JPH0548575B2 - - Google Patents
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- JPH0548575B2 JPH0548575B2 JP59204958A JP20495884A JPH0548575B2 JP H0548575 B2 JPH0548575 B2 JP H0548575B2 JP 59204958 A JP59204958 A JP 59204958A JP 20495884 A JP20495884 A JP 20495884A JP H0548575 B2 JPH0548575 B2 JP H0548575B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
- H01J49/34—Dynamic spectrometers
- H01J49/40—Time-of-flight spectrometers
- H01J49/403—Time-of-flight spectrometers characterised by the acceleration optics and/or the extraction fields
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Description
【発明の詳細な説明】
(イ) 産業上の利用分野
この発明は飛行時間型質量分析装置に関し、と
くにそのイオン加速方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (a) Field of Industrial Application This invention relates to a time-of-flight mass spectrometer, and particularly to an ion acceleration method thereof.
(ロ) 従来技術
従来の飛行時間型質量分析装置では、イオン化
質と引き出し電極間に直流電圧を印加しておき、
イオン化室でのイオン発生をパルス的におこなう
方法や、イオン発生は定常的におこないイオン化
室からのイオンの引き出しをパルス電圧でおこな
う方法などがよく知られている。これらの方法
は、どちらもすべての質量のイオンに等しいエネ
ルギを与えて加速（等エネルギ加速）するもので
ある。すなわち質量ｍのあるイオンを考えると、
1/2mvo2＝eVo＝一定 ……（１−１）
なる関係がなりたつ。ここでvoはイオンの得る
速度、Voは引き出し電圧、ｅは電荷量である。
いまイオン検出器までの無電界空間の距離をＬと
すると、イオンの飛行時間Ｔは
Ｔ＝L/vo＝Ｌ√／√2
……（１−２）
となり、飛行時間Ｔは質量の平行根√に比例す
るもので、したがつて飛行時間Ｔが異なることを
利用して質量ｍの区別をおこなうものである。(b) Prior art In conventional time-of-flight mass spectrometers, a DC voltage is applied between the ionized substance and the extraction electrode.
Well-known methods include a method in which ions are generated in the ionization chamber in a pulsed manner, and a method in which ions are generated constantly and ions are extracted from the ionization chamber using a pulse voltage. Both of these methods apply equal energy to ions of all masses to accelerate them (equal-energetic acceleration). In other words, considering an ion with mass m, the following relationship holds: 1/2mvo 2 = eVo = constant... (1-1). Here, vo is the velocity obtained by the ions, Vo is the extraction voltage, and e is the amount of charge.
Now, if the distance in the field-free space to the ion detector is L, the ion flight time T is T=L/vo=L√/√2
...(1-2) The time of flight T is proportional to the parallel root √ of the mass, and therefore, the difference in the time of flight T is used to distinguish the mass m.
しかしながら、等エネルギ加速では飛行時間Ｔ
が質量の平方根√に比例するために、質量ｍが
大きくなるに従つてある質量数差Δmに対する飛
行時間Ｔの差ΔTが小さくなり、高質量域での質
量数測定が困難なるものである。 However, with isoenergetic acceleration, the flight time T
is proportional to the square root of the mass, the difference ΔT in flight time T for a given mass number difference Δm decreases as the mass m increases, making it difficult to measure the mass number in a high mass range.
(ハ) 目的
この発明は上記の事情に鑑みてなさたもので、
高質量域での質量数測定が容易でかつ分解能のよ
い飛行時間型質量分析装置を提供しようとするも
のである。(c) Purpose This invention was made in view of the above circumstances.
The present invention aims to provide a time-of-flight mass spectrometer that can easily measure mass numbers in a high mass range and has good resolution.
