[发明专利]飞行时间型质量分析装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞行时间型质量分析装置，更详细地说，涉及一种在正交加速方式(也有时称为垂直加速方式)的飞行时间型质量分析装置中向正交加速部入射离子的离子入射光学系统。

背景技术

在飞行时间型质量分析装置(以下简称为“TOFMS”)中，对源自试样成分的离子赋予固定的运动能量来使其在固定距离的空间中飞行，测量该飞行所需要的时间，根据该飞行时间求出离子的质量电荷比。因此，在TOFMS中使质量分辨率降低的很大原因之一是离子所具有的初始能量的偏差。与此相对地，在反射器型TOFMS中，反射器具有校正运动能量的差异的作用。省略详细说明，但在公知的两级反射器中，能够进行到二次为止的能量收敛(飞行时间的扩散度能够校正到能量的二次微分)。因此，即使离子具有的运动能量存在某种程度的偏差，也能够通过反射器对其进行校正从而使离子的飞行时间收敛到某种程度的范围内，能够避免质量分辨率的降低。

另一方面，在例如对被捕获在离子阱等中的状态的离子赋予加速能量从而使其开始飞行的情况下，存在周转时间作为使质量分辨率恶化的另一原因。周转时间是指在要使离子向飞行时间分析方向加速时，由于离子具有的初始能量而在与飞行时间分析方向相反的方向上具有速度成分的离子从出发点出发起到返回而来到该出发点为止所需要的时间，是在与飞行时间分析方向相反的方向上具有速度成分的离子和在与飞行时间分析方向相同的方向上具有速度成分的离子之间的飞行时间差。因此，该周转时间在广义上也是由于离子具有的初始能量的偏差所造成的，但因周转时间造成的误差无法通过反射器校正。因此，如何在改善TOFMS的质量分辨率的基础上减轻周转时间的影响是重要的问题。

解决这样的问题的一个方法是使离子向与离子束的入射方向正交的方向加速并送入飞行时间分析空间的正交加速方式的TOFMS(参照专利文献1、非专利文献1等)。图11是正交加速方式TOFMS的离子正交加速部及其前级的离子入射光学系统的概要结构图。

正交加速部4包括平板电极41和形成了离子可通过的多个开口的网状电极42，离子入射光学系统300包括由相离规定间隙L地配置的两个狭缝板(或孔板)301、302构成的射束限制机构。在该图中，向被电极41、42夹在中间的加速区域入射而来的离子束的初始射束方向是X方向，加速方向即飞行时间分析方向是与X方向正交的Z方向。在离子从射束限制机构入射到正交加速部4时，电极41、42是相同电位(例如接地电位)，在加速区域中不存在电场。在离子充分入射的时刻向平板电极41施加与离子相同极性的高电压脉冲时，在加速区域中形成加速电场，离子被赋予大的运动能量而通过网状电极42的开口开始飞行。

对该正交加速部4的飞行时间扩散度进行考察。用Ez=Esin²α给出离子具有的飞行时间分析方向的初始能量Ez。在此，E和α是向正交加速区域入射而来的离子束的能量和与X轴所成的角度。初始能量Ez越大，则因上述周转时间造成的飞行时间扩散度越大。为了减小初始能量Ez，而需要减小能量E和角度α。射束限制机构用于将该角度α限制得小，在图11的例子的情况下，针对两个狭缝板301、302的间隙L和狭缝板302的开口宽度h，用tan^-1(h/L)给出射束的角度扩散度α。因而，能够通过适当地设定间隙L、开口宽度h，来抑制离子束的角度α，使离子具有的初始能量的偏差收敛到允许范围内。

另外，在专利文献1等记载的装置中，为了高效地将从离子阱放出的离子导入到射束限制机构，而将作为光阑透镜的静电透镜配置在离子阱与射束限制机构之间。在实际的装置中，也广泛地使用了这样的基于光阑透镜的静电透镜和由两个狭缝板构成的射束限制机构的组合。

但是，上述那样的现有的结构具有以下这样的问题。

在上述射束限制机构中，离子束的相当一部分撞到狭缝板而被遮蔽。因此，实际供于飞行时间分析的离子的量比原始的离子量减少了相当多，无法避免测量灵敏度降低。另外，为了提高测量灵敏度而需要扩宽狭缝的开口宽度h，但是这样的话，射束的角度α变大而质量分辨率降低。这样，质量分辨率和测量灵敏度存在折中的关系，为了实现高质量分辨率就不得不牺牲测量灵敏度。

另外，在上述现有的结构中，由两个狭缝板的间隙、狭缝开口宽度决定质量分辨率，因此例如为了能够响应即使将质量分辨率降低些许也想要执行高灵敏度的测量这样的要求，必须进行将射束限制机构的狭缝板更换为缝隙开口宽度不同的狭缝板或者调整狭缝板间隙之类的机械性操作。这样的操作麻烦并且费工夫。另外，能够进行这样的机械性的调整、更换的机构在可靠性方面也存在问题。