JPS62274544A - 二重集中質量分析計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は質量分析計に関し、特に磁気セクター分析器を
組込んだ質量分析計に関する。

磁気セクター質量分析計において、イオン・ビームがイ
オンの質量対電荷比（ｍ　／　ｚ　）により決まる量だ
け磁界によって偏向される。そのような計器に部いて、
発生源からのイオンは先ず電位Ｖによって のエネルギまで加速される。ただしＶは加速後のイオン
の速度である。イオンが進行している平面に垂直に配設
される磁界を通過する際、イオンは遠心力□を経験する
。ただし「は磁界内のイオンの進路の曲率半径である。

磁界の強さがＢであれば、それが及ぼす力はＢ　であり
、ｖ Ｂｚｖ請□・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・−・・・・−・・・・・・・・・・・−・・［
２］「 ［１コと［２］を組合せて、 実際には、磁界に対して一定の位置に２つの幅狭のスリ
ット（すり割り）を用いることによりｒを一定にし、■
を一定に保つことにより、磁界Ｂを変えて異なるｍ／ｚ
比のイオンを選択する。よって磁界の効果を、白色光の
ビームをスペクトル成分に分散するプリズムの効果にな
ぞらえることができる。また光ビームについて光学レン
ズが行うのと同じやり方でイオン・ビームに方向集中効
果を与えるように磁界を配置することもできる。

すなわち、磁界がイオン・ビームを異なるｍ／ｚ比の成
分に分離すると同時にイオン源の像を形成するようにす
ることができる。つまりそれぞれが異なるｍ／ｚ比のイ
オンに相当する一連の集中像を生ずることができる。こ
の方向集中挙動を達成するためにはもちろん対物および
対像スリットを適正に位置決めし、光学像を生ずるのに
用いる光学レンズの場合と全く同様に磁界の形状を選ぶ
ことが必要である。使用される方法の理論および実地は
公知である。可能な限り鮮明な像、ひいては最高の質量
分解能を得るために磁界の分散特性のみならず方向集中
特性を利用する磁気セクター質全分析計は単一集中質量
分析計として知られている。

しかしどのように注意深く単一集中質量分析計が設計さ
れていても、対物スリットを通過して磁界に入る、同−
ｍ／ｚ比のイオンの速度が拡がりによって、その分解能
が常に制限される。実際には、通常使用されるイオン源
は数電子ボルトのエネルギ拡がりを生じ、その結果生ず
る加速されたイオン・ビームにおけるエネルギ変動（代
表的には３〜１０　ｋｅＶ）が通常、分解能を約３．０
００　（１，０重谷の定義）に制限する。高い分解能を
達するために、磁気セクター分析器と共にエネルギ選別
装置を用いる必要がある。使用される最も普通の型式は
一定距離に隔置された２個の円筒板から形成され、その
間に電位勾配（Ｅ）が維持されるセクターから成る。２
個の板の間のイオン・ビームの進路の半径を「　とする
ならば、イオンが受ける力は次式による表わされる： いっぽう、磁気セクター分析器の場合のように、イオン
が保有するエネルギは次式（５）で与えられる： この２式を組合せると、 「−子・−・・・・・・・・・・−・・・・・−・・・
・・［８１よってこの種の静電セクター分析器はイオン
−ビームを形成するイオンの並進エネルギによりイオン
・ビームを分散する。狭いスリットを用いてｒ　を固定
するならば、静電セクター分析器を用いて、著しいエネ
ルギの拡がりを有するビームから特定エネルギのイオン
を選別することができる。

磁気セクター分析器の場合と同様に、静電分析器も、対
物および対像スリットが正しく配置され、磁界自体の形
状が適正であるならばビームの方向集中を与えることが
できる。この集中挙動は明らかに分析器の分解能を高め
る。

従って高分解能質量分析計はイオン・ビームの質量およ
びエネルギの濾過を共に与えるために直列に並べた静電
セクターおよび磁気セクター分析器を共用する。この型
式の分析計において静電セクターおよび磁気セクターの
特定な組合せも方向集中のみならずイオン・ビームの速
度集中を生ずるということは公知である。換言すれば、
成る入射角の範囲内で、成る範囲に入るエネルギ値を有
して第１の分析器に入る１つのｍ／ｚ比のイオン・ビー
ムは第２の分析器の出口焦平面上の同一点に正確に焦点
を結ぶ。この型式の質量分析計は２重集中質量分析計と
して知られ、１００．０００　（１０重谷の定義）を超
える分解能を有する。２重集中質量分析計を設計するの
に用いられる方法は当業者にとって公知である。この種
の公知の分析計は２つの種類に別けられる。第１図に図
解するナイヤー／ジョンソン（Ｎｉｅｒ−ｊｏｈｎｓｏ
ｎ）幾何学系を有するものは、方向集中された実像が第
１の分析器によって形成され、この像が第２の分析器の
対象として用いられるような幾何学配置を有する。これ
はレンズからの距離が焦点距離よりも大きい所に対象が
ある時に凸形光学レンズにより実像を形成させることに
相当する。同様に検知器における第２の分析器によって
実像が形成される。

第２図に図解されるマツトアウホ／ヘルツオク（Ｍａｔ
ｔａｕｎｃｈ−Ｈｅｒｚｏｇ）幾何学系を有する分析計
は中間の実像を形成しない。その代りに、第１セクター
の像が無限遠にくるように配置され、第２の分析器の対
物距離も無限遠になるように配置されるので、第２の分
析器によってその焦点距離に等しい距離に実像が形成さ
れる。この配置は概して類似の性能のナイヤー／ジョン
ソン（Ｎｉｅｒ−Ｊｏｈｎｓｏｎ）幾何学系よりも小形
の計器を与え、感光板または多重チャンネル検知器を配
置して全体スペクトルを同時に記録し得るように、長い
焦平面を生ずるようにすることができる。

明らかに上記の集中作用は不完全であり、単純な光学レ
ンズの集中作用と同様に収差により阻害される。これら
の収差の多くは理論的に予測し得るもので、磁界の位置
および形状のいっそうの選択ならびに重要な寸法を決め
ることによって、少なくすることができる。収差の成る
ものを修正するために、補足の磁気および／または静電
レンズを組込むこともできる。集中挙動における他の収
差、殊に分析器の人口および出口における外辺磁界によ
る収差は予測不能であるが、実験的調整によって少なく
することができる。また、２次以上の高次の収差を少な
くするように分析計を設計するための原理は公知である
が、極く高性能の２重集中質量分析計の可能な設計の数
は限られている。

例えば、ヒンテルンベルガ−（Ｈｌｎｔｅｒｎｂｅｒｇ
ｅｒ）およびケーニッヒ（Ｋｏｎｉｇ）は「質量分析に
おける進歩Ｊ　（Ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　Ｍａｓｓ　
Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）第１巻１１９５９年、Ｐ１
６〜３５において、２次の次数まで像の欠陥を修正され
る分析計の設計に用いられる方法の詳細を示し、また可
能な多くの実地の設計を提案した。これらの設計の幾つ
かによる高性能の２重集中分析計が市販されている。そ
の何れもが１個の静電セクター分析器および１個の磁気
セクター分析器から成り、いかなる順序のセクターでも
２重集中挙動が得られることに注目すべきである。

