JP2000260384A - 質量分析装置 - Google Patents
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- H01J49/04—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components
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- Electron Tubes For Measurement (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】イオンの極性や、質量数，エネルギーによら
ず、高感度かつ高効率に検出する質量分析装置を提供す
る。 【解決手段】変換電極６に入射するイオンビームの入射
方向と、二次電子出射口６３の中心６４とシンチレータ
７１の中心７３とを結ぶ線７５とが、鋭角をなすよう
に、イオンビーム輸送部５，変換電極６および二次電子
検出系７は設置されている。すなわち、イオン輸送部５
の端部５２と二次電子出射口６３の中心軸６４との間に
シンチレータ７１の中心軸７４がある。二次電子出射口
６３はイオン輸送部５とシンチレータ７１の間の電界か
ら離れているので、二次電子が偏向されることなくシン
チレータ７１まで到達する。
ず、高感度かつ高効率に検出する質量分析装置を提供す
る。 【解決手段】変換電極６に入射するイオンビームの入射
方向と、二次電子出射口６３の中心６４とシンチレータ
７１の中心７３とを結ぶ線７５とが、鋭角をなすよう
に、イオンビーム輸送部５，変換電極６および二次電子
検出系７は設置されている。すなわち、イオン輸送部５
の端部５２と二次電子出射口６３の中心軸６４との間に
シンチレータ７１の中心軸７４がある。二次電子出射口
６３はイオン輸送部５とシンチレータ７１の間の電界か
ら離れているので、二次電子が偏向されることなくシン
チレータ７１まで到達する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、試料をイオン化し
て質量を分析する質量分析装置に関する。
て質量を分析する質量分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平10−116583号公報は、質量分離さ
れたイオンを、変換ダイノードに入射して二次電子に変
換し、放出された二次電子を検出する質量分析装置を記
載する。
れたイオンを、変換ダイノードに入射して二次電子に変
換し、放出された二次電子を検出する質量分析装置を記
載する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】イオンビームを二次電
子に変換する変換電極を小型化するにあたり、以下のよ
うな問題がある。（１）変換電極のイオンビームが入射
する入射口付近に、変換電極の外部にできる電界が回り
込む浸透電界が発生し、二次電子が影響を受けて、入射
口から二次電子が漏出する。（２）変換電極系から二次
電子が出射する出射口付近で、出射した二次電子が受け
る電界の向きは、変換電極にイオンビームが衝突する位
置によって大きく異なる為、出射口から二次電子が発散
し、検出効率が低下する。（３）変換電極で発生した二
次電子が、シンチレータなどの電子検出器に達成するま
での間に偏向力を受け、ビームの収束性が悪くなり、検
出効率が低下する。（４）正イオンと負イオンの両方を
分析できる装置の場合、イオンの極性に応じて変換電極
に印加する電圧の極性が変わるため、変換電極入射前の
空間に発生する電界の傾斜が逆になり、電圧の極性によ
ってイオンの変換電極への入射効率が変化する。
子に変換する変換電極を小型化するにあたり、以下のよ
うな問題がある。（１）変換電極のイオンビームが入射
する入射口付近に、変換電極の外部にできる電界が回り
込む浸透電界が発生し、二次電子が影響を受けて、入射
口から二次電子が漏出する。（２）変換電極系から二次
電子が出射する出射口付近で、出射した二次電子が受け
る電界の向きは、変換電極にイオンビームが衝突する位
置によって大きく異なる為、出射口から二次電子が発散
し、検出効率が低下する。（３）変換電極で発生した二
次電子が、シンチレータなどの電子検出器に達成するま
での間に偏向力を受け、ビームの収束性が悪くなり、検
出効率が低下する。（４）正イオンと負イオンの両方を
分析できる装置の場合、イオンの極性に応じて変換電極
に印加する電圧の極性が変わるため、変換電極入射前の
空間に発生する電界の傾斜が逆になり、電圧の極性によ
ってイオンの変換電極への入射効率が変化する。
【０００４】本発明の目的は、質量分析後のイオンを電
子に変換して、イオンの極性や、質量数，エネルギーに
よらず、高感度かつ高効率に検出する質量分析装置を提
供することにある。
子に変換して、イオンの極性や、質量数，エネルギーに
よらず、高感度かつ高効率に検出する質量分析装置を提
供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の特徴は、イオンビーム輸送手段から変換電極に入射
するイオンビームの入射方向と、二次電子検出手段の二
次電子入射口の中心と変換電極の二次電子出射口の中心
とを結ぶ線とが、鋭角をなすように、イオンビーム輸送
手段，変換電極および二次電子検出手段が配置されたこ
とにある。
明の特徴は、イオンビーム輸送手段から変換電極に入射
するイオンビームの入射方向と、二次電子検出手段の二
次電子入射口の中心と変換電極の二次電子出射口の中心
とを結ぶ線とが、鋭角をなすように、イオンビーム輸送
手段，変換電極および二次電子検出手段が配置されたこ
とにある。
【０００６】この特徴によれば、二次電子出射口は、イ
オンビーム輸送手段と二次電子検出手段の間の電界から
離れているので、二次電子が偏向されることなく二次電
子検出手段まで到達する。したがって、変換電極で発生
