JP3303587B2 - Mass spectrometer and ion source - Google Patents

Mass spectrometer and ion source

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JP3303587B2
JP3303587B2 JP05852795A JP5852795A JP3303587B2 JP 3303587 B2 JP3303587 B2 JP 3303587B2 JP 05852795 A JP05852795 A JP 05852795A JP 5852795 A JP5852795 A JP 5852795A JP 3303587 B2 JP3303587 B2 JP 3303587B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は質量分析装置に係り、特
に、イオン源から角度分散の小さな高透過率のイオンビ
ームを引き出すのに好適なビーム引出電極系を備えるイ
オン源と質量分析装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a mass spectrometer, and more particularly to an ion source having a beam extraction electrode system suitable for extracting an ion beam having a small angular dispersion and a high transmittance from an ion source, and a mass spectrometer. .

【0002】[0002]

【従来の技術】図7に従来の質量分析装置のイオン源及
びビーム引出電極系の断面図を示す。電子衝撃イオン化
イオン源の場合、イオン化室1aで電子の照射を受けて
生成されたイオンは、イオン化室1aより数ボルトだけ
プラス電位が印加されたリペラ電極1fに反発し、加速
電極1bの引出スリット15から押し出される。押し出
されたイオンビーム2はクロスオーバー点2cでクロス
した後に拡散するため、収束電極1cを設けてイオンビ
ーム2を収束すると共に、加速電極1bと接地電極1d
の間で最終的に6kV程度に加速される。その際、効率
良くイオンビーム2を分析部すなわちセクタ磁場及びセ
クタ電場に導くため、収束電極1cの電圧を調整してイ
オンビーム2の幅及び発散角を制御していた。具体的に
は、質量分析装置の立ち上げ時に、ファラデーカップ,
マルチプライアー、又はチャンネルプレートを用いたイ
オン電流モニタ8aをイオンビーム2の通過する領域に
挿入し、出射スリット1eを透過するイオン電流量をイ
オン電流モニタ8aで測定し、この電流信号12aが最
大となるように、収束電極1cに印加する電圧12fを
調整していた。
2. Description of the Related Art FIG. 7 is a sectional view of an ion source and a beam extraction electrode system of a conventional mass spectrometer. In the case of an electron impact ionization ion source, ions generated by irradiation of electrons in the ionization chamber 1a are repelled by a repeller electrode 1f to which a plus potential is applied by a few volts from the ionization chamber 1a, and a drawing slit of an acceleration electrode 1b. Extruded from 15. Since the extruded ion beam 2 spreads after crossing at the crossover point 2c, a focusing electrode 1c is provided to converge the ion beam 2, and the acceleration electrode 1b and the ground electrode 1d are provided.
Is finally accelerated to about 6 kV. At that time, the width of the ion beam 2 and the divergence angle are controlled by adjusting the voltage of the focusing electrode 1c in order to efficiently guide the ion beam 2 to the analysis unit, that is, the sector magnetic field and the sector electric field. Specifically, the Faraday cup,
An ion current monitor 8a using a multiplier or a channel plate is inserted into a region where the ion beam 2 passes, and the amount of ion current passing through the exit slit 1e is measured by the ion current monitor 8a. Thus, the voltage 12f applied to the focusing electrode 1c was adjusted.

【0003】尚、従来技術に関連するものとして、特開
昭57−27553 号公報がある。
[0003] Japanese Patent Laid-Open No. 57-27553 is related to the prior art.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、一
般に、加速電極1bと収束電極1cの間隔はスリット1
5の幅に比べて10倍程度広く、電極電圧の変化に対す
るビーム2の発散角の変化即ちクロスオーバー点2cの
位置変化は著しく小さい。しかし、質量分析装置の光学
系は、発散角と同時にビーム幅も一定値以内であること
が要求されるため、一つの電極電圧12fしか調整でき
ない従来の電極構造では、発散角とビーム幅の制約を同
時に満足するような調整は困難である。
In the above prior art, the distance between the accelerating electrode 1b and the converging electrode 1c is generally equal to the distance between the slit 1 and the focusing electrode 1c.
5, the change in the divergence angle of the beam 2 with respect to the change in the electrode voltage, that is, the change in the position of the crossover point 2c is extremely small. However, since the beam width of the optical system of the mass spectrometer is required to be within a certain value at the same time as the divergence angle, the divergence angle and the beam width are restricted by the conventional electrode structure that can adjust only one electrode voltage 12f. It is difficult to make adjustments that simultaneously satisfy the following conditions.

