JP5250166B2 - Ｔｏｆ質量分析計用のイオン光学システム - Google Patents

Description

本発明は、飛行時間（ＴＯＦ）質量分析計用のイオン光学システムに関する。特に本発明は、ＴＯＦ質量分析計用の抽出レンズと光反射システムとに関する。本発明は、直線型およびリフレクトロン（反射管）型両方のＴＯＦ質量分析計に適用可能である。

飛行時間質量分析計は、従来は、三つの別個の領域、すなわち抽出領域と加速領域（共にイオン源を構成する）とドリフト領域とからなる。これらの領域を、従来技術の図１に示す。

図１に示すように抽出領域１は、典型的には二つの帯電プレートによって囲まれている。第１のプレート４は、Ｍａｌｄｉ（マトリックス支援レーザー脱離イオン化（ｍａｔｒｉｘ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｌａｓｅｒ ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ））ＴＯＦ質量分析計内の同じプレートであり得るが、グリッドまたは開口（アパーチャ）６を備えた加速電極５に向かって、イオンを反発するように帯電され、イオンはそれを通り抜けて加速領域２に達することができる。

見られるように、加速領域は、一方側を加速電極５によって、また他方側をグリッド付きまたは開口（アパーチャ）付き接地プレート７によって囲まれている。加速電極５は、接地プレート７に向かってイオンを加速する加速電圧を供給されている。接地プレートは、接地電位に在り、イオンはこのプレート７を通り抜けて質量分析計のドリフト領域３に入る。ドリフト領域内では加速されたイオンは、イオン速度と質量対電荷比とにしたがって分離され、それによって異なる時刻に、ドリフト領域の末端に位置する検出器８に到達する。それから質量対電荷比を導出するために、ドリフト領域を通過するために要した時間の測定値が使われる。

発明が解決しようとする課題

抽出および加速領域で使用されるプレート／電極は、中央の開口またはグリッド付き領域を有する単に平面状のシートである。加速電極５内の開口は通常、かなり小さいものであるが、これは、開口のサイズが例えば２ｍｍを超えると、サンプルプレート４と接地プレート７電極との間の電位差によって生成される電界が、サンプルプレート４の直前の領域内に延びて、これが、好ましくない時刻に抽出されるイオン、および／または好ましくない軌道を持つイオンを発生させることがあるからである。したがって、小さな開口を維持することが必要である。小さな開口は、サンプルからスパッタされた材料によって急速に汚染され、したがって電極を定期的にクリーニングすることが必要である。

更に、サンプルプレート４上のサンプルのＭａｌｄｉイオン化を可能にするためには、レーザー光ビームをイオン源に向けることができることが望ましい。イオン源に光を反射する一体型ステンレス鋼リフレクター（反射体）を備えることが知られているが、このリフレクターは製造が困難であり、また保守またはクリーニングに際して、その全体を取り外す必要がある。

下記の発明は、上述の問題の一部または全部を改善することを目的とする。

課題を解決するための手段

したがって第１の態様では、ＴＯＦ質量分析計イオン源用の抽出レンズであって、前記レンズは開口を有する要素を含み、前記開口は、使用時にイオンが貫通チャネルを通り抜けることによって、前記要素の一方側から他方側へ通り抜けることができるような、貫通チャネルを形成するように前記要素を通って延びており、前記貫通チャネルは、前記開口の直径の８／１０以上の長さを持っていることを特徴とする、抽出レンズが提供される。

これは、イオンの抽出と空間的焦点合わせとの改善に導く抽出レンズを提供する。

更に、この開口によって形成される貫通チャネルの長さは、少なくともその直径の８／１０に等しいので、抽出レンズ開口を通ってサンプルプレートの前の領域に至る電界の進入は、低レベルに保持され、イオンは早すぎて抽出されることはない。したがって開口は、そうでない場合に可能であるよりは大きく作ることができる。より大きな開口は、より小さな開口と比較して、サンプルからスパッタされた材料で急速に汚染されることがないので、有利である。より大きな開口を通してレーザーまたは他の光源を向けることは容易でもある。これは、分光計のイオン光軸と小さな角度を成す、あるいは実質的に一致する経路に沿って、光ビームをサンプルプレートに向けたいときに有用である。

