JP3472130B2 - 飛行時間質量分析計 - Google Patents
飛行時間質量分析計Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、飛行時間質量分析
計において用いられる、イオンの加速方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】図１は、典型的なリフレクトロン型飛行
時間質量分析計を示したものである。図中１は、イオン
源で、Ｖsなる電位が与えられている。イオン源１を出
発したイオン２は、Ｖft1の電位をもった第一フライト
チューブ３に導入され、チューブ内に設けられたイオン
ゲート４を通過する。第一フライトチューブ３を出たイ
オンは、入口電位Ｖre0、底面電位Ｖreをもったリフレ
クトロン５で反射され、Ｖft2の電位をもった第二フラ
イトチューブ６に導入され、最終的に検出器７に到達す
る構成になっている。 【０００３】リフレクトロンを用いた飛行時間質量分析
計では、第一フライトチューブ、即ち、第一自由空間に
おいてイオン壊裂により生成するプロダクトイオンを測
定することが可能である。また、第一自由空間にイオン
ゲートを設け、特定のプリカーサイオンのみを選択して
通過させることで、この選択されたプリカーサイオンか
ら生成するプロダクトイオンのみから成る質量スペクト
ルを測定することが可能である。これをＭＳ／ＭＳ測定
と呼んでいる。 【０００４】また、図１の実施例では、イオンを反射す
るリフレクトロンを１個使用しているが、リフレクトロ
ンを複数個用いて、その間にフライトチューブを増設す
ることにより、多段式でＭＳ／ＭＳ測定を行なわせるこ
とも可能である。 【０００５】ところで、１段式リフレクトロン、及び２
段式リフレクトロンのエネルギー収束は、ある特定のイ
オンエネルギー値Ｅrefの近くにおいてのみ成立する。
従って、通常は、イオン源において生成するイオン（プ
リカーサイオン）が最も良い分解能で測定されるよう
に、Ｅref＝Ｖa (Ｖa：加速電圧)に設定される。一般
的なリフレクトロンは、リフレクトロンに加えられる電
圧が、加速電圧よりも数％高い時にこの条件が成立する
ように設計されている。 【０００６】一方、プロダクトイオンのエネルギーは、
プリカーサイオンのエネルギーよりも一般に低い。それ
は、 Ｅprod ＝ （Ｍprod／Ｍprec）＊ Ｅprec Ｅprec：プリカーサイオンの運動エネルギー Ｅprod：プロダクトイオンの運動エネルギー Ｍprec：プリカーサイオンの質量数 Ｍprod：プロダクトイオンの質量数 の関係式から明らかなように、イオンの運動エネルギー
はイオンの質量数に比例し、かつ、プロダクトイオンは
プリカーサイオンよりも質量数が低いからである。 【０００７】従って、通常のリフレクトロン電圧の設定
のままでは、質量数の低いプロダクトイオンにおいてエ
ネルギー収束が成立しない。このようなプロダクトイオ
ンを検出することは、不可能ではないが、そのピークは
ブロード（分解能が低い）となり、感度と質量精度に問
題を生じる。 【０００８】この問題を克服するため、従来は、イオン
源の条件を一定に保ったまま、リフレクトロン電圧を順
次段階的に下げて複数回測定を行ない、これらの測定の
結果を繋ぎ合わせることで、全プロダクトイオンの質量
スペクトルを得ていた。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】このように、１つのプ
リカーサイオンから派生する全プロダクトイオンの質量
スペクトルを得るためには、多数回の測定を行なう必要
がある。そのため、測定に時間と手間がかかり、また、
イオン化法の種類によっては、測定の間、プリカーサイ
オンの強度を一定に維持することが難しい場合がある。
また、測定に時間がかかるということは、試料の消費量
が増えるということを意味しており、実質的に感度が低
下することになる。 【００１０】例えば、１段式リフレクトロンでは、０.
