JPH07307140A - 質量分析装置及びイオン源 - Google Patents
質量分析装置及びイオン源Info
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- JPH07307140A JPH07307140A JP7058527A JP5852795A JPH07307140A JP H07307140 A JPH07307140 A JP H07307140A JP 7058527 A JP7058527 A JP 7058527A JP 5852795 A JP5852795 A JP 5852795A JP H07307140 A JPH07307140 A JP H07307140A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】質量分析装置におけるイオンビームの発散角と
ビーム幅の制約を同時に満足させ収束性の優れた良質の
イオンビームを得る。 【構成】電子衝撃イオン化イオン源１のリペラ電極１ｆ
の電圧１２ｄをイオン源状態監視部１１に入力し、監視
部１１は引出電極１ｇへの印加電圧の予測値１２ｅを引
出電源９に出力する。引出電極系は加速電極１ｂのスリ
ット幅を引出電極１ｇのスリット幅よりも広くし、かつ
加速電極１ｂからイオンの生成領域までの距離とほぼ等
しく設定する。このため、加速電極１ｂのスリットから
イオン化室１ａ内へ漏れた電界はイオンの生成領域近傍
まで広がり、イオンビーム２を効率良く引き出し、加速
電極１ｂ及び引出電極１ｇのスリットを透過させること
ができる。スリットを透過した電流量をイオン電流モニ
タ８ａで測定し、この電流が最大となるように収束電極
１ｄの電圧１２ｆを調整する。
ビーム幅の制約を同時に満足させ収束性の優れた良質の
イオンビームを得る。 【構成】電子衝撃イオン化イオン源１のリペラ電極１ｆ
の電圧１２ｄをイオン源状態監視部１１に入力し、監視
部１１は引出電極１ｇへの印加電圧の予測値１２ｅを引
出電源９に出力する。引出電極系は加速電極１ｂのスリ
ット幅を引出電極１ｇのスリット幅よりも広くし、かつ
加速電極１ｂからイオンの生成領域までの距離とほぼ等
しく設定する。このため、加速電極１ｂのスリットから
イオン化室１ａ内へ漏れた電界はイオンの生成領域近傍
まで広がり、イオンビーム２を効率良く引き出し、加速
電極１ｂ及び引出電極１ｇのスリットを透過させること
ができる。スリットを透過した電流量をイオン電流モニ
タ８ａで測定し、この電流が最大となるように収束電極
１ｄの電圧１２ｆを調整する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は質量分析装置に係り、特
に、イオン源から角度分散の小さな高透過率のイオンビ
ームを引き出すのに好適なビーム引出電極系を備えるイ
オン源と質量分析装置に関する。
に、イオン源から角度分散の小さな高透過率のイオンビ
ームを引き出すのに好適なビーム引出電極系を備えるイ
オン源と質量分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７に従来の質量分析装置のイオン源及
びビーム引出電極系の断面図を示す。電子衝撃イオン化
イオン源の場合、イオン化室１ａで電子の照射を受けて
生成されたイオンは、イオン化室１ａより数ボルトだけ
プラス電位が印加されたリペラ電極１ｆに反発し、加速
電極１ｂの引出スリット１５から押し出される。押し出
されたイオンビーム２はクロスオーバー点２ｃでクロス
した後に拡散するため、収束電極１ｃを設けてイオンビ
ーム２を収束すると共に、加速電極１ｂと接地電極１ｄ
の間で最終的に６ｋＶ程度に加速される。その際、効率
良くイオンビーム２を分析部すなわちセクタ磁場及びセ
クタ電場に導くため、収束電極１ｃの電圧を調整してイ
オンビーム２の幅及び発散角を制御していた。具体的に
は、質量分析装置の立ち上げ時に、ファラデーカップ，
マルチプライアー、又はチャンネルプレートを用いたイ
オン電流モニタ８ａをイオンビーム２の通過する領域に
挿入し、出射スリット１ｅを透過するイオン電流量をイ
オン電流モニタ８ａで測定し、この電流信号１２ａが最
大となるように、収束電極１ｃに印加する電圧１２ｆを
調整していた。
びビーム引出電極系の断面図を示す。電子衝撃イオン化
イオン源の場合、イオン化室１ａで電子の照射を受けて
生成されたイオンは、イオン化室１ａより数ボルトだけ
プラス電位が印加されたリペラ電極１ｆに反発し、加速
電極１ｂの引出スリット１５から押し出される。押し出
されたイオンビーム２はクロスオーバー点２ｃでクロス
した後に拡散するため、収束電極１ｃを設けてイオンビ
ーム２を収束すると共に、加速電極１ｂと接地電極１ｄ
の間で最終的に６ｋＶ程度に加速される。その際、効率
良くイオンビーム２を分析部すなわちセクタ磁場及びセ
クタ電場に導くため、収束電極１ｃの電圧を調整してイ
