ＯＡ／ＴＯＦＭＳでは、イオンがイオン溜２に入
射する以前に、予め静電収束レンズなどを配置する等の
工夫をすることにより、イオン溜２内を走行するイオン
のＹ軸に対する角度θiが１／３００ラジアン以下、も
しくは１／１０００ラジアン程度になるような努力が払
われる。しかし、いくらθiを小さくしても、Ｕiが大き
くなると、イオン溜２内でのイオンのＹ方向の速度成分
（Ｕy）の絶対値は大きくなるのが、（３）式から見て
必然である。
【００１１】ここで、ＵyがＯＡ／ＴＯＦＭＳの質量分
解能に及ぼす影響を具体的に述べる。ターンアラウンド
効果を考慮しない場合のイオン（質量電荷比：ｍ／ｅ）
がイオン検出器１０に到達するまでの飛行時間をＴ
（ｋ）、ターンアラウンド効果を考慮した場合のイオン
がイオン検出器１０に到達するまでの飛行時間をＴ
（Ｋ）とすると、Ｔ（Ｋ）は（４）式で表わされる。
解能に及ぼす影響を具体的に述べる。ターンアラウンド
効果を考慮しない場合のイオン（質量電荷比：ｍ／ｅ）
がイオン検出器１０に到達するまでの飛行時間をＴ
（ｋ）、ターンアラウンド効果を考慮した場合のイオン
がイオン検出器１０に到達するまでの飛行時間をＴ
（Ｋ）とすると、Ｔ（Ｋ）は（４）式で表わされる。
【００１２】 Ｔ（Ｋ） ＝ Ｔ（ｋ）−（α＊ｍ＊Ｕy）／２＊ｅ＊Ｕ0・・・・・・・・（４） （４）式の第２項がターンアラウンド効果による飛行時
間のずれをもたらし、最終イオン検出位置において、イ
オンの飛行時間幅の広がりを招く要因となり、ＯＡ／Ｔ
ＯＦＭＳの質量分解能を低下させることになる。（４）
式のＵyは、（２）式より、Ｕiに比例して増減するた
め、Ｔ（Ｋ）の時間的広がりを狭めるためには、Ｕiは
低い電圧に設定する方が望ましいことは明らかである。
間のずれをもたらし、最終イオン検出位置において、イ
オンの飛行時間幅の広がりを招く要因となり、ＯＡ／Ｔ
ＯＦＭＳの質量分解能を低下させることになる。（４）
式のＵyは、（２）式より、Ｕiに比例して増減するた
め、Ｔ（Ｋ）の時間的広がりを狭めるためには、Ｕiは
低い電圧に設定する方が望ましいことは明らかである。
【００１３】ところで、イオンの加速電圧Ｕiが低い
と、帯電電圧によるイオンの飛行軌道の偏向量が増大す
る。ＥＩ、ＣＩ、ＥＳＩ、ＦＡＢ、ＩＣＰなどの各種イ
オン源は、大量の中性粒子やイオンを発生し、イオン溜
２に導入させている。イオン溜２に導入された大量の中
性粒子やイオンの一部は、図２に示すように、イオン溜
２を構成する２枚の平行に置かれたプレート（イオン押
し出しプレート３と第１のグリッド４）に衝突し、付着
することにより、帯電電圧が発生する原因となる。発生
する帯電電圧の大きさは、プレートに使用される材質の
表面に形成される酸化皮膜や、質量分析対象の有機物、
水、有機溶媒などの中性粒子の付着度によって異なる。
と、帯電電圧によるイオンの飛行軌道の偏向量が増大す
る。ＥＩ、ＣＩ、ＥＳＩ、ＦＡＢ、ＩＣＰなどの各種イ
オン源は、大量の中性粒子やイオンを発生し、イオン溜
２に導入させている。イオン溜２に導入された大量の中
性粒子やイオンの一部は、図２に示すように、イオン溜
２を構成する２枚の平行に置かれたプレート（イオン押
し出しプレート３と第１のグリッド４）に衝突し、付着
することにより、帯電電圧が発生する原因となる。発生
する帯電電圧の大きさは、プレートに使用される材質の
表面に形成される酸化皮膜や、質量分析対象の有機物、
水、有機溶媒などの中性粒子の付着度によって異なる。
【００１４】今、イオン溜２を構成している平行な２枚
のプレート（イオン押し出しプレート３と第１のグリッ
ド４）の間のギャップをｄ1、帯電電位差をＵCとする
と、イオン溜２内を走行するイオンビームは次のような
新たな偏向を受ける。すなわち、イオン溜２内のＹ方向
の所定の位置ｆ＊ｄ1（０≦ｆ≦１）をＸ軸に沿って平
行走行するイオンビームが帯電電位差ＵCによって第１
のグリッド４の方向に偏向された場合、イオンのイオン
溜２内での最大偏向角度θCは（５）式で与えられる。
のプレート（イオン押し出しプレート３と第１のグリッ
ド４）の間のギャップをｄ1、帯電電位差をＵCとする
と、イオン溜２内を走行するイオンビームは次のような
新たな偏向を受ける。すなわち、イオン溜２内のＹ方向
の所定の位置ｆ＊ｄ1（０≦ｆ≦１）をＸ軸に沿って平
行走行するイオンビームが帯電電位差ＵCによって第１
のグリッド４の方向に偏向された場合、イオンのイオン
溜２内での最大偏向角度θCは（５）式で与えられる。
