(57)【要約】【課題】イオン溜を構成するイオン押し出しプレートなどが帯電することを未然に防止し、マススペクトルの分解能や感度が低下するのを回避することができるＯＡ−ＴＯＦＭＳを提供する。【解決手段】外部イオン源と、外部イオン源で発生したイオンを滞在させる空間と、該空間からイオンをパルス的に加速して取り出すために該空間を挟んで対向配置されるイオン押し出しプレートとグリッドにより構成されるイオン溜と、イオン溜からグリッドを介して取り出されたイオンを質量分離する飛行時間型分光部と、質量分離されたイオンを検出するイオン検出器とを備えたＯＡ−ＴＯＦＭＳにおいて、イオン押し出しプレートを含む所定の構成部材を加熱手段により加熱するようにした。【選択図】  図４
2004172070.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部イオン源と、
外部イオン源で発生したイオンを滞在させる空間と、
該空間からイオンをパルス的に加速して取り出すために該空間を挟んで対向配置されるイオン押し出しプレートとグリッドにより構成されるイオン溜と、
イオン溜からグリッドを介して取り出されたイオンを質量分離する飛行時間型分光部と、
質量分離されたイオンを検出するイオン検出器と
を備えた垂直加速型飛行時間型質量分析装置において、
前記イオン押し出しプレートを加熱手段により加熱するようにしたことを特徴とする垂直加速型飛行時間型質量分析装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、外部イオン源とイオン溜の間に設けられるフォーカスレンズ系およびスリットをも含めて加熱することを特徴とする請求項１記載の垂直加速型飛行時間型質量分析装置。
【請求項３】
前記加熱手段は、イオン押し出しプレートのイオンが通るイオン溜側とは反対側に置かれ、その放射熱により間接的に加熱することを特徴とする請求項１または２記載の垂直加速型飛行時間型質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、垂直加速型飛行時間型質量分析装置に関し、特に、イオン溜を構成するイオン押し出しプレートやグリッドの帯電によってマススペクトルの分解能が低下するのを、未然に防止することができる垂直加速型飛行時間型質量分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
質量分析装置は、試料から生成するイオンを真空中で飛行させ、飛行の過程で質量の異なるイオンを分離して、スペクトルとして記録する装置である。質量分析装置には、扇形磁場を用いてイオンの質量分散を行なわせる磁場型質量分析装置、四重極電極を用いて質量によるイオンの選別（フィルタリング）を行なわせる四重極質量分析装置（ＱＭＳ）、質量によるイオンの飛行時間の違いを利用してイオンを分離する飛行時間型質量分析装置（ＴＯＦＭＳ；ｔｉｍｅ  ｏｆ  ｆｌｉｇｈｔ  ＭＳ）などが知られている。
【０００３】
これらの質量分析装置の内、磁場型質量分析装置とＱＭＳは、連続的にイオンを生成するタイプのイオン源に適合しているのに対し、ＴＯＦＭＳは、パルス状にイオンを生成するタイプのイオン源に適合している。従って、連続型のイオン源をＴＯＦＭＳに利用しようとすれば、イオン源の利用のしかたに工夫が必要である。垂直加速型飛行時間型質量分析装置（ＯＡ−ＴＯＦＭＳ；ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ  ＴＯＦＭＳ）は、連続型のイオン源からパルス状のイオンを射出することができるように工夫されたＴＯＦＭＳの一例である。
【０００４】