した二次電子が効率良く二次電子検出手段に到達するの
で、高効率かつ高感度に質量分析を行うことができる。
オンビーム輸送手段と二次電子検出手段の間の電界から
離れているので、二次電子が偏向されることなく二次電
子検出手段まで到達する。したがって、変換電極で発生
した二次電子が効率良く二次電子検出手段に到達するの
で、高効率かつ高感度に質量分析を行うことができる。
【０００７】本発明の他の特徴は、変換電極のイオンビ
ーム入射口が、イオンビームの上流側に向かって延長さ
れたことにある。この特徴によれば、外部の電界がイオ
ンビーム入射口から変換電極の内側に回り込む浸透電界
を低減でき、浸透電界がイオンビームに影響するのを抑
制できるので、変換電極で発生した二次電子が、浸透電
界によってイオンビーム入射口から漏出するのを低減で
きる。したがって、変換電極で発生した二次電子を効率
良く二次電子検出手段に供給でき、高効率かつ高感度に
質量分析を行うことができる。
ーム入射口が、イオンビームの上流側に向かって延長さ
れたことにある。この特徴によれば、外部の電界がイオ
ンビーム入射口から変換電極の内側に回り込む浸透電界
を低減でき、浸透電界がイオンビームに影響するのを抑
制できるので、変換電極で発生した二次電子が、浸透電
界によってイオンビーム入射口から漏出するのを低減で
きる。したがって、変換電極で発生した二次電子を効率
良く二次電子検出手段に供給でき、高効率かつ高感度に
質量分析を行うことができる。
【０００８】また、変換電極のイオンビーム入射口に網
状電極を設けても、変換電極の内側に回り込む浸透電界
を低減でき、変換電極で発生した二次電子が、浸透電界
によってイオンビーム入射口から漏出するのを低減でき
るので、高効率かつ高感度に質量分析を行うことができ
る。
状電極を設けても、変換電極の内側に回り込む浸透電界
を低減でき、変換電極で発生した二次電子が、浸透電界
によってイオンビーム入射口から漏出するのを低減でき
るので、高効率かつ高感度に質量分析を行うことができ
る。
【０００９】本発明の他の特徴は、イオンビーム輸送手
段のイオンビーム出射口の外周に、変換電極のイオンビ
ーム入射口面と平行な壁電極を設けたことにある。この
特徴によれば、イオンビーム輸送手段と変換電極の間の
電界の向きが、変換電極への印加電圧の極性によらず、
イオンビーム入射口に対してほぼ垂直になるので、イオ
ンの極性によらずに、イオンビームは収束性がより向上
して、効率的に変換電極に入射する。したがって、効率
よく質量分析することができる。
段のイオンビーム出射口の外周に、変換電極のイオンビ
ーム入射口面と平行な壁電極を設けたことにある。この
特徴によれば、イオンビーム輸送手段と変換電極の間の
電界の向きが、変換電極への印加電圧の極性によらず、
イオンビーム入射口に対してほぼ垂直になるので、イオ
ンの極性によらずに、イオンビームは収束性がより向上
して、効率的に変換電極に入射する。したがって、効率
よく質量分析することができる。
【００１０】また、イオンビーム偏向手段でイオンビー
ムを偏向してから、イオンビームをイオンビーム輸送手
段に入射させることにより、イオンビームに含まれる不
要な中性分子を除去できるので、中性分子によるノイズ
の発生を抑制でき、Ｓ／Ｎ比が向上する。したがって、
精度良く質量分析することができる。
ムを偏向してから、イオンビームをイオンビーム輸送手
段に入射させることにより、イオンビームに含まれる不
要な中性分子を除去できるので、中性分子によるノイズ
の発生を抑制でき、Ｓ／Ｎ比が向上する。したがって、
精度良く質量分析することができる。
【００１１】その他、変換電極の形状，変換電極と二次
電子検出手段との相対的位置関係を最適化することによ
って、イオンの極性，エネルギーや質量数によらず、高
感度検出が可能となる。
電子検出手段との相対的位置関係を最適化することによ
って、イオンの極性，エネルギーや質量数によらず、高
感度検出が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】（実施例１)本発明の第１の実施
例である質量分析装置について説明する。図２は、本実
施例の質量分析装置全体の概略図である。試料は、ガス
クロマトグラフ（ＧＣ）や液体クロマトグラフ（ＬＣ）
等の前処理系１を経て成分分離後、イオン化部２でイオ
ン化され、質量分析系３で質量分析される。質量分析さ
れたイオンビームは、偏向電極系４に偏向され、イオン
輸送部５を通って、変換電極６のイオンビーム入射口６
１から変換電極６内に入射する。イオンビームが、変換
電極衝突面６２に衝突すると、二次電子が発生する。発
生した二次電子は、二次電子出射口６３から出射し、電
子検出部７に入射してシンチレータ７１などによって検
出される。シンチレータ７１での発光を光電子増倍管７
２等で電気信号に変換した後、データ処理部８で処理さ
れる。ただし、電子検出部７としてマルチプライヤー
等、その他の電子検出器で二次電子を検出しても良い。
質量分析系３や偏向電極系４や変換電極系５への印加電
圧は、それぞれの電源９〜１１から供給される。この一
連の質量分析過程から試料イオンの作成，試料イオンの
質量分析，質量分析系３や偏向電極系４や変換電極６へ
の電圧供給，二次電子検出，データ処理の全体を制御部
１２で制御している。
例である質量分析装置について説明する。図２は、本実
施例の質量分析装置全体の概略図である。試料は、ガス
クロマトグラフ（ＧＣ）や液体クロマトグラフ（ＬＣ）
等の前処理系１を経て成分分離後、イオン化部２でイオ
ン化され、質量分析系３で質量分析される。質量分析さ
れたイオンビームは、偏向電極系４に偏向され、イオン
輸送部５を通って、変換電極６のイオンビーム入射口６
１から変換電極６内に入射する。イオンビームが、変換
電極衝突面６２に衝突すると、二次電子が発生する。発
生した二次電子は、二次電子出射口６３から出射し、電
子検出部７に入射してシンチレータ７１などによって検
出される。シンチレータ７１での発光を光電子増倍管７
