JP2697942B2 - 同時検出型質量分析装置 - Google Patents

同時検出型質量分析装置

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JP2697942B2 JP2062006A JP6200690A JP2697942B2 JP 2697942 B2 JP2697942 B2 JP 2697942B2 JP 2062006 A JP2062006 A JP 2062006A JP 6200690 A JP6200690 A JP 6200690A JP 2697942 B2 JP2697942 B2 JP 2697942B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、同時検出型質量分析装置に関し、特に質量
分析系によるイオンの収束展開面を回転させることので
きる同時検出型質量分析装置に関する。
[従来技術] 第7図は、同時検出型質量分析装置の一例を示してい
る。図においてイオン源1で生成されたイオンは、円筒
電場2及び扇形一様磁場3から構成される質量分析系に
より、収束展開面lに沿って質量電荷比に応じて収束展
開される。この展開されたイオンを同時検出するため、
収束展開面lに沿って同時検出型イオン検出器4が配置
される。このイオン検出器4としては、例えばマイクロ
チャンネルプレートや半導体微小イオン検出器アレイを
用いたイオン検出器のように、異なった位置に入射した
イオンを別個に区別して検出することが可能なイオン検
出器が使用される。
[発明が解決しようとする課題] 上述の様に同時検出型イオン検出器を用いた質量分析
装置においては、イオン検出器の検出面をイオン収束展
開面lに正確に沿うように配置する必要があるが、この
ための調整はイオン検出器を機械的に移動させて行わね
ばならず、必ずしも容易ではないという問題がある。
更に、以下に述べるような課題も残されている。
いま、イオン中心軌道0を通るイオンの質量をm0、検
出器4の両端に入射するイオンの質量をma,mb、検出器
4の長さをL、質量分析器の質量分散をAγとすると、
検出器4によって同時検出できる質量範囲Δmは、下式
で表わされる。
Δm=|mb−ma| =(L/Aγ)m0 ……(1) 一方、検出器4の空間分解能をdとすると、検出器4
によって決定される質量分解能Rの制限は、下式で表わ
される。
R≦Aγ/d ……(2) 通常、L及びdは検出器を決定すると決まってしま
い、自由に選ぶことは出来ない。そのため、例えば
(1)式に従って質量範囲を大きくするためにAγを小
さくすると、(2)式より分解能が小さくなる。そのた
め、設置設計者は、質量範囲と分解能の兼ね合いで、適
当なところで妥協しなければならなかった。即ち、同じ
装置では、質量範囲と分解能の両立は出来ない。
本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、
質量分析系によるイオンの収束展開面とイオン中心軌道
との成す角度を任意に変化し得る装置を提供することに
より、上記問題点及び課題を解決することを目的として
いる。
[課題を解決するための手段] この目的を達成するため、第1の本発明は、イオン源
と、該イオン源で生成されたイオンが導入される少なく
とも扇形磁場を含む質量分析系と、該質量分析系によっ
て質量電荷比に応じて収束展開されたイオンを動じ検出
するため、その収束展開面に沿って配置されるイオン検
出器とを備えた同時検出型質量分析装置において、前記
扇形磁場とイオン検出器との間のイオン通路上に強度を
変化し得る6重極レンズを配置すると共に、前記イオン
検出器をイオン中心軌道とイオン収束展開面の交点を中
心として回転させる機能を設けたことを特徴としてい
る。
さらに、第2の本発明は、イオン源と、該イオン源で
生成されたイオンが導入される少なくとも扇形磁場を含
む質量分析系と、該質量分析系によって質量電化比に応
じて収束展開されたイオンを動じ検出するため、その収
束展開面に沿って配置されるイオン検出器とを備えた同
時検出型質量分析装置において、前記扇形磁場とイオン
検出器との間のイオン通路上に直列に配置される2つの
レンズ手段と、該2つのレンズ手段の強度を変化させる
手段であって該強度変化にかかわらずイオン中心軌道と
イオン収束展開面の交点が移動しないように2つのレン
ズ手段の強度を組み合わせで変化させるレンズ強度可変
手段と、前記扇形磁場とイオン検出器との間のイオン通
路上に配置される強度可変の6重極レンズとを設けたこ
とを特徴としている。
[実施例] 以下、図面に基づき、本発明の一実施例を詳説する。
第1図は本発明を実施した同時検出型質量分析装置の
一例を示すイオン光学図である。第1図の実施例が第6
図の従来例と異なるのは、一様扇形磁場3とイオン検出
器4との間のイオン通路上に6重極レンズ5を挿入した
点である。この6重極レンズ5は、レンズ制御回路6に
よりそのレンズ強度が制御される。
第2図は、6重極レンズ5のB−B断面図を示してい
る。第2図において、6重極レンズ5は60゜間隔で同一
円周上に配置される6本の円筒電極P1〜P6から構成され