図１に、典型的なＯＡ−ＴＯＦＭＳの構成を示す。ＯＡ−ＴＯＦＭＳは、電子衝撃（ＥＩ）イオン源、化学イオン化（ＣＩ）イオン源、電界脱離（ＦＤ）イオン源、エレクトロスプレイ（ＥＳＩ）イオン源、高速原子衝撃（ＦＡＢ）イオン源などの連続型の外部イオン源１と、第１および第２の隔壁および図示しない真空ポンプによって構成される差動排気壁１０と、該差動排気壁１０の第１の隔壁上に設けられた第１のオリフィス２と、該差動排気壁１０内に置かれたリングレンズ３と、該差動排気壁１０を構成する第２の隔壁上に設けられた第２のオリフィス４と、イオンガイド５が置かれた中間室１１と、集束レンズおよび偏向器から成るレンズ群６、イオン押し出しプレートと加速レンズ（グリッド）から成るランチャー７、イオンを反射するリフレクター８、およびイオン検出器９などのイオン光学系を構成する構成物が置かれた測定室１３とを備えている。
【０００５】
このような構成において、外部イオン源１において試料から生成したイオンは、まず最初に、第１のオリフィス２を通って差動排気壁１０に導入される。そして、差動排気壁１０内で拡散しようとするイオンは、差動排気壁１０内のリングレンズ３によって集束され、第２のオリフィス４を通って中間室１１に導入される。中間室１１に導入されたイオンは、中間室１１内で運動エネルギーを落とし、イオンガイド５から発生する高周波電界によってイオンビーム径を小さくして、高真空な測定室１３へと誘導される。中間室１１と測定室１３を仕切る隔壁には、第３のオリフィス１２が設けられている。イオンガイド５から誘導されてきたイオンは、この第３のオリフィス１２によって、一定の径を持ったイオンビームに整形されて、測定室１３に導入される。
【０００６】
測定室１３の入口には、集束レンズと偏向器とから成るレンズ群６が設置されている。測定室１３に入ってきたイオンビームは、レンズ群６によりビームの拡散や偏向を是正され、ランチャー７に導入される。ランチャー７内には、イオン押し出しプレートとグリッドが対向配置されて成るイオン溜と、該イオン溜の軸方向に対して直交する方向に並ぶ加速レンズとが設置されている。
【０００７】
イオンビームは、最初、図２に示すように、イオン押し出しプレート１４とグリッド１５および加速レンズ１６によって挟まれたイオン溜１７に向けて平行に進入する。イオン溜１７内を平行に移動する一定の長さを持ったイオンビーム１８は、イオン押し出しプレート１４にパルス状の加速電圧を印加することにより、イオンビーム１８の進入軸方向（Ｙ軸方向）とは垂直な方向（Ｘ軸方向）にパルス状に加速され、イオンパルス１９となって、イオン溜１７と対向する位置に設けられた図示しないリフレクターに向けて飛行を開始する。
【０００８】
垂直方向に加速されたイオンは、測定室１３に導入されたときのＹ軸方向の速度と、それとは垂直な方向にイオン押し出しプレート、グリッド、及び加速レンズによって与えられたＸ軸方向の速度とが足し合わされるため、完全なＸ軸方向ではなく、わずかに斜めを向いたＸ軸方向に飛行し、リフレクター８で反射されて、イオン検出器９に到達する。
【０００９】
イオンの加速の過程では、イオンの質量の大小にかかわらず、同じ電位差がイオンに作用するため、軽いイオンほど速度が速くなり、重いイオンほど速度が遅くなる。その結果、イオンの質量の違いがイオン検出器８に到達するまでの到達時間の違いとなって現れ、イオンの質量の違いをイオンの飛行時間の違いとして分離することができる。
【００１０】
このようにして、連続型のイオン源１から生成したイオンビームを、イオン押し出しプレート、グリッド、及び加速レンズから成るランチャー７によってパルス状に加速することにより、連続型のイオン源を、パルス状のイオン源に対して適合性を持つＴＯＦＭＳに適用することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常、ＯＡ−ＴＯＦＭＳでは、イオンをイオン溜に導入する際のイオンの運動エネルギーが５０ｅＶ以下と非常に小さく設定されている。従って、磁場型質量分析装置と比較した場合、ＯＡ−ＴＯＦＭＳの方が、電極その他の帯電の影響をはるかに受けやすい。その結果、イオン溜を構成する電極その他に帯電がわずかでも発生すると、イオン溜に導入されたイオンビームは、図３に示すように、偏向を受けて傾くことになり、ＯＡ−ＴＯＦＭＳの分解能や感度に低下をもたらすことになる。このような帯電は、試料イオンの残骸の有機物などが電極の表面などに付着することによって、極めて容易に起こり得る。
