JP6536313B2 - Mass spectrometer components - Google Patents
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Description
本発明は、質量分析装置のイオン飛行空間を形成するために用いられる部材に関する。 The present invention relates to a member used to form an ion flight space of a mass spectrometer.
質量分析装置の一種として、飛行時間型質量分析装置(TOFMS:Time-of-Flight Mass Spectrometer)が知られている。飛行時間型質量分析装置では、電場により加速されたイオンをフライトチューブの一端から導入してフライトチューブ内を自由飛行させ、自由飛行の経路の終端に設けられた検出器に到達するまでの飛行時間に応じて、各種イオンを質量電荷比m/z毎に分離して検出する。 As one type of mass spectrometer, a time-of-flight mass spectrometer (TOFMS) is known. In a time-of-flight mass spectrometer, ions accelerated by an electric field are introduced from one end of a flight tube, free-fly in the flight tube, and the flight time until a detector provided at the end of the free flight path is reached In accordance with the above, various ions are separated and detected for each mass-to-charge ratio m / z.
ところで、飛行時間に応じて各種イオンを質量電荷比m/z毎に分離できるという原理は、イオンの飛行距離が一定であるという前提の下で成り立っているところ、この飛行距離は、フライトチューブの長さにより規定される。したがって、フライトチューブの長さが例えば温度によって変化すると、飛行距離の一定性が担保されず、飛行時間に基づく質量電荷比m/zの特定精度が悪化する。 By the way, the principle of being able to separate various ions at every mass-to-charge ratio m / z according to the flight time is based on the premise that the flight distance of ions is constant, this flight distance is It is defined by the length. Therefore, if the length of the flight tube changes with temperature, for example, the flight distance does not remain constant, and the accuracy in identifying the mass-to-charge ratio m / z based on the flight time deteriorates.
そこで、フライトチューブの長さが温度によって変化することを回避するための技術が、従来から各種提案されている。例えば、フライトチューブを、内部が一定の温度に保たれた恒温室の中に入れることが提案されている(例えば特許文献1参照)。また例えば、フライトチューブを熱膨張率の小さい材料(例えば、FeとNiの合金であるインバー(invar))で形成することも試みられている。 Therefore, various techniques for preventing the change in the length of the flight tube due to the temperature have been conventionally proposed. For example, it has been proposed that the flight tube be placed in a temperature-controlled room kept at a constant temperature inside (see, for example, Patent Document 1). For example, it has also been attempted to form the flight tube of a material having a low coefficient of thermal expansion (for example, invar which is an alloy of Fe and Ni).
しかしながら、恒温室の中にフライトチューブを入れる方法では、恒温室とその内部を一定の温度に保つための設備(ヒータ、ファン、温度センサ、温調制御を行う制御部、等)が必要となり、質量分析装置の大型化や製造コスト上昇が避けられない。また、恒温室に配置される温度センサ自体も発熱して恒温室の温度に影響を与えてしまうところ、このような影響まで加味して恒温室を精密に一定温度に保ち続けるような高精度な温度制御を行うことは容易ではない。 However, the method of putting the flight tube in the temperature-controlled room requires equipment (heater, fan, temperature sensor, control unit for controlling temperature control, etc.) to keep the temperature-controlled room and its inside at a constant temperature, The increase in size and manufacturing cost of the mass spectrometer can not be avoided. In addition, the temperature sensor itself placed in the temperature-controlled room also generates heat and affects the temperature of the temperature-controlled room, so it is possible to accurately keep the temperature-controlled room at a constant temperature with high precision. It is not easy to carry out temperature control.
一方、フライトチューブをインバーのような熱膨張率の小さい材料で形成すれば、フライトチューブの長さが温度によって変化しにくくはなる。しかしながら、たとえインバーであっても、その熱膨張率はまったくのゼロではない。したがって、インバーで形成したとしても、フライトチューブの長さは温度によって僅かに変化してしまう。 On the other hand, if the flight tube is formed of a material having a small coefficient of thermal expansion, such as Invar, the length of the flight tube hardly changes with temperature. However, even if it is Invar, its coefficient of thermal expansion is not zero at all. Therefore, even if formed by invar, the length of the flight tube changes slightly depending on the temperature.
このように、フライトチューブの長さが温度によって変化することを十分に回避できる有効な技術は従来存在しなかった。 Thus, no effective technique has hitherto existed that can sufficiently prevent the flight tube length from changing with temperature.
なお、質量分析装置には、長さが温度によって変化することで分析精度に悪影響を与える部材が、フライトチューブの他にも存在する。
例えば、質量分析装置には、イオンをフライトチューブまで輸送するためのイオン輸送光学系としてアインツェルレンズが配設される場合がある。アインツェルレンズを用いたイオン輸送光学系は、イオンの飛行経路に沿って配列された複数枚(一般的には3枚)の電極と、隣り合う電極間に配置される絶縁スペーサとを含んで構成されるところ、この絶縁スペーサの長さ(イオンの飛行経路に沿う長さ)が温度によって変化すると、電極の間隔の一定性が担保されない。電極の間隔が変化すると、定められたレンズ作用(具体的には例えば、定められた加速度)をイオンに与えることができず、分析精度に悪影響を及ぼす。
In addition, in the mass spectrometer, a member that adversely affects the analysis accuracy by changing the length depending on the temperature exists in addition to the flight tube.