急速に人気を得つつある質量分析計の技法はタンデム（
縦置）質量分析計であり、略してＭＳ／ＭＳと称せられ
ることが多い。これはイオンを衝突セルの中で不活性ガ
スの分子に衝突させて種々の質量／電荷比および運動エ
ネルギの微細化イオンを発生させることにより通常、誘
起されるイオンの微細化を研究するのに用いられる。こ
の技法には幾つかの変形があり、１９８３年ニューヨー
ク（ＮｅｗＹｏｒｋ）のウィレー（ｗｉｌｅｙ）社発行
の、ＦＪ、７ツクラフアテイ（Ｍｃｌａｒｌ’ｅｒｔｙ
）編、「タンデム質量分析計測Ｊ　（Ｔａｎｄｅｍ　Ｍ
ａｓｓ　５ｐｅｃｔｒｏａ＋ｅｔｒｙ）に詳細に記載さ
れている。代表的なタンデム質量分析実験は、試料から
の１次イオン・ビームの発生、特定ｍ／２値のイオンの
ビームを生ずるための前記ビームの濾過、イオンの細分
化を誘起するためにこのビームを衝突セルに通すこと、
そしてその後の細分化イオンの質量または運動エネルギ
の分析−１を含む。この種の実験は試料の化学組成につ
いて有益な情報を与え、複雑な混合物中の僅かな成分を
決定するための極く具体的な、高感度の方法を与えるこ
とができる。

もしも、２つのセクターの間に衝突セルが挿入され、第
１のセクターを１次イオン・ビームの濾過に使用し、第
２のセクターを細分化イオンの質量またはエネルギのス
ペクトルを与えるのに使用するならば、タンデム質量分
析計の代わりに従来の２セクタ一２重集中質量分析計を
用いることが可能である。しかしこの方法は、分析計の
他の部分において時に生ずる、細分化過程によって形成
される、調査中のイオン以外のイオンがセクターの片方
または両方を通過することによってスペクトルにしばし
ば偽のピーク（とんがり）が現れるという欠点を有する
。これらの「人工」ピークの存在は、生じたスペクトル
の解釈に重大な誤りを生ずることがあり得る。その出現
は３個以上のセクターを有する分析計を用いることによ
って少なくすることができることが知られており、広範
な形態を有する計測器が製作されている。例えば、磁気
セクターをＢ、静電セクターをＥ、４極質量分析器をＱ
、そして高効率４極衝突セルをＱｅで表わした時、下記
の形態を有する計測器が知られている： ＢＥＢ　　　　　ＢＥＱ　　　　　ＢＥＱｃＱＥＢＥ　
　　　　ＥＢＱ　　　　　ＥＢＱｃＱＥＢＥＢ　　　　
　ＥＱｃＱ ＢＥＥＢ　　　　　ＱＱｃＱ 下記の文献に種々の計測器の型式の詳細が記載されてい
る： １）　Ｐ、Ｗ、マツクラファティ（Ｍｃｌａｆｆ’ｅｒ
ｔｙ）、Ｐ、」。

トッド（Ｔｏｄｄ）、Ｄ、Ｃ，マツクギルヴアリー（Ｍ
ｃ−Ｇｌｌｖｅｒｙ　）　、Ｍ、Ａ、ボールドウィン（
Ｂｏｌｄｖｏｎ）著１米国化学協会誌（Ｊ、Ａａ＋、Ｃ
ｈｅｍ、Ｓｏｃ、）１９８０年、１０２巻、Ｐ３３６０
〜３３Ｂ３ ２）　Ｄ、Ｈ，ラッセル（Ｒｕｓｓｅｔ）、Ｅ、Ｈ，マ
ックベイ（Ｍｃ−Ｂａｙ）、Ｔ、Ｒ，ミニーラー（Ｍｕ
ｅｌｌｅｒ）著、インターナショナル争ラボラトリ−（
Ｉｎｔｅｒｎａｔ［ｏｎａｌ　Ｌａｂｏｒａ−ｔｏｒｙ
＞　１９８０年４月、Ｐ２Ｏ〜５１上記のうち、３個の
セクターのＢＥＢおよびＥＢＥの組合せは在来の２セク
タ一高分解能１次ステージと衝突セルめ後の低分解能単
一セクターの質量またはエネルギ分析器とを有する。も
しもこのような計測器を衝突セル無しに１次ビームが第
３セクターに入るように使用するならば、最終の像は速
度集中されず、従って速度集中された中間像において得
られる分解能に比べて低い分解能が得られる。ＢＥＢ計
測器も第１セクターの後に衝突セルを設けて、低分解能
１次ステージと高分解能２重集中２次ステージとが与え
られるような形態をとることができる。衝突セルなしで
この型式の計測器を用いても第２ステージのみで達成し
得るよりも低い分解能の最終像を生ずる。それは第１ス
テージにより生ずる像が速度集中されていないからであ
る。もちろん、中間の像位置に幅狭のスリットを挿入す
ることによって分解能を上げることができるけれども、
これは明らかに計測器の伝達効率を下げ、そのため感度
を悪くする。

４セクターのＥＢＥＢおよびＢＥＥ［ｌの組合せは、第
２および第３セクターの間にある衝突セルを有し、よっ
て直列の２個の２重集中分析計を構成し第１ステージに
よって発生した速度集中された像が第２ステージの対象
となる。衝突セル無しで使用する時、これらの計測器は
明らかに速度集中された像を生ずるが、第１ステージに
おける収差のために中間像よりも低い分解能にならざる
を得ない。

中間スリットを設ければ良くなるが、これは感度を損う
。

よって、衝突セル無しにどのような従来の多重セクター
・タンデム計測器を用いても、そのままの２セクタ一２
重集中分析計に比べて何らの利点も無いことが明らかで
あろう。実際、そのために分解能、または感度、もしく
はその両方ともが減する。このことは、最終の速度集中
された像を生ずるように全てのセクターが協働する。本
発明により構成された計測器と著しい対照をなす。

ＥＢＥ幾何学系を有するいま一つの型式の分析計が質量
分析分光器（日本）　、１９８０年、２８巻第３部、ｐ
２１７〜２２Ｂ＋：ｌ：Ｔ、タケダ、Ｓ、シバタおよび
Ｈ，マツダにより記載されている。この計測器では、低
質量イオンを高質量イオンに用いる同じ検知器上に偏向
するためにのみ第２の静電セクターを用い、エネルギ分
散作用を与えるのには使用しない。第１ステージが在来
のＥＢ２重集中幾何学系分析器であり、第２ステージが
交差磁界ＥＢ分析器である、いま一つの２ステージ・タ
ンデム質量分析計が英国特許第２１２３９２４Ａ号に記
載される。この計測器は先に述べた４セクターのＥＢＥ
ＢおよびＢＥＥＢ形態に似ている。

科学器械評論、［９６７年第３８巻（１０）り９３６１
およびそこで引用されている論文に、Ｔ、タケシタによ
り、いま一つの型式の多重セクター質量分析計が記載さ
れている。タケシタは、単一の磁気セクターの前に２個
の静電セクターを有し、その組合せが速度および方向集
中された最終像を生ずるように配置されることのできる
、マツトアウホ／ヘルツオク（Ｍａｔｔａｕｃｈ−Ｈｅ
ｒｚＯｇ）型分析法の範囲を記載する。

タケシタの設計の目的は単純な２セクターのマツドア゛
ウホ／ヘルツオク設計の欠点、つまり、セクター間に像
が形成されないのでイオン・ビームの速度の拡がりをビ
ームの拡散に無関係に調整し得ないという欠点を克服す
ることにある。タケシタの設計は２個の静電セクターを
相互に隣接させること、および、間にスリットを挿入し
得る２個のセクターの間、またはそのうち１個の内側（
スリットの必要が無い成る特殊な場合）の何れかに方向
集中像を形成すること、を必要とする。この２つの要求
が満たされない設計は提示されていない。

