JP3375734B2 - 多段式飛行時間型質量分析装置 - Google Patents
多段式飛行時間型質量分析装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、飛行時間型質量分析装
置に関し、特に複数の扇形静電分析器をイオンの飛行経
路に配置した多段式飛行時間型質量分析装置に関するも
のである。
置に関し、特に複数の扇形静電分析器をイオンの飛行経
路に配置した多段式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】飛行時間型質量分析装置は、近年レーザ
ーを用いたパルスイオン化法の発達などにより物質の構
造解析に広く利用されるようになってきた。飛行時間を
利用した質量分析法の大きな特色は次の２点である。 １）測定可能な質量範囲に原理的な限界がなく、質量の
小さなものから大きなものまで次々と測定できる。 ２）イオン源で作られたイオンがすべて測定に利用され
るので、感度が高い。
ーを用いたパルスイオン化法の発達などにより物質の構
造解析に広く利用されるようになってきた。飛行時間を
利用した質量分析法の大きな特色は次の２点である。 １）測定可能な質量範囲に原理的な限界がなく、質量の
小さなものから大きなものまで次々と測定できる。 ２）イオン源で作られたイオンがすべて測定に利用され
るので、感度が高い。
【０００３】一方、質量分析にあたりイオンを分裂さ
せ、分裂前のイオン（親イオン）と分裂後のイオン（娘
イオン）の質量を測定するタンデム質量分析法は、磁場
型質量分析装置や四重極質量分析装置を用いて有効に利
用されており、飛行時間型質量分析装置でタンデム質量
分析を行う装置も、特公平３−３２０１８号に提案され
ている。
せ、分裂前のイオン（親イオン）と分裂後のイオン（娘
イオン）の質量を測定するタンデム質量分析法は、磁場
型質量分析装置や四重極質量分析装置を用いて有効に利
用されており、飛行時間型質量分析装置でタンデム質量
分析を行う装置も、特公平３−３２０１８号に提案され
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公平
３−３２０１８号に提案された装置では、親イオンの質
量はイオンの飛行時間で決め、娘イオンの質量は娘イオ
ンのエネルギーから決めているので、イオンの生成、分
裂の際のエネルギーの広がりにより、親イオンと娘イオ
ンの質量分解能と決定精度に限界があるという問題点が
ある。
３−３２０１８号に提案された装置では、親イオンの質
量はイオンの飛行時間で決め、娘イオンの質量は娘イオ
ンのエネルギーから決めているので、イオンの生成、分
裂の際のエネルギーの広がりにより、親イオンと娘イオ
ンの質量分解能と決定精度に限界があるという問題点が
ある。
【０００５】本発明は、上述した点を改善し、親イオ
ン、娘イオン共に質量分解能と決定精度を向上させるこ
とができ、更に２回以上のイオンの分裂が可能な多段式
飛行時間型質量分析装置を提供することを目的としてい
る。
ン、娘イオン共に質量分解能と決定精度を向上させるこ
とができ、更に２回以上のイオンの分裂が可能な多段式
飛行時間型質量分析装置を提供することを目的としてい
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の多段式飛行時間型質量分析装置は、パルス
イオン源とイオン検出器の間のイオンの飛行経路にイオ
ンを分裂させる手段を複数設けると共に、イオン源と最
初の分裂手段との間、分裂手段と分裂手段との間及び最
後の分裂手段とイオン検出器との間のイオン飛行経路
に、イオン源と分裂点まで、分裂点から次の分裂点まで
の間及び分裂点からイオン検出器までの間のいずれにつ
いても、質量が同じイオンの飛行時間についての収束条
件が成立するようにそれぞれ少なくとも１つの扇形静電
分析器を配置したことを特徴としている。
め、本発明の多段式飛行時間型質量分析装置は、パルス
イオン源とイオン検出器の間のイオンの飛行経路にイオ
ンを分裂させる手段を複数設けると共に、イオン源と最
初の分裂手段との間、分裂手段と分裂手段との間及び最
後の分裂手段とイオン検出器との間のイオン飛行経路
に、イオン源と分裂点まで、分裂点から次の分裂点まで
の間及び分裂点からイオン検出器までの間のいずれにつ
いても、質量が同じイオンの飛行時間についての収束条
件が成立するようにそれぞれ少なくとも１つの扇形静電
分析器を配置したことを特徴としている。
【０００７】
【０００８】
【作用】本発明においては、パルスイオン源と最初の分
裂点の間、分裂点と分裂点の間及び最後の分裂点とイオ
ン検出器との間にそれぞれ時間収束が成立するように扇
形静電分析器を配置したため、親イオンのエネルギーに
広がりがあっても、同じ質量の親イオンは同時に分裂点
に到達し、また、娘イオンの運動エネルギーが分裂の影
響で広がったとしても、同一の飛行時間で分裂点に到達
し、さらに、孫イオンについても同様に同一の飛行時間
