セクター質量分析計

セクター装置とは、静電（E）セクターまたは磁気（B）セクター、あるいはその2つ（空間的に別々に）の組み合わせを質量分析計として使用する質量分析計の一種を指す一般用語である。 ^[1]これらのセクターの一般的な組み合わせは、EB、BE（いわゆる逆幾何学）、3セクターBEB、および4セクターEBEB（電気-磁気-電気-磁気）装置である。現代のセクター装置のほとんどは、イオンビームを方向と速度の両方で集束させる二重収束装置（1936年にフランシス・ウィリアム・アストン、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、およびジョセフ・マタウクによって最初に開発された^[2]）である。^[3]

セクター型装置で見られるような均一で線形の静的電場または磁場（別々）におけるイオンの挙動は単純です。物理的性質は、ローレンツ力の法則と呼ばれる単一の方程式で説明されます。この方程式は、すべての質量分析技術の基本方程式であり、非線形、非均一な場合にも適用され、一般的に 電気力学の分野で重要な方程式です。

${\displaystyle \mathbf {F} =q(\mathbf {E} +\mathbf {v} \times \mathbf {B} ),}$

ここで、Eは電界強度、Bは磁界誘導、qは粒子の電荷、vは粒子の電流速度（ベクトルとして表される）、× は外積です。

したがって、線形均一電界（電場）内のイオンにかかる 力は次のようになります。

${\displaystyle F=qE\,}$、

正イオンは電場の方向に、負イオンは電場の反対方向に作用します。

力は電荷と電界の強さにのみ依存します。慣性の違いにより、軽いイオンはより大きく偏向し、重いイオンはより小さく偏向し、イオンは電気セクターから出るときに空間内で物理的に互いに分離して、明確なイオンビームになります。

線形均一磁場（磁気セクター）内のイオンにかかる力は次のようになります。

${\displaystyle F=qvB\,}$、

磁場とイオン自体の速度ベクトルの両方に垂直で、外積の右手の法則と電荷の符号によって決定される方向です。

磁気セクター内の力は速度依存性によって複雑になりますが、適切な条件（たとえば均一な速度）であれば、異なる質量のイオンは電気セクターの場合と同様に空間内で物理的に異なるビームに分離されます。

これらは質量分析計の典型的な形状の一部であり、セクター配置のさまざまなタイプを区別するためによく使用されますが、設計がさらに進化したため、現在の機器のほとんどはこれらのカテゴリのいずれにも正確には当てはまりません。

セクター機器の形状は、初期ドリフト長のない 127.30° の電気セクターと、それに続く同じ曲率方向の 60° の磁気セクターで構成されています。「ベインブリッジ質量分析計」と呼ばれることもあるこの構成は、同位体質量の測定によく使用されます。研究対象の同位体から正の粒子ビームが生成されます。ビームは、垂直な電界と磁界の複合作用を受けます。粒子の速度が次の式で与えられる 場合、これら 2 つのフィールドによる力は等しく反対であるため、${\displaystyle \left({\frac {\pi }{\sqrt {2}}}\right)}$

${\displaystyle v=E/B\,}$

原子核は合力を受けず、スリットを自由に通過し、別の磁場の影響を受け、半円形の経路を横切って写真乾板に衝突します。同位体の質量はその後の計算によって決定されます。

マタウチ・ヘルツォク幾何学は、31.82°（ラジアン）の電場とドリフト長、それに続く反対の曲率方向の90°の磁気セクターで構成されています。^[4]主に電荷によって選別されたイオンが磁場に入ると、エネルギー収束効果と標準的なエネルギーフィルターよりもはるかに高い透過率が生成されます。この幾何学は、スパークソース質量分析（SSMS）や二次イオン質量分析（SIMS）など、生成されるイオンのエネルギー分布が大きく、それでも感度が求められるアプリケーションでよく使用されます。^[5] この幾何学がニーア・ジョンソン幾何学よりも優れている点は、異なる質量のイオンがすべて同じ平面に収束されることです。これにより、写真乾板やその他の平面検出器アレイを使用できます。 ${\displaystyle \pi /4{\sqrt {2}}}$

ニーア・ジョンソン幾何学は、90°の電気セクター、長い中間ドリフト長、および同じ曲率方向の60°の磁気セクターで構成されています。^{[6] [7]}

ヒンターベルガー・ケーニッヒ幾何学は、42.43° の電気セクター、長い中間ドリフト長、および同じ曲率方向の 130° の磁気セクターで構成されます。

竹下ジオメトリは、54.43°の電気セクターと短いドリフト長、同じ曲率方向の2番目の電気セクター、それに続く別のドリフト長、そして反対の曲率方向の180°の磁気セクターで構成されています。

松田ジオメトリは、85°の電気セクター、四重極レンズ、および同じ曲率方向の72.5°の磁気セクターで構成されています。^{[8]このジオメトリは、} SHRIMPとPanorama（地球化学における同位体を測定するためのガス源、高解像度、マルチコレクター） で使用されています。

• 質量分析イオン運動エネルギー分光法
• 遠隔断片化を充電する
• ケネス・ベインブリッジ
• アルフレッド OC ニーア