JP2002245964A - Time-of-flight mass spectrometer - Google Patents

Time-of-flight mass spectrometer

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JP2002245964A
JP2002245964A JP2001046512A JP2001046512A JP2002245964A JP 2002245964 A JP2002245964 A JP 2002245964A JP 2001046512 A JP2001046512 A JP 2001046512A JP 2001046512 A JP2001046512 A JP 2001046512A JP 2002245964 A JP2002245964 A JP 2002245964A
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ion
time
flight
ions
electric field
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JP2001046512A
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Japanese (ja)
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Yoshihiro Nukina
貫名義裕
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Jeol Ltd
Original Assignee
Jeol Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a time-of-flight mass spectrometer capable of avoiding a problem of narrowing a dynamic range of an ion detector without lowering an S/N ratio of spectrum even when ion cleaves in a time-of-flight spectrum part. SOLUTION: A deceleration electric field electric-potentially set to reflect the ion creaved in the time-of-flight spectrum part and to pass the ion not creaved in the time-of-flight spectrum part and a reacceleration electric field electric potentially set to accelerate the ion until the ion reaches speed exceeding speed at the time when the ion is incident on the deceleration electric field are provided immediately before the ion detector.

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
析装置に関し、特に、マススペクトルのS/N比を向上
させることのできる飛行時間型質量分析装置に関する。
The present invention relates to a time-of-flight mass spectrometer, and more particularly to a time-of-flight mass spectrometer capable of improving the S / N ratio of a mass spectrum.

【0002】[0002]

【従来の技術】質量分析装置は、試料から生成するイオ
ンを真空中で飛行させ、飛行の過程で質量の異なるイオ
ンを分離して、スペクトルとして記録する装置である。
質量分析装置には、扇形磁場を用いてイオンの質量分散
を行なわせる磁場型質量分析装置、四重極電極を用いて
質量によるイオンの選別(フィルタリング)を行なわせ
る四重極質量分析装置(QMS)、質量によるイオンの
飛行時間の違いを利用してイオンを分離する飛行時間型
質量分析装置(TOFMS;time of flight MS)な
どが知られている。
2. Description of the Related Art A mass spectrometer is a device that causes ions generated from a sample to fly in a vacuum, separates ions having different masses during the flight, and records them as a spectrum.
The mass spectrometer includes a magnetic field type mass spectrometer that disperses ions using a sector magnetic field, and a quadrupole mass spectrometer (QMS) that selects (filters) ions by mass using a quadrupole electrode. ), A time-of-flight mass spectrometer (TOFMS) that separates ions by utilizing the difference in the flight time of ions depending on the mass, and the like are known.

【0003】これらの質量分析装置の内、磁場型質量分
析装置とQMSは、連続的にイオンを生成するタイプの
イオン源に適合しているのに対し、TOFMSは、パル
ス状にイオンを生成するタイプのイオン源に適合してい
る。従って、連続型のイオン源をTOFMSに利用しよ
うとすれば、イオン源の利用のしかたに工夫が必要であ
る。垂直加速型飛行時間型質量分析装置(OA−TOF
MS;orthogonal acceleration TOFMS)は、連続
型のイオン源からパルス状のイオンを射出することがで
きるように工夫されたTOFMSの一例である。
[0003] Of these mass spectrometers, the magnetic field type mass spectrometer and the QMS are suitable for an ion source of a type that continuously generates ions, whereas the TOFMS generates ions in a pulsed manner. Compatible with all types of ion sources. Therefore, if a continuous ion source is to be used for TOFMS, it is necessary to devise how to use the ion source. Vertical acceleration time-of-flight mass spectrometer (OA-TOF)
MS (orthogonal acceleration TOFMS) is an example of TOFMS designed so that pulsed ions can be ejected from a continuous ion source.

【0004】図1に、典型的なOA−TOFMSの構成
を示す。OA−TOFMSは、電子衝撃イオン源(E
I)、化学イオン化イオン源(CI)、電界脱離イオン
源(FD)、高速原子衝撃イオン源(FAB)、エレク
トロスプレーイオン源(ESI)、大気圧化学イオン化
イオン源(APCI)、高周波誘導結合プラズマイオン
源(ICP)などの連続型のイオン源1と、イオンガイ
ド2が置かれた中間室3と、集束レンズ4、プレート電
極5、加速電場6、反射部7、イオン検出器8などのイ
オン光学系を構成する構成物が置かれた測定室9とから
成っている。
FIG. 1 shows the configuration of a typical OA-TOFMS. OA-TOFMS is an electron impact ion source (E
I), chemical ionization ion source (CI), field desorption ion source (FD), fast atom bombardment ion source (FAB), electrospray ion source (ESI), atmospheric pressure chemical ionization ion source (APCI), high frequency inductive coupling A continuous ion source 1 such as a plasma ion source (ICP), an intermediate chamber 3 in which an ion guide 2 is placed, a focusing lens 4, a plate electrode 5, an accelerating electric field 6, a reflector 7, an ion detector 8, and the like. A measurement chamber 9 in which components constituting the ion optical system are placed.

【0005】このような構成において、イオン源1にお
いて試料から生成したイオンは、中間室3に置かれたイ
オンガイド2によって高真空な測定室9へと誘導され
る。中間室3と測定室9を仕切る隔壁には、オリフィス
10が設けられていて、イオンガイド2から誘導されて
きたイオンは、オリフィス10によって一定の径を持っ
たイオンビームに整形されて、測定室9に導入される。
In such a configuration, ions generated from the sample in the ion source 1 are guided to a high vacuum measurement chamber 9 by the ion guide 2 placed in the intermediate chamber 3. An orifice 10 is provided in a partition separating the intermediate chamber 3 and the measurement chamber 9, and ions guided from the ion guide 2 are shaped into an ion beam having a constant diameter by the orifice 10, and the measurement chamber 9 is introduced.

【0006】測定室9の入口には、集束レンズ4が設置
されている。測定室9に入ってきたイオンビームは、集
束レンズ4により集束されて、プレート電極5と加速電
場6との間隙に沿った細長い空間に、プレート電極5及
び加速電場6に対して平行に進入する。プレート電極5
及び加速電場6の近傍を移動する一定の長さを持ったイ
オンビームは、プレート電極5にパルス状の押し出し電
圧を印加することにより、イオンビームの進入軸方向と
は垂直な方向にパルス状に押し出され、イオンパルスと
なって、プレート電極5及び加速電場6と対向する位置
に設けられた反射部7に向けて飛行を開始する。
At the entrance of the measuring chamber 9, a focusing lens 4 is provided. The ion beam that has entered the measurement chamber 9 is focused by the focusing lens 4 and enters an elongated space along the gap between the plate electrode 5 and the accelerating electric field 6 in parallel with the plate electrode 5 and the accelerating electric field 6. . Plate electrode 5
By applying a pulse-like pushing voltage to the plate electrode 5, the ion beam having a certain length moving in the vicinity of the accelerating electric field 6 is pulsed in a direction perpendicular to the ion beam entering axis direction. It is extruded and becomes an ion pulse, and starts flying toward the reflecting section 7 provided at a position facing the plate electrode 5 and the accelerating electric field 6.

【0007】垂直方向に加速されたイオンは、測定室9
に導入されたときの速度と、それとは垂直な方向にプレ
ート電極5及び加速電場6によって与えられた速度とが
加わるため、完全に垂直な方向ではなく、わずかに斜め
を向いた垂直方向に飛行し、反射部7で反射されて、イ
オン検出器8に到達する。
The ions accelerated in the vertical direction enter the measuring chamber 9
And the velocity given by the plate electrode 5 and the accelerating electric field 6 in a direction perpendicular to the velocity, so that the airplane flies not vertically but slightly obliquely. Then, the light is reflected by the reflector 7 and reaches the ion detector 8.