貫通チャネルの長さは、開口の直径の９／１０以上であることが更に好ましい。貫通チャネルの長さが、開口の直径以上であることは、なお更に好ましい。これは、電界の進入をなお更に減少させる。

上記から認められるように、貫通チャネルの長さが、開口の直径の８／１０以上であることは重要である。これは例えば、貫通して延びる開口を有する、厚さがこの開口の直径の８／１０より大きくなくとも、少なくともそれに等しい、厚い平面状の要素を使用することによって達成できる。

しかしながら貫通チャネルは、少なくとも部分的には、前記開口を有する要素の表面から直立する中空で細長い部材によって構成されることが好ましい。この中空で細長い部材と前記要素を通って延びる開口とは共に、前記開口の直径の８／１０以上の長さを有する貫通チャネルを形成する。このことは、この要素の表面から直立する、直立した中空で細長い部材が、イオンビームを焦点合わせするための良好な電界形状を提供するという利点を持っている。

好適な実施形態ではこの要素は、平面状の要素である。この要素は、要素の表面積が、イオン軌道の近傍の電界に影響を与えないほど十分に大きければ、如何なる形状のプロファイル（輪郭）を持っていてもよいが、円形プロファイルを持つことが好ましい。特に好適な実施形態では、この要素は、７５ｍｍの直径を有する円形プロファイルを持つ平面状の要素である。

この開口は、円形開口であることが好ましく、また中空の細長い部材は、開口の直径に等しい直径の円形断面を有することが好ましい。

貫通チャネルの軸は、この要素の平面に実質的に垂直であることが好ましい。

好適な実施形態では開口は、好ましくは１ｍｍから３０ｍｍ、更に好ましくは２ｍｍから６ｍｍ、最も好ましくは４ｍｍに等しい直径を持っている。これは通常、直径が１ｍｍから２ｍｍの知られている加速電極の典型的な開口よりも大きい。この開口サイズの増加は、サンプルからスパッタされる材料による汚染を減少させる。より小さな開口は、より急速に詰まりやすいので、より定期的なクリーニングが必要である。

好適な実施形態では、貫通チャネルの長さは、１ｍｍから３０ｍｍ、好ましくは２ｍｍから６ｍｍ、最も好ましくは４ｍｍである。

中空で細長い管状の部材は、開口サイズの増加に起因する電界の進入作用を防止しながら、良好な抽出電界形状を提供する。

この要素は、ステンレス鋼製またはアルミニウム製であることが好ましいが、導電性材料であれば如何なる材料で作られてもよい。

第２の態様では、イオン源とドリフト領域とを有するＴＯＦ質量分析計であって、前記イオン源が、
反発プレートからイオンを反発するように電圧が印加できる反発プレートと、
前記ドリフト領域に向かってイオンを加速するために電圧が印加できる、本発明の第１の態様による少なくとも一つの抽出レンズとを含むことを特徴とする、ＴＯＦ質量分析計が提供される。

好適な実施形態では、質量分析計はＭａｌｄｉ ＴＯＦ分析計であり、反発プレートは、イオン化に先立ってサンプルが置かれる、好ましくはステンレス鋼製のサンプルプレートである。この質量分析計はまた、あるいは代替としてリフレクトロン型分光計であってもよい。

この要素は、好ましくは平面状の要素であり、最も好ましくは円形プロファイルの平面状要素である。

抽出レンズは、ただ１個だけ存在することが好ましい。しかしながら複数の抽出レンズが存在してもよい。代替として単一の抽出レンズと、この抽出レンズとドリフト領域との間に位置する、開口またはグリッドを有する平面状の要素からなる少なくとも一つの加速電極とが存在してもよい。

特に好適な実施形態では、ドリフト領域から加速領域、すなわち抽出レンズの後の領域を分離する接地プレートが存在する。

接地プレートは、グリッドまたは開口を有する平面状の要素であることが好ましい。接地プレートから抽出レンズまでの距離は、好ましくは２．５ｍｍから１５０ｍｍ、更に好ましくは５ｍｍから３０ｍｍ、しかし最も好ましくは１２ｍｍである。幾つかの実施形態では、接地プレートは、抽出レンズ、例えば開口を有する要素と同じ形状であり得るが、この開口は、中空で細長い管状部材を形成する突き出たリムによって囲まれている。接地プレートは、ステンレス鋼といった金属製であることが好ましい。好適な実施形態では、接地プレートの開口は、直径が抽出レンズの開口よりも僅かに大きく、例えば１ｍｍから２ｍｍ大きい。

