JPH04338B2 - - Google Patents
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- JPH04338B2 JPH04338B2 JP57218171A JP21817182A JPH04338B2 JP H04338 B2 JPH04338 B2 JP H04338B2 JP 57218171 A JP57218171 A JP 57218171A JP 21817182 A JP21817182 A JP 21817182A JP H04338 B2 JPH04338 B2 JP H04338B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- strength
- ion
- lens
- sweeping
- 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
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
- H01J49/28—Static spectrometers
- H01J49/32—Static spectrometers using double focusing
- H01J49/326—Static spectrometers using double focusing with magnetic and electrostatic sectors of 90 degrees
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高磁場領域でも安定した高分解能マス
スペクトルが得られる質量分析装置に関する。
スペクトルが得られる質量分析装置に関する。
質量分析装置は試料をイオン化して均一磁場か
らなる分析場に導き、該分析場により前記試料イ
オンを質量対電荷比に応じて空間的に分離し、そ
の特定位置に到来するイオンを検出器により電気
信号として検出し、前記分析場の強度を掃引する
ことによりマススペクトルを得るものである。第
１図は従来から使用されている二重収束質量分析
装置の光学図であり、１はイオン源、２はエネル
ギー分散用電場、３は質量分散用の分析磁場、４
はイオン検出器を示している。前記電場２の前に
はαスリツト５、該電場の後にはβスリツト６が
設置されており、電場へのイオン流の開き角が制
限され、且つ電場から分析磁場３へ向かうイオン
流のエネルギーの広がりが制限される。該両スリ
ツトの幅を小さくすると分解能は高くなるわけで
あるが、該スリツト幅を小さくしすぎると感度が
低下するので、両方の兼ね合いからスリツト幅は
決められる。前記イオン源からのイオンはスリツ
ト５を通り電場２によりエネルギー（速度）に応
じて分離され、その内スリツト６を通過したもの
が分析磁場３に入射して質量対電荷の比に応じて
分離され、その特定な軌道をとるイオンのみが検
出器４に検出される。そこで、分析磁場３の強度
を掃引すれば、空間的に分離されていたイオンが
次々に該検出器に入射するようになり、該検出器
の出力を表示、又は記録することによつてマスス
ペクトルを得ることができるわけである。
らなる分析場に導き、該分析場により前記試料イ
オンを質量対電荷比に応じて空間的に分離し、そ
の特定位置に到来するイオンを検出器により電気
信号として検出し、前記分析場の強度を掃引する
ことによりマススペクトルを得るものである。第
１図は従来から使用されている二重収束質量分析
装置の光学図であり、１はイオン源、２はエネル
ギー分散用電場、３は質量分散用の分析磁場、４
はイオン検出器を示している。前記電場２の前に
はαスリツト５、該電場の後にはβスリツト６が
設置されており、電場へのイオン流の開き角が制
限され、且つ電場から分析磁場３へ向かうイオン
流のエネルギーの広がりが制限される。該両スリ
ツトの幅を小さくすると分解能は高くなるわけで
あるが、該スリツト幅を小さくしすぎると感度が
低下するので、両方の兼ね合いからスリツト幅は
決められる。前記イオン源からのイオンはスリツ
ト５を通り電場２によりエネルギー（速度）に応
じて分離され、その内スリツト６を通過したもの
が分析磁場３に入射して質量対電荷の比に応じて
分離され、その特定な軌道をとるイオンのみが検
出器４に検出される。そこで、分析磁場３の強度
を掃引すれば、空間的に分離されていたイオンが
次々に該検出器に入射するようになり、該検出器
の出力を表示、又は記録することによつてマスス
ペクトルを得ることができるわけである。
このような装置において、検出器４上のイオン
ビームの収束条件を決定するイオン光学上の最重
要パラメータは端縁場も含めた分析磁場３におけ
る光軸上の磁場分布である。この分布を示す磁場
