WO2018138814A1 - 飛行時間型質量分析装置 - Google Patents

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祐介 坂越
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株式会社島津製作所
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    • H01J49/405—Time-of-flight spectrometers characterised by the reflectron, e.g. curved field, electrode shapes

Definitions

  • the present invention relates to a time-of-flight mass spectrometer (Time-of-Flight Mass Spectrometer, hereinafter abbreviated as “TOFMS”).
  • TOFMS Time-of-Flight Mass Spectrometer
  • TOFMS a constant kinetic energy is applied to ions derived from a sample component to fly in a space of a fixed distance, the time required for the flight is measured, and the mass-to-charge ratio of the ions is calculated from the flight time.
  • the generated ions are temporarily trapped, and only various ions within a predetermined narrow mass-to-charge ratio range are selected, and various processes such as ion cleavage are performed.
  • the ion can be separated with high accuracy according to its mass-to-charge ratio (m / z ratio).
  • the latter TOF section is often equipped with a reflectron for extending the flight distance of ions.
  • FIG. 7 a schematic configuration of a tandem mass spectrometer is shown in FIG. 7 (Patent Document 1).
  • the tandem mass spectrometer includes an ion source 11, a quadrupole mass filter 12, a collision cell 13 having an ion guide 14 disposed therein, an ion trap 15, and a reflectron.
  • a time-of-flight mass separator 16 which is a mold, and an ion detector 17.
  • an ion optical element such as an ion guide or an ion lens for efficiently transporting ions to the subsequent stage is provided between the ion source 11 and the quadrupole mass filter 12 or at any other appropriate location. However, description thereof is omitted here.
  • the ion trap 15 has a three-dimensional quadrupole configuration in which a pair of end cap electrodes 152 and 153 are provided with a ring electrode 151 interposed therebetween. And so on.
  • the time-of-flight mass separator 16 includes an extrusion electrode 161 and a grid electrode 162 as an orthogonal acceleration type ion acceleration unit that accelerates ions flying from the ion source 11 in the previous stage to the ion trap 15 in a direction perpendicular thereto. .
  • a reflectron 164 made up of a large number of plate-like electrodes is disposed at the rear end (lower end in FIG. 7) of the rear-stage TOFMS flight space 163 orthogonal to the front-stage ion flight axis.
  • ion source 11 In the ion source 11 in the previous stage, various compounds contained in the sample are ionized, and in the quadrupole mass filter 12, only precursor ions having a specific mass-to-charge ratio specified in advance pass therethrough.
  • the precursor ions are cleaved inside the collision cell 13 and decomposed into various fragments (product ions and neutral loss).
  • Product ions generated by cleavage and precursor ions that have not been cleaved are introduced into the ion trap 15 and trapped therein.
  • the ions once trapped are ejected in a packet form and sent to the ion acceleration unit of the time-of-flight mass separator 16.
  • a direction substantially perpendicular to the traveling direction by applying initial voltage to each of the ions included in the ion packet by applying a predetermined voltage to the extrusion electrode 161 and the grid electrode 162 at the timing when the ion packet reaches the ion acceleration unit. Accelerate to. The accelerated ions are introduced into the flight space 163, fly back by the action of the reflected electric field formed by the reflectron 164, and finally reach the ion detector 17.
  • TOFMS In TOFMS using a reflectron, in addition to extending the flight distance of ions as described above, highly accurate analysis is possible for the following reasons.
  • a constant acceleration energy is applied to ions derived from a target compound to fly in a space at a constant distance, and the time required for the flight is measured to determine the mass-to-charge ratio of the ions from the flight time.
  • the mass-to-charge ratio is the same, if the initial energy of individual ions varies before acceleration, the variation is reflected in the difference in flight speed, and a time lag occurs when reaching the ion detector. This time shift causes a decrease in mass resolution. Therefore, in order to achieve high mass resolution in TOFMS, it is important to reduce the influence of variations in initial energy of ions.
  • each element (unit) such as the front stage part and the TOF part is stored in the vacuum vessel 18 and the whole is fixed on the chassis 19.
  • the TOFMS assembled and manufactured in this way at the factory is transported to a user's place of use (hereinafter referred to as an installation site) by a truck or the like.
  • the truck is transported to a loading / unloading base near the installation site, but after unloading from the truck or the like, the caster 191 attached to the lower surface of the chassis or (to the chassis) (Without a caster) was mounted and moved on a cart with casters. After the movement, it is fixed by the stopper 192.
  • This invention makes it a subject to provide TOFMS which gave the measure which prevents the fall of the precision which arises when conveying to such an installation site.
  • a time-of-flight mass spectrometer made to solve the above problems is a device that performs mass separation based on the time of flight of ions flying in a flight space, a) an ion transport part for transporting ions; b) an accelerating unit that receives the transported ions and accelerates the ions to be introduced into the flight space; c) a flight unit having the flight space therein; d) a first vacuum vessel surrounding at least a part of the ion transport part and the acceleration part and the flight part; e) a chassis on which the first vacuum vessel is placed; f) A reflector that reverses the flight trajectory of ions that are accelerated by the accelerator and introduced into the flight space, and a second vacuum vessel that surrounds the reflector and can be attached to the end of the first vacuum vessel are fixed. And a reflecting unit.
  • the flying unit may include various devices such as a quadrupole mass filter having a space in which ions generated by the ion source fly in the horizontal direction.
  • the reflectron is composed of a large number of doughnut-shaped plate electrodes arranged in parallel with each other with the center axis aligned, but as described above, when reflecting ions, the reflectron compensates for variations in initial energy.
  • high precision is required for the arrangement of the electrode plates.
  • the arrangement may be shifted due to vibration during conveyance, which leads to a decrease in accuracy of the TOFMS as a whole.