好適な実施形態では、貫通チャネルの軸は、反発プレートの面に垂直であって、イオン光軸と、すなわちサンプルとドリフト領域の端に位置する検出器との間のラインと同一線上に在る。反発プレートと抽出レンズとの間の距離は、好ましくは１ｍｍから３０ｍｍ、更に好ましくは２ｍｍと６ｍｍとの間、最も好ましくは４ｍｍである。この距離は、作動距離として知られる。

抽出レンズが、中空で細長い部材を含む実施形態では、作動距離は、反発プレートと中空で細長い部材の端部との間の距離として取られる。

抽出レンズの開口は、作動距離の０．５倍から２倍であることが好ましい。

好適な実施形態では使用時に、反発プレートと抽出レンズとによって画定される電界は、反発プレートと抽出レンズとの間の領域として画定される抽出領域からイオンを抽出するためにパルス化される。このパルス化作用を達成するために、他の電圧が固定されている間に、反発プレートの、または抽出レンズの電圧をパルス化することが可能であり、あるいはこれら両方の電圧をパルス化することもできる。

特に好適な実施形態では、イオン源の後方の所定の距離でドリフト領域内に、静電レンズが配置される。この静電レンズは、ドリフトフリー領域内で、抽出レンズから、好ましくは５０ｍｍから９００ｍｍの距離、更に好ましくは１００ｍｍから３００ｍｍの距離、最も好ましくは１７０ｍｍの距離に配置される。

イオン軌道は、すなわちイオンが反発プレートから反発されるときにイオンが取る経路は、空間と角度の二つの分布を持つ。空間分布は、前述の抽出レンズによって焦点合わせされ、一方、角度分布は、静電レンズによって焦点合わせされることが好ましい。

静電レンズは、抽出レンズの焦点合わせ作用を損なうことなく、イオン軌道を焦点合わせするとが好ましい。これは、抽出レンズと静電レンズとが十分に離れて配置されることを保証することによって達成できる。

抽出レンズの焦点合わせは、イオン軌道が、抽出レンズと静電レンズとの間の点から静電レンズを越えたばかりの点（例えば最大で１００ｍｍ越えた点）までの任意の点で、イオン光軸（すなわち、サンプルと検出器との間のライン）と交差させられることを保証することが好ましい。イオン軌道が、抽出レンズと静電レンズとの間の点でイオン光軸と交差させられることを抽出レンズが保証することは更に好ましい。イオン軌道が、これらの点の間で交差すると、静電レンズの焦点合わせは、抽出レンズの焦点合わせに対する有害な影響を最小に、または皆無にする。

抽出レンズが、角度分布を焦点合わせする一方で、静電レンズが、空間分布を焦点合わせするように、これらのレンズの焦点合わせ機能を交換することも可能である。

本発明の第３の態様では、
サンプルプレートを有するイオン源と、
ドリフト領域と、
開口を有する支持要素と少なくとも一つの反射要素とを含む光反射システムと、
光を反射要素に向けるための光源とを有する、飛行時間質量分析計であって、
質量分析計は、使用時に、イオン源からのイオンが、支持要素の開口を通り抜け、光源から反射要素に入射する光が、サンプルプレートと支持要素の開口の軸とに向かう経路に沿って反射されるように構成されており、
反射要素が、前記支持要素に解放可能に、また着脱可能に接続されることを特徴とする、飛行時間質量分析計が提供される。

少なくとも一つの反射要素は、支持要素に解放可能に接続されて、したがって着脱可能になっているので、これはクリーニングと交換が容易にできる。分離可能な反射要素と支持要素はまた、製造が容易で安価にできる。特に反射要素として「既製の」ガラス光学部品を使用でき、このような部品は、安価で高品質で広く利用可能である。

