JPH03504780A - 可変分散質量分析計 - 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】 可変分散質量分析計 発明の背景 （発明の分野） 本発明は、可変分散を有する二重収束式質量分析計に関し、特に、マルチチャン ネル検出器とともに使用するとき特に有用なものに関する。

（従来技術の説明） はとんどの従来の高分解能質量分析計は、二重（すなわち、方向および速度）収 束された像が最後のアナライザのイオン−光軸上の狭いコレクタスリットに形成 されるような、二−ルジ式ンソン（Ｎｉｅｒ−Ｊｏｈｎｓｏｎ）型またはヒンテ ンベルガーーケニヒ（ｔ＋ｌｎｔｅｎｂｅｒｇｅｒ−に６ｎｉｇ）型である。こ のような分析計においては、静電アナライザおよび磁気アナライザの両方をスキ ャンして異なった質量対電荷比のイオンをコレクタスリット上で連続的に収束さ せることにより、スペクトルが得られる。典型的には電子増倍管であるイオン検 出器が、コレクタスリットの後方に配設されており、該スリットを通り抜けたイ オンを取り込んで電気信号を発生する。

このような分析計は、高度に開発されており、高感度および高分解能を有するも のが多いが、１スキヤン中の１時点において、サンプルから発せられたイオンの わずかな部分のみが検出されるという点で満足できるものではない、その効率は 、スペクトルの主要部分を同時に記録可能なマルチチャンネル検出器を用いるこ とによって改善可能である。また、このような検出器は、典型的には、蛍光スク リーンの前に１つ以上のマイクロチャンネルプレート型の電子増倍管、および、 前記スクリーンに衝突した電子の位置を検出するフォトダイオード列またはビデ ィコンテレビカメラを含む０通常、蛍光スクリーンとフォトダイオード列または カメラとの間において、繊維光カップリングがなされる。

マルチチャンネル検出器は、数種類の分析計に取り付けられてきた。Ｄｕｋｈａ ｎｖｏｖ、Ｚｅｌｅｎｋｏｖその他（１９８９年の３器械および実験技術”第１ ３巻（３）、７２６〜７２９ページにおいて）、ならびに、Ｔｕｉｔｈｏｆ、Ｂ ｏｅｒｂｏｏｍおよびＭｅｕｚｅｌａａｒ（１９７５年の“質量分析計およびイ オン物理国際ジャーナル”第１７巻、２９９〜３０７ページにおいて）は、マイ クロチャンネルプレート検出器を備えた単収束式磁気セクタ分析計について述べ ており、Ｔｕｉｔｈｏｆ。

Ｂｏｅｒｂｏｏｍ、ＫｉｓｔｅｍａｒｋｅｒおよびＭｅｕｚｅｌａａｒ　（１９ ７８年の“質量分析計における進歩”第７巻、８３８〜８４５ページにおいて） は、チャンネルプレート検出器および可変質量分散を備えた、より進歩した単収 束分析計について述べている。さらに、Ｈｕ、ｆｌ：ｈｅｎ、Ｂｏｅｒｂｏｏａ ＋およびＭａｔｓｕｄａ　（１９８１ｉ年の“質量分析計およびイオンプロセス 国際ジャーナル”第７１巻、２９〜３６ページにおいて）は、性能向上のため補 助磁石を備えた単収束式分析計について述べており、また、数人の研究者（例え ば、Ｍｕｒｐｈｙ。

Ｍａｕｅｒｓｂｅｒｇｅｒ、Ｂｏｅｔｔｇｅｒ、Ｇ１ｆｆ１ｎおよびＮｏｒｒｉ ｓが１９７９年の“米国化学会シンポジウム”シリーズＮｏ　、１０２”の２９ １〜３１８ページにおいて）は、このような検出器を備えたＭａｔｔａｕｃｈ− Ｈｅｒｚｏｇ型の二重収束式分析計について述べており、Ｏｕｗｅｒｋｅｒｋ、 Ｂｏｅｒｂｏｏｍ、Ｍａｔｓｕｏおよび５ａｋｕｒａｉ　（１９８８年の“質量 分析計およびイオンプロセス国際ジャーナル”の３４７０巻、７９〜９６ページ において）、ならびに、（：ｏｔｔｒｅｌおよびＥｖａｎｓ　（１９８９年の” 分析化学”の第５９巻（１５）、１９９１〜１９９５ページにおいて）は、ニー ル・ジョンソン型の二重収束式質量分析計にマルチチャンネル検出器を取り付け ることについて報告している。

マルチチャンネル検出器を、スキャン用に設計された形態の分析計に取り付けた 場合、重大な性能上の制限が生じる。一般的に、結像され得るスペクトルの範囲 が制限され、且つ、チャンネル型電子増倍管における個々のチャンネル間の有限 の間隔、またはフォトダイオード列もしくはテレビカメラの分解能により、しば しば分解能が低下する。少なくとも、マルチチャンネル検出器についての要件を 考慮することなく分析計の拡大および分散が選択されていることによる制限が生 じる。　Ｂｏｅｒｂｏｏｍおよびその協力者によって述べられた単収束式分析針 においても、マルチチャンネル検出器による全面的な利益を得るためには可変の 分散および拡大を実現することが必要である旨１９７８年に認識されたが、拡大 よび分散が固定された二重収束式分析計について報告されている、制限された性 能向上は、前記引用文献から明らかである。

二重収束式分析計の場合、速度収束面および方向収束面（それぞれ、エネルギ収 束面および角度収束面としても知られている）が、一致し、検出器の全範囲にわ たり略平坦であることが必要である。これらの条件は、コレクタスリットが極め て狭いスキャン用器械には必要ではない。しかしながら、これらの条件はＭａｔ ｔａｕｃｈ−Ｈｅｒｚｏｇ型の二重収束式分析計の特徴である。しかし、残念な がら、このような分析計のほとんどは写真乾板検出用に設計されたものであり、 その収束面は大変広く磁石の磁極に大変近接している。このような分析計の収束 面全体にわたって延びるマルチチャンネル検出器を設けるのはコスト効果が悪く 、従って、検出可能な質量範囲が極めて制限されることとなる。これらの条件下 における前記検出器の性能は、また、漂遊磁場の存在によっても低下させられる 。Ｍａｔｔａｕｃｈ−Ｈｅｒｚｏｇ型の分析計のその他の問題点は、収束面に沿 う質量間の間隔が直線的ではないということである。ニール・ジョンソン型の場 合、収束面の利用可能範囲は、本来的に、アナライザの物理的なサイズによって 制限され、その湾曲のためさらに減少することとなる。また、分析計の分散が検 出器のチャンネル間隔に対して十分大きくないという理由で、分解能も制限され ることとなる。明らかに、十分な分散または十分な質量範囲を有する分析計を設 計することが可能であるが、現在利用可能な検出器によって同時にその両方を提 供するのは不可能である。事実、例えば、スペクトルのわずかな部分が高分解で 同時記録されまたはスペクトルのより大きな部分が低分解能で同時記録され得る ように、常に、分解能と質量範囲との間のかね合いをとる必要がある。現在まで 、この選択は、前記分析計を設計する際になされてきた。マルチチャンネル検出 器から得られる利点を最大化するためＢｏｅｒｂｏｏｍによフて述べられた単収 束式分析計と同様な、可変分散を備えた分析計を有するのが望ましい。しかしな がら、そのような分析計についての説明はなかった。その主な理由は、すべての 公知の二重収束式分析計の形態において、分解能を得るため必要な二重収束条件 を失うことなく独立的な分散変化を達成するのは不可能であるということである 。

本発明の目的は、二重収束を失うことなく、且つ、アナライザセクタのうちの１ つに関連するパラメータのみを変えることにより分散を変化することができる、 マルチチャンネル検出器を備えた二重収束式質量分析計を提供することである。

本発明の他の目的は、選択可能または連続変化可能な質量分散を有する二重収束 式質量分析計を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、二重収束条件を維持しながら、質量分析計の質量範 囲の相当部分を低質量分解能で、または、該質量範囲の制限された部分を高分解 能で記録することが可能なマルチチャンネル検出器を備えた分析計を提供するこ とである。