【００１５】 θC ＝ ｔａｎ-1√（ｆ＊ＵC／Ｕi）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５） 例えば、ｆ＝０.５、ｄ1＝１０ｍｍ、Ｕi＝１０Ｖ、ＵC
＝０.０５〜０.２Ｖで一様に帯電電位差があると（ある
いは、平均的にＵC＝０.０５〜０.２Ｖの帯電電位差が
あるとして取り扱ってもかまわない）、最大偏向角度は
θC≒０.０５〜０.１ラジアンになる。
＝０.０５〜０.２Ｖで一様に帯電電位差があると（ある
いは、平均的にＵC＝０.０５〜０.２Ｖの帯電電位差が
あるとして取り扱ってもかまわない）、最大偏向角度は
θC≒０.０５〜０.１ラジアンになる。
【００１６】図３に、ターンアラウンド効果が発生しな
い場合（θC＝θi＝０、Ｕy＝ＵC＝０）のＯＡ／ＴＯＦ
ＭＳの分解能のシミュレーション結果、図４に、θC＝
０.０５ラジアンとした場合のＯＡ／ＴＯＦＭＳの分解
能のシミュレーション結果、図５に、θC＝０.１ラジア
ンとした場合のＯＡ／ＴＯＦＭＳの分解能のシミュレー
ション結果を示す。尚、このときの計算条件は、図１の
各パラメーターとして、ｄ1＝１０ｍｍ、ｄ2＝７０ｍ
ｍ、ｄ3＝５００ｍｍ、ｄ4＝２５０ｍｍ、Ｕ0＝５５０
０Ｖという値を使用した。各図の横軸は、イオン溜２内
におけるイオンビームのＹ軸方向の位置、また縦軸は、
ＯＡ／ＴＯＦＭＳの分解能Ｒ（δ）である。分解能Ｒ
（δ）は、（６）式で表わされるように、イオンの平均
飛行時間Ｔ（Ｋ）と、（４）式の第２項の影響（ターン
アラウンド効果）に伴うＴ（Ｋ）からの飛行時間偏差δ
Ｔ（Ｋ）との関数である。
い場合（θC＝θi＝０、Ｕy＝ＵC＝０）のＯＡ／ＴＯＦ
ＭＳの分解能のシミュレーション結果、図４に、θC＝
０.０５ラジアンとした場合のＯＡ／ＴＯＦＭＳの分解
能のシミュレーション結果、図５に、θC＝０.１ラジア
ンとした場合のＯＡ／ＴＯＦＭＳの分解能のシミュレー
ション結果を示す。尚、このときの計算条件は、図１の
各パラメーターとして、ｄ1＝１０ｍｍ、ｄ2＝７０ｍ
ｍ、ｄ3＝５００ｍｍ、ｄ4＝２５０ｍｍ、Ｕ0＝５５０
０Ｖという値を使用した。各図の横軸は、イオン溜２内
におけるイオンビームのＹ軸方向の位置、また縦軸は、
ＯＡ／ＴＯＦＭＳの分解能Ｒ（δ）である。分解能Ｒ
（δ）は、（６）式で表わされるように、イオンの平均
飛行時間Ｔ（Ｋ）と、（４）式の第２項の影響（ターン
アラウンド効果）に伴うＴ（Ｋ）からの飛行時間偏差δ
Ｔ（Ｋ）との関数である。
【００１７】 Ｒ（δ） ＝ Ｔ（Ｋ）／｜２＊δＴ（Ｋ）｜・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６） 図３〜図５を比較すると、例えば、同一分解能１０００
０を得るためには、図３の条件では、イオンビームの位
置が−２.７〜＋３.３ｍｍの範囲にあれば良いのに対
し、図４の条件では−１.０〜＋１.０ｍｍの範囲、図５
の条件では−０.５〜＋０.５ｍｍの範囲にイオンビーム
の位置を制限しなければならない。これは、イオン溜２
を構成している平行な２枚のプレート（イオン押し出し
プレート３と第１のグリッド４）に、ある量を超える帯
電電位差ＵCが発生すると、高分解能を得るために、イ
オンビームをイオン溜２の中心付近に細く絞らなければ
ならないことを意味し、それができないならば、帯電電
位差ＵCの発生を予め抑制しなければならないことを意
味する。
０を得るためには、図３の条件では、イオンビームの位
置が−２.７〜＋３.３ｍｍの範囲にあれば良いのに対
し、図４の条件では−１.０〜＋１.０ｍｍの範囲、図５
の条件では−０.５〜＋０.５ｍｍの範囲にイオンビーム
の位置を制限しなければならない。これは、イオン溜２
を構成している平行な２枚のプレート（イオン押し出し
プレート３と第１のグリッド４）に、ある量を超える帯
電電位差ＵCが発生すると、高分解能を得るために、イ
オンビームをイオン溜２の中心付近に細く絞らなければ
ならないことを意味し、それができないならば、帯電電
位差ＵCの発生を予め抑制しなければならないことを意
味する。
【００１８】ところが、現実には、ＯＡ／ＴＯＦＭＳに
おいては、分析する試料、溶媒、ガスなどの中性粒子、
分子、イオンが多量にイオン溜２に流入するため、イオ
ン溜２を構成している平行な２枚のプレート（イオン押
し出しプレート３と第１のグリッド４）上に帯電が発生
するのを防止することは困難であり、かつ、イオン溜２
内でイオンビームを細く絞ることもまた容易ではない。
