JPH0419667B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は質量分析装置用電場発生装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 質量分析装置においては、イオンのエネルギー
による収差を補正するため、トロイダル電場を用
いている。トロイダル電場は、第４図に示すよう
に、断面の曲率半径がR_a，R_bの同心電極Ｅ，
E′によつて作ることができる。第４図において、
r_aは中心平面Ｌ上を通るイオンビームの中心軌道
Ｏの回転半径（回転中心軸ｑ）、Reはこの中心軌
道Ｏを通る等電位面の曲率半径であり、トロイダ
ル電場の定数Ｃが両者の比r_a／Reで与えられる。
そして、トロイダル電場を歪を十分小さくするた
め、電極の間隔Ｇに比して電極の高さｈは通常７
倍以上と十分大きくとられている。

ところで、質量分析装置においては、分解能あ
るいは測定範囲の面で磁場強度が高いことが望ま
れ、そのため磁極間隔は出来るだけ狭くする必要
がある。ところが、上述した構成では、電極の高
さｈが先に述べたように大きいため、重畳場質量
分析装置のようにこの電極を磁極の間に収容しな
ければならない装置では磁極間隔を狭くすること
ができる不利であつた。

そこで、本発明者は、狭い隙間であつても設置
することができる電場発生装置を先に提案（特願
昭58−16635号）した。この装置は、第５図に示
すように、中心平面Ｌを挾んで等しい距離にある
一体の平行平面上に該中心平面Ｌを挾んで上下対
称に同心円弧状の線状電極群A₁〜A_o，B₁〜B_oを
配置し、この線状電極群の各電極にその位置に応
じた所定の電位を与えることにより、線状電極群
で挾まれた領域にトロイダル電場を作るものであ
る。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、このような提案装置で線状電極群の
間に発生する電場を詳しく調べたところ、その電
位は、例えば第６図に示すような円筒電場に近い
分布となり、目的としたトロイダル電場を正確に
発生させることができなかつた。これは外部から
の電場の影響によるものであり、線状電極群の外
側の第６図における一点鎖線の位置にアース電位
のシールドを配置してみても効果はあまりなかつ
た。

本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、
上述した提案装置を更に改良することにより、狭
い隙間であつてもトロイダル電場を歪なく発生さ
せることのできる装置を提供することを目的とし
ている。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するため、本発明の質量分析装
置用電場発生装置は、イオン通路を含む中心平面
を挾んで等しい距離にある一対の平行平面上に該
中心平面を挾んで上下対称に設けられた複数対の
同心円弧状の線状電極群と、前記各平面上に配置
される前記同心円弧状の複数の線状電極の間に各
電極間を電気的に接続するように〓間なく配設さ
れる板状又は膜状の電気抵抗体と、前記複数対の
線状電極の対毎に与える電位に関する情報を記憶
する記憶手段と、該記憶手段から読出された情報
に基づいて各電極対に所定の電位を与えるための
電源手段とから構成されることを特徴としてい
る。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を添付図面に基づき詳述
する。

第１図は本発明の一実施例の構成を示す図であ
る。図において１，１′はスペーサSa，Sbによつ
て所定の距離を隔て平行に配置された磁極であ
る。該磁極１，１′の対向する表面には、セラミ
ツクなど絶縁物製の薄い基板２，２′が夫々取付
けられている。該基板は、第２図に示す様にイオ
ンの中心通路に沿つた円弧状の形状が与えられる
と共に、その対向する面には、塗布あるいは蒸着
等の処理により薄い抵抗被膜が形成されている。
そして、更にその抵抗被膜の上に、例えば0.5mm
幅のｎ本の同心円弧状電極A₁〜A_o（基板２）、B₁
〜B_o（基板２′）が0.5mmのピツチで配列されてい
る。この電極パターンは、例えばマスクを使つた
導電体の塗布や蒸着、あるいは通常の電子機器で
使用されるプリント基板と同様のパターン露光及
びエツチングの技術などにより作成することが出
来る。２枚の基板は中心平面Ｌを挾んでパターン
が対称になるように、換言すればA₁とB₁、A_oと
B_oが中心平面を挾んで正対するように配置され、
夫々の基板の各電極から引出された引出し線は電
源３に接続されている。

又、前記スペーサSa，Sbは、互いに絶縁され
た例えば５枚の円弧状電極Sa１〜Sa５、Sb１〜
Sb５から構成され、各電極から引出された引出
し線は、これも電源３に接続されている。

４は電極A₁〜A_o，B₁〜B_o，Sa１〜Sa５，Sb
１〜Sb５のすべてについて印加すべき電圧を記
憶させたメモリで、該メモリ４に記憶された情報
は読出し制御回路５によつて読出され、各電極の
電圧情報として電源３に供給される。

上記の構成において、電極A₁〜A_o，B₁〜B_o、
Sa１〜Sa５，Sb１〜Sb５に電圧を印加すると、
電極に囲まれた空間には、電場が生成される。こ
こで、電極で囲まれた空間に或る電場が形成され
たとした時、各電極の位置における電位につい
て、第３図を用いて考察する。

今、電場をイオンの回転中心軸ｑに対して軸対
称なトロイダル電場であると考え、該電場内に任
意の位置における電位（ポテンシヤル）を第３図
に示すｘ−ｙ座標でφ（ｘ、ｙ）とすれば、φ
（ｘ、ｙ）は４次近似により次式のように表わさ
れる。

