(57)【要約】【課題】閉じた軌道に対するイオンの打ち込み及び取り出しを容易にかつ高速で行なえ、かつ、周回中のイオンが失われにくい飛行時間型質量分析計を提供する。【解決手段】複数の扇形電場によって構成された閉軌道に、イオンを打ち込むための入射手段とイオンを取り出すための出射手段を備えた飛行時間型質量分析計であって、前記イオンの入射手段または出射手段は、閉軌道を構成する扇形電場の一部を分割した分割電場である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の扇形電場によって構成された閉軌道に、イオンを打ち込むための入射手段とイオンを取り出すための出射手段を備えた飛行時間型質量分析計であって、
前記イオンの入射手段または出射手段は、閉軌道を構成する扇形電場の一部を分割した分割電場であることを特徴とする飛行時間型質量分析計。
【請求項２】
前記分割電場の電極電圧は、高速スイッチにより所定のタイミングでオンオフされ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】
前記所定のタイミングは、閉軌道に対してイオンの入射または出射が行なわれるタイミングであることを特徴とする請求項１または２記載の飛行時間型質量分析計。
【請求項４】
前記閉軌道は、イオンの多重周回飛行が行なえる閉軌道であることを特徴とする請求項１、２、または３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の閉じた軌道において、イオンの打ち込み、及び、イオンの取り出しを行なうための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛行時間型質量分析計は、イオンが電場によって加速される際、質量の小さなイオンほど加速されやすく、質量の大きなイオンほど加速されにくいことを利用して、イオンがイオン検出器に到達するまでに要する時間（飛行時間）の差を測定することによって、イオンの質量分析を行なう装置である。
【０００３】
飛行時間型質量分析計においては、イオンの飛行距離が長いほど、イオンの質量差が飛行時間の違いとなって現れやすいので、飛行距離を長くすることが装置の分解能を高める一つの方法となっている。
【０００４】
図１は、扇形電場を利用した飛行時間型質量分析計の閉じた軌道を示したものである。旋回角度が１８０゜よりも大きなふたつの扇形電場を対向して配置することにより、電場内でイオンを８の字状に多数回周回させることができる。その結果、飛行距離と飛行時間が長くなり、原理的には、飛行時間型質量分析計の分解能を高めることができる。
【０００５】
ところが、実際には、上述のような扇形電場で作られた閉じた軌道は、イオンの打ち込みや取り出しが困難であるため、このようなタイプの飛行時間型質量分析計は利用されることが少ないのが現状である。
【０００６】
この問題を解決するために、従来は、図２に示すように、扇形電場１および２にイオンの入射と出射を行なわせるための孔ａ、ｂを設け、所定のタイミングで、電場全体に印加されている電圧をオンオフ制御することにより、イオンの打ち込み、取り出しを行なってきた。図２では、閉じた軌道は、対向して配置された、旋回角度が１８０゜よりも大きいふたつの扇形電場１及び２と、両扇形電場間を８の字状に軌道を交差させてイオンが飛行する自由飛行空間３及び４で構成されている。イオンは、イオン源５からパルス的に出射され、イオン検出器６に向かって飛行する。ゲート７は、予め決められた速度範囲のイオンのみを通過できるようにするために設けられている。
【０００７】
ゲート７を出たイオンは、通常の状態では扇形電場１の電極に衝突してしまうが、本発明の場合は、イオンが通過できるように電極に孔ａが開けられている。さらに、これらイオンの運動方向が扇形電場１によって曲げられないように、イオン通過時の扇形電場１の電極電位は、電場用電源８から供給される電圧が高速スイッチ９でオフ（ゼロポテンシャル）に設定されている。目的のイオンが孔ａを通過した後、そのイオンが再び扇形電場１に達する前に、扇形電場１の電位は高速スイッチ９でオンになり、正常な値の電圧が設定される。このようにして、イオンは閉じた軌道内に入射され、８の字状の周回軌道を回り始める。
【０００８】
こうして閉軌道に導入されたイオンが、必要な回数だけ８の字状の周回を終えると、扇形電場２の電極の電位が高速スイッチ９でオフ（ゼロポテンシャル）に設定される。その結果、周回中のイオンは扇形電場２の電極に開けられた孔ｂを通って、閉軌道の外に取り出され、イオン検出器６に到達する。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−１３５０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、このような従来技術では、扇形電場が大型になった場合、電場自体の静電容量が大きくなり、電場の時定数が無視できなくなって、高速のスイッチングが困難になるという問題があった。また、多重周回型飛行時間型質量分析計の場合、電場電圧をスイッチすると、電場内にあるイオンは周回できなくなり、失われてしまうという問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、上述した点に鑑み、閉じた軌道に対するイオンの打ち込み及び取り出しを容易にかつ高速で行なえ、かつ、周回中のイオンが失われにくい飛行時間型質量分析計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するため、本発明にかかる飛行時間型質量分析計は、
複数の扇形電場によって構成された閉軌道に、イオンを打ち込むための入射手段とイオンを取り出すための出射手段を備えた飛行時間型質量分析計であって、
前記イオンの入射手段または出射手段は、閉軌道を構成する扇形電場の一部を分割した分割電場であることを特徴としている。
【００１３】
また、前記分割電場の電極電圧は、高速スイッチにより所定のタイミングでオンオフされることを特徴としている。
【００１４】
また、前記所定のタイミングは、閉軌道に対してイオンの入射または出射が行なわれるタイミングであることを特徴としている。
【００１５】
また、前記閉軌道は、イオンの多重周回飛行が行なえる閉軌道であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の飛行時間型質量分析計によれば、複数の扇形電場によって構成された閉軌道に、イオンを打ち込むための入射手段とイオンを取り出すための出射手段を備えた飛行時間型質量分析計であって、前記イオンの入射手段または出射手段は、閉軌道を構成する扇形電場の一部を分割した分割電場であり、該分割電場は、より高速なスイッチングが可能な大きさに設定されているので、閉じた軌道に対するイオンの打ち込み及び取り出しを容易にかつ高速で行なえ、かつ、電場電極が分割されたことで、スイッチングの対象となる電場のイオン軌道区間が小さくできるので、周回中のイオンが失われにくい飛行時間型質量分析計を提供することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて、２つの実施例について説明する。
【実施例１】
【００１８】
図３は、本発明に係る飛行時間型質量分析計の一実施例である。図３では、閉じた軌道は、対向して配置された、旋回角度が１８０゜よりも大きいふたつの扇形電場１及び２と、両扇形電場間を８の字状に軌道を交差させてイオンが飛行する自由飛行空間３及び４で構成されている。また、ふたつの扇形電場１、２の一部は、それぞれ、小型で高速スイッチングが可能な大きさに分割された分割電場１’、２’として、細分化されている。分割電場１’、２’には、イオンを閉軌道に入射させ、また、閉軌道から出射させるための孔ａ、ｂが設けられている。
【００１９】
イオンは、イオン源５からパルス的に出射され、イオン検出器６に向かって飛行する。ゲート７は、予め決められた速度範囲のイオンのみを通過できるようにするために設けられている。
【００２０】
ゲート７を出たイオンは、通常の状態では扇形電場１の電極に衝突してしまうが、本発明の場合は、イオンが通過できるように分割電場１’の電極に孔ａが開けられている。さらに、これらイオンの運動方向が分割電場１’によって曲げられないように、イオン通過時の分割電場１’の電極電位のみ、電場用電源８から供給される電圧が高速スイッチ９でオフ（ゼロポテンシャル）に設定されている。目的のイオンが孔ａを通過した後、そのイオンが再び分割電場１’に達する前に、分割電場１’の電位は高速スイッチ９でオンになり、正常な値の電圧が設定される。このようにして、イオンは閉じた軌道内に入射され、８の字状の周回軌道を回り始める。
【００２１】
こうして閉軌道に導入されたイオンが、必要な回数だけ８の字状の周回を終えると、分割電場２’の電極の電位のみが高速スイッチ９でオフ（ゼロポテンシャル）に設定される。その結果、周回中のイオンは分割電場２’の電極に開けられた孔ｂを通って、閉軌道の外に取り出され、イオン検出器６に到達する。
【００２２】
これを図２の従来技術と比較すると、オンオフされる扇形電場の大きさが、図３の例では、分割により大幅に小型化されているので、電場自体の静電容量が小さくなり、電場の時定数が小さくなって、高速のスイッチングが容易になる。また、分割電場の電場電圧をスイッチした際に、分割電場の容積が小さいため、分割電場内にあって周回できなくなるイオンの量は、従来技術と比較すると、分割で切り離した分のみと少なくなり、失われるイオンの量は、低減される。
【実施例２】
【００２３】
図３は、別の実施例を示している。閉軌道は、扇形電場１０、１１、１２、及び１３で構成され、入出射軌道は、扇形電場１０と１３の一部を、それぞれ、小型で高速スイッチングが可能な大きさに分割した分割電場１０’および１３’で構成されている。
【００２４】
イオン源１４からパルス的に出射されたイオンは、ゲート１５を通って、入射軌道である分割電場１０’に入る。このとき、分割電場１０’の電極の電位のみはオフ（ゼロポテンシャル）の状態であり、イオンは分割電場１０’の電極に開けられた孔ａを通って閉軌道に入射される。この直後、分割電場１０’の電極の電位はオンの状態になり、入射されたイオンは、扇形電場１０、１１、１２、及び１３で構成された閉軌道を周回し始める。
【００２５】
扇形電場１１と１２の間には、ゲート１６が設けられているが、これは、周回中に速度の速いイオンが速度の遅いイオンを追い越すことを防ぐために挿入されているものである。ゲートは、必ずしも必要でないが、周回中に速度の速いイオンが速度の遅いイオンを追い越して、スペクトルが複雑になることを防止する意味で有用なものである。
【００２６】
閉軌道に導入されたイオンが、必要な回数だけ周回を終えると、分割電場１３’の電極の電位のみがオフ（ゼロポテンシャル）になり、目的のイオンは分割電場１３’に開けられた孔ｂを通って閉軌道から取り出される。こうして取り出されたイオンは、イオン検出器１７に到達する。
【００２７】
これを扇形電場１０、１３が分割されていない場合と比較すると、オンオフされる扇形電場の大きさが、分割により大幅に小型化されているので、電場自体の静電容量が小さくなり、電場の時定数が小さくなって、高速のスイッチングが容易になる。また、分割電場の電場電圧をスイッチした際に、分割電場の容積が小さいため、分割電場内にあって周回できなくなるイオンの量は、従来技術と比較すると、分割で切り離した分のみと少なくなり、失われるイオンの量は、低減される。
【００２８】
尚、図３において、扇形電場１１、１２についても、分割電場１０’、１３’に対向する部分を分割して、イオンの入出射用途に利用することもできる。
【００２９】
図４は、本発明に係る分割電場の拡大図である。この例では、扇形電場１８は、イオン入出射用の孔１９の軸方向と平行な分割面２０で２つに分割されている。これは、イオンを閉軌道に入出射させる際に、孔１９と扇形電場１８の端面との間に距離をあけ、分割電場１８’の内部に、扇形電場１８からの洩れ電場の影響が及びにくくさせるためである。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
多重周回型飛行時間型質量分析計に、広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来の多重周回型飛行時間型質量分析計を示す図である。
【図２】本発明に係る多重周回型飛行時間型質量分析計の一実施例を示す図である。
【図３】本発明に係る多重周回型飛行時間型質量分析計の別の実施例を示す図である。
【図４】本発明に係る分割電場の拡大図である。
【符号の説明】
【００３２】
１：扇形電場、１’：分割電場、２：扇形電場、２’：分割電場、３：自由飛行空間、４：自由飛行空間、５：イオン源、６：イオン検出器、７：ゲート、８：電場用電源、９：高速スイッチ、１０：扇形電場、１０’：分割電場、１１：扇形電場、１２：扇形電場、１３：扇形電場、１３’：分割電場、１４：イオン源、１５：ゲート、１６：ゲート、１７：イオン検出器、１８：扇形電場、１８’：分割電場、１９：孔、２０：分割面、ａ：孔、ｂ：孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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