(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
a) イオン通過部を有する板状の本体と、
b) 前記本体を収容する貫通孔である本体収容部が設けられた板状の部材であって、一方の面に、該本体収容部に収容された前記本体の一方の面の位置を規定するように設けられた延出部を有する第１部材と
c) 前記本体収容部に前記本体を収容した前記第１部材に取り付けられる板状の部材であって、前記イオン通過部の少なくとも一部を遮らない位置に貫通孔が設けられ、一方の面に、前記第１部材の前記一方の面とは反対の面に当接される第１領域と、該第１領域よりも内側に位置し前記第１領域の該当接される面よりも低く形成された第２領域とが形成された第２部材と、
d) 前記第２領域において前記本体と前記第２部材の間に配置される弾性部材と
を備えることを特徴とする直交加速飛行時間型質量分析装置の引き込み電極。
【請求項２】
前記第２領域が凹状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の引き込み電極。
【請求項３】
e) 請求項１に記載の引き込み電極と押し出し電極を有する直交加速部と、
f) 1又は複数の電極からなる第２加速部と、
g) ベースプレートと、
h) 前記ベースプレートに立設される複数の棒状部材と、
i) 前記複数の棒状部材のそれぞれに取り付けられる部材であって、前記ベースプレートから前記引き込み電極までの距離を規定する第１スペーサ部材と、
j) 前記複数の棒状部材のそれぞれに取り付けられる部材であって、前記引き込み電極から前記押し出し電極までの距離を規定する第２スペーサ部材と、
k) 前記棒状部材のそれぞれに取り付けられる部材であって、前記ベースプレートから、前記第２加速部を構成する電極のうち該ベースプレートに最も近い位置に配置される電極までの距離を規定する第３スペーサ部材と
を備えることを特徴とする直交加速飛行時間型質量分析装置。
【請求項４】
前記第２加速部は複数の電極で構成されており、さらに、
l) 前記棒状部材のそれぞれに取り付けられる部材であって、前記第２加速部を構成する電極間の距離を規定する第４スペーサ部材
を備えることを特徴とする請求項３に記載の直交加速飛行時間型質量分析装置。
【請求項５】
前記第１スペーサ部材及び前記第２スペーサ部材がセラミックからなるものであることを特徴とする請求項３に記載の直交加速飛行時間型質量分析装置。
【請求項６】
m) 請求項１に記載の引き込み電極と押し出し電極を有する直交加速部が配置される高真空室と、
n) 前記高真空室の前段に設けられた中間真空室と、
o) 前記中間真空室の内部に位置する部材に対して位置決めされ、それぞれにイオン通過開口が形成された1乃至複数の電極からなる前段側イオンレンズと、前記高真空室の内部に位置する部材に対して位置決めされ、それぞれにイオン通過開口が設けられた1乃至複数の電極からなる後段側イオンレンズとから構成されるイオンレンズであって、前記前段側イオンレンズの最も後段に位置する電極のイオン通過開口よりも、前記後段側イオンレンズの最も前段に位置する電極のイオン通過開口の方が大きいイオンレンズと
を備えることを特徴とする直交加速飛行時間型質量分析装置。
【請求項７】
前記後段側イオンレンズの最も前段に位置する電極のイオン通過開口が、前記イオンレンズを構成する全ての電極のイオン通過開口の中で最も大きいことを特徴とする請求項６に記載の直交加速飛行時間型質量分析装置。
【請求項８】
前記後段側イオンレンズを構成する電極のうち最も前段に位置する電極以外の少なくとも１つに形成されているイオン通過開口がスリット状であることを特徴とする請求項６に記載の直交加速飛行時間型質量分析装置。
【請求項９】
前記後段側イオンレンズと前記直交加速部とが直接的に又は間接的に同じ部材に固定され位置決めされていることを特徴とする請求項６に記載の直交加速飛行時間型質量分析装置。
【請求項１０】
前記後段側イオンレンズを構成する電極のうち、最も前段に位置する電極に設けられたイオン通過開口よりも小さいイオン通過開口を有する電極が、前記高真空室と前記中間真空室の真空隔壁の一部を構成していることを特徴とする請求項６に記載の直交加速飛行時間型質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直交加速型の飛行時間型質量分析装置が有する直交加速部で用いられる引き込み電極に関する。また、そのような引き込み電極を備えた直交加速型の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（TOF-MS: Time-of-Flight Mass Spectrometer）では、試料成分由来のイオンに所定の周期で一定の運動エネルギーを付与して一定距離の空間を飛行させ、その飛行時間からイオンの質量電荷比を求める。このとき、イオンの初期エネルギー（初期飛行速度）にばらつきがあると、同一の質量電荷比を持つイオン間で飛行時間にばらつきが生じ、質量分解能が低下する。こうした問題を解決するために、直交加速型の飛行時間型質量分析装置が用いられる（例えば特許文献１）。直交加速型の飛行時間型質量分析装置では、一群のイオンをその入射方向に直交する方向に加速することにより該入射方向における飛行速度のばらつきの影響を排除して質量分解能を向上することができる。【０００３】
図１に、直交加速型の飛行時間型質量分析装置の一例の概略構成を示す。
この質量分析装置２は、略大気圧であるイオン化室２０と真空ポンプ（図示なし）により真空排気された高真空の分析室２３との間に、段階的に真空度が高められた第１中間真空室２１と第２中間真空室２２を備えた多段差動排気系の構成を有している。イオン化室２０には、液体試料を噴霧してイオン化するエレクトロスプレイイオン化（ESI: ElectroSpray Ionization）プローブ２０１が設置されている。【０００４】