本発明の１つの特徴によると、イオンが磁気アナライザの次に静電アナライザと いう順序で通り抜けるように配設され、方向収束および速度収束した像をつくる ために共働する磁気アナライザと静電アナライザとを少なくとも具備した質量分 析計であって、該分析計の形態パラメータが、前記静電アナライザの拡大が略ゼ ロとなるように選択された質量分析計が提供される。

本発明の他の特徴によると、サンプルから発せられたイオンを取り込み、該イオ ンから、略無限遠に位置する、質量分散および方向収束したイオン像を発生する 磁気アナライザと、前記磁気アナライザを通り抜けた前記イオンのうちの少なく ともいくつかを取り込み、前記磁気アナライザと共働して方向収束および速度収 束した像をつくる静電アナライザとを少なくとも具備した質量分析計が提供され る。

本発明のさらに他の特徴によると、イオンが磁気アナライザの次に静電アナライ ザという順で通り抜けるように配設され、方向収束および速度収束した像をつく るために共働する前記磁気アナライザ（４）と前記静電アナライザ（６）とを少 なくとも具備し、両前記アナライザ間を移動するイオンの軌道が略平行な質量分 析計が提供される。

このような質量分析計においては、従来のニール・ジョンソン型またはヒンテン ベルガーケニヒ型の二重収束式分析計とは異なって、二重収束のための条件（す なわち、方向収束および速度収束した像の生成）が、全体的な拡大および磁石と 静電セクタとの間の距離のような要因から独立している、ということが理解され る。従フて、本発明に係る分析計の全体的な拡大（および故に検出器の収束面に おける分散）は、二重収束を維持するために他方のアナライザの寸法を補償調節 する必要なしに、一方のアナライザの収束距離および像または物体距離を変える ことによって変化可能である。

上述の如く、容易に変化可能な質量分散を有する二重収束式分析計は、マルチチ ャンネル検出器を取り付けたとき、特に価値あるものとなる。故に、本発明は前 述したような質量分析計を提供するものであり、前記静電アナライザはその有効 半径を変化できるような構成となっており、前記分析計は、さらに前記静電アナ ライザの質量分散した像の収束面に位置することが可能な少なくとも１つのマル チチャンネル検出器を具備することにより、前記静電アナライザに進入するイオ ンの質量スペクトルが前記有効半径について選択された値に従って異なる分散度 で前記検出器上に結像され得るようになっている。

“有効半径”という用語は、静電アナライザを通り抜ける軌道の実際の形状に関 係なく、イオンが静電場に対する進入および退去を行なう地点における、イオン の中心軌道に正接する円弧の半径を意味するものである。マルチチャンネル検出 器の位置が静電アナライザの選択された半径に伴なって変化する旨理解されよう 。故に、特定の有効半径に関連する像面ごとに１つずつ、２つ以上の検出器が設 けられてもよい。これらの検出器のうち第１の検出器は、必要なときには、イオ ンが第２の検出器に達することができるように退却可能でなければならない。代 案として、２つ以上の位置を移動可能な１つの検出器が設けられてもよい。

変更例において、可変の焦点距離を持つ静電レンズが、静電アナライザの出口と 単一のマルチチャンネル検出器との間に設けられてもよい。該レンズ手段は、選 択された有効半径値のアナライザによって該アナライザから特定の距離において 生じる質量スペクトルの中間像から、検出器上で収束する像をつくるのに適して いる。該レンズ手段の焦点距離を適当に調節することにより、静電アナライザに よって生じた像の位置にかかわらず、収束した像が検出器上に投写され得る。以 下において、アナライザの収束面内に検出器を設けるという言及は、このような レンズの使用を含むものである。

本発明の全ての利点を得るためには、変化可能または選択可能な有効半径を有す る静電アナライザが必要となる。このようなアナライザは、いくつかの方法で構 成されることができる。

１つの実施例において、静電アナライザは、それぞれ異なる有効半径を有する複 数のアナライザ部分を含み、前記有効半径がいずれかの選択された前記部分に適 当な電位を印加することによって選択されるようなものであってもよい。明らか に前記部分は、例えば、各部分の電極間の間隔が各々の曲率に対して十分に大き いことを確実にすることによって、該部分が駆動されていないときにはイオンビ ームが偏向されないで該部分を通り抜けるようなものでなければならない０本発 明に係る分析計においては、二重収束条件が磁石と静電アナライザとの間の距離 から独立しているため、いずれの前記部分が作用していようとも、この構成は二 重収束機能を果し得る、ということが理解されよう。

より好ましい実施例において、静電アナライザは、中央部分と、中央部分の各側 に１個ずつ配設された１対以上の外方部分とからなるものであってもよい。中央 部分は第１の有効半径を有するアナライザからなり、各１対の外方部分は中央部 分とともに配列され、前記外方部分の他のものは該部分と中央部分との間に配列 されて、第１のアナライザと略同じセクタ角を有する第２の有効半径を持つアナ ライザを構成する。

各アナライザ部分は、円筒状セクタ、トロイダル状セ極からなるものであっても よい。各部分は９対の略平行な直線状電極からなるものが、最も好都合である。

アナライザ全体がイオンビームの各側に１つずつ配設された２つの平行な直線状 の電極からなるように、イオンビームの同一側にあるすべての電極は同一面内に 配設されるのが好ましい。典型的には、中央部分の電極は、互いに異なる長さと なっていることによりセクタ角を形成することとなる。また、中央部分を構成す るアナライザ、および、対称的に配設された２つの外方部分が中央部分のみを構 成するものと同一のセクタ角を有するとともにそれより大きな有効半径を有する ように、外方部分を構成する電極は互いに同等の長さを有する。

また、代案として、特に大きな偏向角が必要な場合、電極の物理的配置が、各電 極が比較的短い長さのいくつかの直線状電極を含む円筒状セクタアナライザに類 似するように、外方部分の電極は中央部分の電極に対して傾斜していてもよい。

さらに他の好ましい実施例において、アナライザの少なくとも１つの部分は、前 記イオンビームの各側に１つずつ配設された！対の主電極と、前記ビームの上方 および下方のそれぞれに配設され前記主電極の間において相互離隔した２つのグ ループの補助電極とからなっていてもよい、典型的には、補助電極は、主電極と 同一形状（例えば、“平行プレート”部分である場合、直線状プレート、または 、円筒状セクタである場合、円弧状）であり、前記主電極の間において等間隔に 配設される。上方および下方の電極グループは、略同じであって、同じ数、同じ 種類および同じ間隔の電極からなる。この場合、従来の円筒状セクタアナライザ と同様に、各グループにおいて対応する電極は、補助電極の面に対して直角な軸 （すなわち、アナライザの“Ｚ”軸）に沿って静電場が存在しないように、電気 的に接続されていてもよい、各１対の補助電極は、異なる電位に維持されること により、アナライザ部分において静電場を形成している。補助電極が存在しない ときには、２つの平行する直線状の電極間の電位は両電極間の距離に伴なって直 線的に変化することとなる。補助電極の電位がこのような変化に対応するよう選 択された場合の効果は、専ら、主電極間に浸透し電場の均等性を崩壊することと なるアナライザ真空ハウジングによる周辺電場の影響を減じることである。この ようにして使用されるとき、補助電極は、周辺電場によるトラブルなしに主電極 をより大きな距離分離させるため有用な目的を果すこととなり、その結果、質量 スペクトルのより大きな部分が収束面にある検出器上に同時に結像され得る。