分布関数は従来の装置があまり高い磁場強度で使
用されていないこともあつて、通常一定値として
扱われている。
ビームの収束条件を決定するイオン光学上の最重
要パラメータは端縁場も含めた分析磁場３におけ
る光軸上の磁場分布である。この分布を示す磁場
分布関数は従来の装置があまり高い磁場強度で使
用されていないこともあつて、通常一定値として
扱われている。
しかし、近時高い質量数までの分析が要求され
るようになつたため、分析磁場の強度は必然的に
高くなり該分析磁場を形成する磁石のポールピー
ス材料は準飽和領域、又はそれより高い磁場強度
の下で使用されるようになつた。この高磁場にお
ける磁場分布は低磁場領域より必然的に悪化し、
二重収束条件が満足されなくなり、分解能と感度
の低下を招来する。
るようになつたため、分析磁場の強度は必然的に
高くなり該分析磁場を形成する磁石のポールピー
ス材料は準飽和領域、又はそれより高い磁場強度
の下で使用されるようになつた。この高磁場にお
ける磁場分布は低磁場領域より必然的に悪化し、
二重収束条件が満足されなくなり、分解能と感度
の低下を招来する。
このように、磁場強度が大きく変化した場合、
第１図においてＸ，Ｙで示す平面内で分析磁場３
を機械的に位置調整し、イオンの収束条件を満す
方法が実験室的に行なわれているが、操作性は甚
だ悪く、且つ全領域での質の良いマススペクトル
を得ることは不可能であり、実用には供されな
い。
第１図においてＸ，Ｙで示す平面内で分析磁場３
を機械的に位置調整し、イオンの収束条件を満す
方法が実験室的に行なわれているが、操作性は甚
だ悪く、且つ全領域での質の良いマススペクトル
を得ることは不可能であり、実用には供されな
い。
本発明は上記点に鑑み、分析磁場を低磁場領域
から飽和領域まで大きく変化させても常に高い分
解能及び感度が保証できる装置を提供することを
目的とするものである。
から飽和領域まで大きく変化させても常に高い分
解能及び感度が保証できる装置を提供することを
目的とするものである。
本発明に基づく質量分析装置は、試料をイオン
化するイオン源と、該試料イオンを質量対電荷比
に応じて分離するための分析磁場と、該分析磁場
の磁場強度を掃引するための磁場強度掃引手段
と、該分析されたイオンを電気信号として検出す
るためのイオン検出器とを備えた装置において、
前記イオン源と分析磁場との間又は分析磁場とイ
オン検出器との間にイオン流の方向収束を行う四
重極レンズを配置すると共に、該四重極レンズの
強度を予め定めた関数に従つて掃引するレンズ強
度掃引手段と、前記磁場強度掃引手段によつて掃
引される磁場強度が基準値以上であることを検出
する比較手段とを設け、該比較手段の出力信号に
基づいて前記レンズ強度掃引手段を制御すること
により、前記磁場強度掃引手段によつて掃引され
る磁場強度が基準値以上のとき該磁場強度に応じ
て前記四重極レンズの強度を予め定めた関数に従
つて変化させることを特徴とするものである。
化するイオン源と、該試料イオンを質量対電荷比
に応じて分離するための分析磁場と、該分析磁場
の磁場強度を掃引するための磁場強度掃引手段
と、該分析されたイオンを電気信号として検出す
るためのイオン検出器とを備えた装置において、
前記イオン源と分析磁場との間又は分析磁場とイ
オン検出器との間にイオン流の方向収束を行う四
重極レンズを配置すると共に、該四重極レンズの
強度を予め定めた関数に従つて掃引するレンズ強
度掃引手段と、前記磁場強度掃引手段によつて掃
引される磁場強度が基準値以上であることを検出
する比較手段とを設け、該比較手段の出力信号に
基づいて前記レンズ強度掃引手段を制御すること
により、前記磁場強度掃引手段によつて掃引され
る磁場強度が基準値以上のとき該磁場強度に応じ
て前記四重極レンズの強度を予め定めた関数に従
つて変化させることを特徴とするものである。
以下本発明を図面に基づき詳細に説明する。
第２図は分析磁場３の磁場分布を示すもので、
図中３ａ，３ｂはポールピース、３ｃは実効端面
を示している。又、横軸はＸ軸を、縦軸は分析磁
場中心部の磁場強度Boに対する各部の磁場強度
Bxの比を示している。曲線ａは低磁場の分布、
ｂは純飽和領域の場合、ｃは飽和領域の場合の分
布であり、低磁場では分布は変化しないが純飽和
領域ｂになると急激に、且つ大きく変化するよう
になる。而して、この準飽和領域を検知し、この
領域以上の磁場強度になつたとき何等かの手段で
イオンビームの収束条件を変えれば該高磁場領域
でも充分に高い分解能と感度が確保できるはずで
ある。本発明は斯かる点に着目し、四重極レンズ
を用い、分析磁場の強度が一定値以上になつたと
き該磁場強度に応じて前記四重極レンズに補正用
の電圧を与えるようになしたものである。
図中３ａ，３ｂはポールピース、３ｃは実効端面
