JP4498545B2

JP4498545B2 - イオン検出器及び電子増倍器

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Publication number: JP4498545B2
Application number: JP2000172628A
Authority: JP
Inventors: 晴久山口; 広鈴木; 孝幸大村
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2000-06-08
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2020-06-08
Also published as: JP2001351564A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はイオン検出器及び電子増倍器に関し、特に質量分析装置に用いられるイオン検出器及び当該イオン検出器に用いられる電子増倍器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、図１８、図１９に示されるように、コンバージョンダイノード８１５と電子増倍部８２２をユニット化したイオン検出器８００が知られている。かかるイオン検出器８００においては、電子増倍部８２２の寿命がイオン検出器８００の他の部分の寿命より短いため、電子増倍部８２２を交換する場合があり、そのために電子増倍部８２２をイオン検出器本体に着脱可能に取付けていた。
【０００３】
具体的には、図１８、図１９に示す電子増倍部８２２の上端と下端にそれぞれ板バネ８２８、８２９を取り付け、上側の板バネ８２８と下側の板バネ８２９をそれぞれ上部金属板８１１と下部金属板８１３の内面側に圧接させることにより、電子増倍部８２２をイオン検出器本体に取付けている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のイオン検出器８００においては、電子増倍部の８２２両側面の絶縁板８２３、８２４が外部に露出しているため、図２０に示すように電子増倍部８２２の絶縁板８２３、８２４の外側面にはダイノード電極Ｄ８０１乃至Ｄ８１４の端部及びこれに接続される配線が露出しており、電子増倍部８２２の交換時に配線に触れてしまう可能性があった。このようなことがあると、断線や短絡等を起こしやすい。また、配線等に接触しないよう注意すると、今度は絶縁板８２３、８２４間に配置されたダイノード電極Ｄ８０１乃至Ｄ８１４自体に触れてしまうおそれがある。ダイノード電極Ｄ８０１乃至Ｄ８１４に触れると、ダイノード電極を変形してしまう場合がある。ダイノード電極Ｄ８０１乃至Ｄ８１４は狭い間隔をおいて配列されているため、ダイノード電極Ｄ８０１乃至Ｄ８１４が僅かに変形しただけでも、隣り合うダイノード電極Ｄ８０１乃至Ｄ８１４同士が互いに接触するなどして、電子増倍部８２２として機能しなくなる場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は電子増倍部の交換時に発生するおそれのあった電子増倍部の損傷を防止するようにしたイオン検出器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、イオン入射口が形成された金属板と、該金属板から垂直に延び、荷電粒子通過口が形成された支持金属板と、該支持金属板の一面側で該荷電粒子通過口を臨む位置に設けられたコンバージョンダイノードと、該イオン入射口から入射したイオンを該コンバージョンダイノードに向けて偏向させるための電界形成手段と、該支持金属板の一面側とは反対の他面側に着脱可能に固定された電子増倍部とを有するイオン検出器において、該電子増倍部は電子増倍部本体と把持用部材とからなり、該電子増倍部本体は、互いに平行に配設された一対の絶縁板と、該一対の絶縁板に挟持されたアノード電極と複数のダイノード電極とからなり、該把持用部材を該一対の絶縁板の外側面を覆うように該電子増倍部本体に取り付けたイオン検出器を提供している。
【０００７】
なお、電界形成手段は、金属板と、支持金属板と、コンバージョンダイノードとをそれぞれ所定の電位に設定することにより形成することができる。
【０００８】
ここで、開口部を該一対の絶縁板に形成するのが好ましい。
【０００９】