補助電極のもう１つの重要な使用目的は、単に電極電位を調節することによって 、主電極間の電場の均等性を変化させることである０例えば、主電極間の電位は 、多項式 ％式％） に従って変化するよう設定可能である。この式において、ｖ２はアナライザの中 心軌道から距離Ｘｔ＊れて位置する補助電極における電位、ＶＡは中央電極の電 極、ａ、ｂ、ｃは必要に応じて選択される定数である。このようにして、補助電 極に適当な電位を印加することにより、均等性における第２次および第３次の変 化が主電極間の電場に導入可能となり、これらの変化はアナライザ全体の収束を 最適化するために使用されることができる。どの半径が選択されようとも収束を 最適化するため、各部分に関して、定数ａ、ｂ、ｃが容易に変化可能であること が最重要である。アナライザ全体が、従来通り、一定エネルギのイオンに関して 、または、全体的な分析計の磁気アナライザと静電アナライザとの間に位置する 衝突セルにおいて生じる微小イオンのような一定速度のイオンの分析のために使 用されるときにおいても、前記定数は最適の収束が得られるよう選択可能である 。

補助電極対は、適当に選択された抵抗値からなる分圧器網から通電されてもよく 、または、多くの異なる係数が必要な場合にはカウンタ制御によるディジタル− アナログ変換器から個々に通電されてもよい。

補助電極構造対がアナライザの中心軌道から十分遠くに延びる場合、主電極を省 略して、補助電極に印加される電位のみによってアナライザ部分内に静電場を形 成するようにしてもよい、ということが理解されよう、明らかに、主電極を省略 することにより電極構造の終端においてきびしい周辺電場が発生するであろうが 、十分な数の電極が設けられる場合、依然としてイオンビームの近辺において十 分正確に電場を形成することが可能である。

ざらに、各を極の近辺のアナライザフィールドにおける“定電圧”の長さを最小 化できるように、補助電極はできる限り薄くなければならず、電極間の間隔は、 電極間の理想的な電位こう配からの逸脱が重大な収差を生じる程大きくならない よう、十分小さくなければならない、ということも理解されよう。

故に、本発明に係る分析計に用いられる、最も好ましい形態のアナライザは、平 行な直線状の電極と、該アナライザの各部分ごとに設けられる補助電極組とから なるものである。

このようにして、マルチチャンネル検出および連続的に変化可能または選択可能 な質量分散を備え、マルチチャンネル検出器を用いることによる利点を最大化で きる、高分解能二重収束式質量分析計が提供される。

本発明の好ましい実施例を次の図面を参照して説明する。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明に係る分析計の略図、′ｒ％２図は、第１図の分析計に使用す るのに適した静電アナライザの略図、 第３図は、第１図の分析計の略図であって、イオンビームの、高質量成分および 低質量成分への分解を示し、 第４図は、第１図および第３図の分析計に使用するのに適した静電アナライザに ついて示す、第３図のＡ−Ａ線断面図。

好ましい実施態様の詳細な説明 第１図において、符号１で示されるイオン源は、イオン源スリット３を通り抜け るイオンビーム２を発生する。ビーム２は、構成イオンの質量対電荷比に従って 該イオンビーム２を偏向する磁石からなる磁気セクタアナライザ４を通り抜ける 。選択された質量対電荷比のイオンは、略平行なビーム５として磁気センタアナ ライザ４を離れて静電アナライザ６に進入する。該静電アナライザ６は、エネル ギをフィルタするとともに、イオンをコレクタスリット８において結像するビー ム７に収束する。イオン検出器９は、コレクタスリット８を通り抜けたイオンを 取り込む。スリット８が設けられた箇所に、マルチチャンネル検出器が設けられ ていてもよい。

以下において、一般的な座標系が使用されている。すなわち、Ｘはイオンの移動 方向、ｙはアナライザの分散軸（Ｘに直角）、ｚは×およびｙの両方に直角な軸 を示す。

定義 ｙｏ＝イオン源スリスリット３れるイオンの位置変位、 ｙ０′＝イオン源スリット３を離れるイオンの角度変位、 ｙ１＝第１の分析フィールド（すなわち、磁石４によるもの）に進入するイオン の位置変位、ｙ１′＝第１の分析フィールドに進入するイオンの角度変位、 その場合、３’＋＝Ｖｏ＋　１　’　Ｙｏ　　　　　　　　−（１）および　　 ３’＋’　＝ｙｏ’　　　　　　　　　　−（２）である。上記式において、１ ′は、前記スリット３と第１の分析フィールドの始端との間の距離である。

従来通りの手順に従った場合、イオンが第１の分析フィールドを離れることの位 置および角度変位（ｙｚおよびｙ２′）を予知する第１次移動マトリクスは、で ある。なお、βは微小速度変位（すちわち、イオンの）を示し、ＡＩｌ〜Ａ２３ は磁場の状態（下記参照）によって決定されるマトリクス要素である。従って、 ｙ２　　＝Ａ＋＋ｙ＋　＋　Ａｌ２ｙｌ’　＋　Ａ１３β　−（３）および　ｙ ２’　＝Ａ２１ｙＩ　＋　Ａ２ｚｙ＋’　＋　Ａ２３β　−（４）である。

イオンが第２の分析フィールドに進入する地点、すなわち典型的には静電アナラ イザ６における位置変位および角度変位（ｙｓおよびｙ、′）は、 Ｙｓ＝　Ｙ２＋　　ｄＹ２’　　　　　　　　　　　　　−（５）および　　　 ｙｓ’　＝ｙｚ　　　　　　　　　　　−（６）によって得られる。上記式にお けるｄは、第１の分析フィールドと第２の分析フィールドとの間の距離である（ 第１図参照）。

第２の分析フィールドの終端における、位置変位および角度変位（ｙ４．　ｙａ ’　）は式（７）　、　（８）から得られる。式（７）　、　（８）は、Ｎ１の 分析フィールドに関する前記マトリクスに類似しているが要素ＡＩｌ〜Ａ２Ｓの 代わりに要素Ｂｌｌ〜Ｂ２３は、第２の分析フィールドの形態（下記参照）に関 連するものである。

ｙ４−Ｂｔ□Ｙｓ　＋　Ｂｕｚｙｓ’　＋　Ｂｓｓβ　−（７）および　３’２ ’　＝８２１ｙ３　＋　Ｂ２２ｙ３’　＋　Ｂ２３β　−（８）最後に、コレク タスリット８における、位置および角度変位は、 フィールドの終端とコレクタスリット８との間の距離である（第１図参照）。

一般的に、単収束のための条件は、β＝０且つｙＯ′　≠０であるときｙｓ；０ であり、二重収束のための条件は、β≠０且つＹｏ’　≠０であるときｙ、＝０ である。

本発明の好ましい実施例によると、イオン源スリット３は、ビーム５を構成する イオンの軌道が略平行となり、その結果第１の分析フィールドによって生じる像 が略無限遠に位置するように、位置決めされている。この場合、βがゼロのとき Ｙｔ’　はｙ０′から独立したものでなければならず、従って、式（１）および （４）から、Ａ２１１’　＋＾２２　＝Ｏ−（１１）および　Ｙ２’　＝　Ａ２ ！β　　　　　　　　　−（１２）るため収束されるべき、像比［１’　と第１ の分析フィールドの形態に関するパラメータとの間の一般的な関係を規定する。

次に、第２の分析フィールドについて考察した場合、本発明の好ましい実施例に あっては、該第２の分析フィールドは、平行なビーム５を取り込み（すなわち、 その対象物体が略無限遠に位置し）、コレクタスリット８において像をつくる。

スリット８においてｙ、＝０であり、従って、式（９）　から、 Ｙ４＋１１ｙａ’　＝　Ｏ−（１３） となる。

式（６）および（７）から、ならびに、β＝０のときＹｓ’　＝ｙ２’　＝Ｏと なるので Ｙ４＋Ｂｔ＋ｙｓ　＋　Ｂｔｚｙｓ’　＝Ｂ＋＋ｙｓ　　　−（１４）および式 （８）から Ｙ４’　＋　８２１ｙ３　＋　８２２ｙコ’　＝８２１Ｖ３　　−　　（１５） となり、式（１３）に代入すると Ｂ目ｙｓ　＋　　１″Ｂ２ｓ’／ｓ　−０となり、その結果　　Ｂ＋ｔ＋１″８ ２１ミＯ−（１Ｂ）となる。

