JPH08255576A - イオン源及びこれを用いた質量分析装置 - Google Patents
イオン源及びこれを用いた質量分析装置Info
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- JPH08255576A JPH08255576A JP7060968A JP6096895A JPH08255576A JP H08255576 A JPH08255576 A JP H08255576A JP 7060968 A JP7060968 A JP 7060968A JP 6096895 A JP6096895 A JP 6096895A JP H08255576 A JPH08255576 A JP H08255576A
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- ion
- electrode
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 イオンビームの発散角とビーム幅の制約を同
時に満足するイオン源とこれを備えた高質量域で高分解
能化、高感度化を図った質量分析装置を提供すること。 【構成】 イオン源1で生成したイオンは引き出されて
イオンビームとなり、セクタ磁場3で質量分離され、最
終的に質量分離スリットを通過したイオン電流が検出器
で測定される。エミッタ11はエミッタ支持体16によ
り、対向電極12の後方位置に対向電極12と平行で長
手方向がイオンビ−ムの旋回軸方向とほぼ直交するよう
に設置される。対向電極12のスリットから引き出され
たビームはZ−X面では、ほぼ平行ビームであるので、
x方向収束電極14によりビーム幅のみを調整すればよ
い。一方、Z−Y面のイオンビームは等方的に出射され
るため、y方向収束電極13により平行ビームに調整し
てS−スリット15を透過させる。
時に満足するイオン源とこれを備えた高質量域で高分解
能化、高感度化を図った質量分析装置を提供すること。 【構成】 イオン源1で生成したイオンは引き出されて
イオンビームとなり、セクタ磁場3で質量分離され、最
終的に質量分離スリットを通過したイオン電流が検出器
で測定される。エミッタ11はエミッタ支持体16によ
り、対向電極12の後方位置に対向電極12と平行で長
手方向がイオンビ−ムの旋回軸方向とほぼ直交するよう
に設置される。対向電極12のスリットから引き出され
たビームはZ−X面では、ほぼ平行ビームであるので、
x方向収束電極14によりビーム幅のみを調整すればよ
い。一方、Z−Y面のイオンビームは等方的に出射され
るため、y方向収束電極13により平行ビームに調整し
てS−スリット15を透過させる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は質量分析装置に係わり、
特に角度分散の小さな高透過率のイオンビームを引き出
すのに好適な電界脱離イオン源あるいは電界イオン化イ
オン源等のイオン源及びこれを備えた質量分析装置に関
する。
特に角度分散の小さな高透過率のイオンビームを引き出
すのに好適な電界脱離イオン源あるいは電界イオン化イ
オン源等のイオン源及びこれを備えた質量分析装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】図4に従来の電界脱離イオン源(以下、
FDイオン源と称す)を備えた質量分析装置の鳥瞰図を
示す。同図においてエミッタ11は直径数十マイクロメー
タのタングステン線上に無数の細かいウィスカ(ひげ)
を密生させ、エミッタ11と対向電極12の間に10kV程度の
高電圧を加えるとウィスカ先端に強い電場が発生し、エ
ミッタ11に電流を通じて加熱するとイオン化が行われ
る。FDイオン源ではエミッタ11に塗布した難揮発性分
子を直接イオン化することができる特長がある。また、
これと類似の電界イオン化イオン源(以下、FIイオン
源と称す)ではエミッタ周辺にガスを導入してエミッタ
11に接近したガス分子をイオン化することができる。
(松田:「質量分析装置」:朝倉書店、pp.24-25,(198
3)) 対向電極12のスリットを透過したイオンビームはx方向
収束電極14及びy方向収束電極13により、ビーム幅及び
発散角度が調整される。
FDイオン源と称す)を備えた質量分析装置の鳥瞰図を
示す。同図においてエミッタ11は直径数十マイクロメー
タのタングステン線上に無数の細かいウィスカ(ひげ)
を密生させ、エミッタ11と対向電極12の間に10kV程度の
高電圧を加えるとウィスカ先端に強い電場が発生し、エ
ミッタ11に電流を通じて加熱するとイオン化が行われ
る。FDイオン源ではエミッタ11に塗布した難揮発性分
子を直接イオン化することができる特長がある。また、
これと類似の電界イオン化イオン源(以下、FIイオン
源と称す)ではエミッタ周辺にガスを導入してエミッタ
11に接近したガス分子をイオン化することができる。
(松田:「質量分析装置」:朝倉書店、pp.24-25,(198
3)) 対向電極12のスリットを透過したイオンビームはx方向
収束電極14及びy方向収束電極13により、ビーム幅及び
発散角度が調整される。
【0003】更にS−スリット15を通過したイオンビ
ームは、セクタ磁場3によりイオンの質量固有の旋回軌
道に分離することにより特定質量のイオンのみが通過
し、図示してない検出器によりイオン電流量が測定され
る。図中の座標系はイオンの飛行方向をz、セクタ磁場
3中の旋回軸方向をy、これらに垂直な方向をxとして
いる。
ームは、セクタ磁場3によりイオンの質量固有の旋回軌
道に分離することにより特定質量のイオンのみが通過
し、図示してない検出器によりイオン電流量が測定され
る。図中の座標系はイオンの飛行方向をz、セクタ磁場
3中の旋回軸方向をy、これらに垂直な方向をxとして
いる。
【0004】質量分析をする場合にはイオンの旋回半径
