JPH03269944A - 同時検出型質量分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、同時検出型質量分析装置に関し、特に測定質
量範囲を重視したモートと、分解能を重蜆したモードに
切換えることのできるＴｉｆＡ分析装置に関する。

［従来技術］ １台の同時検出型質量分析装置において、質量範囲を優
先したモードと、分解能を優先したモードに選択的に切
換えて使用できる同時検出型質量分析装置が特願昭６３
−１７６０９２号に提案されている。

特願昭６３−１７６０９２号に提案されている装置とし
ては第５図、第６図に示す装置がある。

第５図において、イオン源１で生成されたイオンは、扇
形電場２及び扇形−様磁場３から構成される質量分析器
により、収束展開面に沿って質量電荷比に応じて収束展
開される。この展開されたイオンを同時検出するため、
収束展開面に沿って空間分解能を有する同時検出型イオ
ン検出器４が配置される。この同時検出型イオン検出器
４としては、例えばマイクロチャンネルプレートと微小
検出電極列を組合わせたものや半導体微小イオン検出器
列を用いたものか使用される。

５は一様磁場３と同時検出型イオン検出器４との間に設
けられたＱポールレンズ、８はＱポールレンズ５の強度
を可変するレンズ強度調整回路、９は同時検出型イオン
検出器４を収束展開面の移動に対応するように移動させ
つつ回転させる移動機構である。

いま、イオン中心軌道Ｏを通るイオンの質量をｍｏ、検
出器４の両端に入射するイオンの質量をｍａ、ｍ６　、
質量分析器の質量分散をＡγとし、Ｑポールレンズ５の
ある強度で収束展開面カリ１になっており、その時の質
量分散がＡγ１であるとする。また、その時の９１　と
イオン中心軌道Ｏ（イオン光軸）との交点をＰとする。

次に、別のレンズ強度をとった時の収束展開面をｐ２と
する。この様にして、レンズ強度調整回路８によりＱポ
ールレンズ５の強度を変化させると、収束展開面は！Ｉ
　１　”Ｄ　２−・・・−Ｎｎと移動し、収束展開面と
イオン中心軌道Ｏの交点Ｐも移動する。この場合、交点
Ｐの移動を防ぐことは出来ないが、レンズ強度を変える
ことにより、質量分散Ａγを変化させることができる。

この従来例では、同時検出型イオン検出器４がｇｌに沿
う場合、質量範囲Δｍ　（−１ｍｂ−ｍａ　ｌ）をその
全長でカバーするのに対し、Ｄ２−・・・−ｇ。に移動
するにしたがって、質量範囲Δｍを超える範囲をカバー
する。従って、前者が分解能優先モード、後者が質量範
囲優先モードに相当することになる。

そして、この様な収束展開面の移動に対応するように、
同時検出型イオン検出器４を移動させる移動機構９か設
けられている。この移動機構としては、例えば、適宜な
ガイドに沿って同時検出型イオン検出器４の位置と向き
を連続的又は段階的に変化させるような構造が採用され
ている。

第６図において、５，６は一様磁場３と同時検出型イオ
ン検出器４との間に設けられた２個のＱポールレンズ、
７は同時検出型イオン検出器４とイオン中心軌道Ｏとの
交点を中心として同時検出型イオン検出器４を回動させ
る回動機構、８はＱボールレンズ５，６の強度Ｑ１．Ｑ
２を予め定められた組み合わせで可変するレンズ強度調
整回路である。

いま、２個のＱポールレンズ５，６の強度のある組み合
わせ（Ｑｌｌ、　　Ｑ２１）で収束展開面がＲｔになっ
ており、その時の質量分散がＡγｌであるとする。また
、その時の９１　とイオン中心軌道Ｏ（イオン光軸）と
の交点をＰとする。

