JPH03129657A - 同時検出型質量分析装置 - Google Patents

同時検出型質量分析装置

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JPH03129657A
JPH03129657A JP2062006A JP6200690A JPH03129657A JP H03129657 A JPH03129657 A JP H03129657A JP 2062006 A JP2062006 A JP 2062006A JP 6200690 A JP6200690 A JP 6200690A JP H03129657 A JPH03129657 A JP H03129657A
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Morio Ishihara
石原 盛男
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、同時検出型質量分析装置に関し、特に質量分
析系によるイオンの収束展開面を回転させることのでき
る同時検出型質量分析装置に関する。
[槌来技術] 第7図は、同時検出型質量分析装置の一例を示している
。図においてイオン源1で生成されたイオンは、円筒電
場2及び扇形−様磁場3から構成される質量分析系によ
り、収束展開面りに沿って質量電荷比に応じて収束展開
される。この展開されたイオンを同時検出するため、収
束展開面pに沿って同時検出型イオン検出器4が配置さ
れる。
このイオン検出器4としては、例えばマイクロチャンネ
ルプレートや半導体微小イオン検出器アレイを用いたイ
オン検出器のように、異なった位置に入射したイオンを
別個に区別して検出することが可能なイオン検出器が使
用される。
[発明が解決しようとする課題] 上述の様に同時検出型イオン検出器を用いた質量分析装
置においては、イオン検出器の検出面をイオン収束展開
面gに正確に沿うように配置する必要があるが、このた
めの調整はイオン検出器を機械的に移動させて行わねば
ならず、必ずしも容易ではないという問題がある。
更に、以下に述べるような課題も残されている。
いま、イオン中心軌道Oを通るイオンの質量をmo、検
出器4の両端に入射するイオンの質量をmal mb 
s検出器4の長さをり、質量分析器の質量分散をAγと
すると、検出器4によって同時検出できる質量範囲Δm
は、下式で表わされる。
Δm= I mb −ma −(L/Aγ) mo      ・・・(1)一方、
検出器4の空間分解能をdとすると、検出器4によって
決定される質量分解能Rの制限は、下式で表わされる。
R≦Aγ/d        ・・・(2)通常、L及
びdは検出器を決定すると決まってしまい、自由に選ぶ
ことは出来ない。そのため、例えば(1)式に従って質
量範囲を大きくするためにAγを小さくすると、(2)
式より分解能が小さくなる。そのため、装置設計者は、
質量範囲と分解能の兼ね合いで、適当なところで妥協し
なければならなかった。即ち、同じ装置では、質量範囲
と分解能の両立は出来ない。
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、質
量分析系によるイオンの収束展開面とイオン中心軌道と
の成す角度を任意に変化し得る装置を提供することによ
り、上記問題点及び課題を解決することを目的としてい
る。
[課題を解決するための手段] この目的を達成するため、本発明は、イオン源と、該イ
オン源で生成されたイオンが導入される少なくとも扇形
磁場を含む質量分析系と、該質量分析系によって質量電
荷比に応じて収束展開されたイオンを同時検出するため
、その収束展開面に沿って配置されるイオン検出器とを
備えた同時検出型質量分析装置において、前記扇形磁場
とイオン検出器との間のイオン通路上に強度を変化し得
る6電極レンズを配置したことを特徴としている。
[作用] 質量分析系に含まれる扇形磁場と同時検出型イオン検出
器との間のイオン通路上に配置される6電極レンズの強
度を変えると、収束展開面ρとイオン中心軌道との成す
角度を任意に変化させることができる。
[実施例] 以下、図面に基づき、本発明の一実施例を詳説する。
第1図は本発明を実施した同時検出型質量分析装置の一
例を示すイオン光学図である。第1図の実施例が第6図
の従来例と叉なるのは、−様扇形磁場3とイオン検出器
4との間のイオン通路上に6電極レンズ5を挿入した点
である。この6電極レンズ5は、レンズ制御回路6によ
りそのレンズ強度が制御される。
′第2図は、6ffi極レンズ5のB−B断面図を示し
ている。第2図において、6電極レンズ5は60@間隔
で同一円周上に配置される6本の円筒電極PL−P6か
ら構成される。各電極には、制御回路6から+E、−H
の電圧が印加される。
ここで、6電極レンズ5の働きについて説明する。第2
図のように配置された6電極レンズにより6!II(極
電場が発生され、この6電極電場内において光軸に垂直
