JP2022536086A - イオン化デバイス及び質量分析計 - Google Patents

Abstract

本発明は、容器（１１）内に形成されたイオン化空間（１０）と、イオン化されるガス（２）をイオン化空間（１０）に供給するための吸入システム（６）と、電子ビーム（１９ａ）をイオン化空間（１０）に供給するための少なくとも１つのフィラメント（１５ａ，ｂ）を有する電子源（１４）と、イオン化されたガス（２ａ）をイオン化空間（１０）から排出するための排出システム（１３）とを備える、イオン化デバイス（１２）に関する。フィラメント（１５ａ，ｂ）とイオン化空間（１０）との間には、少なくとも２つの電極（１７ａ－ｃ，１８ａ－ｃ）を備える電子光学系（１６ａ，ｂ）が配置され、及び／又は、イオン化デバイス（１２）は、電子源（１２）のフィラメント（１５ａ，ｂ）において、イオン化空間（１０）内の圧力（ｐ）よりも低い圧力（ｐF）を発生させるように設計された真空発生デバイス（２１）を有する。また、本発明は、上述のように設計されたイオン化デバイス（１２）と、イオン化デバイス（１２）内でイオン化された分析されることになるガス（２ａ）を検出するための検出器（２４）とを備える質量分析計（１）に関する。【選択図】図１

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１９年６月６日出願のドイツ出願番号１０ ２０１９ ２０８ ２７８．５号の優先権を主張するものであり、その開示内容全体は、本出願の開示内容の一部とみなされ、引用により組み込まれる。

（技術分野）
本発明は、容器内に形成されたイオン化空間と、イオン化されることになるガスをイオン化空間に供給するための吸入システムと、イオン化空間に電子ビームを供給するための少なくとも１つのフィラメントを有する電子源と、イオン化ガス又はイオン化ガス成分をイオン化空間から排出するための排出システムとを備えるイオン化デバイスに関する。イオン化ガス又はイオン化ガス成分は、一般に、制御された方法でイオン化空間から外へ導かれる。イオン化デバイスは、供給された（非イオン化の）ガス又はガス成分を外に排出するための排出システムをさらに有することができる。また、本発明は、上述のように設計されたイオン化デバイスと、イオン化デバイス内でイオン化された分析されることになるガスを検出するための検出器とを備えるガスの質量分光分析を行なう質量分析計に関する。

ガスのイオン化を行なうイオン化デバイスは、例えば、質量分析を用いた痕跡分析で必要とされる。電子イオン化は、熱電子効果を用いて、イオン化されるガスに衝突してガスをイオン化させる電子ビームを発生させるために、イオン化のためのフィラメント（電熱線）を有する電子源を使用する。

分析されるガスが、Ｓ／Ｃ（セミコン）マトリックスガスと呼ばれるもの、例えば、水素（Ｈ２）、ハロゲン（Ｆ２、Ｃｌ２、Ｂｒ２）、ハロゲン化合物（ＨＸ、ＣＸｍＨｎ、Ｘ＝ハロゲン）を含む場合、これらのマトリックスガスの又はマトリックスガスイオンの、一般に最大２０００℃までの温度で動作するフィラメント（例えば、タングステン、レ二ウムなど）の（金属製の）材料との有害な反応が存在する可能性がある。（正電気を帯びた）マトリックスイオンは、容器（ソースブロック）内に形成されたイオン化空間から外へフィラメントの方向に加速され、マトリックスイオンは、フィラメントの表面に到達すると、一般に約７０ｅＶ程度の大きさの運動エネルギーを有する。

金属フィラメント材料ＭｅとマトリックスガスＸｎ又はマトリックスガスイオンＸｎ＋との化学反応は、特に、
（１） Ｘｎ＋Ｍｅ→ＭｅＸ_n-m＋ｍＸ
（２） Ｘｎ⁺＋Ｍｅ→Ｍｅ⁺＋Ｘｎ（スパッタリング）
（３） Ｘｎ⁺＋Ｍｅ→ＭｅＸ_n-m ⁺＋ｍＸ（反応性スパッタリング）
ＭｅＸ_n-m＋ｍＸ⁺
を含む。

