JP3270707B2 - イオン検出装置 - Google Patents
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- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 115
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 25
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 18
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
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- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、飛行時間形質量分
析計等において、イオンを検出するのに使用されるイオ
ン検出装置に関し、特に、無数の孔を有し、この孔の一
端側から荷電粒子を入射させ、孔の他端から増倍された
電子を放出するマイクロチャンネルプレートを使用した
イオン検出装置に関する。
析計等において、イオンを検出するのに使用されるイオ
ン検出装置に関し、特に、無数の孔を有し、この孔の一
端側から荷電粒子を入射させ、孔の他端から増倍された
電子を放出するマイクロチャンネルプレートを使用した
イオン検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、飛行時間形質量分析計では、前
記マイクロチャンネルプレートを使用したイオン検出装
置が使用されている。このマイクロチャンネルプレート
は、無数の微細な孔（チャンネル）を有するガラス板状
のものである。このマイクロチャンネルプレートの入力
側に正または負の電圧を印加しておくことにより、孔内
に荷電粒子を入射させ、これが孔の内壁に衝突すること
により、電子が発生する。この電子は、電位勾配に引か
れて孔の内壁に繰り返し衝突しながら、反対側から出て
行くが、この電子の衝突に際してさらに二次電子が発生
するため、倍増された電子が出力される。このため、イ
オンソースから発生するイオンを、負の電圧を印加した
電極等のイオンコレクタで直接捉えて検出するより、イ
オンを一旦前記マイクロチャンネルプレートに衝突さ
せ、それから出力する電子を検出することにより、より
高感度でイオンを検出出来ることになる。
記マイクロチャンネルプレートを使用したイオン検出装
置が使用されている。このマイクロチャンネルプレート
は、無数の微細な孔（チャンネル）を有するガラス板状
のものである。このマイクロチャンネルプレートの入力
側に正または負の電圧を印加しておくことにより、孔内
に荷電粒子を入射させ、これが孔の内壁に衝突すること
により、電子が発生する。この電子は、電位勾配に引か
れて孔の内壁に繰り返し衝突しながら、反対側から出て
行くが、この電子の衝突に際してさらに二次電子が発生
するため、倍増された電子が出力される。このため、イ
オンソースから発生するイオンを、負の電圧を印加した
電極等のイオンコレクタで直接捉えて検出するより、イ
オンを一旦前記マイクロチャンネルプレートに衝突さ
せ、それから出力する電子を検出することにより、より
高感度でイオンを検出出来ることになる。
【０００３】このようなマイクロチャンネルプレートを
使用した従来のイオン検出装置の例を図３に示す。イオ
ンソース１に対向してマイクロチャンネルプレート２が
設けられ、電源５によって前記マイクロチャンネルプレ
ート２の入力側に数ＫＶの負の加速電圧が印加される。
この加速電圧により加速されたイオンが、イオンソース
１からマイクロチャンネルプレート２の無数の孔に入射
し、反対側から増倍された電子が放出される。この電子
は、電子コレクタ３で集められ、電流計やオシロスコー
プ等の検出器４によって検出される。
使用した従来のイオン検出装置の例を図３に示す。イオ
ンソース１に対向してマイクロチャンネルプレート２が
設けられ、電源５によって前記マイクロチャンネルプレ
ート２の入力側に数ＫＶの負の加速電圧が印加される。
この加速電圧により加速されたイオンが、イオンソース
１からマイクロチャンネルプレート２の無数の孔に入射
し、反対側から増倍された電子が放出される。この電子
は、電子コレクタ３で集められ、電流計やオシロスコー
プ等の検出器４によって検出される。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】このようなイオン
検出装置においては、図４に示すように、イオンがマイ
クロチャンネルプレート２に衝突するエネルギ、すなわ
ちその加速電圧によってその検出感度が異なり、加速電
圧が高い程検出感度が高くなる。そして図４から明らか
な通り、特に大きな質量のイオンを感度良く検出するた
めには、マイクロチャンネルプレート２へのイオンの衝
突エネルギを大きくする必要がある。
検出装置においては、図４に示すように、イオンがマイ
クロチャンネルプレート２に衝突するエネルギ、すなわ
ちその加速電圧によってその検出感度が異なり、加速電
