JP2012003946A

JP2012003946A - 飛行時間型質量分析装置

Info

Publication number: JP2012003946A
Application number: JP2010138036A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Niwa; 明彦丹▲羽▼
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2012-01-05

Abstract

【課題】
飛行時間型質量分析装置において、低コストで簡易な構成によって、真空ポンプ等に等に起因する機械的振動が電源ケーブル３４を伝わって、リフレクトロン２５に伝播することを防止することで、測定される分析データのノイズを抑制する。
【解決手段】
直流電圧源２８に繋がる電源ケーブル３４をリフレクトロン２５に接続する際に、電源ケーブル３４よりも剛性が低い導電性緩衝材３８を介して接続することにより、電源ケーブル３４からリフレクトロン２５に伝播する振動を緩和させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、飛行時間型質量分析装置に関し、更に詳しくは、前記装置のリフレクトロンへの電圧供給ケーブルの接続方法に関する。

飛行時間型質量分析装置の構造及び作用を図４により説明する。真空チャンバ１内の一方の端にイオン源２、イオン加速器３とイオン検出器４が、他方の端にリフレクトロン（イオン反射器）５が設けられている。イオン源２としては、ＭＡＬＤＩ(ＭＡＴＲＩＸＡＳＳＩＳＴＥＤＬＡＳＥＲＤＥＳＯＲＰＴＩＯＮ／ＩＯＮＩＺＡＴＩＯＮ)やＥＳＩ、ＡＰＣＩ等のイオン源が考えられる。また、真空チャンバ１には、高真空にすることができるターボ分子ポンプ等の真空ポンプ６が設けられている。そして、リフレクトロン５は電源ケーブル１４を介して直流電圧源８に接続され、直流電圧源８からリフレクトロン５へ直流電圧が供給されている。

イオン源２で生成されたイオンは、イオン加速器３において所定の加速電圧により運動エネルギが与えられ、リフレクトロン５に向かう飛行空間７を飛行する。イオンは、リフレクトロン５における傾斜電界により反射され、飛行空間７を戻って、イオン検出器４によって検出される。イオンが飛行空間７を往復するために要する時間は、イオンの質量m/z（mは質量、zは電荷）に依存するため、イオン検出器４におけるイオン検出量を連続的に測定することにより、イオン源２において生成されたイオンの質量スペクトルを得ることで、質量分析を行うことができる。飛行時間型質量分析装置には、図３を用いて説明したようにリフレクトロンで反射させたイオンを検出する反射型と、イオン加速器とイオン検出器とを両端に配置し、イオンが飛行空間を一方向にのみ飛行する一方向型の飛行時間型質量分析装置が存在する。

次に従来のリフレクトロンの構成を図３に示す。リフレクトロン５は、ロッド１０に、多数のイオンレンズ１１が絶縁スペーサ１２を介して配列された構成を有する。また、リフレクトロン５には、リフレクトロン基板１３が取り付けられており、リフレクトロン基板１３には、リフレクトロン５に電圧を供給する電源ケーブル１４が、接続されている。リフレクトロン基板１３には、電源ケーブル１４と接続するためのターミナル１５が設けられており、電源ケーブル１４にはターミナル１５と接続するための端子１７が設けられている。そして、ターミナル１５と接続された端子１７は固定ねじ１６で固定される。リフレクトロン５は電場領域から構成され、電場は線形、または非線形となる。この場合、リフレクトロン基板１３の間の電場はほぼ一様となるが、ステップ関数的な電場となる。例えば、線形電場を与えるためには、リフレクトロン基板１３の間に同一の抵抗値をもつ抵抗器を直列に接続し、両端電極に電圧を与えることにより行う。

特開２００５‐２８５５４３号公報

反射型飛行時間型質量分析装置において、真空ポンプ等に起因する機械的振動が電源ケーブルを伝わって、リフレクトロンに伝播した場合、リフレクトロン内に発生する傾斜電界に乱れが生じ、リフレクトロン内を飛行するイオンの軌道に乱れが生じる。この機械的振動によってイオンの軌道が乱れると、分析精度に影響が発生し、機械的振動が大きい場合、分析における質量誤差が大きくなってしまう。この場合、リフレクトロンを免震構造の台等に載せれば、リフレクトロンが受ける振動の影響を減らすことができるが、多くのコストや広いスペースが必要となる。そこで、本発明は、低コストで簡易な構成によって、電源ケーブルを通じて、リフレクトロンに伝播する真空ポンプや冷却・通気ファン等に起因する機械的振動を抑制することを目的とする。