第２の反応（２）は、マトリックスガスイオンＸ_n ⁺の７０ｅＶの運動エネルギーでの第３の反応（３）に比べて、発生はあまり多くない。反応（１）と（３）は、特にＸｎ＝Ｈ₂又はＸ_n ⁺＝Ｈ⁺、Ｈ₂ ⁺、Ｈ₃ ⁺、Ｎ₂Ｈ⁺、Ｎ₄Ｈ⁺などの場合に関連性が有るが、これらの反応は、他のＳ／Ｃガスの場合にも関連性がある可能性がある。具体的には、反応性スパッタリングは、上述のマトリックスガスの場合に、すなわち、フィラメントの表面材料の化学的除去の場合に発生する可能性がある。

フィラメントは、すなわち、Ｓ／Ｃガスの存在下だけではなく、一般に表面材料の化学的除去の影響を受ける。しかしながら、イオン化デバイスを最大で約０．０１ｍｂａｒまでの高圧で動作させると、フィラメント材料の除去率が明らかに増加し、フィラメントの寿命が劇的に短くなり、例えば、連続動作において約１０週間足らずとなってしまう。この問題は、とりわけ上記のＳ／Ｃマトリックスガスの存在下で見られるが、それだけとは限らない。

米国特許１０，２３６，１６９号には、一次プラズマ領域内のイオン化ガスの準安定粒子及び／又はイオンを発生させるためのプラズマ発生デバイスを有するイオン化デバイスが記載されている。イオン化ガスの準安定粒子及び／又はイオンは、グロー放電が発生する二次プラズマ領域に供給される。イオン化されるガスは、例えば、圧力を０．５ｍｂａｒから１０ｍｂａｒにすることができる二次プラズマ領域でイオン化され、これは、イオン化されるガスによって本質的に発生する。このようなイオン化デバイスの場合、イオン化を目的としたフィラメントの使用を省くことができ、フィラメントは、一般に約１０^-4ｍｂａｒ以下の圧力でのみ使用可能である。

米国特許１０，２３６，１６９号

本発明によって解決される課題は、イオン化デバイス及び質量分析計を提供することであり、ガスの効率の良いイオン化は、電子イオン化を用いて高圧でも可能である。

この課題は、少なくとも２つの電極を有する電子光学系がフィラメントとイオン化空間の間に装着された冒頭に規定されたタイプのイオン化デバイスによって解決される。電子光学系は、一般に、少なくとも２つの、随意的に３又は４以上の電極を有する電極構成を有する。１つの電極は、一般に、電子ビーム又は電子を「ゲートで制御」し、従ってイオン化ブロックの方向に加速させる様式で電子ビーム／電子を移動させるためのアノードとして必要とされる。少なくとも１つのさらなる電極は、以下に詳述するように、異なる目的にも利用できる。一般に、共通の見通し線（直線）（これに沿って開口部が容器内に同様に形成される）に沿って進む電子ビームが通過する電極の開口部は、ここを通って電子ビームがイオン化空間に入る。

一実施形態では、電子光学系は、電子ビームをイオン化空間に集束させるように設計されている。このために、電子光学系は、例えば、一般にイオン化空間の方向に減少する直径を有する２又は３以上の電極を有することができる。電子ビームをイオン化空間へ集束させることは、効率的なイオン化にとって好都合である。このために、電子フォーカスは、最大数の電子がイオン化空間に入ることができるように、イオン化空間への電子のための入口開口部の中に配置される。同じポートを通ってフィラメント方向に容器から出ることができる上述のマトリックスガスのイオンのイオンビームフォーカスは、電子フォーカスとは著しく異なる。従って、フィラメントの表面の方向に容器から出るイオンは、電子光学系によって著しく集束されず、これが付加的な利点として利用され、フィラメントの劣化を防止する。