イオン化室２０と第１中間真空室２１は細径の加熱キャピラリ２０２を通して連通している。第１中間真空室２１と第２中間真空室２２は頂部に小孔を有するスキマー２１２で隔てられている。第１中間真空室２１にはイオンを収束させつつ後段へ輸送するためのイオンガイド２１１が配置されている。第２中間真空室２２には、イオンを質量電荷比に応じて分離する四重極マスフィルタ２２１、多重極イオンガイド２２２を内部に備えたコリジョンセル２２３、及びコリジョンセル２２３から放出されたイオンを輸送するためのイオンガイド２２４が配置されている。コリジョンセル２２３の内部には、アルゴン、窒素などの衝突誘起解離（CID: Collision-Induced Dissociation）ガスが供給される。【０００５】
分析室２３には、第２中間真空室２２から入射したイオンを輸送するためのイオンレンズ２３１、イオンの入射光軸（以下、「イオン光軸」と呼ぶ。）Ｃを挟んで対向配置された２つの電極２３２Ａ、２３２Ｂからなる直交加速部２３２、該直交加速部２３２から出射するイオンを飛行空間に向かって加速する第２加速部２３３、飛行空間においてイオンの折り返し軌道を形成するリフレクトロン２３４（前段リフレクトロン電極２３４Ａ、後段リフレクトロン電極２３４Ｂ）、飛行してきたイオンを検出する検出器２３５、飛行空間の外縁を規定するフライトチューブ２３６、及びバックプレート２３７を備えている。【０００６】
直交加速部２３２を構成する1組の電極のうち、入射光軸Ｃを挟んで飛行空間と反対側に位置する電極は押し出し電極と呼ばれる。押し出し電極２３２Ａは平板状の金属部材である。【０００７】
直交加速部２３２を構成するもう1つの電極（飛行空間側に位置する電極）は引き込み電極と呼ばれる。図２は引き込み電極２３２Ｂの分解斜視図である。引き込み電極２３２Ｂは、いずれも金属部材である上部材２３２Ｂ１、本体２３２Ｂ２、及び下部材２３２Ｂ３を組み合わせることによって構成される。本体２３２Ｂ２は矩形板状の部材であり、厚さ方向に貫通する微細なイオン通過孔が多数形成されてなる矩形状のイオン通過部２３２Ｂ２aと、該イオン通過部２３２Ｂ２aを取り囲む周縁部２３２Ｂ２bとを有している。上部材２３２Ｂ１には、本体２３２Ｂ２の外形に対応する矩形の断面を有する貫通孔２３２Ｂ１aが形成されており、その上端には対向する2つの長辺から該貫通孔２３２Ｂ１aの一部（貫通孔２３２Ｂ１aに本体２３２Ｂ２を収容した状態で周縁部２３２Ｂ２bが当接する部分）にストッパーとしての延出部２３２Ｂ１bが設けられている。貫通孔２３２Ｂ１aの周縁のうち矩形の短辺側の上面は長辺側よりも低く、本体２３２Ｂ２が貫通孔２３２Ｂ１aに収容された状態で該本体２３２Ｂ２の上面と面一になる高さになっている。さらに、上部材２３２Ｂ１の四隅には、図示しないベースプレートに直交加速部２３２を固定するための棒状部材２４３（図５参照）を挿通する貫通孔２３２Ｂ１cが形成されており、下面には4つのねじ孔（図示せず）が形成されている。下部材２３２Ｂ３の中央には、本体２３２Ｂ２の長辺よりも短く該本体２３２Ｂ２のイオン通過部２３２Ｂ２aの長辺よりも長い径を有する円形断面の貫通孔２３２Ｂ３aが形成されている。下部材２３２Ｂ３の四隅にも棒状部材２４３を挿通するための貫通孔２３２Ｂ３cが形成されており、また上部材２３２Ｂ１に形成された4つのねじ孔のそれぞれに対応する位置にねじ挿入用の貫通孔２３２Ｂ３dが形成されている。
【０００８】
本体２３２Ｂ２のイオン通過部２３２Ｂ２aを構成する微細なイオン通過孔は、例えば特許文献２に記載されているように板状の部材と角柱状の部材を交互に幾重にも重ね合わせることにより形成される。そのため、製造毎に本体２３２Ｂ２の厚さのばらつきが生じやすい。直交加速部２３２では、押し出し電極２３２Ａの下面と、引き込み電極２３２Ｂのイオン通過部２３２Ｂ２aの上面の平行度が悪いと直交加速部２３２内の位置によってイオンに付与されるエネルギーや加速方向にばらつきが生じ、分解能や測定感度が悪くなる。従って、本体２３２Ｂ２の厚さに多少のばらつきがあっても、イオン通過部２３２Ｂ２aの上面が押し出し電極２３２Ｂ１の下面と平行になるように引き込み電極２３２Ｂを組み立てる必要がある。【０００９】
図３は、従来用いられている引き込み電極２３２Ｂの斜視図である。また、図４(a)は引き込み電極２３２ＢのＡ−Ａ’断面図、図４(b)はＢ−Ｂ’断面図である。本体２３２Ｂ２は、上部材２３２Ｂ１の貫通孔２３２Ｂ１aの高さ（延出部２３２Ｂ１bの部分を除く高さ）よりもわずかに厚くなるように製造される。本体２３２Ｂ２を挟んで上下に上部材２３２Ｂ１と下部材２３２Ｂ３を配置した状態では、本体２３２Ｂ２の下面と下部材２３２Ｂ３の上面とが当接し、上部材２３２Ｂ１の下面と下部材２３２Ｂ３の上面の間には隙間が存在する。この状態で下部材２３２Ｂ３の下面からねじを差し込み、上部材２３２Ｂ１に固くねじ止めする。これにより本体２３２Ｂ２の上面（すなわち、イオン通過部２３２Ｂ２aの上面）が上部材２３２Ｂ１の延出部２３２Ｂ１bに押し当てられて所定の位置に固定され、本体２３２Ｂ２の厚さに多少のばらつきがあっても、イオン通過部２３２Ｂ２aの上面と押し出し電極２３２Ａの下面との平行度を保つことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１３２５５０号
【特許文献２】国際公開第２０１３／０５１３２１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
