(57)【要約】  直交加速部にイオンを送り込むイオン入射光学系として、５個の円筒状電極（３１〜３５）がイオン光軸（Ｃ）に沿って配置され、アフォーカル条件の下で形成される２つの仮想凸レンズ（Ｌ１、Ｌ２）の共通焦点面上にアパーチャ板（３８）が配置された静電レンズ（３）を用いる。アパーチャ板（３８）に形成された絞り開口（３９）の径によって出射イオンビームの角度広がりが決まる。静電レンズ（３）がアフォーカル系となるように印加電圧が設定されると、感度は若干犠牲になるものの高質量分解能の測定が可能となり、イオン通過率が最大である非アフォーカル系となるように印加電圧が設定されると、分解能は若干犠牲になるものの高感度の測定が可能となる。これにより、直交加速方式ＴＯＦＭＳにおいて質量分解能優先モードと測定感度優先モードとを簡単に切替えられる。
2012132550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射してきたイオンをその入射軸と直交する方向に加速する直交加速部と、該直交加速部へイオンを送り込むイオン入射光学系と、を具備する直交加速方式の飛行時間型質量分析装置において、
前記イオン入射光学系は、
a)イオン光軸に沿って配置された５個以上の円筒状電極からなる静電レンズと、
b)前記静電レンズがアフォーカル系となるように前記円筒状電極にそれぞれ電圧を印加する電圧印加手段と、
c)前記静電レンズがアフォーカル系となるように前記電圧印加手段により電圧が印加されている状態の下で、前記５個以上の円筒状電極の一部の電極により形成される前段の仮想凸レンズと該５個以上の円筒状電極の一部の電極により形成される後段の仮想凸レンズとの共通の焦点面に配置された、イオン光軸上に所定サイズの開口を有する絞り手段と、
を備えることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の飛行時間型質量分析装置であって、
前記電圧印加手段は前記静電レンズがアフォーカル条件からずれた所定の非アフォーカル系となるように前記円筒状電極にそれぞれ電圧を印加可能であり、該電圧印加手段から前記円筒状電極に印加する電圧の設定を変更することにより、質量分解能を優先させる動作モードと感度を優先させる動作モードとを切り替え可能であることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の飛行時間型質量分析装置であって、
前記絞り手段の開口形状はイオン光軸を中心とする円形であることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の飛行時間型質量分析装置であって、
前記絞り手段の開口形状はイオン光軸を中心とする長方形状又は楕円形状であることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の飛行時間型質量分析装置であって、
前記静電レンズを構成する複数の円筒状電極の中で最も入口側に位置する初段の円筒状電極の前縁部の形状は、その頂部にイオン入射開口が形成されたスキマー形状であることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の飛行時間型質量分析装置であって、
前記静電レンズを構成する複数の円筒状電極の中で最も入口側に位置する初段の円筒状電極の前縁部に形成されたイオン入射開口の形状は円形であることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載の飛行時間型質量分析装置であって、
前記静電レンズを構成する複数の円筒状電極の中で最も入口側に位置する初段の円筒状電極の前縁部に形成されたイオン入射開口の形状は長方形又は楕円形であることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の飛行時間型質量分析装置であって、
前記静電レンズは、該静電レンズがアフォーカル系となるように駆動されている状態で形成される前記前段の仮想凸レンズの中心と物点との間の距離と、同じ状態で形成される前記後段の仮想凸レンズの中心と像点との間の距離と、が等しい対称配置であることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれかに記載の飛行時間型質量分析装置であって、
前記静電レンズは、該静電レンズがアフォーカル系となるように駆動されている状態で形成される前記前段の仮想凸レンズの中心と物点との間の距離と、同じ状態で形成される前記後段の仮想凸レンズの中心と像点との間の距離と、が異なる非対称配置であることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の飛行時間型質量分析装置であって、
前記電圧印加手段は、前記静電レンズをイオンが通過する前後で該イオンが加速又は減速されるように複数の前記円筒状電極にそれぞれ電圧を印加することを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の飛行時間型質量分析装置であって、
イオンを生成するイオン源から出射されたイオンが直接、前記静電レンズに導入されることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の飛行時間型質量分析装置であって、
イオンを生成するイオン源と前記静電レンズとの間にイオンガイドを備えることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の飛行時間型質量分析装置であって、
前記静電レンズの前段にイオンの解離を促進するコリジョンセルが配置され、該コリジョンセルで生成されたフラグメントイオンが前記静電レンズに導入されることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の飛行時間型質量分析装置であって、