オンビーム２の幅及び発散角を制御していた。具体的に
は、質量分析装置の立ち上げ時に、ファラデーカップ，
マルチプライアー、又はチャンネルプレートを用いたイ
オン電流モニタ８ａをイオンビーム２の通過する領域に
挿入し、出射スリット１ｅを透過するイオン電流量をイ
オン電流モニタ８ａで測定し、この電流信号１２ａが最
大となるように、収束電極１ｃに印加する電圧１２ｆを
調整していた。
【０００３】尚、従来技術に関連するものとして、特開
昭57−27553 号公報がある。
昭57−27553 号公報がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、一
般に、加速電極１ｂと収束電極１ｃの間隔はスリット１
５の幅に比べて１０倍程度広く、電極電圧の変化に対す
るビーム２の発散角の変化即ちクロスオーバー点２ｃの
位置変化は著しく小さい。しかし、質量分析装置の光学
系は、発散角と同時にビーム幅も一定値以内であること
が要求されるため、一つの電極電圧１２ｆしか調整でき
ない従来の電極構造では、発散角とビーム幅の制約を同
時に満足するような調整は困難である。
般に、加速電極１ｂと収束電極１ｃの間隔はスリット１
５の幅に比べて１０倍程度広く、電極電圧の変化に対す
るビーム２の発散角の変化即ちクロスオーバー点２ｃの
位置変化は著しく小さい。しかし、質量分析装置の光学
系は、発散角と同時にビーム幅も一定値以内であること
が要求されるため、一つの電極電圧１２ｆしか調整でき
ない従来の電極構造では、発散角とビーム幅の制約を同
時に満足するような調整は困難である。
【０００５】本発明の目的は、発散角とビーム幅の制約
を同時に満足するような調整が容易な引出電極系を備え
た高感度な質量分析装置及びそのイオン源を提供するこ
とにある。
を同時に満足するような調整が容易な引出電極系を備え
た高感度な質量分析装置及びそのイオン源を提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、イオン生成
領域で生成したイオンを加速電極のスリットから引き出
してイオンビームとし、該イオンビームを収束電極で収
束して出射スリットから出射するイオン源において、前
記加速電極のスリットから引き出されたイオンビームの
クロスオーバー点を前記加速電極から所要距離だけ引き
離すための引出電極を、前記加速電極の下流近傍に設け
ることで達成される。
領域で生成したイオンを加速電極のスリットから引き出
してイオンビームとし、該イオンビームを収束電極で収
束して出射スリットから出射するイオン源において、前
記加速電極のスリットから引き出されたイオンビームの
クロスオーバー点を前記加速電極から所要距離だけ引き
離すための引出電極を、前記加速電極の下流近傍に設け
ることで達成される。
【０００７】また、上記目的は、加速電極のスリットよ
り幅の小さいスリットを持つ引出電極を、加速電極とイ
オン生成領域の間の距離と同程度だけ、該加速電極下流
側に離した位置に設けることで達成される。
り幅の小さいスリットを持つ引出電極を、加速電極とイ
オン生成領域の間の距離と同程度だけ、該加速電極下流
側に離した位置に設けることで達成される。
【０００８】また、上記目的は、引出電極に印加する電
圧条件をイオン源の状態に基づいて設定することで達成
される。
圧条件をイオン源の状態に基づいて設定することで達成
される。
【０００９】
【作用】従来の構成では加速電極から引き出されたイオ
ンビームは引き出された直後にクロスオーバーしてしま
うため発散角が大きくなってしまったが、本発明では引
出電極を設けることでこのクロスオーバー点の位置を加
速電極から引き離すことができるので、発散角を抑える
ことが可能となり、収束性に優れた良質なイオンビーム
が得られる。また、引出電極に印加する電圧が調整可能
なため、発散角とビーム幅の制約を同時に満足すること
が可能となる。
ンビームは引き出された直後にクロスオーバーしてしま
うため発散角が大きくなってしまったが、本発明では引
出電極を設けることでこのクロスオーバー点の位置を加
速電極から引き離すことができるので、発散角を抑える
ことが可能となり、収束性に優れた良質なイオンビーム
が得られる。また、引出電極に印加する電圧が調整可能
なため、発散角とビーム幅の制約を同時に満足すること
が可能となる。
【００１０】以下、本発明の原理を図面を用いて説明す
る。図３（ａ）は電子衝撃イオン化イオン源の電極構成
図、図３（ｂ）はプラズマイオン源の電極構成図であ
り、図中にイオンビームの動きを模式的に示してある。
本発明では、加速電極１ｂのスリット１５の幅と同程度
の距離だけイオン化室１ａから下流側に離れた位置に、
補助電極として引出電極１ｇを設け、イオン源の状態に
基づいてこの引出電極１ｇの印加電圧を決定する。
る。図３（ａ）は電子衝撃イオン化イオン源の電極構成
図、図３（ｂ）はプラズマイオン源の電極構成図であ