圧が高い程検出感度が高くなる。そして図４から明らか
な通り、特に大きな質量のイオンを感度良く検出するた
めには、マイクロチャンネルプレート２へのイオンの衝
突エネルギを大きくする必要がある。
【０００５】ところが、マイクロチャンネルプレート２
の耐電圧は比較的低く、せいぜい４ＫＶ程度であり、マ
イクロチャンネルプレート２にこれ以上の高い電圧をか
けると、その寿命が短くなってしまう。従って、マイク
ロチャンネルプレート２に印加出来る加速電圧には限度
があり、実用上は１ＫＶ程度の電圧をかけた状態で使用
されるのが一般的である。このため、前記従来のイオン
検出装置では、質量が２０００ａｍｕのイオンでは、検
出効率が１０％以下と低かった。
の耐電圧は比較的低く、せいぜい４ＫＶ程度であり、マ
イクロチャンネルプレート２にこれ以上の高い電圧をか
けると、その寿命が短くなってしまう。従って、マイク
ロチャンネルプレート２に印加出来る加速電圧には限度
があり、実用上は１ＫＶ程度の電圧をかけた状態で使用
されるのが一般的である。このため、前記従来のイオン
検出装置では、質量が２０００ａｍｕのイオンでは、検
出効率が１０％以下と低かった。
【０００６】本発明は、このような従来のイオン検出器
における課題に鑑み、マイクロチャンネルプレートの寿
命を維持したまま、マイクロチャンネルプレートまたは
その手前に配したダイノードへ衝突する荷電粒子のエネ
ルギを大きくすることが出来、これによって、特に大き
な質量のイオンを効率的に検出することが可能なイオン
検出装置を提供することを目的とする。
における課題に鑑み、マイクロチャンネルプレートの寿
命を維持したまま、マイクロチャンネルプレートまたは
その手前に配したダイノードへ衝突する荷電粒子のエネ
ルギを大きくすることが出来、これによって、特に大き
な質量のイオンを効率的に検出することが可能なイオン
検出装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明による第一のイオン検出装置では、マイクロ
チャンネルプレート１２のイオンの入力側と出力側との
電位差を、マイクロチャンネルプレート１２の耐電圧以
下の比較的低くする一方で、マイクロチャンネルプレー
ト１２のイオンの入力側に、高い加速電圧を印加してマ
イクロチャンネルプレート１２へ衝突するイオンのエネ
ルギを大きくした。さらに、マイクロチャンネルプレー
ト１２から放出されるエネルギの電子を、シンチレータ
１６に大きなエネルギで衝突させ、このシンチレータ１
６で発生した光を光電子倍増管１８で電子に変換しする
と共に増倍し、この電子を電子検出器２０で検出するよ
うにした。
め、本発明による第一のイオン検出装置では、マイクロ
チャンネルプレート１２のイオンの入力側と出力側との
電位差を、マイクロチャンネルプレート１２の耐電圧以
下の比較的低くする一方で、マイクロチャンネルプレー
ト１２のイオンの入力側に、高い加速電圧を印加してマ
イクロチャンネルプレート１２へ衝突するイオンのエネ
ルギを大きくした。さらに、マイクロチャンネルプレー
ト１２から放出されるエネルギの電子を、シンチレータ
１６に大きなエネルギで衝突させ、このシンチレータ１
６で発生した光を光電子倍増管１８で電子に変換しする
と共に増倍し、この電子を電子検出器２０で検出するよ
うにした。
【０００８】すなわち、この第一のイオン検出装置は、
入力側がイオンソース１１に対向して配置され、入力側
にイオンを加速する高電圧が印加され、入力側と出力側
にイオンを導く電位勾配が形成されたマイクロチャンネ
ルプレート１２と、このマイクロチャンネルプレート１
２の出力側に対向して配置され、正の電圧が印加された
シンチレータ１６と、このシンチレータ１６で発生した
光を受けて、電子を発生し、この電子を増倍して二次電
子を発生する光電子増倍管１８と、この光電子増倍管１
８で発生した電子を検出する検出器２０とを有し、マイ
クロチャンネルプレート１２の入力側に印加されたイオ
ンの加速電圧を、マイクロチャンネルプレート１２の入
力側と出力側とに電子を導く電位勾配より高くしたこと
を特徴とする。
入力側がイオンソース１１に対向して配置され、入力側
にイオンを加速する高電圧が印加され、入力側と出力側
にイオンを導く電位勾配が形成されたマイクロチャンネ
ルプレート１２と、このマイクロチャンネルプレート１
２の出力側に対向して配置され、正の電圧が印加された
シンチレータ１６と、このシンチレータ１６で発生した
光を受けて、電子を発生し、この電子を増倍して二次電
子を発生する光電子増倍管１８と、この光電子増倍管１
８で発生した電子を検出する検出器２０とを有し、マイ
クロチャンネルプレート１２の入力側に印加されたイオ
ンの加速電圧を、マイクロチャンネルプレート１２の入
力側と出力側とに電子を導く電位勾配より高くしたこと
を特徴とする。
【０００９】ここでは、マイクロチャンネルプレート１
２の入力側と出力側の電位差は、マイクロチャンネルプ
レート１２の耐電圧以下とする一方で、マイクロチャン
ネルプレート１２の入力側に、マイクロチャンネルプレ
ート１２の耐電圧以上の高い電圧を印加する。
２の入力側と出力側の電位差は、マイクロチャンネルプ