また、本発明は、イオン入射口が形成された上部金属板と、該上部金属板から垂直に延び、荷電粒子通過口が形成された支持金属板と、該支持金属板の一面側に固定された絶縁部材と、該絶縁部材に固定され、該荷電粒子通過口を臨む位置に設けられたコンバージョンダイノードと、該イオン入射口から入射したイオンを該コンバージョンダイノードに偏向させるための電界形成手段と、該支持金属板の一面側とは反対の他面側に着脱可能に固定された電子増倍部とを有するイオン検出器において、該電子増倍部は凹型金属固定板と電子増倍部本体とからなり、該凹型金属固定板は、該支持金属板の他面側に面する背面部と、該背面部の該支持金属板に面する側とは反対側に垂直に延びる互いに平行な２つの側部とを有して断面凹型形状をなし、該電子通過口と連通する位置に荷電粒子通過開口が形成され、該電子増倍部本体は、互いに平行に配設された一対の絶縁板と、該一対の絶縁板に両端を支持され一列に整列して固定される複数のダイノード電極からなる第１ダイノード電極群と、該一対の絶縁板に両端を支持され第１ダイノード電極群と平行に一列に整列して固定される複数のダイノード電極からなる第２ダイノード電極群とを有し、該凹型金属固定板の背面部の該支持金属板に面する側の反対側面に固定されると共に該凹型金属固定板の２つの側部に挟まれて位置し、該凹型金属固定板の該荷電粒子通過開口に面する位置に荷電粒子入射口が形成され、該一対の絶縁板には、第１ダイノード電極群と第２ダイノード電極群により挟まれた空間に面する位置に開口部が形成されているイオン検出器を提供している。
【００１０】
ここで、該上部金属板と平行に配置され、該支持金属板の該上部金属板が接続された側とは反対側の端部に固定された下部金属板を更に有するのが好ましい。
【００１１】
更に、該下部金属板には、該上部金属板に形成された該イオン入射口より大きい出射口が形成されており、該上部金属板に垂直な仮想軸を想定すると、該イオン入射口は該下部金属板に形成された出射口の仮想軸方向投射像に含まれるのが好ましい。
【００１２】
また、該支持金属板の該上部金属板が接続された側とは反対側の端部は、上部金属板と平行になるように折り曲げられていてもよい。
【００１３】
更に本発明は、凹型金属固定板と電子増倍部本体とを有し、該凹型金属固定板は、背面部と、該背面部から垂直に延びる互いに平行な２つの側部とを有して断面凹型形状をなし、該電子増倍部本体は、互いに平行に備えられた一対の絶縁板と、各該絶縁板に両端を支持され一列に整列して固定される複数のダイノード電極からなる第１ダイノード電極群と、各該絶縁板に両端を支持され第１ダイノード電極群と平行に一列に整列して固定される複数のダイノード電極からなる第２ダイノード電極群とを有し、該凹型金属固定板の背面部の該支持金属板に面する側とは反対の側面に固定され、該凹型金属板の２つの側部に挟まれて位置し、荷電粒子通過開口に面する位置に荷電粒子入射口が形成され、該絶縁板には、第１ダイノード電極群と第２ダイノード電極群により挟まれた空間に面する位置に開口部が形成されている電子増倍器を提供している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態によるイオン検出器を質量分析装置に適用した場合について図１乃至図１５に基づき説明する。
【００１５】
まず、本実施形態のイオン検出器が設置される質量分析装置について説明する。図１に示すように、質量分析装置１００は、、真空チャンバー２００を形成するステンレス製の包囲器１１０を備えている。真空チャンバー２００の内部には、試料分子をイオン化するためのイオン化部３００と、イオン化した試料分子を質量ごとに分離するための質量分離部４００と、質量分離部４００から放出されるイオンの量を検出するためのイオン検出器１とが、この順に設けられている。
【００１６】
かかる構成の質量分析装置１００は、イオン化部３００をガスクロマトグラフ装置６００と連通させ、かつ、イオン検出器１をデータ処理装置７００と電気的に接続させて使用する。
【００１７】
ガスクロマトグラフ装置６００は図示しない測定試料注入口を有しており、測定試料を液体（例えば、ヘキサン等に溶かし込んだ液体）としてガスクロマトグラフ装置６００内部に注入できるようになっている。
【００１８】
イオン化部３００は、図示しないフィラメントを備えており、フィラメントに電流を流すことで熱電子を発生させ、試料分子を正または負の極性のイオンに変換する。
【００１９】
質量分離部４００は、図２及び図３に示すように、四重極電極４１０を備えている。四重極電極４１０は、中心軸Ｘ２の周りで、かつ、中心軸Ｘ２に平行に配列された４個の円筒電極から構成されており、中心軸Ｘ２方向の一端部がイオン入射部４３０、他端部がイオン出射部４４０となっている。また、４個の円筒電極内を中心軸Ｘ２に沿って延び、イオン入射部４３０とイオン出射部４４０の間の空間がイオン飛翔空間４２０となる。四重極電極４１０のイオン入射部４３０はイオン化部３００に対向配置され、イオン化部３００で発生したイオンをこのイオン入射部４３０からイオン飛翔空間４２０内に導入する。
【００２０】
４個の円筒電極４１０には、定常電圧と所定の周波数の交流電圧を重畳した電圧が印加され、入射したイオンのうち、当該周波数に対応する質量数のイオンのみをイオン出射部４４０まで導くことで、所定の質量数のイオンを他の質量数のイオンから分離している。なお、イオン飛翔空間４２０には、イオン以外に電磁波や高速粒子も入射しており、これらが計測対象のイオンと共にイオン飛翔空間４２０を通り抜ける。
【００２１】