な面(x−y平面)上の任意の位置(x、  y)のポ
テンシャルVは、次式で示される値V (x、y)をと
る。
V (x、y)=h (x’−3xy2)   (3)
ここで、hはレンズ電極に印加した電圧に比例した係数
である。
イオンが質量に応じて展開される軌道平面(y−0)内
では、(3)式は V (x)=hx3           (4)と簡
単化される。
(4)式で表わされるポテンシャルが与えられる電場内
を飛行する電荷eを持つイオンが受ける力F (x)は
、次式で与えられる。
F (x)=edV (x)/dx=−3hx”(5〉 今、x−Oを中心とするイオンビームに対するレンズ効
果を考える。レンズ効果は、力F (x)の位置による
一次の変化率に比例する。従って、X””XQ近傍のレ
ンズ効果は、 dF (X)/dXx−xo”  6hxo    (
6)となる。
(6)式は、6ffi極レンズによるレンズ効果の強さ
が、イオンの中心軌道(x=0)からの距離に比例し、
中心軌道を挟んでレンズ効果の向きが逆転することを示
している。従って、6電極レンズは、中心軸からの距離
に比例して焦点距離を変化させることができ、hの値に
よってイオンの収束展開面を任意の方向へ任意の角度回
転させることが可能である。
第3図はhの値と収束展開面ρの回転の関係を示してお
り、h−0(レンズ効果なし)における収束展開面g。
が、h>oではl 、 、h<0ではg2と、互いに反
対方向に回転する。回転角度は、hの大きさによって決
定される。hの大きさを変えるには、レンズ電極に印加
する電圧±Eを極性を含めて変化させれば良い。
このように、6電極レンズにより収束展開面を回転させ
ることができるため、第4図(a)に示すように、イオ
ンの収束展開面gが検出器の入射面に対して角度θ傾斜
していた場合、第4図(b)に示すように6極子レンズ
を設けることにより、収束展開面を一〇回転させ、入射
面と一致させることができる。
実際には、イオン検出器4から渇られる質量スペクトル
を観察しつつ、制御回路6を操作して6電極レンズ5の
強度を調節し、得られるスペクトル全域についてスペク
トルピークの線幅が最小になるようにすれば、イオン検
出器の検出面をイオンの収束展開面りに正確に沿うよう
に設定することができる。
尚、第1図の実施例において、イオン検出器4をイオン
ビームの中心軌道Oとの交点を中心として矢印aで示す
ように回転し得るように構成することにより、イオン検
出器4にて検出し得る質量範囲を変化させることが可能
となる。即ち、第5図(a)、  (b)に示すように
、イオン検出器への入射角度がほぼ90’、45°にな
るようにイオン検出器4の角度を設定した場合について
考える。どちらの場合も、6電極レンズ5のレンズ強度
を調節することにより収束展開面gを回転させ収束展開
面gをイオン検出器の入射面に正確に一致させることが
可能である。そして、2つの場合におけるイオン検出器
4の端から端への入射イオンの質量範囲を比較すると、
第5図(a)の方が狭く、同図(b)の方が広いことが
わかる。従って、第5図(a)の状態では質量範囲は狭
いものの高分解能の測定(高分解能モード)が可能で、
一方、第4図(b)の状態では、分解能はそれよりも低
くなるものの広い質量範囲の測定(広質量範囲モード)
が可能となる。
第6図は、本出願人が先に特願昭63−176092号
に提案している質量分析装置に本発明を適用した実施例
を示す。
第6図の装置が第1図の装置と異なるのは、−様扇形磁
場3とイオン検出器4との間のイオン通路上に2つの4
電極レンズ7.8が更に配置されることである。9は4
電極レンズ7.8の強度Q1、Q2を予め定められた組
み合わせで可変するレンズ強度調整口路である。
今、2つの4電極レンズ7.8の強度のある組合わせ(
Qll、 Q21)で収束展開面が21になっており、
その時の質量分散がAγ1であるとする。
また、その時の11とイオン中心軌道O(イオン光軸)
との交点をPとする。
次に、別のレンズ強度の組合わせ(Ql2. Q22を
とった時の収束展開面をf12とする。
この時、f12とイオン中心軌道Oとの交点がPとなる
ように(Ql2. Q22)の値を定めることができる
。なぜなら、4電極しンズ7.8の強度はQl、Q2そ
れぞれ任意に選択できるが、Pを収束点とするという条
件は、Ql、Q2の間にただ1つの関係を与えるので、
例えば、Qlの値を定めればQ2の値は自動的に定まる
ことになるからである。この時、一般にp、と12とは
同一ではなく、又、Aγ1とAγ2 (I2上の質量分
散)は異なる。
従って、(Ql、Q2)の値によって、Aγをある範囲
で自由に設定できることになる。Aγを大きくすれば分
解能を高めた高分解能モードとなり、Aγを小さくすれ
ば質量範囲を広げた高質量範囲モードとなる。
前記レンズ強度調整回路9には、上述したように異なる
質量分散を与え、しかも収束展開面とイオン光軸との交
点が移動しないようなQlとQ2の組合わせ(Ql2.
