JPS60257055A - 質量分析計 - Google Patents
質量分析計Info
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- JPS60257055A JPS60257055A JP59112367A JP11236784A JPS60257055A JP S60257055 A JPS60257055 A JP S60257055A JP 59112367 A JP59112367 A JP 59112367A JP 11236784 A JP11236784 A JP 11236784A JP S60257055 A JPS60257055 A JP S60257055A
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- JP
- Japan
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- electrode
- quadrupole
- quadrupole electrode
- assembly
- series
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
- H01J49/34—Dynamic spectrometers
- H01J49/42—Stability-of-path spectrometers, e.g. monopole, quadrupole, multipole, farvitrons
- H01J49/4205—Device types
- H01J49/421—Mass filters, i.e. deviating unwanted ions without trapping
- H01J49/4215—Quadrupole mass filters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/26—Mass spectrometers or separator tubes
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- H01J49/42—Stability-of-path spectrometers, e.g. monopole, quadrupole, multipole, farvitrons
- H01J49/4205—Device types
- H01J49/4255—Device types with particular constructional features
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
本発明は二次イオン’］［ｉｉ：分析計（ＳＩＭＳ）等
のイオンの質量分析計において、特に高エネルギーのイ
オンを質量分析する場合に使用する高分解能の四重極電
極型質量分析計に関する。
のイオンの質量分析計において、特に高エネルギーのイ
オンを質量分析する場合に使用する高分解能の四重極電
極型質量分析計に関する。
（従来技術）
従来四Ｘ極電極型の質量分析計においては、尚エネルギ
ーのイオンを質量分析する場合には次の方法が採られて
いた。即ち、四重極電極に印加する高周波電圧の周波数
を高くする（第１案）、四重極の中心電位を可変にし、
イオンのエネルギー電位に近接させる（いわゆるリター
ディング）（第２案）、エネルギーフィルターを用いる
（第３案）、または四重極電極の長さを長くする（第４
案）、という方法が行なわれてきた。
ーのイオンを質量分析する場合には次の方法が採られて
いた。即ち、四重極電極に印加する高周波電圧の周波数
を高くする（第１案）、四重極の中心電位を可変にし、
イオンのエネルギー電位に近接させる（いわゆるリター
ディング）（第２案）、エネルギーフィルターを用いる
（第３案）、または四重極電極の長さを長くする（第４
案）、という方法が行なわれてきた。
しかしながら前記第１案においては、四重極内に入るイ
オンの最大加速エネルギーは周波数の２乗に比例し、ま
た電極で消費される高周波電力は周波数の５乗に比例す
るだめ、高エネルギーのイオンを質量分析するためには
消費される高周波電力が非常に大きくなるという欠点が
ある。
オンの最大加速エネルギーは周波数の２乗に比例し、ま
た電極で消費される高周波電力は周波数の５乗に比例す
るだめ、高エネルギーのイオンを質量分析するためには
消費される高周波電力が非常に大きくなるという欠点が
ある。
第２案、第３案ｔこおいては、あるエネルギー範囲のイ
オンのみが質量分析されるという長所を有するが、その
反面、全イオンが質量分析されるのでないため感度が低
下するという欠点がある。
オンのみが質量分析されるという長所を有するが、その
反面、全イオンが質量分析されるのでないため感度が低
下するという欠点がある。
第４案の四重極電極の長さを長くする方法には四重極電
極の構造が極めて高精度を要し、電極柱の長さが長くな
るに従い電極柱やその支持体の加工精度が次第に劣化し
て必要な組立積度を確保することか困難になり、結果と
