JPS59173939A - 飛行時間型イオン質量分析装置 - Google Patents

飛行時間型イオン質量分析装置

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JPS59173939A
JPS59173939A JP58048533A JP4853383A JPS59173939A JP S59173939 A JPS59173939 A JP S59173939A JP 58048533 A JP58048533 A JP 58048533A JP 4853383 A JP4853383 A JP 4853383A JP S59173939 A JPS59173939 A JP S59173939A
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JP
Japan
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ions
ion
focusing
electrode
flight
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JP58048533A
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JPH0124342B2 (ja
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Shuzo Hattori
内田悦行
Etsuyuki Uchida
服部秀三
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Nagoya University NUC
Original Assignee
Nagoya University NUC
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/34Dynamic spectrometers
    • H01J49/40Time-of-flight spectrometers

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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、イオン質量を分析する質量分析装置に関する
もので、特にエネルギーを与えられたイオンの飛行時間
の差を用いてイオン質量を分別分析する飛行時間型イオ
ン質量分析装置に関するものである。
従来の飛行時間型イオン質量分析装置は、その原理がダ
ブル・シー・ウィリー(W、C0Wiley)とアイ・
エイチ・マクラレン(I、H,McLaren)とによ
ってザ・レヒュー・オブ・サイエンティフィック・イン
スツルメンツ(Rev、Sci、 In5tr、+26
巻、12号、1150頁=1157頁、1955年)に
述べられている。
すなわち、従来の装置では、イオンが偏向軌道を画かず
イオン加速室から直線的な飛行軌道を画きイオン検出器
に到達するようになっており、高い分解能を得るべく飛
行距離を長くとると、検出でトるイオンの入射時の立体
角が飛行距離の2乗に反比例して小さくなるとともに、
イオン検出信号が減少するという問題点がある。
さらにイオンの初期エネルギーがそろえられないため、
この初期エネルギーの分布がそのまま分解能に影響する
という問題点があることにより、高感度かつ高分解能か
得られないという欠点をもっでいた。
そのため、飛行時間型イオン質量分析装置買は、分析時
間が短く時間的に変化するイオン密度の解析に有用であ
るなどの特徴をもつにもががわらず、四重極型イオン質
量分析装置に比して応用が広く開けることかなかった。
本発明は、従来の飛行時間型イオン質量分析装置の上記
欠点を排除し、高感度かつ高分解能の飛行時間型イオン
質量分析装置を提供することを目的とする。
このため、本発明の飛行時間型イオン質量分析装置は、
イオンの加速・集束手段と、この加速・集束手段で加速
・集束されたイオンを通す入射孔と、該入射孔を通過す
るイオンを発散・集束させる少なくとも1つの発散・集
束手段をそなえた飛行分析段と、該飛行分析段の最終集
束点に配置された出射孔と、該出射孔を通過するイオン
を検出するイオン検出手段とをそなえ、該入射孔に所要
の時1ift幅だけイオンを通すタイミング電極が設け
られるとともに、該イオン加速・集束手段または該発散
・集束手段がイオンを集束させる集束レンズとして構成
されたことを特徴としている。
以下、本発明の−・実施例を図面について説明すると、
第1,2図は本発明の一実施例としての飛行時間型イオ
ン質量分析装置を示すもので、第1図はそのイオン発生
源(こ連結し′ζ出力をオシロスコープ−にに表示した
j烏合の概略図、第2図はそのタイミング電極と駆動回
路の詳細な構造を示す説明図である。
第1図′において、構成ならびに配置を説明すると、イ
オン加速・集束段Aと飛行分析段Cとは、1つの筒Fを
入射孔13を有するタイミング電極B1で仕切ることに
よって区分されている。
そして、イオン加速・集束段Aには、イオン源1かイオ
ン取り出し孔2を介して連結されるとともに、このイオ
ン源1からイオンを加速して取り出す加速手段A1と、
この加速したイオンをタイミング電極B1の杢射孔Bに
集束さぜる集束手段A2とがそなえられる。
一方、飛行分析段Cには入射孔Bを通過するイオンを発
散・集束させる2つの発散・集束手段C1,C2かそな
えられており、この飛行分析段Cのイオン最終集束、I
、′、ξには出射孔1)か配設されている。
この出射孔1)の後にはイオン検出器Eが配置され、イ
オン加速・集束段A、飛行分析段Cおよびイオン検出器
Eか共に真空排気系3に連なっている。
イオン検出器印加電源4に接続されたイオン検出器Eは
、増幅器5を介してオシロスコープ6に接続され、タイ
ミングパルス発生器7は、タイミング電極B1とオシロ
スコープ6とに接続されている。
ところで、加速手段A1はイオン源1に対して加速電位
\7oをもつ加速電極で構成され、集束手段A 2 、
発散・集束手段C1およびC2は高い集束作用をもっ三
電極構造のユニポテンシャルレンズで構I&され、それ
ぞれ電位Vl、\73.\l、が印加されるようになっ
ている。
さらに、タイミング電iB1は、レンズ中央の電極が偏
心した配設となっている三電極構造のユニポテンシャル
レンズで構成され、電位V2が印加されるようになって
いる。
なお、加速手段A1の加速電極は集束手段A2のユニポ
