(57)【要約】【課題】計測濃度範囲の拡大及び計測精度の向上を図り得る飛行時間型質量分析装置を提供する。【解決手段】飛行時間型質量分析装置において、イオン検出器１４で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には励起レーザー装置１０が照射するレーザー光Ｌの出力が減少するようにこの励起レーザー装置１０を制御するとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には前記励起レーザー装置１０の出力が増大するように励起レーザー装置１０を制御するレーザー光制御部１５を有する。【選択図】  図１
2005025946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置において、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には前記レーザー光照射手段が照射するレーザー光出力が減少するようにこのレーザー光照射手段を制御するとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には前記レーザー光出力が増大するようにレーザー光照射手段を制御するレーザー光制御手段を有することを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項２】
真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置を用いる飛行時間型質量分析方法において、
前記レーザー光照射手段から照射したレーザー光が前記真空チャンバ内に至るレーザー光の光路上に配設したアイリス手段と、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には前記アイリス手段を制御してアイリスを絞ることにより前記真空チャンバ内に導入するレーザー光のビーム径を減少させるとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には前記アイリス手段を制御してアイリスを開くことにより前記レーザー光のビーム径を増大させるレーザー光制御手段を有することを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項３】
真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置において、
異なる焦点距離を有する複数のレンズを集合してなり、前記レーザー光照射手段から照射したレーザー光が前記真空チャンバ内に至るレーザー光の光路上に前記各レンズが順次占位し得るよう移動可能となっている集光レンズ系と、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理して、この濃度信号が所定値より大きい場合には、所定値となるように焦点距離が長い所定のレンズが前記光路上に占位するよう前記集光レンズ系を移動するとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には、所定値となるように焦点距離が短いレンズが前記光路上に占位するよう前記集光レンズ系を移動してレーザー光の集光度を制御する集光制御手段とを有することを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項４】
真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置において、
前記レーザー光照射手段から照射したレーザー光が前記真空チャンバ内に至るレーザー光の光路上に配設した集光レンズを前記光路上に沿って前後に直線移動させるレンズ移動手段と、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理して、この濃度信号が所定値となるように前記レンズ移動手段を前後方向に移動して集光レンズの焦点位置を調節してレーザー光の集光度を制御する集光制御手段とを有することを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項５】
真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置において、
異なる焦点距離を有する複数のレンズを集合してなり、前記レーザー光照射手段から照射したレーザー光が前記真空チャンバ内に至るレーザー光の光路上に前記各レンズが順次占位し得るよう移動可能となっている集光レンズ系と、
この集光レンズ系を前記光路上に沿って前後に直線移動させるレンズ位置移動手段と、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理して、この濃度信号が所定値より大きい場合には、所定値となるように焦点距離が長い所定のレンズが前記光路上に占位するよう前記集光レンズ系を移動するとともに前記レンズ移動手段を前記真空チャンバと反対側に移動して集光レンズの焦点位置を調節する一方、前記濃度信号が所定値より小さい場合には、所定値となるように焦点距離が短いレンズが前記光路上に占位するよう前記集光レンズ系を移動するとともに前記レンズ移動手段を前記真空チャンバ側に移動して集光レンズの焦点位置を調節してレーザー光の集光度を制御する集光制御手段とを有することを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項６】
真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置において、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理して、この濃度信号が所定値より大きい場合には、前記イオントラップのＲＦ電極に対する高周波電圧の印加を制御することにより、最も高効率にイオン分子を放出する最適値から離れるように前記高周波電圧の印加条件を制御するとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には、前記ＲＦ電極に対する高周波電圧の印加を制御することにより、前記最適値に近づくように前記高周波電圧の印加条件を制御する高周波電圧制御手段を有することを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項７】
〔請求項６〕に記載する飛行時間型質量分析装置において、
高周波電圧制御手段は、前記レーザー光照射手段によるパルスレーザー光の照射タイミングと前記イオントラップのＲＦ電極に印加するパルス状の高周波電圧の立ち上がり乃至立ち下がりとの間の間隔を制御するものであることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項８】
〔請求項６〕に記載する飛行時間型質量分析装置において、
高周波電圧制御手段は、前記イオントラップのＲＦ電極に印加する高周波電圧の周波数を制御するものであることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項９】
〔請求項６〕に記載する飛行時間型質量分析装置において、
高周波電圧制御手段は、前記イオントラップのＲＦ電極に印加する高周波電圧の振幅を制御するものであることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項１０】
真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置において、
