JP2990321B2 - 誘導プラズマ質量分析装置 - Google Patents
誘導プラズマ質量分析装置Info
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/02—Details
- H01J49/10—Ion sources; Ion guns
- H01J49/105—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation, Inductively Coupled Plasma [ICP]
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01J49/06—Electron- or ion-optical arrangements
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- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、試料中の微量不純物の
同定・定量をするために、試料を誘導プラズマでイオン
化し、生じたイオンをマスフィルターで質量分離して検
出する誘導プラズマ質量分析装置に関するものである。
同定・定量をするために、試料を誘導プラズマでイオン
化し、生じたイオンをマスフィルターで質量分離して検
出する誘導プラズマ質量分析装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の誘導プラズマ質量分装置の概略
は、図２に示すような構成になっている。図２におい
て、１はプラズマトーチ、２は誘導コイル、３は誘導プ
ラズマである。プラズマ発生部は、前記プラズマトーチ
１、誘導コイル２及びプラズマトーチ１に流されるガス
（例えばＡｒ）で構成される。液体試料は、通常ネブラ
イザー（図示せず）で噴霧され、キャリアガスとともに
プラズマトーチ１に供給される。プラズマトーチ１の先
端には誘導コイル２が巻かれてあり、２７.１２ＭＨｚ
あるいは４０ＭＨｚの高周波電力が印加される。誘導プ
ラズマ３は、この高周波電力と誘導結合して維持され
る。このようなプラズマ発生部は、誘導結合プラズマ
（ＩＣＰ）と呼ばれるものであるが、プラズマ発生部と
して特開平３−９５８９９に開示されているようなマイ
クロ波誘導プラズマ（ＭＩＰと呼ばれる）が使用された
ものもある。
は、図２に示すような構成になっている。図２におい
て、１はプラズマトーチ、２は誘導コイル、３は誘導プ
ラズマである。プラズマ発生部は、前記プラズマトーチ
１、誘導コイル２及びプラズマトーチ１に流されるガス
（例えばＡｒ）で構成される。液体試料は、通常ネブラ
イザー（図示せず）で噴霧され、キャリアガスとともに
プラズマトーチ１に供給される。プラズマトーチ１の先
端には誘導コイル２が巻かれてあり、２７.１２ＭＨｚ
あるいは４０ＭＨｚの高周波電力が印加される。誘導プ
ラズマ３は、この高周波電力と誘導結合して維持され
る。このようなプラズマ発生部は、誘導結合プラズマ
（ＩＣＰ）と呼ばれるものであるが、プラズマ発生部と
して特開平３−９５８９９に開示されているようなマイ
クロ波誘導プラズマ（ＭＩＰと呼ばれる）が使用された
ものもある。
【０００３】４はサンプリングコーン、５はスキマーコ
ーン、６は真空容器、７，８，９は各々ポンプａ，ｂ，
ｃである。サンプリングコーン４及びスキマーコーン５
は円錐状で先端に各々直径０.９から１.２ｍｍ，０.３
から０.６ｍｍ程度の円形の孔が開いており、誘導プラ
ズマ３中でイオン化した試料は、サンプリングコーン４
及びスキマーコーン５の孔を通して真空容器６内に導入
される。
ーン、６は真空容器、７，８，９は各々ポンプａ，ｂ，
ｃである。サンプリングコーン４及びスキマーコーン５
は円錐状で先端に各々直径０.９から１.２ｍｍ，０.３
から０.６ｍｍ程度の円形の孔が開いており、誘導プラ
ズマ３中でイオン化した試料は、サンプリングコーン４
及びスキマーコーン５の孔を通して真空容器６内に導入
される。
【０００４】真空容器６の内部は、ポンプａ７，ポンプ
ｂ８，ポンプｃ９で差動排気されて真空状態に保たれ
る。ポンプの種類としては、ポンプａ７がロータリーポ
ンプ、８，９のポンプｂ，ｃがターボ分子ポンプ或は油
拡散ポンプが通常使用される。また、ポンプ８，９に
は、図示してないが補助ポンプが通常使用される。真空
排気装置は、このポンプ７，８，９及び補助ポンプで構
成される。
ｂ８，ポンプｃ９で差動排気されて真空状態に保たれ
る。ポンプの種類としては、ポンプａ７がロータリーポ
ンプ、８，９のポンプｂ，ｃがターボ分子ポンプ或は油
拡散ポンプが通常使用される。また、ポンプ８，９に
は、図示してないが補助ポンプが通常使用される。真空
排気装置は、このポンプ７，８，９及び補助ポンプで構
成される。
【０００５】１０はマスフィルター、１１はイオンレン
ズ、１２はリペラー電極、１３は検出器である。マスフ
ィルター１０は入射したイオンのうち設定した電圧に対
応した質量のイオンのみを通す働きをするものであり、
四重極質量分析計が通常使われる。イオンレンズ１１
は、スキマーコーン５を通過したイオンを効率良くマス
フィルター１０に入射させると共に、プラズマ３からの
光を遮蔽する働きをしている。
ズ、１２はリペラー電極、１３は検出器である。マスフ
ィルター１０は入射したイオンのうち設定した電圧に対
応した質量のイオンのみを通す働きをするものであり、
四重極質量分析計が通常使われる。イオンレンズ１１
は、スキマーコーン５を通過したイオンを効率良くマス
フィルター１０に入射させると共に、プラズマ３からの
光を遮蔽する働きをしている。
【０００６】マスフィルター１０を通過したイオンは、
検出器１３で検出される。検出器１３には、例えばガリ