レート１２の耐電圧以下とする一方で、マイクロチャン
ネルプレート１２の入力側に、マイクロチャンネルプレ
ート１２の耐電圧以上の高い電圧を印加する。
【００１０】このようなイオン検出装置では、マイクロ
チャンネルプレート１２の耐電圧を越える高いエネルギ
でイオンをマイクロチャンネルプレート１２の入力側に
衝突させることが出来る。そしてこのイオンは、マイク
ロチャンネルプレート１２の入力側と出力側との電位勾
配に導かれ、マイクロチャンネルプレート１２内を通過
する間に倍増した電子に変換する。この電子は、シンチ
レータ１６に印加した正電圧により加速されてシンチレ
ータ１６に衝突し、入力した電子の数倍のゲインでシン
チレータ１６が発光する。この光は、光電子増倍管１８
で電子に変換されると共に増倍され、検出器２０で検出
される。
チャンネルプレート１２の耐電圧を越える高いエネルギ
でイオンをマイクロチャンネルプレート１２の入力側に
衝突させることが出来る。そしてこのイオンは、マイク
ロチャンネルプレート１２の入力側と出力側との電位勾
配に導かれ、マイクロチャンネルプレート１２内を通過
する間に倍増した電子に変換する。この電子は、シンチ
レータ１６に印加した正電圧により加速されてシンチレ
ータ１６に衝突し、入力した電子の数倍のゲインでシン
チレータ１６が発光する。この光は、光電子増倍管１８
で電子に変換されると共に増倍され、検出器２０で検出
される。
【００１１】このイオン検出装置では、イオンソース１
１からマイクロチャンネルプレート１２に衝突するイオ
ンの衝突電圧を大きくすることが出来る。さらに電子を
放出するマイクロチャンネルプレート１２の出力側の負
の高い電圧を利用して、マイクロチャンネルプレート１
２から放出された電子を高いエネルギでシンチレータ１
６に衝突させることにより、これを数倍のゲインで光に
変換することが出来る。さらに、この光を光電子増倍管
１８で電子に変換すると共に、増倍させるため、検出器
２０で大きな電流が検出される。これにより、イオンを
高感度で検出することが出来る。他方、マイクロチャン
ネルプレート１２は、その入力側と出力側の電位差を比
較的低くすることが出来るので、その寿命を比較的長く
することが出来る。
１からマイクロチャンネルプレート１２に衝突するイオ
ンの衝突電圧を大きくすることが出来る。さらに電子を
放出するマイクロチャンネルプレート１２の出力側の負
の高い電圧を利用して、マイクロチャンネルプレート１
２から放出された電子を高いエネルギでシンチレータ１
６に衝突させることにより、これを数倍のゲインで光に
変換することが出来る。さらに、この光を光電子増倍管
１８で電子に変換すると共に、増倍させるため、検出器
２０で大きな電流が検出される。これにより、イオンを
高感度で検出することが出来る。他方、マイクロチャン
ネルプレート１２は、その入力側と出力側の電位差を比
較的低くすることが出来るので、その寿命を比較的長く
することが出来る。
【００１２】さらに、本発明による第二のイオン検出装
置では、イオンを直接マイクロチャンネルプレート１２
の入力側に衝突させる代わりに、一旦ダイノード２１に
イオンを衝突させ、これにより数倍のゲインで変換され
た電子をマイクロチャンネルプレート１２に衝突させる
ようにした。すなわち、この第二のイオン検出装置は、
イオンソース１１側に対向して配置され、イオンの衝突
により増倍する電子を発生する変換用のダイノード２１
と、このダイノード２１に対向して配置され、同ダイノ
ード２１より正側に高い電圧が印加されたマイクロチャ
ンネルプレート１２と、このマイクロチャンネルプレー
ト１２の出力側に対向して配置され、正の電圧が印加さ
れたシンチレータ１６と、このシンチレータ１６で発生
した光を受けて、光電子を発生し、この光電子を増倍し
て二次電子を発生する光電子増倍管１８と、この光電子
増倍管１８で発生した二次電子を検出する検出器２０と
を有し、前記ダイノード２１に印加されたイオンの加速
電圧を、ダイノード２１とマイクロチャンネルプレート
１２とに印加される電位差より高くしたことを特徴とす
るものである。
置では、イオンを直接マイクロチャンネルプレート１２
の入力側に衝突させる代わりに、一旦ダイノード２１に
イオンを衝突させ、これにより数倍のゲインで変換され
た電子をマイクロチャンネルプレート１２に衝突させる
ようにした。すなわち、この第二のイオン検出装置は、
イオンソース１１側に対向して配置され、イオンの衝突
により増倍する電子を発生する変換用のダイノード２１
と、このダイノード２１に対向して配置され、同ダイノ
ード２１より正側に高い電圧が印加されたマイクロチャ
ンネルプレート１２と、このマイクロチャンネルプレー
ト１２の出力側に対向して配置され、正の電圧が印加さ
れたシンチレータ１６と、このシンチレータ１６で発生
した光を受けて、光電子を発生し、この光電子を増倍し
て二次電子を発生する光電子増倍管１８と、この光電子
増倍管１８で発生した二次電子を検出する検出器２０と
を有し、前記ダイノード２１に印加されたイオンの加速
電圧を、ダイノード２１とマイクロチャンネルプレート
１２とに印加される電位差より高くしたことを特徴とす
るものである。