Rと加速電圧Uを固定して、磁場Bを変える。磁場Bと
質量Mは次式の関係にある。
Rと加速電圧Uを固定して、磁場Bを変える。磁場Bと
質量Mは次式の関係にある。
【0005】 RB∽√(MU) (1) 従って、数千amu以上の高質量領域の測定では、より
強い磁場Bを生成する必要がある。このためには、上下
の磁極間隔(図のy方向間隔)を狭くすることによって
実現することが励磁電流量が増加しない点で有利であ
る。
強い磁場Bを生成する必要がある。このためには、上下
の磁極間隔(図のy方向間隔)を狭くすることによって
実現することが励磁電流量が増加しない点で有利であ
る。
【0006】セクタ磁場3の狭い磁極間隙を通過させる
ためにQレンズをS−スリット15とセクタ磁場3の間に
設置することにより、より広いビーム幅と発散角に対し
てイオンビームが磁極に当たることなく透過させること
ができる新しい光学系が提案されている。(松田:「質
量分析装置」:朝倉書店、pp.61−64,(198
3))
ためにQレンズをS−スリット15とセクタ磁場3の間に
設置することにより、より広いビーム幅と発散角に対し
てイオンビームが磁極に当たることなく透過させること
ができる新しい光学系が提案されている。(松田:「質
量分析装置」:朝倉書店、pp.61−64,(198
3))
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記の新しい光学系で
は、Qレンズの設置によりy方向のビーム幅と発散角を
減少させることができるが、逆にx方向のビーム幅と発
散角が増大する。このため発散角の比較的大きな従来の
イオン源ではセクタ磁場3内でx方向のビーム幅が広が
り、セクタ磁場3の径方向幅を増大させないと感度が低
下するため、装置が大型化するという問題があった。
は、Qレンズの設置によりy方向のビーム幅と発散角を
減少させることができるが、逆にx方向のビーム幅と発
散角が増大する。このため発散角の比較的大きな従来の
イオン源ではセクタ磁場3内でx方向のビーム幅が広が
り、セクタ磁場3の径方向幅を増大させないと感度が低
下するため、装置が大型化するという問題があった。
【0008】特にFDイオン源やFIイオン源は以下の
理由により、発散角の比較的大きなイオン源である。図
5(a)はFDイオン源のエミッタ11周辺の電位分布
20とイオン軌道2の模式図である。
理由により、発散角の比較的大きなイオン源である。図
5(a)はFDイオン源のエミッタ11周辺の電位分布
20とイオン軌道2の模式図である。
【0009】また、図5(b)はエミッタ11と対向電
極12間の電位を示している。エミッタ11の中心から
の距離rに対し電位はほぼ−ln(r)で変化する。エ
ミッタ11と対向電極12との間隔が1mmから2mm
程度であるのに対し、エミッタ11の直径は数十マイク
ロメータと極めて細いため、エミッタ11周辺にはほぼ
等方的でかつ10MV/cm程度の強い電界が集中す
る。この結果、イオンビーム2は,ほぼ等方的に出射さ
れ、高電界により等方的に加速されるため、発散角の大
きなイオンビームとなってしまう。
極12間の電位を示している。エミッタ11の中心から
の距離rに対し電位はほぼ−ln(r)で変化する。エ
ミッタ11と対向電極12との間隔が1mmから2mm
程度であるのに対し、エミッタ11の直径は数十マイク
ロメータと極めて細いため、エミッタ11周辺にはほぼ
等方的でかつ10MV/cm程度の強い電界が集中す
る。この結果、イオンビーム2は,ほぼ等方的に出射さ
れ、高電界により等方的に加速されるため、発散角の大
きなイオンビームとなってしまう。
【0010】図6は従来のFDイオン源内でのZ−X断
面及びZ−Y断面のイオンビーム軌道を示している。Z
−X断面では分析器を透過可能なイオンの発散角の制限
が数ミリラジアン程度であり、かつ質量分解能の観点か
らビーム幅についても0.5mm程度が要求されるた
め、x方向収束電極14により発散角とビーム幅を調整
する構造となっている。
面及びZ−Y断面のイオンビーム軌道を示している。Z
−X断面では分析器を透過可能なイオンの発散角の制限
が数ミリラジアン程度であり、かつ質量分解能の観点か
らビーム幅についても0.5mm程度が要求されるた
め、x方向収束電極14により発散角とビーム幅を調整
する構造となっている。
【0011】しかし、発散角の極めて大きなイオンビー
ム2を一つのx方向収束電極14を用いて発散角とビー
ム幅を同時に制御することは困難である。このため、発
散角とビーム幅の制限値を同時に満足できるイオンビー
ムは対向電極12のスリット19の中央部を通過した極
一部となり、感度が極端に低下してしまう。
ム2を一つのx方向収束電極14を用いて発散角とビー
ム幅を同時に制御することは困難である。このため、発
散角とビーム幅の制限値を同時に満足できるイオンビー
ムは対向電極12のスリット19の中央部を通過した極
一部となり、感度が極端に低下してしまう。
【0012】一方、Z−Y断面のイオンビームはほぼ平
行ビームであり、特別に調整することなく分析器を透過
可能である。ただし、制御が必要な場合にはy方向収束
電極13を設置する場合もある。
行ビームであり、特別に調整することなく分析器を透過
可能である。ただし、制御が必要な場合にはy方向収束
電極13を設置する場合もある。
【0013】このように従来のFDイオン源ではy方向
の収束がほとんど不要である反面、x方向についてはビ
ーム幅と発散角を同時に削減する必要があるが、一段の
x方向収束電極でビーム幅と発散角を同時に削減するこ
とは困難である。
の収束がほとんど不要である反面、x方向についてはビ
ーム幅と発散角を同時に削減する必要があるが、一段の
x方向収束電極でビーム幅と発散角を同時に削減するこ
とは困難である。
【0014】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、特にx方向のビーム幅及び発散角を同時に
