JPS61259449A - 二重収束質量分析装置 - Google Patents

二重収束質量分析装置

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JPS61259449A
JPS61259449A JP10085185A JP10085185A JPS61259449A JP S61259449 A JPS61259449 A JP S61259449A JP 10085185 A JP10085185 A JP 10085185A JP 10085185 A JP10085185 A JP 10085185A JP S61259449 A JPS61259449 A JP S61259449A
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JP
Japan
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ion beam
magnetic field
electrostatic lens
quadrupole electrostatic
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JP10085185A
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Hisashi Matsuda
松田 久
Morio Ishihara
石原 盛男
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Jeol Ltd
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Jeol 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
    • H01J49/28Static spectrometers
    • H01J49/32Static spectrometers using double focusing

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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)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 り産業上の利用分野コ 本発明は特公昭57−31261号に記載された二重収
束質量分析装置の改良に関し、特に測定質量範囲が広く
、感度及び分解能の面で優れた質量分析装置に関する。
[従来技術] 最近生化学等の応用分野から高質量分子を分析したいと
いう要望が強くなって来ている。これは−次イオン衝撃
あるいは高速原子衝撃等のイオン化法の進歩によりm/
z =10,000を超える高質量分子のイオンでも比
較的容易に作成できるようになったからである。このよ
うな高質量分子イオンを分析するためには極めて大型の
質量分析装置が必要になるが、大型の質量分析装置は極
めて高価で、だれでも容易に使用できる状況にはない。
そこで、比較的小型で高質足載まで分析できる質量分析
装置が要望されており、例えば以下のような工夫がされ
ている。
即ち、従来市販されている第7図Ca)に示すような質
量分析装置の電場Eと一様扇形磁場をそのまま使い、第
7図(b)に示すように磁場におけるイオンビームの回
転半径rmを2倍程度に大きくすると共に回転角φmを
172程度に小さくし、測定質量範囲を4倍程度拡大す
る方法である。第7図においてSはイオン源、Dはイオ
ン検出器でおる。
[発明が解決しようとする問題点コ この方法によれば測定質量範囲は確かに拡大するものの
、φmが小さくなるためイオン軌道が長くなり、イオン
ビームの縦方向の広がりによって高次収差が大きくなり
分解能も低下してしまう傾向がおり、この傾向は避けら
れないものと思われて来た。
第1表は、第7図(1))に示された従来装置の一般計
例(φm=35°、φe =70’ 、  re /r
m =0.643)における、−次の収差係数AX 、
Ay。
Aβ及び二次の収差係数A(XCX+ A(X8t A
66t A”ly。
Ays、Asβの値を示す。
実用上必要な分解能を50,000とし、イオン源での
イオンビームの幅をr m/300前後とした時に、二
次の収差係数は少なくとも0.8〜1.0よりも小さい
ことが望まれるが、この値を考慮に入れて第1表の二次
収差係数を見れば、第1表の装置では満足のゆく分解能
が19られないことが分る。
ところで、本発明者は先にイオンビームの横方向に対し
発散性を与え且つ縦方向に対し収束性を与えるようにし
た四極静電レンズQLをN場Eと1i場Hの間に配置す
ることを特徴とする二重収束質量分析装置を特公昭57
−31261号として提案した。
この提案装置は、例えばφe=70’〜95°、φm 
=65.8°〜74.ド、re/rm = 1.27〜
1.357に選ばれ、すべての二次収差を小さくするこ
