化学辞典 第2版 「飛行時間型質量分析計」の解説
飛行時間型質量分析計
ヒコウジカンガタシツリョウブンセキケイ
time-of-flight mass spectrometer
TOF質量分析計ともいう．せん光光分解(法)や衝撃波管などの高速化学反応の中間生成物の分析，負イオンの寿命の測定などに有効な質量分析計の一種である．一般に，粒子の飛行速度を一定距離間で測定すれば，粒子の質量か運動エネルギーのいずれか一方を知れば他方を知ることができる．この方法を飛行時間法といい，中性子のエネルギー測定などに使用される．この原理を応用して，1955年，W.C. Wileyが図のような質量分析計を製作した．図の左方のイオン化室で電子線または光のパルス(パルス幅は通常0.2 μs，感度を高めるため5 μs ぐらいを使用することがある)により気体をイオン化する．イオン化法によっては連続イオン化を使用する．図はRPD法を行う電子衝撃イオン源を示す．生成したイオンは，G1 の電極にイオン引き出しパルス(1 μs 程度のパルス幅)を荷電し，引き出したイオンを G1，G2 間の静電場で加速して，ドリフト管内に入射させる．イオンは束となって，ドリフト管(長さ1～2.5 m)内を同一運動エネルギーでそれぞれ等速運動をする．質量により速度が異なるため，イオン検出部への到達時間が異なる．各時間にイオン検出部に到達したイオンは，磁場型二次電子増倍管で電子流として増幅され，広幅増幅器(wide band amplifier)で増幅して，時間に対するイオン量の変化をオシロスコープで観察する．通常，イオン引き出しパルスは，10 kHz(場合によっては100 kHz)であるので，各100 μs ごとの質量スペクトルが得られ，オシロスコープに現れた質量スペクトルを高速カメラで撮影すれば，質量スペクトルの高速変化を追跡することができる．また，広幅増幅器のかわりに直流増幅器を使用し，イオン到着時間をトリガーし，遅延時間をかえる時間走査をすれば，記録紙に記録することができる．本機器は分解能は高くはなく，400程度であるが，上記のような
(1)高速反応中間体の分析，
(2)加速された中性粒子も観測できるので，数 μs から ms 程度の自動電子脱離に対する寿命をもった負イオンの寿命の測定，
(3)イオン化とイオン引き出し時間を変化させて，イオン-分子反応の反応速度を直接測定すること，
(4)イオン化の間は，イオン化室を無電場状態にできるので，イオン化電圧，出現電圧の測定，
などに独自の応用範囲をもっている．
出典 森北出版「化学辞典（第2版）」化学辞典 第2版について 情報