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技術 周回軌道を有する飛行時間型質量分析装置

出願人 日本電子株式会社
発明者 石原盛男
出願日 1999年11月10日 (20年3ヶ月経過) 出願番号 1999-319941
公開日 2001年5月25日 (18年9ヶ月経過) 公開番号 2001-143655
状態 特許登録済
技術分野 その他の電気的手段による材料の調査、分析 計測用電子管
主要キーワード 低分解能モード 閉軌道 軌道外 円形軌道 高分解能モード イオン溜 周回数 オルソゴナル
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この項目の情報は公開日時点(2001年5月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

周回軌道を有する飛行時間型質量分析装置であってイオンの入出射を容易に行うことのできる飛行時間型質量分析装置を提供する。

解決手段

複数の扇形電場によって閉軌道を構成し、イオンが閉軌道を周回可能とする。この周回軌道上にリフレクトロンが配置される。リフレクトロンは、作動させないときに周回軌道を進行するイオンが通過できる様な通過口を有する。リフレクトロンにより周回軌道から取り出されたイオンを検出するためのイオン検出器が設けられる。

概要

背景

飛行時間型質量分析装置においては、一定の加速エネルギー加速した試料イオンが質量に応じた飛行速度を持つことに基づき、一定距離を飛行するのに要する飛行時間を計測して質量を求める。

この飛行時間型質量分析装置の分解能は、イオン源の条件が同一の場合、イオン飛行距離に比例する。従って、高分解能を実現するためには飛行距離を大きくすれば良いが、通常、それは装置の大型化に結びつく

そこで、飛行距離を長くすることと装置の小型化を両立させるため、例えば、リフレクトロンと呼ばれる電場を用いてイオンの飛行方向を変えてUターンさせることが行われている。さらには、複数の電場を用いて閉じた軌道を構成し、この軌道上でイオンを周回させることにより、長い飛行距離を実現しようとする試みもある。

概要

周回軌道を有する飛行時間型質量分析装置であってイオンの入出射を容易に行うことのできる飛行時間型質量分析装置を提供する。

複数の扇形電場によって閉軌道を構成し、イオンが閉軌道を周回可能とする。この周回軌道上にリフレクトロンが配置される。リフレクトロンは、作動させないときに周回軌道を進行するイオンが通過できる様な通過口を有する。リフレクトロンにより周回軌道から取り出されたイオンを検出するためのイオン検出器が設けられる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
9件
牽制数
1件

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請求項1

周回軌道を有する飛行時間型質量分析装置であって、周回軌道上にリフレクトロンを配置し、該リフレクトロンを用いて周回軌道を進むイオン軌道外部へ取り出して検出し得るように構成すると共に、該リフレクトロンを動作させない時に周回軌道を進むイオンが該リフレクトロンを通過できるように構成したことを特徴とする周回軌道を有する飛行時間型質量分析装置。

請求項2

イオン生成部と生成されたイオンを収容するイオン溜とから構成され、該イオン溜からイオンをパルス的に一方向に取り出すイオン源を備え、該イオン源は、前記周回軌道上にイオンを送り出すように配置されると共に、該イオン源を動作させない時に、周回軌道を進むイオンが該イオン源を通過できるように構成されていることを特徴とする請求項1記載の周回軌道を有する飛行時間型質量分析装置。

技術分野

0001

本発明は、飛行時間型質量分析装置(TOFMS)に関するものであり、特にイオン周回できる閉じた軌道を有する飛行時間型質量分析装置に関するものである。

背景技術

0002

飛行時間型質量分析装置においては、一定の加速エネルギー加速した試料イオンが質量に応じた飛行速度を持つことに基づき、一定距離を飛行するのに要する飛行時間を計測して質量を求める。

0003

この飛行時間型質量分析装置の分解能は、イオン源の条件が同一の場合、イオンの飛行距離に比例する。従って、高分解能を実現するためには飛行距離を大きくすれば良いが、通常、それは装置の大型化に結びつく

0004

そこで、飛行距離を長くすることと装置の小型化を両立させるため、例えば、リフレクトロンと呼ばれる電場を用いてイオンの飛行方向を変えてUターンさせることが行われている。さらには、複数の電場を用いて閉じた軌道を構成し、この軌道上でイオンを周回させることにより、長い飛行距離を実現しようとする試みもある。

0005

リフレクトロンを用いて飛行方向をUターンさせても、飛行距離を長くするためには装置の大型化は避けられない。周回軌道を持つ場合には、多重周回させることにより、限られたスペースの中で飛行距離を長くすることはできるが、イオンビームの入出射に工夫が必要である。

0006

本発明は、リフレクトロンを周回軌道を持つ飛行時間型質量分析装置と組み合わせることにより、イオンの入出射を容易に行うことのできる飛行時間型質量分析装置を提供することを目的としている。

0007

この目的を達成するため、本発明は周回軌道を有する飛行時間型質量分析装置であって、周回軌道上にリフレクトロンを配置し、該リフレクトロンを用いて周回軌道を進むイオンを軌道外部へ取り出して検出し得るように構成すると共に、該リフレクトロンを動作させない時に周回軌道を進むイオンが該リフレクトロンを通過できるように構成したことを特徴としている。