とができ高感度で高分解能が得られている。この提案装
置に先に述べたrm@2倍程度程度くしφmを172程
度に小ざくして(具体的には30°≦φm≦50’、0
.4≦r e/ r m≦0.8程度の範囲)測定質量
範囲を拡大する手法を適用すれば、高次収差が大きくな
り分解能が低下してしまうことは十分に予想される。
本発明は上述した諸点に鑑みてなされたものでおり、上
記提案装置のφm及びr e/ r mを30°≦φm
≦50°、0.4≦r e/ r m≦0.8の範囲に
設定して測定質量範囲を拡大しても分解能が低下しない
条件を与えることを目的としている。
[問題点を解決するための手段] この目的を達成するため、本発明にかかる二重収束質量
分析装置は、電場と磁場の間に配置され、イオンビーム
の横方向に対し発散性を与えると共に該イオンビームの
縦方向に対し収束性を与えるようになした四極静電レン
ズを備えた二重収束質量分析装置において、磁場におけ
るイオンビームの回転角をφm、磁場におけるイオンビ
ームの回転半径をrm、電場にあけるイオンビームの回
転半径をre、四極静電レンズの強度をQk、四極静電
レンズのイオンビーム方向の実効長をQj、磁場の入射
端面に凸につけられた曲率をρ′、出射端面に凸につけ
られた曲率をρ″とした時、30°≦φm≦50’ 0.4≦r e/ r m≦0.8 0.35≦Qk2Qjr6≦1゜O rm 、/p’ 十rm 、/、o” < 0を満足す
るようにしたことを特徴としている。
[実施例] 第1図は本発明の一実施例を示す装置構成図である。イ
オン源ゴはイオン化室2と複数のスリット3S−有し、
加速されたイオンビームIBがスリット4から外部へ取
出される。このIBは円筒電場5.四極静電レンズ6を
介して一様扇形磁場7へ入射し、この磁場7により質量
電荷比に応じた分散を受け、特定の質量電荷比を持つも
のがイオン検出器8へ入射して検出される。上記1@7
は図示しない電源によりその磁場強度を繰返し掃引でき
るように構成されている。そのため、その掃引に伴って
磁場7を通過するイオンの質量電荷比が変化し、検出器
8から質量スペクトル信号が得られる。尚、磁場7の入
出射面にはイオンビームが斜めに入出射するような角度
ε′、ε″がつけられており、且つその入出射端面には
ρ′、ρ″なる曲率半径が与えられている。
第2図は上記四極静電レンズ6のA−A断面図及びこれ
に電位を与えるための電源9の構成を示す図で必る。四
極静電レンズ6は4本の円筒状電極から成り、これがイ
オンビーム通路Oを中心に90°間隔で対称配置され、
正イオンを分析する場合には、イオンご一ムの軌道平面
に垂直な方向(y方向)の対向する電極Pyに正電位が
印加され、イオンビームの動径方向(X方向)の対向す
る電極Pxには負電位が印加される。そのため、正イオ
ンはy方向には収束方向の力を受け、X方向には発散方
向の力を受ける。
第2表は前記提案装置の62計例(*)と、本発明によ
る装置について適宜なディメンジョンを与えた5つの設
計例((1)〜(5))を示す。
(以下余白) 第2表 第2表において使用される記号で未定義のものは以下の
通りである。
Qk:静電四極レンズの強度 Q12:静電四極レンズの長ざ je’:主スリットと電場との距離 1IIl″ニコレクタスリツトと磁場との距離deq:
電場と四極静電レンズとの距離dqm:四極静電レンズ
と磁場との距離尚、第2表における長さについては、ず
べて提案装置の設計例(杓における磁場回転半径rmを
1としてノーマライズされており、Qkはイオンビーム
の加速電圧でノーマライズされている。
上記(1)から(5)の設計例では、二次収差係数はす
べて1よりもはるかに小さい1直になっており、第・1
表の従来装置では実規できなかった高い分解能が得られ
ることが分る。
ところで、第2表中にQk 2Qj reの数値が示さ
れているが、本願発明者はこの値が二次収差及びイオン
の1〜ランスミツシヨンを表わすA−V 。
Aβ(小さい方がトランスミッションが優れている)と
密接なつながりがおることを見出した。
第3図は、上記設計例(1)についてQkz(1reの
値によって二次収差係数の絶対値の和IとAy、Aβ及
びA”と△βの絶対値の和がどのように変化するかを調
べた結果を示す。第4図、第5図は上記設計例(4) 
、 (5)について夫々同様に調べた結果を示す。
通常、■の値が4〜5を超えると実用上十分な分解能が
得られないのでそれ以下に抑える必要がある。更にAy
と八βの絶対値の和が10を超えると感度が十分に)q
られないのでそれ以下に抑える必要がある。この2つの
条件をもとに第3図〜第5図を見ると、■の条件からは
Qk+!QJ2reを0.35から1.0の範囲に設定
する必要があるし、更に併せて感度の面も考慮すると、
Qk2Qjreは0.4から0.9の範囲に設定するこ
とが必要である。
上記Qk2Qereの値と共に二次収差に大きな影響を
与えるのが磁場の人出射面につ(プられる曲率ρ′、ρ
″である。上記設計例(1)〜(5)においては、vi
i場の出射端面には曲率をつけていないが、本願発明者
が見出した条件から言うと、このような場合には入射端