有機化学分析に磁気セクター質量分析計を用いる時に出
会う公知の難点は磁心のヒステリシスによってスペクト
ルの走査速度が制限されることである。積層磁心と極く
低抵抗のコイルを用いて多くの改良が近年可能となって
いるが、高速の走査中に伝達される実際の質量／電荷比
を、要求される質量に関連付けることの困難性が、達成
し得る最高速度を著しく制限する。実際に、複雑な電子
回路を用い、また質量の尺度を較正するために、標準試
料を、時には試料と同時に導入することによってはじめ
て妥当な結果を得ることができる。

適当な標準試料の選択が重大な問題となることがよくあ
る。これらの困難性は磁鉄心を有しない電磁石を用いて
減少することができるが、今日に至るまで、何らかの公
知の２重集中幾何学系を用いて有機化学分析に適当な質
量範囲を与えるのに必要な磁界の強さがそれを不可能に
していた。従って、磁鉄心の無い磁石の使用を可能にす
る程、充分に低い磁界しか必要としない。２重集中特性
を有する、有機化学分析に適した質量分析計を与えるこ
とが本発明の一目的である。

本発明の他の重要な目的および利点は以下に述べる本発
明の詳細な記載によって明らかにされるであろう。

本発明の一特徴によれば、少なくとも３個の静電型また
は磁気型の分析器セクターを有する質量分析計が与えら
れ、その少なくとも１個のセクターが静電型であり他の
少なくとも１個のセクターが磁気型であり、前記分析計
は少なくとも３個の前記セクターを含む１個の集中セク
ター配列を含み、該配列の該セクターは速度集中され方
向集中された像を形成するように協働するように寸法お
よび配置を有し、さらに前記配列の前記セクターは前記
配列内に速度集中された像を形成しないような寸法およ
び配置を有し、前記配列の前記セクターの１個は他の型
式の２個のセクターの間にそれらに隣接して配設されて
いる。

１個のセクターが他の型式の他の２個のセクターの間に
それらに隣接しているという意味は、イオンの飛行進路
において問題のセクターの直前および直後のセクターが
問題のセクターとは異なる型式であること、つまりセク
ターの順序がＢＥＢまたはＥＢＢであることである。

本発明の他の特徴によれば、静電型または磁気型の少な
くとも３個の分析器セクターを有する質量分析計が与え
られ、少なくとも１個のセクターは静電型で他の少なく
とも１個のセクターは磁気型であり、前記分析計は少な
くとも３個の前記セクターを含む１個の集中セクター配
列を含み、該配列の該セクターは速度集中され方向集中
された像を形成するように協働するような寸法および配
置を有し、さらに前記配列の前記セクターは前記配列内
に方向集中された像を形成しないような寸法および位置
を有する。本実施例において、前記配列のセクターの１
個は他の型式の２個のセクターの間にそれらに隣接して
配設されることが望ましい。

望ましくは、本発明の分析計は、中間の方向または速度
集中された像が形成されないように、ＥＢＥ形態に配設
された１個の磁気分析器セクターと２個の静電分析器セ
クターを含む。便宜上、分析計を通るイオンの運動に対
して直角な一つの平面によって分析計が２つの部分に分
割されていると見なす。該平面は、中央磁気セクター分
析器を通過するイオンの中心弾道と磁界の人口および出
口の境界との交点における、該弾道への垂直線の交点を
通過し、特定のｍ／ｚ比を有しエネルギの異なる全ての
イオンの弾道が前記平面に交差する点にて相互に平行に
なるように、該平面は前記垂直線の各々とそれぞれφ　
およびφｍ１２の角度をなｍｌ す。そしてセクター分析器の寸法および位置は次式を満
たすように選ばれるニ ーＪＴ　５ｌｎＪ「ｅｏｓφ＋ｓｉｎφｍｌ−０−−−
−−［７］ｅｌ　　　　ｍｌ および ただし： ’ｅｌは第１の静電分析器セクターの半径、ｒ８□は第
２の静電分析器セクターの半径、ｒ　は中央磁気骨）Ｊ
ｉ器セクターの半径、φｍ１は第１の静電セクターの頂
角、 φｅ２は第２の静電セクターの頂角、 φ　　φ　は前記定義のとおり、 ｍ１ゝ　ｌｌ１２ ε′−は前記定義の人口境界における垂直線に対する磁
気セク、ターの人口境界の傾斜角、ε′は前記定義の出
口境界における垂直線に対する磁気セクターの出口境界
の傾斜角、ｄｔは中心弾道にそって測定した、第１の静
電セクターの出口境界と磁気セクターの入口境界との間
の距離、 ｄ２は中心弾道にそって測定した、第２の静電セクター
の入口境界と磁気セクターの出口境界との間の距離。

さらに、望ましい形式によれば、角度ε′およびε″を
ゼロ（０）に等しくして、構成される分析法は次式を満
たす： １、ｒ。

また １、ｒｌ いま一つの望ましい形式によれば、分析計を対称形にし
、よってｄ　　−ｄ２−ｄ、φｅＬ−φｅ２−ｅ　　　
ｅｌ　　　ｅ２　　　ｅ’φｍｌ−φ１２−φ／２　（
磁φ　、 気セクター角度）となり、従って次式が満たされる： ′“　　　　　　　′・　　・・・・・・・・・・・・
・・・・−・・・・・・・［１１］さらにいま一つの望
ましい形式の分析計では、磁気セクターの半径（ｒ　　
）が静電セクターの半厘 径（「）およびセクター間の距離（ｄ）より遥かに大き
く、例えば５倍以上であり、従って次式がほぼ満たされ
る： ｔａｎφ　　　１２−　　ｌ’Ｔ　ｓｉｎ　　（Ｔ　　
φ　　　・・・・・・・・・−［：１２コｆｆｌ　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｅ本実
施例は、磁界強さが限定され、従って分析計が妥当な質
量範囲を有するためには大きな半径ｒ　を必要とする空
気心磁石と共に使用するのに適している。

本発明のいま一つの形式によれば、ＢＥＢ形態において
１個の静電セクター分析器および２個の磁気セクター分
析器が配設されていて、セクター間には速度集中像が形
成されず、方向集中および速度集中は共に３個の全部の
セクターの組合せにより達成されるようになっている。

便宜上、分析計は分析計を通るイオンの運動に対して直
角な平面によって２つの部分に分割されていると見なし
、該平面は静電界の境界の投影線の交点を通過し、それ
ぞれ人口および出口境界の投影線に対して角度φ８１お
よびφｍ２をなして特定のｍ／ｚ比を有するが、エネル
ギの異なる全てのイオンの弾道が前記平面に交差する点
において相互に平行になっている。そしてセクター分析
器の寸法および位置は次式を満たすように選ばれる： および ただし、 φｍ１は第１の磁気分析器セクターの頂角、φ１２は第
２の磁気分析器セクターの頂角、φｅ２およびφｅ２は
前記定義通り、 ’ｍｌは第１の磁気分析器セクターの半径、「１Ｉ１２
は第２の磁気分析器セクターの半径、「８は中央の静電
分析器のセクターの半径、ｄｌは第１の磁気セクターの
出口境界と静電分析器の人口境界の間の距離、 ｄ２は第２の磁気セクターの入口境界と静電分析器の出
口境界の間の距離、 ｅｌは第１の磁気セクターの中心弾道が磁気セクターの
出口境界を切る個所における、該中心弾道への垂直線に
対する第１の磁気セクターの出口境界の傾斜角、 ε２は第２の磁気分析器セクターの中心弾道が磁気セク
ター人口境界を切る個所における、該中心弾道への垂直
線に対する第２の磁気セクターの入口境界の傾斜角。