さらなる実施形態では、電子光学系は、少なくとも１つの電極でフィラメントの放出電流を測定するように設計されている。この場合は、電極は、熱電子効果で発生する電子電流を測定するための測定電極又はセンサーとして機能する。これは、一般に、電子ビーム中のすべての電子が特定の電極の開口部を通過せず、一部の電子が測定電極にぶつかるか又はそれに向かって散乱するという事実を利用したものである。単位時間当たりの測定電極にぶつかる電子の数は、例えば、電子光学系又はイオン化デバイスの他の場所に配置された高感度電流測定デバイス、電荷増幅器などを用いて測定することができる。

本実施形態の一進展では、イオン化デバイスは、フィラメントの一次電流又は放出電流を目標放出電流に制御するための制御装置を備える。制御装置は、例えば、フィラメントを加熱する働きをする抵抗ヒーターの電源の役割を果たすことができる。電源によって発生した電流は、フィラメントを通って、フィラメントの温度、従って放出電流に影響を与える。もしくは、制御装置は、放出電流を調整するために、電子光学系の１又は場合によっては２以上の電極の電圧又は電位を変化させることができる。ここでは、測定電極を用いて測定された実際の放出電流は、目標放出電流に一致するまで変えられるが、目標放出電流は、例えば、時間と共に一定となるように選択することができる。

さらなる実施形態では、電子光学系は、容器の開口部から離れる電子ビームの偏向のための少なくとも１つの切替え可能な電極を有する。切替え可能な電極は、電子ビームを開口部から偏向させる働きをし、従って、電子ビームがイオン化空間へ侵入するのを防ぐ働きをする。これは、例えば、既にイオン化されたガスがイオン化デバイスに入る場合、又は空試料を受け入れる場合に好都合である。電子ビームの偏向によって実現できることは、その目的のためにフィラメントのスイッチを切ることなく、電子ビームをイオン化空間に入れないことであり、フィラメントの温度が一定のままであることを意味する。

さらなる実施形態では、フィラメントは、容器から少なくとも０．５ｃｍ、好ましくは少なくとも３ｃｍ、特に少なくとも５ｃｍの距離に配置される。イオン化空間又は容器から比較的遠い距離のおかげで、電子ビーム開口部を通って流出するマトリックスガス流が上手く希釈されるか又は局部的なガス圧が著しく低減され、これはフィラメント寿命に関して好ましい効果を有する。同時に、フィラメントに到達するイオン化されるガスの成分のうちのイオンの数が減少する。電子光学系を用いて達成できることは、比較的遠い距離にもかかわらず、十分に多数の電子がイオン化空間に入ることである。

さらなる実施形態では、電子源は、好ましくは各々が容器内の反対側の開口部を通って電子ビームを供給する働きをする２つのフィラメントを備える。電子源に２つのフィラメントを設けることで、１つのフィラメントが故障して又は壊れて交換する必要がある場合でもイオン源の動作を継続できる。従って、一般に、１つのフィラメントだけがイオン化デバイスの動作で使用され、従って１つの電子ビームだけがイオン化空間に供給される。

さらなる実施形態では、イオン化デバイスは、イオン化空間において１０^-4ｍｂａｒより大きく、１ｍｂａｒより大きくない圧力を発生させるように設計される。イオン化空間内に上記の規定範囲内の比較的高圧が存在する場合、随意的に、減圧のための付加的な圧力ステージを設けることなく、吸入システムを介して分析されるガスをイオン化デバイスに入れることができる。

さらなる実施形態では、吸入システムのフローコンダクタンス及び排出システムのフローコンダクタンスは、異なる圧力範囲に設定される。フローコンダクタンスの値は、局部的な圧力の関数である。フローコンダクタンスは、所定の吸引容量の大きさを有し、例えばリットル／秒で規定される。フローコンダクタンスは、流れ抵抗の逆数である。一般に分析されるガスを含むプロセス容器に容器（「ソースブロック」）を接続する、吸入システム、より具体的には、例えば、管状形態（例えば、コルゲート管）の構成要素は、排出システムよりも大きなフローコンダクタンスを有する（従って、流れ抵抗が小さい）。最も簡単な場合には、排出システムは、容器上に形成されたイオン化ガスのための出口開口部とすることができる。イオン化されるガスを容器へ導入するための管状構成要素及び出口開口部は、任意に配置することができるが、イオン化空間の両側で見通し線上とすることもできる。