して質量スペクトルの分解能が低下して使用に堪えなく
なるという欠点があった。即ち、高エネルギーのイオン
の質量分析には技術的に困難な問題があり、その解決策
が望まれていた。
極の構造が極めて高精度を要し、電極柱の長さが長くな
るに従い電極柱やその支持体の加工精度が次第に劣化し
て必要な組立積度を確保することか困難になり、結果と
して質量スペクトルの分解能が低下して使用に堪えなく
なるという欠点があった。即ち、高エネルギーのイオン
の質量分析には技術的に困難な問題があり、その解決策
が望まれていた。
本発明はこれに対し、上述の第４案に最も解決の可能性
があると考え、この案による解決策をと＼に呈示するも
のである。
があると考え、この案による解決策をと＼に呈示するも
のである。
（本発明の構成）
本発明は現有技術を用いて得られる程度の精度で製作さ
れた、同外形寸法の電極柱の２ヶ以上を互いに直列に接
続し、かつ電気的にも接続することで長尺の電極柱と等
価のものを作り、その等価のものの４個で単一の四重極
電極組立と等価の直列接続型四重極電極組立を実現させ
たものである。
れた、同外形寸法の電極柱の２ヶ以上を互いに直列に接
続し、かつ電気的にも接続することで長尺の電極柱と等
価のものを作り、その等価のものの４個で単一の四重極
電極組立と等価の直列接続型四重極電極組立を実現させ
たものである。
（質量分析計の説明）
第８図は四重極電極型質量分析計の原理図で、質量分析
針は、ガス分子を分離するイオン源部１、質量分離を行
う四重極電極部２、質量分離されたイオンを検出する検
出部３、で構成される。質量分離を行う四重極電極部２
は、相対して平行に所定の寸法間隔で配置された四本の
円柱電極（電極柱と略す）２１００，２２００．２３０
０．２４００ で構成されており、その対向する電極柱
２１００と２４００．２２００と２３００を接続線２１
４０．２２３０で電気的に接続し、両接続線の間にはＵ
＋Ｖｃｏｓωｔ。
針は、ガス分子を分離するイオン源部１、質量分離を行
う四重極電極部２、質量分離されたイオンを検出する検
出部３、で構成される。質量分離を行う四重極電極部２
は、相対して平行に所定の寸法間隔で配置された四本の
円柱電極（電極柱と略す）２１００，２２００．２３０
０．２４００ で構成されており、その対向する電極柱
２１００と２４００．２２００と２３００を接続線２１
４０．２２３０で電気的に接続し、両接続線の間にはＵ
＋Ｖｃｏｓωｔ。
−Ｕ−Ｖ ｃｏｓωｔなる直流電圧と高周波電圧の重畳
したものを印加する。この電圧の印加によって四本の電
極柱で囲まれた内部の空間に双曲線電界を発生させるの
である。従って、四重極電極部２は、双曲線断面の電極
柱を用いて組み立てるのが理想であるが、電極柱の製作
及び組み立て上の便宜から円柱断面の電極を中心軸２０
０のまわりに対称的に配置したもので近似している。円
柱電極で双曲線電界を形成するとき、最もよい近似をう
る電極柱の寸法はＲ＝１．１４８ｒｏである。 ここで
Ｒは電極柱の断面の半径、ｒＯは中心軸２００から電極
柱に至る（最短）距離である。イオン源１において生成
したイオンが四重極電極組立２の中心軸２００に沿って
図の２軸方向に入射されると、イオンはＺ軸方向に進む
間に四重極電極部２の内部につくられた双曲線電ｉ界に
よってＸ軸方向及びｙ軸方向の力を受ける。直流電圧Ｕ
、高周波電圧の波高値■、四重極電極間距離２ｒｏ、高
周波電圧の周波数ｆの条件のもとでは、質量電荷比１
４Ｖ ｅ−０，７０１ｒｏ”６）” ”””””””’（１１
を有するイオンのみがｘｙ力方向両方で、ともに限定さ
れた振幅をもった軌道をたどって四重極電極部２を通過
することができるが、その他のｒｒ１／ｅ値を有するイ
オンは振幅が増大し、四重極電極部で電極柱にとらえら
れるか、電極柱間のすき間を通シ抜けて脱出するかの何
れかとなり、イオンの検出部３に到達できない。首尾よ
く四重極電極部２を通過したイオンは、検出部３内のフ
ァラデーコレクターが二次電子増倍管で検出されて、イ
オン電流に比例した信号に変換されオシロスコープ。
したものを印加する。この電圧の印加によって四本の電
極柱で囲まれた内部の空間に双曲線電界を発生させるの
である。従って、四重極電極部２は、双曲線断面の電極
柱を用いて組み立てるのが理想であるが、電極柱の製作
及び組み立て上の便宜から円柱断面の電極を中心軸２０
０のまわりに対称的に配置したもので近似している。円
柱電極で双曲線電界を形成するとき、最もよい近似をう
る電極柱の寸法はＲ＝１．１４８ｒｏである。 ここで
Ｒは電極柱の断面の半径、ｒＯは中心軸２００から電極
柱に至る（最短）距離である。イオン源１において生成
したイオンが四重極電極組立２の中心軸２００に沿って
図の２軸方向に入射されると、イオンはＺ軸方向に進む
間に四重極電極部２の内部につくられた双曲線電ｉ界に
よってＸ軸方向及びｙ軸方向の力を受ける。直流電圧Ｕ
、高周波電圧の波高値■、四重極電極間距離２ｒｏ、高
周波電圧の周波数ｆの条件のもとでは、質量電荷比１
４Ｖ ｅ−０，７０１ｒｏ”６）” ”””””””’（１１
を有するイオンのみがｘｙ力方向両方で、ともに限定さ
