JPH06103625B2

JPH06103625B2 - イオンマイクロアナライザ

Info

Publication number: JPH06103625B2
Application number: JP61107227A
Authority: JP
Inventors: 州三夫熊代
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1986-05-09
Filing date: 1986-05-09
Publication date: 1994-12-14
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: JPS62264544A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、有機物のような高質量領域の質量分析に好適
なイオンマイクロアナライザに関する。

（ロ）従来技術とその問題点一般に、イオンマイクロアナライザは、試料に一次イオ
ンビームを照射し、試料から放出された二次イオンを質
量分析計に導いて質量分析を行なうが、この場合に使用
される質量分析計には、従来、主として四重極型のもの
や二重収束型のものが用いられている。

四重極型質量分析計は、重いマグネットを使用せず軽量
で、構造が比較的簡単であること、また、高速走査性に
優れているなどの利点を有する。しかしながら、有機物
のような二次イオンのエネルギー範囲が数100eV程度に
及ぶ高質量の物質を分析するような場合には、分解能を
確保する必要上、四重極型質量分析計の前段にローパス
フィルタを設け、入射する二次イオンのエネルギー幅を
数10eV程度に制限する必要がある。ところが、このよう
にエネルギー幅を制限すると、結果的に、二次イオンの
信号量を有効に利用できず、検出感度が低下するという
難点がある。

また、二重収束型質量分析計の場合においても、上記の
ように二次イオンのエネルギー範囲が数100eV程度に及
ぶものでは、色収差が大きくなり、特に、高質量の領域
で高い分解能を確保することが難しい。すなわち、二重
収束型質量分析計の分解能は、次式で与えられる。

Ｒ＝Ar・Am/（Ax・Wi＋Wc＋Δ）（１）ここに、Ｒは分解能、Arは質量分散係数、Amは磁場中の
イオンの軌道半径、Axは像倍率、Wiは出口スリット幅、
Wcはコレクタスリット幅、Δは二次の収差である。した
がって、分解能Ｒを高くするには、各スリット幅Wi、Wc
と収差Δを小さくすれば良いが、スリット幅Wi、Wcをあ
まり小さくすると、逆に検出感度が低下するのでこれに
は自ずから限界がある。また、収差Δを小さくするに
は、エネルギー幅を小さくすれば良いが、試料から放出
される二次イオンは数100eVの大きなエネルギー分布を
もっているので、二次イオンを質量分析する限り、収差
Δを小さくすることができない。たとえば、いま、二次
イオンのエネルギー幅を100eV、二次イオンの加速エネ
ルギーを5kV、磁場強度を1700eVとし、Wi、Wc＝0.1mm、
Am＝20cm、Ar＝1.5、Ax＝1.5としたとき、質量数1115am
uの場合、分解能Ｒは981となる。したがって、出口スリ
ット幅Wi、コレクタスリット幅Wcを共に十分小さくし、
かつ、二次イオン加速エネルギーを十分大きくしない限
り、10000以上の分解能を得ることが困難となる。この
ため、従来のイオンマイクロアナライザでは、有機物の
ような高質量の物質を高分解能で質量分析することがで
きなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、有機物のような高質量領域の質量分析に好適なイオ
ンマイクロアナライザを提供することを目的とする。

（ハ）問題点を解決するための手段本発明のイオンマイクロアナライザでは、上記の目的を
達成するために、イオンビームが照射される試料とイオ
ンを質量分離する二重収束型質量分析計との間に、試料
から放出された二次イオンを除去するディフレクタと、
このディフレクタを通った中性粒子をイオン化するイオ
ン化手段と、このイオン化手段からのイオンを前記二重
収束型質量分析計に導く静電レンズ系とを設けている。

（ニ）作用試料にイオンビームを照射すると、試料から二次イオン
や中性粒子が放出されるが、二次イオンをディフレクタ
で除去した後、中性粒子のみをイオン化手段でイオン化
する。この場合、中性粒子がイオン化されると、そのエ
ネルギー幅が5eV程度しかないために、二次の収差Δが
十分小さくなり、出口スリット、コレクタスリットの各
スリット幅を十分小さく設定すれば容易に20000以上の
高分解能が得られる。そして、イオン化手段で発生され
たイオンが静電レンズ系で二重収束型質量分析計に導か
れる。このため、静電レンズ系の電場を調整すれば、静
電レンズ系がフィルタの役目をするので、イオン化手段
で残留ガスがイオン化されたような場合でも、二重収束
型質量分析計には到達せず、検出ノイズが少なくなる。

