JPH0477415B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0477415B2 JPH0477415B2 JP61029988A JP2998886A JPH0477415B2 JP H0477415 B2 JPH0477415 B2 JP H0477415B2 JP 61029988 A JP61029988 A JP 61029988A JP 2998886 A JP2998886 A JP 2998886A JP H0477415 B2 JPH0477415 B2 JP H0477415B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrostatic lens
- magnetic field
- ion beam
- mass spectrometry
- spectrometry system
- 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
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims description 18
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 17
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 claims description 12
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 9
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、４極静電レンズを構成要素に含む質
量分析装置の改良に関する。
量分析装置の改良に関する。
［従来技術］
第５図は特開昭59−160949号に紹介されている
質量分析装置の概略を示す。この質量分析装置で
は、イオン源Ｓ、一様扇形磁場Ｈ、円筒電場Ｃ及
びイオン検出器Ｄがこの順に並べられ、イオン源
Ｓと一様扇形電場Ｈとの間に、通過するイオンビ
ームの軌道平面に垂直な方向に集束性を与え、イ
オンビームの動径方向には発散性を与える２個の
４極静電レンズＱ１，Ｑ２を配置し、更に一様扇
形磁場Ｈと円筒電場Ｃの間に通過するイオンビー
ムの軌道平面に垂直な方向に集束性を与える第３
の４極静電レンズＱ３を配置することを特徴とし
ている。
質量分析装置の概略を示す。この質量分析装置で
は、イオン源Ｓ、一様扇形磁場Ｈ、円筒電場Ｃ及
びイオン検出器Ｄがこの順に並べられ、イオン源
Ｓと一様扇形電場Ｈとの間に、通過するイオンビ
ームの軌道平面に垂直な方向に集束性を与え、イ
オンビームの動径方向には発散性を与える２個の
４極静電レンズＱ１，Ｑ２を配置し、更に一様扇
形磁場Ｈと円筒電場Ｃの間に通過するイオンビー
ムの軌道平面に垂直な方向に集束性を与える第３
の４極静電レンズＱ３を配置することを特徴とし
ている。
第６図はこの４極静電レンズの一例を示し、同
一円周上に90°間隔でイオンビームの進行方向
（ｚ方向）に平行に配置される４本の円柱電極か
ら構成され、イオンビームの軌道平面に垂直な方
向（ｙ方向）の対向する電極には正の電位が印加
され、イオンビームの動径方向（ｘ方向）の対向
する電極には負の電位が印加される。
一円周上に90°間隔でイオンビームの進行方向
（ｚ方向）に平行に配置される４本の円柱電極か
ら構成され、イオンビームの軌道平面に垂直な方
向（ｙ方向）の対向する電極には正の電位が印加
され、イオンビームの動径方向（ｘ方向）の対向
する電極には負の電位が印加される。
このような提案装置では、４極静電レンズＱ
１，Ｑ２によりイオンビームの幅が広げられるた
め、質量分析系のパラメータである像倍率を小さ
くすることができ、分解能を向上させることがで
きる。又、第３の４極静電レンズＱ３によりイオ
ンビームが軌道平面に垂直な方向に集束されるた
め、質量分析系におけるイオンビームの通過効率
が向上し、感度も向上させることができる。
１，Ｑ２によりイオンビームの幅が広げられるた
め、質量分析系のパラメータである像倍率を小さ
