JP2523781B2 - 飛行時間型／偏向二重収束型切換質量分析装置 - Google Patents
飛行時間型／偏向二重収束型切換質量分析装置Info
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- H01J49/288—Static spectrometers using electrostatic and magnetic sectors with simple focusing, e.g. with parallel fields such as Aston spectrometer with energy analysis, e.g. Castaing filter using crossed electric and magnetic fields perpendicular to the beam, e.g. Wien filter
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、飛行時間型／偏向二重収束型切換質量分析
装置に関する。
装置に関する。
第３図は写像型イオンマイクロアナライザの従来例を
示す図であり、11はイオン源、12と16は静電レンズ、13
は一次イオンビーム、14は試料、15は二次イオンビー
ム、17は入口スリット、18は球面電場、19はエネルギー
スリット、20は中間レンズ、21は一様扇形磁場、22は質
量分離スリット、23は投影レンズ、24は蛍光スクリーン
を示す。
示す図であり、11はイオン源、12と16は静電レンズ、13
は一次イオンビーム、14は試料、15は二次イオンビー
ム、17は入口スリット、18は球面電場、19はエネルギー
スリット、20は中間レンズ、21は一様扇形磁場、22は質
量分離スリット、23は投影レンズ、24は蛍光スクリーン
を示す。
イオンマイクロアナライザ（IMA）は、一次イオンビ
ームの照射により試料表面から放出される試料原子の二
次イオンを質量分析し、固体表面の微小部分の元素分析
を行うものであり、大別すると一次イオンを走査してイ
オン像を得る走査型と、走査せずに直接イオン像を得る
写像型がある。そのうち従来の写像型IMAのイオン光学
図を示したのが第３図である。
ームの照射により試料表面から放出される試料原子の二
次イオンを質量分析し、固体表面の微小部分の元素分析
を行うものであり、大別すると一次イオンを走査してイ
オン像を得る走査型と、走査せずに直接イオン像を得る
写像型がある。そのうち従来の写像型IMAのイオン光学
図を示したのが第３図である。
第３図に示すIMAでは、イオン源11で発生した比較的
太い一次イオンビーム13が試料14の分析領域全体に照射
され、この領域から放出された二次イオン15が接続光学
系を構成する静電レンズ16を通して質量分析系MSへ送ら
れる。そして、この質量分析系MSで質量分析され、投影
レンズ23で特定質量のイオンのみの像が二次元検出器で
ある例えば蛍光スクリーン24上に投影される。
太い一次イオンビーム13が試料14の分析領域全体に照射
され、この領域から放出された二次イオン15が接続光学
系を構成する静電レンズ16を通して質量分析系MSへ送ら
れる。そして、この質量分析系MSで質量分析され、投影
レンズ23で特定質量のイオンのみの像が二次元検出器で
ある例えば蛍光スクリーン24上に投影される。
上記のようなIMAでは、試料14の表面から放出される
二次イオン15のエネルギー幅が大きいため、質量分析系
MSとして球面電場18と一様扇形磁場21を直列に接続した
二重収束質量分析系が使用され、入口スリット17の位置
にイオン源部のクロスオーバーを形成し質量分離スリッ
ト22の位置に像を作ることによって二次イオンの質量分
離を行っている。
二次イオン15のエネルギー幅が大きいため、質量分析系
MSとして球面電場18と一様扇形磁場21を直列に接続した
二重収束質量分析系が使用され、入口スリット17の位置
にイオン源部のクロスオーバーを形成し質量分離スリッ
ト22の位置に像を作ることによって二次イオンの質量分
離を行っている。
しかし、上記構成のIMAは、クロスオーバーとイオン
像の双方についてエネルギーの収差が零であるようにし
二重収束条件を満足させるためにはその調製作業に熟練
と時間を要し、また、図示のように質量分析系が電場1
8、中間レンズ20、磁場21を直列に並べた大掛りな構成
になってしまう等の問題がある。
像の双方についてエネルギーの収差が零であるようにし
二重収束条件を満足させるためにはその調製作業に熟練
と時間を要し、また、図示のように質量分析系が電場1
8、中間レンズ20、磁場21を直列に並べた大掛りな構成
になってしまう等の問題がある。
そこで、本出願人は、質量分析系において磁場及び該
磁場と直交する方向の電場を同一領域に存在させた重畳
場質量分析系を用いたIMAを提案（特願昭62−234130
号）した。以下にその概要を説明する。
磁場と直交する方向の電場を同一領域に存在させた重畳
場質量分析系を用いたIMAを提案（特願昭62−234130
号）した。以下にその概要を説明する。
第４図は写像型イオンマイクロアナライザの改良例を
示す図、第５図は重畳場発生手段の概略図、第６図はｌ
＝０のトロイダル電場の分布を説明するための図、第７
図は重畳場発生手段の具体的な構成例を示す図、第８図
は基板の形状を説明するための図である。図中、第３図
と同一記号は同一のものを示し、31は重畳場、32は一様
磁場、33はトロイダル電場、34は投影レンズ、35は質量
選択スリット、36は蛍光スクリーン、37と37′は磁極
片、38と38′は基板を示す。
示す図、第５図は重畳場発生手段の概略図、第６図はｌ