式（１６）は、本発明に係る分析計が第１次の収束を与えるために満足されなけ ればならない、像比１ｍ１″と第２の分析フィールドの形態に関するパラメータ との間の一般的な関係を規定するものである。

本発明の他の好ましい実施例は、上述の単収束機能に加えて二重収束機構を備え た分析計を提供する０本発明に係る分析針が二重収束機能を果すためには、β≠ ０のときｙａ−０という条件が満足されなければならない。

ｙｌ−０および３／Ｉ’＝０であるとした場合、前述の式から、 ｙｓ　　＝　（Ａ＋ａ＋　ｄＡ２３）β（式５から）ｙｓ’　　＝ｙ２’　　＝ 　　Ａ２３βとなり、式（７）から ｙ４＝　（Ｂ目（Ａ＋３＋　ｄＡ２ｓ）　　＋Ｂ＋ｚＡ２ｓ＋　Ｂｕ３）βとな り、および式（８）から Ｙ４’　　＝　（８２１（ＡＩ！＋　ｄＡ２ｓ）　　＋８２２Ａ２３＋　８２３ ）βとなる。第１次の収束のための条件は、Ｖｓ−ｙ４＋　　１’　　ｙ４り０ であり、従って、 ｙｓ−（Ｂｔｔ＋どＢ２１）　（＾＋３＋ｄＡ２ｓ）β＋　　（Ｂｓａ　＋　　 １″Ｂ、２）＾２．β＋　　（ａＸｓ　＋　　１”　ｌ！ｈｓ）βとなる。

さらに、第１次の収束のためには式（１６）％式％（１８） が満足されなければならず、このようにして、式（１７）は、本発明に係る分析 計が二重収束機能を実現するために満足されなければならない分析フィールドの 形態パラメータ間の関係を規定する。単収束条件および二重収束条件の両方が分 析フィールド間の距離から独立したものとなるように、この条件はｄとは独立し たものである、ということが理解されよう。

係数Ａｌｌ〜Ａ２３およびＢｌｌ〜Ｂ２３は、従来通りの手続きに従い、例えば （もし存在するならば）分離された分析フィールドのサイズに対する係数を決め る要因とともに、１組の無次元係数ａｌｌ〜ａ２３およびｂｌｌ〜ｂ２３として 書かれ得る。例えば、両前記フィールドを通り抜けるイオンの軌道が円形である 場合、前記係数は以下の如く書かれることができる。

Ａ目”　　（ｙ２／ｙｓ）　　　＝　　ａ＋＋ＡＩ２　＝　　（ｙ２／’／ｓ’ 　）　　　ｘ　　ａ１２’ｒａ＾ｒｓ−（３’ａ／β　）　　　Ｗ　　ａ、！− １−。

Ａ２１−　（３’！’　／　ｙ！’　）　＝　　ａｚ＋／ｒａ＾ｚｚ　＝　（３ ’２’　／　ｙｌ’　）　”　　ａｚｚＡＩ！　＝　（ｙｘ’　／β）　　　− ａ２ｓおよび Ｂ＋＋　−（ｙ４／ｙ３　）　　　−ｂａｔＢ１２−　　（ｙｄｙｓ’　）　　 ＝　　ｂＢ・「１Ｂｒｓ　　＝　　（ｙ４／β　）　　　　＝　　ｂｕｓ・「。

Ｂ２１−　（Ｙ４’　／　ｙｓ）　　＝　　ｂｚｘ／ｒｂＢ２２　＝　（Ｖ４’ 　／　ｙｓ’　）　−ｂｚ２１ｈｓ　＝　（ｙ４’　／β）　　−ｂ２ｓこの場 合、「、およびｒｂは、第１および第２の分析フィールドのそれぞれを通る軌道 の有効半径である。

（この式の有効性は、特定のアナライザについて下記する各種係数に関する式を 考慮することにより明らかになるであろう、）第２の分析フィールドが、イオン 軌道が円形状ではなく放物線状となる平行プレート静電アナライザである場合、 ｒｂは隼に、１ｂ（アナライザプレートの長さ）によって置き換えられる。

束が生じる。

次に、本発明に係る分析計の質量分散を考察した場合、第１のアナライザについ ての８動マトリクスは、として書かれ得る。ここにおいて、γは６ｍ　／　ｍで あり、このため、第１のアナライザの出口において、’／２＝Ａ＋ｔｙ＋　＋　 Ａｓｘ’ｌ＋’　十Ａｓｓβ＋ＡＩ４γおよび　Ｖ２’　＝Ａ２ｔＶｔ　＋　Ａ ２２Ｖｌ’　十Ａ２３β＋Ａ２４γＶｏ−ｙｏ’　冨β−Ｙ１±ｙ、’ｚＱ。

と仮定すると、ｙ２＝　Ａ１４７　ａｎｄ　　Ｙｚ’　−Ａ２４７となる。

第２のアナライザの入口において、 ’／ｓ＝　ｙ２＋　　ｄｙｉ’　　−（Ａ１４＋　ｄＡ２４）　　γおよび　ｙ ｓ’　＝ｙ２’　−Ａ２４γとなる。

第２のアナライザβについての移動マトリクスは、として書かれることができ、 このため・　ｙ４　−Ｂｒｒ（＾１４＋ｄＡ２４）γ＋ＢＩ２Ａ２４γ＋Ｂ１４ γおよび　　　ｙａ’　−８２１（Ａ＋４”ｄＡｚａ）γ１Ｂ２２＾２４γ＋８ ２４γとなる。

コレクタスリット８においては、Ｖｓ−ｙ４”　１″ｙ４′。

であり、よって　ｙｓ−（Ｂ＋＋＋　１″Ｂｚｔ）　（Ａ１４＋　ｄＡ２４）γ ＋　（Ｂ１２＋　　１″Ｉｈ２）　Ａ２４γ＋（ＢＩ４＋１″Ｂ２４）γ　　　 −（１８）となる。

式（１６）を式（１８）に代入すると、ｙｓ−［（Ｂ＋２−Ｂ＋ｔＢ２２／ｌｈ ＋）Ａ＊４◆（Ｂ１４−Ｂｌ　１Ｂ２４／Ｂ２１）］γ式（１９）の係数ａ　ｌ 　ｌ　’＝　８２３を前述した無次元係数と置き換え、Ｂ２　ａ　戴Ａ　２４お よびｂ２４＝　Ｂ２４’　に注目するとｙｓ　−［（ｂ＋　＊−ｂｓ　１ｂ　Ｉ ｚ／ｂｉ　ｔ）Ｂ２４”　（ｂ＋４−ｂ＋　＋ｂ＊４／ｌ）２＋）］ｒｂ’ｙ式 （２０）から、一般的に、ｙｓ　（事実上、質量分散）が第２のアナライザの半 径ｒｂに関係しｒｌおよびｄから独立する、ということが理解される。￥％１の アナライザが磁石であり、第２のアナライザが静電アナライザであるとき、係数 Ｂ＋４　”ｂ１４ｒｂ　＝Ｏおよび係数Ｂ２４＝　ｂ２４＝　Ｏであり、従って 、式（２０）は ％式％ に簡略化される。

単に、第２の分析フィールド（すなわち、静電アナライザ）の有効半径を変化さ せ、それに従って検出器の位置を調節する（式１６）ことにより、可変分散二重 収束分析計が構成され得るのは、本発明に係る分析計のこの特性による。明らか に、静電アナライザの有効半径の特定値において、質量スペクトルの特定部分は 、特定の分散および故に分解能をもって、検出器上に同時に結像される。有効半 径とともに分散を変化させることにより、スペクトルの相当部分が低分解能で結 像されること、または、前記スペクトルのより小さな部分が高分解能で結像され ることが可能になる。このようにして、マルチチャンネル検出に係る利点が最大 化される。

