质谱分析装置的制作方法

专利名称：：质谱分析装置的制作方法
技术领域：
：0001本发明涉及具备用于使离子沿封闭的回旋轨道重复飞行的多重回旋离子光学系统的质谱分析装置。
背景技术：
：0002一般，在飞行时间型质谱分析装置(TOF-MS)中，根据以固定能量加速后的离子具有与质量相对应的飞行速度这一事实，通过测量飞行固定距离所需的时间，从而根据该飞行时间计算离子的质量。因此，为了提高质量分辨率，延长飞行距离尤为有效。但是，要直线延长飞行距离，装置大型化就不可避免，从而不实用，因此，为了延长飞行距离，现在已经开发有被称为多重回旋飞行时间型质谱分析装置的质谱分析装置。0003在这样的多重回旋飞行时间型质谱分析装置中，用于使离子回旋的多重回旋离子光学系统一般是具有封闭轨道且具备时间收敛性的单位结构的离子光学系统(例如参照非专利文献1)。所谓这里所说的时间收敛是指，离子的飞行时间在一次近似中不依赖于离子束的初始位置、初始角度、以及初始能量。作为多重回旋离子光学系统的构成要件，大多利用结构简单且通用性优异的扇形电场。例如，在专利文献l等中记载的多重回旋飞行时间型质谱分析装置中，采用多个扇形电场而形成大致8字形状的回旋轨道，通过使离子沿该回旋轨道进行多次回旋飞行，从而有效地确保长的飞行距离，提高离子的质量分辨率。0004在这样的质谱分析装置中，也存在回旋轨道上或设置用于离子生成的离子源、或设置用于离子检测的离子检测器的例子，但是在大多数情况下5是如下情形，即，将在回旋轨道的外侧产生的离子入射至回旋轨道，并使其飞行规定回旋次数，之后使离子从回旋轨道脱离而导入设置在回旋轨道外侧的离子检测器中，从而进行检测。为了这样地进行向回旋轨道的离子入射和从回旋轨道的离子出射，在专利文献l中记载的装置中，采用了如下方法，g卩，在扇形电极中穿透设置离子能通过的开口，通过脉冲式地驱动该扇形电极，从而对回旋轨道以直线方式进行离子入射。此外，对于离子从回旋轨道的出射也同样进行。0005在这样的离子入射出射方法中，由于在用于入射出射的直线的自由飞行空间中离子的能量的偏差不存在时间收敛性，因此当在从离子的出发点(通常是离子源)至离子的检测点(通常是离子检测器)为止的全离子通过路径中来看时，并未确保多重回旋离子光学系统原本所具有的时间收敛性。这是导致分析精度降低的一个原因。0006此外，为了使离子沿回旋轨道飞行，可以进行静态驱动(也就是说施加直流电压)，由于对于构成多重回旋离子光学系统的扇形电极必须连接能脉冲驱动的电源，因此难以确保由该电源对扇形电极施加直流电压时的电压的稳定度，这恐怕会给分析精度带来不良影响。还有，由于必须备置这样的直流电压的稳定度高的脉冲驱动电源，因此也存在成本变高这样的问题。0007另一方面，作为进行向多重回旋离子光学系统的离子入射出射的其他方法，如非专利文献2等中记载的，存在在离子入射用以及离子出射用中分别追加1个扇形电场的方法。但是，包含所追加的扇形电场的入射出射离子光学系统不考虑多重回旋离子光学系统原本的时间收敛点处的时间收敛，不进行多重回旋就分别通过入射出射离子光学系统时，虽然不充分但有时也达成时间收敛。因此，为了在任意回旋次数中确保时间收敛性，理论上来说，多重回旋离子光学系统不只是在收敛点进行时间收敛，而且必须满足离子轨道的位移和角度成为与回旋前相同状态的、被称为"完全收敛条件"的非常严格的条件。设计满足该条件的离子光学系统非常困难，并且即使可能，光学元件的配置和尺寸等的自由度也非常小，难以使用。0008专利文献l:JP特开平11一195398号公报非专利文献l:豊田(M.Toyoda)〖5力》3名、「^少于-夕一乂'夕一厶—才7、、-7，<卜.77,7^<夕卜口-一夕一X.，<乂工1/夕卜口只夕亍一、乂夕i夕夕一X、(Multi-turntime—of—flightmassspectrometerswithelectrostaticsectors)」、^卞1~于》才7、777乂夕卜口乂卜U—(J.MassSpectrom.)、38、pp.1125—1142(2003)非专利文献2:内田活力、5名、「求一夕7、Vk多重周回飛行時間型質量分析計'MULTUMS'O開発」、第53回質量分析総合討論会講演要旨集、IP—Pl—28、pp.100—101(2005)非专利文献3:石原(M,Ishihara)^力、2名、「八。一7工夕卜'7^<一7.7乂K.夕^f厶.7才一力、乂乂夕、'.,才乂才7。亍^夕7.7才一■7乂k于夕一乂.夕,厶'才7".卜'7^<夕卜口^一夕1~乂(Perfectspaceandtimefocusingionopticsformultiturntimeofflightmassspectrometers)」、<夕一于、>3于/P^卞1^~于/P才7、、777X夕卜口>卜y—(Int.J.MassSpectrom.)、197、pp.179—189(2000)
