(57)【要約】【解決手段】本発明は、環状サイクロイド状質量分析器に関し、図５は略環状の外側電極(74)及び略環状の外面を有する内側電極(70)を具え、両電極間にイオン(90)が飛行する環(76)が形成される。電極(70)(74)はその間に電界を形成するように構成される。磁界生成器は、電界に略直交する磁界を形成するように構成される。環(76)内にイオン(82)を注入するイオンビーム源(80)が配備されイオンはその周りを飛行し、環内を飛行するイオンを放出するイオン出口(100)がイオンコレクタ(102)に配備され、イオンコレクタ(102)はイオン出口(100)の隣に配備される。環状シリンダ形質量分析器は、電界及び磁界の影響下にてエピサイクロイド又はハイポサイクロイドカーブの何れかに似たイオンビームの飛行経路(90)(92)(94)(96)を提供するように構成される。所望ならば、非線形のイオン飛行経路を提供する楕円形又は他の適切な形状が用いられる。外側電極と内側電極との間に、フィルタが挿入されてもよい。
2005518650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側電極と、
内側電極と、
外側電極と内側電極との間に配備されるイオン受け環と、
両電極はその間に電界を形成するように構成され、
電界に略直交する磁界を形成するように構成された磁界生成器と、
環の周りをイオンが飛行するように環にイオンを導入するイオンビーム源と、
環からイオンを放出するイオン出口と、
放出されたイオンを受けるイオンコレクタとを具えた、サイクロイド状質量分析器。
【請求項２】
外側電極は、略環状の内面を有し、
内側電極は略環状の外形を有する、請求項１に記載のサイクロイド状質量分析器。
【請求項３】
内側電極は略シリンダ形である、請求項２に記載のサイクロイド状質量分析器。
【請求項４】
イオンビーム源は、外側電極の外側に配備されてイオンビームを生成するイオナイザー、
及び外側電極内にてイオンビームがその中を通るイオン受け開口を有する、請求項２に記載のサイクロイド状質量分析器。
【請求項５】
イオン出口は、イオン受け開口から、周方向に約４５度から３１５度だけ離れている、請求項４に記載のサイクロイド状質量分析器。
【請求項６】
内側電極は中空である、請求項２に記載のサイクロイド状質量分析器。
【請求項７】
内側電極中空内に配備されたイオンビーム源と、イオンビームが環内に入ることを許す内側電極内のイオンビーム入り開口とを有する、請求項６に記載のサイクロイド状質量分析器。
【請求項８】
出口開口を通って内側電極中空に通じ、環を通ったイオンを受ける出口電極を具えた、請求項７に記載のサイクロイド状質量分析器。
【請求項９】
出口電極からのイオンを受けるイオンコレクタが、内側電極中空内に配備されている、請求項８に記載のサイクロイド状質量分析器。
【請求項１０】
イオンビーム入り開口は、出口開口から周方向に約４５度から３１５度だけ離れている、請求項９に記載のサイクロイド状質量分析器。
【請求項１１】
環状シリンダ形質量分析器は、イオンビームがエピサイクロイド経路及びハイポサイクロイド経路からなるグループから選択された経路内を、環を通って動くように構成されている、請求項２に記載のサイクロイド状質量分析器。
【請求項１２】
内側電極は電気的に接地され、
外側電極は内側電極に対して高電位である、請求項１に記載のサイクロイド状質量分析器。
【請求項１３】
電界は、複数の同心の等ポテンシャル環状電界線を有し、夫々の電界線は質量分析器の中心からの距離に正比例するポテンシャルを有する、請求項１１に記載のサイクロイド状質量分析器。
【請求項１４】
イオン受け開口は、質量分析器上にて周方向に位置している、請求項４に記載のサイクロイド状質量分析器。
【請求項１５】
外側電極は、イオンビームを受ける環状の開口を有する、請求項３に記載のサイクロイド状質量分析器。
【請求項１６】
サイクロイド状質量分析器は、一対の端部壁を有し、該端部壁にはイオンビームがそこを通って環内に導入されることを許す開口が設けられている、請求項３に記載のサイクロイド状質量分析器。
【請求項１７】
イオン出口は、外側電極の周囲に配備された、請求項１６に記載のサイクロイド状質量分析器。
【請求項１８】
外側電極は、略楕円形の内面を有し、内側電極は略楕円形の外面を有する、請求項１に記載のサイクロイド状質量分析器。
