JP3201876B2 - ガス分析方法 - Google Patents
ガス分析方法Info
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- JP3201876B2 JP3201876B2 JP12248193A JP12248193A JP3201876B2 JP 3201876 B2 JP3201876 B2 JP 3201876B2 JP 12248193 A JP12248193 A JP 12248193A JP 12248193 A JP12248193 A JP 12248193A JP 3201876 B2 JP3201876 B2 JP 3201876B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガス分析方法に関し、
特に、多種イオン検出器により多種イオンを同時に分析
し、信号のダイナミックレンジを広くするための新規な
改良に関する。
特に、多種イオン検出器により多種イオンを同時に分析
し、信号のダイナミックレンジを広くするための新規な
改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、用いられていたこの種のガス分析
方法としては、一般に、図６で示す偏向磁石の均一磁場
を用いたガス分析方法及び図７で示す四重極ガス分析装
置が採用されていた。
方法としては、一般に、図６で示す偏向磁石の均一磁場
を用いたガス分析方法及び図７で示す四重極ガス分析装
置が採用されていた。
【０００３】まず、図６に示すガス分析方法の場合、質
量分析部１がイオン源２、偏向磁石３及びイオン検出器
４で構成されている。このガス分析方法の動作原理は、
残留ガスをイオン源２にてイオン化してイオンビーム２
ａとして放出し、偏向磁石３にて、イオン種ごとに軌道
分離し、イオン検出器４１でイオン電流を検出すること
によりガス分析を行う。イオン源２から放出するイオン
ビーム２ａを偏向磁石３で質量分析を行う場合、イオン
の放出エネルギーと偏向磁石３による磁束密度Ｂが一定
の時には、磁界中でのイオン軌道の曲率半径ｒはイオン
の質量数Ｍの１／２乗に比例する関係にある。図６に示
す従来の均一磁場を使用したガス分析方法では、磁場が
一定の偏向磁石を使用している。これは、ファラデーカ
ップなどのイオン検出器４１でイオンを検出する際に、
隣接するイオンの分離を容易にするためである。
量分析部１がイオン源２、偏向磁石３及びイオン検出器
４で構成されている。このガス分析方法の動作原理は、
残留ガスをイオン源２にてイオン化してイオンビーム２
ａとして放出し、偏向磁石３にて、イオン種ごとに軌道
分離し、イオン検出器４１でイオン電流を検出すること
によりガス分析を行う。イオン源２から放出するイオン
ビーム２ａを偏向磁石３で質量分析を行う場合、イオン
の放出エネルギーと偏向磁石３による磁束密度Ｂが一定
の時には、磁界中でのイオン軌道の曲率半径ｒはイオン
の質量数Ｍの１／２乗に比例する関係にある。図６に示
す従来の均一磁場を使用したガス分析方法では、磁場が
一定の偏向磁石を使用している。これは、ファラデーカ
ップなどのイオン検出器４１でイオンを検出する際に、
隣接するイオンの分離を容易にするためである。
【０００４】また、図７で示す四重極ガス分析方法の場
合、分析に磁場を用いず四重極の電極１０，１１，１
２，１３に特定の直流と交流を重畳した電圧Ｕ＋Ｖcos
ωtを印加し特定のガスだけを分離、計測する方法であ
る。
合、分析に磁場を用いず四重極の電極１０，１１，１
２，１３に特定の直流と交流を重畳した電圧Ｕ＋Ｖcos
ωtを印加し特定のガスだけを分離、計測する方法であ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のガス分析方法
は、以上のように構成されていたため、次のような課題
が存在していた。すなわち、図６で示す従来方法の場
合、特定の磁場を用い、イオン化したガスを特定のエネ
ルギーで磁場の中に打ち込み質量電荷比によって、特定
のガスだけを軌道分離する方法であるため、多種のガス
分析を行う場合は、イオン化したガスを磁場の中に打ち
込むエネルギーをスキャニングするか、磁石が電磁石の
場合は励磁電流を変化させ磁束密度をスキャニングしな
がら分析しなければならないという課題があり、完全な
同時分析は不可能であった。