レオ社のチャンネルトロンが使用される。リペラー電極
１２は、マスフィルター１０を通過したイオンを検出器
１３に導く働きをしており、イオンが正イオンのときに
は正の電圧が、イオンが負イオンのときには負の電圧が
印加される。
検出器１３で検出される。検出器１３には、例えばガリ
レオ社のチャンネルトロンが使用される。リペラー電極
１２は、マスフィルター１０を通過したイオンを検出器
１３に導く働きをしており、イオンが正イオンのときに
は正の電圧が、イオンが負イオンのときには負の電圧が
印加される。
【０００７】試料中の不純物は、検出器１３で検出され
た時のマスフィルター１０に印加された電圧から質量数
が求められ、すなわち、同定ができる。また検出器１３
で検出されたイオン量から不純物濃度を求めることがで
きる。次に、図３を用いてマスフィルター１１の出口か
ら検出器１３までの構成について述べる。図３におい
て、１０はマスフィルター、１２はリペラー電極、１３
は検出器、１４は引出し電極、１５は光、１６はイオン
である。
た時のマスフィルター１０に印加された電圧から質量数
が求められ、すなわち、同定ができる。また検出器１３
で検出されたイオン量から不純物濃度を求めることがで
きる。次に、図３を用いてマスフィルター１１の出口か
ら検出器１３までの構成について述べる。図３におい
て、１０はマスフィルター、１２はリペラー電極、１３
は検出器、１４は引出し電極、１５は光、１６はイオン
である。
【０００８】マスフィルター１０の出口に達したイオン
は、引出し電極１４によりマスフィルター１０の外に引
き出され、加速される。リペラー電極１２と検出器１３
は、マスフィルター１０の中心軸に対して各々反対側に
配置されている。これは、マスフィルター１０を通過し
たイオンのみを検出器１３に到達させるためである。
は、引出し電極１４によりマスフィルター１０の外に引
き出され、加速される。リペラー電極１２と検出器１３
は、マスフィルター１０の中心軸に対して各々反対側に
配置されている。これは、マスフィルター１０を通過し
たイオンのみを検出器１３に到達させるためである。
【０００９】すなわち、リペラー電極１２に印加された
電位及び検出器１３に印加された電位によって作りださ
れる電界により、イオン１６を検出器１３に導き、バッ
クグランドノイズとなる光１５（図２のイオンレンズ１
１で遮蔽しきれなかったもの）は直進させて検出器１３
には到達させない働きをしている。
電位及び検出器１３に印加された電位によって作りださ
れる電界により、イオン１６を検出器１３に導き、バッ
クグランドノイズとなる光１５（図２のイオンレンズ１
１で遮蔽しきれなかったもの）は直進させて検出器１３
には到達させない働きをしている。
【００１０】 １７はマイナスの高圧電源、１８はパル
スプリアンプ、１９はディスクリミネータ、２０はデー
タ処理部、２１は出力端である。検出するイオンが正イ
オンのときには、検出器１３の先端にはマイナスの高圧
電源１７により−２から−２.５ｋＶ程度の高電圧が印
加され、その後端は接地されている。検出器１３に入射
したイオン１６は、検出器１３中でその電荷が１０ 6 か
ら１０ 8 倍程度に増幅さてパルス状に出力端２１に到達
する。
スプリアンプ、１９はディスクリミネータ、２０はデー
タ処理部、２１は出力端である。検出するイオンが正イ
オンのときには、検出器１３の先端にはマイナスの高圧
電源１７により−２から−２.５ｋＶ程度の高電圧が印
加され、その後端は接地されている。検出器１３に入射
したイオン１６は、検出器１３中でその電荷が１０ 6 か
ら１０ 8 倍程度に増幅さてパルス状に出力端２１に到達
する。
【００１１】出力端２１のパルスはパルスプリアンプ１
８により１０から１００倍程度に増幅されてディスクリ
ミネータ１９の送られる。このパルスはノイズを含んで
いる。ディスクリミネータ１９ではパルスの波高により
イオン信号とノイズとを分離して、イオン信号のみをデ
ータ処理部２０に送る働きをしている。データ処理部２
０では、このイオン信号としてのパルスを計数する。
８により１０から１００倍程度に増幅されてディスクリ
ミネータ１９の送られる。このパルスはノイズを含んで
いる。ディスクリミネータ１９ではパルスの波高により
イオン信号とノイズとを分離して、イオン信号のみをデ
ータ処理部２０に送る働きをしている。データ処理部２
０では、このイオン信号としてのパルスを計数する。
【００１２】そして、計数時のマスフィルター１０の電
圧からイオンの質量すなわち同定が行われ、計数量また
は計数率から微量不純物の濃度が求められる。なお負イ
オンを検出するときは、リペラー電極１２，検出器１３
の先端に印加する電圧の極性が逆になる。このことは、
例えば、Reprinted from American Laboratory,MARCH19
79 の記事Channel electron murutipliers に開示され
ているので説明を省略する。
圧からイオンの質量すなわち同定が行われ、計数量また
は計数率から微量不純物の濃度が求められる。なお負イ
オンを検出するときは、リペラー電極１２，検出器１３
の先端に印加する電圧の極性が逆になる。このことは、
例えば、Reprinted from American Laboratory,MARCH19
79 の記事Channel electron murutipliers に開示され
ているので説明を省略する。
【００１３】 このような検出方法では、定量できる微
量不純物濃度は１ｐｐｔ（１/１０ ）以下から１００
ｐｐb（１/１０ ）程度の範囲である。これは検出器１
３に入射るイオンのフラックスが多くなると、検出器１
３の内部の出力端２１の近傍では大量の２次電子放出に
より帯電が生じ、電位分布が変形して電解強度が弱くな