ＥＢＥ形態の場合、この分析計の望ましい形式は、ε　
およびε　−〇１φ　−φ　−φ　、φｅｌ”１　　　
　２　　　　　ｍｌ　　　ａ＋２　　　ＩＩＩφ　−φ
　　、ｄ−ｄ　　−ｄ　　、そして’１．ｌ１−ｅ２　
　　ｅ／２　　　　１　　２ ’　ｍ２＝　’　ｔｎとして得られる。これらの特徴を
有する分析計は、従って次式を満たす： 中間の速度集中像なしで速度集中される最終像を生ずる
、他の多重セクター質量分析計を設計するために類似の
方法を用いることが可能である。

先ず、所要のセクターの配置を１つの想像面によって２
つの部分に分割して、各部分は少なくとも１個のセクタ
ーと他の型式のいま１個のセクターの少なくとも１部分
を含むようにする。平面に交差する全てのイオンの弾道
が９０″で交差するようにその平面を引く。この平面に
そう角度偏差Ｙ　’１−０である。イオン源からその平
面までの分析計の各部分について公知の伝達マトリック
ス（行列）を用いてその平面におけるＹ　’１を求め、
それを０と置く。その平面の他の側における分析計の部
分を同様に処理して、１次の集中と最終の速度集中像の
発生に必要なセクター間の重要関係を見出すことができ
る。しかしセクターのあらゆる組合せがそのような平面
の作画を可能にするわけではないことが明らかである。

そのうち、ＥＢＥＢＥおよびＥＥＢＥＥの組合せが特に
有用な特性を有するであろうと考えられるが、他を除外
するものではない。

分析計を完全に設計するために、前出の式だけが満たさ
れるべき式ではないことがわかるであろう。特に、１次
の２重集中を得るために、イオン源およびイオン検知器
からそれぞれ最初および最終の分析器セクターまでの距
離を計算する必要がある。これを行う方法は当業者にと
って公知であり、本発明の最も望ましい形式についての
一例を後に示す。さらに、高性能の２セクタ一２重集中
計器の設計に用いられるものと似た手順に従って、集中
挙動における２次の収差を少なくするために、式［７］
〜［１５］の何れによっても決められないパラメータを
更に選ぶことも本発明の範囲内に入る。

２次の収差の修正を与えるために、他のレンズおよび可
変パラメータを計器に導入することができる。

従って、本発明による分析計の使用はｒ　が極く高く、
φ　が比較的小さい、高性能の２重集中分析計の構成を
可能にする。これは非磁鉄心を有する磁石の使用に理想
的に適している。しかしそのような配置の対物および対
像距離は後述するように大きいので、本発明のさらに望
ましい態様は、先に定義した２重集中質量分析計であっ
て、分析計のイオン源と配列の最初の分析器セクターの
入口境界との間、および配列の最終の分析器セクターの
出口境界とイオン検知器との間に配設される静電レンズ
を含み、前記静電レンズは前記最初の分析器の対物距離
および前記最終の分析器の対像距離を減ずるように配置
された分析計を含む。これらのレンズは方向集中および
速度集中を共に維持しながら、対物距離および対像距離
を著しく減する。また望ましくは、分析計の真空外筒の
外側から作動し得る調整自在の幅を有するスリットの必
要を無くするように、分析計の対物スリットおよび対像
スリットの有効幅を変えるために、さらに静電ズーム・
レンズが設けられる。

いま一つの特徴によれば、本発明は、先に定義した質量
分析計であって、前記磁気セクター、または前記磁気セ
クターの少なくとも１つが非磁鉄物質の心を有する電磁
石を具えている質量分析計を含む。望ましくは、電磁石
は空気心を有し、さらに望ましくは、前記平面の両側に
配設されてイオンが磁気セクターを通過中に通る２個の
平形コイルを含む。

よって、本発明は、タンデム質量分析計として使用する
のに適し、２セクタ一２重集中質量分析計をこのように
使用する時にしばしば形成される偽のピークを実質的に
減ずるようにされた、２重集中特性を有する質量分析計
を与える。さらに本発明は、２重集中特性を有し、静電
分析器セクターが短かいためにそれらを形成する板を従
来の静電分析器のように曲げる必要がなく、そのために
製作が大いに簡略化される、物理的に小形の質量分析計
を与える。

前記の幾何学系を用いることによって、申分解能の小形
２重集中質量分析計を５００１１１Ｉ１１より大きな磁
気セクターの半径にして構成することができ、該分析計
は磁界の強さが弱い（例えば０．１１の）電磁石を用い
ながら有機化学分析に妥当な質量範囲を維持することを
可能にする。この磁界強さは、ヒステリシスが無視し得
る程に小さい空気心の磁石を用いて得ることができ、全
質量範囲を従来の鉄心磁石によって可能なよりも遥かに
速く、再現性をもづて走査することを可能にする。ヒス
テリシスの無いこと、ひいては伝達されたｍ／ｚ比を磁
気コイルに流れる電流に関連付けることの容易さが、基
準化合物によって分析計の質量範囲をしばしば較正する
必要を無くする。

さらに望ましい実施例において磁気分析器の両側に静電
分析器が存在することは、磁石における質量選択の前後
にイオン・ビームの静電濾過を与える。よって、イオン
源と最初の静電分析器の間に衝突ガス・セルが配置され
るならば、１次イオン・ビームの濾過が無いにもかかわ
らず、従来の２セクター計器で実施されるタンデム質量
分析計実験を害する偽のピークを形成することなくタン
デム質量分析計の実験を実施することができる。

この点において、本発明の質量分析計は、衝突ガス・セ
ルが最初の分析器の前に配置される前記のＥＢＥ型タン
デム質量分析計と同じような挙動を示す。

本発明の望ましい実施例において達成することのできる
構成上のいっそう単純化を図り得たのは、望ましい実施
例によって要求される。静電分析器の極く小さなセクタ
ー頂角の結果である。このことはセクターの長さが通過
するイオン−ビームの半径に比し極く小さいので、実際
の設計において、製作困難な在来の円筒板の代わりに、
短かい真直ぐな板を使用し得るという意味である。この
単純化は分析計の製作の費用を大いに低減する。

以下に添付図面を参照しつつ、例示のみにより本発明の
実施例を記載する。

第１図を参照すると、ナイヤー／ジョンソン（）ｌｉｅ
ｒ−Ｊｏｈｎｓｏｎ）分析計の配置において、イオン源
（図示せず）からのイオンがスリットＳ１を通過し、静
電セクターＥにより集中されてスリットＳ２において実
像を形成され、その後、磁気セクターＢの板の間を通過
してスリットＳ３にて集中される。第２図に示されるマ
ツトアウホ／へルツォク（Ｍａｔｔａｕｃｈ−Ｈｅｒｚ
ｏｇ）配置において、イオン源（図示せず）からのイオ
ンはスリットＳを通過し、静電セクターＥおよび磁気セ
クターＢにより焦平面ＥＰ上に集中される。

自由空間の領域、磁気セクター、または静電セクターに
入る１つのイオンの始動パラメータをｙｏＳｙ′、βお
よびγのように表わすと便利であり、ここでＹｇはセク
ターに入る際のイオンのｙ座標、ｙｂは分析器セクター
の中心弾道からのその弾道のずれ角度、βは中心弾道に
そって進むイオンの速度からのずれ、モしてγは中心弾
道にそって進むイオンの運動量からのずれである。同様
に、イオンがセクターまたは自由空間の領域から離れる
際のイオンの座標をｙ　１ｙ′１、βおよびγと定義す
る。各セクターおよび自由空間（こついて出口パラメー
タを人口パラメータに関連付ける１次の伝達マトリック
スは公知であり、下記のように表すことができる。２座
標は１次のマトリックスには入らないことに注目された
い。

