JP3354427B2 - 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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- JP3354427B2 JP3354427B2 JP07824597A JP7824597A JP3354427B2 JP 3354427 B2 JP3354427 B2 JP 3354427B2 JP 07824597 A JP07824597 A JP 07824597A JP 7824597 A JP7824597 A JP 7824597A JP 3354427 B2 JP3354427 B2 JP 3354427B2
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- Japan
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- ions
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- mass
- time
- flight
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- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は所定の加速エネルギ
ーで出射したイオンを所定距離離れた検出器で検出し、
イオンの速度と飛行時間とからイオンの質量を分析する
飛行時間型質量分析装置に関するものである。
ーで出射したイオンを所定距離離れた検出器で検出し、
イオンの速度と飛行時間とからイオンの質量を分析する
飛行時間型質量分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は飛行時間型質量分析装置を模式的
に示した図である。パルスイオン源１の前側にはスリッ
ト２が設けられ、パルス電圧３で加速されたイオンがス
リット２から出射する。出射したイオンは長さＬの飛行
空間を隔てたイオン検出器４で検出され、加速パルスに
同期して駆動されるレコーダ５で記録されようになって
いる。ここで、イオンが加速エネルギーｅＶａ（ｅは電
荷、Ｖａは加速電圧）でイオン源１を出射したとし、そ
の質量をＭとすると、出射したイオンの速さｖ0 は ｖ0 ＝（２ｅＶａ／Ｍ）1/2 ……（１） となる。イオン検出器までの飛行距離をｌとすると、パ
ルスイオン源からイオン検出器までの飛行時間ｔ0 は ｔ0 ＝ｌ／ｖ0 ……（２） となる。（１）、（２）式より飛行時間は質量によって
異なるため、飛行時間から質量分析を行うことが可能で
ある。
に示した図である。パルスイオン源１の前側にはスリッ
ト２が設けられ、パルス電圧３で加速されたイオンがス
リット２から出射する。出射したイオンは長さＬの飛行
空間を隔てたイオン検出器４で検出され、加速パルスに
同期して駆動されるレコーダ５で記録されようになって
いる。ここで、イオンが加速エネルギーｅＶａ（ｅは電
荷、Ｖａは加速電圧）でイオン源１を出射したとし、そ
の質量をＭとすると、出射したイオンの速さｖ0 は ｖ0 ＝（２ｅＶａ／Ｍ）1/2 ……（１） となる。イオン検出器までの飛行距離をｌとすると、パ
ルスイオン源からイオン検出器までの飛行時間ｔ0 は ｔ0 ＝ｌ／ｖ0 ……（２） となる。（１）、（２）式より飛行時間は質量によって
異なるため、飛行時間から質量分析を行うことが可能で
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図４におい
て、飛行中に質量Ｍのイオンが質量ｍのイオンと質量
（Ｍ−ｍ）の中性粒子に分解した場合を考える。このと
き、運動量保存の法則から、生成した粒子の速さは元の
イオンの速さｖ0 と同じであって、このままでは分解し
たイオンの質量は不明である。
て、飛行中に質量Ｍのイオンが質量ｍのイオンと質量
（Ｍ−ｍ）の中性粒子に分解した場合を考える。このと
き、運動量保存の法則から、生成した粒子の速さは元の
イオンの速さｖ0 と同じであって、このままでは分解し
たイオンの質量は不明である。
【０００４】本発明は上記課題を解決するためのもの
で、飛行空間において、イオンが分解した場合にも生成
イオンの質量を求めることができる飛行時間型質量分析
装置を提供することを目的とする。
で、飛行空間において、イオンが分解した場合にも生成
イオンの質量を求めることができる飛行時間型質量分析
装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、パルスイオン
源と、飛行空間を介してパルスイオン源から所定距離隔
てて設けられたイオン検出器とを備え、パルスイオン源
から所定エネルギーで出射し、イオン検出器で検出され
るまでの飛行時間よりイオンの質量を分析する飛行時間
型質量分析装置において、前記飛行空間内に、イオンが
入射し、かつ出射可能であり、内部が一様電位となる導
電性の箱を設置し、該箱の電位を特定のイオンの入射時
と出射時で異ならせたことを特徴とする。
