JPH07500448A - 分解能と伝達効率との間の性能配分を可能とする開口を備えた飛行時間型質量分析計 - 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】 分解能と伝達効率との間の性能配分を可能とする開口を備えた飛行時間型質量分 析計 技術分野 本発明は、飛行時間型質量分析計に係わり、詳しくは、飛行時間型の質量分析計 の分解能を向上させる構造に関する。

部材番号に関する取決め 図中において、部材番号の１番目の桁は、その部材番号により示される部材が最 初に示される図の番号を示す。

背景技術 一般的な飛行時間型質量分析計において、時間的及び空間的に集中されたイオン 初期領域を発生するために、短パルスの集中エネルギによって試料はイオン化さ れる。これらのイオンは、電位によって加速され、通常、同イオンを検出する検 出器に到達する前に、少なくとも１つの無電界領域を通過して移動することが許 容される。前記無電界領域内において、ビーム内のイオン軌跡はほぼ平行である ため、分析計内の次の部品に到達するまで、ビームは過度には広がらない。

電界により、各々のイオンは、同イオンの電荷と質量の比の平方根に比例する速 度に加速されるため、検出器に到達する時間は、イオン質量の平方根に逆比例す る。そのため、タイマーはエネルギパルスが発生された時点でスタートされ、所 定のグループのイオンが検出器に到達するまでの間隔を測定することを利用して 、これらのイオンの電荷と質量の比が特定される。試料の質量スペクトルは。

検出されたイオンの強度から、時間の関数として発生される。飛行時間型質量分 析計は、各々のパルスによって全質量スペクトルが形成され、さらに、多くの質 量スペクトルが秒単位で得られ、質量範囲に制限がないという重要な利点を備え ている。

イオンの初期速度は、その飛行時間に影響を及ぼす、後述する説明において、イ オン光学部品は、イオンの加速及び移動方向に対して、円筒状の対称性を有して いる。このイオンの加速及び移動方向は、ここでは「縦方向」と呼ばれる。イオ ンの加速方向に直角な方向は「横方向」と呼ばれる。同様に、イオンの初期速度 の成分は、ここでは「初期速度の縦方向成分」及び［初期速度の横方向成分」と 呼ばれる。

イオンが発生される時空領域の初期時間的及び空間的広がりを可能なかぎり低減 することにより、また、イオン発生時において、同イオンの運動エネルギの違い によるピークの広がりを抑制することにより、質量ピーク（ｍａｓｓ　ｐｅａｋ ）の分解能が向上されることが知られている（例えば、アール、フライ他による 論文［レーザー共振によるイオン化を利用した高分解能飛行時間型質量分析計Ｊ ゼット。

ネイチャーフォールシュ、テイルＡ、　（１９８５）４０巻１３４９−１３５０ 頁を参照されたい）。ある所定時間間隔以上でイオンが発生された場合、測定さ れた飛行時間は、各イオンの実際の飛行時間と一致しないことになる。このため 、イオン発生の時間的広がりを最小にすることは重要なことである。また、イオ ン発生の空間的広がりが大きい場合、それぞれのイオンは等しくない空間的経路 を有することとなる。さらに重要なことは、イオンは加速電界中で発生されるた め、電界の方向に沿って所定の空間的間隔以上でイオンが発生される場合、同イ オンは、大きな広がりを有するエネルギを受けることとなる。同じイオンであっ ても異なるエネルギで加速されると、異なる飛行時間値を有するため、前記エネ ルギの広がりは、飛行時間型スペクトルの分解能を低下させる。

縦方向の初期移動速度の相違によって発生する飛行時間差の一部を補償するため にイオン反射器が使用されている。同じ電荷／質量比を有するイオンにおいて、 より大きな正の初期縦方向速度成分を有するイオンは、縦方向成分がゼロである イオンより早く検出器に到達する。イオン反射器において、高エネルギイオンは 、反射器内により深く浸透し、このため、初期縦方向速度成分がゼロであるイオ ンより、反射器内により長い時間とどまることになる。この反射器のパラメータ は、イオンの縦方向速度成分によって生じる飛行時間差を、イオン反射器にとど まる時間差で補償するように設定されている。

