JPH0341403Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、複数の掃引区間を設け、この掃引区
間毎にイオン源に最適な電圧を印加するよう構成
した四重極型質量分析計に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、第５図に示すように、四重極型質量分析
計の四重極電極２２に対して、掃引基準電圧発生
回路２５から掃引信号V_Sの通知をうけた電圧発
生回路２６が当該掃引信号V_Sに対応して変化す
る掃引電圧±（Ｕ＋Vcosωt）を生成して供給して
いた。これにより、四重極電極２２に入射したイ
オンのうち、所定の質量数のもののみが掃引電圧
±（Ｕ＋Vcosωt）にいわば同期した態様で通過し
て検出器２３によつて検出され、記録計２４によ
りマススペクトラムとして記録させていた。この
際、四重極電極２２に印加する掃引電圧±（Ｕ＋
Vcosωt）の範囲は、予め設定した例えば掃引開
始質量数“Ｅ”および掃引幅“Ｆ”に対応するも
のであり、一種類しか設定することができなかつ
た。

また、四重極電極２２に入射させるイオンを生
成するイオン源２１は、第５図に示すように、２
１−１ないし２１−５によつて構成されている。
そして、フイラメント２１−１を加熱して発生さ
せた電子がグリツド２１−２に向かつて加速しつ
つ走行すると共に、電子リペラー２１−３によつ
て反発される態様で走行することを繰り返すた
め、効率良好にイオン化される。このようにして
生成されたイオンは、イオン集束電極２１−４に
よつて集束され、四重極電極２２に向かつて所定
の速度（エネルギー）で入射する。この際、イオ
ン源２１に供給する電圧は、可変であはあるが、
夫々の電圧に対して例えば第５図図中“Ａ”、
“Ｂ”、“Ｃ”および“Ｄ”のように、一種類しか
設定することができなかつた。

〔考案が解決しようとする問題点〕

従来の第５図に示す構成では、掃引を開始する
質量数“Ｅ”および掃引幅“Ｆ”に対応した一種
類の掃引電圧±（Ｕ＋Vcosωt）を四重極電極２２
に供給することができるにすぎなかつた。しか
も、イオン源２１に供給した電圧“Ａ”、“Ｂ”、
“Ｃ”および“Ｄ”等によつて決定される一種類
のエネルギーかつ一種類の入射条件のイオンを四
重極電極２２に入射させることができるにすぎな
かつた。

このため、質量数の小さいイオンから質量数の
大きいイオンまで一掃引するように掃引開始質量
数“Ｅ”および掃引幅“Ｆ”を設定した場合に
は、イオンの速度がイオンの質量数の平方根の逆
数に比例するため、質量数の小さいイオンの速度
と、質量数の大きいイオンの速度との差が大きく
なり、両者の間の感度および分解能に大きな差が
生じてしまうという問題点があつた。また、検出
しようとするイオンの質量数が相互に大幅に離れ
ている場合、質量数の小さいイオンから順次質量
数の大きいイオンに向かつていわば連続して掃引
していたのでは、多くの時間を要してしまうとい
う問題点があつた。

更に、集束したイオンをイオン源２１から四重
極電極２２に入射させる静電レンズの集束作用
は、小さい質量数のイオンから大きい質量数のイ
オンになるに従つて弱くなる。感度および分解能
を良好に保持する入射条件例えば入射角度を保持
するためには、イオン源２１に供給する各種電圧
を所定範囲内におさまるように設定する必要があ
る。このため、掃引される質量数の範囲が広くな
るに従つて、感度および分解能を低下させないこ
とでイオン源２１に各種電圧を供給することが困
難となつてしまう。従つて、質量数の小さいイオ
ンの検出が重要な場合には、どうしても質量数の
小さいイオンの検出が最適に行われるようにイオ
ン源２１の各種電圧を設定して供給せざるを得な
い。同様に、質量数の大きいイオンの検出が重要
な場合には、質量数の大きいイオンの検出が最適
に行われるようにイオン源２１の各種電圧を設定
して供給せざるを得ない。このように、質量数の
小さいイオンから大きいイオンまで、全てに最適
な入射条件を満足させることが困難であつた。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は、前記問題点を解決するために、掃引
区間を複数に分割し、この分割した掃引区間毎に
イオン源に対して最適な電圧を供給し得る構成を
採用している。