を示している。又、横軸はＸ軸を、縦軸は分析磁
場中心部の磁場強度Boに対する各部の磁場強度
Bxの比を示している。曲線ａは低磁場の分布、
ｂは純飽和領域の場合、ｃは飽和領域の場合の分
布であり、低磁場では分布は変化しないが純飽和
領域ｂになると急激に、且つ大きく変化するよう
になる。而して、この準飽和領域を検知し、この
領域以上の磁場強度になつたとき何等かの手段で
イオンビームの収束条件を変えれば該高磁場領域
でも充分に高い分解能と感度が確保できるはずで
ある。本発明は斯かる点に着目し、四重極レンズ
を用い、分析磁場の強度が一定値以上になつたと
き該磁場強度に応じて前記四重極レンズに補正用
の電圧を与えるようになしたものである。
第３図乃至第５図は本発明の一実施例を説明す
る図であり、第３図はイオン光学図、第４図は電
気回路のブロツク図、第５図は動作説明図であ
る。第３図において、第１図と同一符号は同一の
構成物を示している。本実施例において２つの四
重極レンズ７及び８が使用されている。四重極レ
ンズ７は電場２の前段、つまりイオン源１とαス
リツト５との間にあり、方向収束作用のために使
用される。又、四重極レンズ８は電場２と分析磁
場３との間に置かれ、エネルギー収束作用のため
に使用される。該四重極レンズの内、エネルギー
収束用のレンズ８は必ずしも必要ではなく、極め
て高い分解能を要求されるとき使用すれば良い。
該四重極レンズ７，８には第４図に示す回路より
補正信号が供給される。第４図において、３ａ，
３ｂは分析磁場を作る磁石のポールピースであ
り、電磁コイル９ａ，９ｂにより励磁されてい
る。１０はポールピース間に挿入されたホール素
子の如き磁場検出器で、その出力は増幅器１１を
介して比較器１２に導入されている。該比較器に
は基準電源１３より基準電圧が供給されており、
ホール素子の出力が該基準信号以上になつたとき
検出信号を補正関数発生器１４ａ，１４ｂに送
る。該関数発生器は比較器からの信号を予め設定
された関数に変換する。該変換された信号は加算
器１５ａ，１５ｂに送られ、直流電源１６ａ，１
６ｂからの電圧と加算され、前記各四重極レンズ
７及び８に印加される。前記関数発生器１４ａ，
１４ｂは夫々別の関数を発生するように設定して
あり、レンズ７及び８による収束条件の補正が適
正になるようにしてある。
る図であり、第３図はイオン光学図、第４図は電
気回路のブロツク図、第５図は動作説明図であ
る。第３図において、第１図と同一符号は同一の
構成物を示している。本実施例において２つの四
重極レンズ７及び８が使用されている。四重極レ
ンズ７は電場２の前段、つまりイオン源１とαス
リツト５との間にあり、方向収束作用のために使
用される。又、四重極レンズ８は電場２と分析磁
場３との間に置かれ、エネルギー収束作用のため
に使用される。該四重極レンズの内、エネルギー
収束用のレンズ８は必ずしも必要ではなく、極め
て高い分解能を要求されるとき使用すれば良い。
該四重極レンズ７，８には第４図に示す回路より
補正信号が供給される。第４図において、３ａ，
３ｂは分析磁場を作る磁石のポールピースであ
り、電磁コイル９ａ，９ｂにより励磁されてい
る。１０はポールピース間に挿入されたホール素
子の如き磁場検出器で、その出力は増幅器１１を
介して比較器１２に導入されている。該比較器に
は基準電源１３より基準電圧が供給されており、
ホール素子の出力が該基準信号以上になつたとき
検出信号を補正関数発生器１４ａ，１４ｂに送
る。該関数発生器は比較器からの信号を予め設定
された関数に変換する。該変換された信号は加算
器１５ａ，１５ｂに送られ、直流電源１６ａ，１
６ｂからの電圧と加算され、前記各四重極レンズ
７及び８に印加される。前記関数発生器１４ａ，
１４ｂは夫々別の関数を発生するように設定して
あり、レンズ７及び８による収束条件の補正が適
正になるようにしてある。
第５図は第４図の動作を説明するための図であ
り、ａ図はホール素子の出力電圧Ｖ（従つて、磁
場強度）の変化を、ｂ図は四重極レンズ７及び８
に与える電圧VQを時間軸に関して示している。
ａ図において、V1は基準電圧であり、準飽和領
域に達するときの電圧である。而して、磁場を掃
引していき、ホール素子の出力がV1になつたと
き（時刻t1）以後（斜線を施した部分）比較器１
２は該ホール素子からの出力信号を関数発生器１
４ａ，１４ｂに送り、ｂ図のVQ1及びVQ2のt1か
らt2までに示すように、ホール素子の出力（従つ
て分析磁場の強度）に応じて変化する電圧を発生
する。該信号は加算器１５ａ，１５ｂに送られ、
電源１６ａ，１６ｂからの一定の電圧と加算され
る。それにより、四重極レンズ７及び８はそのレ
ンズ強度が補正され、第２図に示すようなポール
ピース端面部における磁場分布の変化に拘わら
ず、イオンビームは常に検出器４上に収束される
