(57)【要約】  【課題】  恒温槽内の微小な温度変化による真空チャンバを介したイオン光学系への輻射熱を軽減し、真空内の温度を安定させて質量分析の再現性を向上させる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】  恒温槽１６に収容された真空チャンバ１０の内部に、低熱伝導率材料から成る保持部材２１によりフライトチューブ２０を保持し、このフライトチューブ２０にイオン加速器１２及びイオン検出器１３（往復型の場合は、リフレクトロン１４も）を固定すると共に、真空チャンバ１０の飛行分離部１０ｂの外壁を断熱材２７で被覆する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータを有する温度調節手段を備えた恒温槽と、該恒温槽内に保持され、内包するイオン飛行空間を挟んで少なくともイオン加速器とイオン検出器とが設けられた真空チャンバとを備えた飛行時間型質量分析装置において、
前記真空チャンバの外壁を断熱材で被覆したことを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項２】
ヒータを有する温度調節手段を備えた恒温槽と、該恒温槽内に保持される真空チャンバと、上記真空チャンバの内部に、低熱伝導率材料から成る保持部材を介して保持され、内包するイオン飛行空間を挟んで少なくともイオン加速器とイオン検出器とが固定されたフライトチューブとを備えた飛行時間型質量分析装置において、
前記真空チャンバの外壁を断熱材で被覆したことを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項３】
上記断熱材を上記ヒータ近傍の真空チャンバ外壁の一部領域のみに設けた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】
上記断熱材を真空チャンバの飛行分離部の外壁のみに設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の飛行時間型質量分析装置。
【請求項５】
上記イオン加速器とイオン検出器とが装置内の一方の端に設けられ、他方の端にイオン反射器が設けられた往復型の飛行時間型質量分析装置であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか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する。
【背景技術】
【０００２】
従来の飛行時間型質量分析装置の構造及び作用を図３により説明する。真空チャンバ３０内の一方の端にイオン源３１、イオン加速器３２とイオン検出器３３が、他方の端にリフレクトロン（イオン反射器）３４が設けられている。イオン源としては、MALDI（Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization）等の試料イオン化部又はLCMSなどのイオン導入部が使用される。真空チャンバ３０には、高真空を達成可能なターボ分子ポンプ等の真空ポンプ３５が接続されている。
【０００３】
イオン源３１で生成されたイオンは、イオン加速器３２において所定の加速電圧により運動エネルギが与えられ、リフレクトロン３４に向けて飛行空間３７を飛行する。イオンはリフレクトロン３４における傾斜電界により反射され、飛行空間３７を戻って、イオン検出器３３において検出される。イオンが飛行空間３７を往復するのに要する時間はイオンの質量数（m/z、ただしzは電荷）に依存するため、イオン検出器３３におけるイオン検出量を連続的に測定することにより、イオン源３１において生成されたイオンの質量スペクトルが得られる。なお、イオン加速器とイオン検出器とを両端に配置し、イオンが飛行空間を一方向にのみ飛行した後に検出を行う一方向型のものもある。
【０００４】
このような装置では、同じエネルギを与えられても、イオンの飛行時間は当然飛行距離に応じて変化する。従って、イオン加速器３２、飛行空間３７、リフレクトロン３４、イオン検出器３３等を含むイオン光学系の位置関係、特に飛行空間３７の長さが変化すると、同一質量数のイオンであってもイオン検出器３３に到達する時間がシフトし、測定されるスペクトルの質量数軸がずれる。そこで、真空チャンバ３０の全体を断熱材３８で被覆された恒温槽３６に収容し、測定時にイオン光学系の温度が一定となるように制御が行われる。
【０００５】
高性能の飛行時間型質量分析装置に要求される時間安定性は、通常、20ppm程度であるが、飛行空間３７の長さの変化による飛行時間のズレをこれ以下にしようとすると、真空チャンバ３０を低熱膨張率の材料（通常、ステンレス鋼が使用される）で作製しても、その温度変化の幅を1℃程度としなければならない。一方、市販されている飛行時間型質量分析装置には、イオン飛行空間３７が約1mになるものもあるため、それを内包する真空チャンバ３０の全体を収容する恒温槽３６は相当大きなものとならざるをえない。そのような大きな恒温槽３６を1℃以下の許容幅で制御するためには、恒温槽３６の熱容量を相当大きいものにし、更に、高精度の温度制御装置を設けなければならない。
【０００６】