小さくすることができるイオン源及びこれを備えた高質
量域において高分解能化及び高感度化を図った質量分析
装置を提供することを目的とする。
ものであり、特にx方向のビーム幅及び発散角を同時に
小さくすることができるイオン源及びこれを備えた高質
量域において高分解能化及び高感度化を図った質量分析
装置を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
には、質量分析装置のイオン源から射出されるイオンビ
ームのビーム幅と発散角の制御をそれぞれx方向とy方
向に分離して行なうようにイオン源を構成するようにす
ればよい。すなわち、x方向についてはエミッタからビ
ーム幅は広いが発散角の小さなイオンビームを引出し、
ビーム幅のみを制御する。
には、質量分析装置のイオン源から射出されるイオンビ
ームのビーム幅と発散角の制御をそれぞれx方向とy方
向に分離して行なうようにイオン源を構成するようにす
ればよい。すなわち、x方向についてはエミッタからビ
ーム幅は広いが発散角の小さなイオンビームを引出し、
ビーム幅のみを制御する。
【0016】一方、y方向については発散角の大きなイ
オンビームを引出し、ビーム幅は或る程度広くても、発
散角を制御する。これは、線状のエミッタの設置方向を
従来に比べてZ軸回りに概略90度回転することによっ
て実現できる。具体的に課題を解決する手段を列挙する
と、以下のようである。
オンビームを引出し、ビーム幅は或る程度広くても、発
散角を制御する。これは、線状のエミッタの設置方向を
従来に比べてZ軸回りに概略90度回転することによっ
て実現できる。具体的に課題を解決する手段を列挙する
と、以下のようである。
【0017】本発明のイオン源は、線状あるいはこれと
類似形状のエミッタ表面に集中した高電界により生成し
たイオンを引出電極系により引き出してイオンビ−ムを
生成するイオン源において、前記エミッタの長手方向が
イオンビ−ムの旋回軸方向とほぼ直交するように構成し
たことを特徴とする。
類似形状のエミッタ表面に集中した高電界により生成し
たイオンを引出電極系により引き出してイオンビ−ムを
生成するイオン源において、前記エミッタの長手方向が
イオンビ−ムの旋回軸方向とほぼ直交するように構成し
たことを特徴とする。
【0018】また本発明のイオン源は、前記引出電極系
を構成する対向電極下流側に前記エミッタの長手方向の
スリットを形成するように配置された二枚の板電極から
なる収束電極を有し、前記エミッタの直角方向にイオン
ビームの収束性を有するとともに、前記二枚の板電極に
独立の電圧を印加することにより、前記エミッタの直角
方向にイオンビームを偏向可能に構成したことを特徴と
する。
を構成する対向電極下流側に前記エミッタの長手方向の
スリットを形成するように配置された二枚の板電極から
なる収束電極を有し、前記エミッタの直角方向にイオン
ビームの収束性を有するとともに、前記二枚の板電極に
独立の電圧を印加することにより、前記エミッタの直角
方向にイオンビームを偏向可能に構成したことを特徴と
する。
【0019】また本発明のイオン源は、前記エミッタの
うち対向電極のスリットに面する部分を挟んだエミッタ
両端部近傍にエミッタと概略同電位のリペラ電極を設
け、前記エミッタ長手方向についてイオンビームを収束
させるようにしたことを特徴とする。
うち対向電極のスリットに面する部分を挟んだエミッタ
両端部近傍にエミッタと概略同電位のリペラ電極を設
け、前記エミッタ長手方向についてイオンビームを収束
させるようにしたことを特徴とする。
【0020】また本発明のイオン源は、前記エミッタの
うち前記対向電極のスリットに面するエミッタ中央部分
でかつ対向電極の反対側に対向する位置に前記対向電極
とほぼ同電位のリペラ電極を設け、エミッタ長手方向に
ついてイオンビームを収束させるように構成したことを
特徴とする。
うち前記対向電極のスリットに面するエミッタ中央部分
でかつ対向電極の反対側に対向する位置に前記対向電極
とほぼ同電位のリペラ電極を設け、エミッタ長手方向に
ついてイオンビームを収束させるように構成したことを
特徴とする。
【0021】本発明のイオン源は、前記エミッタのうち
前記対向電極のスリットに面する部分が、対向電極の反
対方向に湾曲させることにより、前記エミッタの長手方
向についてイオンビームを収束させるように構成したこ
とを特徴とする。
前記対向電極のスリットに面する部分が、対向電極の反
対方向に湾曲させることにより、前記エミッタの長手方
向についてイオンビームを収束させるように構成したこ
とを特徴とする。
【0022】本発明のイオン源は、前記エミッタのうち
対向電極スリットに面する部分を挟んだ両側のエミッタ
径を中央部分より太くすることによりエミッタ長手方向
についてイオンビームを収束性させるように構成したこ
とを特徴とする。
対向電極スリットに面する部分を挟んだ両側のエミッタ
径を中央部分より太くすることによりエミッタ長手方向
についてイオンビームを収束性させるように構成したこ
とを特徴とする。
【0023】本発明のイオン源は、前記対向電極のスリ
ット位置に対して前記エミッタ位置を可変とする移動手
段を有することを特徴とする。
ット位置に対して前記エミッタ位置を可変とする移動手
段を有することを特徴とする。
【0024】本発明のイオン源は、前記対向電極のスリ
ット位置を可変とする移動手段を有し、該移動手段は、
前記対向電極とエミッタとの相対位置関係を調整するこ
とを特徴とする。
ット位置を可変とする移動手段を有し、該移動手段は、
前記対向電極とエミッタとの相対位置関係を調整するこ
とを特徴とする。
【0025】本発明のイオン源は、前記引出電極系の対
向電極下流側に静電四重極収束電極を設け、前記エミッ
タ長手方向及びその直角方向にイオンビームを収束させ
るように構成したことを特徴とする。
向電極下流側に静電四重極収束電極を設け、前記エミッ
タ長手方向及びその直角方向にイオンビームを収束させ
