(57)【要約】【課題】  本発明は飛行時間型質量分析計に関し、ある特定の分裂経路で生成したプロダクトイオンを扇形電場の電圧を変化させることなく通過できるようにすることを目的としている。【解決手段】  １つ以上の扇形電場をもつ飛行時間型質量分析計（ＴＯＦＭＳ）であって、扇形電場型ＴＯＦＭＳを構成する１つ以上の扇形電場の前に配置された、電位を任意に変更できる箱（ポテンシャルリフト）１０と、目的とするイオンが前記ポテンシャルリフト１０を通過中に電位変更可能とする電位変更手段とを設け、前記ポテンシャルリフト１０出口と、扇形電場入口シャント間に、扇形電場入口シャントと同電位の再加速用電極１１を配置し、前記ポテンシャルリフト１０出口と再加速用電極１１間の電位差でイオンを再加速するように構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の扇形電場をもつ飛行時間型質量分析計（ＴＯＦＭＳ）であって、
扇形電場型ＴＯＦＭＳを構成する１つ以上の扇形電場の前に配置された、電位を任意に変更できる箱（ポテンシャルリフト）と、
目的とするイオンが前記ポテンシャルリフトを通過中に電位変更可能とする電位変更手段と、
を設け、前記ポテンシャルリフト出口と、扇形電場入口シャント間に、扇形電場入口シャントと同電位の再加速用電極を配置し、前記ポテンシャルリフト出口と再加速用電極間の電位差でイオンを再加速することを特徴とする飛行時間型質量分析計。
【請求項２】
前記１つ以上のポテンシャルリフトの前段に、１つ以上のイオン開裂手段を配置することを特徴とする請求項１記載の飛行時間型質量分析計。
【請求項３】
前記複数ある開裂手段の構成がそれぞれ異なることを特徴とする請求項２記載の飛行時間型質量分析計。
【請求項４】
前記飛行時間型質量分析計ともう１つの質量分析計とを組み合わせたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の飛行時間型質量分析計。
【請求項５】
前記もう１つの質量分析計は、反射電場をもつＴＯＦＭＳであることを特徴とする請求項４記載の飛行時間型質量分析計。
【請求項６】
前記もう１つの質量分析計は、磁場型質量分析計であることを特徴とする請求項４記載の飛行時間型質量分析計。
【請求項７】
前記２つの質量分析計の間に１つ以上の開裂手段を配置したことを特徴とする請求項４乃至６の何れかに記載の飛行時間型質量分析計。
【請求項８】
前記飛行時間型質量分析計と運動エネルギーを分離測定できる装置を組み合わせたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の飛行時間型質量分析計。
【請求項９】
前記運動エネルギーを分離測定できる装置が扇形電場であることを特徴とする請求項７記載の飛行時間型質量分析計。
【請求項１０】
前記扇形電場型ＴＯＦＭＳと運動エネルギーを分離測定できる装置との間に１つ以上の開裂手段を配置したことを特徴とする請求項８又は９記載の飛行時間型質量分析計。
【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計（ＴＯＦＭＳ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析計を用いた構造解析の手法として、ＭＳ／ＭＳ測定がある。図８はＭＳ／ＭＳ測定の説明図である。これは、ある特定のプレカーサイオンを選択して、自発的に又は強制的に開裂を起こし、その経路から構造解析を行なう方法である。ここで、プレカーサイオンとは、イオン源で生成した特定のイオンをいう。開裂を起こすと、プロダクトイオンが発生する。ここで、プレカーサイオンの開裂によって生じたプロダクトイオンの識別記号として「プロダクトイオンｎｍn」と表わす。ここで“ｎ”は開裂回数、“ｍn”はｎ回目開裂の経路数である。図８に示す場合、プレカーサイオンは開裂１回目でプロダクトイオン１１，１２，１３…等を発生する。これらプロダクトイオンは、全て質量分析される。
【０００３】
その発展型として、ある分裂生成したプロダクトイオンを更に開裂させ、その経路を調べる方法もあり、ＭＳ3測定と呼ばれる。図９はＭＳ3測定の説明図である。図９では２回の開裂でプロダクトイオン２１，２２，２３，…等を発生する。このようにして、順次プロダクトイオンを選択し、（ｎ−１）回開裂させた分裂経路を調べる方法をＭＳn測定と呼んでいる。図では、（ｎ−１）回の開裂が生じている。そして、開裂（ｎ−１）回路の開裂が発生している。これら（ｎ−１）回目の開裂プロダクトイオンは、全て質量分析される。
【０００４】
従来技術として、イオントラップ型、４重極型、磁場型、飛行時間型の質量分析装置を２つ組み合わせてＭＳ／ＭＳ測定を可能にする装置や、イオントラップで（ｎ−２）回の開裂を起こし、順次プロダクトイオンを選択し、（ｎ−１）回目の開裂で生成したプロダクトイオンを飛行時間型質量分析計で全て質量測定し、ＭＳnを可能にしている装置がある。図１０はＭＳn測定の説明図である。