【0008】イオンの加速の過程では、軽いイオンほど
速度が速くなり、重いイオンほど速度が遅くなるため、
イオンの質量の違いがイオン検出器8に到達するまでの
到達時間の違いとなって現れ、イオンの質量の違いをイ
オンの飛行時間の違いとして分離することができる。
In the process of accelerating ions, the lighter the ions, the faster the speed becomes, and the heavier the ions, the slower the speed becomes.
The difference in ion mass appears as a difference in arrival time until reaching the ion detector 8, and the difference in ion mass can be separated as a difference in ion flight time.

【0009】このように、連続型のイオン源1から生成
したイオンビームを、プレート電極5及び加速レンズ6
によってパルス状に加速することにより、パルス状に生
成するイオン源に対して適合性を持つTOFMSに、連
続型のイオン源を適用することができる。
As described above, the ion beam generated from the continuous ion source 1 is applied to the plate electrode 5 and the acceleration lens 6.
By accelerating in a pulsed manner, a continuous ion source can be applied to TOFMS having compatibility with an ion source generated in a pulsed manner.

【0010】また、TOFMSの適用範囲は、上記のよ
うなOA−TOFMSの例にはとどまらない。OA−T
OFMSではないが、加速電場内やプレート電極上に置
かれた試料を電子線照射によりイオン化するSIMS
法、あるいは加速電場内やプレート電極上に置かれた試
料をレーザー光照射によりイオン化するMALDI法な
どに対しても、TOFMSを適用する場合は多い。
[0010] Further, the application range of TOFMS is not limited to the example of OA-TOFMS as described above. OA-T
SIMS, which is not OFMS, but ionizes a sample placed in an accelerating electric field or on a plate electrode by electron beam irradiation
In many cases, TOFMS is also applied to the MALDI method in which a sample placed in an accelerating electric field or on a plate electrode is ionized by laser light irradiation.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところで、TOFMS
は、所定の同一運動エネルギーEをイオンに与えたと
き、質量電荷比m/eの小さなイオンほど、より短時間
でイオン検出器に到達することを利用しており、イオン
の飛行距離をL、飛行時間をtTOF、イオン検出器に
到達したときのイオンのパルス幅をΔtとすると、イオ
ンの飛行時間t OFとマススペクトルの分解能Rは、
式(1)および式(2)で与えられる。 tTOF = Lm/2E ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1) R = tTOF/2Δt (=m/Δm)・・・・・・・・・・・・・・・・(2) もし飛行距離が一定ならば、式(1)および式(2)に
従って、イオンパルス幅Δtが狭いほど、分解能Rは高
くなる。尚、Δtは、イオン加速時におけるイオンの空
間的な広がりや、初期速度のばらつき、飛行時間型分光
部の収差などによって決まる。また、反射部は、イオン
の空間的な広がりや初期速度のばらつきを考慮したトー
タルの飛行時間型分光部の収差を改善し、マススペクト
ルの分解能Rを改善するために広く用いられているもの
である。
However, TOFMS
Utilizes the fact that when the same kinetic energy E 0 is given to ions, ions with a smaller mass-to-charge ratio m / e reach the ion detector in a shorter time, and the flight distance of the ions is L. , time of flight t TOF, when the pulse width of the ion upon reaching the ion detector and Delta] t, the resolution R of the flight time t T oF and mass spectrum of the ions,
It is given by equation (1) and equation (2). t TOF = Lm / 2E 0 (1) R = t TOF / 2Δt (= m / Δm (2) If the flight distance is constant, the smaller the ion pulse width At, the higher the resolution R according to the equations (1) and (2). Get higher. Note that Δt is determined by the spatial spread of ions during ion acceleration, the dispersion of initial velocities, the aberration of the time-of-flight spectroscopic unit, and the like. The reflecting section is widely used to improve the aberration of the total time-of-flight spectroscopic section in consideration of the spatial spread of ions and the dispersion of the initial velocity, and to improve the resolution R of the mass spectrum. is there.

【0012】イオン源で生成されたイオンの中で、過剰
な内部エネルギーを有するイオン(メタステーブルイオ
ン)は、飛行時間型分光部を飛行中に開裂することが多
い。また、イオン化時に過剰な内部エネルギーを持たな
い安定なイオンであっても、飛行時間型分光部を飛行中
に、分光部内の残留ガス分子との非弾性衝突により開裂
することがある。
Among the ions generated by the ion source, ions having an excessive internal energy (metastable ions) are often cleaved during flight in the time-of-flight spectroscopic section. Further, even a stable ion having no excessive internal energy at the time of ionization may be cleaved during flight through the time-of-flight spectroscopic unit by inelastic collision with residual gas molecules in the spectroscopic unit.

【0013】例えば、生成された質量数mのイオンm
が開裂して、質量数mのイオンm と質量数
(m−m)の中性分子になる場合を例に取って考え
る。反射部を備えた反射型TOFMSでは、全飛行空間
で開裂して新たに生成されたイオンm は、ほぼ全て
がイオン検出器に入射する。一方、開裂して新たに生成
される中性分子(m−m)については、イオンが反
射部内の2次双曲線軌道の頂点に達する手前で開裂して
中性分子を生成した場合は、中性分子の全てがイオン検
出器には入射しない。また、イオンが反射部内の2次双
曲線軌道の頂点を越えて以降に開裂して中性分子を生成
した場合は、開裂時の飛行方向がイオン検出器の延長線
上にない中性分子を除いて、全ての中性分子がイオン検
出器に入射する。
For example, ions m having a mass number of m 0 are generated.
0 + is cleaved, consider a case where a neutral molecule ion m X + and mass number of mass number m X (m 0 -m X) taken as an example. In the reflection type TOFMS having the reflection portion, almost all of the newly generated ions m x + that have been cleaved in the entire flight space enter the ion detector. On the other hand, for neutral molecules (m 0 −m X ) that are newly generated by cleavage, when the ions are cleaved just before reaching the apex of the quadratic hyperbolic orbit in the reflection part, and neutral molecules are generated, Not all neutral molecules are incident on the ion detector. Also, when ions are cleaved after passing over the apex of the quadratic hyperbolic orbit in the reflection part to generate neutral molecules, neutral molecules whose flight direction at the time of cleavage is not on the extension of the ion detector are excluded. , All neutral molecules are incident on the ion detector.

【0014】これらの開裂後のイオンm と中性分子
(m−m)は、開裂しなかったイオンm の飛行
時間とは異なる飛行時間でイオン検出器に入射するた
め、マススペクトルのベースライン上のノイズになり、
マスピークのS/N比を低下させたり、イオン検出器の
実効的なダイナミックレンジを狭めたり、あるいはゴー
スト・ピークとなってマスピークの質量アサインミスを
引き起こしたりして、分析の障害になる。
The ion m x + and the neutral molecule (m 0 −m x ) after the cleavage enter the ion detector at a flight time different from the flight time of the ion m 0 + that has not been cleaved. It becomes noise on the baseline of the mass spectrum,
Lowering the S / N ratio of the mass peak, narrowing the effective dynamic range of the ion detector, or causing a ghost peak to cause mass assignment of the mass peak to be a hindrance to analysis.

【0015】このようなイオンの開裂に伴って、イオン
の飛行軌道が変化する様子を図示したものが図2であ
る。図中、11は1段目のイオン加速部、すなわち第1
加速部(d)、12は2段目のイオン加速部、すなわ
ち第2加速部(d)である。このTOFMSのイオン
加速部は、2段に分かれているので、一般に2段加速部
と呼ばれる。2段加速部は、プレート電極13、第1の
グリッド14、及び第2のグリッド15で構成されてい
る。プレート電極13は、イオンm にパルス電圧を
印加して、飛行時間型分光部に向けて、イオンm
飛行させる。
FIG. 2 shows a state in which the flight trajectory of the ions changes with the cleavage of the ions. In the figure, reference numeral 11 denotes a first stage ion accelerating unit,
The acceleration units (d 1 ) and 12 are the second stage ion acceleration unit, that is, the second acceleration unit (d 2 ). Since the ion accelerator of this TOFMS is divided into two stages, it is generally called a two-stage accelerator. The two-stage acceleration unit includes a plate electrode 13, a first grid 14, and a second grid 15. Plate electrode 13 applies a pulse voltage to the ion m 0 +, toward the time-of-flight spectrometer unit, to fly the ions m 0 +.