次に、別のレンズ強度の組み合わせ（Ｑｌ２．　Ｑ２２
）をとった時の収束展開面を１１２とする。

この時、ｇ２とイオン中心軌道Ｏとの交点がＰとなるよ
うに（Ｑｌ２　　Ｑ２２）の値を定めることかできる。

なぜなら、Ｑポールレンズ５．６の強度はＱｌ、Ｑ２そ
れぞれ任意に選択できるが、Ｐを収束点とするという条
件は、Ｑｌ、Ｑ２の間にただ１つの関係を与えるので、
例えば、Ｑｌの値を定めればＱ２の値は自動的に定まる
ことになるからである。この時、一般に９１　と９２と
は同一ではなく、又、Ａγ１とＡγ２　（ｇ２上の質量
分散）は異なる。

従って、（Ｑｌ、Ｑ２）の値によって、Ａγをある範囲
で自由に設定できることになる。Ａγを大きくすれば分
解能を高められ、Ａγを小さくすればｉｎ範囲を広げる
ことができる。

前記レンズ強度調整回路８には、上述したように異なる
質量分散を与え、しかも収束展開面とイオン光軸との交
点が移動しないようなＱｌとＱ２の組み合わせ（Ｑｌｌ
、　Ｑ２１）　、　　（Ｑｌ２．　Ｑ２２）が記憶され
ており、オペレータの指令により、Ｑボ−ルレンズ５，
６の強度を（ＱＬＩ、　　Ｑ２１）又は（Ｑ１２．　Ｑ
２２）に夫々設定する。回動機構７は、レンズ強度調整
回路８からの判別信号に基づいて、レンズ強度が（Ｑｌ
ｌ、　　Ｑ２１）の場合には同時検出型イオン検出器４
が収束展開面ρ１に沿い、レンズ強度が（Ｑ１２．　　
Ｑ２２）の場合には同時検出型イオン検出器４がＪ２２
に沿うように同時検出型イオン検出器４の角度調節を行
う。この従来例では、同時検出型イオン検出器４が１１
１に沿う場合、質量範囲Δｍ　（＝　ｌ　ｍｂ−ｍａ　
ｌ）をその全長でカバーするのに対し、ｇ２に沿う場合
は質量範囲Δｍを超える範囲をカバーする。従って、前
者が分解能優先モード、後者が質量範囲優先モードに相
当することになる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来例で述べた同時検出型質量分析装置においては、１
台の装置を、質量範囲を優先したモードと、分解能を優
先したモードに選択的に切換えて使用できるようになっ
た。しかし、Ｑポールレンズを１つ用いた場合では、イ
オン光軸であるイオン中心軌道と収束展開面との交わる
位置と角度が変化するので、収束展開面のイオン中心軌
道に対する変化に合わせて、イオン検出器を機械的に移
動させつつ回転させるための複雑な検出器移動機構が必
要になる。また、Ｑポールレンズを２個用いた場合でも
、検出器を回転させる機構は少なくとも必要である。そ
のため、装置が大型化し、価格的にも不利である。

本発明は、この点に鑑みてなされたものであり、質量範
囲を優先したモードと、分解能を優先したモードに選択
的に切換えて使用できる同時検出型質量分析装置であっ
て、検出器移動機構をより簡単化でき、それにより小型
化の可能な質量分析装置を提供することを目的としてい
る。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するため、本発明の第一の質量分析装置
は、イオン源と、該イオン源で生成されたイオンが導入
される質量分析器と、該質量分析器によって質量電荷比
に応じて質量分析器のイオン光軸に対して直角でない角
度で交差する収束展開面に沿って収束展開されたイオン
を同時検出するため、その収束展開面に沿って配置され
る同時検出型イオン検出器とを備えた同時検出型質量分
析装置において、前記質量分析器と同時検出型イオン検
出器との間のイオン通路上に前記収束展開面に直交する
光軸を持ち且つ強度を変化し得るレンズ手段と、前記同
時検出型イオン検出器を質量分析器のイオン光軸に沿っ
て平行移動させる手段とを設けたことを特徴としている
。

本発明の第二の質量分析装置は、イオン源と、該イオン
源で生成されたイオンが導入される質量分析器と、核質
量分析着によって質量電荷比に応じて質量分析器のイオ
ン光軸に対して直角でない角度で交差する収束展開面に
沿って収束展開されたイオンを同時検出するため、その
収束展開面に沿って配置される同時検出型イオン検出器
とを備えた同時検出型質量分析装置において、前記質量
分析器と同時検出型イオン検出器との間のイオン通路上
に前記収束展開面に直交する光軸を持ち且つ強度を変化
し得る複数のレンズ手段を直列に設けたことを特徴とし
ている。