でイオン検出器に到達するため、質量分解能と質量決定
精度が高い。以下、図面に基づいて本発明の一実施例を
詳説する。
裂点の間、分裂点と分裂点の間及び最後の分裂点とイオ
ン検出器との間にそれぞれ時間収束が成立するように扇
形静電分析器を配置したため、親イオンのエネルギーに
広がりがあっても、同じ質量の親イオンは同時に分裂点
に到達し、また、娘イオンの運動エネルギーが分裂の影
響で広がったとしても、同一の飛行時間で分裂点に到達
し、さらに、孫イオンについても同様に同一の飛行時間
でイオン検出器に到達するため、質量分解能と質量決定
精度が高い。以下、図面に基づいて本発明の一実施例を
詳説する。
【０００９】
【実施例】図１は、本発明の一実施例を示すイオン光学
図である。図においてパルスイオン源１から発生したイ
オンは、２つの同心円筒型静電分析器Ｃ１，Ｃ２を順次
通過し、イオン検出器２へ到達する。３は静電分析器Ｃ
１，Ｃ２の間のイオン通路に配置される衝突室である。
４はイオン源の動作を制御するイオン源電源、５は静電
分析器Ｃ１の分析エネルギー（電場強度）を設定する電
場電源、６は静電分析器Ｃ２の分析エネルギー（電場強
度）を設定する電場電源、７はイオン検出器２から検出
信号を取り出す検出回路、８はイオン源電源４へパルス
動作のトリガー信号を送り、電場電源５，６を制御し、
更に検出回路７から得られる検出信号の取り込みを制御
する制御回路であり、取り込まれた検出信号を記憶する
メモリ９及び表示装置１０を備えている。
図である。図においてパルスイオン源１から発生したイ
オンは、２つの同心円筒型静電分析器Ｃ１，Ｃ２を順次
通過し、イオン検出器２へ到達する。３は静電分析器Ｃ
１，Ｃ２の間のイオン通路に配置される衝突室である。
４はイオン源の動作を制御するイオン源電源、５は静電
分析器Ｃ１の分析エネルギー（電場強度）を設定する電
場電源、６は静電分析器Ｃ２の分析エネルギー（電場強
度）を設定する電場電源、７はイオン検出器２から検出
信号を取り出す検出回路、８はイオン源電源４へパルス
動作のトリガー信号を送り、電場電源５，６を制御し、
更に検出回路７から得られる検出信号の取り込みを制御
する制御回路であり、取り込まれた検出信号を記憶する
メモリ９及び表示装置１０を備えている。
【００１０】衝突室３は、内部に適当な圧力のガスを存
在させ、静電分析器Ｃ１を通過して入射した親イオンを
ガス分子との衝突により分裂させるものである。分裂に
より生成された娘イオンは、衝突室３を出射した後静電
分析器Ｃ２を介してイオン検出器２へ向かう。
在させ、静電分析器Ｃ１を通過して入射した親イオンを
ガス分子との衝突により分裂させるものである。分裂に
より生成された娘イオンは、衝突室３を出射した後静電
分析器Ｃ２を介してイオン検出器２へ向かう。
【００１１】静電分析器Ｃ１，Ｃ２は、イオン源を同時
に出射した同じ質量のイオンが同時に衝突室へ入射（所
謂時間収束）し、更に衝突室から同時に出射した同じ質
量のイオンも同時にイオン検出器２へ到達するように各
種条件が選ばれている。
に出射した同じ質量のイオンが同時に衝突室へ入射（所
謂時間収束）し、更に衝突室から同時に出射した同じ質
量のイオンも同時にイオン検出器２へ到達するように各
種条件が選ばれている。
【００１２】ここで、扇形電場の時間収束作用について
説明する。イオン源においてイオンに付与する加速エネ
ルギーをＵとした場合、質量ｍのイオンの速度ｖは運動
エネルギーの式より ｖ＝（２Ｕ／ｍ）1/2 …（１） である。そのイオンが距離Ｌを飛行するのに要する時間
Ｔは、イオンの速度に逆比例し、 Ｔ＝Ｌ／ｖ＝Ｌ（ｍ／２Ｕ）1/2 …（２） となる。
説明する。イオン源においてイオンに付与する加速エネ
ルギーをＵとした場合、質量ｍのイオンの速度ｖは運動
エネルギーの式より ｖ＝（２Ｕ／ｍ）1/2 …（１） である。そのイオンが距離Ｌを飛行するのに要する時間
Ｔは、イオンの速度に逆比例し、 Ｔ＝Ｌ／ｖ＝Ｌ（ｍ／２Ｕ）1/2 …（２） となる。
【００１３】したがって、パルスイオン源で同じ加速エ
ネルギーを付与され同時にイオン源を出発したイオン
は、距離Ｌ離れた位置へ、質量が小さく速度が大きいイ
オンが先に質量が大きく速度が遅いイオンほど遅れて、
（２）式に従う所要時間で順次到達する。そこに配置し
たイオン検出器からは、入射したイオンを順次検出した
時系列質量スペクトル信号が得られる。この所要時間Ｔ
から、（２）式に基づき、イオンの質量ｍを求めること
ができる。
ネルギーを付与され同時にイオン源を出発したイオン
は、距離Ｌ離れた位置へ、質量が小さく速度が大きいイ
オンが先に質量が大きく速度が遅いイオンほど遅れて、
（２）式に従う所要時間で順次到達する。そこに配置し
たイオン検出器からは、入射したイオンを順次検出した
時系列質量スペクトル信号が得られる。この所要時間Ｔ
から、（２）式に基づき、イオンの質量ｍを求めること
ができる。
【００１４】理想的な飛行時間型質量分析装置では、同