フライの論文のなかに、導電性グリッドを使用した反射器によって引き起こされ る不安定性を回避するために、グリッドを有しない反射器が開示されている。

レーザーは、高分解能を達成するのに必要な、時間的空間的に極めて小さな幅を 有するため、ガス試料のイオン化にはレーザーパルスが使用される。さらにレー ザーは、試料のイオン化を選択的に行うように調整することができ、レーザーの 波長は、元の粒子の破壊を伴ってイオンを発生させ、あるいは伴わないでイオン を発生させる選択が可能である。

イオンの初期電位エネルギ差を補償する反射器の利用に加え、初期運動エネルギ 及び電位エネルギの差が分解能を低下させることを防止する他の技法も可能であ る。エム、ヤング他による一文［紫外線レーザーによって誘導される表面上のイ オン化を伴う反射型質量分析計」　（イオンプロセス及び質量分析計インターナ ショナル・ジャーナル、７５　（１９８７）２０９−２１９）に教示されている ように、初期電位エネルギの広がりは、試料の分子をプリズムの表面上に吸収さ せ、さらに、当該吸収された試料分子上に、プリズムを介してレーザービームを 導くことにより、はぼ解消される。これら全ての粒子が同じ初期電位エネルギを 有するように、この表面は、加速電界に対して直角である。前記表面上でガス分 子のイオン化を防ぐために、レーザービームは、粒子が吸収されている金属化表 面の内部を反射するように導かれる。

この論文において特定された、分解能に影響を与える他の要因は、電子グリッド の平面度及び遅延時間発生装置の精度、安定性を含んでいる。後者の問題は、イ ボンヌ・う・バイス他に付与された次の特許に述べられている。

「飛行時間型ｗｆｉ分析計」なる名称にて１９８７年９月１５日にイボンヌ・う ・バイス他に公布された米国特許第４，６９４，１６８号は、分析計において、 飛行中に崩壊する粒子からの中性及びイオン化粒子の正確な検出を開示している 。

２分子崩壊プロセスからの高エネルギ１次イオンの衝突により試料イオンが発生 される。飛行時間タイマは、２つの崩壊分子の内、第２分子の検出に対応してス タートされ、これにより、カウンタの正確な動作が得られる。

エックス、タング他の論文である「イオンミラーを備えた飛行時間型質量分析計 の２次イオン」　（質量分析計インターナショナル・ジャーナル、１９８８年、 ４２−６６頁）に、このシステムの動作及び問題点の解析の詳細が述べられてい る０分裂によって生じたイオンは、元のイオンとほぼ同速度を有しており、イオ ンスペクトルにおいて元のイオンと等価である。しかしながら、分裂によって生 じたイオンは低いエネルギを有するため、ミラー内にとどまる時間は短く、スペ クトルにおいては１元の分子と分離されることを意味する。この分離により、イ オンミラーを備えていないシステムと比較して感度が向上される。崩壊率を決定 するために、可動ターゲットは、イオン源から反射器までの距離が変えられる。

この距離の変化に伴い、可調整絞りにより許容角度が保持される。長い飛行経路 は分解能を高めるために使用され、短い飛行経路は高効率用に使用され、低強度 の相関計測において有用である。

２次イオンを利用した飛行時間型質量分析計の、上記した利点により、このよう な質量分析計が、医療及びバイオの分野にて遭遇する高質量イオンへの応用に広 がることが望まれている。幸いにも、アール、ジェイ、ビエーラ及びエル、フリ ートマンの論文である「固体表面上へのマクロ−イオン衝撃により誘導される２ 次電子放出の閾値の研究」　（原子力装置及び方法１７０．１９８０年、３０９ −３１５頁）に、２次電子放出の実際の比率は、高質量２次イオンにおいて、古 典的な解析によって予測されたものよりはるかに大きいことが教示されている。

この古典的解析において、エネルギ及び運動量保存の法則に基づいて、入射する １次イオンは、高質量２次イオンを散乱させることが可能な単一分子として扱わ れている。高質量イオンの２次電子発生が、予測された比率より極めて高いこと を説明する代わりに、この論文では、入射イオンは、原子の相成分の集合として 扱われなければならず、それぞれ別個に２次電子形成プロセスに対して貢献して いる、と結論付けている。このため、極めて高質量にもかかわらず、典型的な生 物分子用の飛行時間型質量分析計が実現可能である。

