(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）高電圧を印加し、試料分子を噴出させるとともに試料分子のイオン化部を覆うリング部を有する断面コの字状のリング型リペラー電極と、
（ｂ）該リング型リペラー電極のリング部に形成される穴からレーザー光を照射する手段と、
（ｃ）該リング型リペラー電極の下流であって、試料分子の流れる方向に配置される接地スキマー型電極とを備え、
（ｄ）前記レーザー光の照射により試料分子のイオン化を行い、前記接地スキマー型電極付近にイオンを収束することができるとともに、イオンを飛行及び検出する高真空域に中性の原子・分子が進入するのを抑制し、かつ、超音速分子流を形成することを特徴とする高感度飛行時間型質量分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の高感度飛行時間型質量分析装置において、前記リング型リペラー電極と前記接地スキマー型電極との間に引き出しスキマー型電極を配置することを特徴とする高感度飛行時間型質量分析装置。
【請求項３】
請求項２記載の高感度飛行時間型質量分析装置において、前記接地スキマー型電極の下流にアインツェルレンズを設置することを特徴とする高感度飛行時間型質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイオキシンの計測等に用いられる高感度飛行時間型質量分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、ダイオキシンのオンライン・リアルタイム計測に超音速分子ジェット多光子イオン化質量分析法を用いる方法が注目されている。
【０００３】
しかし、試料分子をイオン加速方向と直角に導入する従来の方法は、試料導入ノズルをイオン化領域に接近させることができないために、イオン化部での試料密度が低下し、高感度分析が行えないという欠点がある。最近、イオンを加速するリペラー電極の後方から試料分子を同軸状に噴出させる近接イオン化法が提案されており、５０倍程度の感度向上が図られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の方式は、以下の問題点を有している。
（１）平板電極でイオンを加速しているので、イオンの収束が不十分であり、感度が低い。
（２）平板及びメッシュに試料分子が衝突するので、理想的な流れ、すなわち、超音速分子流の形成が妨げられる。
（３）イオンの飛行及び検出部に多量の試料分子が流れ込むので、イオン検出に悪い影響を与える。
【０００５】
したがって、これらの問題点を解決する新たなイオン化方式を開発する必要がある。
【０００６】
本発明は、上記状況に鑑みて、試料のイオン化部及びイオン加速部を工夫することにより、イオン収束を適切に行うとともに、イオン検出部の真空度を保ち、さらに質量分析の分解能を改善することができる高感度飛行時間型質量分析装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕高感度飛行時間型質量分析装置において、高電圧を印加し、試料分子を噴出させるとともに試料分子のイオン化部を覆うリング部を有する断面コの字状のリング型リペラー電極と、このリング型リペラー電極のリング部に形成される穴からレーザー光を照射する手段と、このリング型リペラー電極の下流であって、試料分子の流れる方向に配置される接地スキマー型電極とを備え、前記レーザー光の照射により試料分子のイオン化を行い、前記接地スキマー型電極付近にイオンを収束することができるとともに、イオンを飛行及び検出する高真空域に中性の原子・分子が進入するのを抑制し、かつ、超音速分子流を形成することを特徴とする。
【０００８】
〔２〕上記〔１〕記載の高感度飛行時間型質量分析装置において、前記リング型リペラー電極と前記接地スキマー型電極との間に引き出しスキマー型電極を配置することを特徴とする。
【０００９】
〔３〕上記〔２〕記載の高感度飛行時間型質量分析装置において、前記接地スキマー型電極の下流にアインツェルレンズを設置することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
図１は本発明の第１実施例を示す近接イオン化法を基本とした装置のイオン化及びイオン加速部を示した図である。
【００１２】