【０００５】
一方、ＴＯＦＭＳでは、直線型、反射電場型が主流である。直線型は、原理的にＭＳ／ＭＳ測定を行なうことができない。反射電磁場型は、反射電場を通過する時間が、イオンの運動エネルギー、質量に依存することからＭＳ／ＭＳ測定に多く用いられている。一般的に、ＴＯＦＭＳは、飛行距離（飛行時間）が長いほど質量分解能が向上する。
【０００６】
しかしながら、直線型や反射電場型ＴＯＦＭＳにおいて、飛行距離を伸ばすことは、装置の大型化につながる。この問題を解決したのが扇型（セクター型）電場型ＴＯＦＭＳであり、複数の扇形電場を用いて、長い軌道を少ない装置面積で実現している（例えば非特許文献１参照）。また、その発展として、同一軌道を多重周回させることにより、飛行時間を伸ばすことに成功し、小型・高質量分解能を実現している装置もある（以下、同一軌道型と呼ぶ）（例えば特許文献１，２参照）。その変形例として、各周回の始点と終点を軌道面垂直方向にずらした、らせん軌道型もある（例えば特許文献３参照）。これら扇形電場型ＴＯＦＭＳと、反射電場型ＴＯＦＭＳを組みあわせ、ＭＳ／ＭＳ測定を可能にした装置も開発されている。
【０００７】
次に、ポテンシャルリフトについて説明する。ポテンシャルリフトは、質量分析計の自由空間内中に電位を変更できる箱を配置し、イオンがその中を通過中に電位を変更することを特徴とするものである（例えば特許文献４参照）。
【０００８】
また、飛行時間内にイオンが入射し、且つ出射可能であり、内部が一様電位となる導電性の箱を設置し、該箱の電位を特定のイオンの入射時と出射時とで異ならせるようにした装置が開発されている（例えば特許文献５参照）。
【非特許文献１】Ｔ．Ｓａｋｕｒａｉ  ｅｔ  ｒｌ  ｈｕ  Ｊ．Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｎ．  Ｉｏｎ  Ｐｒｏｃ６６，２８３（１９８５）
【特許文献１】特開平１１−２９７２５７号公報（段落００２６〜段落００３８、図１）
【特許文献２】特開平１１−１３５０６１号公報（段落００３２〜段落００４２、図１）
【特許文献３】特開２０００−２４３３４５号公報（段落００１０〜段落００１８、図１）
【特許文献４】特開平１０−１３４７６４号公報（段落０００８〜段落００１５、図１）
【特許文献５】特許第３３５４４２７号公報（段落０００６〜段落０００８、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
扇形電場型ＴＯＦＭＳは、小型、高分解能が実現できるという利点があるものの、飛行中の開裂で生成したプロダクトイオンを扇形電場スイッチングなしに通過させることができないという問題がある。その理由を以下に述べる。なお、以下の説明では全てのイオンの電荷は１価である。また、その構成を図１１に示す。
【００１０】
図１１は扇形電場型ＴＯＦＭＳと反射電場型ＴＯＦＭＳを組みあわせた装置の概念図である。図において、１はイオンを出射するイオン源、２はイオン源１から出射されたイオンを開裂させる第１の衝突室（以下衝突室１と略す）、３は衝突室１から出射されたイオンが通過するセクター電場（扇形電場）、４はセクター電場３を通過したイオンのうち、特定のイオンの通過を阻止するイオンゲート、５は該イオンゲート４を通過したイオンを開裂させる第２の衝突室（以下衝突室２と略す）、６は衝突室２から出射されたイオンが導入され、反射されるリフレクトロン（反射型電場）である。
【００１１】
図１１に示す装置は、セクター電場３が１つで構成される扇形電場型ＴＯＦＭＳと、リフレクトロン６が１つで構成される反射電場型ＴＯＦＭＳの組み合わせであり、この組み合わせで説明する。このように構成された装置において、イオン源１で生成したプレカーサイオンは、加速電圧Ｖ0で加速される。この時、イオンの運動エネルギーＥ0は、Ｅ0＝ｅＶ0で表わされる。ここで、ｅは電子の電荷である。
【００１２】
扇形電場は、プレカーサイオンの運動エネルギーＥ0をもつイオンが通過できるように設定されている。あるプレカーサイオン（質量Ｍ0）が扇形電場の前の衝突室１で開裂してプロダクトイオン１（質量Ｍ1）を生成する場合、プロダクトイオンの運動エネルギーＥ1は次式で表わされる。
【００１３】
Ｅ1＝Ｅ0×（Ｍ1／Ｍ0）
扇形電場は、エネルギーフィルタとして働くため、生成したプロダクトイオンは扇形電場を通過することができない。プロダクトイオンを通過させるためには、扇形電場に到達するまで、扇形電場電圧をＥ1の運動エネルギーをもつイオンが通過できるように変更しなければならない。その後、扇形電場を通過したプロダクトイオンは、衝突室２に導入され開裂する。この開裂により生成したプロダクトイオンを反射電場型ＴＯＦＭＳで全て質量分析すれば、原理的にはＭＳ3が測定可能である。しかしながら、この方法にはいくつかの問題点がある。以下にその問題点を列挙する。