る。各電極には、制御回路6から+E,−Eの電圧が印加
される。
ここで、6重極レンズ5の働きについて説明する。第
2図のように配置された6重極レンズにより6重極電場
が生成され、この6重極電場内において光軸に垂直な面
(x−y平面)上の任意の位置(x,y)のポテンシャル
Vは、次式で示される値(x,y)をとる。
V(x,y)=h(x3−3xy2) (3) ここで、hはレンズ電極に印加した電圧に比例した係
数である。
イオンが質量に応じて展開される軌道平面(y=0)
内では、(3)式は V(x)=hx3 (4) と簡単化される。
(4)式で表わされるポテンシャルが与えられる電場
内を飛行する電荷eを持つイオンが受ける力F(x)
は、次式で与えられる。
F(x)=edV(x)/dx=−3hx2 (5) 今、x=0を中心とするイオンビームに対するレンズ
効果を考える。レンズ効果は、力F(x)の位置による
一次の変化率に比例する。従って、x=x0の近傍のレン
ズ効果は、 dF(x)/dxx=x0=−6hx0 (6) となる。
(6)式は、6重極レンズによるレンズ効果の強さ
が、イオンの中心軌道(x=0)からの距離に比例し、
中心軌道を挟んでレンズ効果の向きが逆転することを示
している。従って、6重極レンズは、中心軸からの距離
に比例して焦点距離を変化させることができ、hの値に
よってイオンの収束展開面を任意の方向へ任意の角度回
転させることが可能である。
第3図はhの値と収束展開面lの回転の関係を示して
おり、h=0(レンズ効果なし)における収束展開面l0
が、h>0ではl1、h<0ではl2と、互いに反対方向に
回転する。回転角度は、hの大きさによって決定され
る。hの大きさを変えるには、レンズ電極に印加する電
圧±Eを極性を含めて変化させれば良い。
このように、6重極レンズにより収束展開面を回転さ
せることができるため、第4図(a)に示すように、イ
オンの収束展開面lが検出器の入射面に対して角度θ傾
斜していた場合、第4図(b)に示すように6極子レン
ズを設けることにより、収束展開面を−θ回転させ、入
射面と一致させることができる。
実際には、イオン検出器4から得られる質量スペクト
ルを観察しつつ、制御回路6を操作して6重極レンス5
の強度を調節し、得られるスペクトル全域についてスペ
クトルピークの線幅が最小になるようにすれば、イオン
検出器の検出面をイオンの収束展開面lに正確に沿うよ
うに設定することができる。
尚、第1図の実施例において、イオン検出器4をイオ
ンビームの中心軌道Oとの交点を中心として矢印aで示
すように回転し得るように構成することにより、イオン
検出器4にて検出し得る質量範囲を変化させることが可
能となる。即ち、第5図(a),(b)に示すように、
イオン検出への入射角度がほぼ90゜,45゜になるように
イオン検出器4の角度を設定した場合について考える。
どちらの場合も、6重極レンズ5のレンズ強度を調節す
ることにより収束展開面lを回転させ、収束展開面lを
イオン検出器の入射面に正確に一致させることが可能で
ある。そして、2つの場合におけるイオン検出器4の端
から端への入射イオンの質量範囲を比較すると、第5図
(a)の方が狭く、同図(b)の方が広いことがわか
る。従って、第5図(a)の状態では質量範囲は狭いも
のの高分解能の測定(高分解能モード)が可能で、一
方、第4図(b)の状態では、分解能はそれよりも低く
なるものの広い質量範囲の測定(広質量範囲モード)が
可能となる。
第6図は、本出願人が先に特願昭63−176092号に提案
している質量分析装置に本発明を適用した実施例を示
す。
第6図の装置が第1図の装置と異なるのは、一様扇形
磁場3とイオン検出器4との間のイオン通路上に2つの
4重極レンズ7,8が更に配置されることである。9は4
重極レンズ7,8の強度Q1,Q2を予め定められた組み合わせ
で可変するレンズ強度調整回路である。
今、2つの4重極レンズ7,8の強度のある組合わせ(Q
11,Q12)で収束展開面がl1になっており、その時の質量
分散がAγであるとする。また、その時のl1とイオン
中心軌道O(イオン光軸)との交点をPとする。
次に、別のレンズ強度の組合わせ(Q12,Q22)をとっ
た時の収束展開面をl2とする。
この時、l2とイオン中心軌道Oとの交点がPとなるよ
うに(Q12,Q22)の値を定めることができる。なぜな
ら、4重極レンズ7,8の強度はQ1,Q2それぞれ任意に選択
できるが、Pを収束点とするという条件は、Q1,Q2の間
にただ1つの関係を与えるので、例えば、Q1の値を定め
ればQ2の値は自動的に定まることになるからである。こ
の時、一般にl1とl2とは同一ではなく、又、AγとA
γ(l2上の質量分散)は異なる。
従って、(Q1,Q2)の値によって、Aγをある範囲で
自由に設定できることになる。Aγを大きくすれば分解
能を高めた高分解能モードとなり、Aγを小さくすれば
質量範囲を広げた高質量範囲モードとなる。
前記レンズ強度調整回路9には、上述したように異な
る質量分散を与え、しかも収束展開面とイオン光軸との
交点が移動しないようなQ1とQ2の組合わせ(Q12,Q2
2),(Q12,Q22)が記憶されており、オペレータの指令