ｂ）静電セクター： Ｃ）磁気セクター二 これらのマトリックスにおいて、Ｌは自由空間の領域を
進んだ距離、ｒ　は静電セクターの半径、ｒ　は磁気セ
クターの半径である。残りの定数はω 次式で与えられる； に１ｂ−ｃｏｓ（丁マ； に−５ｌｎＪ丁ｄ　　／（丁 ｌａ　　　　　　　　ｅ ｋ２．−（１−ｃｏｓ（丁７；） λ１．−−ＪＴ　５ｌｎ−ｒＴＴ； λｌａ−ｃａｓ汀町 一−Ｊ′ｒｓＩｎＥ ”ｔｂ−α３（φ、−ｔ’　）／　ｃｏｓｚ’μｌａ−
ｓｌｎφｍ μ２ａ−（１−ｃｏｓφ、） シｌｂ−−５Ｉｎ（φ、−１’　　−１’　）／　ｃｏ
ｓｇ’　　・　ｃｏｓｇ’ｕ−ｃｏｓ（φ　−ｔ’　）
　／　ｃｏｓｇ’ｌａ　　　　　　　ｓ ν２ａ＝　ｔａｎｇ’　＋　ｓｌｎ　（φ、−ε’　）
　／　ｃｏｓｇ’ただし、φ　は静電セクターの頂角、
φ　は磁気Ｉｌ セクターの頂角、そしてε′およびε′はそれぞれ磁界
境界の入口角および出口角（磁界境界と中心弾道の交差
点における垂直線から測定した）である。

次に第３図を参照すると、本発明の望ましい実施例によ
る分析計の半分が示されるが、これはＥＢＥ形態である
。イオン源（１）から静電セクターＥ１までの自由空間
の最初の領域をｙ。−〇、ｙ′ｏ−ｏおよびγ−０のイ
オンについて考えると、最初の領域の出口（２）におい
て 次式が成立つ： Ｙ　　”　（１，７ｏ十り、ｙｉ、　＋Ｏ，β＋Ｏ０γ
）　−０−−・・・・・・・・　・−［１Ｂ］■ また ・・・・・・・　・・・・・［１７］ ｙ’　”　（０，ｙｏ＋１．ｙ；、　＋０．β＋Ｏ０γ
）−０同様に静電セクターについて、出口（３）におけ
るパラメータは次式で与えられる： ｙ　＝（ｋ　−ｙ　＋ｋ　・「　・ｙ’＋に−ｒβ十０
．７）１　　　ｌｂｏ　　ｌａｅ　　０　２ａｅ−・・
　　−−−［１８１ また ｙｏおよびｙ′ｏの値に式（１Ｂ）および（１７）から
得た値を入れると、個所（３）におけるパラメータは次
式で表される： ｙｌ”ｋ２ａ・β・ｒ　、　−（１−ｃｏｓｔ）・β・
’ｅ　　２．−−−　［２０３また ・　・・・・・・−・・・　　・−・・・・・［２１］
ｙ′１−λ２．−汀・５ｉｎＥ・８ 点（３）と点（４）の間の自由空間に伝達マトリックス
を適用し、このマトリックスのｙｏおよびｙｂを式［２
０］および式［２１］からそれぞれ得られるｙｌおよび
Ｙ　’１にとると： ）１１−０１０＋ｄ・札＋０．β＋０．７）、−−［２
２］−（１−ｃｏｓＦｎ「）　−ｒ　　−β＋−／’Ｔ
　５ｌｎＣＲｒ・ｄ　・１３ｅ　　　　　ｅ　　　　　
　　　　　　　　　　ｅまた ただし、ｄは静電セクターの出口と磁気セクターＢ（第
３図に部分的に示される）の入口との距離である。最後
に、点（４）および点（５）の間の磁気セクターに伝達
マトリックスを適用し式［２２〕および式［２３］から
のｙｌおよびＹ　’１の値をｙ。およびｙ′ｏとしてと
ると、点（５）のＹ　’１パラメータは次式で与えられ
る： 式［２４コにおいて、磁気セクターは静電セクターとは
逆の方向にイオン・ビームを曲げるから「。

は負にとられ、またε′は磁気セクターの部分の（点５
における）出口角である。本発明により構成される分析
計において、ε’　ｍ　Ｏになるように、仮想の境界（
６）が選ばれ、中心弾道は点（５）にて境界（６）に９
０″で交差する。異なるβの値を有するイオンの弾道は
全て９０°にて境界（６）を横切り、従ってこの境界に
そって相互に平行であることが判る。従って与えられた
ｍ／ｚ比の全てのイオンはε″−〇でこの境界を横切る
。望ましい実施例では、分析計の後半部は前半部の鏡像
であり、後半部を既述の前半部と同じやり方で処理する
と仮定するが、イオン検知器から始めて、全体の２重集
中の条件は単純に点（５）におけるｙ′バラメー夕をゼ
ロ（０）に等しいとして与えられる。

かくてε’　ｍ　Ｑとして、式［２４］は単純化されて
次式となる： 式［２５コで、鎖式が分析計の前半部に関することが使
用される。従って： ・・、・　　　　・・・　・　［２６１−（ｒ　５ｌｎ
Ｌｔ；ｃｏｓφ、、＋　ｓｉｎφｍ１−Ｏ分析計の後半
部（パラメータφｅ２、φ１．１２、ｄ２、’ｅ２、ε
′２）に全く同様の処理を施こして、次式式［２Ｂ］お
よび式［２７］は前述の式［７］および式［８］と同一
であり、本発明により構成される１個の３セクタ一分析
計によって満たされるべき基本関係を定義する。望まし
い実施例においてはεｊ−ε′２−ｏ、よって前述の式
［９］および式［１０］が導かれる。各半分に等しい部
品を使用し得るから最も経済的に製作されることになる
、完全に対称的な配置では、ｒｅよ−’ｅ２　（−ｒ８
）　、φｅ１柵φ　（−φ　）　、ｄｌ−ｄ２　（−ｄ
）　、モしてｅ２　　　　ｅ φａｌｌ−φ１゜（−φｍｉ／２）であり、これも前記
の式［１１］を導く。ｒ　がｒ　およびｄよりも遥かに
大ｆｆｌ　　　　　　　　＋３ きい時、適当な質量範囲を得るために非常に大きなｒ　
を必要とする空気心磁石と共に使用するのに特に適した
配置であって、特に単純な式［１２コが得られ、この場
合、静電セクターおよび磁気セクターの頂角がセクター
の他の寸法と無関係に、式［１２コによって相互に関係
付けられる限り、常に全体として１次速度集中が得られ
る。

次に基本的な１次の方向集中を達成するために、セクタ
ーに対する像および対象（つまりイオン検知器とイオン
源）の位置を計算することが必要である。これはニュー
トン（Ｎｅｗｔｏｎ）の公式を用いて在来の仕方で行わ
れる。次に第４図を参照すると、（７）はレンズ系の機
械的境界を、（８）および（９）は主要面（それぞれ像
および対象）を、（ｌＯ〉および（１１）はそれぞれ像
および対象を、そして（１２）および（１３）は焦点を
示す。レンズの像側および対象側の屈折率が等しい対称
配置において、ｇ’ｍｇ’−ｇ、ｆ’　−ｆ’−ｆ、お
よび式［２８コを適用して： （１’　　−ｇ）（ｊ！’−ｇ）−ｆ′　・−・・・・
・・・［２８］式［２８］において、β′は機械的境界
（７）から像（１０）までの距離、２′は機械的境界（
７）から対称（１１）までの距離、ｇ　（−ｇ’　”ｇ
’　）は主要面（８）　、（９）と境界（７）の間の距
離（それぞれｇ′とｇ′）、そしてｆ　（−ｆ’−ｆ”
）は焦点（１３）と対象主要面（９）の間で測ったレン
ズの焦点距離（ｆ′）または焦点（１２）と対象主要面
（８）の間の焦点距離（ｆ′）である。