For example, in a mass spectrometer, an einzel lens may be disposed as an ion transport optical system for transporting ions to a flight tube. An ion transport optical system using an einzel lens includes a plurality of (generally three) electrodes arranged along the flight path of ions, and an insulating spacer disposed between adjacent electrodes. If the length of the insulating spacer (length along the flight path of ions) changes with temperature, the uniformity of the electrode spacing can not be secured. If the electrode spacing changes, it is not possible to apply a defined lens action (specifically, for example, a defined acceleration) to the ions, which adversely affects the analysis accuracy.
本発明が解決しようとする課題は、質量分析装置において、イオンの飛行空間を形成するために用いられる部材の長さが温度によって変化することに起因して分析精度が悪化することを回避できる技術の提供である。 The problem to be solved by the present invention is a technique that can avoid deterioration in analysis accuracy due to temperature change of the length of a member used to form the flight space of ions in a mass spectrometer. Offer.
上記課題を解決するために成された本発明は、
電場により加速されたイオンを自由飛行させ、検出器に到達するまでの飛行時間に応じて質量電荷比毎に分離して検出する質量分析装置の、イオンの飛行経路に沿って配置される部材であって、
前記飛行経路に沿う長さがL1の第1部分と、
前記飛行経路に沿って前記第1部分の隣に配置され、前記第1部分と異なる材料で形成された、前記飛行経路に沿う長さがL2の第2部分と
から成り、
前記長さL1および前記長さL2が、
前記第1部分の形成材料の前記飛行経路に沿う線膨張率をα1、前記第2部分の形成材料の前記飛行経路に沿う線膨張率をα2、としたとき、
L1×α1+L2×α2=0
となるように設定されていることを特徴とする。
The present invention made to solve the above problems is
A member of a mass spectrometer which separates and accelerates ions accelerated by an electric field and detects each mass-to-charge ratio according to the time of flight to reach a detector, and which is disposed along the flight path of ions There,
A first portion of L1 along the flight path;
It consists of a second part of the length L2 along the flight path, which is arranged next to the first part along the flight path and is made of a material different from the first part,
The length L1 and the length L2 are
Assuming that the linear expansion coefficient of the forming material of the first portion along the flight path is α1, and the linear expansion coefficient of the forming material of the second portion along the flight path is α2.
L1 × α1 + L2 × α2 = 0
It is characterized in that it is set to be
この態様によると、イオンの飛行経路に沿って配置される部材において、第1部分の長さ(イオンの飛行経路に沿う長さ)が、例えば熱膨張によりΔLだけ長くなったとき、第2部分の長さ(イオンの飛行経路に沿う長さ)が、熱収縮により同じΔLだけ短くなる(ΔL=L1×α1×Δθ=−L2×α2×Δθ、Δθは温度変化)。つまり、第1部分の熱膨張幅が、第2部分の熱収縮幅により相殺され、当該部材の全体の長さ(イオンの飛行経路に沿う長さ)は変化しない。したがって、イオンの飛行経路に沿って配置される部材の長さが温度によって変化することに起因して質量分析装置の分析精度が悪化することが回避される。
According to this aspect, in the member disposed along the flight path of ions, when the length of the first portion (length along the flight path of ions) is increased by, for example, ΔL due to thermal expansion, the second portion (The length along the flight path of ions) is shortened by the same ΔL due to thermal contraction (ΔL = L1 × α1 × Δθ = −L2 × α2 × Δθ , Δθ is a temperature change ). That is, the thermal expansion width of the first portion is offset by the thermal contraction width of the second portion, and the entire length of the member (length along the flight path of ions) does not change. Therefore, it is avoided that the analysis accuracy of the mass spectrometer is deteriorated due to the temperature change of the length of the member disposed along the flight path of the ions.
前記質量分析装置用の部材は、好ましくは、
前記第1部分の熱容量と、前記第2部分の熱容量とが、等しいことを特徴とする。
The member for the mass spectrometer is preferably
The heat capacity of the first part and the heat capacity of the second part are equal.
この態様によると、第1部分の熱容量と第2部分の熱容量とが等しいので、周囲の温度が例えばθ1からθ2に変化する場合に、第1部分の温度変化のスピードと、第2部分の温度変化のスピードとが一致する。つまり、各部分の温度が一定になっている時間帯(平衡状態の時間帯)だけでなく、各部分が温度変化している時間帯(非平衡状態の時間帯)でも、第1部分と第2部分との温度が常にほぼ等しくなっている。仮に、第1部分と第2部分との熱容量が大きく異なる場合、一方の温度が他方よりも速く昇温(あるいは、降温)するため、一方が他方よりも速く熱収縮(あるいは、熱膨張)してしまい、部材の全体の長さが変化するタイミングが現れる可能性があるが、第1部分と第2部分との熱容量が等しいと、そのようなタイミングが現れない。つまり、部材の全体の長さ(イオンの飛行経路に沿う長さ)が常に一定に保たれる。 According to this aspect, since the heat capacity of the first part and the heat capacity of the second part are equal, when the ambient temperature changes, for example, from θ1 to θ2, the speed of the temperature change of the first part and the temperature of the second part Match the speed of change. That is, not only in the time zone in which the temperature of each portion is constant (time zone of equilibrium state), but also in the time zone in which each portion changes in temperature (time zone of non-equilibrium state) The temperature with the two parts is always almost equal. If the heat capacity of the first portion and the second portion is largely different, one of them heats up (or cools down) faster than the other because one of them heats up (or cools down) faster than the other. Therefore, there is a possibility that the timing when the entire length of the member changes may appear, but when the heat capacity of the first portion and the second portion is equal, such timing does not appear. That is, the entire length of the member (length along the flight path of ions) is always kept constant.