れた振幅をもった軌道をたどって四重極電極部２を通過
することができるが、その他のｒｒ１／ｅ値を有するイ
オンは振幅が増大し、四重極電極部で電極柱にとらえら
れるか、電極柱間のすき間を通シ抜けて脱出するかの何
れかとなり、イオンの検出部３に到達できない。首尾よ
く四重極電極部２を通過したイオンは、検出部３内のフ
ァラデーコレクターが二次電子増倍管で検出されて、イ
オン電流に比例した信号に変換されオシロスコープ。
ペン記録計などで記録されて所望の質重スペクトルを得
るものである。当業者には良く知られているが、限られ
た電圧、外廓寸法で良好な質量スペー ち − クトルの記録を得るためＫは、四重極電極部２の構造、
形状１寸法には極めて高精度の加工１組立が要求され、
分析性能を上げようとして四重極電極部の２軸方向の長
さを次第に長尺にしてゆくとき、その製作が急速に困難
なものとなることは前記の過多である。以下図を用いて
、この問題を解決する本発明の詳細な説明を行う。
るものである。当業者には良く知られているが、限られ
た電圧、外廓寸法で良好な質量スペー ち − クトルの記録を得るためＫは、四重極電極部２の構造、
形状１寸法には極めて高精度の加工１組立が要求され、
分析性能を上げようとして四重極電極部の２軸方向の長
さを次第に長尺にしてゆくとき、その製作が急速に困難
なものとなることは前記の過多である。以下図を用いて
、この問題を解決する本発明の詳細な説明を行う。
（実施例）
第１．２図は本発明の実施例であって、第１図は正面図
、第２図はそのＢ−Ｂ断面図である。前段、後段の四重
極電極組立１０．２０は前段、後段の電極柱群１２と２
２（それぞれは４本の電極柱１２１，１２２，１２３，
１２４と２２１，２２２゜２２３．２２４で構成される
。）を絶縁性の支持体１３．１４，２３．２４で固定し
てできている。これら２組の四重極電極組立１０と２０
は、支持体結合用固定ボルト群４０（４本のポル１−４
１．４２゜４３．４４で構成される）で図の如く直列に
結合され、直列となった各電極柱例えば１２１と２２１
を電気的に接続（図示しない）して、単一の四重 ６− 極電極部２を構成している。第３図は第２図の円Ａ部の
拡大図で、Δｄは２組の四重極電極組立場合の各四重極
電極組立１０．２０ｔｊ：現有の加工。
、第２図はそのＢ−Ｂ断面図である。前段、後段の四重
極電極組立１０．２０は前段、後段の電極柱群１２と２
２（それぞれは４本の電極柱１２１，１２２，１２３，
１２４と２２１，２２２゜２２３．２２４で構成される
。）を絶縁性の支持体１３．１４，２３．２４で固定し
てできている。これら２組の四重極電極組立１０と２０
は、支持体結合用固定ボルト群４０（４本のポル１−４
１．４２゜４３．４４で構成される）で図の如く直列に
結合され、直列となった各電極柱例えば１２１と２２１
を電気的に接続（図示しない）して、単一の四重 ６− 極電極部２を構成している。第３図は第２図の円Ａ部の
拡大図で、Δｄは２組の四重極電極組立場合の各四重極
電極組立１０．２０ｔｊ：現有の加工。
組立の技術によって作られたものを用いる。例えばすべ
ての電極柱の長さは３００−１１．直径は１０ｍであり
、加工精度２〜３ミクロンのもの４本を組立精度数ミク
ロンで四重極電極組立に組みたてたものである。との場
合組立誤差が１０ミクロンを超えると装置は使用に堪え
ないものとなる。この二つの四重極電極組立１０．２０
を結合する場合の組み合わせ精度、例えば第３図の結合
段差△ｄの値は、個々の四重極電極の組立の組立精度の
２〜３倍以内に納まるよう配慮しである。この精度の達
成は困難ではない。
ての電極柱の長さは３００−１１．直径は１０ｍであり
、加工精度２〜３ミクロンのもの４本を組立精度数ミク
ロンで四重極電極組立に組みたてたものである。との場
合組立誤差が１０ミクロンを超えると装置は使用に堪え
ないものとなる。この二つの四重極電極組立１０．２０
を結合する場合の組み合わせ精度、例えば第３図の結合
段差△ｄの値は、個々の四重極電極の組立の組立精度の
２〜３倍以内に納まるよう配慮しである。この精度の達
成は困難ではない。
第４図は四重極電極組立の結合方法の異なる、別の実施
例の正面図をＣ−Ｃ断面図（Ｄ−Ｄ断面図も同じ）とと
もに示すものである。この場合の前、後段の四重極電極
組立１０．２０は、前、後段にまたがる接続用支持体５
を設け、これに対して電極柱群１２，２３をビス３１．
３２・・・・・・を使ってビス止めすることで固定され
ている。なお先述では説明しなかったが、各四重極電極
組立１０゜２０の組立には、これと同様のビス止め法が
採用されている。
例の正面図をＣ−Ｃ断面図（Ｄ−Ｄ断面図も同じ）とと
もに示すものである。この場合の前、後段の四重極電極
組立１０．２０は、前、後段にまたがる接続用支持体５
を設け、これに対して電極柱群１２，２３をビス３１．
３２・・・・・・を使ってビス止めすることで固定され
ている。なお先述では説明しなかったが、各四重極電極
組立１０゜２０の組立には、これと同様のビス止め法が
採用されている。
第５図も第４図と同様の、結合方法の異なる別の実施例
の図である。この場合は平面図も示しである。この場合
は長さの異なる電極柱で組立てられた四重極電極組立の