１．扇形電場をスイッチング電源にすると電圧精度がおち、不安定な装置となる。
２．反射電場の電圧は、プロダクトイオン１（反射電場直前の開裂のプレカーサイオン）の運動エネルギーの値（即ち分裂経路）によってスイッチングする必要がある。この結果、前記問題点１と同様、電圧精度が落ち、不安定な装置となる。
３．開裂手段や扇形電場を増やし、ＭＳn測定を考えた場合、複数回の開裂により、検出器で検出するイオンの運動エネルギーが低くなり、検出感度が低下し、場合によっては検出が不可能になる。
【００１４】
以上、説明したように、従来の装置では、現実的には、扇形電場型ＴＯＦＭＳと反射電場型ＴＯＦＭＳを組み合わせる場合、ＭＳ／ＭＳ測定のみ可能である。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、ある特定の分裂経路で生成したプロダクトイオンを扇形電場の電圧を変化させることなく通過できるようにすることができる飛行時間型質量分析計を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
（１）請求項１記載の発明は、１つ以上の扇形電場をもつ飛行時間型質量分析計（ＴＯＦＭＳ）であって、扇形電場型ＴＯＦＭＳを構成する１つ以上の扇形電場の前に配置された、電位を任意に変更できる箱（ポテンシャルリフト）と、目的とするイオンが前記ポテンシャルリフトを通過中に電位変更可能とする電位変更手段とを設け、前記ポテンシャルリフト出口と、扇形電場入口シャント間に、扇形電場入口シャントと同電位の再加速用電極を配置し、前記ポテンシャルリフト出口と再加速電極間の電位差でイオンを再加速することを特徴とする。
【００１６】
（２）請求項２記載の発明は、前記１つ以上のポテンシャルリフトの前段に、１つ以上のイオン開裂手段を配置することを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、前記複数ある開裂手段の構成がそれぞれ異なることを特徴とする。
【００１７】
（４）請求項４記載の発明は、前記飛行時間型質量分析計ともう１つの質量分析計とを組み合わせたことを特徴とする。
（５）請求項５記載の発明は、前記もう１つの質量分析計は、反射電場をもつＴＯＦＭＳであることを特徴とする。
【００１８】
（６）請求項６記載の発明は、前記もう１つの質量分析計は、磁場型質量分析計であることを特徴とする。
（７）請求項７記載の発明は、前記２つの質量分析計の間に１つ以上の開裂手段を配置したことを特徴とする。
【００１９】
（８）請求項８記載の発明は、前記飛行時間型質量分析計と運動エネルギーを分離測定できる装置を組み合わせたことを特徴とする。
（９）請求項９記載の発明は、前記運動エネルギーを分離測定できる装置が扇形電場であることを特徴とする。
【００２０】
（１０）請求項１０記載の発明は、前記扇形電場型ＴＯＦＭＳと運動エネルギーを分離測定できる装置との間に１つ以上の開裂手段を配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
（１）請求項１記載の発明によれば、電位を任意に可変できるポテンシャルリフトの出口から出射されるイオンに対して、扇形電場入口シャントと同電位に構成された再加速用電極によりイオンを再加速することで、開裂したイオンが扇形電場の電圧を変更することなく該扇形電場を通過することができるようになる。この結果、ある特定の分裂経路で生成したプロダクトイオンを扇形電場の電圧を変化させることなく通過できるようにすることができる。
【００２２】
（２）請求項２記載の発明によれば、１つ以上のポテンシャルリフトの前段に、１つ以上のイオン開裂手段を設けることにより、イオンの開裂回数を増やし、物質の構造を更に詳細に解析することができる。
【００２３】
（３）請求項３記載の発明によれば、開裂手段の構成を異ならせることで、物質の構造をより詳細に解析することができる。
（４）請求項４記載の発明によれば、飛行時間型質量分析計ともう１つの質量分析計を組み合わせることで、より詳細に物質の構造を解析することができる。
【００２４】
（５）請求項５記載の発明によれば、前記もう１つの質量分析計として反射電場型の質量分析計を用いることができる。
（６）請求項６記載の発明によれば、前記もう１つの質量分析計として磁場型質量分析計を用いることができる。
【００２５】
（７）請求項７記載の発明によれば、２つの質量分析計の間に１つ以上の開裂手段を設けることで、更に詳細に物質の構造を解析することができる。