エイ、セプチア編集（アプライド・チャーシト・パーティクル・オプティクス、 アカデミツク・プレス、１９８０年）の教科書中に掲載されたジョーンズ・ジオ ジアンの論文［２次電子放出を利用した微量分析器」において、イオン光学系に 界浸レンズに続いてアインゼルレンズ（ｅｉｎｚｅｌ　１ｅｎｓ）を利用するこ とが述べられている。

ジェイ、オリオフ及びエル、ダブリュ、スワンソンの論文「電界放出型マイクロ プローブの応用における非対称静電レンズ」　（アプライド・フィジックス・ジ ャーナル、５０（４）％　１９７９年４月号２４９４頁）において、サブミクロ ンビーム用の高電流（ナノアンペアの何十倍）電子ビーム中の加速素子として使 用される非対称レンズが解析されている。このタイプのレンズは、固定されたイ メージ及び対象物との距離を保持したままで、集束用の電圧を連続して変化させ ることができる。

発明の開示 好適な実施例の説明に基づいて、高分解能レベルの達成が可能で、分解能と感度 とのトレードオフが許容される質量分析計が示されている０本実施例は、バイオ ポリマーの解析のような、バイオ及び医療分野への応用ができるように１０１０ ５Ａの数倍までのイオン質量を検出するように設計されている。しかしながら。

分解能が調整可能であることは、他の種類の装置にも適用することができること を意味する。

この実施例は、イオン源１反射器、後部（ｐｏｓｔ）加速度検出器の３つの主要 な部品を備えている。イオンは、時間的、空間的に極度に集中されたパルスエネ ルギによって試料から放出される。イオン源の光学系は、放出されたイオンを加 速し、反射器上に導かれるビームに集束させる。この反射器は、集中パルスエネ ルギでイオンを発生させる過程において固有の、イオンの初期運動エネルギ差の 少なくとも一部を補償する。このビームは反射器から後部加速度検出器に伝播す る。

後部加速度検出器内で、エネルギがさらにイオンに付与されるため、イオンの質 量が１０１０５Ａのオーダーであっても、検出器の感度レベルに充分許容できる までイオンエネルギが増加される。

イオン源の各部分における各方向への電子放出に関する飛行時間シミュレーショ ンから、イオン源光学系と検出器との間に、イオンビームの平均飛行時間からず れが大きいイオンを排除するように、開口を配置可能であることが観測された。

これらのイオンを排除することにより、分析計の感度を代償として、分解能を高 めることができる。ある応用例は高感度を必要とし、他の応用例は高分解能を必 要とすることがあるため、この開口を通過するイオンの一部が制御可能であるこ との利点は大きい、第１の好適な実施例として、イオン源光学系は、開口におい てイオンビームの幅が制御されるように調整される。第２の実施例として、開口 な通過するイオンの一部を制御するように、開口の大きさが制御される。ビーム 及び開口は円筒状に対称である必要はないが、ビーム及び開口の両者は、はぼ円 筒状に対称であることが望ましい。

はとんどの実施例において、ビームは少なくとも１つの無電界領域（ｆｉｅｌｄ −ｆｒｅｅ　ｒｅｇｉｏｎ）を通過する。この無電界領域において、ビーム内の イオン軌跡は通常はぼ平行であるため、どの無電界領域においてもビーム径は極 端には大きくならない、この開口は、イオンビームを加速及び／又は集束させる 電界に不都合な影響を与えないため、上記の領域において、感度と分解能とのト レードオフの制御可能な開口を配置することの利点は明らかである。開口が光学 部品に対して正確に整列するように、また、イオンビームのほぼ中心になるよう に、同開口を光学部品の付近に配置することは有利なことである０次に述べられ る好適な実施例は、本発明を説明するために示されており、発明を制限するもの ではない。

