JP2003068246A - 飛行時間型質量分析装置 - Google Patents
飛行時間型質量分析装置Info
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- JP2003068246A JP2003068246A JP2001259158A JP2001259158A JP2003068246A JP 2003068246 A JP2003068246 A JP 2003068246A JP 2001259158 A JP2001259158 A JP 2001259158A JP 2001259158 A JP2001259158 A JP 2001259158A JP 2003068246 A JP2003068246 A JP 2003068246A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
- H01J49/34—Dynamic spectrometers
- H01J49/40—Time-of-flight spectrometers
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- Analytical Chemistry (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】ＴＯＦＭＳ分析管の熱膨張によるイオン飛行距
離の変化が分析結果に及ぼす影響を排除する。 【解決手段】ＴＯＦＭＳにおいて分析管２０を含む構造
体上に、分析管２０の長さの変化を検出する測距手段４
０を設け、この測距手段４０の出力信号に基づいてデー
タ処理の過程で出力データを補正する補正手段３３を設
けた。これにより、イオンの飛行時間に影響を及ぼす要
因である構造体の熱膨張による飛行距離の変化を測定
し、これを用いてイオンの飛行時間を補正することが可
能となるので、ＴＯＦＭＳ分析の再現性と精度安定性を
向上することができる。
離の変化が分析結果に及ぼす影響を排除する。 【解決手段】ＴＯＦＭＳにおいて分析管２０を含む構造
体上に、分析管２０の長さの変化を検出する測距手段４
０を設け、この測距手段４０の出力信号に基づいてデー
タ処理の過程で出力データを補正する補正手段３３を設
けた。これにより、イオンの飛行時間に影響を及ぼす要
因である構造体の熱膨張による飛行距離の変化を測定
し、これを用いてイオンの飛行時間を補正することが可
能となるので、ＴＯＦＭＳ分析の再現性と精度安定性を
向上することができる。
Description
【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（以下、ＴＯＦＭＳと略記する）に関するもので、
特にイオン化した試料がその中を飛行する分析管の熱膨
張の影響を補正する機能を備えたＴＯＦＭＳに関する。
装置（以下、ＴＯＦＭＳと略記する）に関するもので、
特にイオン化した試料がその中を飛行する分析管の熱膨
張の影響を補正する機能を備えたＴＯＦＭＳに関する。
【０００２】
【従来の技術】ＴＯＦＭＳは、真空容器内のイオン源に
導入した試料にレーザを照射する等の方法でイオン化
し、これに高電圧を印加して加速し、イオン源に接続し
た分析管内の空間（飛行空間）を飛行させ、その飛行速
度がイオンの質量（正確には質量電荷比、以下同じ）に
よって異なることから検出器に到達するまでの時間を測
定することにより主として試料の定性分析を行うもので
ある。
導入した試料にレーザを照射する等の方法でイオン化
し、これに高電圧を印加して加速し、イオン源に接続し
た分析管内の空間（飛行空間）を飛行させ、その飛行速
度がイオンの質量（正確には質量電荷比、以下同じ）に
よって異なることから検出器に到達するまでの時間を測
定することにより主として試料の定性分析を行うもので
ある。
【０００３】図３は、従来のＴＯＦＭＳの基本的構成を
示すブロック図である。図において、直線状に配置され
たイオン源１０、分析管２０、及び検出部３０は空間的
に接続され、その内部は真空に保たれている。イオン源
１０内のサンプルスライド１１上に置かれた試料（図示
せず）は図示しないレーザ光源からのレーザ照射により
イオン化される。電極を兼ねるサンプルスライド１１
は、イオン加速電源１２により加速用電圧Ｖｓを印加さ
れ、ゼロ電位にある引き出しグリッド２１との間に電場
が形成されるので、イオン化された試料はこの電場によ
って加速され、引き出しグリッド２１を通り抜けて分析
管２０の内部の飛行空間２２に導入される。このとき、
イオンの速度ｖは次式で表される。 ｖ＝（２Ｖｓ／ｍ）1/2 ……………（１） ここで、ｍはイオンの質量（複数電荷を持つイオンの場