図１において、１はリペラー電極、２は接地（グランド）スキマー（漏斗）型電極、３はチャンバー外壁、４はイオンである。
【００１３】
この実施例においては、高電圧（例えば、２０００Ｖ）を印加したリペラー電極１から試料を噴出させる。そして、従来の平板型のグリッド電極の代わりに、接地スキマー型電極２を用いている。接地スキマー型電極２を用いることにより、イオン４を飛行及び検出する高真空域に中性の原子・分子が進入するのを抑制することができるとともに、良好な超音速分子流を形成することができる。
【００１４】
図２は本発明の第２実施例を示す装置のイオン化及びイオン加速部を示した図である。
【００１５】
図２において、１１は凹面型に湾曲させたリペラー電極、１２は平板の抽出グリッド（中間グリッド）、１３は接地スキマー型電極、１４はチャンバー外壁、１５はイオンである。
【００１６】
この図に示すように、凹面型に湾曲させたリペラー電極１１（例えば、２０００Ｖを印加）と、平板の抽出グリッド（中間グリッド）１２（例えば、１８００Ｖを印加）を用いることにより、接地スキマー型電極１３付近にイオン１５を収束することができる。
【００１７】
図３は本発明の第３実施例を示す装置のイオン化及びイオン加速部を示した図である。
【００１８】
この図において、２１はリング型リペラー電極、２１Ａは長いリング部、２１−１は穴、２２は接地スキマー型電極、２３はチャンバー外壁、２４はレーザー光、２５はイオンである。
【００１９】
この実施例では、イオンをより強く収束するため、リング型リペラー電極２１（例えば、２０００Ｖを印加）を設ける。この場合には、長いリング部２１Ａでイオン化部分を覆い、十分な収束効果が得られるように構成する。そこで、レーザー光２４は長いリング部２１Ａに開けた穴２１−１から通し、試料分子をレーザー光２４によりイオン化させる方式とした。
【００２０】
これにより、チャンバー外壁２３のゼロ電位の影響をなくし、イオン２５の発散を抑制できる。従って、感度の向上を図ることができる。
【００２１】
図４は本発明の第４実施例を示す装置のイオン化及びイオン加速部を示した図である。
【００２２】
この図において、３１はリペラー電極（例えば、２０００Ｖを印加）、３２は引き出しスキマー型電極（例えば、１１００Ｖを印加）、３３は接地スキマー型電極、３４はチャンバー外壁、３５はイオンである。
【００２３】
この実施例は、引き出しスキマー型電極３２及び接地スキマー型電極３３の二重構造を採用したものである。このように構成することにより、イオンを有効に収束できる。また、比較的イオン束を乱さずに検出部の方に加速できるという利点がある。
【００２４】
図５は本発明の第５実施例を示す装置のイオン化及びイオン加速部を示した図である。
【００２５】
この図において、４１はリング型リペラー電極（例えば、２０００Ｖを印加）、４２は引き出しスキマー型電極（例えば、１８００Ｖを印加）、４３は接地スキマー型電極、４４はアインツェルレンズ、４５はチャンバー外壁、４６はイオンである。
【００２６】
図５に示すように、この第５実施例では、リング型リペラー電極４１及び引き出しスキマー型電極４２と接地スキマー型電極４３の二重構造のスキマーを用いたリング・ダブルスキマー方式としており、この方式によれば、
（１）良好なイオン収束効果が得られる。
（２）イオン収束点を接地スキマー型電極４３先端に設定できるので、中性分子がイオン飛行及び検出部に進入するのを最小限に抑えられる。
（３）二重構造のグリッドを採用したため、イオンの二段階加速が可能である。
【００２７】
また、リング型リペラー電極４１（２０００Ｖを印加）と引き出しグリッドスキマー型電極（１８００Ｖ）４２間の電位差を小さくしてもイオンを収束できるので、質量分析の分解能を向上させることができる。
【００２８】
なお、接地スキマー型電極４３を通過した後にイオン束は発散するが、接地スキマー型電極４３の下流に設置したアインツェルレンズ４４を用いて収束できるので、特に大きな問題はない。
【００２９】
図６は図５に示した装置によるイオンに加わる力（ポテンシャル）を３次元表示したものである。
【００３０】
図５に示すように、リペラー電極４１は断面“コ”の字の形をしており、図６では上部に示されている。その“コ”の字の中心部にレーザー光が照射されて、イオンが生じる。その手前に引き出しスキマー型電極４２が“ハ”の字の形に位置している。これに向かってイオンが流れ込む形になっている。この引き出しスキマー型電極４２を過ぎたところから急速に電位が低くなるので、イオンは急速に加速され、滝のような形で下に落ちていく。そして、接地スキマー型電極４３の先端にイオンが収束され、その後少し発散しながら図下にやや右下がりにイオンが飛行しているのが分かる。