るため、後続の信号の増倍が抑制されることによる。１
００ｐｐb（１/１０ ）度以上の濃度の微量不純物を定
量する方法は知られており、これを図４を用いて説明す
る。
量不純物濃度は１ｐｐｔ（１/１０ ）以下から１００
ｐｐb（１/１０ ）程度の範囲である。これは検出器１
３に入射るイオンのフラックスが多くなると、検出器１
３の内部の出力端２１の近傍では大量の２次電子放出に
より帯電が生じ、電位分布が変形して電解強度が弱くな
るため、後続の信号の増倍が抑制されることによる。１
００ｐｐb（１/１０ ）度以上の濃度の微量不純物を定
量する方法は知られており、これを図４を用いて説明す
る。
【００１４】図４において、マスフィルター１０、引出
し電極１４、リペラー電極１２は前述と同等である。１
３ａは検出器である。検出器１３ａは中腹にアナログア
ノード２２、アイソレーショングリッド２３、プロテク
ショングリッド２４が設けられており、後端部には出力
端２１が設置された構造をしている。正イオンを検出す
る場合、検出器１３ａの先端にはマイナス高圧電源１７
により負の電圧が、後部にはプラス高圧電源２８により
正の電圧が、プロテクショングリッド２４には０電位が
印加される。
し電極１４、リペラー電極１２は前述と同等である。１
３ａは検出器である。検出器１３ａは中腹にアナログア
ノード２２、アイソレーショングリッド２３、プロテク
ショングリッド２４が設けられており、後端部には出力
端２１が設置された構造をしている。正イオンを検出す
る場合、検出器１３ａの先端にはマイナス高圧電源１７
により負の電圧が、後部にはプラス高圧電源２８により
正の電圧が、プロテクショングリッド２４には０電位が
印加される。
【００１５】 この検出器１３ａでは、入射したイオン
の電荷はアナログアノード２２位置で１０4程度に、出
力端２１で１０ 7 程度に増幅される。２５はプリアン
プ、２６ＶＦコンバータ、２７は保護回路である。検出
する不純物濃度が１００ｐｐｔ（１/１０ ）程度以下
（すなわち１０ 6 パルス毎秒以下程度のイオン入射）で
はオン電荷は出力端２１まで増倍されてパルスプリアン
プ１８、ディスクリミネータ１９を通してデータ処理部
２０でパルスカウントされる（これを以下イオンカウン
ト方式と呼ぶことにする）。
の電荷はアナログアノード２２位置で１０4程度に、出
力端２１で１０ 7 程度に増幅される。２５はプリアン
プ、２６ＶＦコンバータ、２７は保護回路である。検出
する不純物濃度が１００ｐｐｔ（１/１０ ）程度以下
（すなわち１０ 6 パルス毎秒以下程度のイオン入射）で
はオン電荷は出力端２１まで増倍されてパルスプリアン
プ１８、ディスクリミネータ１９を通してデータ処理部
２０でパルスカウントされる（これを以下イオンカウン
ト方式と呼ぶことにする）。
【００１６】検出する不純物濃度が濃い〔１０ｐｐｂ
（１/１０ ）から１００ｐｐｍ（１/１０ ）程度の濃度
範囲〕ときには、検出器１３ａに入射したイオンはアナ
ログアノード２２で電流検出される。アナログアノード
２２に流れる電流はプリアンプ２５で電圧に変換・増幅
されてＶＦコンバータ２６に送られる。ＶＦコンバータ
２６ではプリアンプ２５から入力された電圧に比例した
周波数のパルスに変換してデータ処理部２０ａでパルス
カウントされる（これを以下電量検出方式と呼ぶ）。
（１/１０ ）から１００ｐｐｍ（１/１０ ）程度の濃度
範囲〕ときには、検出器１３ａに入射したイオンはアナ
ログアノード２２で電流検出される。アナログアノード
２２に流れる電流はプリアンプ２５で電圧に変換・増幅
されてＶＦコンバータ２６に送られる。ＶＦコンバータ
２６ではプリアンプ２５から入力された電圧に比例した
周波数のパルスに変換してデータ処理部２０ａでパルス
カウントされる（これを以下電量検出方式と呼ぶ）。
【００１７】 データ処理部２０ではディスクリミネー
タ１９或はＶＦコンバータ２６からの入力量（計数率）
を管理することにより、イオンカウント方式にするか電
流検出方式にするかを判断する。そして電流検出を行う
ときには、検出器１３ａの後段を保護するために保護回
路２７に信号を送り、プロテクショングリッド２４に電
圧を印加して、検出器１３ａの後段に２次電子が入射し
ないようにする。このような構成にした誘導プラズマ質
量分析装置では、定量できる微量不純物濃度は１ｐｐｔ
（１/１０ ）以下から１００ｐｐｍ（１/１０ ）程度
の範囲になる。
タ１９或はＶＦコンバータ２６からの入力量（計数率）
を管理することにより、イオンカウント方式にするか電
流検出方式にするかを判断する。そして電流検出を行う
ときには、検出器１３ａの後段を保護するために保護回
路２７に信号を送り、プロテクショングリッド２４に電
圧を印加して、検出器１３ａの後段に２次電子が入射し
ないようにする。このような構成にした誘導プラズマ質
量分析装置では、定量できる微量不純物濃度は１ｐｐｔ
（１/１０ ）以下から１００ｐｐｍ（１/１０ ）程度
の範囲になる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術には
以下のような問題がある。まず、第一に、高濃度〔ｐｐ
ｍ（１/１０ ）オーダーの濃度〕の不純物測定を行うこ
とによる検出器の寿命の問題である。従来技術では、常
にマスフィルター１０を通過したイオンのほとんど全て
が検出器に到達していた。これは、リペラー電極１２に
印加する電圧が数１０から１００Ｖ程度なのに対して、
検出器１３に印加する電圧が２から２.５ｋＶであり、
検出器のつくる電界が非常に強いためである。検出器に
入射したイオンには検出器の内壁に存在し続けて２次電
子放出イールドを劣化させる。このため検出器は高濃度
の不純物を測定することにより短寿命化してしまう。
以下のような問題がある。まず、第一に、高濃度〔ｐｐ
