正交加速飞行时间型质量分析装置的制作方法

本发明涉及一种正交加速飞行时间型质量分析装置。

背景技术：

1、在飞行时间型质量分析装置(tof-ms：time-of-flightmass spectrometer)中，向源自试样成分的离子组赋予一定的动能，使其在固定距离的空间中飞行，根据该飞行时间求出离子组中包含的各离子的质荷比。此时，若离子的初始能量(初始飞行速度)存在偏差，则飞行时间在具有相同的质荷比的离子间产生偏差，质量分辨率降低。为了解决这一问题，可使用正交加速型的飞行时间型质量分析装置(正交加速飞行时间型质量分析装置)(例如专利文献1-4)。在正交加速飞行时间型质量分析装置中，使离子组入射至具有推斥电极和引入电极的正交加速部中，通过在与其入射方向正交的方向上将该离子组加速，能够排除该入射方向上的飞行速度的偏差的影响，从而提高质量分辨率。

2、正交加速飞行时间型质量分析装置具备配置有离子源的离子化室、配置有输送在离子源中生成的离子组的输送光学系统和用于使该离子组中所包含的规定的质荷比的离子开裂的碰撞池的中间真空室、及供从该输送光学系统中导入的离子组飞行的分析室。中间真空室及分析室设置在真空腔室内。离子化室、中间真空室及分析室具有真空度按该顺序依次变高的差动排气型的构成，各室由形成有离子通过部的分隔壁部件进行划分。

3、在正交加速飞行时间型质量分析装置中，为了从中间真空室向分析室输送离子，在中间真空室与分析室的边界部配置有转移电极(例如专利文献1-4)。转移电极是经由绝缘隔离部件将多个环形电极在中心轴方向上连结的电极，位于最前级侧(离子源侧)的环形电极配置在中间真空室内，位于其后级的环形电极配置在分析室内。通过将绝缘隔离部件固定在形成于将中间真空室与分析室划分的分隔壁部件的开口部，并将位于最后级的环形电极在分析室中相对于真空腔室的壁面进行固定而将转移电极定位。在固定该位于最后级的环形电极时，为了使该环形电极与真空腔室绝缘，使用至少一部分由绝缘性材料构成的固定部件。转移电极被精密定位以使多个环形电极的中心轴(离子光轴)通过正交加速部的推斥电极与引入电极的对置面的中央并与该对置面平行。

4、现有技术文献

5、专利文献

6、专利文献1：国际公开第2016/042632号

7、专利文献2：国际公开第2019/220554号

8、专利文献3：国际公开第2019/224948号

9、专利文献4：国际公开第2019/229864号

10、专利文献5：国际公开第2019/220497号

11、非专利文献

12、非专利文献1：“可加工陶瓷特性表”，[在线]，株式会社ferrotecmaterialtechnologies，[2020年10月27日检索]，网址<url：https://ft-mt.co.jp/assets/pdf/jp/machinable_ceramics/machinab le_ceramics_performance.pdf>

技术实现思路

1、发明要解决的技术问题

2、在正交加速飞行时间型质量分析装置中，通过配置在分析室内的飞行管限定离子的飞行路径。由于飞行管随着温度的变化而膨胀或收缩，因此若质量分析时的温度不同，则飞行路径的长度也不同，即便是相同的离子，飞行时间也会不同，从而质量精度变差。为了防止这种质量精度的劣化，专利文献3中记载了将分析室加热及调温至35℃到50℃之间的规定的温度。

3、正交加速飞行时间型质量分析装置在工厂中在室温(例如25℃)环境下组装，因此，若将分析室加热及调温至上述温度，则固定转移电极的各个部件会发生热膨胀。如上所述，转移电极在前级侧与后级侧分别相对于真空室进行定位并固定。通常，为了将转移电极固定在前级侧而使用的部件的材质及大小与为了固定在后级侧而使用的部件的材质及大小不同。在很多情况下，真空腔室使用铝制，固定转移电极的部件使用例如铝制的导电部件与peek(聚醚醚酮)制的绝缘部件的组合物。peek树脂的热膨胀率比铝的热膨胀率大。因此，在工厂组装装置时，即便将转移电极高精度地定位以使离子光轴通过正交加速部的推斥电极与引入电极的对置面的中央并与该对置面平行，但若在质量分析时对分析室进行加热，则各部件的热膨胀量不同，离子光轴发生偏移。若离子光轴发生偏移，则存在质量分辨率、离子的检测灵敏度、质量精度等装置性能降低的问题。

