JPS587228B2 - 温度に対し安定性のある多極質量フイルタとその製作方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は温度に対し安定した多極質量フィルタ及びその
製作方法に関し、更に具体的にいえば四重極質量分析計
のＲ。

パラメータを広い温度範囲にわたって一定に保つ方法、
換言すれば、走査でなく単一質量設定電圧が使われるな
らば質量分析計が有効に機能するように、温度によって
変化する質量対電荷比（Ｍ／ｅ）を提供することに向け
られている。

単一質量ピーク（質量走査の使用に対抗して）を選択す
るため使われる四重極型の質量分析計の出現に伴って１
００，０００分の１つの精度を持つ必要がある。

１つの臨界パラメータは、選択された質量に函数的に関
係する双曲線半径Ｒ。

である。このことは四重極質量フィルタを説明するため
に使われる標準のマシュー（Ｍａｔｈｉｅｕ）方程式を
検討すれば明白である。

かかるフィルタでは、温度の変化で棒と棒取付具の双方
が膨張する。

通常この膨張はＲ。

の変化と、装置によってろ過される質量対電荷比の付随
的変化とを引起す。

この困難を除くため温度を一定に維持する試みがなされ
た。

しかし多極質量フィルタの実際の使用中は、フィルタを
周囲温度以上の温度に維持する方が好都合のことがある
。

これはガス分子が棒の表面上に凝縮する機会を減小させ
、従って場パターンをゆがめる汚染を減小させる。

しかし、このような条件の下では若し周囲温度が変化す
ると、質量フィルタ自体に温度変化が起り、熱膨張又は
熱収縮を引起す。

代表的な構成方法が第１４回ナショナル・バキューム・
シンポジウムＡＶＳ１９６７において発表されたエム・
エス・ストーリー（Ｍ．Ｓ．Ｓｔｏｒｙ）（本出願の共
同発明者の一人）の論文に記載されこれはアルミニウム
酸化物の取付具にモリブデンの棒を使ったものである。

これは２５℃と４００℃の間で一定な分解を可能にする
構造を提供する．しかし、この構造は上記の温度範囲を
超えると、一定のＲ。

を持だない。かくて要するに既定の質量対電荷比（Ｍ／
ｅ）がろ過されるべきとき、Ｒｏをフィルタの全長にわ
たって一定に保つ装置が必要となる。

更に全時間に亘ってフィルタの安定性を維持するため、
Ｒｏは周囲の変化に関係なく一定のままでなければなら
ない。

従って本発明の目的は、温度に対して安定した多極質量
フィルタとその製作方法を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、内接円の半径Ｒ。

が温度の変化で変わらないようなフィルタを提供するこ
とである。

上記の目的に従い、棒及び棒取付具を有する多質量フィ
ルタにおいて広い温度範囲にわたりＲ０を一定に保つ方
法が提供される。

棒と棒取付具の熱膨張係数の理論比は、特定の質量フィ
ルタ構造に関してＲ。

を一定に保つように決定される。棒及び棒取付具は、そ
れぞれが上記の理論比に実際上合致する熱膨張係数を持
つように選択される。

棒は棒取付具に取付けられる。

第１図は４個の円筒形棒１１ａ〜１１ｄをもった四重極
型の質量フィルタを図示し、円筒形棒はカラー型の取付
具１２に設けられる。

シールド１３は、他の構造部分を露出するように第１図
の右方へ動かされている。

第２図は取付構造の詳細を１個の棒１１ａとともに示し
、この取付構造は絶縁材料の環状取付リング１２ａを有
する。

棒１１ａはねじ１４によってリング１２ａに対して保持
される。

第３図は第２図の部分図の全体構造を略式図で示し、こ
の図では、取付リング１２は涸々の棒１１ａ〜１１ｄと
ともに示されている。

リング１２ａは膨張係数Ｋ１をもった材料のものとして
、また棒は熱膨張係数Ｋ２をもった別材料のものとして
説明する。

双曲線半径Ｒ。は構造物の中心から個々の棒に接触する
内接円の形態で示される。

しかし、これは理論上のＲ。

である。実際には棒は双曲線形でなければならないから
、理論上のＲｏは円筒形棒の周まで延びていない。

しかしマシュ一方程式に関連して上に述べた場合には、
質量対電荷比が変化しないで、フィルタを通過した質量
が一定であるためには、Ｒｏは一定に保たれな［ならな
い。

温度が変化してもかかる関係を維持するため、熱膨張係
数は以下に論じるように選択しなければならない。

具体的にいうと、温度の変化に対してＲ。

二〇を維持するため、次の関係は明白である。

ここで、Ｋ１およびＫ２は上記した夫々の膨張係数％Ｌ
２は代表的な棒の直径、Ｌ１は四重極質量の中心から取
付具１２ａの周までの距離である。

この定義により 実際には便宜上、双曲線表面でなく円筒形表面が使われ
るから、ディー・ア−ル・デニンン（Ｄ．Ｒ．Ｄｅｎｎ
ｉｓｏｎ）は［ザ・ジャーナル、オフ・バキューム・ザ
イエンスＪ第８巻１９７１２年６６頁の記事に、双曲線
フィールドに対して最適近似値を得るための、Ｒｏと棒
の半径との関係は、棒の半径が１．１４６８Ｒｏに等し
いことを示した。