ｍ（１/１０ ）オーダーの濃度〕の不純物測定を行うこ
とによる検出器の寿命の問題である。従来技術では、常
にマスフィルター１０を通過したイオンのほとんど全て
が検出器に到達していた。これは、リペラー電極１２に
印加する電圧が数１０から１００Ｖ程度なのに対して、
検出器１３に印加する電圧が２から２.５ｋＶであり、
検出器のつくる電界が非常に強いためである。検出器に
入射したイオンには検出器の内壁に存在し続けて２次電
子放出イールドを劣化させる。このため検出器は高濃度
の不純物を測定することにより短寿命化してしまう。
【００１９】 第二に、高濃度の不純物の検出を電流検
出することによる課題がある。検出する電流は、１０
-10 から１０ -6 Ａ程度の約４桁の範囲で狭い。１０ -6 Ａ
以上では検出器の増倍が前述の理由で抑制され、１０
-10 Ａ以下の微少流検出は精度が悪くなってくる（飽和
してしまい測定できない）。１０ -10 Ａ以下の領域はイ
オンカウントで測定できるが、高濃度測定時と同一条件
で中濃度の測定を行えることが分析装置として望まし
い。
出することによる課題がある。検出する電流は、１０
-10 から１０ -6 Ａ程度の約４桁の範囲で狭い。１０ -6 Ａ
以上では検出器の増倍が前述の理由で抑制され、１０
-10 Ａ以下の微少流検出は精度が悪くなってくる（飽和
してしまい測定できない）。１０ -10 Ａ以下の領域はイ
オンカウントで測定できるが、高濃度測定時と同一条件
で中濃度の測定を行えることが分析装置として望まし
い。
【００２０】 第三に価格である。図４に示した従来技
術は、図３の構成に比べてプリアンプ，ＶＦコンバー
タ，保護回路，プラス高圧電源といった構成要素が増え
るばかりでなく、消耗品である検出器も高価なものにな
ってしまう。 本発明は、前記問題点を解決するために
なされたものであり、本発明の目的は、検出器の劣化を
抑え、高濃度測定条件で測定できる濃度範囲を約６桁に
し、しかも、安価な誘導プラズマ質量分析装置における
検出系を提供することである。
術は、図３の構成に比べてプリアンプ，ＶＦコンバー
タ，保護回路，プラス高圧電源といった構成要素が増え
るばかりでなく、消耗品である検出器も高価なものにな
ってしまう。 本発明は、前記問題点を解決するために
なされたものであり、本発明の目的は、検出器の劣化を
抑え、高濃度測定条件で測定できる濃度範囲を約６桁に
し、しかも、安価な誘導プラズマ質量分析装置における
検出系を提供することである。
【００２１】本発明の前記ならびにその他の目的及び新
規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明ら
かにする。
規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明ら
かにする。
【００２２】 前記の目的を達成するために、本発明に
よる誘導プラズマ質量分析装置は、試料を誘導プラズマ
化するプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部でイオン
化した前記試料を真空容器中に導入する先端に小孔の開
いたサンプリングコーン及びスキマーコーンと、前記試
料のイオンのうち指定した質量のイオンを通過させるマ
スフィルターと、前記スキマーコーンを通過した前記試
料のイオンを前記マスフィルターに導くイオンレンズ
と、前記マスフィルターを通過したイオンを検出する検
出器と、前記マスフィルターの出口で、該マスフィルタ
ーの中心軸に対して前記検出器の反対側に配置されたリ
ペラー電極と、前記真空容器内で前記マスフィルターと
前記イオンレンズと前記検出器と前記リペラー電極を真
空状態にする真空排気装置からなる誘導プラズマ質量分
析装置において、前記マスフィルターの軸と前記検出器
の間に前記マスフィルターを通過した前記試料中の微量
不純物のイオンを前記検出器に導く穴の開いた補助電極
を設置すると共に、前記試料中の測定する微量不純物の
濃度に応じて前記リペラー電極あるいは前記補助電極に
印加する電圧を変化させたことを特徴徴とする。
よる誘導プラズマ質量分析装置は、試料を誘導プラズマ
化するプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部でイオン
化した前記試料を真空容器中に導入する先端に小孔の開
いたサンプリングコーン及びスキマーコーンと、前記試
料のイオンのうち指定した質量のイオンを通過させるマ
スフィルターと、前記スキマーコーンを通過した前記試
料のイオンを前記マスフィルターに導くイオンレンズ
と、前記マスフィルターを通過したイオンを検出する検
出器と、前記マスフィルターの出口で、該マスフィルタ
ーの中心軸に対して前記検出器の反対側に配置されたリ
ペラー電極と、前記真空容器内で前記マスフィルターと
前記イオンレンズと前記検出器と前記リペラー電極を真
空状態にする真空排気装置からなる誘導プラズマ質量分
析装置において、前記マスフィルターの軸と前記検出器
の間に前記マスフィルターを通過した前記試料中の微量
不純物のイオンを前記検出器に導く穴の開いた補助電極
を設置すると共に、前記試料中の測定する微量不純物の
濃度に応じて前記リペラー電極あるいは前記補助電極に
印加する電圧を変化させたことを特徴徴とする。
【００２３】
【作用】前記のように構成された誘導プラズマ質量分析
装置においては、マスフィルターを通過したイオンが検
出器の作る電界によって検出器に引き寄せられる効果を
補助電極により抑制することができる。そして、リペラ
ー電極或は補助電極に印加する電圧を制御することによ
り、検出器に入射するイオン量を制御できるようにな
る。そして、リペラー電極或は補助電極の電圧設定を、
低濃度の微量不純物の測定時にはイオンを効率良く検出