［作用］ 収束展開面が質量分析器のイオン光軸に対して直角でな
い角度で交差する同時検出型質量分析装置において、質
量分析器と同時検出型イオン検出器との間のイオン通路
上に、収束展開面に直交する光軸を持ち且つ強度を変化
し得るレンズ手段を設けたことにより、質量分散を変化
させても、イオン光軸であるイオン中心軌道と収束展開
面との交わる角の変化は防止できる。

レンズ手段を１つ用いた場合では、質量分散の変化に応
じて収束展開面の平行移動を必要とするが、イオン中心
軌道と収束展開面との交わる角の変化は防止できる。

そして、レンズ手段を２つ用いた場合では、質量分散を
変化させても収束展開面の平行移動を必要とせず、そし
て、イオン中心軌道と収束展開面との交わる角の変化も
防止できる。

なお、収束展開面が質量分析器のイオン光軸に対して直
角に交差する場合は、上述したような効果は得られない
か、同時検出型質量分析装置に通常採用されるイオン光
学系では、収束展開面がイオン光軸に対して直角に交差
しないのか普通であり、逆に直角に交差する光学系を設
計するほうか困難である。従って、実質的にすべての同
時検出型質量分析装置に本発明を適用することができる
。

［実施例コ 第１図は本発明を実施した同時検出型質量分析装置の一
例を示すイオン光学図である。

第１図中、第５図、第６図で用いた数字と同じ数字の付
されたものは同じ構成要素を示している。

第１図の実施例が第５図の従来例と異なるのは、−様磁
場３とイオン検出器４の間に、Ｑポールレンズ５を、そ
のレンズ光軸２が収束展開面ρに対し直交するように設
けたことと、同時検出型イオン検出器４を平行移動させ
る平行移動機構１０を設けたことである。

本発明の原理を光学レンズのアナロジイを用いて説明す
る。第２図に示すように、収束展開面ｇ上の点ｍ、、ｍ
２．ｍ３に結像する光は、あたかも仮想物面り上の点Ｍ
、、　Ｍ２．Ｍ３から出射し、仮想レンズＶＬによって
ρ上に結像するような軌道を通る。ここで、ＬとＤは平
行でＶＬの軸は、これらと直交するように選ふことがで
きる。つぎにＶＬとｇの間にレンズＬ１を入れるとする
。このときり、の軸はｇと直交するようにする。Ｌｌの
収束（発散）作用により像点ｍｌ　、ｍ２．ｍ３はｍ、
　　、　　　２”　、ｍ３’　に移動するか、それらの
点を結んでできる新しい収束展開面ｇ′はＤに平行であ
る。なぜなら、ＬとレンズＶＬおよびＬｌは平行である
から、Ｌの像であるｐ′　も当然Ｌ（即ちｇ）と平行で
なければならないからである。

もし平行でなければＬとｐ′は、どこかで１点て交わら
ねばならないか、−次の収束作用を考えているかぎりで
は、その様なことは起こらない。

また、ｍ、、２’、ｍ３’　の位置関係は、ｍ、、ｍ２
．ｍ３のそれと相似てはあるが異なっている。それはＶ
Ｌによって決まる像倍率と、ＶＬとＬｌによって決まる
レンズ系の像倍率が異なることによって起こる。仮想レ
ンズＶＩＬを質量分析器の持つ収束作用に置き換え、光
をイオンに、又、レンズＬ１をイオン光学的なレンズに
置き換えてみれば、レンズ光軸が収束展開面に直交する
ように配置されるレンズＬ１を設け、その強度を変化さ
せることにより、収束展開面をＲ−Ｎ　’へ平行移動さ
せることができる。従って、同時検出型イオン検出器を
ｐ又はｇ、に沿うように平行移動させれば、イオンは常
に検出器面上に収束展開され、しかも、展開されるＴｌ
ｆｎ範囲を変えることができる。