７Ｅref≦Ｅ≦Ｅref (Ｅ：リフレクトロンのエネルギ
ー)の範囲において、ほぼ実用になる分解能が得られ
る。従って、全プロダクトイオンの質量スペクトルを測
定するためには、リフレクトロンに与える電圧Ｖ
ref（Ｖref：リフレクトロンの入口電圧を０にしたとき
の底面電圧）を等比級数的に減少させながら、測定をｎ
回だけ繰り返す。即ち、 Ｖref ＝ Ｖref0、０.７Ｖref0、(０.７)2Ｖref0、
(０.７)3Ｖref0、・・・、(０.７)n-1Ｖref0 ここで、Ｖref0は、プリカーサイオンが最も良い分解能
で測定されるようなリフレクトロン電圧を表わしてい
る。 【００１１】今、質量数２０００のプリカーサイオンか
らのプロダクトイオンを質量数５０まで測定しようとす
ると、 ５０／２０００ ≧ ０.７n ∴ｎ＝１１ となり、全部で１１回の測定が必要になる。さらに、プ
リカーサイオンの質量数が４０００になると、 ５０／４０００ ≧ ０.７n ∴ｎ＝１３ となり、実に１３回もの測定が必要になる、という問題
を生じる。 【００１２】また、質量数の小さなプロダクトイオン
は、運動エネルギーが低いため、検出器における検出効
率が低く、検出器の構造いかんによっては全く検出され
ないこともある、という問題もあった。 【００１３】本発明の目的は、上述した諸点に鑑み、Ｍ
Ｓ／ＭＳ測定において、少ない回数で感度良く全プロダ
クトイオンの質量スペクトルが得られるような飛行時間
質量分析計を提供することにある。 【００１４】 【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の飛行時間質量分析計は、イオン源と第一フ
ライトチューブの間に電位差を設けてイオンを加速させ
ると共に、第一フライトチューブとリフレクトロンの間
にも電位差を設けてイオンを再加速させるようにしたこ
とを特徴としている。 【００１５】 【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１は、リフレクトロン型飛行時
間質量分析計の模式図である。従来技術では、多くの場
合、第一フライトチューブ３の電位Ｖft1とリフレクト
ロン５の入口電位Ｖre0と第二フライトチューブ６の電
位Ｖft2を、いずれも０Ｖ（グランド電圧）に設定して
おり、 Ｖft1 ＝ Ｖre0 ＝ Ｖft2 ＝ ０ である。また、加速電圧Ｖaは、 Ｖa ＝ Ｖs − Ｖft1 ＝ Ｖs である。ただし、装置の種類によっては、 Ｖs ＝ ０ Ｖa ＝ −Ｖft1 ＝ −Ｖre0 ＝ −Ｖft2 としている装置もある。いずれの場合も、第一フライト
チューブ３，リフレクトロン５の入口、第二フライトチ
ューブ６は同電位である。即ち、 Ｖft1 ＝ Ｖre0 ＝ Ｖft2 本発明では、これらの電位を、正イオンのＭＳ／ＭＳ測
定の場合、 Ｖft1 ＞ Ｖre0、 Ｖre0 ＝ Ｖft2 負イオンのＭＳ／ＭＳ測定の場合、 Ｖft1 ＜ Ｖre0、 Ｖre0 ＝ Ｖft2 に設定することで、第一フライトチューブ３とリフレク
トロン５の間でイオンが再加速されるように構成する。 【００１６】今、第一フライトチューブ３の中で、質量
数Ｍprecのプリカーサイオンが壊裂して、質量数Ｍprod
のプロダクトイオンが生成したとすると、そのイオンが
リフレクトロン５に入射するときの運動エネルギーＥ
prodは、 Ｅprod ＝ （Ｖs−Ｖft1）*（Ｍprod／Ｍprec）＋
（Ｖft1−Ｖre0） となり、質量数無限小のプロダクトイオンでも、少なく
とも（Ｖft1−Ｖre0）の運動エネルギーを持つようにな
る。これにより、低質量のプロダクトイオンの検出器７
における検出効率が改善される。 【００１７】また、リフレクトロンで、０.７Ｅref≦Ｅ
≦Ｅref の範囲において、ほぼ実用になる分解能が得
られると仮定すると、全プロダクトイオンの質量スペク
トルを得るために必要な測定の回数ｎは、 Ｅprod min／Ｅprec ＝ （Ｖft1−Ｖre0）／{（Ｖs−
Ｖft1）＋(Ｖft1−Ｖre0）}＝ （Ｖft1−Ｖre0）／
（Ｖs−Ｖre0)）≧ ０．７n と表わすことができ、プリカーサイオンの質量数、ある
いは測定したい最小のプロダクトイオンの質量数にかか
わらず、必ず有限回の測定で全プロダクトイオンの質量
スペクトルを得られることがわかる。例えば、図２のよ
うな電位差を設ける場合、正イオン検出時に、Ｖs＝２
０ｋＶ、Ｖft1＝０Ｖ、Ｖre0＝Ｖft2＝−３ｋＶと設定
すれば、ｎ＝６となり、６回の測定で必ず全プロダクト
イオンの質量スペクトルを得ることができ、従来の方法