引き込み電極２３２Ｂを上記のように構成すると、本体２３２Ｂ２の厚さに多少のばらつきがあっても、直交加速領域に入射したイオンを均一に加速することができる。しかし、図４から分かるように、従来の引き込み電極２３２Ｂでは、その下面（すなわち、下部材２３２Ｂ３の下面）が湾曲することになる。その結果、引き込み電極２３２Ｂと第２加速部２３３の間に形成される電場に歪みが生じ、直交加速部２３２から出射したイオンが第２加速部２３３によって均一に加速されず、分解能や感度が低下するという問題があった。【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、直交加速型の飛行時間型質量分析装置の直交加速領域に入射したイオンをその入射方向と直交する方向に加速する直交加速部においてイオンを引き込むために用いられる電極であって、イオンを均一に加速することができる引き込み電極を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために成された本発明に係る直交加速飛行時間型質量分析装置の引き込み電極は、
a) イオン通過部を有する板状の本体と、
b) 前記本体を収容する貫通孔である本体収容部が設けられた板状の部材であって、一方の面に、該本体収容部に収容された前記本体の一方の面の位置を規定するように設けられた延出部を有する第１部材と
c) 前記本体収容部に前記本体を収容した前記第１部材に取り付けられる板状の部材であって、前記イオン通過部の少なくとも一部を遮らない位置に貫通孔が設けられ、一方の面に、前記第１部材の前記一方の面とは反対の面に当接される第１領域と、該第１領域よりも内側に位置し前記第１領域の該当接される面よりも低く形成された第２領域とが形成された第２部材と、
d) 前記第２領域において前記本体と前記第２部材の間に配置される弾性部材と
を備えることを特徴とする。【００１４】
上記の、前記イオン通過部の少なくとも一部を遮らない位置に貫通孔を形成する、とは、イオン通過部を通過したイオンの少なくとも一部が通過するような貫通孔を形成することを意味する。もちろん、イオン通過部を通過するイオン全てが通過するような貫通孔を形成することが好ましい。
上記の、該第１領域よりも内側に位置し前記第１領域の該当接面よりも低く形成された第２領域という記載は、第２領域が第１領域よりも貫通孔側に形成されており、第２領域が、第１領域に比べて第１部材及び本体が取り付けられる側と反対側に位置することをいう。
【００１５】
本発明に係る引き込み電極は、本体を第１部材と第２部材で挟んで固定することにより組み立てられる。本体は第１部材の貫通孔に収容される。また、第１部材の一方の面には、該本体収容部に収容された本体の一方の面の位置を規定する延出部が設けられている。貫通孔に本体を収容した第１部材が取り付けられる第２部材の一面には、第１部材の延出部が設けられている側の面と反対側の面に当接される第１領域と、該第１領域よりも内側に位置し前記第１領域の該当接面よりも低く形成された第２領域とが形成されており、該第２領域において本体と第２部材の間に弾性部材が配置される。本発明に係る引き込み電極では、第１部材と第２部材を固定すると、本体の厚さのばらつきに応じて弾性部材が変形し、弾性部材を介して本体の一方の面が第１部材の延出部に押し当てられてその位置が規定される。また、第２部材に形成された第１領域に第１部材が当接するため、両者を固定する際、従来のように第２部材の底面側（第１部材及び本体と反対側）に湾曲が生じる心配がない。従って、第２部材とその後段に配置される第２加速部の間に形成される電場に歪みを生じさせることなく、イオンを均一に加速することができる。【００１６】
また、前記第２領域が凹状に形成されていることが好ましい。こうした構成を採ることにより、組み立て時に弾性部材を凹状の部分に収容すればよく、組立作業をより簡単に行うことができる。【００１７】
直交加速型の飛行時間型質量分析装置では、従来、図５に示すように、ベースプレート２４１の上にスペーサ２４２と電極を交互に配置することにより直交加速部２３２（押し出し電極２３２Ａ及び引き込み電極２３２Ｂ）と第２加速部２３３が位置決めされている。具体的には、ベースプレート２４１に固定された4本の棒状部材２４３のそれぞれに、ドーナツ状のスペーサ部材２４２を差し込み、次に第２加速部２３３を構成する電極のうちの1つを差し込むという操作を繰り返して所定数（図では3つ）の電極で構成された第２加速部２３３が取り付けられる。次に、第２加速部２３３の上にスペーサ部材２４２を差し込んで、その上に引き込み電極２３２Ｂを差し込む。さらに、引き込み電極２３２Ｂの上にスペーサ部材２４２を差し込み、その上に押し出し電極２３２Ａを差し込む。最後に、押し出し電極２３２Ａの上から棒状部材２４３にナット２４４を取り付ける等の方法により直交加速部２３２と第２加速部２３３とをベースプレート２４１に固定する。【００１８】
しかし、こうした方法で電極を固定していくと、スペーサ部材２４２を差し込む毎に各スペーサ部材２４２や各電極２３３の厚さや平面度の誤差が累積される。押し出し電極２３２Ａ及び引き込み電極２３２Ｂは、スペーサ部材２４２や電極２３３を介してベースプレート２４１に固定されるため、こうした誤差が累積して両電極の対向面の平行度、ベースプレート２４１からの距離、及びベースプレート２４１に対する両電極の平行度の精度が悪くなり、イオンが均一に加速されず分解能や感度が低下するという問題があった。【００１９】
これに対して、本発明に係る直交加速飛行時間型質量分析装置は、
e) 前記引き込み電極と押し出し電極を有する直交加速部と、
f) 1又は複数の電極からなる第２加速部と、
g) ベースプレートと、
h) 前記ベースプレートに立設される複数の棒状部材と、
i) 前記複数の棒状部材のそれぞれに取り付けられる部材であって、前記ベースプレートから前記引き込み電極までの距離を規定する第１スペーサ部材と、
j) 前記複数の棒状部材のそれぞれに取り付けられる部材であって、前記引き込み電極から前記押し出し電極までの距離を規定する第２スペーサ部材と、
k) 前記棒状部材のそれぞれに取り付けられる部材であって、前記ベースプレートから、前記第２加速部を構成する電極のうち該ベースプレートに最も近い位置に配置される電極までの距離を規定する第３スペーサ部材と