＝０のトロイダル電場の分布を説明するための図、第７
図は重畳場発生手段の具体的な構成例を示す図、第８図
は基板の形状を説明するための図である。図中、第３図
と同一記号は同一のものを示し、31は重畳場、32は一様
磁場、33はトロイダル電場、34は投影レンズ、35は質量
選択スリット、36は蛍光スクリーン、37と37′は磁極
片、38と38′は基板を示す。
第４図において、重畳場31は、紙面に垂直な一様磁場
32と紙面上で該一様磁場32に直交する方向を持つトロイ
ダル電場33を同一領域に存在させたものである。Ｏはイ
オンの中心軌道であり、イオン像に関しては、接続光学
系16により試料表面のイオン像Ｆが形成され、重畳場31
により変換されたイオン像Ｆ′が蛍光スクリーン36の位
置にＦとして投影される。
32と紙面上で該一様磁場32に直交する方向を持つトロイ
ダル電場33を同一領域に存在させたものである。Ｏはイ
オンの中心軌道であり、イオン像に関しては、接続光学
系16により試料表面のイオン像Ｆが形成され、重畳場31
により変換されたイオン像Ｆ′が蛍光スクリーン36の位
置にＦとして投影される。
イオンビームの中心軌道が等電位面上に存在するよう
にした電場と、この電場に略直交する一様磁場とを同時
に存在させた重畳場中を飛行するイオンの運動を第５図
に示す円筒座標（r,φ,z）で説明する。
にした電場と、この電場に略直交する一様磁場とを同時
に存在させた重畳場中を飛行するイオンの運動を第５図
に示す円筒座標（r,φ,z）で説明する。
第５図において、一対の基板38、38′は、その表面に
多数の線状電極が同心状に配置されたものであり、一対
の磁極片37、37′の表面に取り付けられる。そして、一
対の磁極片37、37′によってその間に垂直な方向の一様
磁場が形成され、一対の基板38、38′上の電極に適当な
電位を与えることによって上記磁場に直交する方向を持
つ電場が形成される。
多数の線状電極が同心状に配置されたものであり、一対
の磁極片37、37′の表面に取り付けられる。そして、一
対の磁極片37、37′によってその間に垂直な方向の一様
磁場が形成され、一対の基板38、38′上の電極に適当な
電位を与えることによって上記磁場に直交する方向を持
つ電場が形成される。
ここで、ｚ＝０の平面内のｒ＝ａの円周（イオンビー
ムの中心軌道）上において、電場は、強さが一定で中心
方向を向いており、磁場はｚ方向を向いているものと
し、ｚ＝０、ｒ＝ａの近傍の電磁場を取り扱うため、 ｒ＝ａ（１＋ρ） Ｚ＝ａζ （ただし、ρ，ζ＜＜１） とおく。そこで、重畳場におけるイオンの軌道を決定す
る方程式を一次近似で表すと、 ｒ方向に関しては、 ｚ方向に関しては、 となる。ここで、係数Kr2及びKz2は、電場と磁場によっ
て決まる定数であり、磁場として一様磁場を用いた場合
には、 と表される。そして、係数Kr2は、ｒ方向の一次のイオ
ンの収束特性を決定し、Kz2は、ｚ方向の一次のイオン
の収束特性を決定する。また、γとβは、それぞれ質量
及び速度の相対変化率である。ｌは、電場を中心軌道の
廻りにテイラー展開した時の一次の展開係数であり、 ｌ＝−（１＋ｃ） で表される。ここで、ｃは、イオンビームの中心軌道平
面内の中心軌道と一致する等電位線の曲線半径ａと、ｚ
軸を含む平面内のその中心軌道を通る等電位線の曲率半
径Reとの比（a/Re）である。また、am及びaeは、それぞ
れ磁場及び電場が単独で存在すると仮定した時のイオン
の中心軌道の半径である。そして、ａとの間には、 1/a＝1/ae＋1/am なる関係がある。
ムの中心軌道）上において、電場は、強さが一定で中心
方向を向いており、磁場はｚ方向を向いているものと
し、ｚ＝０、ｒ＝ａの近傍の電磁場を取り扱うため、 ｒ＝ａ（１＋ρ） Ｚ＝ａζ （ただし、ρ，ζ＜＜１） とおく。そこで、重畳場におけるイオンの軌道を決定す
る方程式を一次近似で表すと、 ｒ方向に関しては、 ｚ方向に関しては、 となる。ここで、係数Kr2及びKz2は、電場と磁場によっ
て決まる定数であり、磁場として一様磁場を用いた場合
には、 と表される。そして、係数Kr2は、ｒ方向の一次のイオ
ンの収束特性を決定し、Kz2は、ｚ方向の一次のイオン
の収束特性を決定する。また、γとβは、それぞれ質量
及び速度の相対変化率である。ｌは、電場を中心軌道の
廻りにテイラー展開した時の一次の展開係数であり、 ｌ＝−（１＋ｃ） で表される。ここで、ｃは、イオンビームの中心軌道平
面内の中心軌道と一致する等電位線の曲線半径ａと、ｚ
軸を含む平面内のその中心軌道を通る等電位線の曲率半
径Reとの比（a/Re）である。また、am及びaeは、それぞ
れ磁場及び電場が単独で存在すると仮定した時のイオン
の中心軌道の半径である。そして、ａとの間には、 1/a＝1/ae＋1/am なる関係がある。
また、ｒ方向の像位置での分散Ｄは、 Ｄ＝ａδ（１＋Ｘ） で表される。ただし、Ｘは像倍率である。
そこで、分散Ｄについて考察すると、 a/am＝２ の場合には、 δ＝γ/Kr2 となり、質量分散のみが生じ、同一質量であればイオン
の速度やエネルギーによる分散は生じないので、このま
まで二重収束の条件が成立する。また、 a/am＝０ 即ちamが無限大の場合には、 δ＝（γ＋２β）/Kr2となり、このときはイオンは電
場による力のみを受け、すべてのイオンが自分の持つ運
動エネルギーだけで分散が生じ、エネルギー分離が起こ
る。
の速度やエネルギーによる分散は生じないので、このま
まで二重収束の条件が成立する。また、 a/am＝０ 即ちamが無限大の場合には、 δ＝（γ＋２β）/Kr2となり、このときはイオンは電
場による力のみを受け、すべてのイオンが自分の持つ運