２等で電気信号に変換した後、データ処理部８で処理さ
れる。ただし、電子検出部７としてマルチプライヤー
等、その他の電子検出器で二次電子を検出しても良い。
質量分析系３や偏向電極系４や変換電極系５への印加電
圧は、それぞれの電源９〜１１から供給される。この一
連の質量分析過程から試料イオンの作成，試料イオンの
質量分析，質量分析系３や偏向電極系４や変換電極６へ
の電圧供給，二次電子検出，データ処理の全体を制御部
１２で制御している。
【００１３】本実施例では、図１に示すように、イオン
トラップ型の質量分析系３から引き出されたイオンビー
ムは、偏向電極系４の網状電極４１を用いて、イオンビ
ームを偏向している。イオントラップ型の質量分析系３
で分析されたイオンは、エネルギー幅を持ち（例えば、
分析イオンのマスレンジが１０〜２０００amu の場合、
エネルギー幅が約５００ｅＶ）、そのエネルギー幅はイ
オンの質量数にほぼ比例する。網状電極４１は、エネル
ギー分散のあるビームを収束良く偏向するのに適してい
る。偏向電極系４で偏向されたイオンビームは、偏向電
極系４と同様に網状電極４１を用いたイオン輸送部５に
より、変換電極６まで輸送される。変換電極６は、突起
状のイオンビーム入射口６１を持つ。イオンビーム入射
口６１は、変換電極６の外部の電界がイオンビーム入射
口６１から変換電極６の内部に回り込む浸透電界を減ら
し、浸透電界がイオンビームに影響するのを抑制する。
そして、変換電極６の内部で発生した二次電子が、浸透
電界によってイオンビーム入射口６１から漏出するのを
低減できる。
トラップ型の質量分析系３から引き出されたイオンビー
ムは、偏向電極系４の網状電極４１を用いて、イオンビ
ームを偏向している。イオントラップ型の質量分析系３
で分析されたイオンは、エネルギー幅を持ち（例えば、
分析イオンのマスレンジが１０〜２０００amu の場合、
エネルギー幅が約５００ｅＶ）、そのエネルギー幅はイ
オンの質量数にほぼ比例する。網状電極４１は、エネル
ギー分散のあるビームを収束良く偏向するのに適してい
る。偏向電極系４で偏向されたイオンビームは、偏向電
極系４と同様に網状電極４１を用いたイオン輸送部５に
より、変換電極６まで輸送される。変換電極６は、突起
状のイオンビーム入射口６１を持つ。イオンビーム入射
口６１は、変換電極６の外部の電界がイオンビーム入射
口６１から変換電極６の内部に回り込む浸透電界を減ら
し、浸透電界がイオンビームに影響するのを抑制する。
そして、変換電極６の内部で発生した二次電子が、浸透
電界によってイオンビーム入射口６１から漏出するのを
低減できる。
【００１４】変換電極６の二次電子出射口６３は、シン
チレータ７１に対向して開口しており、イオンビーム輸
送部５から変換電極６に入射するイオンビームの入射方
向と、二次電子出射口６３の中心６４とシンチレータ７
１の中心７３とを結ぶ線７５とが、鋭角をなすように、
イオンビーム輸送部５，変換電極６および二次電子検出
系７は設置されている。すなわち、シンチレータ７１の
中心軸７４と二次電子出射口６３の中心軸６４は一致し
ていなく、イオン輸送部５の端部５２と二次電子出射口
６３の中心軸６４との間にシンチレータ７１の中心軸７
４がある。
チレータ７１に対向して開口しており、イオンビーム輸
送部５から変換電極６に入射するイオンビームの入射方
向と、二次電子出射口６３の中心６４とシンチレータ７
１の中心７３とを結ぶ線７５とが、鋭角をなすように、
イオンビーム輸送部５，変換電極６および二次電子検出
系７は設置されている。すなわち、シンチレータ７１の
中心軸７４と二次電子出射口６３の中心軸６４は一致し
ていなく、イオン輸送部５の端部５２と二次電子出射口
６３の中心軸６４との間にシンチレータ７１の中心軸７
４がある。
【００１５】本実施例の質量分析装置では、イオン輸送
部５とイオンビーム入射口６１の間の電界と、二次電子
出射口６３とシンチレータ７１の間の電界とでは、向き
が９０度異なり、イオン輸送部５とシンチレータ７１の
間の電界の向きも、二次電子出射口６３とシンチレータ
７１の間の電界とは異なる。従来は、二次電子出射口６
３からイオン輸送部５寄りに放出された二次電子は、イ
オン輸送部５とシンチレータ７１の間の電界の影響を受
けて偏向され、シンチレータ７１に入射しないことがあ
った。しかし、本実施例では、二次電子出射口６３はイ
オン輸送部５とシンチレータ７１の間の電界から離れて
いるので、二次電子が偏向されることなくシンチレータ
７１まで到達する。したがって、二次電子の検出効率が
向上する。
部５とイオンビーム入射口６１の間の電界と、二次電子
出射口６３とシンチレータ７１の間の電界とでは、向き
が９０度異なり、イオン輸送部５とシンチレータ７１の
間の電界の向きも、二次電子出射口６３とシンチレータ
７１の間の電界とは異なる。従来は、二次電子出射口６
３からイオン輸送部５寄りに放出された二次電子は、イ
オン輸送部５とシンチレータ７１の間の電界の影響を受
けて偏向され、シンチレータ７１に入射しないことがあ
った。しかし、本実施例では、二次電子出射口６３はイ
オン輸送部５とシンチレータ７１の間の電界から離れて
いるので、二次電子が偏向されることなくシンチレータ
７１まで到達する。したがって、二次電子の検出効率が
向上する。
【００１６】図３に、本実施例の質量分析装置におけ
る、質量分析系３からシンチレータ７１までのイオン軌
道の数値解析結果を示す。ただし、イオンは正イオンの
みを考慮した。偏向電極系４の網状電極４１及びイオン
輸送部５の網状電極５１はどちらも引き出し電極３１と
同じ電圧（−３００Ｖ）に設定し、変換電極６への印加
電圧が−２.５ｋＶ および−２０ｋＶの場合の結果を示
す。
る、質量分析系３からシンチレータ７１までのイオン軌
道の数値解析結果を示す。ただし、イオンは正イオンの
みを考慮した。偏向電極系４の網状電極４１及びイオン
輸送部５の網状電極５１はどちらも引き出し電極３１と
同じ電圧（−３００Ｖ）に設定し、変換電極６への印加