（８）請求項８記載の発明によれば、運動エネルギーを分離測定することで、開裂の経路を把握することができる。
【００２６】
（９）請求項９記載の発明によれば、前記エネルギー分離手段として、扇形電場を用いることができる。
（１０）請求項１０記載の発明によれば、扇形電場型ＴＯＦＭＳと運動エネルギーを分離測定できる装置の間に１つ以上の開裂手段を設けることで、更に開裂を促し、物質の構造をより詳細に解析することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明は、周回軌道中にポテンシャルリフトを配置し、ある特定の分裂経路で生成したプロダクトイオンを扇形電場の電圧を変化させることなく通過できるようにしたものである。この方法を用いると、扇形電場型ＴＯＦＭＳと反射電場型ＴＯＦＭＳと組み合わせた場合に、反射電場のスイッチングを行なう必要がない。従って、簡単にＭＳn測定が可能となる。
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態例を示す構成図である。図１１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、１はイオン源、２は第１の衝突室（衝突室１）、３はセクター（扇形）電場、４はイオンゲート、５は第２の衝突室（衝突室２）、６はリフレクトロン、７は検出器である。
【００２９】
１０は扇形電場型ＴＯＦＭＳを構成する扇形電場（セクター電場）の前に配置された、その電位を任意に変更できる箱（ポテンシャルリフト）、該ポテンシャルリフト１０には、目的とするイオンがポテンシャルリフト１０を通過中に電位変更可能とする電位変更手段（図示せず）が設けられている。１１は前記ポテンシャルリフト１０の出口と、セクター電場３の入口シャント間に設けられた、セクター電場３の入口シャントと同電位の再加速用電極である。
【００３０】
図２はポテンシャルリフト、再加速用電極、セクター電場の概略図である。図において、１０はポテンシャルリフト、１１は再加速用電極、３ａはセクター電場シャント、３ｂはセクター電場電極である。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００３１】
イオン源１で発生したプレカーサイオンは、加速電圧Ｖ0で加速される。この時、プレカーサイオン（質量Ｍ0）の運動エネルギーは、Ｅ0＝ｅＶ0となる。プレカーサイオンを観測する場合、セクター電場３は運動エネルギーＥ0のイオンが通過できるように設定されている。リフレクトロン６の電圧は、エネルギーＥ0のイオンが時間集束するように最適化しておく。ポテンシャルリフト１０と再加速用電極１１は、自由空間と同電位に設定する。そして、衝突室１,２内は排気しておく。
【００３２】
プロダクトイオンを観測する場合には、衝突室１,２に衝突ガスを導入する。プレカーサイオンは、衝突室１に進入し、該衝突室１内のガスと衝突することにより開裂する。この開裂によりプレカーサイオンは、プロダクトイオン１ｍ1（以下、プロダクトイオンｎｍnのｎは開裂の回数、ｍnはｎ回目の開裂の経路番号とする）と中性プロダクトに分裂する。この内、中性プロダクトは電場の力を受けないため、セクター電場３を通過することができない。
【００３３】
ここで、選択したいプロダクトイオン（この場合プロダクトイオン１２）の質量をＭ1とすると、プロダクトイオン１２の運動エネルギーＥ1は
Ｅ1＝ｅＶ1＝Ｅ0×（Ｍ1／Ｍ0）
となる。エネルギーが変化したので、このままではセクター電場３を通過することはできない。
【００３４】
そこで、プロダクトイオン１２がポテンシャルリフト１０を通過中に、ポテンシャルリフト１０の電位を（Ｖ0−Ｖ1）だけ上昇させる。この操作は、図示しない電位変更手段により実施される。ポテンシャルリフト１０を通過したプロダクトイオンは、ポテンシャルリフト１０の出口端面グリッド電極と再加速用電極１１間の電位差（Ｖ0−Ｖ1）により加速され、運動エネルギーＥ0となる。よって、セクター電場３の電圧を変化させることなく通過させることができる。
【００３５】
また、他の分裂経路により生成するプロダクトイオンの運動エネルギーは、殆どがセクター電場３を通過できるそれよりも大きかったり、小さかったりするのでセクター電場３を通過することができない。
【００３６】
この方法の場合、プレカーサイオンとプロダクトイオンの質量の比が同じであれば、他のプレカーサイオンからプロダクトイオンでも通過することができる。また、セクター電場３には通過することのできる運動エネルギーの幅があるため、選択したいプロダクトイオン以外も通過する可能性がある。このイオンを排除するために、イオンゲート４を配置している。該イオンゲート４は、オフの時イオンが直進でき、オンではイオンを偏向するためイオンは排除される。そして、プロダクトイオン１２が通過する時のみイオンゲート４をオフにし、それ以外はオンにする。