磁気セクタ均等フィールドアナライザに関する係数ａｔｔ〜ａ２４の値は次のよ うに形態パラメータに関連する。

Ａ１１　＝　　ＣＯＳ　（φ　−ｔ＝’　）　／ｃａｓｅ’Ａ１２　＝　　ｒ、 Ｓｉｎφ０ Ａ１３＝　　「、（１−ｃｏｓφ、） Ａ２１　　ｗ　　−５ｉｎ（φ「ε′　−ε”　）／（ｃｏｓε’　　ｃｏｓ　 　ε”）ｒａＡ２２　−　　ＣＯＳ　　（φ「ｅ　”　　）／ｃａｓｅ　＾２． ＝　　ｔａｎ６’　　＋５ｉｎ（φ「ε”　）／ｃｏｓε′＾ｌａ　　＝　　ｒ ａ（１−ｃｏｓφ、）／２Ａ２４　　＝　　（ｔａｎｇ”　　＋５ｉｎ（φ、− ６”　））／２ｃｏｓｇ’ここにおいて、φ１．ε′およびε′は、磁気アナラ イザのセクタ角およびその磁極面傾斜角である（！確な定義については第１図参 照）。

円筒状静電アナライザに関する係数ｂｌｌ〜ｂ２４は、ａｌｔ　ｚ　ｃｏｓ　（ Ｊ２φ８） ８１２　＝　ｒｂｓｉｎ　（Ｊ２φ＠）　／Ｊ　２Ｂ１ｓ　−ｒｂ（１−ｃｏｓ （Ｊ２φ、））８２１−−Ｊ　２５ｉｎ（Ｊ２φ、）／ｒ−Ｂ２２−　ｃｏｓ　 （Ｊ２φ、） Ｂ２３　＝　　Ｊ　２　ｓｉｎ　ＣＪ　２φ、）によって得られる。ここにおい て、φ、は静電アナライザのセクタ角である。

平行プレートタイプの静電アナライザに関する係数ｂｌｌ〜ｂ２４は、 Ｂ、、　＝　　２ｃｏｓφ、−１ ８１２＝　　２ｒｂＣＯＳφｓ　／（１＋　ｃｏｓφ、）８１３　＝　　２ｒｂ ｓｉｎφ＠　／（ｔ　＋　ｃｏｓφ、）Ｂ２１　＝　　−２ｓｉｎ２φ＊／ｒｂ Ｂ２２　　ｘ　　　２ｃｏｓφ、−１ Ｂ２．　　＝　　　２ｓｉｎφ。

によって得られる。

その他のタイプのアナライザに関する同様な式は、該アナライザの設計について の標準的なテキストから得ることができる。これらの係数に関する式は、セクタ 角φ。、φ。および磁極面傾斜角ε′、ε″のみによって左右される無次元係数 ａｌｌ〜ａｊ４およびｂ１□〜ｂ２４′を生じるため、ｒ、および「ｂの値がど のようにして係数＾１１〜Ａ２４およびＢｌｌ〜Ｂ２４から引き出されるのかを 明確に示している。

二重収束条件もまたアナライザ間の距離から独立しているので、次のようにして 可変半径の静電アナライザを構成することが可能である。第２図において、本発 明に使用するのに好適な静電アナライザは、中央部分（電極１３．１８）と、２ 対の外方部分（電極１２．１７゜１４．１９および１１，１５，１６．２０）と からなる、前記電極は、図示の如く、中心線３１を中心として対称的に配設され ている。電極１１，１５．’ｒｅ、２０は、一般的にはアースされており、ガー ド電極としてのみ使用される。

中央部分の電極１３．１８の長さは、有効半径「。′およびセクタ角φ、を有す る平行プレートタイプのアナライザを構成するように選択されており、分析フィ ールドのおよその境界は符号２１．２２によって示されている。この半径が選択 されるとき、電極１２，１４゜１７．１９もアースされ、電極１３．１８は適当 な電圧によフて駆動される。故に、イオンビーム５の中心軌道２３に沿って移動 するイオンは、線２１において静電場に進入するまで直線軌道２４に沿って移動 し、その後、有効半径「、の湾曲軌道２５に沿って移動する。前記イオンは、線 ２２において静電場を離れ、直線軌道２６およびイオンビーム７の中心軌道２７ に沿って移動する。

半径ｒ６□が選択されるとき、外方部分は電極１２゜１４．１７．１９によって 構成される。およその境界が線２８．２９によって示されておりセクタ角φ。お よび半径ｒａ２を有する静電場を構成するため、電極１２゜１３．１４は第１の 電位に、電極１７，１８．１９は第２の電位に維持される。イオンは、線２８に 達するまで軌道２３に沿って進入し、その後、線２９に達するまで湾曲軌道３０ （有効半径「、２を有する）に沿って移動し、前述の場合と同様に軌道２７に沿 って離れる。どのｒ８の値が選択されてもセクタ角φ。が同一となるように（こ れは、係数ｂ　ｌ　１　””　ｂ　Ｉ　３がすべてφ。によって左右されるので 必要である）、線２１．２８および２２．２９は平行している。（静電場の始端 を規定する線２１゜２８は離隔しているが、従来の二重収束式分析計とは異なっ て二重収束条件がｄＴｈら独立しているため、このことは重要ではない。同様に 、どの半径が選択されるのかに応じて、静電場は異なった箇所において終端する が、これは　どを算出する際容易に補償される。

単に、外方部分電極１２，１４，１７．１９を、アース電位と半径ｒ、２での動 作に必要な電位との間の適当な電位に維持することによって、第２図の静電アナ ライザを用いてｒ６□とｒａ２との間の「。値を得ることができる、ということ が理解されるであろう。静電場の境界（線２８．２１．２２．２９によって示さ れる）の位置、および、前記軌道の実際的な形状のいずれも本発明に係る分析計 の二重収束特性にいかなる影響を及ぼすものではないため、このような情況が発 生することとなる。その結果、第２図で示されているものより多くの電極を有す る静電アナライザを構成することができ、単に電位を変えることによる、「、１ 値の容易な調節を利用することによって、質量スペクトルを正確に検出器の特定 位置に“収束”することが可能である。

第２図の静電アナライザの実際的な構成は、困難なものではなく、事実、二重収 束式の質量分析計に使用されている従来の静電アナライザに比べ、位置調節がそ れほど重要とはならない。

他の変更例として、電極１１〜１５および１６〜２０を有効半径ｒ□および「、 ２の測定始端点を中心とする２つの円弧のまわりに接線方向に設け、円筒状アナ ライザと平行プレートアナライザとを混合した形のアナライザを構成するように してもよい、このようなアナライザのための係数ｂｌｌ　”　ｂ２３についての 正確な値は得られないであろうが、半径の値が電気的に容易に変更可能であるた め、これは重大なことではない。

第４図において、本発明に使用されるのに適した静電アナライザは、０リング３ ７によフてシールされ、ボルト３８によって固着されたｉ３６によって閉塞され た真空ハウジング３５内に封入されている。０リングによってシールされ、多数 の電気フィードスルー４１を支持したフランジ４０によって閉じられたボート３ ９は、該アナライザを構成する電極に対する電気的な接続（例えばリード線４２ ）を可能にするように設けられている。

第４図の断面図は該アナライザの中央部分の断面（すなわち、第３図のＡ−Ａ面 ）を示すものであるが、該アナライザの他の部分も略同じ構成となっている。

中央部分の主電極１３．１８は、前述の如く、必要なセクタ角φ。を形成するよ うに選択された長さを有する直線状のプレートからなる。該プレートは、ネジ４ ５によって真空ハウジング３５の床部に固着されたブラケット４４から延びる４ つ（各電極ごとに２つ）の絶縁取付部材４３に支持されている。各電極（１３ま たは１８）は、セラミック管４６によってブラケット４４から離隔しており、セ ラミックスリーブ４８と嵌合したネジ４７によって固着されている。また、短い セラミック管４９は、図示の如く、ネジ４７の頭部の下面側に嵌着されている。