前記レーザー光照射手段から照射したレーザー光が前記真空チャンバ内に至るレーザー光の光路上に配設したシャッタ手段と、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には前記シャッタ手段の開閉を制御して真空チャンバ内に導入するレーザー光の光量を減少させるとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には前記シャッタ手段の開閉を制御して真空チャンバ内に導入するレーザー光の光量を増加させるシャッタ制御手段とを有することを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項１１】
〔請求項１０〕に記載する飛行時間型質量分析装置において、
シャッタ手段はポッケルス素子を有し、このポッケルス素子に対する電圧の印加によりレーザー光の遮光時間を制御するものであることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項１２】
真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置において、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には前記イオン検出手段に印加する印加電圧の絶対値が小さくなるようにこのイオン検出手段を制御するとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には前記イオン検出手段に印加する印加電圧の絶対値が大きくなるようにこのイオン検出手段を制御するイオン検出器電圧制御手段を有することを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項１３】
真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置において、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には前記真空チャンバ内に導入する採取試料の量が減少するとともに、前記イオン濃度が所定値より小さい場合には前記真空チャンバ内に導入する採取試料の量が増大するよう前記採取試料の供給系の圧力制御乃至流量制御弁等の弁の開度を調整する弁制御手段を有することを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項１４】
真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置において、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理して前記イオンイオントラプにおけるイオン分子のトラップ時間を制御するトラップ時間制御手段を有することを特徴とする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】
本発明は飛行時間型質量分析装置に関し、特にＰＣＢ等の微量化学種の検出に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
質量分析法は、その化学種選択性及び計測感度の高さから、有機化合物微量濃度計測法として適用されている手法である。最近では、レーザーなどをイオン化源としたサンプルガス直接導入型の飛行時間型質量分析法が開発され、サンプルガス中のＰＣＢの検出等、各化学種の微量濃度計測のみならず、その計測時間短縮にも寄与する手法となりつつある。
【０００３】
ここで、レーザーをイオン化源としたサンプルガス直接導入型の飛行時間型質量分析装置（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＴＯＦＭＳ）を、図１１を参照しつつ説明する。
【０００４】
図１１に示すように、飛行時間型質量分析装置１の真空チャンバ２は、図示しない真空ポンプにより真空引きされており、チャンバ内圧力は例えば１０−７〜１０−６ｔｏｒｒ程度になっている。この真空チャンバ２の一端面（図１１では左端面）には、試料導入手段であるキャピラリー管３が貫通して配置されている。このキャピラリー管３は、採取試料４を洩れだし分子線５として、真空チャンバ２内に連続的に導入する。
【０００５】
複数枚（本例では３枚）のイオン加速電極６は、ミクロンオーダの多数の孔が形成された電極であり、真空チャンバ２の内部空間のうち、洩れだし分子線５が導入される位置に配置されている。
【０００６】
ＲＦ電極７及びエンドキャップ（電極）８は真空チャンバ２の内部空間に配置されており、ＲＦ電極７とエンドキャップ８によりイオントラップが形成されている。イオントラップを形成するＲＦ電極７とエンドキャップ８は、イオン加速電極６を間に挟んで、キャピラリー管３と対向する位置に配置されている。
【０００７】
真空チャンバ２の周面の一部には、レーザー光挿入窓９が形成されており、このレーザー光挿入窓９には、レーザー光Ｌを透過させるレーザー光透過板９ａが取り付けられている。レーザー光透過板９ａは、気密に取り付けられているため、真空チャンバ２の真空状態は確保される。
【０００８】
真空チャンバ２の外に配置された励起レーザー装置１０はレーザー光（パルスレーザー光）Ｌを発生し、このレーザー光Ｌは集光レンズ１１及びレーザー光透過板９ａを介して真空チャンバ２内に導入され、真空チャンバ２内に導入された採取試料４（即ち、洩れだし分子線５）を照射する。レーザー光照射された洩れだし分子線５はイオン化してイオン分子１２を発生する。
【０００９】
真空チャンバ２の内部空間のうち他端面側（図１１では右端面側）には、リフレクタ１３が配置されている。また真空チャンバ２の内部空間のうち、リフレクタ１３により反射されたイオン分子１２を捕捉することができる位置に、イオン検出器１４が配置されている。
【００１０】
上記構成となっている飛行時間型質量分析装置１では、真空チャンバ２内に導入された採取試料４（即ち、洩れだし分子線５）はレーザー光Ｌが照射されてイオン化し、イオン分子１２となる。このイオン分子１２は、イオン加速電極６で加速されてイオントラップ側に送られる。イオントラップ（ＲＦ電極７及びエンドキャップ８）は特定の種類のイオン分子を一時的に捕獲し、捕獲したイオン分子を一定周期で放出する。
【００１１】
イオントラップから放出されたイオン分子１２は、真空チャンバ２内をリフレクタ１３に向かって飛行し、リフレクタ１３にて反射してからイオン検出器１４に向かって飛行し、イオン検出器１４にて捕捉される。かくして、イオン検出器１４によりイオン検出がなされる。
【００１２】
この飛行時間型質量分析装置１では、真空チャンバ２内でのイオン分子１２の飛行時間（イオントラップから放出されてイオン検出器１４で捕捉されるまでの時間）を計測することにより、採取試料４に含まれている組成（原子または分子の質量）を求めることができると共に、イオン検出器１４で検出した信号強度の比から採取試料の各組成成分の濃度を求めることができる。
【００１３】
この種の技術を開示する公知文献としては、下記に記載した非特許文献１が存在する。
【００１４】
【非特許文献１】
ＡＮＡＬＹＴＩＣＡＬ  ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ  ＶＯＬ．５９  ＮＯ．１  ＪＡＮＵＡＲＹ  １  １９８７  ３１Ａ  ［Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ］
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の如き従来技術に係る飛行時間型質量分析装置では次のような問題があった。
（１）    採取試料（サンプルガス）４の濃度が過大乃至過少に変動した場合、イオ  ン検出器１４を介して得られる信号強度が過大乃至過少となる。このため、イ  オン検出器信号の飽和乃至異常低下が起こる。このことは、計測濃度範囲の縮  小化及び計測精度の低下を招来する。ちなみに、排気ガス中のＰＣＢ濃度の監  視は連続的にこれを行う必要があるが、かかる連続モニタリングの際には、特  に前記採取試料４の濃度が過大乃至過少に変動する場合が考えられる。そこで  、いかなる場合でも適正なレベルの信号を得て、高精度の連続モニタリングを  実現するには、広い濃度範囲に亘る安定した高精度の測定を行い得る飛行時間  型質量分析装置の出現が待望されている。