发明内容0009本发明鉴于所述课题而形成，其主要目的在于提供一种具有离子入射光学系统以及/或离子出射光学系统的质谱分析装置，其中，在该离子入射光学系统以及/或离子出射光学系统中，离子能入射出射于静态原样保持了构成多重回旋离子光学系统的扇形电场的回旋轨道，并且能以多重回旋离子光学系统原本的时间收敛点为基准达成时间收敛。0010为解决所述课题而形成的第一发明的质谱分析装置具有多重回旋离子光学系统，该多重回旋离子光学系统通过组合多个扇形电场和没有电场的自由飞行空间而形成闭合的回旋轨道，该质谱分析装置通过使离子沿该回旋轨道重复飞行，从而按照质量电荷比来分离离子，其特征在于，所述多重回旋离子光学系统连接多个时间收敛单位结构，该时间收敛单位结构由以下构成基本离子光学要件，至少包含一个扇形电场，具有相对于离子的初始位置以及初始角度的偏差的时间收敛性，并且满足依赖于离子所具有的能量的时间像差系数为正值的条件；入射侧自由飞行空间，为了将离子入射至该基本离子光学要件而对离子进行引导；以及出射侧自由飞行空间，引导从该基本离子光学要件出来的离子，在所述多个时间收敛单位结构中的一个时间收敛单位结构的入射自由飞行空间中，插入入射离子光学系统用的基本离子光学要件，使其出射轴与所述入射自由飞行空间的入射轴相一致，入射侧自由飞行空间被设置在所述入射离子光学系统用的基本离子光学要件的入射端和离子出发点之间，该入射侧自由飞行空间的长度根据从所述入射离子光学系统用的基本离子光学要件的出射端至插入了该基本离子光学要件的时间收敛单位结构中的基本离子光学要件的入射端为止的距离、该时间收敛单位结构中的入射侧自由飞行空间的长度、以及该时间收敛单位结构中的出射侧自由飞行空间的长度而唯一决定。0011此外，为了解决所述课题而形成的第二发明的质谱分析装置具有多重回旋离子光学系统，该多重回旋离子光学系统通过组合多个扇形电场和没有电场的自由飞行空间而形成闭合的回旋轨道，该质谱分析装置通过使离子沿该回旋轨道重复飞行，从而按照质量电荷比来分离离子，其特征在于，所述多重回旋离子光学系统连接多个时间收敛单位结构，该时间收敛单位结构由以下构成基本离子光学要件，至少包含一个扇形电场，具有相对于离子的初始位置以及初始角度的偏差的时间收敛性，并且满足依赖于离子所具有的能量的时间像差系数为正值的条件；入射侧自由飞行空间，为了将离子入射至该基本离子光学要件而对离子进行引导；以及出射侧自由飞行空间，引导从该基本离子光学要件出来的离子，在所述多个时间收敛单位结构中的一个时间收敛单位结构的出射自由飞行空间中，插入出射离子光学系统用的基本离子光学要件，使其入射8轴与所述出射自由飞行空间的出射轴相一致，出射侧自由飞行空间被设置在所述出射离子光学系统用的基本离子光学要件的出射端和离子检测点之间，该出射侧自由飞行空间的长度根据从所述出射离子光学系统用的基本离子光学要件的入射端至插入了该基本离子光学要件的时间收敛单位结构中的基本离子光学要件的出射端为止的距离、该时间收敛单位结构中的入射侧自由飞行空间的长度、以及该时间收敛单位结构中的出射侧自由飞行空间的长度而唯一决定。0012在第一以及第二发明的质谱分析装置中，所述扇形电场能够例如由将外侧电极和内侧电极作为一对的扇形电极形成。此外，虽然构成时间收敛单位结构的、以及入射离子光学系统和出射离子光学系统中包含的基本离子光学要件可以至少由一个扇形电场构成，但是，一般，如果由与多个扇形电场邻接的扇形电场相夹的自由运动空间构成，则配置和尺寸的自由度变大。此外，所谓离子出发点一般为配置有产生离子的离子源的位置，但是由于可以是离子的飞行开始点，因此也可以是配置有暂时保持离子并按照规定的计时使离子出射的离子阱(iontrap)等的位置。此外，所谓离子检测点一般为配置有检测离子的离子检测器的位置。另外，入射离子光学系统和出射离子光学系统的基本离子光学要件由于配置在回旋轨道上，因此在扇形电极和回旋轨道相交叉的情况下，也可以将沿回旋轨道飞行的离子所能通过的适当的开口设置在扇形电极中。0013在第一以及第二发明的质谱分析装置中，多重回旋离子光学系统中所包含的扇形电场可以是静态电场，当通过入射离子光学系统而将离子导入回旋轨道时，或当通过出射离子光学系统而从回旋轨道取出离子时，可以在该入射离子光学系统和出射离子光学系统的基本离子光学要件中所包含的扇形电极上施加规定的电压而形成扇形电场。并且，当使离子沿回旋轨道回旋飞行时，不在入射离子光学系统和出射离子光学系统的基本离子^:学要件中所包含的扇形电极上施加电压，该电极不对扇形电场造成影响。因此，根据第一以及第二发明的质谱分析装置，只要在多重回旋离子光学系统中所包含的扇形电极上连接能施加直流电压的电源即可，能够确保离子重复回旋飞行时的扇形电场中的电位的稳定性，并抑制离子飞行轨道的偏离。