じ質量のイオンは同時にイオン検出器に到達するため、
スペクトル信号の各ピークのピーク幅は無限小である。
しかしながら、実際の装置ではピークに広がりが発生す
ることは避けられない。飛行時間型質量分析装置では、
この飛行時間の広がりΔｔが装置の質量分解能を決める
ため重要である。このΔｔは、イオン光学の一次の近似
で次のように表わすことができる。 Δｔ＝ＴX ｘo ＋Ｔααo ＋Ｔδδo …（３） ここで、ｘo はイオン源のスリット幅、αo は入射イオ
ンの入射角、δo はイオンのエネルギーの広がりであ
り、ＴX ，Ｔα，Ｔδは装置によって定まる定数であ
る。ここで、扇形静電分析器を用いてＴX ＝Ｔα＝Ｔδ
＝０となるように装置を設計すれば、Δｔはゼロにな
り、分解能の高い装置が実現できる。これが扇形電場に
よる時間集束作用である。
じ質量のイオンは同時にイオン検出器に到達するため、
スペクトル信号の各ピークのピーク幅は無限小である。
しかしながら、実際の装置ではピークに広がりが発生す
ることは避けられない。飛行時間型質量分析装置では、
この飛行時間の広がりΔｔが装置の質量分解能を決める
ため重要である。このΔｔは、イオン光学の一次の近似
で次のように表わすことができる。 Δｔ＝ＴX ｘo ＋Ｔααo ＋Ｔδδo …（３） ここで、ｘo はイオン源のスリット幅、αo は入射イオ
ンの入射角、δo はイオンのエネルギーの広がりであ
り、ＴX ，Ｔα，Ｔδは装置によって定まる定数であ
る。ここで、扇形静電分析器を用いてＴX ＝Ｔα＝Ｔδ
＝０となるように装置を設計すれば、Δｔはゼロにな
り、分解能の高い装置が実現できる。これが扇形電場に
よる時間集束作用である。
【００１５】上記静電分析器Ｃ１は、イオン源１から出
射したイオンについて衝突室３の位置で時間集束が成り
立つように位置，回転角度などが選定され、静電分析器
Ｃ２についても、衝突室から出射したイオンについてイ
オン検出器２の位置で時間集束が成り立つように位置，
回転角度などが選定されている。
射したイオンについて衝突室３の位置で時間集束が成り
立つように位置，回転角度などが選定され、静電分析器
Ｃ２についても、衝突室から出射したイオンについてイ
オン検出器２の位置で時間集束が成り立つように位置，
回転角度などが選定されている。
【００１６】次に、飛行時間型質量分析装置におけるタ
ンデム質量分析の原理について説明する。いま、親イオ
ンの質量をｍ1 、速度をｖ1 とし、衝突室での分裂によ
り生成する娘イオンの質量をｍ2 とすると、娘イオンの
運動エネルギーＵ2 と速度Ｖ2 は次の式で与えられる。
ンデム質量分析の原理について説明する。いま、親イオ
ンの質量をｍ1 、速度をｖ1 とし、衝突室での分裂によ
り生成する娘イオンの質量をｍ2 とすると、娘イオンの
運動エネルギーＵ2 と速度Ｖ2 は次の式で与えられる。
【００１７】
Ｕ2 ＝（ｍ2 ／ｍ1 ）Ｕ−ΔＵ …（４）
ｖ2 ＝ｖ1 −Δｖ …（５）
ここで、Ｕは親イオンの加速エネルギー、ΔＵとΔｖは
分裂過程での運動エネルギーと速度分布の広がりであ
る。
分裂過程での運動エネルギーと速度分布の広がりであ
る。
【００１８】イオン源から検出器間での飛行時間は、イ
オンの分裂時にΔｖがある場合でも、静電分析器の時間
集束作用により、速度がｖ1 の場合と同じ飛行時間であ
るので Ｔ＝Ｌ／ｖ1 ＝Ｌ（ｍ1 ／２Ｕ）1/2 …
（６） となる。
オンの分裂時にΔｖがある場合でも、静電分析器の時間
集束作用により、速度がｖ1 の場合と同じ飛行時間であ
るので Ｔ＝Ｌ／ｖ1 ＝Ｌ（ｍ1 ／２Ｕ）1/2 …
（６） となる。
【００１９】この（６）式を用いることにより、分裂前
の親イオンの質量ｍ1 を飛行時間から決定することがで
きる。
の親イオンの質量ｍ1 を飛行時間から決定することがで
きる。
【００２０】一方、娘イオンのエネルギーは、静電分析
器Ｃ２の強度を変えて測定することができる。ここで、
ΔＵは飛行時間から補正できるので、ΔＵ＝０の場合を
考えれば良い。その場合、（４）式より、ｍ2 は ｍ2 ＝（Ｕ2 ／Ｕ）ｍ1 …（７） で与えられる。（６），（７）式より、分析エネルギー
Ｕ2 に設定された扇形分析器Ｃ2 を通過したエネルギー
Ｕ2 を持つ娘イオンの質量ｍ2 とその親イオンの質量ｍ
1 を求めることができる。
器Ｃ２の強度を変えて測定することができる。ここで、
ΔＵは飛行時間から補正できるので、ΔＵ＝０の場合を
考えれば良い。その場合、（４）式より、ｍ2 は ｍ2 ＝（Ｕ2 ／Ｕ）ｍ1 …（７） で与えられる。（６），（７）式より、分析エネルギー
Ｕ2 に設定された扇形分析器Ｃ2 を通過したエネルギー
Ｕ2 を持つ娘イオンの質量ｍ2 とその親イオンの質量ｍ
1 を求めることができる。
【００２１】以下、具体的な測定手順について図２に示
すタイミング図を用いて詳細に説明する。図２ａはパル
スイオン源１の動作タイミングを示し、適宜な測定繰り
返し周期で繰り返しパルス的にイオン（親イオン）を生