り、図中にイオンビームの動きを模式的に示してある。
本発明では、加速電極１ｂのスリット１５の幅と同程度
の距離だけイオン化室１ａから下流側に離れた位置に、
補助電極として引出電極１ｇを設け、イオン源の状態に
基づいてこの引出電極１ｇの印加電圧を決定する。
【００１１】イオン化室１ａのほぼ中央のイオン生成領
域２ａで生成されたイオンは、加速電極１ｂよりも数ボ
ルトだけプラス電圧が印加されたリペラ電極１ｆに反発
されて、加速電極１ｂ側へ押し出される。しかし、生成
されたイオンの初速度は、熱運動及び電子の衝突のため
乱れており、リペラ電極１ｆの作る電界だけでは加速電
極１ｂのスリット１５を効率良く透過することができな
い。
域２ａで生成されたイオンは、加速電極１ｂよりも数ボ
ルトだけプラス電圧が印加されたリペラ電極１ｆに反発
されて、加速電極１ｂ側へ押し出される。しかし、生成
されたイオンの初速度は、熱運動及び電子の衝突のため
乱れており、リペラ電極１ｆの作る電界だけでは加速電
極１ｂのスリット１５を効率良く透過することができな
い。
【００１２】そこで、本発明では、加速電極１ｂのスリ
ット１５の幅を引出電極１ｇのスリット１６の幅よりも
広くし、加速電極１ｂの下流側に設けた引出電極１ｇと
加速電極１ｂとの距離が、加速電極１ｂとイオン生成領
域２ａとの距離とほぼ等しい距離となるように設定す
る。
ット１５の幅を引出電極１ｇのスリット１６の幅よりも
広くし、加速電極１ｂの下流側に設けた引出電極１ｇと
加速電極１ｂとの距離が、加速電極１ｂとイオン生成領
域２ａとの距離とほぼ等しい距離となるように設定す
る。
【００１３】このため、加速電極１ｂのスリット１５か
らイオン化室１ａ内へ漏れた電界はイオン生成領域２ａ
近傍まで広がり、イオンビーム２のクロスオーバー点の
位置が引出電極１ｇの下流側になり、イオンビーム２は
漏れ電界（浸透電界）によって効率良くスリット１５か
ら引き出され、引出電極１ｇのスリット１６を透過させ
ることができる。このような浸透電界はスリットから離
れるに従って急速に減衰するため、イオン生成領域２ａ
内の電界の増加は僅かであり、イオンビーム２のエネル
ギー分散の増加は問題とならない。
らイオン化室１ａ内へ漏れた電界はイオン生成領域２ａ
近傍まで広がり、イオンビーム２のクロスオーバー点の
位置が引出電極１ｇの下流側になり、イオンビーム２は
漏れ電界（浸透電界）によって効率良くスリット１５か
ら引き出され、引出電極１ｇのスリット１６を透過させ
ることができる。このような浸透電界はスリットから離
れるに従って急速に減衰するため、イオン生成領域２ａ
内の電界の増加は僅かであり、イオンビーム２のエネル
ギー分散の増加は問題とならない。
【００１４】一方、図３（ｂ）のプラズマイオン源の場
合には、加速電極１ｂとプラズマ２ｂとの間に、デバイ
長の数倍程度のシース領域が形成される。プラズマ２ｂ
は加速電極１ｂよりも数ボルト〜数十ボルトだけ電位が
上昇し、イオンビーム２を加速電極１ｂ側に効率良く加
速する。この時の電圧をプラズマ浮遊電位といい、プラ
ズマの最も重要なパラメータの一つである電子温度の約
６倍となる。
合には、加速電極１ｂとプラズマ２ｂとの間に、デバイ
長の数倍程度のシース領域が形成される。プラズマ２ｂ
は加速電極１ｂよりも数ボルト〜数十ボルトだけ電位が
上昇し、イオンビーム２を加速電極１ｂ側に効率良く加
速する。この時の電圧をプラズマ浮遊電位といい、プラ
ズマの最も重要なパラメータの一つである電子温度の約
６倍となる。
【００１５】イオンはプラズマの全面から放出されるた
め、加速電極１ｂのスリット１５の幅にほぼ比例したイ
オン電流量が得られる。しかし、スリット１５の端部で
は中央付近に比べて球面収差が大きいので、スリット１
５の端部を透過したイオンは、過剰に収束され角度分散
を増大させる。そこで、この過剰な収束を相殺するた
め、イオンビーム２の幅と相似的に引出電極１ｇのスリ
ット１６の幅を狭くする。つまり、スリット１５の切角
θに対してスリット１６の切角をπ−θとすることによ
り、スリット１５の球面収差をスリット１６の球面収差
で相殺して全体の球面収差を減少させ、角度分散の小さ
なイオンビーム２を得ることができる。
め、加速電極１ｂのスリット１５の幅にほぼ比例したイ
オン電流量が得られる。しかし、スリット１５の端部で
は中央付近に比べて球面収差が大きいので、スリット１
５の端部を透過したイオンは、過剰に収束され角度分散
を増大させる。そこで、この過剰な収束を相殺するた
め、イオンビーム２の幅と相似的に引出電極１ｇのスリ
ット１６の幅を狭くする。つまり、スリット１５の切角
θに対してスリット１６の切角をπ−θとすることによ
り、スリット１５の球面収差をスリット１６の球面収差
で相殺して全体の球面収差を減少させ、角度分散の小さ
なイオンビーム２を得ることができる。
【００１６】図４は、二枚の電極の電極間隔ｄに対する