源と、飛行空間を介してパルスイオン源から所定距離隔
てて設けられたイオン検出器とを備え、パルスイオン源
から所定エネルギーで出射し、イオン検出器で検出され
るまでの飛行時間よりイオンの質量を分析する飛行時間
型質量分析装置において、前記飛行空間内に、イオンが
入射し、かつ出射可能であり、内部が一様電位となる導
電性の箱を設置し、該箱の電位を特定のイオンの入射時
と出射時で異ならせたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は本発明の質量分析装置の原理を説明
するための図である。図１（ａ）に示すように、パルス
イオン源１とイオン検出器４との間の飛行空間の所定位
置に導体の箱１０を配置する。箱１０は通常は接地電位
としておく。パルスイオン源１、スリット２を通して質
量Ｍのイオンが速度ｖ0 で出射し、箱１０の手前で質量
ｍと質量（Ｍ−ｍ）に分解し、これらのイオンが箱１０
に入射し、出射したとする。図１（ｂ）に示すように、
これらのイオンが箱１０内を飛行中箱の電位がＶｃであ
るとする。箱１０は導体であるので、その内部の電位が
一様であり、電界は０である。したがって、イオンは箱
１０内では速度ｖ0 が維持され、箱１０を出射するとき
質量ｍのイオンはｅＶｃの運動エネルギーを得ることに
なる。質量（Ｍ−ｍ）の中性粒子は運動エネルギーが与
えられないため、速度は一定である。
て説明する。図１は本発明の質量分析装置の原理を説明
するための図である。図１（ａ）に示すように、パルス
イオン源１とイオン検出器４との間の飛行空間の所定位
置に導体の箱１０を配置する。箱１０は通常は接地電位
としておく。パルスイオン源１、スリット２を通して質
量Ｍのイオンが速度ｖ0 で出射し、箱１０の手前で質量
ｍと質量（Ｍ−ｍ）に分解し、これらのイオンが箱１０
に入射し、出射したとする。図１（ｂ）に示すように、
これらのイオンが箱１０内を飛行中箱の電位がＶｃであ
るとする。箱１０は導体であるので、その内部の電位が
一様であり、電界は０である。したがって、イオンは箱
１０内では速度ｖ0 が維持され、箱１０を出射するとき
質量ｍのイオンはｅＶｃの運動エネルギーを得ることに
なる。質量（Ｍ−ｍ）の中性粒子は運動エネルギーが与
えられないため、速度は一定である。
【０００７】いま、箱１０を出射したときの質量ｍのイ
オンの速さをｖ′とすると、 （１／２）ｍｖ′2 ＝（１／２）ｍｖ0 2 ＋ｅＶｃ ……（３） となり、 ｖ′＝（ｖ0 2 ＋２ｅＶｃ／ｍ）1/2 …………（４） となって、ｖ′は生成イオンｍの質量に依存することに
なる。イオンが出射して検出器２に到達するまでの合計
時間τm はスリットから箱１０までの距離をｌ1、箱１
０からイオン検出器４までの距離をｌ2 とすると、 τm ＝ｌ1 ／ｖ0 ＋ｌ2 ／ｖ′＝τ1 ＋τ2 ……（５） となる。 ここで、τ1 ＝ｌ1 ・（Ｍ／２ｅＶａ）1/2 τ2 ＝ｌ2 ／（２ｅＶａ／Ｍ＋２ｅＶｃ／ｍ）1/2 ………（６） である。従って、τm を測定することにより生成イオン
の質量ｍを求めることができるところで、上記説明では
パルスイオン源を出るイオンが１種類の場合であった
が、通常は多くの種類のイオンが出射する。そのため、
質量Ｍ以外のイオンおよびそれから生成したイオンを取
り除くことが必要となる。このような例について図２よ
り説明する。
オンの速さをｖ′とすると、 （１／２）ｍｖ′2 ＝（１／２）ｍｖ0 2 ＋ｅＶｃ ……（３） となり、 ｖ′＝（ｖ0 2 ＋２ｅＶｃ／ｍ）1/2 …………（４） となって、ｖ′は生成イオンｍの質量に依存することに
なる。イオンが出射して検出器２に到達するまでの合計
時間τm はスリットから箱１０までの距離をｌ1、箱１
０からイオン検出器４までの距離をｌ2 とすると、 τm ＝ｌ1 ／ｖ0 ＋ｌ2 ／ｖ′＝τ1 ＋τ2 ……（５） となる。 ここで、τ1 ＝ｌ1 ・（Ｍ／２ｅＶａ）1/2 τ2 ＝ｌ2 ／（２ｅＶａ／Ｍ＋２ｅＶｃ／ｍ）1/2 ………（６） である。従って、τm を測定することにより生成イオン
の質量ｍを求めることができるところで、上記説明では
パルスイオン源を出るイオンが１種類の場合であった
が、通常は多くの種類のイオンが出射する。そのため、
質量Ｍ以外のイオンおよびそれから生成したイオンを取
り除くことが必要となる。このような例について図２よ
り説明する。
【０００８】図２は質量Ｍ以外のイオンを除く場合の箱
１０の電位を示す図である。箱１０の電位は目的とする
イオンが到着する直前までイオンの加速電圧Ｖａより大
きい電位Ｖｒとしておく。このようにすると、Ｍより軽
いイオンは、運動エネルギーがｅＶａに満たないので追
い返され、箱を通過することができない。次に、質量Ｍ
のイオンが到着する直前に箱の電位を飛行空間と同電位
（通常は接地電位）とする。箱の電位がイオンの加速電
圧Ｖａより小さいので、質量Ｍのイオンは箱に入ること
ができる。次に、このイオンが箱に入った後（タイミン
グｔ1）、箱の電位をＶｃとする。さらにこのイオンが
箱を出た直後（タイミングｔ2）、箱の電位をＶｒに戻
す。このようにすると、到着時間の遅いＭより重いイオ
ンおよびそれらから生成したイオンは箱には入れず、追
