(57)【要約】  【課題】  水平設置型のリフレクトロン付飛行時間型質量分析装置の分解能低下を防止する。  【解決手段】  複数のイオンレンズ３１を片持ロッド３４により略水平方向に保持した構成を有するリフレクトロン３０を備えた飛行時間型質量分析装置において、重力による各イオンレンズ３１の下方への変位を補償すべく、リフレクトロン３０の各イオンレンズ３１を予め上方に変位させておく。これにより、リフレクトロン３０を片持で水平に保持したとき、自重による下方への変位が生じると、各イオンレンズ３１は丁度所期の位置に来る。各イオンレンズ３１の重力による下方への変位は、実験により定めることもできるし、リフレクトロン３０全体を分布荷重の片持梁とみなした構造力学の計算によっても求めることができる。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のイオンレンズを片持ロッドにより略水平方向に保持した構成を有するリフレクトロンを備えた飛行時間型質量分析装置において、重力による各イオンレンズの下方への変位を補償すべく、無重力状態においてリフレクトロンの各イオンレンズが上方に変位していることを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項２】
前記イオンレンズに設けられたロッド貫通用の孔をロッドの径よりも大きくした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装置。
【請求項３】
請求項１に記載の各イオンレンズの上方への変位に相当する形状を有する飛行時間型質量分析装置用リフレクトロン組立ジグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンを反射させるためのリフレクトロンを有する飛行時間型質量分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
飛行時間型質量分析装置では、イオン源で生成されたイオンが所定の加速電圧により加速され、フライトチューブと呼ばれる所定長さの無電界空間を飛行する。この所定距離を飛行する時間はイオンの初速により異なり、この初速はイオンの質量数（質量／電荷数）に依存する。すなわち、質量数の小さいイオンほど、同じ加速電圧により得る初速は大きく、質量数の大きいイオンほど、同じ加速電圧により得る初速は小さい。従って、フライトチューブの端に設けたイオン検出器でイオン検出量を連続的に測定することにより、イオン源において生成されたイオンの質量スペクトルを得ることができる。
【０００３】
しかし実際には、各イオンはイオン源で生成された時点でそれぞれ異なる初期運動エネルギを持っているため、同一の質量数を有しているイオンであっても飛行時間にばらつきがある。
【０００４】
このような問題を解決するため、フライトチューブの端にイオンを反射するリフレクトロンを設け、同一の質量数を有するイオンの初期エネルギの相違を補償するようにした質量分析装置が開発された。
【０００５】
リフレクトロンを有する飛行時間型質量分析装置の一例を図１に示す。イオン源１１で生成されたイオンは、加速器１２において所定の加速電圧により運動エネルギが与えられ、フライトチューブ１３内に導入される。イオンは、フライトチューブ１３内の無電界ドリフト空間を飛行した後、リフレクトロン１４に進入する。リフレクトロン１４の内部には傾斜電界が形成されており、この傾斜電界によりイオンは入射方向から僅かに傾いた方向に反射され、フライトチューブ１３を戻ってイオン検出器１５により検出される。
【０００６】
ここで、同一質量数のイオンであっても、大きい初期エネルギを持つイオンはリフレクトロン１４の奥まで進入するため、リフレクトロン１４内での飛行時間は長くなる。一方、同一質量数でも小さい初期エネルギを持つイオンはリフレクトロン１４の入口近傍までしか進入しないため、リフレクトロン１４内での飛行時間は短くなる。従って、リフレクトロン１４における傾斜電界を適切に設定しておくことにより、これらの初期エネルギの差異を補償して、同一質量数のイオンが同時に検出器１５に到達するように設定することができる。
【０００７】