前記質量分析装置用の部材は、好ましくは、
内部にイオンの自由飛行空間を形成するフライトチューブであることを特徴とする。
The member for the mass spectrometer is preferably
It is characterized by being a flight tube which forms free flight space of ion inside.
この態様によると、フライトチューブの長さ(イオンの飛行経路に沿う長さ)が温度によって変化しないので、イオンの飛行距離の一定性が担保される。したがって、飛行時間に応じて各種イオンを質量電荷比m/z毎に正確に分離できる。 According to this aspect, since the length of the flight tube (length along the flight path of ions) does not change with temperature, the flight distance uniformity of the ions is secured. Therefore, various ions can be accurately separated at every mass-to-charge ratio m / z according to the time of flight.
前記質量分析装置用の部材は、好ましくは、
前記飛行経路に沿って配列される複数の電極の間に配置される絶縁スペーサであることを特徴とする。
The member for the mass spectrometer is preferably
The insulating spacer may be disposed between the plurality of electrodes arranged along the flight path.
この態様によると、絶縁スペーサの長さ(イオンの飛行経路に沿う長さ)が温度によって変化しないので、電極の間隔の一定性が担保される。したがって、飛行するイオンに対して、定められた作用を正確に与えることができる。 According to this aspect, since the length of the insulating spacer (the length along the flight path of ions) does not change with temperature, a certain distance between the electrodes is secured. Therefore, the defined action can be accurately given to the flying ions.
また、別の態様に係る本発明は、
電場により加速されたイオンを自由飛行させ、検出器に到達するまでの飛行時間に応じて質量電荷比毎に分離して検出する質量分析装置において、イオンの飛行経路に沿って配列される複数の電極の間に配置される絶縁スペーサであって、
前記飛行経路に沿う長さがL1の第1部分と、
前記飛行経路に沿って前記第1部分の隣に配置され、前記第1部分と異なる材料で形成された、前記飛行経路に沿う長さがL2の第2部分と
から成り、
前記長さL1および前記長さL2が、
前記第1部分の形成材料の前記飛行経路に沿う線膨張率をα1、前記第2部分の形成材料の前記飛行経路に沿う線膨張率をα2、前記電極の前記飛行経路に沿う長さをL3、前記電極の前記飛行経路に沿う線膨張率をα3、としたとき、
L1×α1+L2×α2+L3×α3=0
となるように設定されていることを特徴とする。
Moreover, the present invention according to another aspect is
A plurality of mass analyzers arranged along the flight path of ions in a mass spectrometer which separates and accelerates ions accelerated by an electric field and detects each mass-to-charge ratio according to the time of flight to reach the detector. An insulating spacer disposed between the electrodes,
A first portion of L1 along the flight path;
It consists of a second part of the length L2 along the flight path, which is arranged next to the first part along the flight path and is made of a material different from the first part,
The length L1 and the length L2 are
The linear expansion coefficient of the forming material of the first portion along the flight path is α1, the linear expansion coefficient of the forming material of the second portion along the flight path is α2, and the length of the electrode along the flight path is L3 When the linear expansion coefficient along the flight path of the electrode is α3,
L1 × α1 + L2 × α2 + L3 × α3 = 0
It is characterized in that it is set to be
この態様によると、絶縁スペーサの第1部分の長さ(イオンの飛行経路に沿う長さ)が、熱膨張により例えばΔL1だけ長くなり、電極の長さ(イオンの飛行経路に沿う長さ)が、熱膨張により例えばΔL3だけ長くなったとき、第2部分の長さが、熱収縮により短くなる幅ΔL2は、ΔL1+ΔL3と一致する(−ΔL2=−L2×α2×Δθ=L1×α1×Δθ+L3×α3×Δθ=ΔL1+ΔL3)。したがって、電極が温度変化によって膨張(あるいは、収縮)しても、電極の間隔の一定性が担保される。その結果、飛行するイオンに対して、定められた作用を正確に与えることができる。
According to this aspect, the length of the first portion of the insulating spacer (length along the flight path of ions) is increased by, for example, ΔL1 due to thermal expansion, and the length of the electrode (length along the flight path of ions) is When the length of the second part is increased by, for example, ΔL3 due to thermal expansion, the width ΔL2 in which the length of the second part is shortened due to heat contraction coincides with ΔL1 + ΔL3 (−ΔL2 = −L2 × α2 × Δθ = L1 × α1 × Δθ + L3 × α3 × Δθ = ΔL1 + ΔL3). Therefore, even if the electrode expands (or shrinks) due to temperature change, the uniformity of the electrode spacing is secured. As a result, it is possible to accurately give a defined action to the flying ions.