ようになる。
り、ａ図はホール素子の出力電圧Ｖ（従つて、磁
場強度）の変化を、ｂ図は四重極レンズ７及び８
に与える電圧VQを時間軸に関して示している。
ａ図において、V1は基準電圧であり、準飽和領
域に達するときの電圧である。而して、磁場を掃
引していき、ホール素子の出力がV1になつたと
き（時刻t1）以後（斜線を施した部分）比較器１
２は該ホール素子からの出力信号を関数発生器１
４ａ，１４ｂに送り、ｂ図のVQ1及びVQ2のt1か
らt2までに示すように、ホール素子の出力（従つ
て分析磁場の強度）に応じて変化する電圧を発生
する。該信号は加算器１５ａ，１５ｂに送られ、
電源１６ａ，１６ｂからの一定の電圧と加算され
る。それにより、四重極レンズ７及び８はそのレ
ンズ強度が補正され、第２図に示すようなポール
ピース端面部における磁場分布の変化に拘わら
ず、イオンビームは常に検出器４上に収束される
ようになる。
上記関数発生器１４ａ，１４ｂを通した信号の
曲線は装置によつて異なるが、概略自乗曲線又は
それに近似している場合が多く、又補正は10％程
度の誤差が許容できる。それ故、実際の装置に適
用する場合には数乃至十点程度の折れ線近似を行
なう回路を使用すると構成は簡単で経済的にも有
利である。
曲線は装置によつて異なるが、概略自乗曲線又は
それに近似している場合が多く、又補正は10％程
度の誤差が許容できる。それ故、実際の装置に適
用する場合には数乃至十点程度の折れ線近似を行
なう回路を使用すると構成は簡単で経済的にも有
利である。
以上詳説したような構成となすことにより、分
析磁場をポールピースが準飽和、又は飽和する領
域まで強励磁しても検出器上でのイオンビームの
収束条件は殆んど変化しなくなり、高分解能、高
感度を保持したままハイマスの試料分析が可能と
なる。
析磁場をポールピースが準飽和、又は飽和する領
域まで強励磁しても検出器上でのイオンビームの
収束条件は殆んど変化しなくなり、高分解能、高
感度を保持したままハイマスの試料分析が可能と
なる。
尚、以上は本発明の一例であり、実施に際して
は種々の変更が可能である。例えば、四極レンズ
を分析磁場とイオン検出器との間に配置しても全
く同様に補正できる。又、上記は二重収束質量分
析装置を例に説明したが、電場を持たない単収束
質量分析装置にも同様に適用できる。この場合、
方向収束用の四重極レンズ７のみ使用すれば良
い。又、レンズ７による方向収束の補正に対し、
レンズ８によるエネルギー収束の補正の方が一
桁、又はそれ以上小さいので、装置の性能により
二重収束質量分析装置といえども前記エネルギー
収束用の四重極レンズは使用する必要はない。更
に、磁場強度の検出器や関数発生器等は図示のも
のに限られず、その目的に適うものであればどの
ようなものでも良い。
は種々の変更が可能である。例えば、四極レンズ
を分析磁場とイオン検出器との間に配置しても全
く同様に補正できる。又、上記は二重収束質量分
析装置を例に説明したが、電場を持たない単収束
質量分析装置にも同様に適用できる。この場合、
方向収束用の四重極レンズ７のみ使用すれば良
い。又、レンズ７による方向収束の補正に対し、
レンズ８によるエネルギー収束の補正の方が一
桁、又はそれ以上小さいので、装置の性能により
二重収束質量分析装置といえども前記エネルギー
収束用の四重極レンズは使用する必要はない。更
に、磁場強度の検出器や関数発生器等は図示のも
のに限られず、その目的に適うものであればどの
ようなものでも良い。
第１図は従来の二重収束質量分析装置のイオン
光学図、第２図は本発明の原理を説明するための
図、第３図は本発明の一実施例のイオン光学図、
第４図は本発明の一実施例の主要部を示すブロツ
ク的回路図、第５図は第４図の動作説明図であ
る。 １：イオン源、２：エネルギー分散用電場、
３：分析磁場、４：イオン検出器、７：方向収束
用四重極レンズ、８：エネルギー収束用四重極レ
ンズ、１０：磁場強度検出器、１２：比較器、１
３：基準電源、１４ａ，１４ｂ：関数発生回路、
１５ａ，１５ｂ：加算器、１６ａ，１６ｂ：直流
電源。
光学図、第２図は本発明の原理を説明するための
図、第３図は本発明の一実施例のイオン光学図、
第４図は本発明の一実施例の主要部を示すブロツ
ク的回路図、第５図は第４図の動作説明図であ
る。 １：イオン源、２：エネルギー分散用電場、
３：分析磁場、４：イオン検出器、７：方向収束
用四重極レンズ、８：エネルギー収束用四重極レ
ンズ、１０：磁場強度検出器、１２：比較器、１
３：基準電源、１４ａ，１４ｂ：関数発生回路、
１５ａ，１５ｂ：加算器、１６ａ，１６ｂ：直流
電源。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 試料をイオン化するイオン源と、該試料イオ