るように構成したことを特徴とする。
【0026】本発明のイオン源は、エミッタに塗布した
難揮発性分子を直接イオン化する電界脱離イオン源であ
ることを特徴とする。
難揮発性分子を直接イオン化する電界脱離イオン源であ
ることを特徴とする。
【0027】本発明のイオン源は、イオン源部にガスを
導入してガス分子をイオン化する電界イオン化イオン源
であることを特徴とする。
導入してガス分子をイオン化する電界イオン化イオン源
であることを特徴とする。
【0028】本発明の質量分析装置は、上記いずれかの
イオン源を有することを特徴とする。
イオン源を有することを特徴とする。
【0029】
【作用】図3に本発明が適用されるFDイオン源でのZ
−X断面及びZ−Y断面のイオンビーム軌道を示す。同
図に示すようにZ−X断面では、最終的にS−スリット
15で必要なビーム幅に比べて、数倍程度広い幅のイオ
ンビーム2を対向電極12のスリット19から引き出
す。エミッタ11と対向電極12が平行配置されている
のでスリット19から引き出されたビーム2は、ほぼ平
行ビームである。従って、x方向収束電極14によりビ
ーム幅のみをS−スリット15位置において数分の1に
縮小するように調整すればよい。ただし、この際イオン
ビーム2の発散角が所定の制限値以内に納まるようにす
る必要がある。
−X断面及びZ−Y断面のイオンビーム軌道を示す。同
図に示すようにZ−X断面では、最終的にS−スリット
15で必要なビーム幅に比べて、数倍程度広い幅のイオ
ンビーム2を対向電極12のスリット19から引き出
す。エミッタ11と対向電極12が平行配置されている
のでスリット19から引き出されたビーム2は、ほぼ平
行ビームである。従って、x方向収束電極14によりビ
ーム幅のみをS−スリット15位置において数分の1に
縮小するように調整すればよい。ただし、この際イオン
ビーム2の発散角が所定の制限値以内に納まるようにす
る必要がある。
【0030】一方、Z−Y断面のイオンビーム2は等方
的に出射されるため、y方向収束電極13により平行ビ
ームに調整してS−スリット15を透過させる。y方向
のビーム幅の制約は数mmであり、x方向に比べて10
倍以上緩やかであるため、y方向では等方的に発散する
イオンビーム2の発散角のみを制御すれば制約を満足で
きる。
的に出射されるため、y方向収束電極13により平行ビ
ームに調整してS−スリット15を透過させる。y方向
のビーム幅の制約は数mmであり、x方向に比べて10
倍以上緩やかであるため、y方向では等方的に発散する
イオンビーム2の発散角のみを制御すれば制約を満足で
きる。
【0031】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。本発明に係る質量分析装置の一実施例の構成を図
1及び図2に基づいて説明する。図2には本発明が適用
される質量分析装置の構成が示されている。同図におい
て、質量分析装置は、大別してイオン源1と、セクタ磁
場3と、トロイダル電場4と、検出器6と、イオン源電
源8と、分析部電源9と、運転制御・計測データ処理部
7と、図中には記載されていない真空排気系とから構成
されている。
する。本発明に係る質量分析装置の一実施例の構成を図
1及び図2に基づいて説明する。図2には本発明が適用
される質量分析装置の構成が示されている。同図におい
て、質量分析装置は、大別してイオン源1と、セクタ磁
場3と、トロイダル電場4と、検出器6と、イオン源電
源8と、分析部電源9と、運転制御・計測データ処理部
7と、図中には記載されていない真空排気系とから構成
されている。
【0032】また、本実施例では磁場と電場を用いる標
準的な二重収束型の質量分析装置を示しているが、磁場
のみを用いる質量分析装置、重畳場型質量分析装置、お
よび多重極レンズを組み込んだ最近の高質量域において
高分解能で、かつ高感度の質量分析装置へもそのまま適
用できる。
準的な二重収束型の質量分析装置を示しているが、磁場
のみを用いる質量分析装置、重畳場型質量分析装置、お
よび多重極レンズを組み込んだ最近の高質量域において
高分解能で、かつ高感度の質量分析装置へもそのまま適
用できる。
【0033】図1には本発明に係る質量分析装置に使用
されるイオン源の構成が示されている。同図においてイ
オン源1は、エミッタ11と、対向電極12と、y方向
収束電極と、x方向収束電極と、S−スリット15とを
有している。
されるイオン源の構成が示されている。同図においてイ
オン源1は、エミッタ11と、対向電極12と、y方向
収束電極と、x方向収束電極と、S−スリット15とを
有している。
【0034】イオン源1では、直径数十マイクロメータ
の線状のエミッタ11と対向電極12が1mm程度、離
して平行に配置され、これらの間にイオン源電源8から
数KVの電圧が印加される。
の線状のエミッタ11と対向電極12が1mm程度、離
して平行に配置され、これらの間にイオン源電源8から
数KVの電圧が印加される。
【0035】また、エミッタ11に流す電流量を調整す
ることによってエミッタ11の温度を所定温度まで加熱
され、電界脱離によるイオン化が行なわれる。
ることによってエミッタ11の温度を所定温度まで加熱
され、電界脱離によるイオン化が行なわれる。
【0036】本実施例では従来と同様に、横方向からエ
ミッタ支持体16を挿入するように構成しているため、
エミッタ11のエミッタ支持体16への取り付け方を変
更している。この際、エミッタ11周辺の電位分布が非
対称に歪まないように、エミッタ支持体16がエミッタ
11を取り囲むように構成されている。
ミッタ支持体16を挿入するように構成しているため、
エミッタ11のエミッタ支持体16への取り付け方を変
更している。この際、エミッタ11周辺の電位分布が非
対称に歪まないように、エミッタ支持体16がエミッタ
11を取り囲むように構成されている。
【0037】対向電極12、y方向収束電極13及びx