【0016】通常、プレート電極13と第1のグリッド
14には、分析対象イオンの極性と同じ極性を持った電
圧U(=α*U)およびU(=β*U)がそれ
ぞれ印加され、第2のグリッド15のみは、アース電位
または装置のコモン電位に電位が設定されている。
Normally, voltages U 1 (= α * U 0 ) and U 2 (= β * U 0 ) having the same polarity as the ion to be analyzed are respectively applied to the plate electrode 13 and the first grid 14. The potential is applied to only the second grid 15 to the ground potential or the common potential of the device.

【0017】各種イオン化法によって生成されたイオン
は、第1加速部11、及び第2加速部12で加速
され、運動エネルギーe*U(1±δ、δ≪1)が与
えられる。2段加速部を通過したイオンm は、第1
の自由空間(d)を経て、反射部18の入り口に張ら
れた第3のグリッド16を通過し、反射部18の内部
(d)に入射した後、所定の放物線上の軌道を描いて
反射され、再び反射部18の入り口に張られた第3のグ
リッド16を通過し、第2の自由空間(d)を経てイ
オン検出器19に到達して、マススペクトルとして観測
される。
The ions m 0 + generated by various ionization methods are accelerated by the first acceleration unit 11 and the second acceleration unit 12, and are given kinetic energy e * U 0 (1 ± δ, δ≪1). . The ions m 0 + that have passed through the two-stage acceleration unit are
After passing through the third grid 16 stretched at the entrance of the reflecting portion 18 through the free space (d 3 ), and entering the inside (d 4 ) of the reflecting portion 18, draw a trajectory on a predetermined parabola reflected Te, passes through the third grid 16 is stretched at the entrance of the reflecting part 18 again to reach the ion detector 19 via the second free space (d 5), is observed as a mass spectrum.

【0018】尚、反射部入り口の第3のグリッド16
は、通常、アース電位または装置のコモン電位に設定さ
れている。また、反射部18の入り口の反対側は、第4
のグリッド17になっていて、反射部18の内部
(d)で反射されなかった粒子を通過させる働きをす
る。第4のグリッド17には、通常、分析対象のイオン
の極性と同じ極性の高電圧U(=ρ*U)が印加さ
れている。
The third grid 16 at the entrance of the reflecting section
Is normally set to the ground potential or the common potential of the device. Also, the opposite side of the entrance of the reflection section 18 is the fourth
And serves to pass particles that are not reflected inside the reflecting portion 18 (d 4 ). Normally, a high voltage U 4 (= ρ * U 0 ) having the same polarity as the ion to be analyzed is applied to the fourth grid 17.

【0019】図上、太い放物線状の実線で示してあるの
が、全飛行空間で開裂しなかったイオンの飛行軌道であ
る。また、細い点線で示してあるのが、飛行途中で開裂
して新たに生成したイオンや中性分子の飛行軌道であ
る。
In the drawing, a thick parabolic solid line shows the flight trajectory of ions that have not been cleaved in the entire flight space. The thin dashed lines show the flight trajectories of newly generated ions and neutral molecules that are cleaved during the flight.

【0020】イオン検出器19には、一般に二次電子増
倍管が用いられる。TOFMSでは、特にマイクロ・チ
ャンネル・プレート(MCP)がイオン検出器19とし
て汎用されるが、MCPは、イオン検出器としてのダイ
ナミック・レンジ(イオン検出器としての直線性)が3
桁程度しかない。その上、開裂したイオンや開裂によっ
て生成した中性分子がMCPに入射すると、マススペク
トルのベースライン・ノイズとなるため、場合によって
は、MCPイオン検出器のダイナミック・レンジが2桁
のオーダーにまで狭められてしまうこともある。
As the ion detector 19, a secondary electron multiplier is generally used. In TOFMS, in particular, a micro channel plate (MCP) is widely used as the ion detector 19, but the MCP has a dynamic range (linearity as the ion detector) of 3 as the ion detector.
There are only digits. In addition, when the cleaved ions or neutral molecules generated by the cleaving enter the MCP, they cause baseline noise in the mass spectrum. In some cases, the dynamic range of the MCP ion detector can be up to two orders of magnitude. Sometimes it is narrowed.

【0021】飛行空間のどの位置で開裂したときに、イ
オン検出器19に入射してノイズとなったり、ゴースト
ピークになったりするかを、以下に説明する。
A description will be given below as to which position in the flight space is cleaved to cause the noise to enter the ion detector 19 or cause a ghost peak.

【0022】まず、全飛行時間をT(k)、プリカーサ
・イオンの質量をm、開裂イオンの質量をm、プリ
カーサ・イオンの中心加速電圧をU、プリカーサ・イ
オンの自由空間での飛行速度をv(=√{2e*U
(k*α+β)/m})、第1加速部の加速電圧をU
(=α*U)、第1加速部のギャップをd、第1
加速部でのイオンの開裂位置をz、第2加速部の加速
電圧をU(=β*U )、第2加速部のギャップをd
、第2加速部での開裂位置をz、第1加速部内のイ
オンの中心位置をη(0<η<1)(ただし、U
(η*α+β)*U、η*α=α、α+β=
1)、第1加速部内のイオンビーム位置の広がり係数を
k(0<k<2)、第1自由飛行空間距離をd、第2
自由飛行空間距離をd、反射部18の長さをd、反
射部電圧をU(=ρ*U)、イオンの反射部最深飛
行位置をdref(=d*(k*α+β)/ρ)、反
射部18内でのイオンの開裂位置をz及びzと置
く。
First, the total flight time is T (k), the precursor
・ Mass of ion mass0, The mass of the cleaved ion is mX, Pre
The central acceleration voltage of Casa Ion is U0, Precursor I
On the flight speed in free space v0(= $ 2e * U0
(K * α + β) / m0}), The acceleration voltage of the first acceleration unit is set to U
1(= Α * U0), The gap of the first accelerating part is d1, First
Let z be the cleavage position of the ion at the accelerating part.1, Acceleration of the second acceleration unit
U voltage2(= Β * U 0), The gap of the second accelerating section is d
2, The cleavage position in the second acceleration part is z2In the first acceleration unit
The ON center position is η (0 <η <1) (where U0=
(Η * α + β) * U0, Η * α = α1, Α1+ Β =
1) The spread coefficient of the ion beam position in the first acceleration unit is
k (0 <k <2), and the first free flight space distance is d3, Second
Free flight space distance d5, The length of the reflecting portion 18 is d4, Anti
U4(= Ρ * U0), Deepest flight of ion reflection part
Row position dref(= D4* (K * α + β) / ρ), anti
The cleavage position of the ions in the projecting portion 18 is z4And z5And
Good.

【0023】上記のような光学パラメータを持った飛行
時間型分光部内での、開裂したイオンのイオン検出器ま
での飛行時間、開裂後のイオンが持つ運動エネルギー
量、開裂により生成した中性分子のイオン検出器への到
達の有無及び到達する場合の飛行時間について考える。
尚、計算の前提条件として、イオンが開裂した際の運動
エネルギーの放出、及び飛行速度の変化はないものと仮
定する。
In the time-of-flight spectrometer having the above-described optical parameters, the time of flight of the cleaved ions to the ion detector, the kinetic energy of the cleaved ions, and the neutral molecules generated by the cleaving Consider the presence or absence of arrival at the ion detector and the flight time when it arrives.
As a precondition for the calculation, it is assumed that there is no release of kinetic energy and no change in flight speed when the ion is cleaved.

