JPH02270256A - Simultaneous detection type pass analyzing device - Google Patents

Simultaneous detection type pass analyzing device

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JPH02270256A
JPH02270256A JP1091134A JP9113489A JPH02270256A JP H02270256 A JPH02270256 A JP H02270256A JP 1091134 A JP1091134 A JP 1091134A JP 9113489 A JP9113489 A JP 9113489A JP H02270256 A JPH02270256 A JP H02270256A
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magnetic field
ion
ions
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simultaneous detection
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Hisashi Matsuda
松田 久
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Jeol Ltd
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Abstract

PURPOSE:To employ a detector which is greatly subject to a magnetic field without decreasing gain by arranging a 4-pole electrostatic lens on an ion path between a sector electric field and a uniform magnetic field to give the expanded image face of ions clearance from the projected edge of the magnetic field. CONSTITUTION:A 4-pole electrostatic lens 5 is arranged between an electric field 2 and a magnetic field 3 so that the 4-pole electrostatic lens 5 can provide divergent action on a track face and convergent action on a normal direction thereto. The expanded image face of ions can be given clearance from the projected edge of the magnetic field, accordingly. It is thus possible to detect ions while keeping adverse effect such as decreased gain to a minimum if a two-dimensional ion detector 4 which is subject to the magnetic field such as a channel plate is used.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、MattauCh−11erZOg型質量分
析装置などの同時検出型質量分析装置に関し、特にイオ
ン検出器としてチャンネルプレートなどの電気検出型検
出器を用いる場合に好適な同時検出型質量分析装置に関
するものである。
Detailed Description of the Invention [Industrial Field of Application] The present invention relates to a simultaneous detection type mass spectrometer such as a MattauCh-11erZOg type mass spectrometer, and in particular, to a simultaneous detection type mass spectrometer such as a MattauCh-11erZOg type mass spectrometer, and in particular an electric detection type detector such as a channel plate as an ion detector. The present invention relates to a simultaneous detection type mass spectrometer suitable for use.

[従来技術] 質量分析装置は、磁場掃引などにより質量スペクトルを
得る掃引型と、掃引を行わず質量スペクトルを例えば写
真乾板などに記録する同時検出型とに大別される。検出
器に入射しているイオンと異なる質量のイオンを全て捨
てるためイオン源で生成されたイオンの利用効率が低い
掃引型に比べ、全てのイオンを同時に検出する同時検出
型の方がイオンの利用効率が高く、原理的には高感度で
ある。しかしながら、従来同時検出型で検出器として主
に使用されている写真乾板は掃引型で使用されている二
次電子増倍管に比べ感度が極端に低く、掃引型よりも高
い感度を実現することが困難であった。
[Prior Art] Mass spectrometers are broadly classified into sweep types that obtain mass spectra by magnetic field sweeping and the like, and simultaneous detection types that record mass spectra on, for example, a photographic plate without performing sweeps. The simultaneous detection type, which detects all ions at the same time, makes better use of ions compared to the sweep type, which has a lower efficiency in using ions generated by the ion source because it discards all ions with masses different from those entering the detector. It has high efficiency and, in principle, high sensitivity. However, the sensitivity of photographic plates, which are conventionally used mainly as detectors in simultaneous detection types, is extremely low compared to the secondary electron multiplier tubes used in sweep types, and it is difficult to achieve higher sensitivity than sweep types. was difficult.

ところで、近時、飛来するイオンの位置と強度を大面積
にわたって検出することのできるチャンネルプレートを
用いた高感度の2次元イオン検出器が開発されてきてい
る。これを同時検出型質量分析装置のスペクトル結像面
に配置して広範囲の質量スペクトルを同時検出すれば、
感度を飛躍的に高めることが可能である。 − 一方、広い質量範囲にわたって高分解能を得るためには
、スペクトル結像面上全ての位置で二重収束が成立して
いなければならない。掃引型の二重収束質量分析装置で
は、方向収束面とエネルギー収束面が完全に一致せず、
交差しているので、二重収束は唯−点でのみ成立し、他
の位置では成立しない。
Incidentally, recently, a highly sensitive two-dimensional ion detector using a channel plate that can detect the position and intensity of incoming ions over a large area has been developed. If this is placed on the spectrum imaging plane of a simultaneous detection mass spectrometer and a wide range of mass spectra can be detected simultaneously,
It is possible to dramatically increase sensitivity. - On the other hand, in order to obtain high resolution over a wide mass range, double convergence must be established at all positions on the spectral imaging plane. In a sweep-type double-focusing mass spectrometer, the direction convergence surface and the energy convergence surface do not perfectly match.
Since they intersect, double convergence only holds true at one point and not at other positions.