おいては、分析する試料、溶媒、ガスなどの中性粒子、
分子、イオンが多量にイオン溜２に流入するため、イオ
ン溜２を構成している平行な２枚のプレート（イオン押
し出しプレート３と第１のグリッド４）上に帯電が発生
するのを防止することは困難であり、かつ、イオン溜２
内でイオンビームを細く絞ることもまた容易ではない。
【００１９】本発明の目的は、上述した点に鑑み、イオ
ン溜を構成している平行な２枚のプレート（イオン押し
出しプレート３と第１のグリッド４）が仮に帯電して
も、ターンアラウンド効果に基づいてＯＡ／ＴＯＦＭＳ
の分解能が低下することのないＯＡ／ＴＯＦＭＳを提供
することにある。
ン溜を構成している平行な２枚のプレート（イオン押し
出しプレート３と第１のグリッド４）が仮に帯電して
も、ターンアラウンド効果に基づいてＯＡ／ＴＯＦＭＳ
の分解能が低下することのないＯＡ／ＴＯＦＭＳを提供
することにある。
【００２０】
【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、外部イオン源
と、外部イオン源で発生したイオンを滞在させる空間
と、該空間からイオンをパルス的に加速して取り出すた
めに該空間を挟んで対向配置されるイオン押し出しプレ
ートとグリッドにより構成されるイオン溜と、グリッド
を介して取り出されたイオンを質量分離する飛行時間型
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、イオン押し出しプレートとグリッドを共にほぼ同じ
帯電確率を有する金属細線群で構成したことを特徴とし
ている。
め、本発明にかかるＯＡ／ＴＯＦＭＳは、外部イオン源
と、外部イオン源で発生したイオンを滞在させる空間
と、該空間からイオンをパルス的に加速して取り出すた
めに該空間を挟んで対向配置されるイオン押し出しプレ
ートとグリッドにより構成されるイオン溜と、グリッド
を介して取り出されたイオンを質量分離する飛行時間型
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、イオン押し出しプレートとグリッドを共にほぼ同じ
帯電確率を有する金属細線群で構成したことを特徴とし
ている。
【００２１】また、前記金属細線群は、金属メッシュで
あることを特徴としている。
あることを特徴としている。
【００２２】また、外部イオン源から供給されるイオン
ビームの中心軸と、イオン溜の中心軸とが、ほぼ一致し
ていることを特徴としている。
ビームの中心軸と、イオン溜の中心軸とが、ほぼ一致し
ていることを特徴としている。
【００２３】
【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６（ａ）は、従来のＯＡ／Ｔ
ＯＦＭＳのイオン溜、図６（ｂ）は、本発明にかかるＯ
Ａ／ＴＯＦＭＳのイオン溜の一実施例を示したものであ
る。
実施の形態を説明する。図６（ａ）は、従来のＯＡ／Ｔ
ＯＦＭＳのイオン溜、図６（ｂ）は、本発明にかかるＯ
Ａ／ＴＯＦＭＳのイオン溜の一実施例を示したものであ
る。
【００２４】従来のＯＡ／ＴＯＦＭＳにおいては、図６
（ａ）に示すように、イオン押し出しプレート３とし
て、酸化皮膜上の帯電電圧の低い金属プレート、または
該金属プレートに金めっきを施したものが使用されてい
る。また、第１のグリッド４として、金属メッシュ（一
般に市販されているものは、ニッケルや銅の細線で構成
されている）が使用されている。
（ａ）に示すように、イオン押し出しプレート３とし
て、酸化皮膜上の帯電電圧の低い金属プレート、または
該金属プレートに金めっきを施したものが使用されてい
る。また、第１のグリッド４として、金属メッシュ（一
般に市販されているものは、ニッケルや銅の細線で構成
されている）が使用されている。
【００２５】第１のグリッド４に使用される金属メッシ
ュのイオン透過係数は、一般に８０％前後である。この
ため、従来例（ａ）の場合は、第１のグリッド４に比べ
て、イオン押し出しプレート３側で圧倒的に帯電しやす
くなり、必然的にイオン押し出しプレート３と第１のグ
リッド４との間に帯電電位差ＵCを発生する。すでに述
べたように、低い加速電圧Ｕiで加速されてイオン溜２
内を走行しているイオンビームは、イオン押し出しプレ
ート３と第１のグリッド４のわずかな帯電電圧によって
も、容易に大きく偏向されてしまう。イオンビームが偏
向を受けると、ターンアラウンド効果によって質量分解
能が低下する。