（２）    イオン検出器１４の出力信号が過大となるような状態、すなわち発生するイオン分子１２が過大である状態が続くと、当該イオン検出器１４のプレートを焼損する等、当該イオン検出器１４を損傷する場合があり、寿命低下の原因となる。
【００１６】
本発明は、上記従来技術に鑑み、計測濃度範囲の拡大及び計測精度の向上を図り得るとともに、イオントラップ手段及びイオン検出手段の損傷を可及的に低減し得る飛行時間型質量分析装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【００１８】
１）  真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置において、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には前記レーザー光照射手段が照射するレーザー光出力が減少するようにこのレーザー光照射手段を制御するとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には前記レーザー光出力が増大するようにレーザー光照射手段を制御するレーザー光制御手段を有すること。
【００１９】
２）  真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置を用いる飛行時間型質量分析方法において、
前記レーザー光照射手段から照射したレーザー光が前記真空チャンバ内に至るレーザー光の光路上に配設したアイリス手段と、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には前記アイリス手段を制御してアイリスを絞ることにより前記真空チャンバ内に導入するレーザー光のビーム径を減少させるとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には前記アイリス手段を制御してアイリスを開くことにより前記レーザー光のビーム径を増大させるレーザー光制御手段を有すること。
【００２０】
３）  真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置において、
異なる焦点距離を有する複数のレンズを集合してなり、前記レーザー光照射手段から照射したレーザー光が前記真空チャンバ内に至るレーザー光の光路上に前記各レンズが順次占位し得るよう移動可能となっている集光レンズ系と、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理して、この濃度信号が所定値より大きい場合には、所定値となるように焦点距離が長い所定のレンズが前記光路上に占位するよう前記集光レンズ系を移動するとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には、所定値となるように焦点距離が短いレンズが前記光路上に占位するよう前記集光レンズ系を移動してレーザー光の集光度を制御する集光制御手段とを有すること。
【００２１】
４）  真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置において、
前記レーザー光照射手段から照射したレーザー光が前記真空チャンバ内に至るレーザー光の光路上に配設した集光レンズを前記光路上に沿って前後に直線移動させるレンズ移動手段と、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理して、この濃度信号が所定値となるように前記レンズ移動手段を前後方向に移動して集光レンズの焦点位置を調節してレーザー光の集光度を制御する集光制御手段とを有すること。
【００２２】
５）  真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置において、
異なる焦点距離を有する複数のレンズを集合してなり、前記レーザー光照射手段から照射したレーザー光が前記真空チャンバ内に至るレーザー光の光路上に前記各レンズが順次占位し得るよう移動可能となっている集光レンズ系と、
この集光レンズ系を前記光路上に沿って前後に直線移動させるレンズ位置移動手段と、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理して、この濃度信号が所定値より大きい場合には、所定値となるように焦点距離が長い所定のレンズが前記光路上に占位するよう前記集光レンズ系を移動するとともに前記レンズ移動手段を前記真空チャンバと反対側に移動して集光レンズの焦点位置を調節する一方、前記濃度信号が所定値より小さい場合には、所定値となるように焦点距離が短いレンズが前記光路上に占位するよう前記集光レンズ系を移動するとともに前記レンズ移動手段を前記真空チャンバ側に移動して集光レンズの焦点位置を調節してレーザー光の集光度を制御する集光制御手段とを有すること。
【００２３】
６）  真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置において、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理して、この濃度信号が所定値より大きい場合には、前記イオントラップのＲＦ電極に対する高周波電圧の印加を制御することにより、最も高効率にイオン分子を放出する最適値から離れるように前記高周波電圧の印加条件を制御するとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には、前記ＲＦ電極に対する高周波電圧の印加を制御することにより、前記最適値に近づくように前記高周波電圧の印加条件を制御する高周波電圧制御手段を有すること。
【００２４】
７）  上記６）に記載する飛行時間型質量分析装置において、
高周波電圧制御手段は、前記レーザー光照射手段によるパルスレーザー光の照射タイミングと前記イオントラップのＲＦ電極に印加するパルス状の高周波電圧の立ち上がり乃至立ち下がりとの間の間隔を制御するものであること。
【００２５】
８）  上記６）に記載する飛行時間型質量分析装置において、
高周波電圧制御手段は、前記イオントラップのＲＦ電極に印加する高周波電圧の周波数を制御するものであること。
【００２６】
９）  上記６）に記載する飛行時間型質量分析装置において、
高周波電圧制御手段は、前記イオントラップのＲＦ電極に印加する高周波電圧の振幅を制御するものであること。
【００２７】
１０）  真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置において、
前記レーザー光照射手段から照射したレーザー光が前記真空チャンバ内に至るレーザー光の光路上に配設したシャッタ手段と、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には前記シャッタ手段の開閉を制御して真空チャンバ内に導入するレーザー光の光量を減少させるとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には前記シャッタ手段の開閉を制御して真空チャンバ内に導入するレーザー光の光量を増加させるシャッタ制御手段とを有すること。
【００２８】
１１）  上記１０）に記載する飛行時間型質量分析装置において、
シャッタ手段はポッケルス素子を有し、このポッケルス素子に対する電圧の印加によりレーザー光の遮光時間を制御するものであること。
【００２９】