テンシャルレンズのイオン源1側の電極で兼用してもよ
い。また、発散・集束手段(ユニポテンシャルレンス)
C1,C2は、設定されたイオンの飛行距離に応じて適
当数(少な(とも1つ)だけ設けることがで外る。
第1図において、本装置の動作を説明すると、イオン取
り出し孔2を通って加速手段(加速電極)の加速電位V
0の作用でイオン)原1から取り出されたイオンは、集
束手段(ユニポテンシャルレンズ)A2の集束作用によ
り入射孔Bに集束される。
そして、タイミング電極B1の三電極の電位が等電位\
・′oどなる所要の時間幅では、この集束されたイオン
か入射孔t3から飛行分析段Cにイオン軌道を[j旧す
゛られずに入り、イオンは発散・集束手段(ユニポテン
シャルレンズ)CI、C2により発散・集束を繰り返す
軌道すなわちイオン軌道領域10内の軌道を画いて出射
孔りから出てイオン検出器Eで検出される。
また、イオンを検出する所要の時間幅以外では、タイミ
ング電極B1の中心電極にイオンを偏向させる偏同電位
\・“、か印加されるので、イオンはイオン軌道領域1
1ヘイオン軌道を曲げられイオン検出器I艶まで飛行で
きない。
イオン検出器Eで検出され増幅器5で増幅されたイオン
検出信号8は、タイミングパルス発生器7がらのタイミ
ングパルス信号9と同時にオシロスコープ6上に表示さ
れる。
このようにして、入射孔Bがらイオン検出器Eまでのイ
オン飛行時間が、イオン検出信号8のタイミンクパルス
信号9がらの時間遅れ1として観測されるのである。
なお、本装置において、加速・集束手段l\1.ノ〜2
ならびに発散・集束手段C1,C2の一例として用いら
れるユニポテンシャルレンズの集束作用は、エフ・エイ
チ・リ−1’(F、H,Read)によってジャーナル
−オブ・サイエンティフィック・インスッルメンツ(J
S ci、I n5Lr、、 2巻、2号、679頁−
684頁1969年)に公表されている。
次に、第2図において、タイミング電極B1とその駆動
回路の詳細な構造および動作について説明すると、符号
B2.B3.B4.BSはアルミナセラミック板であっ
て、焼成前の練和生乾燥状態で符号B 3. B 4.
 。
B5の原材料表面にそj′Lぞれメタライスインクを塗
布し、同じく練和半乾燥したアルミナセラミック板13
2の原材料でおおい焼成すると、メタライズインクは導
体化し符号B6.B7.B8の平行平板電極となり、全
体は一体化してタイミング電極(ユニポテンシャルレン
ズ)[3■を形成する。
このタイミング電iB1の中央にはイオンの入射孔I3
か開けられており、平行平板電極B G 、 138を
加速手段A1の加速電極と同電位\7oとじ乎1j平板
電極B7(こ偏向電位V、を加えると入射孔B中に不平
等電界か発生し、そこを通過するイオンは偏向されて集
束軌道から外れ、次の飛行分析段を通過することがでと
ない。
第2図中のNl”N)ランン又り71を含む回路はタイ
ミングパルス発生器7の出力段の一部であって、端子7
2に電圧か加えられないとぎは、トランジスタ71は深
くバイアスされていて平行平板電極B7には偏向電位V
、か加えられている。端子72に正電圧か加えられると
、トランジスタ71には飽和電流か流れ、平行平板電極
B7は加速手段A1の加速電極と同電位となり、入射孔
Bを通過するイオンは次の飛行分析段を通過することか
できる。
さて、本発明の装置の作用効果を説明するために、加速
手段A1と集束手段ノ\2とを1つのユニポテンシャル
レンズで兼ね、イオン取り出し孔2からこのユニポテン
シャルレンズまでの距離を40mmに設定し、イオンの
加速電圧をイオンの初期エネルギーの2000倍に設定
した装置を用いた実験例を示す。
この装置では、イオンはレンズ入口で直径1 、8 +
n+nのビームとなり、この際のイオンの初期エネルギ
ーによる差は無視できる程度となる。
また、集束手段A2のユニポテンシャルレンズは、アパ
ーチャの直径を1.0mm、電極間隔を5mm、電極電
位比\7./Vo=20と集束性のよい条件に設定して
いるので、縮小レンズとして使用するユニポテンシャル
レンズの作用で直径を2mmと設定したイオン取り出し
孔2の像は、直径(1,38mfOと小さくなる。その
際の球面収差は0 、 i’、l 6 mmと小さい。
従って、像の大きさと球面収差の大きさとで決まるタイ
ミング電極B 1の入射孔Bの孔径を直径ti 、 S
 manと小さく設定で゛きる。
さらに、発散・集束手段CLC2にも集束性のよいユニ
ポテンシャルレンズを用いることによって、入射孔Bに
おけるイオンの集光立体角をそこなうことなくイオン′
の飛行距離を長くすることかできる。よってタイミング
電極131からイオン検出器Eまでの飛行距離として5
00m+nを設定したと外には、分解能として1000
と高い値かイqられる。
以」二詳述したように本発明の飛行時間型イオン質量分
析装置によれば、イオン源から取り出せるイオンの立体
角が大きくなり、イオンの初期エネルギーをそろえるこ
とかできるとともに、イオンの飛行距離を長くしてもイ
オンの集光立体角をそこなうことなくイオンを検出でき
るので、高い分析感度か摺られるという利点がある。
さらに、タイミング電極の入射孔孔径およびこの入射孔
孔径にほぼ等しいタイミング電極の電極間距離を小さく
で外、目、つ、イオンの飛行距離を長くできるので、タ
イミング電極とイオン検出器との開のイオン飛行距離と
、タイミング電極におけるイオンの出発点の差すなわち
タイミング電極の電極間距離との比にほぼ等しい装置の
分解能が高まるという効果かえられる。
【図面の簡単な説明】
図は、本発明の一実施例としての飛行時間型イオン質量
分析装置を示すもので、第1図はその概略図、第2図は
そのタイミング電極および駆動回路の詳細な構造を示す
説明図である。 1・・イオン源、2・・イオン取り出し孔、3・・真空
排気系、4・・イオン検出器印加電源、5・・イオン検
出手段を構成する増幅器、6−・オシロスコープ、7・
・タイミングパルス発生器、8・・イオン検出信号、9
・・タイミングパルス信号、10.11・・イオン軌道
領域、71・・NPN)ランジスタ、72・・端子、A
・・イオン加速・集束段、A1・・加速手段(加速電極
)、A2・・集束手段(ユニポテンシャルレンズ)、B
・・入射孔、B1・・タイミング電極(ユニポテンシャ
ルレンス)、B2 、 B 3 、 B 4 、 B 
5・・アルミナセラミック板、B6 、 B 7 、1
−38・・平行平板電極、C・・飛行分析段、C1,C
2・・発散・集束手段(ユニポテンシャルレンズ)、D
・・出射孔、E・・イオン検出手段を構成するイオン検
出器、F・・筒。 代理人 弁理士 飯沼義彦