【0024】まず、全飛行空間で開裂を起こさないイオ
ンの飛行時間T(k)は、式(3)で表わされる。
First, the flight time T 0 (k) of an ion that does not cause cleavage in the entire flight space is expressed by equation (3).

【0025】[0025]

【数1】 (Equation 1)

【0026】次に、イオンm が第1加速部で開裂し
た場合の、イオンm の飛行時間T(k)は、式
(4)で表わされる。
Next, the flight time T 1 (k) of the ion m X + when the ion m 0 + is cleaved in the first acceleration section is represented by the following equation (4).

【0027】[0027]

【数2】 (Equation 2)

【0028】尚、ここで、イオンの開裂位置z(0<
<η*d)は、第1のグリッド14からの距離を
表わす。この式から、開裂後のイオンの飛行時間T
(k)は、m/mとzとの関数で表わせること
が分かる。そして、zの値が小さくなるにつれて、飛
行時間T(k)と運動エネルギーの減少量は大きくな
ることが分かる。また、αはβよりも小さい。α
βよりも1桁小さい場合、最終的な運動エネルギーの減
少率は、最大10%以下になる。
Here, the ion cleavage position z 1 (0 <
z 1 <η * d 1 ) represents a distance from the first grid 14. From this equation, the flight time T of the ion after cleavage is
1 (k) is found to be expressed by a function of the m X / m 0 and z 1. Then, as the value of z 1 is reduced, decreasing the amount of flight time T 1 (k) and the kinetic energy is can be seen that large. In addition, α 1 is smaller than β. If α 1 is one order of magnitude smaller than β, the final kinetic energy reduction rate will be at most 10% or less.

【0029】次に、イオンm が第2加速部で開裂し
た場合の、イオンm の飛行時間T(k)は、式
(5)で表わされる。
Next, the flight time T 2 (k) of the ion m X + when the ion m 0 + is cleaved in the second acceleration section is expressed by the following equation (5).

【0030】[0030]

【数3】 (Equation 3)

【0031】尚、イオンの開裂位置z(0<z<d
)は、第2のグリッド15からの距離を表わす。この
式から、開裂後のイオンの飛行時間T(k)は、m
/mとzとの関数で表わせることが分かる。そし
て、m/mの値が決まれば、zがdに近づくに
つれて、運動エネルギーの減少率は増加することが分か
る。
The ion cleavage position z 2 (0 <z 2 <d
2 ) represents a distance from the second grid 15. From this equation, the flight time T 2 (k) of the ion after cleavage is m X
It can be seen that it can be represented by a function of / m 0 and z 2 . Then, once the value of m X / m 0, as z 2 approaches d 2, the reduction rate of kinetic energy can be seen to increase.

【0032】次に、イオンm が第1自由空間で開裂
した場合の、イオンm の飛行時間T(k)は、式
(6)で表わされる。
Next, the flight time T 3 (k) of the ion m X + when the ion m 0 + is cleaved in the first free space is expressed by equation (6).

【0033】[0033]

【数4】 (Equation 4)

【0034】式(6)から明らかなように、第1自由空
間での開裂イオンm の飛行時間T (k)は、反射
部での飛行時間のみがm/mの関数になる。すなわ
ち、第1自由空間での開裂場所の違いによる飛行時間の
差はない。したがって、この空間でm から開裂して
生成したイオンm は、すべて同じ飛行時間でイオン
検出器19に到達し、ゴースト・ピークとして検出され
る。
As is apparent from equation (6), the first free sky
Cleavage ion m betweenX +Flight time T 3(K) is reflection
Only the flight time in the department is mX/ M0Function. Sand
In addition, the flight time of the first free space
There is no difference. Therefore, m in this space0 +Cleaved from
Generated ion mX +All at the same flight time
Reaches the detector 19 and is detected as a ghost peak
You.

【0035】次に、イオンm が反射部前半で開裂し
た場合の、イオンm の飛行時間T(k)は、式
(7)で表わされる。
Next, the flight time T 4 (k) of the ion m X + when the ion m 0 + is cleaved in the first half of the reflection portion is expressed by the following equation (7).

【0036】[0036]

【数5】 (Equation 5)

【0037】ここで、イオンの開裂位置z(0≦z
≦dref)は、第3のグリッド16からの距離を表わ
す。式(7)から明らかなように、m/mの値が決
まれば、zが大きくなるにつれて(すなわち、第3の
グリッド16からの距離が遠くなるにつれて)、より短
時間でm がイオン検出器19に到達することが分か
る。
Here, the ion cleavage position z 4 (0 ≦ z 4
≦ d ref ) represents the distance from the third grid 16. As is apparent from equation (7), once the value of m X / m 0, as z 4 increases (i.e., as the distance from the third grid 16 is away), shorter time m X It can be seen that + reaches the ion detector 19.

【0038】次に、イオンm が反射部後半で開裂し
た場合の、イオンm の飛行時間T(k)は、式
(8)で表わされる。
Next, the flight time T 5 (k) of the ion m X + when the ion m 0 + is cleaved in the latter half of the reflection portion is expressed by the following equation (8).

【0039】[0039]

【数6】 (Equation 6)

【0040】ここで、イオンの開裂位置z(0≦z
≦dref)は、第3のグリッド16からの距離を表わ
す。式(8)から明らかなように、m/mの値が決
まれば、zが小さくなるにつれて(すなわち、第3の
グリッド16からの距離が近くなるにつれて)、より短
時間でm がイオン検出器19に到達することが分か
る。
Here, the ion cleavage position z 5 (0 ≦ z 5
≦ d ref ) represents the distance from the third grid 16. As it is apparent from equation (8), m once the value of X / m 0, as is z 5 decreases (i.e., as the distance from the third grid 16 is closer), shorter time m X It can be seen that + reaches the ion detector 19.

【0041】次に、イオンm が第2自由空間で開裂
した場合、イオンm の飛行速度は不変であるため、
飛行時間T(k)は式(3)で表わされ、開裂しない
イオンm と同時刻にイオン検出器19に到達し、開
裂しないイオンm といっしょに検出される。
Next, when the ion m 0 + is cleaved in the second free space, the flight speed of the ion m X + is invariable.
Flight time T 6 (k) is expressed by equation (3), reach the ion detector 19 to the ion m 0 + the same time not cleaved, is detected ion m 0 + and with not cleaved.

【0042】以上、イオンm の開裂する場所が異な
るごとに、イオンm がイオン検出器19に到達する
までの所要時間がどう変化するかを考察してきたが、m
/m<1なので、式(3)〜式(8)において、T
(k)>T(k)、T(k)、T(k)、T
(k)、T(k)となることが分かる。また、式
(4)、(5)、(7)、及び(8)から、これらの飛
行空間で開裂したイオンm は、開裂位置z
、z、及びzの値の違いによって飛行時間が異
なり、m よりも低マス側にノイズとして現れること
が分かる。これらがマススペクトルのベースラインのノ
イズを増大させている。
As described above, the ion m0 +Different places to cleave
Every time, ion mX +Reaches the ion detector 19
We have considered how the time required to
X/ M0<1, so that in equations (3) to (8), T
1(K)> T2(K), T3(K), T4(K), T5
(K), T6(K). Also, the formula
From (4), (5), (7), and (8),
The ion m cleaved in the row space X +Is the cleavage position z1,
z2, Z4, And z5Flight time varies depending on the value of
Becomes m0 +Appear as noise on the lower mass side
I understand. These are the baseline spectra of mass spectra.
Is increasing.