図面の簡単な説明 図１は、質量分析計の光学系配置全体を示す断面図である。

図２は、図１の質量分析計のイオン源光学系を示す断面図である。

図３は、図１の質量分析計のイオン反射器を示す断面図である。

図４Ａ及び図４Ｂは１図１の質量分析計の後部イオン加速度検出器の上部及び側 部方向から概観しただ断面図である。

図５Ａ〜５Ｅは、アインゼルレンズの電圧がそれぞれ、−７５００ボルト、−６ ４００ボルト、−５ｏｏｏボルト、−４０００ポルｌ”ｔ　−１０００ボルトの ５３の異なるイオン軌跡の軸隙間距離及び方向との関係を示すグラフである。

図６Ａ〜６Ｃは、アインゼルレンズの電圧がそれぞれ、−７５００ボルト、−６ ４００ボルト、−１０００ボルトの、５３の異なるイオン軌跡の軸隙間距離及び 飛行時間の関係を示すグラフである。

図７は、分析計の分解能を調整するのに適した、可調整ダイヤフラム型開口を示 している。

図８は、分解能を調整するために、開口の大きさを変える機構の別個を示す。

発明を実施するための最良の形態 図１は、分解能が調整可能な飛行時間型質量分析計１０を示している。質量分析 計１０は、　（ｉ）図２に詳細が示されているイオン源光学系１１、　（ｉ　ｉ ）図３に詳細が示されているイオン反射器１２．　（ｉｉｉ）図４に詳細が示さ れる後部イオン加速度検出器１３、の３つの主要部品で構成されている。これら ３つの主要部品間の領域はほぼ無電界で、この無電界領域でのイオン軌跡はほぼ 平行である。

図２に示すように、イオン源光学系１１の直径ＤＩ及び、長さＬｌはそれぞれ１ ０１．５，１２８．０ミリメートルである。このイオン源光学系１１において。

光学レンズ２１は、レーザー２０からの短パルスレーザ−光２２を、テストに供 される材料がコーティングされたターゲット２３の微小領域上に集束させる。バ イオポリマーの計測にあたって、バイオポリマーは、ターゲット上の、レーザー 光の波長において強い光学吸収を呈する有機マトリックス（ｏｒｇａｎｉｃ　ｍ ａｔｒｉｘ）内にコーティングされる。他の実施例において、ターゲットはレー ザー光をよく吸収する基板を有してもよい。ターゲット２３において、このパル スは、０．５〜５ナノ秒という短い時間的な広がりに抑制されているため、ター ゲットにおいて極めて短い時間間隔でイオンが発生される。タイマ（図示しない ）は、レーザーパルスが発生されたときに起動され、各種の発生イオンが検出器 へ到達する時間を測定する。

ターゲット２３から放出されたイオンは、ターゲツト面の法線に対する放出角度 φの関数となる強度分布を示している。導電性不透明障壁２５における第１の開 口２４を通過するイオンのみが、イオン光学系を通過するイオンビーム内に含ま れる。不透明障壁２５は、ターゲット上に集束されるレーザーパルス２２が通過 する第２の開口２６を有している。障壁２５側内のターゲット２３及び開口２４ が、レーザービームによってターゲットから放出されるイオンを集中させる界浸 レンズとして機能するように、障Ｍ２５はグランドに、ターゲット２３は電源Ｓ ｌにより３０００ボルトに、それぞれ保持されている。

開口２４を通過するイオンは、導電性障壁２８の開口２７及び導電性障壁２１０ の開口２９をも通過する。障壁２５，２１０は接地され、障壁２８は、電源Ｓ２ によって一１０００ボルト〜−７５００ボルトの制御電圧に保持される。障壁２ ５．２８．２１０は、アインゼルレンズとして機能し、ターゲット２３及び障壁 ２５で形成される界浸レンズと協働して、ターゲット２３からイオンビーム１４ に放出されるイオンを集束させる。

図１に示すように、イオンビーム１４は、ビームを検出器１３上に反射するイオ ン反射器１２に入射される。ビーム１４の入射部１５と反射部１６とのなす角度 は４度である。同一イオンに対して、ターゲットからの放出時の運動エネルギ差 によって生じる飛行時間差をほぼ補償するように、反射器１２のパラメータは選 択される。