管状構成要素の断面又は直径は、イオン化空間の断面又は直径と一致することができるが、排出システム、最も簡単な場合には出口開口部の断面又は直径はより小さい。吸入システムと排出システムのフローコンダクタンスの比は、最大化されることになるイオン化空間の平均圧力を決定する（一般に約０．０１ｍｂａｒまで）。

本発明のさらなる態様は、冒頭で規定したタイプのイオン化デバイスに関し、これは特に第１の態様に従って構成することができ、電子源のフィラメントにおいてイオン化空間内の圧力よりも低い圧力を発生させるように構成された真空発生デバイスを含む。上述のように、フィラメントは、一般に比較的低い圧力で動作するが、イオン化空間には比較的高い圧力が存在するはずである。従って、イオン化空間の圧力に比べてフィラメントの領域での圧力を下げるために、フィラメントの環境に真空発生デバイスを配置するか又は真空接続が存在する場合が好都合であることが分かっている。真空発生デバイスは、例えば、その目的のために設けられた別個の真空ポンプ、例えば、ターボ分子ポンプとすることができる。もしくは、真空発生デバイスは、分流ポンプ又はそのように呼ばれるもの、すなわち、２又は３以上の異なるガス圧を発生させるための２又は３以上の排気口を有するポンプを含むことができる。フィラメント領域内に圧力を発生させるための排気口に加えて、分流ポンプのさらなる排気口は、例えば、イオン化ガスの分析に役立つ検出器内の真空発生のために利用することができる。

一進展では、真空発生デバイスは、フィラメントで１０^-8ｍｂａｒから１０^-4ｍｂａｒの圧力を発生させるように設計されている。フィラメントが約１０^-4ｍｂａｒ未満の圧力で動作すると、マトリックスガスの多数のイオンがフィラメントに到達してフィラメント材料の劣化の原因となるのを防ぐことができるので、好都合である。

本発明のさらなる態様は、上述のように設計されたイオン化デバイスと、イオン化デバイスでイオン化された分析されることになるガスを検出するための検出器とを備える質量分析計に関する。質量分析計は、一般に、イオン化空間から検出器にイオン化ガスの移送、又は制御された誘導のためのイオン移送デバイスをさらに有する。質量分析計は、イオン化空間からイオン化ガスを随意的にパルス抽出するための抽出デバイスを有することもでき、この抽出デバイスは、１又は２以上の電極を備えることができる。

本発明のさらなる特徴及び利点は、以下の本発明の実施例の説明から、本発明にとって不可欠の詳細を示す図面から、及び特許請求の範囲から明らかである。個々の特徴の各々は、本発明の１つの変形例において、単独で又は何らかの組み合わせでもって複数で実施することができる。
実施例は、概略図で示されており、以下の説明で明らかにされる。

電子光学系を備えた電子源を有するガスのイオン化のためのイオン化デバイスを備えた質量分析計の概略図を示す。

以下の図面の説明では、同一の参照数字は、同一の又は同じ機能をもつ構成要素に使用される。

図１は、イオン化されるガス２を質量分光分析するための質量分析計１を概略的な形態で示す。ガス２は、マトリックスガス３の形態でのガス成分と、例えば基板のエッチングで形成されたエッチング生成物のさらなるガス成分とを含む。ガス２は、図１では一部だけが示されているプロセス容器５の内部を形成する、質量分析計１の外側のプロセス空間４の中に存在する。質量分析計１は、吸入システム６を介してプロセス容器５に接続される。この接続は、例えば、フランジを用いて形成することができる。エッチングプロセスで発生するガス２の代わりに、質量分析計１を用いてコーティングプロセス、プロセス容器５のクリーニングなどで生じるガス２を分析することも可能である。

