JP2008192519A - イオン偏向装置及び質量分析装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】直方体の互いに平行な4辺に沿って4本のロッド電極11、12、13、14を配置し、第1、第2ロッド電極11、12を含む面をイオン入射面Pi、第1、第4ロッド電極11、14を含む面をイオン出射面Poとする。各ロッド電極11〜14にそれぞれ所定の直流電圧を印加することで、4本のロッド電極11〜14で囲まれる空間にイオンの軌道を略90°曲げる直流電場を形成し、さらに対向する2本のロッド電極11、13と他の2本のロッド電極12、14とに互いに逆相の高周波電圧を印加することで形成する高周波電場により、イオンを振動させて束縛する。これにより、イオンが残留ガスに衝突してその進行方向を変えても発散することを抑制することができ、屈曲した偏向軌道に沿って高い効率でイオンを輸送して後段に送ることができる。
【選択図】図2
Description
図13は静電レンズを利用した軸ずらしイオン光学系の構成の一例を示す概略図である。スキマー60の頂部のオリフィスを通過したイオンは、平行平板型の静電レンズ61により形成される静電場(直流電場)に導入される。静電場はイオン収束用静電場にイオン偏向用静電場が重畳されたものであり、これによりイオンを後方焦点に収束させながら偏向させ、入射イオン光軸Ciと出射イオン光軸Coとをずらしている。
図14はQデフレクタと呼ばれる、四重極型静電偏向装置の概略図である(特許文献1など参照)。Qデフレクタ62は、図中、紙面に直交する方向に延伸するように互いに平行に配置された4本のロッド電極621、622、623、624で構成され、各ロッド電極621、622、623、624にはそれぞれ直流電圧Vd1、Vd2、Vd3、Vd4が印加される。正イオンを分析対象とする場合、第3ロッド電極623に印加される直流電圧Vd3は他の直流電圧Vd1、Vd2、Vd4よりも大きな値に設定され、これにより、図中に示すように第3ロッド電極623から第1ロッド電極621に向かう方向にイオンを押すような作用を有する静電場が形成される。これによって、入射イオン光軸Ciに沿って入射して来たイオンは紙面内でその進行方向を略90°曲げられ、出射イオン光軸Coに沿って出射する。一方、光や中性粒子は静電場の影響を受けないため直進して除去される。
図15は、特許文献2などに記載されているイオンミラーの概略図である。イオンミラーでは、入射イオン光軸Ciに対し略45°傾斜した面内にリング状電極63を配置し、リング状電極63に所定の直流電圧Vdを印加する。入射イオン光軸Ciに沿って入射して来たイオンはリング状電極63により形成される直流電場により反射され、その軌道が略90°曲げられて出射イオン光軸Coに沿って出射する。一方、光や中性粒子は静電場の影響を受けないため、リング状電極63の開口を通過して除去される。
図16は、真っ直ぐに延伸するロッド電極を用いた軸ずらし高周波イオンガイドの概略構成図である(特許文献3など参照)。この高周波イオンガイド64は、複数(例えば4本)の円柱形状のロッド電極641を中心軸の周りに平行且つ対称配置した構成を有し、そのイオンガイド64の中心軸(光軸)とイオン源部50から出射されたイオンの光軸(入射イオン光軸Ci)とが適当な角度で以て交差するように配置されている。中心軸を挟んで対向するロッド電極641には同位相、同振幅の高周波電圧が印加され、周方向に隣接するロッド電極641には逆位相で同振幅の高周波電圧が印加される。イオン源部50から出射して高周波イオンガイド64に導入されたイオンは、上記のようにロッド電極641に印加される高周波電圧により形成される高周波電場に束縛されて振動しながらイオンガイド64の中心軸に沿って進む。そしてイオンガイド64を出た後、出射イオン光軸Coに沿って質量分離部52に導入される。
a)直線を取り囲むように互いに平行に配置された3本以上の複数本のロッド電極から成り、前記直線の周りに隣接する2本のロッド電極を含む面をイオン入射面とし、前記直線の周りに隣接する2本のロッド電極を含み前記イオン入射面とは異なる面をイオン出射面とした電極部と、
b)前記電極部の複数本のロッド電極で囲まれる空間に、該空間に入射したイオンを該空間内に留めるようにイオンに力を加える高周波電場と、前記イオン入射面を横切って前記空間に入射したイオンが前記イオン出射面を横切って出射するようにイオンの軌道を屈曲させるべくイオンに力を加える直流電場と、を形成するために、前記複数本のロッド電極のそれぞれに直流電圧と高周波電圧とを重畳させた電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えることを特徴としている。