方向収束電極14にはイオン源電源8によって所定の電
圧が印加される。
方向収束電極14にはイオン源電源8によって所定の電
圧が印加される。
【0038】上記構成においてエミッタ11から射出さ
れたイオンビームの一部は対向電極12のスリットを透
過し、y方向及びx方向の収束を受けてS-スリット1
5に至る。
れたイオンビームの一部は対向電極12のスリットを透
過し、y方向及びx方向の収束を受けてS-スリット1
5に至る。
【0039】更にS−スリット15を通過したイオンビ
ームは、セクタ磁場3によりイオンの質量固有の旋回軌
道に分離される。セクタ磁場3とトロイダル電場4を組
み合わせることによりエネルギー分散を補正している。
これにより、多少のエネルギー的な拡がりがあるイオン
ビームであっても特定質量のイオンを質量分離スリット
5上に結像し、検出器6で高分解能かつ高感度にイオン
電流を測定できる。
ームは、セクタ磁場3によりイオンの質量固有の旋回軌
道に分離される。セクタ磁場3とトロイダル電場4を組
み合わせることによりエネルギー分散を補正している。
これにより、多少のエネルギー的な拡がりがあるイオン
ビームであっても特定質量のイオンを質量分離スリット
5上に結像し、検出器6で高分解能かつ高感度にイオン
電流を測定できる。
【0040】質量走査をする場合には、運転制御・計測
データ処理部7は測定する質量に応じて分析部電源9を
通してセクタ磁場3の励磁電流とトロイダル電場4の電
極電圧を時間的に変化させる。
データ処理部7は測定する質量に応じて分析部電源9を
通してセクタ磁場3の励磁電流とトロイダル電場4の電
極電圧を時間的に変化させる。
【0041】検出器6により検出されたイオンの電流量
6aは運転制御・計測データ処理部7で処理され、記憶さ
れる。記憶された計測データはマススペクトルに加工さ
れて運転制御・計測データ処理部7のモニタ画面上に表
示される。
6aは運転制御・計測データ処理部7で処理され、記憶さ
れる。記憶された計測データはマススペクトルに加工さ
れて運転制御・計測データ処理部7のモニタ画面上に表
示される。
【0042】図7には、各部のイオンビーム断面形状と
発散角が、従来装置と本発明の装置とで模式的に比較し
て示されている。同図に示すように対向電極スリットで
のビーム形状は従来の縦型に対し、本発明では横型にな
っている点が大きく異なる。また、従来はイオンビーム
の発散角が横方向に大きかったが、本発明では反対に縦
方向に大きくなっている。
発散角が、従来装置と本発明の装置とで模式的に比較し
て示されている。同図に示すように対向電極スリットで
のビーム形状は従来の縦型に対し、本発明では横型にな
っている点が大きく異なる。また、従来はイオンビーム
の発散角が横方向に大きかったが、本発明では反対に縦
方向に大きくなっている。
【0043】本発明に係る質量分析装置のS-スリット
以降の装置構成は従来装置と等しいので、ビーム形状に
ついてもほぼ等しくなる。しかし本発明では従来に比べ
横方向の発散角が小さいので、S-スリットやセクタ磁
場の壁に衝突して失われる成分が大幅に低減する。
以降の装置構成は従来装置と等しいので、ビーム形状に
ついてもほぼ等しくなる。しかし本発明では従来に比べ
横方向の発散角が小さいので、S-スリットやセクタ磁
場の壁に衝突して失われる成分が大幅に低減する。
【0044】次に、本発明に係る質量分析装置のイオン
源の他の実施例の要部の構成を図8に示す。対向電極1
2スリット上で横長のビーム形状をS-スリット15上
で縦長にするため、上述した実施例ではx方向収束電極
14を設置したが、このようなx方向の収束機能は他の
構成によっても実現できる。
源の他の実施例の要部の構成を図8に示す。対向電極1
2スリット上で横長のビーム形状をS-スリット15上
で縦長にするため、上述した実施例ではx方向収束電極
14を設置したが、このようなx方向の収束機能は他の
構成によっても実現できる。
【0045】図8に示す本実施例では、エミッタ11の
うち対向電極12のスリットに面する部分を挟んだ両端
の周辺にエミッタ11とほぼ同電位のリペラ電極18を
設置し、エミッタ長手(x)方向のイオンビームの収束
性を持たせるように構成されている。
うち対向電極12のスリットに面する部分を挟んだ両端
の周辺にエミッタ11とほぼ同電位のリペラ電極18を
設置し、エミッタ長手(x)方向のイオンビームの収束
性を持たせるように構成されている。
【0046】リペラ電極18はエミッタ11への電界集
中を緩和する作用を有し、エミッタ11周辺の等電位線
20は対向電極12の反対側に押されて湾曲する。
中を緩和する作用を有し、エミッタ11周辺の等電位線
20は対向電極12の反対側に押されて湾曲する。
【0047】最初、エミッタ11から垂直に出射したイ
オンビーム2は等電位線20の湾曲によってx方向へ僅
か10ミリラジアン程度、収束させることができる。
オンビーム2は等電位線20の湾曲によってx方向へ僅
か10ミリラジアン程度、収束させることができる。
【0048】次に本発明に係る質量分析装置のイオン源
の他の実施例の要部の構成を図9に示す。本実施例では
エミッタ11のうち対向電極12のスリットに面するエ
ミッタ中央部分でかつ対向電極12の反対側に対向電極
12と、ほぼ同電位のリペラ電極18を設置するように
構成されている。
の他の実施例の要部の構成を図9に示す。本実施例では
エミッタ11のうち対向電極12のスリットに面するエ
ミッタ中央部分でかつ対向電極12の反対側に対向電極
12と、ほぼ同電位のリペラ電極18を設置するように
構成されている。
【0049】本実施例によっても、エミッタ11長手方
向にイオンビームを収束することができる。この場合の
リペラ電極18はエミッタ11への電界集中を促進する
ため、等電位線20は湾曲する。この際、リペラ電極1
8をx方向及びy方向に分割し、独立に電圧を印加する
ことによって等電位線20の湾曲の状態を微調整でき、
イオンビーム2の軸合わせを行なうことができる。