【0005】本発明の目的は、発散角とビーム幅の制約
を同時に満足するような調整が容易な引出電極系を備え
た高感度な質量分析装置及びそのイオン源を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a high-sensitivity mass spectrometer having an extraction electrode system which can be easily adjusted so as to simultaneously satisfy the restrictions on the divergence angle and the beam width, and an ion source for the mass spectrometer.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的は、イオン生成
領域で生成したイオンを加速電極のスリットから引き出
してイオンビームとし、該イオンビームを収束電極で収
束して出射スリットから出射するイオン源において、前
記加速電極のスリットから引き出されたイオンビームの
クロスオーバー点を前記加速電極から所要距離だけ引き
離すための引出電極を、前記加速電極の下流近傍に設け
ることで達成される。
An object of the present invention is to provide an ion source in which ions generated in an ion generation region are extracted from a slit of an acceleration electrode to form an ion beam, and the ion beam is converged by a focusing electrode and emitted from an emission slit. This is achieved by providing an extraction electrode for separating the crossover point of the ion beam extracted from the slit of the acceleration electrode by a required distance from the acceleration electrode, in the vicinity of the downstream of the acceleration electrode.

【0007】また、上記目的は、加速電極のスリットよ
り幅の小さいスリットを持つ引出電極を、加速電極とイ
オン生成領域の間の距離と同程度だけ、該加速電極下流
側に離した位置に設けることで達成される。
Another object of the present invention is to provide an extraction electrode having a slit having a width smaller than that of the acceleration electrode at a position on the downstream side of the acceleration electrode by the same distance as the distance between the acceleration electrode and the ion generation region. Is achieved by

【0008】また、上記目的は、引出電極に印加する電
圧条件をイオン源の状態に基づいて設定することで達成
される。
Further, the above object is achieved by setting voltage conditions applied to the extraction electrode based on the state of the ion source.

【0009】[0009]

【作用】従来の構成では加速電極から引き出されたイオ
ンビームは引き出された直後にクロスオーバーしてしま
うため発散角が大きくなってしまったが、本発明では引
出電極を設けることでこのクロスオーバー点の位置を加
速電極から引き離すことができるので、発散角を抑える
ことが可能となり、収束性に優れた良質なイオンビーム
が得られる。また、引出電極に印加する電圧が調整可能
なため、発散角とビーム幅の制約を同時に満足すること
が可能となる。
In the conventional structure, the ion beam extracted from the accelerating electrode crosses over immediately after being extracted, so that the divergence angle becomes large. However, in the present invention, the crossover point is increased by providing the extracting electrode. Can be separated from the accelerating electrode, the divergence angle can be suppressed, and a high-quality ion beam with excellent convergence can be obtained. Further, since the voltage applied to the extraction electrode can be adjusted, it is possible to simultaneously satisfy the restrictions on the divergence angle and the beam width.

【0010】以下、本発明の原理を図面を用いて説明す
る。図3(a)は電子衝撃イオン化イオン源の電極構成
図、図3(b)はプラズマイオン源の電極構成図であ
り、図中にイオンビームの動きを模式的に示してある。
本発明では、加速電極1bのスリット15の幅と同程度
の距離だけイオン化室1aから下流側に離れた位置に、
補助電極として引出電極1gを設け、イオン源の状態に
基づいてこの引出電極1gの印加電圧を決定する。
Hereinafter, the principle of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3A is an electrode configuration diagram of the electron impact ionization ion source, and FIG. 3B is an electrode configuration diagram of the plasma ion source, in which the movement of the ion beam is schematically shown.
In the present invention, at a position separated from the ionization chamber 1a on the downstream side by a distance substantially equal to the width of the slit 15 of the acceleration electrode 1b,
An extraction electrode 1g is provided as an auxiliary electrode, and the voltage applied to the extraction electrode 1g is determined based on the state of the ion source.