器に到達するように行い、高濃度の不純物の測定時には
マスフィルターを通過したイオンのうち一部が検出器に
到達するようにする。その結果、高濃度の不純物測定に
よって検出器が劣化する従来技術の課題が解決される。
また本発明では高濃度の不純物測定時にもイオンカウン
トを行うために同一条件で約６桁の濃度範囲を測定でき
るようになる。さらに本発明ではイオンカウント方式の
みでイオン検出を行っているため、イオンカウント方式
と電流検出方式を併用している従来技術よりも安価な検
出系を供給できる。
装置においては、マスフィルターを通過したイオンが検
出器の作る電界によって検出器に引き寄せられる効果を
補助電極により抑制することができる。そして、リペラ
ー電極或は補助電極に印加する電圧を制御することによ
り、検出器に入射するイオン量を制御できるようにな
る。そして、リペラー電極或は補助電極の電圧設定を、
低濃度の微量不純物の測定時にはイオンを効率良く検出
器に到達するように行い、高濃度の不純物の測定時には
マスフィルターを通過したイオンのうち一部が検出器に
到達するようにする。その結果、高濃度の不純物測定に
よって検出器が劣化する従来技術の課題が解決される。
また本発明では高濃度の不純物測定時にもイオンカウン
トを行うために同一条件で約６桁の濃度範囲を測定でき
るようになる。さらに本発明ではイオンカウント方式の
みでイオン検出を行っているため、イオンカウント方式
と電流検出方式を併用している従来技術よりも安価な検
出系を供給できる。
【００２４】一方マスフィルタ−を通過したイオンに
は、検出すべき試料中の微量不純物のイオンの他に、ノ
イズとなるイオンが存在する。ノイズとなるイオンは検
出すべきイオンよりもエネルギーが０に近いため、リペ
ラー電極と補助電極のつくる電界によって、検出すべき
イオンよりも大きく偏向される。従って検出する前記微
量不純物の濃度が濃いときには、リペラー電極と補助電
極の電位差を低濃度測定時に設定した電位差より大きく
（イオンの偏向量を大きく）すると、検出すべきイオン
の検出器への到達量を減じて、しかもノイズのない測定
を行うことができる。
は、検出すべき試料中の微量不純物のイオンの他に、ノ
イズとなるイオンが存在する。ノイズとなるイオンは検
出すべきイオンよりもエネルギーが０に近いため、リペ
ラー電極と補助電極のつくる電界によって、検出すべき
イオンよりも大きく偏向される。従って検出する前記微
量不純物の濃度が濃いときには、リペラー電極と補助電
極の電位差を低濃度測定時に設定した電位差より大きく
（イオンの偏向量を大きく）すると、検出すべきイオン
の検出器への到達量を減じて、しかもノイズのない測定
を行うことができる。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。全図において、同一機能を有するものは同一
符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。図１は、
本発明の誘導プラズマ質量分析装置の一実施例の主要部
分の構成を示す模式構成図であり、図１に示されていな
いプラズマ発生部、真空容器、サンプリングコーン、ス
キマーコーン及び真空排気装置といった構成は、図２に
示す従来技術と同等なので説明を省略する。
説明する。全図において、同一機能を有するものは同一
符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。図１は、
本発明の誘導プラズマ質量分析装置の一実施例の主要部
分の構成を示す模式構成図であり、図１に示されていな
いプラズマ発生部、真空容器、サンプリングコーン、ス
キマーコーン及び真空排気装置といった構成は、図２に
示す従来技術と同等なので説明を省略する。
【００２６】また、図１におけるマスフィルター１０、
リペラー電極１２、検出器１３、引出し電極１４、高圧
電源１７、パルスプリアンプ１８、ディスクリミネータ
１９及び出力端２１は、図３に示した従来技術と同等な
のでその機能に関する説明は省略する。
リペラー電極１２、検出器１３、引出し電極１４、高圧
電源１７、パルスプリアンプ１８、ディスクリミネータ
１９及び出力端２１は、図３に示した従来技術と同等な
のでその機能に関する説明は省略する。
【００２７】マスフィルター１０の出口に達したイオン
は、引出し電極１４によりマスフィルター１０の外に引
き出され、加速される。２９はマスフィルター軸で、マ
スフィルター１０の中心軸を示している。リペラー電極
１２と検出器１３は、マスフィルター軸２９に対して各
々反対側に配置されている。これは、マスフィルター１
０を通過したイオンのみを検出器１３に到達させてバッ
クグランドノイズになる光１５は検出器１３に到達させ
ない働きをしている。
は、引出し電極１４によりマスフィルター１０の外に引
き出され、加速される。２９はマスフィルター軸で、マ
スフィルター１０の中心軸を示している。リペラー電極
１２と検出器１３は、マスフィルター軸２９に対して各
々反対側に配置されている。これは、マスフィルター１
０を通過したイオンのみを検出器１３に到達させてバッ
クグランドノイズになる光１５は検出器１３に到達させ
ない働きをしている。
【００２８】マスフィルター１０を通過したイオンに
は、検出すべき信号イオンとバックグランドイオンが存
在する。信号イオンは、図２に示す誘導プラズマ３中で
生じた試料中の微量不純物のイオンで、誘導プラズマ３
のプラズマ電位に対応したエネルギーで生成されてい
る。一方、バックグランドイオンは、マスフィルター１
０内でイオンと残留ガス等との衝突で生じたものであ
り、生成時のエネルギーは０に近い。
は、検出すべき信号イオンとバックグランドイオンが存
在する。信号イオンは、図２に示す誘導プラズマ３中で
