JPS6032309B2 - 質量分析装置 - Google Patents

質量分析装置

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JPS6032309B2
JPS6032309B2 JP56042748A JP4274881A JPS6032309B2 JP S6032309 B2 JPS6032309 B2 JP S6032309B2 JP 56042748 A JP56042748 A JP 56042748A JP 4274881 A JP4274881 A JP 4274881A JP S6032309 B2 JPS6032309 B2 JP S6032309B2
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JP
Japan
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magnetic field
mass spectrometer
deflection angle
aberration
ion
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JP56042748A
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JPS57157449A (en
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久 松田
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26Mass spectrometers or separator tubes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/26Mass spectrometers or separator tubes
    • H01J49/28Static spectrometers
    • H01J49/30Static spectrometers using magnetic analysers, e.g. Dempster spectrometer

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Electron Tubes For Measurement (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は質量分析装置、特に単収束質量分析装置に関
するものである。
単収束質量分析装置はデンプスター (Dempster)にはじまり、その後一次近似のイ
オン光学がヘルツオーク(日Mzog)により完成され
、現在では広く利用されている。
そして実用化されている装置の多くは600あるいは9
0oの扇形一様磁場を直角入出射方式で用いるものであ
る。また一方では、イオン光学的考察により装置の性能
を上げようという試みはケルピィン(Kerwin)の
広角収束等いくつか試みられたが、いずれも実用化され
ていない。
これは次のような理由によると考えられる。すなわち、
これらの提案の根拠となる計算では軌道平面内のイオン
軌道のみを取扱い、端緑場(fringingfiel
d)の影響を無視していることによる。
ところが、一様磁場であっても端縁場では軌道平面から
外れると磁場の分布が異り、したがってイオン軌道がず
れることとなり、これが収差の原因となる。このため、
実際に装置を作ってみると思ったほど性能の向上が認め
られず、実用化されないのであろう。これに対し、最近
端緑場を通るイオンの軌道を3次の近似で計算する軌道
計算法が開発され、任意のイオン光学係の2次および3
次の収差を求めることができる計算法が確立され、これ
を用いて単収束質分析計のイオン光学を調べた結果、従
来のものでは収差の点で問題があることが判明した。
したがって、種々の単収束質分析計についてその収差を
検討するとともに、この収差に関連して、非対称配置、
曲線境界、斜入出射などの各項目について検討した。
なお、収差については次式mで与えられ、扇形一様磁場
は第1図に示されるようなものを考えた。
まず、扇形一様磁場について説明すると、第1図におい
て、1は磁場、2はイオン源、3はスリット、4はイオ
ン源2からのイオンビーム、5はコレクタスリツト、6
はイオンコレクタである。
また、マmは磁場1の偏向角、nnはイオンビーム4の
軌道半径、ご,,ご2 はイオンビーム4のそれぞれ入
射角、出射角、1,‘まスリット3から磁場1までの距
離、12は磁場1からコレクタスリット5までの距離、
R,,R2は磁場1の境界面の曲率半径である。また、
イオン源2を出てコレクタ6に達するイオンの光軸から
のずれ、いわゆる収差×fは2次の近似で、Xf=Ax
X十AQQ十Ayy+AQQQ2十AyyY2十AyB
Y8十A8832 ………(1’により与えられる。
ここで、X,Yはイオンがスリット3に入射するときの
軌道平面内、およびそれに垂直な方向における光軸から
のずれ、Q,Bはイオンビーム4の傾きの角度である。
なお、単収束質量分析装置を考えているから、イオンの
エネルギーのずれ6はないものとする。ソは質量のずれ
の割合である。Axは像倍率、Ayは質量分散係数であ
る。残りの係数は収差を与えるるので、できるだけ4・
さし、ことが望ましい。また、普通の条件ではQ,8は
0.01以下であり、分解能が数1000以下の装置を
考えるときは、3次係数は10の華度以下の大きさであ
れば問題にする必要はない。したがって、ここではm式