よりも測定の回数を減らすことができる。 【００１８】尚、図２の実施例では、第一フライトチュ
ーブ３をグランド電位とし、リフレクトロン５の入口、
及び第二フライトチューブ６を負の電位にフロートした
が、図３の実施例のように、Ｖre0＝Ｖft2＝０、Ｖs＞
Ｖft1＞０として、第一フライトチューブ３を正の電位
にフロートしても、同様の効果を得ることができる。 【００１９】 【発明の効果】以上述べたごとく、本発明の飛行時間質
量分析計を用いれば、ＭＳ／ＭＳ測定において、全プロ
ダクトイオンのスペクトルを得るために必要な測定の繰
り返し回数が減少するため、測定にかかる時間と手間が
減少し、実質的な感度が向上する。また、イオンの運動
エネルギーが高まることにより、低質量のプロダクトイ
オンの検出効率が向上する。
計において用いられる、イオンの加速方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】図１は、典型的なリフレクトロン型飛行
時間質量分析計を示したものである。図中１は、イオン
源で、Ｖsなる電位が与えられている。イオン源１を出
発したイオン２は、Ｖft1の電位をもった第一フライト
チューブ３に導入され、チューブ内に設けられたイオン
ゲート４を通過する。第一フライトチューブ３を出たイ
オンは、入口電位Ｖre0、底面電位Ｖreをもったリフレ
クトロン５で反射され、Ｖft2の電位をもった第二フラ
イトチューブ６に導入され、最終的に検出器７に到達す
る構成になっている。 【０００３】リフレクトロンを用いた飛行時間質量分析
計では、第一フライトチューブ、即ち、第一自由空間に
おいてイオン壊裂により生成するプロダクトイオンを測
定することが可能である。また、第一自由空間にイオン
ゲートを設け、特定のプリカーサイオンのみを選択して
通過させることで、この選択されたプリカーサイオンか
ら生成するプロダクトイオンのみから成る質量スペクト
ルを測定することが可能である。これをＭＳ／ＭＳ測定
と呼んでいる。 【０００４】また、図１の実施例では、イオンを反射す
るリフレクトロンを１個使用しているが、リフレクトロ
ンを複数個用いて、その間にフライトチューブを増設す
ることにより、多段式でＭＳ／ＭＳ測定を行なわせるこ
とも可能である。 【０００５】ところで、１段式リフレクトロン、及び２
段式リフレクトロンのエネルギー収束は、ある特定のイ
オンエネルギー値Ｅrefの近くにおいてのみ成立する。
従って、通常は、イオン源において生成するイオン（プ
リカーサイオン）が最も良い分解能で測定されるよう
に、Ｅref＝Ｖa (Ｖa：加速電圧)に設定される。一般
的なリフレクトロンは、リフレクトロンに加えられる電
圧が、加速電圧よりも数％高い時にこの条件が成立する
ように設計されている。 【０００６】一方、プロダクトイオンのエネルギーは、
プリカーサイオンのエネルギーよりも一般に低い。それ
は、 Ｅprod ＝ （Ｍprod／Ｍprec）＊ Ｅprec Ｅprec：プリカーサイオンの運動エネルギー Ｅprod：プロダクトイオンの運動エネルギー Ｍprec：プリカーサイオンの質量数 Ｍprod：プロダクトイオンの質量数 の関係式から明らかなように、イオンの運動エネルギー
はイオンの質量数に比例し、かつ、プロダクトイオンは
プリカーサイオンよりも質量数が低いからである。 【０００７】従って、通常のリフレクトロン電圧の設定
のままでは、質量数の低いプロダクトイオンにおいてエ
ネルギー収束が成立しない。このようなプロダクトイオ
ンを検出することは、不可能ではないが、そのピークは
ブロード（分解能が低い）となり、感度と質量精度に問
題を生じる。 【０００８】この問題を克服するため、従来は、イオン
源の条件を一定に保ったまま、リフレクトロン電圧を順
次段階的に下げて複数回測定を行ない、これらの測定の
結果を繋ぎ合わせることで、全プロダクトイオンの質量
スペクトルを得ていた。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】このように、１つのプ
リカーサイオンから派生する全プロダクトイオンの質量
スペクトルを得るためには、多数回の測定を行なう必要
がある。そのため、測定に時間と手間がかかり、また、
イオン化法の種類によっては、測定の間、プリカーサイ
オンの強度を一定に維持することが難しい場合がある。
また、測定に時間がかかるということは、試料の消費量
が増えるということを意味しており、実質的に感度が低
下することになる。 【００１０】例えば、１段式リフレクトロンでは、０.