向にイオンビームを収束することができる。この場合の
リペラ電極18はエミッタ11への電界集中を促進する
ため、等電位線20は湾曲する。この際、リペラ電極1
8をx方向及びy方向に分割し、独立に電圧を印加する
ことによって等電位線20の湾曲の状態を微調整でき、
イオンビーム2の軸合わせを行なうことができる。
【0050】更に本発明に係る質量分析装置のイオン源
の他の実施例の要部の構成を図10に示す。エミッタ1
1は通常、直線状であるが、図10に示すように対向電
極12のスリットに面する部分が、対向電極12の反対
方向に湾曲した形状とすることによっても、x方向への
収束性を持たせることができる。
の他の実施例の要部の構成を図10に示す。エミッタ1
1は通常、直線状であるが、図10に示すように対向電
極12のスリットに面する部分が、対向電極12の反対
方向に湾曲した形状とすることによっても、x方向への
収束性を持たせることができる。
【0051】本実施例ではエミッタ11の周辺には電界
が集中しているため、エミッタ11に沿って等電位線2
0も湾曲している。エミッタ11の法線方向に出射した
イオンビーム2は出射方向を保持したまま対向電極12
のスリットを透過し、x方向に自動的に収束する。
が集中しているため、エミッタ11に沿って等電位線2
0も湾曲している。エミッタ11の法線方向に出射した
イオンビーム2は出射方向を保持したまま対向電極12
のスリットを透過し、x方向に自動的に収束する。
【0052】次に本発明に係る質量分析装置のイオン源
の他の実施例の要部の構成を図11に示す。
の他の実施例の要部の構成を図11に示す。
【0053】本実施例では図11に示すようにエミッタ
11の端部をその中央部に比べて太くすることによりエ
ミッタ11の端部での電界集中が緩和するため、等電位
線20が図示したように湾曲し、エミッタ11長手方向
のイオンビームに収束性を持たせることができる。
11の端部をその中央部に比べて太くすることによりエ
ミッタ11の端部での電界集中が緩和するため、等電位
線20が図示したように湾曲し、エミッタ11長手方向
のイオンビームに収束性を持たせることができる。
【0054】本実施例ではエミッタ11の端部の太くす
る範囲、勾配及びその最終的な太さによってイオンビー
ムの収束の強さが変化するが、この構成だけでは運転中
のイオンビームの集束の微調整が難しい。
る範囲、勾配及びその最終的な太さによってイオンビー
ムの収束の強さが変化するが、この構成だけでは運転中
のイオンビームの集束の微調整が難しい。
【0055】そこで、他の実施例で示したリペラ電極を
イオンビームの集束の微調整用に併用することにより、
使い勝手が向上する。
イオンビームの集束の微調整用に併用することにより、
使い勝手が向上する。
【0056】次に本発明に係る質量分析装置のイオン源
の他の実施例の要部の構成を図12に示す。
の他の実施例の要部の構成を図12に示す。
【0057】エミッタ11は対向電極12のスリット中
心に精度よく配置しないとイオンビーム2の位置ずれ及
び発散角の増大を招く。そこで、図12に示す実施例で
はS-スリット15直後または、検出器6(図2)での
イオン電流量をモニタしながら、エミッタ11位置を調
整するエミッタ移動機構21が設けられている。
心に精度よく配置しないとイオンビーム2の位置ずれ及
び発散角の増大を招く。そこで、図12に示す実施例で
はS-スリット15直後または、検出器6(図2)での
イオン電流量をモニタしながら、エミッタ11位置を調
整するエミッタ移動機構21が設けられている。
【0058】本実施例ではイオンビーム2の位置ずれ及
び発散角の最終的な微調整は、y方向収束電極13を分
離した2枚の板電極から構成し、独立に電圧を印加する
ことにより実行する。
び発散角の最終的な微調整は、y方向収束電極13を分
離した2枚の板電極から構成し、独立に電圧を印加する
ことにより実行する。
【0059】更に本発明に係る質量分析装置のイオン源
の他の実施例の要部の構成を図13に示す。
の他の実施例の要部の構成を図13に示す。
【0060】エミッタ11を対向電極12のスリット中
心に精度よく配置する手段は、図13に示すように対向
電極12のスリット位置を調整することによっても実現
できる。
心に精度よく配置する手段は、図13に示すように対向
電極12のスリット位置を調整することによっても実現
できる。
【0061】本実施例では、対向電極12を2枚の板電
極で構成し、それぞれの電極に電極移動機構22を結合
し、各電極をy方向に微少距離だけ移動可能に構成して
いる。 対向電極12の移動距離は0.1mm程度であ
るのに対し、y方向収束電極13及びS−スリット15
のy方向幅は数mmと約一桁大きいため、エミッタ11
と対向電極12のスリットの相対位置が精密に調整でき
れば、対向電極12が微少に移動した影響は小さい。
極で構成し、それぞれの電極に電極移動機構22を結合
し、各電極をy方向に微少距離だけ移動可能に構成して
いる。 対向電極12の移動距離は0.1mm程度であ
るのに対し、y方向収束電極13及びS−スリット15
のy方向幅は数mmと約一桁大きいため、エミッタ11
と対向電極12のスリットの相対位置が精密に調整でき
れば、対向電極12が微少に移動した影響は小さい。
【0062】更に本発明に係る質量分析装置のイオン源
の他の実施例の要部の構成を図14に示す。
の他の実施例の要部の構成を図14に示す。
【0063】本実施例では、対向電極12とS−スリッ
ト15との間に静電四重極収束電極17を設置し、単一
の電極電圧でx方向及びy方向に同時に収束性を持たせ
ている。
ト15との間に静電四重極収束電極17を設置し、単一
の電極電圧でx方向及びy方向に同時に収束性を持たせ
ている。
【0064】本実施例によれば、静電四重極収束電極1
7と対向電極12の電圧が任意に調整できるので、y方
向への収束性は対向電極12と静電四重極収束電極17