のように2次の収差係数を問題とする。そこで、まず収
差を小さくする手段として、1・と12を非対称とする
ことが考えられる。
1,と12を非対称にすると像倍率Axを任意の大きさ
にすることができることは知られている。
そして、質量分析計の分解熊Rはイオン源のスリットの
幅をsとすると、次式【2}‘こより与えられる。Ay
………■R=公sAx+△) ここで、△は収差による像の拡がりである。
■式において、△を無視すると、Axを小さくするほう
が大きな分解能が得られることがわかる。ところが、異
るAxについてそれぞれ収差係数を計算してみると、A
xが小さくなるとともに急速に大きくなることが認めら
れた。
いま、その一つの代表例として、◇m=900、磁極間
隙0.058mの場合について、各収差係数の舷に対す
る変化を第2図に示した。
第2図から、AX=0.5のときは、Ax=1に〈らべ
てAQQが3倍、Ay8とA83は約2倍大きくなって
いることがわかる。
このことから、■式の収差△が大きくなると、分解能が
かえって悪くなり、1,と12を非対称とすることは好
ましくないと判断できる。なお、図中において収差係数
をAyを割った値を示したが、これは分解能を考えると
き、質量分散の大きさと収差の大きさの比が問題となる
からである。次いで、磁場の曲線境界と収差について検
討した。
扇形磁場について、両境界面に曲率半径 R.=R2=rmC。
t31/2つm ………【3}の曲りをつける
と、Qに関する2次収束が得られる。このときの条件は
、0m=900のときはR・=R2=rmであり、Jm
=600のときはR,=R2=0.19公mである。こ
のとき、他の収差係数の計算の結果を第1表に示した。
なお、比較のため直線境界のデータも示した。第1表 第1表から、曲線境界のものはAQQが0となるが、他
の収差係数は直線境界のものに〈らべていずれも大きな
値を示し、したがって、磁場の境界面に曲りをつけるこ
とも収差を小さくする上で効果的でないと言える。
さらに、直線境界の磁場について、入出射の角度‘,,
ど2および偏向角◇mを変えたとき、4個の2次収差係
数と他の重要なイオン光学的パラメーターがどのように
変化するかを測定した。
第3図a,b,cはその測定結果を示したものである。
第3図aはぐm=600、磁極間隙0.025rmのも
の、第3図bはめm=900 、磁極間隙0.028m
のもの、第3図cはぐm=1300、磁極間隙0.13
33mのものである。第3図a,b,cから、従来の偏
向角めmが600、90oのものにくらべて、偏向角◇
mが130oのものについて、その入出射角度ご,,ご
2 を斜入出射することによって、質量分散が大きく、
収差係数の小さいものが得られることを確認した。
この発明はかかる知見にもとづいてなされたもので、収
差係数が小さく、したがって分解能のすぐれた単収束質
量分析装置を提供するものである。また、この発明は小
型化が図れる単収束質量分析装置を提供するものである
すなわち、この発明の要旨とするところは、扇形一様磁
場による質量分析装置において、磁場の偏向角を110
o〜135oの範囲とし、かつ入出射角を40o〜60
0の範囲に選定したことを特徴とする質量分析装置であ
る。
以下、この発明を実施例に従って詳細に説明する。
実施例 この発明にかかる単収束の質量分析装置について、その
概略的な構造例は第1図のものと同じであるので、以下
第1図にもとづいて説明する。
第1図に示した質量分析装置において、偏向角でm、入
射角ご,、および出射角ご2の各値を第2表に示すとお
りとした。そして、rm/R,、肌/R2、l,;12
、Ay、AQQ/Ay、AW/Ay、Ay3/Ay、A
86/Ay、Ay、A8の各値について示した。
第2表なお、第2表中、Ay、A8はy方向のビームの
拡がりを与える係数、rm/R,、rm/R2はイオン
ビームの軌道半径rmを磁場の両境界面の曲率半径R,
,R2で除したもので、rm/R,、rm/R2が0の
値を示すものは磁場の両境界面が直線状を意味する。
また、磁極間隙は0.133mである。また、各収差係
数についてはすでに上記したが、Ayで除した値で示し
た。第2表から明らかなように、偏向角◇mを、110
o〜135oとし、入射角ご,,ご2を350〜600
の範囲に選択することによって、分解館のすぐれた値を
示し、収差係数も小さい値を示していることがわかる。
したがって、この発明において、偏向角Jm、入出射角
ご,,ご2 の数値を限定した根拠は上記したことから
明らかである。
また、第2表の下段に示したように、偏向角?m、入出
射角ど,,ど2をこの発明範囲内で選定した上で、磁場
の境界面に曲率をつけることによって、すべての収差係
数がきわめて小さくなっていることが理解できる。
さらに、偏向角◇mが60oの従釆のものと、この発明
にかかる偏向角でm130oの斜入出射型(ご,=ご2
=55o)のものについて、同じ質量分散としたとき
、その大きさを比較したところ、第4図a,bに示すと
おりであった。
したがって、この発明によればづ・型の質量分析装置の
得られることがわかる。さらにまた、この発明によれば
磁極間隙の大きさの影響が直角入出射のものにくらべて
2次収差係数に大きく現われる。
ところが幸いなことに磁極間隙の大きい方が収差係数は
小さくなる結果が得られた。このことは次のような好結
果をもたらす。というのは、この発明のものによれば、
質量分散が従来の直角入出射のものにくらべて3倍もあ
り、同じ性能を得るのに磁場半径を1/3に小さくする
ことができる。しかし磁極間隙も同じ比率で小さくした
のでは、磁極間に分析管を介在させることも難しくなり