補助電極（例えば５２）の上方グループ５０および下方グループ５１の各々は、 主型５１３．１８に形成された穴に突入した２つのセラミックロッド５３上に支 持されている。補助電極５２はセラミックブツシュ５４によって相互離隔してい る。各電極５２は、主電極と略同−長さの、薄い（例えば０．５ｍｍ）矩形状金 属プレートからなる。電極の高さは、フリンジング効果の影響が無視し得る程度 となるように、相互の間隔の数倍、好ましくは５〜１０倍となっている。

補助電極に対する電気接続の数を最少化するため、上方および下方グループ５０ ．５１の互いに対応する電極は相互接続されている。ハウジング３５内に配設さ れた、外方部分の補助電極も、同様に接続されている。さらに、必要なフィード スルーの数を減少するため、主電極１２．１７によって構成される部分に関連す るすべての補助電極は、主型８ｉ１４．１９に関連する、対応した補助電極に内 部接続されている。このため、中央部分の補助電極のために必要とされるフィー ドスルーは１１本だけであり、周辺部分のすべての補助電極のために必要とされ るフィードスルーも１１本となる。上述の如く、最外方部分（主電極１１，１５ ，１６．２０によって構成される）に関連するすべての電極は、アースされ、フ ィードスルーを全く必要としない。かくして、５つの部分からなるアナライザは １１０個の補助ｔ８ｉｌを有するものの、合計２２本のみのフィードスルーが必 要となる２組の補助電極（すなわち、中央部分および対称的な外方部分の各々は 、主電極間における所望の電位勾配を得るように選択された抵抗体からなる分圧 器網から通電される。従来のアナライザと同様に、中央電極の電位は当然ながら アース電位であり（従来通り、アナライザの進入スリットもまたアース電位であ ると仮定した場合）、２つの主電極１８．１３はアース電位に対してそれぞれ正 電位および負電位にある。電極に通電するこの方法はよく知られている。電位勾 配を変化させるため、それぞれの電極は単に異なる分圧器対に接続される。

本発明に係る分析計に用いられるのに適したマルチチャンネル検出器には数タイ プあるが、詳述する必要はない、１つまたは２つ以上のチャンネルプレート型電 子増倍管と、螢光スクリーンの前に設けてもよい。螢光体によって発生する光は 、コヒーレントな繊維光束を介して、フォトダイオード列のような位置検出用の 光検出器検出器の軸外に設けるのが好ましい、再び従来と同様に、イオンは偏向 電極によってこの検出器中に偏向される。

′ｓ３図において、ビーム２は２つの異なるｍ／ｅ比のイオンからなり、これら のイオンは、磁石４により、マルチチャンネル検出器３４上の異なる地点に収束 される、２つの質量分解されたビーム３２（高質量イオン）および３３（低質量 イオン）に分離される０両ビーム３２．３３が同時に収束されるように、前記検 出器は分析計の収束面と整列していなければならない、一般的に、従来の分析計 と同様に、収束面は軸に対して９０゜でないが、必要とされる角度は、従来の手 順に従って、上述した基本的な収差式から得られる。残念なことに、収束面の傾 斜角はｒ、の値が変化するのに伴なって変化する。これは、各々の選択された像 比＠　１’において検出器の面を正しい角度に調節する機構を設けることによっ て補償され得る。しかし、収束面の傾斜は、実際上第２次の収差であるため、該 傾斜角を是正するよう補助電極の電位を調節することによって実質的に除去可能 である。同様に、収束面の湾曲すなわち第３次の収差は、第３次の構成成分を必 要な電位勾配にすることによって是正され得る。必要な電極電位の値を直接的に 算出するのは難しく、これらの値を選択する最も実用的な方法は、イオン光学シ ステムに“光線追跡”のためのコンピユー９、収束面の角度および曲率を推測す ることができ、最も適当な電位の値を試行錯誤によって選択可能である。

例えば、分圧器における個々の抵抗体の値を変えて全敗補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） １、国際出願の番号 ＰＣＴ／ＧＢ８９１００６０２ ２、発明の名称 可変分散質量分析計 ３、特許出願人 住　所　イギリス　ニービー８２ワイエフ　ミドルセックス、アクスブリッジ、 リバーサイド・ウェイ、ファイソンズ・インスツルメンツ（番地なし）名　称　 ヴイジー・インスッルメンツ・グループ・リミテッド代表者　ホイッフェン、ジ エー・シー ４、代理人 東京都港区麻布台２丁目４番５号 〒１０６　　メソニック３９森ビル２階５、補正書の提出年月日 １９９０年　７月３０日 二重収束式質量分析計 発明の背景 （発明の分野） 本発明は、これに限らないが、特に可変分散を有する二重収束式質量分析計に関 し、特に、マルチチャンネル検出器とともに使用するとき特に有用なものに関す る。

（従来技術の説明） はとんどの従来の高分解能質量分析計は、二重（すなわち、方向および速度）収 束された像が最後のアナライザのイオン−光軸上の狭いコレクタスリットに形成 されるような、ニールジョンソン（Ｎｉｅｒ−Ｊｏｈｎｓｏｎ）型またはヒンテ ンベルガーーケニヒ（ｈｉｎｔｅｎｂｅｒｇｅｒ−Ｋｏｎｉｇ）型である。この ような分析計においては、静電アナライザおよび磁気アナライザの両方をスキャ ンして異なった質量対電荷比のイオンをコレクタスリット上で連続的に収束させ ることにより、スペクトルが得られる。典型的には電子増倍管であるイオン検出 器が、コレクタスリットの後方に配設されており、該スリットを通り抜けたイオ ンを取り込んで電気信号を発生する。

このような分析計は、高度に開発されており、高感度および高分解能を有するも のが多いが、１スキヤン中の１時点において、サンプルから発せられたイオンの わずかな部分のみが検出されるという点で満足できるもので記録することが可能 なマルチチャンネル検出器を備えた分析計を提供することである。

本発明の１つの特徴によると、イオンが磁気アナライザの次に静電アナライザと いう順序で通り抜けるように配設され、方向収束および速度収束した像をつくる ために共働する磁気アナライザと静電アナライザとを少なくとも具備した質量分 析計であって、該分析計の形態パラメータが、前記静電アナライザの拡大が略ゼ ロとなるように選択されていることを特徴とする質量分析計が提供される。

本発明の他の特徴によると、サンプルから発せられたイオンを取り込む磁気アナ ライザと、前記磁気アナライザを通り抜けた前記イオンのうちの少なくともいく つかを取り込み、前記磁気アナライザと共働して方向収束および速度収束した像 をつくる静電アナライザとを少なくとも具備し、前記磁気アナライザが略無限遠 に位置する、質量分散および方向収束したイオン像を発生することを特徴とする 質量分析計が提供される。

ライザの次に静電アナライザという順で通り抜けるように配設され、方向収束お よび速度収束した像をつくるために共働する前記磁気アナライザ（４）と前記静 電アナライザ（６）とを少なくとも具備し、両前記アナライザ間を移動するイオ ンの軌道が略平行なことを特徴とする質量分析計が提供される。

方および下方の電極グループは、略同じであって、同じ数、同じ種類および同じ 間隔の電極からなる。この場合、従来の円筒状セクタアナライザと同様に、各グ ループにおいて対応する電極は、補助電極の面に対して直角な軸（すなわち、ア ナライザの“２“軸）に沿って静電場が存在しないように、電気的に接続されて いてもよい。各１対の補助電極は、異なる電位に維持されることにより、アナラ イザ部分において静電場を形成している。補助電極が存在しないときには、２つ の平行する直線状の電極間の電位は両電極間の距離に伴なって直線的に変化する こととなる。補助電極の電位がこのような変化に対応するよう選択された場合の 効果は、専ら、主電極間に浸透し電場の均等性を崩壊することとなるアナライザ 真空ハウジングによる周辺電場の影響を減じることである。このようにして使用 されるとき、補助電極は、周辺電場によるトラブルなしに主電極をより大きな距 離分離させるため有用な目的を果すこととなり、その結果、質量スペクトルのよ り大きな部分が収束面にある検出器上に同時に結像され得る。

