JP2010177120A - イオン検出器及びこれを備えた四重極型質量分析計並びにファラデーカップ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】イオンビームが通過する開口部12を有する筐体11と、開口部12を通るイオンビームの飛行方向延長線上に位置するファラデーカップ20と、飛行方向延長線からそれた方向にイオンビームの入射部32を有する二次電子増倍管30とを備えるイオン検出器10であって、ファラデーカップ20は、飛行方向延長線上に位置する底板部21と、底板部21の周囲に設けられた側板部22a,22bと、側板部22a,22bに囲まれた内部を複数の空間に区画する仕切り板部23とを有し、側板部22a,22bは、入射部32に近い側から遠い側に向かって高さが連続的または段階的に増大し、仕切り板部23は、入射部32から遠い側板部22bの高さよりも低く、かつ入射部32に近い側板部22aの高さよりも高く形成されている。
【選択図】図1
Description
また、UとVの比を一定に保ちながら、それらの電圧の大きさを変化させることで、イオン検出器に到達するイオンの種類をそのm/zに応じて選別することができる。
また、本発明は、本発明のイオン検出器を備えることを特徴とする四重極型質量分析計を提供する。
また、本発明は、底板部と、前記底板部の周囲に設けられた側板部と、前記側板部に囲まれた内部を複数の空間に区画する仕切り板部とを有することを特徴とするファラデーカップを提供する。この場合、前記側板部は、一方の側から他方の側に向かって、高さが連続的または段階的に増大し、前記仕切り板部は、前記他方の側における前記側板部の高さよりも低く、かつ前記一方の側における前記側板部の高さよりも高く形成されているものとすることができる。なお、ファラデーカップの側板部がすべて同じ高さでも良い。
また、本発明は、イオンビームが通過する開口部を有する筐体と、前記開口部を通るイオンビームの飛行方向延長線上に位置するファラデーカップと、前記飛行方向延長線からそれた方向にイオンビームの入射部を有する二次電子増倍管とを備えるイオン検出器に用いられるファラデーカップであって、前記ファラデーカップは、前記飛行方向延長線上に位置する底板部と、前記底板部の周囲に設けられた側板部と、前記側板部に囲まれた内部を複数の空間に区画する仕切り板部とを有し、前記側板部は、前記二次電子増倍管の入射部に近い側から遠い側に向かって、高さが連続的または段階的に増大し、前記仕切り板部は、前記二次電子増倍管の入射部から遠い側における前記側板部の高さよりも低く、かつ前記二次電子増倍管の入射部に近い側における前記側板部の高さよりも高く形成されていることを特徴とするファラデーカップを提供する。
図1は、本発明のイオン検出器の一形態例を示す断面図であり、図2は、本形態例のイオン検出器に用いられるファラデーカップを示す斜視図である。
なお、ファラデーカップの底板部の形状は、矩形(正方形または長方形)や菱形等の四角形に限定されるものではなく、六角形や八角形等の多角形、円形、楕円形等とすることもできる。
なお、本発明において、ファラデーカップの側板部の高さとは、底板部が側板部と垂直な平面(平板状)であれは、底板部からの高さとして良い。後述するように、底板部自体が側板部に対して傾斜している場合には、側板部と垂直な仮想の平面を基準として高さを定義しても良い。
そしてこの場合に、筐体11の内面とファラデーカップ20との間で、二次電子増倍管30の入射部32に向かうイオンビームの通過断面積を確保するため、ファラデーカップ20において、二次電子増倍管30の入射部32に近い側の側板部22aの高さを低くしているのである。
このため、本発明においてイオン検出器10に二次電子増倍管30を用いない場合は、ファラデーカップ20の側板部22a,22b,22cは、すべて同じ高さでも良い。
なお、本実施形態に係るイオン検出器10が、二次電子増倍管30を備えていない場合、即ちファラデーカップ20のみを備えている場合においても、同様にファラデーカップ20に当該仕切り板部23を設けることにより、ファラデーカップ20内で発生した二次電子の捕捉をより確実に行うことができる。