方向収束面とエネルギー収束面が同一直線状に完全に重
なるように工夫された装置として、第4図に示すような
Mattauch−11crzog型質量分析装置があ
る。第4図において、1はイオン源、2は扇形電場、3
は一様扇形磁場、4は写真乾板などの2次元イオン検出
器である。
A Mattauch-11 crzog type mass spectrometer as shown in FIG. 4 is an apparatus designed so that the direction convergence surface and the energy convergence surface completely overlap in the same straight line. In Fig. 4, 1 is an ion source, 2 is a fan-shaped electric field, and 3
is a uniform fan-shaped magnetic field, and 4 is a two-dimensional ion detector such as a photographic plate.

この質量分析装置においては、方向収束条件として、扇
形電場2の焦点にイオン源1を配置し、電場と磁場の間
のイオンビームを平行とする。すると、エネルギー収束
条件は電場と磁場の偏向角φe、φmの比を調節するこ
とによって得られるため、イオンの磁場軌道半径に無関
係に二重収束が成立するのである。二重収束面(結像面
)は、磁場へのイオン入射面を通る直線上にあり、この
面上に写真乾板4を配置すれば、全ての質量(軌道半径
)について鮮明な結像状態の質量スペクトルが得られる
In this mass spectrometer, as a direction focusing condition, the ion source 1 is placed at the focal point of the fan-shaped electric field 2, and the ion beam between the electric field and the magnetic field is made parallel. Then, since the energy convergence condition is obtained by adjusting the ratio of the deflection angles φe and φm of the electric field and the magnetic field, double convergence is established regardless of the radius of the magnetic field orbit of the ion. The double converging surface (imaging surface) is on a straight line passing through the ion incidence surface into the magnetic field, and if the photographic plate 4 is placed on this surface, a clear image can be obtained for all masses (orbit radii). A mass spectrum is obtained.

Mattauch氏とllerzog氏が提案した装置
は次表の2種類であった。
There were two types of devices proposed by Mr. Mattauch and Mr. Llerzog as shown in the table below.

表   1 (a)  (b) ε10°  19.470 φm  90° 109.47゜ φe  31.8° 63.65 ’ L、  0.707r、  O L、00 表1において、ε1は磁場へのイオンビームの入射角、
Llはイオン源ソーススリットと電場との間隔、r、は
電場内におけるイオン中心軌道半径、L3は磁場端面と
スペクトル結像面との間隔である。
Table 1 (a) (b) ε10° 19.470 φm 90° 109.47゜φe 31.8° 63.65' L, 0.707r, O L, 00 In Table 1, ε1 is the ion beam to the magnetic field. angle of incidence,
Ll is the distance between the ion source source slit and the electric field, r is the radius of the ion center orbit in the electric field, and L3 is the distance between the magnetic field end face and the spectrum imaging plane.

この内(a)の装置が実際に製作され、一般にMatt
auch−11erzog型質量分析装置と言えばこの
光学系を指す。
Of these, the device (a) was actually manufactured and is generally used by Matt
The term auch-11erzog mass spectrometer refers to this optical system.

(b)の装置は、イオンビームが乾板に入射する角度を
できるだけ直角に近付けるように(その方がスペクトル
線が鮮明になると考えられた)、可能な限りφ、を大き
くしたもので、乾板入射角が(a)の45″に比べて5
4.73 ”まで増大している。
In the device shown in (b), φ is made as large as possible in order to make the angle at which the ion beam enters the dry plate as close to a right angle as possible (it was believed that this would make the spectral lines clearer). The corner is 5" compared to 45" in (a)
It has increased to 4.73”.

[発明が解決しようとする課題] 上述したMattauch−Herzog型質量分析装
置では、L、−0の条件から分かるように、スペクトル
結像面が磁場出射端面にできる。磁場出射端面ては磁場
強度が極めて大きく、磁場による影響を受けない写真乾
板を検出器として使用する時は問題ないが、磁場による
影響を大きく受けるチャンネルプレートを使用する場合
には、ゲインが大幅に低下してしまい、実用上人きな問
題となる。
[Problems to be Solved by the Invention] In the Mattauch-Herzog mass spectrometer described above, as can be seen from the conditions L and -0, the spectral imaging plane is formed at the magnetic field output end face. The magnetic field intensity at the magnetic field output end face is extremely large, and there is no problem when using a photographic plate as a detector, which is not affected by the magnetic field, but when using a channel plate, which is significantly affected by the magnetic field, the gain will be significantly reduced. This causes a serious problem in practical use.