【0011】イオン化室1aのほぼ中央のイオン生成領
域2aで生成されたイオンは、加速電極1bよりも数ボ
ルトだけプラス電圧が印加されたリペラ電極1fに反発
されて、加速電極1b側へ押し出される。しかし、生成
されたイオンの初速度は、熱運動及び電子の衝突のため
乱れており、リペラ電極1fの作る電界だけでは加速電
極1bのスリット15を効率良く透過することができな
い。
Ions generated in the ion generation region 2a substantially at the center of the ionization chamber 1a are repelled by the repeller electrode 1f to which a plus voltage is applied by several volts from the acceleration electrode 1b, and are pushed out to the acceleration electrode 1b side. . However, the initial velocity of the generated ions is disturbed by thermal motion and collision of electrons, and the electric field created by the repeller electrode 1f alone cannot efficiently transmit through the slit 15 of the acceleration electrode 1b.

【0012】そこで、本発明では、加速電極1bのスリ
ット15の幅を引出電極1gのスリット16の幅よりも
広くし、加速電極1bの下流側に設けた引出電極1gと
加速電極1bとの距離が、加速電極1bとイオン生成領
域2aとの距離とほぼ等しい距離となるように設定す
る。
Therefore, in the present invention, the width of the slit 15 of the acceleration electrode 1b is made larger than the width of the slit 16 of the extraction electrode 1g, and the distance between the extraction electrode 1g provided downstream of the acceleration electrode 1b and the acceleration electrode 1b is increased. Is set to be substantially equal to the distance between the acceleration electrode 1b and the ion generation region 2a.

【0013】このため、加速電極1bのスリット15か
らイオン化室1a内へ漏れた電界はイオン生成領域2a
近傍まで広がり、イオンビーム2のクロスオーバー点の
位置が引出電極1gの下流側になり、イオンビーム2は
漏れ電界(浸透電界)によって効率良くスリット15か
ら引き出され、引出電極1gのスリット16を透過させ
ることができる。このような浸透電界はスリットから離
れるに従って急速に減衰するため、イオン生成領域2a
内の電界の増加は僅かであり、イオンビーム2のエネル
ギー分散の増加は問題とならない。
Therefore, the electric field leaking from the slit 15 of the accelerating electrode 1b into the ionization chamber 1a is generated by the ion generation region 2a.
The ion beam 2 spreads to the vicinity, and the position of the crossover point of the ion beam 2 is on the downstream side of the extraction electrode 1g, and the ion beam 2 is efficiently extracted from the slit 15 by the leakage electric field (penetration electric field) and passes through the slit 16 of the extraction electrode 1g. Can be done. Since such a penetrating electric field is rapidly attenuated as the distance from the slit increases, the ion generation region 2a
The increase in the electric field inside is slight, and the increase in the energy dispersion of the ion beam 2 does not matter.

【0014】一方、図3(b)のプラズマイオン源の場
合には、加速電極1bとプラズマ2bとの間に、デバイ
長の数倍程度のシース領域が形成される。プラズマ2b
は加速電極1bよりも数ボルト〜数十ボルトだけ電位が
上昇し、イオンビーム2を加速電極1b側に効率良く加
速する。この時の電圧をプラズマ浮遊電位といい、プラ
ズマの最も重要なパラメータの一つである電子温度の約
6倍となる。
On the other hand, in the case of the plasma ion source shown in FIG. 3B, a sheath region several times the Debye length is formed between the acceleration electrode 1b and the plasma 2b. Plasma 2b
Increases the potential by several volts to several tens of volts compared to the acceleration electrode 1b, and efficiently accelerates the ion beam 2 toward the acceleration electrode 1b. The voltage at this time is called a plasma floating potential, which is about six times the electron temperature which is one of the most important parameters of the plasma.

【0015】イオンはプラズマの全面から放出されるた
め、加速電極1bのスリット15の幅にほぼ比例したイ
オン電流量が得られる。しかし、スリット15の端部で
は中央付近に比べて球面収差が大きいので、スリット1
5の端部を透過したイオンは、過剰に収束され角度分散
を増大させる。そこで、この過剰な収束を相殺するた
め、イオンビーム2の幅と相似的に引出電極1gのスリ
ット16の幅を狭くする。つまり、スリット15の切角
θに対してスリット16の切角をπ−θとすることによ
り、スリット15の球面収差をスリット16の球面収差
で相殺して全体の球面収差を減少させ、角度分散の小さ
なイオンビーム2を得ることができる。
Since ions are emitted from the entire surface of the plasma, an ion current amount substantially proportional to the width of the slit 15 of the acceleration electrode 1b is obtained. However, since the spherical aberration at the end of the slit 15 is larger than that near the center, the slit 1
The ions transmitted through the end of 5 are excessively focused and increase the angular dispersion. Therefore, in order to offset the excessive convergence, the width of the slit 16 of the extraction electrode 1g is reduced similarly to the width of the ion beam 2. That is, by setting the cut angle of the slit 16 to π−θ with respect to the cut angle θ of the slit 15, the spherical aberration of the slit 15 is canceled by the spherical aberration of the slit 16, thereby reducing the overall spherical aberration and reducing the angular dispersion. Can be obtained.