生じた試料中の微量不純物のイオンで、誘導プラズマ３
のプラズマ電位に対応したエネルギーで生成されてい
る。一方、バックグランドイオンは、マスフィルター１
０内でイオンと残留ガス等との衝突で生じたものであ
り、生成時のエネルギーは０に近い。
【００２９】図１において、３０は補助電極、３１は信
号イオン、３２はバックグランドイオンで、３３は電源
である。補助電極３０は、マスフィルター軸２９と検出
器１３の間に配置された電極である、マスフィルター１
０から出てきた信号イオン３１が通過して検出器１３に
到達させるための穴３０ａが開いた構造をしている。
号イオン、３２はバックグランドイオンで、３３は電源
である。補助電極３０は、マスフィルター軸２９と検出
器１３の間に配置された電極である、マスフィルター１
０から出てきた信号イオン３１が通過して検出器１３に
到達させるための穴３０ａが開いた構造をしている。
【００３０】補助電極３０の穴３０ａの大きさは、検出
器１３のイオンを検知する開口部と同程度が適当であ
る。すなわち直径８から２０ｍｍ程度である。リペラー
電極１２及び補助電極３０には電源３３により電圧が印
加されている。補助電極３０の存在により、リペラー電
極１２，引出し電極１４及び補助電極３０に囲まれた空
間では、検出器１３のつくる電界は抑えられる。
器１３のイオンを検知する開口部と同程度が適当であ
る。すなわち直径８から２０ｍｍ程度である。リペラー
電極１２及び補助電極３０には電源３３により電圧が印
加されている。補助電極３０の存在により、リペラー電
極１２，引出し電極１４及び補助電極３０に囲まれた空
間では、検出器１３のつくる電界は抑えられる。
【００３１】 そして、マスフィルター１０を通過した
イオンはリペラー電極１２及び補助電極３０のつくる電
界によってその軌道を制御することができるようにな
る。試料の測定する微量不純物が低濃度から中濃度〔信
号イオン量が１０ 6 個毎秒以下程度で、１００ｐｐｂ程
度以下に相当〕のときには、マスフィルタ１０を通過し
た信号イオンが効率良く補助電極３０の穴３０ａを通過
して検出器１３で検出されるように、リペラー電極１２
及び補助電極３０に電圧を印加する。
イオンはリペラー電極１２及び補助電極３０のつくる電
界によってその軌道を制御することができるようにな
る。試料の測定する微量不純物が低濃度から中濃度〔信
号イオン量が１０ 6 個毎秒以下程度で、１００ｐｐｂ程
度以下に相当〕のときには、マスフィルタ１０を通過し
た信号イオンが効率良く補助電極３０の穴３０ａを通過
して検出器１３で検出されるように、リペラー電極１２
及び補助電極３０に電圧を印加する。
【００３２】 このときの電圧は、各電極や検出器の配
置等に依存しているが、例えば、リペラー電極１２には
＋５０Ｖ程度で補助電極３０には−５０Ｖ程度を印加
（正イオン検出時：負イオン検出時には極性が逆にな
る）する。また、試料の測定する微量不純物が中濃度か
ら高濃度〔マスフィルター１０を通過する信号イオン量
が１０ 3 から１０ 9 個毎秒程度で、１００ｐｐｔ（１/
１０ ）から１００ｐｐｍ（１０ ）程度に相当〕のと
きには、マスフィルター１０を通過した信号イオンのう
ちの一部（例えば千分の一程度）が補助電極３０の穴３
０ａを通過して検出器１３で検出されるように、リペラ
ー電極１２及び補助電極３０に電圧を印加する。
置等に依存しているが、例えば、リペラー電極１２には
＋５０Ｖ程度で補助電極３０には−５０Ｖ程度を印加
（正イオン検出時：負イオン検出時には極性が逆にな
る）する。また、試料の測定する微量不純物が中濃度か
ら高濃度〔マスフィルター１０を通過する信号イオン量
が１０ 3 から１０ 9 個毎秒程度で、１００ｐｐｔ（１/
１０ ）から１００ｐｐｍ（１０ ）程度に相当〕のと
きには、マスフィルター１０を通過した信号イオンのう
ちの一部（例えば千分の一程度）が補助電極３０の穴３
０ａを通過して検出器１３で検出されるように、リペラ
ー電極１２及び補助電極３０に電圧を印加する。
【００３３】このときのリペラー電極１２と補助電極３
０の電位差は、低濃度測定時の設定電位差よりも大きく
設定する方法と小さく設定する方法がある。しかし、低
濃度測定時の設定電位差より小さく設定すると、リペラ
ー電極１２と補助電極３０の間でのイオンの偏向量は小
さくなり、信号イオン３１より生成時のエネルギーが０
に近くて偏向され易いバックグランドイオン３２が検出
器１３に到達する割合が増加し、バックグランドノイズ
レベルが増加してしまう。これに対して低濃度測定時の
設定電位差より大きく設定するとバックグランドノイズ
レベルの増加はおこらない。
０の電位差は、低濃度測定時の設定電位差よりも大きく
設定する方法と小さく設定する方法がある。しかし、低
濃度測定時の設定電位差より小さく設定すると、リペラ
ー電極１２と補助電極３０の間でのイオンの偏向量は小
さくなり、信号イオン３１より生成時のエネルギーが０
に近くて偏向され易いバックグランドイオン３２が検出
器１３に到達する割合が増加し、バックグランドノイズ
レベルが増加してしまう。これに対して低濃度測定時の
設定電位差より大きく設定するとバックグランドノイズ
レベルの増加はおこらない。
【００３４】従って、中濃度から高濃度の微量不純物を
測定するときには、リペラー電極１２と補助電極３０の
電位差を、低濃度測定時の設定電位差よりも大きく設定
することにより、検出器１３に到達する信号イオンの量
を制御してしかもバックグランドノイズのない測定を行
うことができる。このとき印加する電圧は、例えば、リ
ペラー電極１２に＋３００Ｖ程度で補助電極３０に−５
０Ｖ程度（正イオン検出時：負イオン検出時には極性が
逆になる）である。
測定するときには、リペラー電極１２と補助電極３０の
電位差を、低濃度測定時の設定電位差よりも大きく設定