ュのイオン透過係数は、一般に８０％前後である。この
ため、従来例（ａ）の場合は、第１のグリッド４に比べ
て、イオン押し出しプレート３側で圧倒的に帯電しやす
くなり、必然的にイオン押し出しプレート３と第１のグ
リッド４との間に帯電電位差ＵCを発生する。すでに述
べたように、低い加速電圧Ｕiで加速されてイオン溜２
内を走行しているイオンビームは、イオン押し出しプレ
ート３と第１のグリッド４のわずかな帯電電圧によって
も、容易に大きく偏向されてしまう。イオンビームが偏
向を受けると、ターンアラウンド効果によって質量分解
能が低下する。
【００２６】本発明では、このような事態を避けるた
め、図６（ｂ）に示すように、イオン押し出しプレート
３を、第１のグリッド４と全く同じ形状であり、かつ、
全く同じ材質でできた金属メッシュによって構成する。
このように構成することにより、イオン溜２のイオン押
し出しプレート３と第１のグリッド４の帯電確率は、ほ
ぼ同一のレベルに保たれる。そのため、イオン押し出し
プレート３と第１のグリッド４との間の帯電電位差ＵC
の発生を相殺、もしくは、大幅に低減することができ
る。帯電電位差ＵCの発生が抑えられることで、イオン
溜２内を走行する低加速イオンビームは偏向を受けにく
くなり、ターンアラウンド効果による質量分解能の低下
が予防され、長時間に渡って安定した高分解能を維持で
きるＯＡ／ＴＯＦＭＳを提供することができる。
め、図６（ｂ）に示すように、イオン押し出しプレート
３を、第１のグリッド４と全く同じ形状であり、かつ、
全く同じ材質でできた金属メッシュによって構成する。
このように構成することにより、イオン溜２のイオン押
し出しプレート３と第１のグリッド４の帯電確率は、ほ
ぼ同一のレベルに保たれる。そのため、イオン押し出し
プレート３と第１のグリッド４との間の帯電電位差ＵC
の発生を相殺、もしくは、大幅に低減することができ
る。帯電電位差ＵCの発生が抑えられることで、イオン
溜２内を走行する低加速イオンビームは偏向を受けにく
くなり、ターンアラウンド効果による質量分解能の低下
が予防され、長時間に渡って安定した高分解能を維持で
きるＯＡ／ＴＯＦＭＳを提供することができる。
【００２７】尚、上記実施例では、イオン押し出しプレ
ート３に、第１のグリッド４と全く同じ形状であり、か
つ、全く同じ材質でできた金属メッシュを採用したが、
本発明はこれに限定されるものではない。例えば、金属
メッシュの代わりに、平行で等間隔に張られた同一金属
細線を用いても構わない。要は、イオン溜２内からＴＯ
Ｆ分光部に向けてイオンを排出する際のイオン透過率と
ほぼ同じイオン透過率を持った材料で、イオン押し出し
プレート３と第１のグリッド４を作ることにある。そし
て、ほぼ同じ形状に加工して平行に組み合わせたイオン
溜が提供できれば良い。
ート３に、第１のグリッド４と全く同じ形状であり、か
つ、全く同じ材質でできた金属メッシュを採用したが、
本発明はこれに限定されるものではない。例えば、金属
メッシュの代わりに、平行で等間隔に張られた同一金属
細線を用いても構わない。要は、イオン溜２内からＴＯ
Ｆ分光部に向けてイオンを排出する際のイオン透過率と
ほぼ同じイオン透過率を持った材料で、イオン押し出し
プレート３と第１のグリッド４を作ることにある。そし
て、ほぼ同じ形状に加工して平行に組み合わせたイオン
溜が提供できれば良い。
【００２８】また、上記の効果は、イオン溜２内のＹ方
向の位置を表わす変数ｆが０.５の場合に最も大きい
が、０.４≦ｆ≦０.６の範囲でも相応の帯電電位差低減
効果を期待することができる。これは、図１において、
外部イオン源１で生成されるイオンビームの中心軸１１
とイオン溜２の中心軸１２とを、お互いにほぼ一致させ
た場合に相当する。
向の位置を表わす変数ｆが０.５の場合に最も大きい
が、０.４≦ｆ≦０.６の範囲でも相応の帯電電位差低減
効果を期待することができる。これは、図１において、
外部イオン源１で生成されるイオンビームの中心軸１１
とイオン溜２の中心軸１２とを、お互いにほぼ一致させ
た場合に相当する。
【００２９】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明のＯＡ／ＴＯ
ＦＭＳによれば、イオン溜２を構成するイオン押し出し
プレート３と第１のグリッド４を、ほぼ同一の帯電確率
を有する金属メッシュ、または、金属細線群で構成した
ので、イオン押し出しプレート３と第１のグリッド４の