(ニ) 構成
そしてこの発明は、パルス電圧発生手段により
イオン化室と引き出し電極間にパルス電圧を印加
する構成で、そのさらに詳しい構成は、試料をイ
オン化するイオン化室と、イオン化室から引き出
されたイオンが飛行する径路であるドリフト管
と、イオン検出器と、イオン化室とドリフト管と
の間に位置する引き出し電極とを備える飛行時間
型質量分析装置において、イオン化室と引き出し
電極間に、すべてのイオンを等運動量加速させか
つ観測すべき最小質量数のイオンがドリフト管へ
到達する時間より短かいパルス幅のパルス電圧を
発生させるパルス電圧発生手段を電気的に接続し
て設けることを特徴とする飛行時間型質量分析装
置である。(D) Configuration This invention has a configuration in which a pulse voltage is applied between an ionization chamber and an extraction electrode using a pulse voltage generation means. In a time-of-flight mass spectrometer equipped with a drift tube, which is a path through which ions fly, an ion detector, and an extraction electrode located between the ionization chamber and the drift tube, all ions are A flight characterized by electrically connecting and providing a pulse voltage generating means for accelerating by a uniform momentum and generating a pulse voltage having a pulse width shorter than the time it takes for ions of the minimum mass number to be observed to reach the drift tube. It is a time-based mass spectrometer.
(ホ) 実施例
以下この発明の実施例を図面にて詳述するが、
この発明が以下の実施例に限定されるものではな
い。(E) Examples Examples of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
This invention is not limited to the following examples.
第１図において、この発明の飛行時間型質量分
析装置１の構造について説明する。 Referring to FIG. 1, the structure of a time-of-flight mass spectrometer 1 of the present invention will be explained.
２はイオン化室で、レーザ光や電子線をターゲ
ツト物質に照射してイオンを定常的に発生させる
ものである。３は引き出し電極で、無電界空間を
形成するドリフト管４のイオン化室側の端部近傍
に位置する。ドリフト管４のもう一方の端部近傍
にイオン検出器５が配設されている。６はパルス
電圧発生手段で、イオン化室２と引き出し電極３
とに接続される。パルス電圧発生手段６は第２図
に示すように、観測すべき最小質量数のイオンが
引き出し電極３へ到達する時間より短かいパルス
幅Δtのパルス電圧Voを発生させるものである。 Reference numeral 2 denotes an ionization chamber that constantly generates ions by irradiating a target substance with a laser beam or an electron beam. Reference numeral 3 denotes an extraction electrode located near the end of the drift tube 4 on the ionization chamber side that forms an electric field-free space. An ion detector 5 is disposed near the other end of the drift tube 4. 6 is a pulse voltage generating means, which connects the ionization chamber 2 and the extraction electrode 3.
connected to. As shown in FIG. 2, the pulse voltage generating means 6 generates a pulse voltage Vo having a pulse width Δt shorter than the time required for ions of the minimum mass number to be observed to reach the extraction electrode 3.
つぎに第３図もまじえてこの発明の飛行時間型
質量分析装置１の動作について説明する。 Next, the operation of the time-of-flight mass spectrometer 1 of the present invention will be explained with reference to FIG.
いま１価のイオンについて考えるものとする。
イオン化室２と引き出し電極３との間に距離を
Ｄ、イオンの質量をｍ、イオンの飛行方向をｚ、
イオンの電荷量をｅ、パルス電圧発生手段６が出
力するパルス電圧をＶ(t)とすると、このイオンの
運動方程式は、
ｍd2z／dt2＝eE(t)＝ｅ／ＤＶ(t)……（２−１
）
ただしＥ(t)はパルス電圧Ｖ(t)によつて発生する
電界である。 Let us now consider monovalent ions.
The distance between the ionization chamber 2 and the extraction electrode 3 is D, the mass of the ions is m, the flight direction of the ions is z,
Assuming that the amount of charge of the ion is e and the pulse voltage output by the pulse voltage generating means 6 is V(t), the equation of motion of this ion is md 2 z/dt 2 = eE(t) = e/DV(t) ...(2-1
) However, E(t) is the electric field generated by the pulse voltage V(t).