くすることができ、分解能を向上させることがで
きる。又、第３の４極静電レンズＱ３によりイオ
ンビームが軌道平面に垂直な方向に集束されるた
め、質量分析系におけるイオンビームの通過効率
が向上し、感度も向上させることができる。
［発明が解決しようとする問題点］
ところが、本発明者の検討によれば、このよう
な４極静電レンズを使用した質量分析系では、極
めて大きな５次収差が発生し、この５次収差によ
り、分解能及び感度が所期の値に到達し得ない可
能性がある。
な４極静電レンズを使用した質量分析系では、極
めて大きな５次収差が発生し、この５次収差によ
り、分解能及び感度が所期の値に到達し得ない可
能性がある。
本発明は、この点に鑑みてなされたものであ
り、静電12極レンズを質量分析系に配置すること
により、４極静電レンズによつて生じる５次収差
を打消すことができる質量分析装置を提供するこ
とを目的としている。
り、静電12極レンズを質量分析系に配置すること
により、４極静電レンズによつて生じる５次収差
を打消すことができる質量分析装置を提供するこ
とを目的としている。
［発明の構成］
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
質量分析系であつて、磁場とイオンビームの軌道
平面に垂直な方向に収束性を与えそのイオンビー
ムの動径方向には発散性を与えるために該磁場の
前段に互いに間隔をあけて配置される第１及び第
２の４極静電レンズとを少なくとも含む質量分析
系と、該質量分析系で選択されたイオンが入射す
るイオン検出器とを備えた質量分析装置におい
て、前記質量分析系内でイオンビームの幅が広が
つている前記磁場近傍に12極静電レンズを配置す
るようにしたことを特徴としている。
と、該イオン源で生成されたイオンが導入される
質量分析系であつて、磁場とイオンビームの軌道
平面に垂直な方向に収束性を与えそのイオンビー
ムの動径方向には発散性を与えるために該磁場の
前段に互いに間隔をあけて配置される第１及び第
２の４極静電レンズとを少なくとも含む質量分析
系と、該質量分析系で選択されたイオンが入射す
るイオン検出器とを備えた質量分析装置におい
て、前記質量分析系内でイオンビームの幅が広が
つている前記磁場近傍に12極静電レンズを配置す
るようにしたことを特徴としている。
以下、図面を用いて本発明の一実施例を詳説す
る。
る。
［実施例］
第１図は本発明の一実施例を示す装置構成図で
あり、第５図の提案装置との相違点は、４極静電
レンズＱ２と一様扇形磁場Ｈとの間に12極静電レ
ンズＴが新たに挿入配置されたことである。
あり、第５図の提案装置との相違点は、４極静電
レンズＱ２と一様扇形磁場Ｈとの間に12極静電レ
ンズＴが新たに挿入配置されたことである。
第２図は、この12極静電レンズＴの断面図を示
し、Ｐ１〜Ｐ１２の12本の円柱電極を30°間隔で
同一円周上に配置してあり、各電極には、交互に
＋Ｖ及び−Ｖの電位が印加される。
し、Ｐ１〜Ｐ１２の12本の円柱電極を30°間隔で
同一円周上に配置してあり、各電極には、交互に
＋Ｖ及び−Ｖの電位が印加される。
第３図はこの12本の電極によつて生成される12
重極電場を示す。
重極電場を示す。
ところで、第６図に示すような構造を持つ４極
静電レンズは、理想的には次式で示される電場を
発生する。
静電レンズは、理想的には次式で示される電場を
発生する。
Ｖ（ｘ、ｙ、ｚ）＝｛Ｋ（ｚ）／２｝｛（x2−y2）
＋｛Ｋ（ｚ）″／24｝｛（x4−y4）｝ ……(1)
ここで、Ｋ（ｚ）は四重極場の強さに関する係
数である。
数である。
(1)式の第１項は四重極場を示す関数で、レンズ
の内部で場がｚ方向に対して一様な場合はこの項
だけになる。第２項は、レンズの出入口でポテン
シヤルがｚ方向に一様でない場合に発生する項で
ある。
の内部で場がｚ方向に対して一様な場合はこの項
だけになる。第２項は、レンズの出入口でポテン
シヤルがｚ方向に一様でない場合に発生する項で
ある。
４極静電レンズの出入口では、レンズを出た部
分にもポテンシヤルが存在するが、このポテンシ
ヤルは、対称性から、６次までの近似で次のよう
に表わすことができる。
分にもポテンシヤルが存在するが、このポテンシ
ヤルは、対称性から、６次までの近似で次のよう