由此，能够提高质谱分析的精度，特别是在为了增加飞行距离而使回旋次数增多的情况下，其效果较好。0014此外，在第一发明的质谱分析装置中，调整所述入射离子光学系统用的基本离子光学要件的入射端和离子出发点之间的入射侧自由飞行空间的长度，以便抵消与由入射离子光学系统用的基本离子光学要件和多重回旋离子光学系统中的时间收敛单位结构中产生的能量相依赖的时间像散系数的总和。0015为了这样进行调整，具体来说，当设从该入射离子光学系统用的基本离子光学要件的出射端至插入了该基本离子光学要件的时间收敛单位结构中的基本离子光学要件的入射端为止的距离为Ll'，设该时间收敛单位结构中的入射侧自由飞行空间的长度为Ll，设该时间收敛单位结构中的出射侧自由飞行空间的长度为L2时，所述入射离子光学系统用的基本离子光学要件的入射端和离子出发点之间的入射侧自由飞行空间的长度L0由如下表达式决定，L0=2(Ll+L2)—(Ll，+L2)0016同样，在第二发明的质谱分析装置中，调整所述出射离子光学系统用的基本离子光学要件的出射端和离子检测点之间的出射侧自由飞行空间的长度，以便抵消与由出射离子光学系统用的基本离子光学要件和多重回旋离子光学系统中的时间收敛单位结构中产生的能量相依赖的时间像散系数的总和。0017为了这样进行调整，具体来说，当设从该出射离子光学系统用的基本离子光学要件的入射端幵始至插入了该基本离子光学要件的时间收敛单位结构中的基本离子光学要件的出射端为止的距离为Ll'，设该时间收敛单位结构中的入射侧自由飞行空间的长度为Ll，设该时间收敛单位结构中的出射侧自由飞行空间的长度为L2时，所述出射离子光学系统用的基本离子光学要件的出射端和离子检测点之间的出射侧自由飞行空间的长度L0由如下表达式决定，L0=2(Ll+L2)—(Ll，+L2)0018插入了所述入射离子光学系统用的基本离子光学要件的时间收敛单位结构的出射侧自由飞行空间的终点、以及插入了所述出射离子光学系统用的基本离子光学要件的时间收敛单位结构的入射侧自由飞行空间的始点，全都是飞行时间相同的时间收敛点，而不论相同质量的离子所具有的能量的偏差。因此，按照满足所述条件的方式来决定入射离子光学系统用的基本离子光学要件的入射端和离子出发点之间的入射侧自由飞行空间的长度、以及出射离子光学系统用的基本离子光学要件的出射端和离子检测点之间的出射侧自由飞行空间的长度，就相当于决定以多重回旋离子光学系统中的时间收敛点为基准而达成时间收敛的离子出发点的位置以及离子检测点的位置。0019由此，从离子出发点发出的离子经由入射光学系统而进入多重回旋离子光学系统的回旋轨道中后，一旦在到达插入了入射离子光学系统用的基本离子光学要件的时间收敛单位结构的出射侧自由飞行空间的终点的时刻满足时间收敛，就确保与这以后的回旋次数等无关的时间收敛性。此外，在沿回旋轨道回旋的离子经由出射离子光学系统从回旋轨道脱离后到达离子检测点的时刻，也确保时间收敛性。由此，即使在同一质量的离子所具有的能量存在偏差的情况下，由于这些离子具有大致相同的飞行时间，因此能够达成较高的质量分辨率和质量精度。此外，由于入射离子光学系统用的基本离子光学要件和出射离子光学系统用的基本离子光学要件的插入位置自由度较大，因此能够确定适当的配置，以使例如装置的尺寸尽0020另外，虽然只要入射离子光学系统或出射离子光学系统用的基本离子光学要件至少包含一个扇形电场，具有相对于离子的初始位置以及初始角度的偏差的时间收敛性，并且满足依赖于离子所具有的能量的时间像散系数为正值的条件即可，但如果构成多重回旋离子光学系统的时间收敛单位结构的基本离子光学要件为同一结构，则由于能够统一备置的扇形电极的种类，因此有利于成本削减。0021图1是表示多重回旋离子光学系统的一个例子的概况结构图。图2是在图l所示的多重回旋离子光学系统中附加入射离子光学系统后的概况结构图。图3是表示在本发明的一个实施例(实施例1)的多重回旋离子光学系统中设置入射出射离子光学系统前的状态的概况结构图。图4是在图3所示的多重回旋离子光学系统中附加入射离子光学系统后的概况结构图。图5是在图3所示的多重回旋离子光学系统中附加入射出射离子光学系统后的概况结构图。图6是表示在本发明的另一实施例(实施例2)的多重回旋离子光学系统中设置入射出射离子光学系统前的状态的概况结构图。图7是在图6所示的多重回旋离子光学系统中附加入射离子光学系统后的概况结构图。图8是在图6所示的多重回旋离子光学系统中附加入射出射离子光学系统后的概况结构图。图9是用于说明离子的轨道的表现方法的参照图。