【請求項１９】
内側電極と外側電極の間に、環状のフィルタが挿入された、請求項１に記載のサイクロイド状質量分析器。
【請求項２０】
フィルタはその中に複数のスロットを有する、請求項１９に記載のサイクロイド状質量分析器。
【請求項２１】
スロットは、周方向に互いに離れて、互いに略平行である、請求項２０に記載のサイクロイド状質量分析器。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
発明の分野
本発明は、電子ビームの通路用の環を形成する内側電極及び外側電極を有するサイクロイド状質量分析器を開示し、特に従来のサイクロイド状質量分析器に比して、電極の数を減らし及びサイズを小さくすることができるサイクロイド状質量分析器を開示する。
【０００２】
従来技術の記載
気体状、液体状、又は固体状の標本の構成物質の成分及び分量を決定する際に、質量分析器を用いることは、古くから知られている。そのようなシステムに関し、分子をイオンの形に変換し、イオンを質量電荷比(mass to charge ratio)毎に分離し、イオンが検出器に衝突するのを許すことにより、真空下で標本を分析することが知られている。一般に、米国特許2,882,410号、3,070,951号、3,590,243号、及び4,298,795号を参照。また、米国特許4,882,485号及び4,952,802号を参照。
【０００３】
一般に、質量分析器は、その中に分析されるべき標本が入れられるイオナイザインレットアセンブリ、該イオナイザインレットと協働する高真空室、高真空室内に配備されイオナイザからイオンを受け取るのに適した分析器アセンブリを含む。独特の特性として質量電荷比を用いて標本の構成成分について決定するのに、検出手段が用いられる。多くの公知手段の１つにより、イオナイザに含まれる気体状の標本の分子はイオンに変換され、該イオンはそのような装置によって分析される。
【０００４】
従来のサイクロイド状質量分析器については、１つだけの質量電荷比を一度に見るのに、単なる固定コレクタ及び起動電界を用いることが知られている。従来の多くの質量分析器システムにあっては、それらがサイクロイドタイプであろうとなかろうとに拘わらず、イオナイザはかなり大きく、結果として、それとともに用いられるシステムのデザインと仕様は大きくなっていた。
【０００５】
米国特許5,304,799号は、サイクロイド状質量分析器を開示しており、該サイクロイド状質量分析器は、イオンの移動量を決定するハウジング、イオン移動量内の電界を形成する電界生成器、及びイオンに変換されて分析されるべき気体状の標本を受け入れるイオナイザを有し、イオンは直交する電界及び磁界を通って飛行し、その後、コレクタ上に衝突する。この分析器は、イオン質量電荷比の異なる複数のイオンが、コレクタ上に略同時に衝突するように設計された。小さくて手軽に携帯できる機器を提供するには、サイクロイド状質量分析器及びイオナイザが、小型化されることが述べられてきた。
【０００６】
サイクロイド状質量分析器は、所謂、交差電界分析器グループに属する。そのような分析器は、帯電した粒子は、互いに直交した磁界及び電界内を動く。図１に示される均一な磁界にあっては、帯電した粒子は、粒子の質量、粒子の電荷、粒子の速度及び磁界の強さによって決定される環状の経路(２)内を動く。磁界は磁極片(３)(４)によって形成され、示される磁界はＺ軸に平行で、電界はＺ軸に垂直である。磁界は永久磁石又は電磁石の何れかによって生成される。サイクルの周波数は、軌跡内にて粒子はポイントに戻る期間によって決定される。通常は磁界を横切る均一な電界が課せられたなら、図２に示すように、粒子は磁界と電界の両方に直交した等速運動を強いられる。この図に於いて、磁界はＺ軸に平行であり、電界はＹ軸に平行である。
【０００７】
所定の質量の粒子は、一定距離だけ離れた同等の位置にて基準面を横切り、一定距離は周期運動のピッチを示す。異なる分子重量を有する粒子は、軌跡内にて同等のポイントに異なるピッチで戻り、これはこのタイプの質量分析器の分離効果(separation effect)である。そのような分離及び飛行の例は、図３に示されている。
【０００８】
従来のサイクロイド状質量分析器は、概ね磁界及び電界の均一性を基にしており、帯電した粒子が線形動作することにより環状動作が強いられるという結果になる。