【００３７】
プロダクトイオン１２は、イオンゲート４を通過した後、衝突室２に導入される。該衝突室２内のガスとの衝突により、選択されたプロダクトイオンは開裂する。生成したプロダクトイオン２ｍ2全てを反射電場型ＴＯＦＭＳで質量測定する。具体的には、リフレクトロン６から反射されたイオンを検出器７で検出する。この時、プロダクトイオン１２の運動エネルギーがＥ0であるため、反射電場電圧のスイッチングの必要がない。これにより、ＭＳ3測定が可能となる。
【００３８】
以上、説明したように、この実施の形態例によれば、電位を任意に可変できるポテンシャルリフトの出口から出射されるイオンに対して、扇形電場入口シャント３ａと同電位に構成された再加速用電極１１によりイオンを再加速することで、開裂したイオンが扇形電場３の電圧を変更することなく該扇形電場３を通過することができるようになる。この結果、ある特定の分裂経路で生成したプロダクトイオンを扇形電場の電圧を変化させることなく通過できるようにすることができる。
【００３９】
また、１つ以上のポテンシャルリフトの前段に、１つ以上のイオン開裂手段（衝突室）を設けることにより、イオンの開裂回数を増やし、物質の構造を更に詳細に解析することができる。
【００４０】
また、各開裂手段の構成を異ならせることで、開裂を生ぜしめ、物質の構造をより詳細に解析することができる。
また、飛行時間型質量分析計ともう１つの質量分析計を組み合わせることで、より詳細に物質の構造を解析することができる。
【００４１】
この場合において、前記もう１つの質量分析計として反射電場型の質量分析計を用いることができる。
また、前記もう１つの質量分析計として磁場型質量分析計を用いることができる。
【００４２】
また、２つの質量分析計の間に１つ以上の開裂手段を設けることで、更に詳細に物質の構造を解析することができる。
図３は本発明の第２の実施の形態例を示す構成図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。この実施の形態例は、４つのセクター電場中をイオンが周回して飛行距離をかせぐようにしたものである。必要な回数だけ周回したイオンは、イオンゲートに導入された後、衝突室に入って開裂し、リフレクトロンで反射された後、検出器に導かれる。
【００４３】
図３において、１はイオン銃、３Ａはイオン源１から出射されたイオンを通過させるセクター電場１、３Ｂはセクター電場（扇形電場）１を通過したイオンを通過させるセクター電場２、２はセクター電場２を通過したイオンが導入される衝突室１、１０は衝突室１から出射されたイオンが導入されるポテンシャルリフト、１１はポテンシャルリフト１０を通過したイオンが加速される再加速用電極、３Ｃは再加速用電極１１で加速されたイオンを通過させるセクター電場３である。
【００４４】
３Ｄはセクター電場３を通過したイオンを通過させるセクター電場４である。４はセクター電場４を通過したイオンを受けるイオンゲート、５は該イオンゲート４を通過したイオンが導入される衝突室２、６は衝突室２を通過したイオンが導入されるリフレクトロン、７は該リフレクトロン６で反射されたイオンが導かれる検出器である。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００４５】
イオン源１で生成したプレカーサイオンは、同一軌道型ＴＯＦＭＳに導入され、周回する。導入時には、セクター電場４の電圧はオフになっており、イオンが１周回後セクター電場４に到達するまでにオンにする。イオン源１にて加速電圧Ｖ0で加速した場合、プレカーサイオン（質量Ｍ0）の運動エネルギーＥ0は、Ｅ0＝ｅＶ0となる。セクター電場１〜４は、運動エネルギーＥ0の運動エネルギーをもつイオンが通過できるように設定する。また、ポテンシャルリフト１０と再加速用電極１１は、自由空間と同電位に設定されている。また、衝突室１，２は排気しておく。
【００４６】
プレカーサイオンの選択に必要な回数（Ｎ1回：Ｎ1＞０）イオンを周回させる。選択したいプレカーサイオンがＮ1周目のセクター電場２を通過後、次の周回までに衝突室１にガスを充填する。（Ｎ1＋１）周目にセクター電場２を通過したプレカーサイオンは、衝突室１内のガスと衝突することにより開裂する。この開裂により、プレカーサイオンは、プロダクトイオン１ｍ1と中性プロダクトに分裂する。中性プロダクトは電場の力を受けないので、セクター電場３を通過することはできない。
【００４７】
選択したいプロダクトイオン（この場合プロダクトイオン１２）の質量をＭ1とすると、プロダクトイオン１２の運動エネルギーＥ1は
Ｅ1＝ｅＶ1＝Ｅ0×（Ｍ1／Ｍ0）
となる。このまま飛行すると、セクター電場３を通過することはできない。
【００４８】