焦点距離ｆの比ｆ／ｄと、入射エネルギーΦ１に対する
出射エネルギーΦ２の比Φ２／Φ１との関係を示す図で
ある。これを図３（ａ）の場合に当てはめると、Φ１は
リペラ電極１ｆと加速電極１ｂの電位差の１／２に、Φ
２−Φ１は加速電極１ｂと引出電極１ｇの電位差に相当
する。焦点距離ｆが短い場合にはビームの角度分散が増
加して好ましくない。角度分散を小さくするには、焦点
距離ｆを長くし、ビームが最も細く収束するクロスオー
バーを引出電極１ｇの下流側に形成する必要がある。定
量的には、Φ２／Φ１＜５を満足するように、引出電極
１ｇに印加する電圧を設定すれば良いことが分かる。
焦点距離ｆの比ｆ／ｄと、入射エネルギーΦ１に対する
出射エネルギーΦ２の比Φ２／Φ１との関係を示す図で
ある。これを図３（ａ）の場合に当てはめると、Φ１は
リペラ電極１ｆと加速電極１ｂの電位差の１／２に、Φ
２−Φ１は加速電極１ｂと引出電極１ｇの電位差に相当
する。焦点距離ｆが短い場合にはビームの角度分散が増
加して好ましくない。角度分散を小さくするには、焦点
距離ｆを長くし、ビームが最も細く収束するクロスオー
バーを引出電極１ｇの下流側に形成する必要がある。定
量的には、Φ２／Φ１＜５を満足するように、引出電極
１ｇに印加する電圧を設定すれば良いことが分かる。
【００１７】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
明する。
【００１８】図２は本発明の一実施例に係る質量分析装
置の全体構成図であり、図１は本発明によるイオン源の
構成図で、（ａ）は縦断面を示す図、（ｂ）は（ａ）の
Ａ−Ａ矢視図である。本実施例の質量分析装置は二重収
束型としてある。イオン源１で生成されたイオンは引き
出されて収束性の優れた良質のイオンビーム２となり、
イオンビーム２は四重極レンズ７ａで拡散された後、セ
クタ磁場３で質量分離される。イオンビーム２は質量分
離された後、四重極レンズ７ｂで収束されセクタ電場４
でエネルギー弁別されて、最終的に質量分離スリット５
を透過したイオン電流が検出器６で測定される。測定結
果は運転制御・計測データ処理部１０でマススペクトル
として記憶される。
置の全体構成図であり、図１は本発明によるイオン源の
構成図で、（ａ）は縦断面を示す図、（ｂ）は（ａ）の
Ａ−Ａ矢視図である。本実施例の質量分析装置は二重収
束型としてある。イオン源１で生成されたイオンは引き
出されて収束性の優れた良質のイオンビーム２となり、
イオンビーム２は四重極レンズ７ａで拡散された後、セ
クタ磁場３で質量分離される。イオンビーム２は質量分
離された後、四重極レンズ７ｂで収束されセクタ電場４
でエネルギー弁別されて、最終的に質量分離スリット５
を透過したイオン電流が検出器６で測定される。測定結
果は運転制御・計測データ処理部１０でマススペクトル
として記憶される。
【００１９】本実施例では、イオンビーム引出電極系の
およその電圧条件を自動設定するため、例えば電子衝撃
イオン化イオン源の場合には、リペラ電極電圧１２ｄを
イオン源状態監視部１１に入力し、引出電極電圧１２ｇ
の予測値１２ｅを引出電源９に出力する。プラズマイオ
ン源の場合には、直接プラズマ浮遊電位を測定すること
は困難であるが、セクタ電場では実際の加速電圧である
加速電極電圧Ｖacc とプラズマ浮遊電位Ｖp の和Ｖacc
＋Ｖp に対する軌道半径Ｒの関係が数１で表わせること
に着目し、プラズマ浮遊電位Ｖp を推測することができ
る。
およその電圧条件を自動設定するため、例えば電子衝撃
イオン化イオン源の場合には、リペラ電極電圧１２ｄを
イオン源状態監視部１１に入力し、引出電極電圧１２ｇ
の予測値１２ｅを引出電源９に出力する。プラズマイオ
ン源の場合には、直接プラズマ浮遊電位を測定すること
は困難であるが、セクタ電場では実際の加速電圧である
加速電極電圧Ｖacc とプラズマ浮遊電位Ｖp の和Ｖacc
＋Ｖp に対する軌道半径Ｒの関係が数１で表わせること
に着目し、プラズマ浮遊電位Ｖp を推測することができ
る。
【００２０】
【数１】 Ｒ＝２(Ｖacc＋Ｖp）／Ｅ …（数１） ここで、Ｅはセクタ電場の電界の強さである。
【００２１】このようにして求めた引出電極１ｇの電圧
は良い予測値ではあるが、必ずしも最適値とは限らな
い。そこで、イオン源状態監視部１１は、ビームライン
上に設けたイオン電流モニタ８ａの電流信号１２ａを入
力し、電流値が最大となるように引出電極系の電圧を調
整する。
は良い予測値ではあるが、必ずしも最適値とは限らな
い。そこで、イオン源状態監視部１１は、ビームライン
上に設けたイオン電流モニタ８ａの電流信号１２ａを入
力し、電流値が最大となるように引出電極系の電圧を調
整する。
【００２２】図１を用いてイオン源の詳細構造と最も簡
単な引出電極電圧の設定法を説明する。イオン源全体は
分析部のビームラインの真空容器１８に電極支持碍子１
７によって設置されており、真空容器１４によってイオ
