JP2002141016A - Ｔｏｆ質量分析計用のイオン光学システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 保守またはクリーニングを容易にする、ＴＯ
Ｆ質量分析計イオン源用の抽出レンズを提供する。 【解決手段】 抽出レンズは、開口を有する要素を含
み、開口は、使用時に、イオンが貫通チャネルを通り抜
けることによって要素の一方側から他方側へ通り抜ける
ことができるような貫通チャネルを形成するように、要
素を通って延びており、貫通チャネルは開口の直径の８
／１０以上の長さを持っていることを特徴とする。これ
は、イオンの抽出と空間的焦点合わせとの改善に導く抽
出レンズを提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、飛行時間（ＴＯ
Ｆ）質量分析計用のイオン光学システムに関する。特に
本発明は、ＴＯＦ質量分析計用の抽出レンズと光反射シ
ステムとに関する。本発明は、直線型およびリフレクト
ロン（反射管）型両方のＴＯＦ質量分析計に適用可能で
ある。

【０００２】

【従来の技術】飛行時間質量分析計は、従来は、三つの
別個の領域、すなわち抽出領域と加速領域（共にイオン
源を構成する）とドリフト領域とからなる。これらの領
域を、従来技術の図１に示す。

【０００３】図１に示すように抽出領域１は、典型的に
は二つの帯電プレートによって囲まれている。第１のプ
レート４は、Ｍａｌｄｉ（マトリックス支援レーザー脱
離イオン化（ｍａｔｒｉｘ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｌａｓ
ｅｒ ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ））
ＴＯＦ質量分析計内の同じプレートであり得るが、グリ
ッドまたは開口（アパーチャ）６を備えた加速電極５に
向かって、イオンを反発するように帯電され、イオンは
それを通り抜けて加速領域２に達することができる。

【０００４】見られるように、加速領域は、一方側を加
速電極５によって、また他方側をグリッド付きまたは開
口（アパーチャ）付き接地プレート７によって囲まれて
いる。加速電極５は、接地プレート７に向かってイオン
を加速する加速電圧を供給されている。接地プレート
は、接地電位に在り、イオンはこのプレート７を通り抜
けて質量分析計のドリフト領域３に入る。ドリフト領域
内では加速されたイオンは、イオン速度と質量対電荷比
とにしたがって分離され、それによって異なる時刻に、
ドリフト領域の末端に位置する検出器８に到達する。そ
れから質量対電荷比を導出するために、ドリフト領域を
通過するために要した時間の測定値が使われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】抽出および加速領域で
使用されるプレート／電極は、中央の開口またはグリッ
ド付き領域を有する単に平面状のシートである。加速電
極５内の開口は通常、かなり小さいものであるが、これ
は、開口のサイズが例えば２ｍｍを超えると、サンプル
プレート４と接地プレート７電極との間の電位差によっ
て生成される電界が、サンプルプレート４の直前の領域
内に延びて、これが、好ましくない時刻に抽出されるイ
オン、および／または好ましくない軌道を持つイオンを
発生させることがあるからである。したがって、小さな
開口を維持することが必要である。小さな開口は、サン
プルからスパッタされた材料によって急速に汚染され、
したがって電極を定期的にクリーニングすることが必要
である。

【０００６】更に、サンプルプレート４上のサンプルの
Ｍａｌｄｉイオン化を可能にするためには、レーザー光
ビームをイオン源に向けることができることが望まし
い。イオン源に光を反射する一体型ステンレス鋼リフレ
クター（反射体）を備えることが知られているが、この
リフレクターは製造が困難であり、また保守またはクリ
ーニングに際して、その全体を取り外す必要がある。

【０００７】下記の発明は、上述の問題の一部または全
部を改善することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】したがって第１の態様で
は、ＴＯＦ質量分析計イオン源用の抽出レンズであっ
て、前記レンズは開口を有する要素を含み、前記開口
は、使用時にイオンが貫通チャネルを通り抜けることに
よって、前記要素の一方側から他方側へ通り抜けること
ができるような、貫通チャネルを形成するように前記要
素を通って延びており、前記貫通チャネルは、前記開口
の直径の８／１０以上の長さを持っていることを特徴と
する、抽出レンズが提供される。

【０００９】これは、イオンの抽出と空間的焦点合わせ
との改善に導く抽出レンズを提供する。

【００１０】更に、この開口によって形成される貫通チ
ャネルの長さは、少なくともその直径の８／１０に等し
いので、抽出レンズ開口を通ってサンプルプレートの前
の領域に至る電界の進入は、低レベルに保持され、イオ
ンは早すぎて抽出されることはない。したがって開口
は、そうでない場合に可能であるよりは大きく作ること
ができる。より大きな開口は、より小さな開口と比較し
て、サンプルからスパッタされた材料で急速に汚染され
ることがないので、有利である。より大きな開口を通し
てレーザーまたは他の光源を向けることは容易でもあ
る。これは、分光計のイオン光軸と小さな角度を成す、
あるいは実質的に一致する経路に沿って、光ビームをサ
ンプルプレートに向けたいときに有用である。