 Q22) 、  (Ql2. Q22)が記憶されて
おり、オペレータの指令により、4電極しンズ7.8の
強度を(Ql2. Q22)又は(Ql2゜Q22)に
夫々設定する。
ここで、もし6四極レンズ5が存在しなければ、収束展
開面は高分解能モードではglの位置をとり、広質量範
囲モードではR2の位置をとる筈である。前述した特願
昭63−176092号では、それに合わせてイオン検
出器を回転させるようにしたが、本発明を適用した本実
施例では、イオン検出器4は収束展開面ρ、に沿うよう
に固定的に配置される。そして、6四極レンズ5は、表
1に従って高分解能モードの時にり、(−0)、広質量
範囲モードの時にh2となるように、制御回路6によっ
て付勢される。
(以下余白) 表 このh2は、収束展開面をR2からR1へΔθ回転させ
得るように適切に選ばれている。そのため、高分解能モ
ードの時も広質量範囲モードの時も収束展開面は11と
なり、固定されたイオン検出器4で2つのモードに対応
できる。
尚、2つの4重積レンズは、検出器前の自由空間に配置
されているため、どのようなQl、Q2の組み合わせで
も、P点で方向収束していれば、エネルギー収束条件も
同時に満たされる。尚、4重積レンズに代えて例えばア
インツエルレンズを用いることができる。
上述した実施例は単なる例示であって、本発明は幾多の
変形が可能である。例えば、6電極レンズを含む各レン
ズは静電型、電磁型のいずれを用いても良く、位置も一
様磁場とイオン検出器との間のイオン通路上に配置すれ
ば良い。例えば、イオン源、−様磁場、電場、検出器の
順序で配置される所謂逆配置の光学系を質量分析系とし
て用いる場合には、各レンズは一様磁場と電場の間又は
電場とイオン検出器との間のどちらに配置しても良い。
また、順序も上記実施例に限らず任意に設定できる。
[効果] 以上詳述した如く、本発明によれば、質量分析系の一様
磁場とイオン検出器との間に6電極レンズを配置するよ
うにしたため、イオンの収束展開面を任意に回転させる
ことが可能となり、以下のような優れた効果が得られる
(a)固定されたイオン検出器へ収束展開面を一致させ
る調整が電気的に容易にできる。
(b)回転可能に設けられるイオン検出器との組み合わ
せにより、測定質量範囲を重視した測定モードと、分解
能を重視した測定モードとを選択できる同時検出型質量
分析装置が実現される。
(c)特願昭63−176092号との組み合ゎせによ
り、固定したイオン検出器で、測定質量範囲を重視した
aPj定モードと、分解能を重視した測定モードとを選
択できる同時検出型質量分析装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第6図は夫々本発明の一実施例を示すイオン
光学図、第2図は6電極レンズのB−B断面図、第3図
は6電極レンズによる収束展開面の回転を説明するため
の図、第4図は6電極レンズによる収束展開面の調節を
説明するための図、第5図は高分解能モードと高質量範
囲モードを説明するための図、第7図は従来例を示すイ
オン光学図である。 1:イオン源   2:円筒電場 3ニー様磁場 4:同時検出型イオン検出器5:6電極
レンズ 6:レンズ制御回路、7.8:4四極レンズ9:レンズ
強度調整回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)イオン源と、該イオン源で生成されたイオンが導
    入される少なくとも扇形磁場を含む質量分析系と、該質
    量分析系によって質量電荷比に応じて収束展開されたイ
    オンを同時検出するため、その収束展開面に沿って配置
    されるイオン検出器とを備えた同時検出型質量分析装置
    において、前記扇形磁場とイオン検出器との間のイオン
    通路上に強度を変化し得る6重極レンズを配置したこと
    を特徴とする同時検出型質量分析装置。
  2. (2)前記イオン検出器をイオン中心軌道とイオン収束
    展開面の交点を中心として回転させる機構を備えたこと
    を特徴とする請求項1記載の同時検出型質量分析装置。
  3. (3)イオン源と、該イオン源で生成されたイオンが導
    入される少なくとも扇形磁場を含む質量分析系と、該質
    量分析系によって質量電荷比に応じて収束展開されたイ
    オンを同時検出するため、その収束展開面に沿って配置
    されるイオン検出器とを備えた同時検出型質量分析装置
    において、前記扇形磁場とイオン検出器との間のイオン
    通路上に直列に配置される2つのレンズ手段と、該2つ
    のレンズ手段の強度を変化させる手段であって該強度変
    化にかかわらずイオン中心軌道とイオン収束展開面の交
    点が移動しないように2つのレンズ手段の強度を組み合
    わせで変化させるレンズ強度可変手段と、前記扇形磁場
    とイオン検出器との間のイオン通路上に配置される強度
    可変の6重極レンズとを設けたことを特徴とする同時検
    出型質量分析装置。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5780652A (en) * 1980-11-06 1982-05-20 Jeol Ltd Mass analyzer

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5780652A (en) * 1980-11-06 1982-05-20 Jeol Ltd Mass analyzer

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