図３に反射器１２の詳細な構成が示されている。この反射器の長さＬ２及び高さ Ｈ２は、それぞれ、２２０ミリメータ、１１４ミリメートルである。この反射器 は、軸Ａに対して円筒状に対称で、それぞれ、０．５００．１８００，２１４０ ．２４８０．２８２０．３１６０．３５００ボルトの電圧に保持される１組の電 極３１〜３８から構成されている。異なる初期運動エネルギでターゲット２３か ら放出された同一イオンの飛行時間差を最大限補償するように、これらのパラメ ータは選択される。

検出器１３の詳細は、図４Ａの上方から概観された断面図、及び、図４Ｂの側方 から概観された断面図に示されている。イオンビーム１４の反射部１６は、軸Ａ ゛にほぼ平行に検出器内に進入する。このイオンビームは、イオンビーム１６中 の各イオンの衝撃に対応して２次電子を放出する導電体４１の後壁上の小点４０ に集束される。導電体４１，４１４によって形成される電界は、光電子増倍管４ ３によって検出される光子を発生するように、これらの２次電子４１５を高感度 シンチレータ４２上に導く。

本実施例は、質量スペクトルが数十万原子質量単位（ＡＭＵ）まで測定できるよ うに設計され、このような高質量イオンは、高エネルギ状態において、より高い 効率で２次電子を発生させるため、前記イオンビーム１６は、検出器内で、入射 イオンあたり、適切な数の２次電子を発生するように、エネルギ効率を高める加 速電界から影響を受ける。この検出器内の電界は、ビームが導電体４１の後壁上 の点４０に集束するように形成されている。さらに、反射ビーム１６内に含まれ ないイオンを排除する準備が成されており、これは、前記イオンも加速され。

望ましくないノイズ信号を発生するためである。

イオンは、最大ビーム幅を決定するように作用する障壁４８の開口４４を通過し て、検出器に進入する。障壁４９，４１０，４１１は共に弱いアインゼルレンズ として作用するが、それらの目的は、質量分析計内で各種プロセスによって形成 され、望ましくないノイズ信号を発生するほぼ１００ｅＶ（エレクトロンボルト ）未満のエネルギを有するイオンの進入を防止することである。障壁４１１、リ ング４１２及び導電体４１３は協働して、イオンビームを位置４０の小点に集束 させる加速レンズとして機能する。

障壁４８，４９，４１１は接地電位で動作される。障壁４１０及びリング４１２ は、それぞれ＋２００ボルト、−４０００ボルトにバイアスされている。導電体 ４１３．４１は一２００００ボルトにバイアスされている。導電体４１４及びシ ンチレータ４２は接地電位（Ｏボルト）である、各部材４８，４９，４１０゜４ １１．４１２，４１３及び装置４４，４５，４６．４７は、軸へ°に対して円筒 状に対称である。

性能を最適化するためにソフトウェアが使用され、軸上の一点に対して８個の異 なる方向に、また、ターゲット２３の中心から径方向に異なる距離に軸から離間 した３点、それぞれから１５の異なる方向に放出される０、１ｅＶのイオンの軌 跡が計算される。各々の放出点及び軌跡は、イオン源光学系１１の対称軸を通過 する平面内に含まれる。軸上の放出点に対して、放出方向は０度から７０度まで １０度毎に設定され、軸を外れた放出点に対して、−７０度から７０度まで１０ 度毎に設定される。

これらの５３の軌跡に対して、軸Ａに沿ってターゲット２３から１２８ミリメー トルの距離における、横方向の距離（すなわち軸Ａからの距離）、方向（軸Ａに 対して）及び飛行時間が計算された。角度方向と軸からの距離との積の正の値は 、イオンが未だ軸に向かって収束していることを示し、負の値はイオンが軸をす でに横切ったことを示している。障壁２８はアインゼルレンズにおけるバイアス された部品であるため、この電圧は、界浸レンズ（部材２３．２５）及びアイン ゼルレンズ（部材２５．２８，２１０）による放出イオンの集束に影響を与える 。このため、これら３組のデータは、障壁２８の５つの異なる電圧値に対して計 算された１図５Ａ〜５Ｅは、ターゲットから１２８ミリメートルにおける軌跡の 方向（軸Ａに対して）及びこれら軌跡の軸隙間距離の両者を示している０図６Ａ 〜６Ｃは、飛行時間、及び、これらの軌跡に対する３つの異なるアインゼルレン ズ電圧における軸隙間距離（ターゲットから１２８ミリメートルにおいて）の両 者を示している０図５Ａ及び図６Ａは、障壁２８の電圧が一７５００ボルトにお ける軌跡のデータを示している０図５Ｂ及び６Ｂは一６４００ボルト、図５０は 一５０００ボルト、図５Ｄは一４０００ボルト、図５Ｅ及び６Ｃは一１０００ボ ルトの電圧に対するデータをそれぞれ示している。