  • the reflection unit can be separated from the first vacuum vessel and the part of the flying part accommodated in the first vacuum vessel, so that the installation site using the TOFMS from the factory that completed the TOFMS When it is transported to and installed in it, it is performed as follows.
  • the completed TOFMS is called an ion transport unit, an acceleration unit, a flight unit (at least a part thereof), a first vacuum vessel, and a chassis on which they are placed (hereinafter collectively referred to as a main unit).
  • the reflector unit (2) Transport the main unit and reflector unit to a loading / unloading site near the installation site by truck or other means of transportation.
  • the reflector unit is transported by a method with special care so as not to give vibration to the unit.
  • (3) Remove the main unit and reflector unit from the transportation means at the loading / unloading site.
  • the main unit is either provided with a caster in the chassis or mounted on a cart with casters and moved to the installation site using these casters. At this time, the vibration accompanying the rotation of the caster is generated. However, since the reflecting unit is not fixed to the main unit, the reflecting unit is not affected by the vibration.
  • the reflector unit is moved from the loading / unloading site to the installation site by means and method with less vibration than moving by casters. This movement may be performed by sliding on a rail installed on the floor, or may be performed manually.
  • the reflecting part of the reflecting unit is attached to the end of the flying part of the main unit that has been moved and fixed first, and the second vacuum container is attached to the end of the first vacuum container, and fixed respectively. .
  • the assembly of the TOFMS is completed at the installation site and can be used.
  • the chassis includes a caster as described above.
  • the second vacuum vessel may be fixed on the sub chassis via a damper for absorbing vibration, and the sub chassis may be fixed to the chassis. Thereby, fixation of a main body unit and a reflection part unit becomes more reliable.
  • a caster (subchassis caster) may be provided in this subchassis.
  • the damper reduces the influence of vibration during movement on the reflecting portion. Note that this damper may not be provided as long as appropriate measures are taken against vibration during movement by the subchassis caster, or the subchassis caster may be provided directly on the second vacuum vessel.
  • a portion of the bottom surface of the chassis including a portion immediately below a position (attachment position) where the second vacuum container is attached to the first vacuum container has a notch into which the reflector unit can be inserted.
  • the reflecting unit can be easily carried directly under the mounting position, and the mounting work is facilitated.
  • the reflection unit can be carried directly under the attachment position only by movement using the sub-chassis caster, so that the installation work is further facilitated.
  • the reflector unit can be separated from the first vacuum vessel and the part of the flying part accommodated in the first vacuum vessel. Therefore, when the TOFMS is transported from the completed factory to the installation site.
  • the main unit in the transportation from the loading / unloading base near the installation site to the installation site, the main unit can be easily moved by a caster provided on the chassis or the carriage on which the main unit is mounted, while the reflecting unit is The main unit can be moved to the installation site without being affected by the vibration caused by the caster movement. Therefore, the high assembly accuracy of the reflection part completed in the factory is maintained as it is during transportation and movement to the installation site.
  • the schematic block diagram which shows one Embodiment of TOFMS which concerns on this invention The schematic block diagram which shows the reflection part unit in TOFMS of this embodiment.
  • the TOFMS 10 of this embodiment includes an ion source 11, a quadrupole mass filter 12, a collision cell 13, an ion guide 14, an ion trap 15, and a time-of-flight mass separation similar to the conventional TOFMS described above. And an ion detector 17.
  • the time-of-flight mass separator 16 includes the extrusion electrode 161, the grid electrode 162, the TOFMS flight space 163, and the reflectron (reflection part) 164.
  • the TOFMS 10 of this embodiment is an orthogonal acceleration type TOFMS that accelerates ions in a direction orthogonal to the incident direction of the ion beam.
  • the TOFMS 10 includes an ion source 11, a quadrupole mass filter 12, a collision cell 13, an ion guide 14, an ion trap 15, an extrusion electrode 161, a grid electrode 162, an ion detector 17, and a part of the TOFMS flight space 163.
  • a first vacuum vessel (upper vacuum vessel) 18A that houses a certain upper TOFMS flight space 163A is provided.
  • the vertical cross section of the first vacuum vessel 18A has a shape such that the L shape is tilted sideways, where one end of the horizontal space extending in the horizontal direction and the upper end of the vertical space extending in the vertical direction are connected.
  • the ion source 11, the quadrupole mass filter 12, the collision cell 13, the ion guide 14, and the ion trap 15 are accommodated in a horizontal space, and the TOFMS flight space 163 is formed in a vertical space.
  • the quadrupole mass filter 12, the ion guide 14, and the ion trap 15 correspond to the aforementioned ion transport section.
  • the extrusion electrode 161, the grid electrode 162, and the ion detector 17 are disposed at a portion where the horizontal space and the vertical space intersect. In the first vacuum vessel 18A alone, the lower end of the vertical space is open.
  • the first vacuum vessel 18A is placed on the chassis 19 and fixed. As in the case of conventional TOFMS, a caster 191 and a stopper 192 are attached to the lower surface of the chassis 19.
  • the TOFMS 10 includes a second vacuum vessel (lower vacuum vessel) 28 that houses the reflectron 164 and the lower TOFMS flight space 163B, which is the remaining portion of the TOFMS flight space 163.
  • the second vacuum vessel 28 alone, the upper end is opened.
  • the lower end of the vertical space of the first vacuum vessel 18A and the upper end of the second vacuum vessel 28 are fastened by bolts, and a vacuum seal (not shown) for maintaining airtightness is provided between the two.
  • the first vacuum vessel 18A and the second vacuum vessel 28 are integrated to form a vacuum space in which ions fly.
  • the second vacuum container 28 is fixed to the subchassis 21.
  • the sub chassis 21 has a sub chassis caster 22 attached to the lower surface.