本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、スペ
クトル結像面を磁場出射端面から自由空間側へ大きく離
し、2次元イオン検出器を磁場強度の小さな位置に配置
できるようにすることにより、チャンネルプレートなど
を使用し磁場による影響を大きく受ける検出器をゲイン
の低下なく採用することのできる同時検出型質量分析装
置を実現することを目的としている。
The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and by separating the spectral imaging plane from the magnetic field emission end face to the free space side and making it possible to arrange the two-dimensional ion detector at a position where the magnetic field strength is small. The purpose of this research is to realize a simultaneous detection mass spectrometer that can employ a detector that is significantly affected by magnetic fields, such as a channel plate, without loss of gain.

[課題を解決するための手段] この目的を達成するため、本発明の同時検出型質量分析
装置は、イオン源と、該イオン源から発生した被分析イ
オンが入射する扇形電場と、該扇形電場を通過したイオ
ンが入射し該イオンを質量電荷比に応じて展開する一様
磁場と、該一様磁場によるイオンの展開結像面に沿って
配置される2次元イオン検出器とを倫えた同時検出型質
量分析装置において、前記扇形電場と一様磁場の間のイ
オン通路上に静電四極子レンズを配置することによりイ
オンの展開結像面を磁場出射端面から離間させたことを
特徴としている。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve this object, the simultaneous detection mass spectrometer of the present invention includes an ion source, a fan-shaped electric field into which analyte ions generated from the ion source are incident, and a fan-shaped electric field. A simultaneous system that combines a uniform magnetic field in which ions that have passed through the ion beam are incident and the ions are expanded according to their mass-to-charge ratio, and a two-dimensional ion detector that is placed along the imaging plane where the ions are expanded by the uniform magnetic field. The detection type mass spectrometer is characterized in that an electrostatic quadrupole lens is placed on the ion path between the fan-shaped electric field and the uniform magnetic field, so that the ion development imaging plane is separated from the magnetic field output end face. .

C作用コ 本発明においては、電場と磁場の間に静電4極子レンズ
を配置し、この静電4極子レンズに軌道面に対し発散作
用を持たせ、それと垂直な方向に対し収束作用を持たせ
たため、イオンの展開結像面を磁場出射端面から離間さ
せることができると共に、垂直方向の収束性も改善され
る。
C Effect In the present invention, an electrostatic quadrupole lens is placed between an electric field and a magnetic field, and this electrostatic quadrupole lens has a diverging effect on the orbital plane and a converging effect in a direction perpendicular to it. As a result, the ion development imaging plane can be separated from the magnetic field output end face, and convergence in the vertical direction is also improved.

[実施例コ 以下、図面に基づき本発明を詳説する。[Example code] Hereinafter, the present invention will be explained in detail based on the drawings.

Mattauch氏とHerzog氏が提案した前記(
a)。
The above (
a).

(b)の光学系は、端縁基の影響を無視して計算された
もので、この影響を考慮すると、磁場や電場の間隙に応
じて多少の修正をしなければならない。この様に端縁基
による影響を考慮した修正を施したイオン光学系パラメ
ータの数値及び−次。
The optical system in (b) was calculated ignoring the influence of edge groups, and when this influence is taken into account, some modifications must be made depending on the gap between the magnetic field and electric field. In this way, the numerical values and -order of the ion optical system parameters are corrected in consideration of the influence of edge groups.

二次の諸係数を表2A、表2Bに示す。The quadratic coefficients are shown in Table 2A and Table 2B.

(以 下 余 白) 表   2   A (a)      (b)      (c)φ、  
   31.49’     ←      ←φ  
   90”、4− r 、       1.0        ←   
    ←r s       1.0      0
.5       0.25ε1    06    
   ←       ←ε2   −45°    
    、       。
(Margin below) Table 2 A (a) (b) (c) φ,
31.49' ← ←φ
90", 4-r, 1.0 ←
←r s 1.0 0
.. 5 0.25ε1 06
← ←ε2 −45°
, .