前記静電レンズの前段にイオンを保持する機能を有するイオントラップが配置され、該イオントラップから出射されたイオンが前記静電レンズに導入されることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は飛行時間型質量分析装置に関し、さらに詳しくは、直交加速方式（垂直加速方式という場合もある）の飛行時間型質量分析装置において直交加速部へイオンを入射するイオン入射光学系に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛行時間型質量分析装置（以下「ＴＯＦＭＳ」と略す）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求める。そのため、ＴＯＦＭＳにおいて質量分解能を低下させる大きな要因の１つは、イオンがもつ初期エネルギのばらつきである。これに対し、リフレクトロン型ＴＯＦＭＳでは、リフレクトロンが運動エネルギの相違を補正する作用を有する。詳細は省略するが、よく知られているデュアルステージリフレクトロンでは２次までのエネルギ収束（飛行時間の広がりはエネルギの２次微分まで補正される）が可能である。そのため、イオンがもつ運動エネルギが或る程度ばらついていても、リフレクトロンでこれを補正しイオンの飛行時間を或る程度の範囲内に収めることができ、質量分解能の低下を回避することができる。【０００３】
一方、例えばイオントラップなどに捕捉されている状態のイオンに加速エネルギを与えることで飛行を開始させる場合には、質量分解能を悪化させる別の要因としてターンアラウンドタイムがある。ターンアラウンドタイムとは、イオンを飛行時間分析方向に加速しようとする際に、イオンがもつ初期エネルギによって飛行時間分析方向に対し逆方向に速度成分を有するイオンが出発点を発してから該出発点にまで戻って来るまでに要する時間であり、飛行時間分析方向に対し逆方向に速度成分を有するイオンと順方向に速度成分を有するイオンとの飛行時間差である。したがって、このターンアラウンドタイムも広い意味で言えばイオンがもつ初期エネルギのばらつきによるものであるが、ターンアラウンドタイムに起因する誤差はリフレクトロンでは補正することができない。そのため、ＴＯＦＭＳの質量分解能を改善する上でターンアラウンドタイムの影響を如何に軽減するのかは重要な課題である。【０００４】
こうした課題を解決する１つの手法が、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して飛行時間分析空間に送り込む直交加速方式のＴＯＦＭＳである（特許文献１、非特許文献１など参照）。図１１は直交加速方式ＴＯＦＭＳのイオン直交加速部及びその前段のイオン入射光学系の概略構成図である。【０００５】
直交加速部４は平板電極４１とイオンが通過可能な多数の開口が形成されたメッシュ状電極４２とを含み、イオン入射光学系３００は所定間隙Ｌだけ離して配置された２枚のスリット板（又はアパーチャ板）３０１、３０２からなるビーム制限機構を含む。この図において電極４１、４２で挟まれる加速領域に入射してくるイオンビームの初期ビーム方向はＸ方向、加速方向つまり飛行時間分析方向はＸ方向に直交するＺ方向である。ビーム制限機構から直交加速部４にイオンが入射されるときには電極４１、４２は同電位（例えば接地電位）であり、加速領域に電場は存在しない。イオンが充分に入射した時点で平板電極４１にイオンと同極性の高電圧パルスが印加されると、加速領域には加速電場が形成され、イオンは大きな運動エネルギを付与されてメッシュ状電極４２の開口を通過して飛行し始める。【０００６】
この直交加速部４における飛行時間広がりについて考察する。
イオンがもつ飛行時間分析方向の初期エネルギＥzは、Ｅz＝Ｅsin2αで与えられる。ここで、Ｅ及びαは直交加速領域に入射してくるイオンビームのエネルギ及びＸ軸となす角度である。初期エネルギＥzが大きいほど、前述のターンアラウンドタイムによる飛行時間広がりは大きくなる。初期エネルギＥzを小さくするためには、エネルギＥ及び角度αを小さくする必要がある。ビーム制限機構はこの角度αを小さく制限するためのものであり、図１１の例の場合、２枚のスリット板３０１、３０２の間隙Ｌ及びスリット板３０２の開口幅ｈに対しビームの角度広がりαはtan-1（ｈ／Ｌ）で与えられる。したがって、間隙Ｌ、開口幅ｈを適切に設定することでイオンビームの角度αを抑え、イオンがもつ初期エネルギのばらつきを許容範囲内に収めることができる。【０００７】
また、特許文献１などに記載の装置では、イオントラップから放出されたイオンをビーム制限機構に効率良く導入するために、イオントラップとビーム制限機構との間にアパーチャレンズである静電レンズが配置されている。このようなアパーチャレンズによる静電レンズと２枚のスリット板から成るビーム制限機構との組み合わせは、実際の装置でも広く使用されている。【０００８】
しかしながら、上記のような従来の構成は次のような問題を有する。
上記ビーム制限機構では、イオンビーム束のかなりの部分がスリット板に当たって遮蔽される。そのため、実際に飛行時間分析に供されるイオンの量は元のイオン量からかなり減じてしまい、測定感度が下がることが避けられない。また、測定感度を上げるためにはスリットの開口幅ｈを広げる必要があるが、そうするとビームの角度αが大きくなって質量分解能が下がることになる。このように、質量分解能と測定感度とはトレードオフの関係にあり、高質量分解能を実現するためには測定感度を犠牲にせざるをえなかった。【０００９】
また、上記従来の構成では、２枚のスリット板の間隙やスリット開口幅によって質量分解能が決まるため、例えば質量分解能を若干落としても高感度の測定を実行したいという要求に応えるためには、ビーム制限機構のスリット板をスリット開口幅の異なるものに取り替える、或いはスリット板間隙を調整するといった機械的な作業が必要になる。こうした作業は面倒で手間が掛かる。また、そうした機械的な調整や交換が可能な機構は信頼性の点でも問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１２３６８５号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】グイルハウス（M. Guilhaus）、ほか２名 、「オーソゴナル・アクセラレイション・タイム・オブ・フライト・マス・スペクトロメトリ（Orthogonal Acceleration Time-of-flight Mass Spectrometry）」、マス・スペクトロメトリー・レビュー（Mass Spectrom. Rev.）、19 、2000年、p.65-107