そこで、プロダクトイオンがポテンシャルリフト１０を通過中に、ポテンシャルリフト１０の電位を電位変更手段（図示せず）により（Ｖ0−Ｖ1）だけ上昇させる。ポテンシャルリフト１０を通過したプロダクトイオンは、ポテンシャルリフト１０出口端面グリッド電極と再加速用電極１１間の電位（Ｖ0−Ｖ1）により加速され運動エネルギーＥ0となる。
【００４９】
よって、セクター電場３の電圧を変化させることなく通過させることができる。また、他の分裂経路により生成するプロダクトイオンの運動エネルギーは、殆どがセクター電場３を通過できるそれよりも大きかったり、小さかったりするので、セクター電場３を通過できない。プロダクトイオンが再加速用電極１１を通過後、ポテンシャルリフト１０の電位を自由空間電位に戻し、衝突室１のガスを排気する。
【００５０】
セクター電場１〜４には、通過することのできる運動エネルギーの幅があるため、選択したいプロダクトイオン以外のものも通過する可能性がある。それらを選択するために必要な周回数プロダクトイオンを周回（Ｎ2回：Ｎ2＞０）させる。（Ｎ1＋Ｎ2）周回目のセクター電場１を通過後、セクター電場１の電圧をオフにする。（Ｎ1＋Ｎ2＋Ｎ3）周回目でプロダクトイオン１２はセクター電場１を直進し、セクター電場型ＴＯＦＭＳを通過する。
【００５１】
セクター電場型ＴＯＦＭＳを通過後、プロダクトイオン１２をイオンゲート４により選択する。イオンゲート４を通過後、プロダクトイオン１２は衝突室２に導入される。衝突室２に導入されたガスとの衝突により選択されたプロダクトイオン１２は開裂する。そして、生じたプロダクトイオン２ｍ2全てをリフレクトロン６で質量測定する。即ち、リフレクトロン６を通過したイオンは、検出器７にて検出される。これにより、ＭＳ3測定が可能である。
【００５２】
このように、この実施の形態例によれば、４個のセクター電場を用いてプロダクトイオンを複数回周回させて飛行距離をかせぎ、正確な質量分析を行なうことができる。即ち、電位を任意に可変できるポテンシャルリフトの出口から出射されるイオンに対して、扇形電場入口シャント３ａと同電位に構成された再加速用電極１１によりイオンを再加速することで、開裂したイオンが扇形電場３の電圧を変更することなく該扇形電場３を通過することができるようになる。この結果、ある特定の分裂経路で生成したプロダクトイオンを扇形電場の電圧を変化させることなく通過できるようにすることができる。
【００５３】
本発明によれば、飛行時間型質量分析計と運動エネルギーを分離測定できる装置を組み合わせることができる。これにより、開裂の経路を把握することができる。この場合において、エネルギー分離装置として扇形電場を用いることができる。また、本発明によれば、扇形電場型ＴＯＦＭＳと運動エネルギーを分離測定できる装置の間に１つ以上の開裂手段を設けることにより、更に開裂を促し、物質の構造をより詳細に解析することができる。
【００５４】
図４は本発明の第３の実施の形態例を示す構成図である。図３と同一のものは、同一の符号を付して示す。この実施の形態例は、同一軌道型ＴＯＦＭＳでＭＳn（ｎ＞４）測定を行なうものである。各構成要素そのものは、図３に示す実施の形態例と同じである。相違点のみ説明する。４ａはセクター電場（扇形電場）４とセクター電場１との間に配置された第１のイオンゲート、４ｂはセクター電場１と衝突室２との間に配置された第２のイオンゲートである。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下のとおりである。
【００５５】
イオン源１で生成したプレカーサイオンは、同一軌道型ＴＯＦＭＳに導入され周回する。導入時には、セクター電場４の電圧はオフとなっており、イオンが１周回後、セクター電場４に到達するまでにオンにする。イオン源１にて加速電圧Ｖ0で加速された場合、プレカーサイオン（質量Ｍ0）の運動エネルギーＥ0は、Ｅ0＝ｅＶ0となる。多重周回型ＴＯＦＭＳのセクター電場１〜４は、Ｅ0の運動エネルギーをもつイオンが通過できるように設定する。そして、プレカーサイオンの選択に必要な回数（Ｎ1回：Ｎ1＞０）イオンを周回させる。
【００５６】
選択したいプレカーサイオンがＮ1周目のセクター電場３を通過後、次の周回までに衝突室１にガスを充填する。（Ｎ1＋１）周目にセクター電場３を通過したプレカーサイオンは、衝突室１内のガスと衝突することにより開裂する。開裂によりプレカーサイオンは、プロダクトイオン１ｍ1と中性プロダクトに分裂する。中性プロダクトは電場の力を受けないので、セクター電場３を通過することはできない。
【００５７】
選択したいプロダクトイオン（この場合のプロダクトイオン１２）の質量をＭ1とすると、プロダクトイオン１２の運動エネルギーＥ1は、
Ｅ1＝ｅＶ1＝Ｅ0×（Ｍ1／Ｍ0）