【０００９】
本発明は、サイクロイド状質量分析器の磁界及び電界の構造に着目し、環状動作は他の環状動作によって強制され、それによって図４に示すような対称的な環状動作を提供する。
【発明の開示】
【００１０】
本発明は、略環状の外側電極及び略環状の外形を有する内側電極を具えた環状サイクロイド状質量分析器を提供することによって、サイクロイド状質量分析器の多くの改良点を提供する。イオンを受ける環は、外側電極と内側電極との間に形成され、外側電極と内側電極はその間に電界を形成するように構成される。磁界生成器は、電界に略直交する磁界を形成するように構成される。イオンを環に導入してその周りを飛行させるイオンビーム源が配備される。環からイオンを放出する為のイオン出口、及び放出されたイオンを受けるイオンコレクタが配備される。
【００１１】
ある実施例に於いて、内側電極は略シリンダ形で断面中実で、他の例は内側が中空である。イオンビーム源及びイオン出口は、環に関して、イオンが環状に、好ましくは少なくとも４５度だけ入口と出口の間を飛行して、所望の多重サイクロイド効果を得るように位置する。飛行の上限は、如何なる所望の角度でもあり得る。
【００１２】
構造及び加えられた電界及び磁界により、イオンが、エピサイクロイド又はハイポサイクロイド経路のような、より高い次元のサイクロイドに近似した経路を飛行する。
電界は複数の同心の等ポテンシャル円形電界線を有し、夫々の線は質量分析器の中心からの距離に比例したポテンシャルを有して、電界は中心からの距離が大きくなるにつれて、増加する。
【００１３】
本発明の目的は、環状、楕円形又は他の適切な形状を有して高効率動作を行うサイクロイド状質量分析器を提供することにある。
本発明の更なる目的は、従来技術である線形構成に比して、電界を形成するのに用いられる電極の数を減らした円形サイクロイド状質量分析器を提供することにある。
本発明の更なる目的は、従来技術の質量分析器に比して、寸法を小さくした円形サイクロイド状質量分析器を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、フーリエ変換質量分析器に用いられるのに適した環状サイクロイド状質量分析器を提供することにある。
本発明の他の目的は、環状構造を用いることにより、サイクロイド状質量分析器に於いて、積層型導電板を用いる必要をなくすことにある。
本発明の他の目的は、イオンの開始エネルギーも開始角度も軌跡特性に影響を与えないようなシステムを提供することにある。
本発明のこれら及び他の目的は、添付の図面を参照して、本発明の以下の詳細な説明からより十分に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
好ましい実施例の記載
再び図１を参照して、磁極片(３)(４)とともにｘ−ｙ−ｚ座標軸が示され、磁極片(３)(４)はｚ軸に平行な印加磁界を生成し、帯電粒子を環状経路(２)内で動かす。正確な環状経路(２)はイオンの質量、電荷、速度及び磁界の強さによって決定される。
【００１６】
再び図２を参照して、図１と同じくｚ軸に平行な磁界及びｙ軸に平行な電界が示されている。イオンの飛行経路は符号(６)で示され、符号(８)及び(10)のような複数の閉ループを提供する。サイクロトロン周波数は、粒子が軌跡上の点を出発し、該点に戻る間の経過時間に関連する。例えば、時間ｔxは粒子が点”a”から点”b”に行くまでの経過時間を示す。線形サイクロイド上の２つの同等の点間の距離は、”ピッチ”と呼ばれる。図２に於いて、aからbまでの動作中に、粒子は空間内にて３６０゜即ち２πの角度を飛行した。これは図１に於ける１回転に対応し、該１回転はサイクロトロン周波数の逆数で示される時間ｔxを要する。
【００１７】
磁界が均一である限り、時間ｔxは軌跡の特殊な形状及び長さに依存しない。磁界に直交した面内にて角度３６０゜回転した如何なる軌跡も、所定の質量電荷比及び所定の磁界について同じ時間ｔxだけかかる。異なる分子重量を有する粒子は、異なるピッチで戻る。
【００１８】
図３に示すように、磁界はｚ軸に平行であり、及びｚ軸に直交した電界はｙ軸に平行であり、原子質量単位が異なる符号(44)(45)(46)(47)(48)で示される複数の粒子は、互いに離れた位置にて飛行し、その間図２に示す一般的な経路を取る。これらの差は、分子重量の違いに起因する。