を備えることが好ましい。【００２０】
上記構成の飛行時間型質量分析装置では、加速部を構成する各電極の位置を規定する第３スペーサ部材及び第４スペーサ部材と、ベースプレートから引き込み電極までの距離を規定する第１スペーサ部材及び該引き込み電極から押し出し電極までの距離を規定する第２スペーサ部材がそれぞれ別個の部材として構成され、それらが相互干渉することなく複数の棒状部材に取り付けられる。そのため、第３スペーサ部材や第４スペーサ部材の誤差に影響されることなく引き込み電極と押し出し電極の位置が規定され、これらの平行度、ベースプレートからの距離、及びベースプレートに対する平行度の精度を高くすることができる。
【００２１】
また、前記第２加速部が複数の電極からなるものである場合には、さらに、
l) 前記棒状部材のそれぞれに取り付けられる部材であって、前記第２加速部を構成する電極間の距離を規定する第４スペーサ部材
を備えた構成とすることができる。【００２２】
直交加速型の飛行時間型質量分析装置では、高真空室内に直交加速部が配置される。高真空室の前段には中間真空室が配置され、例えば該中間真空室に配置されたコリジョンセルを通過したイオンが直交加速部に輸送される。コリジョンセルから直交加速部への輸送にはイオンレンズが用いられる。イオンレンズは、それぞれに径が異なる孔が設けられた円板状の電極を複数配置することにより構成されており、その一部（前段側イオンレンズ）は中間真空室に、残りの部分（後段側イオンレンズ）は高真空室に、それぞれ固定される。前段側イオンレンズは、例えばコリジョンセルに対して位置決めされる。また、後段側イオンレンズは、例えば上述のベースプレートにより位置決めされる。【００２３】
このように、2つの真空室に配置されるイオンレンズを異なる部材に固定して位置決めすると、前段側イオンレンズと後段側イオンレンズの光軸にずれが生じる場合がある。前段側イオンレンズと後段側イオンレンズの間に光軸のずれが生じると、前段側イオンレンズと後段側イオンレンズの構成によっては前段側イオンレンズを通過したイオンの一部が後段側イオンレンズに入射せず、感度低下が生じるという問題があった。【００２４】
そこで、本発明に係る直交加速型の飛行時間型質量分析装置は、
m) 前記引き込み電極と押し出し電極を有する直交加速部が配置される高真空室と、
n) 前記高真空室の前段に設けられた中間真空室と、
o) 前記中間真空室の内部に位置する部材に対して位置決めされ、それぞれにイオン通過開口が形成された1乃至複数の電極からなる前段側イオンレンズと、前記高真空室の内部に位置する部材に対して位置決めされ、それぞれにイオン通過開口が設けられた1乃至複数の電極からなる後段側イオンレンズとから構成されるイオンレンズであって、前記前段側イオンレンズの最も後段に位置する電極のイオン通過開口よりも、前記後段側イオンレンズの最も前段に位置する電極のイオン通過開口の方が大きいイオンレンズと
を備えることが好ましい。【００２５】
この態様の飛行時間型質量分析装置では、前段側イオンレンズの最も後段側に位置する電極に形成されたイオン通過開口よりも、後段側イオンレンズの最も前段側に位置する電極に形成れたイオン通過開口の方が大きくなるように、イオンレンズが前段側イオンレンズと後段側イオンレンズに分割されている。そのため、前段側イオンレンズを通過した細径のイオンビームが、それよりも広径の孔を通って後段側イオンレンズに入射する。従って、前段側イオンレンズと後段側イオンレンズに多少の軸ずれがあったとしてもイオンのロスを生じにくく感度の低下が抑制される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明に係る引き込み電極あるいは該引き込み電極を備えた飛行時間型質量分析装置を用いることにより、分解能や感度の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の直交加速飛行時間型質量分析装置の概略構成図。
【図２】従来の引き込み電極の分解斜視図。
【図３】従来の引き込み電極の斜視図。
【図４】従来の引き込み電極の断面図。
【図５】従来の直交加速部及び第２加速部の固定機構を説明する図。
【図６】本発明に係る直交加速飛行時間型質量分析装置の一実施例の概略構成図。
【図７】本発明に係る引き込み電極の一実施例の分解斜視図。
【図８】本実施例の引き込み電極の斜視図。
【図９】本実施例の引き込み電極の断面図。
【図１０】本実施例の直交加速飛行時間型質量分析装置において直交加速部及び第２加速部を固定する手順を説明する図。
【図１１】本実施例の直交加速飛行時間型質量分析装置における直交加速部及び第２加速部の固定機構を説明する図。
【図１２】本実施例の直交加速飛行時間型質量分析装置の部分拡大図。
【図１３】本実施例の直交加速飛行時間型質量分析装置のイオンレンズの構成を説明する図。
【図１４】本実施例のイオンレンズのイオン通過開口の形状を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明に係る引き込み電極及び該引き込み電極を備えた飛行時間型質量分析装置の一実施例について、以下、図面を参照して説明する。本実施例の飛行時間型質量分析装置は、直交加速型の飛行時間型質量分析装置（以下、単に「飛行時間型質量分析装置」とも呼ぶ。）である。
【００２９】
図６に本実施例の飛行時間型質量分析装置１の概略構成を示す。この飛行時間型質量分析装置は、イオン化室１０と分析室１３の間に、段階的に真空度が高くなるように配置された第１中間真空室１１と第２中間真空室１２とを備えている。イオン化室１０には、液体試料に電荷を付与して噴霧することにより該液体試料をイオン化するエレクトロスプレーイオン(ESI)源１０１が配置されている。ここでは、イオン源をESI源としたが、他のイオン源（大気圧化学イオン源等）を用いることもできる。さらに、気体試料や固体試料をイオン化するイオン源であってもよい。