イオンの飛行経路に沿って配置されてイオンの飛行空間を形成するために用いられる部材において、第1部分の長さ(イオンの飛行経路に沿う長さ)が、熱膨張により例えばΔLだけ長くなったとき、第2部分の長さ(イオンの飛行経路に沿う長さ)が、熱収縮によりΔLだけ短くなるので、当該部材の全体の長さ(イオンの飛行経路に沿う長さ)は変化しない。したがって、当該部材の長さが温度によって変化することに起因して質量分析装置の分析精度が悪化することが、回避される。 In a member disposed along the flight path of ions and used to form the flight space of ions, the length of the first portion (length along the flight path of ions) is increased by, for example, ΔL due to thermal expansion. When this happens, the length of the second part (length along the flight path of ions) is shortened by ΔL due to heat contraction, so the overall length of the member (length along the flight path of ions) does not change . Therefore, it is avoided that the analysis accuracy of the mass spectrometer degrades due to the change of the length of the member depending on the temperature.
本発明の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
<1.質量分析装置100>
質量分析装置100の全体構成について、図1を参照しながら説明する。図1は、質量分析装置100の構成を模式的に示す図である。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
<1.
The entire configuration of the
質量分析装置100は、電場により加速されたイオンを自由飛行させ、検出器に到達するまでの飛行時間に応じて質量電荷比毎に分離して検出する飛行時間型質量分析装置(TOFMS)である。
The
質量分析装置100は、イオンを生成するためのイオン源10を備える。イオン源10として、例えば、マトリクス支援レーザ脱離イオン化(MALDI=Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization)法によるイオン源を採用することができる。この場合、イオン源10は、上面にサンプルプレート9が載置されるステージ1と、レーザ光を発するレーザ照射部2と、該レーザ光を反射しつつサンプルプレート9上に形成されたサンプル90に集光する反射鏡3と、を含む。もっとも、イオン源10は、MALDIイオン源に限られるものではなく、例えば、レーザ脱離イオン源、脱離エレクトロスプレイイオン源、プラズマ脱離イオン源等であってもよい。
The
ステージ1の上方には、質量分析部20が配設される。質量分析部20は、内部にイオンの自由飛行空間Vを形成するフライトチューブ4と、イオン検出器5と、を含む。また、ステージ1と質量分析部20との間には、レーザ光が照射されることでサンプル90から発生したイオンをその発生位置の近傍から上方に引き出すための電場を形成する引き出し電極6と、引き出されたイオンに加速エネルギを付与するための加速電極7と、が配設されている。加速電極7は、具体的には例えば、イオンの飛行経路Fに沿って配列された複数(一般的には、3枚)の電極71と、隣り合う電極71の間に配置される絶縁スペーサ72と、を含む(所謂、アインツェルレンズ)。図の例においては、隣り合う電極71の間に、互いに直径が異なるリング状の絶縁スペーサ72が2個ずつ設けられている。
A
質量分析装置100の動作について説明する。サンプル90は、レーザ光を吸収しやすくかつイオン化しやすい物質であるマトリクスと予め混合されて、サンプルプレート9に載せられている。サンプルプレート9に載置されたこのサンプル90に、レーザ照射部2から発せられるレーザ光が照射されることによって、サンプル90に含まれる化合物がイオン化される。
The operation of the
発生したイオンは、引き出し電極6が形成する電場によって上方に引き出され、加速電極7により加速エネルギを付与されて、フライトチューブ4に導入される。フライトチューブ4に導入されたイオンは、自由飛行空間Vを電場の影響を受けずに自由に飛行して、イオン検出器5に到達する。自由飛行空間Vでは質量電荷比が小さいイオンほど大きな飛行速度を有するため、ほぼ同時に飛行を開始した各種のイオンの中で、質量電荷比が小さなイオンから順に検出器5に到達して検出されることになる。
The generated ions are extracted upward by the electric field formed by the
このように、質量分析部20では、電場によりほぼ同時に加速した各種イオンをフライトチューブ4内に形成される自由飛行空間Vに導入し、自由飛行空間V中を飛行してイオン検出器5に到達するまでの時間(飛行時間)に応じて、各種イオンを、質量(厳密には質量電荷比m/z)毎に分離する。イオン検出器5では到達するイオンの量に応じた検出信号が連続的に得られるので、飛行時間を質量に換算した上で、横軸を質量軸、縦軸を信号強度軸とする質量スペクトルを作成することができる。
As described above, in the
<2.イオンの飛行経路Fに沿って配置される部材>
上述したとおり、質量分析装置100においては、イオンの飛行経路Fに沿って各種の部材が配置される。イオンの飛行経路Fに沿って配置される部材は、例えばイオンの飛行空間を形成するために用いられる部材であることも多く、当該部材の長さ(イオンの飛行経路Fに沿う長さ。以下の説明において「長さ」という場合、特に断りのない限り、「イオンの飛行経路Fに沿う長さ」を指す。)が温度によって変化することが問題になることが多い。例えば、フライトチューブ4や加速電極7の絶縁スペーサ72がこのような部材に該当する。
<2. Members arranged along the flight path F of ions>
As described above, in the
