(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料をイオン化するイオン源と、イオン化した試料に電圧を印加するイオン加速電源と、前記イオン源に空間的に接続された分析管と、前記イオン源及び分析管に空間的に接続された検出部と、検出部からの出力信号を処理して所要の分析データを得るデータ処理部を備えた飛行時間型質量分析装置において、前記分析管の長さの変化量を検出する測距手段と、この測距手段の出力信号に基づいて前記検出部からの出力信号を補正する補正手段を備えたことを特徴とする飛行時間型質量分析装置。
【請求項２】
前記のイオン源、分析管及び検出部を構成する構造体上に回動可能に枢着された反射鏡と、一端が前記構造体に固定され他端でもって前記反射鏡を回動させる棹体と、前記反射鏡に向けてレーザ光を射出するレーザ光源と、前記反射鏡により反射されたレーザ光を受光する受光部を備えると共に、前記棹体は前記構造体の材質とは異なる熱膨張率を有する材質から成ることを特徴とする測距手段を、請求項１に記載する測距手段として備えて成る請求項１に記載の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（以下、ＴＯＦＭＳと略記する）に関するもので、特にイオン化した試料がその中を飛行する分析管の熱膨張の影響を補正する機能を備えたＴＯＦＭＳに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＴＯＦＭＳは、真空容器内のイオン源に導入した試料にレーザを照射する等の方法でイオン化し、これに高電圧を印加して加速し、イオン源に接続した分析管内の空間（飛行空間）を飛行させ、その飛行速度がイオンの質量（正確には質量電荷比、以下同じ）によって異なることから検出器に到達するまでの時間を測定することにより主として試料の定性分析を行うものである。
【０００３】
図３は、従来のＴＯＦＭＳの基本的構成を示すブロック図である。
図において、直線状に配置されたイオン源１０、分析管２０、及び検出部３０は空間的に接続され、その内部は真空に保たれている。イオン源１０内のサンプルスライド１１上に置かれた試料（図示せず）は図示しないレーザ光源からのレーザ照射によりイオン化される。電極を兼ねるサンプルスライド１１は、イオン加速電源１２により加速用電圧Ｖｓを印加され、ゼロ電位にある引き出しグリッド２１との間に電場が形成されるので、イオン化された試料はこの電場によって加速され、引き出しグリッド２１を通り抜けて分析管２０の内部の飛行空間２２に導入される。
このとき、イオンの速度ｖは次式で表される。
ｖ＝（２Ｖｓ／ｍ）1/2  ……………（１）
ここで、ｍはイオンの質量（複数電荷を持つイオンの場合は質量電荷比）であって、速度がイオンの質量によって異なることがわかる。
【０００４】
飛行空間２２には電場も磁場も存在しないので、ここに導入されたイオンは、イオン源１０の内部で与えられた速度で飛行空間２２を図の右方向へ飛行する。
イオンが飛行距離Ｌを飛行して検出器３１に到達するまでの時間（飛行時間）をｔとすると、式（１）から次式が導かれる。
0004576775.tif 000002
即ち、質量の小さいイオンほど大きい速度を与えられるので、より早く飛行空間２２を通過して検出器３１に到達する。その結果、イオンは時間軸上で質量別に分離される。
イオンの電荷は検出器３１で電気的な出力信号に変えられ、この信号はデータ処理部３２を経て時間軸が質量を表すマススペクトルとして出力される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにＴＯＦＭＳは、イオン化された試料が一定の飛行距離を飛行する時間を測定することで試料を同定するものであるから、一定であるべき飛行距離が変化すると誤差を生じる。飛行距離は分析管２０の長さにほぼ等しいが、ステンレス鋼等の金属で作られた分析管２０は周囲温度に応じて熱的に膨張・収縮して飛行距離が僅かながら変化するので、分析結果の再現性と精度に悪影響を及ぼす。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、温度変化による分析管の長さの変化に影響されることなく、高精度の質量分析を行うことのできるＴＯＦＭＳを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、ＴＯＦＭＳにおいて分析管を含む構造体上に、分析管の長さの変化を検出する測距手段を設け、この測距手段の出力信号に基づいてデータ処理の過程で出力データを補正する補正手段を設けた。