4、为了解决上述问题，可以考虑使质量分析装置的制造时的温度与分析时的温度一致。但是，由于分析时的加热温度根据进行该分析时的环境或装置的状态不同，因此能够适当地变更对质量分析装置进行调温时的目标温度(例如专利文献5)。因此，不能采用使质量分析装置的制造时与分析时的温度一致的解决方法。

5、此外，例如将正交加速飞行时间型质量分析装置从工厂输送到海外的交货目的地时，使用船运或航空运输，但装载于此的集装箱的内部的温度可能在5℃到50℃的广泛的范围内变化。各部件根据在输送行程产生的这种温度变化而热膨胀(或收缩)，部件间的固定位置不可逆地变化，在这样的情况下也与上述同样地，离子光轴发生偏移，质量分辨率、离子的检测灵敏度、质量精度等装置性能降低。

6、本发明要解决的技术问题在于，提供一种正交加速飞行时间型质量分析装置，即便在装置的组装时与使用时的温度不同的情况下或改变飞行管的调温的目标温度的情况下，离子光轴也难以产生偏移。

7、用于解决上述技术问题的方案

8、为了解决上述技术问题而完成的本发明的正交加速飞行时间型质量分析装置具备：

9、真空腔室，内部空间被划分为第1真空室与第2真空室；

10、绝缘隔离部件，以跨越所述第1真空室与所述第2真空室的方式配置；

11、前级侧环形电极，固定在所述绝缘隔离部件的所述第1真空室侧；

12、多个后级侧环形电极，固定在所述绝缘隔离部件的所述第2真空室侧，经由绝缘性的连结部件相互连结；

13、第1固定部件，将所述绝缘隔离部件相对于所述第2真空室内的规定位置定位，包括第1位移部件，该第1位移部件通过热膨胀使所述前级侧环形电极及所述后级侧环形电极的中心轴在与该中心轴正交的规定方向位移；

14、第2固定部件，将所述多个后级侧环形电极的任一个相对于所述规定位置定位，包括第2位移部件，该第2位移部件通过热膨胀使所述中心轴在与该中心轴正交的规定方向位移，并且每单位温度的所述第1位移部件的热膨胀量与每单位温度的所述第2位移部件的热膨胀量之差是所述第1位移部件的热膨胀量的30％以下。

15、上述前级侧环形电极及后级侧环形电极的中心轴相当于离子的飞行路径的中心轴(离子光轴)。上述第1位移部件可以与上述第1固定部件相同，或者也可以是第1固定部件的一部分。此外，上述第2位移部件可以与上述第2固定部件相同，或者也可以是第2固定部件的一部分。对正交加速飞行时间型质量分析装置进行设计时，决定离子光轴以使从转移电极的前级飞行的离子以规定角度(典型地，在构成正交加速部的推斥电极与引入电极之间的中央笔直地)输送至转移电极的后级的规定位置。将绝缘隔离部件及后级侧环形电极相对于第2真空室内的规定位置定位是指，配置绝缘隔离部件的位置及后级侧环形电极，以使离子光轴的位置如上述设计所示。

16、发明效果

17、在本发明的正交加速飞行时间型质量分析装置中，绝缘隔离部件以跨越在真空腔室内划分的第1真空室和第2真空室的方式配置。绝缘隔离部件通过第1固定部件而相对于第2真空室内的规定位置固定。第1固定部件包括通过热膨胀使前级侧环形电极及后级侧环形电极的中心轴在与该中心轴正交的规定方向位移的第1位移部件。此外，在绝缘隔离部件的第1真空室侧固定有前级侧环形电极，在第2真空室侧固定有多个后级侧环形电极。并且，多个后级侧环形电极中的任一个(典型地为位于最后级的环形电极)通过第2固定部件而相对于上述规定位置固定。第2固定部件也包括通过热膨胀使前级侧环形电极及后级侧环形电极的中心轴在与该中心轴正交的规定方向位移的第2位移部件。并且，每单位温度(1度)的第1位移部件的热膨胀量(构成第1位移部件的各部件的上述规定方向的长度与热膨胀率的乘积之和)与每单位温度的第2位移部件的热膨胀量(构成第2位移部件的各部件的上述规定方向的长度与热膨胀率的乘积之和)之差是第1位移部件的热膨胀量的30％以下。因此，即便在装置的组装时的温度与使用时的温度不同的情况下或变更飞行管的调温的目标温度的情况下、以及在装置的输送行程中产生温度变化的情况下，由于两者的膨胀量或收缩量之差较小，也能够抑制离子光轴的偏移，并抑制质量分辨率、离子的检测灵敏度、质量精度等装置性能降低。