反射要素は、ガラス製であることが好ましい。

支持要素は、平面状の要素であることが好ましく、円形プロファイルの平面要素であることは更に好ましい。

サンプルプレートは、本発明の第２の態様で前述したような反発プレートであることが好ましい。

好適な実施形態では、質量分析計は、Ｍａｌｄｉ ＴＯＦ質量分析計である。質量分析計は、直線型ＴＯＦ分光計であるか、代替としてリフレクトロン型質量分析計であってよい。

反射要素はミラーでもよいが、好ましくはプリズムである。プリズムは、直角二等辺プリズムであることが好ましい。プリズムの直角を挟む辺の長さは、好ましくは２ｍｍから７５ｍｍ、更に好ましくは４ｍｍから２５ｍｍ、最も好ましくは６ｍｍである。

反射要素は、適切な材料であれば如何なる材料からでも製作できる。通常、反射要素は、ガラスまたは金属製である。もし反射要素が、電気絶縁材料から作られるならば、好ましくは漂遊イオンによる表面の帯電を防止するために、導電性コーティングを施すべきである。

反射要素の反射特性は、プリズムを作るための、またはプリズムを被覆するための適切な材料を選択することによって、使用する光の波長に関して最適化することが好ましい。

一つ以上の光路が、何時でも利用可能であるように、支持要素上に一つ以上の反射要素を配置しておくことは可能である。例えば開口の周りに等間隔で配置された４個のプリズムは、最大３個のレーザーが、例えば望遠鏡またはカメラ用の正常光と同時に反射されることを可能にするであろう。

好適な実施形態では、支持要素の開口は、（必ずではないが好ましくは平面の）支持要素の表面から直立する中空で細長い部材を形成する、突き出たフランジによって囲まれている。この場合、プリズムは、その辺の一つを中空で細長い部材に当てて配置される。中空で細長い部材は、反射要素が帯電した場合に発生する如何なる好ましくない影響も防止する、接地された導電性管であることが好ましい。この場合、中空で細長い管状の部材は、結果として生じる電界からイオン軌道を遮蔽する。支持要素自身が、導電性であって接地されていることは、更に好ましい。突き出た管は、長さが好ましくは３ｍｍから７５ｍｍ、更に好ましくは６ｍｍから２５ｍｍ、最も好ましくは１２ｍｍである。

支持要素の開口は円形であって、中空で細長い部材を形成する突き出たフランジは、開口の直径に等しい直径の円形断面をもつことが好ましい。

開口の直径と管状部材の断面の直径は、好ましくは２．５ｍｍから７５ｍｍ、更に好ましくは５ｍｍから２５ｍｍ、最も好ましくは１０ｍｍである。

少なくとも一つの反射要素への入射光は、開口の軸がサンプルプレートと交差する点で、サンプルプレートに当たることが好ましい。実際には開口の軸は、イオン光軸に、すなわちイオンが発生する点と検出される点との間のライン（あるいは、リフレクトロン型分光計では、イオンが発生する点とイオンがリフレクトロンに入射する点との間のライン）に等しい。少なくとも一つの反射要素への入射光の経路は、反発プレートにおけるイオン光軸と、好ましくは最大３０度の角度で、更に好ましくは５度以下の角度で、最も好ましくは４度から５度の角度で交差する。

光は、レーザー源からのものであり、システムは、レーザービームを抽出領域に向けるために使われることが好ましい。例えばＭａｌｄｉでは、システムは、イオン化を可能にするために、レーザーパルスをサンプルプレートに反射するために使用できる。その代わりとして、あるいはそれに加えて、システムは、イオン化以外の理由のために、レーザー光を抽出領域に反射するために使用することもできる。

代替として、あるいはそれに加えて、システムは、例えば望遠鏡あるいはカメラを用いて散乱光を検出することによって、サンプルの観察を可能にするために、光を抽出領域に向けるために使用できる。

好適な実施形態では、質量分析計は、本発明の第２の態様で説明したようなイオン源を含んでいる。しかしながら如何なる加速電極でも、および／または光反射システムと反発サンプルプレートとの間に配置された接地プレートでも、それらの開口が、プリズムからの反射光を反発プレートに到達させるだけ十分に大きければ、如何なるイオン源でも光反射システムと組み合わせて使用できる。