１２）  真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置において、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には前記イオン検出手段に印加する印加電圧の絶対値が小さくなるようにこのイオン検出手段を制御するとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には前記イオン検出手段に印加する印加電圧の絶対値が大きくなるようにこのイオン検出手段を制御するイオン検出器電圧制御手段を有すること。
【００３０】
１３）  真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置において、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には前記真空チャンバ内に導入する採取試料の量が減少するとともに、前記イオン濃度が所定値より小さい場合には前記真空チャンバ内に導入する採取試料の量が増大するよう前記採取試料の供給系の圧力制御乃至流量制御弁等の弁の開度を調整する弁制御手段を有すること。
【００３１】
１４）  真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置において、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理して前記イオンイオントラプにおけるイオン分子のトラップ時間を制御するトラップ時間制御手段を有すること。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００３３】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係る飛行時間型質量分析装置を示すブロック図である。同図に示すように、本形態に係る飛行時間型質量分析装置Ａは、図１１に示す従来技術に係る飛行時間型質量分析装置１と基本的な構成は同一である。ただ、かかる飛行時間型質量装置１の真空チャンバ２内に導入される採取試料４の濃度に応じて照射するレーザー光Ｌの強度を適正に制御し得るよう工夫したものである。
【００３４】
すなわち、真空チャンバ２は、図示しない真空ポンプにより真空引きされており、チャンバ内圧力は例えば１０−７〜１０−６ｔｏｒｒ程度になっている。この真空チャンバ２の一端面（図１では左端面）には、試料導入手段であるキャピラリー管３が貫通して配置されている。このキャピラリー管３は、採取試料４を洩れだし分子線５として、真空チャンバ２内に連続的に導入する。
【００３５】
複数枚（本例では３枚）のイオン加速電極６は、ミクロンオーダの多数の孔が形成された電極であり、真空チャンバ２の内部空間のうち、洩れだし分子線５が導入される位置に配置されている。
【００３６】
ＲＦ電極７及びエンドキャップ（電極）８は真空チャンバ２の内部空間に配置されており、ＲＦ電極７とエンドキャップ８によりイオントラップが形成されている。イオントラップを形成するＲＦ電極７とエンドキャップ８は、イオン加速電極６を間に挟んで、キャピラリー管３と対向する位置に配置されている。
【００３７】
真空チャンバ２の周面の一部には、レーザー光挿入窓９が形成されており、このレーザー光挿入窓９には、レーザー光Ｌを透過させるレーザー光透過板９ａが取り付けられている。レーザー光透過板９ａは、気密に取り付けられているため、真空チャンバ２の真空状態は確保される。
【００３８】
真空チャンバ２の外に配置された励起レーザー装置１０はレーザー光（パルスレーザー光）Ｌを発生し、このレーザー光Ｌは集光レンズ１１及びレーザー光透過板９ａを介して真空チャンバ２内に導入され、真空チャンバ２内に導入された採取試料４（即ち、洩れだし分子線５）を照射する。レーザー光照射された洩れだし分子線５はイオン化してイオン分子１２を発生する。
【００３９】
真空チャンバ２の内部空間のうち他端面側（図１では右端面側）には、リフレクタ１３が配置されている。また真空チャンバ２の内部空間のうち、リフレクタ１３により反射されたイオン分子１２を捕捉することができる位置に、イオン検出器１４が配置されている。
【００４０】
上記構成となっている飛行時間型質量分析装置Ａでは、真空チャンバ２内に導入された採取試料４（即ち、洩れだし分子線５）がレーザー光Ｌを照射されてイオン化し、イオン分子１２となる。このイオン分子１２は、イオン加速電極６で加速されてイオントラップ側に送られる。イオントラップ（ＲＦ電極７及びエンドキャップ８）は特定の種類のイオン分子を一時的に捕獲し、捕獲したイオン分子を一定周期で放出する。この放出はＲＦ電極７に高周波数のパルス電圧を印加することで行う。
【００４１】
イオントラップから放出されたイオン分子１２は、真空チャンバ２内をリフレクタ１３に向かって飛行し、リフレクタ１３にて反射してからイオン検出器１４に向かって飛行し、イオン検出器１４にて捕捉される。かくして、イオン検出器１４によりイオン検出がなされる。
【００４２】
この飛行時間型質量分析装置Ａでは、真空チャンバ２内でのイオン分子１２の飛行時間（イオントラップから放出されてイオン検出器１４で捕捉されるまでの時間）を計測することにより、採取試料４に含まれている組成（原子または分子の質量）を求めることができると共に、イオン検出器１４で検出した信号強度の比から採取試料の各組成成分の濃度を求めることができる。
【００４３】
ここで、本形態に係る飛行時間型質量装置Ａは、レーザー光制御手段であるレーザー光制御部１５を有する。このレーザー光制御部１５は、イオン検出器１４で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には励起レーザー装置１０が照射するレーザー光出力が減少するようにこの励起レーザー装置１０を制御するとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には励起レーザー装置１０が照射するレーザー光出力が増大するように励起レーザー装置１０を制御する。
【００４４】
かかる飛行時間型質量分析装置Ａにおいて、真空チャンバ２内に導入した採取試料４の濃度が基準濃度よりも減少した場合、レーザー光制御部１５がイオン検出器１４の出力信号である濃度信号のレベルの低下によりこのことを検知する。また、採取試料４の濃度が基準値よりも増加した場合には、前記濃度信号のレベルの増加によりレーザー制御部１５がこのことを検知する。
【００４５】
そして、採取試料４の濃度に合わせて、濃度信号が所定値になるように励起レーザー装置１０の出力を制御する。すなわち、採取試料４の濃度が濃い場合には、レーザー光出力が減少するように、また薄い場合には、レーザー光出力が増加するように励起レーザー装置１０を制御する。
【００４６】
＜第２の実施の形態＞
図２は本発明の第２の実施の形態に係る飛行時間型質量分析装置Ｂを示すブロック図である。同図に示すように、本形態に係る飛行時間型質量分析装置Ｂは、図１に示す第１の実施の形態と多くの構成部分が同一である。そこで、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００４７】
当該飛行時間型質量分析装置Ｂは、アイリス部１６と、レーザー光制御部１７とを有する。アイリス部１６は、励起レーザー装置１０から照射したレーザー光Ｌが真空チャンバ２内に至るレーザー光Ｌの光路上に配設してある。また、レーザー光制御部１７は、イオン検出器１４で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理し、この濃度信号が所定値より大きい場合には前記アイリス部１６を制御してアイリスを絞る。このことにより前記真空チャンバ２内に導入するレーザー光Ｌのビーム径を減少させるように構成してある。また、前記濃度信号が所定値より小さい場合には前記アイリス部１６を制御してアイリスを開く。このことにより前記レーザー光Ｌのビーム径を増大させるように構成してある。
【００４８】
かかる飛行時間型質量分析装置Ｂにおいて、真空チャンバ２内に導入した採取試料４の濃度が基準濃度よりも減少した場合、レーザー光制御部１７がイオン検出器１４の出力信号である濃度信号のレベルの低下によりこのことを検知する。また、採取試料４の濃度が基準値よりも増加した場合には、前記濃度信号のレベルの増加によりレーザー光制御部１７がこのことを検知する。
