[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(Time-of-Flight Mass Spectrometer，以下简称为“TOFMS”)，更详细地说，涉及一种用于在TOFMS中使离子通过并且对该离子进行加速或减速的栅格状电极。

背景技术

在TOFMS中，对源自样本成分的离子赋予固定的动能使其飞行固定距离的空间，测量其飞行所需的时间，根据该飞行时间求出离子的质量电荷比。因此，在对离子进行加速而使其开始飞行时，如果离子的位置、离子所具有的初始能量存在偏差，则具有相同质量电荷比的离子的飞行时间产生偏差，造成质量分辨率、质量精度降低。作为解决这样的问题的方法之一，已知在与离子束的入射方向正交的方向上对离子进行加速而将其送入飞行空间的正交加速(也称为垂直加速、正交牵引)方式的TOFMS(参照非专利文献1、非专利文献3等)。

图11的(a)是典型的正交加速方式TOFMS的概要结构图，图11的(b)是离子飞行的中心轴上的电势分布图。由未图示的离子源生成的离子在X轴方向上被赋予初速度而入射到正交加速部1。在正交加速部1中，通过施加在挤压电极11与栅格状电极12、13之间的脉冲电场使离子向Z轴方向射出，在TOF型质量分离器2中的无电场飞行区域2A中飞行。然后，离子在形成有上坡电势的反射区域2B中被反射，折返飞行而到达检测器3，从而被检测到。

为了抑制正交加速部1的因离子的空间扩展度造成的质量分辨率降低，典型的是进行调整使得从正交加速部1射出的离子团(离子的集合体)暂时收敛到存在于无电场飞行区域2A中的收敛面21上，然后，扩展了的离子团由于反射区域2B而再次在检测器3的检测面上收敛。为了实现这样的收敛，正交加速部1如图11的(a)所示，既可以是利用两个栅格状电极12、13形成两段均匀电场的双阶段型，也可以是利用一个栅格状电极形成一段均匀电场的单阶段型。另一方面，由栅格状电极22、23形成的反射电场也既可以是作为两段均匀电场的双阶段型，也可以是作为一段均匀电场的单阶段型。即，调整多个均匀电场的强度使得离子团在检测器3的检测面上收敛即可。在非专利文献1中详细记载了用于实现这样的收敛条件的理论。

如上述那样在正交加速方式TOFMS中，为了形成正交加速电场、反射电场，广泛利用使用了导电性材料的栅格状电极。此外，此处所述的“栅格状”的构造体包括在纵横两个方向上将细长的构件组合成棋盘格状(方格状)的构造体和将细长的构件以固定间隔排列(一般是平行排列，但并不一定必须是平行)的构造体这两者。前者的构造的电极大多简称为网格电极，后者的构造的电极为了与前者相区别而有时被称为平行网格电极等。

图12是表示以往使用的栅格状电极的一个例子的一部分剖切立体图。该栅格状电极200具有将宽度W、厚度T的格棂部201以间隔P平行地排列而得到的构造，相邻的两个格棂部201之间的开口202的宽度(短边方向大小)是P-W，开口202的长度(长边方向大小)是L。开口202的深度与格棂部201的厚度T相等。

在这样的栅格状电极200的入口侧和出口侧(在图12中为下侧和上侧)电场强度不同的情况下，在开口202的宽度P-W过宽时，由通过了开口202的电场的渗透、透镜效果造成的射束的发散变得显著。因此，优选开口202的宽度P-W尽量小。另一方面，在几何学上，用开口202的宽度与格棂部201的间隔之比、即(P-W)/P给出这种构造的栅格状电极200的离子的透过率。因此，如果格棂部201的间隔P相同，则格棂部201的宽度W越小则离子透过率越大。为了实现离子束的发散小并且能够达到高的离子透过率的理想的栅格状电极，优选格棂部201的间隔P和宽度W尽量小，但如后述那样，由于机械强度这一点、可制作性而其小的程度有极限。

为了在使格棂部201的间隔P尽量小的同时实现高的离子透过率，开发出了利用了电铸技术的TOFMS用微细栅格状电极。例如在非专利文献2、3中，公开了基于电铸的镍(Ni)制的栅格状电极，其格棂部的间隔P是83[μm]，格棂部的宽度W约是25[μm]，格棂部的厚度T约是10[μm]。根据这些文献，其离子透过率是70～80%左右。另外，作为市场销售的栅格状电极的例子，有非专利文献4所记载的产品。在该产品中，以栅格间隔250[μm]铺设18[μm]的钨线，由此实现了92%这样的高的离子透过率。

如上所述，通过电铸、细线的铺设等方法实现了微细栅格状电极，但这种构造的电极的机械强度比较低。因此，存在以下这样的问题。