に表わすことができる。
Ｖ（ｘ、ｙ、ｚ）＝｛Ｋ（ｚ）／２｝｛（x2−y2）＋｛
Ｋ
（ｚ）″／24｝｛x4−y4）｝＋ａ（x6−15x4y2＋15x2y4
−y6） ……(2) ここで、ａは十二重極場の強さに関する係数で
ある。
Ｋ
（ｚ）″／24｝｛x4−y4）｝＋ａ（x6−15x4y2＋15x2y4
−y6） ……(2) ここで、ａは十二重極場の強さに関する係数で
ある。
(1)式と(2)式を比較すると、(2)式の第３項が新た
に発生したことが分る。この第３項は、４極静電
レンズの出入り口の境界条件が(1)式で与えられる
条件を満す場合には発生しない。しかしながら、
(1)式の条件を満すためには複雑な電極構造と電位
配分を必要とし、現実には無理と言わざるを得な
い。そのため、通常は、上記第３項が発生してい
る。ところが、この第３項は従来考慮されておら
ず、実際のイオン光学系では、５次収差となつて
現われ、その大きさは必ずしも明らかではない
が、４極静電レンズを構成要素とするイオン光学
系は、大きな５次収差が発生する可能性を含んで
いることが分る。
に発生したことが分る。この第３項は、４極静電
レンズの出入り口の境界条件が(1)式で与えられる
条件を満す場合には発生しない。しかしながら、
(1)式の条件を満すためには複雑な電極構造と電位
配分を必要とし、現実には無理と言わざるを得な
い。そのため、通常は、上記第３項が発生してい
る。ところが、この第３項は従来考慮されておら
ず、実際のイオン光学系では、５次収差となつて
現われ、その大きさは必ずしも明らかではない
が、４極静電レンズを構成要素とするイオン光学
系は、大きな５次収差が発生する可能性を含んで
いることが分る。
一方、第１図で示す12極静電レンズは次式で表
わされる十二重極電場φ（ｘ、ｙ）を発生する。
わされる十二重極電場φ（ｘ、ｙ）を発生する。
φ（ｘ、ｙ）＝Vo（x6−15x4y2＋15x2y4−y6）
……(3) Voは十二重極電場の強さに関する係数で、レ
ンズ電極に印加するポテンシヤルによつて決定さ
れる。
……(3) Voは十二重極電場の強さに関する係数で、レ
ンズ電極に印加するポテンシヤルによつて決定さ
れる。
(3)式は(2)式第３項と同じ形をしており、５次収
差を発生する。従つて、この12極静電レンズを、
４極静電レンズを構成要素として持つ質量分析系
（イオン光学系内）に挿入し、その強度を適宜設
定することにより、４極静電レンズにより発生す
る５次収差の少なくとも１つの項については打ち
消すことが可能である。
差を発生する。従つて、この12極静電レンズを、
４極静電レンズを構成要素として持つ質量分析系
（イオン光学系内）に挿入し、その強度を適宜設
定することにより、４極静電レンズにより発生す
る５次収差の少なくとも１つの項については打ち
消すことが可能である。
又、12極静電レンズを複数個配置すれば、５次
収差の更に多くの項を打ち消すことが可能であ
る。
収差の更に多くの項を打ち消すことが可能であ
る。
12極静電レンズは、イオンビームの中心軌道か
ら離れたところをイオンが通る場所、即ちイオン
ビームの幅が広がつている場所に配置して使用す
ることが望ましい。第１図の実施例では、４極静
電レンズＱ１，Ｑ２によつてイオンビームの幅が
最も広げられている４極静電レンズＱ２と一様扇
形磁場Ｈとの間、それも磁場Ｈに近い場所に配置
されている。
ら離れたところをイオンが通る場所、即ちイオン
ビームの幅が広がつている場所に配置して使用す
ることが望ましい。第１図の実施例では、４極静
電レンズＱ１，Ｑ２によつてイオンビームの幅が
最も広げられている４極静電レンズＱ２と一様扇
形磁場Ｈとの間、それも磁場Ｈに近い場所に配置
されている。
この12極静電レンズは、４次以下の収差につい
ては全く影響を与えない。
ては全く影響を与えない。
尚、実際に用いる12極静電レンズとしては、(3)
式で表わされる十二重極電場を近似的に発生でき
るものであれば良い。最も簡単に実現できるの
は、第１図のように円柱電極を用いたものである
が、例えば第４図に示すように円筒電極を用いる
ものでも良い。
式で表わされる十二重極電場を近似的に発生でき
るものであれば良い。最も簡単に実現できるの
は、第１図のように円柱電極を用いたものである