L、      0.758     −      
 −L、       O40←       ←L 
i      −0,005−0,009−0,018
A x      −0,956−0,478−0,2
39A、      0.5      0.25  
    0.125A、      1.(1281,
0421015A s      3.231    
 2.438     1.989A、、      
1,178    −0.232     −1.75
7A、、      2.485     1.977
      2.192Aaa     −0,287
−0,287−0J54A□    −1,242−3
,036−8,786A 、s     −7,847
−14,418−34,878Aas    −12,
35(7,092−34,586G、      1.
03     1.07      1.13Gs  
    3.25     2.52      2.
23A、 /Ax  0.523 表   2B (a)      (b)      (c)φ、  
    58.7’       ←       ←
φ、     109.47”      ←    
   ←re       1.0         
←        ←r =      1.0   
   0.5      0.25εo      1
9.47  @     Th        。
L, 0.758 −
-L, O40← ←L
i -0,005-0,009-0,018
A x -0,956-0,478-0,2
39A, 0.5 0.25
0.125A, 1. (1281,
0421015A s 3.231
2.438 1.989A,,
1,178 -0.232 -1.75
7A,, 2.485 1.977
2.192Aaa -0,287
-0,287-0J54A□ -1,242-3
,036-8,786A,s-7,847
-14,418-34,878Aas -12,
35 (7,092-34,586G, 1.
03 1.07 1.13Gs
3.25 2.52 2.
23A, /Ax 0.523 Table 2B (a) (b) (c)φ,
58.7' ← ←
φ, 109.47” ←
←re 1.0
← ←r = 1.0
0.5 0.25εo 1
9.47 @ Th.

ε2    −85.27  ”      ←   
     0L +      0.135     
 ←       ←L20.32       ← 
      ←L )     −0,002−0,0
05−0,009Ax     −1,304−0,6
52−0,328A、     0.887     
G、333    0.167A、     0J77
    0.429     G、526As    
 2.450    1.584    1.212A
、、     0.618   −0.132    
−0.948A、a     1.945    2.
021    2.828Aa−−1,235−1,1
98−1’、514A 、、    −0,170−0
,420−1,316A 、s    −IJ51  
 −2J87    −5.708A□   −4,8
03−4,214−8,48JIG、     1.0
     1.0      1.OGs     2
.46    1.5g      1.45Af/A
x  O,512 表2において、r、は磁場に於けるイオンの中心軌道半
径、Axは像倍率、A、は質量分散係数、A、、A、は
軌道面に垂直なy方向のビームの拡がりを示す係数、A
 ll#+ A mar A mar A FFI A
 FjrA□は二次収差係数、G、、G、は磁極間隙内
の最大係数の数値である。A、は大きい程よいが、他の
諸係数は零に近い程よい。G、が小さいと軌道面に垂直
な方向のビームサイズが小さくなり、磁極間隙を通過す
るイオンビームの透過率が向上する。
ε2 −85.27 ” ←
0L + 0.135
← ←L20.32 ←
←L ) -0,002-0,0
05-0,009Ax -1,304-0,6
52-0,328A, 0.887
G, 333 0.167A, 0J77
0.429G, 526As
2.450 1.584 1.212A
,, 0.618 -0.132
-0.948A, a 1.945 2.
021 2.828Aa--1,235-1,1
98-1', 514A, -0,170-0
, 420-1, 316A, s-IJ51
-2J87 -5.708A□ -4,8
03-4, 214-8, 48JIG, 1.0
1.0 1. OGs 2
.. 46 1.5g 1.45Af/A
x O,512 In Table 2, r is the radius of the central orbit of the ion in the magnetic field, Ax is the image magnification, A is the mass dispersion coefficient, A,, A is the spread of the beam in the y direction perpendicular to the orbital plane. A coefficient indicating
ll#+ A mar A mar A FFI A
FjrA□ is the second-order aberration coefficient, and G, , G is the value of the maximum coefficient within the magnetic pole gap. The larger A is, the better; however, the closer the other coefficients are to zero, the better. When G is small, the beam size in the direction perpendicular to the orbital plane becomes small, and the transmittance of the ion beam passing through the magnetic pole gap improves.

この明細書における軌道計算はすべて「質量分析」誌上
に発表したパソコンプログラムで行われている。又、電
場電極間隙と磁極間隙は、それぞれ0.08 r e 
、0.04 r *と仮定しである。
All trajectory calculations in this specification were performed using a computer program published in the journal "Mass Spectrometry." Also, the electric field electrode gap and the magnetic pole gap are each 0.08 r e
, 0.04 r *.