（ホ）実施例第１図は、本発明の実施例に係るイオンマイクロアナラ
イザの概略構成図である。同図において、符号１はイオ
ンマイクロアナライザの全体を示し、２は分析対象とな
る試料、４は試料２に一次イオンビームを照射するイオ
ン銃である。また、６は二重収束型質量分析計で、この
二重収束型質量分析計６は、質量分離用のセクタ磁場
８、エネルギー分離用のセクタ電場10、中間スリット1
2、コレクタスリット14、イオン検出器16および増幅器1
8で構成される。

この実施例の特徴は、上記試料２と二重収束型質量分析
計６との間に、試料２から放出された二次イオンを除去
するディフレクタ20と、このディフレクタ20を通った中
性粒子をイオン化するイオン化手段26と、このイオン化
手段26からのイオンを前記二重収束型質量分析計６に導
く静電レンズ系24とを設けたことである。上記イオン化
手段26は、イオン加速用のイオン引き出し電極を兼ねた
イオン化室22と、熱電子を発生するフィラメント28とか
らなる。中性粒子をイオン化するには、フィラメント28
の他、YAGレーザやエキシマレーザを適用することもで
きる。なお、28はディフレクタ20の電源、30は二次イオ
ン加速用電源、32はレンズ系電源、34は出口スリットで
ある。

したがって、本発明のイオンマイクロアナライザ１で
は、イオン銃４から試料２にイオンビームを照射する
と、試料２から二次イオンや中性粒子が放出されるが、
まず、二次イオンがディフレクタ20で除去される。そし
て、中性粒子のみがイオン化室22に入る。イオン化室22
内には、イオン化手段26のフィラメント28から熱電子が
放射されているので、イオン化室22内部の空間で中性粒
子がイオン化される。その場合、中性粒子がイオン化さ
れると、そのエネルギー幅が5eV程度しかないために、
前記（１）式における二次の収差Δが十分小さくなり、
各スリット幅Wi、Wcを十分小さくすれば容易に20000以
上の高分解能が得られる。しかも、信号量はイオン化効
率にのみ依存するので、定量的にも安定したものとな
る。そして、イオン化手段で発生されたイオンが静電レ
ンズ系で二重収束型質量分析計に導かれる。このため、
静電レンズ系の電場を調整すれば、静電レンズ系がフィ
ルタの役目をするので、イオン化手段で残留ガスがイオ
ン化されたような場合でも、二重収束型質量分析計には
到達せず、検出ノイズが少なくなる。

こうして、イオン化室22で中性粒子がイオン化される
と、そのイオンは、静電レンズ系24で出口スリット34に
収束された後、二重収束型質量分析計６に導かれ、セク
タ磁場８の磁場走査によってイオンが質量分解され、続
いて、セクタ電場10でエネルギー選択された後、イオン
検出器16で検出される。

なお、この実施例では、中性粒子をイオン化する場合に
ついて説明したが、イオン化手段26とディフレクタ20の
動作を停止させれば、試料２から放出された二次イオン
を質量分析することができるのは勿論である。

（ヘ）効果以上のように本発明によれば、従来のものでは困難であ
った高質量の有機物を高分解能で質量分析できるように
なる等の優れた効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例のイオンマイクロアナライザの概
略構成図である。１…イオンマイクロアナライザ、２…試料、６…二重収
束型質量分析計、20…ディフレクタ、22…イオン化室、
24…静電レンズ系、26…イオン化手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオンビームが照射される試料とイオンを
質量分離する二重収束型質量分析計との間に、試料から
放出された二次イオンを除去するディフレクタと、この
ディフレクタを通った中性粒子をイオン化するイオン化
手段と、このイオン化手段からのイオンを前記二重収束
型質量分析計に導く静電レンズ系とを設けたことを特徴
とするイオンマイクロアナライザ。