磁気セクターについて、ε′関ε′−〇で、前記と同じ
技法を用いると次式が得られることが公知である： および いったんｒ　およびφ　が決まったならば、式【２８］
に式［２９］および式［３０コを代入することにより、
磁気セクターの対像距離（１′）および対物距離（β′
）を得ることができる。

同様に、静電セクターについて、次式が公知である： いったんφ８およびｒ８が選ばれたならば、式［２８］
から対物距離および対像距離を計算することができる。

第５図に示すように、最初の静電セクターＥ１はイオン
源Ｉの虚像Ｖを生じ、これは磁気セクターＢの虚対象と
なるので、いったんφ　、■ φ　、ｒ　およびｒ　が選ばれてｄに好都合の値ｅ　　
　　　　ｆｆｌ　　　　　　　　　　　ｅが選ばれたな
らば、距離ｔ′を計算することかできる。望ましい実施
例のいま一つの利点がこれで明らかとなる。非磁鉄心の
磁石の典型的な範囲内で、「　が５００　ｍｍより大き
く、φ　が代表的ｍ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　ｌに２５°よりも小さけれ
ば、式［２８］、［２９］および［３０］カらβ′が５
〜ＬＯｒｎの程度になることが判る。

静電セクターがその両側で強い集中作用を有しなかった
ならば、これはもちろん非常に大形の計器を生ずること
になったであろう。

上記の型式の２重集中計器について、φ　はφ１本り遥
かに小さく　（式［１２］から）、また１次の集中に影
響しないｒ　はｒ　より遥かに小さい。

ＩＩ （この仮定は式［１２］を導く際になされる。）よって
、β′は！　よりも１０のファクターまで小さくｅ　　
　　　　　ｍ なって、高い「　を有する小じんまりした計器の構成が
可能となる。もしも２′のいっそうの短縮が必要ならば
、イオン源と静電セクターの入口との間に付加的な在来
型の静電レンズを入れることによってそれを達成するこ
とができる。実際には、パラメータｒ　およびｄはさら
に全体の２重集中挙動における２次の収差を少なくする
ように選ばれる。以上述べた基本手順に従い、各セクタ
ーについて標準の２次マトリックスを用いて、集中作用
の式を導くことは当業者にとって何ら困難ではなく、最
も重要な収差を少なくする方法は当業者にとって公知の
ことである。

必要な対像距離および対物距離を減じるために在来の静
電レンズを用いる代わりとして、付加的な静電セクター
分析器を用いて、全体の分析計を、ＥＥＢＥＥ形態を有
する５セクター計器とすることが可能である。この組合
せは前記の手順を用いて全体的な２重集中にされ、高い
性能の非常に小さくまとまった計器を生む。前述のよう
に静電セクターの長さはその半径に比し極く短かいので
、実際には真直ぐな板を使用することができる。その結
果、５セクターＥＥＢＥＥ計器の製作費は従来の静電レ
ンズを用いる３セクターＥＢＥ計器とほぼ同じである。

前述のように、中央セクターが磁気セクターでなく、ま
たは中間像のない偶数のセクターを用いる場合でも、同
じ設計原理を用いることができる。

例えば、全体２重集中性を有するＢＥＢ型分析計の設計
手順はほとんどそのまま前記の手順に従う。

第７図を参照すると、イオン証工とイオン検知器りの間
に１個のＢＥＢ配置が設けられ、静電セクター（３７）
の中心を通る境界（３Ｇ）が描かれていて、ｍ／ｚ比は
等しいがエネルギは異なるイオンの弾道は境界を直角に
横切る。ＥＢＥ実施例に述べたものに似た手順を用いて
、伝達マトリックスから一般式（３３）を導くことがで
きる。式（３３）の項は下記の意味を有する： φｍ１は第１の磁気セクター（３８）の頂角、φｌ１１
２は第２の磁気セクター（３９）の頂角、φ８、は静電
セクター（３７）の入口境界と平面（３６）の間の角度
、 φ８゜は静電セクター（３７）の出口境界と平面（３Ｂ
）の間の角度、 ｒ工ｌは第１の磁気セクター（３８）の半径、’ｍ２は
第２の磁気セクター（３９）の半径、ｒ　は静電セクタ
ー（３７）の半径、 ｄｌはセクター（３８）の出口とセクター（３７）の入
口との距離、 ｄ２はセクター（３７）の出口とセクター（３８）の入
口との距離、 ε１は第１の磁気セクターの出口境界と、中心弾道が第
１の磁気セクターの出口境界と交差する点におけるその
中心弾道に対する垂直線と、の間の角度、 ε２は第２の磁気セクターの入口境界と、中心弾道が第
２の磁気セクターの人口境界と交差する点におけるその
中心弾道に対する垂直線と、の間［３３コ 計器の他の部分について全く類似の式が得られ、対称形
の場合、ε′−０、φａ１１−φ１Ｉ２−φｍφｅ１−
φｍ２−　１／２φｍとじて、次式［３４］を得る：こ
れは２重集中の条件であり、像および対象の位置はニュ
ートンの式を適用して見出されることができる。２次の
修正も前述のように適用される。

全体２重集中性を有し、また少なくとも１個の磁気セク
ターと少なくとも１個の静電セクターが存在し、セクタ
ー間に中間像が形成されないかまたは方向集中されて速
度集中されない１個の中間像が形成される限り、任意の
数のセクターを存する分析計を設計するのに、この方法
を使用し得ることがさらに理解されよう。

本発明による３セクタ−ＥＢＢ形態質量分析計の実際型
を図示する第６図をつぎに参照すると、イオン源（１５
）はイオン源スリット電極（３６）を通過してから電極
（１８〜２１）を含む静電ズームレンズを通過するイオ
ン・ビームを発生する。イオン源（１５）は任意の適当
な型式、例えば電子衝撃、化学的イオン化または高速原
子衝撃であることができ、代表的に２〜５　ｋｅＶのエ
ネルギを有するイオン・ビームを発生する。イオン源（
１５）は電極（３６）にある分析計の対物スリットによ
り画成される分析器部分に実像を生ずる。在来の磁気セ
クター質量分析計におけるように、分析計の分解能を変
えるためにこの電極のスリットの幅を調整自在にすると
優利である。ズームレンズは分析計の対物距離を短縮す
るために公知の態様に配列された２個の在来型３素子静
電レンズ（電極１６．１７．１８および電極１９．２０
．２１）を含む。このレンズが無いと、イオン源スリッ
ト電極（３６）を点（１４）に配置せねばならず、分析
計の物理的大きさを大幅に増大することになるであろう
。つぎにイオン・ビームは板（２２，３４）を含む第１
の静電セクター分析器を通過する。分析計が式［１２］
に与えられる望ましい形式に構成されて、ｒ　が５００
〜２，０００ｍｍの範囲に■ あり、φ　が１０〜３０″であって、φ　が式［１２コ
かＩｌｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　ｅら計算されたと仮定すると、先に注記した
ように、ｒ　の値は分析計の１次の集中挙動には影響し
ない。望ましいように、２次の収差を少なくするように
ｒ　が選ばれるとしても、その値は代表的にはｒ　より
遥かに小さくて、板（２２，３４）の曲率半径は式［１
２］から計算した極く小さいセクター頂角に比して大き
くなるから、実際には縁が平らな板を使用することがで
きる。ついで板（２２，３４）の厚さか所要のセクター
頂角と同時にｒ　を決定する。従って実際的な分析計で
は、電極（３６）、電極（１６〜２１）および分析器（
２２，３４）は、分析計の真空ハウジングの都合の良い
フランジに支持された４本のセラミック棒の上で環形セ
ラミック絶線材により隔置された積層板の形に組立てら
れる。