【0043】他方、第1自由空間dでは、イオンm
がいずれの位置で開裂しても、生成したイオンm
は式(6)に従い、同一の飛行時間でイオン検出器19
に到達する。このことから、第1自由空間dで開裂し
たイオンm は、すべてゴースト・ピークとしてマス
スペクトルの中に現れることが分かる。
[0043] On the other hand, in the first free space d 3, ions m 0
No matter where + is cleaved, the generated ion m X +
Is calculated according to the equation (6) at the same flight time.
To reach. From this, it can be seen that the ions m X + cleaved in the first free space d 3 all appear as ghost peaks in the mass spectrum.

【0044】次に、開裂イオンがイオン検出器19に入
射するときの運動エネルギーを、式(4)〜式(8)か
ら計算すると、下記の式のようになる。
Next, when the kinetic energy when the cleaved ions enter the ion detector 19 is calculated from the equations (4) to (8), the following equation is obtained.

【0045】まず、開裂しなかったイオンの運動エネル
ギーは、式(9)で表わされる。
First, the kinetic energy of uncleaved ions is expressed by equation (9).

【0046】[0046]

【数7】 (Equation 7)

【0047】一方、第1加速部、第2加速部、第1及び
第2自由空間、反射部前半及び後半で開裂したイオンの
運動エネルギーは、式(9)のEに対する比を取る
と、式(10)〜式(14)となる。
On the other hand, the kinetic energy of the ions cleaved in the first and second acceleration sections, the second acceleration section, the first and second free spaces, and the first and second halves of the reflection section is given by the ratio to E 0 in equation (9). Expressions (10) to (14) are obtained.

【0048】 第1加速部で開裂したイオンの運動エ
ネルギーの比E
The kinetic energy ratio E 1 of the ions cleaved in the first acceleration part:

【0049】[0049]

【数8】 (Equation 8)

【0050】式(10)から、zが小さくなると、運
動エネルギーの減少量は大きくなることが分かる。
[0050] From equation (10), when z 1 is reduced, reduction of kinetic energy is can be seen that large.

【0051】 第2加速部で開裂したイオンの運動エ
ネルギーの比E
The kinetic energy ratio E 2 of the ions cleaved in the second acceleration section:

【0052】[0052]

【数9】 (Equation 9)

【0053】式(11)から、zが小さくなると、運
動エネルギーの減少量は大きくなることが分かる。
[0053] From equation (11), when z 2 is reduced, reducing the amount of kinetic energy is can be seen that large.

【0054】 第1自由空間で開裂したイオンの運動
エネルギーの比E
The ratio E 3 of the kinetic energy of the ions cleaved in the first free space:

【0055】[0055]

【数10】 (Equation 10)

【0056】式(12)から、第1自由空間で開裂した
イオンの運動エネルギーの減少量は、いずれもm/m
に依存するだけである。
From equation (12), the amount of decrease in the kinetic energy of ions cleaved in the first free space is m x / m
It only depends on 0 .

【0057】 反射部前半及び後半で開裂したイオン
の運動エネルギーの比E及びE
The kinetic energy ratios E 4 and E 5 of the ions cleaved in the first half and the second half of the reflecting portion:

【0058】[0058]

【数11】 [Equation 11]

【0059】[0059]

【数12】 (Equation 12)

【0060】式(13)及び式(14)から、イオンの
開裂した場所が反射部の前半か後半かによって、イオン
の運動エネルギーの比に差はなく、EとEはともに
同一の式で表わされることが分かる。そして、z及び
の値が大きくなるにつれて、運動エネルギーの減少
量が小さくなることや、z=zの場合は、同一の運
動エネルギーになることが分かる。
From [0060] Equation (13) and (14), depending on whether the second half of the first half of the cleaved location reflection of ions, no difference in the ratio of the kinetic energy of the ions, E 4 and E 5 is both the same formula It can be seen that Then, it can be seen that as the values of z 4 and z 5 increase, the decrease amount of the kinetic energy decreases, and that when z 4 = z 5 , the kinetic energy becomes the same.

【0061】 第2自由空間で開裂したイオンの運動
エネルギーの比E
The kinetic energy ratio E 6 of the ion cleaved in the second free space:

【0062】[0062]

【数13】 (Equation 13)

【0063】式(15)から、第2自由空間で開裂した
イオンの運動エネルギーの減少量は、いずれもm/m
に依存するだけである。
From equation (15), the amount of reduction in the kinetic energy of the ions cleaved in the second free space is m x / m
It only depends on 0 .

【0064】式(13)及び式(14)において、z
=z=(d/ρ)√(k*α+β)の場合を除け
ば、m<mであるから、式(10)〜式(15)よ
り、開裂前のイオンm に対する開裂イオンm
運動エネルギーの比は、いずれも1より小さいことが分
かる。
In the equations (13) and (14), z 4
= Z 5 = (d 4 / ρ) √ (k * α + β) Except for the case of m X <m 0 , from formulas (10) to (15), the ion m 0 + before cleavage is It can be seen that the ratio of the kinetic energies of the cleavage ions m X + is less than 1.

【0065】次に、開裂後に生成する中性分子の挙動に
ついて考える。まず、反射部前半までの飛行空間、すな
わち、第1加速部、第2加速部、第1自由空間、及び反
射部前半でイオンが開裂した場合は、生成した中性分子
は、反射部をそのまま突き進み、第4のグリッド17か
ら反射部外に向けて排出される。そのため、中性分子が
イオン検出器19まで到達することはなく、マススペク
トル上のノイズとなることもない。
Next, the behavior of neutral molecules generated after cleavage will be considered. First, when ions are cleaved in the flight space up to the first half of the reflector, that is, in the first accelerator, the second accelerator, the first free space, and the first half of the reflector, the generated neutral molecules leave the reflector as they are. Then, the light is discharged from the fourth grid 17 to the outside of the reflecting portion. Therefore, neutral molecules do not reach the ion detector 19 and do not become noise on the mass spectrum.

【0066】一方、反射部後半以降の飛行空間、すなわ
ち、反射部後半、及び第2自由空間でイオンが開裂した
場合は、生成した中性分子は、開裂時のm イオンの
飛行速度vを維持したまま、イオン検出器19方向に
飛行し続ける。このうち、反射部後半で開裂した場合の
開裂位置zと中性分子の持つ飛行速度vとの関係
は、式(16)で表わされる。
On the other hand, when the ions are cleaved in the flight space after the latter half of the reflection part, that is, in the latter half of the reflection part and in the second free space, the generated neutral molecules have a flight velocity v of m 0 + ions at the time of cleavage. The flight continues toward the ion detector 19 while maintaining z . Among them, the relationship between the flight speed v z having a cleavage position z 5 and the neutral molecule when cleaved in the second half reflecting portion is represented by the formula (16).

【0067】[0067]

【数14】 [Equation 14]

【0068】このとき、0≦z<d*(k*α
β)/ρであるから、0<v<v*(k*α
β)となる。このため、反射部後半の開裂位置でのイオ
ンの飛行方向がイオン検出器19の延長線上にあれば、
よりも飛行速度が遅いために、中性分子はm
よりもイオン検出器19に遅れて入射し、高マス側のベ
ースライン・ノイズとなる。
At this time, 0 ≦ z 5 <d 4 * (k * α 1 +
β) / ρ, 0 <v z <v 0 * (k * α 1 +
β). For this reason, if the flight direction of the ions at the cleavage position in the latter half of the reflecting portion is on the extension of the ion detector 19,
Due to the slower flight speed than m 0 + , the neutral molecule is m 0 +
Incident on the ion detector 19 later, and becomes baseline noise on the high mass side.