面に負の(端面が凹む方向の)曲率をつけることが必要
条件で必る。実際には曲率を磁場の入射端面につけても
出射端面につけても略等価であるため、rm/ρ’+r
m、/ρ″の値としてとらえる必要がめる。
第6図は上記設計例(1)についてrm/ρ′十rm/
ρ″の値をいくつか与え、その値によって二次収差係数
の絶対値の和■がどのような値をとるかを調べた結果を
示す。この図をもとに、■の値が4〜5を超えると実用
上十分な分解能が得られないことを考慮すると、■の値
をそれ以下に抑えるためには少なくともrm/ρ’+r
m/ρ〃が負の値をとることが必要であり、更に言えば
、rm 、/l:)’ 十rm 、/ρ”は−0,3か
ら−1,5の範囲に設定することが望ましい。
更に、本発明においては磁場の回転角が小ざくなるため
磁場による収束作用が弱くなることは避けられず、第2
表における提案装置の設計例(*)のように磁場入射端
面に傾き(ε′ )を−15°つけるだけでは磁場とイ
オン検出器との距離が長くなってしまい、実用装置とし
ては問題となる。そのため、磁場出射端面にも傾きくε
′)を−15゜以上つける必要がある。尚、あまり傾き
を増加さぼると収差が大きくなるため、ε′、ε″とも
実用上は一30’程度が限度である。
[発明の効果] 以上詳述した如く、本発明によれば、電場と磁場の間に
配置され、イオンビームの横方向に対し発散性を与える
と共に該イオンビームの縦方向に対し収束性を与えるよ
うになした四極静電レンズを備えた二重収束質量分析装
置において、φmを30°≦φm≦50°、re/rm
を0.4≦r e/ r m≦0.8の範囲に設定して
測定質量範囲の広い質量分析装置を得る場合であっても
分解能の高い装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示ず装置描成図、第2図は
四極静電レンズのA−A断面図及びこれに電位を与える
ための電源の構成を示す図、第3図乃至第5図は、設計
例(1) 、 (4) 、 (5)についてQk ” 
Qj reの値によって二次収差係数の絶対値の和Iと
Ay、Aβ及びAVと八βの絶対値の和がどのように変
化するかを調べた結果を示す図、第6図は設計例(1)
についてrm/ρ′十rm/ρ“の値をいくつか与え、
その値によって二次収差係数の絶対値の和Iがどのよう
な値をとるかを調べた結果を示す図、第7図は従来装置
を説明するための図である。 1:イオン源   2:イオン化室 3.4ニスリツト 5:円筒電場 6:四極静電レンズ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 電場と磁場の間に配置され、イオンビームの横方向に対
    し発散性を与えると共に該イオンビームの縦方向に対し
    収束性を与えるようになした四極静電レンズを備えた二
    重収束質量分析装置において、磁場におけるイオンビー
    ムの回転角をφm、磁場におけるイオンビームの回転半
    径をrm、電場におけるイオンビームの回転半径をre
    、四極静電レンズの強度をQk、四極静電レンズのイオ
    ンビーム方向の実効長をQl、磁場の入射端面に凸につ
    けられた曲率をρ′、出射端面に凸につけられた曲率を
    ρ″とした時、 30°≦φm≦50° 0.4≦re/rm≦0.8 0.35≦Qk^2Qlre≦1.0 rm/ρ′+rm/ρ″<0 を満足するようにしたことを特徴とする二重収束質量分
    析装置。
JP10085185A 1985-05-13 1985-05-13 二重収束質量分析装置 Granted JPS61259449A (ja)

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JPH0357574B2 JPH0357574B2 (ja) 1991-09-02

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02270256A (ja) * 1989-04-11 1990-11-05 Jeol Ltd 同時検出型質量分析装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS568981A (en) * 1979-07-03 1981-01-29 Hitachi Ltd Selection system for balancing connected network

Patent Citations (1)

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JPH02270256A (ja) * 1989-04-11 1990-11-05 Jeol Ltd 同時検出型質量分析装置

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JPH0357574B2 (ja) 1991-09-02

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