となる。このまま飛行すると、セクター電場３を通過することはできない。そこで、プロダクトイオンがポテンシャルリフト１０を通過中に、ポテンシャルリフト１０の電位を（Ｖ0−Ｖ1）だけ電位変更手段（図示せず）により変化させる。ポテンシャルリフト１０を通過したプロダクトイオンは、ポテンシャルリフト出口端面グリッド電極と再加速用電極１１間の電位（Ｖ0−Ｖ1）により再加速され運動エネルギーＥ0となる。
【００５８】
よって、セクター電場３の電圧を変化させることなくイオンを通過させることができる。また、他のプロダクトイオンは、運動エネルギーがセクター電場を通過できるそれよりも大きかったり、小さかったりするのでセクター電場３を通過することはできない。プロダクトイオン１２が再加速用電極１１を通過後、ポテンシャルリフト１０の電位は軌道中心電位に戻し、衝突室１のガスを排気する。
【００５９】
次に、プロダクトイオン１２を更に開裂させる。セクター電場１〜４は、通過することのできる運動エネルギーの幅があるため、選択したいプロダクトイオン以外のものも通過する可能性がある。しかしながら、それらは全て飛行時間が異なるものであるので、それらを選択するのに必要な周回数プロダクトイオンを周回（Ｎ3回：Ｎ3＞０）させる。プロダクトイオン１２が（Ｎ1＋Ｎ2＋１）周目のセクター電場３を通過後、次の周回までに衝突室１にガスを充填する。
【００６０】
同一軌道型ＴＯＦＭＳの任意の場所に配置した（本実施の形態例では、セクター電場４と１の間）イオンゲート１にて、プロダクトイオン１２を選択する。（Ｎ1＋Ｎ2＋２）周目、セクター電場３を通過したプレカーサイオンは、衝突室１内のガスと衝突することにより開裂する。開裂によりプレカーサイオンは、プロダクトイオン２ｍ2と中性プロダクトに分裂する。中性プロダクトは、電場の力を受けないため、セクター電場３を通過することはできない。
【００６１】
次に、選択したいプロダクトイオン（この場合プロダクトイオン２２）の質量をＭ2とすると、プロダクトイオン２２の運動エネルギーＥ2は、
Ｅ2＝ｅＶ2＝Ｅ0×（Ｍ2／Ｍ1）
となる。このまま飛行すると、セクター電場３を通過することはできない。
【００６２】
そこで、プロダクトイオン２２がポテンシャルリフト１０を通過中に、ポテンシャルリフト１０の電位を電位変更手段（図示せず）により（Ｖ0−Ｖ2）だけ上昇させる。ポテンシャルリフト１０を通過したプロダクトイオンは、ポテンシャルリフト１０の出口端面グリッド電極と再加速用電極１１間の電位（Ｖ0−Ｖ2）により加速され、運動エネルギーＥ0となる。よって、セクター電場３の電圧を変化させることなく、イオンを通過させることができる。また、他の大多数のプロダクトイオンは、運動エネルギーが、セクター電場を通過できるそれよりも大きかったり、小さかったりするので、セクター電場３を通過することができない。
【００６３】
プロダクトイオン２２が、セクター電場１に到達するまでに、セクター電場１の電圧をオフにする。プロダクトイオン２２はセクター電場１に到達するまでにセクター電場１の電圧をオフにする。この結果、プロダクトイオン２２はセクター電場１を直進し、衝突室２に向かって飛行する。同一軌道型ＴＯＦＭＳと反射電場型ＴＯＦＭＳの間に配置されたイオンゲート２でプロダクトイオン２２を選択する。衝突室２に導入されたガスとの衝突により選択されたプロダクトイオン２２は開裂する。生じたプロダクトイオン全てをリフレクトロン６で質量測定する。即ち、通過したイオンは検出器７に導かれこれによりＭＳ4の測定が可能である。また、前記シーケンスを順次繰り返せばＭＳn（ｎ＞５）が可能である。図４に示す第３の実施の形態例の効果は、図３に示す第２の実施の形態例と同様である。
【００６４】
図５は本発明の第４の実施の形態例を示す構成図である。図４と同一のものは、同一の符号を付して示す。この実施の形態例は、４つのセクター電場（扇形電場）をらせん状に配置して、イオンがらせん状に周回することで、飛行時間をかせぐようにしたものである。図において、１はイオン銃、３Ａはセクター電場１、３Ｂはセクター電場２、３Ｃはセクター電場３、３Ｄはセクター電場４である。２は衝突室１、１０はポテンシャルリフト、１１は再加速用電極、４はイオンゲート、５は衝突室２、６はリフレクトロン、７は検出器である。
【００６５】
図６は図５をＡ側から見た図、図７は図５をＢ側から見た図である。らせん軌道の場合、全ての軌道が異なり、周回数は装置により一定である。ここでは、５周目のセクター電場２と、セクター電場３間に衝突室１とポテンシャルリフト１０を配置したものを示すが、これに限るものではない。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００６６】