【非特許文献２】グランネマン（E.H.A.Granneman）ほか１名、「トランスポート、ディスパーション・アンド・ディテクション・オブ・エレクトロンズ、イオンズ・アンド・ニュートラルズ（TRANSPORT, DISPERSION AND DETECTION OF ELECTRONS, IONS AND NEUTRALS）」、ハンドブック・オン・シンクロトロン・ラディエイション・ボリューム１（Handbook on synchrotron radiation volume 1）
【非特許文献３】ヘドゥル（D W O Heddle）、「アン・アフォーカル・エレクトロスタティック・レンズ（An afocal electrostatic lens）」、ジャーナル・オブ・フィジックス E：サイエンティフィック・インスツルメンツ（Journal of Physics E: Scientific Instruments）4、1971年、p.981-983
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その主たる目的とするところは、直交加速部にイオンを送り込む際にビーム強度をできるだけ損なうことなく角度広がりを小さくすることにより、高い質量分解能と高い測定感度とを実現することができる直交加速方式の飛行時間型質量分析装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、分析目的等に応じて質量分解能を重視した測定と測定感度を重視した測定とを容易に切り替えることができる直交加速方式の飛行時間型質量分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述したように、高質量分解能を達成するためには、直交加速部へイオンを送り込む際にその角度広がりを抑える必要があるが、同時にイオンの空間広がりも抑える必要がある。そこで本願発明者は、直交加速部へイオンを送り込むイオン入射光学系に、ヘドゥル（Heddle）が提案した（非特許文献２、３参照）アフォーカルの静電レンズと該静電レンズにおける前後２つの仮想凸レンズの共通焦点面に置かれた絞りとの組み合わせを利用することに想到した。【００１４】
即ち、上記課題を解決するために成された本発明は、入射してきたイオンをその入射軸と直交する方向に加速する直交加速部と、該直交加速部へイオンを送り込むイオン入射光学系と、を具備する直交加速方式の飛行時間型質量分析装置において、
前記イオン入射光学系は、
a)イオン光軸に沿って配置された５個以上の円筒状電極からなる静電レンズと、
b)前記静電レンズがアフォーカル系となるように前記円筒状電極にそれぞれ電圧を印加する電圧印加手段と、
c)前記静電レンズがアフォーカル系となるように前記電圧印加手段により電圧が印加されている状態の下で、前記５個以上の円筒状電極の一部の電極により形成される前段の仮想凸レンズと該５個以上の円筒状電極の一部の電極により形成される後段の仮想凸レンズとの共通の焦点面に配置された、イオン光軸上に所定サイズの開口を有する絞り手段と、
を備えることを特徴としている。【００１５】
上記静電レンズがアフォーカル系となるように各円筒状電極に電圧が印加されている状態では、該静電レンズの光軸に平行に入射したイオンビームは、共通焦点面上で光軸を通過し該光軸に平行に出射する。一方、光軸に非平行に入射したイオンビームは、共通焦点面上で光軸からずれた位置を通過する。したがって、絞り手段の開口のサイズに応じて出射イオンビームの角度広がりが決まる。これに対し、出射イオンビームの空間広がりは前後２つの仮想凸レンズの焦点距離などにより決まるから、出射イオンビームの角度広がりとは独立に定めることができる。それにより、本発明に係る飛行時間型質量分析装置におけるイオン入射光学系では、出射イオンビームの空間広がりに殆ど影響を与えることなく、その角度広がりを制限することができる。また本発明に係る飛行時間型質量分析装置におけるイオン入射光学系では、２枚のスリットを組み合わせた従来のビーム制限機構ではスリットで遮蔽していたイオンビームを有効に利用する、つまり出射イオンビームに反映させることができるので、測定感度を或る程度維持しながら質量分解能を高めることができる。【００１６】
上述したように静電レンズがアフォーカル系である場合には静電レンズの光軸に平行なビームは平行に出射することになるが、その状態は、共通焦点面に置かれた絞り手段の開口を通過するイオン量が最大になることを意味しない。即ち、一般に、上記静電レンズにおいてイオンの通過効率が最大になるのは該静電レンズが非アフォーカル系のときであり、そのときには出射イオンビームの角度広がりは最小にはならない。【００１７】
そこで本発明に係る飛行時間型質量分析装置の好ましい一態様として、前記電圧印加手段は前記静電レンズがアフォーカル条件からずれた所定の非アフォーカル系となるように前記円筒状電極にそれぞれ電圧を印加可能であり、該電圧印加手段から前記円筒状電極に印加する電圧の設定を変更することにより、質量分解能を優先させる動作モードと感度を優先させる動作モードとを切り替え可能である構成とするとよい。【００１８】
この構成によれば、イオン光学要素の交換や機械的駆動などを伴わずに単に印加電圧を変更するのみで、高質量分解能で測定感度が或る程度充分である動作モードと高感度で質量分解能が或る程度充分である動作モードとを簡便に切り替えることができる。【００１９】
また、静電レンズは複数の円筒状電極から構成されるため、絞り手段の開口形状もイオン光軸を中心とする回転対称である円形とするのが一般的である。それにより、絞り手段を取り付ける際にイオン光軸を中心とする回転方向の位置合わせが必要なく、組み立てが容易である。また、絞り手段自体の作製も容易である。【００２０】
一方、直交加速部でイオンを加速して飛行時間分析空間に送り込む構成の場合、その加速方向（飛行時間分析方向）にはイオンの空間広がりができるだけ狭いことが好ましいが、それに直交する方向にはイオンが或る程度広がっていた方が分析に供されるイオン量が増えて感度の点で有利である。即ち、イオン光軸に対し直交する面内において互いに直交する二軸に沿う二方向で、好ましいイオンの空間広がり状態は相違する。そこで、性能の点からいえば、絞り手段の開口形状はイオン光軸を中心とする長方形状又は楕円形状、つまりは、互いに直交する二軸に沿う方向で開口サイズが相違する構成とすることが好ましい。【００２１】