ンを質量対電荷比に応じて分離するための分析磁
場と、該分析磁場の磁場強度を掃引するための磁
場強度掃引手段と、該分析されたイオンを電気信
号として検出するためのイオン検出器とを備えた
装置において、前記イオン源と分析磁場との間又
は分析磁場とイオン検出器との間にイオン流の方
向収束を行う四重極レンズを配置すると共に、該
四重極レンズの強度を予め定めた関数に従つて掃
引するレンズ強度掃引手段と、前記磁場強度掃引
手段によつて掃引される磁場強度が基準値以上で
あることを検出する比較手段とを設け、該比較手
段の出力信号に基づいて前記レンズ強度掃引手段
を制御することにより、前記磁場強度掃引手段に
よつて掃引される磁場強度が基準値以上のとき該
磁場強度に応じて前記四重極レンズの強度を予め
定めた関数に従つて変化させることを特徴とする
質量分析装置。 ２ 前記分析磁場の前段にイオンのエネルギー分
散用の電場がある場合には、前記四重極レンズは
該電場とイオン源との間に置かれる特許請求の範
囲第１項記載の質量分析装置。 ３ 試料をイオン化するイオン源と、該試料イオ
ンを質量対電荷比に応じて分離するための分析磁
場と、該分析磁場とイオン源との間におかれたエ
ネルギー分散用の電場と、前記分析磁場で分析さ
れたイオンを電気信号として検出するためのイオ
ン検出器とを備えた装置において、前記イオン源
と電場との間にイオン流の方向収束を行なう四重
極レンズを配置し、また前記電場と分析磁場との
間にエネルギー収束用の四重極レンズを配置する
と共に、該夫々の四重極レンズの強度を予め定め
た関数に従つて掃引するレンズ強度掃引手段と、
前記磁場強度掃引手段によつて掃引される磁場強
度が基準値以上であることを検出する比較手段と
を設け、該比較手段の出力信号に基づいて前記レ
ンズ強度掃引手段を制御することにより、前記磁
場強度掃引手段によつて掃引される磁場強度が基
準値以上のとき該磁場強度に応じて前記両四重極
レンズの強度を予め定めた関数に従つて夫々変化
させることを特徴とする質量分析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57218171A JPS59108255A (ja) | 1982-12-13 | 1982-12-13 | 質量分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57218171A JPS59108255A (ja) | 1982-12-13 | 1982-12-13 | 質量分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59108255A JPS59108255A (ja) | 1984-06-22 |
| JPH04338B2 true JPH04338B2 (ja) | 1992-01-07 |
Family
ID=16715734
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57218171A Granted JPS59108255A (ja) | 1982-12-13 | 1982-12-13 | 質量分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59108255A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01304650A (ja) * | 1988-06-01 | 1989-12-08 | Hitachi Ltd | 質量分析計 |
| CN106404882B (zh) * | 2016-08-31 | 2019-08-23 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种基于柱形电场分析器的磁偏转质谱计 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5220089A (en) * | 1975-08-08 | 1977-02-15 | Hitachi Ltd | Ion detecting device for mass spectometers |
| JPS5953501B2 (ja) * | 1978-01-06 | 1984-12-25 | 株式会社日立製作所 | 質量分析装置 |
-
1982
- 1982-12-13 JP JP57218171A patent/JPS59108255A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59108255A (ja) | 1984-06-22 |
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