表1の(a)の光学系では、結像位置をφ、−90°よ
りも大きい偏向角の位置にスペクトル結像位置を移動さ
せるために磁場にプラスの入射角(19,47°)を与
えたのである。この場合、入射角はそのままにしてφ、
−90”になるように磁場境界を設定したとすると(第
4図参照)、磁場出口ではイオンビームは未だ収束して
いないので、スペクトル結像面は磁場端面から離れ自由
空間にまでのびることになる。
In the optical system in Table 1 (a), a positive incident angle (19,47°) is applied to the magnetic field in order to move the spectral imaging position to a position with a deflection angle larger than φ, -90°. He gave it. In this case, leaving the incident angle unchanged, φ,
If we set the magnetic field boundary so that it is -90" (see Figure 4), the ion beam has not yet converged at the magnetic field exit, so the spectrum imaging plane will move away from the magnetic field edge and extend into free space. Become.

Mattauch氏とHerzog氏の計算では、表1
(b)の場合、εr −19,47@の時二重収束条件
を満たす最大値φ、 −63,85’ 、  φl1l
−109.47°でLl−〇となり、これ以上ε1を大
きくすることは出来なかった。
According to Mattauch and Herzog's calculations, Table 1
In the case of (b), the maximum value φ that satisfies the double convergence condition when εr -19,47@, -63,85', φl1l
At -109.47°, it became Ll-〇, and it was not possible to increase ε1 any further.

しかし、端縁基の影響を考慮すると、ε1−19.47
 ’ 、  φ、−109.47°に対応するφ、は、
表2Bに示すように56.7”であり、その時のLlは
0゜135となる。従って、Ll  (磁場出射面から
スペクトル結像面までの距離)を出来るだけ長くするた
め、E、の値をMattauch氏とoerzog氏の
設定した19.47°よりも大きくすることが可能であ
る。
However, considering the influence of edge groups, ε1−19.47
', φ, corresponding to -109.47°, is
56.7'' as shown in Table 2B, and Ll at that time is 0°135. Therefore, in order to make Ll (distance from the magnetic field emission surface to the spectral imaging surface) as long as possible, the value of E is can be made larger than the 19.47° set by Mattauch and Oerzog.

この様な考え方に基づいて計算した結果を表3に示す。Table 3 shows the results of calculations based on this idea.

(以 下 余 白) 表    3 (a)  (b)  (c) φ、63a  ← ← φ、90° ← ← r*  1.0  ← ← r、  1.0 0.5 0.25 ε、 23.73  ← ← ε2−45° ← ← L、  0.023 ← ← L、  0.32  ← ← La  O,3010,144−0,058Ax −0
,980−0,490−0,245A、  0.5 0
.25 0.125A、  0.3540.438 0
.595Aa  2.8961.827 1.433A
、、 0.13010.226−0.09OA、40.
82G 0.673 0.869Aaa −0,877
−0,528−0,593A、、 −0,233−0,
581−1,837A□−1,591−2,924−7
,391A□−3,728−4,139−7,608G
、  1.0 1.0 1.0 Gs  2.09 1.44 1.44A、/Ax 0
.510 表3から分かるように、ε+ ””23.73 ’ 、
 φ。
(Margin below) Table 3 (a) (b) (c) φ, 63a ← ← φ, 90° ← ← r* 1.0 ← ← r, 1.0 0.5 0.25 ε, 23. 73 ← ← ε2-45° ← ← L, 0.023 ← ← L, 0.32 ← ← La O, 3010, 144-0,058Ax -0
,980-0,490-0,245A, 0.5 0
.. 25 0.125A, 0.3540.438 0
.. 595Aa 2.8961.827 1.433A
,, 0.13010.226-0.09OA, 40.
82G 0.673 0.869Aaa -0,877
-0,528-0,593A, -0,233-0,
581-1,837A□-1,591-2,924-7
,391A□-3,728-4,139-7,608G
, 1.0 1.0 1.0 Gs 2.09 1.44 1.44A, /Ax 0
.. 510 As can be seen from Table 3, ε+ ""23.73 ',
φ.

−63”となっている。第4図の光学系はこの表3のデ
イメンジョンに基づくものである。
-63''. The optical system shown in FIG. 4 is based on the dimensions shown in Table 3.

本発明者は、このような考え方を更に発展させ、電場と
磁場の中間にQレンズを挿入すると、ε1を更に増大さ
せ、L、を更に長くしてスペクトル結像面を磁場端面か
ら更に離れた位置に配置させることができ、しかも、同
時に垂直方向の収束性も高め所謂立体収束の作用を高め
ることができることを見出した。
The inventor further developed this idea by inserting a Q lens between the electric field and the magnetic field, which further increased ε1, further lengthened L, and moved the spectral imaging plane further away from the magnetic field end face. It has been found that it is possible to arrange the lens at a certain position, and at the same time, it is possible to improve the convergence in the vertical direction and to enhance the effect of so-called three-dimensional convergence.