符号说明0022Tl、T2、T3、T4时间收敛单位结构Pl、P2、P3、P4时间收敛点Pd离子检测点Ps离子出发点10、30基本离子光学要件11、31入射侧自由飞行空间12出射侧自由飞行空间40、41、46、50、51、55、56、60、61、70、71、75、76扇形电场43、48、53、5742、47、52、6244、49、58、6具体实施方式0023首先，针对在以下说明中使用的离子的轨道的表现方法，参照图9进行说明。现在，考虑如下情形，目卩，离子从图中左方的入射面入射，在通过包含扇形电场等的任意离子光学系统之后，从图中右方的出射面出射。为方便起见，在图9中以直线方式描绘离子的中心轨道。假设该离子的行进方向为Z方向。此外，将具有通过中心轨道的特定能量且具有特定的质量电荷比的离子设定为基准离子。关于位置、角度(飞行方向)以及运动能量，具有从基准离子偏离的初始值并从入射面发出的离子的、相对于出射面中的中心轨道的位移(偏离)根据广为熟知的离子光学系统的理论采用如下的一次近似表达式来表示。x=(x|x)x0+(x|a)a0+(x|d)d(1)a=(a|x)x0+(a|a)a0+(a|d)d(2)y=(y|y)y。+(y|b)bQ(3)b=(b|y)y0+(b|b)bQ(4)1=(l|x)x0+(l|a)a0+(l|d)d(5)0024这里，xc、ao是入射面中的在回旋轨道面内与中心轨道正交的方向(图9中的X方向)的位置、以及相对于中心轨道的角度(飞行方向)的偏离量，yo、b。是入射面中的在与回旋轨道面相垂直的平面内与中心轨道正交的方向的位置、以及相对于中心轨道的角度的偏离量。x、a是出射面中的在回旋轨道面内与中心轨道正交的方向的位置(图9中的X方向)、以及、63、68、73、77自由飞行空间、67、72入射侧自由飞行空间、69、78出射侧自由飞行空间13相对于中心轨道的角度的位移量，y、b是出射面中的在与回旋轨道面相垂直的平面内与中心轨道正交的方向(图9中的X方向)的位置、以及相对于中心轨道的角度位移量。d是入射面中的能量的偏离的比例。l表示任意离子向与中心轨道平行的方向的飞行距离相对于基准离子的偏离(即超前或延迟)，对应于相对于基准离子的飞行时间的偏离。此外，(x|x)、...、(lld)称为1次像散系数，在离子光学系统中是由括弧()内的记号的要件所决定的常数。(1)(4)表达式中出现的1次像散系数是影响空间轨道稳定性的空间像散系数，(5)表达式中出现的1次像散系数是影响时间收敛性的时间像散系数。0025一般，已知时间收敛条件关于所述的1次时间像散系数(l|x)、(l|a)、(l|d)由下面表达式给出。(l|x)=(l|a)=(l|d)=0(6)0026在离子依次通过多个离子光学要件(通常是形成电场的电极)的情况下，通过第n个离子光学要件后的各像散系数根据离子光学的理论如下面这样计算。(x|x)n=(x|x)(x|x)n—(xja)(a|x)n—i(7)(a|a)n=(a|x)(x|a)『1+(aja)(a|a)n—1(8)(l|x)n=("x)(x|x)n—,+(l|a)(a|x)『、+(l|x)『、(9)(l|a)n=(l|x)(x|a)n—(l|a)(a|a)n—+(l|a)^(10)(l|d)n=(l|x)(x|d)n—+(l|a)(a|d)n—(l|d)n—!+(l|d)(U)00273在所述(7)(11)表达式中附加了下标(例如n-l)的像散系数表示依次通过由该指标表示的数的离子光学要件后的像散系数，无指标的像散系数表示第n个离子光学要件单体中的像散系数。另外，这里，只在X方向说明，但Y方向的情形也同样。0028下面，考察构成多重回旋离子光学系统的时间收敛单位结构。一般，在离子光学系统的入射侧以及出射侧，确保没有离子光学要件、即没有电场和磁场的自由飞行空间。图1是表示多重回旋离子光学系统的一个例子的概况图。在该例子中，1周的回旋轨道由相同的2个时间收敛单位结构Tl、T2形成。时间收敛单位结构T1(以及T2)在入射侧具有时间收敛点Pl，在出射侧具有时间收敛点P2，在使离子以大致圆弧形状飞行的基本离子光学要件10的前段存在长度Ll的自由飞行空间11,在后段存在长度L2的自由飞行空间12。即，在该例子中，离子每回旋半周回旋轨道就具有时间收敛点。0029由所述(7)(11)表达式表现的矩阵称为转移矩阵(transfermatrix),长度L的自由飞行空间的转移矩阵是[数学式1]'x、r1L00、、0、3010030d0010d、1',00-L/21j、Io'…(12)以后，假设转移矩阵对于X方向具有与(12)表达式相同的结构。