電圧が−２.５ｋＶ および−２０ｋＶの場合の結果を示
す。
【００１７】図３に示すように、変換電極６に−２.５
ｋＶ を印加した場合、および−２０ｋＶを印加した場
合のどちらの場合でも、質量分析系３から引き出された
イオンビームが、変換電極６に入射し、変換電極衝突面
６２で発生した二次電子のビームの収束性が高まり、二
次電子が効率よくシンチレータ７１に到達している。
ｋＶ を印加した場合、および−２０ｋＶを印加した場
合のどちらの場合でも、質量分析系３から引き出された
イオンビームが、変換電極６に入射し、変換電極衝突面
６２で発生した二次電子のビームの収束性が高まり、二
次電子が効率よくシンチレータ７１に到達している。
【００１８】本実施例の質量分析装置によれば、変換電
極６に高電圧を印加しても、高効率に一次イオンビーム
を変換電極６に入射でき、変換電極６で発生した二次電
子が効率良くシンチレータ７１に到達するので、高質量
数イオンに対しても、高効率かつ高感度に質量分析を行
うことができる。
極６に高電圧を印加しても、高効率に一次イオンビーム
を変換電極６に入射でき、変換電極６で発生した二次電
子が効率良くシンチレータ７１に到達するので、高質量
数イオンに対しても、高効率かつ高感度に質量分析を行
うことができる。
【００１９】また、質量分析系３から引き出されたイオ
ンビームが偏向電極系４を経て検出されるため、ガスク
ロマトグラフや液体クロマトグラフ等の前処理系１で発
生する不要な中性分子を除去でき、中性分子によるノイ
ズの発生を抑制でき、Ｓ／Ｎ比が向上する。
ンビームが偏向電極系４を経て検出されるため、ガスク
ロマトグラフや液体クロマトグラフ等の前処理系１で発
生する不要な中性分子を除去でき、中性分子によるノイ
ズの発生を抑制でき、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００２０】また、質量分析系３から引き出されたイオ
ンビームは、偏向電極系４で偏向されてから変換電極６
に入射されるから、質量分析系３のビーム引き出し軸と
変換電極６のイオンビーム入射口６１とは重ならない。
したがって、イオン化部２で電子銃を用いて試料をイオ
ン化する場合、電子銃のフィラメントからの光が直接に
変換電極６に入射しないので、フィラメントからの光が
衝突面６２で反射してシンチレータに入射するために発
生するノイズを低減することができる。
ンビームは、偏向電極系４で偏向されてから変換電極６
に入射されるから、質量分析系３のビーム引き出し軸と
変換電極６のイオンビーム入射口６１とは重ならない。
したがって、イオン化部２で電子銃を用いて試料をイオ
ン化する場合、電子銃のフィラメントからの光が直接に
変換電極６に入射しないので、フィラメントからの光が
衝突面６２で反射してシンチレータに入射するために発
生するノイズを低減することができる。
【００２１】また、変換電極６の代わりに、図４に示す
ような変換電極６ｂを用いてもよい。変換電極６ｂは、
イオンビームが衝突面６２の奥で衝突するように、イオ
ンビーム入射口６１を入射面の中心位置から上側に設け
てある。二次電子は、変換電極６ｂの奥で発生するの
で、イオンビーム入射口６１の付近に生成される浸透電
界の影響を受け難く、イオンビーム入射口６１から漏出
する二次電子を低減することができる。したがって、変
換電極６ｂでは、突起状の入射口の長さを短縮、あるい
は除去してもよい。また、変換電極６ｂ内部の二次電子
出射口６３付近に生成される浸透電界は、二次電子出射
口６３に近くなるほど二次電子を引上げる力が大きく、
また、二次電子出射口６３に対してほぼ垂直に二次電子
が引き上げられるので、発生した二次電子が高効率にシ
ンチレータ７１に到達することができる。
ような変換電極６ｂを用いてもよい。変換電極６ｂは、
イオンビームが衝突面６２の奥で衝突するように、イオ
ンビーム入射口６１を入射面の中心位置から上側に設け
てある。二次電子は、変換電極６ｂの奥で発生するの
で、イオンビーム入射口６１の付近に生成される浸透電
界の影響を受け難く、イオンビーム入射口６１から漏出
する二次電子を低減することができる。したがって、変
換電極６ｂでは、突起状の入射口の長さを短縮、あるい
は除去してもよい。また、変換電極６ｂ内部の二次電子
出射口６３付近に生成される浸透電界は、二次電子出射
口６３に近くなるほど二次電子を引上げる力が大きく、
また、二次電子出射口６３に対してほぼ垂直に二次電子
が引き上げられるので、発生した二次電子が高効率にシ
ンチレータ７１に到達することができる。
【００２２】また、変換電極６の代わりに、図５に示す
ような変換電極６ｃを用いてもよい。変換電極６ｃは、
イオンビーム入射口６１に、変換電極６と同電位の網状
電極６６をはめ込んでいる。このとき、イオンビーム
は、イオンビーム入射口６１の網状電極６６を通過する
が、変換電極６ｃ内のイオンビーム入射口６１付近には
浸透電界が発生しないので、イオンビーム入射口６１か
ら漏出する二次電子を低減することができる。
ような変換電極６ｃを用いてもよい。変換電極６ｃは、
イオンビーム入射口６１に、変換電極６と同電位の網状
電極６６をはめ込んでいる。このとき、イオンビーム
は、イオンビーム入射口６１の網状電極６６を通過する
が、変換電極６ｃ内のイオンビーム入射口６１付近には
浸透電界が発生しないので、イオンビーム入射口６１か
ら漏出する二次電子を低減することができる。
【００２３】（実施例２）次に、本発明の第２の実施例
である質量分析装置について説明する。図６に、本実施
例の質量分析装置の質量分析系３からシンチレータ７１
までを示す。本実施例では変換電極６を、イオンビーム
が衝突面６２の奥で衝突するように、かつ、変換電極６
とイオン輸送部５との間の電界の傾きが、変換電極の印
加電圧の極性によらず、イオンビーム入射口６１にほぼ
垂直になるような形状にした。
である質量分析装置について説明する。図６に、本実施
例の質量分析装置の質量分析系３からシンチレータ７１