【００１１】貫通チャネルの長さは、開口の直径の９／
１０以上であることが更に好ましい。貫通チャネルの長
さが、開口の直径以上であることは、なお更に好まし
い。これは、電界の進入をなお更に減少させる。

【００１２】上記から認められるように、貫通チャネル
の長さが、開口の直径の８／１０以上であることは重要
である。これは例えば、貫通して延びる開口を有する、
厚さがこの開口の直径の８／１０より大きくなくとも、
少なくともそれに等しい、厚い平面状の要素を使用する
ことによって達成できる。

【００１３】しかしながら貫通チャネルは、少なくとも
部分的には、前記開口を有する要素の表面から直立する
中空で細長い部材によって構成されることが好ましい。
この中空で細長い部材と前記要素を通って延びる開口と
は共に、前記開口の直径の８／１０以上の長さを有する
貫通チャネルを形成する。このことは、この要素の表面
から直立する、直立した中空で細長い部材が、イオンビ
ームを焦点合わせするための良好な電界形状を提供する
という利点を持っている。

【００１４】好適な実施形態ではこの要素は、平面状の
要素である。この要素は、要素の表面積が、イオン軌道
の近傍の電界に影響を与えないほど十分に大きければ、
如何なる形状のプロファイル（輪郭）を持っていてもよ
いが、円形プロファイルを持つことが好ましい。特に好
適な実施形態では、この要素は、７５ｍｍの直径を有す
る円形プロファイルを持つ平面状の要素である。

【００１５】この開口は、円形開口であることが好まし
く、また中空の細長い部材は、開口の直径に等しい直径
の円形断面を有することが好ましい。

【００１６】貫通チャネルの軸は、この要素の平面に実
質的に垂直であることが好ましい。

【００１７】好適な実施形態では開口は、好ましくは１
ｍｍから３０ｍｍ、更に好ましくは２ｍｍから６ｍｍ、
最も好ましくは４ｍｍに等しい直径を持っている。これ
は通常、直径が１ｍｍから２ｍｍの知られている加速電
極の典型的な開口よりも大きい。この開口サイズの増加
は、サンプルからスパッタされる材料による汚染を減少
させる。より小さな開口は、より急速に詰まりやすいの
で、より定期的なクリーニングが必要である。

【００１８】好適な実施形態では、貫通チャネルの長さ
は、１ｍｍから３０ｍｍ、好ましくは２ｍｍから６ｍ
ｍ、最も好ましくは４ｍｍである。

【００１９】中空で細長い管状の部材は、開口サイズの
増加に起因する電界の進入作用を防止しながら、良好な
抽出電界形状を提供する。

【００２０】この要素は、ステンレス鋼製またはアルミ
ニウム製であることが好ましいが、導電性材料であれば
如何なる材料で作られてもよい。

【００２１】第２の態様では、イオン源とドリフト領域
とを有するＴＯＦ質量分析計であって、前記イオン源
が、反発プレートからイオンを反発するように電圧が印
加できる反発プレートと、前記ドリフト領域に向かって
イオンを加速するために電圧が印加できる、本発明の第
１の態様による少なくとも一つの抽出レンズとを含むこ
とを特徴とする、ＴＯＦ質量分析計が提供される。

【００２２】好適な実施形態では、質量分析計はＭａｌ
ｄｉ ＴＯＦ分析計であり、反発プレートは、イオン化
に先立ってサンプルが置かれる、好ましくはステンレス
鋼製のサンプルプレートである。この質量分析計はま
た、あるいは代替としてリフレクトロン型分光計であっ
てもよい。

【００２３】この要素は、好ましくは平面状の要素であ
り、最も好ましくは円形プロファイルの平面状要素であ
る。

【００２４】抽出レンズは、ただ１個だけ存在すること
が好ましい。しかしながら複数の抽出レンズが存在して
もよい。代替として単一の抽出レンズと、この抽出レン
ズとドリフト領域との間に位置する、開口またはグリッ
ドを有する平面状の要素からなる少なくとも一つの加速
電極とが存在してもよい。

【００２５】特に好適な実施形態では、ドリフト領域か
ら加速領域、すなわち抽出レンズの後の領域を分離する
接地プレートが存在する。

【００２６】接地プレートは、グリッドまたは開口を有
する平面状の要素であることが好ましい。接地プレート
から抽出レンズまでの距離は、好ましくは２．５ｍｍか
ら１５０ｍｍ、更に好ましくは５ｍｍから３０ｍｍ、し
かし最も好ましくは１２ｍｍである。幾つかの実施形態
では、接地プレートは、抽出レンズ、例えば開口を有す
る要素と同じ形状であり得るが、この開口は、中空で細
長い管状部材を形成する突き出たリムによって囲まれて
いる。接地プレートは、ステンレス鋼といった金属製で
あることが好ましい。好適な実施形態では、接地プレー
トの開口は、直径が抽出レンズの開口よりも僅かに大き
く、例えば１ｍｍから２ｍｍ大きい。