間に発生する帯電電位差が小さくなり、イオン溜２内を
走行する低加速イオンビームが偏向されにくくなった。
その結果、イオンのターンアラウンド効果に由来する質
量分解能の低下を抑制することが可能になり、長期間に
渡って安定した高分解能を維持できるＯＡ／ＴＯＦＭＳ
を提供することが可能になった。
ＦＭＳによれば、イオン溜２を構成するイオン押し出し
プレート３と第１のグリッド４を、ほぼ同一の帯電確率
を有する金属メッシュ、または、金属細線群で構成した
ので、イオン押し出しプレート３と第１のグリッド４の
間に発生する帯電電位差が小さくなり、イオン溜２内を
走行する低加速イオンビームが偏向されにくくなった。
その結果、イオンのターンアラウンド効果に由来する質
量分解能の低下を抑制することが可能になり、長期間に
渡って安定した高分解能を維持できるＯＡ／ＴＯＦＭＳ
を提供することが可能になった。
【図１】従来のＯＡ／ＴＯＦＭＳを示す図である。
【図２】従来のＯＡ／ＴＯＦＭＳのイオン溜を示す図で
ある。
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。
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。
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。
能との関係の一例を示す図である。
【図６】本発明のＯＡ／ＴＯＦＭＳのイオン溜の一実施
例を示す図である。
例を示す図である。
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・・・イオンビームの中心軸、１２・・・イオン溜の
中心軸。
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・・・イオンビームの中心軸、１２・・・イオン溜の
中心軸。
Claims (3)
- 【請求項１】外部イオン源と、外部イオン源で発生した
イオンを滞在させる空間と、該空間からイオンをパルス
的に加速して取り出すために該空間を挟んで対向配置さ
れるイオン押し出しプレートとグリッドにより構成され
るイオン溜と、グリッドを介して取り出されたイオンを
質量分離する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、イオン押し出しプレートと
グリッドを共にほぼ同じ帯電確率を有する金属細線群で
構成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】前記金属細線群は、金属メッシュであるこ
とを特徴とする請求項１記載の垂直加速型飛行時間型質
量分析装置。 - 【請求項３】外部イオン源から供給されるイオンビーム
の中心軸と、イオン溜の中心軸とが、ほぼ一致している
ことを特徴とする請求項１または２記載の垂直加速型飛
行時間型質量分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000223629A JP2002042723A (ja) | 2000-07-25 | 2000-07-25 | 垂直加速型飛行時間型質量分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000223629A JP2002042723A (ja) | 2000-07-25 | 2000-07-25 | 垂直加速型飛行時間型質量分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002042723A true JP2002042723A (ja) | 2002-02-08 |
Family
ID=18717691
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000223629A Withdrawn JP2002042723A (ja) | 2000-07-25 | 2000-07-25 | 垂直加速型飛行時間型質量分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002042723A (ja) |
-
2000
- 2000-07-25 JP JP2000223629A patent/JP2002042723A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20071002 |