JPH11185696A - 飛行時間型質量分析装置 - Google Patents

飛行時間型質量分析装置

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JPH11185696A
JPH11185696A JP9364119A JP36411997A JPH11185696A JP H11185696 A JPH11185696 A JP H11185696A JP 9364119 A JP9364119 A JP 9364119A JP 36411997 A JP36411997 A JP 36411997A JP H11185696 A JPH11185696 A JP H11185696A
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JP
Japan
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ions
flight
detector
time
sample
Prior art date
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Pending
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JP9364119A
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English (en)
Inventor
Masanori Ando
政徳 安東
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Shimadzu Corp
Original Assignee
Shimadzu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リニア型TOFMSにおいて分解能を向上さ
せる。 【解決手段】 飛行空間22の出口に偏向電極34を配
設し、荷電粒子(イオン)の進行方向を曲げて第2検出
器33に導く。一方、電荷をもたない中性粒子は直進し
第1検出器32に到達する。同一時刻にサンプル12か
ら発生したイオンの一部は飛行途中で分解し、それによ
り生じた中性粒子の飛行時間はばらつくが、第2検出器
33によりイオンのみを分離して検出しているので、鋭
いピークが得られ分解能が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は飛行時間型質量分析
装置に関し、更に詳しくは、イオンを直線的に飛行させ
るリニア型の飛行時間型質量分析装置に関する。
【0002】
【従来の技術】飛行時間型質量分析装置(以下「TOF
MS=Time of Flight Mass Spectrometer」と称す)
は、加速したイオンを電場及び磁場を有さない飛行空間
内に導入し、検出器に到達する迄の飛行時間に応じて各
種イオンを質量数毎に分離するものである。このTOF
MSには、イオンを電場及び磁場の存在しない飛行空間
内で直線的に飛行させるリニア型と、飛行空間の後半部
に所定の傾斜電位を有する電場を形成するためのリフレ
クタを配設し、その電場によりイオンを折り返し飛行さ
せるリフレクトロン型とがある。リフレクトロン型では
イオン発生時の初速度のばらつきが吸収でき、異なる初
速度を有する同一質量数イオンが同一時刻に検出器に到
達するので、分解能を高くすることができる。しかしな
がら、飛行時間が一般に長くなるため、寿命の短い高質
量数イオンは検出器に到達する迄に分解する可能性が高
く、質量数範囲を広くすることができない。従って、未
知の物質を測定する場合には、まずリニア型でもって測
定することが多い。
【0003】図3は、従来のリニア型TOFMSの要部
の概略構成図である。質量分離部20を挟んで、左にイ
オン源10、右に検出部30が配置されている。イオン
源10のサンプルスライド11と、質量分離部20の引
き出しグリッド21及びエンドプレート23と、検出部
30の検出器31はイオン光軸Cに沿って一直線状に配
置されている。サンプルスライド11上のサンプル12
より発生した各種イオンは、サンプルスライド11と引
き出しグリッド21との電位差Vsにより、引き出しグ
リッド21の方向に引き出され加速されて飛行空間22
に導入される。このとき、質量数の小さなイオンほど高
い速度を与えられるため、より早く飛行空間22を通過
して検出器31に到達する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】飛行空間22に導入さ
れた各種イオンは検出器31に到達する迄安定に飛行す
るとは限らず、特に高質量数イオンは分解し易いため、
飛行途中で過剰な内部エネルギにより自然に分解して中
性粒子とより小さな質量数を有するイオンになることが
ある。また、飛行途中で飛行空間22内に残留している
浮遊ガス分子と衝突して開裂を生じ、同様に分解してし
まうこともある。
【0005】リニア型TOFMSでは、原理的には途中
で分解したイオンや中性粒子も分解しない元のイオンと
ともに同一速度で且つほぼ同一時刻に検出器31に到達
する筈である。しかしながら、実際には浮遊ガス分子と
の衝突の際に速度が低下したり、或いは、完全に加速さ
れる前に中性粒子化し質量数が減少した結果、飛行空間
22に突入する際の速度が低下したりする等の種々の要
因によって、同一質量数イオンから生じる中性粒子の到
達時刻はばらついてしまう。このため、同一質量数イオ
ンによる検出ピークは時間軸方向(つまり質量数軸方
向)に広がり、分解能が低下する一因となっている。
【0006】また、上記リフレクトロン型TOFMSで
は荷電粒子であるイオンと電荷を有さない中性粒子とを
分離して検出することができるため、これによりイオン
の開裂や分解の状態を調べ、元の物質の粒子の構成や内
部構造を推定することができる。これに対し、このリニ
ア型TOFMSではイオンと中性粒子とを区別すること
ができないので、そのような解析を行なうことはできな
かった。
【0007】本発明はこのような課題を解決するために
成されたものであり、その第1の目的は、飛行途中で生
じる中性粒子の到達時間のばらつきの影響を受けずに高
い分解能でもってイオン検出が行なえるリニア型TOF
MSを提供することにある。また、本発明の第2の目的
は、リニア型であってもサンプルの構造情報を得ること
ができるTOFMSを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に成された本発明は、イオン源にて発生した各種イオン
を加速した後に飛行空間内に導入して直線的に飛行さ
せ、イオンの質量数に応じて相異なる飛行時間をもって
飛行空間を通り抜けたイオンを検出する飛行時間型質量
分析装置において、 a)飛行空間出口の直進前方に配設された非荷電粒子を検
出するための第1の検出器と、 b)該第1の検出器と前記飛行空間出口との間に配設され
た偏向手段と、 c)該偏向手段により進行方向が曲げられた荷電粒子を検
出するための第2の検出器と、 を備えることを特徴としている。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明に係る飛行時間型質量分析
装置では、イオン源にてサンプルから発生したイオンの
一部は、飛行空間に導入される前及び飛行途中において
自然分解する又は残留浮遊ガス粒子に衝突して開裂する
等により中性粒子を生じる。このため、ほぼ同一時刻に
発生したイオンに起因する、分解しない元のイオン、分
解したイオン及び中性粒子はともに飛行空間内部を直線
飛行し、該飛行空間出口から飛び出る。上記偏向手段
は、例えば適宜の電場を発生する複数の電極から構成す
ることができる。電荷を有さない中性粒子はこの偏向手
段の電場の影響を受けないため、飛行空間出口から出た
後にも直進を続け第1の検出器に到達する。一方、荷電
粒子であるイオンは偏向手段の電場によってその進行方
向が曲げられ、飛行空間出口と第1の検出器とを結ぶ直
線上から外れた位置に配設された第2の検出器に到達す
る。これにより、第2の検出器では到達時間にばらつき
の少ないイオンのみが検出され、一方第1の検出器では
元のサンプルの構造情報となる中性粒子のみが検出され
る。
【0010】
【発明の効果】このように本発明の飛行時間型質量分析
装置によれば、ほぼ同一時刻にサンプルから発生した元
のイオン及びその元のイオンが分解して生じたイオン
と、その元のイオンが分解して生じた中性粒子とは、分
離して且つほぼ同一時刻に検出される。このため、飛行
時間のばらつきの大きい中性粒子の影響を受けずに、比
較的飛行時間の揃ったイオンのみを検出することができ
るので、リーディングやテイリングの小さい鋭いピーク
が得られる。これにより、測定の分解能を向上すること
ができる。また、イオンのピークとは分離して中性粒子
のピークが取得できるので、これを基にサンプルの粒子
の構成や内部構造を推定することができる。
【0011】更に、本発明の飛行時間型質量分析装置で
は、偏向手段の動作を禁止すれば従来のリニア型と同様
にイオンと中性粒子とを一緒に検出できるので、高感度
の測定も支障なく行なうことができる。また、偏向手段
を用いる場合であっても、リフレクトロン型よりも一般
に飛行時間は短いので、高質量数イオンも分解しにく
く、高い感度でもって測定を行なうことができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の一実施例であるマトリックス
支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析装置(M
ALDI−TOFMS=Matrix-assisted Laser Desorp
tion Ionization /Time of Flight Mass Spectromete
r)を図面を参照して説明する。なお、本発明のTOF
MSにおけるイオン源がMALDIに限定されないこと
は明白である。
【0013】図1は、本実施例のMALDI−TOFM
Sの要部の構成図である。このMALDI−TOFMS
では、イオン源10は後述のようにサンプル12が塗布
されたサンプルスライド11とレーザー光学系13とか
ら構成される。また検出部30は、第1検出器32と第
2検出器33と偏向電極34とから構成される。サンプ
ルスライド11、引き出しグリッド21、エンドプレー
ト23、偏向電極34及び第1検出器32は、イオン光
軸Cに沿って略一直線状に配置されている。
【0014】上記MALDI−TOFMS全体又は少な
くとも質量分離部20は真空雰囲気に保った分析室内に
保持される。意図的に目的イオンの開裂を促進させる場
合には、イオン化時のレーザー強度を増加させたり分析
室内にそれ自身は開裂を生じない衝突ガスを導入したり
する。
【0015】本実施例のMALDI−TOFMSの動作
は次の通りである。サンプルスライド11は金属板であ
って、マトリックスと呼ばれるシナピン酸等の物質に固
体又は液体試料を混入したサンプル12(通常、その混
入比率はモル比で試料:マトリックス=1:100〜
1:10000程度)が塗布されている。スタート信号
をトリガとしてレーザー光学系13から発射されたレー
ザー光が所定位置に挿入されたサンプルスライド11上
のサンプル12に照射されると、サンプル12中のマト
リックスと目的試料とがともに気化し目的試料がイオン
化される。サンプルスライド11表面近傍で発生したイ
オンは、サンプルスライド11と引き出しグリッド21
との電位差Vsによって引き出しグリッド21の方向に
引き出され加速されて飛行空間22に導入される。この
ときの各イオンの速度は質量数に依存し、質量数が小さ
いほど大きな速度を有する。
【0016】各種イオンは引き出しグリッド21を通過
した後に、飛行空間22内をイオン光軸Cに沿ってほぼ
直進しエンドプレート23に到達する。その飛行途中
で、一部のイオンは過剰な内部エネルギにより自然分解
し又は残留浮遊ガス分子に衝突して開裂を生じ、質量数
がより小さなイオンと中性粒子とが発生する。この分解
により生じたイオンや中性粒子は分解しない元のイオン
とともに進み、2枚の偏向電極34に挟まれた空間に導
入される。2枚の偏向電極34の一方には負電圧Vdが
印加され他方は接地されているので、その空間には0〜
Vdの間で傾斜電位を有する電場が形成されている。電
荷を有さない中性粒子はこの電場の影響をなんら受けず
に直進して、第1検出器32に到達する。一方、荷電粒
子であるイオンは、上記電場により図1中の矢印Aに示
すように軌道を曲げられて第2検出器33に到達する。
この第1及び第2検出器32、33の検出信号は、それ
ぞれアンプ42、43にて増幅された後にデータ処理部
41に入力される。
【0017】上述のように質量数の小さなイオンほど大
きな速度をもって飛行空間22に導入されるので、その
イオン自体とそのイオンが分解して発生した中性粒子及
びイオンは大きな質量数を有するイオンに起因するもの
よりも速く第1及び第2検出器32、33に到達する。
従って、時間軸方向に質量数に応じて各種イオン(及び
中性粒子)が分離される。そこで、データ処理部41で
は、このような検出信号に対し所定のアルゴリズムに従
って演算処理を実行し、時間軸を質量数軸に変換し、イ
オンと中性粒子とに対する質量スペクトルデータをそれ
ぞれ分離して算出する。
【0018】図2はイオン及び中性粒子の信号強度の一
例を示す波形図であって、(a)は同一時刻にサンプル
12から発生した或る質量数を有するイオンに対するエ
ンドプレート23近傍での信号強度、(b)は第2検出
器33の検出信号、(c)は第1検出器32の検出信号
(c)である。上述の如くイオン源10で発生したイオ
ンの一部は飛行空間22を飛行する間に分解するが、中
性粒子は時間方向にばらつきが大きくなる。このため、
図2(a)に示すように特に信号強度のピークのテイリ
ングが大きくなる。その結果、図3に示した従来のリニ
ア型TOFMSのようにイオンと中性粒子とを同一の検
出器で検出する場合、隣接する他のピークとの分離が悪
くなり分解能が劣化する。
【0019】これに対し本実施例では、図2(b)に示
すようにイオンのみを分離して検出しているので、リー
ディングやテイリングの小さい鋭いピークを得ることが
できる。従って、時間軸方向に隣接する他のピークとの
分離が良好に行なえるので、高い分解能をもって測定が
行なえる。また、図2(c)に示すように中性粒子はイ
オンとは分離して検出されるので、この検出信号を基に
作成する質量スペクトルを利用して、サンプルの粒子の
構成や内部構造の解析が行なえる。
【0020】なお、上記実施例の構成において従来のリ
ニア型TOFMSのようにイオンと中性粒子とを分離せ
ずに同時に測定したい場合には、偏向電極34への印加
電圧Vdを0〔V〕とすればよい。これにより、イオン
も中性粒子とともにイオン光軸Cに沿って直進し第1検
出器32に到達する。その結果、第1検出器32では図
2(a)に示したような検出信号が得られる。これによ
り、高いピーク強度が得られるので、高感度の測定が行
なえる。
【0021】なお、上記実施例は一例であって、本発明
の趣旨の範囲で適宜変更や修正を行なえることは明らか
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例であるMALDI−TOF
MSの要部の構成図。
【図2】 本実施例にて得られるイオン及び中性粒子の
信号強度の一例を示す波形図。
【図3】 従来のリニア型TOFMSの要部の概略構成
図。
【符号の説明】
10…イオン源 11…サンプルスライド 12…サンプル 13…レーザー光学系 20…質量分離部 21…引き出しグリッド 22…飛行空間 23…エンドプレート 30…検出部 32…第1検出器 33…第2検出器 34…偏向電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン源にて発生した各種イオンを加速
    した後に飛行空間内に導入して直線的に飛行させ、イオ
    ンの質量数に応じて相異なる飛行時間をもって飛行空間
    を通り抜けたイオンを検出する飛行時間型質量分析装置
    において、 a)飛行空間出口の直進前方に配設された非荷電粒子を検
    出するための第1の検出器と、 b)該第1の検出器と前記飛行空間出口との間に配設され
    た偏向手段と、 c)該偏向手段により進行方向が曲げられた荷電粒子を検
    出するための第2の検出器と、 を備えることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
JP9364119A 1997-12-16 1997-12-16 飛行時間型質量分析装置 Pending JPH11185696A (ja)

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JP9364119A JPH11185696A (ja) 1997-12-16 1997-12-16 飛行時間型質量分析装置

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JPH11185696A true JPH11185696A (ja) 1999-07-09

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007526458A (ja) * 2004-03-04 2007-09-13 エムディーエス インコーポレイテッド ドゥーイング ビジネス スルー イッツ エムディーエス サイエックス ディヴィジョン 試料を質量分析するための方法およびシステム
JP2008209293A (ja) * 2007-02-27 2008-09-11 Hitachi High-Tech Science Systems Corp 液体クロマトグラフ質量分析計
CN110203701A (zh) * 2019-06-05 2019-09-06 中国石油大学(北京) 弯管静电防护装置、气力输送实验系统及实验方法

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