典型的には電極／プレートの開口の直径は、２ｍｍから２４ｍｍ、最も好ましくは４ｍｍから８ｍｍの範囲内になくてはならない。

好適な実施形態では、光反射システムは、質量分析計のドリフト領域内に設けられる。

特に好適な実施形態では、ドリフトフリー領域はまた、光反射システムの前か後のいずれかに配置された静電レンズも含んでいる。

抽出レンズは、イオン軌道が、抽出レンズと静電レンズとの間の点から、静電レンズを越えたばかりの点（例えば最大１００ｍｍ越えた点）まで任意の点で、イオン光軸と交差させられることを保証するように機能することが好ましい。イオン光軸は、直線型ＴＯＦ質量分析計ではサンプルと検出器との間のラインであり、またはリフレクトロン型質量分析計の場合では、サンプルとリフレクトロンへの入口点との間のラインである。

抽出レンズが、イオン軌道が抽出レンズと静電レンズとの間の点で、イオン光軸と交差させられることを保証するように機能することは、更に好ましい。

最も好適な実施形態では、光反射システムは、本発明の第２の態様で説明したようなイオン源と、ドリフトフリー領域で説明したような静電レンズと共に使用される。

第４の態様では、本発明の第３の態様によるＴＯＦ質量分析計での使用のための光反射システムが提供される。

さて付属の図面を参照しながら、本発明の二つの好適な実施形態を説明する。

図１は、本説明の序論部分で詳細に論じられている。

図２は、抽出領域１と加速領域２とドリフト領域３とを有する、Ｍａｌｄｉ ＴＯＦ質量分析計を示す。抽出領域１は、サンプルプレート４と抽出レンズ１０とによって画定される。ドリフト領域３は、接地プレート７／１５と検出器８との間に在る。サンプルプレート４は、サンプルが置かれる平面状の要素である。使用時にはサンプルは、レーザーを使ってサンプルプレートの表面から脱離される。脱離後、サンプルプレートから抽出レンズ１０に向かって、サンプルイオンを反発するために、サンプルプレート４に２０ｋＶの反発電圧が印加される。

抽出レンズ１０は、サンプルプレート４と抽出レンズ１０との間の距離が４ｍｍになるように配置される。

抽出レンズは、ステンレス鋼で作られており、中央円形開口を有する円形平面要素１３を持っている。この開口の周りには、平面状の表面から直立する管状部材１４が在る。管１４は、平面状要素１３とサンプルプレート４との間の距離が８ｍｍになるように、平面状要素１３の表面から４ｍｍの距離まで延びていることが好ましい。

開口の、したがってまた中空管の直径は、４ｍｍであることが好ましい。この中空管と開口は共に、イオンと光が、抽出レンズの一方側から他方側に通り抜けられる貫通チャネルを形成する。貫通チャネルの長さは、開口の直径に等しい。代替の実施形態では、貫通チャネルの長さは、開口の直径より大きいものもある。更に他の代替の実施形態では、抽出レンズは、直立する管状部材を備えていないこともあるが、その代わりに、厚い円形平面状の要素を貫通して延びる中央円形開口を持ち、貫通チャネルを備えた厚い円形平面状要素の形を取ることもあり、この場合、円形要素の軸方向幅は、開口が、少なくともその直径に等しい深さを持つほど十分なものでなくてはならない。

初期に抽出が存在しないことを保証するために、抽出レンズは、反発プレートの電圧と等しい電圧に維持されることが好ましい。イオンを抽出するために、抽出レンズの電圧は、レンズの電圧が２ｋＶから３ｋＶだけ変化するようにパルス化することができる。

実際には、イオン形成とイオン加速との間の時間的遅延が、イオンの運動エネルギーの広がりによる収差を減少させるように、サンプルプレート４と抽出レンズ１０との両者に電圧を印加することと、電圧変化を抽出レンズ１０に印加することとの間に、例えば１００ｎｓから２μｓの時間的遅延を与えることが好ましい。これは、遅延抽出と呼ばれる。