【００１３】ここでは、ダイノード２１とマイクロチャ
ンネルプレート１２の電圧の電位差を、マイクロチャン
ネルプレート１２の耐電圧以下とする一方で、ダイノー
ド２１に印加される電圧を、マイクロチャンネルプレー
ト１２の耐電圧以上とする。
ンネルプレート１２の電圧の電位差を、マイクロチャン
ネルプレート１２の耐電圧以下とする一方で、ダイノー
ド２１に印加される電圧を、マイクロチャンネルプレー
ト１２の耐電圧以上とする。
【００１４】この第二のイオン検出装置は、イオンを直
接マイクロチャンネルプレート１２の入力側に衝突させ
る代わりに、一旦ダイノード２１にイオンを衝突させ、
これにより数倍のゲインで変換された電子をマイクロチ
ャンネルプレート１２に衝突させる点が前記の第一のイ
オン検出装置と異なる。ダイノード２１は、マイクロチ
ャンネルプレート１２に比べて耐電圧が高いため、イオ
ンのダイノード２１への衝突電圧をさらに高くすること
が出来る。しかも、ダイノード２１に衝突したイオンが
数倍のゲインで電子に変換され、これがマイクロチャン
ネルプレート１２に衝突する。これにより、前記第一の
イオン検出装置に比べて、より高感度でイオンを検出す
ることが出来る。そしてこのイオン検出装置でも、ダイ
ノード２１とマイクロチャンネルプレート１２との間の
電位差を比較的低くすることが出来るので、その寿命を
比較的長くすることが出来る。
接マイクロチャンネルプレート１２の入力側に衝突させ
る代わりに、一旦ダイノード２１にイオンを衝突させ、
これにより数倍のゲインで変換された電子をマイクロチ
ャンネルプレート１２に衝突させる点が前記の第一のイ
オン検出装置と異なる。ダイノード２１は、マイクロチ
ャンネルプレート１２に比べて耐電圧が高いため、イオ
ンのダイノード２１への衝突電圧をさらに高くすること
が出来る。しかも、ダイノード２１に衝突したイオンが
数倍のゲインで電子に変換され、これがマイクロチャン
ネルプレート１２に衝突する。これにより、前記第一の
イオン検出装置に比べて、より高感度でイオンを検出す
ることが出来る。そしてこのイオン検出装置でも、ダイ
ノード２１とマイクロチャンネルプレート１２との間の
電位差を比較的低くすることが出来るので、その寿命を
比較的長くすることが出来る。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１は、本発明によるイオン検出装置の例を示す概念図
であり、これらは何れも真空中に配置されている。イオ
ンソース１１に対向してマイクロチャンネルプレート１
２が配置されている。既に述べた通り、このマイクロチ
ャンネルプレート１２は、無数の微細な孔（チャンネ
ル）を有するガラス板状のものである。この入力側、つ
まりイオンソース１１からイオンが衝突する側に、電源
１３によって最大−１０数ＫＶ、具体的には最大−１５
ＫＶ程度の負の加速電圧が印加される。さらに、このマ
イクロチャンネルプレート１２の出力側には、電源１５
によって前記加速電圧より数ＫＶ以下、具体的には２Ｋ
Ｖ程正側に高い電位が与えられる。例えば、マイクロチ
ャンネルプレート１２の入力側の加速電圧が−１５ＫＶ
の場合、マイクロチャンネルプレート１２の出力側は、
−１３ＫＶの電位とされる。これにより、マイクロチャ
ンネルプレート１２の無数の孔には、それが貫通する方
向に電位勾配が形成される。
明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１は、本発明によるイオン検出装置の例を示す概念図
であり、これらは何れも真空中に配置されている。イオ
ンソース１１に対向してマイクロチャンネルプレート１
２が配置されている。既に述べた通り、このマイクロチ
ャンネルプレート１２は、無数の微細な孔（チャンネ
ル）を有するガラス板状のものである。この入力側、つ
まりイオンソース１１からイオンが衝突する側に、電源
１３によって最大−１０数ＫＶ、具体的には最大−１５
ＫＶ程度の負の加速電圧が印加される。さらに、このマ
イクロチャンネルプレート１２の出力側には、電源１５
によって前記加速電圧より数ＫＶ以下、具体的には２Ｋ
Ｖ程正側に高い電位が与えられる。例えば、マイクロチ
ャンネルプレート１２の入力側の加速電圧が−１５ＫＶ
の場合、マイクロチャンネルプレート１２の出力側は、
−１３ＫＶの電位とされる。これにより、マイクロチャ
ンネルプレート１２の無数の孔には、それが貫通する方
向に電位勾配が形成される。
【００１６】このマイクロチャンネルプレート１２の出
力側には、シンチレータ１６が対向しており、このシン
チレータ１６には、電源１４によって最大＋１０ＫＶ程
度の加速電圧が印加されている。既知の通り、シンチレ
ータ１６は、荷電粒子が衝突したとき、蛍光を発する蛍
光物質からなっている。このシンチレータ１６の発光側
に透明なガラスからなる観察窓１７が設けられ、この観
察窓を介して光電子増倍管１８が光電結合されている。
この光電子増倍管１８は、既知の通り、真空容器の内部
に電子衝撃によって二次電子を発生する多段の電子増倍
部（ダイノード）と、それらの電子を集める陽極とを有
するものである。この光電子増倍管１８には、それに内