動エネルギーだけで分散が生じ、エネルギー分離が起こ
る。
また、立体収束の条件は、上記双方の場合ともKr2＝K
z2＝１を成立させればよい。従って、a/am＝２の場合に
は、ｌ＝０の時に上記の条件を成立させることができ、
ｃ＝−１、即ちRe＝−ａとすればよい。これは、ｚ軸を
含む平面内のその中心軌道を通る等電位線の曲率半径Re
として第６図に示すように第５図とは逆方向の半径ａを
与えることである。また、a/am＝０の場合には、ｌ＝−
２の時に上記の条件を成立させることができ、ｃ＝１、
即ちRe＝ａとすればよい。これは、等電位線の曲率半径
Reをａに一致させることである。
z2＝１を成立させればよい。従って、a/am＝２の場合に
は、ｌ＝０の時に上記の条件を成立させることができ、
ｃ＝−１、即ちRe＝−ａとすればよい。これは、ｚ軸を
含む平面内のその中心軌道を通る等電位線の曲率半径Re
として第６図に示すように第５図とは逆方向の半径ａを
与えることである。また、a/am＝０の場合には、ｌ＝−
２の時に上記の条件を成立させることができ、ｃ＝１、
即ちRe＝ａとすればよい。これは、等電位線の曲率半径
Reをａに一致させることである。
ｌ＝０及びｌ＝−２の条件を満足する電場及びそれに
重畳する一様磁場を発生するためを重畳場発生手段の構
成例を示したのが第７図である。
重畳する一様磁場を発生するためを重畳場発生手段の構
成例を示したのが第７図である。
第７図において、基板38、38′は、セラミック等の絶
縁物でつくられ、第８図に示すようにイオンの中心軌道
に沿った円弧状の形状が与えられている。そして、その
対向する面には、塗布や蒸着等の処理により薄い抵抗被
膜39、39′が形成されており、さらにその抵抗被覆39、
39′の上に、例えば0.5mm幅の多数の同心円弧状電極A1
〜An、B1〜Bnが0.5mmのピッチで配列されている。この
電極パターンは、例えばマスクを使った導電体の塗布や
蒸着、或いは通常の電子機器で使用されるプリント基板
と同様のパターン露光及びエッチングの技術等により作
製することができる。このようにして作製されたそれぞ
れの基板の電極には、電場電源40から引き出し線を介し
て所定の電圧が印加される。メモリ41は、各電極A1〜
An、B1〜Bnに印加すべき電圧を記憶させておくものであ
り、その記憶された情報を読み出し、各電極の電圧情報
として電源40に供給するのが読み出し制御回路42であ
る。
縁物でつくられ、第８図に示すようにイオンの中心軌道
に沿った円弧状の形状が与えられている。そして、その
対向する面には、塗布や蒸着等の処理により薄い抵抗被
膜39、39′が形成されており、さらにその抵抗被覆39、
39′の上に、例えば0.5mm幅の多数の同心円弧状電極A1
〜An、B1〜Bnが0.5mmのピッチで配列されている。この
電極パターンは、例えばマスクを使った導電体の塗布や
蒸着、或いは通常の電子機器で使用されるプリント基板
と同様のパターン露光及びエッチングの技術等により作
製することができる。このようにして作製されたそれぞ
れの基板の電極には、電場電源40から引き出し線を介し
て所定の電圧が印加される。メモリ41は、各電極A1〜
An、B1〜Bnに印加すべき電圧を記憶させておくものであ
り、その記憶された情報を読み出し、各電極の電圧情報
として電源40に供給するのが読み出し制御回路42であ
る。
ヨーク43は、磁極片37、37′をつなぐものであり、励
磁コイル44は、磁場電源45から励磁電流が供給され、ヨ
ーク43を励磁するものである。制御装置46は、モード切
り換え、倍率変更等、全体の制御を行うものであり、読
み出し制御回路42、電場電源40、磁場電源45及び接続光
学系を制御する。
磁コイル44は、磁場電源45から励磁電流が供給され、ヨ
ーク43を励磁するものである。制御装置46は、モード切
り換え、倍率変更等、全体の制御を行うものであり、読
み出し制御回路42、電場電源40、磁場電源45及び接続光
学系を制御する。
上記のような構成により電極間に任意の係数ｃをもつ
トロイダル電場を形成することができ、ｌの値を任意に
設定することができる。また、接続光学系の中の各レン
ズの強度の組み合わせた適宜変えることにより、入力ス
リットの位置におけるクロスオーバーの大きさを変え、
像の倍率を変えることができる。
トロイダル電場を形成することができ、ｌの値を任意に
設定することができる。また、接続光学系の中の各レン
ズの強度の組み合わせた適宜変えることにより、入力ス
リットの位置におけるクロスオーバーの大きさを変え、
像の倍率を変えることができる。
以上のようにSIMS（二次イオン質量分析装置）又はSN
MS（二次中性子質量分析装置）等に多電極を用い重畳場
を、特にa/am＝２、a/ae＝−１の条件で用いると、二重
収束で且つ立体収束を成立させることができる。そのた
め、イオンの質量差による分離が高分離能（Ｒ＝10,00
0）でできるので、サンプル表面の局所から出るイオン
の高分解能の質量スペクトルやイオン像、エネルギース
ペクトルやエネルギー像を得ることができる。
MS（二次中性子質量分析装置）等に多電極を用い重畳場
を、特にa/am＝２、a/ae＝−１の条件で用いると、二重
収束で且つ立体収束を成立させることができる。そのた
め、イオンの質量差による分離が高分離能（Ｒ＝10,00
0）でできるので、サンプル表面の局所から出るイオン
の高分解能の質量スペクトルやイオン像、エネルギース
ペクトルやエネルギー像を得ることができる。
しかしながら、上記の装置では、質量の広い範囲（m/
e;1〜250）の同時検出はできない。すなわち、全部のイ
オンを検出するためには、磁場を掃引しなければない。
従って、パルス状のイオンビームやイオンが時間的に変