また、静電レンズを構成する複数の円筒状電極の中で最も入口側に位置する初段の円筒状電極の前縁部に形成されたイオン入射開口の形状も円形とするのが一般的であるが、上記理由により、このイオン入射開口の形状も長方形又は楕円形とするのが好ましい。【００２２】
また本発明に係る飛行時間型質量分析装置において、前記静電レンズを構成する複数の円筒状電極の中で最も入口側に位置する初段の円筒状電極の前縁部の形状は、その頂部にイオン入射開口が形成されたスキマー形状とするとよい。これにより、静電レンズに入射しようと到来するイオンが加速されてスキマー頂部に集まり易くなり、イオン入射開口を通過するイオンの初期角度広がりを小さくすることができる。【００２３】
また本発明に係る飛行時間型質量分析装置の一態様として、前記静電レンズは、該静電レンズがアフォーカル系となるように駆動されている状態で形成される前記前段の仮想凸レンズの中心と物点との間の距離と、同じ状態で形成される前記後段の仮想凸レンズの中心と像点との間の距離と、が等しい対称配置であるものとすることができる。
こうした対称配置である場合には、前段の仮想凸レンズを構成する円筒状電極と後段の仮想凸レンズを構成する円筒状電極とに同一電圧を印加すればよいので、電圧調整が容易である等の利点がある。                              【００２４】
一方、本発明に係る飛行時間型質量分析装置の別の態様として、前記静電レンズは、該静電レンズがアフォーカル系となるように駆動されている状態で形成される前記前段の仮想凸レンズの中心と物点との間の距離と、同じ状態で形成される前記後段の仮想凸レンズの中心と像点との間の距離と、が異なる非対称配置であるものとしてもよい。
直交加速方式ＴＯＦＭＳでこうした静電レンズを用いる場合、直交加速部の中心付近に像点を位置させる必要があることから、後段の仮想凸レンズの中心から像点までの距離を充分に長く確保する必要がある。上述した対称配置では、後段の仮想凸レンズの中心から像点までの距離を長くすると物点から前段の仮想凸レンズの中心までの距離も等しく長くなるため、静電レンズの全長が長くなる。これに対し、非対称配置では、後段の仮想凸レンズの中心から像点までの距離を長くする一方、物点から前段の仮想凸レンズの中心までの距離を短くすることができるので、静電レンズの全長を抑えるのに有利である。【００２５】
また本発明に係る飛行時間型質量分析装置では、前記電圧印加手段は、前記静電レンズをイオンが通過する前後で該イオンが加速又は減速されるように複数の前記円筒状電極にそれぞれ電圧を印加する構成としてもよい。静電レンズに入射して来るイオンのエネルギが大き過ぎる場合には、静電レンズを通過する過程でイオンを減速させて（エネルギを低下させて）直交加速部へと送ることで、直交加速部で加速されるイオンの飛行時間分析方向の初期エネルギＥzを抑えることができる。【００２６】
なお、本発明に係る飛行時間型質量分析装置において、上記静電レンズへイオンを送り込むべくその前段に配置される構成要素は特に限定されない。
例えば、イオンを生成するイオン源から出射されたイオンが直接、静電レンズに導入される構成としてもよいし、イオン源と静電レンズとの間に別のイオンガイドを設ける構成としてもよい。また、静電レンズの前段にイオンの解離を促進するコリジョンセルが配置され、該コリジョンセルで生成されたフラグメントイオンが静電レンズに導入される構成としてもよい。さらには、静電レンズの前段にイオンを保持する機能を有するイオントラップが配置され、該イオントラップから出射されたイオンが静電レンズに導入される構成としてもよい。イオントラップはリニア型イオントラップ、三次元四重極型イオントラップのいずれでもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る飛行時間型質量分析装置によれば、従来の装置と比較して直交加速部へ入射するイオンの量を充分に確保しながら、そのイオンの角度広がりを小さくすることができる。それによって、測定感度の低下を抑えながら、高い質量分解能を達成することができる。【００２８】
また本発明に係る飛行時間型質量分析装置において非アフォーカル動作を可能とした態様によれば、分析目的等に応じてユーザが簡便に、質量分解能を優先する「高分解能測定モード」と測定感度を優先させる「高感度測定モード」とを切り替えることができる。それによって、分析目的や試料の種類などに応じた的確な分析を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例である直交加速方式ＴＯＦＭＳにおけるイオン入射光学系の概略構成図（ａ）及びその光学的等価構成図（ｂ）、（ｃ）。
【図２】本実施例である直交加速方式ＴＯＦＭＳの全体構成図。
【図３】本実施例のイオン入射光学系におけるアフォーカル条件でのイオン軌道をシミュレーションした結果を示す図。
【図４】本実施例のイオン入射光学系におけるシミュレーションに用いた電極形状を示す図（ａ）、高分解能測定モード（アフォーカル条件）でのイオン軌道のシミュレーション結果を示す図（ｂ）、及び、高感度測定モード（非アフォーカル条件）でのイオン軌道のシミュレーション結果を示す図。
【図５】高分解能測定モード（アフォーカル条件）でのレンズ通過後のイオン空間広がり分布のシミュレーション結果を示す図（ａ）、及びイオン角度広がり分布のシミュレーション結果を示す図（ｂ）。
【図６】高感度測定モード（非アフォーカル条件）でのレンズ通過後のイオン空間広がり分布のシミュレーション結果を示す図（ａ）、及びイオン角度広がり分布のシミュレーション結果を示す図（ｂ）。
【図７】本発明に係るＴＯＦＭＳの一実施例であってアフォーカル条件を満たす静電レンズをより現実的に設計した例を示す概略構成図（ａ）及び光学的等価構成図（ｂ）
【図８】図７に示した構成において絞り開口の形状を長方形としたときのイオン軌道をシミュレーションした結果を示す図。
【図９】図７に示した構成において物点でのイオンの初期位置広がりを考慮したイオン軌道のシミュレーション結果を示す図。
【図１０】図７に示した構成において非アフォーカル系で動作させたときのシミュレーション結果を示す図。
【図１１】従来の直交加速方式ＴＯＦＭＳの直交加速部及びその前段のイオン入射光学系の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の一実施例である直交加速方式ＴＯＦＭＳについて、添付図面を参照して説明する。図２は本実施例の直交加速方式ＴＯＦＭＳの全体構成図、図１はその直交加速方式ＴＯＦＭＳにおけるイオン入射光学系の概略構成図（ａ）及びその光学的等価構成図（ｂ）、（ｃ）である。