蔵された図示してない前記ダイノードに加速電圧を印加
するための電源１９が接続されていると共に、図示して
いない前記陽極から出力される電子を検出する電流計や
オシロスコープ等の検出器２０が接続されている。
力側には、シンチレータ１６が対向しており、このシン
チレータ１６には、電源１４によって最大＋１０ＫＶ程
度の加速電圧が印加されている。既知の通り、シンチレ
ータ１６は、荷電粒子が衝突したとき、蛍光を発する蛍
光物質からなっている。このシンチレータ１６の発光側
に透明なガラスからなる観察窓１７が設けられ、この観
察窓を介して光電子増倍管１８が光電結合されている。
この光電子増倍管１８は、既知の通り、真空容器の内部
に電子衝撃によって二次電子を発生する多段の電子増倍
部（ダイノード）と、それらの電子を集める陽極とを有
するものである。この光電子増倍管１８には、それに内
蔵された図示してない前記ダイノードに加速電圧を印加
するための電源１９が接続されていると共に、図示して
いない前記陽極から出力される電子を検出する電流計や
オシロスコープ等の検出器２０が接続されている。
【００１７】このイオン検出装置では、イオンソース１
１からマイクロチャンネルプレート１２の入力側に、最
大−１５ＫＶのエネルギでイオンが衝突する。このイオ
ンは、マイクロチャンネルプレート１２の入力側と出力
側との電位勾配に導かれ、マイクロチャンネルプレート
１２内を通過する間におよそ１０4 のゲインで電子に変
換する。この電子は、シンチレータ１５に印加した加速
電圧に加速されて、最大＋１０ＫＶのエネルギでシンチ
レータ１６に衝突する。これによって、シンチレータ１
６が衝突した電子の３〜４倍のゲインで発光する。この
光は、光電子増倍管１８で電子に変換されると共に、約
１０5 のゲインで増倍され、これが検出器２０で検出さ
れる。
１からマイクロチャンネルプレート１２の入力側に、最
大−１５ＫＶのエネルギでイオンが衝突する。このイオ
ンは、マイクロチャンネルプレート１２の入力側と出力
側との電位勾配に導かれ、マイクロチャンネルプレート
１２内を通過する間におよそ１０4 のゲインで電子に変
換する。この電子は、シンチレータ１５に印加した加速
電圧に加速されて、最大＋１０ＫＶのエネルギでシンチ
レータ１６に衝突する。これによって、シンチレータ１
６が衝突した電子の３〜４倍のゲインで発光する。この
光は、光電子増倍管１８で電子に変換されると共に、約
１０5 のゲインで増倍され、これが検出器２０で検出さ
れる。
【００１８】このように、イオンソース１１からマイク
ロチャンネルプレート１２に衝突するイオンの衝突電圧
を大きくすることが出来ると共に、増幅された電子によ
り、イオンを高感度で検出することが出来る。他方、マ
イクロチャンネルプレート１２は、その入力側と出力側
の電位差を比較的低くすることが出来るので、その寿命
を比較的長くすることが出来る。
ロチャンネルプレート１２に衝突するイオンの衝突電圧
を大きくすることが出来ると共に、増幅された電子によ
り、イオンを高感度で検出することが出来る。他方、マ
イクロチャンネルプレート１２は、その入力側と出力側
の電位差を比較的低くすることが出来るので、その寿命
を比較的長くすることが出来る。
【００１９】このようなイオン検出装置では、質量２０
００ａｍｕのイオンを９０％の検出効率で、また質量５
０００ａｍｕのイオンを３０％の検出効率で検出出来る
ことが確認されている。なお、この例は、正の電荷を有
するイオンの検出装置の場合の電位設定であるが、負の
電荷を有するイオンを検出する場合は、マイクロチャン
ネルプレート１２に印加する加速電圧を正の電位にする
ことで、同様にして検出することが出来る。
００ａｍｕのイオンを９０％の検出効率で、また質量５
０００ａｍｕのイオンを３０％の検出効率で検出出来る
ことが確認されている。なお、この例は、正の電荷を有
するイオンの検出装置の場合の電位設定であるが、負の
電荷を有するイオンを検出する場合は、マイクロチャン
ネルプレート１２に印加する加速電圧を正の電位にする
ことで、同様にして検出することが出来る。
【００２０】図２は、本発明によるイオン検出装置の他
の例を示す概念図であり、図１と同じものは同じ番号で
示してある。これらはやはり、何れも真空中に配置され
ている。この例では、イオンソース１１に対向してマイ
クロチャンネルプレート１２を配置する代わりに、イオ
ンソース１１に対向してダイノード２１が配置されてい
る。このダイノード２１を挟んでイオンソース１１と反
対側に浮遊状態の加速電極２３が配置され、この加速電
極２３には、電源２２によって最大−数１０ＫＶ、具体
的には、−４０ＫＶの電位が与えられている。ダイノー
ド２１は、そのイオン入射面がイオンソース１１と加速
電極２３とを結ぶ直線に対して約４５゜の角度をなすよ
うに対向している。
の例を示す概念図であり、図１と同じものは同じ番号で
示してある。これらはやはり、何れも真空中に配置され
ている。この例では、イオンソース１１に対向してマイ
クロチャンネルプレート１２を配置する代わりに、イオ
ンソース１１に対向してダイノード２１が配置されてい
る。このダイノード２１を挟んでイオンソース１１と反
対側に浮遊状態の加速電極２３が配置され、この加速電