７Ｅref≦Ｅ≦Ｅref (Ｅ：リフレクトロンのエネルギ
ー)の範囲において、ほぼ実用になる分解能が得られ
る。従って、全プロダクトイオンの質量スペクトルを測
定するためには、リフレクトロンに与える電圧Ｖ
ref（Ｖref：リフレクトロンの入口電圧を０にしたとき
の底面電圧）を等比級数的に減少させながら、測定をｎ
回だけ繰り返す。即ち、 Ｖref ＝ Ｖref0、０.７Ｖref0、(０.７)2Ｖref0、
(０.７)3Ｖref0、・・・、(０.７)n-1Ｖref0 ここで、Ｖref0は、プリカーサイオンが最も良い分解能
で測定されるようなリフレクトロン電圧を表わしてい
る。 【００１１】今、質量数２０００のプリカーサイオンか
らのプロダクトイオンを質量数５０まで測定しようとす
ると、 ５０／２０００ ≧ ０.７n ∴ｎ＝１１ となり、全部で１１回の測定が必要になる。さらに、プ
リカーサイオンの質量数が４０００になると、 ５０／４０００ ≧ ０.７n ∴ｎ＝１３ となり、実に１３回もの測定が必要になる、という問題
を生じる。 【００１２】また、質量数の小さなプロダクトイオン
は、運動エネルギーが低いため、検出器における検出効
率が低く、検出器の構造いかんによっては全く検出され
ないこともある、という問題もあった。 【００１３】本発明の目的は、上述した諸点に鑑み、Ｍ
Ｓ／ＭＳ測定において、少ない回数で感度良く全プロダ
クトイオンの質量スペクトルが得られるような飛行時間
質量分析計を提供することにある。 【００１４】 【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の飛行時間質量分析計は、イオン源と第一フ
ライトチューブの間に電位差を設けてイオンを加速させ
ると共に、第一フライトチューブとリフレクトロンの間
にも電位差を設けてイオンを再加速させるようにしたこ
とを特徴としている。 【００１５】 【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１は、リフレクトロン型飛行時
間質量分析計の模式図である。従来技術では、多くの場
合、第一フライトチューブ３の電位Ｖft1とリフレクト
ロン５の入口電位Ｖre0と第二フライトチューブ６の電
位Ｖft2を、いずれも０Ｖ（グランド電圧）に設定して
おり、 Ｖft1 ＝ Ｖre0 ＝ Ｖft2 ＝ ０ である。また、加速電圧Ｖaは、 Ｖa ＝ Ｖs − Ｖft1 ＝ Ｖs である。ただし、装置の種類によっては、 Ｖs ＝ ０ Ｖa ＝ −Ｖft1 ＝ −Ｖre0 ＝ −Ｖft2 としている装置もある。いずれの場合も、第一フライト
チューブ３，リフレクトロン５の入口、第二フライトチ
ューブ６は同電位である。即ち、 Ｖft1 ＝ Ｖre0 ＝ Ｖft2 本発明では、これらの電位を、正イオンのＭＳ／ＭＳ測
定の場合、 Ｖft1 ＞ Ｖre0、 Ｖre0 ＝ Ｖft2 負イオンのＭＳ／ＭＳ測定の場合、 Ｖft1 ＜ Ｖre0、 Ｖre0 ＝ Ｖft2 に設定することで、第一フライトチューブ３とリフレク
トロン５の間でイオンが再加速されるように構成する。 【００１６】今、第一フライトチューブ３の中で、質量
数Ｍprecのプリカーサイオンが壊裂して、質量数Ｍprod
のプロダクトイオンが生成したとすると、そのイオンが
リフレクトロン５に入射するときの運動エネルギーＥ
prodは、 Ｅprod ＝ （Ｖs−Ｖft1）*（Ｍprod／Ｍprec）＋
（Ｖft1−Ｖre0） となり、質量数無限小のプロダクトイオンでも、少なく
とも（Ｖft1−Ｖre0）の運動エネルギーを持つようにな
る。これにより、低質量のプロダクトイオンの検出器７
における検出効率が改善される。 【００１７】また、リフレクトロンで、０.７Ｅref≦Ｅ
≦Ｅref の範囲において、ほぼ実用になる分解能が得
られると仮定すると、全プロダクトイオンの質量スペク
トルを得るために必要な測定の回数ｎは、 Ｅprod min／Ｅprec ＝ （Ｖft1−Ｖre0）／{（Ｖs−
Ｖft1）＋(Ｖft1−Ｖre0）}＝ （Ｖft1−Ｖre0）／
（Ｖs−Ｖre0)）≧ ０．７n と表わすことができ、プリカーサイオンの質量数、ある
いは測定したい最小のプロダクトイオンの質量数にかか
わらず、必ず有限回の測定で全プロダクトイオンの質量
スペクトルを得られることがわかる。例えば、図２のよ
うな電位差を設ける場合、正イオン検出時に、Ｖs＝２
０ｋＶ、Ｖft1＝０Ｖ、Ｖre0＝Ｖft2＝−３ｋＶと設定
すれば、ｎ＝６となり、６回の測定で必ず全プロダクト
イオンの質量スペクトルを得ることができ、従来の方法
よりも測定の回数を減らすことができる。 【００１８】尚、図２の実施例では、第一フライトチュ
ーブ３をグランド電位とし、リフレクトロン５の入口、
及び第二フライトチューブ６を負の電位にフロートした
が、図３の実施例のように、Ｖre0＝Ｖft2＝０、Ｖs＞