【００３０】
イオン化室１０で生成されたイオンは、該イオン化室１０の圧力（略大気圧）と第１中間真空室１１との圧力差により第１中間真空室に引き込まれる。このとき、加熱されたキャピラリ１０２の内部を通ることにより溶媒が除去される。第１中間真空室１１にはイオンレンズ１１１が配置されており、該イオンレンズ１１１によってイオンビームがイオン光軸Ｃの近傍に収束される。第１中間真空室１１で収束されたイオンビームは、第２中間真空室１２との隔壁部に設けられたスキマーコーン１１２の頂部の孔を通って第２中間真空室１２に入射する。
【００３１】
第２中間真空室１２には、イオンを質量電荷比に応じて分離する四重極マスフィルタ１２１、多重極イオンガイド１２２を内部に備えたコリジョンセル１２３、及びコリジョンセル１２３から放出されたイオンを輸送するイオンレンズ１２４（コリジョンセル１２３から直交加速部１３２にイオンを輸送するイオンレンズ１３０のうちの前段部分）が配置されている。コリジョンセル１２３の内部には、アルゴン、窒素などの衝突誘起解離（CID）ガスが連続的又は間欠的に供給される。なお、コリジョンセル１２３の内部に配置される多重極イオンガイド１２２は、コリジョンセル１２３の出口に向かって複数のロッド電極で囲まれる空間が徐々に広がるように（末広がりに）配置されている。このような構成を採ることにより、各ロッド電極に高周波電圧を印加するのみでコリジョンセル１２３の出口に向かってイオンを輸送するポテンシャルの勾配が形成される。
【００３２】
分析室１３には、第２中間真空室１２から入射したイオンを直交加速部１３２に輸送するイオンレンズ１３１（コリジョンセル１２３から直交加速部１３２にイオンを輸送するイオンレンズ１３０のうちの後段部分）、イオンの入射光軸（直交加速領域）を挟んで対向配置された２つの電極１３２Ａ、１３２Ｂからなる直交加速部１３２、該直交加速部１３２により飛行空間に向かって送出されるイオンを加速する第２加速部１３３、飛行空間においてイオンの折り返し軌道を形成するリフレクトロン１３４（１３４Ａ、１３４Ｂ）、検出器１３５、及び飛行空間の外縁に位置するフライトチューブ１３６及びバックプレート１３７を備えている。リフレクトロン１３４、フライトチューブ１３６、及びバックプレート１３７によってイオンの飛行空間が規定される。
【００３３】
第１中間真空室１１に配置されるイオンガイド１１１、第２中間真空室１２に配置される四重極マスフィルタ１２１及びコリジョンセル１２３はそれぞれ真空チャンバの壁面に固定され位置決めされている。また、第２中間真空室１２に配置されるイオンレンズ１２４はコリジョンセル１２３に固定され位置決めされている。分析室１３内では、真空チャンバの壁面にベースプレート１３８が固定されており、分析室１３内の各部はこのベースプレート１３８に直接又は間接的に固定され位置決めされている。この詳細については後述する。
【００３４】
本実施例の飛行時間型質量分析装置は、直交加速部１３２を構成する引き込み電極１３２Ｂの構造、直交加速部１３２及び第２加速部１３３を固定する機構、及びイオンレンズ１３０（前段側イオンレンズ１２４及び後段側イオンレンズ１３１）の構成及び配置に特徴を有する。以下、これらの点について説明する。
【００３５】
図７は本実施例の引き込み電極１３２Ｂの分解斜視図、図８は引き込み電極１３２Ｂを組み立てた状態の斜視図、図９は引き込み電極１３２ＢのＡ−Ａ’断面図（図９(a)）及びＢ−Ｂ’断面図（図９(b)）である。
【００３６】
引き込み電極１３２Ｂはいずれも金属部材である上部材１３２Ｂ１、本体１３２Ｂ２、下部材１３２Ｂ３、及び引き込み電極用弾性部材１３２Ｂ４を有している。本体１３２Ｂ２は、厚さ方向に貫通する多数のイオン通過孔が形成されてなるイオン通過部１３２Ｂ２aと、その周囲を取り囲むように形成された周縁部１３２Ｂ２bを有する矩形板状の部材である。上部材１３２Ｂ１は、中央に本体１３２Ｂ２の外形に対応する大きさの矩形の断面を有する貫通孔１３２Ｂ１aが形成された板状の部材であり、その上面には貫通孔１３２Ｂ１aの一部（該貫通孔１３２Ｂ１aに収容される本体１３２Ｂ２の周縁部１３２Ｂ２bの長辺側の一部）を覆うように延出部１３２Ｂ１bが形成されている。貫通孔１３２Ｂ１aの周縁のうち、矩形の短辺に相当する2辺の側は長辺側よりも一段低く、延出部１３２Ｂ１bの下面と同じ高さになっている。すなわち、貫通孔１３２Ｂ１aに本体１３２Ｂ２を収容した状態で、該本体１３２Ｂ２の上面と面一となる高さになっている。また、上部材１３２Ｂ１の四隅には、後述する直交加速部用位置決めプレート１４０に直交加速部１３２を固定するための棒状部材１３９を挿入する貫通孔１３２Ｂ１cが形成されている。さらに、上部材１３２Ｂ１の下面には、下部材１３２Ｂ３側からねじ止めするための4つのねじ孔が形成されている。
【００３７】
下部材１３２Ｂ３は、矩形板状である本体１３２Ｂ２の短辺及びイオン通過部の長辺よりも長く、本体１３２Ｂ２の長辺の長さよりも短い径を有する円形の貫通孔１３２Ｂ３aが中央に設けられた板状の部材である。すなわち、本実施例の貫通孔１３２Ｂ３aは、イオン通過部の全体を遮らない位置に設けられている。貫通孔１３２Ｂ３aの周部のうち該貫通孔１３２Ｂ３aの中央を挟んで位置する2箇所には、他の位置（第１領域）よりも一段低くなった凹部（第２領域）１３２Ｂ３bが形成されている。この凹部１３２Ｂ３bに引き込み電極用弾性部材１３２Ｂ４が収容される。本実施例では各凹部１３２Ｂ３bに2つのＯリング（従って全体では4つのＯリングを使用）が収容されるが、引き込み電極用弾性部材１３２Ｂ４にはＯリング以外のものを用いてもよく、また使用する数も適宜に変更することができる。下部材１３２Ｂ３の四隅には上述の棒状部材１３９を挿入する貫通孔１３２Ｂ３cが形成されている。また、上部材１３２Ｂ１の下面に形成されているねじ孔の位置に対応する箇所に、ねじを挿通する4つのねじ貫通孔１３２Ｂ３dが形成されている。