磁界は永久磁石又は電磁石によって生成される。
【００１９】
図４を参照して、例えば線(50)(52)(54)のような複数の同心のポテンシャル線が概略的に示されており、それとともに中実で断面シリンダ形の内側電極(70)及び同心のスリーブ状の外側電極(74)から延びる符号(60)(62)(64)のような略半径方向の電界線が示されている。これにより、環状に対称な電界が生成される。内側電極(70)は、略環状の外側周面を有し、外側電極(74)は略環状の内側周面(76)を有して、外側周面と内側周面(76)との間に環(80)が配備される。
【００２０】
尚、図４を参照して、内側電極(70)は、銅又はアルミニウムのような適切な導電性で非磁性材料から成る中実のシリンダ構造を有する。環状の外側電極(74)はそこから半径方向に離れて配置される。外側電極(74)の内面(76)と内側電極(70)の外面(72)との間の距離は、イオン飛行用の環状領域となる。
【００２１】
図５は、図４に示すタイプの構造を概略的に示しており、イオンビームが流れる経路となる環(76)を形成する内側電極(70)と外側電極(74)を具えている。ｘ−ｙ面に沿うこの図は、イオナイザービーム(82)を出力するイオナイザー(80)を示しており、ビーム(82)は注入電極(84)を通り、経路(90)内を飛行して、符号(92)(94)(96)のような繰り返しループを生成する。イオンは出口電極(100)間のイオナイザから出現して、イオンコレクタ(102)上に集められる。示された形状では、イオンビームは環(76)内を約２７０度飛行し、飛行は注入電極(84)から開始し、出口電極(100)にて終了する。示された装置の形状では、出口電極(100)は注入電極(84)から約４５度から３１５度の位置にあるのが好ましい。一般に、イオンビームは環(76)内を少なくとも約４５度飛行するのが好ましいことが理解されるだろう。所望の結果に達すれば、イオンビーム飛行はどんな上限でもよい。例えば、上限は３６０度の略整数倍又は３６０度の略分数であり、３６０度より大きく又は３６０度未満である。これにより、多重サイクロイド効果を得る。所望ならば、この好ましい範囲を越える又は未満の飛行路が、所望のサイクロイド数に基づいて用いられる。
この実施例に於いて、外側電極(74)は電圧源に接続され、一方、内側電極(70)はシステムの電気的グラウンドに接続される。分離機能は、分析器のシリンダ形構造により生成され、該シリンダ形構造はｚ軸(頁の内外)に沿う十分な長さのシリンダ形コンデンサであり、電極(70)(74)間に理想的な電界を提供する。従って、分離機能は、イオンがセパレータに搬送される方法によらない。
【００２２】
図６及び本発明の他の実施例を参照して、略連続した外側電極(110)は、内部通路(114)を有する中空の内部電極(112)と協働する。イオンビーム流れ用の環(116)は、外側電極(110)と内側電極(112)の間に形成される。しかし、本実施例に於いて、イオナイザ(120)は穴(114)内に配備され、イオンビームを注入電極(124)間を通って環(116)に発し、環(116)内でイオンビーム(130)はサイクロイド経路を飛行する。出口電極(136)は、イオンコレクタ(140)として内部電極(112)の穴(114)内に配備される。
【００２３】
図７を参照して、他の分析器の構成を示しており、内部電極(150)は外部電極(156)と協働して、その間をイオンビームが飛行する環(160)を形成する。適切なイオナイザ(図示せず)によって提供される電子ビーム(164)はセパレータ(170)の壁の出口開口(166)を通って飛び出し、アノード(図示せず)にぶつかる。イオンビームは、電子がセパレータ(170)内側の環(160)を通って飛行する場所で生成される。イオンビームは出口電極(180)を通って飛び出し、イオンコレクタ(182)にぶつかる。本実施例に於いて、電子ビーム(164)は、内側電極(150)の軸に略平行な方向に入ることが理解されるだろう。
【００２４】
図８は、内部電極(200)の中心ｃから距離ｒに位置する帯電した粒子(180)を概略的に示しており、電位がグラウンドである。内側電極(200)は半径aであり、外側電極(204)は半径bである。粒子はｘ軸から角度Ａだけ離れていると仮定する。
【００２５】