との電位差により制御し、x方向への収束性は接地電位
であるS−スリット15と静電四重極収束電極17との
電位差により制御することができる。
7と対向電極12の電圧が任意に調整できるので、y方
向への収束性は対向電極12と静電四重極収束電極17
との電位差により制御し、x方向への収束性は接地電位
であるS−スリット15と静電四重極収束電極17との
電位差により制御することができる。
【0065】本実施例は、x方向とy方向に別々の収束
電極を備える場合に比べ、電源が1つ少なくなる特長が
ある。
電極を備える場合に比べ、電源が1つ少なくなる特長が
ある。
【0066】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
線状あるいはこれと類似形状のエミッタ表面に集中した
高電界により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−ムを生成するイオン源と、該イオン源よ
り射出されたイオンビ−ムを磁場中でイオンの質量固有
の旋回軌道に分離することにより特定質量のイオン電流
量を測定する分析器からなる質量分析装置のイオン源に
おいて、前記エミッタの長手方向がイオンビ−ムの旋回
軸方向とほぼ直交するように構成したので、特にx方向
のビーム幅及び発散角を同時に小さくすることができる
イオン源及びこれを備えた高質量域において高分解能化
及び高感度化を図った質量分析装置を実現することがで
きる。
線状あるいはこれと類似形状のエミッタ表面に集中した
高電界により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−ムを生成するイオン源と、該イオン源よ
り射出されたイオンビ−ムを磁場中でイオンの質量固有
の旋回軌道に分離することにより特定質量のイオン電流
量を測定する分析器からなる質量分析装置のイオン源に
おいて、前記エミッタの長手方向がイオンビ−ムの旋回
軸方向とほぼ直交するように構成したので、特にx方向
のビーム幅及び発散角を同時に小さくすることができる
イオン源及びこれを備えた高質量域において高分解能化
及び高感度化を図った質量分析装置を実現することがで
きる。
【図1】本発明に係る質量分析装置を構成するFDイオ
ン源の一実施例の構成を示す構成図である。
ン源の一実施例の構成を示す構成図である。
【図2】本発明に係る質量分析装置の全体構成を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図3】本発明に係る質量分析装置を構成するFDイオ
ン源のZ−X面及びZ−Y面におけるイオンビーム軌道
を示す説明図である。
ン源のZ−X面及びZ−Y面におけるイオンビーム軌道
を示す説明図である。
【図4】従来の質量分析装置を構成するFDイオン源の
構成を示す構成図である。
構成を示す構成図である。
【図5】質量分析装置にを構成するイオン源のおけるエ
ミッタ近傍の電位分布とイオンの出射方向を示す説明図
である。
ミッタ近傍の電位分布とイオンの出射方向を示す説明図
である。
【図6】従来の質量分析装置を構成するFDイオン源の
Z−X面及びZ−Y面におけるイオンビーム軌道を示す
説明図である。
Z−X面及びZ−Y面におけるイオンビーム軌道を示す
説明図である。
【図7】従来の質量分析装置と本発明に係る質量分析装
置の各部におけるイオンビーム断面形状と発散角を比較
して示す説明図である。
置の各部におけるイオンビーム断面形状と発散角を比較
して示す説明図である。
【図8】本発明に係る質量分析装置のイオン源の他の実
施例の要部の構成を示す図である。
施例の要部の構成を示す図である。
【図9】本発明に係る質量分析装置のイオン源の他の実
施例の要部の構成を示す図である。
施例の要部の構成を示す図である。
【図10】本発明に係る質量分析装置のイオン源の他の
実施例の要部の構成を示す図である。
実施例の要部の構成を示す図である。
【図11】本発明に係る質量分析装置のイオン源の他の
実施例の要部の構成を示す図である。
実施例の要部の構成を示す図である。
【図12】本発明に係る質量分析装置のイオン源の他の
実施例の要部の構成を示す図である。
実施例の要部の構成を示す図である。
【図13】本発明に係る質量分析装置のイオン源の他の
実施例の要部の構成を示す図である。
実施例の要部の構成を示す図である。
【図14】本発明に係る質量分析装置のイオン源の他の
実施例の要部の構成を示す図である。
実施例の要部の構成を示す図である。
1 イオン源 2 イオンビーム 3 セクタ磁場 4 トロイダル電場 5 質量分離スリット 6 検出器 7 運転制御・計測データ処理部 8 イオン源電源 9 分析部電源 11 エミッタ 12 対向電極 13 y方向収束電極 14 x方向収束電極 15 S−スリット 16 エミッタ支持体 17 静電四重極収束電極 18 リペラ電極 19 スリット 20 等電位線 21 エミッタ移動機構 22 電極移動機構
───────────────────────────────────────────────────── 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市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器事業部内
Claims (12)
- 【請求項1】 線状あるいはこれと類似形状のエミッタ
表面に集中した高電界により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−ムを生成するイオン源に
おいて、 前記エミッタの長手方向がイオンビ−ムの旋回軸方向と
ほぼ直交するように構成したことを特徴とするイオン
源。 - 【請求項2】 前記引出電極系を構成する対向電極下流
側に前記エミッタの長手方向のスリットを形成するよう
に配置された二枚の板電極からなる収束電極を有し、前