【００１２】
これを是正するための処置として、従来は、ＯＡ−ＴＯＦＭＳのイオン溜の直前の位置に、集束レンズと共に偏向器が設けてあった。あるいはまた、電極その他の帯電の影響を小さくするために、イオン溜に導入されるイオンビームのエネルギーを大きめに取ったりしていた。
【００１３】
偏向器を設ければ、確かにイオンビームの偏向を是正することには効果があるが、それは、設けた偏向器よりも手前でイオンビームが偏向している場合に限られる。イオン溜のイオン押し出しプレートや加速レンズ（グリッド）が帯電してしまったときには、偏向器で偏向を矯正しようとしてもほとんど効果はない。
【００１４】
また、イオン溜に導入されるイオンビームのエネルギー（インジェクション・エネルギー）を大きくすることは、偏向器を設けるよりも効果がある。イオン押し出しプレートの帯電電圧よりも相対的に大きいインジェクション・エネルギーのイオンならば、イオン押し出しプレートの帯電によってもほとんど偏向されずに、イオンビームは直進することができる。しかし、装置全体の大きさを制限する要求が出たり、省スペースの要求があることなどを考慮すると、イオン溜に導入されたイオンを、できるだけイオン溜の導入軸に対して直交する方向に加速することが望ましく、そのためには、高いインジェクション・エネルギーに対して、より高い押し出しのための加速電圧をイオン押し出しプレートに印加する必要がある。
【００１５】
しかし、いくらインジェクション・エネルギーを上昇させることが効果があると言っても、実用上の限界があるし、また、帯電の影響は必ずしも恒常的なものではなく、装置の汚染度や時間経過などによって変化しがちである。更に、帯電対策として、高圧電源や高圧対応の検出器を採用すれば、それだけコストが高くなるという問題を生じる。
【００１６】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、イオン溜を構成するイオン押し出しプレートなどに見られる、有機物等の付着から生じる不安定な帯電現象を未然に防止し、マススペクトルの分解能や感度が低下するのを回避することができるＯＡ−ＴＯＦＭＳを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明にかかるＯＡ−ＴＯＦＭＳは、
外部イオン源と、
外部イオン源で発生したイオンを滞在させる空間と、
該空間からイオンをパルス的に加速して取り出すために該空間を挟んで対向配置されるイオン押し出しプレートとグリッドにより構成されるイオン溜と、
イオン溜からグリッドを介して取り出されたイオンを質量分離する飛行時間型分光部と、
質量分離されたイオンを検出するイオン検出器と
を備えたＯＡ−ＴＯＦＭＳにおいて、
前記イオン押し出しプレートを加熱手段により加熱するようにしたことを特徴としている。
【００１８】
また、前記加熱手段は、外部イオン源とイオン溜の間に設けられるフォーカスレンズ系およびスリットをも含めて加熱することを特徴としている。
【００１９】
また、前記加熱手段は、イオン押し出しプレートのイオンが通るイオン溜側とは反対側に置かれ、その放射熱により間接的に加熱することを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図４は、本発明にかかるＯＡ−ＴＯＦＭＳの一実施例を表わしたものである。本実施例は、電子衝撃（ＥＩ）イオン源、化学イオン化（ＣＩ）イオン源、電界脱離（ＦＤ）イオン源、エレクトロスプレイ（ＥＳＩ）イオン源、高速原子衝撃（ＦＡＢ）イオン源などの連続型の外部イオン源１と、第１および第２の隔壁および図示しない真空ポンプによって構成される差動排気壁１０と、該差動排気壁１０の第１の隔壁上に設けられた第１のオリフィス２と、該差動排気壁１０内に置かれたリングレンズ３と、該差動排気壁１０を構成する第２の隔壁上に設けられた第２のオリフィス４と、イオンガイド５が置かれた中間室１１と、集束レンズおよび偏向器から成るレンズ群６、イオン押し出しプレートと加速レンズ（グリッド）から成るランチャー７、イオンを反射するリフレクター８、およびイオン検出器９などのイオン光学系を構成する構成物が置かれた測定室１３とを備えている。また、ランチャー７内のイオン押し出しプレートには、直流電源２０が接続されている。