、イオンの透過率も悪くなる。したがって、磁極間隙を
相対的に大きくしなければならないが、これが収差係数
を小さくする効果に結びつくのであり、小型化とともに
収差係数の改善を図ることができるのである。以上この
発明によれば、偏向角0mを大きくするとともに、入出
射角ご,,ご2を斜入出射型とすることにより、質量分
散を大きくすることができるとともに、収差係数を小さ
くすることができる。また、イオンビームの軌道半径を
小さくすることができるため小型化が図れる質分析装置
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は扇形一様磁場の概略図、第2図はAxと各収差
係数の関係図、第3図a,b,cは入出射の角度ど,,
ご2と2次収差係数、および他の重要なイオン光学的パ
ラメーターの関係図であり、第3図aは偏向角60oの
もの、第3図bは偏向角90oのもの、第3図cは偏向
角130oのものである。 第4図は偏向角が60oの従来のものと、この発明にか
かる偏向角130oの斜入出射型の扇形一様磁場を示し
、aは従来のもの、bはこの発明のものである。1・・
…・磁場、2・・・・・・イオン源、3・・・・・・ス
リット、4……イオンビーム、5……コレクタスリツト
、6・・・・・・イオンコレクタ、マm・・・・・・偏
向角、肌・・・・・・軌道半径、ご.・・・・・・入射
角、ご2・…・・出射角。 篤1図 第2図 篤3図■ 拳3図(b) 第3図(C) 篤ム図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 扇形一様磁場による質量分析装置において、磁場の
    偏向角を110°〜135°の範囲とし、かつ入出射角
    を40°〜60°の範囲に選定したことを特徴とする質
    量分析装置。
JP56042748A 1981-03-23 1981-03-23 質量分析装置 Expired JPS6032309B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56042748A JPS6032309B2 (ja) 1981-03-23 1981-03-23 質量分析装置
US06/360,005 US4458150A (en) 1981-03-23 1982-03-19 Mass spectrometer
DE19823210415 DE3210415A1 (de) 1981-03-23 1982-03-22 Massenspektrometer
GB8208281A GB2097180B (en) 1981-03-23 1982-03-22 Mass spectrometer
FR8204924A FR2502396B1 (fr) 1981-03-23 1982-03-23 Spectrographe de masse

Applications Claiming Priority (1)

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JP56042748A JPS6032309B2 (ja) 1981-03-23 1981-03-23 質量分析装置

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JPS57157449A JPS57157449A (en) 1982-09-29
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ID=12644628

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JP (1) JPS6032309B2 (ja)
DE (1) DE3210415A1 (ja)
FR (1) FR2502396B1 (ja)
GB (1) GB2097180B (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017009466A (ja) * 2015-06-23 2017-01-12 富士電機株式会社 粒子複合分析装置の校正方法及び粒子複合分析装置
LU92970B1 (en) * 2016-02-08 2017-09-19 Luxembourg Inst Science & Tech List Floating magnet for a mass spectrometer

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1439064A (fr) * 1965-02-09 1966-05-20 Centre Nat Rech Scient Perfectionnements aux analyseurs ioniques
US3967116A (en) * 1975-04-15 1976-06-29 Varian Mat Gmbh Mass spectrometer

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GB2097180B (en) 1985-02-27
DE3210415A1 (de) 1982-09-30
FR2502396B1 (fr) 1986-01-31
JPS57157449A (en) 1982-09-29
FR2502396A1 (fr) 1982-09-24
US4458150A (en) 1984-07-03
GB2097180A (en) 1982-10-27

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