内側電極(200)と外側電極(204)の間の内部電極環状空間は、比較的高真空に維持されるのが好ましい。この環境及びこれらの条件下にて形成される動作は、図９(b)に(210)で示されるようにエピサイクロイド、又は図１０(b)に示すようにハイポサイクロイドに酷似した形状を生成することが概略的に示される。図９(a)及び(b)に示されるエピサイクロイドを考えるに、半径aの円の外周(224)を矢印Ｂで示される方向に、転がる半径bのホィール(222)のスポーク上の角度ｗｔの点を考える。
しかし、図１０(a)及び(b)のイオン経路(230)に示されるハイポサイクロイドは、ホィール(230)が半径aを有する円の内面に沿って動き、矢印Ｃで示す方向に角度ｗｔで通る場所にて生成される。電界が粒子を中心に向けて加速し、ハイポサイクロイドを反対側の電界方向に加速するならば、図９(a)及び図９(b)に示す軌跡は、上記のセパレータに起因し、エピサイクロイドに近似する。
【００２６】
図１１及び均一な環状対称の特殊な場合を参照すると、シリンダ形構造の面(240)及び背面(242)にて一連の同心の電極が示されている。例えば、面は一連の個々の環状電極(243)(244)(246)(248)(250)(252)(254)を有する。後面にて、対応する一連の隣接する同心の電極(260)(264)(266)が間隔を開けた関係にあり、それらは前面(240)から離れている。本実施例の軌跡は、エピサイクロイド及びハイポサイクロイドに近づき、エピサイクロイドについてはbにaを加え、ハイポサイクロイドの公式の場合はaからbを引く違いがある。
【００２７】
質量分析分離の目的に対しては、初期エネルギーの拡散効果を減じる収束特性及びイオンの開始角度を有することが重要であることが理解されるであろう。線形サイクロイド型の質量分析器は、線形サイクロイドの幾何学的特性の結果として二重収束する。環状構成に於いて、この効果を得るには、中心からの距離に比例して増加する電界が用いられる。これは事実上如何なる点でも圧迫され、中心からの半径距離に基づく線形サイクロイドの姿になる。結果として、外部への電界線は、互いに近づく。図１２は、一組の等ポテンシャル線を示し、隣接する線間で電圧が一様に異なる。電界強さは、中心からの距離とともに増加する。適切な電圧が各電極に加えられる(connected)なら、図１１の電極構成を用いると、図１２に示すタイプの電界は接近する。
【００２８】
電極は、例えば、ステンレス鋼のような如何なる適切な材質からも作られる。図１３は、簡略化された代替案を示しており、内側電極(280)は外側電極(284)から離れ、外側電極(284)はセパレータ(281)(282)に連結された環状リングである。
【００２９】
図１４は、異なる質量電荷比を有するイオンがこのタイプの電界内にて、如何に分離するかの例を示しており、内側電極はシリンダ(280)として示され、外側電極はリング(284)として示される。例えば、イオンビーム(290)(292)(294)のような互いに離れた複数の略同様の形状が配備されることは、注目される。これは、標準的なサイクロイド型質量分析器の二重収束特性に対応する。
【００３０】
図１５を参照して、電界構造を閉じ込める可能性を示している。特に、ｙ−ｚ面内に投影した等ポテンシャル線が、(290)(292)にてグループ分けして示される。電界が凹形状をしていることにより、イオンがｚ方向に逃げないように留めている。この効果は多重サイクロイドを飛行するのに重要であり、イオントラップのような記憶装置としてセパレータを用いることを提案する。セパレータ内に捉えられたイオンの数は、時間毎に増加して、濃縮されて感度を得る。他方、閉じた環状イオンのグループは、そのサイクロトロン周波数の放射、及びフーリエ変換質量分析器の方法によって検索され得る。
【００３１】
図１６の実施例を参照すると、サイクロイド型の質量分析器(300)が示され、該質量分析器(300)は、内側電極(302)、外側電極(304)、その間の環状のイオン搬送通路を有する。出口電極(310)はイオンコレクタ(312)と協働する。内側電極(302)は孔(314)を有し、示されるようにその中に発熱体(316)を具え、発熱体は表面から望ましくない汚染物、吸収されたガス、水を清掃するのに役立つ。これは、特に低レベルを分析するのに役立つ。発熱体は、如何なる所望の熱容量でもあり、電気的に活性化される。
【００３２】