前記課題を解決するためになされた本発明は、電源ケーブル接続部を備えたリフレクトロンと、前記リフレクトロンに電圧を供給し、前記電源ケーブル接続部に接続された電源ケーブルとを備えた反射型飛行時間型質量分析装置において、前記電源ケーブルと前記電源ケーブル接続部の間に、導電性で前記電源ケーブルよりも剛性が低い導電性緩衝材を設けたことを特徴とする。本発明によれば、電源ケーブルと電源ケーブル接続部との間に設けられた導電性緩衝材が電源ケーブルに伝わる機械的振動を緩和させるため、リフレクトロンに伝わる振動を抑制することができる。

また、前記導電性緩衝材は、金属線としてもよい。

本発明によれば、電源ケーブルとリフレクトロンの電源ケーブル接続部との間に設けられた緩衝材が電源ケーブルを伝わってくる振動を緩和させ、電源ケーブル接続部からリフレクトロンに伝わる振動を抑制するため、反射型飛行時間型質量分析装置で測定される分析データのノイズを小さくすることができる。

本発明の反射型飛行時間型質量分析装置の概略構成図。本発明のリフレクトロンの電源ケーブル接続部の概略図。従来のリフレクトロンの電源ケーブル接続部の概略図。反射型飛行時間型質量分析装置の概略構成図。電源ケーブルと端子を直接繋いだ場合の質量誤差を示すグラフ。直径０．１ｍｍのニッケル線を緩衝材として用いた場合の質量誤差を示すグラフ。直径０．３ｍｍニッケル線を緩衝材として用いた場合の質量誤差を示すグラフ。

図１を用いて本発明の一実施例である反射型飛行時間型質量分析装置について説明する。本実施例の反射型飛行時間型質量分析装置の基本的構造は図４に示す従来のものとほぼ同じであるが、真空チャンバ２１内の一方の端にイオン源２２、イオン加速器２３とイオン検出器２４が、他方の端にリフレクトロン（イオン反射器）２５が設けられている。また、真空チャンバ２１には、高真空にすることができるターボ分子ポンプ等の真空ポンプ２６が設けられている。また、リフレクトロン２５は直流電圧源２８に接続され、直流電圧源２８からリフレクトロン２５へ直流電圧が供給されている。そして、リフレクトロン２５は電源ケーブル３４を介して直流電圧源２８に接続され、直流電圧源２８からリフレクトロン２５へ直流電圧が供給されている。そして、電源ケーブル３４をリフレクトロン２５に接続する際に、導電性緩衝材３８を介して接続するが、これについては後で詳しく説明する。

図２を用いて、本実施例で反射型飛行時間型質量分析装置に用いられているリフレクトロン２５の構成を説明する。本実施例のリフレクトロンは図３に示される従来のリフレクトロン５の構成とほぼ同じであり、リフレクトロン２５はリフレクトロン基板３３上に設置され、リフレクトロン基板３３には、電源ケーブル３４と接続するためのターミナル３５が設けられている。また、電源ケーブル３４にはリフレクトロン基板３３と接続するための端子３７が設けられており、ターミナル３５と端子３７が接続され、両者は固定ねじ３６で固定されている。飛行時間型質量分析装置のイオンの飛行路は、真空に保つ必要があることから、真空ポンプ２６により真空引きがされているが、この真空ポンプ２６から発生する振動が、電源ケーブル３４を介して、リフレクトロン２５に伝わることがある。

そこで、本実施例では、電源ケーブル３４と端子３７の間に、導電性の緩衝材として、導電性緩衝材３８を設けている。導電性緩衝材３８は、導電性であるため、電源ケーブル３４から伝わる電圧を端子３７等を介してリフレクトロン２５に供給することが可能である。また、導電性緩衝材３８は、電源ケーブル３４と比べて剛性を低くすることで、緩衝剤としての役割を果たし、電源ケーブル３４から伝わる振動を導電性緩衝材３８で和らげ、リフレクトロン２５に伝わり難くすることができる。このようにして、真空ポンプ２６の振動が電源ケーブル３４を介してリフレクトロン２５に伝わることを防ぐことができる。なお、振動の原因としては、真空ポンプ２６以外にも種々の外部的要因による振動が考えられるが、本発明によれば、電源ケーブル３４を介して伝わる振動であれば、導電性緩衝材３８で緩衝することができる。