【００２７】好適な実施形態では、貫通チャネルの軸
は、反発プレートの面に垂直であって、イオン光軸と、
すなわちサンプルとドリフト領域の端に位置する検出器
との間のラインと同一線上に在る。反発プレートと抽出
レンズとの間の距離は、好ましくは１ｍｍから３０ｍ
ｍ、更に好ましくは２ｍｍと６ｍｍとの間、最も好まし
くは４ｍｍである。この距離は、作動距離として知られ
る。

【００２８】抽出レンズが、中空で細長い部材を含む実
施形態では、作動距離は、反発プレートと中空で細長い
部材の端部との間の距離として取られる。

【００２９】抽出レンズの開口は、作動距離の０．５倍
から２倍であることが好ましい。

【００３０】好適な実施形態では使用時に、反発プレー
トと抽出レンズとによって画定される電界は、反発プレ
ートと抽出レンズとの間の領域として画定される抽出領
域からイオンを抽出するためにパルス化される。このパ
ルス化作用を達成するために、他の電圧が固定されてい
る間に、反発プレートの、または抽出レンズの電圧をパ
ルス化することが可能であり、あるいはこれら両方の電
圧をパルス化することもできる。

【００３１】特に好適な実施形態では、イオン源の後方
の所定の距離でドリフト領域内に、静電レンズが配置さ
れる。この静電レンズは、ドリフトフリー領域内で、抽
出レンズから、好ましくは５０ｍｍから９００ｍｍの距
離、更に好ましくは１００ｍｍから３００ｍｍの距離、
最も好ましくは１７０ｍｍの距離に配置される。

【００３２】イオン軌道は、すなわちイオンが反発プレ
ートから反発されるときにイオンが取る経路は、空間と
角度の二つの分布を持つ。空間分布は、前述の抽出レン
ズによって焦点合わせされ、一方、角度分布は、静電レ
ンズによって焦点合わせされることが好ましい。

【００３３】静電レンズは、抽出レンズの焦点合わせ作
用を損なうことなく、イオン軌道を焦点合わせすること
が好ましい。これは、抽出レンズと静電レンズとが十分
に離れて配置されることを保証することによって達成で
きる。

【００３４】抽出レンズの焦点合わせは、イオン軌道
が、抽出レンズと静電レンズとの間の点から静電レンズ
を越えたばかりの点（例えば最大で１００ｍｍ越えた
点）までの任意の点で、イオン光軸（すなわち、サンプ
ルと検出器との間のライン）と交差させられることを保
証することが好ましい。イオン軌道が、抽出レンズと静
電レンズとの間の点でイオン光軸と交差させられること
を抽出レンズが保証することは更に好ましい。イオン軌
道が、これらの点の間で交差すると、静電レンズの焦点
合わせは、抽出レンズの焦点合わせに対する有害な影響
を最小に、または皆無にする。

【００３５】抽出レンズが、角度分布を焦点合わせする
一方で、静電レンズが、空間分布を焦点合わせするよう
に、これらのレンズの焦点合わせ機能を交換することも
可能である。

【００３６】本発明の第３の態様では、サンプルプレー
トを有するイオン源と、ドリフト領域と、開口を有する
支持要素と少なくとも一つの反射要素とを含む光反射シ
ステムと、光を反射要素に向けるための光源とを有す
る、飛行時間質量分析計であって、質量分析計は、使用
時に、イオン源からのイオンが、支持要素の開口を通り
抜け、光源から反射要素に入射する光が、サンプルプレ
ートと支持要素の開口の軸とに向かう経路に沿って反射
されるように構成されており、反射要素が、前記支持要
素に解放可能に、また着脱可能に接続されることを特徴
とする、飛行時間質量分析計が提供される。

【００３７】少なくとも一つの反射要素は、支持要素に
解放可能に接続されて、したがって着脱可能になってい
るので、これはクリーニングと交換が容易にできる。分
離可能な反射要素と支持要素はまた、製造が容易で安価
にできる。特に反射要素として「既製の」ガラス光学部
品を使用でき、このような部品は、安価で高品質で広く
利用可能である。

【００３８】反射要素は、ガラス製であることが好まし
い。

【００３９】支持要素は、平面状の要素であることが好
ましく、円形プロファイルの平面要素であることは更に
好ましい。

【００４０】サンプルプレートは、本発明の第２の態様
で前述したような反発プレートであることが好ましい。

【００４１】好適な実施形態では、質量分析計は、Ｍａ
ｌｄｉ ＴＯＦ質量分析計である。質量分析計は、直線
型ＴＯＦ分光計であるか、代替としてリフレクトロン型
質量分析計であってよい。