第1図は本発明の一実施例を示すイオン光学図である。FIG. 1 is an ion optical diagram showing an embodiment of the present invention.

第4図と異なるのは、扇形電場2と一様磁場3との間に
静電四極子レンズ5が配置されている点である。第2図
はこの静電四極子レンズの断面構造及びこれに電位を与
えるための電気回路の構成例を示す図である。静電四極
子レンズ5は、イオンの進行方向に垂直な断面を取ると
、第2図に示すようにイオン通路の周りに90°間隔で
配置された4本の円筒電極から構成され、イオンビーム
の軌道平面に垂直な方向(X方向)の対向する電極には
正電位が印加され、イオンビームの動径方向(X方向)
の対向する電極には負電位が印加される。ただし、これ
は取り扱うイオンが正イオンの場合であって、負イオン
の場合には極性を反転させて用いる。
The difference from FIG. 4 is that an electrostatic quadrupole lens 5 is disposed between the fan-shaped electric field 2 and the uniform magnetic field 3. FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of this electrostatic quadrupole lens and an example of the configuration of an electric circuit for applying a potential to it. The electrostatic quadrupole lens 5 is composed of four cylindrical electrodes arranged at 90° intervals around the ion path, as shown in FIG. A positive potential is applied to opposing electrodes in the direction perpendicular to the orbital plane (X direction), and the radial direction (X direction) of the ion beam is
A negative potential is applied to electrodes facing each other. However, this applies only when the ions to be handled are positive ions; in the case of negative ions, the polarity is reversed.

このような電位の印加により、四極子レンズ5は、X方
向に収束作用が与えられ、X方向に発散作用が与えられ
る。
By applying such a potential, the quadrupole lens 5 is given a converging action in the X direction and a diverging action in the X direction.

また、四極子レンズ5を通過した後磁場に入射するイオ
ンビームが平行ビームになるようにすると、二重収束条
件はr、に無関係に、φ1.φ、。
Furthermore, if the ion beam incident on the magnetic field after passing through the quadrupole lens 5 is made to be a parallel beam, the double convergence condition is independent of r, φ1. φ,.

ε1により定まるので、二重収束面即ちスペクトル結像
面が磁場入射面を通る直線となる。このように、四極子
レンズ通過後のイオンビームを平行にするには、レンズ
の強さかり、の長さを調節すれば良い。
Since it is determined by ε1, the double convergence surface, that is, the spectral imaging surface becomes a straight line passing through the magnetic field incidence surface. In this way, in order to make the ion beam parallel after passing through the quadrupole lens, it is sufficient to adjust the strength and length of the lens.

以上のような考察に基づき、二次収差係数も小さくなる
ように考慮して設計したイオン光学系の一例を表4に示
す。
Based on the above considerations, Table 4 shows an example of an ion optical system designed with consideration given to reducing the second-order aberration coefficient.

表    4 (a)  (b)  (c) φ、70° ← ← φ、90° ← に r、  1.0  ← ← r、、、  1.0 0.5 0.25ε、 38.1
1  ← ← ε2−45’  ← ← QLO,12← ← QK −1,5← ← L、  0.031  ← ← L210.05  ← ← L2□0.15  ← ← L]  0.4350.211 0.092A、 −0
,831−0,415−0,208A、  0.5 0
.25 0.125A、 −1,221−0,703−
0,177A、  0.9B40.354 0.44O
A□0.9290.794 0.956A、a −0J
15−1.006−1.89OA、、 0.0820.
588 1.159A、、 −0,298−0,282
−0,463A、、 0.384−0.281−1.6
75A□−0,379−0,737−2,211G、 
 0.94 0.94 0.94G、  1.50 1
.50 1.5OA、/Ax O,602 表4において、L21は電場出射端と四極子レンズ入射
端との距離、L2□は四極子レンズ出射端と磁場入射端
との距離、QLは四極子レンズの長さ、QKは四極子レ
ンズの強度を夫々示す。尚、Qxはイオン加速電圧でノ
ーマライズされている。
Table 4 (a) (b) (c) φ, 70° ← ← φ, 90° ← r, 1.0 ← ← r,,, 1.0 0.5 0.25ε, 38.1
1 ← ← ε2-45' ← ← QLO,12← ← QK -1,5← ← L, 0.031 ← ← L210.05 ← ← L2□0.15 ← ← L] 0.4350.211 0.0 92A , -0
,831-0,415-0,208A, 0.5 0
.. 25 0.125A, -1,221-0,703-
0.177A, 0.9B40.354 0.44O
A□0.9290.794 0.956A, a -0J
15-1.006-1.89OA, 0.0820.
588 1.159A, -0,298-0,282
-0,463A,, 0.384-0.281-1.6
75A□-0,379-0,737-2,211G,
0.94 0.94 0.94G, 1.50 1
.. 50 1.5OA, /Ax O, 602 In Table 4, L21 is the distance between the electric field output end and the quadrupole lens input end, L2□ is the distance between the quadrupole lens output end and the magnetic field input end, and QL is the quadrupole lens The length of and QK indicate the strength of the quadrupole lens, respectively. Note that Qx is normalized by the ion acceleration voltage.