極２３には、電源２２によって最大−数１０ＫＶ、具体
的には、−４０ＫＶの電位が与えられている。ダイノー
ド２１は、そのイオン入射面がイオンソース１１と加速
電極２３とを結ぶ直線に対して約４５゜の角度をなすよ
うに対向している。
【００２１】マイクロチャンネルプレート１２は、その
入力側が前記のダイノード２１に対向しており、マイク
ロチャンネルプレート１２の入力側の面に立てた垂直な
直線がダイノード２１のイオンの入射面に対して−１３
５゜の角度をなしている。このマイクロチャンネルプレ
ート１２には、電源２２からカップリング回路２４を介
して加速電圧が印加されており、その電位は前記ダイノ
ード２１に対して−数ＫＶ以下、具体的には、−１ＫＶ
である。また、このカップリング回路２４は、マイクロ
チャンネルプレート１２の入力側から出力側に電子を導
くため、入力側と出力側との間に２ＫＶ程度の電位差を
与える。これにより、マイクロチャンネルプレート１２
の無数の孔には、それが貫通する方向に電位勾配が形成
される。
入力側が前記のダイノード２１に対向しており、マイク
ロチャンネルプレート１２の入力側の面に立てた垂直な
直線がダイノード２１のイオンの入射面に対して−１３
５゜の角度をなしている。このマイクロチャンネルプレ
ート１２には、電源２２からカップリング回路２４を介
して加速電圧が印加されており、その電位は前記ダイノ
ード２１に対して−数ＫＶ以下、具体的には、−１ＫＶ
である。また、このカップリング回路２４は、マイクロ
チャンネルプレート１２の入力側から出力側に電子を導
くため、入力側と出力側との間に２ＫＶ程度の電位差を
与える。これにより、マイクロチャンネルプレート１２
の無数の孔には、それが貫通する方向に電位勾配が形成
される。
【００２２】このマイクロチャンネルプレート１２の出
力側には、シンチレータ１６が対向しており、このシン
チレータ１６には、電源２２によって最大＋１０ＫＶ程
度の加速電圧が印加されている。このシンチレータ１６
の発光側に光電子増倍管１８が光電結合されている。こ
の光電子増倍管１８には、それに内蔵された図示してな
い多段ダイノードに加速電圧を印加するための電源１９
が接続されていると共に、光電子増倍管１８の図示して
ない陽極から出力される電子を検出する電流計やオシロ
スコープ等の検出器２０が接続されている。
力側には、シンチレータ１６が対向しており、このシン
チレータ１６には、電源２２によって最大＋１０ＫＶ程
度の加速電圧が印加されている。このシンチレータ１６
の発光側に光電子増倍管１８が光電結合されている。こ
の光電子増倍管１８には、それに内蔵された図示してな
い多段ダイノードに加速電圧を印加するための電源１９
が接続されていると共に、光電子増倍管１８の図示して
ない陽極から出力される電子を検出する電流計やオシロ
スコープ等の検出器２０が接続されている。
【００２３】このイオン検出装置では、イオンソース１
１からダイノード２１に、最大−４０ＫＶのエネルギで
イオンが衝突する。このイオンの衝突によってダイノー
ド２１から２〜４倍のゲインで二次電子が放出され、イ
オンが電子に変換されると共に増倍される。このダイノ
ード２１から放出された電子は、マイクロチャンネルプ
レート１２の入力側に−１ＫＶで衝突し、その入力と出
力側との電位勾配に導かれ、マイクロチャンネルプレー
ト１２内を通過する間におよそ１０4 のゲインで電子に
変換する。この電子は、シンチレータ１５に印加した加
速電圧に加速されて、最大＋１０ＫＶのエネルギでシン
チレータ１６に衝突する。これによって、シンチレータ
１６が衝突した電子の３〜４倍のゲインで発光する。こ
の光は、光電子増倍管１８で電子に変換されると共に、
約１０5 のゲインで増倍され、これが検出器２０で検出
される。
１からダイノード２１に、最大−４０ＫＶのエネルギで
イオンが衝突する。このイオンの衝突によってダイノー
ド２１から２〜４倍のゲインで二次電子が放出され、イ
オンが電子に変換されると共に増倍される。このダイノ
ード２１から放出された電子は、マイクロチャンネルプ
レート１２の入力側に−１ＫＶで衝突し、その入力と出
力側との電位勾配に導かれ、マイクロチャンネルプレー
ト１２内を通過する間におよそ１０4 のゲインで電子に
変換する。この電子は、シンチレータ１５に印加した加
速電圧に加速されて、最大＋１０ＫＶのエネルギでシン
チレータ１６に衝突する。これによって、シンチレータ
１６が衝突した電子の３〜４倍のゲインで発光する。こ
の光は、光電子増倍管１８で電子に変換されると共に、
約１０5 のゲインで増倍され、これが検出器２０で検出
される。
【００２４】このイオン検出装置では、イオンを高いエ
ネルギでダイノード２１に衝突させ、これにより数倍の
ゲインで変換された電子をマイクロチャンネルプレート
１２に衝突させている。これにより、前記図１に示され
たイオン検出装置に比べて、より高感度でイオンを検出
することが出来る。他方、マイクロチャンネルプレート
１２は、前記ダイノードとの電位差を比較的低くするこ
とが出来るので、その寿命を比較的長くすることが出来
る。
ネルギでダイノード２１に衝突させ、これにより数倍の