成し、静電分析器Ｃ１へ向けて一定加速エネルギーＵを
与えて射出する。静電分析器Ｃ１の分析エネルギーは、
図２ｂに示されているようにＵに固定され、時間集束作
用が与えられているため、エネルギーＵが付与されたイ
オンは、小さな質量のイオンから順に、時間ずれが少な
い状態で衝突室３へ順次入射する。そして、衝突室３内
のガス分子との衝突により分裂して生成した娘イオン
は、衝突せずに分裂しなかった親イオンと共に衝突室３
を射出して静電分析器Ｃ２へ向かう。
すタイミング図を用いて詳細に説明する。図２ａはパル
スイオン源１の動作タイミングを示し、適宜な測定繰り
返し周期で繰り返しパルス的にイオン（親イオン）を生
成し、静電分析器Ｃ１へ向けて一定加速エネルギーＵを
与えて射出する。静電分析器Ｃ１の分析エネルギーは、
図２ｂに示されているようにＵに固定され、時間集束作
用が与えられているため、エネルギーＵが付与されたイ
オンは、小さな質量のイオンから順に、時間ずれが少な
い状態で衝突室３へ順次入射する。そして、衝突室３内
のガス分子との衝突により分裂して生成した娘イオン
は、衝突せずに分裂しなかった親イオンと共に衝突室３
を射出して静電分析器Ｃ２へ向かう。
【００２２】この静電分析器Ｃ２の分析エネルギーは、
図２ｃに示されるように測定の繰り返し毎に初期値Ｕか
ら０（零）まで微小ステップで段階的に減少するように
制御回路８により制御される。従って、初期値Ｕの測定
時には、衝突室で分裂しなかった親イオンのみが静電分
析器Ｃ２を通過し、イオン検出器２へ到達して図２ｄに
おいてＤ1 で示される検出信号（時系列質量スペクトル
信号）が得られる。この検出信号は、イオン源１のパル
ス動作のトリガー信号からの経過時間（飛行時間）とイ
オン強度の関数として制御回路８によって取り込まれ、
メモリ９にその時の分析エネルギー値と対応付けられて
記憶される。
図２ｃに示されるように測定の繰り返し毎に初期値Ｕか
ら０（零）まで微小ステップで段階的に減少するように
制御回路８により制御される。従って、初期値Ｕの測定
時には、衝突室で分裂しなかった親イオンのみが静電分
析器Ｃ２を通過し、イオン検出器２へ到達して図２ｄに
おいてＤ1 で示される検出信号（時系列質量スペクトル
信号）が得られる。この検出信号は、イオン源１のパル
ス動作のトリガー信号からの経過時間（飛行時間）とイ
オン強度の関数として制御回路８によって取り込まれ、
メモリ９にその時の分析エネルギー値と対応付けられて
記憶される。
【００２３】以後、静電分析器Ｃ２の分析エネルギーが
段階的に減少されつつ測定が繰り返され、その時の分析
エネルギーに等しいエネルギーを持つ娘イオンが存在す
る時のみ、その娘イオンが静電分析器Ｃ２を通過してイ
オン検出器２へ到達して検出される。図２ｄのＤ3 は、
そのような娘イオンが存在した時の検出信号を示し、Ｄ
2 ，Ｄ4 ，Ｄ5 は、その時の分析エネルギーに等しいエ
ネルギーを持つ娘イオンが存在しなかった時の検出信号
を示している。
段階的に減少されつつ測定が繰り返され、その時の分析
エネルギーに等しいエネルギーを持つ娘イオンが存在す
る時のみ、その娘イオンが静電分析器Ｃ２を通過してイ
オン検出器２へ到達して検出される。図２ｄのＤ3 は、
そのような娘イオンが存在した時の検出信号を示し、Ｄ
2 ，Ｄ4 ，Ｄ5 は、その時の分析エネルギーに等しいエ
ネルギーを持つ娘イオンが存在しなかった時の検出信号
を示している。
【００２４】このようにして、測定は静電分析器Ｃ２の
分析エネルギー＝０まで例えばＮ回繰り返し続けられて
終了する。測定終了までに得られたＮ個の検出信号は、
制御回路８に付属するメモリ９にＮ段階の分析エネルギ
ー値と対応付けて記憶格納されている。
分析エネルギー＝０まで例えばＮ回繰り返し続けられて
終了する。測定終了までに得られたＮ個の検出信号は、
制御回路８に付属するメモリ９にＮ段階の分析エネルギ
ー値と対応付けて記憶格納されている。
【００２５】図３は、メモリ９に記憶格納された一連の
検出信号を、縦軸に娘イオンのエネルギー、横軸に飛行
時間、イオン強度を例えば輝度で表示装置１０上に表示
した２次元質量スペクトルの一例を示している。飛行時
間に基づいて親イオンの質量を（６）式を用いて計算
し、飛行時間と対比させて横軸に表示している。
検出信号を、縦軸に娘イオンのエネルギー、横軸に飛行
時間、イオン強度を例えば輝度で表示装置１０上に表示
した２次元質量スペクトルの一例を示している。飛行時
間に基づいて親イオンの質量を（６）式を用いて計算
し、飛行時間と対比させて横軸に表示している。
【００２６】タンデム質量分析の分析手法としては、
（Ａ）特定の親イオンから派生するすべての娘イオンの
分析、（Ｂ）特定質量の娘イオンを派生するすべての親
イオンの分析、（Ｃ）一定の質量の中性物質を失うすべ
ての分裂過程の分析、の３種類が考えられる。
（Ａ）特定の親イオンから派生するすべての娘イオンの
分析、（Ｂ）特定質量の娘イオンを派生するすべての親