までを示す。本実施例では変換電極６を、イオンビーム
が衝突面６２の奥で衝突するように、かつ、変換電極６
とイオン輸送部５との間の電界の傾きが、変換電極の印
加電圧の極性によらず、イオンビーム入射口６１にほぼ
垂直になるような形状にした。
【００２４】図７に、本実施例の質量分析装置におけ
る、質量分析系３からシンチレータ７１までのイオン軌
道の数値解析結果を示す。ただし、正イオン，負イオン
では、引き出し電極３１，偏向電極系４及びイオン輸送
部５の網状電極５１，変換電極６への印加電圧の極性は
逆に設定した。解析結果によると、正イオンと負イオン
の両方について、一次ビームは収束性が良く、効率的に
変換電極６に入射し、変換電極６で発生した二次電子も
高効率にシンチレータ７１に入射させることができる。
る、質量分析系３からシンチレータ７１までのイオン軌
道の数値解析結果を示す。ただし、正イオン，負イオン
では、引き出し電極３１，偏向電極系４及びイオン輸送
部５の網状電極５１，変換電極６への印加電圧の極性は
逆に設定した。解析結果によると、正イオンと負イオン
の両方について、一次ビームは収束性が良く、効率的に
変換電極６に入射し、変換電極６で発生した二次電子も
高効率にシンチレータ７１に入射させることができる。
【００２５】また、変換電極６に印加する電圧も−２.
５ｋＶ から−２０ｋＶまでの広範囲の電圧を印加した
場合にも、イオンビームを効率的に変換電極６に入射
し、二次電子も高効率にシンチレータ７１に入射できる
ことも分かった。
５ｋＶ から−２０ｋＶまでの広範囲の電圧を印加した
場合にも、イオンビームを効率的に変換電極６に入射
し、二次電子も高効率にシンチレータ７１に入射できる
ことも分かった。
【００２６】従来は、変換電極に印加する電圧の極性に
応じて、変換電極入射口６１の前に生成される電界の傾
きが異なり、イオンビームの極性に応じて、変換電極の
衝突面６２での衝突領域が大きく異なり、イオンビーム
の入射効率，二次電子収率も大きく変わってしまってい
た。しかし、本実施例では、図７に示すように、イオン
の極性やエネルギー（イオン質量）によらず、イオン輸
送部５と変換電極６との間の電界が、変換電極６のイオ
ンビーム入射口６１にほぼ垂直な向きとなるため、正イ
オンも負イオンも衝突面６２に衝突する領域がほぼ同じ
になり、イオンビームが変換電極６に入射する効率、お
よび二次電子がシンチレータ７１に到達する率も同様に
向上する。したがって、本実施例によれば、分析対象イ
オンが正イオンであっても負イオンであっっても、高効
率に質量分析することができる。 （実施例３）次に、本発明の第３の実施例である質量分
析装置について説明する。図８に、本実施例の質量分析
装置の質量分析系３からシンチレータ７１までを示す。
本実施例では、第２の実施例におけるイオン輸送部５の
イオンビーム出射口５２の周囲に壁電極５３を設置す
る。
応じて、変換電極入射口６１の前に生成される電界の傾
きが異なり、イオンビームの極性に応じて、変換電極の
衝突面６２での衝突領域が大きく異なり、イオンビーム
の入射効率，二次電子収率も大きく変わってしまってい
た。しかし、本実施例では、図７に示すように、イオン
の極性やエネルギー（イオン質量）によらず、イオン輸
送部５と変換電極６との間の電界が、変換電極６のイオ
ンビーム入射口６１にほぼ垂直な向きとなるため、正イ
オンも負イオンも衝突面６２に衝突する領域がほぼ同じ
になり、イオンビームが変換電極６に入射する効率、お
よび二次電子がシンチレータ７１に到達する率も同様に
向上する。したがって、本実施例によれば、分析対象イ
オンが正イオンであっても負イオンであっっても、高効
率に質量分析することができる。 （実施例３）次に、本発明の第３の実施例である質量分
析装置について説明する。図８に、本実施例の質量分析
装置の質量分析系３からシンチレータ７１までを示す。
本実施例では、第２の実施例におけるイオン輸送部５の
イオンビーム出射口５２の周囲に壁電極５３を設置す
る。
【００２７】図９に、本実施例の質量分析装置におけ
る、質量分析系３からシンチレータ７１までのイオン軌
道の数値解析結果を示す。本実施例によれば、壁電極５
３を設置したため、イオン輸送部５と変換電極６との間
の電界の向きが、変換電極６のイオンビーム入射口６１
に対して、より垂直になるので、正イオンと負イオンの
両方について、一次イオンビームは収束性がより向上し
て、より効率的に変換電極６に入射する。特に、負イオ
ンビームが衝突面６２と衝突する位置は、正イオンの衝
突位置に近くなっているので、負イオンビームの収束性
が第２の実施例よりも高くなっている。
る、質量分析系３からシンチレータ７１までのイオン軌
道の数値解析結果を示す。本実施例によれば、壁電極５
３を設置したため、イオン輸送部５と変換電極６との間
の電界の向きが、変換電極６のイオンビーム入射口６１
に対して、より垂直になるので、正イオンと負イオンの
両方について、一次イオンビームは収束性がより向上し
て、より効率的に変換電極６に入射する。特に、負イオ
ンビームが衝突面６２と衝突する位置は、正イオンの衝
突位置に近くなっているので、負イオンビームの収束性
が第２の実施例よりも高くなっている。
【００２８】従って、本実施例によれば、イオンの極性
によらずに、一次ビームの収束性をより向上させること
ができ、より高効率に質量分析することができる。
によらずに、一次ビームの収束性をより向上させること
ができ、より高効率に質量分析することができる。
【００２９】（実施例４）次に、本発明の第４の実施例
である質量分析装置について説明する。図１０に、本実
施例の質量分析装置の質量分析系３からシンチレータ７
１までを示す。本実施例では、イオン輸送部５が偏向電
極系４に内包されている。
である質量分析装置について説明する。図１０に、本実
施例の質量分析装置の質量分析系３からシンチレータ７
１までを示す。本実施例では、イオン輸送部５が偏向電
極系４に内包されている。