することにより、検出器１３に到達する信号イオンの量
を制御してしかもバックグランドノイズのない測定を行
うことができる。このとき印加する電圧は、例えば、リ
ペラー電極１２に＋３００Ｖ程度で補助電極３０に−５
０Ｖ程度（正イオン検出時：負イオン検出時には極性が
逆になる）である。
【００３５】２０ａはデータ処理部である。データ処理
部２０ａは、ディスクリミネータ１９からのパルスの計
数及びマスフィルター１０の設定から試料中の微量不純
物の定量分析・定性分析を行う従来技術の働きの他に、
ディスクリミネータ１９からのパルスの計数率を管理し
てリペラー電極１２あるいは補助電極３０の設定電圧を
指示する信号を電源３３に送る働きをしている。電源３
３はデータ処理部２０ａからの指示信号に従ってリペラ
ー電極１２及び補助電極３０に電圧を印加している。
部２０ａは、ディスクリミネータ１９からのパルスの計
数及びマスフィルター１０の設定から試料中の微量不純
物の定量分析・定性分析を行う従来技術の働きの他に、
ディスクリミネータ１９からのパルスの計数率を管理し
てリペラー電極１２あるいは補助電極３０の設定電圧を
指示する信号を電源３３に送る働きをしている。電源３
３はデータ処理部２０ａからの指示信号に従ってリペラ
ー電極１２及び補助電極３０に電圧を印加している。
【００３６】なお、マスフィルター１０を通過する信号
イオンの量が１０3から１０6個毎秒の不純物濃度が中程
度のときには、リペラー電極１２及び補助電極３０の電
圧設定は、低濃度測定時の設定でも高濃度測定時の設定
でも分析可能であることはいうまでもない。
イオンの量が１０3から１０6個毎秒の不純物濃度が中程
度のときには、リペラー電極１２及び補助電極３０の電
圧設定は、低濃度測定時の設定でも高濃度測定時の設定
でも分析可能であることはいうまでもない。
【００３７】以上の説明からもあきらかなように、本実
施例では、測定する微量不純物の濃度が中濃度から高濃
度でもイオンカウント方式で検出を行うことができる。
以上、本発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本
発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々変更し得ることはいう
までもない。
施例では、測定する微量不純物の濃度が中濃度から高濃
度でもイオンカウント方式で検出を行うことができる。
以上、本発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本
発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々変更し得ることはいう
までもない。
【００３８】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、検出器に入射するイオン量を制御できるため、試料
中の測定する不純物の濃度が濃くても、検出器に過大な
イオンが入射して検出器を劣化させることがなくなる。
また、試料中の測定する不純物の濃度が濃くてもイオン
カウント方式で検出を行うため、高濃度測定の条件で有
効数字約６桁の濃度範囲を測定することができる。さら
に、試料中の測定する不純物の濃度にかかわらずイオン
カウント方式で検出を行うため、従来に比し安価な検出
系を提供することができる。
ば、検出器に入射するイオン量を制御できるため、試料
中の測定する不純物の濃度が濃くても、検出器に過大な
イオンが入射して検出器を劣化させることがなくなる。
また、試料中の測定する不純物の濃度が濃くてもイオン
カウント方式で検出を行うため、高濃度測定の条件で有
効数字約６桁の濃度範囲を測定することができる。さら
に、試料中の測定する不純物の濃度にかかわらずイオン
カウント方式で検出を行うため、従来に比し安価な検出
系を提供することができる。
【図１】本発明の誘導プラズマ質量分析装置の一実施例
の主要部分の構成を示す模式構成図である。
の主要部分の構成を示す模式構成図である。
【図２】従来技術の問題点を説明するための図である。
【図３】従来技術の問題点を説明するための図である。
【図４】従来技術の問題点を説明するための図である。
１ プラズマトーチ ２ 誘導コイル ３ 誘導プラズマ ４ サンプリングコーン ５ スキマーコーン ６ 真空容器 ７ ポンプａ ８ ポンプｂ ９ ポンプｃ １０ マスフィルター １１ イオンレンズ １２ リペラー電極 １３、１３ａ 検出器 １４ 引出し電極 １５ 光 １６ イオン １７ マイナス高圧電源 １８ パルスプリアンプ １９ ディスクリミネータ ２０ データ処理部 ２０ａ データ処理部 ２１ 出力端 ２２ アナログアノード ２３ アイソレーショングリッド ２４ プロテクショングリッド ２５ プリアンプ ２６ ＶＦコンバータ ２７ 保護回路 ２８ プラス高圧電源 ２９ マスフィルター軸 ３０ 補助電極 ３１ 信号イオン ３２ バックグランドイオン ３３ 電源
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01J 49/06 H01J 49/22 H01J 49/26 H01J 49/42
Claims (1)
- 【請求項１】 試料を誘導プラズマ化するプラズマ発生
部と、前記プラズマ発生部でイオン化した前記試料を真
空容器中に導入する先端に小孔の開いたサンプリングコ
ーン及びスキマーコーンと、前記試料のイオンのうち指
定した質量のイオンを通過させるマスフィルターと、前
記スキマーコーンを通過した前記試料のイオンを前記マ
スフィルターに導くイオンレンズと、前記マスフィルタ
ーを通過したイオンを検出する検出器と、前記マスフィ
ルターの出口で、該マスフィルターの中心軸に対して前