動する場合には適用が難しいという問題がある。
e;1〜250）の同時検出はできない。すなわち、全部のイ
オンを検出するためには、磁場を掃引しなければない。
従って、パルス状のイオンビームやイオンが時間的に変
動する場合には適用が難しいという問題がある。
一方、パルス状のイオンビームを使いイオンの飛行時
間を測定するものにTOFMS（飛行時間型質量分析装置）
がある。イオンを加速すると、質量の重いものは遅く、
逆に軽いものは速く飛行する。TOFMSは、このように質
量の差によりスピードが違うのを利用して質量を時間的
に分離するものである。従って、一次イオンをパルスで
試料に照射し、Δｔの間隔で放出されるイオンを検出す
るというように同時検出タイプであり、パルス状のイオ
ンビームの検出に向いているが、感度はともかくとして
質量分解能が精々Ｒ＝1,000程度しかない。
間を測定するものにTOFMS（飛行時間型質量分析装置）
がある。イオンを加速すると、質量の重いものは遅く、
逆に軽いものは速く飛行する。TOFMSは、このように質
量の差によりスピードが違うのを利用して質量を時間的
に分離するものである。従って、一次イオンをパルスで
試料に照射し、Δｔの間隔で放出されるイオンを検出す
るというように同時検出タイプであり、パルス状のイオ
ンビームの検出に向いているが、感度はともかくとして
質量分解能が精々Ｒ＝1,000程度しかない。
実際の表面分析では、上述の質量分解能と局所分析
（局所微小サンプル量分析）が同時に要求されることは
稀であるが、上記の装置はいずれもこのような要求に応
えることができない。
（局所微小サンプル量分析）が同時に要求されることは
稀であるが、上記の装置はいずれもこのような要求に応
えることができない。
本発明は、上記の課題を解決するものであって、１つ
の質量分析系で飛行時間型質量分析と立体収束二重収束
質量分析を行うことができる飛行時間型／偏向二重収束
型切換質量分析装置を提供することを目的とするもので
ある。
の質量分析系で飛行時間型質量分析と立体収束二重収束
質量分析を行うことができる飛行時間型／偏向二重収束
型切換質量分析装置を提供することを目的とするもので
ある。
そのために本発明は、イオン源から試料に一次ビーム
を照射することによって試料から放出される二次イオン
を導入して試料の分析を行う質量分析装置において、質
量分析系に磁場と該磁場に直交する方向の電場を同一領
域に存在させた重畳場を用い、電場のみを印加する飛行
時間型質量分析と重畳場を印加する偏向二重収束型質量
分析とを切り換えられるようにしたことを特徴とするも
のである。
を照射することによって試料から放出される二次イオン
を導入して試料の分析を行う質量分析装置において、質
量分析系に磁場と該磁場に直交する方向の電場を同一領
域に存在させた重畳場を用い、電場のみを印加する飛行
時間型質量分析と重畳場を印加する偏向二重収束型質量
分析とを切り換えられるようにしたことを特徴とするも
のである。
本発明の飛行時間型／偏向二重収束型切換質量分析装
置では、磁場を零にして電場のみを印加する飛行時間型
質量分析から磁場も印加する重畳場に移行制御すること
によって偏向二重収束型質量分析を行うことができるの
で、１つの質量分析系で飛行時間型質量分析と立体収束
二重収束質量分析を簡単に切り換え制御することができ
る。
置では、磁場を零にして電場のみを印加する飛行時間型
質量分析から磁場も印加する重畳場に移行制御すること
によって偏向二重収束型質量分析を行うことができるの
で、１つの質量分析系で飛行時間型質量分析と立体収束
二重収束質量分析を簡単に切り換え制御することができ
る。
以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。
第１図は本発明の飛行時間型／偏向二重収束型切換質
量分析装置の１実施例を示す図であり、１は重畳場、２
は入口スリット、３と４は静電レンズ、５は出口スリッ
ト、C1とC2はクロスオーバー点、I1〜I3はイオン像を示
す。
量分析装置の１実施例を示す図であり、１は重畳場、２
は入口スリット、３と４は静電レンズ、５は出口スリッ
ト、C1とC2はクロスオーバー点、I1〜I3はイオン像を示
す。
第１図において、重畳場１は、第４図で説明した重畳
場31と同様の、一様磁場と一様磁場に直交する方向を持
つトロイダル電場を同一領域に存在させたものであり、
入口と出口に静電レンズ３、４を配置した偏向角φ０＝
180゜の場合を示している。本発明は、この重畳場１を
持つ分析系により電場だけを印加する従来をポッシェン
リーダ（Poshenrieder）型のTOFMSと電場及び磁場を重
畳する偏向型の高分解能二重収束型MSを同一のパスによ
って切り換えて実現するものである。
場31と同様の、一様磁場と一様磁場に直交する方向を持
つトロイダル電場を同一領域に存在させたものであり、
入口と出口に静電レンズ３、４を配置した偏向角φ０＝
180゜の場合を示している。本発明は、この重畳場１を
持つ分析系により電場だけを印加する従来をポッシェン
リーダ（Poshenrieder）型のTOFMSと電場及び磁場を重
畳する偏向型の高分解能二重収束型MSを同一のパスによ
って切り換えて実現するものである。
まず、ポッシェンリーダ型のTOFMSとして動作させる
場合には、第１図（ａ）に示すようにイオンビームを入
口の静電レンズ３により平行ビームにして入射し、中央
で一度収束するようにしているこの場合、重畳場１にお
ける磁場は零、電場はｃ＝１、即ち、Kr2＝Kz2＝１に制
御することによって立体収束を実現している。従って、
収束点では、イオンのエネルギーと２つの方向に関し、
３重の時間収束が成立する。