ン源内部が真空に保持されている。図１（ｂ）のＡ−Ａ
断面に示すように、引出電極１ｇは上下二枚の板状電極
からなり、加速電極１ｂは矩形の開口を有する板状電極
である。イオン源状態監視部１１はリペラ電極１ｆの電
圧１２ｄをもとに引出電極１ｇの電圧１２ｇを設定す
る。次に、スリット１５，１６を透過した電流量をイオ
ン電流モニタ８ａで測定し、この電流が最大となるよう
に、収束電極１ｃの電圧１２ｆを調整する。尚、図１の
例では、収束電極１ｃ用電源と引出電極１ｇ用電源とし
て引出電源９を共用している。この場合、電極１ｃと１
ｇの印加電圧を同じ電圧にしてもかまわない。このよう
にすることで電源の節約が可能となるが、勿論、別々の
電源を用意してもよいことはいうまでもない。
単な引出電極電圧の設定法を説明する。イオン源全体は
分析部のビームラインの真空容器１８に電極支持碍子１
７によって設置されており、真空容器１４によってイオ
ン源内部が真空に保持されている。図１（ｂ）のＡ−Ａ
断面に示すように、引出電極１ｇは上下二枚の板状電極
からなり、加速電極１ｂは矩形の開口を有する板状電極
である。イオン源状態監視部１１はリペラ電極１ｆの電
圧１２ｄをもとに引出電極１ｇの電圧１２ｇを設定す
る。次に、スリット１５，１６を透過した電流量をイオ
ン電流モニタ８ａで測定し、この電流が最大となるよう
に、収束電極１ｃの電圧１２ｆを調整する。尚、図１の
例では、収束電極１ｃ用電源と引出電極１ｇ用電源とし
て引出電源９を共用している。この場合、電極１ｃと１
ｇの印加電圧を同じ電圧にしてもかまわない。このよう
にすることで電源の節約が可能となるが、勿論、別々の
電源を用意してもよいことはいうまでもない。
【００２３】図５及び図６は、数値シミュレーションに
より本実施例の効果を確認した結果を示す図である。図
５は電子衝撃イオン化イオン源のシミュレーション結果
で、図５（ａ）は従来のイオン源のシミュレーション結
果である。ここで、加速電極電圧Ｖacc は６.０００ｋ
Ｖ、リペラ電極電圧Ｖr は６.００３ｋＶ、加速電極の
スリット幅は０.５mmである。イオンは０.０１ｅＶ相当
の等方的な初速度を持ち、加速電極に近づくにつれてビ
ーム幅が広がるため、加速電極のスリットを透過できな
い成分が存在する。しかも、イオンビームはスリット内
で急激に収束されるため、大きな角度分散を持つことに
なる。収束電極付近ではビーム幅が１mm以上に広がり、
これ以降のビームの収束を困難にしている。このような
状況下においては、イオンビームの電流量を増すために
加速電極のスリット幅を拡大することは有効ではなく、
無効な電流を増やしているに過ぎない。
より本実施例の効果を確認した結果を示す図である。図
５は電子衝撃イオン化イオン源のシミュレーション結果
で、図５（ａ）は従来のイオン源のシミュレーション結
果である。ここで、加速電極電圧Ｖacc は６.０００ｋ
Ｖ、リペラ電極電圧Ｖr は６.００３ｋＶ、加速電極の
スリット幅は０.５mmである。イオンは０.０１ｅＶ相当
の等方的な初速度を持ち、加速電極に近づくにつれてビ
ーム幅が広がるため、加速電極のスリットを透過できな
い成分が存在する。しかも、イオンビームはスリット内
で急激に収束されるため、大きな角度分散を持つことに
なる。収束電極付近ではビーム幅が１mm以上に広がり、
これ以降のビームの収束を困難にしている。このような
状況下においては、イオンビームの電流量を増すために
加速電極のスリット幅を拡大することは有効ではなく、
無効な電流を増やしているに過ぎない。
【００２４】一方、図５（ｂ）の本実施例では、加速電
極のスリット幅を１mm，引出電極のスリット幅を０.５m
m とし、引出電極にはＶex＝５９９０Ｖを印加してい
る。加速電極の幅の広いスリットからイオン生成領域近
傍まで電界がしみ出し、等方的に出射されたイオンを全
て引き出すことに成功している。引出電極１ｇでの焦点
距離はＶexを数ボルト調整するだけで大きく変化し、ビ
ームの角度分散の制御が容易である。これらの理由によ
り、本実施例では、従来に比べて電流量が約２倍，角度
分散が約１／２となることが確認された。また、引出電
極１ｇのスリット１６の幅が狭いため、イオン化室１ａ
内のガス圧を高く、かつビームライン上の真空度を低く
保てる付加的な効果がある。
極のスリット幅を１mm，引出電極のスリット幅を０.５m
m とし、引出電極にはＶex＝５９９０Ｖを印加してい
る。加速電極の幅の広いスリットからイオン生成領域近
傍まで電界がしみ出し、等方的に出射されたイオンを全
て引き出すことに成功している。引出電極１ｇでの焦点
距離はＶexを数ボルト調整するだけで大きく変化し、ビ
ームの角度分散の制御が容易である。これらの理由によ
り、本実施例では、従来に比べて電流量が約２倍，角度
分散が約１／２となることが確認された。また、引出電
極１ｇのスリット１６の幅が狭いため、イオン化室１ａ