となる。そしてこのイオンの時刻ｔでの速度ｖは
ｖ＝dz／dt＝ｅ／mD∫t pＶ(t)dt ……（２−２）
となる。すなわちこのイオンが距離Ｄを飛行する
時間より短い時間のパルス幅Δtをもつパルス電
圧Voにて加速されるとその速度ｖは、
ｖ＝ｅ／mDVoΔt ……（２−３）
となり、すべてのイオンにおいてイオンの持つ運
動量が等しくeVoΔt／Ｄになる事を示している。becomes. The velocity v of this ion at time t is v=dz/dt=e/mD∫ t p V(t)dt (2-2). In other words, when this ion is accelerated by a pulse voltage Vo with a pulse width Δt shorter than the time it takes to fly a distance D, its velocity v becomes v=e/mDVoΔt (2-3), and all ions This shows that the momentum of the ions is equally eVoΔt/D.
すなわちパルス幅Δtのパルス電圧Voにてイオ
ンを加速すれば、イオンは等運動加速されるもの
である。したがつてこのイオンがイオン検出器５
までの距離Ｌを飛行する時間Ｔは
Ｔ＝Ｌ／ｖ＝mDL／eVoΔt ……（２−４）
で与えられ、飛行時間Ｔがイオンの質量ｍに比例
することがわかる。この事は第３図に示すよう
に、飛行時間Ｔとイオンの質量ｍとは直線Ａの関
係であり、飛行時間Ｔから質量ｍの換算を容易に
するものである。 That is, when ions are accelerated with a pulse voltage Vo having a pulse width Δt, the ions are uniformly accelerated. Therefore, this ion is detected by the ion detector 5.
The time T for flying the distance L to the ion is given by T=L/v=mDL/eVoΔt (2-4), and it can be seen that the flight time T is proportional to the mass m of the ion. This is because, as shown in FIG. 3, the flight time T and the mass m of the ion are related by a straight line A, which facilitates the conversion of the flight time T to the mass m.
つぎに（２−４）式より質量分解能Ｒを求める
と、
Ｒ＝Ｍ／Δm＝Ｔ／ΔT∝ｍ
……（２−５）
ただしΔmは質量ｍを中心とした質量数差とな
り、質量分解能Ｒが質量数に比例して大きくなる
ものである。また質量数差Δmと飛行時間差Δと
の比は、
ΔT／Δm＝LD／eVoΔt ……（２−６）
となり、質量ｍに依存しない一定値となる。この
事は第３図からもわかるように、従来の等エネル
ギ加速による質量と飛行時間との関係を示す曲線
Ｂにおいて、高質量になるほどΔT／Δmが小さ
くなり質量ｍの決定が困難になるものであるが、
この発明においては（２−６）式で示されるもの
であるため、低質量域から高質量域まで質量ｍの
決定は容易である。 Next, find the mass resolution R from equation (2-4): R = M / Δm = T / ΔT∝m ... (2-5) However, Δm is the mass number difference centered on mass m, and the mass resolution is R increases in proportion to the mass number. Further, the ratio between the mass number difference Δm and the flight time difference Δ is as follows: ΔT/Δm=LD/eVoΔt (2-6), which is a constant value that does not depend on the mass m. As can be seen from Figure 3, in curve B showing the relationship between mass and flight time due to conventional isoenergetic acceleration, the higher the mass, the smaller ΔT/Δm, making it difficult to determine the mass m. In Although,
In this invention, since it is expressed by equation (2-6), it is easy to determine the mass m from a low mass range to a high mass range.
なお上記実施例においては、パルス電圧波形と
して第２図に示すような理想的な矩形波を用いた
が、（２−２）式からも明らかなようにパルス電
圧Ｖ(t)の時間積分値が飛行時間Ｔに関係するた
め、かならずしもその波形は短形波形となる必要
はない。 In the above embodiment, an ideal rectangular wave as shown in FIG. 2 was used as the pulse voltage waveform, but as is clear from equation (2-2), the time integral value of the pulse voltage V(t) is related to the flight time T, so the waveform does not necessarily have to be a rectangular waveform.
