JPH01217848A - 質量分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は気体、液体、固体の試料中の原子または分子の
質量を分析する質量分析装置として利用する。

本発明はイオン源とイオン検出器の磁場に対する相対位
置を微調節することができる機構を備えたデンプスタ−
形質量分析装冒に関する。

〔概要〕

本発明はデンプスタ−形質量分折装置において、イオン
源のイオン化室の磁場に対する相対位置を微調節できる
機構を備えることにより、イオン源から出射するイオン
ビームの強度を最適に調節し、またイオン検出器の磁場
に対する相対位置を微調節でき、イオン検出器に入射す
るイオンビームの集束性を向上させるようにしたもので
ある。

〔従来の技術〕

従来のデンプスタ−形質量分折装置の構成を第４図に示
す。１００は真空容器で、その半円形の部分に、均一な
静磁場が紙面に垂直方向に印加され、半円の直径に沿う
磁場端面がイオン人出射端面４００を形成する。

２００がイオン源で、イオン化室２１１、集束プレート
２１４、主スリット２１５などから構成され、主スリッ
ト２１５が上記イオン人出射端面４００上に置かれる。

３００がイオン検出器で、コレクタスリット３１０、フ
ァラデーケージ３１１、サプレッサ３１２により構成さ
れ、コレクタスリット３１０が上記イオン人出射端面４
００上に置かれる。

イオン化室２１１において、電子衝撃などの方法で作ら
れたイオンは、集束プレート２１４の作用で加速、集束
されて主スリット２１５を通過する。広がりをもって主
スリット２１５を出射したイオンビーム１０１は磁場内
でフレミングの左手の法則に従って円軌道を描き、同一
の質量電荷比を持つイオンは１８０°回転した後イオン
人出射端面４００上の一点に集束し、別の質量電荷比を
持つイオンはイオン人出射端面４００上の別の点に集束
する。すなわちイオンは磁場によって質量に応じた分散
を生じることになる。いま上記磁場の強さを時間的に掃
引すると、質量分散を生じたイオンビームが、イオン人
出射端面４００上に置かれたコレクタスリット３１０を
次々に通過してファラデーケージ３１１に捕捉される。

このイオン信号を増幅器５０１で増幅し、レコーダ５０
２で記録することにより質量スペクトルが得られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来のデンプスタ−形質量分折装置においては
、半円軌道の直径にあたる磁場端面がほぼイオン人出射
端面になっており、この磁場端面の外側には不均一な漏
洩磁場が生じる。イオン源とイオン検出器とは、共に上
記磁場端面の外側に置かれるから、イオン源においては
、そのイオン化室から出射したイオンビームは、漏洩磁
場によって曲げられつつ加速されるために、磁場端面に
設けられたイオン出射用の主スリットに到達するまでに
、半円軌道の直径方向にずれ、一方、イオン検出器にお
いては不均一磁場のためにイオンビームの集束点が磁場
端面に垂直な方向にずれることになる。しかも不均一漏
洩磁場内におけるイオン軌道を正確に計算することは極
めて困難である。

これを解決するためには、与える磁場を広範囲にわたっ
て均一にする必要があるが、これを、簡単な装置で実現
することはできない。

本発明はこれを解決するもので、簡単な構造により、不
均一な漏洩磁場に起因するイオン源にあける加速途上の
イオンビームの直線からのずれ、およびイオン検出器に
おけるイオンの集束点のずれを補正することができる装
置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、真空中に設けられたイオン源と、このイオン
源から発射されたイオンビームに垂直な静磁場を与える
磁石と、上記真空中に設けられ、上記イオンビームの集
束位置に配置されたイオン検出器とを備え、上記イオン
ビームの軌道が実質的に上記イオン源と上記イオン検出
器とを結ぶ直線を直径とする半円である質量分析装置に
おいて、上記イオン源のイオン発射位置およびまたは上
記イオン検出器のイオン入射位置の上記静磁場に対する
相対位置を真空外から微調節する機構を備えたことを特
徴とする。

微調節する機構は、イオン源のイオン化室をイオンビー
ムの円軌道の直径に平行な方向に微調節でき、る機構と
、イオン検出器をイオンビームの軌道面内で直径に垂直
な方向に微調節できる機構とを含むことができ、または
イオン源の微調節機構と、イオン検出器の微調節機構と
のうちのいずれか一方のみを設けることができる。

〔作用〕

イオン源のイオン化室の磁場に対する相対位置を機械的
に、かつ真空外から半円軌道の直径方向に微調節できる
ようにして、イオンビームの上記方向へのずれを補正し
、またイオン検出器の磁場に対する相対位置を機械的に
、かつ真空外から軌道面内で半円軌道の直径に垂直な方
向に微調節できるようにして、イオンビームの集束性を
向上させる。これによりイオン源およびイオン検出器が
磁場端面の外部の不均一磁場内に置かれていることに基
因する質量分析装置の感度および集束性の低下を容易に
補正することができる。

〔実施例〕

次に、本発明一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明一実施例質量分析装置の全体構成図、
第２図は本発明実施例質量分析装置のイオン源の断面図
、第３図は本発明実施例質量分析装置のイオン検出器の
断面図である。