このように、ファラデーカップ20の側板部及び仕切り板部の高さが二次電子増倍管30の入射部32に近い側から遠い側に向かって増大していることにより、ファラデーカップ20のイオン捕集効率を上げるとともに、図1に示すように、イオンビームを開口部12から入射部32まで、印加電界等によって曲げて飛行させるときに、ファラデーカップ20に衝突するおそれが抑制される。
本発明のイオン検出器を利用可能な機器の具体例としては、四重極型質量分析計や、四重極型質量分析計を利用したガス分析計等が挙げられる。
イオン源5は、電子源であるカソード電極1と、このカソード電極1に対して正の電位に制御されたアノード電極2と、アノード電極2の内部においてイオンが生成されるイオン化室3と、イオン化室3からイオンの一部を引き出す引き出し電極4を備える。
カソード電極1は、略円筒状のアノード電極2の円周面を略半周強程度囲うように線状に形成されている。アノード電極2は、グリッド状に形成されており、その内部はイオン化室3として構成されている。アノード電極2の質量分離部7側である一端の近傍には、引き出し電極4が配置されている。
イオン検出部8には、本発明のイオン検出器が設けられる。
このようにしてイオン化室3内で生成されたイオンの一部は、引き出し電極4により質量分離部7に導入され、イオンの質量電荷比(m/z)によって分離され、目的のイオンがイオン検出部8に導入される。
イオン検出部8では、上述したイオン検出器100において、ファラデーカップ20又は二次電子増倍管30によりイオンが検出され、電流値に基づきイオンの量が求められる。このイオンの検出量は、イオン化室3に導入されたガスの分圧に比例して増減するので、イオン検出器100による検出量に基づき、ガス分圧を測定することができる。
図3のイオン検出器10Aは、仕切り板部23を複数(例えば3つ)有するファラデーカップ20Aを備える。図3の場合、3つの仕切り板部23によりファラデーカップ20Aが4つのファラデーカップを結合した構成となり、二次電子の漏れ出しによる感度の低下を抑制することができる。
仕切り板部23が複数ある場合、各仕切り板部23の高さは、二次電子増倍管30の入射部32に近い側から遠い側に向かって、連続的または段階的に増大させる。
図4の例では、縁部24は、仕切り板部23の両側に断面T字型に形成されており、仕切り板部23の左右両側で発生した二次電子の漏れ出し抑制に有効である。
図2に示すファラデーカップ20の場合、仕切り板部23は、入射部32に近い側の側板部22a及び入射部32から遠い側の側板部22bに対して平行である。
図6のファラデーカップ201は、仕切り板部23が、入射部32に近い側の側板部22a、入射部32から遠い側の側板部22b、及び底板部21に結合されるように形成されている。
また、図7のファラデーカップ202は、仕切り板部23が、底板部21の対角線に沿って形成されている。
このように底板部21が矩形状でなくても、図2に示すファラデーカップ20と同様の効果を奏する。
また、図10のイオン検出器10Fは、ファラデーカップ20Fの底板部21が、仕切り板部23が形成された中央部に向かって浅くなるように傾斜して形成されている。
このように底板部21が平板状でなくても、図2に示すファラデーカップ20と同様の効果を奏する。
図1に示すように、ファラデーカップ20に仕切り板部23を設けた実施例に係るイオン検出器10と、図12に示すように、ファラデーカップ200に仕切り板部を設けていない比較例に係るイオン検出器100とを作製した。ファラデーカップ20の材質は、いずれもSUS(肉厚0.1mm)である。底板部21は、側板部22a,22bに対して垂直である。また、仕切り板部23は、底板部21に対して垂直であり、側板部22a,22bに対して平行である。
実施例2は、仕切り板部23の高さを4.0mmとした他は、実施例1と同様である。
実施例3は、仕切り板部23の高さを5.0mmとした他は、実施例1と同様である。
アノード電極2には、形状が直径7.5mm、高さが12mmの円筒形状のもので、モリブデンのメッシュで構成したものを採用する。アノード電極2の電位は接地電位に対して+60V、カソード電極1の電位は接地電位に対して+20Vに設定し、カソード電極1とアノード電極2の間に流れる電子電流は、0.1mAで一定となるように調整している。
