JP2735222B2 - 質量分析計 - Google Patents

質量分析計

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    • H01J49/02Details
    • H01J49/025Detectors specially adapted to particle spectrometers

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は質量分析計の検出機構に係り、特に正イオン
および負イオンを高感度で検出するのに好適な質量分析
計に係る。
〔従来の技術〕
従来の質量分析計における正イオン,負イオン共用検
出機構は、真空19巻,8号,(1976年)第280頁から第288
頁に記載のようにイオン−電子コンバータ,電子−フォ
トンコンバータ(シンティレータ),光電子増倍管を組
み合わせたものとなっていた。また、特開昭63−276862
号公報、特開昭62−31935号公報、及びレビュー・オブ
・サイエンティフィク・インスツルメンツ、第49巻(19
78年)第1250頁から第1256頁(Rev.Sci.Instrum.,vol4
9,pp1250−1256)にも記載されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術では正イオンおよび負イオン検出が行な
えるが、光電子増倍管を使用することによるノイズ増加
を低減させる配慮がされておらず、特に正イオンに対す
る高感度化が阻害されるという問題があった。
質量分析計では一般に正イオンを検出する場合には第
6図に示される構造の検出機構が用いられている。すな
わち質量分離器3で質量分離された正イオンは負高電圧
の印加された電子増倍管8のイオン−電子変換面7で二
次電子を発生する。二次電子は電子増倍管8で増幅さ
れ、電流として検出記録部19へ送られる。この電子増倍
管8はノイズ発生量が少なく、質量分析計の正イオン検
出増幅器として多用されている。
しかし、電子増倍管はこの利用形態では負イオン検出
に用いることはできない。すなわち、電子増倍管8は電
子増幅のためイオン−電子変換面7が電流送出部9より
低い電位に設定されている必要がある。質量分離器3お
よびスリット4はアース電位であり、質量分離器3を通
過した負イオンがイオン−電子変換面7で電子を発生す
るためにはイオン−電子変換面7は正の高電圧が印加さ
れる必要がある。この時、電流送出部9はイオン−電子
変換面7よりさらに高い正の高電位状態となり、この電
流を扱う検出記録部19も高電位状態となってしまう。こ
の問題を解決するために電流送出部9と検出記録部19を
直接導通させないパルス計測法があるが、この手法は高
感度化を図るためにイオン源2およびイオン源から電子
増倍管8までのインオン光学系改良により、イオン−電
子変換面7に到達するイオン量を増加させるとイオンの
数え落としが発生するという不都合な現象がある。例え
ば大気圧イオン化質量分析計は極めて高感度な分析計で
微量成分検出に用いられるため、弱小ピークを検出する
必要がある。しかし、この手法はその特性から、同時に
主成分の主ピークも観測する必要がある。高感度化のた
めイオン光学系を改良し、電子増倍管に到達するイオン
量を増大させた時、主成分イオン量は10-10A以上とな
り、パルス計測法では計測できない。
そこで、負イオン検出のために従来は図7に示される
検出機構が用いられていた。すなわち、負イオンは正の
高電圧の印加されたイオン−電子コンバータ10で電子に
変換され、電子はさらに正の高電圧が印加された電子−
フォトンコンバータ13でフォトンに変換される。このフ
ォトンが光電子増管15で電流として検出増幅され、検出
記録部19に送出される。光電子増倍管15の電流送出部17
はアース電位であるから、検出記録部19もアース電位と
なる。
この負イオン検出機構はイオン−電子コンバータ10に
負の高電圧を印加し、電子−フォトンコンバータ13にイ
オン−電子コンバータ10より正側に高い電圧を印加すれ
ば正イオンの検出も行なえるので正イオン,負イオンの
共用検出器となる。
しかし、第7図の検出機構は以下の欠点がある。すな
わち、光電子増倍管15は第6図に示される電子増倍管8
に比較して、光,宇宙線等の影響を受けやすく、ノイズ
を発生しやすい。従って、第7図に示される正負イオン
検出機構は正イオン検出に関し、第6図に示される正イ
オン検出機構より信号雑音比(S/N)が低く、微量イオ
ンの高感度検出ができないという大きな問題点があっ
た。
もし、第6図に示される装置で負イオンを検出しよう
とすれば第7図の検出機構をわざわざ第6図の検出機構
に置き換えて設置しなおさなければならず、また第7図
の装置で正イオンを高感度に検出しようとすれば、第6
図の検出機構を第7図の装置に設置しなおさなければな
らない。この交換操作は極めて煩雑で長時間を要し、頻
繁に行なうことは実際不可能である。
そこで、本発明の目的は正イオンを高感度に検出可能
とし、かつ負イオンも検出可能な検出機構を提供するこ
とにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は電子増倍管と光電子増倍管を質量分離器後
方の同一真空槽内に設置することにより、達成される。