は、以上のように構成されていたため、次のような課題
が存在していた。すなわち、図６で示す従来方法の場
合、特定の磁場を用い、イオン化したガスを特定のエネ
ルギーで磁場の中に打ち込み質量電荷比によって、特定
のガスだけを軌道分離する方法であるため、多種のガス
分析を行う場合は、イオン化したガスを磁場の中に打ち
込むエネルギーをスキャニングするか、磁石が電磁石の
場合は励磁電流を変化させ磁束密度をスキャニングしな
がら分析しなければならないという課題があり、完全な
同時分析は不可能であった。
【０００６】また、図７の従来方法により多種のガス分
析を行う場合は、四重極の電極１０〜１３に特定の直流
と交流を重畳した電圧を時間に対して連続的に変化させ
て行く、すなわちスキャニングを繰り返しながら分析し
なければならないという課題があり、完全な同時分析は
出来ない。また各種イオンに対して検出感度、分解能を
一定に保つことが困難であった。従って、従来のガス分
析方法では、多種のガス分析を行うとき、電場ないし磁
場をスキャニングしながら分析しなければならず、この
スキャニングを行うが故に、完全な同時分析を行うこと
は不可能であった。また、前述のスキャニングを行う
と、各種イオンに対して検出感度、分析能を一定に保つ
ことは極めて困難であった。すなわち、検出して得られ
る信号のダイナミックレンジを広くすることは不可能で
あった。
析を行う場合は、四重極の電極１０〜１３に特定の直流
と交流を重畳した電圧を時間に対して連続的に変化させ
て行く、すなわちスキャニングを繰り返しながら分析し
なければならないという課題があり、完全な同時分析は
出来ない。また各種イオンに対して検出感度、分解能を
一定に保つことが困難であった。従って、従来のガス分
析方法では、多種のガス分析を行うとき、電場ないし磁
場をスキャニングしながら分析しなければならず、この
スキャニングを行うが故に、完全な同時分析を行うこと
は不可能であった。また、前述のスキャニングを行う
と、各種イオンに対して検出感度、分析能を一定に保つ
ことは極めて困難であった。すなわち、検出して得られ
る信号のダイナミックレンジを広くすることは不可能で
あった。
【０００７】本発明は以上のような課題を解決するため
になされたもので、特に、多種イオン検出器により多種
イオンを同時に分析し、検出して得られる信号のダイナ
ミックレンジを広くしたガス分析方法を提供することを
目的とする。
になされたもので、特に、多種イオン検出器により多種
イオンを同時に分析し、検出して得られる信号のダイナ
ミックレンジを広くしたガス分析方法を提供することを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によるガス分析方
法は、イオン軌道分離型質量分析部の出射側に出射する
複数種のイオンを感度の異なる複数のイオン検出部を有
する多種イオン検出器で検出する方法である。
法は、イオン軌道分離型質量分析部の出射側に出射する
複数種のイオンを感度の異なる複数のイオン検出部を有
する多種イオン検出器で検出する方法である。
【０００９】さらに詳細には、前記各イオン検出部とし
て、ファラデーカップ及びマルチチャンネルプレートを
用いる方法である。
て、ファラデーカップ及びマルチチャンネルプレートを
用いる方法である。
【００１０】さらに詳細には、前記ファラデーカップは
前記マイクロチャンネルプレートの内部に位置するよう
にした方法である。
前記マイクロチャンネルプレートの内部に位置するよう
にした方法である。
【００１１】
【作用】本発明によるガス分析方法においては、イオン
軌道分離型質量分析部の出射側に出射する複数種のイオ
ンを感度の異なる複数のイオン検出部を有する多種イオ
ン検出器で検出するため、同時に広いダイナミックレン
ジの測定を行うことができる。従って、従来のように、
イオン種ごとにスキャニングしたり印加電圧を変更する
ような手間を省くことができ、自動的にダイナミックレ
ンジの広い同時分析を行うことができる。
軌道分離型質量分析部の出射側に出射する複数種のイオ
ンを感度の異なる複数のイオン検出部を有する多種イオ
ン検出器で検出するため、同時に広いダイナミックレン
ジの測定を行うことができる。従って、従来のように、
イオン種ごとにスキャニングしたり印加電圧を変更する
ような手間を省くことができ、自動的にダイナミックレ
ンジの広い同時分析を行うことができる。
【００１２】