【0016】図4は、二枚の電極の電極間隔dに対する
焦点距離fの比f/dと、入射エネルギーΦ1に対する
出射エネルギーΦ2の比Φ2/Φ1との関係を示す図で
ある。これを図3(a)の場合に当てはめると、Φ1は
リペラ電極1fと加速電極1bの電位差の1/2に、Φ
2−Φ1は加速電極1bと引出電極1gの電位差に相当
する。焦点距離fが短い場合にはビームの角度分散が増
加して好ましくない。角度分散を小さくするには、焦点
距離fを長くし、ビームが最も細く収束するクロスオー
バーを引出電極1gの下流側に形成する必要がある。定
量的には、Φ2/Φ1<5を満足するように、引出電極
1gに印加する電圧を設定すれば良いことが分かる。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the ratio f / d of the focal length f to the electrode distance d between two electrodes and the ratio Φ2 / Φ1 of the outgoing energy Φ2 to the incident energy Φ1. When this is applied to the case of FIG. 3A, Φ1 is に of the potential difference between the repeller electrode 1f and the acceleration electrode 1b, and Φ1 is
2-Φ1 corresponds to the potential difference between the acceleration electrode 1b and the extraction electrode 1g. If the focal length f is short, the angular dispersion of the beam increases, which is not preferable. In order to reduce the angular dispersion, it is necessary to increase the focal length f and form a crossover in which the beam converges most narrowly on the downstream side of the extraction electrode 1g. Quantitatively, it can be seen that the voltage applied to the extraction electrode 1g should be set so as to satisfy Φ2 / Φ1 <5.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】図2は本発明の一実施例に係る質量分析装
置の全体構成図であり、図1は本発明によるイオン源の
構成図で、(a)は縦断面を示す図、(b)は(a)の
A−A矢視図である。本実施例の質量分析装置は二重収
束型としてある。イオン源1で生成されたイオンは引き
出されて収束性の優れた良質のイオンビーム2となり、
イオンビーム2は四重極レンズ7aで拡散された後、セ
クタ磁場3で質量分離される。イオンビーム2は質量分
離された後、四重極レンズ7bで収束されセクタ電場4
でエネルギー弁別されて、最終的に質量分離スリット5
を透過したイオン電流が検出器6で測定される。測定結
果は運転制御・計測データ処理部10でマススペクトル
として記憶される。
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a mass spectrometer according to one embodiment of the present invention, FIG. 1 is a configuration diagram of an ion source according to the present invention, (a) is a diagram showing a longitudinal section, and (b) FIG. 3 is a view taken along the line AA in FIG. The mass spectrometer of this embodiment is of a double focusing type. The ions generated by the ion source 1 are extracted and become a high-quality ion beam 2 having excellent convergence.
After being diffused by the quadrupole lens 7a, the ion beam 2 is mass-separated by the sector magnetic field 3. After the ion beam 2 is mass-separated, it is converged by the quadrupole lens 7b, and the sector electric field 4
Energy separation, and finally the mass separation slit 5
The ion current that has passed through is measured by the detector 6. The measurement result is stored in the operation control / measurement data processing unit 10 as a mass spectrum.

