JP3761752B2 - Time-of-flight mass spectrometer with orbit - Google Patents
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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(TOFMS)に関するものであり、特にイオンが周回できる閉じた軌道を有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】
飛行時間型質量分析装置においては、一定の加速エネルギーで加速した試料イオンが質量に応じた飛行速度を持つことに基づき、一定距離を飛行するのに要する飛行時間を計測して質量を求める。
【0003】
この飛行時間型質量分析装置の分解能は、イオン源の条件が同一の場合、イオンの飛行距離に比例する。従って、高分解能を実現するためには飛行距離を大きくすれば良いが、通常、それは装置の大型化に結びつく。
【0004】
そこで、飛行距離を長くすることと装置の小型化を両立させるため、例えば、リフレクトロンと呼ばれる電場を用いてイオンの飛行方向を変えてUターンさせることが行われている。さらには、複数の電場を用いて閉じた軌道を構成し、この軌道上でイオンを周回させることにより、長い飛行距離を実現しようとする試みもある。
【0005】
【発明が解決すべき課題】
リフレクトロンを用いて飛行方向をUターンさせても、飛行距離を長くするためには装置の大型化は避けられない。周回軌道を持つ場合には、多重周回させることにより、限られたスペースの中で飛行距離を長くすることはできるが、イオンビームの入出射に工夫が必要である。
【0006】
本発明は、リフレクトロンを周回軌道を持つ飛行時間型質量分析装置と組み合わせることにより、イオンの入出射を容易に行うことの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している。
【0007】
【課題を解決する手段】
この目的を達成するため、本発明は周回軌道を有する飛行時間型質量分析装置であって、周回軌道上にイオン生成部と生成されたイオンを収容するイオン溜とから構成され、該イオン溜からイオンをパルス的に一方向に取り出すイオン源を配置し、該イオン源は、前記周回軌道上にイオンを送り出すように配置されると共に、該イオン源を動作させない時には、周回軌道を進むイオンが前記イオン溜を通過できるように構成したことを特徴としている。
【0008】
【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は本発明を実施した飛行時間型質量分析計の一例を示すイオン光学図である。図1において、旋回角度が180°よりも小さい4つの扇形電場E1,E2,E3,E4を8の字の湾曲部分に配置することにより、8の字状の閉じたイオン軌道Aが形成される。この軌道Aは、4つの扇形電場E1〜E4内の円形軌道A1〜A4と、扇形電場間を結ぶ4つの直進軌道A12,A23,A34,A41から構成されている。
【0009】
扇形電場E1,E2の間の直進軌道A12には、オルソゴナル(直交型)イオン源1が、直進軌道A12上に扇形電場E2へ向けてイオンを出射し得るように配置されている。このイオン源1は、イオン化部2と、直進軌道上に配置されイオン化部2で生成されたイオンが低速で導入されるイオン溜3とから構成される。イオン溜2内には、引出し電極4及び押し出し電極5が設けられており、この2つの電極間に電圧を印加することにより、イオンに加速エネルギーを与えて外部へ取り出すための電場が発生される。また、イオン溜3には、イオン源を動作させないとき、直進軌道A12に沿って進むイオンが影響を受けずに通過できるよう、通過口が設けられている。
【0010】
イオン源1と扇形電場E2との間の直進軌道A12上には、リフレクトロン6が配置されている。リフレクトロン6は、間隔をおいて並べられた少なくとも2枚の電極により、イオンを減速する電場を発生させ、この電場にイオンを斜めに入射させてUターンさせるものである。リフレクトロン6により進行方向が変えられて直進軌道A12を外れたイオンを検出するため、イオン検出器7が設けられている。また、リフレクトロン6には、非作動時、直進軌道A12に沿って進むイオンが影響を受けずに通過できるよう、通過口が設けられていると共にすべての電極が接地電位とされる。
【0011】
このような構成において、イオン化部2で生成された試料イオンは、イオン化部から低速度で取り出され、矢印方向に進んでイオン溜3内へ導かれる。適宜な量のイオンが蓄積された時、引き出し電極と押し出し電極にパルス的に電圧を供給することにより、イオン溜内のイオンはパルス的に外に取り出され、直進軌道A12に沿って進み始める。