将时间收敛单位结构中除去入射出射自由飞行空间的部分、即基本离子光学要件的转移矩阵表示为[数学式2]'(xIx)(xIa)(xId)0'(aIx)(aIa)(a|d)0,0010…(")'(llx)(I|a)(I|d)1,0030如图1所示，设入射侧自由飞行空间以及出射侧自由飞行空间的长度分别为L1、L2，时间收敛单位结构整体的转移矩阵由下面数学式计算[数学式3]'1L2ocr01000010、00-L2/21;1U000100001000-L1/21…(M)ddd--o—"力"--oI时间像素系数分别为(1|X)t=(1|X)(15)(l|a)t=(l|x)L1+(l|a)(16)(l|d)产(l|d)—(Ll+L2)/2(17)下标t意思是整体的像散系数。0031如果达成时间收敛，则由(6)表达式，根据(l|x)t=(l|a)产(l|d)t=0(15)(17)表达式成为(l|x)t=(l|x)=0(18)(l|a)t=(l|x)L1+(l|a)=(l|a)=0(19)(l|d)t=(l|d)—(Ll+L2)/2二0(20)艮P，飞行时间收敛中对于(l|x)以及(l|a)，仅在除去入射出射自由飞行空间后的基本离子光学要件中达成，不依赖于入射出射的自由飞行空间的长度。从离子光学光学特性的观点来看入射出射自由飞行空间的作用可知，在入射出射自由飞行空间的长度的总和中，仅抵消依赖于除去入射出射自由飞行空间后的基本离子光学要件中产生的能量的时间像散系数(l|d)。作为所述基本离子光学要件的特征，由(18)、(19)表达式，满足下面的条件。(l|x)二(l|a)=0、(l|d)>0(21)换句话来说，可以说满足该(21)表达式这样的、不具有入射出射自由飞行空间的离子光学要件是基本离子光学要件。0032根据所述离子光学知识，对于作为多重回旋离子光学系统已经存在的时间收敛单位结构及其时间收敛点P(图1中的P1、P2)，作为与其组合以便达成时间收敛点P处的时间收敛的离子光学系统的候补，能够列举基本离子光学要件。按照(18)、(19)表达式，基本离子光学要件已经在其自身中达成相对于初始位置以及初始角度的时间收敛。相对于能量的时间收敛能够通过自由飞行空间的距离的调整而容易地达成。10033作为一个例子，在图1中，在时间收敛单位结构T1的入射侧自由飞行空间中插入另外的基本离子光学要件，说明设计在时间收敛点P2处达成时间收敛这样的入射离子光学系统的情形。在图2中表示附加该入射离子光学系统后的状态的概况图。0034首先，在时间收敛单位结构T1的入射侧自由飞行空间11中配置另外的基本离子光学要件30，并使其从基本离子光学要件10的入射端离开适当的距离L1'。在该时刻，不管设入射侧自由飞行空间31相对于所插入的基本离子光学要件30的距离为多少，都确保多重回旋离子光学系统的时间收敛点P2处的相对于初始位置以及初始角度的时间收敛性。余下的是相对于能量的时间收敛性，在该时刻相对于由入射离子光学系统中存在的2个基本离子光学要件30、10生成的能量的时间像散系数是2(l|d)。因此，根据(20)表达式可知，如果在入射离子光学系统中除去2个基本离子光学要件30、10的自由飞行空间的总距离是L1+L2，则达成时间收敛点P2处的相对于能量的时间收敛。根据以上说明，如果相对于插入的基本离子光学要件的入射侧自由飞行空间31的长度LO是L0二2(Ll+L2)—(L1，+L2)(22)即可，就能够得出结论。〖0035如所述这样追加插入的基本离子光学要件不必用于构成时间收敛单位结构，只要满足作为基本离子光学要件而要求的特性即满足(21)表达式的条件即可。例如在釆用为(l|d)，二(L3+L4)/2这样的基本离子光学要件的情况下，成为L0=(Ll+L2+L3+L4)—(Ll，+L2)(23)0036〗此外，对于出射离子光学系统也可以按照与所述这样的入射离子光学系统的情形相同的步骤来设计。即，以多重回旋离子光学系统的时间收敛点为出发点，在时间收敛单位结构的出射侧自由飞行空间中配置基本离子光学要件，通过调节追加的基本离子光学要件的出射侧自由飞行空间的距离，能够容易地设计达成时间收敛的出射离子光学系统。0037下面，本申请发明者说明如下的具体构成例，即，通过采用模拟的轨道计算而确认达成时间收敛性的具体构成例。实施例10038图3是在本发明的一个实施例(实施例1)的多重回旋离子光学系统中设置入射离子光学系统前的、即仅实现了回旋轨道的状态的概况图。此外，表1中示出构成该多重回旋离子光学系统的各要件的参数。另外，表1中的括弧[]内的符号对应于图3中的各要件的符号(以下各表中相同)。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>(l!x)=0.000,(l|a)=0.000，(l|d)=0.000Ll+L2=1.28580039在该多重回旋离子光学系统中，1周的回旋轨道由2个时间收敛单位结构Tl、T2形成。在1个时间收敛单位结构Tl中，基本离子光学要件包括由分别由外侧电极和内侧电极构成的扇形电极形成的2个扇形电场40、41;和存在于该2个扇形电场40、41之间的长度L的自由飞行空间43。