φ（ｘ、ｙ） ＝2V_a［a₁₀X＋a₂₀X²／２＋a₀₂Y² ／２＋a₁₂XY²／２＋a₃₀X³ ／６＋a₂₂X²Y²／４＋a₄₀X⁴ ／24＋a₀₄Y⁴／24］ ……(1) ここで、V_aはイオン加速電圧、Ｘ、Ｙはｘ、
ｙをr_aで除してノーマライズしたもので、Ｘ＝
ｘ／r_a、Ｙ＝ｙ／r_aと表わされる。又、係数a₁₀〜
a₀₄は、C₁＝Ｃ、C₂＝dC／dr、C₃＝d²C／dr²とし
た時、下式で表わされる。

a₁₀＝１ a₂₀＝−（１＋C₁） a₀₂＝C₁ a₁₂＝C₂−C₁（１＋C₁） a₃₀＝２＋2C₁−C₂＋C₁ ² a₂₂＝−2C₁＋2C₂＋C₃−2C₁ ² −3C₁C₂＋C₁ ³ a₄₀＝−６−6C₁＋3C₂−C₃−3C₁ ² ＋3C₁C₂−C₁ ³ a₀₄＝−C₁＋C₂−C₃−C₁ ² ＋3C₁C₂−C₁ ³ 従つて、V_a、r_aを決め、Ｃを所望の値に設定
すれば係数a₁₀〜a₀₄が決まつて(1)式が確定する。
その(1)式に各電極の位置を（ｘ、ｙ）座標で代入
すれば、各電極の位置における電位を求めること
ができる。逆に言うと、その求めた電位を各電極
に与えるようにすれば、電極に囲まれた空間に所
望の係数Ｃを持つトロイダル電場が形成されるこ
とになる。

その際、先に説明した提案装置では、電極A₁
〜A_oの間及びB₁〜B_oの間は自由空間であつた。
そのため、外部からの電場が電極で囲まれた領域
における電場に大きな影響を与えていた。その
点、本発明においては、電極A₁〜A_oの間及びB₁
〜B_oの間は自由空間ではなく、抵抗被膜が存在
し、しかも抵抗被膜は電極と電気的に接続されて
いるため、この抵抗被膜の表面における電位は、
隣り合う電極に夫々与えられた電位を位置に応じ
て分圧したものとなる。

例えば電極A₁，A₂にV₁，V₂の電位が夫々与え
られているとし、A₁，A₂が回転中心軸ｑから半
径r₁，r₂の円周上に夫々位置するとすれば、電極
A₁とA₂の間の抵抗被膜表面で、回転中心軸ｑか
ら距離ｒの位置の点の電位Ｖは下式で表わされ
る。

Ｖ＝（V₁−V₂）ln（ｒ／r₂） ／ln（r₁／r₂）＋V₂ ……(2) 従つて、電極で囲まれた領域は抵抗被膜により
完全にシールドされ、外部の電場の影響を受ける
ことがなくなり、この領域に乱れのないトロイダ
ル電場を作ることが可能となる。

第１図におけるメモリ４には、上述のように(1)
式に基づいて求めた特定の係数Ｃを持つトロイダ
ル電場を発生させるために各電極に印加すべき電
位の情報が格納されており、読出し制御回路５に
よつてその情報を読出して電源３に供給すると、
電源３は各電極にその情報に基づいた電圧を印加
する。従つて、電極に囲まれた空間にはメモリに
格納された情報に従つたトロイダル電場が生じる
ことになる。

尚、上記実施例ではトロイダル電場の側面を囲
む電極Sa１〜Sa５及びSa１〜Sb５として単に５
つの円弧状電極を用い、計算で求めた電位を与え
ただけであつたが、各電極Sa１〜Sa５，Sa１〜
Sb５に代えて電極A₁〜A_o，B₁〜B_oのような線状
電極を用い、間に抵抗被膜を配置するようにして
も良い。ただし、この側面の構造は余りトロイダ
ル電場の分布に大きな影響を与えないので、上記
実施例のような簡単な構造でも十分である。

又、トロイダル電場を発生するための電位の情
報を、Ｃを異ならせて複数組求めてメモリ４に格
納しておき、その中から所望の情報を選択的に読
出し、電源３へ供給すれば、異なつたＣを持つト
ロイダル電場を選択的に発生させることができ
る。

又、重畳場ではなく電場を単独に発生させるの
であれば、磁極は必要でないことは言うまでもな
い。

［発明の効果］ 以上詳述した如く本発明によれば、複数の同心
円弧状の線状電極群を対向配置し、この線状電極
群により電場を発生させるため、狭い隙間にも設
置することができると共に、その線状電極群の間
の抵抗体でうめたため外部の電場からの影響を受
けず、歪のないトロイダル電場を発生させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す図、第
２図は基板、抵抗被膜及び線状電極を説明するた
めの図、第３図は線状電極とｘ−ｙ座標の関係を
示す図、第４図はトロイダル電場を同心電極Ｅ，
E′によつて作る場合を説明するための図、第５図
は本発明者が先に提案した電場発生装置を説明す
るための図、第６図はその提案装置で実際に発生
する電位の分布を示す図である。 ２，２′：基板、３：電源、４：メモリ、５：
読出し制御回路、A₁〜A_o，B₁〜B_o：線状電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ イオン通路を含む中心平面を挾んで等しい距
   離にある一対の平行平面上に該中心平面を挾んで
   上下対称に設けられた複数対の同心円弧状の線状
   電極群と、前記各平面上に配置される前記同心円
   弧状の複数の線状電極の間に各電極間を電気的に
   接続するように〓間なく配設される板状又は膜状
   の電気抵抗体と、前記複数対の線状電極の対毎に
   与える電位に関する情報を記憶する記憶手段と、
   該記憶手段から読出された情報に基づいて各電極
   対に所定の電位を与えるための電源手段とから構
   成されることを特徴とする質量分析装置用電場発
   生装置。