【００４２】反射要素はミラーでもよいが、好ましくは
プリズムである。プリズムは、直角二等辺プリズムであ
ることが好ましい。プリズムの直角を挟む辺の長さは、
好ましくは２ｍｍから７５ｍｍ、更に好ましくは４ｍｍ
から２５ｍｍ、最も好ましくは６ｍｍである。

【００４３】反射要素は、適切な材料であれば如何なる
材料からでも製作できる。通常、反射要素は、ガラスま
たは金属製である。もし反射要素が、電気絶縁材料から
作られるならば、好ましくは漂遊イオンによる表面の帯
電を防止するために、導電性コーティングを施すべきで
ある。

【００４４】反射要素の反射特性は、プリズムを作るた
めの、またはプリズムを被覆するための適切な材料を選
択することによって、使用する光の波長に関して最適化
することが好ましい。

【００４５】一つ以上の光路が、何時でも利用可能であ
るように、支持要素上に一つ以上の反射要素を配置して
おくことは可能である。例えば開口の周りに等間隔で配
置された４個のプリズムは、最大３個のレーザーが、例
えば望遠鏡またはカメラ用の正常光と同時に反射される
ことを可能にするであろう。

【００４６】好適な実施形態では、支持要素の開口は、
（必ずではないが好ましくは平面の）支持要素の表面か
ら直立する中空で細長い部材を形成する、突き出たフラ
ンジによって囲まれている。この場合、プリズムは、そ
の辺の一つを中空で細長い部材に当てて配置される。中
空で細長い部材は、反射要素が帯電した場合に発生する
如何なる好ましくない影響も防止する、接地された導電
性管であることが好ましい。この場合、中空で細長い管
状の部材は、結果として生じる電界からイオン軌道を遮
蔽する。支持要素自身が、導電性であって接地されてい
ることは、更に好ましい。突き出た管は、長さが好まし
くは３ｍｍから７５ｍｍ、更に好ましくは６ｍｍから２
５ｍｍ、最も好ましくは１２ｍｍである。

【００４７】支持要素の開口は円形であって、中空で細
長い部材を形成する突き出たフランジは、開口の直径に
等しい直径の円形断面をもつことが好ましい。

【００４８】開口の直径と管状部材の断面の直径は、好
ましくは２．５ｍｍから７５ｍｍ、更に好ましくは５ｍ
ｍから２５ｍｍ、最も好ましくは１０ｍｍである。

【００４９】少なくとも一つの反射要素への入射光は、
開口の軸がサンプルプレートと交差する点で、サンプル
プレートに当たることが好ましい。実際には開口の軸
は、イオン光軸に、すなわちイオンが発生する点と検出
される点との間のライン（あるいは、リフレクトロン型
分光計では、イオンが発生する点とイオンがリフレクト
ロンに入射する点との間のライン）に等しい。少なくと
も一つの反射要素への入射光の経路は、反発プレートに
おけるイオン光軸と、好ましくは最大３０度の角度で、
更に好ましくは５度以下の角度で、最も好ましくは４度
から５度の角度で交差する。

【００５０】光は、レーザー源からのものであり、シス
テムは、レーザービームを抽出領域に向けるために使わ
れることが好ましい。例えばＭａｌｄｉでは、システム
は、イオン化を可能にするために、レーザーパルスをサ
ンプルプレートに反射するために使用できる。その代わ
りとして、あるいはそれに加えて、システムは、イオン
化以外の理由のために、レーザー光を抽出領域に反射す
るために使用することもできる。

【００５１】代替として、あるいはそれに加えて、シス
テムは、例えば望遠鏡あるいはカメラを用いて散乱光を
検出することによって、サンプルの観察を可能にするた
めに、光を抽出領域に向けるために使用できる。

【００５２】好適な実施形態では、質量分析計は、本発
明の第２の態様で説明したようなイオン源を含んでい
る。しかしながら如何なる加速電極でも、および／また
は光反射システムと反発サンプルプレートとの間に配置
された接地プレートでも、それらの開口が、プリズムか
らの反射光を反発プレートに到達させるだけ十分に大き
ければ、如何なるイオン源でも光反射システムと組み合
わせて使用できる。

【００５３】典型的には電極／プレートの開口の直径
は、２ｍｍから２４ｍｍ、最も好ましくは４ｍｍから８
ｍｍの範囲内になくてはならない。

【００５４】好適な実施形態では、光反射システムは、
質量分析計のドリフト領域内に設けられる。

【００５５】特に好適な実施形態では、ドリフトフリー
領域はまた、光反射システムの前か後のいずれかに配置
された静電レンズも含んでいる。

【００５６】抽出レンズは、イオン軌道が、抽出レンズ
と静電レンズとの間の点から、静電レンズを越えたばか
りの点（例えば最大１００ｍｍ越えた点）まで任意の点
で、イオン光軸と交差させられることを保証するように
機能することが好ましい。イオン光軸は、直線型ＴＯＦ
質量分析計ではサンプルと検出器との間のラインであ
り、またはリフレクトロン型質量分析計の場合では、サ
ンプルとリフレクトロンへの入口点との間のラインであ
る。

