(57)【要約】      （修正有）【課題】飛行時間型質量分析装置におけるリフレクトロンを構成する個々の部品の製作誤差の累積に起因する折り返し用の傾斜電界の歪を、従来よりも容易に小さくすることができ、イオンの初期分布による初期エネルギのばらつきを確実に解消して高精度の計測を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】リフレクトロンの電極１１を一定間隔に位置決めするための絶縁スペーサを、フライトチューブの軸線方向に互いに繋がった一体物（絶縁スペーサ構造体）１２とすることにより、電極ごとに個別の絶縁スペーサを介在させる従来のリフレクトロン構造に比して、個々の部品誤差の積み重ねに起因する全体としての誤差の増大のおそれをなくし、電極１１の位置並びにフライトチューブの軸線に対する直角度を向上させるように構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源からのイオンを加速電極によりフライトチューブの一端側から他端側へと向けて加速するとともに、その他端側には、それぞれに孔が形成された複数の板状の電極を、絶縁スペーサを介在させて互いに一定の間隔で上記フライトチューブの軸線方向に沿って並べてなるリフレクトロンを設け、このリフレクトロンによりイオンを反射させて上記フライトチューブの一端側に配置されたイオン検出器で検出する飛行時間型質量分析装置において、
上記リフレクトロンの絶縁スペーサが、上記フライトチューブの軸線方向に互いに繋がった一体物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２】
上記リフレクトロンの絶縁スペーサは、上記各板状の電極の周方向複数の位置にそれぞれ配置され、その各周方向位置の絶縁スペーサが、それぞれに上記軸線方向に繋がった一体物であ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。
【請求項３】
上記リフレクトロンの絶縁スペーサを構成する一体物は、絶縁体からなる母材に複数の溝が一定間隔で形成してなり、その各溝の一方の側壁部が、上記板状の電極を密着状態で保持する面を形成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の飛行時間型質量分析装置。
【請求項４】
上記リフレクトロンの各板状の電極は、上記絶縁スペーサを構成する一体物に形成された溝の上記一方の側壁部に、バネにより押圧された状態で固定され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。
【請求項５】
上記バネが金属バネであり、その金属バネを介して上記各板状の電極に対して電圧が印加されることを特徴とする請求項４に記載の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、イオンの飛行行程中にリフレクトロンを配置し、加速電極で加速したイオンをリフレクトロンで折り返してイオン検出器へと向かわせる、いわゆる折り返し型（反射型）の飛行時間型質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛行時間型質量分析装置においては、一般に、同一の加速電圧でイオンを加速したときに、イオンの質量ｍと電荷ｚの比ｍ／ｚによって飛行速度が相違することを利用し、イオン源で生成した各種イオンを同一の加速電圧で加速し、一定距離を飛行したときの時間を計測することで、生成したイオンのｍ／ｚ求め、ひいてはイオンの種類を同定する。
【０００３】
しかし、現実的には、イオンの初期分布の広がりによって加速エネルギにばらつきが生じる等に起因して、同一のｍ／ｚのイオンでも運動エネルギが異なる。理想的には、同一のｍ／ｚのイオンは同時にイオン検出器に到達するべきであり、エネルギのばらつきは質量スペクトルのプロファイルの広がりとなって分析結果に現れ、質量分解能を悪化させることになる。
【０００４】
このような不具合を解消するために、折り返し型の飛行時間方質量分析装置、つまり、加速されて飛行してくるイオンを、その飛行行程中に配置されたリフレクトロンにより折り返してイオン検出器に至らせるタイプの飛行時間型質量分析装置が提案され、実用化されている。
【０００５】
リフレクトロンを備えた折り返し型の飛行時間型質量分析装置の構成例を図６に示す。この例では、真空チャンバ１は真空ポンプ２によってその内部が真空排気され、この真空チャンバ１内にはフライトチューブ３が保持されている。フライトチューブ３はその内部にイオンの飛行空間を形成するものであり、その一端側にはイオン源４と加速電極（イオン加速器）５が設けられているとともに、イオン検出器６が配置されている。そして、フライトチューブ３の他端側にはリフレクトロン７が配置されている。
【０００６】