【００２１】
このような構成において、外部イオン源１において試料から生成したイオンは、まず最初に、第１のオリフィス２を通って差動排気壁１０に導入される。そして、差動排気壁１０内で拡散しようとするイオンは、差動排気壁１０内のリングレンズ３によって集束され、第２のオリフィス４を通って中間室１１に導入される。中間室１１に導入されたイオンは、中間室１１内で運動エネルギーを落とし、イオンガイド５から発生する高周波電界によってイオンビーム径を小さくして、高真空な測定室１３へと誘導される。中間室１１と測定室１３を仕切る隔壁には、第３のオリフィス１２が設けられている。イオンガイド５から誘導されてきたイオンは、この第３のオリフィス１２によって、一定の径を持ったイオンビームに整形されて、測定室１３に導入される。
【００２２】
測定室１３の入口には、集束レンズと偏向器とから成るレンズ群６が設置されている。測定室１３に入ってきたイオンビームは、レンズ群６によりビームの拡散や偏向を是正され、ランチャー７に導入される。ランチャー７内には、イオン押し出しプレートとグリッドが対向配置されて成るイオン溜と、該イオン溜の軸方向に対して直交する方向に並ぶ加速レンズとが設置されている。また、イオン溜の一方の壁部を構成するイオン押し出しプレートの近傍には、輻射熱でイオン押し出しプレートを加熱するためのヒータ２０が設けられている。このヒータ２０を拡大して示すと、図５の通りである。
【００２３】
図５は、イオン押し出しプレートに近接して配置されるヒータの一実施例である。ヒータ２０は、１本のタンタル線などの金属線２１が、金属板２２の上に、ジグザグの波状に張られることによって構成されている。金属線２１は、碍子２３を介して、支柱上に固定ネジ２４でしっかりと固定されており、金属線２１と金属板２２が接触しないようにして、金属板２２の上方に張られている。この金属線２１の両端は、電力供給用のリード線となって、図示しない電源に接続されている。
【００２４】
このヒータ２０は、図６に示すように、イオン押し出しプレート１４のイオンビーム１８が通るイオン溜側とは反対側に、ヒータ線２１がイオン押し出しプレート１４と直接接触しないように引き離して固定される。また、ヒータ２０を構成する金属板２２には、熱電対などで構成された温度センサー２５が設けられており、ヒータ温度を計測することが可能な構成となっている。ヒータ２０のリード線はＤＣ電源２６に、また、温度センサー２５のリード線は温度計２７に、それぞれ接続されている。
【００２５】
このヒータ２０によるイオン押し出しプレートの加熱の方法は次の通りである。まず、ヒータ２０のＤＣ電源２６をＯＮにすると、タンタル線２１が電熱線となって発熱する。このタンタル線２１からの放射熱により、まずイオン押し出しプレート１４、次いでグリッド１５が、間接的に加熱される。ヒータ２０は、イオン押し出しプレート１４からは、空間を介して絶縁されているため、質量分析の測定中などでも、連続的に加熱しながら使用することができる。また、ヒータ２０は、装置内が大気圧状態のときに使用しても問題がないため、装置排気中に、ヒータ２０をＯＮにして、イオン押し出しプレート１４を加熱し、排気しながら焼き出しを行なうこともできる。ヒータ２０に１２〜１４Ｖ程度の電圧を加えると、ヒータ部分は２００〜２５０℃程度まで加熱される。
【００２６】
図７は、ヒータ２０でイオン押し出しプレート１４を加熱したときと、加熱しなかったときの、ＯＡ−ＴＯＦＭＳの分解能の経時変化を比較したものである。図から明らかなように、ヒータ２０でイオン押し出しプレート１４を加熱したときは、長時間に渡って、分解能７０００以上を維持することが可能であったが、ヒータ２０でイオン押し出しプレート１４を加熱しなかったときは、測定開始後、わずか２時間後には、分解能が３０００以下にまで低下してしまった。これは、試料イオンの残骸の有機物などがイオン押し出しプレート１４の表面などに付着することによって帯電が起こり、イオンビームの平行度に歪みを生じた結果、装置の分解能が低下したことを意味し、この分解能の低下は、イオン押し出しプレート１４を常時加熱することにより、未然に防止できるものであることを示している。