図２及び図３に示すように、質量分析装置１００の包囲器１１０の下流側には、フランジ部１２０が設けられており、イオン検出器１は、このフランジ部１２０に複数の支柱１３１、１３２を介して取り付けられる。フランジ部１２０には、ピン貫通孔１２６及び１２８が形成されている。ピン貫通孔１２６には、外部電圧印加ピン１２２が貫通し封止部材にて封止固定されている。外部電圧印加ピン１２２の外側端部は、データ処理装置７００に電気的に接続されている。外部電圧印加ピン１２２の内側端部をイオン検出器１に電気的に接続することで、後述の電子増倍部２２の第一段ダイノードＤ１がデータ処理装置７００に電気的に接続される。また、ピン貫通孔１２８には、外部電気信号ピン１２４が貫通し封止部材にて封止固定されている。外部電気信号ピン１２４の外側端部は、データ処理装置７００に電気的に接続されている。外部電気信号ピン１２４の内側端部をイオン検出器１に電気的に接続することで、後述の電子増倍部２２のアノード２５がデータ処理装置７００に電気的に接続される。
【００２２】
データ処理装置７００は、電子増倍部２２のダイノード電極Ｄ１への電圧印加を制御するとともに、アノード２５からの電気信号に基づき、所定のイオンの量を演算し出力する。データ処理装置７００は、また、四重極電極４１０及びイオン化部３００のフィラメントへの電圧印加を制御する。
【００２３】
本実施形態のイオン検出器１は、イオン出射部４４０から出射したイオンの量を電気信号に変換するために、真空チャンバー２００内部に設置される。イオン検出器１は、所定の中心軸Ｘ１を有し、中心軸Ｘ１が四重極電極４１０の中心軸Ｘ２と同軸となるように配列される。
【００２４】
本発明の第１の実施の形態によるイオン検出器１は、図４乃至図６に示すように、イオン検出器本体１０と電子増倍部２２とを有する。電子増倍部２２は、イオン検出器本体１０に着脱可能に取り付けられている。図７にはイオン検出器本体１０から電子増倍部２２を取外した様子を示す。
【００２５】
イオン検出器本体１０は、中心軸Ｘ１に対して垂直に設けられた上部金属板１１を有し、上部金属板１１上中心軸Ｘ１が貫通する位置にはイオン入射口１１ａが形成されている。なお、イオン検出器本体１０を質量分析装置１００に取り付ける際、イオン検出器１の中心軸Ｘ１と四重極電極４１０の中心軸Ｘ２とが同軸となるように配列して、イオン入射口１１ａを四重極電極４１０のイオン出射部４４０に対向させる（図３）。上部金属板１１には支持金属板１２の一端部が固定され、支持金属板１２は上部金属板１１から垂直に延びている。図７に示すように、支持金属板１２には荷電粒子通過口１２ａが形成されている。また、支持金属板１２の他端部には、上部金属板１１と平行となるように下部金属板１３が固定されている。
【００２６】
図８は、イオン検出器１０を下部金属板１３側から中心軸Ｘ１方向に見た様子を示したものである。下部金属板１３には出射口１３ａが形成されている。下部金属板１３の出射口１３ａは、上部金属板１１に形成されたイオン入射口１１ａより大きく、中心軸Ｘ１方向にイオン入射口１１ａと出射口１３ａを投影すると、下部金属板１３に形成された出射口１３ａはイオン入射口１１ａを完全に含むような位置関係にある。
【００２７】
また、下部金属板１３には、イオン検出器１を包囲器１１０に固定するための支柱接合用開口１３ｂ、１３ｃが形成されている。図２に示すように、各支柱接合用開口１３ｂ、１３ｃにそれぞれ支柱１３１、１３２を埋設することにより、イオン検出器１を質量分析装置１００のフランジ部１２０に固定している。また、図６及び図７に示すように、下部金属板１３には、電子増倍部２２に接続するピンを導入するためのピン貫通孔１３ｄ、１３ｅが形成されている。
【００２８】
図７に示すように、支持金属板１２の一面側にはアーチ状の絶縁部材１４が取り付けられている。アーチ形状の絶縁部材１４は、その内部空間がイオン入射口１１ａと中心軸Ｘ１方向に連通するように配向されており、絶縁部材１４の２本の脚部が支持金属板１２に固定されている。その２本の脚部は中心軸方向Ｘ１で下部金属板１４側に延設されている。
【００２９】
上述のように、イオン検出器１はその中心軸Ｘ１が四重極電極４１０の中心軸Ｘ２と一致するように配列されているため、図９に示すように、イオン化部３００から四重極電極４１０の中心軸Ｘ２方向を見ると、イオン検出器１の上部金属板１１のイオン入射口１１ａから下部金属板１３の出射口１３ａを通じてイオン検出器１の外部を見通すことができる。これにより、イオン化部３００から四重極電極４１０の中心軸Ｘ２方向にイオンと共に放出された電磁波や高速粒子は、イオン検出器１の上部金属板１１のイオン入射口１１ａからイオン検出器１の内部へ進入するが、イオン検出器１内で乱反射されることなく、下部金属板１３の出射口１３ａから出射されることになる。
【００３０】