第１図において、イオン源１で生成されたイオンは、扇
形電場２及び扇形−様磁場３から構成される質量分析器
により、収束展開面に沿って質量電荷比に応じて収束展
開される。

この展開されたイオンは、収束展開面に沿って配置され
る空間分解能を有する同時検出型イオン検出器４によっ
て同時検出される。

いま、扇形−様磁場３から出射したイオンは、Ｑポール
レンズ５の強度を可変するレンズ強度調整回路８から印
加されたある値の電圧によって同時検出型イオン検出器
４の表面上に展開された収束展開面が９１になっており
、その時の質量分散がＡγ１であるとする。また、その
時の４７］　とイオン中心軌道（質量分析器のイオン光
軸）Ｏとの交点をＰとする。

次に、別のレンズ強度をとった時の収束展開面を０２と
する。この様にして、レンズ強度調整回路８によりＱポ
ールレンズ５の強度を変化させると、収束展開面はｇ１
＝Ｄ＝と質量分析器のイオン光軸に沿って平行移動し、
収束展開面とイオン中心軌道Ｏの交点Ｐも移動する。こ
の場合、交点Ｐの移動を防くことは出来ないが、レンズ
強度を変えることにより、質ユ分散Ａγを変化させるこ
とかできる。この実施例では、同時検出型イオン検出器
４がｇ】に沿う場合、質量範囲Δｍ（−ｍｂ−ｍａｌ）
をその全長でカバーするのに対し、ｇ２に移動するにし
たがって、質量範囲Δｍを超える範囲をカバーする。従
って、前者が分解能優先モード、後者が質量範囲優先モ
ードに相当することになる。

そして、この様な収束展開面の平行移動に対応するよう
に、同時検出型イオン検出器４を平行移動させる平行移
動機構１０が設けられている。この移動機構としては、
例えば、適宜なガイドに沿って同時検出型イオン検出器
４の位置を連続的又は段階的に変化させるような構造が
採用されている。

第３図は本発明の他の実施例を示す。この実施例が第１
図の実施例と異なるところは、−様磁場３とイオン検出
器４の間に、イオン検出器４か配置されている収束展開
面ｇに対し、Ｑポールレンズ５，６をそのレンズ光軸２
．．２２が直交するように設けたことと、同時検出型イ
オン検出器４を平行移動させる平行移動機構１０を取り
除き、同時検出型イオン検出器を固定して設けたことで
ある。

第２図で述べた本発明の原理によれば、結像曲線に平行
においたレンズによって新たにできる結像曲線は、もと
の結像曲線に平行であることかわかる。従って第４図に
示すように、レンズＬ１によってできる結像曲線Ｄ′と
平行にレンズＬ２を追加し、その結果できる結像曲線を
ｇ′とすれば、ｇ′とｇ′は平行である。ところで、ｇ
′の位置と、レンズ系ＶＬ、Ｌ＋　、Ｌ２による像倍率
は、Ｌｌ及びＬ２の位置と、それぞれの強さによって決
まる。このときり、及びＬ２の位置か固定されていたと
しても、像倍率及びｇ′の位置は原理的に自由に決定で
きる。なぜなら、決めるべき条件は２つであるが自由に
選べるパラメータも２つあるからである。更にまた、ｇ
′の位置を固定したとしても、像倍率はり、、Ｌ２の強
さを変えることて自由に変えることができる。このとき
、ｇ′は常にもとの結像曲線ｇに平行であって回転する
ことはない。

いま、第３図において、第１図の実施例で述べたと同様
に、扇形−様磁場３から出射したイオンは、Ｑポールレ
ンズ５．６の強度の組み合わせによって同時検出型イオ
ン検出器４の表面上に図中実線で示すように収束展開さ
れる。この場合、同時検出型イオン検出器４が質量範囲
Δｍ（−１ｍｂ−ｍａｌ）をそ゛の全長でカバーする。