【0019】本実施例では、イオンビーム引出電極系の
およその電圧条件を自動設定するため、例えば電子衝撃
イオン化イオン源の場合には、リペラ電極電圧12dを
イオン源状態監視部11に入力し、引出電極電圧12g
の予測値12eを引出電源9に出力する。プラズマイオ
ン源の場合には、直接プラズマ浮遊電位を測定すること
は困難であるが、セクタ電場では実際の加速電圧である
加速電極電圧Vacc とプラズマ浮遊電位Vp の和Vacc
+Vp に対する軌道半径Rの関係が数1で表わせること
に着目し、プラズマ浮遊電位Vp を推測することができ
る。
In this embodiment, in order to automatically set the approximate voltage condition of the ion beam extraction electrode system, for example, in the case of an electron impact ionization ion source, a repeller electrode voltage 12d is input to the ion source state monitoring unit 11, Lead electrode voltage 12g
Is output to the extraction power supply 9. In the case of a plasma ion source, it is difficult to directly measure the plasma floating potential, but in a sector electric field, the sum Vacc of the accelerating electrode voltage Vacc, which is the actual acceleration voltage, and the plasma floating potential Vp is used.
Paying attention to the relationship of the orbital radius R to + Vp can be expressed by Equation 1, the plasma floating potential Vp can be estimated.

【0020】[0020]

【数1】 R=2(Vacc+Vp)/E …(数1) ここで、Eはセクタ電場の電界の強さである。R = 2 (Vacc + Vp) / E (Equation 1) where E is the electric field strength of the sector electric field.

【0021】このようにして求めた引出電極1gの電圧
は良い予測値ではあるが、必ずしも最適値とは限らな
い。そこで、イオン源状態監視部11は、ビームライン
上に設けたイオン電流モニタ8aの電流信号12aを入
力し、電流値が最大となるように引出電極系の電圧を調
整する。
The voltage of the extraction electrode 1g thus obtained is a good predicted value, but is not always an optimum value. Therefore, the ion source state monitoring unit 11 inputs the current signal 12a of the ion current monitor 8a provided on the beam line, and adjusts the voltage of the extraction electrode system so that the current value becomes maximum.

【0022】図1を用いてイオン源の詳細構造と最も簡
単な引出電極電圧の設定法を説明する。イオン源全体は
分析部のビームラインの真空容器18に電極支持碍子1
7によって設置されており、真空容器14によってイオ
ン源内部が真空に保持されている。図1(b)のA−A
断面に示すように、引出電極1gは上下二枚の板状電極
からなり、加速電極1bは矩形の開口を有する板状電極
である。イオン源状態監視部11はリペラ電極1fの電
圧12dをもとに引出電極1gの電圧12gを設定す
る。次に、スリット15,16を透過した電流量をイオ
ン電流モニタ8aで測定し、この電流が最大となるよう
に、収束電極1cの電圧12fを調整する。尚、図1の
例では、収束電極1c用電源と引出電極1g用電源とし
て引出電源9を共用している。この場合、電極1cと1
gの印加電圧を同じ電圧にしてもかまわない。このよう
にすることで電源の節約が可能となるが、勿論、別々の
電源を用意してもよいことはいうまでもない。
The detailed structure of the ion source and the simplest method of setting the extraction electrode voltage will be described with reference to FIG. The entire ion source is placed in the vacuum vessel 18 on the beam line of the analysis unit, and the electrode support insulator 1
7, and the inside of the ion source is kept in a vacuum by a vacuum vessel 14. AA in FIG. 1 (b)
As shown in the cross section, the extraction electrode 1g is composed of two upper and lower plate electrodes, and the acceleration electrode 1b is a plate electrode having a rectangular opening. The ion source state monitoring unit 11 sets the voltage 12g of the extraction electrode 1g based on the voltage 12d of the repeller electrode 1f. Next, the amount of current transmitted through the slits 15 and 16 is measured by the ion current monitor 8a, and the voltage 12f of the focusing electrode 1c is adjusted so that the current is maximized. In the example of FIG. 1, the extraction power supply 9 is shared as a power supply for the focusing electrode 1c and a power supply for the extraction electrode 1g. In this case, electrodes 1c and 1
The applied voltage of g may be the same voltage. This makes it possible to save power, but it goes without saying that separate power supplies may be prepared.