【0012】
なお、イオン溜内において、イオンはイオン化部で付与された速度V0で進んでいるため、その進行方向に直交する方向に取り出しのための電場を印加しても、電場の方向に取り出されるのではなく、速度V0の影響により電場の方向に対して斜めに出射する。その出射方向が直進軌道A12に一致するように、イオン源1が配置されていることは言うまでもない。
【0013】
このようにして、イオン源1から発射され直進軌道A12に沿って飛行を開始したパルス化された一団のイオンは、時間の経過と共に質量に応じて展開されて行く。質量分析装置に要求される分解能が最も低い低分解能モードの場合、リフレクトロン6は、常に作動状態とされる。従って、イオン源1から発射されたイオンはリフレクトロン6に到着次第次々に直進軌道A12の外に取り出され、検出器7に入射して検出される。
【0014】
一方、更に高い分解能が要求される高分解能モードの場合、リフレクトロン6は当初、非作動状態とされる。そのため、イオン源1から発射されたイオンは、リフレクトロン6を通過し、後ろに続く周回軌道A2,A23,A3,A34,A4,A41,A1に沿って飛行し、1周してイオン源1に戻って来る。イオン源1は、発射後イオンが1周して戻って来るまでには、非作動状態とされているため、イオンはイオン源1をそのまま通過してリフレクトロン6へ到達することとなる。リフレクトロン6は、イオンが通過してから再び接近するまでの間に作動状態とされるため、リフレクトロン6へ到達したイオンは、到着次第次々に直進軌道A12の外に取り出され、検出器7に入射して検出される。このときのイオンの飛行距離は、周回軌道1周の分前記低分解能モードの時よりも長いため、低分解能モードよりも高い分解能の測定が可能である。
【0015】
イオンの周回数を更に増やすことにより、更に高い分解能が要求される場合にも対応することが出来る。すなわち、リフレクトロン6を作動状態とするタイミングを更に遅らせれば、イオンは更に周回を重ねるので、所望の周回数を重ねた時点で、リフレクトロンを作動状態としてイオンを検出するようにすればよい。ただし、先頭のイオンが最後尾のイオンを追い越してしまっては解析が困難になるので、リフレクトロンを作動状態とするのは、追い越しが起こる前であって、最後尾のイオンがリフレクトロンを通過し且つ先頭のイオンがリフレクトロン6に到達する前のタイミングであることは言うまでもない。
【0016】
なお、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。例えば、図2に示すように、イオン源11を直進軌道の延長線上に設け、扇形電場を形成する電極に開けた穴を介してイオンを周回軌道に打ち込むようにしても良い。
【0017】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明では、周回軌道上にイオン生成部と生成されたイオンを収容するイオン溜とから構成されるイオン源を配置し、このイオン源を用いて軌道外部から周回軌道にイオンを送り出して飛行させ得るように構成すると共に、イオン源を動作させない時に周回軌道を進むイオンがイオン溜を通過できるように構成したため、イオンの入出射を容易に行うことにできる飛行時間型質量分析装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態の一例を示す図である。
【図2】 本発明の変形例を示す図である。
【符号の説明】
E1,E2,E3,E4・・・扇形電場、1・・・オルソゴナルイオン源、6・・・リフレクトロン、7・・・イオン検出器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a time-of-flight mass spectrometer (TOFMS), and more particularly to a time-of-flight mass spectrometer having a closed trajectory in which ions can circulate.
[0002]
[Prior art]
In a time-of-flight mass spectrometer, based on the fact that sample ions accelerated with a constant acceleration energy have a flight speed corresponding to the mass, the time of flight required to fly a certain distance is measured to determine the mass.