【００３１】
本実施例による直交加速方式ＴＯＦＭＳは、目的試料をイオン化するイオン源１と、反射器５１を備えるＴＯＦ分析器５と、イオンを加速してＴＯＦ分析器５に送り込む直交加速部４と、イオン源１から出射されたイオンを直交加速部４に送り込む静電レンズ３と、ＴＯＦ分析器５の飛行空間を飛行して来たイオンを検出する検出器６と、該検出器６で得られたデータを処理して例えばマススペクトル等を作成するデータ処理部１６と、静電レンズ３を構成する各電極に所定の電圧を印加する静電レンズ電源部１２と、直交加速部４に含まれる電極４１、４２に所定の電圧を印加する直交加速電源部１３と、反射器５１に所定の電圧を印加する反射器電源部１４と、各部の動作を制御する制御部１５と、分析条件などをユーザが指定するための入力部１７と、を備える。
【００３２】
イオン源１におけるイオン化法は特に限定されず、試料が液体状である場合にはエレクトロスプレイイオン化（ＥＳＩ）法や大気圧化学イオン化（ＡＰＣＩ）法などの大気圧イオン化法が用いられ、また試料が固体状である場合にはマトリクス支援レーザ脱離イオン化法（ＭＡＬＤＩ）などが用いられる。
【００３３】
この直交加速方式ＴＯＦＭＳにおける基本的な動作は次の通りである。例えばＥＳＩによるイオン源１において生成された各種イオンは適宜のイオンガイド２を通して静電レンズ３に導入され、静電レンズ３を通して直交加速部４に導入される。イオンが直交加速部４に導入される時点では直交加速部４には加速電場は形成されておらず、イオンが充分に導入された時点で直交加速電源部１３から平板電極４１、メッシュ状電極４２に所定電圧が印加されることで加速電場が形成され、その電場の作用によってイオンは運動エネルギを付与されてＴＯＦ分析器５の飛行空間に送り込まれる。図２中に示すように、直交加速部４の加速領域から発して飛行したイオンは反射器電源部１４から反射器５１に印加される電圧により形成される電場によって折り返され、最終的に検出器６に到達する。検出器６は到達したイオンの量に応じた検出信号を生成し、データ処理部１６はこの検出信号から飛行時間スペクトルを求め、さらに飛行時間を質量電荷比に換算することでマススペクトルを求める。
【００３４】
図１（ａ）に示すように、静電レンズ３はイオン光軸Ｃに沿って配列された５個の円筒状電極３１〜３５から構成される。初段の円筒状電極３１の前縁部には、イオン光軸Ｃ上に位置する頂部に円形状のイオン入射開口３６が穿設されたスキマーが一体に形成されている。このイオン入射開口３６が静電レンズ３の物点Ｏの位置となり、イオン入射開口３６の開口サイズが物点Ｏの空間広がりを決める。なお、静電レンズ３内部のガス圧が高い（真空度が低い）場合には、イオンと残留ガスとの衝突によって、静電レンズ３はシミュレーション通りには機能しなくなる。一般的に、静電レンズ３の前段にはイオン源やコリジョンセルなどガス圧が相対的に高い装置構成要素が配置されるので、この例では、静電レンズ３内部へのガスの流入を防ぐために初段の円筒状電極３１の前縁部をスキマー形状としてその頂部にイオン入射開口３６を設けているが、必ずしもスキマー形状である必要はない。
【００３５】
他方、最も後段の円筒状電極３５の後縁部には、イオン光軸Ｃ上に円形状のイオン出射開口３７が穿設された平板部が一体に形成されている。さらに、イオン光軸Ｃ方向に沿って最も長い円筒状電極３３の内周面には、イオン光軸Ｃ上に所定のサイズの円形状の絞り開口３９が形成されたアパーチャ板３８が取り付けられている。円筒状電極３１〜３５の内径Ｄに対し、隣接する円筒状電極３１〜３５の間隙はＧ＝０．１Ｄ、イオン光軸Ｃ方向の全長が８Ｄ、２段目の円筒状電極３２と４段目の円筒状電極３４の中央部との距離は４Ｄに定められている。
【００３６】
図２に示すように、初段、３段目、及び最後段の３つの円筒状電極３１、３３、３５には共通の電圧Ｖ1が印加され、２段目及び４段目の２つの円筒状電極３２、３４には電圧Ｖ1とは異なる共通の電圧Ｖ2が印加される。２段目及び４段目の２つの円筒状電極３２、３４はその間に挟まれる円筒状電極３３に比べてイオン光軸Ｃ方向の長さが充分に短いため、各円筒状電極３１〜３５に上記のような電圧が印加されると、２段目の円筒状電極３２を中心として初段の円筒状電極３１の後縁部及び３段目の円筒状電極３３の前縁部により形成される直流電場により仮想的な凸レンズ（以下「前段側仮想凸レンズ」という）Ｌ１が形成され、４段目の円筒状電極３４を中心として３段目の円筒状電極３３の後縁部及び最後段の円筒状電極３５の前縁部により形成される直流電場により別の仮想的な凸レンズ（以下「後段側仮想凸レンズ」という）Ｌ２が形成される。この例のように円筒状電極３１、３３、３５に印加される電圧が共通である場合には、２つの仮想凸レンズＬ１、Ｌ２の特性は円筒状電極３２、３４に印加される電圧で決まる。
【００３７】
ここでは、初段の円筒状電極３１の後縁部から円筒状電極３３の中央部までの構成・サイズと円筒状電極３３の中央部から最後段の円筒状電極３５の前縁部までの構成・サイズとは同一であり、円筒状電極３２、３４には共通の電圧Ｖ2が印加されるため、前段側仮想凸レンズＬ１と後段側仮想凸レンズＬ２とは同一特性であり、同一の焦点距離となる。したがって、イオン出射開口３７に静電レンズ３の像点Ｉが位置する。円筒状電極３２の中央部と円筒状電極３３の中央部との距離、円筒状電極３４の中央部と円筒状電極３３の中央部との距離は共に２Ｄであるから、円筒状電極３２、３４へ或る電圧を印加したときに２つの仮想凸レンズＬ１、Ｌ２の焦点面は円筒状電極３３の中央部、つまりアパーチャ板３８の設置位置で一致し、この静電レンズ３はアフォーカル条件が満たされた系、つまりアフォーカル系となる。したがって、アパーチャ板３８に形成された絞り開口３９が静電レンズ３の入射瞳Ｐとなる。
【００３８】