補助電極のもう１つの重要な使用目的は、単に電極電位を調節することによって 、主電極間の電場の均等性を変化させることである。例えば、主電極間の電位は 、多項式 ％式％ に従フて変化するよう設定可能である。この式において、ＶＥはアナライザの中 心軌道から距離ＸＥＩＩれて位置する補助電極における電位、ＶＭは中央電極の 電極、ｖＡ＋ＶＢ＋Ｖｃは必要に応じて選択される定数である。このようにして 、補助電極に適当な電位を印加することにより、均等性における第２次および第 ３次の変化が主電極間の電場に導入可能となり、これらの変化はアナライザ全体 の収束を最適化するために使用されることができる。どの半径が選択されようと も収束を最適化するため、各部分に関して、定数ＶＡ、Ｖ！ｌ、ＶＣが容易に変 化可能であることが最重要である。アナライザ全体が、従来通り、一定エネルギ のイオンに関して、または、全体的な分析計の磁気アナライザと静電アナライザ との間に位置する衝突セルにおいて生じる微小イオンのような一定速度のイオン の分析のために使用されるときにおいても、前記定数は最適の収束が得られるよ う選択可能である。

補助電極対は、適当に選択された抵抗値からなる分圧器網から通電されてもよく 、または、多くの異なる係数が必要な場合にはカウンタ制御によるディジタル− アナログ変換器から個々に通電されてもよい。

補助電極構造対がアナライザの中心軌道から十分遠くに延びる場合、主電極を省 略して、補助電極に印加される電位のみによってアナライザ部分内に静電場を形 成するようにしてもよい、ということが理解されよう、明らかに、主電極を省略 することにより電極構造の終端においてきびしい周辺電場が発生するであろうが 、十分な数位、 ｙ０′＝イオン源スリット３を離れるイオンの角度変位、 ｙｌ　”’３４１の分析フィールド（すなわち、磁石４によるもの）に進入する イオンの位置変位、ｙｒ、’　＝　第１の分析フィールドに進入するイオンの角 度変位、 その場合、ｙｓ＝Ｙｏ＋　１　’　　ｙ’。　　　　　−（１）および　　３／ ＋’　＝ｙｏ’　　　　　　　　　　−（２）である。上記式において、１′は 、前記スリット３と第１の分析フィールドの始端との間の距離である。

従来通りの手順に従った場合、イオンが第１の分析フィールドを離れることの位 置および角度変位（ｙ２およびｙ２′）を予知する第１次移動マトリクスは、で ある。なお、βは微小速度変位（すちわち、イオンの）を示し、ＡＩｌ〜Ａ２３ は磁場の状態（下記参照）によって決定されるマトリクス要素である。従って、 ｙ、　　ｗ＾１１ｙＩ＋Ａｌ２ｙｌ′＋ＡＩ３β　−（３）および　！２’　＝ Ａ２１ｙｌ　＋　Ａ２２３’ｌ’　＋　Ａ２３β・−（４）である。

イオンが第２の分析フィールドに進入する地点、すなとなる。

第２のアナライザの入口において、 ｙｓ＝ｙ２＋　ｄ！／２’　＝　（Ａ１４＋　ｄＡ２４）γおよび　ｙｓ’　＝ Ｖ２’　＝　Ａ２４γとなる。

第２のアナライザβについての移動マトリクスは、β γ として書かれることができ、 このため、　ｙ４　　＝Ｂｘ＋（Ａ＋４”ｄＡｚ４）γ＋Ｂ１２Ａ２４γ＋８１ ４γおよび　　　３’４’−８２＋（Ａ＋４”ｄＡ２４）γ＋Ｂ２□Ａ２４γ÷ Ｂ２４γとなる。

コレクタスリット８においては、ｙｓ−Ｙ４”　１”　Ｖ４’　ｒであり、よっ て　ｙｓ＝　（Ｂ＋＋＋１Ｂ２＋）　（Ａ１４＋　ｄＡ２４）γ＋　（Ｂ１２＋ ｌ″Ｂ２□）Ａ２４γ ＋　（ＢＩ４＋　ｌ″Ｂ２４）γ　　　−（１８）となる。

式（１６）を式（１８）に代入すると、ｙ、ミ［（Ｂ＋ｚ−Ｂ＋＋８２２／Ｂｚ ＋）Ａ２４＋（Ｂ＋４−Ｂ＋＋８２２／Ｂｚ＋）］γ式（１９）の係数Ｂｌｌ〜 Ｂ２３を前述した無次元係数と置き換え、ａ２４　”　Ａ２４およびｂ　２４　 ＝　Ｂ　２４′　に注目するとＹｓ−［（ｂ＋２−ｂ＋＋ｂ＋２／ｂａｔ）ａ２ ４＋（ｂｚ−ｂ＋＋ｂ２４／ｂｚ＋）］ｒｂγ請求の範囲 １、イオンが磁気アナライザ（４）の次に静電アナライザ（６）という順序で通 り抜けるように配設され、方向収束および速度収束した像をつくるために共働す る前記磁気アナライザ（４）と静電アナライザ（６）とを少なくとも具備した質 量分析計であフて、該分析計の形態についてのパラメータが、前記静電アナライ ザの拡大が略ゼロとなるように選択されている、ことを特徴とする質量分析計。

２、サンプルから発せられたイオンを取り込む磁気アナライザと、前記磁気アナ ライザ（４）を通り抜けた前記イオンのうちの少なくともいくつかを取り込み、 前記磁気アナライザと共働して方向収束および速度収束した像をつくる静電アナ ライザ（６）とを少なくとも具備し、前記磁気アナライザが略無限遠に位置する 、質量分散し且つ方向収束したイオン像を発生することを特徴とする質量分析計 。

３、イオン磁気アナライザ（４）の次に静電アナライザ（６）という順で通り抜 けるように配設され、方向収束および速度収束した像をつくるために共働する前 記磁気アナライザ（４）と前記静電アナライザ（６）とを少なくとも具備し、両 前記アナライザ（４）　、　（６）間を移動するイオンの軌道が略平行であるこ とを特徴とする質量分析計。

４、前記静電アナライザ（６）の有効半径が可変であり、さらに、どの有効半径 値が選択されようとも前記静電アから第７項までのいずれか１項に記載の質量分 析計。

１０、前記部分の少なくとも１つが、イオン容動面の両側に離隔し該両側に延び る１対の主電極であって該１対の電極間において電位差が維持されている前記１ 対の主電極と、前記中心面の上方および下方のそれぞれに配設されており且つ前 記主電極間において相互離隔した２グループの補助！極とからなる、請求の範囲 第５項から第９項までのいずれか１項に記載の質量分析計。

１１、前記補助電極（５２）は、各前記補助電極が前記主電極から一定圧ｍ離隔 するような形状となっている、請求の範囲第１０項に記載の質量分析計。

１２、前記電極（５２）のグループ（５０，５１）が略同じであり、一方の前記 グループの各電極が他方の前記グループにおける対応した位置にある電極と同じ 電位に維持されている、請求の範囲第８項、第１０項または第１１項に記載の質 量分析計。

１３、各前記グループ（５０，５１）と構成している各前記電極（５２）が多項 式 ％式％ 電位に維持され、上記式において、■わが特定の電極に印加される電位であり、 ｖＭが中央電極の電位であり、ｘ２が前記電極の中心軌道からの距ｌ！！（一方 向が正、他方向が負）であり、ＶＡ、ＶＢ、ＶＣが定数である、請求の範囲第８ 項、第１０項、第１１項または第１２項に記載の質量分析計。

１４、前記定数ＶＡ、Ｖ２ｔ、Ｖｃが、前記静電アナライザ（６）によって形成 される像における第２次及び第３次の収差を減少させるよう選ばれている、請求 の範囲第１３項に記載の質量分析計。

１５、さらにマルチチャンネル検出器（３４）を含み、前記定数ＶＡ、Ｖ、、Ｖ Ｃは、前記有効半径についての少なくとも１つの選択値において、前記検出器の 少なくともかなりの長さ部分について、前記静電アナライザの像収束面が前記検 出器の表面と整列するよう選択されている、請求の範囲第１３項に記載の質量分 析計。