また、電子増倍管及び光電子増倍管の位置を真空槽外部
からの制御により移動する手段を設けるとよく、その移
動方向は質量分離器から射出される中性粒子の軌道と垂
直にするとよい。
〔作用〕
質量分離器を透過した正イオンは負高電圧の印加され
た電子増倍管のイオン−電子変換面に加速されて衝突
し、二次電子を発生する。二次電子は電子増倍管により
増幅され、電流として検出記録部へ送出される。
また負イオンは同一真空槽内に設置されたイオン−電
子コンバータ,電子−フォトンコンバータ,光電子増倍
管によって検出増幅される。すなわち、質量分離器を透
過した負イオンは正の高電圧の印加されたイオン−電子
コンバータと質量分離器の電位勾配により、イオン−電
子コンバータに加速導入され、電子を発生する。この電
子はイオン−電子コンバータより高い電位が印加されて
いる電子−フォトンコンバータに加速導入されて光を発
生する。光は光電子増倍管で光電子として増幅され、検
出記録部に送出される。
このように同一真空槽内に正イオン検出用の電子増倍
管と負イオン検出用の光電子増倍管の両方を設置するこ
とにより、正イオンは高感度に検出され、また負イオン
の検出も行なえる。しかし、単に同一真空槽内に二つの
検出機構を設置しても検出機構の形状,大きさ等から、
高感度検出を行うための検出器へ到達するイオン量が最
大となるような最適位置に検出器を設置することは困難
である。
そこで、本発明では真空槽外からの操作により、真空
槽内で各検出機構の位置を移動させることにより、イオ
ン軌道に対して最適位置に各検出機構を設置することが
できるようにしている。この移動機構を具備した本発明
により、従来の正負共用検出機構の正イオンに対するS/
N低下を解消することができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図,第2図により説明
する。
第1図では電子増倍管8と光電子増倍管15が同一真空
槽1内に平行に設置されている。また、電子増倍管8,デ
ィフレクタ6,イオン−電子コンバータ10,電子−フォト
ンコンバータ(シンティレータ)14,光電子増倍管15は
いずれも固定台16に固定されて設置され、固定台16は回
転導入機構20に結合されている。固定台16は回転導入機
構20を真空槽1外部で操作することにより、A−A′方
向に移動可能となっている。
まず負イオン検出の場合を説明する。イオン源2から
引き出され、質量分離器3,スリット4を透過した負イオ
ンが負電位が設定されたディフレクタ6によって負イオ
ン軌道26のように偏向される。さらにイオン−電子コン
バータ10にかけられた正の高電圧により加速されてイオ
ン電子−コンバータ10のイオン−電子変換面11に導入さ
れて電子を発生する。この電子は電子増幅器12で増幅さ
れ、さらに電子増幅器12より正側の高電圧の印加された
電子−フォトンコンバータ(シンチレータ)13に加速導
入されて光を発生する。この光は光電紙増倍管15のフォ
トン−電子変換面14で電子に変換され、この電子が光電
増倍管15で増幅され、信号電流として記録部19に送られ
る。
次に正イオン検出の場合を第2図を用いて説明する。
ディフレクタ6は正電位に変更され、これによって正イ
オンは正イオン軌道27のように偏向されてイオン−電子
変換面7に導入されて電子を発生する。この電子が電子
増倍管8で増幅されて信号電流として記録部19に送られ
る。
負イオン,正イオンは以上のようにして検出される
が、第1図と第2図において固定台16の位置が異なって
いることが重要な事項である。
一般に質量分析計、特に四重極質量分析計では質量分
離器3を通過してくる粒子として、イオンの他に中性の
励起分子がある。この励起分子がイオン−電子変換面7,
11に導入されるとイオンと同様に電子を発生してノイズ
原因となるのでこの励起分子は感度低減の原因となる。
そこでこの励起分子をイオン−電子変換面7,11に導入さ
せないために通常は第6図,第7図に示されるようにイ
オン−電子変換器7,11は質量分離器3内のイオン進行方
向の軸25からはずれた位置に設置され、イオンのみをデ
ィフレクタ6で偏向させている。従って第1図,第2図
のように同一真空槽内に電子増倍管8と光電子増倍管15
を設置した場合、イオン軌道26,27の最適軌道に対して
イオン−電子変換面7,11が最適位置に設置されれば固定
台16は移動される必要がない。
しかし、電子増倍管8,光電子増倍管15の大きさおよび
イオン−電子変換面7,11に印加された高電圧による放電
対策の関係から、イオン−電子変換面7,11は質量分離器
3内のイオン進行方向軸からの距離が大きくなるように
設置されなければならず、単純に2つの検出機構を設置
しただけでは最適イオン軌道上への設置が困難である。
イオン軌道26,27はディフレクタ6の電位により変えら
れるが、スリット4の穴とイオン−電子変換面7,11の距
離が大きくなると電界領域5でのイオンの損失が大きく
なり、感度が低下する。
そこで、本実施例では最適イオン軌道に対して、イオ
ン−電子変換面7,11を最適位置に調整可能とするため、
固定台16を真空槽外部から真空を破らずに移動すること
ができる様になっている。
すなわち、回転導入機構20を回転軸24を中心として回
転させることにより、回転導入機構先端21の位置がA−