  • a damper 23 for absorbing vibration is provided between the subchassis 21 and the second vacuum vessel 28.
  • the sub-chassis 21 is fixed to the chassis 19 with bolts while being placed on the chassis 19. In this state, the sub chassis caster 22 is floating in the air.
  • the subchassis 21 may be fixed on the side of the chassis 19. In any case, fixing the sub-chassis 21 to the chassis 19 makes the sub-chassis 21 integral with the chassis 19 (part of the chassis 19), thereby increasing the strength of the chassis 19.
  • the damper 23 may be provided between the wall of the second vacuum vessel 28 and the reflectron 164, that is, in the second vacuum vessel 28 in that no vibration is applied to the reflectron 164. Therefore, it is desirable to provide between the sub-chassis 21 and the second vacuum container 28 which are outside the second vacuum container 28.
  • the reflection unit 164 is configured by a combination of the reflectron 164, the second vacuum vessel 28, the sub chassis 21, the sub chassis caster 22, and the damper 23 (see FIG. 2).
  • the operation of the TOFMS 10 according to the present embodiment at the time of mass spectrometry is the same as that of the conventional TOFMS, the description thereof is omitted. Below, operation at the time of shipping TOFMS10 from a factory and installing in an installation location is demonstrated.
  • the completed TOFMS 10 is separated into the reflection unit 20 and other parts at the factory (FIG. 3).
  • the portions other than the reflection unit 20 are moved by a caster 191 after the stopper 192 is released, and mounted on a transportation means such as a truck.
  • a transportation means such as a truck.
  • the vibration received from the floor surface is transmitted to the portion via the caster 191, but the reflectron 164 is not provided in the portion and therefore is not affected by the vibration.
  • the reflector unit 20 provided with the reflectron 164 is moved to the transportation means as carefully as possible so as not to give vibration.
  • the sub chassis caster 22 may be used.
  • the damper 23 may not be able to absorb vibrations, so the reflector unit 20 is lifted and moved so as not to give vibration to the reflectron 164.
  • a rail may be installed on the floor and moved by sliding the reflector unit 20 on the rail.
  • the reflector unit 20 and other parts are transported to a loading / unloading location near the installation location by means of transportation.
  • at least the reflector unit 20 should take special care not to give vibration as much as possible, such as using a truck equipped with an air suspension that absorbs vibration, or mounting the reflector unit 20 on a vibration control table. Transport by paid method.
  • the reflection unit 20 and other parts are removed from the transportation means.
  • the portions other than the reflection unit 20 are moved to the installation location using the casters 191 after the stopper 192 is released.
  • the caster 22 is used on a flat floor, the rail is lifted on an uneven road, or a rail installed on the floor is used. Move to the installation location.
  • the part other than the reflection unit 20 is moved to the position where the TOFMS 10 is installed, and fixed to the position with the stopper 192.
  • the reflecting unit 20 is moved below the first vacuum vessel 18A, and the second vacuum vessel 28 and the first vacuum vessel 18A are fastened with bolts. Further, the sub chassis 21 and the chassis 19 are fixed. Thereby, the installation of the TOFMS 10 at the installation location is completed.
  • a notch 193 into which the reflector unit 20 can be inserted is provided on the bottom surface of the chassis 19 immediately below the first vacuum vessel 18A.
  • the reflection unit 20 can be easily carried to just below the attachment location.
  • the strength of the chassis 19 is reduced by this notch, the chassis 19 and the sub-chassis 21 of the reflection unit are fixed, so that the sub-chassis 21 is integrated with the chassis 19 and the strength of the chassis 19 can be increased.
  • the reflecting unit 20 can be separated from other parts, so that the reflecting unit 20 can be moved while suppressing the influence of vibration during transportation. Can be easily moved using a caster 191. Therefore, the high assembly accuracy of the reflectron 164 completed in the factory is maintained as it is in transportation and movement to the installation location.
  • the damper 23 suppresses the transmission of vibrations caused by a vacuum pump (not shown) that evacuates the inside of the vacuum vessel to the reflectron 164 when the TOFMS 10 is used. This also contributes to maintaining the high assembly accuracy of Ron 164.
  • the TOFMS of this embodiment can be variously modified.
  • the damper 23 is provided between the subchassis 21 and the second vacuum vessel 28, but the damper 23 may be omitted as in the reflection unit 20A shown in FIG.
  • the reflecting unit 20A is transported, the reflecting unit 20A is lifted and moved without using the sub-chassis caster 22 so that vibration from the floor surface is not transmitted to the reflectron 164.
  • the sub-chassis caster 22 may be used for a slight distance in order to move the reflector unit 20A using the sub-chassis caster 22. Absent. This facilitates the work at the installation location.
  • the sub-chassis caster 22 may be omitted as in the reflection unit 20B shown in FIG. 5B, or the sub-chassis 21 may be omitted as in the reflection unit 20C shown in FIG. Good. Further, as in the reflection unit 20D shown in FIG. 5 (d), the caster 22A may be provided on the lower surface of the second vacuum vessel 28 after the subchassis 21 is omitted.
  • the caster 191 is provided on the lower surface of the chassis 19, but the caster 191 may be omitted.
  • the chassis 19 may be mounted on a cart having casters and moved to an installation location.
  • an orthogonal acceleration type acceleration unit that accelerates ions in a direction orthogonal to the incident direction of the ion beam.
  • the ion trap 15 is used to accelerate ions in the same direction as the incident direction of the ion beam. May be.
  • FIG. an ion trap 15 is provided so that ions flying in the horizontal direction are incident, and a TOFMS flight space 1631 in which ions fly in the horizontal direction and a reflectron 1641 for reflecting the ions are provided in the subsequent stage of the ion trap 15. ing.
