JPH0346946B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0346946B2 JPH0346946B2 JP57230158A JP23015882A JPH0346946B2 JP H0346946 B2 JPH0346946 B2 JP H0346946B2 JP 57230158 A JP57230158 A JP 57230158A JP 23015882 A JP23015882 A JP 23015882A JP H0346946 B2 JPH0346946 B2 JP H0346946B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ions
- analysis tube
- ion
- flight
- axis
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Links
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 68
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 38
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 8
- 238000001269 time-of-flight mass spectrometry Methods 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005421 electrostatic potential Methods 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 238000001819 mass spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
- H01J49/34—Dynamic spectrometers
- H01J49/40—Time-of-flight spectrometers
- H01J49/405—Time-of-flight spectrometers characterised by the reflectron, e.g. curved field, electrode shapes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は飛行時間型質量分析装置に関し、そ
の目的はイオンの初期エネルギー幅による分解能
の低下を解消することにある。
の目的はイオンの初期エネルギー幅による分解能
の低下を解消することにある。
イオンの同じエネルギーを与えても、イオンの
質量が異なれば速度が違うから、一定距離を飛行
するのに要する飛行時間が異つてくる。そこでそ
の飛行時間によつてイオンの質量の分析を行うの
が飛行時間型質量分析装置の基本原理である。
質量が異なれば速度が違うから、一定距離を飛行
するのに要する飛行時間が異つてくる。そこでそ
の飛行時間によつてイオンの質量の分析を行うの
が飛行時間型質量分析装置の基本原理である。
ところが、実際上はイオンに厳密に同じエネル
ギーを与えることは不可能なので、同じ質量のイ
オンでも各々のもつエネルギーに幅が生じ、その
結果として飛行時間が幅をもつてくる。そしてそ
の幅が大きいほど質量分析の分解能は低くなつて
しまう。
ギーを与えることは不可能なので、同じ質量のイ
オンでも各々のもつエネルギーに幅が生じ、その
結果として飛行時間が幅をもつてくる。そしてそ
の幅が大きいほど質量分析の分解能は低くなつて
しまう。
従来の飛行時間型質量分析装置として例えば特
開昭57−44953号に開示のものなどがあるが、そ
れらの装置はいずれも前記エネルギー幅による分
解能の低下を充分解消できるものではなかつた。
開昭57−44953号に開示のものなどがあるが、そ
れらの装置はいずれも前記エネルギー幅による分
解能の低下を充分解消できるものではなかつた。
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、高分解能を有する飛行時間型質量分析装置を
提供する。
で、高分解能を有する飛行時間型質量分析装置を
提供する。
以下、図に示す実施例に基づいて、この発明を
詳説する。ただし、これによりこの発明が限定さ
れるものではない。
詳説する。ただし、これによりこの発明が限定さ
れるものではない。
第１図に示す１は、この発明の飛行時間型質量
分析装置の一実施例であり、イオン放出手段２、
分析管３およびイオン検知手段５を具備してなつ
ている。
分析装置の一実施例であり、イオン放出手段２、
分析管３およびイオン検知手段５を具備してなつ