【００３８】
下部材１３２Ｂ３の凹部１３２Ｂ３bに引き込み電極用弾性部材１３２Ｂ４を配置し、その上に本体１３２Ｂ２を載せ、さらにその上に上部材１３２Ｂ１を載置して該上部材１３２Ｂ１の貫通孔１３２Ｂ１aに本体１３２Ｂ２を収容する。そして、下部材１３２Ｂ３のねじ貫通孔１３２Ｂ３dにねじを挿通して上部材１３２Ｂ１の下面のねじ孔にねじ止めする。これにより、引き込み電極１３２Ｂが組み立てられる。
【００３９】
図９(b)のＢ−Ｂ'断面図に示すように、本体１３２Ｂ２の下面が引き込み電極用弾性部材１３２Ｂ４を介して下部材１３２Ｂ３により押し上げられる。また、図９(a)のＡ−Ａ'断面図に示すように、本体１３２Ｂ２の上面は上部材１３２Ｂ１の延出部１３２Ｂ１bの下面に押し当てられる。この引き込み電極１３２Ｂでは、本体１３２Ｂ２の厚さにばらつきがある場合でも、そのばらつきに応じて引き込み電極用弾性部材１３２Ｂ４が変形するため、本体１３２Ｂ２の上面を確実に延出部１３２Ｂ１bの下面に押し当てて該上面が傾斜するのを防ぐことができる。上述したように、従来の引き込み電極２３２Ｂでは、組み立て時に下部材２３２Ｂ３の下面が湾曲し、引き込み電極２３２Ｂと第２加速部２３３の間に形成される電場に歪みが生じてイオンを均一に加速することが難しいという問題があった。これに対し、本実施例の引き込み電極１３２Ｂでは、上部材１３２Ｂ１の下面と下部材１３２Ｂ３の上面とが面当たりした状態で固定されるため、下部材１３２Ｂ３の下面が湾曲することはなく、従来のような問題が生じない。本実施例のように、引き込み電極用弾性部材１３２Ｂ４を、上部材１３２Ｂ１と下部材１３２Ｂ３の間にも位置するように配置することが好ましいが、少なくとも本体１３２Ｂ２と下部材１３２Ｂ３の間に介挿されていれば上記の効果を得ることができる。
【００４０】
次に、図１０及び１１を参照し、直交加速部１３２及び第２加速部１３３の固定機構について説明する。図１０は組み立て途中の状態を示す図、図１１は組み立て後の状態を示す図である。上述のとおり、分析室１３内では真空チャンバにベースプレート１３８が固定されており、直交加速部１３２及び第２加速部１３３はこのベースプレート１３８を基準として位置決めされる。なお、本実施例では、図１１に示すようにベースプレート１３８上に直接、検出器１３５を固定しているが、着脱可能な検出器用位置決めプレートを介して検出器１３５を固定したり、あるいは後述の直交加速部用位置決めプレート１４０上に検出器１３５も固定したりしてもよい。ベースプレート１３８には、直交加速部用位置決めプレート１４０（以下、「位置決めプレート」とも呼ぶ。）が着脱可能に取り付けられている。
【００４１】
直交加速部１３２及び第２加速部１３３を構成する各電極を取り付ける際には、まず、位置決めプレート１４０の上面に形成された4つのねじ孔のそれぞれに、外周にねじ溝が形成された棒状部材１３９（図１０では2本のみ図示）を固定する。次に、棒状部材１３９の外周に相当する大きさの貫通孔が形成された第１スペーサ部材１４１を棒状部材１３９に差し込む。第１スペーサ部材１４１は棒状部材１３９ごとに1つずつ取り付けられる（後述の第2スペーサ部材１４２、第３スペーサ部材１４３、第４スペーサ部材１４４、及び第５スペーサ部材１４５についても同様に、棒状部材１３９ごとに1つずつ取り付けられる）。また、本実施例で使用する各スペーサ部材はいずれもセラミック製の絶縁部材である。スペーサ部材として、樹脂製のもの等を用いることも可能であるが、スペーサ部材が変形すると該スペーサ部材を介して位置決めされた各部材の位置がずれてしまうため、樹脂よりも剛性が高いセラミックからなるスペーサ部材を使用することが好ましい。
【００４２】
次に、第１スペーサ部材１４１の外周に相当する大きさの貫通孔が形成された第３スペーサ部材１４３を第１スペーサ部材１４１の外側に差し込む。そして、第３スペーサ部材１４３の上に、第２加速部１３３を構成する第２加速電極１３３Ａ〜１３３Ｄのうち、最も飛行空間に近い側に配置される第２加速電極１３３Ｄを差し込む。第２加速電極１３３Ａ〜Ｄには第１スペーサ部材の外周に相当する大きさの貫通孔が4つ（すなわち棒状部材１３９と同数）形成されている。図１０(a)は第２加速電極１３３Ｄを差し込んだ状態を示す図である。
【００４３】
その後、第４スペーサ部材１４４と第２加速部１３２を構成する第２加速電極１３３Ｃ、１３３Ｂ、１３３Ａを交互に第１スペーサ部材１４１に差し込んでいく。第２加速電極１３３Ａ（ベースプレート１３８から最も離れた位置に取り付けられる第２加速電極）を取り付けた後、第５スペーサ部材１４５を第２加速電極１３３Ａの上に取り付け、その上に位置決め固定用弾性部材１４６（Ｏリング）を取り付ける。位置決め固定用弾性部材１４６（Ｏリング）は棒状部材１３９ごとに1つずつ取り付けられる。図１０(b)は位置決め固定用弾性部材１４６を取り付けた状態を示す図である。なお、本実施例では第２加速部１３２を4つの電極で構成しているが、第２加速部１３２を構成する電極の数は適宜に変更することができる。
【００４４】
続いて、位置決め固定用弾性部材１４４の上に、棒状部材１３９の外形に相当する4つの貫通孔が形成された引き込み電極１３２Ｂを取り付ける。そして、引き込み電極１３２Ｂの上に第２スペーサ部材１４２を取り付ける。図１０(c)はこの状態を示す図である。さらに、押し出し電極１３２Ａの孔に棒状部材を通して押し出し電極１３２Ａを取り付ける。押し出し電極１３２Ａの上から棒状部材１３９にナット１４７を取り付ける等の方法により直交加速部１３２（押し出し電極１３２Ａ及び引き込み電極１３２Ｂ）と第２加速部１３３とを位置決めプレート１４０に固定する。最後に、位置決めプレート１４０をベースプレート１３８に固定する（図１１）。
【００４５】