例えば、飛行時間に基づく質量電荷比m/zの特定は、イオンが自由飛行する飛行距離が一定でなければ正確になされない。したがって、フライトチューブ4の長さが温度によって変化してしまうと、質量電荷比m/zを正確に特定できなくなってしまう。
For example, the identification of the mass to charge ratio m / z based on the time of flight can not be made accurate unless the flight distance at which the ions fly freely is constant. Therefore, if the length of the
また例えば、加速電極7において、イオンの飛行経路Fに沿って配置される複数(図示の例では3枚)の電極71の間隔が一定でなければ、イオンに定められたレンズ作用(例えば加速度)を与えることができなくなってしまう。したがって、電極71の間に配置される絶縁スペーサ72の長さが温度によって変化してしまう場合にも、質量電荷比m/zを正確に特定できなくなってしまう。
Also, for example, in the
質量分析装置100においては、イオンの飛行経路Fに沿って配置され、その長さが温度によって変化することが問題になるような部材であるフライトチューブ4および絶縁スペーサ72の各々を、第1部分と、イオンの飛行経路Fに沿って第1部分の隣に配置され、第1部分と異なる材料で形成された第2部分とから構成することによって、その長さが温度によって変化することを回避している。以下に、フライトチューブ4および絶縁スペーサ72の具体的な構成について説明する。
In the
<2−1.フライトチューブ4>
図2には、フライトチューブ4の側断面図が模式的に示されている。ここに示されるように、フライトチューブ4は、その延在方向に沿って(つまり、イオンの飛行経路Fに沿って)、第1部分41と第2部分42とが接がれることによって形成されている。すなわち、第1部分41と第2部分42とは、いずれも真っ直ぐな筒状であり、各々の中心軸が一致するように配置されて、第1部分41の一端と第2部分42の一端とが、例えば溶接によって接合されている。
<2-1.
A side sectional view of the
第1部分41を形成する材料(以下「第1材料」と呼ぶ)と第2部分42を形成する材料(以下「第2材料」と呼ぶ)のうちの一方は線膨張率が正の材料であり、他方は線膨張率が負の材料である。負の線膨張率を有する材料として、具体的には、ビスマス・ランタノイド・ニッケル酸化物(Bi1-xLnxNiO3)、ビスマス・ニッケル・鉄酸化物(BiNi1-xFexO3)、シリコン酸化物、マンガン窒化物、ニッケル酸化物、タングステン酸ジルコニウム、タングステン酸化物、チタン酸アルミニウム、鉄酸化物、カーボン繊維、等が挙げられる。 One of the material forming the first portion 41 (hereinafter referred to as "first material") and the material forming the second portion 42 (hereinafter referred to as "second material") is a material having a positive coefficient of linear expansion. And the other is a material having a negative coefficient of linear expansion. As a material having a negative coefficient of linear expansion, specifically, bismuth lanthanide nickel oxide (Bi 1-x Ln x NiO 3), bismuth-nickel-iron oxide (BiNi 1-x Fe x O 3) , Silicon oxide, manganese nitride, nickel oxide, zirconium tungstate, tungsten oxide, aluminum titanate, iron oxide, carbon fiber, and the like.
イオンの飛行経路Fに沿う第1部分41の長さ(「L1」と示す)、および、イオンの飛行経路Fに沿う第2部分42の長さ(「L2」と示す)は、第1材料の線膨張率(飛行経路Fに沿う線膨張率)をα1、第2材料の線膨張率(飛行経路Fに沿う線膨張率)をα2、としたとき、
L1×α1+L2×α2=0 ・・・(式1)
となるように設定されている。なお、線膨張率が、「α=(dL/dθ)/L0」で与えられる場合(ただし、θは温度、Lは長さ、L0は0℃における長さ)、(式1)におけるL1は、第1部分41の0℃における長さであり、L2は第2部分42の0℃における長さである。
The length of the
L1 × α1 + L2 × α2 = 0 (Equation 1)
It is set to be In the case where the linear expansion coefficient is given by “α = (dL / dθ) / L 0 ” (where θ is temperature, L is length, L 0 is length at 0 ° C.), and (Expression 1) L1 is the length at 0 ° C. of the
したがって、図に示されるように、例えば温度変化Δθによって、第1部分41の長さが、例えば熱膨張によりΔLだけ長くなったとき、第2部分42の長さが、熱収縮により同じΔLだけ短くなる(ΔL=L1×α1×Δθ=−L2×α2×Δθ)。つまり、第1部分41の熱膨張幅が、第2部分42の熱収縮幅により相殺され、フライトチューブ4の全体の長さは変化しない。フライトチューブ4の長さが温度によって変化しないので、イオンの飛行距離の一定性が担保される。したがって、質量分析装置100において、飛行時間に応じて各種イオンを質量電荷比m/z毎に正確に分離できる。
Therefore, as shown in the figure, when the length of the
ここで、フライトチューブ4においては、例えば第1部分41の厚み(長さ方向と直交する方向の厚み、以下においても同様)d1と第2部分42の厚みd2とが互いに調整されることによって、第1部分41の熱容量と第2部分42の熱容量とが等しくなっている。
Here, in the