ている。
イオン放出手段２は、パルスレーザ光やパルス
状電子線により生成されたイオン高速に加速して
放出する従来公知の手段である。
状電子線により生成されたイオン高速に加速して
放出する従来公知の手段である。
分析管３は、軸ａに沿つて等間隔で並べられた
多数のリング状電極４からなるものである。各リ
ング状電極４には、抵抗分圧回路６によつて、イ
オン放出手段２側の端からの距離ｚの２乗に比例
した電圧が印加されている。従つて、分析管３内
のポテンシヤルＶは第２図に示すようにｚの２乗
に比例して増大しており、その微分である電界Ｅ
の強さはｚに比例している。電界Ｅの向きは、イ
オン放出手段２から放出されるイオンをイオン放
出手段２側へ押しもどす向きとなるように直流電
源７の極性により定められている。そこでイオン
放出手段２から分析管３内に放出されたイオン
は、後述するごとく分析管３のサイズが充分大き
ければ第３図に示すように、電界ＥによりＵター
ンされ、再びイオン放出手段２側へ飛び出してく
る。
多数のリング状電極４からなるものである。各リ
ング状電極４には、抵抗分圧回路６によつて、イ
オン放出手段２側の端からの距離ｚの２乗に比例
した電圧が印加されている。従つて、分析管３内
のポテンシヤルＶは第２図に示すようにｚの２乗
に比例して増大しており、その微分である電界Ｅ
の強さはｚに比例している。電界Ｅの向きは、イ
オン放出手段２から放出されるイオンをイオン放
出手段２側へ押しもどす向きとなるように直流電
源７の極性により定められている。そこでイオン
放出手段２から分析管３内に放出されたイオン
は、後述するごとく分析管３のサイズが充分大き
ければ第３図に示すように、電界ＥによりＵター
ンされ、再びイオン放出手段２側へ飛び出してく
る。
イオン検知手段５は、分析管３から飛び出して
くるイオンを検知するもので、従来公知の手段で
ある。
くるイオンを検知するもので、従来公知の手段で
ある。
さて、作動を説明するために、質量ｍ、電荷量
ｑ、初期エネルギーεのイオンが分析管３内に放
出されたものとする。また分析管３において、軸
ａの方向をｚ方向とし、軸ａに垂直な方向をｒ方
向とし、イオンはｚ＝０、ｒ＝r0の位置から軸ａ
に対し入射角θで進入するものとする。
ｑ、初期エネルギーεのイオンが分析管３内に放
出されたものとする。また分析管３において、軸
ａの方向をｚ方向とし、軸ａに垂直な方向をｒ方
向とし、イオンはｚ＝０、ｒ＝r0の位置から軸ａ
に対し入射角θで進入するものとする。
イオンはエネルギーεを運動エネルギーとして
もつているので、分析管３内におけるイオンの初
速度V0は、次の式（）式で規定される。
もつているので、分析管３内におけるイオンの初
速度V0は、次の式（）式で規定される。
つまり、初期エネルギーεに幅があるときは、
イオンの初速度V0の幅となつて表われることが
分る。
イオンの初速度V0の幅となつて表われることが
分る。
ところで分析管３内における運動方程式は、軸
ａの方向すなわちｚ方向に対しては、電界Ｅによ
り力をうけるから、 ｍd2z／dt2＝qE ……（） となり、軸ａに垂直な方向すなわちｒ方向に対し
ては、何ら力をうけないから、 ｍd2r／dt2＝０ ……（） となる。
ａの方向すなわちｚ方向に対しては、電界Ｅによ
り力をうけるから、 ｍd2z／dt2＝qE ……（） となり、軸ａに垂直な方向すなわちｒ方向に対し
ては、何ら力をうけないから、 ｍd2r／dt2＝０ ……（） となる。
一方、前述したように電界Ｅはイオンの進入方
向と反対の方向成分をもち、その強さはｚに比例
しているから、比例定数をαとしたとき、 Ｅ＝αz ……（） となる。ただし、正イオンのときはα＞０、負イ
オンのときはα＜０である。
向と反対の方向成分をもち、その強さはｚに比例
しているから、比例定数をαとしたとき、 Ｅ＝αz ……（） となる。ただし、正イオンのときはα＞０、負イ
オンのときはα＜０である。
上記方程式（）（）（）を解けば、
ｚ＝V0・cosθ／ω・sin（ωt） ……（）
ｒ＝V0・sin（θ）・ｔ＋r0 ……（）
が得られる。
イオンが分析管３に進入してから再び飛び出し
てくるまでの飛行時間Ｔは、（）式においてｚ
＝０を与えるｔ（ただし、０を除く）だから、 である。（）式は単振動を表わしており、上記
飛行時間Ｔは単振動の周期の1/2であると考える
こともできる。
てくるまでの飛行時間Ｔは、（）式においてｚ
＝０を与えるｔ（ただし、０を除く）だから、 である。（）式は単振動を表わしており、上記
飛行時間Ｔは単振動の周期の1/2であると考える
こともできる。
（）式から明らかなように、この装置１によ
れば、飛行時間Ｔは初速度V0すなわち初期エネ
ルギーεに依存しない。つまり、同じ質量、同じ
電荷量であれば、初期エネルギーに幅があつて
も、飛行時間に幅は生じない。従つて、エネルギ