内のガス圧を高く、かつビームライン上の真空度を低く
保てる付加的な効果がある。
【００２５】図６はプラズマイオン源のシミュレーショ
ン結果で、（ａ）はプラズマ浮遊電位Ｖp が３０Ｖの場
合、（ｂ）はＶp が６０Ｖの場合、（ｃ）はＶp が６０
Ｖで電圧条件を最適に制御した場合をそれぞれ示す。図
６では基準となる加速電極電圧Ｖacc を６.００ｋＶで
一定とし、Ｖacc に対するプラズマの浮遊電位をＶpで
表している。Ｖp ＝３０Ｖの(ａ）における最適な引出
電極電圧Ｖexは５.８８ｋＶであった。この場合、Ｖacc
とＶexの電位差は１２０Ｖである。次に、図６（ｂ）
でＶexを固定したままＶp を６０Ｖに上昇させると、イ
オンビームは収束しなくなってしまう。そこで、Ｖp が
３０Ｖから６０Ｖへ２倍に増加したのに対応させて、Ｖ
acc とＶexの電位差を１２０Ｖから２４０Ｖへと２倍に
増加させることにより、即ちＶexを５.７６０ｋＶ に調
整することにより、図６（ｃ）のように、ほぼ最適に収
束されたイオンビームを得ることができる。
ン結果で、（ａ）はプラズマ浮遊電位Ｖp が３０Ｖの場
合、（ｂ）はＶp が６０Ｖの場合、（ｃ）はＶp が６０
Ｖで電圧条件を最適に制御した場合をそれぞれ示す。図
６では基準となる加速電極電圧Ｖacc を６.００ｋＶで
一定とし、Ｖacc に対するプラズマの浮遊電位をＶpで
表している。Ｖp ＝３０Ｖの(ａ）における最適な引出
電極電圧Ｖexは５.８８ｋＶであった。この場合、Ｖacc
とＶexの電位差は１２０Ｖである。次に、図６（ｂ）
でＶexを固定したままＶp を６０Ｖに上昇させると、イ
オンビームは収束しなくなってしまう。そこで、Ｖp が
３０Ｖから６０Ｖへ２倍に増加したのに対応させて、Ｖ
acc とＶexの電位差を１２０Ｖから２４０Ｖへと２倍に
増加させることにより、即ちＶexを５.７６０ｋＶ に調
整することにより、図６（ｃ）のように、ほぼ最適に収
束されたイオンビームを得ることができる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
イオン源の状態を測定することにより容易に角度分散の
小さな大電流イオンビームを得ることが可能となり、質
量分析装置の高感度化が可能となる。
イオン源の状態を測定することにより容易に角度分散の
小さな大電流イオンビームを得ることが可能となり、質
量分析装置の高感度化が可能となる。
【図１】本発明の一実施例に係るイオン源の構成図で、
(ａ）は縦断面を示す図、(ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図
である。
(ａ）は縦断面を示す図、(ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図
である。
【図２】本発明の一実施例に係る質量分析装置の全体構
成図である。
成図である。
【図３】本発明のイオン源による角度分散低減の原理説
明図で、（ａ）は電子衝撃イオン化イオン源の場合、
（ｂ）はプラズマイオン源の場合を示す。
明図で、（ａ）は電子衝撃イオン化イオン源の場合、
（ｂ）はプラズマイオン源の場合を示す。
【図４】引出電極電圧と焦点距離の関係を示す図であ
る。
る。
【図５】電子衝撃イオン化イオン源の数値シミュレーシ
ョン結果を示す図で、（ａ）は従来のイオン源の場合、
（ｂ）は本実施例のイオン源の場合を示す図である。
ョン結果を示す図で、（ａ）は従来のイオン源の場合、
（ｂ）は本実施例のイオン源の場合を示す図である。
【図６】プラズマイオン源の数値シミュレーション結果
を示す図で、（ａ）はプラズマ浮遊電位Ｖp が３０Ｖの
場合、（ｂ）はＶp が６０Ｖの場合、（ｃ）はＶp が６
０Ｖで電圧条件を最適に制御した場合を示す図である。
を示す図で、（ａ）はプラズマ浮遊電位Ｖp が３０Ｖの
場合、（ｂ）はＶp が６０Ｖの場合、（ｃ）はＶp が６
０Ｖで電圧条件を最適に制御した場合を示す図である。
【図７】従来のイオン源及びビーム引出電極系の断面図
である。
である。
１…イオン源、１ａ…イオン化室、１ｂ…加速電極、１
ｃ…収束電極、１ｄ…接地電極、１ｅ…出射スリット、
１ｆ…リペラ電極、１ｇ…引出電極、２…イオンビー
ム、２ａ…イオン生成領域、２ｂ…プラズマ、２ｃ…ク
ロスオーバー、３…セクタ磁場、４…セクタ電場、５…
質量分離スリット、６…検出器、７ａ，７ｂ…四重極レ
ンズ、８ａ…イオン電流モニタ、９…引出電源、１０…
運転制御・計測データ処理部、１１…イオン源状態監視
部、１３…分析部電源。
ｃ…収束電極、１ｄ…接地電極、１ｅ…出射スリット、
１ｆ…リペラ電極、１ｇ…引出電極、２…イオンビー
ム、２ａ…イオン生成領域、２ｂ…プラズマ、２ｃ…ク
ロスオーバー、３…セクタ磁場、４…セクタ電場、５…
質量分離スリット、６…検出器、７ａ，７ｂ…四重極レ
ンズ、８ａ…イオン電流モニタ、９…引出電源、１０…
運転制御・計測データ処理部、１１…イオン源状態監視