本発明の効果を確認する試験として、サンプルのＮａＴＦＡ水溶液について、測定m/zを４３０とし、分析時間２０秒（２００点）の質量分析を行った。図５は、前記条件の下で、図３に示す電源ケーブル１４と端子１７を直接接続して質量分析を行った場合の質量誤差を示すものである。電源ケーブル１４には、直径１．２ｍｍのステンレス製ワイヤケーブルを用いた。図５によれば、前記条件で質量分析を行った場合、約３０ｐｐｍの質量誤差が生じている。一方、図６は、前記条件の下で、図１に示す電源ケーブル３４と端子３７の間に導電性緩衝材３８を設けて質量分析を行った場合の質量誤差を示すものである。電源ケーブル３４には、直径１．２ｍｍのステンレス製ワイヤケーブルを用い、導電性緩衝材３８には、直径０．１ｍｍのニッケル線を用いた。図６によれば、前記条件で質量分析を行った場合、質量誤差は約１０ｐｐｍであるため、直径０．１ｍｍのニッケル線を設けることで、これを設けない場合と比べて質量誤差が約１／３に減少する結果となった。

さらに導電性緩衝材３８に、直径０．３ｍｍのニッケル線を使用した場合の実験結果を図７に示す。前記の条件の下で、直径０．３ｍｍのニッケル線を用いて質量分析を行った場合、質量誤差は２０ｐｐｍであることから、直径０．３ｍｍのニッケル線を使用した場合の方が、これより剛性が低い直径０．１ｍｍのニッケル線を使用した場合よりも質量誤差が大きくなるので、剛性が低い材料を使用した方が、緩衝作用が大きく、質量誤差が小さくなる。また、緩衝材として用いる材料は、細いニッケル線以外にも導電性の材料で、電源ケーブルより剛性が低ければ構わないので、例えば金属は導電性を有するので細い銅線等でも構わない。また、非金属製材料でもカーボンファイバー等は導電性があるため、非金属材料であっても構わない。さらに、緩衝材に用いる材料は、物質としては電源ケーブルの方が剛性が低くても、つまり、緩衝材と電源ケーブルが同じ太さの場合は緩衝材の方が電源ケーブルよりも剛性が高かったとしても、緩衝材の太さを細くすることによって、その剛性を低くすることができるので、細さも考慮して全体として緩衝材の方が電源ケーブルよりも剛性が低ければよい。他にも、導電性の材料をそのまま使用すると安全面等で問題がある場合は、電源ケーブルより剛性が低くなる範囲では、ゴム等の絶縁材料で導電性緩衝材３８の周囲を囲い、絶縁処理をしても構わない。

本発明によれば、以上のようにして、電源ケーブル接続部からリフレクトロンに伝わる振動を抑制し、反射型飛行時間型質量分析装置で測定される分析データのノイズを抑制することができる。

１、２１真空チャンバ
２、２２イオン源
３、２３イオン加速器
４、２４イオン検出器
５、２５リフレクトロン
６、２６真空ポンプ
７、２７飛行空間
１０、３０ロッド
１１、３１イオンレンズ
１２、３２絶縁スペーサ
１３、３３リフレクトロン基板
１４、３４電源ケーブル
１５、３５ターミナル
１６、３６固定ねじ
１７、３７端子
３８導電性緩衝材

Claims

電源ケーブル接続部を備えたリフレクトロンと、前記リフレクトロンに電圧を供給し、前記電源ケーブル接続部に接続する電源ケーブルとを備える反射型飛行時間型質量分析装置において、前記電源ケーブルと前記電源ケーブル接続部の間に、導電性で前記電源ケーブルよりも剛性が低い導電性緩衝材を設けることを特徴とする反射型飛行時間型質量分析装置。
前記導電性緩衝材として、金属線を使用することを特徴とする請求項１に記載された反射型飛行時間型質量分析装置。