【実施例】以下、図面と共に本発明によるガス分析方法
の好適な実施例について詳細に説明する。なお、従来例
と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。図
１から図５迄は本発明によるガス分析方法を示すもの
で、図１は構成図、図２は偏向磁石の磁場分布図、図３
は図２の他の実施例を示す磁場分布図、図４は図２に対
応する偏向磁石の斜視図、図５は図３に対応する偏向磁
石の斜視図である。
の好適な実施例について詳細に説明する。なお、従来例
と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。図
１から図５迄は本発明によるガス分析方法を示すもの
で、図１は構成図、図２は偏向磁石の磁場分布図、図３
は図２の他の実施例を示す磁場分布図、図４は図２に対
応する偏向磁石の斜視図、図５は図３に対応する偏向磁
石の斜視図である。
【００１３】図１において符号１で示されるものはイオ
ン軌道分離型質量分析部であり、このイオン軌道分離型
質量分析部１は分析すべきガスをイオン化するためのイ
オン源２、不均一磁場分布を有する偏向磁石３及びこの
偏向磁石３の出射側５に位置する多種イオン検出器４と
から構成されている。前記多種イオン検出器４は、複数
種のイオンを検出するため互いに感度が異なる１次元及
び２次元イオン検出器である第１、第２イオン検出部４
Ａ，４Ｂで構成され、第１イオン検出部４Ａはファデー
カップよりなると共に、第２イオン検出部４Ｂはマルチ
チャンネルプレートよりなる。また、この第１イオン検
出部４Ａは第２イオン検出部４Ｂ内に位置していると共
に、この第２イオン検出部４Ｂはマルチチャンネルプレ
ートとマイクロチャンネルプレートを複合した構成とす
ることもできる。
ン軌道分離型質量分析部であり、このイオン軌道分離型
質量分析部１は分析すべきガスをイオン化するためのイ
オン源２、不均一磁場分布を有する偏向磁石３及びこの
偏向磁石３の出射側５に位置する多種イオン検出器４と
から構成されている。前記多種イオン検出器４は、複数
種のイオンを検出するため互いに感度が異なる１次元及
び２次元イオン検出器である第１、第２イオン検出部４
Ａ，４Ｂで構成され、第１イオン検出部４Ａはファデー
カップよりなると共に、第２イオン検出部４Ｂはマルチ
チャンネルプレートよりなる。また、この第１イオン検
出部４Ａは第２イオン検出部４Ｂ内に位置していると共
に、この第２イオン検出部４Ｂはマルチチャンネルプレ
ートとマイクロチャンネルプレートを複合した構成とす
ることもできる。
【００１４】前記偏向磁石３は、図４及び図５で示す形
状を有すると共に、その二次元的磁場強度分布は、図２
及び図３で示すように構成されている。すなわち、図２
及び図４で示す二次元磁場形成用偏向磁石３の場合、両
磁極面３Ａ，３Ｂの面間距離Ｄが、右手前部分３ｂにお
いて最も大きく、右手前部分３ｂから左側横行部分３ｃ
の方向および奥行部分３ｄの方向にそれぞれ面間距離Ｄ
を連続的に減少させ、右手前部分３ｂの対角部分３ｅに
おいて面間距離Ｄが最小となるように構成している。従
って、両磁極面３Ａ，３Ｂの中間に想定される平面３Ｃ
上における磁場強度分布は、図２で示すように、右手前
部分３ｂにおいて最も弱く、横行部分３ｃおよび奥行部
分３ｄの方向に連続的に変化して強くなり、対角部分３
ｅにおいて最も強くなるように形成される。
状を有すると共に、その二次元的磁場強度分布は、図２
及び図３で示すように構成されている。すなわち、図２
及び図４で示す二次元磁場形成用偏向磁石３の場合、両
磁極面３Ａ，３Ｂの面間距離Ｄが、右手前部分３ｂにお
いて最も大きく、右手前部分３ｂから左側横行部分３ｃ
の方向および奥行部分３ｄの方向にそれぞれ面間距離Ｄ
を連続的に減少させ、右手前部分３ｂの対角部分３ｅに
おいて面間距離Ｄが最小となるように構成している。従
って、両磁極面３Ａ，３Ｂの中間に想定される平面３Ｃ
上における磁場強度分布は、図２で示すように、右手前
部分３ｂにおいて最も弱く、横行部分３ｃおよび奥行部
分３ｄの方向に連続的に変化して強くなり、対角部分３
ｅにおいて最も強くなるように形成される。
【００１５】また、図３及び図５で示す二次元磁場形成
用偏向磁石３Ｅの場合、前述の図２及び図４で示す偏向
磁石３を２個、その右手前部分３ｂおよび奥行部分３ｄ
で向い合せに、左右対称に構成したものである。すなわ
ち、両磁極面３Ａ，３Ｂの前記面間距離Ｄが、手前中央