イオンの分析、（Ｃ）一定の質量の中性物質を失うすべ
ての分裂過程の分析、の３種類が考えられる。
【００２７】これらの分析は、図３に示された一連の測
定で得られた２次元質量スペクトルに基づいて以下のよ
うに行うことができる。 （Ａ）特定の親イオンから派生するすべての娘イオンの
分析 特定の親イオンが分裂する際、娘イオンの飛行時間は、
その質量にかかわらず（６）式により与えられる一定の
値をとる。したがって、質量１０００の親イオンから派
生する娘イオンは、図３において横軸の親イオン質量＝
１０００から垂直に引いた直線（ａ）の上に出現する。
例えば、表示装置１０上にこの直線を縦カーソルとして
表示し、この縦カーソルを親イオン（例えば質量１００
０）の位置に合わせた時、この縦カーソル上の一連の信
号強度データを読み出し、スペクトルとして図３におけ
るＳd のように表示すれば、質量１０００の親イオンか
ら派生したすべての娘イオンを表わす娘イオンスペクト
ルを表示することができる。また、他の出力装置で紙な
どに出力しても良い。
定で得られた２次元質量スペクトルに基づいて以下のよ
うに行うことができる。 （Ａ）特定の親イオンから派生するすべての娘イオンの
分析 特定の親イオンが分裂する際、娘イオンの飛行時間は、
その質量にかかわらず（６）式により与えられる一定の
値をとる。したがって、質量１０００の親イオンから派
生する娘イオンは、図３において横軸の親イオン質量＝
１０００から垂直に引いた直線（ａ）の上に出現する。
例えば、表示装置１０上にこの直線を縦カーソルとして
表示し、この縦カーソルを親イオン（例えば質量１００
０）の位置に合わせた時、この縦カーソル上の一連の信
号強度データを読み出し、スペクトルとして図３におけ
るＳd のように表示すれば、質量１０００の親イオンか
ら派生したすべての娘イオンを表わす娘イオンスペクト
ルを表示することができる。また、他の出力装置で紙な
どに出力しても良い。
【００２８】図４は、水銀セシウムのクラスターイオン
Ｈg8Ｃs ＋から分裂して派生した娘イオンのスペクトル
である。なお、娘イオンの質量は、親イオンの質量とエ
ネルギー値から（７）式を用いて計算される。 （Ｂ）特定質量の娘イオンを派生するすべての親イオン
の分析 静電分析器Ｃ２の分析エネルギーを変化させた時、親イ
オンの質量は（７）式から ｍ1 ＝（Ｕ／Ｕ2 ）ｍ2 …（８） で与えられる。その時に着目するべき飛行時間Ｔは、
（８）式を（６）式に代入することにより Ｔ＝Ｌ（ｍ2 ／２Ｕ2 ）1/2 …（９） で与えられる。
Ｈg8Ｃs ＋から分裂して派生した娘イオンのスペクトル
である。なお、娘イオンの質量は、親イオンの質量とエ
ネルギー値から（７）式を用いて計算される。 （Ｂ）特定質量の娘イオンを派生するすべての親イオン
の分析 静電分析器Ｃ２の分析エネルギーを変化させた時、親イ
オンの質量は（７）式から ｍ1 ＝（Ｕ／Ｕ2 ）ｍ2 …（８） で与えられる。その時に着目するべき飛行時間Ｔは、
（８）式を（６）式に代入することにより Ｔ＝Ｌ（ｍ2 ／２Ｕ2 ）1/2 …（９） で与えられる。
【００２９】図３における曲線（ｂ）は、ｍ2 ＝２００
及びｍ2 ＝４００の場合について、（９）式の関数を図
３の座標面にプロットしたものである。この曲線上の一
連の信号強度データを読み出し、スペクトルとして表示
すれば、質量２００及び４００の娘イオンを派生するす
べての親イオンを表わす親イオンスペクトルを得ること
ができる。 （Ｃ）一定の質量の中性物質を失うすべての分裂過程の
分析 親イオンの質量がｍ1 、娘イオンの質量がｍ2 の場合、
失った中性物質の質量ｍn は、ｍn ＝ｍ1 −ｍ2 であ
る。（６）式より ｍ1 ＝［Ｕ／（Ｕ−Ｕ2 ）］ｍn …（１０） ｍ2 ＝［Ｕ2 ／（Ｕ−Ｕ2 ）］ｍn …（１１） であり、着目すべき飛行時間は、（８），（１０）式よ
り Ｔ＝Ｌ［ｍn ／２（Ｕ−Ｕ2 ）］1/2 …（１２） で与えられる。
及びｍ2 ＝４００の場合について、（９）式の関数を図
３の座標面にプロットしたものである。この曲線上の一
連の信号強度データを読み出し、スペクトルとして表示
すれば、質量２００及び４００の娘イオンを派生するす
べての親イオンを表わす親イオンスペクトルを得ること
ができる。 （Ｃ）一定の質量の中性物質を失うすべての分裂過程の
分析 親イオンの質量がｍ1 、娘イオンの質量がｍ2 の場合、
失った中性物質の質量ｍn は、ｍn ＝ｍ1 −ｍ2 であ
る。（６）式より ｍ1 ＝［Ｕ／（Ｕ−Ｕ2 ）］ｍn …（１０） ｍ2 ＝［Ｕ2 ／（Ｕ−Ｕ2 ）］ｍn …（１１） であり、着目すべき飛行時間は、（８），（１０）式よ
り Ｔ＝Ｌ［ｍn ／２（Ｕ−Ｕ2 ）］1/2 …（１２） で与えられる。
【００３０】図３における曲線（ｃ）は、ｍn ＝２００
及びｍn ＝４００の場合について、（１２）式の関数を
図３の座標面にプロットしたものである。この曲線上の
一連の信号強度データを読み出し、スペクトルとして表