ー幅による分解能の低下は、これにより解消でき
ることになる。
れば、飛行時間Ｔは初速度V0すなわち初期エネ
ルギーεに依存しない。つまり、同じ質量、同じ
電荷量であれば、初期エネルギーに幅があつて
も、飛行時間に幅は生じない。従つて、エネルギ
ー幅による分解能の低下は、これにより解消でき
ることになる。
イオンが分析管３内でＵターンして戻つて出て
来るためには、分析管３の最後端（ｚ＝ｌ）での
静電ポテンシヤルがイオンのもちうる最大の初期
エネルギーεmaxよりも大でなくてはならないか
ら、 εmax＜１／２・ｑ・α・l2 ……（） である。従つて、分析管３の長さｌと電界Ｅの強
さの距離ｚに対する比例定数αは、少なくとも、 εmax＝１／２・ｑ・α・l2 ……（）′ を満足するように定めなければならない。
来るためには、分析管３の最後端（ｚ＝ｌ）での
静電ポテンシヤルがイオンのもちうる最大の初期
エネルギーεmaxよりも大でなくてはならないか
ら、 εmax＜１／２・ｑ・α・l2 ……（） である。従つて、分析管３の長さｌと電界Ｅの強
さの距離ｚに対する比例定数αは、少なくとも、 εmax＝１／２・ｑ・α・l2 ……（）′ を満足するように定めなければならない。
一方、イオンが分析管３に入る位置と分析管３
から出る位置の距離Δrは、前記（）（）（）
式により、 となる。そこで分析管３の直径Ｄは、 を満足するように定めなければならない。
から出る位置の距離Δrは、前記（）（）（）
式により、 となる。そこで分析管３の直径Ｄは、 を満足するように定めなければならない。
次にこの発明の飛行時間型質量分析装置のより
具体的な構成例を挙げて、その分解能について説
明する。
具体的な構成例を挙げて、その分解能について説
明する。
分析管は、直径30cm、長さ100cm円筒状飛行空
間を有し、リング状電極が１cm間隔で100枚並べ
られている。各リング状電極には０から4000Vま
で２乗曲線で増加する電圧が印加されている。イ
オンは、分析管の軸から半径方向に10cmの位置か
ら軸に対し5°の入射角づ入射される。
間を有し、リング状電極が１cm間隔で100枚並べ
られている。各リング状電極には０から4000Vま
で２乗曲線で増加する電圧が印加されている。イ
オンは、分析管の軸から半径方向に10cmの位置か
ら軸に対し5°の入射角づ入射される。
上記装置で、イオンの電荷量ｑを＋ｅ（電気素
量）、初期エネルギーεを3500eVとし、質量数Ｍ
が100、500、1000a.m.u.のときの各飛行時間T1、
T2、T3と質量数Ｍを1a.m.u.だけ各々増加したと
きの各飛行時間T′1、T′2、T′3の差ΔT1、ΔT2、
ΔT3をグラフ化したものが第４図に示すＧであ
る。また、質量数Ｍを100、500、1000a.m.u.と
し、初期エネルギーεが3500eVのときの各飛行
時間T1、T2、T3と初期エネルギーεを100eVだ
け増加したときの各飛行時間T″1、T″2、T″3の差
ΔT′1、ΔT′2、ΔT′3をグラフ化したものが第４図
に示すＨである。
量）、初期エネルギーεを3500eVとし、質量数Ｍ
が100、500、1000a.m.u.のときの各飛行時間T1、
T2、T3と質量数Ｍを1a.m.u.だけ各々増加したと
きの各飛行時間T′1、T′2、T′3の差ΔT1、ΔT2、
ΔT3をグラフ化したものが第４図に示すＧであ
る。また、質量数Ｍを100、500、1000a.m.u.と
し、初期エネルギーεが3500eVのときの各飛行
時間T1、T2、T3と初期エネルギーεを100eVだ
け増加したときの各飛行時間T″1、T″2、T″3の差
ΔT′1、ΔT′2、ΔT′3をグラフ化したものが第４図
に示すＨである。
第４図のグラフから明らかなように、質量数Ｍ
が400a.m.u.以下であれば、エネルギー幅Δεが
100eVあつても、質量数Ｍの差ΔMが１である２
つのイオンを弁別することが可能である。
が400a.m.u.以下であれば、エネルギー幅Δεが
100eVあつても、質量数Ｍの差ΔMが１である２
つのイオンを弁別することが可能である。
なお、初期エネルギーεの差による飛行時間の
差ΔT′1、ΔT′2、ΔT′3は本来０となるべきである
が、第５図に示す分析管内の等ポテンシヤル線図
から分るように、電界Ｅが実際のところ分析管の
軸に完全に平行な向きとならないから、０となつ
ていないのである。したがつて、この発明の他の
実施例として、第１図に示すイオン放出手段２と
分析管３の間および／又は分析管３とイオン検知
手段５の間に、補正のための補助的な飛行区間を
付設してもよい。また電界Ｅの向きを補正する補
助的な電極を付設してもよい。
差ΔT′1、ΔT′2、ΔT′3は本来０となるべきである
が、第５図に示す分析管内の等ポテンシヤル線図
から分るように、電界Ｅが実際のところ分析管の
軸に完全に平行な向きとならないから、０となつ