部分３ｆにおいて最も大きく、手前中央部分３ｆから両
側横行部分３ｇの方向および中央奥行部分３ｈの方向に
それぞれ前記面間距離Ｄを連続的に減少させ、両側奥行
部分３ｉにおいて前記面間距離Ｄが最小となるように構
成している。従って、両磁極面３Ａ，３Ｂの中間に想定
される平面上における磁場強度分布は、手前中央部分３
ｆにおいて最も弱く、両側横行部分３ｇおよび中央奥行
部分３ｈの方向に連続的に変化して強くなり、両側奥行
部分３ｉにおいて最も強くなるように形成される。な
お、前述の偏向磁石３Ｅの構成は一例であり、円弧状に
イオンビーム２ａを１８０°曲折させるだけではなく、
例えば、数１０度だけ曲折する場合も適用できることは
述べるまでもないことであると共に、このように単に曲
折したイオンビーム２ａの内側で磁場が弱く、その外側
で磁場が強くなる構成である。なお、前述の両磁極面３
Ａ，３Ｂは平面に限定されるものではなく、凸面、凹面
あるいはこれらの組合わせの曲面とすることができるも
のである。
用偏向磁石３Ｅの場合、前述の図２及び図４で示す偏向
磁石３を２個、その右手前部分３ｂおよび奥行部分３ｄ
で向い合せに、左右対称に構成したものである。すなわ
ち、両磁極面３Ａ，３Ｂの前記面間距離Ｄが、手前中央
部分３ｆにおいて最も大きく、手前中央部分３ｆから両
側横行部分３ｇの方向および中央奥行部分３ｈの方向に
それぞれ前記面間距離Ｄを連続的に減少させ、両側奥行
部分３ｉにおいて前記面間距離Ｄが最小となるように構
成している。従って、両磁極面３Ａ，３Ｂの中間に想定
される平面上における磁場強度分布は、手前中央部分３
ｆにおいて最も弱く、両側横行部分３ｇおよび中央奥行
部分３ｈの方向に連続的に変化して強くなり、両側奥行
部分３ｉにおいて最も強くなるように形成される。な
お、前述の偏向磁石３Ｅの構成は一例であり、円弧状に
イオンビーム２ａを１８０°曲折させるだけではなく、
例えば、数１０度だけ曲折する場合も適用できることは
述べるまでもないことであると共に、このように単に曲
折したイオンビーム２ａの内側で磁場が弱く、その外側
で磁場が強くなる構成である。なお、前述の両磁極面３
Ａ，３Ｂは平面に限定されるものではなく、凸面、凹面
あるいはこれらの組合わせの曲面とすることができるも
のである。
【００１６】次に、前述の構成において、ガスを広いダ
イナミックレンジで同時分析する方法について述べる。
すなわち、分析すべきガスをイオン源２でイオン化して
得られた多種イオンを含むイオンビーム２ａは図２又は
図３で示される不均一な二次元的磁場強度分布を有する
偏向磁石３の磁場中に入射して打ち込まれることによ
り、外周が強く球面的に連続変化する磁場分布中で、質
量電荷化（Ｍ／ｅ）が大きいイオンほど強い偏向を受
け、検出範囲のイオンをイオン種それぞれに対応して出
射側５の多種イオン検出器４の互いに感度が異なる各イ
オン検出器４Ａ，４Ｂにより、到達したイオンの質量数
を連続的かつ同時に、ダイナミックレンジの広いガス分
析を行うことができる。また、計測領域において、質量
電荷比（Ｍ／ｅ）が等ピッチで検出されるようにするこ
とも可能である。
イナミックレンジで同時分析する方法について述べる。
すなわち、分析すべきガスをイオン源２でイオン化して
得られた多種イオンを含むイオンビーム２ａは図２又は
図３で示される不均一な二次元的磁場強度分布を有する
偏向磁石３の磁場中に入射して打ち込まれることによ
り、外周が強く球面的に連続変化する磁場分布中で、質
量電荷化（Ｍ／ｅ）が大きいイオンほど強い偏向を受
け、検出範囲のイオンをイオン種それぞれに対応して出
射側５の多種イオン検出器４の互いに感度が異なる各イ
オン検出器４Ａ，４Ｂにより、到達したイオンの質量数
を連続的かつ同時に、ダイナミックレンジの広いガス分
析を行うことができる。また、計測領域において、質量
電荷比（Ｍ／ｅ）が等ピッチで検出されるようにするこ
とも可能である。
【００１７】
【発明の効果】本発明によるガス分析方法は、以上のよ
うに構成されているため、次のような効果を得ることが
できる。すなわち、イオン源からのイオンビームを偏向
磁石の不均一な二次元磁場強度分布を有する磁場中に打
ち込み、イオン種ごとに感度の異なるイオン検出部を有
する多種イオン検出器により同時検出されるため、従
来、不可能であった非スキャニングによる多種イオンの
質量数の連続検出、及び、多種イオンの時間的に同時か
つ連続的なダイナミックレンジへ広い検出を行うことが