合は質量電荷比）であって、速度がイオンの質量によっ
て異なることがわかる。
示すブロック図である。図において、直線状に配置され
たイオン源１０、分析管２０、及び検出部３０は空間的
に接続され、その内部は真空に保たれている。イオン源
１０内のサンプルスライド１１上に置かれた試料（図示
せず）は図示しないレーザ光源からのレーザ照射により
イオン化される。電極を兼ねるサンプルスライド１１
は、イオン加速電源１２により加速用電圧Ｖｓを印加さ
れ、ゼロ電位にある引き出しグリッド２１との間に電場
が形成されるので、イオン化された試料はこの電場によ
って加速され、引き出しグリッド２１を通り抜けて分析
管２０の内部の飛行空間２２に導入される。このとき、
イオンの速度ｖは次式で表される。 ｖ＝（２Ｖｓ／ｍ）1/2 ……………（１） ここで、ｍはイオンの質量（複数電荷を持つイオンの場
合は質量電荷比）であって、速度がイオンの質量によっ
て異なることがわかる。
【０００４】飛行空間２２には電場も磁場も存在しない
ので、ここに導入されたイオンは、イオン源１０の内部
で与えられた速度で飛行空間２２を図の右方向へ飛行す
る。イオンが飛行距離Ｌを飛行して検出器３１に到達す
るまでの時間（飛行時間）をｔとすると、式（１）から
次式が導かれる。 ｔ＝Ｌ／ｖ ＝Ｌ（２Ｖｓ／ｍ）-1/2 ………（２） 即ち、質量の小さいイオンほど大きい速度を与えられる
ので、より早く飛行空間２２を通過して検出器３１に到
達する。その結果、イオンは時間軸上で質量別に分離さ
れる。イオンの電荷は検出器３１で電気的な出力信号に
変えられ、この信号はデータ処理部３２を経て時間軸が
質量を表すマススペクトルとして出力される。
ので、ここに導入されたイオンは、イオン源１０の内部
で与えられた速度で飛行空間２２を図の右方向へ飛行す
る。イオンが飛行距離Ｌを飛行して検出器３１に到達す
るまでの時間（飛行時間）をｔとすると、式（１）から
次式が導かれる。 ｔ＝Ｌ／ｖ ＝Ｌ（２Ｖｓ／ｍ）-1/2 ………（２） 即ち、質量の小さいイオンほど大きい速度を与えられる
ので、より早く飛行空間２２を通過して検出器３１に到
達する。その結果、イオンは時間軸上で質量別に分離さ
れる。イオンの電荷は検出器３１で電気的な出力信号に
変えられ、この信号はデータ処理部３２を経て時間軸が
質量を表すマススペクトルとして出力される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにＴＯＦＭ
Ｓは、イオン化された試料が一定の飛行距離を飛行する
時間を測定することで試料を同定するものであるから、
一定であるべき飛行距離が変化すると誤差を生じる。飛
行距離は分析管２０の長さにほぼ等しいが、ステンレス
鋼等の金属で作られた分析管２０は周囲温度に応じて熱
的に膨張・収縮して飛行距離が僅かながら変化するの
で、分析結果の再現性と精度に悪影響を及ぼす。本発明
は、このような事情に鑑みてなされたものであり、温度
変化による分析管の長さの変化に影響されることなく、
高精度の質量分析を行うことのできるＴＯＦＭＳを提供
することを目的とする。
Ｓは、イオン化された試料が一定の飛行距離を飛行する
時間を測定することで試料を同定するものであるから、
一定であるべき飛行距離が変化すると誤差を生じる。飛
行距離は分析管２０の長さにほぼ等しいが、ステンレス
鋼等の金属で作られた分析管２０は周囲温度に応じて熱
的に膨張・収縮して飛行距離が僅かながら変化するの
で、分析結果の再現性と精度に悪影響を及ぼす。本発明
は、このような事情に鑑みてなされたものであり、温度
変化による分析管の長さの変化に影響されることなく、
高精度の質量分析を行うことのできるＴＯＦＭＳを提供
することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、ＴＯＦＭＳにおいて分析管を含む構造体
上に、分析管の長さの変化を検出する測距手段を設け、
この測距手段の出力信号に基づいてデータ処理の過程で
出力データを補正する補正手段を設けた。さらに、本発
明装置のより具体的な構成は、上記の測距手段として、
前記構造体上に回動可能に枢着された反射鏡と、一端が
前記構造体に固定され他端でもって前記反射鏡を回動さ
せる棹体と、前記反射鏡に向けてレーザ光を射出するレ
ーザ光源と、前記反射鏡により反射されたレーザ光を受
光する受光部を備えると共に、前記棹体は前記構造体の
材質とは異なる熱膨張率を有する材質から成ることを特
徴とする測距手段を備えて成るＴＯＦＭＳである。
決するために、ＴＯＦＭＳにおいて分析管を含む構造体
上に、分析管の長さの変化を検出する測距手段を設け、