【００３１】
このように、引き出しスキマー型電極４２先端までは緩やかにイオンは加速されるが、その後、接地スキマー型電極４３まで急速に加速されている様子が分かる。このような二段加速方式は、前述のように質量分析における分解能を向上させるのに有効であることが分かっている。
【００３２】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００３４】
（１）高電圧を印加したリペラー電極から試料を噴出させ、下流に配置される接地スキマー型電極を用いることにより、イオンを飛行及び検出する高真空域に中性の原子・分子が進入するのを抑制することができるとともに、良好な超音速分子流を形成することができる。
【００３５】
（２）凹面型に湾曲させたリペラー電極と、平板の抽出グリッド（中間グリッド）を用いることにより、接地スキマー型電極付近にイオンを収束することができる。
【００３６】
（３）リング型リペラー電極を設けることにより、長いリング部でイオン化部分を覆い、十分な収束効果を得ることができる。
【００３７】
（４）長いリング部に穴をあけ、レーザー光を通し試料分子をイオン化させるので、これにより、チャンバー外壁のゼロ電位の影響をなくし、イオンの発散を抑制できる。従って、感度の向上を図ることができる。
【００３８】
（５）引き出しスキマー型電極及び接地スキマー型電極の二重構造を採用するようにしたので、イオンを有効に収束できる。また、比較的イオン束を乱さずに検出部の方に加速できる利点がある。
【００３９】
（６）リング型リペラー電極及び引き出しスキマー型電極と接地スキマー型電極の二重構造のスキマーを用いたリング・ダブルスキマー方式とすることにより、（ａ）良好なイオン収束効果が得られる。（ｂ）イオン収束点を接地スキマー型電極先端に設定できるので、中性分子がイオン飛行及び検出部に進入するのを最小限に抑えることができる。（ｃ）二重構造のグリッドを採用したため、イオンの二段階加速が可能である。
【００４０】
（７）上記（６）に加えて、リペラー電極と引き出しグリッドスキマー型電極間の電位差を小さくしてもイオンを収束できるので、質量分析の分解能を向上させることができる。
【００４１】
（８）上記（６）に加えて、接地スキマー型電極の下流に設置したアインツェルレンズにより、イオン束を収束することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す近接イオン化法を基本とした装置のイオン化及びイオン加速部を示した図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す装置のイオン化及びイオン加速部を示した図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す装置のイオン化及びイオン加速部を示した図である。
【図４】本発明の第４実施例を示す装置のイオン化及びイオン加速部を示した図である。
【図５】本発明の第５実施例を示す装置のイオン化及びイオン加速部を示した図である。
【図６】図５に示した装置によるイオンに加わる力（ポテンシャル）を３次元表示した図である。
【符号の説明】
１，３１    リペラー電極
２，１３，２２，３３，４３    接地（グランド）スキマー（漏斗）型電極
３，１４，２３，３４，４５    チャンバー外壁
４，１５，２５，３５，４６    イオン
１１    凹面型に湾曲させたリペラー電極
１２    平板の抽出グリッド（中間グリッド）
２１，４１    リング型リペラー電極
２１Ａ    長いリング部
２１−１    穴
２４    レーザー光
３２，４２    引き出しスキマー型電極
４４    アインツェルレンズ
【図１】
0003623711.tif 000002
【図２】
0003623711.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003623711.tif 000005
【図５】
0003623711.tif 000006
【図６】
0003623711.tif 000007