次に、Ｑポールレンズ５，６の別の強度のある組み合わ
せによって同時検出型イオン検出器４の表面上に図中破
線で示すように収束展開面される。

この場合は、同時検出型イオン検出器４が質量範囲Δｍ
　（−１ｍｂ’　−ｍａ’　　ｌ）を超える範囲をカバ
ーする。そこで、図中実線か分解能優先モード、破線が
質量範囲優先モードに相当することになる。このように
して２個のＱボールレンズのレンズ強度の組み合わせを
変えることにより、第１図の実施例のように同時検出型
イオン検出器を平行移動させる移動機構を設けることな
く、固定された検出器を用いながら測定Ｒｊｌ範囲を重
視したモードと、分解能を重視したモードに切換えるこ
とができる。

なお、上述した実施例においては２個のＱポールレンズ
を設けるようにしたが、必要に応じてＱボールレンズの
個数を増やしてもよい。

また、第１図、第３図で述べた実施例は単なる例示であ
って、本発明は幾多の変形が可能である。

例えば、イオン源、−様磁場、電場、検出器の順序で配
置される所謂逆配置の光学系を質量分析器として用いて
も良いし、レンズ手段としても、Ｑ　：ｔ、　−ルレン
ズに限らず、例えばアインツエルレンズを用いることが
できる。

［効果］ 以上詳述した如く、第１の本発明によれば、質量分析器
と同時検出型イオン検出器との間のイオン通路上に収束
展開面に直交する光軸を持ち且つ強度を夏化し得るレン
ズ手段を設けたことにより、質量分散を変化させても、
イオン中心軌道と収束展開面との交わる角の変化を防止
できたので、検出器を回転させる機構は不要となり、検
出器移動機構をより簡単化できた。それにより、質量範
囲を優先したモードと、分解能を優先したモードに選択
的に切換えて使用できる同時検出型質量分析装置の小型
化か可能になった。

また、第２の本発明によれば、質量分析器と同時検出型
イオン検出器との間のイオン通路上に収束展開面に直交
する光軸を持ち且つ強度を変化し得るレンズ手段を２つ
設けたことにより、固定した検出器を用いながら、質量
範囲を優先したモードと、分解能を優先したモードに選
択的に切換えて使用できる同時検出型質量分析装置が実
現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すイオン光学図、第２図
は本発明の詳細な説明する図、第３図は本発明の他の実
施例を示すイオン光学図、第４図は本発明の他の実施例
の原理を説明する図、第５図と第６図は従来例を示すイ
オン光学図である。 １：イオン源　　　２：円筒電場 ３：扇形−様磁場 ４：同時検出型イオン検出器 ５．６：Ｑポールレンズ ７：回動機構　　　８：レンズ強度調整回路９：移動機
構　　１０：平行移動機構

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン源と、該イオン源で生成されたイオンが導
   入される質量分析器と、該質量分析器によって質量電荷
   比に応じて質量分析器のイオン光軸に対して直角でない
   角度で交差する収束展開面に沿って収束展開されたイオ
   ンを同時検出するため、その収束展開面に沿って配置さ
   れる同時検出型イオン検出器とを備えた同時検出型質量
   分析装置において、前記質量分析器と同時検出型イオン
   検出器との間のイオン通路上に前記収束展開面に直交す
   る光軸を持ち且つ強度を変化し得るレンズ手段と、前記
   同時検出型イオン検出器を質量分析器のイオン光軸に沿
   って平行移動させる手段とを設けたことを特徴とする同
   時検出型質量分析装置。
2. （２）イオン源と、該イオン源で生成されたイオンが導
   入される質量分析器と、該質量分析器によって質量電荷
   比に応じて質量分析器のイオン光軸に対して直角でない
   角度で交差する収束展開面に沿って収束展開されたイオ
   ンを同時検出するため、その収束展開面に沿って配置さ
   れる同時検出型イオン検出器とを備えた同時検出型質量
   分析装置において、前記質量分析器と同時検出型イオン
   検出器との間のイオン通路上に前記収束展開面に直交す
   る光軸を持ち且つ強度を変化し得る複数のレンズ手段を
   直列に設けたことを特徴とする同時検出型質量分析装置
   。