場合には、第１図（ａ）に示すようにイオンビームを入
口の静電レンズ３により平行ビームにして入射し、中央
で一度収束するようにしているこの場合、重畳場１にお
ける磁場は零、電場はｃ＝１、即ち、Kr2＝Kz2＝１に制
御することによって立体収束を実現している。従って、
収束点では、イオンのエネルギーと２つの方向に関し、
３重の時間収束が成立する。
上記のポッシェンリーダ型のTOFMSから立体収束且つ
エネルギー収束重畳場MSに切り換えて動作させる例を示
したのが第１図（ｂ）である。この場合には、先に説明
したように電場と磁場を逆方向にかけ、a/am＝２、a/ae
＝−１、ｃ＝１、Kr2＝Kz2＝１とすることによって立体
収束が実現する。しかも、a/am＝２、a/ae＝−１の条件
によりエネルギー収束が実現する。そして、図示のよう
に入口の静電レンズ３は、クロスオーバー点C1の縮小像
を入口に結ばせるようにすれば、直接写像型の二次イオ
ン質量分析装置として用いることができる。この場合、
第２のクロスオーバー点C2は、重畳場の出口にできるの
で、ここに質量分離のためのスリットを置いて高分解能
の質量スペクトルを得ることができる。
エネルギー収束重畳場MSに切り換えて動作させる例を示
したのが第１図（ｂ）である。この場合には、先に説明
したように電場と磁場を逆方向にかけ、a/am＝２、a/ae
＝−１、ｃ＝１、Kr2＝Kz2＝１とすることによって立体
収束が実現する。しかも、a/am＝２、a/ae＝−１の条件
によりエネルギー収束が実現する。そして、図示のよう
に入口の静電レンズ３は、クロスオーバー点C1の縮小像
を入口に結ばせるようにすれば、直接写像型の二次イオ
ン質量分析装置として用いることができる。この場合、
第２のクロスオーバー点C2は、重畳場の出口にできるの
で、ここに質量分離のためのスリットを置いて高分解能
の質量スペクトルを得ることができる。
第１図（ａ）に示す飛行時間型と同図（ｂ）に示す偏
向二重収束型との切り換え制御は、第７図に示す回路に
よって行うことができる。即ち、第７図に示す制御装置
46により磁場電源45をオン／オフし、読み出し制御回路
42及び接続光学系を上記所望の条件が成立するように制
御することによって第１図（ａ）又は（ｂ）に示すよう
なイオン軌道制御を行えばよい。
向二重収束型との切り換え制御は、第７図に示す回路に
よって行うことができる。即ち、第７図に示す制御装置
46により磁場電源45をオン／オフし、読み出し制御回路
42及び接続光学系を上記所望の条件が成立するように制
御することによって第１図（ａ）又は（ｂ）に示すよう
なイオン軌道制御を行えばよい。
第２図はエネルギー分離を伴う立体収束二重収束重畳
場質量分析装置として構成した例を示す図である。
場質量分析装置として構成した例を示す図である。
第１図（ｂ）に示した例は、a/am＝２の条件によって
エネルギー分散が全く起こらないが、第２図に示す場合
には、場の一部をｃ＝１、Kr2＝Kz2＝１の球面電場６で
形成し、重畳場７との継目にクロスオーバー像をつく
り、ここでエネルギーを選択できるようにしている。従
って、偏向角φが180゜の電場と例えば150゜の磁場によ
り部分的な球面電場と重畳場を形成している。ただし、
二重収束、即ちアクロマティックなイオン像を得るため
には、電場の中央に中間のイオン像をつくるようにする
必要がある。
エネルギー分散が全く起こらないが、第２図に示す場合
には、場の一部をｃ＝１、Kr2＝Kz2＝１の球面電場６で
形成し、重畳場７との継目にクロスオーバー像をつく
り、ここでエネルギーを選択できるようにしている。従
って、偏向角φが180゜の電場と例えば150゜の磁場によ
り部分的な球面電場と重畳場を形成している。ただし、
二重収束、即ちアクロマティックなイオン像を得るため
には、電場の中央に中間のイオン像をつくるようにする
必要がある。
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、多
電極電場と一様磁場との重畳場を用い、ポッシェンリー
ダ型の飛行時間型質量分析装置と、高分解能の偏向型質
量分析装置を同一の質量分析系で実現しているので、サ
ンプル表面の局所的に存在する極微小体積中の元素分析
とサンプル表面に存在する元素の高分解能／高空間分解
能による分析を同一測定内で同時に行うことができる。
電極電場と一様磁場との重畳場を用い、ポッシェンリー
ダ型の飛行時間型質量分析装置と、高分解能の偏向型質
量分析装置を同一の質量分析系で実現しているので、サ
ンプル表面の局所的に存在する極微小体積中の元素分析
とサンプル表面に存在する元素の高分解能／高空間分解
能による分析を同一測定内で同時に行うことができる。
第１図は本発明の飛行時間型／偏向二重収束型切換質量
分析装置の１実施例を示す図、第２図はエネルギー分離
を伴う立体収束二重収束重畳場質量分析装置として構成
した例を示す図、第３図は写像型イオンマイクロアナラ
イザの従来例を示す図、第４図は写像型イオンマイクロ
アナライザの改良例を示す図、第５図は重畳場発生手段
の概略図、第６図はｌ＝０のトロイダル電場の分布を説
明するための図、第７図は重畳場発生手段の具体的な構
成例を示す図、第８図は基板の形状を説明するための図
である。 １……重畳場、２……入口スリット、３と４……静電レ
ンズ、５……出口スリット、C1、C2……クロスオーバー
点、I1〜I3……イオン像。
分析装置の１実施例を示す図、第２図はエネルギー分離
を伴う立体収束二重収束重畳場質量分析装置として構成
した例を示す図、第３図は写像型イオンマイクロアナラ
イザの従来例を示す図、第４図は写像型イオンマイクロ
アナライザの改良例を示す図、第５図は重畳場発生手段