【００５７】抽出レンズが、イオン軌道が抽出レンズと
静電レンズとの間の点で、イオン光軸と交差させられる
ことを保証するように機能することは、更に好ましい。

【００５８】最も好適な実施形態では、光反射システム
は、本発明の第２の態様で説明したようなイオン源と、
ドリフトフリー領域で説明したような静電レンズと共に
使用される。

【００５９】第４の態様では、本発明の第３の態様によ
るＴＯＦ質量分析計での使用のための光反射システムが
提供される。

【００６０】

【発明の実施の形態】さて付属の図面を参照しながら、
本発明の二つの好適な実施形態を説明する。

【００６１】図１は、本説明の序論部分で詳細に論じら
れている。

【００６２】図２は、抽出領域１と加速領域２とドリフ
ト領域３とを有する、ＭａｌｄｉＴＯＦ質量分析計を示
す。抽出領域１は、サンプルプレート４と抽出レンズ１
０とによって画定される。ドリフト領域３は、接地プレ
ート７／１５と検出器８との間に在る。サンプルプレー
ト４は、サンプルが置かれる平面状の要素である。使用
時にはサンプルは、レーザーを使ってサンプルプレート
の表面から脱離される。脱離後、サンプルプレートから
抽出レンズ１０に向かって、サンプルイオンを反発する
ために、サンプルプレート４に２０ｋＶの反発電圧が印
加される。

【００６３】抽出レンズ１０は、サンプルプレート４と
抽出レンズ１０との間の距離が４ｍｍになるように配置
される。

【００６４】抽出レンズは、ステンレス鋼で作られてお
り、中央円形開口を有する円形平面要素１３を持ってい
る。この開口の周りには、平面状の表面から直立する管
状部材１４が在る。管１４は、平面状要素１３とサンプ
ルプレート４との間の距離が８ｍｍになるように、平面
状要素１３の表面から４ｍｍの距離まで延びていること
が好ましい。

【００６５】開口の、したがってまた中空管の直径は、
４ｍｍであることが好ましい。この中空管と開口は共
に、イオンと光が、抽出レンズの一方側から他方側に通
り抜けられる貫通チャネルを形成する。貫通チャネルの
長さは、開口の直径に等しい。代替の実施形態では、貫
通チャネルの長さは、開口の直径より大きいものもあ
る。更に他の代替の実施形態では、抽出レンズは、直立
する管状部材を備えていないこともあるが、その代わり
に、厚い円形平面状の要素を貫通して延びる中央円形開
口を持ち、貫通チャネルを備えた厚い円形平面状要素の
形を取ることもあり、この場合、円形要素の軸方向幅
は、開口が、少なくともその直径に等しい深さを持つほ
ど十分なものでなくてはならない。

【００６６】初期に抽出が存在しないことを保証するた
めに、抽出レンズは、反発プレートの電圧と等しい電圧
に維持されることが好ましい。イオンを抽出するため
に、抽出レンズの電圧は、レンズの電圧が２ｋＶから３
ｋＶだけ変化するようにパルス化することができる。

【００６７】実際には、イオン形成とイオン加速との間
の時間的遅延が、イオンの運動エネルギーの広がりによ
る収差を減少させるように、サンプルプレート４と抽出
レンズ１０との両者に電圧を印加することと、電圧変化
を抽出レンズ１０に印加することとの間に、例えば１０
０ｎｓから２μｓの時間的遅延を与えることが好まし
い。これは、遅延抽出と呼ばれる。

【００６８】接地プレートは、中央円形開口を有する円
形平面要素１５である。抽出レンズと接地プレートとの
間の距離は、１２ｍｍであることが好ましい。接地プレ
ートは、ステンレス鋼製であって、中央開口の直径は、
抽出レンズの直径、すなわち４ｍｍに等しい。この接地
プレートは、接地電位に維持される。抽出レンズの貫通
チャネルの長さは、その開口の直径に少なくとも等しい
ので、サンプルプレート４と抽出レンズ１０との間の領
域が、典型的にはマイナスまたはプラス電位（反発すべ
きイオンの極性に依存する）に維持されている間、接地
プレートは接地電位に維持されているという事実にも関
わらず、この開口を介しての電界のリークは、殆どある
いは全く存在しない。