ていないのである。したがつて、この発明の他の
実施例として、第１図に示すイオン放出手段２と
分析管３の間および／又は分析管３とイオン検知
手段５の間に、補正のための補助的な飛行区間を
付設してもよい。また電界Ｅの向きを補正する補
助的な電極を付設してもよい。
第６図は、比較のために従来の最も一般的な飛
行時間型質量分析装置について、第４図と同様に
特性をグラフ化したものである。イオンは、無電
界の空間を100cm飛行する。イオンの初期エネル
ギーεおよび質量数Ｍについての条件は第４図の
場合と同様である。
行時間型質量分析装置について、第４図と同様に
特性をグラフ化したものである。イオンは、無電
界の空間を100cm飛行する。イオンの初期エネル
ギーεおよび質量数Ｍについての条件は第４図の
場合と同様である。
第６図のグラフから分るように、エネルギー幅
Δεが100eVあるとき、質量数査ΔMが１である２
つのイオンを弁別をすることは不可能である。
Δεが100eVあるとき、質量数査ΔMが１である２
つのイオンを弁別をすることは不可能である。
以上の説明から理解されるように、この発明
は、加速したイオンを放出するイオン放出手段、
そのイオン放出手段側端からの軸方向の距離に強
さが比例しかつ前記イオン放出手段から飛来する
イオンをＵターンして押しもどされて分析管から
出てくるイオンを検知するイオン検知手段を具備
し、前記イオン放出手段によるイオンの放出が分
析管の軸に向つて所定角度で行なわれ、前記イオ
ン検知手段が分析管の軸を中心にして前記イオン
放出手段と対称に配設されてなる飛行時間型質量
分析装置を提供するものであつて、これによれば
イオンの初期エネルギー幅による分解能の低下が
防止され、高い分解能を得ることができる。そこ
で、パルスレーザ光により生成されたイオンのよ
うな大きな初期エネルギー幅をもつイオンの質量
分析が高分解能で可能となり、また高速化学反応
の時間分解質量スペクトルが高分解能で得られる
ようになる。
は、加速したイオンを放出するイオン放出手段、
そのイオン放出手段側端からの軸方向の距離に強
さが比例しかつ前記イオン放出手段から飛来する
イオンをＵターンして押しもどされて分析管から
出てくるイオンを検知するイオン検知手段を具備
し、前記イオン放出手段によるイオンの放出が分
析管の軸に向つて所定角度で行なわれ、前記イオ
ン検知手段が分析管の軸を中心にして前記イオン
放出手段と対称に配設されてなる飛行時間型質量
分析装置を提供するものであつて、これによれば
イオンの初期エネルギー幅による分解能の低下が
防止され、高い分解能を得ることができる。そこ
で、パルスレーザ光により生成されたイオンのよ
うな大きな初期エネルギー幅をもつイオンの質量
分析が高分解能で可能となり、また高速化学反応
の時間分解質量スペクトルが高分解能で得られる
ようになる。
なお、この発明は、他の観点によれば、一端か
らの軸方向の距離に強さが比例しかつイオンを一
端側に運動させる方向の電界を内部に形成された
分析管の一端側から初期エネルギーの異なるイオ
ンを分析管内に同時進行させて電界により分析管
内でイオンをＵターンさせることにより、初期エ
ネルギーの異なるイオンを同時に分析管の一端側
から飛び出させる方法を提供するものである。
らの軸方向の距離に強さが比例しかつイオンを一
端側に運動させる方向の電界を内部に形成された
分析管の一端側から初期エネルギーの異なるイオ
ンを分析管内に同時進行させて電界により分析管
内でイオンをＵターンさせることにより、初期エ
ネルギーの異なるイオンを同時に分析管の一端側
から飛び出させる方法を提供するものである。
上記電界の形成は、第１図に示すごとき手段に
よる外、隣接する電極の電位差が一定である多数
のリング状電極を軸に沿つて並べ、各電極間隔を
徐々に狭くしていくことによつても達成できる。
よる外、隣接する電極の電位差が一定である多数
のリング状電極を軸に沿つて並べ、各電極間隔を
徐々に狭くしていくことによつても達成できる。
第１図はこの発明の飛行時間型質量分析装置の
一実施例の構成説明図、第２図は第１図に示す装
置における分析管内のポテンシヤルと電界の強さ
の特性図、第３図は第１図に示す装置におけるイ
オンの飛行軌跡を示す模式図、第４図はこの発明
の飛行時間型質量分析装置の一具体例の分解能を
説明するための特性図、第５図は第４図に係る装
置の分析管内の等ポテンシヤル線図、第６図は従
来の最も一般的な飛行時間型質量分析装置の一具
体例の分解能を説明するための特性図である。 １……飛行時間型質量分析装置、２……イオン
放出手段、３……分析管、４……リング状電極、
５……イオン検知手段、６……抵抗分圧回路。
一実施例の構成説明図、第２図は第１図に示す装
置における分析管内のポテンシヤルと電界の強さ
の特性図、第３図は第１図に示す装置におけるイ