の概略図、第６図はｌ＝０のトロイダル電場の分布を説
明するための図、第７図は重畳場発生手段の具体的な構
成例を示す図、第８図は基板の形状を説明するための図
である。 １……重畳場、２……入口スリット、３と４……静電レ
ンズ、５……出口スリット、C1、C2……クロスオーバー
点、I1〜I3……イオン像。
Claims (1)
- 【請求項１】イオン源から試料に一次ビームを照射する
ことによって試料から放出される二次イオンを導入して
試料の分析を行う質量分析装置において、質量分析系に
磁場と該磁場に直交する方向の電場を同一領域に存在さ
せた重畳場を用い、電場のみを印加する飛行時間型質量
分析と重畳場を印加する偏向二重収束型質量分析とを切
り換えられるようにしたことを特徴とする飛行時間型／
偏向二重収束型切換質量分析装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63107241A JP2523781B2 (ja) | 1988-04-28 | 1988-04-28 | 飛行時間型／偏向二重収束型切換質量分析装置 |
| GB8909072A GB2217907B (en) | 1988-04-28 | 1989-04-21 | Direct imaging type sims instrument having tof mass spectrometric mode |
| DE3913965A DE3913965A1 (de) | 1988-04-28 | 1989-04-27 | Direkt abbildendes sekundaerionen-massenspektrometer mit laufzeit-massenspektrometrischer betriebsart |
| US07/344,767 US4945236A (en) | 1988-04-28 | 1989-04-28 | Direct imaging type SIMS instrument having TOF mass spectrometric mode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63107241A JP2523781B2 (ja) | 1988-04-28 | 1988-04-28 | 飛行時間型／偏向二重収束型切換質量分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01276561A JPH01276561A (ja) | 1989-11-07 |
| JP2523781B2 true JP2523781B2 (ja) | 1996-08-14 |
Family
ID=14454056
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63107241A Expired - Fee Related JP2523781B2 (ja) | 1988-04-28 | 1988-04-28 | 飛行時間型／偏向二重収束型切換質量分析装置 |
Country Status (4)
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|---|---|
| US (1) | US4945236A (ja) |
| JP (1) | JP2523781B2 (ja) |
| DE (1) | DE3913965A1 (ja) |
| GB (1) | GB2217907B (ja) |
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| GB9006303D0 (en) * | 1990-03-21 | 1990-05-16 | Kratos Analytical Ltd | Mass spectrometry systems |
| DE4129791A1 (de) * | 1991-09-05 | 1993-03-11 | Bruker Franzen Analytik Gmbh | Verfahren und detektor zum nachweis schwerer molekuelionen in einem flugzeitmassenspektrometer |
| GB9510699D0 (en) * | 1995-05-26 | 1995-07-19 | Fisons Plc | Apparatus and method for surface analysis |
| NL1008461C2 (nl) * | 1998-03-03 | 1999-09-06 | Calipso B V | Inrichting voor het bepalen van de energie van door een doeloppervlak verstrooide ionen. |
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| AU2001262982A1 (en) * | 2000-05-08 | 2001-11-20 | Mass Sensors, Inc. | Microscale mass spectrometric chemical-gas sensor |
| US6639227B1 (en) * | 2000-10-18 | 2003-10-28 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and method for charged particle filtering and ion implantation |