図７に示すように、絶縁部材１４には、支持金属板１２の荷電粒子通過口１２ａと対向する位置に、コンバージョンダイノード１５が固定されている。本実施形態で使用するコンバージョンダイノード１５はイオンが入射することにより電子またはイオンを放出するものであり、コンバージョンダイノード１５への印加電圧の極性を切り換えることにより正イオン、負イオンの双方に対応することができる。即ち、検出対象たるイオンが正イオンである場合はコンバージョンダイノード１５を負電位とし、検出対象たるイオンが負イオンである場合はコンバージョンダイノード１５を正電位とするにより、入射イオンが正イオンの場合、入射した正イオンに対応した数の電子を放出することができる。また、入射イオンが負イオンの場合、入射した負イオンに対応した数の正イオンを放出することができる。そして後段のダイノードＤ１にて正イオンを電子に変換する。
【００３１】
上部金属板１１及び支持金属板１２はグランド電位に接地されており、正または負の電位を帯びたコンバージョンダイノード１５と、グランド電位の上部金属板１１と支持金属板１２とで、イオン入射口１１ａから入射されたイオンをコンバージョンダイノード１５に導くための電界形成手段を構成している。
【００３２】
電子増倍部２２は、支持金属板１２の前記一面側とは反対側の面に着脱可能に装着されている。電子増倍部２２は、図１０に示すように、凹型金属固定板（把持用部材）２１と電子増倍部本体２０とからなる。
【００３３】
電子増倍部本体２０は、互いに平行な一対の絶縁板２３、２４を有しており、その間に複数段のダイノード電極Ｄ１乃至Ｄ１４が設けられている。図１４に示すように、第１段ダイノード電極Ｄ１、第２段ダイノード電極Ｄ２はボックス型、第３段乃至第１４段のダイノード電極Ｄ３乃至Ｄ１４はライン型のダイノード電極である。各ダイノード電極Ｄ１乃至Ｄ１４は、両端が絶縁板に形成された穴に差し込まれ固定されている。
【００３４】
２枚の絶縁板２３、２４の外側に露出した各段のダイノード電極Ｄ１乃至Ｄ１４の端部は抵抗体を介在させて順次接続されている。第１段ダイノード電極Ｄ１は、データ処理装置７００に接続されて負の電圧が印加され、第２段以降のダイノード電極には、第１段ダイノード電極Ｄ１に印加された電圧を等分に分圧した電圧が印加される。即ち、第１段ダイノード電極Ｄ１から抵抗体を介して接地されている最下段の第１４段ダイノード電極には段階的に増加する電圧が印加されることになる。
【００３５】
電子増倍部本体２０の第１段ダイノード電極Ｄ１が対向する位置が、電子増倍部２２の荷電粒子入射口となっている。荷電粒子入射口は、支持金属板１２の荷電粒子通過口１２ａと連通し、上述のコンバージョンダイノード１５を臨む位置に形成されている。最下段の第１４段ダイノード電極Ｄ１４に対向する位置には、アノード２５が設けられている。アノード２５はデータ処理装置７００に接続されており、電子増倍部２２に入射した電子数に対応した電気信号を出力する。
【００３６】
第１ダイノード電極Ｄ１を除く奇数番目のダイノード電極Ｄ３、Ｄ５、Ｄ７、Ｄ９、Ｄ１１、Ｄ１３は、１列に整列され、第１ダイノード電極群２６をなし、第２ダイノード電極Ｄ２を除く偶数番目のダイノード電極Ｄ４、Ｄ６、Ｄ８、Ｄ１０、Ｄ１２、Ｄ１４は、第１ダイノード電極群２６と平行に１列に整列され、第２ダイノード電極群２７をなす。絶縁板２３、２４には、第１ダイノード電極群２６と第２ダイノード電極群２７とによって挟まれる空間に対向する位置に、第１ダイノード電極群２６及び第２ダイノード電極群２７に平行なスリット状の開口部２３ａ、２４ａが形成されている。図１４には絶縁板２３に形成された開口部２３ａを示すが、絶縁板２４にも同様の開口部２４ａが形成されている。
図１３に示すように、絶縁板２３、２４の最上端と最下端には、絶縁板２３、２４のスペーサとして機能するプラスチック樹脂部材２８、２９が固定されている。プラスチック樹脂部材２８、２９には、図１２に示すように、凹型金属固定板２１に固定するためのネジ孔２８ａ、２９ａが形成されており、図１３に示すようにして、ネジにより凹型金属固定板２１を電子増倍部本体２０に固定する。このように電子増倍部本体２０と凹型金属固定板２１はプラスチック樹脂部材２８、２９を介して固定されているので、凹型金属固定板２１は電子増倍部本体２０から絶縁された状態にあり十分な耐圧を維持することができる。
【００３７】
凹型金属固定板２１は、その背面部２１Ａがイオン検出器本体１０の支持金属板１２と面接触するように取り付ける。図７に示すように、凹型金属固定板２１の背面部２１Ａには、支持金属板１２の荷電粒子通過口１２ａと連通する位置に荷電粒子通過口２１ａが形成されている。また、凹型金属固定板２１の背面部２１Ａには、図１３に示すように、上述の電子増倍部本体２０のプラスチック樹脂部２８、２９に形成されたネジ孔２８ａ、２９ａに対応するネジ孔２１ｂが形成されている。また、凹型金属固定板２１は、背面部２１Ａから垂直に延び、互いに平行な側部２１Ｂ、２１Ｃを有し、このために凹型金属固定板２１の断面形状は凹型となっている。
【００３８】