Ｖft1＞０として、第一フライトチューブ３を正の電位
にフロートしても、同様の効果を得ることができる。 【００１９】 【発明の効果】以上述べたごとく、本発明の飛行時間質
量分析計を用いれば、ＭＳ／ＭＳ測定において、全プロ
ダクトイオンのスペクトルを得るために必要な測定の繰
り返し回数が減少するため、測定にかかる時間と手間が
減少し、実質的な感度が向上する。また、イオンの運動
エネルギーが高まることにより、低質量のプロダクトイ
オンの検出効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の実施例を示す図である。
【図２】 本発明の一実施例を示す図である。
【図３】 本発明の一実施例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・イオン源、２・・・イオン、３・・・第一フライトチュ
ーブ、４・・・イオンゲート、５・・・リフレクトロン、６・・
・第二フライトチューブ、７・・・検出器。
ーブ、４・・・イオンゲート、５・・・リフレクトロン、６・・
・第二フライトチューブ、７・・・検出器。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】イオン源と、第一フライトチューブと、イ
オンゲートと、リフレクトロンと、第二フライトチュー
ブと、検出器とから成る飛行時間質量分析計において、
イオン源と第一フライトチューブの間に電位差を設けて
イオンを加速させると共に、第一フライトチューブとリ
フレクトロンの間にも電位差を設けてイオンを再加速さ
せるようにしたことを特徴とする飛行時間質量分析計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10054298A JP3472130B2 (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | 飛行時間質量分析計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10054298A JP3472130B2 (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | 飛行時間質量分析計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11283556A JPH11283556A (ja) | 1999-10-15 |
| JP3472130B2 true JP3472130B2 (ja) | 2003-12-02 |
Family
ID=14276851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10054298A Expired - Fee Related JP3472130B2 (ja) | 1998-03-27 | 1998-03-27 | 飛行時間質量分析計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3472130B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004049918B4 (de) * | 2003-10-14 | 2010-11-25 | Micromass Uk Ltd. | Verfahren zur Massenspektrometrie |
| JP4688504B2 (ja) * | 2005-01-11 | 2011-05-25 | 日本電子株式会社 | タンデム飛行時間型質量分析装置 |
| 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 |
| JP5220574B2 (ja) * | 2008-12-09 | 2013-06-26 | 日本電子株式会社 | タンデム飛行時間型質量分析計 |
| KR101790534B1 (ko) * | 2011-05-13 | 2017-10-27 | 한국표준과학연구원 | 초고속 멀티 모드 질량 분석을 위한 비행시간 기반 질량 현미경 시스템 |
| JP7289322B2 (ja) * | 2018-02-13 | 2023-06-09 | ビオメリュー・インコーポレイテッド | 荷電粒子検出器をテストまたは調整するための方法、および関連する検出システム |
-
1998
- 1998-03-27 JP JP10054298A patent/JP3472130B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11283556A (ja) | 1999-10-15 |
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