【００４９】
そして、採取試料４の濃度に合わせて、濃度信号が所定値になるようにレーザー光透過板９ａを介して真空チャンバ２内に導入するレーザー光Ｌのビーム径を制御する。すなわち、採取試料４の濃度が濃い場合には、レーザー光Ｌのビーム径が減少するように、また薄い場合には、レーザー光Ｌのビーム径が増大するようにアイリスを制御する。
【００５０】
＜第３の実施の形態＞
図３（ａ）は本発明の第３の実施の形態に係る飛行時間型質量分析装置Ｃを示すブロック図である。同図に示すように、本形態に係る飛行時間型質量分析装置Ｃは、図１に示す第１の実施の形態と多くの構成部分が同一である。そこで、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００５１】
当該飛行時間型質量分析装置Ｃは、集光レンズ系１８、レンズ移動部１９及び集光制御部２０を有する。
【００５２】
集光レンズ系１８は、図３（ｂ）にこの部分を抽出・拡大して示すように、それぞれ焦点距離が異なる複数枚（図３（ｂ）では８枚）の集光レンズ１８ａを円盤２１の同一円上に円環状に配設してなり、この円盤２１がその中央部に固着した回転軸２１ａを介して回動することにより、各集光レンズ１８ａをレーザー光Ｌの光軸上に占位させるように構成してある。このときの集光レンズ系１８の回動はステッピングモータ等の回動駆動部２３で行う。
【００５３】
なお、図３（ｂ）に示す場合は、円盤２１を回動することによりレーザー光Ｌの光軸上に所定の集光レンズ１８ａを占位させたが、回動移動に限るものではない。設置スペースが大きくなるという不利はあるが、直線的な移動で同様の機能を得る構造とすることもできる。
【００５４】
図３（ａ）に戻り、レンズ移動部１９は、励起レーザー装置１０から照射したレーザー光Ｌが真空チャンバ２内に至るレーザー光Ｌの光路上に配設した集光レンズ１８ａを前記光路上に沿って前後方向に直線移動させる。このため、台車１９ａ及びレール１９ｂを有する。台車１９ａは集光レンズ系１８を載置しており、前記光軸方向に伸びるレール１９ｂ上を前後方向（ここで、前方とは真空チャンバ２に向かう方向、後方とはその反対方向をいう。以下、同じ。）に直線移動可能に構成してある。集光制御部２０は、イオン検出器１４で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理して、この濃度信号が所定値より大きい場合には、所定値となるように焦点距離が長い所定の集光レンズ１８ａが前記光路上に占位するよう前記集光レンズ系１８を回動移動するとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には、所定値となるように焦点距離が短い集光レンズ１８ａが前記光路上に占位するよう前記集光レンズ系１８を回動移動する。
【００５５】
ここで、光路上に占位する集光レンズ１８ａが交換されると、焦点距離も変化する。そこで、同時に、当該集光レンズ１８ａの焦点位置がキャピラリー管３とレーザー光Ｌの光路との交点（以下、この焦点位置を「標準焦点位置」という。）に来るよう、集光制御部２０からの制御信号で台車１９ａをレール１９ｂに沿って移動させることによりその位置を調整する。採取試料４は標準焦点位置を中心とするその近傍部分に供給されるからである。
【００５６】
かかる飛行時間型質量分析装置Ｃにおいて、真空チャンバ２内に導入した採取試料４の濃度が基準濃度よりも減少した場合、集光制御部１９がイオン検出器１４の出力信号である濃度信号のレベルの低下によりこのことを検知する。また、採取試料４の濃度が基準値よりも増加した場合には、前記濃度信号のレベルの増加によりレーザー制御部１６がこのことを検知する。
【００５７】
そして、採取試料４の濃度に合わせて、濃度信号が所定値になるように適切な焦点距離の集光レンズ１８ａを選択し、この集光レンズ１８ａがレーザー光Ｌの光路上に来るように集光レンズ系１８の回動を制御する。すなわち、採取試料４の濃度が濃い場合には、焦点距離の長い集光レンズ１８ａを選択して集光度を緩め、採取試料４の濃度が薄い場合には、焦点距離の短い集光レンズ１８ａを選択して集光度を締める。
【００５８】
同時に、焦点距離の長い集光レンズ１８ａに交換した場合には、レンズ移動部１９を駆動して集光レンズ系１８を後退させるとともに、焦点距離の短い集光レンズ１８ａに交換した場合には、レンズ移動部１９を駆動して集光レンズ系１８を前進させ、何れの場合も集光レンズ１８ａの焦点位置が前記標準焦点位置に占位するように位置調整を行う。
【００５９】
かくして、濃度が濃い場合には、標準焦点位置におけるレーザー光Ｌのエネルギー密度が減少し、濃度が薄い場合には、標準焦点位置におけるレーザー光Ｌのエネルギー密度が増加する。このことにより濃度信号のレベルが適正なものとなる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、集光レンズ１８ａを交換した場合には、交換した集光レンズ１８ａの焦点距離に合わせてその焦点位置が標準焦点位置に来るように制御したが、必ずしもこのように構成する必要はない。濃度制御の精度は若干劣るが、単に集光レンズ１８ａを交換するだけでも、また集光レンズを交換することなく、その前記光路上の位置を変えるだけでも、標準焦点位置におけるレーザー光の集光度を変えることができ、この部分のイオン密度を制御することができる。すなわち、何れにしてもレーザー光の集光度を制御することにより、イオン濃度を適正に制御する。
【００６１】
また、本形態における集光レンズ１８ａの選定及びその前後方向位置の選定に当たっては、焦点距離等、集光レンズ１８に関するパラメータと、イオン検出器１４の濃度信号との相関関係を予め求めておき、このデータをマップデータとして集光制御部２０に記憶しておくことで、このデータを利用して所定の濃度信号に応じた集光レンズ１８及びその位置のデータを得、かかるデータを利用して集光レンズ１８を選択するとともに、その位置を決めれば良い。
【００６２】
＜第４の実施の形態＞
図４は本発明の第４の実施の形態に係る飛行時間型質量分析装置Ｄを示すブロック図である。同図に示すように、本形態に係る飛行時間型質量分析装置Ｄは、図１に示す第１の実施の形態と多くの構成部分が同一である。そこで、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００６３】
当該飛行時間型質量分析装置Ｄは、高周波電源２４によるイオントラップのＲＦ電極７に対するパルス状の高周波電圧の印加を制御する高周波電源制御部２５を有している。この高周波電源制御部２５は、高周波電圧の立ち下がり時点と、励起レーザー装置１０がパルス状のレーザー光Ｌを照射する時点との間隔を制御するものである。すなわち、高周波電源制御部２５には、前記レーザー光Ｌを照射したタイミングを表すタイミング信号を入力しており、このタイミングを基準として高周波電圧の立ち下がり時点のタイミングを制御する方式を採用している。これは、立ち上がりのタイミングを制御しても勿論良い。
【００６４】
ここで、イオントラップは四重極質量分析方式のもので、ＲＦ電極７に印加する高周波電圧は、例えば１ＭＨｚであり、レーザー光Ｌの照射パルスは、例えば１００ｐｓの数百Ｈｚ（例えば５００Ｈｚ）のものを用いている。かかる質量分析方式においては、前記照射パルスによりイオン加速電極６でイオン化され、２０乃至３０μｓ後にイオントラップの位置に至るイオン分子１２をＲＦ電極７に印加する高周波電圧の周波数で決まるイオン分子１２を捕捉して、その後リフレクタ１３に向けて放出するようになっている。かかる捕捉・放出の動作は、レーザー光Ｌの照射パルスの立ち上がり毎に、高周波電圧パルスを立ち上がらせることにより行う。
【００６５】
