[發明專利]質譜儀

有效

• 申請號: 200710137065.0
• 申請日: 2007-07-19
• 公開（公告）號: CN101110336A
• 公開（公告）日: 2008-01-23
• 發明（設計）人: 西口克;山口真一;豐田岐聰
• 申請（專利權）人: 株式會社島津制作所;國立大學法人大阪大學
• 主分類號: H01J49/40
• 分類號: H01J49/40;H01J49/06;G01N27/62
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及一種質譜儀，更具體地涉及一種包括離子光學系統的多重輪回飛行時間質譜儀或傅立葉變換質譜儀，在離子光學系統中使離子沿閉合環行軌道反復飛行。

背景技術

在飛行時間質譜儀(TOF-MS)中，基于通過固定能量加速的離子具有與離子質量相對應的飛行速度這一事實，一般根據通過對離子在固定距離上飛行所需的時間機械進行測量而獲得的飛行時間，計算離子的質量。因此，為提高質量分辨率，加長飛行距離是特別有效的。但是，沿直線加長飛行距離會不可避免地增大設備體積，這是不實際的，所以開發了一種稱作多重輪回飛行時間質譜儀的質譜儀，以加長飛行距離(例如，參閱專利文獻1和非專利文獻1或其他文獻)。

在這種多重輪回飛行時間質譜儀中，通過使用兩個到四個扇形電場來形成數字“8”形狀的閉合環行軌道，并使離子沿該環行軌道反復飛行多次，有效加長飛行距離。已證明這種結構使飛行距離不再受到整體設備尺寸的限制，并且質量分辨率隨著輪回次數的增加而提高。

在上述多重輪回飛行時間質譜儀中，有必要防止由于具有相同質荷比的離子在通過環行軌道的飛行期間的時間和空間膨脹而引起的靈敏度和分辨率的降低。因此，在設計離子光學系統以定義環行軌道時，除了要求軌道在幾何和結構上應該是閉合的之外，還要求在飛行之后飛行時間峰決不應該變寬，并且離子束決不應該發散。

為了回應這種需求，例如在專利文獻1中描述的多重輪回飛行時間質譜儀中，要求離子在通過環行軌道飛行之后的飛行時間不依賴于離子的初始位置、初始角度和初始能量，以作為時間聚焦條件，并要求飛行之后離子的位置和角度具有與飛行之前離子的位置和角度相同的狀態，而無論能量如何，以作為空間聚焦條件。這表示系統需要滿足完全聚焦條件，在該條件下，除了離子的飛行時間值可能根據其質量差異而不同之外，離子的位置、方向(角度)和其他參數在通過環行軌道的飛行之前和之后完全相同。因此，即使引入環行軌道的離子的初始能量發生變化，只要質荷比保持相同，就可以獲得相同的飛行時間，從而達到較高的質量分辨率。

但是，設計滿足上述常規多重輪回飛行時間質譜儀要求的完全聚焦條件的離子光學系統是非常困難的。一般通過在包括上述聚焦條件的多種條件下提供具有初始能量、位置、角度等變化的入射離子，在計算機中對離子軌道進行仿真，決定這種離子光學系統的設計，即，選擇用于配置離子光學系統的電極形狀和排列。但是，上述聚焦條件太嚴格而無法確定實際上滿足該條件的、物理上可行的離子光學系統。并且因為由此確定的離子光學系統只有少量變化，所以在當前環境下幾乎沒有設計自由。此外，對于電極形狀和排列以及其他結構尺寸，由此確定的離子光學系統具有較小的容限，除非離子光學系統是嚴格按照設計來制造的，否則質量分辨率、靈敏度和其他性能很容易大幅度降低。

將詳細說明上述常規多重輪回飛行時間質譜儀的離子光學系統中的聚焦條件。首先解釋在下面參照圖6的說明中使用的表示離子軌道的方法。現在，假設離子從入射面入射，并通過包括扇形電場和其他組件的離子光學系統輸送，以從出射面射出。(為了方便說明，圖6中用直線繪出了離子的中心軌道。)具有特定能量和特定質荷比的離子將精確地按照中心軌道飛行；該離子定義為基準離子。如果從入射面出發的離子在位置、飛行方向(或角度)和動能方面初始偏離了基準離子，則當該離子到達出射面時，該離子在空間上和時間上偏離按照中心軌道飛行的離子。根據離子光學系統的公知理論，這種空間和時間偏離可以由如下一階近似等式表示：

x＝(x|x)x₀+(x|α)α₀+(x|δ)δ....(1)

α＝(α|x)x₀+(α|α)α₀+(α|δ)δ....(2)

y＝(y|y)y₀+(y|β)β₀....(3)

β＝(β|y)y₀+(β|β)β₀....(4)

t＝(t|x)x₀+(t|α)α₀+(t|δ)δ...(5)