そこで、このような問題を解決するために。図４に示すように、真空チャンバ３０内に飛行空間３７を構成する管状部品（フライトチューブ）４０を設け、該フライトチューブ４０の一端にリフレクトロン３４を、他端にイオン加速器３２とイオン検出器３３を固定し、該フライトチューブ４０を熱伝導率の低い材料４１で真空チャンバ３０内に保持することによって、イオン光学系の熱膨張による質量スペクトルの変化を低減することのできる飛行時間型質量分析装置が開発されている（特許文献１）。イオン加速器３２とイオン検出器３３とは共にフライトチューブ４０に固定されているため、両者間のイオン飛行空間３７の長さ（イオンの飛行距離）はフライトチューブ４０の長さに依存する。このフライトチューブ４０は、上記のように低熱伝導率材料から成る保持部材４１を介して真空チャンバ３０の内部に保持されているため、真空チャンバ３０からの空気による伝熱の影響を殆ど受けず、保持部材４１を介しての熱伝導の影響も殆ど受けないため、真空チャンバ３０を囲う恒温槽３６の温度変動幅が多少大きくても、真空チャンバ３０の内部のフライトチューブ４０の温度変動を抑えることができる。
【０００７】
【特許文献１】特開2003-151488号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記のような飛行時間型質量分析装置においては、熱伝導及び対流による熱の伝播を抑えられるものの、恒温槽３６内に設けられた温度調節用ヒータ４２のon/offの切り替えなどによる恒温槽３６内の微小な温度変化が真空チャンバ３０を介して輻射熱としてイオン光学系に伝わり、安定した質量スペクトルが得られない場合があった。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、恒温槽内の微小な温度変化による真空チャンバを介したイオン光学系への輻射熱を軽減し、真空内の温度を安定させて質量分析の再現性を向上させることのできる飛行時間型質量分析装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、ヒータを有する温度調節手段を備えた恒温槽と、該恒温槽内に保持され、内包するイオン飛行空間を挟んで少なくともイオン加速器とイオン検出器とが設けられた真空チャンバとを備えた飛行時間型質量分析装置において、前記真空チャンバの外壁を断熱材で被覆したことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る質量分析装置は、ヒータを有する温度調節手段を備えた恒温槽と、該恒温槽内に保持される真空チャンバと、上記真空チャンバの内部に、低熱伝導率材料から成る保持部材を介して保持され、内包するイオン飛行空間を挟んで少なくともイオン加速器とイオン検出器とが固定されたフライトチューブとを備えた飛行時間型質量分析装置において、前記真空チャンバの外壁を断熱材で被覆したことを特徴とするものであってもよい。
【００１１】
なお、上記断熱材で真空チャンバ外壁の全体を覆うと、温度の安定性を高くすることができる反面、質量分析開始前に本発明の飛行時間型質量分析装置を所定の操業温度（質量分析を行うときの温度）まで加熱する際に多くの時間が必要となる。そのため、ヒータのon/offによる恒温槽内の微小な温度変化が真空チャンバ内に伝達されることを抑えつつ、装置始動時に必要な加熱時間が長くなるのを防ぐため、上記断熱材は上記ヒータ近傍の真空チャンバ外壁の一部領域のみに設けることが望ましい。また、一般的に真空チャンバは、図３及び図４に示すように、イオン加速器３２及びイオン検出器３３が設けられる加速／検出部（但し、上述の一方向型の場合は、加速部と検出部は別個に設けられる）３０ａと、該イオン加速器３２とイオン検出器３３との間の飛行空間３７を内包する飛行分離部３０ｂとで構成されるが、一般的に恒温槽３６内のスペースの関係から温度調節用のヒータ４２は前記飛行分離部３０ｂに近い領域に設けられることが多い。従って、この場合には上記断熱材を真空チャンバ３０の飛行分離部３０ｂの外壁のみに設けることが望ましい。
【００１２】
なお、上記「イオン飛行空間を挟んで少なくともイオン加速器とイオン検出器とが固定された真空チャンバ（又はフライトチューブ）」には、真空チャンバ又はフライトチューブの一端にイオン加速器、他端にイオン検出器が設けられている一方向型のものの他、真空チャンバ又はフライトチューブの一端にイオン加速器とイオン検出器が設けられ、他端にイオン反射器が設けられている往復型のものを含む。更に、複数のイオン反射器を介してイオンが飛行空間を往復する多重往復型のものをも含む。
【発明の効果】
【００１３】
上記のように、真空チャンバ外壁を断熱材で被覆することによって、恒温槽の微小な温度変化が真空チャンバに伝わるのを防止し、これにより真空チャンバからの輻射熱によるイオン光学系の温度変化を防ぐことができる。このため、イオン加速部とイオン検出器の間の距離は非常に安定したものとなり、質量分析の再現性の精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例を用いて説明する。
【００１５】
［実施例］