【００６９】ドリフトフリー領域は、中央開口を有する
円形平面要素１６を含む光反射システムを含んでいる。
中央開口は、１２ｍｍの距離だけ表面から直立する、突
き出た管状部材１７によって囲まれている。この管状部
材は、好ましくない影響から、プリズム１８を遮蔽する
接地された導電性管を形成している。平面状要素は、ス
テンレス鋼製である。

【００７０】ガラス製であるが導電性材料を被覆された
２個のプリズム１８が、管状部材の両側に配置されてい
る。これらのプリズムは、直角を挟む辺の長さが６ｍｍ
の両辺を有する直角プリズムである。斜辺は、管状部材
上の点から平面状要素上の点まで延びている。

【００７１】これらのプリズムの一つは、イオン源の外
側から接地プレートの開口を通してイオン源の中へ、レ
ーザービーム１９を反射するために使われ、このレーザ
ービームは、抽出レンズの開口を通り抜けてからサンプ
ルプレートに当たる。このようにして、抽出レンズの開
口と接地プレートの開口は、レーザービームの進行を阻
害しないように、十分に大きな直径を持たなくてはなら
ないことが理解できる。

【００７２】もう一つのプリズムは、サンプルが例えば
カメラを使って観察できるように、光を接地プレートを
介してイオン源から、それから抽出レンズを介して抽出
領域に反射するために使用される。

【００７３】レーザー／光ビームは、イオン光軸２０と
の間に４度から５度の角度を成すことが好ましい。

【００７４】またドリフト領域には、二つの外側円形平
面状電極と一つの中央円筒状電極とからなる静電レンズ
が在り、これらすべての電極は、好ましくは約１０ｍｍ
の直径の中央円形開口を持っている。

【００７５】図３は、図２に示す直線型質量分析計に類
似の、Ｍａｌｄｉ ＴＯＦリフレクトロン型質量分析計
を示し、ここで同様の参照符字は、図２と同じ部分を指
す。説明を簡潔にするために追加の特徴だけ（図２に存
在しないもの）を説明する。

【００７６】分光計は、分光計のドリフト領域内で、ア
インセル（ｅｉｎｓｅｌ）レンズ１１の後方に配置され
たリフレクトロン２１を持っている。リフレクトロン
は、リフレクトロン内に反射電界を生成するために、電
位が印加される数個の金属リングで作られている。この
電界は、直線、二次、その他適当な如何なる形でもよ
い。

【００７７】リフレクトロンが「オフ」である（すなわ
ち、そのリングに電位が印加されず、したがって反射電
界が存在しない）とき、イオン源からのイオンは、リフ
レクトロンを通り抜けて、ドリフト領域の端に在る検出
器８ａに当たる。したがってリフレクトロンが「オフ」
であるとき、分光計は、図２に示すものに類似の単純な
直線型ＴＯＦ分光計として機能する。

【００７８】リフレクトロン２１が、そのリングに電位
を印加することによってオンになると、リフレクトロン
内に反射性の電場が確立されて、リフレクトロンに入る
イオン源からのイオンは、これらのイオンが検出器８ｂ
に当たるように、イオン源に対してある角度で反射され
る。リフレクトロンがオンであるときのイオンの経路
は、一般に破線２５で示されている。よりエネルギーの
高いイオンは、反射されてリフレクトロン４内により深
く進入し、こうしてイオンの飛行時間を延長し、またこ
のことは、分光計の質量解像度を改善する効果を持って
いる。

【００７９】この説明の他のところで、サンプルプレー
トで反射された光の経路１９の論議と、抽出レンズ１０
によるイオン軌道とレンズ１１のイオンとの焦点合わせ
の論議のときに、イオン光軸の参照を行ってきた。これ
に関してリフレクトロン型分光計のイオン光軸は、サン
プルとリフレクトロン内へのイオンの入口との間のライ
ン（すなわち、サンプルプレート４とリフレクトロン２
１との間のライン２５の経路）であると考えることがで
きる。

【００８０】リフレクトロン型質量分析計の他の図示の
部品は、図２で述べたものと同じである。

【００８１】上述の実施形態は、単に例として与えられ
たものであって、当業者にとっては、それらの変形は明
らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】知られているＴＯＦ質量分析計の概略図であ
る。

【図２】本発明の好適な実施形態によるＭａｌｄｉ Ｔ
ＯＦ質量分析計の概略図である。

【図３】本発明の好適な実施形態によるＭａｌｄｉ Ｔ
ＯＦリフレクトロン型質量分析計の概略図である。

【符号の説明】

１ 抽出領域 ２ 加速領域 ３ ドリフト領域 ４ サンプルプレート ５ 加速電極 ６ 開口 ７ 接地プレート ８、８ａ、８ｂ 検出器 １０ 抽出レンズ １１ アインセルレンズ １３、１５、１６ 円形平面要素 １４、１７ 管状部材 １８ プリズム １９ レーザービーム経路 ２０ イオン光軸 ２１ リフレクトロン ２５ イオン経路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エマニユエル・ラプタキス イギリス国、チエシヤー・エス・ケー・ ７・３・ピー・エヌ、ブラムホール、チユ ドレイ・クローズ・24 Ｆターム(参考） 5C038 FF07 FF11 GG07 GH10 GH13