  • the ion trap 15, each component in the preceding stage, and the detector 17, and a part of the TOFMS flight space 1631 are accommodated in the first vacuum vessel 18B, and the remaining part of the reflectron 1641 and the TOFMS flight space 1631 is the second vacuum. It is accommodated in the container 28B.
  • the first vacuum vessel 18B and the second vacuum vessel 28B are provided so that the openings face each other at the same height, and both are fastened so that the openings communicate with each other at the installation location.
  • the second vacuum container 28B is provided on a sub chassis 21B having a sub chassis caster 22B provided on the lower surface via a support column.
  • the reflectron 1641, a part of the TOFMS flight space 1631, the second vacuum vessel 28B, the subchassis 21B, and the subchassis caster 22B constitute a reflecting unit 20E.

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Abstract

本発明は、設置サイトまで搬送する際に生じる精度の低下を防止する方策を施した質量分析装置（ＴＯＦＭＳ）を提供する。飛行空間を飛行するイオンの飛行時間に基づいて質量分離を行う飛行時間型ＴＯＦＭＳであって、イオンを輸送するイオン輸送部(１２，１４，１５)、該輸送されたイオンを受け取り、該イオンを前記飛行空間に導入するように加速する加速部（押出し電極（１６１）等）と、前記飛行空間を内部に有する飛行部と、前記イオン輸送部及び前記加速部、並びに前記飛行部の少なくとも一部を囲う第一真空容器（１８Ａ）と、第一真空容器（１８Ａ）を載置したシャーシ（１９）と、前記加速部により加速され飛行空間に導入されたイオンの飛行軌道を反転させる反射部（リフレクトロン１６４）及び第一真空容器（１８Ａ）の端に取り付け可能な前記反射部を囲う第二真空容器（２８）とが固定された反射部ユニット（２０）とを備える。搬送時に反射部ユニット（２０）をそれ以外の部分から分離することができるため、それ以外の部分は例えばシャーシ（１９）に設けたキャスター（１９１）で容易に移動させ、反射部ユニット（２０）はキャスター（１９１）での移動による振動の影響を受けることなく移動させることができる。

Description

飛行時間型質量分析装置
　本発明は飛行時間型質量分析装置（Time-of-Flight Mass Spectrometer、以下「ＴＯＦＭＳ」と略す）に関する。
　一般に、ＴＯＦＭＳでは、試料成分由来のイオンに一定の運動エネルギを付与して一定距離の空間を飛行させ、その飛行に要する時間を計測して該飛行時間からイオンの質量電荷比を算出する。
　ＴＯＦＭＳでは、前段において、生成したイオンを一旦トラップして所定の狭い質量電荷比範囲内のイオンのみを選択したり、イオンを開裂する等の操作を行う等、様々な処理を行い、後段のＴＯＦ部によりイオンをその質量電荷比（m/z比）に応じて高精度に分離することができる。その高精度分離という特長を更に生かすため、後段のＴＯＦ部においては、イオンの飛行距離を延ばすためのリフレクトロンを備えたものが多く用いられる。
　このようなＴＯＦＭＳの一例として、タンデム型質量分析装置の概略構成を図７に示す（特許文献１）。このタンデム型質量分析装置は、真空容器１８の内部に、イオン源１１と、四重極マスフィルタ１２と、内部にイオンガイド１４が配設されたコリジョンセル１３と、イオントラップ１５と、リフレクトロン型である飛行時間型質量分離器１６と、イオン検出器１７とを備える。なお、通常、イオン源１１と四重極マスフィルタ１２との間やそれ以外の適宜の箇所に、イオンを後段へと効率よく輸送するためのイオンガイドやイオンレンズなどのイオン光学素子が設けられるが、ここではそれらについては記載を省略している。図７では、イオントラップ１５は、リング電極１５１を挟んで一対のエンドキャップ電極１５２、１５３を設けた３次元四重極型の構成であるが、イオンを蓄積可能であればよく、リニアイオントラップ等に置換されることもある。
　飛行時間型質量分離器１６は、前段のイオン源１１からイオントラップ１５まで飛行してきたイオンをそれに垂直な方向に加速する直交加速型のイオン加速部として、押出し電極１６１とグリッド電極１６２とを有する。そして、該前段のイオン飛行軸と直交する後段のＴＯＦＭＳ飛行空間１６３の後端（図７では下端）には、多数の板状電極からなるリフレクトロン１６４が配置されている。