図1は本発明に係るイオン偏向装置の一実施例(第1実施例)によるイオン輸送光学系を備えるICP質量分析装置の概略構成図、図2は本実施例のイオン輸送光学系の概略構成図、図3はイオン輸送光学系の電極部の上面図、図4はイオン輸送光学系の電極部の斜視図である。
図5は本発明に係るイオン偏向装置の他の実施例(第2実施例)によるイオン輸送光学系1Bの概略構成図、図6は第2実施例によるイオン輸送光学系の電極部の斜視図である。図5、図6において第1実施例におけるイオン輸送光学系と同一の構成要素には同一の符号を付している。
図7は本発明に係るイオン偏向装置の他の実施例(第3実施例)によるイオン輸送光学系1Cの電極部の斜視図(a)及び上面図(b)である。
図8は本発明に係るイオン偏向装置の他の実施例(第4実施例)によるイオン輸送光学系1Dの電極部の斜視図(a)及び上面図(b)である。
図9は本発明に係るイオン偏向装置の他の実施例(第5実施例)によるイオン輸送光学系1Eの電極部の斜視図である。この実施例では、第2実施例に示したようにロッド電極11、12、13を3本とした上で、第3実施例のようにy軸方向に延伸する2本のロッド電極15、16を追加している。これにより、第2実施例のようにイオンを偏向させた上で輸送効率を高めることができる。
図10は本発明に係るイオン偏向装置の他の実施例(第6実施例)によるイオン輸送光学系1Fの電極部の斜視図である。この実施例では、第2実施例に示したようにロッド電極11、12、13を3本とした上で、第4実施例のようにy軸−z軸平面に平行に延展する2枚の平板電極17、18を追加している。これにより、第2実施例のようにイオンを偏向させた上で輸送効率を高めることができる。
2…プラズマトーチ
3…サンプリングコーン
4…スキマー
5…第1中間真空室
6…第2中間真空室
7…高真空室
8…四重極質量フィルタ
9…イオン検出器
11、12、13、14、15、16…ロッド電極
17、18…平板電極
21、22、23、24…加算器
31、32、33、34…直流電圧源
40…高周波電圧源
41…制御部
Ci…入射イオン光軸
Co…出射イオン光軸
Pi…イオン入射面
Po…イオン出射面
Claims (6)
- イオンの進行方向を電場の作用により変化させるイオン偏向装置であって、
a)直線を取り囲むように互いに平行に配置された3本以上の複数本のロッド電極から成り、前記直線の周りに隣接する2本のロッド電極を含む面をイオン入射面とし、前記直線の周りに隣接する2本のロッド電極を含み前記イオン入射面とは異なる面をイオン出射面とした電極部と、
b)前記電極部の複数本のロッド電極で囲まれる空間に、該空間に入射したイオンを該空間内に留めるようにイオンに力を加える高周波電場と、前記イオン入射面を横切って前記空間に入射したイオンが前記イオン出射面を横切って出射するようにイオンの軌道を屈曲させるべくイオンに力を加える直流電場と、を形成するために、前記複数本のロッド電極のそれぞれに直流電圧と高周波電圧とを重畳させた電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えることを特徴とするイオン偏向装置。 - 前記電極部は、直方体の互いに平行な3辺又は4辺上に配置された3本又は4本のロッド電極から成ることを特徴とする請求項1に記載のイオン偏向装置。
- 前記電極部は、前記複数本のロッド電極で囲まれる空間をその両側の開放端面から挟むように配設された補助電極をさらに備え、前記電圧印加手段は、前記補助電極に前記空間内のイオンが前記直線の延伸方向に発散するのを防止するための直流電場を形成する直流電圧を印加することを特徴とする請求項1又は2に記載のイオン偏向装置。
- 前記補助電極は前記直線と直交する方向に延伸するロッド状の電極であることを特徴とする請求項3に記載のイオン偏向装置。
- 前記補助電極は前記直線と直交する方向に延展する平板状の電極であることを特徴とする請求項3に記載のイオン偏向装置。
- 大気圧雰囲気下で目的成分をイオン化するイオン源と、高真空雰囲気下でイオンを質量に応じて分離して検出する質量分析部と、前記イオン源で生成されたイオンを低真空雰囲気下で前記質量分析部に輸送するイオン輸送部と、を備え、請求項1〜5のいずれかに記載のイオン偏向装置を前記イオン輸送部における軸ずらしイオン輸送光学系として用いたことを特徴とする質量分析装置。
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