が、例えば第４図に示すように円筒電極を用いる
ものでも良い。
［効果］
以上詳述した如く、本発明によれば、磁場とイ
オンビームの軌道平面に垂直な方向に収束性を与
えそのイオンビームの動径方向には発散性を与え
るために該磁場の前段に互いに間隔をあけて配置
される第１及び第２の４極静電レンズとを少なく
とも含む質量分析系を備えた質量分析装置におい
て、磁場近傍に12極静電レンズを配置することに
より、５次収差を低減させることのできる質量分
析装置が実現される。
オンビームの軌道平面に垂直な方向に収束性を与
えそのイオンビームの動径方向には発散性を与え
るために該磁場の前段に互いに間隔をあけて配置
される第１及び第２の４極静電レンズとを少なく
とも含む質量分析系を備えた質量分析装置におい
て、磁場近傍に12極静電レンズを配置することに
より、５次収差を低減させることのできる質量分
析装置が実現される。
第１図は本発明の一実施例を示す装置構成図、
第２図は、第１図の実施例における12極静電レン
ズの断面図、第３図は12極静電レンズにおいて生
成される12重極電場を示す図、第４図は12極静電
レンズの他の例を示す図、第５図は従来装置の構
成を示す図、第６図は４極静電レンズの断面図で
ある。 Ｓ：イオン源、Ｈ：一様扇形磁場、Ｃ：円筒電
場、Ｄ：イオン検出器、Ｑ１〜Ｑ３：４極静電レ
ンズ、Ｔ：12極静電レンズ、Ｐ１〜Ｐ１２：円柱
電極。
第２図は、第１図の実施例における12極静電レン
ズの断面図、第３図は12極静電レンズにおいて生
成される12重極電場を示す図、第４図は12極静電
レンズの他の例を示す図、第５図は従来装置の構
成を示す図、第６図は４極静電レンズの断面図で
ある。 Ｓ：イオン源、Ｈ：一様扇形磁場、Ｃ：円筒電
場、Ｄ：イオン検出器、Ｑ１〜Ｑ３：４極静電レ
ンズ、Ｔ：12極静電レンズ、Ｐ１〜Ｐ１２：円柱
電極。
Claims (1)
- １ イオン源と、該イオン源で生成されたイオン
が導入される質量分析系であつて、磁場とイオン
ビームの軌道平面に垂直な方向に収束性を与えそ
のイオンビームの動径方向には発散性を与えるた
めに該磁場の前段に互いに間隔をあけて配置され
る第１及び第２の４極静電レンズとを少なくとも
含む質量分析系と、該質量分析系で選択されたイ
オンが入射するイオン検出器とを備えた質量分析
装置において、前記質量分析系内でイオンビーム
の幅が広がつている前記磁場近傍に12極静電レン
ズを配置するようにしたことを特徴とする質量分
析装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61029988A JPS62188152A (ja) | 1986-02-14 | 1986-02-14 | 質量分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61029988A JPS62188152A (ja) | 1986-02-14 | 1986-02-14 | 質量分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62188152A JPS62188152A (ja) | 1987-08-17 |
| JPH0477415B2 true JPH0477415B2 (ja) | 1992-12-08 |
Family
ID=12291334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61029988A Granted JPS62188152A (ja) | 1986-02-14 | 1986-02-14 | 質量分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62188152A (ja) |
-
1986
- 1986-02-14 JP JP61029988A patent/JPS62188152A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62188152A (ja) | 1987-08-17 |
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