図６Ａ〜図６０は、ある軌跡の超過飛行時間（すなわち、これらの軌跡の内の最 短飛行時間を越える軌跡の飛行時間の量）が、軸隙間距離に対してほぼ単調に変 化することを示している。これは、ターゲットから１２８ミリメートルの距離に おいて、軸から最も離間したイオンを除去することにより、分解能が向上される ことを意味する。この、軸から最も離間したイオンを除去することは、軸Ａを中 心とする開口２１３を備えるさらなる障壁２１２（図２に示す）を、前記位置に 配置することにより達成できる。

開口２１３の直径は、予め選択した最大超過飛行時間を有するイオン軌跡のグル ープを排除するように選択可能である１例えば、図６Ｂに示すように、障壁２８ の電圧が一６４００ボルトのとき、開口２１３の径が０．　３ミリメートルであ れば、６ナノ秒より長い超過飛行時間のイオンが排除され、径が０．２ミリメー トルのときは、３．５ナノ秒より長い超過飛行時間のイオンが排除される８図６ Ａ〜６Ｃは、障壁２８のそれぞれの電圧に対して、このシステムにより示される 予め選択された超過飛行時間を備えるイオンを阻止するように、開口の径が選択 できることを示している。このように、可調整開口２１３を備えることは、長い 飛行時間を有するイオン排除の制御を可能にする。

図７は、カメラ等に利用される従来の可変開口ダイヤフラムを示す、この装置の 開ロア２の直径は可変である。このタイプの可変開口は、システムの分解能調整 を可能にする障壁２１２に使用されることもできる。開口の直径は、使用者によ り操作可能で、開口径を変えることができる可調整ダイヤフラムに連結された連 結機械リンクによって変えることができる１代替として、ダイヤフラムの直径を 電子制御可能にするために、モータをこの可変開口ダイヤプラムに連結してもよ い０機械的、電気的リンクの両者は、カメラ技術からよく知られている。

この開口２１３は、イオンど−ムの中心に対して開口がほぼ回転対称になるよう に、イオンビームを中心とするほぼ円形であることが好ましいが、開口の寸法及 び又は位置の調整が、分解能を変えるように機能する限り、他の形状及び配列で あっても許容される。実際に、開ロア２はほぼ単に円形である。非円形状の開口 の例として、開口の側部を限定する直線端部をそれぞれ備えた、３枚の不透明板 で限定された三角の開口があげられる。そのような開口は、円形状開口に最も近 くなるように、正三角形であることが好ましい。

図８に、開口のサイズを変える機構の別個が示されている。この実施例において 、プレート８２は、径が単調に減少している１組の開口８３〜８８を有している 。このプレートは、どの選択された開口も軸Ａの中心に移動されるように、横方 向に軸Ａを横切って摺動可能に装着されている。このプレートの移動は、使用者 によって操作可能なリンク機構あるいは、使用者の電気的入力によって制御され るようなモータ等の電気的リンクによって行われる。可変開口機構７１は、開口 ２１３の径の連続的変化を提供するという利点を有している。可変開口機構８１ は、構造的によりシンプルで、遮蔽したイオンの衝撃による損傷の影響を受けに くい。

図６Ａ〜図６Ｃにより、径が固定の開口２１３に対し、アインゼルレンズにおけ る障壁２８の電圧変化により、遮蔽されるイオンの選択が成されることがわかる ０例えば、ターゲット２３上で０．　１ミリメートルの径の点のイオン（すなわ ち”＃”記号で示された点）、及び、０．３ミリメートルの開口径に対し、図６ Ａから、−７５００ボルトの障壁２８の電圧に対し、飛行時間が１４ナノ秒を越 すイオンが除去されていることがわかる。同じ固定開口径に対し、図６Ｂから、 障ｅ２８の一６４００ボルトの電圧に対し、飛行時間が７ナノ秒を越すイオンが 除去されていることがわかる。同様に、同じ固定開口径に対し、図６０から、障 壁２８の一１０００ボルトの電圧に対し、飛行時間が３ナノ秒を越すイオンが除 去されていることがわかる。