図１に本発明の一実施例である往復型飛行時間型質量分析装置の概略構成図を示す。本実施例においては、真空チャンバ１０内に保持されたフライトチューブ２０の一端にイオン加速器１２及びイオン検出器１３が、該フライトチューブ２０の他端にリフレクトロン１４が設けられている。フライトチューブ２０を保持する保持部材２１は、低熱伝導率材料（例えばセラミックや樹脂等）で作製されている。なお、イオン源（図示せず）はフライトチューブ２０に固定してもよいし、フライトチューブ２０とは独立に真空チャンバ１０に固定してもよい。
【００１６】
真空チャンバ１０は断熱材１８で覆われた恒温槽１６に収容されており、恒温槽１６にはヒータ２２、ファン２３及び温度センサ２４等から成る温度調節装置が設けられている。該真空チャンバ１０は飛行分離部１０ｂの外壁部分を断熱材２７によって被覆されている。真空チャンバ１０に設けられた真空ポンプ１５及び恒温槽１６に設けられた上記温度調節装置は、コンピュータを備えた操作制御部２５により制御されている。また、これとは別に、イオン加速器１２及びイオン検出器１３（それに、図示しないイオン源）に接続され、試料の質量分析を行うための測定制御部２６も設けられている。
【００１７】
本実施例の飛行時間型質量分析装置は上記のように、外部温度の変化がフライトチューブ２０に伝わりにくい構成となっているため、装置始動時にフライトチューブ２０の温度を上げようとする際には、これが逆に昇温時間を長引かせる原因となる。そこで、本実施例の質量分析装置では、操作制御部２５によって始動時にはまず恒温槽１６の加熱を開始し、所定時間が経過した後に真空チャンバ１０内の真空引きを開始するように制御を行うことが望ましい。これにより、装置始動時には恒温槽１６の熱は真空チャンバ１０から空気の対流を伴う伝導によりフライトチューブ２０に与えられ、フライトチューブ２０は比較的速やかに所定温度まで上昇することができるようになる。この「所定時間」としては、真空チャンバ１０の真空引きが完了する時点とフライトチューブ２０が所定の操業温度（通常、室温よりも5〜10℃高い値に設定しておく）に到達する時点がほぼ同時となるような時間に設定しておくことが望ましいが、フライトチューブ２０が操業温度に到達したと考えられる時間の後でもよい。或いは、時間で決定するのではなく、恒温槽１６、真空チャンバ１０又はフライトチューブ２０が、それぞれ所定の温度（前記操業温度又はそれに近い温度）になった時点で真空引きを開始するようにしてもよい。
【００１８】
その後、温度センサ２４によって検出される恒温槽１６内の温度が上記操業温度に達すると共に、真空計（図示略）によって検出される真空チャンバ１０内の真空度が所定の値に達した時点で、測定制御部２６の制御による試料の質量分析が開始される。分析中は操作制御部２５によって恒温槽１６内の温度制御が行われるが、このときには低熱伝達率材料から成る保持部材２１及び真空によって伝導及び対流による真空チャンバ１０からフライトチューブ２０への熱の伝達が抑えられるのに加えて、真空チャンバ１０外壁に設けられた断熱材２７によって恒温槽１６内の微小な温度変化による真空チャンバ１０の熱変動が抑制され、輻射熱による真空チャンバ１０からフライトチューブ２０への熱の伝達を抑えることもできる。従って恒温槽１６の温度変動は非常に長い時定数でしかフライトチューブ２０の温度変動に影響を及ぼさない。これにより、フライトチューブ２０の温度変動幅を従来よりも抑えることができ、安定した質量スペクトルを得ることができるようになる。
【００１９】
以上、本発明の一実施例である往復型飛行時間型質量分析装置を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が許容される。例えば、上記実施例では真空チャンバの内部にフライトチューブを設けた飛行時間型質量分析装置に本発明を適用した例について説明したが、図２に示すように、フライトチューブを設けず、真空チャンバ１０にイオン加速器１２、イオン検出器１３、及びリフレクトロン１４を固定したタイプの飛行時間型質量分析装置に本発明を適用してもよい。また、上記実施例では往復型のもので説明を行ったが、もちろん、リフレクトロンの位置にイオン検出器を置いた一方向型でも、本発明は全く同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例である往復型飛行時間型質量分析装置の概略構成図。
【図２】本発明の飛行時間型質量分析装置の別の例を示す概略構成図。
【図３】従来の往復型飛行時間型質量分析装置の概略構成図。
【図４】フライトチューブを備えた従来の往復型飛行時間型質量分析装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００２１】
１０、３０…真空チャンバ
１０ｂ、３０ｂ…飛行分離部
１１…イオン源
１２、３２…イオン加速器
１３、３３…イオン検出器
１４、３４…リフレクトロン
１５、３５…真空ポンプ
１６、３６…恒温槽
１７、３７…イオン飛行空間
１８、３８、２７…断熱材
２０、４０…フライトチューブ
２１、４１…保持部材
２２、４２…ヒータ
２３、４３…ファン
２４、４４…温度センサ
２５、４５…操作制御部
２６、４６…測定制御部
【図１】
2006140064.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006140064.tif 000005
【図４】
2006140064.tif 000006