第１図は本考案の原理的構成図を示す。図中、
１はイオン源、１−１はフイラメント、１−２は
グリツド、１−３は電子リペラー、１−４はイオ
ン集束電極、１−５は電子サプレツサ電極、２は
四重極電極、３は検出器、４は記録計、５，５−
１ないし５−４は電圧設定部、６は掃引設定部、
７は制御部を表す。

第１図において、イオン源１は、所定のエネル
ギー（速度）かつ所定の入射条件のイオンを四重
極電極２に入射させるものであつて、１−１ない
し１−５から構成されている。

電圧設定部５は電圧設定部１，５−１ないし電
圧設定部４，５−４から構成され、掃引設定部６
によつて掃引される複数の区間に対応した最適な
イオンエネルギーおよび入射条件が夫々得られる
ように、予め設定した電圧を出力するように構成
されたものである。

電圧設定部１，５−１は、フイラメント１−１
に対してエミツシヨン電圧V_Fを印加して加熱し、
所定の電子流を放射させるものである。この電子
流を調整することにより、四重極電極２に入射す
るイオン電流を制御することができる。

電圧設定部２，５−２は、フイラメント１−１
に対して正の電圧V_EEをグリツド１−２に印加し
てフイラメント１−１から放射される電子等を加
速するものである。

電圧設定部３，５−３は、接地に対して正の電
圧V_IEをグリツド１−２に印加するものである。
イオン源１から四重極電極２に対して入射するイ
オンのエネルギーは、当該電圧V_IEよつて与えら
れる。

電圧設定部４，５−４は、接地に対して負の電
圧V_IEをイオン集束電極１−４に印加するもので
ある。これにより、図に示すように、イオンを集
束して所定の入射条件で四重極電極２に入射させ
ることができる。

掃引設定部６は、分割された複数の掃引区間に
対応した掃引電圧±（Ｕ＋Vcosωt）を四重極電極
２に対して供給するものである。

尚、制御部７は上記各種制御を行うものであ
る。

〔作用〕

第１図において、掃引設定部６は、設定した掃
引区間に対応する掃引電圧±（Ｕ＋Vcosωt）を四
重極電極２に印加し、この掃引区間に対応した質
量数のイオン通過させている。

一方、イオン源１は、前記分割した各掃引区間
に対応した最適な感度と分解能とが夫々得られる
ように、予め設定した夫々のエネルギーのイオン
であつて、かつ所定の入射条件のイオン流を四重
極電極２に入射させている。

イオンの生成は、フイラメント１−１を加熱し
て発生させた電子がグリツド１−２に向かつて加
速される態様で走行すると共に、電子リペラー１
−３によつて反発される態様で走行することを繰
り返すことにより、当該電子がガスに効率良好に
衝突することによつて行われる。この生成された
イオンのエネルギーは、グリツド１−２に印加し
た電圧によつて決定される。また、生成されるイ
オン密度（電流）はフイラメント１−１から放射
する電子密度等に依存するから、電圧設定部１，
５−１がフイラメント１−１に印加するエミツシ
ヨン電圧V_Fを調整することにより、四重極電極
２に入射するイオン流の密度を所望値に設定する
ことができる。

生成されたイオンは、イオン集束電極１−４に
よつて集束され、所定の入射条件で四重極電極２
に入射される。この入射条件は、イオン源１を構
成するイオン集束電極１−４に印加する電圧等に
よつて決定される。尚、電子サプレツサ電極１−
５は、電子が四重極電極２の方向に放射されない
ように遮断するものである。