【0069】また、第2自由空間でイオンが開裂した場
合は、すべての中性分子がm と同じ飛行速度で飛行
するため、中性分子は、m と同時にイオン検出器1
9に到達する。
[0069] Also, when the ions in the second free space has cleavage, because all neutral molecules flying at the same flight velocity and m 0 +, neutral molecules, m 0 + simultaneously ion detector 1
Reach 9

【0070】このように、イオンが飛行時間型分光部内
で開裂すると、質量の小さなイオンと中性分子とが新た
に生成し、それらがゴースト・ピークになったり、マス
スペクトル上のノイズとなって、S/N比の低下を招い
たり、場合によっては、MCPイオン検出器のダイナミ
ック・レンジを狭めてしまうという問題があった。
As described above, when the ions are cleaved in the time-of-flight spectroscopic unit, ions having a small mass and neutral molecules are newly generated, and they become ghost peaks or noise on the mass spectrum. , The S / N ratio is reduced, and in some cases, the dynamic range of the MCP ion detector is narrowed.

【0071】本発明の目的は、上述した点に鑑み、イオ
ンが飛行時間型分光部内で開裂しても、マススペクトル
のS/N比の低下を招かず、しかも、イオン検出器のダ
イナミック・レンジが狭くなる問題をも回避することの
できるTOFMSを提供することにある。
In view of the foregoing, it is an object of the present invention to prevent a decrease in the S / N ratio of a mass spectrum even when ions are cleaved in a time-of-flight spectroscopic unit, and furthermore, a dynamic range of an ion detector. An object of the present invention is to provide a TOFMS capable of avoiding the problem of narrowing.

【0072】[0072]

【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、イオン源と、飛行時
間型分光部と、イオン検出器とを備えた飛行時間型質量
分析装置において、飛行時間型分光部内で開裂したイオ
ンを反射すると共に、飛行時間型分光部内で開裂しなか
ったイオンを通過させるように電位設定された減速電場
を、イオン検出器の直前に設けたことを特徴としてい
る。
In order to achieve this object, a TOFMS according to the present invention provides a time-of-flight mass spectrometer provided with an ion source, a time-of-flight spectroscope, and an ion detector. A decelerating electric field, which is set at a potential so as to reflect ions cleaved in the time-type spectroscopic unit and pass ions not cleaved in the time-of-flight spectroscopic unit, is provided immediately before the ion detector. .

【0073】また、イオン源と、飛行時間型分光部と、
イオン検出器とを備えた飛行時間型質量分析装置におい
て、減速電場、次いで加速電場をイオン検出器の直前に
設け、加速電場では、イオンが減速電場に入射したとき
の速度を超える速度に到達するまでイオンを加速させる
ようにしたことを特徴としている。
Further, an ion source, a time-of-flight spectroscopy unit,
In a time-of-flight mass spectrometer equipped with an ion detector, a decelerating electric field and then an accelerating electric field are provided immediately before the ion detector. In the accelerating electric field, the ions reach a speed exceeding the speed at which the ions were incident on the decelerating electric field. It is characterized by accelerating ions up to that point.

【0074】また、前記減速電場は、飛行時間型分光部
内で開裂したイオンを反射すると共に、飛行時間型分光
部内で開裂しなかったイオンを通過させるように電位設
定されていることを特徴としている。
Further, the deceleration electric field is set at a potential so as to reflect ions cleaved in the time-of-flight spectroscopic unit and to pass ions not cleaved in the time-of-flight spectroscopic unit. .

【0075】[0075]

【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3は、本発明にかかるTOF
MSの一実施例を表わしたものである。図中、11は1
段目のイオン加速部、すなわち第1加速部(d)、1
2は2段目のイオン加速部、すなわち第2加速部
(d)である。このTOFMSのイオン加速部は、2
段に分かれているので、一般に2段加速部と呼ばれる。
2段加速部は、プレート電極13、第1のグリッド1
4、及び第2のグリッド15で構成されている。プレー
ト電極13は、イオンm にパルス電圧を印加して、
飛行時間型分光部に向けて、イオンm を飛行させ
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 shows a TOF according to the present invention.
9 shows an embodiment of MS. In the figure, 11 is 1
The first stage ion accelerating section (d 1 ), 1
Reference numeral 2 denotes a second-stage ion acceleration unit, that is, a second acceleration unit (d 2 ). The ion accelerator of this TOFMS has 2
Since it is divided into stages, it is generally called a two-stage accelerator.
The two-stage accelerating unit includes the plate electrode 13, the first grid 1
4 and the second grid 15. The plate electrode 13 applies a pulse voltage to the ion m 0 + ,
The ions m 0 + are made to fly toward the time-of-flight spectroscopy unit.

【0076】通常、プレート電極13と第1のグリッド
14には、分析対象イオンの極性と同じ極性を持った電
圧U(=α*U)およびU(=β*U)がそれ
ぞれ印加され、第2のグリッド15のみは、アース電位
または装置のコモン電位に電位が設定されている。
Normally, voltages U 1 (= α * U 0 ) and U 2 (= β * U 0 ) having the same polarity as the ion to be analyzed are applied to the plate electrode 13 and the first grid 14, respectively. The potential is applied to only the second grid 15 to the ground potential or the common potential of the device.

【0077】各種イオン化法によって生成されたイオン
は、第1加速部11、及び第2加速部12で加速
され、運動エネルギーe*U(1±δ、δ≪1)が与
えられる。2段加速部を通過したイオンm は、第1
の自由空間(d)を経て、反射部18の入り口に張ら
れた第3のグリッド16を通過し、反射部18の内部
(d)に入射した後、所定の放物線上の軌道を描いて
反射され、再び反射部18の入り口に張られた第3のグ
リッド16を通過し、第2の自由空間(d)、及び、
本実施例で新たに設けられた減速電場20と再加速電場
21とを経て、イオン検出器19に到達して、マススペ
クトルとして観測される。
The ions m 0 + generated by various ionization methods are accelerated by the first acceleration unit 11 and the second acceleration unit 12, and are given kinetic energy e * U 0 (1 ± δ, δ≪1). . The ions m 0 + that have passed through the two-stage acceleration unit are
After passing through the third grid 16 stretched at the entrance of the reflecting portion 18 through the free space (d 3 ) of the above, and entering the inside (d 4 ) of the reflecting portion 18, a trajectory on a predetermined parabola is drawn And passes through the third grid 16 stretched again at the entrance of the reflector 18 to form a second free space (d 5 ), and
In this embodiment, the ion beam reaches the ion detector 19 via the deceleration electric field 20 and the re-acceleration electric field 21 which are newly provided, and is observed as a mass spectrum.

【0078】尚、第3のグリッド16は、通常、アース
電位または装置のコモン電位に設定されている。また、
反射部18の入り口の反対側は、第4のグリッド17に
なっていて、反射部18の内部(d)で反射されなか
った粒子を通過させる働きをする。第4のグリッド17
には、通常、分析対象のイオンの極性と同じ極性の高電
圧U(=ρ*U)が印加されている。
The third grid 16 is usually set to the ground potential or the common potential of the device. Also,
The other side of the entrance of the reflection part 18 is a fourth grid 17 and functions to pass particles not reflected inside the reflection part 18 (d 4 ). Fourth grid 17
Is applied with a high voltage U 4 (= ρ * U 0 ) having the same polarity as the ion to be analyzed.

【0079】本実施例は、イオン検出器19の直前に、
イオンの飛行速度をいったん減速させる減速電場20、
次いでイオンの飛行速度を再加速させる再加速電場21
が設けられていることを特徴としている。減速電場20
は、第5のグリッド22と第6のグリッド23とで仕切
られている。一方、再加速電場21は、第6のグリッド
23とイオン検出器19のイオン入射面とで仕切られて
いる。
In this embodiment, immediately before the ion detector 19,
A deceleration electric field 20, which temporarily reduces the flight speed of ions,
Next, a re-acceleration electric field 21 for re-accelerating the flight speed of ions
Is provided. Deceleration electric field 20
Is divided by a fifth grid 22 and a sixth grid 23. On the other hand, the re-acceleration electric field 21 is partitioned by the sixth grid 23 and the ion incident surface of the ion detector 19.