アフォーカル系では、図１（ｂ）に示すように、イオン入射開口３６においてイオン光軸Ｃに対し所定角度を以てイオン光軸Ｃを交差するように入射したイオンビームは前段側仮想凸レンズＬ１によりイオン光軸Ｃに平行となるように折り曲げられ、さらに後段側仮想凸レンズＬ２により、イオン出射開口３７においてイオン光軸Ｃに対し所定角度を以てイオン光軸Ｃを交差するように再び折り曲げられる。入射角が所定角度以上であるビームは焦点面上に置かれたアパーチャ板３８で遮蔽されるため、絞り開口３９のサイズ（径）によって出射ビームの角度広がりが決まる。イオン出射開口３７の径及び出射ビーム角度広がりが同一である条件の下で、本実施例のような複数の円筒状電極３１〜３５から成る静電レンズ３と図１１に示したようなビーム制限機構とを比べると、本実施例の構成のほうが、上述したような前段側仮想凸レンズＬ１及び後段側仮想凸レンズＬ２の作用によってより多くのイオンビームを通過させることができる。したがって、上記静電レンズ３の構成は、出射ビームの角度広がりと空間広がりとを抑えながらより多くのイオンを直交加速部４に送り込むことができ、測定感度を上げるのに有利である。
【００３９】
一方、２段目及び４段目の２つの円筒状電極３２、３４に上記アフォーカル条件を満たす電圧とは異なる電圧が印加されたとき、この静電レンズ３は非アフォーカル系となるが、或る所定の電圧を印加したときに絞り開口３９を通過するイオンの量が最大となるようにすることができる。一般的にはこれは、図１（ｃ）に示すように、イオン入射開口３６においてイオン光軸Ｃに対し所定角度を以てイオン光軸Ｃを交差するように入射したイオンビームがアパーチャ板３８の設置位置で収束する（イオン光軸Ｃ上に集まる）ように、仮想凸レンズＬ１、Ｌ２の特性がそれぞれ調整された状態である。このとき、最大量のイオンを直交加速部４に送り込むことができるため測定感度は良好であるが、出射ビームの角度広がりは大きくなるため質量分解能は或る程度犠牲になる。
【００４０】
本実施例の直交加速方式ＴＯＦＭＳでは、図１（ｂ）に示すようなアフォーカル条件が満たされる電圧を静電レンズ電源部１２から静電レンズ３に印加する「高分解能測定モード」と、図１（ｃ）に示すようにイオンをできるだけ多く通過させる非アフォーカル系が形成される電圧を静電レンズ電源部１２から静電レンズ３に印加する「高感度測定モード」とが予め用意され、ユーザは分析の実行にあたっていずれかの測定モードを入力部１７から選択できるようになっている。それぞれの測定モードにおいて静電レンズ３に印加する電圧の値は、シミュレーション計算又は予備実験により求めておくことができる。「高分解能測定モード」が選択された場合には、感度は若干犠牲になるものの高分解能の測定が行えるから、含有量が比較的多い物質を高い精度で測定したい場合に適している。他方、「高感度測定モード」が選択された場合には、質量分解能は犠牲になるものの高感度の測定が行えるから、含有量が少ない物質を測定したい場合に適している。
【００４１】
本発明におけるイオン入射光学系に相当する上記静電レンズ３の優位性を確認するために実施したシミュレーションについて説明する。このシミュレーションにおいて設定した静電レンズ３の円筒状電極３１〜３５の形状及びサイズは図３に示したとおりであり、円筒状電極３１〜３５の内径Ｄは１０[mm]である。
【００４２】
まずこの静電レンズ３がアフォーカル条件を満たす状態の下で、イオン入射開口３６上のイオン出射位置（つまり物点Ｏ）をＺ＝０[mm]（イオン光軸Ｃ上）、０．５[mm]とし、イオンビームの入射角度（イオン光軸Ｃとなす角度）を−１０、−５、０、５、１０[deg]の５種類としてイオン軌道を計算した結果を図３に示す。図３に示したイオン軌道から、共通焦点面に絞り開口を置くことでイオンビームの空間広がりに殆ど影響を与えることなく、角度広がりのみを効果的に制限できることが分かる。
【００４３】
次に、絞り開口３９のサイズを所定値に決めたときの、アフォーカル条件及び非アフォーカル条件（信号強度最大）の下でのイオン軌道をシミュレーションした。シミュレーション条件は、イオンの空間的な初期分布がＹ方向及びＺ方向にσ＝０．２５[mm]の広がり、イオンの入射角度（Ｘ方向となす角度）の初期分布がσ＝５[deg]の広がりをもち、イオンの初期エネルギは１０[eV]であるとして、イオン入射開口３６上に１０００個のイオン（m/z１０００）を配置した（図４（ａ）参照）。この条件の下で、イオン出射開口３７上において、イオンビームの角度広がりを±２[deg]以下に抑えることを目標と定め、図３を参考にして絞り開口３９のサイズをφ１．６[mm]に決めた。
【００４４】
アフォーカル条件の下でのイオン軌道を計算した結果が図４（ｂ）である。具体的には、円筒状電極３１、３３、３５の電圧Ｖ1は０Ｖであり、円筒状電極３２、３４の電圧Ｖ2は−３０Ｖである。このとき静電レンズ３を通過できたイオンの数は２７５個／１０００個である。また図５には、イオン出射開口３７（つまり像点Ｉ）上に設置した検出器に入射するイオンのＺ方向空間分布（ａ）と角度広がり分布（ｂ）とをヒストグラムで示した。イオン出射開口３７上での空間広がりはイオン入射開口３６上の値（σ＝０．２５[mm]）とほぼ同程度に保たれており、角度広がりは±２[deg]以内に制限されていることが分かる。
【００４５】
また、同じイオン初期分布を設定し、静電レンズ３へ印加する電圧をイオン通過率が最大である非アフォーカル系（つまり「高感度測定モード」）となるように設定して、同様の軌道計算を行った。具体的には、円筒状電極３１、３３、３５の電圧Ｖ1は０Ｖであり、円筒状電極３２、３４の電圧Ｖ2は−１１０Ｖである。その結果を図４（ｃ）に示す。図４（ｃ）から分かるように、このときイオンビームは絞り開口３９の位置でビームウェストを形成する。このとき、多くのイオンが通過可能である（９６７個／１０００個）。このときのイオン出射開口３７上に設置した検出器に入射するイオンのＺ方向空間分布（ａ）と角度広がり分布（ｂ）を示すヒストグラムを図６に示す。図５と比較すれば分かるように、この場合には、角度広がりが大きいためにＴＯＦ排出方向のエネルギ広がりは大きくなるので、質量分解能は低下することになる。
【００４６】
以上のように、本実施例の直交加速方式ＴＯＦＭＳにおける静電レンズ３では、円筒状電極３２、３４へ印加する電圧を変えるだけで、「高分解能測定モード」と「高感度測定モード」の切替えを行うことができる。この切替えは静電レンズ電源部１２において予め設定した電圧を単に切り替えさえすればよく、それ以外に機械的な切替えや交換などを伴わないので非常に簡単であり、測定の実行中に切り替えることも可能である。したがって、例えば、濃度（含有量）が不明である目的成分を測定する際に、始めは質量分解能を犠牲にして「高感度測定モード」で測定を実行し、その結果、高感度測定モードでなくても充分な信号強度が得られることが判明した時点でモードを「高分解能測定モード」に切り替えて、高い質量分解能でマススペクトルを取得するといった測定が可能である。もちろん、逆に「高分解能測定モード」から「高感度測定モード」へ切り替えることも可能である。この「高分解能測定モード」から「高感度測定モード」への切替え又はその逆の切替えの際には、連続的に感度や分解能を変化させる、段階的に感度や分解能を変化させる、不連続的に感度や分解能を変化させる、といった様々な切替えが可能である。