[0003]
The resolution of this time-of-flight mass spectrometer is proportional to the flight distance of ions when the ion source conditions are the same. Therefore, in order to achieve high resolution, the flight distance may be increased, but this usually leads to an increase in the size of the apparatus.
[0004]
Therefore, in order to make the flight distance longer and to reduce the size of the apparatus, for example, a U-turn is performed by changing the flight direction of ions using an electric field called a reflectron. Furthermore, there is an attempt to realize a long flight distance by forming a closed trajectory using a plurality of electric fields and circulating ions on the trajectory.
[0005]
[Problems to be Solved by the Invention]
Even if the flight direction is made a U-turn using the reflectron, it is inevitable to increase the size of the device in order to increase the flight distance. In the case of having an orbit, it is possible to increase the flight distance in a limited space by making multiple orbits, but it is necessary to devise ion beam entrance and exit.
[0006]
An object of the present invention is to provide a time-of-flight mass spectrometer capable of easily entering and exiting ions by combining a reflectron with a time-of-flight mass spectrometer having a circular orbit.
[0007]
[Means for solving the problems]
In order to achieve this object, the present invention is a time-of-flight mass spectrometer having an orbit, comprising an ion generator and an ion reservoir for containing the generated ions on the orbit , from the ion reservoir. An ion source for extracting ions in one direction in a pulsed manner is arranged, and the ion source is arranged so as to send out ions on the orbit, and when the ion source is not operated , ions traveling on the orbit It is configured to pass through the ion reservoir .
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an ion optical diagram showing an example of a time-of-flight mass spectrometer embodying the present invention. In FIG. 1, four fan-shaped electric fields E1, E2, E3, and E4 whose turning angles are smaller than 180 ° are arranged in a curved portion of the figure 8, thereby forming a closed ion trajectory A having a figure eight shape. . This orbit A is composed of circular orbits A1 to A4 in the four sector electric fields E1 to E4 and four rectilinear orbits A12, A23, A34 and A41 connecting the sector electric fields.
[0009]
An orthogonal (orthogonal) ion source 1 is arranged on the straight trajectory A12 between the sector electric fields E1 and E2 so that ions can be emitted toward the sector electric field E2 on the straight trajectory A12. The ion source 1 includes an
[0010]
A
[0011]
In such a configuration, the sample ions generated by the
[0012]
In the ion reservoir, the ions are traveling at the velocity V0 imparted by the ionization section, so even if an electric field for extraction is applied in a direction orthogonal to the traveling direction, the ions are not extracted in the direction of the electric field. However, it is emitted obliquely with respect to the direction of the electric field due to the influence of the velocity V0. Needless to say, the ion source 1 is arranged so that the emission direction thereof coincides with the straight traveling path A12.
[0013]
In this way, the pulsed group of ions launched from the ion source 1 and started to fly along the straight traveling trajectory A12 are developed according to the mass with the passage of time. In the low resolution mode where the resolution required for the mass spectrometer is the lowest, the
[0014]
On the other hand, in the high resolution mode where higher resolution is required, the
[0015]
By further increasing the number of ion turns, it is possible to cope with a case where higher resolution is required. That is, if the timing at which the
[0016]
The present invention can be modified without being limited to the above-described embodiments. For example, as shown in FIG. 2, the ion source 11 may be provided on an extension line of a straight trajectory, and ions may be driven into the circular trajectory through a hole formed in an electrode forming a sector electric field.
[0017]
【The invention's effect】
As described in detail above, in the present invention, an ion source composed of an ion generation unit and an ion reservoir that stores generated ions is arranged on a circular orbit, and the orbit from the outside of the orbit using this ion source. It is configured so that ions can be sent out and allowed to fly , and ions that travel around the orbit when the ion source is not operated can pass through the ion reservoir , so that the time-of-flight type that can easily enter and exit ions A mass spectrometer is realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a modification of the present invention.
[Explanation of symbols]
E1, E2, E3, E4 ... Fan electric field, 1 ... Orthogonal ion source, 6 ... Reflectron, 7 ... Ion detector
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