【0023】図5及び図6は、数値シミュレーションに
より本実施例の効果を確認した結果を示す図である。図
5は電子衝撃イオン化イオン源のシミュレーション結果
で、図5(a)は従来のイオン源のシミュレーション結
果である。ここで、加速電極電圧Vacc は6.000k
V、リペラ電極電圧Vr は6.003kV、加速電極の
スリット幅は0.5mmである。イオンは0.01eV相当
の等方的な初速度を持ち、加速電極に近づくにつれてビ
ーム幅が広がるため、加速電極のスリットを透過できな
い成分が存在する。しかも、イオンビームはスリット内
で急激に収束されるため、大きな角度分散を持つことに
なる。収束電極付近ではビーム幅が1mm以上に広がり、
これ以降のビームの収束を困難にしている。このような
状況下においては、イオンビームの電流量を増すために
加速電極のスリット幅を拡大することは有効ではなく、
無効な電流を増やしているに過ぎない。
FIGS. 5 and 6 show the results of confirming the effect of this embodiment by numerical simulation. FIG. 5 shows a simulation result of the electron impact ionization ion source, and FIG. 5A shows a simulation result of the conventional ion source. Here, the accelerating electrode voltage Vacc is 6.000 k
V, the repeller electrode voltage Vr was 6.003 kV, and the slit width of the accelerating electrode was 0.5 mm. The ions have an isotropic initial velocity equivalent to 0.01 eV, and the beam width increases as approaching the accelerating electrode. Therefore, there are components that cannot pass through the slit of the accelerating electrode. Moreover, since the ion beam is sharply converged in the slit, it has a large angular dispersion. The beam width spreads to 1mm or more near the focusing electrode,
This makes it difficult to converge the beam thereafter. Under such circumstances, it is not effective to increase the slit width of the accelerating electrode in order to increase the current amount of the ion beam,
It is simply increasing the ineffective current.

【0024】一方、図5(b)の本実施例では、加速電
極のスリット幅を1mm,引出電極のスリット幅を0.5m
m とし、引出電極にはVex=5990Vを印加してい
る。加速電極の幅の広いスリットからイオン生成領域近
傍まで電界がしみ出し、等方的に出射されたイオンを全
て引き出すことに成功している。引出電極1gでの焦点
距離はVexを数ボルト調整するだけで大きく変化し、ビ
ームの角度分散の制御が容易である。これらの理由によ
り、本実施例では、従来に比べて電流量が約2倍,角度
分散が約1/2となることが確認された。また、引出電
極1gのスリット16の幅が狭いため、イオン化室1a
内のガス圧を高く、かつビームライン上の真空度を低く
保てる付加的な効果がある。
On the other hand, in this embodiment shown in FIG. 5B, the slit width of the accelerating electrode is 1 mm, and the slit width of the extraction electrode is 0.5 m.
m, and Vex = 5990 V is applied to the extraction electrode. The electric field exudes from the wide slit of the accelerating electrode to the vicinity of the ion generation region, and succeeds in extracting all the isotropically emitted ions. The focal length at the extraction electrode 1g changes greatly only by adjusting Vex by a few volts, and it is easy to control the angular dispersion of the beam. For these reasons, it has been confirmed that in the present embodiment, the current amount is about twice and the angular dispersion is about 1/2 as compared with the related art. Further, since the width of the slit 16 of the extraction electrode 1g is narrow, the ionization chamber 1a
There is an additional effect that the gas pressure in the inside can be increased and the degree of vacuum on the beam line can be kept low.

【0025】図6はプラズマイオン源のシミュレーショ
ン結果で、(a)はプラズマ浮遊電位Vp が30Vの場
合、(b)はVp が60Vの場合、(c)はVp が60
Vで電圧条件を最適に制御した場合をそれぞれ示す。図
6では基準となる加速電極電圧Vacc を6.00kVで
一定とし、Vacc に対するプラズマの浮遊電位をVpで
表している。Vp =30Vの(a)における最適な引出
電極電圧Vexは5.88kVであった。この場合、Vacc
とVexの電位差は120Vである。次に、図6(b)
でVexを固定したままVp を60Vに上昇させると、イ
オンビームは収束しなくなってしまう。そこで、Vp が
30Vから60Vへ2倍に増加したのに対応させて、V
acc とVexの電位差を120Vから240Vへと2倍に
増加させることにより、即ちVexを5.760kV に調
整することにより、図6(c)のように、ほぼ最適に収
束されたイオンビームを得ることができる。
FIGS. 6A and 6B show simulation results of the plasma ion source. FIG. 6A shows a case where the plasma floating potential Vp is 30 V, FIG. 6B shows a case where Vp is 60 V, and FIG.
The case where the voltage condition is optimally controlled by V is shown. In FIG. 6, the reference accelerating electrode voltage Vacc is constant at 6.00 kV, and the floating potential of the plasma with respect to Vacc is represented by Vp. The optimum extraction electrode voltage Vex at (a) where Vp = 30 V was 5.88 kV. In this case, Vacc
And Vex is 120V. Next, FIG.
If Vp is raised to 60 V with Vex fixed, the ion beam will not converge. Then, in response to the double increase of Vp from 30V to 60V, Vp
By doubling the potential difference between acc and Vex from 120 V to 240 V, that is, by adjusting Vex to 5.760 kV, an almost optimally focused ion beam is obtained as shown in FIG. 6C. be able to.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
イオン源の状態を測定することにより容易に角度分散の
小さな大電流イオンビームを得ることが可能となり、質
量分析装置の高感度化が可能となる。
As described above, according to the present invention,
By measuring the state of the ion source, it is possible to easily obtain a large current ion beam with small angular dispersion, and to increase the sensitivity of the mass spectrometer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例に係るイオン源の構成図で、
(a)は縦断面を示す図、(b)は(a)のA−A矢視図
である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an ion source according to an embodiment of the present invention.
(a) is a figure which shows a longitudinal cross section, (b) is the AA arrow line view of (a).