イオン源４としては、例えばＭＡＬＤＩ（Ｍａｔｒｉｘ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ／Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ；レーザ離脱／イオン化）に基づくものなどが用いられ、このイオン源４からのイオンは、加速電極５に印加された所定の加速電圧によってフライトチューブ３内でその一端側から他端側に向けて加速され、フライトチューブ３内を飛行する。フライトチューブ３内を飛行してきたイオンは、リフレクトロン７が作る傾斜電界により逆向きの加速エネルギが与えられて折り返され、フライトチューブ３内を逆向きに飛行してイオン検出器６に到達して検出される（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
リフレクトロン７は、例えば図７に模式的外観図を示すように、孔が形成された複数枚の板状の電極７１を、絶縁スペーサ７２を介して一定の間隔で配置した構造を有し、各電極７１に対してイオン源４から遠ざかるほど電位が高くなるよう、電気抵抗による電位配分のもとに電圧が印加され、これにより内部に傾斜電界を形成する（例えば特許文献２参照）。ここで、リフレクトロンの電極としては、従来、その外形が矩形のものも用いられるが、各電極間に絶縁スペーサを介在させる構造は同じである。
【０００８】
このようなリフレクトロン７を備えた構成によると、前記したようにイオンの初期分布の広がりにより同一のｍ／ｚのイオン間で運動エネルギにばらつきがあっても、高いエネルギを持つイオンはリフレクトロン７の奥側まで飛行して折り返し、低いエネルギを持つイオンは手前側で折り返してそれぞれイオン検出器に到達することになり、これにより同じｍ／ｚで運動エネルギが相違するイオンが同時にイオン検出器で検出され、質量分解能が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−０６４４３７号公報
【特許文献２】特開２０１２−００３９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、リフレクトロンが作る傾斜電界は、フライトチューブの軸方向への電界分布が高精度に意図する分布でなければ、上記したイオンの初期分布に由来するエネルギのばらつきを解消することができない。また、フライトチューブの軸線に対する傾斜電界の軸対象性が高精度でなければ、折り返されたイオンが偏向してしまう。
【００１１】
このようなことから、図７に例示したリフレクトロン７の各電極７１のフライトチューブ軸線方向への位置精度、並びに、同じく軸線に対する各電極７１の直角度には高い精度が要求される。
【００１２】
図７に例示したような従来のリフレクトロンの構造、すなわち、電極と絶縁スペーサを積み重ねた構造とすると、各構成要素の個々の製作誤差により、電極の段数を増やすにつれて電極全体としての誤差が大きくなる。例えば、４０段の電極を持つ構成とした場合に、１つの絶縁スペーサの厚みに＋１μｍの製作誤差があると、４０段ではトータル４０μｍの誤差となる。当然、絶縁スペーサの厚みの誤差だけではなく、電極の厚みの誤差についても同様の問題が起こることになる。
【００１３】
また、図７に例示した従来のリフレクトロン７の構成では、各電極７１間に４個の絶縁スペーサ７２を介在させているが、それぞれの段における個々の絶縁スペーサ７２の厚みが相互に異なれば、１段当たりの誤差は小さくても、例えば４０段積み上げるとその各絶縁スペーサ７２の配設位置における基準面からの距離（図７における高さｈ）が大きく異なる可能性があり、末端の電極７１がフライトチューブの軸線に対して直角に保持されずに傾きを生じる結果、このリフレクトロン７によって反射されたイオンが所定の方向へ向かわずに偏向してしまう可能性がある。
【００１４】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、リフレクトロンを構成する個々の部品の製作誤差の累積に起因する折り返し用の傾斜電界の歪みを、従来に比して容易により小さくすることができ、もってイオンの初期分布に起因する初期エネルギのばらつきを確実に解消して高精度の計測を行うことのできる飛行時間型質量分析装置の提供をその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するため、本発明の飛行時間型質量分析装置は、イオン源からのイオンを加速電極によりフライトチューブの一端側から他端側へと向けて加速するとともに、その他端側には、それぞれに孔が形成された複数の板状の電極を、絶縁スペーサを介在させて互いに一定の間隔で上記フライトチューブの軸線方向に沿って並べてなるリフレクトロンを設け、このリフレクトロンによりイオンを反射させて上記フライトチューブの一端側に配置されたイオン検出器で検出する飛行時間型質量分析装置において、上記リフレクトロンの絶縁スペーサが、上記フライトチューブの軸線方向に互いに繋がった一体物であることによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１６】