リフレクトロン１４は一般に、図２(a)に示すように、イオンの進行方向に沿って多数の電極板（イオンレンズ）２１を配列した構造を有する。図２(b)に示すように、各イオンレンズ２１の中心にはイオンが通過する孔２２が設けられており、これら各イオンレンズ２１に少しずつ異なる電圧を印加することにより、多数のイオンレンズ２１の中心孔２２の縁の包絡面で形成される反射空間の内部に、飛来してくるイオンを反発する傾斜電界を形成する。
【０００８】
【特許文献１】特開2003-151487号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図２(a)に示すように、リフレクトロン１４は、飛行時間型質量分析装置のフライトチューブに固定されるアダプタ２３に植設されたロッド２４に、多数のイオンレンズ２１が絶縁スペーサ２５を介して配列された構成を有する。これらイオンレンズ２１及びスペーサ２５は、終端においてバックプレート２６を介してナット２７により締め付けられる。
各イオンレンズ２１は中心孔２２を有する薄い金属板であるため比較的軽量であるが、それが数十枚と多数配列される上、フライトチューブ２８の端に片持で支持され、しかも、各イオンレンズ２１間にスペーサ２５が介挿されるため全体が比較的長いことから、飛行時間型質量分析装置を水平に設置した場合、図３に示すように、端の方では重力によりたわみが生じる。これによりリフレクトロン内部の電界分布が設計値からずれ、質量分析装置のイオン分解能に悪影響を与えるという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、略水平に保持されたリフレクトロンを有する飛行時間型質量分析装置において、その重力の影響による分解能の低下の問題を解消することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために成された本発明は、複数のイオンレンズを片持ロッドにより略水平方向に保持した構成を有するリフレクトロンを備えた飛行時間型質量分析装置において、重力による各イオンレンズの下方への変位を補償すべく、無重力状態においてリフレクトロンの各イオンレンズが上方に変位していることを特徴とする。
【００１２】
ここで、「無重力状態」とは、リフレクトロンを略水平方向に保持した場合にリフレクトロンに働く重力が存在しない状態を言い、「上方」とは、リフレクトロンを略水平方向に保持する場合にリフレクトロンの上方となる方向を言う。
各イオンレンズの重力による下方への変位は、各イオンレンズの中心軸を固定端に対して垂直な軸に揃えて実際にリフレクトロンを組み立て、それを水平に保持して各イオンレンズの下方への変位を実測することによって求めることができる。
【００１３】
また、リフレクトロン全体を分布荷重の片持梁とみなして、構造力学の計算によっても求めることができる。すなわち、リフレクトロンの全長をL、イオンレンズによる分布荷重をw、自由端のバックプレートによる集中荷重をW、ロッドの弾性率をE、ロッドの断面二次モーメントをIとすると、自由端におけるたわみ量ymaxは式(1)で求められる。
【数１】
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各イオンレンズにおける下方への変位の量も、同様の計算から求めることができる。
【００１４】
リフレクトロンを組み立てる際に、各イオンレンズを下から支え、重力が働かない状態（無重力状態）として、以上のようにして求められた各イオンレンズの重力変位に相当する距離だけ各イオンレンズを上方に変位させ、ロッドでその位置を固定する。
【００１５】
リフレクトロンを組み立てる際に、多数のイオンレンズをそれぞれ個々に所定の距離だけ上方に変位させるのは、手間のかかる作業となる。そこで、それらの変位に相当する形状を有する組立ジグを用意しておき、各イオンレンズをそのジグの上に載置してロッドで締め付けることにより、簡単に本発明に係るリフレクトロンを組み立てることができるようになる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る飛行時間型質量分析装置では、リフレクトロンを略水平に設置した際に生じる重力（自重）によるたわみを考慮して、それを補償するようにリフレクトロンの各イオンレンズが組み立てられている。このため、実際にリフレクトロンを略水平に片持保持した場合には、リフレクトロンを構成する各イオンレンズは重力（自重）により垂下し、その結果、イオンの走行軸に関して正確な位置に保持されるようになる。これにより、このような水平保持リフレクトロンを有する飛行時間型質量分析装置において、所期の分解能が得られるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の一実施例である反射型飛行時間型質量分析装置について説明する。本実施例の反射型飛行時間型質量分析装置の基本的構造は図１に示す従来のものと同じであり、イオン源とは反対側の端部にリフレクトロン１４がイオン検出器１５の方に僅かに傾斜して設置されている。