図１１及び図１２に示すように、電子増倍部本体２０は凹型金属固定板２１の内部空間に収容されるので、２枚の絶縁板２３、２４の外側に露出したダイノード電極の端部及びそれに接続される配線等は、凹型金属固定板２１の側部２１Ｂ、２１Ｃによって覆われる。これにより、電子増倍部２２をイオン検出器本体１０に取付けまたは取外しする際に絶縁板２３、２４の外側に露出した配線等に触れる恐れが少なくなり、配線等の断線や短絡等が生じる恐れが少なくなる。なお、絶縁板２３、２４の外側に露出したダイノード電極の端部や配線等から凹型金属固定板２１の側部２１Ｂ、２１Ｃに対して放電が生じるのを防止するため、凹型金属固定板２１の側部２１Ｂ、２１Ｃと絶縁板２３、２４との間の距離は十分長くとってある。
【００３９】
背面部２１Ａの最下端には、電子増倍部本体２０を支持するための底部２１Ｄが、設けられている。底部２１Ｄには、図１２に示すように、電子増倍部本体２０に接続するピンを導入するためのピン貫通孔２１ｃ、２１ｄが形成されている。ピン貫通孔２１ｃには、電圧印加ピン１６が貫通して固定され、電圧印加ピン１６は電子増倍部本体２０の第一段ダイノードＤ１にワイヤで電気的に接続される。電圧印加ピン１６は、図３に示すように、外部電圧印加ピン１２２に接続され、データ処理装置７００へ接続される。また、他方のピン貫通孔２１ｄには、電子増倍部本体２０のアノード２５にワイヤで電気的に接続される電気信号ピン１７が貫通して固定される。電気信号ピン１７は、同じく図３に示すように、外部電気信号ピン１２４に接続され、データ処理装置７００へ接続される。電子増倍部２２をイオン検出器本体１０に取付ける際、電圧印加ピン１６は、下部金属板１３のピン貫通孔１３ｄを貫通し、電気信号ピン１７は下部金属板１３のピン貫通孔１３ｅを貫通する。
【００４０】
また、凹型金属固定板２１の背面部２１Ａには取付け部２１Ｅ、２１Ｆが設けられている。取付け部２１Ｅ、２１Ｆには、電子増倍部２２をイオン検出器本体１０に取付けるためのネジ孔２１ｅ、２１ｆが形成されている。ネジ孔２１ｅ、２１ｆを利用したネジ止めにより、電子増倍部２２はイオン検出器本体に固定される。
【００４１】
次に、本実施の形態のイオン検出器１の動作について説明する。まず、ガスクロマトグラフ装置６００の図示しない測定試料注入口から液体の測定試料を注入すると、ガスクロマトグラフ装置６００内部にて気化し、ガスクロマトグラフ装置６００に連通したイオン化部３００内部に、気体として導入される。
【００４２】
この測定試料気体分子は、イオン化部３００において、図示しないフィラメントで発生した熱電子により、正極性もしくは負極性のイオンにイオン化される。当該発生したイオンが四重極電極４１０のイオン入射部４３０よりイオン飛翔空間４２０内部に入射すると、これらイオンのうち、所望の質量数のイオンのみがイオン出射部４４０から出射して、イオン検出器１のイオン入射口１１ａからイオン検出器１内部に入射する。
【００４３】
イオン検出器１内部に入射したイオンは、コンバージョンダイノード１５と上部金属板１１と支持金属板１２とにより形成された電子レンズにより、コンバージョンダイノード１５に入射する。このとき、同じく四重極電極４１０を通過してイオン入射口１１ａを通過した電磁波や高速粒子は、この電子レンズにより軌道を曲げられることが無く、そのまま直進する。
【００４４】
本実施の形態のイオン検出器１では、下部金属板１３には、上部金属板１１に形成されたイオン入射口１１ａより大きい出射口１３ａが形成され、上部金属板１１に垂直な仮想軸を想定すると、イオン入射口１１ａは、下部金属板１３に形成された出射口１３ａの仮想軸方向投射像に含まれるよう形成されている。従って、イオン入射口１１ａを通過した電磁波や高速粒子が下部金属板１３により乱反射されて支持金属板１２に形成された荷電粒子通過口１２ａを通じてコンバージョンダイノード１５や電子増倍部２２の荷電粒子入射口に到達することはない。
【００４５】
コンバージョンダイノード１５に正イオンが入射すると、コンバージョンダイノード１５に衝突した正イオンの量に対応した量の電子をコンバージョンダイノード１５が放出し、この電子が電子増倍部２２の荷電粒子入射口を介して第１段ダイノード電極Ｄ１に入射する。第１段ダイノード電極Ｄ１に電子が入射すると、第１段ダイノード電極Ｄ１から二次電子が放出され、それが第２段ダイノード電極Ｄ２へ入射する。なお、コンバージョンダイノード１５に負イオンが入射した場合は、コンバージョンダイノード１５に衝突した負イオンの量に対応した量の正イオンをコンバージョンダイノード１５が放出し、この正イオンが電子増倍部２２の荷電粒子入射口を介して第１段ダイノード電極Ｄ１に入射する。第１段ダイノード電極Ｄ１に正イオンが入射すると、第１段ダイノード電極Ｄ１から二次電子が放出され、それが第２段ダイノード電極Ｄ２へ入射する。
【００４６】
第２乃至第１４段ダイノード電極Ｄ２乃至Ｄ１４においても同様に、ダイノード電極表面（二次電子面）に入射した電子による二次電子放出が生じ、これらの二次電子はより下段のダイノード電極Ｄ３乃至Ｄ１４の表面に入射し、これにより更に二次電子が放出され、最終的には指数関数的な増倍が行われる。最下段の第１４段ダイノード電極Ｄ１４から出射した二次電子は、アノード２５に入射し、電気信号として検出される。こうして、コンバージョンダイノード１５に入射するイオン信号は、元は微少であるにも係わらず、大きな電気信号として取り出すことができる。
