JPH0366778B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0366778B2 JPH0366778B2 JP55058920A JP5892080A JPH0366778B2 JP H0366778 B2 JPH0366778 B2 JP H0366778B2 JP 55058920 A JP55058920 A JP 55058920A JP 5892080 A JP5892080 A JP 5892080A JP H0366778 B2 JPH0366778 B2 JP H0366778B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ion
- electric field
- slit
- mass spectrometer
- ion beam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/02—Details
- H01J49/20—Magnetic deflection
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
本発明は二重収束型質量分析装置に関する。
二重収束型質量分析装置は通常同心電場を用い
たエネルギー分析部と偏向用磁界による質量分析
部とよりなつている。こゝで同心電場はその共通
軸に垂直な断面内でのみ考えるときはエネルギー
に関して収束作用を持つ（一点から出るイオンビ
ームのうち同一エネルギーを持つものが一点に集
まる）が、今考えた断面に対し垂直な方向のビー
ムの広がりに対しては収束作用を持たないため質
量分析装置としての感度が充分でない。そこで感
度の向上と分解能の向上（イオン光学的な収差の
低減）を目指すためにトロイダル電場をエネルギ
ー分析部に用いることが提案された。本発明はこ
のエネルギー分析部にトロイダル電場を用いた質
量分析装置の改良に関するものである。 第１図にトロイダル電場をエネルギー分析部に
用いた質量分析装置の構成の概略を示す。Ａ，Ｂ
がトロイダル電極であり、第２図にその斜視図を
示す。１はイオン源スリツトであつて、これがイ
オン光学上のイオン源になる。イオンビームはト
ロイダル電場内の電界（単にトロイダル電界と云
う）によつて略直角に偏向されて或る一定エネル
ギーを持つたイオンが点２に収束し、これが質量
分散用の偏向磁界Ｍに対するイオン光学上のイオ
ン源となり、イオンビームは偏向磁界Ｍによつて
更に略直角に曲げられて或る質量を有するイオン
が出射スリツト３上に収束せられる。この型の二
重収束型質量分析装置は既に種々検討されて基本
的構成は略定まつたものとなつている。それは第
１図に示すようにイオンビームはエネルギー分析
部、質量分析部の各々において直角に偏向され、
イオンビームは偏向磁界に対し斜め入射、斜め出
射となるように偏向磁界の形が定められ、かつト
ロイダル電界への入口と出口の各面が図の紙面に
垂直な面内で凹状に曲つたものとなつている。こ
のような構成が感度が高くしかも分解能の高い質
量分析装置が得られる型と認められているのであ
る。 しかし上述した第１図の構成を採用するにして
も実際に質量分析装置を設計する場合には大へん
多くのイオン光学上の因子の値を決定しなければ
ならない。このため例えば特開昭51−93279号等
においてこれらの因子の決定の指針を与える数値
の一つの組合せが提案されている。 さて第１図の構成で設計上決定すべきイオン光
学上の因子の決定は仮に電子計算機を駆使して各
因子の適当な値飛びのあらゆる数値の組合せにつ
いてイオン軌道の追跡をすれば、それによつて最
適の各因子の数値の組合せがある範囲に決定でき
る。さらにスリツト３上のイオン像の収差が単一
ではなく種々な収差が混合しているので、どのよ
うな収束状態を最良とするか（もつと具体的には
種々な収差のうち何れを最小とすべきか）によつ
て色々な選択が可能となる。従つて第１図の構成
が良好な結果の得られる基本型であるとしても、
具体的な設計に当つてはなお多くの指針が必要で
あり、前述した特開昭51−93279号もそのような
指針の一つであり、本発明もまた第１図の構成に
基いて質量分析装置の設計を行うときの一つの指
針を与えるものである。 第３図で０１はイオン光学上のイオン源の中心
で第１図のスリツト１の中心であり、０３は第１
図の出射スリツト３の中心を示し、Ｚは第１図の
構成におけるイオン光学系の光軸で便宜上直線化
してある。スリツト１，３は何れも図のｙ軸方向
に延びている。スリツト１の幅はせまく、実際上
イオン源はｙ軸に沿う直線と考えてよい。スリツ