示すれば、質量２００及び４００の中性物質を失うすべ
ての親イオンを表わす所謂ニュートラルロススペクトル
を得ることができる。
及びｍn ＝４００の場合について、（１２）式の関数を
図３の座標面にプロットしたものである。この曲線上の
一連の信号強度データを読み出し、スペクトルとして表
示すれば、質量２００及び４００の中性物質を失うすべ
ての親イオンを表わす所謂ニュートラルロススペクトル
を得ることができる。
【００３１】なお、上記説明では、図３に示されるよう
な飛行時間スペクトルを全域にわたって測定し、メモリ
に記憶させてから分析手法（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に応
じた直線または曲線上のデータを取り出すことによりス
ペクトルを求めたが、いずれかの手法だけを行う場合に
は、図２のタイミングに従って一連の測定を行いなが
ら、図３の直線（ａ）、曲線（ｂ）または（ｃ）に該当
する分析エネルギーＵ2及び飛行時間Ｔのデータのみを
取り込んで記憶するようにすれば、その他の不要なデー
タを取り込まなくて済む。
な飛行時間スペクトルを全域にわたって測定し、メモリ
に記憶させてから分析手法（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に応
じた直線または曲線上のデータを取り出すことによりス
ペクトルを求めたが、いずれかの手法だけを行う場合に
は、図２のタイミングに従って一連の測定を行いなが
ら、図３の直線（ａ）、曲線（ｂ）または（ｃ）に該当
する分析エネルギーＵ2及び飛行時間Ｔのデータのみを
取り込んで記憶するようにすれば、その他の不要なデー
タを取り込まなくて済む。
【００３２】図５は、本発明の他の実施例を示す概略図
である。本実施例は、図１の実施例に加えて、第３の静
電分析器Ｃ３と第２の衝突室１２を、静電分析器Ｃ２と
イオン検出器２の間に配置したことを特徴としている。
１１は静電分析器Ｃ３用の電場電源であり、制御回路８
によって制御される。なお、衝突室１２は、衝突室３か
ら出射し静電分析器Ｃ２を通過したイオンについて時間
集束が成り立つ位置に配置され、同様に、衝突室１２か
ら出射したイオンについてイオン検出器２の位置で時間
集束が成り立つように静電分析器Ｃ３の位置，回転角度
などが選定されている。
である。本実施例は、図１の実施例に加えて、第３の静
電分析器Ｃ３と第２の衝突室１２を、静電分析器Ｃ２と
イオン検出器２の間に配置したことを特徴としている。
１１は静電分析器Ｃ３用の電場電源であり、制御回路８
によって制御される。なお、衝突室１２は、衝突室３か
ら出射し静電分析器Ｃ２を通過したイオンについて時間
集束が成り立つ位置に配置され、同様に、衝突室１２か
ら出射したイオンについてイオン検出器２の位置で時間
集束が成り立つように静電分析器Ｃ３の位置，回転角度
などが選定されている。
【００３３】図６は、図５の実施例の動作タイミングを
示すタイミング図である。図６ａはパルスイオン源１の
動作タイミングを示す。図６ｂは静電分析器Ｃ１に設定
される分析エネルギーを示し、エネルギー値Ｕに固定さ
れている。図６ｃは静電分析器Ｃ２に設定される分析エ
ネルギーを示し、衝突室３で生成された娘イオンのう
ち、特定のエネルギー値Ｕ21を持つもののみ通過させる
ように、エネルギー値Ｕ21に固定されている。図６ｄは
静電分析器Ｃ３に設定される分析エネルギーを示し、測
定の繰り返し毎に初期値Ｕから０（零）まで微小ステッ
プで段階的に減少するように制御回路８により制御され
る。
示すタイミング図である。図６ａはパルスイオン源１の
動作タイミングを示す。図６ｂは静電分析器Ｃ１に設定
される分析エネルギーを示し、エネルギー値Ｕに固定さ
れている。図６ｃは静電分析器Ｃ２に設定される分析エ
ネルギーを示し、衝突室３で生成された娘イオンのう
ち、特定のエネルギー値Ｕ21を持つもののみ通過させる
ように、エネルギー値Ｕ21に固定されている。図６ｄは
静電分析器Ｃ３に設定される分析エネルギーを示し、測
定の繰り返し毎に初期値Ｕから０（零）まで微小ステッ
プで段階的に減少するように制御回路８により制御され
る。
【００３４】これにより、衝突室３で生成された娘イオ
ンのうち、静電分析器Ｃ２を通過できた娘イオンエネル
ギーＵ21を持つもののみが衝突室１２へ入射し、この衝
突室１２で娘イオンの分裂により生成されいろいろなエ
ネルギーを持つ孫イオンが、測定の繰り返し毎に変えら
れる静電分析器Ｃ３の分析エネルギーがそれぞれの孫イ
オンのエネルギーに一致した時にイオン検出器２へ到達
し、検出される。
ンのうち、静電分析器Ｃ２を通過できた娘イオンエネル
ギーＵ21を持つもののみが衝突室１２へ入射し、この衝
突室１２で娘イオンの分裂により生成されいろいろなエ
ネルギーを持つ孫イオンが、測定の繰り返し毎に変えら
れる静電分析器Ｃ３の分析エネルギーがそれぞれの孫イ
オンのエネルギーに一致した時にイオン検出器２へ到達