イオン源１で生成したプレカーサイオンは、らせん軌道型ＴＯＦＭＳに導入され周回する。イオン源１にて加速電圧Ｖ1で加速された場合、プレカーサイオン（質量Ｍ0）の運動エネルギーＥ0は、Ｅ0＝ｅＶ0となる。セクター電場１〜４は、Ｅ0の運動エネルギーをもつイオンが通過できるように設定する。また、ポテンシャルリフト１０と再加速用電極１１は、はじめは自由空間と同電位に設定されている。また、衝突室１と２には予めガスを充填しておく。
【００６７】
５周目セクター電場２を通過したプレカーサイオンは、衝突室１内のガスと衝突することにより開裂する。開裂によりプレカーサイオンは、プロダクトイオン１ｍ1と中性プロダクトに分裂する。中性プロダクトは電場の力を受けないため、セクター電場３を通過することはできない。
【００６８】
選択したいプロダクトイオン（この場合プロダクトイオン１２）の質量をＭ1とすると、このプロダクトイオン１２の運動エネルギーＥ1は
Ｅ1＝ｅＶ1＝Ｅ0×（Ｍ1／Ｍ0）
となる。このまま飛行するとエネルギーが変化しているので、プロダクトイオンはセクター電場３を通過することはできない。
【００６９】
そこで、プロダクトイオンがポテンシャルリフト１０を通過中に、ポテンシャルリフト１０の電位を電位変更手段（図示せず）により（Ｖ0−Ｖ1）だけ上昇させる。ポテンシャルリフト１０を通過したプロダクトイオンは、ポテンシャルリフト１０出口端面グリッド電極と再加速用電極間の電位（Ｖ0−Ｖ1）により加速され、運動エネルギーＥ0となる。よって、セクター電場３の電圧を変化させることなくプロダクトイオンを通過させることができる。また、他のプロダクトイオンは、運動エネルギーがセクター電場を通過できるそれよりも大きかったり、小さかったりするのでセクター電場３を通過することはできない。
【００７０】
セクター電場１〜４には、通過することのできる運動エネルギーの幅があるため、選択したいプロダクトイオン以外のものも通過する可能性がある。そこで、らせん軌道型ＴＯＦＭＳを通過したプロダクトイオン１２をイオンゲート４で選択する。プロダクトイオン１２は、衝突室２に導入され、ガスとの衝突により開裂する。生じたプロダクトイオンを全てリフレクトロン６で反射して検出器７に導く。これにより、ＭＳ3測定が可能である。図５に示す実施の形態例の効果は、図３,図４に示す実施の形態例と同様である。
【００７１】
上述した実施の形態例では、ＭＳ3について説明したが、衝突室、ポテンシャルリフト、再加速用電極をらせん軌道型ＴＯＦＭＳの扇形電場間にｎ組配置すれば、ＭＳn+2測定が可能となる。
【００７２】
以上、説明したように、本発明によれば、扇形電場（セクター電場）型ＴＯＦＭＳ中に（開裂手段＋ポテンシャルリフト＋再加速用電極）の組を複数組組み込むことにより、扇形電場及び反射電場の電圧を変化させずにプロダクトイオンを測定することができ、扇形電場型ＴＯＦＭＳと反射電場型ＴＯＦＭＳの組み合わせでＭＳn（ｎ＞０）測定を可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施の形態例を示す構成図である。
【図２】ポテンシャルリフト、再加速用電極、セクター電場の概略図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態例を示す構成図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態例を示す構成図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態例を示す構成図である。
【図６】図５をＡ側から見た図である。
【図７】図５をＢ側から見た図である。
【図８】ＭＳ／ＭＳ測定の説明図である。
【図９】ＭＳ3測定の説明図である。
【図１０】ＭＳn測定の説明図である。
【図１１】扇形電場型ＴＯＦＭＳと反射電場型ＴＯＦＭＳを組み合わせた装置の概念図である。
【符号の説明】
【００７４】
１    イオン源
２    衝突室１
３    セクター電場
４    イオンゲート
５    衝突室２
６    リフレクトロン
７    検出器
１０  ポテンシャルリフト
１１  再加速用電極
【図１】
2006260873.tif 000003
【図２】
2006260873.tif 000004
【図３】
2006260873.tif 000005
【図４】
2006260873.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006260873.tif 000008
【図７】
2006260873.tif 000009
【図８】
2006260873.tif 000010
【図９】
2006260873.tif 000011
【図１０】
2006260873.tif 000012
【図１１】
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