従来の構成（図５参照）では、ベースプレート２４１の上にスペーサ部材２４２と第２加速部を構成する電極２３３を交互に取り付け、その上に引き込み電極２３２Ｂを、スペーサ部材２４２を介してさらにその上に押し出し電極２３２Ａを取り付けて固定していた。そのため、ベースプレートから離れた位置に固定される押し出し電極２３２Ａや引き込み電極２３２Ｂにスペーサ部材２４２や第２加速部２３３を構成する各電極の誤差が累積し、ベースプレート２４１から引き込み電極２３２Ｂや押し出し電極２３２Ａまでの距離の精度やベースプレート２４１に対する両電極の平行度、また押し出し電極２３２Ａと引き込み電極２３２Ｂの対向面の平行度が悪くなりやすく、イオンが均一に加速されずに分解能や感度が低下することがあった。  
【００４６】
これに対し、本実施例の構成では、ベースプレート１３８（厳密には位置決めプレート１４０）から引き込み電極１３２Ｂまでの距離が第１スペーサ部材１４１のみにより規定される。また、ベースプレート１３８（同上）から押し出し電極１３２Ａまでの距離が第１スペーサ部材１４１と第２スペーサ部材１４２のみにより規定される。すなわち、ベースプレート１３８から押し出し電極１３２Ａと引き込み電極１３２Ｂまでの距離の精度や、両電極の対向面の平行度や，ベースプレートに対する両電極の平行度が、第３スペーサ部材１４３、第４スペーサ部材１４４、及び第５スペーサ部材１４５の部材の製造時の寸法誤差や平面度の誤差の影響を受けることがない。従って、ベースプレート１３８から押し出し電極１３２Ａ及び引き込み電極１３２Ｂまでの距離の精度、ベースプレートに対する両電極の平行度，及び押し出し電極１３２Ａと引き込み電極１３２Ｂの対向面の平行度を従来よりも改善し、分解能や感度を高めることができる。なお、本実施例では、直交加速部１３２及び第２加速部１３３を構成する各電極を固定する作業を真空チャンバの外で行うことができるように直交加速部用位置決めプレート１４０を使用したが、該位置決めプレート１４０を使用せず、ベースプレート１３８に直接直交加速部１３２及び第２加速部１３３を固定するようにしてもよい。なお、位置決め固定用弾性部材１４６は必須ではないが、これにより、第３スペーサ部材１４３、第４スペーサ部材１４４、及び第５スペーサ部材１４５の製造時の厚さや平面度の誤差を確実に吸収し、第１スペーサ部材１４１及び第２スペーサ部材１４２による直交加速部１３２の位置決めの精度をより一層高くすることができる。
【００４７】
次に、第２中間真空室１２と分析室１３の境界部に配置されるイオンレンズ１３０（１２４、１３１）について説明する。図１２は第２中間真空室１２と分析室１３の境界近傍の拡大図であり、図１３はイオンレンズ１３０の構成のみを示す図である。
【００４８】
イオンレンズ１３０は、コリジョンセル１２３を通過したイオンのビームを収束させて直交加速部１３２に輸送するために用いられる。コリジョンセル１２３は第２中間真空室１２に配置され、直交加速部１３２は分析室に配置されることから、イオンレンズ１３０はこれら２つの空間に分離して配置される。
【００４９】
本実施例のイオンレンズ１３０は、7枚の円板状の電極から構成され、前段側（コリジョンセル１２３の側）の3枚の電極１２４a、１２４b、１２４cからなる前段側イオンレンズ１２４と後段側（直交加速部１３２の側）の4枚の電極１３１a、１３１b、１３１c、１３１dからなる後段側イオンレンズ１３１に分割されている。前段側イオンレンズ１２４を構成する電極１２４a、１２４b、１２４cと、後段側イオンレンズ１３１を構成する電極のうち最も前段側に位置する電極１３１aには、中央に円形のイオン通過開口１５１が形成されている（図１４(a)）。一方、後段側イオンレンズ１３１を構成する電極のうち後段側に位置する3枚の電極１３１b、１３１c、１３１dには、中央に矩形のスリット１５２が形成されている（図１４(b)）。これらの電極はイオンビームを成形するスリットとしての機能を兼ね備えている。また、各電極に形成されている孔の大きさは同一ではなく、当該電極の位置に応じた収束性を有するような大きさ（すなわち、電圧印加時に、後段側に隣接するイオンレンズの孔に向かってイオンビームを収束させる大きさ）とされている。
【００５０】
本実施例のイオンレンズ１３０は、前段側イオンレンズ１２４を構成する電極のうちの最も後段側に位置する電極１２４cのイオン通過開口１５１の大きさよりも、後段側イオンレンズ１３１を構成する電極のうちの最も前段側に位置する電極１３１aのイオン通過開口１５１の方が大きいという点に1つの特徴を有している。
【００５１】
図１２及び図１３に示すように、前段側イオンレンズ１２４を構成する3枚の電極１２４a、１２４b、１２４cは、樹脂等からなる絶縁部材１６１を介して相互に固定されている。前段側イオンレンズ１２４の最も前段側に位置する電極１２４aは絶縁部材１６１を介してコリジョンセル１２３に固定されており、これによって前段側イオンレンズ１２４が位置決めされている。なお、コリジョンセル１２３は固定部材１６４を介して真空チャンバに固定されている。
【００５２】
後段側イオンレンズ１３１を構成する4枚の電極１３１a〜１３１dも同様に、樹脂等からなる絶縁部材１６１を介して相互に固定されている。後段側イオンレンズ１３１の最も後段側に位置する電極１３１dは絶縁部材１６１を介してベースプレート１３８に固定されており、これによって後段側イオンレンズ１３１が位置決めされている。本実施例ではベースプレート１３８に固定しているが、直交加速部用位置決めプレート１４０に固定するようにしてもよい。上述のとおり、直交加速部用位置決めプレート１４０はベースプレート１３８に固定されている。後段側イオンレンズ１３１は直接的に又は間接的にベースプレート１３８に固定される。
【００５３】
上記のように、前段側イオンレンズ１２４と後段側イオンレンズ１３１はそれぞれ独立に配置されており、また相互に異なる部材に対して位置決めされている。そのため、前段側イオンレンズ１２４のイオン光軸と後段側イオンレンズ１３１のイオン光軸の間にずれが生じる可能性があり、こうしたイオン光軸のずれによって、前段側イオンレンズ１２４の最も後段側に位置する電極１２４cを通過したイオンの一部が後段側イオンレンズ１３１の最も前段側に位置する電極１３１aのイオン通過開口１５１に入射しなくなると、その分だけ感度が低下してしまう。