本発明実施例質量分析装置においては、第１図に示すよ
うに、真空容器１００の半円形状部の外部に磁極（図示
せず）が設けられ、紙面に垂直な方向に均一磁場が印加
され、半円の直径に沿う磁場端面がイオン人出射端面４
００を形成する。

この真空容器１００内の半円軌道の直径上の一端にはイ
オン源２００の主スリット２１５が、また上記直径上の
他端にはイオン検出器３００のコレクタスリット３１０
が置かれる。イオン検出器３００にはサプレッサ３１２
、サプレッサ電源５００、増幅器５０１およびレコーダ
５０２が接続される。

イオン源２００については、第２図に示すようにフラン
ジ２０１に微調節用のおねじを設けた固定リング２０２
が取付けられ、この固定リング２０２にはロックナツト
２０３　と微調節用めねじを設けた袋ナツト２０４が螺
合し、この袋ナツト２０４はボールベアリング２０５　
とスラスト２０６を介してイオン源に所要の電圧電流を
導入するためのコネクタ２０７を保持し、このコネクタ
２０７には支柱２０８が固着され、この支柱２０８には
絶縁材２０９を介して引出しスリット２１０を含むイオ
ン化室２１１が設けられる。

また、フランジ２０１にはイオン源枠２１２が固定され
、このイオン源枠２１２　には集束プレート２１４およ
び主スリット２１５が取付けられる。

フランジ２０１　とコネクタ２０７間にはベローズ２１
６が取付けられ、コネクタ２０７がフランジ２０１０面
に垂直な方向に移動しても真空容器１００の内部と外部
とが伸縮自在の状態で隔離される。

イオン検出器３００については、第３図に示すようにフ
ランジ３０１に微調節用のおねじを設けた固定リング３
０２が取付けられ、この固定リング３０２にはロックナ
ツト３０３と微調節用めねじを設けた袋ナツト３０４が
螺合し、この袋ナツト３０４はボールベアリング３０５
　とスラスト３０６を介してコレクタ保持用フランジ３
０７を保持し、このコレクタ保持用フランジ３０７には
図外の直流増幅器と電源コネクタ３０８およびシールド
バイブ３１４が固着され、このシールドパイプ３１４の
先端にはコレクタスリット３１０が、またシールドバイ
ブ３１４の内側には絶縁同軸コネクタ３１３が気密を保
って固着され、絶縁同軸コネクタ３１３の上には、イオ
ンを捕捉するだめのファラデーケージ３１１およびサプ
レッサ３１２が互に絶縁されかつシールドパイプに対し
ても絶縁されて固着される。ファラデーケージ３１１か
らのイオン信号の引出しは同軸導体３０９の内側導体に
より、サプレッサ３１２へのサプレッサ電圧の供給は同
軸導体３０９の外側導体によって行う。

フランジ３０１とコレクタ保持用フランジ３０７間には
ベローズ３１５が取付けられ、コレクタ保持用フランジ
３０７がフランジ３０１の面に垂直な方向に移動しても
真空容器１００の内部と外部とが伸縮自在の状態で隔離
される。

このように構成された本発明実施例質量分析装置の動作
について説明する。

デンプスタ−形質量分折装置においては、真空容器１０
０内の均一磁場中にイオン源２００の主スリット２１５
から広がりをもって発射されたイオンビーム１０１が半
円軌道を描きイオン検出器３００のコレクタスリット３
１０に特定の質量電荷比のイオンのみが集束しファラデ
ーケージ３１１に入射し、検出される。質量電荷比の異
なるイオンは異なる半径の円軌道を通って半円軌道の直
径上の別の点Ｃ点に集束する。

−この種の質量分析装置は、磁極間隔を狭くして磁石を
小形化しているために、イオン源２００やイオン検出器
３００は磁極の外側に設置される。そのために磁極の形
状が構成上半円形となり、イオン人出射端面４００の付
近では磁場が不均一となる。

そこで最適の集束性を得るために、イオン源２００のイ
オン化室２１１およびイオン検出器３００の位置を微調
節し補正を行う。

すなわち、イオン源２００側においては、高電圧に保持
されたイオン化室２１１の中で生成され引出しスリット
２１０から引出されたイオンビーム１０１は、主スリッ
ト２１５に向って加速される間に、イオン人出射端面４
００の外側への漏洩磁場によって曲げられる。そのため
に引出しスリット２１０の最適位置は主スリット２１５
の正面よりもイオンビーム１０１の軌道の内側方向にず
れを生じるが、このずれをイオン源２０００袋ナツト２
０４を回転させることによってイオン化室２１１　とそ
れに固着されている引出しスリット２１０の位置を微細
調節して補正する。

すなわち、この袋ナツト２０４が真空容器１００にフラ
ンジ２０１　とともに固定された固定リング２０２に螺
合されているために袋ナツト２０４を回転させるとコネ
クタ２０７がフランジ２０１面に垂直な方向に微動し、
このコネクタ２０７に固定された支柱２０８に絶縁材２
０９を介して固着されたイオン化室２１１が連動して、
主スリット２１５に対する引出しスリット２１０の位置
を最適位置に移動させる。

