(57)【要約】【課題】高質量分解能を有し、定量性よく測定することが可能な飛行時間型質量分析計を提供する。【解決手段】分析対象のイオンを複数生成してパルス的に加速するイオン源１０と、イオン源１０から供給された複数のイオンを飛行させるイオン飛行部１２と、イオン飛行部１２で、質量電荷比に対応する飛行時間差により分離された複数のイオンを複数の方向に偏向する偏向器１６と、複数の方向中の第１方向に設けられ、複数のイオンの一部を検出する第１検出器１８ａと、複数の方向中の第２方向に設けられ、第１検出器１８ａに比べて広いダイナミックレンジで複数のイオンの他の一部を検出する第２検出器１８ｂとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析対象のイオンを複数生成してパルス的に加速するイオン源と、
前記イオン源から供給された複数のイオンを飛行させるイオン飛行部と、
前記イオン飛行部で、質量電荷比に対応する飛行時間差により分離された前記複数のイオンを複数の方向に偏向する偏向器と、
前記複数の方向中の第１方向に設けられ、前記複数のイオンの一部を検出する第１検出器と、
前記複数の方向中の第２方向に設けられ、前記第１検出器に比べて広いダイナミックレンジで前記複数のイオンの他の一部を検出する第２検出器
とを備えることを特徴とする飛行時間型質量分析計。
【請求項２】
前記前記複数の方向中の第３方向に設けられ、前記第１検出器に比べて広いダイナミックレンジで前記複数のイオンの他の一部を検出する第３検出器を更に備え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計。
【請求項３】
前記イオン飛行部に前記複数のイオンの中から対象とするイオンを弁別するイオン弁別器を更に備え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計。
【請求項４】
前記偏向器が、前記複数のイオンの中から対象とするイオンを弁別す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に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析では、質量分析計を用いて分析対象のイオンを質量電荷比に応じて分離して検出する。検出したイオンの質量スペクトルから元素分析が行われる。
【０００３】
例えば、分析対象の同位体存在比や元素存在量等の測定に質量分析器が用いられる。質量分析器の質量分解能が低い場合、分析対象と質量差が微小な物質に対して、同位体のパターンを確認して分析対象のイオンが区別される。
【０００４】
高質量分解能の質量分析器を用いて同位体存在比や元素存在量等を測定する場合、検出感度や定量性に問題がある。例えば、高質量分解能質量分析計としてフーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴型（ＦＴ）質量分析計、飛行時間型（ＴＯＦ）質量分析計等が挙げられる。ＦＴ質量分析計は、検出感度が悪く、ＴＯＦ質量分析計は定量性の範囲が狭い。そのため、これらの高質量分解能質量分析計では、同位体存在比や元素存在量を精度よく定量的に測定することが困難である。
【０００５】
高感度微量分析や高質量分解能が必要な分析等の多様な分析目的に対して、それぞれの分析目的に適した複数の質量分析計を配置しているものがある（例えば、特許文献１参照。）。しかし、複数の質量分析計を配置するため、装置が大型化し装置コストも高くなり、望ましくない。
【特許文献１】特開２００２−１８４３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
同位体存在比や元素存在量等の測定に用いる質量分析計には、定量性が要求される。そのため、出力のダイナミックレンジが広く、直線性のよいエレクトロンマルチプライヤやファラデーカップ等の検出器を用いることが望ましい。しかし、このような検出器は、反応時間が遅く、例えば高速性が要求されるＴＯＦ質量分析計の検出器としては不適である。
【０００７】
また、仮にダイナミックレンジが広く、かつ反応時間が速い検出器があったとしても、検出器の出力信号を処理する高速の信号処理回路のダイナミックレンジにより制限を受けてしまう。その結果、ＴＯＦ質量分析計を用いて広い範囲にわたる元素存在量を定量性よく測定することは困難であった。
【０００８】
上記問題点を鑑み、本発明は、高質量分解能を有し、定量性よく測定することが可能なＴＯＦ質量分析計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の態様は、（イ）分析対象のイオンを複数生成してパルス的に加速するイオン源と、（ロ）イオン源から供給された複数のイオンを飛行させるイオン飛行部と、（ハ）イオン飛行部で、質量電荷比に対応する飛行時間差により分離された複数のイオンを複数の方向に偏向する偏向器と、（ニ）複数の方向中の第１方向に設けられ、複数のイオンの一部を検出する第１検出器と、（ホ）複数の方向中の第２方向に設けられ、第１検出器に比べて広いダイナミックレンジで複数のイオンの他の一部を検出する第２検出器とを備える飛行時間型質量分析計であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高質量分解能を有し、定量性よく測定することが可能なＴＯＦ質量分析計を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、装置やシステムの構成等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な構成は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの構成等が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１２】
又、以下に示す本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１３】