吸入システム６は制御可能であり、つまり、図示の例では、吸入システム６は、この吸入システム６を開閉することができる高速切替えバルブ７を有する。バルブ７は、制御装置８を用いて作動させることができる。制御装置８は、例えば、吸入システム６の制御及び質量分析計１のさらなる機能（下記参照）を可能にするように適切にプログラムされたデータ処理システム（ハードウェア、ソフトウェアなど）とすることができる。

吸入システム６は、図示の例ではコルゲートステンレス鋼ホースの形態の管状構成要素９を有する。管状構成要素９は、例えば、ねじ結合によって質量分析計１に着脱自在に結合される。コルゲートホースの形態の管状構成要素９を備えた制御可能な吸入システム６によって、ガス２は、質量分析計１のイオン化デバイス１２の金属製の加熱可能な容器１１（「ソースブロック」）の内部を形成するイオン化空間１０に入る。コルゲートホース９は、２つの反対側で開放されたイオン化空間１０の片側で終端する。イオン化デバイス１２は、図示の例では、容器１１のイオン化空間１０からイオン化ガス２ａを排出するための出口開口部１３の形態の排出システムを有する。出口開口部１３は、コルゲートホース９とは反対側の容器１１の側面に形成される。

図示の例では、イオン化デバイス１２は、第１及び第２のフィラメント（加熱線）１５ａ，１５ｂを備えた電子源１４を有する。イオン化デバイス１２は、それぞれのフィラメント１５ａ，１５ｂを通る熱流量を調整するために、信号伝達の目的で制御装置８に接続される。制御装置８は、信号伝達の目的で第１及び第２の電子光学系１６ａ，１６ｂにも接続される。第１の電子光学系１６ａは、第１のフィラメント１５ａとイオン化空間１０との間に、より具体的には、第１のフィラメント１５ａと、イオン化空間１０へ（第１の）電子ビーム１９ａを進入させるための第１の開口部２０ａとの間に配置される。これに対応して、第２の電子光学系１６ｂは、第２のフィラメント１５ｂとイオン化空間１０との間に、より具体的には、第２のフィラメント１５ｂと、イオン化空間１０へ第２の電子ビーム（図示せず）を進入させるための開口部２０ｂとの間に配置される。第１の電子光学系１６ａ及び第２の電子光学系１６ｂの各々は、図示の例では、制御装置８によって個別に制御することができ、３つの電極１７ａ－ｃ，１８ａ－ｃを有する。それぞれの電子光学系１６ａ，１６ｂが３つの電極１７ａ－ｃ，１８ａ－ｃを有することは、単に例示目的であり、より多くの又はより少ない電極を備えることもできることが明らかであろう。

図面から分かるように、電子源１４は２つのフィラメント１５ａ，１５ｂを備えるが、第１のフィラメント１５ａのみが、イオン化デバイス１２の動作中に電子ビーム１９ａを発生させ、この電子ビームは、開口部２０ａを介してイオン化空間１０に供給される。一方、第２のフィラメント１５ａは、イオン化デバイス１２の動作中には不作動である。イオン化デバイス１２の動作中に第１のフィラメント１５ａが故障するか又は完全に機能しなくなった場合、２つのフィラメント１５ａ，１５ｂを設けることで、欠陥のある第１のフィラメント１５ａを交換する間に第２のフィラメント１５ｂを使用してイオン化デバイス１２の動作を継続することができ、その逆も同様である。図示の例では、開口部２０ａ，２０ｂは、加熱可能な容器１１内に互いに対向して配置され、フィラメント１５ａ，１５ｂは、見通し線（直線）に沿って互いに対向するようになっている。

電子源１４、より具体的には、図示の例では２つのフィラメント１５ａ，１５ｂを備えたその円筒状内部は、それぞれの開口部２０ａ，２０ｂを介してのみ、容器１１内のイオン化空間１０に接続される。それぞれのフィラメント１５ａ，１５ｂは、容器１１から距離Ａのところに配置され、その距離は、０．５ｃｍ以上、図示の例では約３ｃｍであるが、随意的に５ｃｍ以上とすることもできる。フィラメント１５ａ，１５ｂの容器１１からの比較的大きな距離Ａは、電子光学系１６ａ，１６ｂによって可能になり、イオン化されるガス２又はイオン化ガス２ａ内に存在するマトリックスガス３又はマトリックスガスイオンとの反応によるフィラメント１５ａ，１５ｂの金属材料、例えば、タングステン又はレニウムの劣化を低減する働きをする。