接地プレートは、中央円形開口を有する円形平面要素１５である。抽出レンズと接地プレートとの間の距離は、１２ｍｍであることが好ましい。接地プレートは、ステンレス鋼製であって、中央開口の直径は、抽出レンズの直径、すなわち４ｍｍに等しい。この接地プレートは、接地電位に維持される。抽出レンズの貫通チャネルの長さは、その開口の直径に少なくとも等しいので、サンプルプレート４と抽出レンズ１０との間の領域が、典型的にはマイナスまたはプラス電位（反発すべきイオンの極性に依存する）に維持されている間、接地プレートは接地電位に維持されているという事実にも関わらず、この開口を介しての電界のリークは、殆どあるいは全く存在しない。

ドリフトフリー領域は、中央開口を有する円形平面要素１６を含む光反射システムを含んでいる。中央開口は、１２ｍｍの距離だけ表面から直立する、突き出た管状部材１７によって囲まれている。この管状部材は、好ましくない影響から、プリズム１８を遮蔽する接地された導電性管を形成している。平面状要素は、ステンレス鋼製である。

ガラス製であるが導電性材料を被覆された２個のプリズム１８が、管状部材の両側に配置されている。これらのプリズムは、直角を挟む辺の長さが６ｍｍの両辺を有する直角プリズムである。斜辺は、管状部材上の点から平面状要素上の点まで延びている。

これらのプリズムの一つは、イオン源の外側から接地プレートの開口を通してイオン源の中へ、レーザービーム１９を反射するために使われ、このレーザービームは、抽出レンズの開口を通り抜けてからサンプルプレートに当たる。このようにして、抽出レンズの開口と接地プレートの開口は、レーザービームの進行を阻害しないように、十分に大きな直径を持たなくてはならないことが理解できる。

もう一つのプリズムは、サンプルが例えばカメラを使って観察できるように、光を接地プレートを介してイオン源から、それから抽出レンズを介して抽出領域に反射するために使用される。

レーザー／光ビームは、イオン光軸２０との間に４度から５度の角度を成すことが好ましい。

またドリフト領域には、二つの外側円形平面状電極と一つの中央円筒状電極とからなる静電レンズが在り、これらすべての電極は、好ましくは約１０ｍｍの直径の中央円形開口を持っている。

図３は、図２に示す直線型質量分析計に類似の、Ｍａｌｄｉ ＴＯＦリフレクトロン型質量分析計を示し、ここで同様の参照符字は、図２と同じ部分を指す。説明を簡潔にするために追加の特徴だけ（図２に存在しないもの）を説明する。

分光計は、分光計のドリフト領域内で、アインセル（ｅｉｎｓｅｌ）レンズ１１の後方に配置されたリフレクトロン２１を持っている。リフレクトロンは、リフレクトロン内に反射電界を生成するために、電位が印加される数個の金属リングで作られている。この電界は、直線、二次、その他適当な如何なる形でもよい。

リフレクトロンが「オフ」である（すなわち、そのリングに電位が印加されず、したがって反射電界が存在しない）とき、イオン源からのイオンは、リフレクトロンを通り抜けて、ドリフト領域の端に在る検出器８ａに当たる。したがってリフレクトロンが「オフ」であるとき、分光計は、図２に示すものに類似の単純な直線型ＴＯＦ分光計として機能する。

リフレクトロン２１が、そのリングに電位を印加することによってオンになると、リフレクトロン内に反射性の電場が確立されて、リフレクトロンに入るイオン源からのイオンは、これらのイオンが検出器８ｂに当たるように、イオン源に対してある角度で反射される。リフレクトロンがオンであるときのイオンの経路は、一般に破線２５で示されている。よりエネルギーの高いイオンは、反射されてリフレクトロン４内により深く進入し、こうしてイオンの飛行時間を延長し、またこのことは、分光計の質量解像度を改善する効果を持っている。

この説明の他のところで、サンプルプレートで反射された光の経路１９の論議と、抽出レンズ１０によるイオン軌道とレンズ１１のイオンとの焦点合わせの論議のときに、イオン光軸の参照を行ってきた。これに関してリフレクトロン型分光計のイオン光軸は、サンプルとリフレクトロン内へのイオンの入口との間のライン（すなわち、サンプルプレート４とリフレクトロン２１との間のライン２５の経路）であると考えることができる。