発明を実施するための最良の形態

0008

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明を実施した飛行時間型質量分析計の一例を示すイオン光学図である。図1において、旋回角度が180°よりも小さい4つの扇形電場E1,E2,E3,E4を8の字の湾曲部分に配置することにより、8の字状の閉じたイオン軌道Aが形成される。この軌道Aは、4つの扇形電場E1〜E4内の円形軌道A1〜A4と、扇形電場間を結ぶ4つの直進軌道A12,A23,A34,A41から構成されている。

0009

扇形電場E1,E2の間の直進軌道A12には、オルソゴナル(直交型)イオン源1が、直進軌道A12上に扇形電場E2へ向けてイオンを出射し得るように配置されている。このイオン源1は、イオン化部2と、直進軌道上に配置されイオン化部2で生成されたイオンが低速で導入されるイオン溜3とから構成される。イオン溜2内には、引出し電極4及び押し出し電極5が設けられており、この2つの電極間電圧印加することにより、イオンに加速エネルギーを与えて外部へ取り出すための電場が発生される。また、イオン溜3には、イオン源を動作させないとき、直進軌道A12に沿って進むイオンが影響を受けずに通過できるよう、通過口が設けられている。

0010

イオン源1と扇形電場E2との間の直進軌道A12上には、リフレクトロン6が配置されている。リフレクトロン6は、間隔をおいて並べられた少なくとも2枚の電極により、イオンを減速する電場を発生させ、この電場にイオンを斜めに入射させてUターンさせるものである。リフレクトロン6により進行方向が変えられて直進軌道A12を外れたイオンを検出するため、イオン検出器7が設けられている。また、リフレクトロン6には、非作動時、直進軌道A12に沿って進むイオンが影響を受けずに通過できるよう、通過口が設けられていると共にすべての電極が接地電位とされる。

0011

このような構成において、イオン化部2で生成された試料イオンは、イオン化部から低速度で取り出され、矢印方向に進んでイオン溜3内へ導かれる。適宜な量のイオンが蓄積された時、引き出し電極と押し出し電極にパルス的に電圧を供給することにより、イオン溜内のイオンはパルス的に外に取り出され、直進軌道A12に沿って進み始める。

0012

なお、イオン溜内において、イオンはイオン化部で付与された速度V0で進んでいるため、その進行方向に直交する方向に取り出しのための電場を印加しても、電場の方向に取り出されるのではなく、速度V0の影響により電場の方向に対して斜めに出射する。その出射方向が直進軌道A12に一致するように、イオン源1が配置されていることは言うまでもない。

0013

このようにして、イオン源1から発射され直進軌道A12に沿って飛行を開始したパルス化された一団のイオンは、時間の経過と共に質量に応じて展開されて行く。質量分析装置に要求される分解能が最も低い低分解能モードの場合、リフレクトロン6は、常に作動状態とされる。従って、イオン源1から発射されたイオンはリフレクトロン6に到着次第次々に直進軌道A12の外に取り出され、検出器7に入射して検出される。

0014

一方、更に高い分解能が要求される高分解能モードの場合、リフレクトロン6は当初、非作動状態とされる。そのため、イオン源1から発射されたイオンは、リフレクトロン6を通過し、後ろに続く周回軌道A2,A23,A3,A34,A4,A41,A1に沿って飛行し、1周してイオン源1に戻って来る。イオン源1は、発射後イオンが1周して戻って来るまでには、非作動状態とされているため、イオンはイオン源1をそのまま通過してリフレクトロン6へ到達することとなる。リフレクトロン6は、イオンが通過してから再び接近するまでの間に作動状態とされるため、リフレクトロン6へ到達したイオンは、到着次第次々に直進軌道A12の外に取り出され、検出器7に入射して検出される。このときのイオンの飛行距離は、周回軌道1周の分前記低分解能モードの時よりも長いため、低分解能モードよりも高い分解能の測定が可能である。

0015

イオンの周回数を更に増やすことにより、更に高い分解能が要求される場合にも対応することが出来る。すなわち、リフレクトロン6を作動状態とするタイミングを更に遅らせれば、イオンは更に周回を重ねるので、所望の周回数を重ねた時点で、リフレクトロンを作動状態としてイオンを検出するようにすればよい。ただし、先頭のイオンが最後尾のイオンを追い越してしまっては解析が困難になるので、リフレクトロンを作動状態とするのは、追い越しが起こる前であって、最後尾のイオンがリフレクトロンを通過し且つ先頭のイオンがリフレクトロン6に到達する前のタイミングであることは言うまでもない。

0016

なお、本発明は、上述した実施例に限定されることなく変形が可能である。例えば、図2に示すように、イオン源11を直進軌道の延長線上に設け、扇形電場を形成する電極に開けた穴を介してイオンを周回軌道に打ち込むようにしても良い。

発明の効果

0017

以上詳述したように、本発明では、周回軌道上にリフレクトロンを配置し、このリフレクトロンを用いて周回軌道を進むイオンを軌道外部へ取り出して検出し得るように構成すると共に、リフレクトロンを動作させない時に周回軌道を進むイオンがリフレクトロンを通過できるように構成したため、イオンの入出射を容易に行うことのできる飛行時間型質量分析装置が実現される。

図面の簡単な説明

0018

図1本発明の実施の形態の一例を示す図である。
図2本発明の変形例を示す図である。

--

0019

E1,E2,E3,E4・・・扇形電場、1・・・オルソゴナルイオン源、6・・・リフレクトロン、7・・・イオン検出器

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