【００４７】
ダイノード電極Ｄ１乃至Ｄ１４の表面に電子が入射した際には、二次電子以外にも、入射電子量や入射電子エネルギーにより、ダイノード電極Ｄ１乃至Ｄ１４の表面に吸着したガス分子や、ダイノード電極Ｄ１乃至Ｄ１４の表面から比較的浅い部分に取り込まれているガス分子も放出される。ここで放出されたガス分子は、最終的には質量分析装置の真空ポンプにより質量分析装置内から放出されるが、ある程度の時間、複数のダイノード電極に挟まれた位置に漂っている。ダイノード電極Ｄ１乃至Ｄ１４間に漂っているガス分子に二次電子が衝突すると、ガス分子はイオン化され、電気的にみて最も入射しやすいダイノード電極Ｄ１乃至Ｄ１４のいずれかに入射する。イオン化されたガス分子が入射したダイノード電極では、そのエネルギーにより二次電子が放出される。こうして生じた二次電子も電子増倍部２２内で増倍されてしまうため、最終的には、コンバージョンダイノード１５から出射したイオンが電子増倍部２２に入射した場合と同様な電気信号として検出されてしまう。このような現象は二次電子の量が多いほど顕著に見られるため、第１段ダイノード電極Ｄ１に印加される電圧が高いほどこの疑似信号が多く生じる。
【００４８】
しかし、本実施の形態のイオン検出器１によれば、図１４に示すように、電子増倍部２２の絶縁板２３、２４に、第１ダイノード電極群２６と第２ダイノード電極群２７に挟まれた空間に面する位置にスリット状の開口部２３ａ、２４ａを形成したので、質量分析装置の真空ポンプによりここからガス分子が速やかに排出される。従って、ダイノード電極Ｄ１乃至Ｄ１４から放出されたガス分子は、第１ダイノード電極群２６と第２ダイノード電極群２７に挟まれた空間、即ち、二次電子の経路上に長期間存在することがない。また、凹型金属固定板２１は背面部２１Ａと側部２１Ｂ、２１Ｃと底部２１Ｄとにより電子増倍部２２を覆っているが、電子増倍部２２の外周全体を覆ってはいない。従って、絶縁板２３、２４の開口部２３ａ、２４ａから排出されたガス分子の拡散が阻害されることがない。
【００４９】
図１５は、本発明の第１の実施の形態のイオン検出器を使用して得られたイオン検出信号を示したものである。同図に示した黒丸は、本実施の形態のイオン検出器１を使用して得られたイオン検出信号を示したものである。横軸は第１段ダイノード電極Ｄ１に印加した負の電圧、即ち、ダイノード電極Ｄ１乃至Ｄ１４に印加した電圧の総計であり、縦軸はアノード２５から検出されたイオン検出信号を示す。第１段ダイノード電極Ｄ１に印加する負の電圧が大きくなると、両対数グラフにおいて、一定量のイオン入射に対するイオン検出信号が直線的に増加している。第１段ダイノード電極Ｄ１に印加する負の電圧が非常に大きくなっても、この直線性が失われないことがわかる。
【００５０】
これに対し、図１５に示した白丸は、絶縁板２３、２４に開口部２３ａ、２４ａを形成しなかった場合のイオン検出信号を示したものである。第１段ダイノード電極Ｄ８０１に印加する負の電圧が大きくなると、両対数グラフにおいて、第１段ダイノード電極Ｄ８０１に印加した電圧とイオン検出信号の直線性が失われ、イオン検出信号が大きくなっている。第１ダイノード電極群８２６と第２ダイノード電極群８２７に挟まれた空間に面する位置に放出されたガス分子が、質量分析装置の真空ポンプによって排出されるのに長時間を要し、当該ガス分子による電気信号が多く検出されてしまうためである。
【００５１】
次に本発明の第２の実施の形態によるイオン検出器について図１６、１７に基づき説明する。本実施の形態のイオン検出器２は第１の実施の形態のイオン検出器１とほぼ同様の構成をしており、同一の構成を有する部材は同一の参照番号で示してある。本実施の形態のイオン検出器２は、イオン検出器本体３０が下部金属板を有さない点で第１の実施の形態のイオン検出器と異なっている。本実施の形態のイオン検出器２では、支持金属板３１一端には上部金属板１１が固定されており、他端部はコンバージョンダイノード１５が備えられた側に折り曲げられて固定部３２、３３をなしている。固定部３２、３３には、イオン検出器２を包囲器１１０に固定するための支柱接合用開口３２ａ、３３ａが形成されている。イオン検出器本体３０が下部金属板を有さない構成は、本実施の形態の電子増倍器２０が凹型金属固定板２１の取付け部２１Ｅ、２１Ｆに形成されたネジ孔２１ｅ、２１ｆを介してイオン検出器本体３０に固定されるために可能となる。従来のように、電子増倍部の最上部及び最下部に設けられたバネにより電子増倍部がイオン検出器本体に固定されるような構成では、イオン検出器本体が下部金属板を有することが必須の構成となる。
【００５２】
本実施の形態のイオン検出器２には下部金属板が設けられていないため、イオン入射口１１ａを通過した電磁波や高速粒子が乱反射される恐れが更に少なくなり、支持金属板１２に形成された開口部１２ａを通じて電子増倍部２２の荷電粒子入射口に到達する恐れがきわめて少ない。