Claims (40)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＴＯＦ質量分析計イオン源用の抽出レン
   ズであって、前記レンズは、開口を有する要素を含み、
   前記開口は、使用時にイオンが、貫通チャネルを通り抜
   けることによって前記要素の一方側から他方側へ通り抜
   けることができるような、前記貫通チャネルを形成する
   ように前記要素を通って延びており、前記貫通チャネル
   が、前記開口の直径の８／１０以上の長さを持っている
   ことを特徴とする抽出レンズ。
2. 【請求項２】 前記貫通チャネルが、前記開口を囲む突
   き出たフランジの形をした、前記要素の表面から直立す
   る中空で細長い部材を含んでおり、前記中空で細長い部
   材を含む前記貫通チャネルの長さは、前記開口の直径以
   上である、請求項１に記載の抽出レンズ。
3. 【請求項３】 要素が平面状の要素である、請求項１ま
   たは２に記載の抽出レンズ。
4. 【請求項４】 前記貫通チャネルの軸が、前記要素の平
   面に実質的に垂直である、請求項３に記載の抽出レン
   ズ。
5. 【請求項５】 前記貫通チャネルが、実質的に均一な横
   断面を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の
   抽出レンズ。
6. 【請求項６】 前記貫通チャネルが、実質的に円形の横
   断面を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の
   抽出レンズ。
7. 【請求項７】 イオン源とドリフト領域とを有するＴＯ
   Ｆ質量分析計であって、 前記イオン源は、 前記プレートからイオンを反発するように電圧が印加で
   きる反発プレートと、 前記ドリフト領域に向かってイオンを加速するために電
   圧が印加できる、請求項１から６のいずれか一項に記載
   の少なくとも一つの抽出レンズとを含むＴＯＦ質量分析
   計。
8. 【請求項８】 前記質量分析計が、Ｍａｌｄｉ ＴＯＦ
   質量分析計であり、反発プレートが、イオン化に先立っ
   てサンプルが置かれるサンプルプレートである、請求項
   ７に記載のＴＯＦ質量分析計。
9. 【請求項９】 抽出レンズと接地プレートとの間の前記
   質量分析計の加速領域を、前記接地プレートのもう一方
   の側のドリフト領域から分離する、接地プレートを含
   む、請求項７または８に記載のＴＯＦ質量分析計。
10. 【請求項１０】 接地プレートが、抽出レンズの開口よ
    りも大きな直径の開口を有する、請求項９に記載のＴＯ
    Ｆ質量分析計。
11. 【請求項１１】 抽出レンズの貫通チャネルの軸が、反
    発プレートの平面に対して実質的に垂直であり、分光計
    のイオン光軸とは実質的に一直線上にある、請求項７か
    ら１０のいずれか一項に記載のＴＯＦ質量分析計。
12. 【請求項１２】 抽出レンズの開口が、抽出レンズと反
    発プレートとの間の距離の０．５倍から２倍である、請
    求項７から１１のいずれか一項に記載のＴＯＦ質量分析
    計。
13. 【請求項１３】 抽出レンズの開口が、反発プレートと
    抽出レンズの中空で長い部材の端部との間の距離の０．
    ５倍から２倍である、請求項２または、請求項３から６
    のいずれか一項に記載の抽出レンズを有する、請求項７
    から１２のいずれか一項に記載のＴＯＦ質量分析計。
14. 【請求項１４】 質量分析計のドリフト領域に配置され
    た静電レンズを更に含む、請求項７から１３のいずれか
    一項に記載のＴＯＦ質量分析計。
15. 【請求項１５】 静電レンズが、使用時に反発プレート
    から反発されたイオンが、抽出レンズを通り抜けるとき
    に、イオンに対する抽出レンズの焦点合わせ作用が、続
    く静電レンズによるイオンの焦点合わせによって無効に
    されることがないように、抽出レンズから十分に遠く離
    れて配置される、請求項１４に記載のＴＯＦ質量分析
    計。
16. 【請求項１６】 イオン軌道が、抽出レンズと静電レン
    ズとの間のある点で、質量分析計のイオン光軸と交差す
    る、請求項１５に記載のＴＯＦ質量分析計。
17. 【請求項１７】 抽出レンズが、イオンの空間分布を焦
    点合わせし、それに対して静電レンズは、イオンの角度
    分布を焦点合わせする、請求項１４から１６のいずれか
    一項に記載のＴＯＦ質量分析計。
18. 【請求項１８】 静電レンズが、質量分析計のドリフト
    領域内で、抽出レンズから５０ｍｍから９００ｍｍの距
    離に配置される、請求項１４から１７のいずれか一項に
    記載のＴＯＦ質量分析計。