これは、図示のイオン化デバイス１２の場合に特に好都合であり、このデバイスは、イオン化空間１０内に比較的高い（静的な）圧力ｐを発生させるように設計されており、この圧力ｐは、約１０^-4ｍｂａｒから約１ｍｂａｒとすることができ、図示の例では約０．０１ｍｂａｒである。イオン化空間１０内に比較的高い圧力ｐを発生させるために、吸入システム６のフローコンダクタンス（ｆｌｏｗ ｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅ）Ｃ_Eは、排出システム１３のフローコンダクタンスＣ_Aよりも大きい。図示の例では、吸入システム６のフローコンダクタンスＣ_Eは、管状構成要素９によって、より具体的には管状構成要素９の直径Ｄ_Eによって予め定義される。排出システム１３のフローコンダクタンスＣ_Aは、出口開口部の直径Ｄ_Aによって予め定義される。フローコンダクタンスＣ_E／Ｃ_Aの比は、イオン化空間１０内の（平均）圧力ｐを決定し、この圧力ｐは、通常は最大化される必要がある。

イオン化空間１０内の高圧ｐの効果は、概して、比較的多くのマトリックスガス３の原子又は分子が、容器１０からそれぞれの開口部２０ａ，２０ｂを通過して電子源１４の内部に入り、それぞれのフィラメント１５ａ，１５ｂに到達することである。

図示の例では、イオン化デバイス１２は、電子源１４の内部、従ってそれぞれのフィラメント１５ａ，１５ｂで、イオン化空間１０の圧力ｐよりも小さな圧力ｐ_Fを発生させるために、ターボ分子ポンプの形態の真空発生デバイス２１を有する。それぞれのフィラメント１５ａ，１５ｂの領域における圧力ｐ_Fは、例えば、約１０^-8ｍｂａｒから１０^-4ｍｂａｒの範囲とすることができる。低い圧力ｐ_Fは、フィラメント１５ａ，１５ｂの材料と反応することができるマトリックスガス３の粒子の数を明らかに減少させる。このようにして、フィラメント１５ａ，１５ｂの寿命を延ばすことができる。

図示の例では、それぞれの電子光学系１６ａ，１６ｂの３つの電極１７ａ－ｃ，１８ａ－ｃは、電子ビーム１９ａをイオン化空間１０内の集束位置Ｆに集束させるように設計される。このために、電極１７ａ－ｃ，１８ａ－ｃの各々は、中央開口部を有し、開口部の直径は、それぞれのフィラメント１５ａ，１５ｂからの距離が大きくなるにつれて小さくなる。開口部２０ｂを通ってイオン化空間１０から離れて電子源１４に入るマトリックスガス３のイオンの集束は、それらの明らかに大きな質量の結果として、電子ビーム１９ａの集束位置Ｆとは著しく異なるので、マトリックスガス３のイオンは、イオン化空間１０から出てフィラメント１５ａ，１５ｂに衝突する前に電子光学系１６ａ，１６ｂによって集束されない。これにより、それぞれのフィラメント１５ａ，１５ｂの材料との反応の確率が下がり、その寿命が延びる。