この表4を表3の場合と比較すると、L、が大きくなっ
てスペクトル結像面が磁場端面からより離れていること
が分かる。また、A、%G、の多くのものがより小さく
なり、全ての点で特性が良くなっていることが分かる。
Comparing this Table 4 with the case of Table 3, it can be seen that L is larger and the spectrum imaging plane is further away from the magnetic field end face. Also, many of A and %G are smaller, and it can be seen that the characteristics are improved in all respects.

第3図は本発明の他の実施例を示すイオン光学図である
。本実施例においては、イオン源1と電場2との間にも
静電四極子レンズ6が挿入されている。表5はこの様な
配置のイオン光学系の一例を示している。
FIG. 3 is an ion optical diagram showing another embodiment of the present invention. In this embodiment, an electrostatic quadrupole lens 6 is also inserted between the ion source 1 and the electric field 2. Table 5 shows an example of an ion optical system with such an arrangement.

(以 下 余 白) 表    5 (a)  (b)  (c) φ、 58’  ← ← φ、90° ← ← r*  1.0  ← ← r、  1.0 0.5 0.25 ε、 35 − − ε2−45° ← ← Qt  O,12← ← Qに、 −1,5← ← Qに2−1.5  ← ← L++ 0.089  ← ← L1□0.05  ← ← L2+ 0.05  ← ← L2□0.15  ← ← L3 0.4070.197 0.085Ax−0,7
87−0,393−0,197A、  0.5  G、
25 0.125A″、−1゜367−0.690−0
.211A、  1.182 G、591 0.81O
A、、 1.08B 0.811 0.834A、a 
0J32−0.311−0.901A、、 −0,14
60,1410,397Ayy −0,415−0,2
41−0,17BA□0.671−0.182−0.8
77A□−0,586−0,965−2,608G、 
 0.72  G、58 0.57Gs  1.48 
1.4B  1.46A=/Ax 0.835 表5において、Lllはソーススリットと四極子レンズ
6入射端との距離、LI□は四極子レンズ6出射端と電
場入射端との距離、Q Kll Q K2は四極子レン
ズ6.5の強度を夫々示す。
(Margin below) Table 5 (a) (b) (c) φ, 58' ← ← φ, 90° ← ← r* 1.0 ← ← r, 1.0 0.5 0.25 ε, 35 − − ε2−45° ← ← Qt O,12← ← To Q, −1,5← ← 2−1.5 to Q ← ← L++ 0.089 ← ← L1□0.05 ← ← L2+ 0.05 ← ← L2□0.15 ← ← L3 0.4070.197 0.085Ax-0,7
87-0,393-0,197A, 0.5G,
25 0.125A″, -1°367-0.690-0
.. 211A, 1.182G, 591 0.81O
A,, 1.08B 0.811 0.834A,a
0J32-0.311-0.901A, -0,14
60,1410,397Ayy -0,415-0,2
41-0,17BA□0.671-0.182-0.8
77A□-0,586-0,965-2,608G,
0.72 G, 58 0.57 Gs 1.48
1.4B 1.46A=/Ax 0.835 In Table 5, Lll is the distance between the source slit and the input end of the quadrupole lens 6, LI□ is the distance between the output end of the quadrupole lens 6 and the electric field input end, Q Kll Q K2 indicates the strength of the quadrupole lens 6.5, respectively.

表5を表4と比較すれば分かるように、y方向の収束性
を表わすA、、A、、A、、、A□、A1゜G、、G、
等の諸係数の多くが表5において改善されており、特に
磁場回転半径が小さいほど顕著である。以上のことから
、電場の入り口側に四極子レンズを追加することにより
、立体収束性が更に向上していると判断できる。
As can be seen by comparing Table 5 with Table 4, A,,A,,A,,,A□,A1゜G,,G,representing the convergence in the y direction.
Many of the coefficients are improved in Table 5, and this is especially noticeable as the radius of rotation of the magnetic field becomes smaller. From the above, it can be determined that the three-dimensional convergence is further improved by adding a quadrupole lens to the entrance side of the electric field.