【0080】通常、第5のグリッド22は、アース電位
または装置のコモン電位に設定される。また、第6のグ
リッド23には、分析対象イオンの極性と同じ極性の電
圧U (=κ*U)が印加され、イオン検出器19の
イオン入射面には、分析対象イオンの極性と反対の極性
の電圧U(=γ*U)が印加される。
Normally, the fifth grid 22 has a ground potential
Alternatively, it is set to the common potential of the device. Also, the sixth group
The lid 23 has an electrode having the same polarity as the ion to be analyzed.
Pressure U 6(= Κ * U0) Is applied and the ion detector 19
The ion incidence surface has a polarity opposite to the polarity of the analyte ion.
Voltage U7(= Γ * U0) Is applied.

【0081】これらの減速電場20と再加速電場21
を、イオン検出器19の手前に設置することにより、マ
ススペクトルのS/N比の改善とゴースト・ピークの除
去が可能になる。そこで、そのメカニズムについて説明
する。
These deceleration electric field 20 and re-acceleration electric field 21
Is disposed in front of the ion detector 19, the S / N ratio of the mass spectrum can be improved and the ghost peak can be removed. Therefore, the mechanism will be described.

【0082】まず、反射場を持ったTOFMSにおい
て、新たに付加された減速電場20の電位U(=κ*
)は、U/U<1である。尚、Uは、0<U
<(k*α+β)*Uの範囲で与えることが可能で
あるが、第1加速部11でイオンが空間的に広がってい
る場合も考慮すると、実用的には0.5*U<U
β*Uに限定される。
First, in TOFMS having a reflection field, the potential U 6 (= κ *) of the newly added deceleration electric field 20
U 0 ) is U 6 / U 0 <1. Incidentally, U 6 is, 0 <U
6 <(k * α + β) * U 0 , but considering the case where the ions are spatially spread in the first acceleration unit 11, practically 0.5 * U 0 <U 6
It is limited to β * U 0.

【0083】式(9)〜式(15)から明らかなよう
に、どの飛行空間においても、イオンm の開裂に伴
って新たに生成したイオンm は、開裂前のイオンm
よりも運動エネルギーが減少している。そのため、
この減速電場20が、開裂後のイオンm に対するポ
テンシャル・バリアとなり、Uの電位で決まる所定の
運動エネルギーe*Uよりも低い運動エネルギーしか
持たないイオンm は、すべて減速電場20により反
射され、イオン検出器19に入射できなくなる。
[0083] Equation (9) As is clear from to (15), in any flight space, ion m X + is newly generated with the ion m 0 + cleavage, prior to dehiscence ion m
0 + kinetic energy is decreasing than. for that reason,
The deceleration electric field 20, after cleavage ion m X + becomes a potential barrier for the predetermined kinetic energy e * has only low kinetic energy than U 6 ions m X + is determined by the potential of the U 6, all deceleration electric field The light is reflected by 20 and cannot enter the ion detector 19.

【0084】この減速電場20による開裂イオンm
の除去能力には、一定の制限(e*U)があるもの
の、静電セクターと同様の効果を発揮し、イオン検出器
19への開裂イオンm の入射を妨げることにより、
開裂イオンm 由来のベースライン・ノイズを減少さ
せ、マススペクトルのS/N比の改善やイオン検出器1
9の実効的なダイナミック・レンジの改善ができる。ま
た、第1自由空間での開裂イオンm によるゴースト
・ピークの発生は、(m/m)<(U/U )で
あれば、完全に防止することができる。
Cleavage ions m by this deceleration electric field 20X +
Has a certain limit (e * U)6)
The same effect as the electrostatic sector, the ion detector
Cleavage ion m to 19X +By blocking the incidence of
Cleavage ion mX +Reduced baseline noise
To improve the S / N ratio of the mass spectrum and the ion detector 1
9 can improve the effective dynamic range. Ma
Also, the cleavage ion m in the first free spaceX +Ghost by
・ The peak occurrence is (mX/ M0) <(U6/ U 0)so
If there is, it can be completely prevented.

【0085】次に、再加速電場21の作用効果について
説明する。反射部18の後半でm が開裂して生成す
る中性分子は、開裂場所が反射部18の深い位置、すな
わちzが大きい値であるほど、その有している速度と
運動エネルギーは小さくなる。これは、式(16)から
明らかである。このような中性分子は、イオン検出器1
9に入射するときの速度及び運動エネルギーも小さいた
め、MCP上での2次電子増倍効率は低い。
Next, the effect of the re-acceleration electric field 21 will be described.
explain. M in the latter half of the reflector 180 +Is formed by cleavage
Neutral molecules that are cleaved at a deep position
Wachiz5The greater the value, the higher its speed and
Kinetic energy is reduced. This is from equation (16)
it is obvious. Such neutral molecules can be detected by the ion detector 1
Speed and kinetic energy at the time of incidence on
Therefore, the secondary electron multiplication efficiency on the MCP is low.

【0086】このとき、再加速電場21に分析対象イオ
ンの極性とは逆の極性の電圧Uを与え、その絶対値を
γ*Uとする。すると、中性分子は、再加速電場21
の作用で加速されることはないが、分析対象イオンだけ
は、再加速電場21の作用で加速されるので、イオン検
出器19に入射するときの分析対象イオンの速度及び運
動エネルギーのみを大きくして、MCP上での2次電子
増倍効率を高めることができる。その結果、中性分子に
由来するベースライン・ノイズは大きくならないが、分
析対象イオン由来の信号のみは大きくなり、マススペク
トルのS/N比を改善することができる。
[0086 At this time, the polarity of the analyte ions in the re-accelerating electric field 21 applied a voltage U 7 of opposite polarity, to the absolute value and gamma * U 0. Then, the neutral molecule becomes the re-acceleration electric field 21
Is not accelerated by the action of, but only the ions to be analyzed are accelerated by the action of the re-acceleration electric field 21, so that only the velocity and the kinetic energy of the ions to be analyzed when entering the ion detector 19 are increased. Therefore, the secondary electron multiplication efficiency on the MCP can be increased. As a result, the baseline noise derived from neutral molecules does not increase, but only the signal derived from the ion to be analyzed increases, and the S / N ratio of the mass spectrum can be improved.

【0087】尚、全飛行空間で開裂を起こさない安定イ
オンm の飛行時間T(k)は、減速電場20と再
加速電場21を通過した場合、新たに、式(17)で表
わされる。
The flight time T 6 (k) of the stable ion m 0 + that does not cause cleavage in the entire flight space is newly expressed by the following equation (17) when passing through the deceleration electric field 20 and the re-acceleration electric field 21. It is.

【0088】[0088]

【数15】 (Equation 15)

【0089】式(17)の中で、第5項が減速電場20
での飛行時間、第6項が再加速電場21での飛行時間を
与える。ここで、dは減速電場20の飛行空間、d
は再加速電場21の飛行空間である。尚、全飛行空間で
開裂しない安定イオンm に対しては、減速や再加速
を行なっても、従来通りの高い分解能のマススペクトル
が得られるように、式(17)の中の各光学パラメータ
を最適化しておく必要があることは、改めて言うまでも
ない。
In equation (17), the fifth term is the deceleration electric field 20
The sixth term gives the time of flight in the re-acceleration electric field 21. Here, d 6 is the flight space of the deceleration electric field 20, d 7
Is a flight space of the re-acceleration electric field 21. For the stable ion m 0 + that is not cleaved in the entire flight space, even if deceleration or re-acceleration is performed, each optical equation in the equation (17) is obtained so that a high-resolution mass spectrum as before can be obtained. Needless to say, the parameters need to be optimized.