ト１上のｙ点の近軸イオンビームによるスリツト
３上の理想像点をy′とし、ｙ点を出た一本のイオ
ン軌道のスリツト３を含む面との交点y″点のy′点
からのｘ方向のいずれをΔとする。スリツト３は
ｙ軸方向に長く、ｙ軸方向のずれは一応無害とみ
てよいからｘ方向のずれΔのみを考える。Δは一
般的に次のように表わせる。 Δrm｛｜Aαα・α2｜＋｜Aαδ・α×δ｜ ＋｜Aδδ・δ2｜＋｜Ayy（ｙ＋ym）2｜ ＋｜Ayβ(yo/rm)β｜＋｜Aββ・β2｜｝ 上式で、 rm：イオン光軸の偏向磁界中の曲率半径第１図
のrm α：イオン軌道のｙ点におけるｘ軸方向の振れ角 β：イオン軌道のｙ点におけるｙ軸方向の振れ角 δ：イオンエネルギーの中心値からのずれ また右下に添字のついた各Ａは２次収差係数呼
び例えばAααはイオン源におけるイオンビーム
のｘ方向（水平面内）の広がり角の収差量Δへの
寄与を与えるもので、この絶対値が小さければイ
オンビームの広がり角を大きくしても良好な収束
が得られると云うことになる。 トロイダル電界を用い電界の入口、出口の面を
凹面にし、偏向磁界に対する入出射を斜入出射に
する第１図の構成は上述した各収差係数を全般的
に小さくするもので、例えば前述特開昭51−
93279号に提案された各イオン光学因子の数値組
合せはトロイダル電界の入口面のみを凹面（出口
面は平面）としたものに比し、Aαα、Aαδ、Aββ
が小さくなつている。これはイオン源から出るイ
オンビームの発散度合を比較的大きく採れる（ビ
ームの広がり角α、βに関係した収差係数が小さ
いから）ことを意味している。 本発明の主たる目的は上述した収差係数のうち
特にAyy、Ayβ、Aββを小さくすることによつて
第１図におけるスリツト１の高さを高くできるよ
うにしようとするものであり、スリツト１の高さ
を高く採れることによつて質量分析の感度が高め
られることになる。 本発明は第１図に示した各イオン光学因子に関
して、 0.9≦re／rm≦1.2 85°≦φe≦92° 85°≦φm≦92° 0.8≦RE1／re≦2.0 0.5≦RE2／re≦1.2 32°≦Ep1≦36° −10°≦Ep2≦−8° 0.9rm≦le′≦1.2rm re／Re0.5 の範囲を提案するものである。なおle″、lm′、
lm″は上記因子を決めると、軌道計算から決まつ
て来る。下記の表は本発明の一実施例を示す。
たエネルギー分析部と偏向用磁界による質量分析
部とよりなつている。こゝで同心電場はその共通
軸に垂直な断面内でのみ考えるときはエネルギー
に関して収束作用を持つ（一点から出るイオンビ
ームのうち同一エネルギーを持つものが一点に集
まる）が、今考えた断面に対し垂直な方向のビー
ムの広がりに対しては収束作用を持たないため質
量分析装置としての感度が充分でない。そこで感
度の向上と分解能の向上（イオン光学的な収差の
低減）を目指すためにトロイダル電場をエネルギ
ー分析部に用いることが提案された。本発明はこ
のエネルギー分析部にトロイダル電場を用いた質
量分析装置の改良に関するものである。 第１図にトロイダル電場をエネルギー分析部に
用いた質量分析装置の構成の概略を示す。Ａ，Ｂ
がトロイダル電極であり、第２図にその斜視図を
示す。１はイオン源スリツトであつて、これがイ
オン光学上のイオン源になる。イオンビームはト
ロイダル電場内の電界（単にトロイダル電界と云
う）によつて略直角に偏向されて或る一定エネル
ギーを持つたイオンが点２に収束し、これが質量
分散用の偏向磁界Ｍに対するイオン光学上のイオ
ン源となり、イオンビームは偏向磁界Ｍによつて
更に略直角に曲げられて或る質量を有するイオン
が出射スリツト３上に収束せられる。この型の二
重収束型質量分析装置は既に種々検討されて基本
的構成は略定まつたものとなつている。それは第
１図に示すようにイオンビームはエネルギー分析
部、質量分析部の各々において直角に偏向され、
イオンビームは偏向磁界に対し斜め入射、斜め出
射となるように偏向磁界の形が定められ、かつト
ロイダル電界への入口と出口の各面が図の紙面に
垂直な面内で凹状に曲つたものとなつている。こ
のような構成が感度が高くしかも分解能の高い質
量分析装置が得られる型と認められているのであ
る。 しかし上述した第１図の構成を採用するにして
も実際に質量分析装置を設計する場合には大へん
多くのイオン光学上の因子の値を決定しなければ
ならない。このため例えば特開昭51−93279号等
においてこれらの因子の決定の指針を与える数値
の一つの組合せが提案されている。 さて第１図の構成で設計上決定すべきイオン光
学上の因子の決定は仮に電子計算機を駆使して各
因子の適当な値飛びのあらゆる数値の組合せにつ
いてイオン軌道の追跡をすれば、それによつて最