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)イオンの加速・集束手段と、この加速・集束手段
    で加速・集束されたイオンを通す入射孔と、該入射孔を
    通過するイオンを発散・集束させる少なくとも1つの発
    散・集束手段をそなえた飛行分析段と、該飛行分析段の
    最終集束点に配置された出射孔と、該出射孔を通過する
    イオンを検出するイオン検出手段とをそなえ、該入射孔
    に所要の時間幅だけイオンを通すタイミング電極が設け
    られるとともに、該イオン〃11速・集束手段または該
    発散・集束手段がイオンを集束させる集束レンズとして
    構成されたことを特徴とする、飛行時間型イオン質量分
    析装置。
  2. (2)該集束レンズが、三電極構造のユニポテンシャル
    レンズとして構成された、特許請求の範囲第1項に記載
    の飛行時間型イオン質量分析装置。
JP58048533A 1983-03-23 1983-03-23 飛行時間型イオン質量分析装置 Granted JPS59173939A (ja)

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JP58048533A JPS59173939A (ja) 1983-03-23 1983-03-23 飛行時間型イオン質量分析装置

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JPH0124342B2 JPH0124342B2 (ja) 1989-05-11

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01160653U (ja) * 1988-04-27 1989-11-08
WO1998008244A3 (en) * 1996-08-17 1998-04-09 Millbrook Instr Limited Charged particle velocity analyser

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01160653U (ja) * 1988-04-27 1989-11-08
WO1998008244A3 (en) * 1996-08-17 1998-04-09 Millbrook Instr Limited Charged particle velocity analyser

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