図１７を参照すると、サイクロイド型の質量分析器が示され、図５又は図６の分析器に略近似しているが、機能強化されている。この実施例では、外側電極(334)から離れた内側電極(330)を具えて、その中に環状領域(336)を形成し、イオンはその中を課せられた電界及び磁界の影響下、飛行する。フィルタ面要素(340)が内側電極(330)と外側電極(334)との間に挿入されており、該要素(340)は符号(342)(344)(346)(348)(350)(352)(354)のような複数のスロット又は開口を有して、例えば箔の厚さのステンレス鋼から作られる。示したように、開始イオン(360)は環状領域(336)を通って略時計方向に飛行し、これらの例では(370)のようなイオンビームの飛行路は、(342)のような開口に重なり、サイクロイド(372)が現れる。また、サイクロイド(374)(376)(378)(380)を参照されたい。最終的には、イオンビームが現れ、コレクタ(390)によって受けられる。イオンビーム(370)は特殊なm/eを有し、(392)(394)のようなイオンビームはm/e以下の1/n・m/eを有して、第１開口(342)に届かないことに注目すべきである。
【００３３】
図１８及び図１９の実施例に示すように、セパレータの構造は、略糸巻き形状の内側電極(410)を有し、内側電極(410)は外側電極(414)と協働してその中をイオンが飛行する環状領域(420)を形成する。例えば、(422)(424)(426)のような一連の略平行でイオンがそこを通るスロットを有するフィルタパネル(421)が挿入され、図１７に関して記載した方法で作動する。回転対称軸(424)は、一列に並んだ接地電極(440)(442)内の開口(430)(432)を通り、内側電極(410)内の通路(454)を通る。電子ビームの入口(450)は、接地電極(440)内に配備され、電子ビームの出口(452)は、接地電極(442)内に配備される。コレクタ貫通開口(460)(462)が配備される。図１９に最も良く示されるように、コレクタ(470)は環状領域(420)内に延び、外側導体(472)、内側導体(474)、(476)のような外側導体(472)内のコレクタスリットを有する。イオンは、外側導体(472)内のスリットを通って、コレクタ(470)の内側電極(474)へ達する。コレクタ(470)の外側直径全体は、１ｍｍのオーダーであり、電界の乱れを低レベルに保つ。
【００３４】
ここにおける開示の便宜上、特定の符号が、サイクロイド状の質量分析器に繰り返して用いられ、質量分析器は内側電極上に略環状の外側構成を有し、外側電極上に略環状の構成を有して、その間にイオンビーム飛行用の略環状の経路を形成する。しかし、構成が環状及び他の非線形構成であることは重要でなく、一方、装置製造の点では経済的におそらく有益でない構成が用いられて、その上、本発明の重要な利益を得る。図２０に示されるように、略楕円形の外側構成を有する内側電極(500)は、略楕円形の電極(504)と協働して、イオンビーム(570)の飛行経路として役立つ環状領域(506)を形成する。イオナイザー(520)は注入電極(522)と協働してイオンビーム(510)を発し、示されるように、イオンビームは好ましくは２７０゜を越えて反時計方向に、出口電極(530)及びイオンコレクタ(532)の隣まで飛行する。
【００３５】
図２１を参照すると、ｙ−ｚ面内のイオン飛行の環状領域の断面が示されている。示されるように、外側電極(548)は負であり、(550)(552)(554)のような複数の湾曲した等ポテンシャル線を有する。等ポテンシャル線は、２つの隣り合った線間で、等しい電圧差を有する。内側電極(560)は正であり、(562)(564)(566)のような複数の湾曲した等ポテンシャル線を有する。等間隔に離れているギャップ(572)(574)(576)(578)間には、接地電極(570)が、配備されている。図２１の等ポテンシャル線は、該ポテンシャル線がｘ軸の中心に接近した状態を保つように湾曲している。中心に対し右又は左側のイオンは、中心への力を受け、それによってイオンがｚ方向に逃げることを防いでいる。この電極構造はまた、所定のイオンによって流される複数のサイクロイドが、中心からの平均距離に基づくことを回避するのに役立つ。
【００３６】