こうして次の関係が明瞭である。

方程式〔３）を方程式（２）に代入すれば、Ｌ１＝Ｒ．
０＋２（１．１４６８）ＲＯ＝Ｒ０（３．２９３６）…
（４）方程式（１）の形を変え、方程式＜３），（４）
を代入すればこのことは円筒形棒をもった四重極型の質
量フィルタにおいては、膨張係数の比が１．４３６であ
ることを表わしている。

このような比を選択すると、Ｒｏが一定であることは第
４図に示す通りであり、この図で、破線は冷状態におけ
る第３図の構造を示し、実線は、熱状態における第３図
の構造を示している。

熱膨張係数同志が互いに相殺し合うのでＲ。

が一定に留まり、こうしてフィルタを通る質量対電荷比
が本発明の目的に従って一定になる。

取付具及び棒の幾つかの材料が上記の規準を満足する。

棒の材料は、表面に導電層を付着させた導体又は絶縁体
にすることができる。

取付具の材料は絶縁性質を持たなくてはならない。

適当に行なわれた好適な１つの組合せは、モリブデンの
棒と、シリコン窒化物の取付具を使うことであった。

実際に、シリコン窒化物とモリブデンを使うことは前記
の理論を証明するため行われた。

特定の試験で材料の上記組合せを使用し、更に棒及び取
付具の材料としてアルミナとモリブデン、アルミナとス
テンレス鋼を使用した。

フィルタ組立体の温度を変え、Ｒｏの変化による質量の
変移を測った。

理論によって予示されたように、アルミナとモリブデン
は一方向への変移を起し、アルミナとステンレス鋼は他
方向への変移を起した。

シリコン窒化物及びモリブデンのフィルタは、方程点５
）によりよく適合することによって予示されたように太
いに減小した質量変移を生じた。

具体的にいうと、１．８０５の比を与えるため、モリブ
デンは４．９ＸｌＯ−６Ｋ−１の温度係数をもち、シリ
コン窒化物は２．７Ｘ１０−６ｋ＝の温度係数をもつ。

実質的に１．４３６に等しい１．４１９の比を与えるた
めの別の好適な材料の対は、棒に対して温度係数１２．
ＯＸ１０−６１−１をもつコインコネル７０２と、取付
構造に対して８．５０Ｘ１０６ｋ−１の温度係数をもつ
フオレステライトとであろう。

第５図は別の実施例であり、取付構造１２ａはカンチレ
バー型支持体２１ａ−２１ｄを有する。

これらの支持体は一つの材料又は混合材料のものにする
ことができる。

この材料は前記の基準に従って選択されるが、勿論、取
付構造の２種又は３種の材料全体の絹合わされた熱膨張
係数は、Ｒ０を不変に保つ前記基準に合致しなければな
らない。

要するに、温度に対し安定した多極質量フィルタの改良
された方法及び構造がこうして提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化した質量フィルタの斜視図であ
る。 第２図は第１図の線２−２に沿った部分断面図である。 第３図は第２図の断面全体を示す略式図である。 第４図は第３図に似た図であって、２つの異った温度に
おける構造物を示している。 第５図は第３図に似た略式断面図であって、別の具体例
を示している。 １１ａ〜１１ｄ・・・・一・棒、１２ａ・・・・・・棒
取付リング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 棒及び棒取付具を有する多極質量フィルタにおいて
   、棒は１つの熱膨張係数をもち、棒取付具は他の熱膨張
   係数をもち、これら２つの熱膨張係数は、フィルタを通
   過した質量対電荷比が温度によって変化しないように選
   択されている多極質量フィルタ。 ２ 棒及び棒取付具を有する多極質量フィルタにおいて
   広い温度範囲にわたって双曲線半径Ｒｏを一定に保たせ
   るためのフィルタ製作方法であって、特定の質量フィル
   タ構造に関して馬を一定に保つため前記の棒及び棒取付
   具の熱膨張係数の理論比を決定し、この理論比に実際上
   合致する熱膨張係数を有する棒及び棒取付具を選択し、
   該棒を該棒取付具に取付けることよりなる方法。