い返されることになる。なお、この場合、Ｖｃ＞Ｖａで
あれば、Ｖｒ＝Ｖｃとしても良い。こうしてＭ以外の質
量のイオンは除かれ、前述の（５）式、（６）式によ
り、特定質量のイオンを分析することができる。
１０の電位を示す図である。箱１０の電位は目的とする
イオンが到着する直前までイオンの加速電圧Ｖａより大
きい電位Ｖｒとしておく。このようにすると、Ｍより軽
いイオンは、運動エネルギーがｅＶａに満たないので追
い返され、箱を通過することができない。次に、質量Ｍ
のイオンが到着する直前に箱の電位を飛行空間と同電位
（通常は接地電位）とする。箱の電位がイオンの加速電
圧Ｖａより小さいので、質量Ｍのイオンは箱に入ること
ができる。次に、このイオンが箱に入った後（タイミン
グｔ1）、箱の電位をＶｃとする。さらにこのイオンが
箱を出た直後（タイミングｔ2）、箱の電位をＶｒに戻
す。このようにすると、到着時間の遅いＭより重いイオ
ンおよびそれらから生成したイオンは箱には入れず、追
い返されることになる。なお、この場合、Ｖｃ＞Ｖａで
あれば、Ｖｒ＝Ｖｃとしても良い。こうしてＭ以外の質
量のイオンは除かれ、前述の（５）式、（６）式によ
り、特定質量のイオンを分析することができる。
【０００９】図３は特定質量以外のイオンを除く他の方
法の例を示しており、図示するように箱１０の前にイオ
ンゲート１１を配置し、質量Ｍおよび質量Ｍから生成し
たイオンが通過するタイミングだけゲートを開くもので
ある。イオンゲート１１はイオン通路を挟んで２枚の電
極を置き、これら電極に電圧を加えて電極間に電場を発
生させ、イオンを曲げることにより目的とするものだけ
を通すもので、電界型に限らず、磁界型のものとしても
良い。
法の例を示しており、図示するように箱１０の前にイオ
ンゲート１１を配置し、質量Ｍおよび質量Ｍから生成し
たイオンが通過するタイミングだけゲートを開くもので
ある。イオンゲート１１はイオン通路を挟んで２枚の電
極を置き、これら電極に電圧を加えて電極間に電場を発
生させ、イオンを曲げることにより目的とするものだけ
を通すもので、電界型に限らず、磁界型のものとしても
良い。
【００１０】なお、上記説明では簡単のために自由空間
を飛行する場合のみに付いて説明したが、電場、磁場が
存在し、イオンの飛行軌跡が直線状でなく、電磁場によ
って曲げられるような場合であっても同様である。但
し、質量Ｍおよびそれから生成したイオンがほぼ同時に
箱に入射することが必要である。また、上記説明では箱
の前でイオンが分解し、別れたイオンと中性粒子が箱に
入る例について説明したが、箱内にガスを入れる、或い
はレーザ光を照射する等により質量Ｍのイオンが箱の中
で分解するようにしても本発明は適用可能である。この
場合ガスとしてはヘリウムガスのような分子量の軽いも
のを用いることによりそれとの衝突によるエネルギーロ
スを無視することができる。また、生成するイオンで、
ある特定以下の質量のイオン（ｍ＜ｍ0 ）を測定する必
要のない場合は、ＭおよびＭから生成するイオンが入射
する時の箱の電位をＶ＝（ｍ0 ／Ｍ）Ｖａとすれば、質
量ｍ 0 より小さいイオンは箱の中に入ることができず、
これを除くことができる。
を飛行する場合のみに付いて説明したが、電場、磁場が
存在し、イオンの飛行軌跡が直線状でなく、電磁場によ
って曲げられるような場合であっても同様である。但
し、質量Ｍおよびそれから生成したイオンがほぼ同時に
箱に入射することが必要である。また、上記説明では箱
の前でイオンが分解し、別れたイオンと中性粒子が箱に
入る例について説明したが、箱内にガスを入れる、或い
はレーザ光を照射する等により質量Ｍのイオンが箱の中
で分解するようにしても本発明は適用可能である。この
場合ガスとしてはヘリウムガスのような分子量の軽いも
のを用いることによりそれとの衝突によるエネルギーロ
スを無視することができる。また、生成するイオンで、
ある特定以下の質量のイオン（ｍ＜ｍ0 ）を測定する必
要のない場合は、ＭおよびＭから生成するイオンが入射
する時の箱の電位をＶ＝（ｍ0 ／Ｍ）Ｖａとすれば、質
量ｍ 0 より小さいイオンは箱の中に入ることができず、
これを除くことができる。
【００１１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、特定のイ
オンおよびそれから生成するほぼ同じ速度をもつイオン
に対し、それらが箱に入射するときと出射するときの箱
の電位を変化させることによりそれらイオンの速度を質
量に依存したものとすることができ、そのため、飛行時
間型質量分析系においても、生成イオンの質量を測定す
ることが可能である。
オンおよびそれから生成するほぼ同じ速度をもつイオン
に対し、それらが箱に入射するときと出射するときの箱
の電位を変化させることによりそれらイオンの速度を質
量に依存したものとすることができ、そのため、飛行時
間型質量分析系においても、生成イオンの質量を測定す
ることが可能である。
【図１】 本発明の質量分析装置の原理を説明するため
の図である。
の図である。
【図２】 質量Ｍ以外のイオンを除く場合の箱の電位を
示す図である。
示す図である。
【図３】 質量Ｍ以外のイオンを除く他の方法を説明す