以上説明したように、掃引設定部６は、分割し
たいずれかの掃引区間に対応した掃引電圧±（Ｕ
＋Vcosωt）を四重極電極２に供給している。そ
して、電圧設定部５は、掃引設定部６が供給した
掃引電圧に対応して、最良の感度および分解能を
得るに適合したエネルギーかつ入射条件のイオン
を得るために、予め設定した電圧をイオン源１に
供給している。

〔実施例〕

第２図は本考案の１実施例構成を示す。図中、
６−１は掃引基準電圧発生回路、６−２は電圧発
生回路、A₁ないしA_o、B₁ないしB_o、C₁ないし
C_o、およびD₁ないしD_oは電圧設定部５よて設定
された設定電圧を示す。尚、図中１ないし５は第
１図に示すものに夫々対応するものである。

第２図において、図中は掃引設定部６内に予
め設定した掃引開始質量数E₁ないしE_o、および
掃引幅F₁ないしF_oを示す。

図中ないしは、電圧設定部５内に予め設定
したエミツシヨン設定値、EE電圧設定値、IE電
圧設定値およびIF電圧設定値の内容を夫々示す。
そして、図示に示すエミツシヨン設定値A₁な
いしA_oに対応する電圧が夫々V_A1ないしV_Aoとし
て夫々設けられている。同様に、図示ないし
に示すEE電圧設定値、IE電圧設定値およびIF電
圧設定値に対応する電圧が夫々V_B1ないしV_Bo、
V_C1ないしV_Co、およびV_D1ないしV_Doとして夫々
設けられている。

以上のような構成のもとで、掃引設定部６が例
えば図示に示す掃引開始質量数E₁および掃引
幅F₁を選択した場合、電圧設定部５はこれに対
応する図示ないしに示すエミツシヨン設定値
A₁、EE電圧設定値B₁、IE電圧設定値C₁およびIF
電圧設定値D₁を自動的に選択し、夫々に対する
電圧V_A1、V_B1、V_C1およびV_D1を夫々電圧V_F、
V_EE、V_IEおよびV_IFとしてイオン源１に対して供
給する。従つて、掃引設定部６が、分割した所定
の掃引区間に対応する掃引電圧±（Ｕ＋Vcosωt）
を四重極電極２に対して供給した場合、この掃引
区間の質量数のイオンを分析するのに最適なエネ
ルギーを持ち、かつ所定の入射条件を満足するイ
オンがイオン源１から四重極電極２に対して入射
される。

第３図は本考案の他の実施例構成を示す。図
中、７−１ない７−５はＤ／Ａ変換器、８は
RAM（読み書き可能なメモリ）、９は制御プログ
ラム等を格納したROM（読み出し専用のメモ
リ）、１０はキーボード、１１はCPU（中央処理
装置）、１２−２ないし１２−５は電圧設定部を
表す。

第３図において、キーボード１０から例えば第
２図図中ないしに示す各設定値を入力する
と、この入力した各設定値は、RAM８中にデジ
タル値として記憶される。また、標準的な各種設
定値がROM９に予め記憶させてあるので、キー
ボード１０から設定値を入力しない場合には、こ
の標準的な設定値が使用される。

次に、質量分析の要求をキーボード１０から入
力した場合、RAM８中に格納されている所定の
設定値、あるいはRAM８中に設定値が格納され
ていなかつた場合にはROM９中に格納されてい
る標準的な設定値が続み出され、Ｄ／Ａ変換器７
−１ないし７−５を介して、電圧発生回路６−
２、電圧発生部１２−２ないし１２−５に夫々供
給される。そして、四重極電極２に対して所定の
掃引電圧±（Ｕ＋Vcosωt）が供給されると共に、
イオン源１に対して所定の電圧V_F、V_EE、V_IEお
よびV_IFが夫々供給される。これにより、イオン
源１は掃引区間に最適なエネルギーのイオンであ
つて、かつ最適な入射条件をもつイオンを四重極
電極２に入射させる。この入射されたイオンのう
ち、四重極電極２を通過したものが検出器３によ
つて検出される。検出された信号は、記録計４に
よつてマススペクトラムとして記録される。この
記録を分析することにより、質量数を知ることが
できる。