できる。
うに構成されているため、次のような効果を得ることが
できる。すなわち、イオン源からのイオンビームを偏向
磁石の不均一な二次元磁場強度分布を有する磁場中に打
ち込み、イオン種ごとに感度の異なるイオン検出部を有
する多種イオン検出器により同時検出されるため、従
来、不可能であった非スキャニングによる多種イオンの
質量数の連続検出、及び、多種イオンの時間的に同時か
つ連続的なダイナミックレンジへ広い検出を行うことが
できる。
【図１】本発明によるガス分析方法に適用した装置を示
す構成図である。
す構成図である。
【図２】偏向磁石の磁場分布図である。
【図３】図２の他の実施例を示す磁場分布図である。
【図４】図２に対応する偏向磁石の斜視図である。
【図５】図３に対応する偏向磁石の斜視図である。
【図６】従来のガス分析方法に適用した装置を示す構成
図である。
図である。
【図７】従来のガス分析方法に適用した装置を示す構成
図である。
図である。
１ イオン軌道分離型質量分析部 ２ イオン源 ２ａ イオンビーム ２ａＡ 曲折軌道 ３ 偏向磁石 ４ 多種イオン検出器 ４Ａ 第１イオン検出部 ４Ｂ 第２イオン検出部 ５ 出射側 ４１ イオン検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 49/30 G01N 27/62
Claims (3)
- 【請求項１】 対面する２つの磁極面(3A,3B)の面間距
離(D)が、前記磁極面(3A,3B)上で交叉する２本の軸方向
においてそれぞれ連続的に変化する二次元磁場形成用偏
向磁石(3,3E)を有するイオン軌道分離型質量分析部(1)
の出射側(5)に出射する複数種のイオンを感度の異なる
複数のイオン検出部(4A、4B)を有する多種イオン検出器
(4)で検出することを特徴とするガス分析方法。 - 【請求項２】 前記各イオン検出部(4A、4B)として、フ
ァラデーカップ及びマルチチャンネルプレートを用いる
ことを特徴とする請求項１記載のガス分析方法。 - 【請求項３】 前記ファラデーカップは前記マルチチャ
ンネルプレートの内部に位置するようにしたことを特徴
とする請求項２記載のガス分析方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12248193A JP3201876B2 (ja) | 1993-05-25 | 1993-05-25 | ガス分析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12248193A JP3201876B2 (ja) | 1993-05-25 | 1993-05-25 | ガス分析方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06333531A JPH06333531A (ja) | 1994-12-02 |
| JP3201876B2 true JP3201876B2 (ja) | 2001-08-27 |
Family
ID=14836919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12248193A Expired - Fee Related JP3201876B2 (ja) | 1993-05-25 | 1993-05-25 | ガス分析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3201876B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111293031B (zh) * | 2020-03-19 | 2023-05-23 | 中国科学院近代物理研究所 | 一种多质荷比离子束质谱分析装置和方法 |
-
1993
- 1993-05-25 JP JP12248193A patent/JP3201876B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06333531A (ja) | 1994-12-02 |
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|---|---|---|---|
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