る図である。
る図である。
【図４】 飛行時間型質量分析装置を模式的に示した図
である。
である。
１…パルスイオン源、２…スリット、３…パルス電圧、
４…イオン検出器、５…レコーダ、１０…箱、１１…イ
オンゲート。
４…イオン検出器、５…レコーダ、１０…箱、１１…イ
オンゲート。
Claims (1)
- 【請求項１】 パルスイオン源と、飛行空間を介してパ
ルスイオン源から所定距離隔てて設けられたイオン検出
器とを備え、パルスイオン源から所定エネルギーで出射
し、イオン検出器で検出されるまでの飛行時間よりイオ
ンの質量を分析する飛行時間型質量分析装置において、
前記飛行空間内に、イオンが入射し、かつ出射可能であ
り、内部が一様電位となる導電性の箱を設置し、該箱の
電位を特定のイオンの入射時と出射時で異ならせたこと
を特徴とする飛行時間型質量分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07824597A JP3354427B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 飛行時間型質量分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07824597A JP3354427B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 飛行時間型質量分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10275589A JPH10275589A (ja) | 1998-10-13 |
| JP3354427B2 true JP3354427B2 (ja) | 2002-12-09 |
Family
ID=13656635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07824597A Expired - Lifetime JP3354427B2 (ja) | 1997-03-28 | 1997-03-28 | 飛行時間型質量分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3354427B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006260873A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Jeol Ltd | 飛行時間型質量分析計 |
| JP2009123422A (ja) * | 2007-11-13 | 2009-06-04 | Jeol Ltd | 垂直加速型飛行時間型質量分析装置 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5069158B2 (ja) * | 2008-03-21 | 2012-11-07 | 日本電子株式会社 | タンデム型飛行時間型質量分析装置 |
| GB201119059D0 (en) * | 2011-11-04 | 2011-12-21 | Micromass Ltd | Improvements to tof mass spectrometers using linear accelerator devices |
-
1997
- 1997-03-28 JP JP07824597A patent/JP3354427B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006260873A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Jeol Ltd | 飛行時間型質量分析計 |
| JP4594138B2 (ja) * | 2005-03-16 | 2010-12-08 | 日本電子株式会社 | 飛行時間型質量分析計 |
| JP2009123422A (ja) * | 2007-11-13 | 2009-06-04 | Jeol Ltd | 垂直加速型飛行時間型質量分析装置 |
| EP2068346A2 (en) | 2007-11-13 | 2009-06-10 | Jeol Ltd. | Orthogonal acceleration time-of-flight mas spectrometer |
| US8563923B2 (en) * | 2007-11-13 | 2013-10-22 | Jeol Ltd. | Orthogonal acceleration time-of-flight mass spectrometer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10275589A (ja) | 1998-10-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20020906 |
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