し、検出される。
【００３５】測定は静電分析器Ｃ３の孫イオン分析エネ
ルギー＝０まで例えばＮ回繰り返し続けられて終了す
る。測定終了までに得られたＮ個の検出信号は、制御回
路８に付属するメモリ９にＮ段階の孫イオン分析エネル
ギー値と対応付けて記憶格納されている。
ルギー＝０まで例えばＮ回繰り返し続けられて終了す
る。測定終了までに得られたＮ個の検出信号は、制御回
路８に付属するメモリ９にＮ段階の孫イオン分析エネル
ギー値と対応付けて記憶格納されている。
【００３６】測定終了後、メモリ９に記憶格納された一
連の検出信号を、縦軸に孫イオンのエネルギー、横軸に
飛行時間、イオン強度を例えば輝度で表示装置１０上に
表示すれば、図３と全く同様に孫イオンの２次元質量ス
ペクトルを表示することができる。
連の検出信号を、縦軸に孫イオンのエネルギー、横軸に
飛行時間、イオン強度を例えば輝度で表示装置１０上に
表示すれば、図３と全く同様に孫イオンの２次元質量ス
ペクトルを表示することができる。
【００３７】図７は、水銀セシウムのクラスターイオン
Ｈg5Ｃs ＋から分裂して派生した娘イオンのうちＨg4Ｃ
ｓ＋を静電分析器Ｃ２で選択し、衝突室１２へ導いて測
定した孫イオン質量スペクトルを示している。
Ｈg5Ｃs ＋から分裂して派生した娘イオンのうちＨg4Ｃ
ｓ＋を静電分析器Ｃ２で選択し、衝突室１２へ導いて測
定した孫イオン質量スペクトルを示している。
【００３８】なお、図６に示した動作例では、静電分析
器Ｃ２をある分析エネルギー値Ｕ21に固定したが、この
静電分析器Ｃ２の分析エネルギー値も図６に示した一連
の測定が終了する毎に段階的に変化させ、各段階毎に図
６の一連の測定を繰り返す事により、パルスイオン源１
で生成されたすべての親イオンから派生するすべての娘
イオンについて、孫イオンスペクトルを測定することが
できる。
器Ｃ２をある分析エネルギー値Ｕ21に固定したが、この
静電分析器Ｃ２の分析エネルギー値も図６に示した一連
の測定が終了する毎に段階的に変化させ、各段階毎に図
６の一連の測定を繰り返す事により、パルスイオン源１
で生成されたすべての親イオンから派生するすべての娘
イオンについて、孫イオンスペクトルを測定することが
できる。
【００３９】本発明は、上述した実施例に限定されるこ
となく変形が可能である。静電分析器の回転角は任意に
選定できるし、静電分析器の数をさらに増やしても良
い。図８は回転角がほぼ２７０°の静電分析器を４つ組
み合わせた例を示す。図において破線で示した３か所で
時間収束が満たされるので、その３か所のすべてに衝突
室を配置すればさらに多数回の分裂過程を調べることが
できる。
となく変形が可能である。静電分析器の回転角は任意に
選定できるし、静電分析器の数をさらに増やしても良
い。図８は回転角がほぼ２７０°の静電分析器を４つ組
み合わせた例を示す。図において破線で示した３か所で
時間収束が満たされるので、その３か所のすべてに衝突
室を配置すればさらに多数回の分裂過程を調べることが
できる。
【００４０】
【発明の効果】以上詳述したごとく、本発明では複数個
の分裂手段と扇形静電分析器を配置するようにしたた
め、親イオンと娘イオンと孫イオンの質量を高い分解能
で精度良く測定することのできる多段式飛行時間型質量
分析装置が実現される。
の分裂手段と扇形静電分析器を配置するようにしたた
め、親イオンと娘イオンと孫イオンの質量を高い分解能
で精度良く測定することのできる多段式飛行時間型質量
分析装置が実現される。
【図１】 本発明の一実施例を示すイオン光学図であ
る。
る。
【図２】 図１の装置の動作タイミングを示すタイミン
グ図である。
グ図である。
【図３】 メモリに記憶格納された一連の検出信号に基
づいて表示装置に表示された２次元質量スペクトルの一
例を示す図である。
づいて表示装置に表示された２次元質量スペクトルの一
例を示す図である。
【図４】 水銀セシウムのクラスターイオンＨg8Ｃs ＋
から分裂して派生した娘イオンのスペクトルを示す図で
ある。
から分裂して派生した娘イオンのスペクトルを示す図で
ある。
【図５】 本発明の一実施例を示すイオン光学図であ
る。
る。
【図６】 図５の実施例の動作タイミングを示すタイミ
ング図である。
ング図である。
【図７】 水銀セシウムのクラスターイオンＨg5Ｃs ＋
から分裂して派生した娘イオンのうちＨg4Ｃｓ＋を静電
分析器Ｃ２で選択し、衝突室１２へ導いて測定した孫イ
オン質量スペクトルを示す図である。
から分裂して派生した娘イオンのうちＨg4Ｃｓ＋を静電
分析器Ｃ２で選択し、衝突室１２へ導いて測定した孫イ
オン質量スペクトルを示す図である。
【図８】 本発明の一実施例を示すイオン光学図であ
る。
る。
１ パルスイオン源
２ イオン検出器
３，１２ 衝突室
４ イオン源電源
５，６，１１ 電場電源
７ 検出回路
８ 制御回路
９ メモリ
１０ 表示装置