扇形电场40、41的中心轨道半径同为R1二1，前段的扇形电场40的偏转角为23.8[deg]，后段的扇形电场41的偏转角为156.2[deg]。对于该基本离子光学要件，在入射侧设置长度L1的自由飞行空间42，在出射侧设置长度L2的自由飞行空间44，保证从时间收敛点Pl发出的离子在点P2处进行时间收敛。其他的时间收敛单位结构T2也具有与时间收敛单位结构T1完全相同的结构以及参数。对于该多重回旋离子光学系统，在每半周的时间收敛点Pl、P2处，通过数值计算来确认成为(l|x)=(l|a)二(l|d)=0。0040图4是在图3示出的多重回旋离子光学系统中设置本发明的入射离子光学系统的情况的一个例子的概况结构图。此外，表2示出此时的各要件的参数。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>(l|x)=0.000,(l|a)=0.000,(l|d)=0.000L0=2(Ll+U)—(U'+L2)0041在时间收敛单位结构Tl中的入射侧的自由飞行空间42中插入包含扇形电场50、51和自由飞行空间53的新的基本离子光学要件，使该扇形电场51的出射端面和时间收敛单位结构Tl的扇形电场40的入射端面之间的自由飞行空间的距离Ll'成为0.2。新追加的基本离子光学要件的参数与时间收敛单位结构T1、T2的参数完全相同。0042这里，从离子出发点Ps至扇形电场50的入射端面之间的入射侧自由飞行空间52的距离LO由(22)表达式求出，确定为L0二1,7288。对于这样设计的入射离子光学系统，在多重回旋离子光学系统的时间收敛点P2处，通过数值计算确认为达成(l|x)二(l|a)=(lid)=0。即，从离子出发点Ps发出的离子在通过图4中以粗的点划线示出的中心轨道后到达时间收敛点P2的时刻达成时间收敛，因此，之后也能够确保在由2个时间收敛单位结构Tl、T2形成的回旋轨道上进行回旋的离子的时间收敛点Pl、P2处的时间收敛性。此外，根据所述理由，由于距离L1'能够在L1以下的范围中任意决定，因此能够将形成扇形电场51的电极调整至适当位置，以使其与形成扇形电场46的电极之间没有干涉，或使整个装置的尺寸适当减小。0043另外，为了确保回旋轨道，必须在形成扇形电场51的电极(外侧电极)上设置离子通过开口。通过穿过设置该开口，在扇形电场51中恐怕会产生混乱，为了减轻该混乱，树如可以在开口中张设金属制的网孔或丝线、或者设置电场校正电极。0044另一方面，对于用于将在所述回旋轨道上飞行的离子取出至外部的出射离子光学系统，也能够是与所述入射离子光学系统相同的结构。图5是进一步在图4中示出的多重回旋离子光学系统中设置了本发明的出射离子光学系统的情况下的一个例子的概况结构图。即，在时间收敛单位结构Tl中的出射侧的自由飞行空间44中，插入包含扇形电场55、56和自由飞行空间57的新的基本离子光学要件，使该扇形电场55的入射端面和时间收敛单位结构T1的扇形电场41的出射端面之间的自由飞行空间的距离L'为0.2。这里，新追加的基本离子光学要件的参数也与时间收敛单位结构Tl、T2的参数完全相同。此外，从扇形电场56的出射端面至检测点Pd之间的出射侧自由飞行空间58的距离L0也被确定为由(22)表达式求出的1.7288。针对这样构成的出射离子光学系统，以多重回旋离子光学系统的时间收敛点Pl为出发点，通过数值计算来确认检测点Pd中的时间收敛的达成。0045另外，在连接基本离子光学要件时，由于扇形电场的偏转的方向不影响时间像散系数，因此能够考虑设置面积等来适当改变偏转的方向。实施例20046图6是在与所述实施例不同的结构的实施例2的多重回旋离子光学系统中设置入射离子光学系统前的、即仅实现了回旋轨道的状态的概括图。此外，表3中示出构成该多重回旋离子光学系统的各要件的参数。表3时间收敛单位结构[T3]<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>(l|x)=0.000，(l|a)=0.000，(l|d)=0.000Ll+L2=3.20000047在该实施例2的多重回旋离子光学系统中，1周的回旋轨道也由2个时间收敛单位结构T3、T4形成。在1个时间收敛单位结构T3中，基本离子光学要件包括由分别由外侧电极和内侧电极构成的扇形电极形成的2个扇形电场60、61;和存在于该2个扇形电场60、61之间的长度L的自由飞行空间63。扇形电场60、61结构完全相同，其中心轨道半径为Rl=1，偏转角为157.29[deg]。对于该基本离子光学要件，在入射侧设置长度L3的自由飞行空间62，在出射侧设置长度L4的自由飞行空间64，保证从时间收敛点P3发出的离子在点P4处进行时间收敛。