部、１３…分析部電源。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三村 忠男 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内
Claims (13)
- 【請求項１】イオン生成領域で生成したイオンを加速電
極のスリットから引き出してイオンビームとし、該イオ
ンビームを収束電極で収束して出射スリットから出射す
るイオン源において、 前記加速電極のスリットから引き出されたイオンビーム
のクロスオーバー点を前記加速電極から所要距離だけ引
き離すための引出電極を、前記加速電極の下流近傍に設
けたことを特徴とするイオン源。 - 【請求項２】イオン生成領域で生成したイオンを加速電
極のスリットから引き出してイオンビームとし、該イオ
ンビームを収束電極で収束して出射スリットから出射す
るイオン源において、 前記加速電極のスリットより幅の小さいスリットを持つ
引出電極を、前記加速電極と前記イオン生成領域の間の
距離と同程度だけ、該加速電極下流側に離した位置に設
けたことを特徴とするイオン源。 - 【請求項３】請求項１または請求項２において、前記加
速電極のスリットによりイオンビームが受ける球面収差
を、前記引出電極のスリットによる影響で相殺する構成
としたことを特徴とするイオン源。 - 【請求項４】請求項３において、前記加速電極のスリッ
トの切角θに対して前記引出電極のスリットの切角をπ
−θとすることで球面収差を相殺する構成としたことを
特徴とするイオン源。 - 【請求項５】イオン源で生成したイオンを引出電極系に
より引き出してイオンビームを生成し、電磁場中でイオ
ンの質量固有の軌道に分離することにより特定質量のイ
オン電流量を測定する質量分析装置において、 イオン源として請求項１乃至請求項４の何れかに記載の
イオン源を用いたことを特徴とする質量分析装置。 - 【請求項６】イオン源と，該イオン源から引き出された
イオンビームを拡散する第１四重極レンズと，該第１四
重極レンズで拡散したイオンビームを質量分離するセク
タ磁場器と，該セクタ磁場器で質量分離されたイオンビ
ームを収束する第２四重極レンズと，該第２四重極レン
ズで収束されたイオンビームをエネルギー弁別するセク
タ電場器と，該セクタ電場器の後段に置かれた質量分離
スリットと，該質量分離スリットを透過したイオン電流
を測定する検出器とを備える二重収束型の質量分析装置
において、 前記イオン源として請求項１乃至請求項４の何れかに記
載のイオン源を用いたことを特徴とする質量分析装置。 - 【請求項７】請求項５または請求項６において、前記イ
オン源の電圧条件から前記引出電極に印加する電圧条件
を設定することを特徴とする質量分析装置。 - 【請求項８】請求項７において、前記イオン源が電子衝
撃イオン化イオン源で、該イオン源で生成されたイオン
を引出電極側に押し出すリペラ電極の電圧に基づいて、
引出電極に印加する電圧条件を設定することを特徴とす
る質量分析装置。 - 【請求項９】請求項７において、イオンビームライン上
に設置したイオン電流モニタの測定値に基づいて引出電
極の電圧条件を調整し、イオン電流量が最大になる電圧
条件に修正することを特徴とする質量分析装置。 - 【請求項１０】請求項７において、前記イオン源がプラ
ズマイオン源で、プラズマ浮遊電位に基づいて引出電極
に印加する電圧条件を設定することを特徴とする質量分
析装置。 - 【請求項１１】請求項１０において、前記プラズマ浮遊
電位を電磁場中のイオンの回転半径を用いて求めること
を特徴とする質量分析装置。 - 【請求項１２】イオン源で生成したイオンを引出電極系
により引き出してイオンビームを生成し、該イオンビー
ムを電磁場中を通過させることにより特定質量のイオン
を検出する質量分析装置において、 前記引出電極系は、前記イオン源からイオンを引き出す
ためのスリットを有する加速電極と、 該加速電極の下流近傍に設けられ、該加速電極のスリッ
トから引き出されたイオンビームのクロスオーバー点を
該加速電極から所要距離だけ引き離すための引出電極と
を備えたことを特徴とする質量分析装置。 - 【請求項１３】イオン生成領域で生成したイオンを引出
電極系により引き出してイオンビームを生成し、該イオ
ンビームを電磁場中を通過させることにより特定質量の
イオンを検出する質量分析装置において、 前記引出電極系は、前記イオン生成領域からイオンを引
き出すためのスリットを有する加速電極と，該加速電極
のスリットより幅の小さいスリットを有する引出電極と
を備え、 前記加速電極と前記イオン生成領域の間の距離と同程度
だけ、前記加速電極の下流側に離れた位置に前記引出電
極を設け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 |
|---|---|---|---|