ここで、本発明においては、上記リフレクトロンの絶縁スペーサは、上記各板状の電極の周方向複数の位置にそれぞれ配置され、その各周方向位置の絶縁スペーサが、それぞれに上記軸線方向に繋がった一体物である構成（請求項２）を採用することができる。
【００１７】
また、本発明においては、上記リフレクトロンの絶縁スペーサを構成する一体物は、絶縁体からなる母材に複数の溝を一定間隔で形成してなり、その各溝の一方の側壁部が、上記板状の電極を密着状態で保持する面を形成している構成（請求項３）を好適に採用することができる。
【００１８】
さらに、本発明においては、上記リフレクトロンの各板状の電極は、上記絶縁スペーサを構成する一体物に形成された溝の上記一方の側壁部に、バネにより押圧された状態で固定される構成（請求項４）を採用することができ、またその場合、そのバネを金属バネとし、その金属バネを介して上記各板状の電極に対して電圧が印加される構成（請求項５）を採用することができる。
【００１９】
本発明は、リフレクトロンの複数の電極を一定間隔で保持するための絶縁スペーサを、個別の部品とせず、フライトチューブの軸線方向に繋がった一体物とすることで、個々の部品の誤差の累積をなくし、課題を解決しようとするものである。
【００２０】
すなわち、リフレクトロンの絶縁スペーサを、フライトチューブの軸線方向に相互に繋げた一体物構造とすると、例えばその一端面を基準面として、各所要部位までの寸法が目標とする寸法となるように各部位を個別に加工することができ、基準面から各所要部位までの寸法誤差はあっても、従来のような各部品ごとの誤差の累積は生じない。このことはフライトチューブの軸線に対する直角度についても同様であり、個々の部位における直角度の誤差はあっても、部品を重ねることによる誤差の累積に起因する全体としての誤差の増大は生じない。
【００２１】
請求項２〜５に係る発明は、本発明におけるリフレクトロンの具体的構成に関する発明であり、請求項２に係る発明におけるリフレクトロンでは、各板状電極間に、周方向複数の位置に絶縁スペーサを介在させ、その各周方向位置の絶縁スペーサについて、それぞれに軸方向に繋がった一体物とした構成としている。
【００２２】
また、絶縁スペーサを構成する一体物の構造並びに電極の保持構造としては、請求項３に係る発明のように、絶縁体からなる母材に一定間隔で複数の溝を形成し、その溝の一方の側壁部に電極を密着させる構造を採用することができ、溝の側壁部に電極を密着させる構造としては、請求項４に係る発明のように、電極をバネで押圧する構造を採用することができる。そして、請求項５に係る発明のように、そのバネを金属バネとすることで、この金属バネを介して各電極に所要の電圧を印加する構造とすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、リフレクトロンを構成する各板状電極を一定の間隔に位置決めするための絶縁スペーサを、フライトチューブの軸線方向に繋げた一体物としているので、従来のように各絶縁スペーサを個別の部材とする場合に比して、部材個々の厚みの誤差の累積が全体としての大きな誤差を生むおそれがなくなる。したがって本発明によれば、各電極の位置並びにフライトチューブの軸線に対する直角度が従来に比してより高精度となる結果、リフレクトロンが構成する電界のフライトチューブ軸方向への分布並びに軸対称性がより高精度となり、より質量分解能の高い計測を行うことのできる飛行時間型質量分析装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態における電極を組み込む前のリフレクトロンの状態を示す模式的斜視図。
【図２】電極組み込み後の状態を示す図１同様の模式的斜視図。
【図３】図２の状態における各電極の絶縁スペーサ構造体に対する密着固定構造例を示す説明図。
【図４】本発明の実施形態における絶縁スペーサ構造体の加工例を示す説明図。
【図５】本発明の他の実施形態においてリフレクトロンに用いられる絶縁スペーサ構造体の模式的斜視図。
【図６】折り返し型の飛行時間型質量分析装置の例を示す構成図。
【図７】従来の飛行時間型質量分析装置に用いられるリフレクトロンの模式的斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施の形態において、飛行時間型質量分析装置としての全体構成は図６に示したものと同等であるため、その詳細については説明を省略する。本発明の実施の形態は、図６におけるリフレクトロン７の構造にある。
【００２６】
図１および図２は本発明の実施の形態におけるリフレクトロン７の構造の特徴を説明するための模式的斜視図であり、図１は電極を組み込む前の状態を示し、図２は電極の組み込みが完了した状態を示している。