図５は、ＲＦ電極７に印加する高周波電圧の立ち下がり時点と、励起レーザー装置１０がパルス状のレーザー光Ｌを照射する時点との間隔ｔ（ｍｓ）を横軸に採り、対応する濃度信号の信号強度を縦軸に採った場合の特性図である。同図に示すように、３．２７（ｍｓ）近傍に信号強度の最大値が存在し、この近傍で最も効率よくイオン分子１２が得られていることが分かる。かかる特性を利用して、本形態では、イオン検出器１４で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理して、この濃度信号が所定値より大きい場合には、前記ＲＦ電極７に対する高周波電圧の印加を制御することにより、最も高効率にイオン分子１２を放出する最適値（図５の場合は３．２７（ｍｓ）近傍）から離れるように前記間隔ｔを制御する。一方、前記濃度信号が所定値より小さい場合には、前記ＲＦ電極７に対する高周波電圧の印加を制御することにより、前記最適値（図５の場合は３．２７（ｍｓ）近傍）に近づくように前記間隔ｔを制御する。
【００６６】
かかる飛行時間型質量分析装置Ｄにおいて、真空チャンバ２内に導入した採取試料４の濃度が基準濃度よりも減少した場合、高周波電源制御部２５がイオン検出器１４の出力信号である濃度信号のレベルの低下によりこのことを検知する。また、採取試料４の濃度が基準値よりも増加した場合には、前記濃度信号のレベルの増加により高周波電源制御部２５がこのことを検知する。
【００６７】
そして、採取試料４の濃度に合わせて、濃度信号が所定値になるように高周波電源２４を介してＲＦ電極７に印加する高周波電圧パルスの印加タイミングを制御する。すなわち、採取試料４の濃度が濃い場合には、前記最適値から離れるように、また薄い場合には、前記最適値に近づくように高周波電源２４を制御する。
【００６８】
なお、本実施の形態では、前記間隔ｔを制御することにより、イオン分子１２の濃度を制御するようにしたが、同様のことは、ＲＦ電極７に印加する高周波電圧の周波数乃至振幅を制御することによっても実現し得る。何れの場合もイオントラップにトラップされるイオンの質量域によりイオン分子１２の濃度が増減する性質を利用するものである。すなわち、周波数乃至振幅に応じて最もイオン分子１２の濃度が大きくなる最適値が存在するが、濃度信号が大きい場合にはこの最適値から離れるように、また濃度信号が小さい場合にはこの最適値に近づくように制御する。例えば、印加する高周波電圧の最適周波数振幅が図６（ａ）に示すような波形であった場合、図６（ｂ）に示すような波形の高周波電圧を印加する。
【００６９】
＜第５の実施の形態＞
図７は本発明の第５の実施の形態に係る飛行時間型質量分析装置Ｅを示すブロック図である。同図に示すように、本形態に係る飛行時間型質量分析装置Ｅは、図１に示す第１の実施の形態と多くの構成部分が同一である。そこで、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００７０】
当該飛行時間型質量分析装置Ｅは、シャッタ部２６及びシャッタ制御部２７を有する。シャッタ部２６は、励起レーザー装置１０から照射したレーザー光Ｌが真空チャンバ２内に至るレーザー光Ｌの光路上に配設してある。シャッタ制御部２７は、イオン検出器１４で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には前記シャッタ部２６の開閉を制御して真空チャンバ２内に導入するレーザー光Ｌの光量を減少させるとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には前記シャッタ部２６の開閉を制御して真空チャンバ２内に導入するレーザー光Ｌの光量を増加させる。
【００７１】
前記シャッタ部２６は、ポッケルス素子を利用して好適に作製することができる。すなわち、ポッケルス素子はこれに電圧を印加することにより光透過偏向特性が変化する。一方、レーザー光Ｌは偏向方向をもっている。したがって、ポッケルス素子に電圧を印加して偏向方向を変化させてやればレーザー光Ｌを遮光する、いわゆるシャッタとして機能させることができ、遮光時間が短ければその分レーザー光Ｌの光量は増加し、長ければ光量が減少する。
【００７２】
かかる飛行時間型質量分析装置Ｅにおいて、真空チャンバ２内に導入した採取試料４の濃度が基準濃度よりも減少した場合、高周波電源制御部２５がイオン検出器１４の出力信号である濃度信号のレベルの低下によりこのことを検知する。また、採取試料４の濃度が基準値よりも増加した場合には、前記濃度信号のレベルの増加により高周波電源制御部２５がこのことを検知する。
【００７３】
そして、採取試料４の濃度に合わせて、濃度信号が所定値になるようにシャッタ制御部２７を介してポッケルス素子からなるシャッタ部２６に印加するパルス電圧のデューティを変化させる。すなわち、採取試料４の濃度が濃い場合には、遮光時間を増大させるべく前記デューティが長くなるように、また薄い場合には、遮光時間を減少させるべく前記デューティが短くなるように制御する。このとき、シャッタ制御部２７内に濃度信号とデューティとの関係を対応づけたマップを用意しておけば、これを参照しつつ良好なシャッタ制御を行うことができる。また、パルス状のレーザー光Ｌの数を制御することによっても同様の光量制御が可能になる。すなわち、濃度信号が大きい場合は、基準の状態からレーザー光Ｌのパルス数を間引いてその数を減じ、濃度信号が小さい場合は、基準の状態にレーザー光Ｌのパルス数を加えてその数を増加させる。
【００７４】
なお、図示は省略するが、次のような装置構成とすることによっても濃度信号に応じたイオン分子１２の濃度を適正に制御することができる。なお、それぞれの例は図１に示す第１の実施の形態と多くの構成部分が同一である。そこで、図１と同一部材については、同図と同一の符号を用いる。
【００７５】
▲１▼  イオン検出器１４の感度を増減させる。
本例は、イオン検出器１４に印加する電圧を制御するイオン検出器電圧制御部を有するものである。ここで、イオン検出器電圧制御部は、イオン検出器１４で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には、イオン検出器１４に印加する印加電圧の絶対値が小さくなるように当該イオン検出器１４を制御するとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には、イオン検出器１４に印加する印加電圧の絶対値が大きくなるように当該イオン検出器１４を制御する。かくして、イオン分子１２の濃度を当該飛行時間型質量分析装置のダイナミックレンジに徴し適正なものとする。
【００７６】
図８は横軸にイオン検出器１４の印加電圧（ｖ）を採り、縦軸に濃度信号の信号強度を採った特性図である。同図に示すように、イオン検出器１４の印加電圧の絶対値が小さくなるにつれ信号強度も小さくなっている。そこで、かかる特性を利用して上述の如くイオン検出器１４の印加電圧を制御すれば、イオン分子１２の濃度を適正に制御することができる。
【００７７】
▲２▼  採取試料４の供給系の圧力調整弁乃至流量調整弁を調整することによりキャピラリー管３を介して真空チャンバ２内に供給する採取試料４の導入量を変化させる。
本例は、採取試料４の供給系の圧力調整弁乃至流量調整弁の開度を調整する弁開度制御部を有するものである。ここで、弁開度制御部は、イオン検出器１４で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には、前記圧力制御弁を開いて圧力が低下するように、また流量調整弁を閉じて流量が減少するように制御する。一方、前記濃度信号が所定値より小さい場合には、前記圧力制御弁を閉じて圧力が増加するように、また流量調整弁を開いて流量が増加するように制御する。かくして、イオン分子１２の濃度を当該飛行時間型質量分析装置のダイナミックレンジに徴し適正なものとする。
【００７８】
図９は横軸に採取試料（ガス）４の導入量を採り、縦軸に濃度信号の信号強度を採った特性図である。同図に示すように、真空チャンバ２内へのガス導入量が増加するにつれ信号強度も大きくなっている。そこで、かかる特性を利用して上述の如くキャピラリ管３を介して真空チャンバ２内に供給されるガス供給量を制御すれば、イオン分子１２の濃度を適正に制御することができる。
【００７９】
▲３▼  イオントラップにおけるトラップ時間を制御する。すなわち、図１０に示すように、イオントラップのイオントラップ時間（図１０の横軸に示す。）を短くするにつれて信号強度（図１０の縦軸に示す。）も小さくなっていく。そこで、かかる特性を利用して上述の如くイオントラップにおけるトラップ時間を制御すればイオン分子１２の濃度を適正に制御することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明したように、請求項１に記載する発明は、
真空チャンバと、
この真空チャンバに貫通・挿入して配置されており、真空チャンバ内に採取試料を導入するキャピラリー管と、
前記真空チャンバ内に導入された採取試料にレーザー光を照射してイオン化させるレーザー光照射手段と、
このレーザー光照射により発生したイオンを加速するイオン加速電極と、
このイオン加速電極から供給されたイオンを一時的に捕獲し、このイオンを一定周期で放出するイオントラップと、
このイオントラップから放出されたイオンを検出するイオン検出手段とを有する飛行時間型質量分析装置において、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には前記レーザー光照射手段が照射するレーザー光出力が減少するようにこのレーザー光照射手段を制御するとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には前記レーザー光出力が増大するようにレーザー光照射手段を制御するレーザー光制御手段を有するので、
イオン加速電極の部分でイオン化される採取試料はこの部分に照射されるレーザ光の出力に比例する。したがって、イオン検出手段の出力信号である濃度信号に基づき真空チャンバ内のイオン分子の濃度を適正に調整し得る。
この結果、本発明によれば、真空チャンバ内に供給する採取試料の濃度の増減に対応し、適切な計測条件の補正が可能となる。したがって、計測濃度範囲が増大するとともに計測精度が向上するという効果を奏する。また、計測濃度の増減に対応したイオントラップ及びイオン検出手段の計測条件の補正が可能となり、当該部分の損傷を可及的に低減し得るという効果も奏する。
【００８１】
請求項２に記載する発明は、請求項１に記載する発明と同様に、
真空チャンバ、キャピラリー管、レーザー光照射手段、イオン加速電極、イオントラップ及びイオン検出手段を有する飛行時間型質量分析装置において、
前記レーザー光照射手段から照射したレーザー光が前記真空チャンバ内に至るレーザー光の光路上に配設したアイリス手段と、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には前記アイリス手段を制御してアイリスを絞ることにより前記真空チャンバ内に導入するレーザー光のビーム径を減少させるとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には前記アイリス手段を制御してアイリスを開くことにより前記レーザー光のビーム径を増大させるレーザー光制御手段を有するので、
請求項１と同様の効果をレーザー光のビーム径の増減により実現し得る。
【００８２】
請求項３に記載する発明は、請求項１に記載する発明と同様に、
真空チャンバ、キャピラリー管、レーザー光照射手段、イオン加速電極、イオントラップ及びイオン検出手段を有する飛行時間型質量分析装置において、
異なる焦点距離を有する複数のレンズを集合してなり、前記レーザー光照射手段から照射したレーザー光が前記真空チャンバ内に至るレーザー光の光路上に前記各レンズが順次占位し得るよう移動可能となっている集光レンズ系と、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理して、この濃度信号が所定値より大きい場合には、所定値となるように焦点距離が長い所定のレンズが前記光路上に占位するよう前記集光レンズ系を移動するとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には、所定値となるように焦点距離が短いレンズが前記光路上に占位するよう前記集光レンズ系を移動してレーザー光の集光度を制御する集光制御手段とを有するので、
焦点距離が異なる集光レンズを適宜選択して集光度を制御することにより真空チャンバ内における採取試料のイオン化を制御することができる。
すなわち、焦点距離の異なる集光レンズの交換によりレーザー光の集光度を制御して請求項１と同様の効果を得る。
【００８３】
請求項４に記載する発明は、請求項１に記載する発明と同様に、
真空チャンバ、キャピラリー管、レーザー光照射手段、イオン加速電極、イオントラップ及びイオン検出手段を有する飛行時間型質量分析装置において、
前記レーザー光照射手段から照射したレーザー光が前記真空チャンバ内に至るレーザー光の光路上に配設した集光レンズを前記光路上に沿って前後に直線移動させるレンズ移動手段と、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理して、この濃度信号が所定値となるように前記レンズ移動手段を前後方向に移動して集光レンズの焦点位置を調節してレーザー光の集光度を制御する集光制御手段とを有するので、
集光レンズの前後位置を変化させて焦点位置を制御することにより真空チャンバ内における採取試料のイオン化を制御することができる。
すなわち、焦点位置を調節することによりレーザー光の集光度を制御して請求項１と同様の効果を得る。
【００８４】
請求項５に記載する発明は、請求項１に記載する発明と同様に、
真空チャンバ、キャピラリー管、レーザー光照射手段、イオン加速電極、イオントラップ及びイオン検出手段を有する飛行時間型質量分析装置において、
異なる焦点距離を有する複数のレンズを集合してなり、前記レーザー光照射手段から照射したレーザー光が前記真空チャンバ内に至るレーザー光の光路上に前記各レンズが順次占位し得るよう移動可能となっている集光レンズ系と、
この集光レンズ系を前記光路上に沿って前後に直線移動させるレンズ位置移動手段と、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理して、この濃度信号が所定値より大きい場合には、所定値となるように焦点距離が長い所定のレンズが前記光路上に占位するよう前記集光レンズ系を移動するとともに前記レンズ移動手段を前記真空チャンバと反対側に移動して集光レンズの焦点位置を調節する一方、前記濃度信号が所定値より小さい場合には、所定値となるように焦点距離が短いレンズが前記光路上に占位するよう前記集光レンズ系を移動するとともに前記レンズ移動手段を前記真空チャンバ側に移動して集光レンズの焦点位置を調節してレーザー光の集光度を制御する集光制御手段とを有するので、
イオン濃度に対応する最適な焦点距離の集光レンズを選択するともに、選択した集光レンズに固有の焦点位置の調整も行うことができる。
この結果、レーザー光の集光度を正確に制御することができ、最も高精度に集光度の制御によるイオン濃度の制御を行うことができる。すなわち、請求項１に記載する発明の効果を、極めて顕著なものとすることができる。
【００８５】
請求項６に記載する発明は、請求項１に記載する発明と同様に、
真空チャンバ、キャピラリー管、レーザー光照射手段、イオン加速電極、イオントラップ及びイオン検出手段を有する飛行時間型質量分析装置において、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理して、この濃度信号が所定値より大きい場合には、前記イオントラップのＲＦ電極に対する高周波電圧の印加を制御することにより、最も高効率にイオン分子を放出する最適値から離れるように前記高周波電圧の印加条件を制御するとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には、前記ＲＦ電極に対する高周波電圧の印加を制御することにより、前記最適値に近づくように前記高周波電圧の印加条件を制御する高周波電圧制御手段を有するので、
高周波電圧の印加条件を制御することによりイオントラップから放出されるイオン分子の量を制御することができる。
すなわち、イオントラップのＲＦ電極に対する高周波電圧の印加条件を制御することにより請求項１と同様の効果を得る。
【００８６】
請求項７に記載する発明は、請求項６に記載する飛行時間型質量分析装置において、
高周波電圧制御手段は、前記レーザー光照射手段によるパルスレーザー光の照射タイミングと前記イオントラップのＲＦ電極に印加するパルス状の高周波電圧の立ち上がり乃至立ち下がりとの間の間隔を制御するものであるので、
請求項６の効果を前記間隔を制御することにより得る。
【００８７】
請求項８に記載する発明は、請求項６に記載する飛行時間型質量分析装置において、
高周波電圧制御手段は、前記イオントラップのＲＦ電極に印加する高周波電圧の周波数を制御するものであるので、
請求項６の効果を前記周波数を制御することにより得る。
【００８８】
請求項９に記載する発明は、請求項６に記載する飛行時間型質量分析装置において、
高周波電圧制御手段は、前記イオントラップのＲＦ電極に印加する高周波電圧の振幅を制御するものであるので、
請求項６の効果を前記振幅を制御することにより得る。
【００８９】
請求項１０に記載する発明は、請求項１に記載する発明と同様に
真空チャンバ、キャピラリー管、レーザー光照射手段、イオン加速電極、イオントラップ及びイオン検出手段を有する飛行時間型質量分析装置において、
前記レーザー光照射手段から照射したレーザー光が前記真空チャンバ内に至るレーザー光の光路上に配設したシャッタ手段と、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には前記シャッタ手段の開閉を制御して真空チャンバ内に導入するレーザー光の光量を減少させるとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には前記シャッタ手段の開閉を制御して真空チャンバ内に導入するレーザー光の光量を増加させるシャッタ制御手段とを有するので、
真空チャンバ内に導入するレーザー光の光量を制御することによりイオン化する採取試料のイオン濃度を制御し得る。
すなわち、シャッタ手段によるレーザー光の遮光時間を制御することにより請求項１に記載する効果を得る。
【００９０】
請求項１１に記載する発明は、請求項１０に記載する飛行時間型質量分析装置において、
シャッタ手段はポッケルス素子を有し、このポッケルス素子に対する電圧の印加によりレーザー光の遮光時間を制御するものであるので、
請求項１０に記載するシャッタ手段の機能をポッケルス素子で実現したので、簡単な構成で、同項に記載する発明の効果を得る。
【００９１】
請求項１２に記載する発明は、請求項１に記載する発明と同様に、
真空チャンバ、キャピラリー管、レーザー光照射手段、イオン加速電極、イオントラップ及びイオン検出手段を有する飛行時間型質量分析装置において、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には前記イオン検出手段に印加する印加電圧の絶対値が小さくなるようにこのイオン検出手段を制御するとともに、前記濃度信号が所定値より小さい場合には前記イオン検出手段に印加する印加電圧の絶対値が大きくなるようにこのイオン検出手段を制御するイオン検出器電圧制御手段を有するので、
イオン検出器の印加電圧を制御することにより請求項１と同様の効果を得る。
【００９２】
請求項１３に記載する発明は、請求項１に記載する発明と同様に
真空チャンバ、キャピラリー管、レーザー光照射手段、イオン加速電極、イオントラップ及びイオン検出手段を有する飛行時間型質量分析装置において、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理してこの濃度信号が所定値より大きい場合には前記真空チャンバ内に導入する採取試料の量が減少するとともに、前記イオン濃度が所定値より小さい場合には前記真空チャンバ内に導入する採取試料の量が増大するよう前記採取試料の供給系の圧力制御乃至流量制御弁等の弁の開度を調整する弁制御手段を有するので、
真空チャンバ内に導入する採取試料の量を制御することにより請求項１に記載する発明と同様の効果を得る。
【００９３】
請求項１４に記載する発明は、請求項１に記載する発明と同様に
真空チャンバ、キャピラリー管、レーザー光照射手段、イオン加速電極、イオントラップ及びイオン検出手段を有する飛行時間型質量分析装置において、
前記イオン検出手段で検出したイオン濃度を表す濃度信号を処理して前記イオンイオントラプにおけるイオン分子のトラップ時間を制御するトラップ時間制御手段を有するので、
イオントラップにおけるイオン分子のトラップ時間を制御することで、請求項１に記載する発明と同様の効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示すブロック線図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示すブロック線図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態を示すブロック線図である。
【図５】図４に示す第４の実施の形態においてＲＦ電極に印加する高周波電圧の立ち下がり時点と、励起レーザー装置がパルス状のレーザー光Ｌを照射する時点との間隔ｔ（ｍｓ）を横軸に採り、対応する濃度信号の信号強度を縦軸に採った場合の特性図である。
【図６】ＲＦ電極に印加する高周波電圧の最適周波数（ａ）の波形と、非最適周波数の波形との関係を示す波形図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態を示すブロック線図である。
【図８】横軸にイオン検出器の印加電圧（ｖ）を採り、縦軸に濃度信号の信号強度を採った特性図である。
【図９】横軸に採取試料（ガス）の導入量を採り、縦軸に濃度信号の信号強度を採った特性図である。
【図１０】横軸にイオントラップ時間を採り、縦軸に濃度信号の信号強度を採った特性図である。
【図１１】従来技術に係る飛行時間型質量分析装置を示すブロック線図である。
【符号の説明】
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、        飛行時間型質量分析装置
Ｌ        レーザー光
２        真空チャンバ
３        キャピラリー管
４        採取試料
６        イオン加速電極
７        ＲＦ電極
１０        励起レーザー装置
１２        イオン分子
１４        イオン検出器
１５        レーザー光制御部
１６        アイリス部
１７        レーザー光制御部
１８        集光レンズ系
１８ａ        集光レンズ
１９        レンズ移動部
２０        集光制御部
２４        高周波電源
２５        高周波電源制御部
【図１】
2005025946.tif 000003
【図２】
2005025946.tif 000004
【図３】
2005025946.tif 000005
【図４】
2005025946.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005025946.tif 000008
【図７】
2005025946.tif 000009
【図８】
2005025946.tif 000010
【図９】
2005025946.tif 000011
【図１０】
2005025946.tif 000012
【図１１】
2005025946.tif 000013