　前段のイオン源１１において、試料に含まれる各種化合物がイオン化され、四重極マスフィルタ１２において、予め指定された特定の質量電荷比を有するプリカーサイオンのみがそこを通過する。プリカーサイオンはコリジョンセル１３の内部で開裂され、様々な断片（プロダクトイオン及びニュートラルロス）に分解される。開裂により生成されたプロダクトイオン及び開裂しなかったプリカーサイオンはイオントラップ１５内に導入され、そこに捕捉される。イオントラップ１５では、一旦捕捉したイオンをパケット状に射出し、飛行時間型質量分離器１６のイオン加速部に送り出す。
  イオンパケットがイオン加速部に到達したタイミングで、押出し電極１６１及びグリッド電極１６２に所定電圧を印加することにより、イオンパケットに含まれる各イオンにそれぞれ初期エネルギを与えてその進行方向と略直交する方向に加速する。加速されたイオンは飛行空間１６３に導入され、リフレクトロン１６４により形成された反射電場の作用で折返し飛行し、最終的にイオン検出器１７に到達する。
  リフレクトロンを用いたＴＯＦＭＳでは、前記のようにイオンの飛行距離を延ばすという理由の他、次の理由により、高精度な分析が可能となる。
　ＴＯＦＭＳは、目的化合物由来のイオンに一定の加速エネルギを付与して一定距離である空間を飛行させ、その飛行に要する時間を計測して飛行時間からイオンの質量電荷比を求める。質量電荷比が同じであっても、加速前に個々のイオンが持つ初期エネルギがばらついていると、そのばらつきが飛行速度の相違に反映され、イオン検出器に到達する際に時間ずれが起こる。この時間ずれが質量分解能の低下をもたらす。そのため、ＴＯＦＭＳにおいて高い質量分解能を達成するには、イオンが持つ初期エネルギのばらつきの影響を軽減することが重要である。
  初期エネルギにばらつきがある同一質量電荷比のイオンの飛行時間を収束させるには、反射電場によってイオンの飛行軌道を反転させるリフレクトロンが有効である。即ち、リフレクトロンにより形成される反射電場中にイオンが入射すると、同一質量電荷比であっても相対的に大きなエネルギを有するイオンほど奥まで進んで折り返す。そのため、相対的に大きなエネルギを有し飛行速度が速いイオンほど実質的な飛行距離が長くなり、それによって飛行時間のずれが修正される。これにより、リフレクトロン付ＴＯＦＭＳでは同一の質量電荷比を有するイオンの時間収束性（又はエネルギ収束性）を高め、質量分解能を改善することができる。
特開2014-165053号公報
　上記構成を有するＴＯＦＭＳは、実際の製品では、前段部やＴＯＦ部といった各要素（ユニット）が真空容器１８に収納され、全体がシャーシ１９上に固定される。工場においてこうして組み立てられ、製造されたＴＯＦＭＳは、トラック等によりユーザの使用場所（以下、これを設置サイトと呼ぶ。）まで搬送される。その際、設置サイトの近くの積み卸し拠点まではトラック等により輸送されるが、トラック等から積み降ろした後、設置サイトまでは、前記シャーシの下面に取り付けられたキャスター１９１により、あるいは（シャーシにはキャスターを設けずに）キャスター付きの台車に搭載して移動されていた。移動後は、ストッパー１９２により固定される。
　ところが、こうして設置サイトまで搬送したＴＯＦＭＳを実際に使用すると、工場出荷時に得られた（作り込まれた）精度と同程度の精度が得られない場合がある。
　本発明は、このような、設置サイトまで搬送する際に生じる精度の低下を防止する方策を施したＴＯＦＭＳを提供することを課題とする。
　上記課題を解決するために成された本発明に係る飛行時間型質量分析装置は、飛行空間を飛行するイオンの飛行時間に基づいて質量分離を行う装置であって、
　a) イオンを輸送するイオン輸送部と、
　b) 該輸送されたイオンを受け取り、該イオンを前記飛行空間に導入するように加速する加速部と、
　c) 前記飛行空間を内部に有する飛行部と、
　d) 前記イオン輸送部及び前記加速部、並びに前記飛行部の少なくとも一部を囲う第一真空容器と、
　e) 前記第一真空容器を載置したシャーシと、
　f) 前記加速部により加速され前記飛行空間に導入されたイオンの飛行軌道を反転させる反射部と、前記第一真空容器の端に取り付け可能な、前記反射部を囲う第二真空容器とが固定された反射部ユニットと
を備えることを特徴とする。
　上記飛行部には、四重極マスフィルタ等、イオン源で生成されたイオンが水平方向に飛行する空間を内部に有する様々な装置が含まれ得る。
　上記課題を解決する方策を探る中で、本発明者は、前記精度の低下は、ＴＯＦＭＳ中の、特にリフレクトロンにその一因があることを見いだした。すなわち、リフレクトロンは、中心軸を揃えられた、互いに平行に配列された多数のドーナツ状の平板電極により構成されるが、前述のようにイオンを反射する際、初期エネルギのバラツキを補償するような電場を形成するために、各電極板の配置には高い精度が要求される。しかし、工場でリフレクトロンを高い精度で製造しても、搬送時の振動によりその配置がずれることがあり、これがＴＯＦＭＳ全体としての精度低下につながる。
　本発明に係るＴＯＦＭＳでは、反射部ユニットを第一真空容器及び該第一真空容器に収容された飛行部の部分から分離することができるため、該ＴＯＦＭＳを完成した工場からそれを使用する設置サイトに搬送し、そこに設置する際、次のように行う。
　(1) まず、完成したＴＯＦＭＳを、イオン輸送部、加速部、飛行部（の少なくとも一部）、第一真空容器、及びそれらを載置したシャーシ（以下、これらをまとめて本体ユニットと呼ぶ。）と、反射部ユニットとに分離する。
　(2) 本体ユニットと反射部ユニットを設置サイトの近くの積み卸し拠点までトラック等の輸送手段により輸送する。ここで、少なくとも反射部ユニットについては、それに振動を与えないように、特別の注意を払った方法により輸送を行う。