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３ 同心円筒型静電分析器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−13044（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−44953（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−101851（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−23961（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−36374（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01J 49/00 - 49/48
Claims (2)
- 【請求項１】 パルスイオン源とイオン検出器の間のイ
オンの飛行経路にイオンを分裂させる手段を複数設ける
と共に、イオン源と最初の分裂手段との間、分裂手段と
分裂手段との間及び最後の分裂手段とイオン検出器との
間のイオン飛行経路に、イオン源と分裂点まで、分裂点
から次の分裂点までの間及び分裂点からイオン検出器ま
での間のいずれについても、質量が同じイオンの飛行時
間についての収束条件が成立するようにそれぞれ少なく
とも１つの扇形静電分析器を配置したことを特徴とする
多段式飛行時間型質量分析装置。 - 【請求項２】 最後の分裂手段とイオン検出器の間に配
置された扇形静電分析器の分析エネルギーを変えて飛行
時間の測定を繰り返し行うための扇形静電分析器制御手
段と、イオン検出器から得られる飛行時間に関する測定
データを前記扇形静電分析器の分析エネルギーに対応さ
せて記憶する記憶手段とを設けたことを特徴とする請求
項１記載の多段式飛行時間型質量分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14278694A JP3375734B2 (ja) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | 多段式飛行時間型質量分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14278694A JP3375734B2 (ja) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | 多段式飛行時間型質量分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH087831A JPH087831A (ja) | 1996-01-12 |
| JP3375734B2 true JP3375734B2 (ja) | 2003-02-10 |
Family
ID=15323576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14278694A Expired - Lifetime JP3375734B2 (ja) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | 多段式飛行時間型質量分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3375734B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6867414B2 (en) | 2002-09-24 | 2005-03-15 | Ciphergen Biosystems, Inc. | Electric sector time-of-flight mass spectrometer with adjustable ion optical elements |
| EP2454749A4 (en) * | 2009-07-17 | 2013-09-04 | Kla Tencor Corp | ENERGY ANALYZER OF CHARGED PARTICLES |
-
1994
- 1994-06-24 JP JP14278694A patent/JP3375734B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH087831A (ja) | 1996-01-12 |
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| Date | Code | Title | Description |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20021105 |
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