19. 【請求項１９】 静電レンズが、質量分析計のドリフト
    領域内で、抽出レンズから１００ｍｍから３００ｍｍの
    距離に配置される、請求項１４から１８のいずれか一項
    に記載のＴＯＦ質量分析計。
20. 【請求項２０】 サンプルプレートを有するイオン源
    と、 ドリフト領域と、 開口を有する支持要素と少なくとも一つの反射要素とを
    含む光反射システムと、 光を反射要素に向けるための光源とを有する、飛行時間
    質量分析計であって、 質量分析計が、使用時に、イオン源からのイオンが、支
    持要素の開口を通り抜け、光源から反射要素に入射する
    光が、サンプルプレートと支持要素の開口の軸とに向か
    う経路に沿って反射されるように構成されており、 反射要素が、前記支持要素に解放可能に、また着脱可能
    に接続されることを特徴とする、飛行時間質量分析計。
21. 【請求項２１】 支持要素が平面状の要素である、請求
    項２０に記載の飛行時間質量分析計。
22. 【請求項２２】 反射要素がプリズムである、請求項２
    ０に記載の飛行時間質量分析計。
23. 【請求項２３】 反射要素がガラス製である、請求項２
    ０から２２のいずれか一項に記載の飛行時間質量分析
    計。
24. 【請求項２４】 反射要素が、導電性材料で形成されて
    いるか、または導電性材料で被覆されている、請求項２
    ０から２３のいずれか一項に記載の飛行時間質量分析
    計。
25. 【請求項２５】 前記支持要素が、複数の反射要素を持
    っている、請求項２０から２４のいずれか一項に記載の
    飛行時間質量分析計。
26. 【請求項２６】 支持要素の開口が、支持要素の表面か
    ら直立する中空で細長い部材を形成する突き出たフラン
    ジによって囲まれている、請求項２０から２５のいずれ
    か一項に記載の飛行時間質量分析計。
27. 【請求項２７】 一つまたは複数の反射要素が、反射要
    素の側面の一つが、中空で細長い部材に接触し、および
    該部材によって支持されている、請求項２６に記載の飛
    行時間質量分析計。
28. 【請求項２８】 中空で細長い部材が、接地された導電
    性管であることを特徴とする、請求項７、８、９のいず
    れか一項に記載の飛行時間質量分析計。
29. 【請求項２９】 支持要素が導電性であって、接地され
    ている、請求項２０から２８のいずれか一項に記載の飛
    行時間質量分析計。
30. 【請求項３０】 光反射システムが、少なくとも一つの
    反射要素への入射光が、開口の軸がサンプルプレートと
    交差する点で、サンプルプレートに当たるように構成さ
    れている、請求項２０から２９のいずれか一項に記載の
    飛行時間質量分析計。
31. 【請求項３１】 反射要素への入射光の経路が、３０度
    以下の角度で、反発プレートの開口の軸と交差する、請
    求項３０に記載の飛行時間質量分析計。
32. 【請求項３２】 反射要素への入射光の経路が、４度か
    ら５度の角度で、反発プレートの開口の軸と交差する、
    請求項３１に記載の飛行時間質量分析計。
33. 【請求項３３】 光源がレーザーである、請求項２０か
    ら３２のいずれか一項に記載の飛行時間質量分析計。
34. 【請求項３４】 光源が、サンプルが散乱光の検出によ
    って観察できるように、反射要素を介してサンプルプレ
    ート上のサンプルに、光を向けるためのものである、請
    求項２０から３２のいずれか一項に記載の飛行時間質量
    分析計。
35. 【請求項３５】 請求項１から１９のいずれか一項に記
    載のイオン源を有する、請求項２０から３４のいずれか
    一項に記載の飛行時間質量分析計。
36. 【請求項３６】 反射システムが、質量分析計のドリフ
    ト領域内に配置されている、請求項２０から３５のいず
    れか一項に記載の飛行時間質量分析計。
37. 【請求項３７】 質量分析計が、ドリフト領域内に配置
    された静電レンズを更に含む、請求項２０から３６のい
    ずれか一項に記載の飛行時間質量分析計。
38. 【請求項３８】 静電レンズが、サンプルプレートと反
    射システムとの間に配置されている、請求項３６または
    ３７に記載の飛行時間質量分析計。
39. 【請求項３９】 反射システムが、サンプルプレートと
    静電レンズとの間に配置されている、請求項３８に記載
    の飛行時間質量分析計。
40. 【請求項４０】 請求項２０から３９のいずれか一項に
    記載のＴＯＦ質量分析計で使用するための光反射システ
    ムであって、支持要素と、前記支持要素に解放可能に、
    また着脱可能に接続された少なくとも一つの反射要素と
    を含む光反射システム。