　(3) 積み卸し拠点で本体ユニット及び反射部ユニットを輸送手段から降ろす。本体ユニットは、シャーシにキャスターを設けておくか、キャスター付きの台車に搭載し、それらキャスターを用いて設置サイトまで移動させる。この際、キャスターの回転に伴う振動が発生するが、本体ユニットには反射部ユニットが固定されていないため、反射部ユニットが振動により影響を受けることはない。
　(4) 反射部ユニットは、積み卸し拠点から、キャスターによる移動よりも振動の少ない手段・方法で、設置サイトまで移動させる。この移動は、床上に設置したレール上を滑動させることにより行ってもよいし、人力で運搬することにより行ってもよい。
　(5) 設置サイトにおいて、先に移動され、そこで固定された本体ユニットの飛行部の端に反射部ユニットの反射部を取り付け、第一真空容器の端に第二真空容器を取り付け、それぞれ固定する。これにより、設置サイトにおいて該ＴＯＦＭＳの組み立てが完成し、使用可能となる。
　本体ユニットの輸送を容易にするために、前述のように、シャーシはキャスターを備えることが望ましい。
　本発明に係るＴＯＦＭＳにおいて、前記第二真空容器を、振動を吸収するためのダンパーを介してサブシャーシ上に固定し、該サブシャーシを前記シャーシに固定可能としてもよい。これにより、本体ユニットと反射部ユニット相互の固定がより確実となる。
　また、このサブシャーシにもキャスター（サブシャーシキャスター）を設けてもよい。これにより、反射部ユニットの移動が容易となる。この場合、前記ダンパーにより、移動時における振動の影響が反射部に及ぶことが軽減される。なお、サブシャーシキャスターによる移動時の振動に対して適切な対策が講じられれば、このダンパーは無くてもよく、あるいは第二真空容器に直接サブシャーシキャスターを設けてもよい。
　前記シャーシの底面の、前記第一真空容器に前記第二真空容器が取り付けられる位置（取り付け位置）の直下を含む部分に、前記反射部ユニットを挿入可能な切欠きを有することが望ましい。これにより、反射部ユニットを移動させて切欠きに挿入することで、取り付け位置の直下に反射部ユニットを容易に搬入することができ、取り付け作業が容易になる。特に、反射部ユニットがサブシャーシキャスターを有する場合には、サブシャーシキャスターを用いた移動だけで反射部ユニットを取り付け位置の直下に搬入することができるため、一層、取り付け作業が容易になる。
　本発明に係るＴＯＦＭＳでは、反射部ユニットを第一真空容器及び該第一真空容器に収容された飛行部の部分から分離することができるため、該ＴＯＦＭＳを完成した工場から設置サイトまで輸送する際、特に設置サイトの近くの積み卸し拠点から該設置サイトまでの輸送において、本体ユニットはシャーシ又は本体ユニットを搭載する台車に設けられたキャスターにより容易に移動させることができ、一方、反射部ユニットはその本体ユニットのキャスター移動による振動の影響を受けることなく設置サイトまで移動させることができる。そのため、工場において完成された反射部の高い組み立て精度が設置サイトまでの輸送・移動においてそのまま維持される。
本発明に係るＴＯＦＭＳの一実施形態を示す概略構成図。 本実施形態のＴＯＦＭＳにおける反射部ユニットを示す概略構成図。 本実施形態のＴＯＦＭＳにおいて、反射部ユニットとそれ以外の部分を分離した状態を示す概略構成図。 本実施形態のＴＯＦＭＳにおけるシャーシ及びサブシャーシの上面図。 本実施形態のＴＯＦＭＳにおける反射部ユニットの変形例を示す概略構成図。 本発明に係るＴＯＦＭＳの変形例を示す概略構成図。 従来のＴＯＦＭＳの一例を示す概略構成図。
　図１～図６を用いて、本発明に係るＴＯＦＭＳの実施形態を説明する。
　本実施形態のＴＯＦＭＳ１０は、図１に示すように、前述した従来のＴＯＦＭＳと同様のイオン源１１、四重極マスフィルタ１２、コリジョンセル１３、イオンガイド１４、イオントラップ１５、飛行時間型質量分離器１６及びイオン検出器１７を有する。飛行時間型質量分離器１６は、前述の通り、押出し電極１６１、グリッド電極１６２、ＴＯＦＭＳ飛行空間１６３及びリフレクトロン（反射部）１６４を備える。イオン源１１の直後から飛行時間型質量分離器１６の直前までの部分は、イオンを略水平に飛行させ、飛行時間型質量分離器１６内の押出し電極１６１及びグリッド電極１６２を合わせたものは、イオンを下方に飛行させるように加速する。このように、本実施形態のＴＯＦＭＳ１０は、イオンビームの入射方向と直交する方向にイオンを加速する直交加速型のＴＯＦＭＳである。
　また、ＴＯＦＭＳ１０は、イオン源１１、四重極マスフィルタ１２、コリジョンセル１３、イオンガイド１４、イオントラップ１５、押出し電極１６１、グリッド電極１６２及びイオン検出器１７、並びにＴＯＦＭＳ飛行空間１６３の一部である上部ＴＯＦＭＳ飛行空間１６３Ａを収容する第一真空容器（上部真空容器）１８Ａを備える。第一真空容器１８Ａの縦断面は、横方向に延びる横空間の一端と縦方向に延びる縦空間の上端が接続された、Ｌの字を横に倒したような形状を呈している。イオン源１１、四重極マスフィルタ１２、コリジョンセル１３、イオンガイド１４及びイオントラップ１５は横空間に収容されており、ＴＯＦＭＳ飛行空間１６３は縦空間に形成されている。四重極マスフィルタ１２、イオンガイド１４及びイオントラップ１５は、前述のイオン輸送部に該当する。押出し電極１６１、グリッド電極１６２及びイオン検出器１７は、横空間と縦空間が交わる部分に配置されている。第一真空容器１８Ａ単独では、縦空間の下端は開放されている。
　第一真空容器１８Ａは、シャーシ１９に載置され、固定されている。シャーシ１９には、従来のＴＯＦＭＳの場合と同様に、下面にキャスター１９１及びストッパー１９２が取り付けられている。