記検出器の反対側に配置されたリペラー電極と、前記真
空容器内で前記マスフィルターと前記イオンレンズと前
記検出器と前記リペラー電極を真空状態にする真空排気
装置からなる誘導プラズマ分析装置において、前記マス
フィルターの軸と前記検出器の間に前記マスフィルター
を通過した前記試料中の微量不純物のイオンを前記検出
器に導く穴の開いた補助電極を設置すると共に、前記微
量不純物が高濃度になった時には、前記リペラー電極と
前記補助電極に印加する電圧の電位差を、低濃度のとき
よりも大きくさせたことを特徴とする誘導プラズマ質量
分析装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5048400A JP2990321B2 (ja) | 1993-03-09 | 1993-03-09 | 誘導プラズマ質量分析装置 |
| US08/208,009 US5426299A (en) | 1993-03-09 | 1994-03-09 | Inductive plasma mass spectrometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5048400A JP2990321B2 (ja) | 1993-03-09 | 1993-03-09 | 誘導プラズマ質量分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06267497A JPH06267497A (ja) | 1994-09-22 |
| JP2990321B2 true JP2990321B2 (ja) | 1999-12-13 |
Family
ID=12802259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5048400A Expired - Fee Related JP2990321B2 (ja) | 1993-03-09 | 1993-03-09 | 誘導プラズマ質量分析装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5426299A (ja) |
| JP (1) | JP2990321B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10685822B2 (en) | 2018-10-30 | 2020-06-16 | Hamamatsu Photonics K.K. | CEM assembly and electron multiplier device |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AUPO663497A0 (en) * | 1997-05-07 | 1997-05-29 | Varian Australia Pty Ltd | Detector system for mass spectrometer |
| US6091068A (en) * | 1998-05-04 | 2000-07-18 | Leybold Inficon, Inc. | Ion collector assembly |
| GB2467548B (en) | 2009-02-04 | 2013-02-27 | Nu Instr Ltd | Detection arrangements in mass spectrometers |
| WO2010125669A1 (ja) * | 2009-04-30 | 2010-11-04 | キヤノンアネルバ株式会社 | 質量分析用イオン検出装置、イオン検出方法、およびイオン検出装置の製造方法 |
| US9025143B2 (en) * | 2010-11-12 | 2015-05-05 | Industry-Academic Cooperation Foundation Yonsei University | Device for preventing intensity reduction of optical signal, optical emission spectrometer, optical instrument, and mass spectrometer including the same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0466862A (ja) * | 1990-07-06 | 1992-03-03 | Hitachi Ltd | 高感度元素分析法及び装置 |
-
1993
- 1993-03-09 JP JP5048400A patent/JP2990321B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-03-09 US US08/208,009 patent/US5426299A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10685822B2 (en) | 2018-10-30 | 2020-06-16 | Hamamatsu Photonics K.K. | CEM assembly and electron multiplier device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06267497A (ja) | 1994-09-22 |
| US5426299A (en) | 1995-06-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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