オンの飛行軌跡を示す模式図、第４図はこの発明
の飛行時間型質量分析装置の一具体例の分解能を
説明するための特性図、第５図は第４図に係る装
置の分析管内の等ポテンシヤル線図、第６図は従
来の最も一般的な飛行時間型質量分析装置の一具
体例の分解能を説明するための特性図である。 １……飛行時間型質量分析装置、２……イオン
放出手段、３……分析管、４……リング状電極、
５……イオン検知手段、６……抵抗分圧回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 加速したイオンを放出するイオン手段、その
イオン放出手段側端からの軸方向の距離に強さが
比例しかつ前記イオン放出手段から飛来するイオ
ンをＵターンして押しもどす方向の電界を内部に
形成された分析管およびその分析管内の電界によ
りＵターンして押しもどされて分析管から出てく
るイオンを検知するイオン検知手段を具備し、 前記イオン放出手段によるイオンの放出が分析
管の軸に向つて所定角度で行なわれ、前記イオン
検知手段が分析管の軸を中心にして前記イオン放
出手段と対称に配設されてなることを特徴とする
飛行時間型質量分析装置。 ２ 分析管の軸方向に等間隔で多数のリング状電
極が配置され、イオン放出手段側端から各電極ま
での距離の２乗に比例した電圧がそれぞれの電極
に印加されてなる特許請求の範囲第１項記載の装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57230158A JPS59123154A (ja) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | 飛行時間型質量分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57230158A JPS59123154A (ja) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | 飛行時間型質量分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59123154A JPS59123154A (ja) | 1984-07-16 |
| JPH0346946B2 true JPH0346946B2 (ja) | 1991-07-17 |
Family
ID=16903498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57230158A Granted JPS59123154A (ja) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | 飛行時間型質量分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59123154A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0334831Y2 (ja) * | 1985-08-19 | 1991-07-24 | ||
| US4742224A (en) * | 1986-12-22 | 1988-05-03 | American Telephone And Telegraph Company At&T Bell Laboratories | Charged particle energy filter |
| US8664592B2 (en) | 2010-09-08 | 2014-03-04 | Shimadzu Corporation | Time-of-flight mass spectrometer |
| JP6160472B2 (ja) * | 2013-12-20 | 2017-07-12 | 株式会社島津製作所 | 飛行時間型質量分析装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58198844A (ja) * | 1982-05-17 | 1983-11-18 | Toshiba Corp | イオン発生収束装置 |
-
1982
- 1982-12-29 JP JP57230158A patent/JPS59123154A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58198844A (ja) * | 1982-05-17 | 1983-11-18 | Toshiba Corp | イオン発生収束装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59123154A (ja) | 1984-07-16 |
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