また、電場の入り口側に四極子レンズを追加することに
よりAxが小さくなるため、同一分解能の場合、ソース
スリットの幅を大きくすることができ、感度の向上を図
ることができる。
Furthermore, by adding a quadrupole lens on the entrance side of the electric field, Ax becomes smaller, so that for the same resolution, the width of the source slit can be increased, and sensitivity can be improved.

更に、本実施例の様に2個の四極子レンズを用いること
により、四極子レンズ6によりエネルギー収束、四極子
レンズ5により方向収束と、エネルギー収束と方向収束
の両方を電気的に独立に調節することが可能となり、実
用上極めて有利である。
Furthermore, by using two quadrupole lenses as in this embodiment, the quadrupole lens 6 performs energy convergence, the quadrupole lens 5 performs directional convergence, and both energy convergence and directional convergence can be electrically adjusted independently. This is extremely advantageous in practice.

[効果] 以上詳述した如く、本発明によれば、電場と磁場の間に
四極子レンズを配置することにより、スペクトル結像面
を磁場端面から大きく離間させることができるため、チ
ャンネルプレートなど磁場による影響を受けやすい2次
元イオン検出器を使用してもゲイン低下等の悪影響を最
少限に押さえつつイオンを検出することが可能となる。
[Effect] As detailed above, according to the present invention, by arranging the quadrupole lens between the electric field and the magnetic field, the spectrum imaging plane can be separated largely from the magnetic field end face, so that the magnetic field such as the channel plate Even if a two-dimensional ion detector is used, which is susceptible to the effects of

また、イオン源と電場との間にも四極子レンズを配置す
ることにより、立体収束性が更に向上し、しかも、エネ
ルギー収束と方向収束を電気的に独立に調節することの
できる質量分析装置が実現される。
In addition, by placing a quadrupole lens between the ion source and the electric field, the 3D focusing performance is further improved, and the mass spectrometer can electrically adjust energy focusing and directional focusing independently. Realized.

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

第1図及び第3図はそれぞれ本発明の一実施例を示すイ
オン光学図、第2図は静電四極子レンズの断面及びそれ
に電位を印加するための電気回路の一例を示す図、第4
図はMattauch−Herzog型質量分析装置を
説明するための図である。 1:イオン源   2:扇形電場 3ニー様磁場   4:2次元イオン検出器5.6=静
電四極子レンズ
1 and 3 are ion optical diagrams showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a cross section of an electrostatic quadrupole lens and an example of an electric circuit for applying a potential to it, and FIG.
The figure is a diagram for explaining a Mattauch-Herzog type mass spectrometer. 1: Ion source 2: Fan-shaped electric field 3 Knee-like magnetic field 4: Two-dimensional ion detector 5.6 = Electrostatic quadrupole lens

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)イオン源と、該イオン源から発生した被分析イオ
ンが入射する扇形電場と、該扇形電場を通過したイオン
が入射し該イオンを質量電荷比に応じて展開する一様磁
場と、該一様磁場によるイオンの展開結像面に沿って配
置される2次元イオン検出器とを備えた同時検出型質量
分析装置において、前記扇形電場と一様磁場の間のイオ
ン通路上に静電四極子レンズを配置することによりイオ
ンの展開結像面を磁場出射端面から離間させたことを特
徴とする同時検出型質量分析装置。
(1) An ion source, a fan-shaped electric field into which analyte ions generated from the ion source are incident, and a uniform magnetic field into which ions that have passed through the fan-shaped electric field are incident and expand the ions according to their mass-to-charge ratio; In a simultaneous detection mass spectrometer equipped with a two-dimensional ion detector arranged along an imaging plane where ions are developed by a uniform magnetic field, an electrostatic A simultaneous detection mass spectrometer characterized in that the ion development imaging plane is separated from the magnetic field output end face by arranging a polar lens.
(2)前記電場とイオン源との間のイオン通路上に静電
四極子レンズを配置するようにしたことを特徴とする請
求項1記載の同時検出型質量分析装置。
(2) The simultaneous detection type mass spectrometer according to claim 1, characterized in that an electrostatic quadrupole lens is disposed on an ion path between the electric field and the ion source.
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