【００５３】
本発明によるイオン検出器は上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、第１の実施の形態では、凹型金属固定板をイオン検出器本体の支持金属板に固定するに際し、取付け部にネジ孔を形成しネジにより固定するようにしたが、従来同様のバネ式で行っても良い。
【００５４】
また、上述の第１、第２の実施の形態では、凹型金属固定板に電子増倍部を支持するための底部を設けたが、この底部は設けなくてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
請求項１記載のイオン検出器によれば、把持用部材を一対の絶縁板の外側面を覆うように電子増倍部本体に取り付けているので、電子増倍器の交換の際に、配線等に触れてしまうことによる断線や短絡等の事故を防止することができる。
【００５６】
請求項２記載のイオン検出器によれば、一対の絶縁板を貫通して複数のダイノード電極から放出されるガス分子を導出するためのスリット状の開口部を形成したので、ダイノード電極の間、即ち、二次電子の経路上に存するガス分子の拡散が促進され、ガス分子による疑似信号を少なくすることができる。
【００５７】
請求項３記載のイオン検出器によれば、電子増倍部が凹型金属板の２つの側部に挟まれて位置するので、電子増倍器の交換の際に、配線等に触れてしまうことによる断線や短絡等の事故を防止することができる。また、絶縁板には、第１ダイノード電極群と第２ダイノード電極群により挟まれた空間に面する位置に開口部が形成されているので、ダイノード電極の間即ち二次電子の経路上に存するガス分子の拡散が促進され、ガス分子による疑似信号を少なくすることができる。
【００５８】
請求項４記載のイオン検出器によれば、下部金属板を有するので、イオン検出器の固定等が容易で、安定的である。
【００５９】
請求項５記載のイオン検出器によれば、下部金属板には、上部金属板に形成されたイオン入射口より大きい出射口が形成される。従って、イオン入射口から進入してきた電磁波や高速粒子が四重極電極の軸方向に正確に直進しなかった場合であっても、電磁波等をイオン検出器の外へ出射させることができる。また、イオン入射口は、上部金属板に垂直な仮想軸を想定すると、下部金属板に形成された出射口の仮想方向投射像に含まれる。従って、イオン入射口から進入した電磁波や高速粒子が下部金属板にて乱反射されることなく、イオン検出器の外部へ出射される。これにより、イオン入射口から進入した電磁波や高速粒子が電子増倍部の荷電粒子入射口に進入することを良好に防止することができる。
【００６０】
請求項６記載のイオン検出器によれば、支持金属板の上部金属板に固定された側とは反対側の端部は、上部金属板に平行になるように折り曲げられ、外部基材に接続される固定部をなす。従って、イオン検出器は、下部金属板を備えずとも安定的に外部基材に固定される。
【００６１】
請求項７記載の電子増倍器によれば、電子増倍部が凹型金属板の２つの側部に挟まれて位置するので、電子増倍器の交換の際に、配線等に触れてしまうことによる断線や短絡等の事故を防止することができる。また、絶縁板には、第１ダイノード電極群と第２ダイノード電極群により挟まれた空間に面する位置に開口部が形成されているので、ダイノード電極の間即ち二次電子の経路上に存するガス分子の拡散が促進され、ガス分子による疑似信号を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるイオン検出器が設置される質量分析装置を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるイオン検出器が設置される質量分析装置を示す斜視図。
【図３】本発明の第１の実施の形態によるイオン検出器が設置される質量分析装置を示す概略図。
【図４】本発明の第１の実施の形態によるイオン検出器を示す斜視図。
【図５】本発明の第１の実施の形態によるイオン検出器を示す斜視図。
【図６】本発明の第１の実施の形態によるイオン検出器を示す斜視図。
【図７】本発明の第１の実施の形態によるイオン検出器において電子増倍部がイオン検出器本体から取外された様子を示す斜視図。
【図８】本発明の第１の実施の形態によるイオン検出器を仮想軸方向下部金属板側から見た様子を示す図。
【図９】本発明の第１の実施の形態によるイオン検出器が設置される質量分析装置を示す断面図。
【図１０】本発明の第１の実施の形態によるイオン検出器の電子増倍部を示す斜視図。
【図１１】本発明の第１の実施の形態によるイオン検出器の電子増倍部を示す斜視図。
【図１２】本発明の第１の実施の形態によるイオン検出器の電子増倍部を示す斜視図。
【図１３】本発明の第１の実施の形態によるイオン検出器の電子増倍部の組立ての様子を示す斜視図。
【図１４】本発明の第１の実施の形態によるイオン検出器の電子増倍部本体を示す正面図。
