セクター型質量分析計

セクター型質量分析計

セクター型質量分析計は、イオンの質量を分析するために使用される装置の一つで、主に静電セクターや磁気セクターを利用しています。これらのセクターは、空間的に分離された二つのフィールドを用いてイオンを分析するため、非常に高精度な質量測定が可能です。特に、BEB（磁気-電気-磁気）の組み合わせが一般的に活用されており、最先端の技術として二重収束型質量分析計が挙げられます。

このタイプの質量分析計は、1936年にアーサー・ジェフリー・デンプスター、ケネス・ベインブリッジ、ヨーゼフ・マッタウフによって開発されました。セクター型質量分析計の基本的な原理は、均一で線形な電場や磁場の中でイオンがどのように振る舞うかに基づいています。

理論的背景

まず、ローレンツ力の法則がセクター型質量分析計のイオン挙動を記述します。次の式で表されるこの法則は、全ての質量分析技術にとって不可欠な方程式です。ここで、F は力、q は粒子の電荷、E は電場、v は速度、B は磁場を表します。

$$F = q(E + v imes B)$$

この式からも分かるように、イオンが受ける力の大きさは電荷と電場強度に依存し、イオンの質量によって力の振る舞いも変わります。軽いイオンはより大きく曲がり、重いイオンは少ししか曲がらないため、最終的にこれらは空間的に分離されます。

古典的構成

セクター型質量分析計には、さまざまな構成のバリエーションがありますが、現在の技術の進展により、古典的な分類は必ずしも正確ではなくなっています。以下にいくつかの代表的な構成を挙げます。

ベインブリッジ・ジョーダン型

この構成では、127.30°の静電セクターと、同じ方向の60°の磁気セクターが組み合わさっています。これにより、高精度の同位体質量分析が可能になります。

マッタウフ・ヘルツォーク型

31.82°の静電セクターと、逆方向の90°の磁気セクターで構成されており、イオンのエネルギー収束効果を生み出します。更に、精度を求められる用途での使用が一般的です。

ニーア・ジョンソン型

90°の電気セクターと長い中間ドリフトを持つ構成が特徴で、イオンの精密測定が可能です。

ヒンターベルガー・ケーニヒ型

静電セクターが42.43°、曲がった130°の磁気セクターから成り、長いドリフト長を持ちます。

竹下型および松田型

竹下型は54.43°の静電セクターと短いドリフト長、逆の180°の磁気セクターが特徴です。松田型は85°の静電セクターと72.5°の磁気セクターで構成され、特に高分解能の測定に適しています。

これらの構成は、異なる用途や分析要求に応じた設計がされており、高度な技術を駆使してイオンの質量測定を行っています。

まとめ

セクター型質量分析計は、その高い精度と多様な構成が可能な点から、質量分析の分野で重要な役割を果たしています。これらの装置は、特に同位体の分析や高度な科学的研究の場で幅広く利用されています。

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