【００２７】
この例における電極１１は、外形が矩形の板状であり、その中央部に円形の孔を形成した形態をしており、その複数枚がセラミックス等の絶縁体からなる２つの絶縁スペーサ構造体１２によって位置決めされている。
【００２８】
各絶縁スペーサ構造体１２は、セラミックス等の板状の絶縁体に一定の間隔で互いに平行に複数の溝１３を形成したもので、その各溝１３の一方の側壁部１３ａが電極１１を密着させて位置決めする面となっている。これらの２つの絶縁スペーサ構造体１２は、その一端側において同じく絶縁体からなる保持部材１４に固着され、その固着状態で２つの絶縁スペーサ構造体１２は各溝１３が互いに対向し、その対向する溝１３の一方の側壁部１３ａどうしの保持部材１４の底面１４ａからの距離が互いに等しくなっている。なお、１４ｂはイオンを通過させるための孔である。
【００２９】
各電極１１は、対向する２辺の近傍領域が、それぞれに対応する絶縁スペーサ構造体１２の各溝１３の側壁部１３ａに密着固定されることにより位置決めされる。各電極１１の密着固定の方法は、例えば図３に示すように、電極１１を溝１３の一方の側壁部１３ａに当接させた状態で、その電極１１の表面と溝１３の他方の側壁部１３ｂとの間に金属製の板バネ１５を挿入し、電極１１の裏面を溝１３の一方の側壁部１３ａに押圧する構造を採用することができる。そしてこの構造を採用する場合、金属製の板バネ１５を通じて各電極に電圧を印加する構成とすることができる。
【００３０】
以上の実施の形態において、各絶縁スペーサ構造体１２の各溝１３の一方の側壁部１３ａの保持部材１４の底面１４ａからの距離と、その底面１４ａに対する平行度とが重要であり、加えて、保持部材１４の表裏面の平坦度並びに互いの平行度、および厚さが重要となる。
すなわち、このリフレクトロンは、図６に示すように、フライトチューブ３の端面に固定されるのであるが、より具体的には、フライトチューブ３の端面に対して保持部材１４の底面１４ａが固定されることになる。したがって、フライトチューブ３に対するリフレクトロン７の各電極１１のフライトチューブ３の軸線方向への位置と、同軸線に対する直角度とを高精度にするためには、上記のように保持部材１４の表裏面の平坦度および平行度並びに厚さ、さらに、各絶縁スペーサ構造体１２の溝１３の一方の側壁部１３ａの保持部材１４の底面１４ａからの距離と、その側壁部１３ａの保持部材１４の底面１４ａに対する平行度を高精度にする必要がある。
【００３１】
各絶縁スペーサ構造体１２の加工は、図４に示すように、保持部材１４に固定される側の端面を基準面Ｇとし、その基準面Ｇから各溝１３の一方の側壁部１３ａまでの寸法が規定寸法Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３・・・となるように加工する。これにより、基準面Ｇから個々の側壁部１３ａまでの寸法に誤差があっても、これらの各側壁部１３ａに密着して位置決めされる各電極１１間の距離は、上記の誤差のみに留まり、従来のように部品ごとの誤差が累積することにはならない。また、フライトチューブ３の軸線に対する各電極１１の直角度についても、保持部材１４の平行度と個々の側壁部１３ａの平行度とに起因する誤差のみとなり、従来のように多数の絶縁スペーサと電極ごとの誤差が累積されることにはならない。
【００３２】
したがって、本発明によれば、リフレクトロンにより形成される傾斜電界は、従来のものに比して容易に高精度化することができる。
【００３３】
ここで、以上の実施の形態においては、各電極１１の対向する２辺部分を２つの絶縁スペーサ構造体１２により位置決め固定した例を示したが、上記のような絶縁スペーサ構造体１２を３個コ字形に配置して電極１１の３辺部分を位置決め固定し、あるいは４個の絶縁スペーサ構造体１２をボックス上に配置して、各電極１１の４辺部分を位置決め固定することもできる。
【００３４】
また、図５に示すように、先の実施の形態よりも幅の狭い絶縁スペーサ構造体２２を３個用い、これらを図示したように１２０°間隔で保持部材２４に固定して、電極を位置決め固定するようにしてもよい。この場合、外形が円形であるドーナツ状の電極を位置決め固定するのに適している。
【符号の説明】
【００３５】
１  真空チャンバ
２  真空ポンプ
３  フライトチューブ
４  イオン源
５  加速電極（イオン加速器）
６  イオン検出器
７  リフレクトロン
１１  電極
１２  絶縁スペーサ構造体
１３  溝
１３ａ  一方の側壁部（電極保持面）
１４  保持部材
１５  金属製の板バネ
【図１】
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【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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