二個１０と２０を、前、後段に用い、前、後段にまたが
る結合用支持体６゜に対し交互に前、後段の電極柱をビ
ス止めして両段を結合している。なお、第１図、第４図
、第５図において、合成電極柱を作る各電極柱の突き合
せ部は完全密着の必要はない。接続部以外の所で両電極
柱は電気的に接続されるためである。
の図である。この場合は平面図も示しである。この場合
は長さの異なる電極柱で組立てられた四重極電極組立の
二個１０と２０を、前、後段に用い、前、後段にまたが
る結合用支持体６゜に対し交互に前、後段の電極柱をビ
ス止めして両段を結合している。なお、第１図、第４図
、第５図において、合成電極柱を作る各電極柱の突き合
せ部は完全密着の必要はない。接続部以外の所で両電極
柱は電気的に接続されるためである。
第６．第７図には第１図の直列接続型四重極電極組立を
使用しこれに第８図の複合電圧を印加した時、イオンエ
ネルギー４３０Ｖ、３４Ｖにて得られるｍ／ｅ＝２７．
２８ のマススペクトルを示す。
使用しこれに第８図の複合電圧を印加した時、イオンエ
ネルギー４３０Ｖ、３４Ｖにて得られるｍ／ｅ＝２７．
２８ のマススペクトルを示す。
この図より明らかなように、イオンエネルギー −
４３０ｖにおいても分解能 ／ 、１６５（６Ｍ）がΔ
Ｍ− 得られており、またイオンエネルギー３４ＶＩＣお − いても分解能 ／、ｙｌ −４７５（１７Ｍ ）が得ら
れている。第４．第５図の実施例によっても同様の測定
結果が得られた。なお、合成電極柱のうちの何本かを単
一の長い電極柱にしても好い結果が得られている。これ
らイオンエネルギーまたは高分解能の長さ６００ｕの単
独構成の四重極電極組立を使用する質量分析計のそれと
ほぼ等価であることが言える。また、本文では２組の四
重極電極の直列接続の例を述べたが、接続精度の向上に
よっては３組以上の直列接続が有効となることは言うま
でもない。また、本文では円柱状の四重極柱の例を述べ
たが、双曲柱または内面金属コーティングしたセラミッ
ク四重極電極にも適用は可能である。
Ｍ− 得られており、またイオンエネルギー３４ＶＩＣお − いても分解能 ／、ｙｌ −４７５（１７Ｍ ）が得ら
れている。第４．第５図の実施例によっても同様の測定
結果が得られた。なお、合成電極柱のうちの何本かを単
一の長い電極柱にしても好い結果が得られている。これ
らイオンエネルギーまたは高分解能の長さ６００ｕの単
独構成の四重極電極組立を使用する質量分析計のそれと
ほぼ等価であることが言える。また、本文では２組の四
重極電極の直列接続の例を述べたが、接続精度の向上に
よっては３組以上の直列接続が有効となることは言うま
でもない。また、本文では円柱状の四重極柱の例を述べ
たが、双曲柱または内面金属コーティングしたセラミッ
ク四重極電極にも適用は可能である。
（発明の効果）
本発明の直列接続型四重極電極組立を使用する質量分析
計は以上説明した通りであって、従来程度の加工１組立
精度の１＼で四ｌ極電極組立の冥 ０− 質的長さを一挙に倍加させ、イオンエネルギーの大きい
イオンに対しても充分な余裕をもって測定することを可
能にするものである。まだイオンエネルギーの小さいイ
オンに対しては高分解能を得る効果がある。
計は以上説明した通りであって、従来程度の加工１組立
精度の１＼で四ｌ極電極組立の冥 ０− 質的長さを一挙に倍加させ、イオンエネルギーの大きい
イオンに対しても充分な余裕をもって測定することを可
能にするものである。まだイオンエネルギーの小さいイ
オンに対しては高分解能を得る効果がある。
第１図は本発明の実施例である質量分析計の直列接続型
の四重極電極組立の正面図。第２図はその側断面図。第
３図はその小円Ａ部の拡大図。 第４図は別の実施例の正面図と側断面図。第５図は、更
に別の実施例の正面図と側断面図と平面図。第６．７図
は第１図の実施例の装置を用いた測定結果のマススペク
トルを示す。第８図は質量分析計の原理の楓略図である
。 １０．２０・・・・・・四重極電極組立１２．２２・・
・・・・電極柱 １３．１４，２３．２４・・・・・・支持体４０・・・
・・・・・・支持体固定台 、５・・・・・・・・・結
合段差特許出願人 日電アネルバ株式会社 ＝１０−
の四重極電極組立の正面図。第２図はその側断面図。第
３図はその小円Ａ部の拡大図。 第４図は別の実施例の正面図と側断面図。第５図は、更
に別の実施例の正面図と側断面図と平面図。第６．７図
は第１図の実施例の装置を用いた測定結果のマススペク
トルを示す。第８図は質量分析計の原理の楓略図である
。 １０．２０・・・・・・四重極電極組立１２．２２・・
・・・・電極柱 １３．１４，２３．２４・・・・・・支持体４０・・・
・・・・・・支持体固定台 、５・・・・・・・・・結
合段差特許出願人 日電アネルバ株式会社 ＝１０−
Claims (1)
- 四重極電極型の質量分析計において、該質量分析計の四
重極電極組立を構成する四つの電極柱の少なくとも一つ
が、外径寸法を等しくする複数の電極柱を、その軸線を
一致させて直列に配置しかつそれらを電気的に接続した