【００５４】
本実施例のイオンレンズ１３０では、上述のとおり、前段側イオンレンズ１２４を構成する電極のうちの最も後段側に位置する電極１２４cのイオン通過開口１５１の大きさよりも、後段側イオンレンズ１３１を構成する電極のうちの最も前段側に位置する電極１３１aのイオン通過開口１５１の方が大きくなるように構成している。つまり、電極１２４cで細径に絞られたイオンビームを、電極１３１aの広径のイオン通過開口１５１に入射するようにイオンレンズ１３０を前段側イオンレンズ１２４と後段側イオンレンズ１３１に分割している。従って、前段側イオンレンズ１２４と後段側イオンレンズ１３１を固定する際、両者のイオン光軸に多少のずれがあっても、イオンのロスによる感度低下は生じない。特に、本実施例のイオンレンズ１３０では、イオンレンズ１３０を構成する各電極のうち、イオン通過開口１５１の径が最も大きい電極１３１aが、後段側イオンレンズ１３１の最も前段側に位置するように構成されており、イオンのロスによる感度低下を最大限抑制する構成となっている。
【００５５】
また、本実施例のイオンレンズ１３０では、後段側イオンレンズ１３１の前段側から2番目に位置する電極１３１bがシール部材（例えばＯリング）１６２を介して隔壁部材１６３にも固定されており、これによって第２中間真空室１２と分析室１３の内部空間が分離されている。シール部材１６２を介して隔壁部材１６３に固定されている電極１３１bのイオン通過開口１５１はその前段に位置する電極１３１aのイオン通過開口１５１よりも小さい。そのため、該電極１３１aを隔壁部材１６３に固定した場合よりも、第２中間真空室１２と分析室１３の間の真空度の差を大きく（すなわち、分析室１３の真空度を高く）維持することができる。
【００５６】
さらに、本実施例では、後段側イオンレンズ１３１の位置決めの基準となるベースプレート１３８が、直交加速部１３２及び第２加速部１３３の位置決めにも使用されている。つまり、後段側イオンレンズ１３１と、直交加速部１３２（及び第２加速部１３３）との間にイオン光軸Ｃのずれが生じないように構成している。そのため、後段側イオンレンズ１３１の各電極１３１a〜１３１dで収束され、そのうちの電極１３１b，１３１c、１３１dのスリット１５２で成形されたイオンビームを正確に直交加速部１３２内の直交加速領域に輸送することができる。さらに、ベースプレート１３８によって、リフレクトロン１３４、フライトチューブ１３６、バックプレート１３７、及び検出器１３５も位置決めされていることから、直交加速部１３２及び第２加速部１３３で加速されたイオンを所定の軌道からずれることなく飛行させ、検出器１３５に導くことができる。
【００５７】
上記実施例は一例であって、本発明の趣旨に沿って適宜に変更することができる。本実施例では、貫通孔１３２Ｂ３aをイオン通過部の全体を遮らない位置に設けたが、これは好ましい態様であって、イオン通過部の少なくとも一部を遮らない位置に貫通孔１３２Ｂ３aを設けておけば、引き込み電極１３２Ｂからイオンを出射させることができる。また、本実施例では、水平方向にイオンを直交加速部１３２に入射し、該直交加速部１３２及び第２加速部１３３によってイオンを下方に加速する構成としたが、これは一例であって、直交加速部１３２及び第２加速部１３３によりイオンを加速する方向は上方であってもよく、あるいは水平方向であってもよい。例えばイオンを上方に加速する場合には、ベースプレート１３８（及び直交加速部用位置決めプレート１４０）の下に第２加速部１３３を構成する電極、引き込み電極１３２Ｂ、及び押し出し電極１３２Ａを吊り下げるように配置すればよい。さらに、本実施例では第２加速部１３３を複数の電極で構成したが、第２加速部１３３を1つの電極のみとしてもよい。その場合には第４スペーサ部材１４４は不要である。その他、本実施例では、四重極マスフィルタ１２１及びコリジョンセル１２３を備えた構成としたが、これらの一方のみを有する構成の、直交加速型の飛行時間型質量分析装置においても上記同様の構成を採ることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１…直交加速飛行時間型質量分析装置
１０…イオン化室
１０１…エレクトロスプレーイオン源
１０２…キャピラリ
１１…第１中間真空室
１１１…イオンガイド
１１２…スキマーコーン
１２…第２中間真空室
１２１…四重極マスフィルタ
１２２…多重極イオンガイド
１２３…コリジョンセル
１２４…前段側イオンレンズ
１３…分析室
１３０…イオンレンズ
１３１…後段側イオンレンズ
１３２…直交加速部
１３２Ａ…押し出し電極
１３２Ｂ…引き込み電極
１３２Ｂ１…上部材１３２Ｂ１
１３２Ｂ１a…貫通孔
１３２Ｂ１b…延出部
１３２Ｂ２…本体
１３２Ｂ２a…イオン通過部
１３２Ｂ３…下部材
１３２Ｂ４…引き込み電極用弾性部材
１３３…第２加速部
１３４…リフレクトロン
１３５…検出器
１３６…フライトチューブ
１３７…バックプレート
１３８…ベースプレート
１３９…棒状部材
１４０…直交加速部用位置決めプレート
１４１…第１スペーサ部材
１４２…第２スペーサ部材
１４３…第３スペーサ部材
１４４…第４スペーサ部材
１４５…第５スペーサ部材
１４６…位置決め固定用弾性部材
１４７…ナット
１５１…イオン通過開口
１５２…スリット
１６１…絶縁部材
１６２…シール部材
１６３…隔壁部材
１６４…固定部材
Ｃ…イオン光軸
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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