図示の例では、電子光学系１６ａ、より具体的には、第２の電極１７ｂは、第１のフィラメント１５ａの放出電流Ｉ_Eを測定する働きをする。放出電流Ｉ_Eは、第１のフィラメント１５ａから出る単位時間当たりの電子の数を意味することを理解されたい。放出電流Ｉ_Fの測定値は、所定の時間間隔で第２の電極１７ｂに衝突する電子の数である。これは、第１のフィラメント１５ａから出る電子のうちの概して原則的に一定の割合が第２の電極１７ｂに衝突するという事実を利用しており、従って、第２の電極１７ｂは、測定電極として、又は（比例した）放出電流Ｉ_Fを測定するためのセンサーとしての機能を果たすことができる。単位時間当たりの第２の電極１７ｂに衝突する電荷又は電子の数は、例えば、電子光学系１６ａの一部を形成する、例えば電荷増幅器などの形態の電流測定デバイス（図示せず）で測定することができる。制御装置８は、電子光学系１６ａと接触しており、フィラメント１５ａの放出電流Ｉ_Fを一定の目標放出電流Ｉ_F,Sに制御するように設計されており、目標放出電流Ｉ_F,Sは、制御装置８の記憶装置に記録され、通常、分析されるガス２に応じて決定される。放出電流Ｉ_Fの制御のために、制御装置８は、例えば、第１のフィラメント１５ａを通る電流、従ってその温度を変化させるために、電流源の役割を果たすことができる。

電子光学系１６ａの第３の電極１７ｃは、図示の例では切替え可能であり、その電位は、少なくとも２つの異なる電位値の間で切替えることができることを意味する。切替え状態では、第３の電極１７ｃに印加される電位又は第１のフィラメント１５ａの電位に対する差分が十分に大きい場合、電子ビーム１９ａは、開口部２０ａから離れて、フィラメントの方向に戻って又は第３の電極１７ｃに向かって偏向され、開口部２０ａを通ってイオン化空間１０には入らない。これは、例えば、既にイオン化されたガスがイオン化デバイス１２に入る場合、又は空試料を受け入れる場合に好都合である。第２の電子光学系１６ｂの第３の電極１８ｃは、これに対応して設計されている。切替え可能な第３の電極１７ｃ，１８ｃのおかげで、電子ビーム１９ａがイオン化空間１０に入らない場合に、フィラメント１５ａ，１５ｂの温度が一定のままであるように、フィラメント１５ａ，１５ｂのスイッチを切るか又はこれを冷却する必要がなくなる。従って、電子源１４は、ガス２の質量分光分析に有用な場合にのみ、電子ビーム１９ａがイオン化空間１０に入るように、パルス方式で動作させることができる。

質量分析計１では、出口開口部１３の形態の排出システムの後に、イオン化空間１０からのイオン化ガス２ａを検出器２４に移送するためのイオン移送デバイス２２が続き、イオン化ガス２ａは、質量分析法によって分析される。図示の例では、イオン移送デバイス２２は、イオン化空間１０からのイオン化ガス２ａを抽出し、イオン移送デバイスの方向にイオン化ガス２ａを加速し、随意的にイオン化ガス２ａを集束するために、次に検出器２４においてこれを質量で分離するために、電極構成の形態の抽出デバイス２３を有する。

さらに上述の手段を用いて、高圧ｐで分析されるガス２のイオン化のために設計された質量分析計１のフィラメント１５ａ，１５ｂの寿命を明らかに延ばすことができる。加えて、それぞれのフィラメント１５ａ，１５ｂの安定した放出電流Ｉ_E,Sを設定することができる。さらに上述のイオン化デバイス１２は、質量分析計１だけでなく、比較的高圧でガスがイオン化される必要がある、他の多くの分野でも使用できることが明らかであろう。

１ 質量分析計
２ ガス
２ａ イオン化ガス
３ マトリックスガス
４ プロセス空間
５ プロセス容器
６ 吸入システム
７ 高速切替えバルブ
８ 制御装置
９ 管状構成要素
１０ イオン化空間
１１ 容器
１２ イオン化デバイス
１３ 排出システム
１４ 電子源
１５ａ 第１のフィラメント
１５ｂ 第２のフィラメント
１６ａ 電子光学系
１６ｂ 電子光学系
１７ａ 第１の電極
１７ｂ 第２の電極
１７ｃ 第３の電極
１８ａ 第１の電極
１８ｂ 第２の電極
１８ｃ 第３の電極
１９ａ 電子ビーム
２０ａ 第１の開口部
２０ｂ 第２の開口部
２１ 真空発生デバイス
２２ イオン移送デバイス
２３ 抽出デバイス
２４ 検出器