図13から、比較例のイオン検出器100を用いると、高圧下では低圧下よりイオン電流値のベースライン(ノイズ)が増大し、シグナルのS/N比が低下して、検出限界レベルが悪くなることが分かる。
図14から、実施例1のイオン検出器10を用いると、イオン電流値のベースライン(ノイズ)は、高圧下でも低圧下と同程度であり、同程度の検出限界レベルで測定可能であることが分かる。
最小検出レベルは、質量スペクトルにおいて、ガス中に存在しない質量数であるm/z=10について求めた分圧を3分間続けて測定したときの最大値に対応する圧力値として定義する。
なお、全圧は、アルゴン(40Ar)に対応する質量数であるm/z=40について求めた分圧として測定し、3分間の測定中、一定であることを確認した。同様に、36Arに対応する質量数であるm/z=36についても計測し、この分圧の測定値も一定であることを確認した。
比較例のイオン検出器を用いた場合の最小検出レベルは、図15に示すように、1.08×10−5Paであった。また、実施例のイオン検出器を用いた場合の最小検出レベルは、図16に示すように、2.60×10−6Paであった。
図16に示す測定例においては、測定スピードを500msec/amuとしている。
表1に示す測定例においては、測定スピードを500msec/amuとしている。
定格感度が得られるときのSEM電圧は、実施例2(高さ4mm)及び実施例3(高さ5mm)のときには比較例よりも若干高いが、実施例1(高さ3mm)では比較例と同程度のSEM電圧で定格感度が得られた。SEM電圧は高ければ高いほど、イオン電流を増幅させなければならず、感度低下を招く。したがって、実施例1によれば、FCに仕切りを設けてもSEMに向かうイオンの流れを妨害することがなく、SEM感度の低下を招くことがないことが分かる。
Claims (5)
- イオンビームが通過する開口部を有する筐体と、前記開口部を通るイオンビームの飛行方向延長線上に位置するファラデーカップと、前記飛行方向延長線からそれた方向にイオンビームの入射部を有する二次電子増倍管とを備えるイオン検出器であって、
前記ファラデーカップは、前記飛行方向延長線上に位置する底板部と、前記底板部の周囲に設けられた側板部と、前記側板部に囲まれた内部を複数の空間に区画する仕切り板部とを有し、前記側板部は、前記二次電子増倍管の入射部に近い側から遠い側に向かって、高さが連続的または段階的に増大し、前記仕切り板部は、前記二次電子増倍管の入射部から遠い側における前記側板部の高さよりも低く、かつ前記二次電子増倍管の入射部に近い側における前記側板部の高さよりも高く形成されていることを特徴とするイオン検出器。 - 請求項1に記載のイオン検出器を備えることを特徴とする四重極型質量分析計。
- 底板部と、前記底板部の周囲に設けられた側板部と、前記側板部に囲まれた内部を複数の空間に区画する仕切り板部とを有することを特徴とするファラデーカップ。
- 前記側板部は、一方の側から他方の側に向かって、高さが連続的または段階的に増大し、前記仕切り板部は、前記他方の側における前記側板部の高さよりも低く、かつ前記一方の側における前記側板部の高さよりも高く形成されていることを特徴とするファラデーカップ。
- イオンビームが通過する開口部を有する筐体と、前記開口部を通るイオンビームの飛行方向延長線上に位置するファラデーカップと、前記飛行方向延長線からそれた方向にイオンビームの入射部を有する二次電子増倍管とを備えるイオン検出器に用いられるファラデーカップであって、
前記ファラデーカップは、前記飛行方向延長線上に位置する底板部と、前記底板部の周囲に設けられた側板部と、前記側板部に囲まれた内部を複数の空間に区画する仕切り板部とを有し、前記側板部は、前記二次電子増倍管の入射部に近い側から遠い側に向かって、高さが連続的または段階的に増大し、前記仕切り板部は、前記二次電子増倍管の入射部から遠い側における前記側板部の高さよりも低く、かつ前記二次電子増倍管の入射部に近い側における前記側板部の高さよりも高く形成されていることを特徴とするファラデーカップ。
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