其他的时间收敛单位结构T4也具有与时间收敛单位结构T3完全相同的结构以及参数。对于该多重回旋离子光学系统，在每半周的时间收敛点P3、P4处，通过数值计算来确认成为(l|x)=(l|a)=(l|d)=0。0048图7是在图6示出的多重回旋离子光学系统中设置本发明的入射离子光学系统的情况的一个例子的概况结构图。此外，表4示出此时的各要件的参数。表4自由飞行空间L0[72〗1.8858基本离子光学要件1扇形电场[70]自由飞行空间L[73]扇形电场[71]半径R1:1偏转角61:23.8deg2.0637半径R1:1偏转角62:I56.2deg自由飞行空间LI'l細O基本离子光学要件1扇形电场[60]自由飞行空间L[63]逆偏转扇形电场[61]逆偏转半径R1:1偏转角63:157.29deg4.3062半径R1:1偏转角63:157.29deg自由飞行空间L4[64]1.6000(llx)=0,000，(l|a)=0.000,(l|d)=0.000Ll+L2=3,20000049如上所述，作为入射出射离子光学系统而组合的基本离子光学要件不必是其自身的基本离子光学要件。作为选择作为入射出射离子光学系统而追加的基本离子光学要件的判断基准，不只是时间收敛性，离子透过率的特性也很重要。此外，实际应用中，整体的设置面积也是重要的判断因素。从离子通过率的观点来看，在通过入射出射离子光学系统之后，必须组合基本离子光学要件，以使离子轨道的位移和角度不扩大。对于图6以及表3示出的多重回旋离子自身的基本离子光学要件的情况下，判明为数值计算的结果、离子轨道的位移和角度的范围扩大。因此，这里，在图6中示出的多重回旋离子光学系统中组合实施例1的基本离子光学要件后构成入射出射离子光学系统。0050艮P，在时间收敛单位结构T3中的入射侧的自由飞行空间62中插入包含扇形电场40、41及自由飞行空间43、和扇形电场70、71及自由飞行空间73的新的基本离子光学要件，使该扇形电场71的出射端面和时间收敛单位结构T3的扇形电场60的入射端面之间的自由飞行空间的距离L3'成为1.0。并且，根据(23)表达式求出从离子出发点Ps至扇形电场70的入射端面之间的入射侧自由飞行空间72的距离LO，确定为L0-1.8858。对于这样设计的入射离子光学系统，通过数值计算确认在多重回旋离子光学系统的时间收敛点P4处达成(ljx)=(l|a)=(l|d)-0。当然，可以适当调整L3'，以使电极的配置合理。0051对于出射离子光学系统也可以是相同的结构。图8是在图7示出的多重回旋离子光学系统中进一步设置本发明的出射离子光学系统的情况的一个例子的概况结构图。gP，在时间收敛单位结构T3中的出射侧的自由飞行空间64中插入包含扇形电场75、76和自由飞行空间77的新的基本离子光学要件，使该扇形电场75的入射端面和时间收敛单位结构T3的扇形电场61的出射端面之间的自由飞行空间的距离L4'成为1.0。这里，新追加的基本离子光学要件的参数与用于形成入射离子光学系统的时间收敛单位结构T1的参数完全相同。此外，也根据(23)表达式求出从扇形电场76的出射端面至检测点Pd之间的出射侧自由飞行空间78的距离LO，确定为L0=1.8858。0052对于这样构成的出射离子光学系统，以多重回旋离子光学系统的时间收敛点P3为出发点，通过数值计算确认达成检测点Pd处的时间收敛。另外，确定基本离子光学要件的连接时的偏转的方向，以使设置面积减小。如果不存在电极彼此的接触等问题，就以可实现的方式充分配置。当然，在偏转的方向相互反转的配置中，对时间收敛性也没有影响。0053如以上具体说明的，根据本发明，能够容易地设计能够以多重回旋离子光学系统的回旋轨道上的时间收敛点为基准而达成时间收敛的入射出射离子光学系统。此外，由于离子光学元件的配置的自由度较大，因此，也有利于装置的小型化。0054另外，所述实施例只不过是本发明的一个例子，在本发明的宗旨的范围中进行适当变形、修正、追加当然也包含在本申请的范围中。权利要求1、一种质谱分析装置，具有多重回旋离子光学系统，该多重回旋离子光学系统通过组合多个扇形电场和没有电场的自由飞行空间而形成闭合的回旋轨道，该质谱分析装置通过使离子沿该回旋轨道重复飞行，从而按照质量电荷比来分离离子，其特征在于，所述多重回旋离子光学系统连接多个时间收敛单位结构，该时间收敛单位结构由以下构成基本离子光学要件，至少包含一个扇形电场，具有相对于离子的初始位置以及初始角度的偏差的时间收敛性，并且满足依赖于离子所具有的能量的时间像差系数为正值的条件；入射侧自由飞行空间，为了将离子入射至该基本离子光学要件而对离子进行引导；以及出射侧自由飞行空间，引导从该基本离子光学要件出来的离子，在所述多个时间收敛单位结构中的一个时间收敛单位结构的入射自由飞行空间中，插入入射离子光学系统用的基本离子光学要件，使其出射轴与所述入射自由飞行空间的入射轴相一致，入射侧自由飞行空间被设置在所述入射离子光学系统用的基本离子光学要件的入射端和离子出发点之间，该入射侧自由飞行空间的长度根据从所述入射离子光学系统用的基本离子光学要件的出射端至插入了该基本离子光学要件的时间收敛单位结构中的基本离子光学要件的入射端为止的距离、该时间收敛单位结构中的入射侧自由飞行空间的长度、以及该时间收敛单位结构中的出射侧自由飞行空间的长度而唯一决定。