により、4重極レンズ7,8の強度を(Q12,Q22)又は(Q1
2,Q22)に夫々設定する。
ここで、もし6重極レンズ5が存在しなければ、収束
展開面は高分解能モードではl1の位置をとり、広質量範
囲モードではl2の位置をとる筈である。前述した特願昭
63−176092号では、それに合わせてイオン検出器を回転
させるようにしたが、本発明を適用した本実施例では、
イオン検出器4は収束展開面l1に沿うように固定的に配
置される。そして、6重極レンズ5は、表1に従って高
分解能モードの時にh1(=0)、広質量範囲モードの時
にh2となるように、制御回路6によって付勢される。
このh2は、収束展開面をl2からl1へΔθ回転させ得る
ように適切に選ばれている。そのため、高分解能モード
の時も広質量範囲モードの時も収束展開面はl1となり、
固定されたイオン検出器4で2つのモードに対応でき
る。
尚、2つの4重極レンズは、検出器前の自由空間に配
置されているため、どのようなQ1,Q2の組み合わせで
も、P点で方向収束していれば、エネルギー収束条件も
同時に満たされる。尚、4重極レンズに代えて例えばア
インツェルレンズを用いることができる。
上述した実施例は異なる例示であって、本発明は幾多
の変形が可能である。例えば、6重極レンズを含む各レ
ンズは静電型,電磁型のいずれを用いても良く、位置も
一様磁場とイオン検出器との間のイオン通路上に配置す
れば良い。例えば、イオン源,一様磁場,電場,検出器
の順序で配置される所謂逆配置の光学系を質量分析系と
して用いる場合には、各レンズは一様磁場と電場の間又
は電場とイオン検出器との間のどちらに配置しても良
い。また、順序も上記実施例に限らず任意に設定でき
る。
[効果] 以上詳述した如く、本発明によれば、質量分析系の一
様磁場とイオン検出器との間に6重極レンズを配置する
ようにしたため、イオンの収束展開面を任意に回転させ
ることが可能となり、以下のような優れた効果が得られ
る。
(a)固定されたイオン検出器へ収束展開面を一致させ
る調整が電気的に容易にできる。
(b)回転可能に設けられるイオン検出器との組み合わ
せにより、測定質量範囲を重視した測定モードと、分解
能を重視した測定モードとを選択できる同時検出型質量
分析装置が実現される。
(c)特願昭63−176092号との組み合わせにより、固定
したイオン検出器で、測定質量範囲を重視した測定モー
ドと、分解能を重視した測定モードとを選択できる同時
検出型質量分析装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第6図は夫々本発明の一実施例を示すイオン
光学図、第2図は6重極レンズのB−B断面図、第3図
は6重極レンズによる収束展開面の回転を説明するため
の図、第4図は6重極レンズによる収束展開面の調節を
説明するための図、第5図は高分解能モードと高質量範
囲モードを説明するための図、第7図は従来例を示すイ
オン光学図である。 1:イオン源、2:円筒電場 3:一様磁場、4:同時検出型イオン検出器 5:6重極レンズ 6:レンズ制御回路、7,8:4重極レンズ 9:レンズ強度調整回路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】イオン源と、該イオン源で生成されたイオ
    ンが導入される少なくとも扇形磁場を含む質量分析系
    と、該質量分析系によって質量電荷比に応じて収束展開
    されたイオンを動じ検出するため、その収束展開面に沿
    って配置されるイオン検出器とを備えた同時検出型質量
    分析装置において、前記扇形磁場とイオン検出器との間
    のイオン通路上に強度を変化し得る6重極レンズを配置
    すると共に、前記イオン検出器をイオン中心軌道とイオ
    ン収束展開面の交点を中心として回転させる機構を設け
    たことを特徴とする同時検出型質量分析装置。
  2. 【請求項2】イオン源と、該イオン源で生成されたイオ
    ンが導入される少なくとも扇形磁場を含む質量分析系
    と、該質量分析系によって質量電荷比に応じて収束展開
    されたイオンを動じ検出するため、その収束展開面に沿
    って配置されるイオン検出器とを備えた同時検出型質量
    分析装置において、前記扇形磁場とイオン検出器との間
    のイオン通路上に直列に配置される2つのレンズ手段
    と、該2つのレンズ手段の強度を変化させる手段であっ
    て該強度変化にかかわらずイオン中心軌道とイオン収束
    展開面の交点が移動しないように2つのレンズ手段の強
    度を組み合わせで変化させるレンズ強度可変手段と、前
    記扇形磁場とイオン検出器との間のイオン通路上に配置
    される強度可変の6重極レンズとを設けたことを特徴と
    する同時検出型質量分析装置。
JP2062006A 1989-07-03 1990-03-13 同時検出型質量分析装置 Expired - Fee Related JP2697942B2 (ja)

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