この測距手段の出力信号に基づいてデータ処理の過程で
出力データを補正する補正手段を設けた。さらに、本発
明装置のより具体的な構成は、上記の測距手段として、
前記構造体上に回動可能に枢着された反射鏡と、一端が
前記構造体に固定され他端でもって前記反射鏡を回動さ
せる棹体と、前記反射鏡に向けてレーザ光を射出するレ
ーザ光源と、前記反射鏡により反射されたレーザ光を受
光する受光部を備えると共に、前記棹体は前記構造体の
材質とは異なる熱膨張率を有する材質から成ることを特
徴とする測距手段を備えて成るＴＯＦＭＳである。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態を示す
ブロック図である。同図においては、図３におけると同
一の構成要素には同じ符号を付してあるので、再度の説
明は省く。図において、４０は分析管２０上に取り付け
られた測距手段であって、分析管２０の長さ（イオンの
飛行距離にほぼ等しい）の微少な変化量を検出して電気
信号の形で出力するものである。分析管２０の長さが変
化すると飛行時間が変化するから、この測距手段４０の
出力信号を利用して、補正手段３３によりデータ処理の
過程で分析データの時間軸上の値を補正する。これによ
り、温度変化による分析管２０の熱膨張の影響が分析結
果に及ぶことを排除できる。なお、測距手段４０は分析
管２０自体に取り付けられる場合もあるが、分析管２０
とその前後のイオン源１０及び検出部３０を構成する構
造体（以下、単に構造体と記す）に設けるのが実際的で
ある。
ブロック図である。同図においては、図３におけると同
一の構成要素には同じ符号を付してあるので、再度の説
明は省く。図において、４０は分析管２０上に取り付け
られた測距手段であって、分析管２０の長さ（イオンの
飛行距離にほぼ等しい）の微少な変化量を検出して電気
信号の形で出力するものである。分析管２０の長さが変
化すると飛行時間が変化するから、この測距手段４０の
出力信号を利用して、補正手段３３によりデータ処理の
過程で分析データの時間軸上の値を補正する。これによ
り、温度変化による分析管２０の熱膨張の影響が分析結
果に及ぶことを排除できる。なお、測距手段４０は分析
管２０自体に取り付けられる場合もあるが、分析管２０
とその前後のイオン源１０及び検出部３０を構成する構
造体（以下、単に構造体と記す）に設けるのが実際的で
ある。
【０００８】図２は、測距手段４０の具体的な実施形態
を例示したものである。図において、反射鏡４１が支持
板４５を介してヒンジ４６によって分析管２０を含む構
造体２３に枢着されている。分析管２０と同程度の長さ
の棹体（例えば金属製の棒）４４は一方の端（図では左
端）が構造体２３に固定され、他方の端（図では右端）
は反射鏡４１の支持板４５に当接する。支持板４５はス
プリング４７により棹体４４に引き付けられているか
ら、棹体４４の伸縮につれてヒンジ４６の周りに回動
し、この結果、反射鏡４１の角度が変わる。
を例示したものである。図において、反射鏡４１が支持
板４５を介してヒンジ４６によって分析管２０を含む構
造体２３に枢着されている。分析管２０と同程度の長さ
の棹体（例えば金属製の棒）４４は一方の端（図では左
端）が構造体２３に固定され、他方の端（図では右端）
は反射鏡４１の支持板４５に当接する。支持板４５はス
プリング４７により棹体４４に引き付けられているか
ら、棹体４４の伸縮につれてヒンジ４６の周りに回動
し、この結果、反射鏡４１の角度が変わる。
【０００９】周囲温度が変化すると棹体４４は熱膨張に
より伸縮すると同時に、構造体２３自体も伸縮するが、
棹体４４の材質として、構造体２３の材質と熱膨張係数
の異なる材質を選定すれば、温度の変化によって棹体４
４と構造体２３の熱膨張に差が生じ、その結果、反射鏡
４１の角度が変わることになる。
より伸縮すると同時に、構造体２３自体も伸縮するが、
棹体４４の材質として、構造体２３の材質と熱膨張係数
の異なる材質を選定すれば、温度の変化によって棹体４
４と構造体２３の熱膨張に差が生じ、その結果、反射鏡
４１の角度が変わることになる。
【００１０】反射鏡４１に向けてレーザ光源４２からレ
ーザ光が照射され、その反射光は受光部４３で受光され
る。受光部４３は、例えばフォトダイオードアレイで構
成される。反射鏡４１の角度変化に応じて受光点がフォ
トダイオードアレイ上を移動するので、フォトダイオー
ドアレイをスキャンして受光量のピーク位置を求め、こ
れから受光点の変移量を電気信号として出力することが
できる。この信号は、温度変化による分析管２０の伸縮
量、即ち飛行距離の変化量に対応しているから、この信
号を用いてデータ処理の過程で検出器３１の出力の時間