コネクタ２０７　と袋ナツト２０４とはポールベデリン
グ２０５とスラスト２０６を介して組込まれているため
に、袋ナツト２０４を回転させてもコネクタ２０７は回
転することなくフランジ２０１面に垂直な方向にのみ移
動を行う。また、ベローズ２１６は伸縮性を有している
ために、コネクタ２０７をフランジ面に垂直な方向に移
動させても真空容器１００の内部と外気との気密性を損
うことなく真空外から機械的に微調節を行うことができ
る。

また、イオン検出器３００側では、コレクタスリット３
１０を通過したイオンビーム１０１が減速されずにファ
ラデーケージ３１１に入射するために、漏洩磁場による
イオンビーム１０１の軌道の曲りは考慮しなくてもよい
。しかし、イオン検出器３００のコレクタスリット３１
０が均一磁場の外側に配置されているためにイオンビー
ム１０１の集束点にずれを生じるが、このずれをイオン
検出器３０００袋ナツト３０４を回転させることによっ
てコレクタスリット３１０の位置を微調節し補正する。

すなわち、この袋ナツト３０４が真空容器１００にフラ
ンジ３０１　とともに固定された固定リング３０２に螺
合されているから、袋ナツト３０４を回転させると、コ
レクタ保持用フランジ３０７がフランジ３０１の面に垂
直な方向に微動し、このコレクタ保持用フランジ３０７
上に設けられたコレクタスリット３１０およびファラデ
ーケージ３１１の位置を最適位置に補正することができ
る。

コレクタ保持用フランジ３０７　と袋ナツト３０４とは
、イオン源２００の微調節機構と同様に、ボールベアリ
ング３０５　とスラスト３０６を介して組込まれている
ために、袋ナツト３０４を回転させてもコレクタ保持用
フランジ３０７は回転することなく、フランジ３０１の
面に垂直な方向のみの移動を行う。

また、ベローズ３１５は伸縮性を有しているためにコレ
クタスリット３１０をフランジ３０１０面に垂直な方向
に移動させても真空容器１００の内部と外部との気密性
を損うことなく、真空外から機械的に微調節を行うこと
ができる。

イオン源２００の微調節機構は主として測定に利用する
イオン強度を高めるために役立ち、イオン検出器３００
の微調節機構は主としてイオンビームの集束性の改善、
すなわち質量スペクトルの分解能の向上に役立つ。従っ
てイオン源２００とイオン検出器３００のいずれか一方
に上述した微調節機構を設けただけでもその効果はそれ
なりに発揮される。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、イオン源とイオン
検出器の磁場に対する相対位置を最適に微調節すること
ができ、イオン源から出射し、イオン検出器に入射する
イオンビームの強度および集束性を向上させる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例質量分析装置の全体構成図。 第２図は本発明実施例質量分析装置のイオン源の断面図
。 第３図は本発明実施例質量分析装置のイオン検出器の断
面図。 第４図は従来のデンプスタ−形ａ量分折装置の構成図。 １００・・・真空容器、１０１・・・イオンビーム、２
００・・・イオン源、２０１．３０１・・・フランジ、
２０２．３０２・・・固定リング、２０３．３０３・・
・ロックナツト、２０４．３０４・・・袋ナツト、２０
５．３０５・・・ボールベアリング、２０６．３０６・
・・スラスト、２０７・・・コネクタ、２０８・・・支
柱、２０９・・・絶縁材、２１０・・・引出しスリット
、２１１・・・イオン化室、２１２・・・イオン源枠、
２１４・・・収束プレート、２１５・・・主スリット、
２１６．３１５・・・ベローズ、３００・・・イオン検
出器、３０７・・・コレクタ保持用フランジ、３１０・
・・コレクタスリット、３１１・・・ファラデーケージ
、３１２・・・サプレッサ、３１３・・・絶縁同軸コネ
クタ、３１４・・・シールドバイブ、４００・・・イオ
ン人出射端面、５００・・・サプレッサ電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空中に設けられたイオン源と、 このイオン源から発射されたイオンビームに垂直な静磁
   場を与える磁石と、 上記真空中に設けられ、上記イオンビームの集束位置に
   配置されたイオン検出器と を備え、 上記イオンビームの軌道が実質的に上記イオン源と上記
   イオン検出器とを結ぶ直線を直径とする半円である 質量分析装置において、 上記イオン源のイオン発射位置およびまたは上記イオン
   検出器のイオン入射位置の上記静磁場に対する相対位置
   を真空外から微調節する機構を備えた ことを特徴とする質量分析装置。 ２、微調節する機構は、イオン源のイオン化室をイオン
   ビームの円軌道の直径に平行な方向に微調節できる機構
   と、イオン検出器をイオンビームの軌道面内で直径に垂
   直な方向に微調節できる機構とを含む請求項１記載の質
   量分析装置。 ３、微調節する機構は、イオン源の微調節機構と、イオ
   ン検出器の微調節機構とのうちのいずれか一方のみ設け
   られた請求項１記載の質量分析装置。