明らかに電極（１８〜２１）および電極（３６）は、イ
オン・ビームが通過するための矩形のスリット状まどを
有し、該まどの寸法がその機能および確立した方法によ
り選ばれている単純な板状電極を含む。

静電分析器セクターは在来型静電分析器のように、それ
ぞれ正および負の電位に保たれ、正確に厚みを制御され
た２個の半板を含む。

第１の静電分析器セクターを離れた後、イオン・ビーム
は磁気分析器セクター（２３）に入り、該セクター（２
３）は望ましい実施例では半径が５００〜２０００　ｍ
ｍである。前述のように、半径が大きいと空気心磁石の
使用か可能となり、該磁石はイオンの飛行路のそれぞれ
上方および下方に配置される２個のらせん形コイルから
成るものが好都合である。

より望ましい形式では、はぼ幅３５ｍ［１１，厚さ　０
．５市の銅テープを用いて各コイルを巻く。これは各コ
イルに数　１００アンペアの電流を通すことを可能にし
、充分に強い磁界を生じて、計器を有機化学分析に使用
し得るようにする。コイルの水冷却も望ましく、これは
コイルを、水が循環して通る中空の銅板の間に取付ける
ことにより行うことができる。各コイルの中心に非磁鉄
フォーマ−（ｆｏｒｍａｒ）を用いることもでき、また
磁気セクターを通るイオン進路にほぼ相当する形状にコ
イルを作ることにより磁界の強さおよび磁界の均質性の
向上を成る程度達成することができる。

磁石コイルを通る電流、ひいては分析計により選択され
る質量の制御は適当な方法により実施されることができ
る。

磁気セクターを離れた後、イオンは静電分析器板（２４
，３５）の第２の組および電極（２５〜３０）を含むも
う１個のズームレンズを通過する。これらの要素は実質
的に第１の静電分析器および電極（１８〜２２）と等し
く、磁界の中央に対して対称的に配設される。電極（３
１）は分析計のコレクター・スリットであり、電極（３
Ｂ）と共に分析計の分解能を制御するために幅を調整自
在にされることが望ましい。電極（２５〜３０）を含む
ズームレンズが無ければ、コレクタ電極（３１）は点（
３３）に配置されるであろう。最後に電子マルチプライ
ヤまたはファラデー（Ｆａｒａｄａｙ）カップ・デテク
ターであることもできる在来型イオン検知器（３２）上
にイオンを受ける。

分析計の飛行路、イオン源およびイオン検知器は適当な
ポンプ装置、例えば高真空ポンプによって１０−’　ト
ル以下の圧力に維持された真空密封型筒体の中に封入さ
れる。適当な真空筒体の構成は在来型であるが、整備上
、ゴムのＯリング・シール付きフランジを具えることが
望ましい。前記型式の空気心磁石を用いることの付加的
利点は、鉄心磁石を用いる在来型幾何学系磁気セクター
計器に必要な在来型矩形フライト・チューブを磁石の磁
極の間に用いる必要がないことである。在来型計器に適
当な磁界強さを得るために、チューブの最大厚さは厳密
に制限され、それはこの領域のイオン・ビームの利用可
能最大ｒｚＪ長さを減じる。

在来型の計器では、このフライト・チューブの内面は必
然的にイオン・ビームに極く接近しており、内面に蓄積
する汚染が分析計の性能を著しく損なうことが有り得る
。しかし、本発明の分析計では、磁界の強さをあまり減
じることなくコイル間の距離を大きくとることができる
ので、チューブの表面がイオン・ビームからもっと離れ
ている円形チューブを使用することができ、上記の問題
を大いに解決する。

第６図に図解される分析計の形態は本発明によって構成
される分析計の一例にすぎず、他の幾つかの構成法が当
業者に考えられることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図はナイヤー／ジョンソン型２重集中質量分析計の
イオン光学系配置の簡路線図、第２図はマツトアウホ／
ヘルツォク型２重集中質量分析計のイオン光学系配置の
簡路線図、第３図はＥＢＥ形態を有する、本発明の望ま
しい実施例により構成された分析計の半分の、全体速度
集中を得るのに用いられるパラメータを示す簡路線図、 第４図はニュートンの式の適用の説明図、第５図は第４
図に示すものに似た分析計の部分の、１次の方向集中を
得るのに用いられるパラメータを示す図、 第６図は第３図に線図で示す分析計の実用形態の略図、 第７図はＢＥＢ形態を有する、本発明により構成される
分析計の簡路線図。 １５・・・イオン源 １Ｂ、　１７．１８・・・静電レンズ １９．２０．２１・・・静電レンズ ２２．３４・・・分析器 ２３・・・磁気分析器 ２４．３５・・・静電分析器 ２５．２Ｂ、２７・・・静電レンズ ２８．２９．３０・・・静電レンズ ３１・・・コレクタ・スリット ３２・・・イオン検知器 特許出願代理人