2、根据权利要求l所述的质谱分析装置，其特征在于，调整所述入射离子光学系统用的基本离子光学要件的入射端和离子出发点之间的入射侧自由飞行空间的长度，以便抵消与由入射离子光学系统用的基本离子光学要件和多重回旋离子光学系统中的时间收敛单位结构中产生的能量相依赖的时间像散系数的总和。3、根据权利要求l所述的质谱分析装置，其特征在于，当设从该入射离子光学系统用的基本离子光学要件的出射端至插入了该基本离子光学要件的时间收敛单位结构中的基本离子光学要件的入射端为止的距离为Ll'，设该时间收敛单位结构中的入射侧自由飞行空间的长度为Ll，设该时间收敛单位结构中的出射侧自由飞行空间的长度为L2时，所述入射离子光学系统用的基本离子光学要件的入射端和离子出发点之间的入射侧自由飞行空间的长度L0由如下表达式决定，L0=2(Ll+L2)—(Ll，+L2)4、一种质谱分析装置，具有多重回旋离子光学系统，该多重回旋离子光学系统通过组合多个扇形电场和没有电场的自由飞行空间而形成闭合的回旋轨道，该质谱分析装置通过使离子沿该回旋轨道重复飞行，从而按照质量电荷比来分离离子，其特征在于，所述多重回旋离子光学系统连接多个时间收敛单位结构，该时间收敛单位结构由以下构成基本离子光学要件，至少包含一个扇形电场，具有相对于离子的初始位置以及初始角度的偏差的时间收敛性，并且满足依赖于离子所具有的能量的时间像差系数为正值的条件；入射侧自由飞行空间，为了将离子入射至该基本离子光学要件而对离子进行引导；以及出射侧自由飞行空间，引导从该基本离子光学要件出来的离子，在所述多个时间收敛单位结构中的一个时间收敛单位结构的出射自由飞行空间中，插入出射离子光学系统用的基本离子光学要件，使其入射轴与所述出射自由飞行空间的出射轴相一致，出射侧自由飞行空间被设置在所述出射离子光学系统用的基本离子光学要件的出射端和离子检测点之间，该出射侧自由飞行空间的长度根据从所述出射离子光学系统用的基本离子光学要件的入射端至插入了该基本离子光学要件的时间收敛单位结构中的基本离子光学要件的出射端为止的距离、该时间收敛单位结构中的入射侧自由飞行空间的长度、以及该时间收敛单位结构中的出射侧自由飞行空间的长度而唯一决定。5、根据权利要求4所述的质谱分析装置，其特征在于，调整所述出射离子光学系统用的基本离子光学要件的出射端和离子检测点之间的出射侧自由飞行空间的长度，以便抵消与由出射离子光学系统用的基本离子光学要件和多重回旋离子光学系统中的时间收敛单位结构中产生的能量相依赖的时间像散系数的总和。6、根据权利要求4所述的质谱分析装置，其特征在于，当设从该出射离子光学系统用的基本离子光学要件的入射端至插入了该基本离子光学要件的时间收敛单位结构中的基本离子光学要件的出射端为止的距离为L1'，设该时间收敛单位结构中的入射侧自由飞行空间的长度为Ll，设该时间收敛单位结构中的出射侧自由飞行空间的长度为L2时，所述出射离子光学系统用的基本离子光学要件的出射端和离子检测点之间的出射侧自由飞行空间的长度L0由如下表达式决定，L0=2(Ll+L2)—(Ll，+L2)7、根据权利要求16中任一项所述的质谱分析装置，其特征在于，所述入射离子光学系统或所述出射离子光学系统用的基本离子光学要件的结构与构成多重回旋离子光学系统的时间收敛单位结构的基本离子光学要件相同。全文摘要本发明提供一种质谱分析装置。1周的回旋轨道由相同的2个时间收敛单位结构形成。时间收敛单位结构在入射侧具有时间收敛点(P1)，在出射侧具有时间收敛点(P2)，在使离子以大致圆弧形状飞行的基本离子光学要件之前具有长度L1的入射侧自由飞行空间，在基本离子光学要件之后具有长度L2的出射侧自由飞行空间。为了从外部将离子导入回旋轨道，在入射侧自由空间中插入相同结构的基本离子光学要件，使其出射端和基本离子光学要件的入射端之间的距离为L’。并且，将使离子入射至基本离子光学要件的自由飞行空间的长度L0设定为采用L0＝2(L1+L2)-(L1’+L2)求出的值。由此，在从出发点(Ps)出射的离子到达时间收敛点(P2)时，保证时间收敛性。文档编号H01J49/40GK101669188SQ20078005290公开日2010年3月10日申请日期2007年5月9日优先权日2007年5月9日发明者西口克申请人:株式会社岛津制作所