　さらに、ＴＯＦＭＳ１０は、リフレクトロン１６４、及びＴＯＦＭＳ飛行空間１６３の残りの部分である下部ＴＯＦＭＳ飛行空間１６３Ｂを収容する第二真空容器（下部真空容器）２８を備える。第二真空容器２８単独では、上端が開放されている。第一真空容器１８Ａの縦空間の下端と第二真空容器２８の上端はボルトにより締結されており、両者の間には気密を維持するための真空シール（図示せず）が設けられている。これにより、第一真空容器１８Ａと第二真空容器２８を一体として、イオンが飛行する真空の空間が形成されている。
　第二真空容器２８は、サブシャーシ２１に固定されている。サブシャーシ２１は、下面にサブシャーシキャスター２２が取り付けられている。サブシャーシ２１と第二真空容器２８の間には、振動を吸収するダンパー２３が設けられている。サブシャーシ２１は、シャーシ１９に載置した状態で、ボルトによりシャーシ１９に固定されている。この状態では、サブシャーシキャスター２２は宙に浮いている。なお、サブシャーシ２１は、シャーシ１９の側部で固定してもよい。いずれにせよ、サブシャーシ２１をシャーシ１９に固定することにより、サブシャーシ２１がシャーシ１９と一体（シャーシ１９の一部）となり、シャーシ１９の強度が増す。なお、ダンパー２３は、リフレクトロン１６４に振動を与えないという点では第二真空容器２８の壁とリフレクトロン１６４の間、すなわち第二真空容器２８内に設けることも考えられるが、ダンパー２３がガスの発生源となって第二真空容器２８内の真空度を低下させる原因となるため、第二真空容器２８の外側であるサブシャーシ２１と第二真空容器２８の間に設けることが望ましい。
　これらリフレクトロン１６４、第二真空容器２８、サブシャーシ２１、サブシャーシキャスター２２及びダンパー２３を合わせたものにより、反射部ユニット２０が構成される（図２参照）。
　本実施形態のＴＯＦＭＳ１０の質量分析時の動作は、従来のＴＯＦＭＳと同様であるため、説明を省略する。以下では、ＴＯＦＭＳ１０を工場から出荷して、設置箇所に設置する際の操作を説明する。
　まず、完成したＴＯＦＭＳ１０を、工場で反射部ユニット２０とそれ以外の部分に分離する（図３）。反射部ユニット２０以外の部分は、ストッパー１９２を解除してキャスター１９１により移動させ、トラック等の輸送手段に搭載する。その際、当該部分にはキャスター１９１を介して床面から受ける振動が伝わるが、リフレクトロン１６４は当該部分には設けられていないため、この振動の影響を受けることはない。一方、リフレクトロン１６４が設けられた反射部ユニット２０は、振動を与えないように、できるだけ慎重に輸送手段まで移動させる。その際、輸送手段までの経路のうち平坦な床面では、ダンパー２３により振動を吸収することができるため、サブシャーシキャスター２２を用いてもよい。一方、凹凸のある路面では、ダンパー２３で振動を吸収し切れないおそれがあるため、リフレクトロン１６４に振動を与えないように反射部ユニット２０を持ち上げて移動させる。あるいは、床面にレールを設置して、該レール上で反射部ユニット２０を滑動させることにより移動させてもよい。
　次に、反射部ユニット２０及びそれ以外の部分を、輸送手段によって設置箇所の近傍の積み卸し箇所まで輸送する。その際、振動を吸収するエアサスペンションを装備したトラックを使用したり、反射部ユニット２０を制震台に搭載するなど、少なくとも反射部ユニット２０は、できるだけ振動を与えないように、特別の注意を払った方法により輸送を行う。
　積み卸し箇所に到着した後、反射部ユニット２０及びそれ以外の部分を輸送手段から下ろす。そして、工場から輸送手段に移動させたときと同様に、反射部ユニット２０以外の部分は、ストッパー１９２を解除したうえでキャスター１９１を用いて設置箇所まで移動させる。また、反射部ユニット２０も工場から輸送手段に移動させたときと同様に、平坦な床面ではキャスター２２を用いて、凹凸のある路面では持ち上げて、あるいは床面に設置したレールを用いて、設置箇所まで移動させる。
　設置箇所においては、まず、反射部ユニット２０以外の部分を、ＴＯＦＭＳ１０を設置する位置に移動させ、ストッパー１９２で当該位置に固定する。次に、反射部ユニット２０を第一真空容器１８Ａの下に移動させ、第二真空容器２８と第一真空容器１８Ａをボルトで締結する。また、サブシャーシ２１とシャーシ１９を固定する。これにより、設置箇所へのＴＯＦＭＳ１０の設置が完了する。
　図４に上面図で示すように、シャーシ１９の底面には、第一真空容器１８Ａの直下に、反射部ユニット２０を挿入可能な切欠き１９３が設けられている。これにより、反射部ユニット２０のサブシャーシキャスター２２を用いて、反射部ユニット２０を容易に取付箇所の直下まで搬入させることができる。この切欠きによりシャーシ１９の強度が低下するものの、シャーシ１９と反射部ユニットのサブシャーシ２１を固定することで、サブシャーシ２１がシャーシ１９と一体化し、シャーシ１９の強度を増すことができる。
　本実施形態のＴＯＦＭＳ１０によれば、反射部ユニット２０をそれ以外の部分と分離することができるため、輸送時に、反射部ユニット２０は振動の影響を抑えつつ移動させることができ、それ以外の部分はキャスター１９１を用いて容易に移動させることができる。そのため、工場において完成されたリフレクトロン１６４の高い組み立て精度が、設置箇所までの輸送・移動においてそのまま維持される。
　また、本実施形態のＴＯＦＭＳ１０では、反射部ユニット２０にサブシャーシキャスター２２及びダンパー２３を設けているため、平坦な床面であればサブシャーシキャスター２２を用いて反射部ユニット２０を容易に移動させることができる。また、ダンパー２３は、ＴＯＦＭＳ１０を使用する際に、真空容器容器内を真空引きする真空ポンプ（図示せず）等に起因して発生する振動がリフレクトロン１６４に伝わることを抑制し、それによりリフレクトロン１６４の高い組み立て精度を維持することにも寄与する。
　本実施形態のＴＯＦＭＳは、種々の変形が可能である。