| GB0220571D0 (en) * | 2002-09-04 | 2002-10-09 | Micromass Ltd | Mass spectrometer |
| US6835928B2 (en) | 2002-09-04 | 2004-12-28 | Micromass Uk Limited | Mass spectrometer |
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| GB2402260B (en) * | 2003-05-30 | 2006-05-24 | Thermo Finnigan Llc | All mass MS/MS method and apparatus |
| US8212206B2 (en) * | 2003-09-04 | 2012-07-03 | Griffin Analytical Technologies, L.L.C. | Analysis methods, analysis device waveform generation methods, analysis devices, and articles of manufacture |
| US7186972B2 (en) * | 2003-10-23 | 2007-03-06 | Beckman Coulter, Inc. | Time of flight mass analyzer having improved mass resolution and method of operating same |
| DE112005001385T5 (de) | 2004-06-15 | 2007-05-10 | Griffin analytical Technologies Inc., West Lafayette | Analyseinstrumente, -baugruppen und -verfahren |
| WO2006116564A2 (en) | 2005-04-25 | 2006-11-02 | Griffin Analytical Technologies, L.L.C. | Analytical instrumentation, appartuses, and methods |
| US7992424B1 (en) | 2006-09-14 | 2011-08-09 | Griffin Analytical Technologies, L.L.C. | Analytical instrumentation and sample analysis methods |
| KR101790534B1 (ko) * | 2011-05-13 | 2017-10-27 | 한국표준과학연구원 | 초고속 멀티 모드 질량 분석을 위한 비행시간 기반 질량 현미경 시스템 |
| CN103107056B (zh) * | 2011-11-10 | 2014-07-16 | 北京中科信电子装备有限公司 | 宽带离子束分析器 |
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| US20170178882A1 (en) * | 2014-04-02 | 2017-06-22 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Apparatus and method for sub-micrometer elemental image analysis by mass spectrometry |
| WO2016130603A1 (en) | 2015-02-10 | 2016-08-18 | Revera Incorporated | A method of measurement and control of the surface potential of a sample |
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| WO2017075470A1 (en) * | 2015-10-28 | 2017-05-04 | Duke University | Mass spectrometers having segmented electrodes and associated methods |
| GB201520130D0 (en) | 2015-11-16 | 2015-12-30 | Micromass Uk Ltd And Leco Corp | Imaging mass spectrometer |
| GB201520134D0 (en) | 2015-11-16 | 2015-12-30 | Micromass Uk Ltd And Leco Corp | Imaging mass spectrometer |
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| GB2567794B (en) | 2017-05-05 | 2023-03-08 | Micromass Ltd | Multi-reflecting time-of-flight mass spectrometers |
| GB2563571B (en) | 2017-05-26 | 2023-05-24 | Micromass Ltd | Time of flight mass analyser with spatial focussing |
| WO2019030475A1 (en) | 2017-08-06 | 2019-02-14 | Anatoly Verenchikov | MASS SPECTROMETER WITH MULTIPASSAGE |