第４図は他のイオン源の構成例を示す。第４図
イは、Nier型のイオン源と言われるものであつ
て、フイラメント１２を加熱して発生させた電子
をコレクタ１３に向かつて加速させるものと、当
該加速した方向に磁界（図示していない）を重畳
して当該電子をいわば螺旋状に旋回させてガスと
の衝突確率を高めるものとがある。そして、発生
させたイオンを引き出し電極１５を用いて引き出
し、イオン集束電極１６によつて集束し、所定の
イオンエネルギーかつ所定の入射条件のイオンを
四重極電極２に入射させている。この際、入射ア
パチヤー電極１７を用いて所定の範囲内のイオン
のみが入射されるようにしている。

第４図ロは、CI（化学イオン化イオン源）およ
びEI（電子衝撃型イオン源）を組み合わせたもの
である。これも、同様にフイラメント１２を加熱
して放射させた電子を用いてガスをイオン化さ
せ、引き出し電極１５を用いてイオンを引き出
し、所定のイオンエネルギーかつ所定の入射条件
で四重極電極２に入射させている。

このように第４図に示すイオン源等であつて
も、第１図ないし第３図を用いて説明したような
各種電圧（フイラメント１２を加熱する電圧、イ
オンエネルギーを生成する電圧、イオンを集束さ
せる電圧等）を供給することにより、分割した掃
引区間に対応した最適なイオンエネルギーをもつ
イオンであつて、かつ最適な入射条件のイオンを
四重極電極に入射させることが可能となる。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案によれば、掃引区
間を複数に分割し、この分割した掃引区間毎にイ
オン源に対して最適な電圧を印加する構成を採用
しているため、質量分析を行おうとする掃引区間
に対して最適なエネルギーかつ入射条件を具備し
たイオンを四重極電極に入射させることができ
る。このため質量数の小さいイオンから質量数の
大きいイオンに渡つて常に最適な感度および分解
能を保持した状態で質量分析を行うことができる
と共に、分析しようとする所望の質量数の範囲の
みを掃引して迅速に質量分析を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の原理的構成図、第２図は本考
案の１実施例構成図、第３図は本考案の他の実施
例構成図、第４図は本考案に用いられる他のイオ
ン源構成図、第５図は従来の四重極型質量分析計
の構成図を示す。 図中、１はイオン源、１−１はフイラメント、
１−２はグリツド、１−３は電子リペラー、１−
４はイオン集束電極、１−５は電子サプレツサ電
極、２は四重極電極、３は検出器、４は記録計、
５，５−１ないし５−４は電圧設定部、６は掃引
設定部、７は制御部を表す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 イオン源によつて生成したイオンを四重極電極
   間に入射し、この四重極電極に供給する電圧を掃
   引して質量数を検出するよう構成した四重極型質
   量分析計において、 質量数を検出する範囲を複数の区間に分割し、
   この分割した各区間に存在する質量数のイオンを
   検出する掃引電圧を予め夫々設定する掃引設定部
   と、 前記分割した各区間に対して、イオン源内でイ
   オン化させる電圧V_EEおよびイオンを加速するイ
   オン加速電圧V_IEを予め夫々設定する電圧設定部
   とを備え、 前記掃引設定部に予め設定したいずれかの掃引
   電圧を用いて所定の分割した区間を掃引する場合
   に、当該分割した区間に対応した電圧を前記電圧
   設定部からイオン源に供給するよう構成したこと
   を特徴とする四重極型質量分析計。