本発明の実施の形態に係るＴＯＦ質量分析計は、図１に示すように、イオン源１０、イオン飛行部１２、イオン弁別器１４、偏向器１６、第１検出器１８ａ、第２検出器１８ｂ、第１信号処理回路２０ａ、及び第２信号処理回路２０ｂ等を備える。
【００１４】
イオン源１０は、分析対象のイオンを生成する。生成されたイオンは、イオン源１０の引き出し電圧によりパルス的に加速されてイオン飛行部１２に供給される。
【００１５】
イオン飛行部１２は、供給されたイオンを飛行させる。イオンは、イオン飛行部１２を飛行中に質量電荷比に対応する飛行時間の差により分離される。
【００１６】
イオン弁別器１４は、イオン飛行部１２を飛行するイオンの中から対象となるイオンを弁別する。対象外のイオンは、イオン飛行部１２から排除される。イオン弁別器１４として、デフレクタやレンズ等がイオン飛行部１２の飛行軌道上に設置される。
【００１７】
偏向器１６は、イオン飛行部１２で分離されたイオンを複数の方向に偏向する。例えば、イオンは、電場や磁場等により第１及び第２方向に偏向される。
【００１８】
第１及び第２検出器１８ａ、１８ｂは、それぞれ第１及び第２方向に偏向されたイオンを増感して検出する。
【００１９】
第１及び第２信号処理回路２０ａ、２０ｂは、第１及び第２検出器１８ａ、１８ｂのそれぞれで検出されたイオンの飛行時間に基づいて質量スペクトルを作成する。
【００２０】
第１検出器１８ａとして、通常のＴＯＦ質量分析計と同様にマイクロチャネルプレート（ＭＣＰ）等の時間分解能が高い高速検出器が用いられる。一般に、ＭＣＰ等の高速検出器は、ダイナミックレンジが比較的狭い。また、第１信号処理回路２０ａとして、第１検出器１８ａに応じてダイナミックレンジは狭くても高速の信号処理回路が用いられる。
【００２１】
第２検出器１８ｂとして、エレクトロンマルチプライヤ、フォトマルチプライヤ、ファラデーカップ等の広いダイナミックレンジを有する定量用検出器が用いられる。  また、第２信号処理回路２０ｂとして、第２検出器１８ｂに応じて処理速度は遅くても広いダイナミックレンジの処理回路が用いられる。
【００２２】
例えば、分析対象についてイオンを高質量分解能で分離して定性分析する場合は、時間分解能が高い第１検出器１８ａを用いる。イオン飛行部１２においては、分析対象の全てのイオンを分離することができる。第１検出器１８ａは時間分解能が高く、分離したイオンの定性分析ができ、高い質量分解能で質量分析を行うことが可能である。しかし、第１検出器１８ａ及び第１信号処理回路２０ａは、ダイナミックレンジが狭く定量分析には適さない。
【００２３】
分析対象のイオンの定量分析の際には、広いダイナミックレンジを有する第２検出器１８ｂにイオンが到達するように偏向器１６によりイオンを偏向させる。この場合、予め第１検出器１８ａにより分離して確認された対象とするイオンが第２検出器１８ｂで選択的に検出されるように対象外のイオンをイオン弁別器１４により排除する。第２信号処理回路２０ｂにより検出されたイオンを定量性よく測定することができる。
【００２４】
このように、本発明の実施の形態に係るＴＯＦ質量分析計では、通常のＴＯＦ質量分析計に用いられる高速の第１検出器１８ａに加えて、広いダイナミックレンジを有する第２検出器１８ｂが設置されている。イオン飛行部１２を飛行してきたイオンは、偏向器１６により偏向されて第１及び第２検出器１８ａ、１８ｂのいずれかに到達する。第１検出器１８ａを用いて定性的に得られた質量スペクトルに基づいて、第２検出器１８ｂを用いて対象とするイオンを選択的に検出することができる。その結果、対象とするイオンの同位体存在比や元素存在量を高質量分解能で、定量性よく測定することが可能となる。
【００２５】
なお、第２検出器１８ｂ及び第２信号処理回路２０ｂは低速である。そのため、同位体存在比の測定において、第２検出器１８ｂ及び第２信号処理回路２０ｂに到達する同位体イオンの飛行時間差が短い場合、分離して測定することが困難となる。このような場合、偏向器１６により同位体イオンのそれぞれを個別に第２検出器１８ｂに供給して測定してもよい。
【００２６】
あるいは、図２に示すように、定量測定が可能なダイナミックレンジが広い第３検出器１８ｃ及び第３信号処理回路２０ｃをＴＯＦ質量分析計に設置してもよい。偏向器１６により各同位体イオン間の飛行時間差内で第２及び第３検出器１８ｂ、１８ｃに順次振り分けるように偏向させる。このようにして、短い飛行時間差の同位体イオンのそれぞれを定量性よく測定することが可能である。
【００２７】
また、図３に示すように、イオン弁別器を省略した構成であってもよい。この場合、偏向器１６によりイオンの弁別が行われる。偏向器１６は、電場、磁場、及び電場と磁場の組み合わせによりイオンを偏向させて第１及び第２検出器１８ａ、１８ｂに空間的に振り分けている。即ち、電場あるいは磁場を変化させることにより、イオン飛行部１２で時間的に分離されたイオンを偏向器１６で空間的に分離することができる。
【００２８】
例えば、第１検出器１８ａを用いて対象とするイオンが判定される。次に、偏向器１６を調整することにより対象とするイオンを選択的に第２検出器１８ｂに到達させる。このように、偏向器１６によりイオンの弁別を行うことができる。
【００２９】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係る飛行時間型質量分析計の構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る飛行時間型質量分析計の構成の他の例を示す概略図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る飛行時間型質量分析計の構成の更に他の例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０…イオン源
１２…イオン飛行部
１４…イオン弁別器
１６…偏向器
１８ａ…第１検出器
１８ｂ…第２検出器
１８ｃ…第３検出器
２０ａ…第１信号処理回路
２０ｂ…第２信号処理回路
２０ｃ…第３信号処理回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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