軸上の値を補正することができる。
ーザ光が照射され、その反射光は受光部４３で受光され
る。受光部４３は、例えばフォトダイオードアレイで構
成される。反射鏡４１の角度変化に応じて受光点がフォ
トダイオードアレイ上を移動するので、フォトダイオー
ドアレイをスキャンして受光量のピーク位置を求め、こ
れから受光点の変移量を電気信号として出力することが
できる。この信号は、温度変化による分析管２０の伸縮
量、即ち飛行距離の変化量に対応しているから、この信
号を用いてデータ処理の過程で検出器３１の出力の時間
軸上の値を補正することができる。
【００１１】補正計算は概略以下のように行われる。温
度がｄＴだけ変化したときの飛行距離Ｌの変化量ｄＬ、
受光部４３におけるレーザ光の受光点の変移量をｄＳと
すると、ｄＬはｄＳの関数として、 ｄＬ＝ｆ（ｄＳ） …………………………（３） で表される。この関数ｆは図２に示す測距手段の各部の
諸元数値から導くことも不可能ではないが、実際の装置
についてキャリブレーションにより求めるのが現実的で
ある。（3）式で求めた飛行距離Ｌの変化量ｄＬに対応
する質量ｍのイオンの飛行時間ｔの変化量ｄｔは、 ｄｔ＝ｇ（ｄＬ，ｍ） …………………………（４） で計算される。ここで関数ｇは、ＴＯＦＭＳにおいて質
量、飛行距離、飛行時間の関係を定める関係式で、前記
の（２）式と同じである。質量ｍのイオンの実測された
飛行時間ｔに対して、次式の補正計算を行うことで温度
変化の影響を排除した飛行時間ｔ’を得ることができ
る。 ｔ’＝ｔ＋ｄｔ ＝ｔ＋ｇ（ｄＬ，ｍ） ………………………（５）
度がｄＴだけ変化したときの飛行距離Ｌの変化量ｄＬ、
受光部４３におけるレーザ光の受光点の変移量をｄＳと
すると、ｄＬはｄＳの関数として、 ｄＬ＝ｆ（ｄＳ） …………………………（３） で表される。この関数ｆは図２に示す測距手段の各部の
諸元数値から導くことも不可能ではないが、実際の装置
についてキャリブレーションにより求めるのが現実的で
ある。（3）式で求めた飛行距離Ｌの変化量ｄＬに対応
する質量ｍのイオンの飛行時間ｔの変化量ｄｔは、 ｄｔ＝ｇ（ｄＬ，ｍ） …………………………（４） で計算される。ここで関数ｇは、ＴＯＦＭＳにおいて質
量、飛行距離、飛行時間の関係を定める関係式で、前記
の（２）式と同じである。質量ｍのイオンの実測された
飛行時間ｔに対して、次式の補正計算を行うことで温度
変化の影響を排除した飛行時間ｔ’を得ることができ
る。 ｔ’＝ｔ＋ｄｔ ＝ｔ＋ｇ（ｄＬ，ｍ） ………………………（５）
【００１２】図２は一実施形態を例示するものであり、
各構成要素の配置や細部構造については設計的事項とし
て様々な変形が可能である。また、本発明は、イオント
ラップ型ＴＯＦＭＳ（ＩＴＴＯＦＭＳ）、さらにはこれ
を液体クロマトグラフと組み合わせたＬＣ−ＩＴＴＯＦ
ＭＳ等にも適用することができる。
各構成要素の配置や細部構造については設計的事項とし
て様々な変形が可能である。また、本発明は、イオント
ラップ型ＴＯＦＭＳ（ＩＴＴＯＦＭＳ）、さらにはこれ
を液体クロマトグラフと組み合わせたＬＣ−ＩＴＴＯＦ
ＭＳ等にも適用することができる。
【００１３】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、イ
オンの飛行時間に影響を及ぼす要因である構造体の熱膨
張による飛行距離の変化を測定し、これを用いてイオン
の飛行時間を補正することが可能となるので、ＴＯＦＭ
Ｓ分析の再現性と精度安定性を向上することができる。
オンの飛行時間に影響を及ぼす要因である構造体の熱膨
張による飛行距離の変化を測定し、これを用いてイオン
の飛行時間を補正することが可能となるので、ＴＯＦＭ
Ｓ分析の再現性と精度安定性を向上することができる。
【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態の具体的構成を示す図であ
る。
る。
【図３】従来のＴＯＦＭＳの基本構成を示す図である。
１０…イオン源
１１…サンプルスライド
１２…イオン加速電源
２０…分析管
２１…引き出しグリッド
２２…飛行空間
３０…検出部
３１…検出器
３２…データ処理部
３３…補正手段
４０…測距手段
Claims (2)
- 【請求項１】試料をイオン化するイオン源と、イオン化
した試料に電圧を印加するイオン加速電源と、前記イオ
ン源に空間的に接続された分析管と、前記イオン源及び
分析管に空間的に接続された検出部と、検出部からの出
力信号を処理して所要の分析データを得るデータ処理部
を備えた飛行時間型質量分析装置において、前記分析管
の長さの変化量を検出する測距手段と、この測距手段の