さらにイオン化室におけるイオンの発生につい
て、上記実施例では定常的なものを説明したが、
イオンの発生をパルス的に行ない（たとえばパル
スレーザ光やパルス１次イオンやパルス中性粒子
などによりおこない、）イオン発生後実施例同様、
等運動量加速をおこなえば同様の効果が期待でき
るものである。 Furthermore, regarding the generation of ions in the ionization chamber, the steady generation was explained in the above example.
Ions are generated in a pulsed manner (for example, by pulsed laser light, pulsed primary ions, pulsed neutral particles, etc.) After ion generation, as in the example,
A similar effect can be expected if uniform momentum acceleration is performed.
(ハ) 効果
この発明によれば、イオンを等運動量加速をお
こなうため飛行時間が質量に比例するようにな
り、高質量域での質量数測定が容易である飛行時
間型質量分析装置が得られる。また飛行時間が質
量に比例しているため、飛行時間からの質量の換
算が容易となるとともに、質量分解能も質量に比
例するようになるため、高質量域での分解能がよ
くなる。さらに質量数差に対する飛行時間差が質
量に依存せずに一定であるため、高質量域での質
量数決定が容易になるものである。(c) Effects According to the present invention, since the ions are accelerated with uniform momentum, the flight time becomes proportional to the mass, and a time-of-flight mass spectrometer that can easily measure mass numbers in a high mass range can be obtained. . Furthermore, since the flight time is proportional to the mass, it is easy to convert the mass from the flight time, and the mass resolution is also proportional to the mass, so the resolution in the high mass range is improved. Furthermore, since the flight time difference with respect to the mass number difference is constant regardless of the mass, it becomes easy to determine the mass number in a high mass range.
第１図はこの発明の実施例構成略図、第２図は
パルス電圧の波形を示す説明図、第３図は飛行時
間と質量との関係を示すグラフである。
２……イオン化室、３……引き出し電極、４…
…ドリフト管、５……イオン検出器、６……パル
ス電圧発生手段。
FIG. 1 is a schematic diagram of the configuration of an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing the waveform of a pulse voltage, and FIG. 3 is a graph showing the relationship between flight time and mass. 2...Ionization chamber, 3...Extraction electrode, 4...
...Drift tube, 5...Ion detector, 6...Pulse voltage generating means.
Claims (1)
室から引き出されたイオンが飛行する径路である
ドリフト管と、イオン検出器と、イオン化室とド
リフト管との間に位置する引き出し電極とを備え
る飛行時間型質量分析装置において、イオン化室
と引き出し電極間に、すべてのイオンを等運動量
加速させかつ観測すべき最小質量数のイオンがド
リフト管へ到達する時間より短かいパルス幅のパ
ルス電圧を発生させるパルス電圧発生手段を電気
的に接続して設けることを特徴とする飛行時間型
質量分析装置。1 A time-of-flight type that includes an ionization chamber that ionizes the sample, a drift tube that is a path for ions extracted from the ionization chamber to travel, an ion detector, and an extraction electrode located between the ionization chamber and the drift tube. In a mass spectrometer, a pulse voltage that generates a pulse voltage between the ionization chamber and the extraction electrode that accelerates all ions with uniform momentum and has a pulse width shorter than the time it takes for ions with the minimum mass number to be observed to reach the drift tube. A time-of-flight mass spectrometer characterized in that a generating means is electrically connected.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59204958A JPS6182651A (en) | 1984-09-29 | 1984-09-29 | Time-of-flight mass spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59204958A JPS6182651A (en) | 1984-09-29 | 1984-09-29 | Time-of-flight mass spectrometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6182651A JPS6182651A (en) | 1986-04-26 |
| JPH0548575B2 true JPH0548575B2 (en) | 1993-07-21 |
Family
ID=16499122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59204958A Granted JPS6182651A (en) | 1984-09-29 | 1984-09-29 | Time-of-flight mass spectrometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6182651A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9617312D0 (en) * | 1996-08-17 | 1996-09-25 | Millbrook Instr Limited | Charged particle velocity analyser |
-
1984
- 1984-09-29 JP JP59204958A patent/JPS6182651A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6182651A (en) | 1986-04-26 |
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