適の各因子の数値の組合せがある範囲に決定でき
る。さらにスリツト３上のイオン像の収差が単一
ではなく種々な収差が混合しているので、どのよ
うな収束状態を最良とするか（もつと具体的には
種々な収差のうち何れを最小とすべきか）によつ
て色々な選択が可能となる。従つて第１図の構成
が良好な結果の得られる基本型であるとしても、
具体的な設計に当つてはなお多くの指針が必要で
あり、前述した特開昭51−93279号もそのような
指針の一つであり、本発明もまた第１図の構成に
基いて質量分析装置の設計を行うときの一つの指
針を与えるものである。 第３図で０１はイオン光学上のイオン源の中心
で第１図のスリツト１の中心であり、０３は第１
図の出射スリツト３の中心を示し、Ｚは第１図の
構成におけるイオン光学系の光軸で便宜上直線化
してある。スリツト１，３は何れも図のｙ軸方向
に延びている。スリツト１の幅はせまく、実際上
イオン源はｙ軸に沿う直線と考えてよい。スリツ
ト１上のｙ点の近軸イオンビームによるスリツト
３上の理想像点をy′とし、ｙ点を出た一本のイオ
ン軌道のスリツト３を含む面との交点y″点のy′点
からのｘ方向のいずれをΔとする。スリツト３は
ｙ軸方向に長く、ｙ軸方向のずれは一応無害とみ
てよいからｘ方向のずれΔのみを考える。Δは一
般的に次のように表わせる。 Δrm｛｜Aαα・α2｜＋｜Aαδ・α×δ｜ ＋｜Aδδ・δ2｜＋｜Ayy（ｙ＋ym）2｜ ＋｜Ayβ(yo/rm)β｜＋｜Aββ・β2｜｝ 上式で、 rm：イオン光軸の偏向磁界中の曲率半径第１図
のrm α：イオン軌道のｙ点におけるｘ軸方向の振れ角 β：イオン軌道のｙ点におけるｙ軸方向の振れ角 δ：イオンエネルギーの中心値からのずれ また右下に添字のついた各Ａは２次収差係数呼
び例えばAααはイオン源におけるイオンビーム
のｘ方向（水平面内）の広がり角の収差量Δへの
寄与を与えるもので、この絶対値が小さければイ
オンビームの広がり角を大きくしても良好な収束
が得られると云うことになる。 トロイダル電界を用い電界の入口、出口の面を
凹面にし、偏向磁界に対する入出射を斜入出射に
する第１図の構成は上述した各収差係数を全般的
に小さくするもので、例えば前述特開昭51−
93279号に提案された各イオン光学因子の数値組
合せはトロイダル電界の入口面のみを凹面（出口
面は平面）としたものに比し、Aαα、Aαδ、Aββ
が小さくなつている。これはイオン源から出るイ
オンビームの発散度合を比較的大きく採れる（ビ
ームの広がり角α、βに関係した収差係数が小さ
いから）ことを意味している。 本発明の主たる目的は上述した収差係数のうち
特にAyy、Ayβ、Aββを小さくすることによつて
第１図におけるスリツト１の高さを高くできるよ
うにしようとするものであり、スリツト１の高さ
を高く採れることによつて質量分析の感度が高め
られることになる。 本発明は第１図に示した各イオン光学因子に関
して、 0.9≦re／rm≦1.2 85°≦φe≦92° 85°≦φm≦92° 0.8≦RE1／re≦2.0 0.5≦RE2／re≦1.2 32°≦Ep1≦36° −10°≦Ep2≦−8° 0.9rm≦le′≦1.2rm re／Re0.5 の範囲を提案するものである。なおle″、lm′、
lm″は上記因子を決めると、軌道計算から決まつ
て来る。下記の表は本発明の一実施例を示す。
【表】
上の各値を用いたときの収差係数の値を下に示
す。 Aαα＝−0.002 Aαδ＝−0.021 Aδδ＝−0.033 Ayy＝−0.011 Ayβ＝0.125 Aββ＝−1.799 これを前記特開昭51−93279号のものと比較す
るとAyy及びAyβに関して改善の著しいことが判
る。上記実施例で、 α＝1/300（ラジアン）、β＝1/1000（ラジア
ン）、δ＝0.1％、ｙ＝１mm、スリツト１の幅1μ とすると前述Δの計算値は0.56μとなる。 各因子の値が判明している他の二つの例と本発
明の上記実施例について数値的な比較を以下に示
す。
す。 Aαα＝−0.002 Aαδ＝−0.021 Aδδ＝−0.033 Ayy＝−0.011 Ayβ＝0.125 Aββ＝−1.799 これを前記特開昭51−93279号のものと比較す
るとAyy及びAyβに関して改善の著しいことが判
る。上記実施例で、 α＝1/300（ラジアン）、β＝1/1000（ラジア
ン）、δ＝0.1％、ｙ＝１mm、スリツト１の幅1μ とすると前述Δの計算値は0.56μとなる。 各因子の値が判明している他の二つの例と本発
明の上記実施例について数値的な比較を以下に示
す。
【表】
【表】
上記その１の例で本発明と大きく異つているの
は磁場の形状であるが、Ayyは約５倍になつてお