出力信号に基づいて前記検出部からの出力信号を補正す
る補正手段を備えたことを特徴とする飛行時間型質量分
析装置。 - 【請求項２】前記のイオン源、分析管及び検出部を構成
する構造体上に回動可能に枢着された反射鏡と、一端が
前記構造体に固定され他端でもって前記反射鏡を回動さ
せる棹体と、前記反射鏡に向けてレーザ光を射出するレ
ーザ光源と、前記反射鏡により反射されたレーザ光を受
光する受光部を備えると共に、前記棹体は前記構造体の
材質とは異なる熱膨張率を有する材質から成ることを特
徴とする測距手段を、請求項１に記載する測距手段とし
て備えて成る請求項１に記載の飛行時間型質量分析装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001259158A JP4576775B2 (ja) | 2001-08-29 | 2001-08-29 | 飛行時間型質量分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001259158A JP4576775B2 (ja) | 2001-08-29 | 2001-08-29 | 飛行時間型質量分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003068246A true JP2003068246A (ja) | 2003-03-07 |
| JP4576775B2 JP4576775B2 (ja) | 2010-11-10 |
Family
ID=19086575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001259158A Expired - Fee Related JP4576775B2 (ja) | 2001-08-29 | 2001-08-29 | 飛行時間型質量分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4576775B2 (ja) |
Cited By (9)
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|---|---|---|---|---|
| JP2006185828A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Shimadzu Corp | 質量分析装置 |
| JP2008511964A (ja) * | 2004-08-31 | 2008-04-17 | サーモ フィニガン リミテッド ライアビリティ カンパニー | 温度補償式飛行時間型質量分析計 |
| JP2008135192A (ja) * | 2006-11-27 | 2008-06-12 | Jeol Ltd | 飛行時間型質量分析装置 |
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| WO2009081444A1 (ja) * | 2007-12-20 | 2009-07-02 | Shimadzu Corporation | 質量分析装置 |
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| WO2017064802A1 (ja) * | 2015-10-16 | 2017-04-20 | 株式会社島津製作所 | 測定装置の温度変位による測定誤差補正方法及び該方法を用いた質量分析装置 |
| US10991566B2 (en) | 2017-12-04 | 2021-04-27 | Shimadzu Corporation | Time-of-flight mass spectrometer |
| CN113758990A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-12-07 | 北京航空航天大学合肥创新研究院(北京航空航天大学合肥研究生院) | 一种用于团簇束流综合沉积的反射式tof装置 |
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| JP2002520799A (ja) * | 1998-07-17 | 2002-07-09 | マスラブ・リミテッド | 飛行時間型質量分析計 |
-
2001
- 2001-08-29 JP JP2001259158A patent/JP4576775B2/ja not_active Expired - Fee Related
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