| JP05852795A JP3303587B2 (ja) | 1994-03-17 | 1995-03-17 | 質量分析装置及びイオン源 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-47090 | 1994-03-17 | ||
| JP4709094 | 1994-03-17 | ||
| JP05852795A JP3303587B2 (ja) | 1994-03-17 | 1995-03-17 | 質量分析装置及びイオン源 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07307140A true JPH07307140A (ja) | 1995-11-21 |
| JP3303587B2 JP3303587B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=26387240
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05852795A Expired - Fee Related JP3303587B2 (ja) | 1994-03-17 | 1995-03-17 | 質量分析装置及びイオン源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3303587B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006260880A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Kyoto Univ | イオン源，開孔形成方法 |
| JP2007157529A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Ulvac Japan Ltd | 四極子形質量分析計用イオン源 |
| JP2011222142A (ja) * | 2010-04-05 | 2011-11-04 | Ulvac Japan Ltd | 四重極型質量分析計 |
| KR101366512B1 (ko) * | 2011-10-31 | 2014-02-24 | 닛신 이온기기 가부시기가이샤 | 인출 전극계 및 슬릿 전극 |
| CN111564352A (zh) * | 2019-02-14 | 2020-08-21 | 日本电子株式会社 | 离子束电流测定装置及计算方法、试样制成装置 |
| CN115631990A (zh) * | 2022-11-11 | 2023-01-20 | 成都其联科技有限公司 | 一种稳定同位素质谱仪离子源 |
| CN115803614A (zh) * | 2020-08-20 | 2023-03-14 | 株式会社岛津制作所 | 质量分析装置 |
-
1995
- 1995-03-17 JP JP05852795A patent/JP3303587B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006260880A (ja) * | 2005-03-16 | 2006-09-28 | Kyoto Univ | イオン源，開孔形成方法 |
| JP2007157529A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Ulvac Japan Ltd | 四極子形質量分析計用イオン源 |
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| KR101366512B1 (ko) * | 2011-10-31 | 2014-02-24 | 닛신 이온기기 가부시기가이샤 | 인출 전극계 및 슬릿 전극 |
| CN111564352A (zh) * | 2019-02-14 | 2020-08-21 | 日本电子株式会社 | 离子束电流测定装置及计算方法、试样制成装置 |
| CN111564352B (zh) * | 2019-02-14 | 2024-02-06 | 日本电子株式会社 | 离子束电流测定装置及计算方法、试样制成装置 |
| CN115803614A (zh) * | 2020-08-20 | 2023-03-14 | 株式会社岛津制作所 | 质量分析装置 |
| CN115631990A (zh) * | 2022-11-11 | 2023-01-20 | 成都其联科技有限公司 | 一种稳定同位素质谱仪离子源 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3303587B2 (ja) | 2002-07-22 |
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