記エミッタの直角方向にイオンビームの収束性を有する
とともに、前記二枚の板電極に独立の電圧を印加するこ
とにより、前記エミッタの直角方向にイオンビームを偏
向可能に構成したことを特徴とする請求項1に記載のイ
オン源。 - 【請求項3】 前記エミッタのうち対向電極のスリット
に面する部分を挟んだエミッタ両端部近傍にエミッタと
概略同電位のリペラ電極を設け、前記エミッタ長手方向
についてイオンビームを収束させるようにしたことを特
徴とする請求項1または2のいずれかに記載のイオン
源。 - 【請求項4】 前記エミッタのうち前記対向電極のスリ
ットに面するエミッタ中央部分でかつ対向電極の反対側
に対向する位置に前記対向電極とほぼ同電位のリペラ電
極を設け、エミッタ長手方向についてイオンビームを収
束させるように構成したことを特徴とする請求項1また
は2のいずれかに記載のイオン源。 - 【請求項5】 前記エミッタのうち前記対向電極のスリ
ットに面する部分が、対向電極の反対方向に湾曲させる
ことにより、前記エミッタの長手方向についてイオンビ
ームを収束させるように構成したことを特徴とする請求
項1または2のいずれかに記載のイオン源。 - 【請求項6】 前記エミッタのうち対向電極スリットに
面する部分を挟んだ両側のエミッタ径を中央部分より太
くすることによりエミッタ長手方向についてイオンビー
ムを収束性させるように構成したことを特徴とする請求
項1または2のいずれかに記載のイオン源。 - 【請求項7】 前記対向電極のスリット位置に対して前
記エミッタ位置を可変とする移動手段を有することを特
徴とする請求項1または2のいずれかに記載のイオン
源。 - 【請求項8】 前記対向電極のスリット位置を可変とす
る移動手段を有し、該移動手段は、前記対向電極とエミ
ッタとの相対位置関係を調整することを特徴とする請求
項1または2のいずれかに記載のイオン源。 - 【請求項9】 前記引出電極系の対向電極下流側に静電
四重極収束電極を設け、前記エミッタ長手方向及びその
直角方向にイオンビームを収束させるように構成したこ
とを特徴とする請求項1に記載のイオン源。 - 【請求項10】 前記イオン源は、エミッタに塗布した
難揮発性分子を直接イオン化する電界脱離イオン源であ
ることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の
イオン源。 - 【請求項11】 前記イオン源は、イオン源部にガスを
導入してガス分子をイオン化する電界イオン化イオン源
であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記
載のイオン源。 - 【請求項12】 請求項1乃至11のいずれかに記載の
イオン源を有す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 |
|---|---|---|---|
| JP7060968A JPH08255576A (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | イオン源及びこれを用いた質量分析装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7060968A JPH08255576A (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | イオン源及びこれを用いた質量分析装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08255576A true JPH08255576A (ja) | 1996-10-01 |
Family
ID=13157731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7060968A Pending JPH08255576A (ja) | 1995-03-20 | 1995-03-20 | イオン源及びこれを用いた質量分析装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08255576A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007248091A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Jeol Ltd | 試料作製装置及び試料作成方法 |
| CN109817503A (zh) * | 2017-11-22 | 2019-05-28 | 住友重机械离子科技株式会社 | 离子注入装置及离子注入装置的控制方法 |
| CN116130330A (zh) * | 2022-12-19 | 2023-05-16 | 昆山禾信质谱技术有限公司 | 离子导向装置 |
-
1995
- 1995-03-20 JP JP7060968A patent/JPH08255576A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007248091A (ja) * | 2006-03-14 | 2007-09-27 | Jeol Ltd | 試料作製装置及び試料作成方法 |
| CN109817503A (zh) * | 2017-11-22 | 2019-05-28 | 住友重机械离子科技株式会社 | 离子注入装置及离子注入装置的控制方法 |
| CN109817503B (zh) * | 2017-11-22 | 2022-07-29 | 住友重机械离子科技株式会社 | 离子注入装置及离子注入装置的控制方法 |
| CN116130330A (zh) * | 2022-12-19 | 2023-05-16 | 昆山禾信质谱技术有限公司 | 离子导向装置 |
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