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. （１）静電型または磁気型の少なくとも３個の分析器セ
   クターを有し、該セクターの少なくとも１個が静電型で
   あり、少なくとももう１個が磁気型である質量分析計で
   あって： 前記分析計は前記セクターの少なくとも３個を含む１個
   の集中セクター配列を含み、前記配列の前記セクターは
   速度集中され方向集中された像を形成するために協働す
   るような寸法および配置を有し、前記配列の前記セクタ
   ーは前記配列内に速度集中された像を形成しないような
   寸法および配置を有していること；および 前記配列の前記１個のセクターが他の型式の２個のセク
   ターの間にそれらに隣接して配設されること；を特徴と
   する質量分析計。
2. （２）静電型または磁気型の少なくとも３個の分析器セ
   クターを有し、該セクターの少なくとも１個が静電型で
   あり、少なくとももう１個が磁気型である質量分析計で
   あって： 前記分析計は前記セクターの少なくとも３個を含む１個
   の集中セクター配列を含み、前記配列の前記セクターは
   速度集中され方向集中された像を形成するために協働す
   るような寸法および位置を有し、前記配列の前記セクタ
   ーは前記配列内に方向集中された像を形成しないような
   寸法および位置を有すること；を特徴とする質量分析計
   。
3. （３）前記配列の前記セクターの１個が他の型式の２個
   のセクターの間にそれらに隣接して配設されることを特
   徴とする、特許請求の範囲第（２）項に記載の質量分析
   計。
4. （４）イオンが進行することのできる中心弾道を有し、
   前記少なくとも３個のセクターが２個の静電セクターお
   よび１個の磁気セクターを含む、特許請求の範囲第（１
   ）項乃至第（３）項の任意の項に記載の質量分析計。
5. （５）ｒ＿ｅ＿１は第１の静電セクターの半径、ｒ＿ｅ
   ＿２は第２の静電セクターの半径、 ｒ＿ｍは磁気セクターの半径、 φ＿ｅ＿１は前記第１の静電セクターの頂角、φ＿ｅ＿
   ２は前記第２の静電セクターの頂角、φ＿ｍ＿１は、前
   記中心弾道と前記磁気セクターの入口境界の交点におけ
   る前記中心弾道に対する第１の垂直線と、 前記中心弾道に直角に配設され、前記中心弾道と前記磁
   気セクターの出口境界の交点における前記中心弾道に対
   する第２の垂直線と前記第１の垂直線が交わる点を通る
   平面と、 の間の角度、 φ＿ｍ＿２は前記第２の垂直線と前記平面との間の角度
   、 ε′は前記磁気セクターの入口境界の、前記第１の垂直
   線に対する傾斜角、 ε″は前記磁気セクターの出口境界の、前記第２の垂直
   線に対する傾斜角、 ｄ＿１は前記第１の静電セクターの出口境界と前記磁気
   セクターの入口境界との間の、前記中心弾道にそって測
   定した距離、 ｄ＿２は前記磁気セクターの出口境界と前記第２の静電
   セクターの入口境界との間の、前記中心弾道にそって測
   定した距離、 とした時に、次式、 ［ｓｉｎ（φ＿ｍ＿１−ε′）／ｃｏｓε′］｛（ｒ＿
   ｅ＿１／ｒ＿ｍ）（１−ｃｏｓ√（２φ＿ｅ＿１））＋
   ［√（２ｄ＿１）／ｒ＿ｍ］ｓｉｎ√（２φ＿ｅ＿１）
   ｝−√２ｓｉｎ√（２φ＿ｅ＿１）ｃｏｓφ＿ｍ＿１＋
   ｓｉｎφ＿ｍ＿１＝０および ［ｓｉｎ（φ＿ｍ＿２−ε″）／ｃｏｓε″］［（ｒ＿
   ｅ＿２／ｒ＿ｍ）（１−ｃｏｓ√２φ＿ｅ＿２）＋［√
   （２ｄ＿２）／ｒ＿ｍ］ｓｉｎ√（２φ＿ｅ＿２）］−
   √２ｓｉｎ√（２φ＿ｅ＿２）ｃｏｓφ＿ｍ＿２＋ｓｉ
   ｎφ＿ｍ＿２＝０が満たされる質量分析計。
6. （６）φ＿ｍ＝２φ＿ｍ＿１＝２φ＿ｍ＿２′φ＿ｅ＝
   φ＿ｅ＿１＝φ＿ｅ＿２、ｄ＝ｄ＿１＝ｄ＿２、ｒ＿ｅ
   ＝ｒ＿ｅ＿１＝ｒ＿ｅ＿２′でｒ＿ｍ、φ＿ｍ＿１、φ
   ＿ｍ＿２、φ＿ｅ＿１、φ＿ｅ＿２、ｒ＿ｅ＿１、ｒ＿
   ｅ＿２、ｄ＿１およびｄ＿２が特許請求の範囲第（５）
   項の定義の通りである時、次式、 ｔａｎ（φ＿ｍ／２）＝｛√２ｓｉｎ√（２φ＿ｅ）／
   ｛（ｒ＿ｅ／ｒ＿ｍ）（１−ｃｏｓ√（２φ＿ｅ））＋
   ［（２ｄ）／ｒ＿ｍ］ｓｉｎ√（２φ＿ｅ）＋１｝｝が
   満たされる、特許請求の範囲第（４）項に記載の質量分
   析計。
7. （７）φ＿ｍ＝２φ＿ｍ＿１＝２φ＿ｍ＿２、φ＿ｅ＝
   φ＿ｅ＿１＝φ＿ｅ＿２、ｒ＿ｅ＝ｒ＿ｅ＿１＝ｒ＿ｅ
   ＿２、ｄ＝ｄ＿１＝ｄ＿２、でｒ＿ｍ、φ＿ｍ＿１、φ
   ＿ｍ＿２、φ＿ｅ＿１、φ＿ｅ＿２、ｒ＿ｅ＿１、ｒ＿
   ｅ＿２、ｄ＿１およびｄ＿２が特許請求の範囲第（５）
   項の定義の通りである時、次式、 ｔａｎ＝φ＿ｍ／２＝√２ｓｉｎ√（２φ＿ｅ）がほぼ
   満たされる。特許請求の範囲第（４）項に記載の質量分
   析計。
8. （８）φ＿ｍ＿１は第１の磁気セクターの頂角、φ＿ｍ
   ＿２は第２の磁気セクターの頂角、 φ＿ｅ＿１は前記中心弾道が前記静電セクターの入口境
   界と交わる点における前記中心弾道に対する垂直線と、 前記中心弾道が前記静電セクターの出口境界と交わる点
   における前記中心弾道に対する第２の垂直線と前記第１
   の垂直線との交点を通り、前記中心弾道に直角に配設さ
   れる平面と、 の間の角度、 φ＿ｅ＿２は前記第２の垂直線と前記平面の間の角度、
   ｒ＿ｍ＿１は第１の磁気セクターの半径、 ｒ＿ｍ＿２は第２の磁気セクターの半径、 ｒ＿ｅは前記静電セクターの半径、 ｄ＿１は前記第１の磁気セクターの出口境界と前記静電
   セクターの入口境界の間で、前記中心弾道にそって測定
   した距離、 ｄ＿２は前記静電セクターの出口境界と前記第２の磁気
   セクターの入口境界の間で、前記中心弾道にそって測定
   した距離、 ε＿１は前記第１の磁気セクターの出口境界と、中心弾
   道が前記第１の磁気セクターの出口境界と交わる点にお
   ける中心弾道に対する垂直線と、の間の角度、 ε＿２、は前記第２の磁気セクターの入口境界と、境界
   と、前記第２の磁気セクターの入口境界に中心弾道が交
   わる点における中心弾道への垂直線と、の間の角度、 である時、次式、 √２ｔａｎ√（２φ＿ｅ＿１）＝｛（ｒ＿ｍ／ｒ＿ｅ）
   （１−ｃｏｓφ＿ｍ＿１）＋（ｄ＿１／ｒ＿ｅ）ｔａｎ
   ε＿１′＋［ｓｉｎ（φ＿ｍ＿１−ε＿１′）］／（ｃ
   ｏｓε＿１′）＋１｝−｛ｔａｎε＿１″＋［ｓｉｎ（
   φ＿ｍ＿１−ε＿１′）／ｃｏｓε＿１″｝＝０および √２ｔａｎ√（２φ＿ｅ＿２）＝｛（ｒ＿ｍ＿２／ｒ＿
   ｅ）（１−ｃｏｓθ＿ｍ＿２）＋（ｄ＿２／ｒ＿ｅ）ｔ
   ａｎε＿２′＋［ｓｉｎ（φ＿ｍ＿２−ε＿２′）］／
   （ｃｏｓε＿２′）＋１｝−｛ｔａｎε＿２′＋［ｓｉ
   ｎ（φ＿ｍ＿２−ε＿２′）］／（ｃｏｓε＿２′）｝
   ＝０を満たし、イオンが進行することのできる中心弾道
   を有し、前記３個のセクターが１個の静電セクターと２
   個の磁気セクターを含む、特許請求の範囲第（１）項乃
   至第（３）項の任意の項に記載の質量分析計。
9. （９）ε＿１″＝ε＿２′＝０、φ＿ｍ＿１＝φ＿ｍ＿
   ２、φ＿ｅ＿１＝φ＿ｅ＿２、ｄ＿１＝ｄ＿１、および
   ｒ＿ｍ＿１＝ｒ＿ｍ＿２である、特許請求の範囲第（８
   ）項に記載の質量分析計。
10. （１０）イオン発生源およびイオン検知器を有し、前記
    イオン発生源と前記配列の第１のセクターの間、および
    前記配列の最終セクターと前記イオン検知器の間に少な
    くとも１個の静電レンズが配設され、前記第１のセクタ
    ーの対物距離および前記最終セクターの対像距離をそれ
    ぞれ減ずるように前記静電レンズが配置される、特許請
    求の範囲第（１）項乃至第（９）項の任意の項に記載の
    質量分析計。
11. （１１）前記配列における前記少なくとも３個のセクタ
    ーのうち少なくとも１個は、非磁鉄材の心を有する電磁
    石を設けられた磁気セクターである、特許請求の範囲第
    （１）項乃至第（１０）項の任意の項に記載の質量分析
    計。
12. （１２）イオンが前記磁気セクターを通過する間にイオ
    ンが進行する平面の両側に配設された２個の実質的に平
    らなコイルを前記電磁石が含む、特許請求の範囲第（１
    １）項に記載の質量分析計。