開口２１３の径及び障壁２８の電圧は、分解能の初期設定値を満足させるような 固定値であってもよいが、分解能を調節できることは、装置の感度をも調整可能 であるということであるので、利点は大きい、すなわち、ある設定値を越える飛 行時間を有するイオンを排除することにより、高分解能が達成できる。イオンビ ームの一部を排除することは測定感度を低下させる。従って、障壁２８の電圧、 及び、開口２１３の径の選択は、分解能と感度とのトレードオフを生じさせるこ ととなる。従って、融通性を向上させるため、分解能と感度とのトレードオフを 制御する少なくとも１個のパラメータを調節できることは極めて有利なことであ る。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．分解能を調整可能な飛行時間型質量分析計であって、開口（２１３）を有す る障壁（２１２）と、検出器（１３）と、 イオンの少なくとも一部が前記開口を通過して前記検出器に到達する試料イオン からなるビームを、試料体から発生させるビーム発生装置と、前記開口を通過す る前記ビーム量を変化させることにより、分解能を変化させる機構とを備えてお り、 前記試料イオンの各々は、その発生時点から前記検出器による検出までの飛行時 間により特性付けられるとともに、前記試料イオンは前記開口の位置において、 前記ビーム内に平行で、かつ、当該ビームに内に位置する軸からの距離の関数と なる飛行時間分布を示す飛行時間型質量分析計。
2. ２．前記ビーム発生装置は、 ターゲット（２３）と、 前記ターゲットからイオンを放出させる機構と、前記イオンを集束させてイオン ビームを形成するイオン光学系（２３〜２５，２７〜２９，２１０，２１２，２ １３）と、を備える請求項１に記載の飛行時間型質量分析計。
3. ３．ターゲットからイオンを放出する前記機構は、イオンを放出させるターゲッ ト上に導かれるレーザービームの発生源（２０）を備える請求項２に記載の飛行 時間型質量分析計。
4. ４．前記イオン光学系は、ターゲットから放出されたイオンの多数粒子がイオン ビームに集束される界浸レンズ（２３，２５）を含む請求項２に記載の飛行時間 型質量分析計。
5. ５．前記イオン光学系は、分解能を調節する可制御電圧でバイアスされた電極を 有するアインゼルレンズ（２５，２８，２１０）を含む請求項４に記載の飛行時 間型質量分析計。
6. ６．前記ビーム発生装置は、前記ビームの中心軸から最も離間したイオンを排除 することにより分解能を調整する調整可能なイオン光学系（１１）を含む請求項 １に記載の飛行時間型質量分析計。
7. ７．前記イオン光学系（１１）は、分解能を調整するための可調整電圧を備える 界浸レンズ（２３，２５）を含む請求項６に記載の飛行時間型質量分析計。
8. ８．前記イオン光学系は、分解能を調整するための制御可能電圧にバイアスされ た電極（２８）を備えるアインゼルレンズ（２５，２８，２１０）を含む請求項 ６に記載の飛行時間型質量分析計。
9. ９．前記開口（７２）は、分解能を調整するために寸法が可変である請求項１に 記載の飛行時間型質量分析計。
10. １０．前記障壁は異なる寸法の複数の開口（８３〜８７）を有しており、分解能 を調整するために、前記開口のいずれか１個を選択してイオンビームの経路に位 置調整できるように前記障壁はイオンビームに対して横方向に移動可能である請 求項１に記載の飛行時間型質量分析計。
11. １１．前記開口を有する障壁は、同開口が電界と相互作用しないように、本質的 に無電界の領域内に位置する請求項１に記載の飛行時間型質量分析計。
12. １２．前記開口を有する障壁は、他の部材に隣接して配置されるとともに、同開 口がイオンビームと容易に一致するように前記部材に装着されている請求項１１ に記載の飛行時間型質量分析計。