【図１５】本発明の第１の実施の形態のイオン検出器を使用して得られたイオン検出信号を示す図。
【図１６】本発明の第２の実施の形態によるイオン検出器を示す斜視図。
【図１７】本発明の第２の実施の形態によるイオン検出器において電子増倍器がイオン検出器本体から取外された様子を示す斜視図。
【図１８】従来のイオン検出器を示す正面図。
【図１９】従来のイオン検出器を示す斜視図。
【図２０】従来のイオン検出器の電子増倍部を示す斜視図。
【符号の説明】
１、２イオン検出器
１１上部金属板
１１ａイオン入射口
１２支持金属板
１２ａ荷電粒子通過口
１３下部金属板
１３ａ出射口
１４絶縁部材
１５コンバージョンダイノード
２２電子増倍部
２０電子増倍部本体
２１凹型金属固定板（把持用部材）
２１Ａ背面部
２１Ｂ、２１Ｃ側部
２１ａ荷電粒子通過開口
２３、２４絶縁板
２３ａ、２４ａ開口部
２５アノード電極
Ｄ１〜Ｄ１４ダイノード電極
２６第１ダイノード電極群
２７第２ダイノード電極群
３２、３３固定部

Claims

イオン入射口が形成された金属板と、該金属板から垂直に延び、荷電粒子通過口が形成された支持金属板と、該支持金属板の一面側で該荷電粒子通過口を臨む位置に設けられたコンバージョンダイノードと、該イオン入射口から入射したイオンを該コンバージョンダイノードに向けて偏向させるための電界形成手段と、該支持金属板の一面側とは反対の他面側に着脱可能に固定された電子増倍部とを有するイオン検出器において、
該電子増倍部は電子増倍部本体と把持用部材とからなり、
該電子増倍部本体は、互いに平行に配設された一対の絶縁板と、該一対の絶縁板に挟持されたアノード電極と複数のダイノード電極とからなり、
該把持用部材を該一対の絶縁板の外側面を覆うように該電子増倍部本体に取り付けたことを特徴とするイオン検出器。
開口部を該一対の絶縁板に形成したことを特徴とする請求項１記載のイオン検出器。
イオン入射口が形成された上部金属板と、該上部金属板から垂直に延び、荷電粒子通過口が形成された支持金属板と、該支持金属板の一面側に固定された絶縁部材と、該絶縁部材に固定され、該荷電粒子通過口を臨む位置に設けられたコンバージョンダイノードと、該イオン入射口から入射したイオンを該コンバージョンダイノードに偏向させるための電界形成手段と、該支持金属板の一面側とは反対の他面側に着脱可能に固定された電子増倍部とを有するイオン検出器において、
該電子増倍部は凹型金属固定板と電子増倍部本体とからなり、
該凹型金属固定板は、該支持金属板の他面側に面する背面部と、該背面部の該支持金属板に面する側とは反対側に垂直に延びる互いに平行な２つの側部とを有して断面凹型形状をなし、該荷電粒子通過口と連通する位置に荷電粒子通過開口が形成され、
該電子増倍部本体は、互いに平行に配設された一対の絶縁板と、該一対の絶縁板に両端を支持され一列に整列して固定される複数のダイノード電極からなる第１ダイノード電極群と、該一対の絶縁板に両端を支持され第１ダイノード電極群と平行に一列に整列して固定される複数のダイノード電極からなる第２ダイノード電極群とを有し、該凹型金属固定板の背面部の該支持金属板に面する側の反対側面に固定されると共に該凹型金属固定板の２つの側部に挟まれて位置し、該凹型金属固定板の該荷電粒子通過開口に面する位置に荷電粒子入射口が形成され、該一対の絶縁板には、第１ダイノード電極群と第２ダイノード電極群により挟まれた空間に面する位置に開口部が形成されていることを特徴とするイオン検出器。
該上部金属板と平行に配置され、該支持金属板の該上部金属板が接続された側とは反対側の端部に固定された下部金属板を更に有することを特徴とする請求項３記載のイオン検出器。
該下部金属板には、該上部金属板に形成された該イオン入射口より大きい出射口が形成されており、該上部金属板に垂直な仮想軸を想定すると、該イオン入射口は該下部金属板に形成された出射口の仮想軸方向投射像に含まれることを特徴とする請求項４記載のイオン検出器。
該支持金属板の該上部金属板が接続された側とは反対側の端部は、上部金属板と平行になるように折り曲げられていることを特徴とする請求項３記載のイオン検出器。
凹型金属固定板と電子増倍部とを有し、
該凹型金属固定板は、背面部と、該背面部から垂直に延びる互いに平行な２つの側部とを有して断面凹型形状をなし、
該電子増倍部は、互いに平行に備えられた一対の絶縁板と、該一対の絶縁板に両端を支持され一列に整列して固定される複数のダイノード電極からなる第１ダイノード電極群と、該一対の絶縁板に両端を支持され第１ダイノード電極群と平行に一列に整列して固定される複数のダイノード電極からなる第２ダイノード電極群とを有し、該凹型金属固定板の背面部の該支持金属板に面する側とは反対の側面に固定されると共に該凹型金属板の２つの側部に挟まれて位置し、荷電粒子通過開口に面する位置に荷電粒子入射口が形成され、
該一対の絶縁板には、第１ダイノード電極群と第２ダイノード電極群により挟まれた空間に面する位置に開口部が形成されていることを特徴とする電子増倍器。