ゲインで変換された電子をマイクロチャンネルプレート
１２に衝突させている。これにより、前記図１に示され
たイオン検出装置に比べて、より高感度でイオンを検出
することが出来る。他方、マイクロチャンネルプレート
１２は、前記ダイノードとの電位差を比較的低くするこ
とが出来るので、その寿命を比較的長くすることが出来
る。
【００２５】このようなイオン検出装置では、質量２０
００ａｍｕのイオンを１００％の検出効率で、また質量
１００００ａｍｕのイオンを３０％の検出効率で検出出
来ることが確認されている。なお、この例は、正の電荷
を有するイオンの検出装置の場合の電位設定であるが、
負の電荷を有するイオンを検出する場合は、加速電極２
３に印加する加速電圧を正の電位にすることで、同様に
して検出することが出来る。
００ａｍｕのイオンを１００％の検出効率で、また質量
１００００ａｍｕのイオンを３０％の検出効率で検出出
来ることが確認されている。なお、この例は、正の電荷
を有するイオンの検出装置の場合の電位設定であるが、
負の電荷を有するイオンを検出する場合は、加速電極２
３に印加する加速電圧を正の電位にすることで、同様に
して検出することが出来る。
【００２６】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によるイオン
検出装置では、マイクロチャンネルプレート１２に、そ
の耐電圧より十分低い電位差を与え、その長寿命を維持
しながら、なお且つ、マイクロチャンネルプレート１２
やダイノード２１に大きなエネルギでイオンを衝突させ
ることが出来る。さらにマイクロチャンネルプレート１
２から放出された電子を、大きなエネルギでシンチレー
タ１６に衝突させ、大きなゲインで光に変換し、さらに
この光を光電子増倍管１８で電子に変換すると共に、増
倍させるため、大きな質量を有するイオンでも、高い感
度で検出することが可能となる。
検出装置では、マイクロチャンネルプレート１２に、そ
の耐電圧より十分低い電位差を与え、その長寿命を維持
しながら、なお且つ、マイクロチャンネルプレート１２
やダイノード２１に大きなエネルギでイオンを衝突させ
ることが出来る。さらにマイクロチャンネルプレート１
２から放出された電子を、大きなエネルギでシンチレー
タ１６に衝突させ、大きなゲインで光に変換し、さらに
この光を光電子増倍管１８で電子に変換すると共に、増
倍させるため、大きな質量を有するイオンでも、高い感
度で検出することが可能となる。
【図１】本発明によるイオン検出装置の例を示す概念
図。
図。
【図２】本発明によるイオン検出装置の他の例を示す概
念図。
念図。
【図３】イオン検出装置の従来例を示す概念図。
【図４】イオン検出装置におけるイオンのマイクロチャ
ンネルプレートへの衝突加速電圧別のイオンの質量とそ
の検出効率との関係を示すグラフである。
ンネルプレートへの衝突加速電圧別のイオンの質量とそ
の検出効率との関係を示すグラフである。
１１ イオンソース １２ マイクロチャンネルプレート １６ シンチレータ １８ 光電子増倍管 ２０ 検出器 ２１ ダイノード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−53560（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−40147（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−201385（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−126784（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 49/06 H01J 37/244 H01J 49/40 G01N 27/62
Claims (6)
- 【請求項１】 無数の孔を有し、この孔の一端側から荷
電粒子を衝突させ、孔の他端から増倍された電子を放出
するマイクロチャンネルプレート（１２）と、電子を検
出する検出器（２０）とを備えるイオン検出装置におい
て、入力側をイオンソース（１１）に対向して配置され
たマイクロチャンネルプレート（１２）と、このマイク
ロチャンネルプレート（１２）の出力側に対向して配置
され、正の電圧が印加されたシンチレータ（１６）と、
このシンチレータ（１６）で発生した光を受けて、電子
を発生し、この電子を増倍する光電子増倍管（１８）
と、この光電子増倍管（１８）で発生した電子を検出す
る検出器（２０）とを有し、マイクロチャンネルプレー
ト（１２）の入力側に印加されたイオンの加速電圧を、
マイクロチャンネルプレート（１２）の入力側と出力側
とに電子を導く電位勾配より高くしたことを特徴とする
イオン検出装置。 - 【請求項２】 マイクロチャンネルプレート（１２）の
入力側と出力側との電位差は、マイクロチャンネルプレ
ート（１２）の耐電圧以下であることを特徴とする請求
項１に記載のイオン検出装置。 - 【請求項３】 マイクロチャンネルプレート（１２）の
入力側に印加される負の電圧は、マイクロチャンネルプ
レート（１２）の耐電圧以上であることを特徴とする請