【0090】尚、第1加速部11で生成されるイオンビ
ームの生成場所が、プレート電極13の近傍に限定でき
る場合、たとえば、プレート電極13の表面に設置した
試料にパルスレーザー光を照射して試料のイオン化を行
なうMALDI法のような場合、あるいはプレート電極
13の表面に設置した試料にパルス電子線を照射して試
料のイオン化を行なうSIMS法のような場合には、特
に、U=β*Uとして、第6のグリッド23の設定
電圧Uを、第2加速部12に電場を与える第1のグリ
ッド14の設定電圧U(=β*U)と同じ値に設定
し、両グリッドに電圧を供給する電源を1台で共用する
ことも可能である。
When the generation location of the ion beam generated by the first acceleration unit 11 can be limited to the vicinity of the plate electrode 13, for example, the sample placed on the surface of the plate electrode 13 is irradiated with pulsed laser light. In the case of the MALDI method for ionizing the sample or the SIMS method for irradiating the sample placed on the surface of the plate electrode 13 with a pulsed electron beam to ionize the sample, in particular, U 6 = β As * U 0 , the set voltage U 6 of the sixth grid 23 is set to the same value as the set voltage U 2 (= β * U 0 ) of the first grid 14 for applying an electric field to the second acceleration unit 12, It is also possible to share one power supply for supplying voltage to both grids.

【0091】また、上記実施例では、減速電場20と再
加速電場21を一体化させて使用したが、減速電場20
と再加速電場21は、別々に離れた場所に設置しても良
い。
In the above embodiment, the deceleration electric field 20 and the re-acceleration electric field 21 are used integrally.
And the re-acceleration electric field 21 may be separately provided at separate places.

【0092】また、上記実施例では、減速電場20と再
加速電場21を一緒に使用したが、減速電場20のみを
単独で使用しても、開裂イオンの反射を行なうことがで
きるため、S/N比の改善に一定の効果があることは言
うまでもない。
In the above embodiment, the decelerating electric field 20 and the re-acceleration electric field 21 are used together. However, even if only the decelerating electric field 20 is used alone, the reflection of the cleavage ions can be performed. It goes without saying that there is a certain effect on the improvement of the N ratio.

【0093】また、上記実施例では、イオン加速部を2
段加速としたが、1段、または多段加速部を持つTOF
MSに減速電場及び再加速電場を適用しても良い。
Further, in the above embodiment, the ion acceleration
TOF with single-stage or multi-stage acceleration unit
A deceleration electric field and a re-acceleration electric field may be applied to the MS.

【0094】また、上記実施例では、反射部を1段とし
たが、これは、2段以上でも良く、あるいは電界傾斜型
であっても良い。
In the above embodiment, the number of the reflecting portions is one. However, the number of the reflecting portions may be two or more, or an electric field gradient type may be used.

【0095】また、反射型以外のTOFMSでは、リニ
ア型TOFMSへの適用が考えられる。ただし、リニア
型TOFMSの場合は、飛行過程での開裂によって生成
した中性分子は、すべて直進してイオン検出器に入射す
るため、反射型TOFMSの場合に較べると効力は限定
されるものの、基本的な減速・再加速によるS/N比の
改善効果はあると考えられる。
Further, in TOFMS other than the reflection type, application to a linear type TOFMS can be considered. However, in the case of the linear TOFMS, all the neutral molecules generated by the cleavage during the flight process go straight and enter the ion detector. It is considered that there is an effect of improving the S / N ratio by the deceleration / re-acceleration.

【0096】[0096]

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明のTOFMS
によれば、飛行時間型分光部内で開裂したイオンを反射
すると共に、飛行時間型分光部内で開裂しなかったイオ
ンを通過させるように電位設定された減速電場と、イオ
ンが減速電場に入射したときの速度を超える速度に到達
するまでイオンを加速させるように電位設定された再加
速電場を、イオン検出器の直前に備えたので、開裂によ
って生成したイオンと中性分子の入射が原因となって起
きるマススペクトルのS/N比の低下やゴースト・ピー
クの出現を抑制することが可能になり、更に、イオン検
出器のダイナミック・レンジが狭くなる問題をも回避す
ることが可能になった。
As described above, the TOFMS of the present invention
According to the present invention, a deceleration electric field which is set to a potential so as to reflect ions cleaved in the time-of-flight spectroscopic unit and pass ions not cleaved in the time-of-flight spectroscopic unit, and when the ions enter the deceleration electric field A re-acceleration electric field was set just before the ion detector to accelerate the ions until they reached a speed exceeding the speed of the ion detector. It is possible to suppress the occurrence of a decrease in the S / N ratio of the mass spectrum and the appearance of a ghost peak, and it is possible to avoid the problem that the dynamic range of the ion detector is narrowed.

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

【図1】従来の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 time-of-flight mass spectrometer.

【図2】従来の飛行時間型質量分析装置を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a conventional time-of-flight mass spectrometer.

【図3】本発明にかかる飛行時間型質量分析装置の一実
施例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing one embodiment of a time-of-flight mass spectrometer according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・イオン源、2・・・イオンガイド、3・・・中間室、4・
・・集束レンズ、5・・・プレート電極、6・・・加速電場、7
・・・反射部、8・・・イオン検出器、9・・・測定室、10・・・
オリフィス、11・・・第1加速部、12・・・第2加速部、
13・・・プレート電極、14・・・第1のグリッド、15・・
・第2のグリッド、16・・・第3のグリッド、17・・・第
4のグリッド、18・・・反射部、19・・・イオン検出器、
20・・・減速電場、21・・・再加速電場、22・・・第5の
グリッド、23・・・第6のグリッド。
1 ... Ion source, 2 ... Ion guide, 3 ... Intermediate chamber, 4 ...
..Converging lens, 5 ... Plate electrode, 6 ... Acceleration electric field, 7
... Reflector, 8 ... Ion detector, 9 ... Measurement room, 10 ...
Orifice, 11: first acceleration unit, 12: second acceleration unit,
13 ... plate electrode, 14 ... first grid, 15 ...
-2nd grid, 16 ... 3rd grid, 17 ... 4th grid, 18 ... reflection part, 19 ... ion detector,
20: deceleration electric field, 21: re-acceleration electric field, 22: fifth grid, 23: sixth grid.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】イオン源と、飛行時間型分光部と、イオン
検出器とを備えた飛行時間型質量分析装置において、飛
行時間型分光部内で開裂したイオンを反射すると共に、
飛行時間型分光部内で開裂しなかったイオンを通過させ
るように電位設定された減速電場を、イオン検出器の直
前に設けたことを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
1. A time-of-flight mass spectrometer provided with an ion source, a time-of-flight spectroscopic unit, and an ion detector, which reflects ions cleaved in the time-of-flight spectroscopic unit,
A time-of-flight mass spectrometer characterized in that a decelerating electric field whose potential is set so as to pass ions that have not been cleaved in a time-of-flight spectroscopic unit is provided immediately before an ion detector.
【請求項2】イオン源と、飛行時間型分光部と、イオン
検出器とを備えた飛行時間型質量分析装置において、減
速電場、次いで加速電場をイオン検出器の直前に設け、
加速電場では、イオンが減速電場に入射したときの速度
を超える速度に到達するまでイオンを加速させるように
したことを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
2. A time-of-flight mass spectrometer comprising an ion source, a time-of-flight spectroscopic unit, and an ion detector, wherein a deceleration electric field and then an acceleration electric field are provided immediately before the ion detector.
A time-of-flight mass spectrometer characterized in that ions are accelerated in an accelerating electric field until the ions reach a speed exceeding a speed at which the ions enter the decelerating electric field.
【請求項3】前記減速電場は、飛行時間型分光部内で開
裂したイオンを反射すると共に、飛行時間型分光部内で
開裂しなかったイオンを通過させるように電位設定され
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 electric field is set such that the decelerating electric field reflects ions cleaved in the time-of-flight spectroscopic unit and passes ions not cleaved in the time-of-flight spectroscopic unit. The time-of-flight mass spectrometer according to claim 2.
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