Claims (12)

1. イオン化デバイス（１２）であって、
   容器（１１）内に形成されたイオン化空間（１０）と、
   イオン化されるガス（２）を前記イオン化空間（１０）に供給するための吸入システム（６）と、
   前記イオン化空間（１０）に電子ビーム（１９ａ）の供給を行なう少なくとも１つのフィラメント（１５ａ，ｂ）を有する電子源（１４）と、
   イオン化ガス（２ａ）を前記イオン化空間（１０）から排出するための排出システム（１３）と、
   を備え、
   少なくとも２つの電極（１７ａ－ｃ，１８ａ－ｃ）を含む電子光学系（１６ａ，ｂ）が、前記フィラメント（１５ａ，ｂ）と前記イオン化空間（１０）との間に設置される、イオン化デバイス（１２）。
2. 前記電子光学系（１６ａ，ｂ）は、前記電子ビーム（１９ａ）を前記イオン化空間（１０）に集束させるように設計されている、請求項１に記載のイオン化デバイス。
3. 前記電子光学系（１６ａ，ｂ）は、少なくとも１つの電極（１７ｂ，１８ｂ）で前記フィラメント（１５ａ，ｂ）の放出電流（Ｉ_F）を測定するように構成されている、請求項１又は２に記載のイオン化デバイス。
4. 前記フィラメント（１５ａ，ｂ）の前記放出電流（Ｉ_F）を目標放出電流（Ｉ_F,S）に制御するための制御装置（８）をさらに備える、請求項３に記載のイオン化デバイス。
5. 前記電子光学系（１６ａ，ｂ）は、前記電子ビーム（１９ａ）を容器（１１）内の開口部（２０ａ，２０ｂ）から離れて偏向させるための少なくとも１つの切替え可能な電極（１７ｃ，１８ｃ）を有する、請求項１～４のいずれかに記載のイオン化デバイス。
6. 前記フィラメント（１５ａ，ｂ）は、前記容器（１１）から少なくとも０．５ｃｍ、好ましくは少なくとも３ｃｍ、具体的には少なくとも５ｃｍの距離（Ａ）に配置されている、請求項１～５のいずれかに記載のイオン化デバイス。
7. 前記電子源（１４）は、好ましくは、各々が前記容器（１１）の対向する開口部（２０ａ、２０ｂ）を通って１つの電子ビーム（１９ａ）を供給する働きをする２又は３以上のフィラメント（１５ａ、ｂ）を備える、請求項１～６のいずれかに記載のイオン化デバイス。
8. 前記イオン化空間（１０）内に１０^-4ｍｂａｒより大きな及び１ｍｂａｒより大きくない圧力（ｐ）を発生させるように設計されている、請求項１～７のいずれかに記載のイオン化デバイス。
9. 前記吸入システム（６）のフローコンダクタンス（Ｃ_E）は、前記排出システム（１３）のフローコンダクタンス（Ｃ_A）よりも大きい、請求項１～８のいずれかに記載のイオン化デバイス。
10. 前記電子源（１２）の前記フィラメント（１５ａ，ｂ）において、前記イオン化空間（１０）内の圧力（ｐ）よりも低い圧力（ｐ_F）を発生させるように構成される真空発生デバイス（２１）を有する、請求項１の前提部分に記載の、特に請求項１～９のいずれかに記載のイオン化デバイス装置。
11. 前記フィラメント（１５ａ，ｂ）において、１０^-8ｍｂａｒ～１０^-4ｍｂａｒの圧力（ｐ_F）を発生させるように構成される、請求項１０に記載のイオン化デバイス。
12. ガス（２）の質量分光分析を行なう質量分析計（１）であって、
    請求項１～１１のいずれかに記載のイオン化デバイス（１２）と、
    前記イオン化デバイス（１２）内でイオン化された分析されることになる前記ガス（２ａ）を検出するための検出器（２４）と、
    を備える、質量分析計（１）。

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