【００３０】図１１に、本実施例の質量分析装置におけ
る、質量分析系３からシンチレータ７１までのイオン軌
道の数値解析結果を示す。本実施例によれば、第３の実
施例と同様に、正イオンと負イオンの両方について、一
次ビームは収束性がより向上して、より効率的に変換電
極６に入射する。従って、本実施例によれば、イオンの
極性によらずに、一次ビームの収束性をより向上させる
ことができ、より高効率に質量分析することができる。
また、本実施例によれば、偏向電極系４とイオン輸送部
５の構造が単純となるので、偏向電極系４の製作が非常
に容易である。 （実施例５）次に、本発明の第５の実施例である質量分
析装置について説明する。図１２に、本実施例の質量分
析装置の質量分析系３からシンチレータ７１までを示
す。本実施例では、図１０に示す第３の実施例に比べ、
引き出し電極３１から偏向電極系４までの距離を延長し
て、イオン輸送部５の長さを短縮し、イオン輸送部５に
は網状電極を設置しない。
る、質量分析系３からシンチレータ７１までのイオン軌
道の数値解析結果を示す。本実施例によれば、第３の実
施例と同様に、正イオンと負イオンの両方について、一
次ビームは収束性がより向上して、より効率的に変換電
極６に入射する。従って、本実施例によれば、イオンの
極性によらずに、一次ビームの収束性をより向上させる
ことができ、より高効率に質量分析することができる。
また、本実施例によれば、偏向電極系４とイオン輸送部
５の構造が単純となるので、偏向電極系４の製作が非常
に容易である。 （実施例５）次に、本発明の第５の実施例である質量分
析装置について説明する。図１２に、本実施例の質量分
析装置の質量分析系３からシンチレータ７１までを示
す。本実施例では、図１０に示す第３の実施例に比べ、
引き出し電極３１から偏向電極系４までの距離を延長し
て、イオン輸送部５の長さを短縮し、イオン輸送部５に
は網状電極を設置しない。
【００３１】図１３に、本実施例の質量分析装置におけ
る、質量分析系３からシンチレータ７１までのイオン軌
道の数値解析結果を示す。ただし、図１３は、三次元解
析結果であり、解析体系を複数領域に分割して計算して
いるため、結果の表示も分割されている。本実施例によ
れば、引き出し電極３１から偏向電極系までの距離を延
長しているため、偏向電極系４の入り口でイオンビーム
が多少広がり、変換電極６に近い位置で偏向を受ける
が、イオン輸送部５に網状電極を設置しなくてもイオン
ビームは、イオン輸送部５が短い分、安定に、収束性が
良くなって、変換電極６に入射する。
る、質量分析系３からシンチレータ７１までのイオン軌
道の数値解析結果を示す。ただし、図１３は、三次元解
析結果であり、解析体系を複数領域に分割して計算して
いるため、結果の表示も分割されている。本実施例によ
れば、引き出し電極３１から偏向電極系までの距離を延
長しているため、偏向電極系４の入り口でイオンビーム
が多少広がり、変換電極６に近い位置で偏向を受ける
が、イオン輸送部５に網状電極を設置しなくてもイオン
ビームは、イオン輸送部５が短い分、安定に、収束性が
良くなって、変換電極６に入射する。
【００３２】したがって、本実施例によれば、網状電極
を少なくできるので、イオンビームが網状電極を通過す
ることによるイオン損失率を下げることができ、また、
構造が単純化するため、制作も容易となり、製作コスト
を削減することができる。
を少なくできるので、イオンビームが網状電極を通過す
ることによるイオン損失率を下げることができ、また、
構造が単純化するため、制作も容易となり、製作コスト
を削減することができる。
【００３３】また、上述の実施例では、質量分析系３か
ら引き出されたイオンビームを、偏向電極系４で偏向し
てから変換電極６に入射するものであったが、図１４に
示すように、偏向電極系４を介さないで、質量分析系３
から引き出されたイオンビームを変換電極６に輸送して
も良い。この場合、一次イオンビームを偏向しないた
め、一次イオンビームの収束性が高まり、衝突領域が絞
られるために、二次電子の収束性及び検出効率を向上で
きる。不要な中性分子や光などによるノイズ発生を回避
するためのイオンビーム偏向が必要無い場合に、偏向電
極系４を省略するとよい。
ら引き出されたイオンビームを、偏向電極系４で偏向し
てから変換電極６に入射するものであったが、図１４に
示すように、偏向電極系４を介さないで、質量分析系３
から引き出されたイオンビームを変換電極６に輸送して
も良い。この場合、一次イオンビームを偏向しないた
め、一次イオンビームの収束性が高まり、衝突領域が絞
られるために、二次電子の収束性及び検出効率を向上で
きる。不要な中性分子や光などによるノイズ発生を回避
するためのイオンビーム偏向が必要無い場合に、偏向電
極系４を省略するとよい。
【００３４】
【発明の効果】イオンビーム輸送手段から変換電極に入
射するイオンビームの入射方向と、二次電子検出手段の
二次電子入射口の中心と変換電極の二次電子出射口の中
心とを結ぶ線とが、鋭角をなすように、イオンビーム輸
送手段，変換電極および二次電子検出手段が配置したこ
とにより、二次電子出射口は、イオンビーム輸送手段と
二次電子検出手段の間の電界から離れているので、二次
電子が偏向されることなく二次電子検出手段まで到達す
る。したがって、変換電極で発生した二次電子が効率良
く二次電子検出手段に到達するので、高効率かつ高感度
に質量分析を行うことができる。
射するイオンビームの入射方向と、二次電子検出手段の
二次電子入射口の中心と変換電極の二次電子出射口の中
心とを結ぶ線とが、鋭角をなすように、イオンビーム輸
送手段，変換電極および二次電子検出手段が配置したこ
とにより、二次電子出射口は、イオンビーム輸送手段と
二次電子検出手段の間の電界から離れているので、二次
電子が偏向されることなく二次電子検出手段まで到達す
る。したがって、変換電極で発生した二次電子が効率良
く二次電子検出手段に到達するので、高効率かつ高感度
に質量分析を行うことができる。