【図2】本発明の一実施例に係る質量分析装置の全体構
成図である。
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a mass spectrometer according to one embodiment of the present invention.

【図3】本発明のイオン源による角度分散低減の原理説
明図で、(a)は電子衝撃イオン化イオン源の場合、
(b)はプラズマイオン源の場合を示す。
FIGS. 3A and 3B are explanatory diagrams illustrating the principle of reducing the angular dispersion by the ion source according to the present invention. FIG.
(B) shows the case of a plasma ion source.

【図4】引出電極電圧と焦点距離の関係を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between an extraction electrode voltage and a focal length.

【図5】電子衝撃イオン化イオン源の数値シミュレーシ
ョン結果を示す図で、(a)は従来のイオン源の場合、
(b)は本実施例のイオン源の場合を示す図である。
5A and 5B are diagrams showing numerical simulation results of an electron impact ionization ion source, where FIG. 5A shows a case of a conventional ion source;
(B) is a diagram showing the case of the ion source of the present embodiment.

【図6】プラズマイオン源の数値シミュレーション結果
を示す図で、(a)はプラズマ浮遊電位Vp が30Vの
場合、(b)はVp が60Vの場合、(c)はVp が6
0Vで電圧条件を最適に制御した場合を示す図である。
6A and 6B are diagrams showing numerical simulation results of a plasma ion source. FIG. 6A shows a case where the plasma floating potential Vp is 30 V, FIG. 6B shows a case where Vp is 60 V, and FIG.
It is a figure showing the case where voltage conditions are controlled optimally at 0V.

【図7】従来のイオン源及びビーム引出電極系の断面図
である。
FIG. 7 is a sectional view of a conventional ion source and beam extraction electrode system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…イオン源、1a…イオン化室、1b…加速電極、1
c…収束電極、1d…接地電極、1e…出射スリット、
1f…リペラ電極、1g…引出電極、2…イオンビー
ム、2a…イオン生成領域、2b…プラズマ、2c…ク
ロスオーバー、3…セクタ磁場、4…セクタ電場、5…
質量分離スリット、6…検出器、7a,7b…四重極レ
ンズ、8a…イオン電流モニタ、9…引出電源、10…
運転制御・計測データ処理部、11…イオン源状態監視
部、13…分析部電源。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ion source, 1a ... Ionization chamber, 1b ... Acceleration electrode, 1
c: focusing electrode, 1d: ground electrode, 1e: exit slit,
1f repeller electrode, 1g extraction electrode, 2 ion beam, 2a ion generation region, 2b plasma, 2c crossover, 3 sector magnetic field, 4 sector electric field, 5 ...
Mass separation slit, 6: detector, 7a, 7b: quadrupole lens, 8a: ion current monitor, 9: extraction power supply, 10:
Operation control / measurement data processing unit, 11: ion source state monitoring unit, 13: analysis unit power supply.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢野 正義 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株式会社 日立製作所 計測器事業部内 (72)発明者 三村 忠男 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株式会社 日立製作所 計測器事業部内 (56)参考文献 特開 平1−265446(JP,A) 特開 平1−304650(JP,A) 特開 昭57−27553(JP,A) 特開 昭62−161047(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01J 49/12 H01J 49/14 H01J 37/08 G01N 27/62 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masayoshi Yano 882-Chair, Ichimo, Hitachinaka-shi, Ibaraki Prefecture Within the Measurement Instruments Division, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Tadao Mimura 882-Chair, Oaza-City, Hitachinaka-shi, Ibaraki Hitachi, Ltd. (56) References JP-A-1-265446 (JP, A) JP-A-1-304650 (JP, A) JP-A-57-27553 (JP, A) JP-A-62-161047 (JP JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01J 49/12 H01J 49/14 H01J 37/08 G01N 27/62