求項１または２に記載のイオン検出装置。 - 【請求項４】 無数の孔を有し、この孔の一端側から荷
電粒子を衝突させ、孔の他端から増倍された電子を放出
するマイクロチャンネルプレート（１２）と、電子を検
出する検出器（２０）とを備えるイオン検出装置におい
て、イオンソース（１１）側に対向して配置され、加速
されたイオンの衝突により増倍する電子を発生する変換
用のダイノード（２１）と、このダイノード（２１）に
対向して配置され、同ダイノード（２１）より正側に高
い電圧が印加されたマイクロチャンネルプレート（１
２）と、このマイクロチャンネルプレート（１２）の出
力側に対向して配置され、正の電圧が印加されたシンチ
レータ（１６）と、このシンチレータ（１６）で発生し
た光を受けて、電子を発生し、この電子を増倍する光電
子増倍管（１８）と、この光電子増倍管（１８）で発生
した電子を検出する検出器（２０）とを有し、前記ダイ
ノード（２１）に印加されたイオンの加速電圧を、ダイ
ノード（２１）とマイクロチャンネルプレート（１２）
とに印加される電位差より高くしたことを特徴とするイ
オン検出装置。 - 【請求項５】 ダイノード（２１）とマイクロチャンネ
ルプレート（１２）とに印加される電圧の電位差は、マ
イクロチャンネルプレート（１２）の耐電圧以下である
ことを特徴とする請求項４に記載のイオン検出装置。 - 【請求項６】 ダイノード（２１）に印加される電圧
は、マイクロチャンネルプレート（１２）の耐電圧以上
であることを特徴とする請求項４または５に記載のイオ
ン検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09797197A JP3270707B2 (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | イオン検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09797197A JP3270707B2 (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | イオン検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10283981A JPH10283981A (ja) | 1998-10-23 |
| JP3270707B2 true JP3270707B2 (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=14206568
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09797197A Expired - Fee Related JP3270707B2 (ja) | 1997-03-31 | 1997-03-31 | イオン検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3270707B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6958474B2 (en) * | 2000-03-16 | 2005-10-25 | Burle Technologies, Inc. | Detector for a bipolar time-of-flight mass spectrometer |
| GB2399677C (en) * | 2003-02-13 | 2007-03-06 | Micromass Ltd | Ion detector |
| US6906318B2 (en) | 2003-02-13 | 2005-06-14 | Micromass Uk Limited | Ion detector |
| EP1630851B1 (en) * | 2004-05-17 | 2013-07-10 | Burle Technologies, Inc. | A detector for a co-axial bipolar time-of-flight mass spectrometer |
| JP2009289628A (ja) * | 2008-05-30 | 2009-12-10 | Hitachi High-Technologies Corp | 飛行時間型質量分析装置 |
| CN103270575B (zh) * | 2010-12-17 | 2016-10-26 | 塞莫费雪科学（不来梅）有限公司 | 用于质谱法的数据采集系统和方法 |
| CN108922845B (zh) * | 2018-06-23 | 2020-05-29 | 杭州海知慧环境科技有限公司 | 一种用于质谱中的光学成像质量分析方法 |
-
1997
- 1997-03-31 JP JP09797197A patent/JP3270707B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10283981A (ja) | 1998-10-23 |
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