【００３５】また、変換電極のイオンビーム入射口が、
イオンビームの上流側に向かって延長したことにより、
外部の電界がイオンビーム入射口から変換電極の内側に
回り込む浸透電界を低減でき、浸透電界がイオンビーム
に影響するのを抑制できるので、変換電極で発生した二
次電子が、浸透電界によってイオンビーム入射口から漏
出するのを低減できる。したがって、変換電極で発生し
た二次電子を効率良く二次電子検出手段に供給でき、高
効率かつ高感度に質量分析を行うことができる。
イオンビームの上流側に向かって延長したことにより、
外部の電界がイオンビーム入射口から変換電極の内側に
回り込む浸透電界を低減でき、浸透電界がイオンビーム
に影響するのを抑制できるので、変換電極で発生した二
次電子が、浸透電界によってイオンビーム入射口から漏
出するのを低減できる。したがって、変換電極で発生し
た二次電子を効率良く二次電子検出手段に供給でき、高
効率かつ高感度に質量分析を行うことができる。
【００３６】また、変換電極のイオンビーム入射口に網
状電極を設けても、変換電極の内側に回り込む浸透電界
を低減でき、変換電極で発生した二次電子が、浸透電界
によってイオンビーム入射口から漏出するのを低減でき
るので、高効率かつ高感度に質量分析を行うことができ
る。
状電極を設けても、変換電極の内側に回り込む浸透電界
を低減でき、変換電極で発生した二次電子が、浸透電界
によってイオンビーム入射口から漏出するのを低減でき
るので、高効率かつ高感度に質量分析を行うことができ
る。
【００３７】また、イオンビーム輸送手段のイオンビー
ム出射口の外周に、変換電極のイオンビーム入射口面と
平行な壁電極を設けたことにより、イオンビーム輸送手
段と変換電極の間の電界の向きが、変換電極への印加電
圧の極性によらず、イオンビーム入射口に対してほぼ垂
直になるので、イオンの極性によらずに、イオンビーム
は収束性がより向上して、効率的に変換電極に入射す
る。したがって、効率よく質量分析することができる。
ム出射口の外周に、変換電極のイオンビーム入射口面と
平行な壁電極を設けたことにより、イオンビーム輸送手
段と変換電極の間の電界の向きが、変換電極への印加電
圧の極性によらず、イオンビーム入射口に対してほぼ垂
直になるので、イオンの極性によらずに、イオンビーム
は収束性がより向上して、効率的に変換電極に入射す
る。したがって、効率よく質量分析することができる。
【００３８】また、イオンビーム偏向手段でイオンビー
ムを偏向してから、イオンビームをイオンビーム輸送手
段に入射させることにより、イオンビームに含まれる不
要な中性分子を除去できるので、中性分子によるノイズ
の発生を抑制でき、Ｓ／Ｎ比が向上する。したがって、
精度良く質量分析することができる。
ムを偏向してから、イオンビームをイオンビーム輸送手
段に入射させることにより、イオンビームに含まれる不
要な中性分子を除去できるので、中性分子によるノイズ
の発生を抑制でき、Ｓ／Ｎ比が向上する。したがって、
精度良く質量分析することができる。
【図１】第１の実施例の質量分析系３からシンチレータ
７１までを示す図。
７１までを示す図。
【図２】第１の実施例の質量分析装置の概略図。
【図３】第１の実施例の質量分析系３からシンチレータ
７１までのイオン軌道の数値解析結果を示す図。
７１までのイオン軌道の数値解析結果を示す図。
【図４】変換電極６ｂを示す図。
【図５】変換電極６ｃを示す図。
【図６】第２の実施例の質量分析系３からシンチレータ
７１までを示す図。
７１までを示す図。
【図７】第２の実施例の質量分析系３からシンチレータ
７１までのイオン軌道の数値解析結果を示す図。
７１までのイオン軌道の数値解析結果を示す図。
【図８】第３の実施例の質量分析系３からシンチレータ
７１までを示す図。
７１までを示す図。
【図９】第３の実施例の質量分析系３からシンチレータ
７１までのイオン軌道の数値解析結果を示す図。
７１までのイオン軌道の数値解析結果を示す図。
【図１０】第４の実施例の質量分析系３からシンチレー
タ７１までを示す図。
タ７１までを示す図。
【図１１】第４の実施例の質量分析系３からシンチレー
タ７１までのイオン軌道の数値解析結果を示す図。
タ７１までのイオン軌道の数値解析結果を示す図。
【図１２】第５の実施例の質量分析系３からシンチレー
タ７１までを示す図。
タ７１までを示す図。
【図１３】第５の実施例の質量分析系３から変換電極６
までのイオン軌道の数値解析結果を示す図。
までのイオン軌道の数値解析結果を示す図。
【図１４】他の例の質量分析装置の概略図。
１…前処理系、２…イオン化部、３…質量分析系、４…
偏向電極系、５…イオン輸送部、６…変換電極、７…電
子検出部、８…データ処理部、９〜１１…電源、１２…
制御系、３１…引き出し電極、４１，５１…網状電極、
６１…イオンビーム入射口、６２…衝突面、６３…二次
電子出射口、７１…シンチレータ、７２…光電子増倍
管。
偏向電極系、５…イオン輸送部、６…変換電極、７…電
子検出部、８…データ処理部、９〜１１…電源、１２…
制御系、３１…引き出し電極、４１，５１…網状電極、
６１…イオンビーム入射口、６２…衝突面、６３…二次
電子出射口、７１…シンチレータ、７２…光電子増倍
管。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 勝博 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 中島 文彦 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 Ｆターム(参考） 5C038 FF04 FF10
Claims (7)
- 【請求項１】イオンの質量を分析する質量分析手段と、
前記質量分析手段で質量分析されたイオンビームを輸送
するイオンビーム輸送手段と、前記イオンビーム輸送手
段で輸送されたイオンビームが衝突すると二次電子を発
生する変換電極と、前記変換電極に衝突させて発生した