したがって、周囲の温度が例えばθ1からθ2に変化する場合に、第1部分41の温度変化のスピードと、第2部分42の温度変化のスピードとが一致する。つまり、各部分41,42の温度が一定になっている時間帯(平衡状態の時間帯)だけでなく、各部分41,42の温度が変化している時間帯(非平衡状態の時間帯)でも、第1部分41と第2部分42との温度が常にほぼ等しくなっている。仮に、第1部分41と第2部分42との熱容量が大きく異なる場合、一方の温度が他方よりも速く昇温(あるいは、降温)するため、一方が他方よりも速く熱収縮(あるいは、熱膨張)してしまい、フライトチューブ全体の長さが変化するタイミングが現れる可能性があるが、ここでは、第1部分41と第2部分42との熱容量が等しいため、そのようなタイミングが現れない。つまり、フライトチューブ4の全体の長さが、常に一定に保たれる。
Therefore, when the ambient temperature changes, for example, from θ1 to θ2, the speed of the temperature change of the
<2−2.絶縁スペーサ72>
図3には、加速電極7の部分側断面図が模式的に示されている。上述した通り、加速電極7は、その延在方向に沿って(つまり、イオンの飛行経路Fに沿って)配列された3個の電極71と、隣り合う電極71の間に配置された絶縁スペーサ72と、を備える。絶縁スペーサ72は、各電極71を絶縁しつつ位置決めするための部材である。
2-2. Insulating
A partial side sectional view of the
絶縁スペーサ72は、その延在方向に沿って(つまり、イオンの飛行経路Fに沿って)、第1部分721と第2部分722とが接がれることによって形成されている。すなわち、第1部分721と第2部分722とは、いずれも、厚みが均一な例えば平面視リング状の部材であり、第1部分721の一方の主面と第2部分722の一方の主面とが、例えば溶接によって接合されている。
The insulating
絶縁スペーサ72においても、フライトチューブ4と同様、第1部分721を形成する材料(第1材料)と第2部分722を形成する材料(第2材料)のうちの一方は線膨張率が正の材料であり、他方は線膨張率が負の材料である。そして、イオンの飛行経路Fに沿う第1部分721の長さ(「L1」と示す)、および、イオンの飛行経路Fに沿う第2部分722の長さ(「L2」と示す)は、第1材料の線膨張率(飛行経路Fに沿う線膨張率)をα1、第2材料の線膨張率(飛行経路Fに沿う線膨張率)をα2、としたとき、上記の(式1)が成立するように設定されている。なお、ここでは、説明の便宜上、第1部分721の長さをL1で示しており、上記においてフライトチューブ4の第1部分41の長さもL1で示しているが、絶縁スペーサ72の第1部分721の長さとフライトチューブ4の第1部分41の長さとは、互いに異なるものであってよいことはいうまでもない。L2についても同様である。また、以下の説明においても同様である。
Also in the insulating
したがって、図に示されるように、例えば温度変化Δθによって、第1部分721の長さが、例えば熱膨張によりΔLだけ長くなったとき、第2部分722の長さが、熱収縮により同じΔLだけ短くなる(ΔL=L1×α1×Δθ=−L2×α2×Δθ)。つまり、第1部分721の熱膨張幅が、第2部分722の熱収縮幅により相殺され、絶縁スペーサ72の全体の長さは変化しない。絶縁スペーサ72の長さが温度によって変化しないので、電極71の間隔の一定性が担保される。したがって、飛行するイオンに対して、定められた作用を正確に与えることができる。
Therefore, as shown in the figure, when the length of the
絶縁スペーサ72においても、フライトチューブ4と同様、例えば第1部分721の断面積(長さ方向と直交する方向に切断した断面積、以下においても同様)と第2部分722の断面積とが互いに調整されることによって、第1部分721の熱容量と第2部分722の熱容量とが等しくなっていることが好ましい。この構成によると、上述したとおり、各部分721,722の温度が一定になっている時間帯だけでなく、各部分721,722の温度が変化している時間帯でも、第1部分721と第2部分722との温度が常にほぼ等しくなっており、絶縁スペーサ72の全体の長さ(ひいては、電極71の間隔)が、常に一定に保たれる。
Also in the insulating
<2−3.絶縁スペーサ72a>
図4には、別の態様に係る絶縁スペーサ72aを備える加速電極7aの部分側断面図が模式的に示されている。この絶縁スペーサ72aも、上述した絶縁スペーサ72と同様、その延在方向に沿って(つまり、イオンの飛行経路Fに沿って)、第1部分721aと第2部分722aとが接がれることによって形成されている。
<2-3. Insulating
FIG. 4 schematically shows a partial side sectional view of the
この絶縁スペーサ72aも、上述した絶縁スペーサ72と同様、第1部分721aを形成する材料(第1材料)と第2部分722aを形成する材料(第2材料)のうちの一方は線膨張率が正の材料であり、他方は線膨張率が負の材料である。そして、イオンの飛行経路Fに沿う第1部分721aの長さ(「L1」と示す)、および、イオンの飛行経路Fに沿う第2部分722aの長さ(「L2」と示す)は、第1材料の線膨張率(飛行経路Fに沿う線膨張率)をα1、第2材料の線膨張率(飛行経路Fに沿う線膨張率)をα2、イオンの飛行経路Fに沿う各電極71の長さをL3、電極71の線膨張率(飛行経路Fに沿う線膨張率)をα3、としたとき、
L1×α1+L2×α2+L3×α3=0 ・・・(式2)
となるように設定されている。
Similarly to the insulating
L1 × α1 + L2 × α2 + L3 × α3 = 0 (Equation 2)
It is set to be
したがって、例えば温度変化Δθによって、第1部分721aの長さが、例えば熱膨張によりΔL1だけ長くなり、電極71の長さが、例えば熱膨張によりΔL3だけ長くなったとき、第2部分722aの長さが、熱収縮により短くなる幅ΔL2は、ΔL1+ΔL3と一致する(−ΔL2=−L2×α2×Δθ=L1×α1×Δθ+L3×α3×Δθ=ΔL1+ΔL3)。つまり、電極71が温度変化によって膨張(あるいは、収縮)しても、電極71の間隔の一定性が担保される。したがって、飛行するイオンに対して、定められた作用を正確に与えることができる。
Therefore, for example, when the length of the