| WO2019030471A1 (en) | 2017-08-06 | 2019-02-14 | Anatoly Verenchikov | ION GUIDE INSIDE PULSED CONVERTERS |
| WO2019030477A1 (en) | 2017-08-06 | 2019-02-14 | Anatoly Verenchikov | ACCELERATOR FOR MASS SPECTROMETERS WITH MULTIPASSES |
| WO2019030476A1 (en) | 2017-08-06 | 2019-02-14 | Anatoly Verenchikov | INJECTION OF IONS IN MULTI-PASSAGE MASS SPECTROMETERS |
| EP3662502A1 (en) | 2017-08-06 | 2020-06-10 | Micromass UK Limited | Printed circuit ion mirror with compensation |
| EP3662501A1 (en) | 2017-08-06 | 2020-06-10 | Micromass UK Limited | Ion mirror for multi-reflecting mass spectrometers |
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| GB201806507D0 (en) | 2018-04-20 | 2018-06-06 | Verenchikov Anatoly | Gridless ion mirrors with smooth fields |
| GB201807626D0 (en) | 2018-05-10 | 2018-06-27 | Micromass Ltd | Multi-reflecting time of flight mass analyser |
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| GB201808530D0 (en) | 2018-05-24 | 2018-07-11 | Verenchikov Anatoly | TOF MS detection system with improved dynamic range |
| GB201810573D0 (en) | 2018-06-28 | 2018-08-15 | Verenchikov Anatoly | Multi-pass mass spectrometer with improved duty cycle |
| GB201901411D0 (en) | 2019-02-01 | 2019-03-20 | Micromass Ltd | Electrode assembly for mass spectrometer |
| KR102258963B1 (ko) * | 2019-09-23 | 2021-06-01 | 한국기초과학지원연구원 | 질량 분석 시스템 및 질량 분석 방법 |
| CN111146070B (zh) * | 2019-12-25 | 2023-06-16 | 兰州空间技术物理研究所 | 一种小型高性能空间探测质谱计 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US4435642A (en) * | 1982-03-24 | 1984-03-06 | The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration | Ion mass spectrometer |
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| JPS6477853A (en) * | 1987-09-18 | 1989-03-23 | Jeol Ltd | Mapping type ion microanalyzer |
-
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- 1988-04-28 JP JP63107241A patent/JP2523781B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-04-21 GB GB8909072A patent/GB2217907B/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-04-27 DE DE3913965A patent/DE3913965A1/de not_active Withdrawn
- 1989-04-28 US US07/344,767 patent/US4945236A/en not_active Expired - Fee Related
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| GB8909072D0 (en) | 1989-06-07 |
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| GB2217907A (en) | 1989-11-01 |
| US4945236A (en) | 1990-07-31 |
| DE3913965A1 (de) | 1989-11-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |