JPS59123154A - 飛行時間型質量分析装置 - Google Patents
飛行時間型質量分析装置Info
- Publication number
- JPS59123154A JPS59123154A JP57230158A JP23015882A JPS59123154A JP S59123154 A JPS59123154 A JP S59123154A JP 57230158 A JP57230158 A JP 57230158A JP 23015882 A JP23015882 A JP 23015882A JP S59123154 A JPS59123154 A JP S59123154A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ions
- analysis tube
- ion
- electric field
- analysis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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-
- 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)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この究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。
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１こ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
る飛行時間が売ってくる。そこでその飛行時間によって
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。
異なれば速度が違うから、一定距離を飛行するのに要す
る飛行時間が売ってくる。そこでその飛行時間によって
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
幅をもってくる。そしてその幅が大きいほど質量分析の
分解能は低くなってしまう。
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
幅をもってくる。そしてその幅が大きいほど質量分析の
分解能は低くなってしまう。
従来の飛行時間型質量分析装置として例えば特開昭５７
−４４９５８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った。
−４４９５８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った。
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。
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１こ基いて、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。
。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、イオン放出子Ｉ’９（２１゜分
析管（３）およびイオン検知手段（５）を具備してなっ
ている。
装置の一実施例であり、イオン放出子Ｉ’９（２１゜分
析管（３）およびイオン検知手段（５）を具備してなっ
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を高速に加速して放出する
従来公知の手段である。
子線により生成されたイオンを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）に沿っ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）によって、イ
オン放出手段（２）側の端からの距離２の２乗に比例し
た電圧が印加されている。従って、分析管（３）内のポ
テンシャルＶは第２図に示すように２の２乗に比例（７
て増大しており、その微分である電界Ｅの強さは２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）によって、イ
オン放出手段（２）側の端からの距離２の２乗に比例し
た電圧が印加されている。従って、分析管（３）内のポ
テンシャルＶは第２図に示すように２の２乗に比例（７
て増大しており、その微分である電界Ｅの強さは２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（６）は、分析管（３）から飛び出して
（るイオンを検知するもので、従来公知の手段である。
（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２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＝ｒｏの位置から軸（ａ）に対し入射
角θで進入するものとする。
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２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＝ｒｏ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ってい
るので、分析管（３）内におけるイオンの初速度Ｖ。は
、次の（１）式で規定される。
るので、分析管（３）内におけるイオンの初速度Ｖ。は
、次の（１）式で規定される。
８ 一
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Ｖ。の幅となって表われることが分る。
初速度Ｖ。の幅となっ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２方向に対しては、電界Ｅにより力を
うけるから、 ｄ２□ ｍ −−ｑ Ｅ ・・・（１１） ｔ２ 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、 ♂。
）の方向すなわち２方向に対しては、電界Ｅにより力を
うけるから、 ｄ２□ ｍ −−ｑ Ｅ ・・・（１１） ｔ２ 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、 ♂。
ｍ−−０・・・（ｉｎ）
ｔ２
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−α２ ・・・（ｉ
ｖ） 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。
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−α２ ・・・（ｉ
ｖ） 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。
一４＝
上記方程式（ＩＩ ）（ｉｉｔＥｖ）を解けば、ω
ｒ ＝ Ｖ６−ｓｉｎ（θ） ・ｔ ＋ ｒ６ 、
、、（ｖ［）が得られる。
、、（ｖ［）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、（Ｖ）式においてｚ＝０を与え
るｔ（ただ１２．０を除く）だから、である。（Ｖ）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。
るまでの飛行時間Ｔは、（Ｖ）式においてｚ＝０を与え
るｔ（ただ１２．０を除く）だから、である。（Ｖ）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。
ＭＤ式から明らかなように、この装ｆｌｆ１１によれば
、飛行時間Ｔは初速度Ｖ。すなわち初期エネルギーｅ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っても、飛行時間に幅は生じな
い。従って、エネルギー幅にょる分解能の低下は、これ
により解消できることになる。
、飛行時間Ｔは初速度Ｖ。すなわち初期エネルギーｅ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っても、飛行時間に幅は生じな
い。従って、エネルギー幅にょる分解能の低下は、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ターンして戻って出て来る
ためには、分析管（３）の最後端（ｚ＝ｌ ）での静電
ポテンシャルがイオンのもちうる最大の初期エネルギー
εｌηａｘよりも大でなくてはならないから、 ｓｍａｘ （１−ｑ−ａ １２−１ｘ）である。従っ
て、分析管（３）の長さｌと電界Ｅの強さの距離２に対
する比例定数αは、少なくとも、εｍａｘ−↓・ｑ・α
・１２ ・・・０×）′を満足するように定めなけれ
ばならない。
ためには、分析管（３）の最後端（ｚ＝ｌ ）での静電
ポテンシャルがイオンのもちうる最大の初期エネルギー
εｌηａｘよりも大でなくてはならないから、 ｓｍａｘ （１−ｑ−ａ １２−１ｘ）である。従っ
て、分析管（３）の長さｌと電界Ｅの強さの距離２に対
する比例定数αは、少なくとも、εｍａｘ−↓・ｑ・α
・１２ ・・・０×）′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（１）（ＶＤ（ｖｉｔ
ｉ式により、となる。そこで分析管（３）の直径りは、
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（１）（ＶＤ（ｖｉｔ
ｉ式により、となる。そこで分析管（３）の直径りは、
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。
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３０側、長さ１００σ円筒状飛行空間を
有し、リング状電極が１σ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炉の入射
角で入射される。
有し、リング状電極が１σ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炉の入射
角で入射される。
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８５００ｅＶとし、質量数Ｍが１００
、５００ 、１０００ ａ、ｍ、、ｕ、のときの各飛
行時間Ｔ、 、 Ｔ２． Ｔ８と質量数Ｍをｌ ａ、ｍ
、ｕ、だけ各々増加したときの各飛行時間’ｒＨ，’ｒ
６．’ｒ６の差ΔＴ１．ΔＴ２．ΔＴ８をグラフ化した
ものが第４図番こ示す（Ｇ）テある。また、質量数Ｍを
１００，５００゜１０００ ａ、ｍ、ｕ、とし、初期エ
ネルギーεが８５００ｅＶのときの各飛行時間Ｔ１．Ｔ
２．Ｔ８と初期エネルギーεを１００ｅＶだけ増加した
ときの各飛行時７−− 間Ｔ７． ＴＨ，Ｔｇ（Ｄ差Ａ Ｔｉ、 、Ｊ Ｔ６．
ΔＴｊ、ヲクラ７化したものが第４図に示す（ｆ（）
である。
期エネルギーεを８５００ｅＶとし、質量数Ｍが１００
、５００ 、１０００ ａ、ｍ、、ｕ、のときの各飛
行時間Ｔ、 、 Ｔ２． Ｔ８と質量数Ｍをｌ ａ、ｍ
、ｕ、だけ各々増加したときの各飛行時間’ｒＨ，’ｒ
６．’ｒ６の差ΔＴ１．ΔＴ２．ΔＴ８をグラフ化した
ものが第４図番こ示す（Ｇ）テある。また、質量数Ｍを
１００，５００゜１０００ ａ、ｍ、ｕ、とし、初期エ
ネルギーεが８５００ｅＶのときの各飛行時間Ｔ１．Ｔ
２．Ｔ８と初期エネルギーεを１００ｅＶだけ増加した
ときの各飛行時７−− 間Ｔ７． ＴＨ，Ｔｇ（Ｄ差Ａ Ｔｉ、 、Ｊ Ｔ６．
ΔＴｊ、ヲクラ７化したものが第４図に示す（ｆ（）
である。
第４図のグラフから明らかなように、質量数Ｍが４００
ａ、ｍ、ｕ、以下であれば、エネルギー幅Δεが１０
０ｅＶあっても、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。
ａ、ｍ、ｕ、以下であれば、エネルギー幅Δεが１０
０ｅＶあっても、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．Δ尺、Δ′ｖ３は本来０となるべきであるが、第５
図番こ示す分析管内の等ポテンシャル線図から分るよう
に、電界Ｅが実際のところ分析管の輔に完全に平行な向
きとならないから、０となっていないのである。したが
って、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。
１．Δ尺、Δ′ｖ３は本来０となるべきであるが、第５
図番こ示す分析管内の等ポテンシャル線図から分るよう
に、電界Ｅが実際のところ分析管の輔に完全に平行な向
きとならないから、０となっていないのである。したが
って、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、ｊＨＨ・、電 ８− 界の空間を１００師飛行する。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。
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、ｊＨＨ・、電 ８− 界の空間を１００師飛行する。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１
００ ｅＶあるとき、質量数前ΔＭが１である２つのイ
オンを弁別することは下司能である。
００ ｅＶあるとき、質量数前ΔＭが１である２つのイ
オンを弁別することは下司能である。
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てなる飛行時間型質量分析装
置を提供するものであって、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ｍ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。
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てなる飛行時間型質量分析装
置を提供するものであって、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ｍ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。
上記電界の形成は、＠１図に示すごとき手段１こよる外
、隣接する電極の電位差が一定である多数のリング状電
極を軸に沿って並べ、各電極間開を徐々に狭く【７てい
くこと基とよっても達成できる。
、隣接する電極の電位差が一定である多数のリング状電
極を軸に沿って並べ、各電極間開を徐々に狭く【７てい
くこと基とよっても達成できる。
第１図はこの発明の飛行時間型質量分析装置ｄ０）一実
施例の構成説明図、第２図は第１図に示す装ａｔこお＆
」る分析管内のポテンシャ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ャル線図、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３、
施例の構成説明図、第２図は第１図に示す装ａｔこお＆
」る分析管内のポテンシャ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ャル線図、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３、
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １６ 加速したイオンを放出するイオン放出手段、そ
のイ副ン放山手ＵＦ面端からの軸方向の距°ギトに強さ
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
押し７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押しもどされて分析管から
出てくるイ乞ンを検知するイオン検知手段を具備してな
ることを特徴とする飛行時間型質量分析袋ｆｆｌ 。 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
乗に比例した重圧がそれぞれの電極１こ印加されてなる
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 true JPS59123154A (ja) | 1984-07-16 |
| JPH0346946B2 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) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6234755U (ja) * | 1985-08-19 | 1987-02-28 | ||
| 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 |
| JP2015118887A (ja) * | 2013-12-20 | 2015-06-25 | 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 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6234755U (ja) * | 1985-08-19 | 1987-02-28 | ||
| 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 |
| JP2015118887A (ja) * | 2013-12-20 | 2015-06-25 | 株式会社島津製作所 | 飛行時間型質量分析装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0346946B2 (ja) | 1991-07-17 |
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