リフレクトロン型質量分析計の他の図示の部品は、図２で述べたものと同じである。

上述の実施形態は、単に例として与えられたものであって、当業者にとっては、それらの変形は明らかであろう。

知られているＴＯＦ質量分析計の概略図である。 本発明の好適な実施形態によるＭａｌｄｉ ＴＯＦ質量分析計の概略図である。 本発明の好適な実施形態によるＭａｌｄｉ ＴＯＦリフレクトロン型質量分析計の概略図である。

１ 抽出領域
２ 加速領域
３ ドリフト領域
４ サンプルプレート
５ 加速電極
６ 開口
７ 接地プレート
８、８ａ、８ｂ 検出器
１０ 抽出レンズ
１１ アインセルレンズ
１３、１５、１６ 円形平面要素
１４、１７ 管状部材
１８ プリズム
１９ レーザービーム経路
２０ イオン光軸
２１ リフレクトロン
２５ イオン経路

Claims (36)

1. イオン源、光源、ドリフト領域、および前記ドリフト領域に配置される静電レンズを有するＴＯＦ質量分析計であって、
   前記イオン源は、
   反発プレートからイオンを反発するように電圧が印加できる反発プレートを含み、前記反発プレートが、イオン化に先立ってサンプルが置かれるサンプルプレートであり、前記イオン源はさらに、
   前記ドリフト領域に向かってイオンを加速するために電圧が印加できる少なくとも一つの抽出レンズを含み、
   前記反発プレートおよび前記抽出レンズによって画定される電界は、前記反発プレートと前記抽出レンズとの間の抽出領域からイオンを抽出するためにパルス化され、
   前記抽出レンズは、開口を有する要素を含み、前記開口は、使用時にイオンが、貫通チャネルを通り抜けることによって前記要素の一方側から他方側へ通り抜けることができるように前記貫通チャネルを形成するように前記要素を通って延びており、前記貫通チャネルが、前記開口の直径の８／１０以上の長さを持ち、
   イオンが前記反発プレートから反発されるときにイオンが取る経路は、空間と角度との２つの分布を有し、空間分布は、前記抽出レンズおよび前記静電レンズの一方によって焦点合わせ可能であり、角度分布は、前記抽出レンズおよび前記静電レンズの他方によって焦点合わせ可能であり、使用時に前記反発プレートから反発されたイオンが、前記抽出レンズを通り抜けるときに、イオンに対する前記抽出レンズの焦点合わせ作用が、続く前記静電レンズによるイオンの焦点合わせによって有意に影響されないように、前記静電レンズが、前記抽出レンズから十分に遠く離れて配置され、
   前記光源は、前記要素の前記開口を通して前記サンプルプレート上に光を向けるためのものであるＴＯＦ質量分析計。
   
2. 前記貫通チャネルが、前記開口を囲む突き出たフランジの形をした、前記要素の表面から直立する中空で細長い部材を含んでおり、前記中空で細長い部材を含む前記貫通チャネルの長さは、前記開口の直径以上である、請求項１に記載のＴＯＦ質量分析計。
   
3. 前記要素が平面状の要素である、請求項１または２に記載のＴＯＦ質量分析計。
   
4. 前記貫通チャネルが、実質的に均一な横断面を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載のＴＯＦ質量分析計。
   
5. 前記貫通チャネルが、実質的に円形の横断面を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載のＴＯＦ質量分析計。
   
6. 前記質量分析計が、Ｍａｌｄｉ ＴＯＦ質量分析計である、請求項１に記載のＴＯＦ質量分析計。
   
7. 接地プレートを含み、前記接地プレートは、前記抽出レンズと前記接地プレートとの間の前記質量分析計の加速領域を、前記接地プレートのもう一方の側のドリフト領域から分離する、請求項１または６に記載のＴＯＦ質量分析計。
   
8. 前記接地プレートが、前記抽出レンズの前記開口よりも大きな直径の開口を有する、請求項７に記載のＴＯＦ質量分析計。
   
9. 前記抽出レンズの貫通チャネルの軸が、前記反発プレートの平面に対して実質的に垂直であり、前記質量分析計のイオン光軸とは実質的に一直線上にある、請求項１から８のいずれか一項に記載のＴＯＦ質量分析計。
   