もので構成されていることを特徴とする質量分析計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59112367A JPH0646560B2 (ja) | 1984-06-01 | 1984-06-01 | 質量分析計 |
| US06/739,984 US4700069A (en) | 1984-06-01 | 1985-05-31 | Mass spectrometer of a quadrupole electrode type comprising a divided electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59112367A JPH0646560B2 (ja) | 1984-06-01 | 1984-06-01 | 質量分析計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60257055A true JPS60257055A (ja) | 1985-12-18 |
| JPH0646560B2 JPH0646560B2 (ja) | 1994-06-15 |
Family
ID=14584912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59112367A Expired - Lifetime JPH0646560B2 (ja) | 1984-06-01 | 1984-06-01 | 質量分析計 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4700069A (ja) |
| JP (1) | JPH0646560B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006185637A (ja) * | 2004-12-24 | 2006-07-13 | Kyocera Corp | 静電偏向器及びそれを用いた電子線装置 |
| WO2012067195A1 (ja) * | 2010-11-19 | 2012-05-24 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 質量分析装置および質量分析方法 |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4990777A (en) * | 1990-03-02 | 1991-02-05 | Finnigan Corporation | Rod assembly for multipole mass spectrometers |
| WO1993005532A1 (fr) * | 1991-09-11 | 1993-03-18 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Electrode quadripolaire et sa fabrication |
| US5298745A (en) * | 1992-12-02 | 1994-03-29 | Hewlett-Packard Company | Multilayer multipole |
| GB2304991B (en) * | 1992-12-02 | 1997-05-28 | Hewlett Packard Co | Multipole apparatus having integral interpole bridges |
| US5401962A (en) * | 1993-06-14 | 1995-03-28 | Ferran Scientific | Residual gas sensor utilizing a miniature quadrupole array |
| US5852294A (en) * | 1996-07-03 | 1998-12-22 | Analytica Of Branford, Inc. | Multiple rod construction for ion guides and mass spectrometers |
| US6239429B1 (en) | 1998-10-26 | 2001-05-29 | Mks Instruments, Inc. | Quadrupole mass spectrometer assembly |
| EP1137046A2 (en) * | 2000-03-13 | 2001-09-26 | Agilent Technologies Inc. a Delaware Corporation | Manufacturing precision multipole guides and filters |
| US6936815B2 (en) * | 2003-06-05 | 2005-08-30 | Thermo Finnigan Llc | Integrated shield in multipole rod assemblies for mass spectrometers |
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