【００１８】
本実施例の反射型飛行時間型質量分析装置で用いられるリフレクトロン１４の基本的構成は図２に示した従来の装置とほぼ同じである。すなわち、飛行時間型質量分析装置のフライトチューブ２８の端部に固定されるアダプタ２３に４本のロッド２４が植設され、そのロッド２４にイオンレンズ２１及び絶縁スペーサ２５が交互に挿入され、最後に絶縁板から成るバックプレート２６が挿入されてナット２７で締め付けられる。しかし、ここで、全てのイオンレンズ２１の中心孔２２の中心を、アダプタ２３に垂直な軸cに揃えて固定すると、図３に示すように、イオンレンズ２１等の自重により、バックプレート２６側の端部（自由端）側で各イオンレンズ２１の中心が軸cから下方に変位する。
【００１９】
そこで、本実施例の反射型飛行時間型質量分析装置で用いるリフレクトロン３０では、各イオンレンズ３１のこのような下方変位を予め補償するように、上方に変位して固定する。具体的には、図４に示すようなイオンレンズ固定用ジグ３２を使用するのが便利である。このジグ３２の上面は、自由端の方に向かって、各イオンレンズ３１を上方へ変位すべき量だけ高くなっている。このジグ３２を下に敷き、その上にイオンレンズ３１が載るようにしてイオンレンズ３１とスペーサ３３を順にロッド３４に挿入してゆくことにより、各イオンレンズ３１は自動的に所定の距離だけ上方に変位する。なお、このようにイオンレンズ３１がジグ３２の上面に載った状態は、上記「無重力状態」である。
【００２０】
各イオンレンズ３１の上方変位量はイオンレンズ３１毎に異なるため、図５に示すように、全イオンレンズのロッド孔３５を、ロッド径dに最大上方変位量ymaxを加えた長さの、又はそれよりも僅かに長い、長孔としておくのが便利である。このような長孔ではなく、d+ymax又はそれよりも僅かに大きな径を有する円孔としてもよい。また、個々のイオンレンズのロッド孔を、アダプタ３６側からバックプレート３７側にかけて徐々に下方にずらして設けた一セットのイオンレンズとしてもよい。
【００２１】
全てのイオンレンズ３１を挿入し終えた後、バックプレート３７を挿入し、ロッド３４を所定の力で引っ張りながらナット３８でバックプレート３７を締め付ける。その後ロッド３４の引張力を解放すると、イオンレンズ３１とスペーサ３３は強固に固定される。
その後、ジグ３２を取り外すと、図６に示すように、自重により各イオンレンズが所定量だけ下方に変位し、各イオンレンズの中心孔３９の中心が軸c上に乗る。これにより、リフレクトロン内部の電界は所期の形状を呈し、高分解能の質量分析を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】反射型飛行時間型質量分析装置の概略構成図。
【図２】反射型飛行時間型質量分析装置で用いられるリフレクトロンの側面図(a)、及びイオンレンズの平面図(b)。
【図３】リフレクトロンを片持で水平に設置した場合のたわみの様子を表す側面図。
【図４】イオンレンズ固定用ジグを用いてリフレクトロンを組み立てる様子を表す側面図。
【図５】ロッド孔が長孔とされたイオンレンズの平面図。
【図６】リフレクトロンをフライトチューブの端部に水平に固定した際の様子を表す側面図。
【符号の説明】
【００２３】
１１…イオン源
１２…加速器
１３，２８…フライトチューブ
１４，３０…リフレクトロン
１５…検出器
２１，３１…イオンレンズ
２２，３９…中心孔
２３，３６…アダプタ
２４，３４…ロッド
２５，３３…スペーサ
２６…バックプレート
２７，３８…ナット
３２…イオンレンズ固定用ジグ
３５…ロッド孔
３７…バックプレート
【図１】
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【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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