従って、本発明は環状及び他の形状の効果的なサイクロイド状質量分析器を提供し、該質量分析器は電極の数を減らし、製造コストと同様にサイズを小さくし、構成に基づいて、機能時に対称であることを活かすことができることが判るだろう。分析面が減ると、これはガス抜け及び脱離効果がより小さくなる結果となる。更に、多くのサイクロイドに対する軌跡は、分析器を大きくすることなく達成され、結果として分解能が高められる。
【００３７】
ここでは特定の実施例が、説明の目的で記載されているが、当業者にとって添付の請求の範囲に定義される発明から離れることなく詳細部の種々の変形が成されることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】基礎的な公知概念であり、均一な磁界に於ける帯電粒子の環状動作経路を示す。
【図２】磁界上に電界が被さっている状態及び電界と磁界により課せられた粒子の動作を示す。
【図３】異なる分子重量を有する複数の粒子が異なるピッチにて軌跡上の同じ地点に戻る状態を示す。
【図４】２つの同心のシリンダ間にて、キャパシタ内側の電界及びポテンシャル線を概略的に示す。
【図５】ｘ−ｙ面内にて断面で示す本発明の一実施例を概略的に示す。
【図６】ｘ−ｙ面内にて断面で示す本発明の環状サイクロイド状質量分析器の他の実施例を概略的に示す。
【図７】分析器を通って、該分析器のシリンダ軸に略平行な経路に向けられたイオン化された電子ビームを概略的に示す。
【図８】シリンダ形のキャパシタ内にて同心の電界に直交した磁界内を動く質量電荷比を具えた帯電した粒子を示す。
【図９】図９(a)は、イオンのエピサイクロイド状動作経路及び図９(b)に示す合成経路が生成される物理的概念を示す。
【図１０】図１０(a)は、ハイポサイクロイド状の経路が生成される物理的概念を示し、図１０(b)は、対応するイオンの動作経路を示す。
【図１１】特殊な電界形状を生成する複数の同心の電極を概略的に示す。
【図１２】中心からの距離に比例して増加する環状電界内の等ポテンシャル線を示す。
【図１３】内側電極及び環状の外側電極を有する単純化された他の例を概略的に示す。
【図１４】図１１乃至図１３に示すタイプの電界内にて分離される異なる質量電荷比を有する複数のイオンを概略的に示す。
【図１５】ｚ−ｙ面内の突起状の等ポテンシャル線を概略的に示す。
【図１６】加熱要素の使用を示す図７の実施例に幾つかの点で似ている変形実施例を示す。
【図１７】フィルタ面を有する本発明の変形実施例を示す。
【図１８】本発明に於いて用いることが可能なセパレータの分解図である。
【図１９】分解形式に対して組み立てられた状態での、図１８のセパレータの断面図である。
【図２０】非環状形状を呈するサイクロイド状質量分析器を示す。
【図２１】イオンがｙ−ｚ面内で飛行する環状領域の断面を示す概略図である。
【図１】
2005518650.tif 000003
【図２】
2005518650.tif 000004
【図３】
2005518650.tif 000005
【図４】
2005518650.tif 000006
【図５】
2005518650.tif 000007
【図６】
2005518650.tif 000008
【図７】
2005518650.tif 000009
【図８】
2005518650.tif 000010
【図９（ａ）】
2005518650.tif 000011
【図９（ｂ）】
2005518650.tif 000012
【図１０（ａ）】
2005518650.tif 000013
【図１０（ｂ）】
2005518650.tif 000014
【図１１】
2005518650.tif 000015
【図１２】
2005518650.tif 000016
【図１３】
2005518650.tif 000017
【図１４】
2005518650.tif 000018
【図１５】
2005518650.tif 000019
【図１６】
2005518650.tif 000020
【図１７】
2005518650.tif 000021
【図１８】
2005518650.tif 000022
【図１９】
2005518650.tif 000023
【図２０】
2005518650.tif 000024
【図２１】
2005518650.tif 000025
【国際調査報告】
2005518650.tif 000026
2005518650.tif 000027