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】イオン生成領域で生成したイオンを加速電
極のスリットから引き出してイオンビームとし、該イオ
ンビームを収束電極で収束して出射スリットから出射す
るイオン源において、 前記加速電極のスリットより幅の小さいスリットを持つ
引出電極を、前記加速電極と前記イオン生成領域の間の
距離と同程度だけ、該加速電極下流側に離した位置に設
けたことを特徴とするイオン源。
1. An ion source in which ions generated in an ion generation region are extracted from a slit of an acceleration electrode to form an ion beam, and the ion beam is converged by a focusing electrode and emitted from an emission slit. An extraction source having an extraction electrode having a slit having a small diameter at a position on the downstream side of the acceleration electrode by a distance substantially equal to the distance between the acceleration electrode and the ion generation region.
【請求項2】請求項において、前記加速電極のスリッ
トの切角θに対して前記引出電極のスリットの切角をπ
−θとすることで球面収差を相殺する構成としたことを
特徴とするイオン源。
2. The method according to claim 1 , wherein the cut angle of the slit of the extraction electrode is π with respect to the cut angle of the slit of the acceleration electrode.
An ion source characterized in that -θ is set to cancel spherical aberration.
【請求項3】請求項において、前記イオン源が電子衝
撃イオン化イオン源であって、該イオン源で生成された
イオンを引出電極側に押し出すリペラ電極の電圧に基づ
いて、引出電極に印加する電圧条件を設定することを特
徴とするイオン源。
3. The ion source according to claim 2 , wherein the ion source is an electron impact ionization ion source, and the ions generated by the ion source are applied to an extraction electrode based on a voltage of a repeller electrode that pushes the ions toward the extraction electrode. An ion source characterized by setting voltage conditions.
【請求項4】請求項において、前記イオン源がプラズ
マイオン源であって、プラズマ浮遊電位に基づいて引出
電極に印加する電圧条件を設定することを特徴とするイ
オン源。
4. The ion source according to claim 1 , wherein said ion source is a plasma ion source, and a voltage condition applied to the extraction electrode is set based on a plasma floating potential.
【請求項5】イオン源で生成したイオンを引出電極系に
より引き出してイオンビームを生成し、電磁場中でイオ
ンの質量固有の軌道に分離することにより特定質量のイ
オン電流量を測定する質量分析装置において、 イオン源として請求項4記載のイオン源を用い、 前記プ
ラズマ浮遊電位を電磁場中のイオンの回転半径を用いて
求めることを特徴とする質量分析装置。
5. An extraction electrode system for generating ions generated by an ion source.
To generate an ion beam,
Of specific mass by separating the
5. A mass spectrometer for measuring an amount of on-current , wherein the ion source according to claim 4 is used as an ion source, and the plasma floating potential is obtained using a radius of gyration of ions in an electromagnetic field.
【請求項6】イオン生成領域で生成したイオンを引出電
極系により引き出してイオンビームを生成し、該イオン
ビームを電磁場中を通過させることにより特定質量のイ
オンを検出する質量分析装置において、 前記引出電極系は、前記イオン生成領域からイオンを引
き出すためのスリットを有する加速電極と,該加速電極
のスリットより幅の小さいスリットを有する引出電極と
を備え、 前記加速電極と前記イオン生成領域の間の距離と同程度
だけ、前記加速電極の下流側に離れた位置に前記引出電
極を設けたことを特徴とする質量分析装置。
6. A mass spectrometer for extracting ions generated in an ion generation region by an extraction electrode system to generate an ion beam, and passing the ion beam through an electromagnetic field to detect ions of a specific mass. The electrode system includes an accelerating electrode having a slit for extracting ions from the ion generation region, and an extraction electrode having a slit smaller in width than the slit of the acceleration electrode. A mass spectrometer characterized in that the extraction electrode is provided at a position on the downstream side of the acceleration electrode by about the same distance.
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