A′方向に移動される。回転導入機構先端21はベローズ
22に結合されており、さらにベローズ22と固定台16が結
合棒23によって結合されている。すなわち、回転導入機
構20を真空槽外部で回転させることにより固定台16をA
−A′方向に移動させることができる。この機構によ
り、正イオン軌道27および負イオン軌道26に対してイオ
ン−電子変換面7,11を各々最適位置に設定できるため、
高感度測定が可能となる。なおベローズ22は回転導入機
構20に用いられる潤滑油等の汚れ成分が真空槽内に混入
するのを防ぐ目的で用いられている。
第3図は本実施例による正イオンの検出例、第4図は
従来の正負共用検出装置(第7図)による正イオンの検
出例である。第3図と第4図を比較して明らかなように
本実施例によるスペクトルは従来装置スペクトルよりノ
イズレベルが極めて低い。本実施例で検出されているm/
z167のピークは従来装置では検出不可能である。
以上述べたように本実施例によれば正イオンを高感度
に検出でき、また負イオンも簡便に検出できる。
第5図も本発明の一実施例である。
第5図は第1図,第2図の固定台16の移動を自動的に
行なわせたものである。
固定台16は回転導入機構20で移動させるが、回転導入
機構20は駆動モータ29で駆動される。さらに駆動モータ
29は駆動制御部28で制御されている。固定台16を移動さ
せながら信号検出を行ない、記録部19で信号解析が行な
われ、イオン検出量が最大となる固定台16の位置情報が
駆動制御部28に送られて、駆動モータ29,回転導入機構2
0によって固定台16が最適位置に移動されているように
なっている。
本実施例によれば高感度測定のためのイオン−電子変
換面を最適位置に設置する煩雑な操作が自動的に行われ
るという操作簡略の効果がある。
〔発明の効果〕
以上、述べたように本発明によれば従来不可能であっ
て正イオンの感度を低下させることなく検出でき、また
負イオンも簡便に検出できるという大きな効果がある。
すなわち、正イオンを高感度に検出し、かつ負イオン
も測定する場合、従来装置では複数台の専用質量分析計
を持つかまたは真空装置内の検出機構を交換しなければ
ならないという極めて困難な問題を本発明は解決してい
る。
【図面の簡単な説明】
第1図,第2図は本発明の一実施例の構成図、 第3図は本発明の質量分析計により得られたスペクトル
を示す図、第4図は従来装置により得られたスペクトル
を示す図、第5図は本発明による他の実施例の構成図、
第6図は正イオン検出用従来装置の構成図、第7図は正
負両イオン検出用従来装置の構成図である。 1……真空槽、2……イオン源、3……質量分離器、 4……スリット、5……電界領域、6……ディフレク
タ、 7……イオン−電子変換面、8……電子増倍管、 9……電流送出部、10……イオン−電子コンバータ、 11……イオン−電子変換面、12……電子増幅器、 13……電子−フォトンコンバータ、14……フォトン−電
子変換面、15……光電子増倍管、16……固定台、17……
電流送出部、18……電流導入端子、 19……記録部、20……回転導入機構、21……回転導入機
構先端、22……ベローズ、23……結合棒、 24……回転軸、25……質量分離器内イオン軌道、 26……負イオン軌道、27……正イオン軌道、 28……駆動制御部、29……駆動モータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡瀬 進一郎 東京都青梅市藤橋3丁目3番地の2 日 立東京エレクトロニクス株式会社内 (72)発明者 栗山 克己 東京都青梅市藤橋3丁目3番地の2 日 立東京エレクトロニクス株式会社内 (72)発明者 中野 和男 東京都青梅市藤橋3丁目3番地の2 日 立東京エレクトロニクス株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−97249(JP,A) 特開 昭62−44946(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空槽と、前記真空槽内に設けられイオン
    を質量分離する質量分離手段と、前記質量分離手段から
    のイオンを偏向する偏向手段と、真空槽内に設けられ偏
    向されたイオンを検出する正イオン検出手段と、負イオ
    ン検出手段と、前記正イオン検出手段と前記負イオン検
    出手段とをその上に固定した台と、前記台を前記真空槽
    外より前記質量分離手段に対する位置を移動させる移動
    手段とを含み、前記正イオン検出手段は、正イオンを電
    子に変換して電子を増幅する電子増倍管とからなる正イ
    オン検出機構と、前記負イオン検出手段は負イオンを電
    子に変換し、前記電子を光に変換し、光を光電子増倍管
    からなる負イオン検出機構とからなり、低電位にあるそ
    の入力部に前記電子増倍管からの出力信号線と光電子増
    倍管からの出力信号線とが接続されている記録部とを具
    備することを特徴とする質量分析計。
  2. 【請求項2】上記台は、上記移動手段により上記質量分
    離手段におけるイオンの通過方向に対して垂直方向に移
    動することを特徴とする請求項1に記載の質量分析計。
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