さらに、本発明装置のより具体的な構成は、上記の測距手段として、前記構造体上に回動可能に枢着された反射鏡と、一端が前記構造体に固定され他端でもって前記反射鏡を回動させる棹体と、前記反射鏡に向けてレーザ光を射出するレーザ光源と、前記反射鏡により反射されたレーザ光を受光する受光部を備えると共に、前記棹体は前記構造体の材質とは異なる熱膨張率を有する材質から成ることを特徴とする測距手段を備えて成るＴＯＦＭＳである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態を示すブロック図である。同図においては、図３におけると同一の構成要素には同じ符号を付してあるので、再度の説明は省く。
図において、４０は分析管２０上に取り付けられた測距手段であって、分析管２０の長さ（イオンの飛行距離にほぼ等しい）の微少な変化量を検出して電気信号の形で出力するものである。分析管２０の長さが変化すると飛行時間が変化するから、この測距手段４０の出力信号を利用して、補正手段３３によりデータ処理の過程で分析データの時間軸上の値を補正する。これにより、温度変化による分析管２０の熱膨張の影響が分析結果に及ぶことを排除できる。
なお、測距手段４０は分析管２０自体に取り付けられる場合もあるが、分析管２０とその前後のイオン源１０及び検出部３０を構成する構造体（以下、単に構造体と記す）に設けるのが実際的である。
【０００８】
図２は、測距手段４０の具体的な実施形態を例示したものである。
図において、反射鏡４１が支持板４５を介してヒンジ４６によって分析管２０を含む構造体２３に枢着されている。分析管２０と同程度の長さの棹体（例えば金属製の棒）４４は一方の端（図では左端）が構造体２３に固定され、他方の端（図では右端）は反射鏡４１の支持板４５に当接する。支持板４５はスプリング４７により棹体４４に引き付けられているから、棹体４４の伸縮につれてヒンジ４６の周りに回動し、この結果、反射鏡４１の角度が変わる。
【０００９】
周囲温度が変化すると棹体４４は熱膨張により伸縮すると同時に、構造体２３自体も伸縮するが、棹体４４の材質として、構造体２３の材質と熱膨張係数の異なる材質を選定すれば、温度の変化によって棹体４４と構造体２３の熱膨張に差が生じ、その結果、反射鏡４１の角度が変わることになる。
【００１０】
反射鏡４１に向けてレーザ光源４２からレーザ光が照射され、その反射光は受光部４３で受光される。受光部４３は、例えばフォトダイオードアレイで構成される。反射鏡４１の角度変化に応じて受光点がフォトダイオードアレイ上を移動するので、フォトダイオードアレイをスキャンして受光量のピーク位置を求め、これから受光点の変移量を電気信号として出力することができる。この信号は、温度変化による分析管２０の伸縮量、即ち飛行距離の変化量に対応しているから、この信号を用いてデータ処理の過程で検出器３１の出力の時間軸上の値を補正することができる。
【００１１】
補正計算は概略以下のように行われる。
温度がｄＴだけ変化したときの飛行距離Ｌの変化量ｄＬ、受光部４３におけるレーザ光の受光点の変移量をｄＳとすると、ｄＬはｄＳの関数として、
ｄＬ＝ｆ（ｄＳ）  …………………………（３）
で表される。この関数ｆは図２に示す測距手段の各部の諸元数値から導くことも不可能ではないが、実際の装置についてキャリブレーションにより求めるのが現実的である。
（3）式で求めた飛行距離Ｌの変化量ｄＬに対応する質量ｍのイオンの飛行時間ｔの変化量ｄｔは、
ｄｔ＝ｇ（ｄＬ，ｍ）  …………………………（４）
で計算される。ここで関数ｇは、ＴＯＦＭＳにおいて質量、飛行距離、飛行時間の関係を定める関係式で、前記の（２）式と同じである。
質量ｍのイオンの実測された飛行時間ｔに対して、次式の補正計算を行うことで温度変化の影響を排除した飛行時間ｔ’を得ることができる。
0004576775.tif 000003
【００１２】
図２は一実施形態を例示するものであり、各構成要素の配置や細部構造については設計的事項として様々な変形が可能である。
また、本発明は、イオントラップ型ＴＯＦＭＳ（ＩＴＴＯＦＭＳ）、さらにはこれを液体クロマトグラフと組み合わせたＬＣ−ＩＴＴＯＦＭＳ等にも適用することができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、イオンの飛行時間に影響を及ぼす要因である構造体の熱膨張による飛行距離の変化を測定し、これを用いてイオンの飛行時間を補正することが可能となるので、ＴＯＦＭＳ分析の再現性と精度安定性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態の具体的構成を示す図である。
【図３】従来のＴＯＦＭＳの基本構成を示す図である。
【符号の説明】
１０…イオン源
１１…サンプルスライド
１２…イオン加速電源
２０…分析管
２１…引き出しグリッド
２２…飛行空間
３０…検出部
３１…検出器
３２…データ処理部
３３…補正手段
４０…測距手段
【図１】
0004576775.tif 000004
【図２】
0004576775.tif 000005
【図３】
0004576775.tif 000006