１６、前記静電アナライザ（６）が少なくとも２つの異なる有効半径に設定可能 であり、前記電極（５２）のグループ（５０，５１）が少なくとも３つの前記部 分のために設けられており、前記グループ（５０，５１）に含まれるすべての前 記電極（５２）は、一方の、前記半径が選択されるとき第１の組の電位に維持さ れ、他方の前記半径がされるとき第２の組の電位に維持され、前記３４１及び第 ２の組の電位は、それぞれ、前記′ｉ４１または第２の半径が選択されるとき、 前記分析計の分解能を最適化するよう選択されている、請求の範囲第８項、第１ ０項、第１１項、第１２項、第１３項、第１４項または第１５項に記載の質量分 析計。

国際調査報告 、、、、、、、、、、、Ａ、、、、、、、、Ｈ，ＰＣＴ／ＧＢ　８９１００６０ ２国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．イオンが磁気アナライザ（４）の次に静電アナライザ（６）という順序で通 り抜けるように配設され、方向収束および速度収束した像をつくるために共働す る前記磁気アナライザ（４）と静電アナライザ（６）とを少なくとも具備した質 量分析計であって、該分析計の形態についてのパラメータが、前記静電アナライ ザの拡大が略ゼロとなるように選択されている、ことを特徴とする質量分析計。 ２．サンプルから発せられたイオンを取り込み、該イオンから、略無限遠に位置 する、質量分散し且つ方向収束したイオン像を発生する磁気アナライザ（４）と 、前記磁気アナライザ（４）を通り抜けた前記イオンのうちの少なくともいくつ かを取り込み、前記磁気アナライザと共働して方向収束および速度収束した像を つくる静電アナライザ（６）とを少なくとも具備した、ことを特徴とする質量分 析計。 ３．イオンが磁気アナライザ（４）の次に静電アナライザ（６）という順で通り 抜けるように配設され、方向収束および速度収束した像をつくるために共働する 前記磁気アナライザ（４）と前記静電アナライザ（６）とを少なくとも具備し、 両前記アナライザ（４），（６）間を移動するイオンの軌道が略平行であること を特徴とする質量分析計。 ４．前記静電アナライザ（６）の有効半径が可変であり、さらに、どの有効半径 値が選択されようとも前記静電アナライザ（６）の質量分散した像の収束面に位 置することが可能な少なくとも１つのマルチチャンネル検出器（３４）を具備す ることにより、前記静電アナライザ（６）に進入するイオンの質量スペクトルが 前記有効半径について選択された値に従って異なる分散度で前記検出器上に結像 され得るようになった、請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項に記載 の質量分析計。 ５．前記静電アナライザ（６）が各々異なる有効半径を有する複数のアナライザ 部分（１１〜２０）からなり、前記静電アナライザ（６）の有効半径が、前記ア ナライザ部分のうちのいずれかの選択された１つのアナライザ部分を構成する電 極に対して適当な電位を印加することにより、変化させられるようになっている 、請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項に記載の質量分析計。 ６．前記静電アナライザ（６）はイオンが順次通り抜ける２つ以上の部分を含み 、前記部分の少なくとも１つが第１の有効半径を有する第１のアナライザを構成 し、前記部分の少なくとも他の１つが、前記第１のアナライザを構成する前記部 分とともに、第２の有効半径を有する第２のアナライザを構成する、請求の範囲 第１項から第４項までのいずれか１項に記載の質量分析計。 ７．前記静電アナライザ（６）が中央部分（１３，１８）と少なくとも１対以上 の外方部分（１２，１４，１７，１９）とを含み、該外方部分対は、イオンが、 順次、各前記外方部分対の一方の部分、前記中央部分および各前記外方部分対の 他方の部分を通り抜けるように配設されており、前記中央部分が第１の有効半径 を持つアナライザを構成し、各前記外方部分対（１２，１７または１４，１９） が前記中央部分とともに配設され、前記外方部分の他のものは該部分と中央部分 との間に配設されて、第２の有効半径を持ち前記中央部分のみからなる前記アナ ライザと略同じセクタ角を有するアナライザを構成している、請求の範囲第６項 に記載の質量分析計。 ８．前記部分の少なくとも１つが、該部分に進入するイオンビームの上方および 下方のそれぞれに配設された２つのクループ（５０，５１）の相互離隔した電極 （５２）からなり、各前記グルーブを構成する前記電極の電位が１つの電極（５ ２）から次の電極（５２）に向けて徐々に増加していることにより、前記電極の グルーブ（５０，５１）間の面内において、前記イオンをそのエネルギに従って 異なる湾曲軌道に沿って偏向可能な静電場を形成している、請求の範囲第５項か ら第７項までのいずれか１項に記載の質量分析計。 ９．各前記部分が、イオン移動面の両側に離隔し且つ該両側に延びる、略平行な 直線状の主電極（１３，１８）からなり、該電極間において電位差が維持されて いることにより、前記イオンをそのエネルギに従って異なる湾曲軌道に沿って偏 向可能な静電場を前記面内に形成しており、前記部分におけるイオンビームの同 一側の前記主電極のすべてが共通面内に配設されている、請求の範囲第５項から 第７項までのいずれか１項に記載の質量分析計。 １０．前記部分の少なくとも１つが、イオン移動面の両側に離隔し該両側に延び る１対の主電極であって該１対の電極間において電位差が維持されている前記１ 対の主電極と、前記中心面の上方および下方のそれぞれに配設されており且つ前 記主電極間において相互離隔した２グルーブの補助電極とからなる、請求の範囲 第５項から第９項までのいずれか１項に記載の質量分析計。 １１．前記補助電極（５２）は、各前記補助電極が前記主電極から一定距離離隔 するような形状となっている、請求の範囲第１０項に記載の質量分析計。 １２．前記電極（５２）のグルーブ（５０，５１）が略同じであり、一方の前記 グルーブの各電極が他方の前記グルーブにおける対応した位置にある電極と同じ 電位に維持されている、請求の範囲第８項、第１０項または第１１項に記載の質 量分析計。 １３．各前記クループ（５０，５１）と構成している各前記電極（５２）が多項 式 ＶＥ＝ＶＡ（１＋ａＸＥ＋ｂＸＥ２＋ｃＸＥ３…）によって得られる電位に維持 され、上記式において、ＶＥが特定の電極に印加される電位であり、ＶＡが中央 電極の電位であり、ＸＥが前記電極の中心軌道からの距離（一方向が正、他方向 が負）であり、ａ，ｂ，ｃが定数である、請求の範囲第８項、第１０項、第１１ 項または第１２項に記載の質量分析計。 １４．前記定数ａ，ｂ，ｃが、前記静電アナライザ（６）によって形成される像 における第２次及び第３次の収差を減少させるよう選ばれている、請求の範囲第 １３項に記載の質量分析計。 １５．さらにマルチチャンネル検出器（３４）を含み、前記定数ａ，ｂ，ｃは、 前記有効半径についての少なくとも１つの選択値において、前記検出器の少なく ともかなりの長さ部分について、前記静電アナライザの像収束面が前記検出器の 表面と整列するよう選択されている、請求の範囲第１３項に記載の質量分析計。 １６．前記静電アナライザ（６）が少なくとも２つの異なる有効半径に設定可能 であり、前記電極（５２）のグルーブ（５０，５１）が少なくとも３つの前記部 分のために設けられており、前記グルーブ（５０，５１）に含まれるすべての前 記電極（５２）は、一方の、前記半径が選択されるとき第１の組の電位に維持さ れ、他方の前記半径が選択されるとき第２の組の電位に維持され、前記第１及び 第２の組の電位は、それぞれ、前記第１または第２の半径が選択されるとき、前 記分析計の分解能を最適化するよう選択されている、請求の範囲第８項、第１０ 項、第１１項、第１２項、第１３項、第１４項または第１５項に記載の質量分析 計。