り、△は1.4倍になつている。その２の例ではそ
の１の場合よりEp1が更に小さくなつており（本
発明約30°、その１は10°）、Ayyは約18倍、Δは
2.3倍になつている。 本発明によれば上述したように入射スリツト１
の高さを高くした場合の収差の大きさが小さいの
で高分解能、高感度の二重収束型質量分析計が得
られる。
は磁場の形状であるが、Ayyは約５倍になつてお
り、△は1.4倍になつている。その２の例ではそ
の１の場合よりEp1が更に小さくなつており（本
発明約30°、その１は10°）、Ayyは約18倍、Δは
2.3倍になつている。 本発明によれば上述したように入射スリツト１
の高さを高くした場合の収差の大きさが小さいの
で高分解能、高感度の二重収束型質量分析計が得
られる。
第１図は二重収束型質量分析装置の平面図、第
２図は上記装置における同心二重トロイダル電極
の斜視図、第３図は上記質量分析装置のイオン光
学系の座標軸を示す斜視図である。 １……イオン源としての入射スリツト、Ａ，Ｂ
……トロイダル電極、３……イオン出射スリツ
ト。
２図は上記装置における同心二重トロイダル電極
の斜視図、第３図は上記質量分析装置のイオン光
学系の座標軸を示す斜視図である。 １……イオン源としての入射スリツト、Ａ，Ｂ
……トロイダル電極、３……イオン出射スリツ
ト。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ イオンビームを85°〜92°に偏向させるトロイ
ダル電場と、同電場を出たイオンビームを更に
85°〜92°に偏向させる一様なる偏向磁界とよりな
り、イオンビームは上記偏向磁界に対し斜めに入
射し斜めに出射するようになつており、各部寸法
割合及び角度が次の範囲に設定された二重収束型
質量分析装置。 0.9≦re／rm≦1.2 0.8≦RE1／re≦2.0 0.5≦RE2／re≦1.2 32°≦Ep1≦36° −10°≦Ep2≦−8° 0.9rm≦le′≦1.2rm re／Re0.5
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5892080A JPS56156663A (en) | 1980-05-01 | 1980-05-01 | Double focusing mass spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5892080A JPS56156663A (en) | 1980-05-01 | 1980-05-01 | Double focusing mass spectrometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56156663A JPS56156663A (en) | 1981-12-03 |
| JPH0366778B2 true JPH0366778B2 (ja) | 1991-10-18 |
Family
ID=13098254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5892080A Granted JPS56156663A (en) | 1980-05-01 | 1980-05-01 | Double focusing mass spectrometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56156663A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103367091B (zh) * | 2013-07-17 | 2014-06-18 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种惰性气体磁式质谱仪及设计方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5935145B2 (ja) * | 1975-04-14 | 1984-08-27 | フイニガン・マット・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング | 質量分折計 |
-
1980
- 1980-05-01 JP JP5892080A patent/JPS56156663A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56156663A (en) | 1981-12-03 |
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