　例えば、上記実施形態では、サブシャーシ２１と第二真空容器２８の間にダンパー２３を設けたが、図５(a)に示す反射部ユニット２０Ａのように、ダンパー２３は省略してもよい。この場合、反射部ユニット２０Ａの輸送時には、床面からの振動がリフレクトロン１６４に伝わらないように、サブシャーシキャスター２２は使用せずに、反射部ユニット２０Ａを持ち上げて移動させる。但し、設置箇所で作業を行う際には、床面が平坦であれば、サブシャーシキャスター２２を用いて反射部ユニット２０Ａを移動させるためにわずかな距離だけサブシャーシキャスター２２を使用しても差し支えない。これにより、設置箇所での作業が容易になる。あるいは、図５(b)に示す反射部ユニット２０Ｂのようにサブシャーシキャスター２２を省略してもよいし、図５(c)に示す反射部ユニット２０Ｃのようにサブシャーシ２１を省略してもよい。また、図５(d)に示す反射部ユニット２０Ｄのように、サブシャーシ２１を省略したうえで、第二真空容器２８の下面にキャスター２２Ａを設けてもよい。
　上記実施形態ではシャーシ１９の下面にキャスター１９１を設けたが、キャスター１９１は省略してもよい。この場合、シャーシ１９は、キャスターを有する台車に搭載して設置場所まで移動させればよい。
　上記実施形態ではイオンビームの入射方向と直交する方向にイオンを加速する直交加速型の加速部を用いたが、イオントラップ１５を用いてイオンビームの入射方向と同じ方向にイオンを加速するようにしてもよい。そのような例を図６に示す。この例では、水平方向に飛行するイオンが入射するようにイオントラップ１５を設け、イオントラップ１５の後段に、イオンが水平方向に飛行するＴＯＦＭＳ飛行空間１６３１及び該イオンを反射するリフレクトロン１６４１を設けている。イオントラップ１５、その前段の各構成要素、及び検出器１７、並びにＴＯＦＭＳ飛行空間１６３１の一部は第一真空容器１８Ｂに収容され、リフレクトロン１６４１及びＴＯＦＭＳ飛行空間１６３１の残りの部分は第二真空容器２８Ｂに収容されている。第一真空容器１８Ｂと第二真空容器２８Ｂは互いに開口が同じ高さで対向するように設けられており、両者は設置箇所において開口が連通するように締結される。第二真空容器２８Ｂは、下面にサブシャーシキャスター２２Ｂが設けられたサブシャーシ２１Ｂ上に支柱を介して設けられている。これらリフレクトロン１６４１、ＴＯＦＭＳ飛行空間１６３１の一部、第二真空容器２８Ｂ、サブシャーシ２１Ｂ及びサブシャーシキャスター２２Ｂから、反射部ユニット２０Ｅが構成される。
　本発明は上記実施形態及び上記変形例には限定されず、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
１０…ＴＯＦＭＳ
１１…イオン源
１２…四重極マスフィルタ
１３…コリジョンセル
１４…イオンガイド
１５…イオントラップ
１５１…リング電極
１５２…エンドキャップ電極
１６…飛行時間型質量分離器
１６１…押出し電極
１６２…グリッド電極
１６３、１６３１…ＴＯＦＭＳ飛行空間
１６３Ａ…上部ＴＯＦＭＳ飛行空間
１６３Ｂ…下部ＴＯＦＭＳ飛行空間
１６４、１６４１…リフレクトロン
１７…イオン検出器
１８…真空容器
１８Ａ、１８Ｂ…第一真空容器
２８、２８Ｂ…第二真空容器
１９…シャーシ
１９１…キャスター
１９２…ストッパー
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ…反射部ユニット
２１、２１Ｂ…サブシャーシ
２２、２２Ｂ…サブシャーシキャスター
２２Ａ…キャスター
２３…ダンパー

Claims (7)

  1. 　飛行空間を飛行するイオンの飛行時間に基づいて質量分離を行う飛行時間型質量分析装置であって、
    　a) イオンを輸送するイオン輸送部と、
    　b) 該輸送されたイオンを受け取り、該イオンを前記飛行空間に導入するように加速する加速部と、
    　c) 前記飛行空間を内部に有する飛行部と、
    　d) 前記イオン輸送部及び前記加速部、並びに前記飛行部の少なくとも一部を囲う第一真空容器と、
    　e) 前記第一真空容器を載置したシャーシと、
    　f) 前記加速部により加速され飛行空間に導入されたイオンの飛行軌道を反転させる反射部と、前記第一真空容器の端に取り付け可能な、前記反射部を囲う第二真空容器とが固定された反射部ユニットと
    を備えることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
  2. 　前記シャーシがキャスターを備えることを特徴とする請求項１に記載の飛行時間型質量分析装置。
  3. 　前記反射部ユニットが更に、前記シャーシに固定可能であって前記第二真空容器を固定するサブシャーシを備えることを特徴とする請求項１に記載の飛行時間型質量分析装置。
  4. 　前記第二真空容器と前記サブシャーシの間に、振動を吸収するダンパーを備えることを特徴とする請求項３に記載の飛行時間型質量分析装置。
  5. 　前記サブシャーシがサブシャーシキャスターを備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の飛行時間型質量分析装置。
  6. 　前記シャーシの底面の、前記第一真空容器に前記第二真空容器が取り付けられる位置の直下を含む部分に、前記反射部ユニットを挿入可能な切欠きを有することを特徴とする請求項１に記載の飛行時間型質量分析装置。
  7. 　前記シャーシの底面の、前記第一真空容器に前記第二真空容器が取り付けられる位置の直下を含む部分に、前記反射部ユニットを挿入可能な切欠きを有することを特徴とする請求項５に記載の飛行時間型質量分析装置。
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