【００４７】
次に、直交加速部４へイオンを送り込むイオン入射光学系として、アフォーカル条件を満たす静電レンズをより現実に合わせた態様で設計した別の実施例について、図７により説明する。図７（ａ）は別の実施例の静電レンズ３Ｂと直交加速部４とを示す概略構成図、（ｂ）は光学的等価構成図である。なお、上記実施例における構成要素と同一の又は相当する構成要素には同一符号を付して対応関係を分かり易くしている。
【００４８】
上で述べたように、アフォーカル系となる静電レンズでは物点Ｏから出た光は像点Ｉに集まり結像する。この静電レンズの前段には、図２に示した構成例のようにイオン源１が配置されたり、或いはＭＳ／ＭＳ型質量分析装置の場合にはコリジョンセルが配置されたりするが、これら構成要素はいずれもガス圧が高い（真空度が低い）状態にある。一方、アフォーカル系の静電レンズが設計通りに動作するには、静電レンズ内部のガス圧が充分に低い状態、つまりは残留ガス分子の密度が充分に低い状態であることが要求される。もちろん、後段の直交加速部４やＴＯＦ分析器５もガス圧が充分に低い状態（高い真空度）であることが要求される。
【００４９】
そこで、この実施例における静電レンズ３Ｂでは、初段の円筒状電極３１におけるイオン入射開口３６をφ１．６[mm]と小さくすることでガスコンダクタンスを小さくし、さらには初段の円筒状電極３１の前縁部をスキマー形状とすることで、尖ったスキマー先端にイオンが加速されて集まるようにし、それによって、イオン入射開口３６を通過するイオンの初期角度広がりも小さくなるようしている。なお、イオンの初期角度広がりが著しく大きい場合には、静電レンズ３Ｂの前段にさらにレンズを１つ以上追加することとでイオンの初期角度が小さくなるようにし、それによりイオン強度の低下を回避するようにすることができる。
【００５０】
図１に示した構成では像点Ｉは静電レンズ３の最終段の円筒状電極３５のイオン出射開口３７に位置していたが、直交加速部４でイオンが加速される際にＺ方向のイオン空間広がりを小さくするには、図７（ａ）に示すように直交加速部４の中心に像点Ｉが来ることが望ましい。また、直交加速部４は一般的に、図７（ａ）に示すような円環形状の多数のガードリング電極４３を含むので、直交加速部４のＸ方向の径は無視できず、通常数十mm程度必要となる。そのため、後段側仮想凸レンズＬ２として、その中心から像点Ｉまでの距離が長いレンズが必要となる。一方で、装置を小型化するためには静電レンズの全長（物点Ｏから像点Ｉまでの距離）は短い方が望ましい。そこで、この実施例では、各円筒状電極３１〜３５の内径をＤ＝２５[mm]と大きくし、物点Ｏから前段側仮想凸レンズＬ１中心（円筒状電極３２の中央部）までの距離を５０[mm]（＝２Ｄ)、後段側仮想凸レンズＬ２中心（円筒状電極３４の中央部）から像点Ｉまでを７５[mm]（＝３Ｄ）と非対称な配置とした。なお、図３に示した静電レンズ３では、物点Ｏから前段側仮想凸レンズＬ１中心までの距離と後段側仮想凸レンズＬ２中心から像点Ｉまでの距離が等しい対称配置である。本実施例のような非対称配置では、後段側仮想凸レンズＬ２中心から直交加速部４中心までの距離をできるだけ大きく確保しながら、静電レンズ３Ｂの全長をできるだけ小さく保つのに好適である。図７（ａ）に示すように、２つの仮想凸レンズＬ１、Ｌ２の中心間の距離は１２５[mm]（＝５Ｄ）であり、全長は２５０[mm]（＝１０Ｄ）とした。
【００５１】
一般に、上記のような直交加速部４へのイオン入射光学系に要求されることは以下の通りである。
（１）角度広がり制限：高質量分解能のためには、飛行時間分析方向（Ｚ方向）のイオンの角度広がりをごく小さく制限する必要がある。一方、イオン入射方向であるＸ方向とＺ方向とに直交するＹ方向へのイオンの角度広がりはＺ方向ほど厳しく制限する必要はない。むしろ、検出器に到達するイオンの量を増やすことで信号強度を大きくするには、Ｙ方向の角度制限は、検出器へ到着するイオンの広がりや質量分解能への影響が許される範囲内で緩い方が好ましい。こうしたことから、静電レンズではＹ方向とＺ方向のイオンの角度広がりを独立に設定できることが望ましい。
（２）位置広がり制限：Ｚ方向へのイオンの位置（空間）広がりは、質量分析の対象となるイオンパケットのエネルギ広がりを引き起こすので小さい方が望ましい。一方、Ｙ方向へのイオンの空間広がりは、Ｚ方向ほど厳しく制限する必要はない。むしろ、角度広がりと同様に、信号強度を大きくするためにはＹ方向へのイオンの空間広がりの制限も許容範囲内で緩い方が好ましい。したがって、静電レンズではＹ方向とＺ方向のイオンの空間広がりも独立に設定できることが望ましい。
【００５２】
Ｙ方向とＺ方向のイオン角度広がりを独立に設定できるようにするには、中央の円筒状電極３３の内周に配置されたアパーチャ板３８の絞り開口３９を、Ｙ方向とＺ方向とで異なる長さを有する形状とするとよい。具体的には、例えば長方形や楕円形である。
【００５３】
絞り開口３９の形状を円形ではなく長方形や楕円形にすることの効果を確認するために行ったシミュレーションについて説明する。シミュレーションで想定した構成は、図７（ａ）に示した電極配置で、絞り開口３９は９[mm]（Ｙ方向）×３.４[mm]（Ｚ方向）の長方形形状である。また、物点Ｏをイオン（m/z１０００、初期エネルギ２６[eV]）の出射位置とし、イオンの初期角度（Ｘ方向（イオン光軸Ｃ）からの角度）を所定範囲で変えてイオンを出射したときのイオン軌道を計算した。
【００５４】
図８は、５個の円筒状電極３１〜３５への印加電圧を入口側から順に、０Ｖ、−６１Ｖ、０Ｖ、−６１Ｖ、０Ｖとしたアフォーカル条件の下でのイオン軌道を示す斜視断面図である。（ａ）はＺ方向、（ｂ）はＹ方向へ、それぞれ−５〜５[deg]、０．１[deg]ステップの初期角度を持たせて、１０１本のイオン軌道を計算して描出した結果である。この図から、Ｙ方向に細長い長方形状の絞り開口３９を用いることで、Ｙ方向とＺ方向のイオン角度広がりが独立に設定できていることが理解できる。もちろん、絞り開口３９の形状は長方形に限らず、縦横比が異なる楕円形状などでもよい。