絶縁スペーサ72aにおいては、例えば第1部分721aの断面積と第2部分722aの断面積とがそれぞれ調整されることによって、第1部分721aの熱容量と第2部分722aの熱容量と各電極71の熱容量とが、等しくなっていることが好ましい。この構成によると、各部分721a,722aおよび各電極71の温度が一定になっている時間帯だけでなく、各部分721a,722aおよび各電極71の温度が変化している時間帯でも、第1部分721a、第2部分722a、および、各電極71の温度が常にほぼ等しくなっており、電極71の間隔が、常に一定に保たれる。
In the insulating
<3.他の実施形態>
上記の実施形態に係る質量分析装置100は、自由飛行空間Vにおいてイオンを直線的に飛行させる態様(所謂、リニアTOFMS)であるとしたが、本発明は、イオンの飛行軌道を反転させるタイプの質量分析装置(所謂、リフレクトロンTOFMS)、或いは、イオンを周回軌道に沿って繰り返し飛行させるタイプの質量分析装置(所謂、マルチターンTOFMS)などにも適用できる。
<3. Other Embodiments>
Although the
図5には、イオンの飛行軌道を反転させるタイプの質量分析装置100aの構成例が模式的に示されている。なお、図中、上記の実施形態に係る質量分析装置100が備える要素と同じ要素には同じ符号を付し、説明を省略する。
FIG. 5 schematically shows an example of the configuration of a
質量分析装置100aは、直流電場の作用によってイオンを折返し飛行させるリフレクトロン(反射器)8を備える。リフレクトロン8は、具体的には例えば、中央に穴が形成された板状の電極81を、絶縁スペーサ82を介して一定の間隔で複数枚配置した構造を有している。そして、例えば電気抵抗による電位配分のもとに、各電極81に対して、イオン源10から遠ざかるほど電位が高くなるような電圧が印加される。これにより、リフレクトロン8の内部に傾斜電界が形成され、自由飛行空間Vを直線的に飛行してリフレクトロン8の内部に到達したイオンはこの傾斜電界によって反射される。
The
リフレクトロン8が備える絶縁スペーサ82も、上述したフライトチューブ4や絶縁スペーサ72と同様、イオンの飛行経路Fに沿って配置され、その長さが温度によって変化することが問題になるような部材である。そこで、この絶縁スペーサ82を、第1部分と、イオンの飛行経路Fに沿って第1部分の隣に配置され、第1部分と異なる材料で形成された第2部分とから構成することによって、その長さが温度によって変化することが回避されている。
In the same way as the
具体的には、絶縁スペーサ82は、その延在方向に沿って(つまり、イオンの飛行経路Fに沿って)、第1部分821と第2部分822とが接がれることによって形成されている。すなわち、第1部分821と第2部分822とは、いずれも、厚みが均一な例えば平面視リング状の部材であり、第1部分821の一方の主面と第2部分822の一方の主面とが、例えば溶接によって接合されている。
Specifically, the insulating
絶縁スペーサ82においても、フライトチューブ4等と同様、第1部分821を形成する材料(第1材料)と第2部分822を形成する材料(第2材料)のうちの一方は線膨張率が正の材料であり、他方は線膨張率が負の材料である。そして、イオンの飛行経路Fに沿う第1部分821の長さ(「L1」と示す)、および、イオンの飛行経路Fに沿う第2部分822の長さ(「L2」と示す)は、第1材料の線膨張率(飛行経路Fに沿う線膨張率)をα1、第2材料の線膨張率(飛行経路Fに沿う線膨張率)をα2、としたとき、上記の(式1)が成立するように設定されている。したがって、温度が変化しても、絶縁スペーサ82の全体の長さは変化せず、電極81の間隔の一定性が担保される。
Also in the insulating
なお、イオンの飛行経路Fに沿う第1部分821の長さL1、および、イオンの飛行経路Fに沿う第2部分822の長さL2は、第1材料の線膨張率(飛行経路Fに沿う線膨張率)をα1、第2材料の線膨張率(飛行経路Fに沿う線膨張率)をα2、イオンの飛行経路Fに沿う各電極81の長さをL3、電極81の線膨張率(飛行経路Fに沿う線膨張率)をα3、としたとき、上記の(式2)が成立するように設定されていてもよい。この場合、上述したとおり、電極81が温度変化によって膨張(あるいは、収縮)しても、電極81の間隔の一定性が担保される。
The length L1 of the
絶縁スペーサ82においても、例えば第1部分821の断面積と第2部分822の断面積とが互いに調整されることによって、第1部分821の熱容量と第2部分822の熱容量とが等しくなっていることが好ましい。この構成によると、上述したとおり、第1部分821と第2部分822との温度が常にほぼ等しくなるように担保されるので、絶縁スペーサ82の全体の長さが常に一定に保たれる。
Also in the insulating
また、第1部分821の断面積と第2部分822の断面積とがそれぞれ調整されることによって、第1部分821の熱容量と第2部分822の熱容量と各電極81の熱容量とが、等しくなっていることも好ましい。この構成によると、上述したとおり、第1部分821、第2部分822、および、電極81の温度が常にほぼ等しくなるように担保されるので、電極81の間隔が常に一定に保たれる。
Further, by adjusting the cross-sectional area of the
1 ステージ
2 レーザ照射部
3 反射鏡
4 フライトチューブ
41 第1部分
42 第2部分
5 イオン検出器
6 引き出し電極
7,7a 加速電極
71 電極
72,72a 絶縁スペーサ
721,721a 第1部分
722,722a 第2部分
8 リフレクトロン
81 電極
82 絶縁スペーサ
821 第1部分
822 第2部分
10 イオン源
20 質量分析装部
100,100a 質量分析装置
L1 第1部分の、飛行経路に沿う長さ
L2 第2部分の、飛行経路に沿う長さ
L3 電極の、飛行経路に沿う長さ
α1 第1材料の、飛行経路に沿う線膨張率
α2 第2材料の、飛行経路に沿う線膨張率
α3 電極の、飛行経路に沿う線膨張率
F 飛行経路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記飛行経路に沿う長さがL1の第1部分と、
前記飛行経路に沿って前記第1部分の隣に配置され、前記第1部分と異なる材料で形成された、前記飛行経路に沿う長さがL2の第2部分と
から成り、
前記長さL1および前記長さL2が、
前記第1部分の形成材料の前記飛行経路に沿う線膨張率をα1、前記第2部分の形成材料の前記飛行経路に沿う線膨張率をα2、としたとき、
L1×α1+L2×α2=0
となるように設定されており、