前記二次電子を検出する二次電子検出手段を備えた質量
分析装置において、 前記イオンビーム輸送手段から前記変換電極に入射する
イオンビームの入射方向と、二次電子が前記二次電子検
出手段に入射する二次電子入射口の中心と二次電子が前
記変換電極から出射する二次電子出射口の中心とを結ぶ
線とが、鋭角をなすことを特徴とする質量分析装置。 - 【請求項２】前記二次電子検出手段はシンチレータであ
り、前記シンチレータの中心軸が、前記変換電極の中心
軸と前記イオンビーム輸送手段との間に位置するよう
に、前記シンチレータを配置したことを特徴とする請求
項１の質量分析装置。 - 【請求項３】イオンの質量を分析する質量分析手段と、
前記質量分析手段で質量分析されたイオンビームを輸送
するイオンビーム輸送手段と、前記イオンビーム輸送手
段で輸送されたイオンビームが衝突すると二次電子を発
生する変換電極と、前記変換電極に衝突させて発生した
前記二次電子を検出する二次電子検出手段を備えた質量
分析装置において、 イオンビームが前記イオンビーム輸送手段から前記変換
電極に入射するイオンビーム入射口が、前記イオンビー
ムの上流側に向かって延長されたことを特徴とする質量
分析装置。 - 【請求項４】イオンの質量を分析する質量分析手段と、
前記質量分析手段で質量分析されたイオンビームを輸送
するイオンビーム輸送手段と、前記イオンビーム輸送手
段で輸送されたイオンビームが衝突すると二次電子を発
生する変換電極と、前記変換電極に衝突させて発生した
前記二次電子を検出する二次電子検出手段を備えた質量
分析装置において、 イオンビームが前記イオンビーム輸送手段から前記変換
電極に入射するイオンビーム入射口に網状電極が設けら
れ、前記網状電極を通過して前記イオンビームが前記変
換電極に入射することを特徴とする質量分析装置。 - 【請求項５】イオンの質量を分析する質量分析手段と、
前記質量分析手段で質量分析されたイオンビームを輸送
するイオンビーム輸送手段と、前記イオンビーム輸送手
段で輸送されたイオンビームが衝突すると二次電子を発
生する変換電極と、前記変換電極に衝突させて発生した
前記二次電子を検出する二次電子検出手段を備えた質量
分析装置において、 イオンビームが前記イオンビーム輸送手段から出射する
イオンビーム出射口の外周に、イオンビームが前記変換
電極に入射するイオンビーム入射口面と平行な壁電極を
設けたことを特徴とする質量分析装置。 - 【請求項６】イオンビームを偏向するイオンビーム偏向
手段を備え、前記イオンビーム偏向手段で偏向されたイ
オンビームを前記イオンビーム輸送手段に入射させるこ
とを特徴とする請求項１，３，４または５の質量分析装
置。 - 【請求項７】前記質量分析手段はイオントラップ型質量
分析装置であることを特徴とする請求項１，３，４また
は５の質量分析装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06602299A JP3721833B2 (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | 質量分析装置 |
| US10/227,239 US20020195556A1 (en) | 1999-03-12 | 2002-08-26 | Mass spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06602299A JP3721833B2 (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | 質量分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000260384A true JP2000260384A (ja) | 2000-09-22 |
| JP3721833B2 JP3721833B2 (ja) | 2005-11-30 |
Family
ID=13303895
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06602299A Expired - Fee Related JP3721833B2 (ja) | 1999-03-12 | 1999-03-12 | 質量分析装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020195556A1 (ja) |
| JP (1) | JP3721833B2 (ja) |
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| CN101317246A (zh) | 2005-04-25 | 2008-12-03 | 格里芬分析技术有限责任公司 | 分析仪器、装置和方法 |
| US7992424B1 (en) | 2006-09-14 | 2011-08-09 | Griffin Analytical Technologies, L.L.C. | Analytical instrumentation and sample analysis methods |
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| GB202114199D0 (en) * | 2021-10-04 | 2021-11-17 | Micromass Ltd | Ion detectors |
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| JP3650551B2 (ja) * | 1999-09-14 | 2005-05-18 | 株式会社日立製作所 | 質量分析計 |
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-
1999
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