【００５５】
図９は物点Ｏでのイオンの初期位置広がりも考慮したシミュレーションの結果であり、イオンの初期位置や初期角度の相違によるイオン軌道の差異が明瞭になるように縦方向に引き伸ばして描画している。（ａ）はイオンの初期位置がＺ＝０[mm]及び０．５[mm]である場合、（ｂ）はイオンの初期位置がＹ＝０[mm]及び０．５[mm]である場合であり、いずれも、−５〜５[deg]、０．５[deg]ステップの初期角度を持たせて２１本のイオン軌道を描かせている。絞り開口３９によって、イオンの初期位置の相違ではなく、初期角度の相違のみで弁別され、効率的にイオンの角度広がりを制限できていることが分かる。
【００５６】
ここで用いた形状の絞り開口３９では、Ｚ方向に±１．５[deg]程度以内、Ｙ方向に±４[deg]程度以内でイオン角度広がりを制限することができる。絞り開口３９の形状（サイズ）を変えることで、Ｚ方向とＹ方向の角度広がりを独立に設定することができ、高質量分解能に必要とされるＺ方向のイオン角度広がりを制限しつつ、Ｙ方向のイオン角度広がりを緩めることで感度を改善することができる。
【００５７】
図９からも分かるように、アフォーカル系の静電レンズ３の入口（物点Ｏ）から出た光束（イオン束）が直交加速部４の中央部（像点Ｉ）に結像している。したがって、感度をさらに高めるには、静電レンズ３の入口の形状、つまりイオン入射開口３６も円形状ではなく例えば長方形状、楕円形状など、Ｚ方向よりもＹ方向に広い形状とするとよい。これにより、直交加速部４からのイオンパケットのエネルギ広がりを大きくすることなく感度を改善することができる。
【００５８】
次に、図７に示した構成の静電レンズ３Ｂを非アフォーカル系で動作させたとき、つまり高感度測定モードとしたときのシミュレーション結果を説明する。図１０は絞り開口３９及び直交加速部４の中心でそれぞれ結像するように各円筒状電極３１〜３５への印加電圧値を調整した、非アフォーカル条件の下でのシミュレーション結果である。イオンの初期角度等の出射条件は図９のシミュレーションと同様である。
【００５９】
図４（ｃ）に示した静電レンズが対称配置である場合の結果とは異なり、２つの仮想凸レンズの中心となる円筒状電極３２、３４に印加する電圧値は同一ではない。具体的には、５個の円筒状電極３１〜３５への印加電圧は入口から順に、０Ｖ、−２１５Ｖ、０Ｖ、−１３５Ｖ、０Ｖである。図１０を見れば、直交加速部４の中心におけるイオンの角度広がりは大きくなるものの、イオン強度を殆ど損なわずに直交加速部４へイオンを輸送することができていることが分かる。これにより、より多くの量のイオンを質量分析に供し、感度を向上させることができる。
【００６０】
上記実施例はいずれも本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。
【００６１】
例えば上記実施例では、静電レンズ３、３Ｂを５個の円筒状電極３１〜３５から構成したが、静電レンズを６個以上の円筒状電極から構成するようにしてもよい。例えば、イオン源１から直接、静電レンズ３、３Ｂにイオンを入射する場合には、イオンは著しく大きな角度広がりを持つことが予測される。その場合には、上記実施例で述べた５個の円筒状電極の前段にさらに１個以上の円筒状電極を追加してイオンの角度広がりを抑えるようにするとよい。
【００６２】
また、静電レンズに関する上述した各部のサイズは単に一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜に変更可能であることは言うまでもない。
また、本発明に係るＴＯＦＭＳはＴＯＦ分析器がリフレクトロン型に限らずリニア型等でも構わない。また、例えばＥＳＩイオン源等のイオン源１から発したイオンを直接的に静電レンズ３、３Ｂに導入する構成でもよいし、またイオン源１と静電レンズ３との間に、リニア型又は三次元四重極型のイオントラップを配置し、イオントラップで一旦イオンを保持したあとに該イオントラップから出射したイオンを静電レンズ３、３Ｂに導入する構成としてもよい。さらにまた、静電レンズの前段に三連四重極型質量分析装置のＱ１及びＱ２（コリジョンセル）を配置するＱ−ＴＯＦ型の装置構成であってもよい。即ち、静電レンズ３、３Ｂの前段に配置される構成要素は特に限定されない。
【００６３】
また上記実施例では、静電レンズを構成する５個の円筒状電極３１〜３５のうち、初段、３段目、及び最後段の３つの円筒状電極に共通の電圧Ｖ1が印加され、静電レンズ３、３Ｂ全体ではイオンに対する加減速がない（入射イオンと出射イオンの運動エネルギが同じ）構成になっている。これに対し、５個の円筒状電極３１〜３５に独立に電圧を印加しその電圧値を適宜調整することにより、静電レンズ全体でイオンに対する加速又は減速を行いながら、上記アフォーカル条件／非アフォーカル条件を実現することも可能である。例えば、イオン源から直接的にイオンを導入する場合やコリジョンセルなどからイオンを導入する場合には、イオンが持つエネルギが大き過ぎることがある。そうしたときに、静電レンズにおいてイオンを減速させてエネルギを落とすことで、直交加速部に低エネルギのイオンを送り込むことができ、直交加速部でのＴＯＦ分析方向のイオン初期エネルギを抑えるのに有効である。
【符号の説明】
【００６４】
１…イオン源
２…イオンガイド
３、３Ｂ…静電レンズ
３１〜３５…円筒状電極
３６…イオン入射開口
３７…イオン出射開口
３８…アパーチャ板
３９…絞り開口
Ｌ１、Ｌ２…仮想凸レンズ
４…直交加速部
４１…平板電極
４２…メッシュ状電極
４３…ガードリング電極
５…ＴＯＦ分析器
５１…反射器
６…検出器
１２…静電レンズ電源部
１３…直交加速電源部
１４…反射器電源部
１５…制御部
１６…データ処理部
１７…入力部
Ｃ…イオン光軸
【図１】
2012132550.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
2012132550.tif 000014
2012132550.tif 000015
2012132550.tif 000016
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