前記第1部分の熱容量と前記第2部分の熱容量とが等しいことを特徴とする質量分析装置用部材。 A member of a mass spectrometer which separates and accelerates ions accelerated by an electric field and detects each mass-to-charge ratio according to the time of flight to reach a detector, and which is disposed along the flight path of ions There,
A first portion of L1 along the flight path;
It consists of a second part of the length L2 along the flight path, which is arranged next to the first part along the flight path and is made of a material different from the first part,
The length L1 and the length L2 are
Assuming that the linear expansion coefficient of the forming material of the first portion along the flight path is α1, and the linear expansion coefficient of the forming material of the second portion along the flight path is α2.
L1 × α1 + L2 × α2 = 0
Is set in such a way that,
A member for a mass spectrometer , wherein a heat capacity of the first part and a heat capacity of the second part are equal .
前記部材が、
内部にイオンの自由飛行空間を形成するフライトチューブであることを特徴とする質量分析装置用部材。 It is a member for mass spectrometry according to claim 1 ,
The member is
A member for a mass spectrometer characterized in that it is a flight tube that forms free flight space of ions inside.
前記部材が、
前記飛行経路に沿って配列される複数の電極の間に配置される絶縁スペーサであることを特徴とする質量分析装置用部材。 It is a member for mass spectrometry according to claim 1 ,
The member is
A member for a mass spectrometer, which is an insulating spacer disposed between a plurality of electrodes arranged along the flight path.
前記飛行経路に沿う長さがL1の第1部分と、
前記飛行経路に沿って前記第1部分の隣に配置され、前記第1部分と異なる材料で形成された、前記飛行経路に沿う長さがL2の第2部分と
から成り、
前記長さL1および前記長さL2が、
前記第1部分の形成材料の前記飛行経路に沿う線膨張率をα1、前記第2部分の形成材料の前記飛行経路に沿う線膨張率をα2、前記電極の前記飛行経路に沿う長さをL3、前記電極の前記飛行経路に沿う線膨張率をα3、としたとき、
L1×α1+L2×α2+L3×α3=0
となるように設定されており、
前記第1部分の熱容量と前記第2部分の熱容量と前記電極の熱容量とが等しい
ことを特徴とする絶縁スペーサ。 A plurality of mass analyzers arranged along the flight path of ions in a mass spectrometer which separates and accelerates ions accelerated by an electric field and detects each mass-to-charge ratio according to the time of flight to reach the detector. An insulating spacer disposed between the electrodes,
A first portion of L1 along the flight path;
It consists of a second part of the length L2 along the flight path, which is arranged next to the first part along the flight path and is made of a material different from the first part,
The length L1 and the length L2 are
The linear expansion coefficient of the forming material of the first portion along the flight path is α1, the linear expansion coefficient of the forming material of the second portion along the flight path is α2, and the length of the electrode along the flight path is L3 When the linear expansion coefficient along the flight path of the electrode is α3,
L1 × α1 + L2 × α2 + L3 × α3 = 0
Is set in such a way that,
An insulating spacer , wherein a heat capacity of the first part, a heat capacity of the second part, and a heat capacity of the electrode are equal .
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