【００２７】
以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明には、さまざまな変形例が可能である。例えば、図８に示すように、ヒータ２０の寸法を横方向に大きくして、イオン押し出しプレート１４のみならず、イオン押し出しプレート１４の前段に設けられたフォーカスレンズ系２８やスリット２９も合わせて加熱できるように構成しても良い。また、温度センサー２５の信号をヒータ２０のＤＣ電源２６にフィードバックして、ヒータ電圧をＯＮ／ＯＦＦすることにより、ヒータ温度を所定の値にコントロールできるように構成しても良い。また、ヒータ源に、タンタル線などの代わりに、ランプを用いることも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明のＯＡ−ＴＯＦＭＳによれば、外部イオン源と、外部イオン源で発生したイオンを滞在させる空間と、該空間からイオンをパルス的に加速して取り出すために該空間を挟んで対向配置されるイオン押し出しプレートとグリッドにより構成されるイオン溜と、イオン溜からグリッドを介して取り出されたイオンを質量分離する飛行時間型分光部と、質量分離されたイオンを検出するイオン検出器とを備えたＯＡ−ＴＯＦＭＳにおいて、イオン押し出しプレートを含む所定の構成部材を加熱手段により加熱するようにしたので、イオン溜を構成するイオン押し出しプレートなどが帯電することを未然に防止し、マススペクトルの分解能や感度が低下するのを回避することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の垂直加速型飛行時間型質量分析装置を示す図である。
【図２】従来の垂直加速型飛行時間型質量分析装置のイオン溜近傍を示す図である。
【図３】従来の垂直加速型飛行時間型質量分析装置のイオン溜近傍を示す図である。
【図４】本発明にかかる垂直加速型飛行時間型質量分析装置の一実施例を示す図である。
【図５】本発明にかかる垂直加速型飛行時間型質量分析装置用ヒータの一実施例を示す図である。
【図６】本発明にかかる垂直加速型飛行時間型質量分析装置のイオン溜近傍の一実施例を示す図である。
【図７】本発明にかかる垂直加速型飛行時間型質量分析装置の分解能の経時変化の一例を示す図である。
【図８】本発明にかかる垂直加速型飛行時間型質量分析装置のイオン溜近傍の別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１・・・外部イオン源、２・・・第１のオリフィス、３・・・リングレンズ、４・・・第２のオリフィス、５・・・イオンガイド、６・・・レンズ群、７・・・ランチャー、８・・・リフレクター、９・・・イオン検出器、１０・・・差動排気壁、１１・・・中間室、１２・・・第３のオリフィス、１３・・・測定室、１４・・・イオン押し出しプレート、１５・・・グリッド、１６・・・加速レンズ、１７・・・イオン溜、１８・・・イオンビーム、１９・・・イオンパルス、２０・・・ヒータ、２１・・・金属線、２２・・・金属板、２３・・・碍子、２４・・・固定ネジ、２５・・・温度センサー、２６・・・ＤＣ電源、２７・・・温度計、２８・・・フォーカスレンズ系、２９・・・スリット。
【図１】
2004172070.tif 000003
【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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【図８】
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