10. 前記抽出レンズの開口が、前記抽出レンズと前記反発プレートとの間の距離の０．５倍から２倍である、請求項１から９のいずれか一項に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
11. イオン軌道が、前記抽出レンズと前記静電レンズとの間のある点で、前記質量分析計のイオン光軸と交差する、請求項１に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
12. 前記抽出レンズが、イオンの空間分布を焦点合わせし、それに対して前記静電レンズは、イオンの角度分布を焦点合わせする、請求項１に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
13. 前記静電レンズが、前記質量分析計のドリフト領域内で、前記抽出レンズから５０ｍｍから９００ｍｍの距離に配置される、請求項１に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
14. 前記静電レンズが、前記質量分析計のドリフト領域内で、前記抽出レンズから１００ｍｍから３００ｍｍの距離に配置される、請求項１に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
15. 開口を有する支持要素と少なくとも一つの反射要素とを含む光反射システムを有する、請求項１に記載のＴＯＦ質量分析計であって、
    前記光源は、光を前記反射要素に向けるために使用可能であり、
    前記質量分析計が、使用時に、前記イオン源からのイオンが、前記支持要素の開口を通り抜け、前記光源から前記反射要素に入射する光が、前記サンプルプレートと前記支持要素の開口の軸とに向かう経路に沿って反射されるように構成されており、
    前記反射要素が、前記支持要素に解放可能に、また着脱可能に接続される、ＴＯＦ質量分析計。
    
16. 前記支持要素が平面状の要素である、請求項１５に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
17. 前記反射要素がプリズムである、請求項１５に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
18. 前記反射要素がガラス製である、請求項１５から１７のいずれか一項に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
19. 前記反射要素が、導電性材料で形成されているか、または導電性材料で被覆されている、請求項１５から１８のいずれか一項に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
20. 前記支持要素が、複数の反射要素を持っている、請求項１５から１９のいずれか一項に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
21. 前記支持要素の前記開口が、前記支持要素の表面から直立する中空で細長い部材を形成する突き出たフランジによって囲まれている、請求項１５から２０のいずれか一項に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
22. 一つまたは複数の前記反射要素が、前記反射要素の側面の一つが、前記中空で細長い部材に接触し、および該部材によって支持されている、請求項２１に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
23. 前記中空で細長い部材が、接地された導電性管であることを特徴とする、請求項２１または２２に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
24. 前記支持要素が導電性であって、接地されている、請求項１５から２３のいずれか一項に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
25. 前記光反射システムが、前記少なくとも一つの反射要素への入射光が、前記開口の軸が前記サンプルプレートと交差する点で、前記サンプルプレートに当たるように構成されている、請求項１５から２４のいずれか一項に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
26. 前記反射要素への入射光の経路が、３０度以下の角度で、前記反発プレートで前記開口の軸と交差する、請求項２５に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
27. 前記反射要素への入射光の経路が、４度から５度の角度で、前記反発プレートで前記開口の軸と交差する、請求項２６に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
28. 前記光源がレーザーである、請求項１５から２７のいずれか一項に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
29. 前記光源が、前記サンプルが散乱光の検出によって観察できるように、前記反射要素を介して前記サンプルプレート上の前記サンプルに、光を向けるためのものである、請求項１５から２７のいずれか一項に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
30. 前記光反射システムが、前記質量分析計の前記ドリフト領域内に配置されている、請求項１５から２９のいずれか一項に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
31. 前記静電レンズが、前記サンプルプレートと前記光反射システムとの間に配置されている、請求項３０に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
32. 前記光反射システムが、前記サンプルプレートと前記静電レンズとの間に配置されている、請求項３１に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
33. 前記貫通チャネルが、前記要素の表面から直立する管状部材によって提供される、請求項１に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
34. 前記貫通チャネルが、前記開口の直径以上の長さを有する、請求項１に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
35. イオン軌道が、前記抽出レンズと前記静電レンズとの間の点で前記質量分析計のイオン光軸と交差する、請求項１に記載のＴＯＦ質量分析計。
    
36. 前記光源が、前記サンプルプレート上のサンプルを脱離させるためのレーザーである、請求項１に記載のＴＯＦ質量分析計。

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